城市隧道下穿既有鐵路加固施工技術探討

林載庚

(福建省第一公路工程公司 福建泉州 362000)

1 工程概況

本項目工程區位于“閩東燕山斷坳帶”東側與閩東沿海變質帶相接觸的中部，主要經歷了燕山期與喜馬拉雅二期構造運動，并奠定了本區地質構造基本格局。原始地貌位于海陸交互地段，地貌單元主要由海灣灘涂和殘積臺地組成。項目附近鐵路線復雜，鐵路貨場多、農田多，環境保護須貫穿于項目各個組成部分。隧道采用雙向四車道行車標準，圍巖級別為Ⅴ級，按新奧法原理組織施工。該隧道線路下穿鐵路貨場線，從既有鐵路貨場下方近距離穿越，平交角約72°，鐵路共有3股道，隧道頂板與鐵路的最小豎向間距約13.60m，屬淺埋暗挖隧道，穿越底層主要為砂質粘性土及全風化花崗巖，施工地質及外部條件較為復雜。

2 總體施工安排和加固方案

施工前成立施工籌備組，對機構設置、人員組盡早作策劃;針對設計情況、工程進展及相關外部環境早作了解;對工程設備早作落實。因隧道下穿既有鐵路運營線路，須先行施工洞外加固工程，再施工洞內支護加固措施。在施工洞外加固工程時應先對道床進行加固后再進行人工挖孔樁的施工，之后再采用縱橫抬梁加固鐵路軌道，最后再進行隧道進洞開挖施工。

隧道施工時盡量采用人工或機械開挖，需要爆破時必須采用控制爆破技術，減少對圍巖的擾動，采用機械開挖，無軌運輸方式，裝載機配合自卸車運輸。施工中加強超前地質預測預報及監控量測，及時處理分析數據，并根據分析結果及時調整支護參數。為嚴格控制地表及鐵路沉降，保證鐵路的安全、暢通，并確保隧道施工安全，從隧道洞外和洞內兩個方面制定如下工程加固措施:

2.1 隧道洞外工程措施

(1)從既有鐵路貨場時，為確保鐵路運行安全，采用3-5-3扣吊軌梁加設縱橫工字鋼梁加固方案，吊軌梁采用P50kg/m舊軌，吊枕與其下枕木用U形螺栓和角鋼連在一起以增加其整體性。

(2)在隧道施工期間應對列車限速，以保證列車運營安全。對鐵路布設嚴密的監控網，加強施工期間鐵路路基、軌道的沉降變形監控量測工作，嚴格監視各項控制指標的變化，把施工過程中的動態變化始終納入可控的管理體系之中，以便隨時采取補救措施。

2.2 隧道洞內工程措施

(1)為確保安全，隧道施工時采用CRD法進行開挖，在拱頂采用加鋼筋籠單層Φ159×6mm超前長管棚，中間再設置Φ42×3.5mm超前小導管，以便于對隧道開挖輪廓線以外注漿。超前長管棚可有效支承臨空的巖體，減少對圍巖的擾動，控制洞頂沉降。

(2)為維持開挖面的圍巖穩定，防止掌子面坍塌，在穿越殘積砂質粘性土等軟弱圍巖段落中采用全螺紋纖維增強樹脂錨桿對掌子面進行超前支護。

(3)隧道開挖后立即架設初期支護，并用縱向鋼筋將鋼支撐連成整體。初期支護背后及時回填注漿，以減少地層沉降變形。

(4)施工期間應對洞內拱頂沉降、凈空收斂等加強監控，制定詳細的信息傳遞系統、施工應急預案。并根據量測數據及現場實際情況，及時施作二次襯砌結構。

(5)當隧道基底未修正地基承載力不足設計要求時(一般為250kPa)，需進行基底注漿加固處理。采用Φ50注漿鋼花管進行注漿加固，梅花型布置，具體長度及間距可根據設計或實際地質情況進行設置。

3 施工工藝

先根據設計資料進行測量放樣，并與鐵路等相關部門溝通協調列車限速后，開始施工挖孔樁。具體施工工藝為:人工挖孔樁→架空加固左線→施工左線隧道→架空加固右線→施工右線隧道→拆除加固便梁→鐵路線路恢復，具體施工工藝流程如(圖1)。

圖1 便梁施工工藝流程圖

3.1 人工挖孔樁

圖2 鐵路貨場線加固平面圖

(1)按照設計要求確定好孔位后再進行開挖。為防止臨時支墩開挖時塌孔，施工時首先對既有線道床進行加固。加固方法:挖孔樁施工時每處采用長1.0～1.5m、直徑50mm的鋼釬3根，在軌枕端頭按間距1.5m打入路基面0.5～1.0m以下。在鋼釬與線路間順線路方向設置2.5m的擋板，將道碴堆放與道床與擋板間。鋼釬、擋板、道碴任何時候不得高于軌面。

(2)道床清理加固后進行開挖支點孔樁，圓形支點樁采用以預制的鋼筋混凝土套管護壁防護;每個預制鋼筋混凝土護壁厚18cm。孔樁開挖時每0.5m一個循環作業，并在0.6m時所定進口，在開挖第一循環時(挖深0.5m)在孔口做成鎖口，鎖口高于路基面0.3m以防道碴、雜物及孔內進水。挖孔樁挖至要求深度后，灌注孔樁混凝土。

(3)支墩施工時要求頂面平整，并養護達到設計強度后分別在其上設置一層枕木垛，鋪設方法為枕木垂直線路方向鋪設，每根枕木橫向必須用扒釘與相鄰枕木連成一個整體，并鋪設牢固，枕木上設置20mm厚鋼墊板。支墩頂面預埋2根直經30mm的防移固定鋼筋，下部與支點鋼筋籠焊連在一起，上部用U型卡、螺栓和扁鐵扣件將便梁固定，防止鋼梁縱橫位移。

3.2 線路架空加固

(1)線路架空施工期間，列車慢行以45km/h通過施工地段。其線路加固范圍內既有混凝土軌枕須全部抽換成木枕，吊軌梁采用I63c工字鋼，四根一束置于橫梁上，I45a工字鋼做橫抬梁，其間距按0.6m進行布置，中間布置一根枕木，采用 3-5-3扣P50kg/m鋼軌。

(2)在軌道的枕木空中橫穿I45a工字鋼作為橫抬梁，用U型螺栓兜住I45a工字鋼，并和角鋼連在一起以增加其整體性。

(3)縱梁就位:縱梁由汽車運輸到現場起吊就位后，在孔樁頂部搭設枕木，用齒條壓機將便梁調整到位。

(4)橫梁就位連接:慢行開始后，將架空地段的混凝土枕部分行間距調整，為橫梁提供位置。并對架空段及前后20m線路安設軌距桿進行加固。

圖3 縱橫抬梁加固橫斷面圖

圖4 線路加固立面圖

(5)橫梁頂面應與鋼軌底面齊平，穿鋼橫梁前先扒除道碴，扒除道碴按照“隔六抽一”的原則進行，裝設一根橫梁，在橫梁同軌底間墊設絕緣橡膠墊以防連電，由縱梁兩端向中心進行裝入橫梁，首先將縱梁與鋼枕按定型圖紙連接，再用便梁配套的專用鋼軌扣件將橫梁同鋼軌連接固定，將縱橫梁連接螺栓及斜桿等附件全部裝設牢固，而后詳細檢查線路軌距、水平、高低、軌向，對超標處應及時進行調整。

3.3 隧道施工

(1)隧道施工采用新奧法原理施工，其施工嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的施工原則組織施工，施工中加強超前地質預測預報及監控量測，及時處理分析數據，并根據分析結果及時調整支護參數。

(2)為加快施工進度，長管棚施工可采用大引導孔和棚管鉆進相結合的工藝，即先鉆大于鋼管外徑的引導孔，然后利用鉆機的沖擊和推力(頂進管棚時鑿巖機不使用回轉壓力，不產生扭矩)將安有工作管頭棚管沿引導孔頂進，逐節接長管棚，直至孔底。最后配制水泥漿液進行注漿。

(3)暗挖淺埋段隧道均為Ⅴ級圍巖采用CRD工法，對圍巖沉降變形控制嚴格，開挖的每一步都用臨時仰拱封閉成環，有利于圍巖穩定，保證施工安全。CRD法開挖時，上部采用小型挖掘機，并保證設備作業空間在下部未開挖的土層上。加強施工過程動態管理，加強洞內、洞外沉降觀測，根據量測結果，隨時發現失控點，及時采取補救措施，進行動態管理，以確保隧道施工及鐵路運營安全。初期支護及二次襯砌在此不再詳細描述。

3.4 拆除架空便梁恢復鐵路線路正常運營

拆除架空便梁恢復鐵路線路正常運營隧道施工完待強度達到設計要求后，按照“先裝后拆，后裝先拆”的原則，進行拆除。拆除橫梁時，必須將預先備好的道碴回填至枕盒，加強養護，直至線路慢行結束，列車常速運行線路無下沉、橫向位移等不良變化為止。

4 監控量測

4.1 監測的總體要求

監測根據設計文件和周圍環境特點編制監測方案，監測方案報相關單位審批后實施。監測貫穿于孔樁土方開挖及下穿隧道施工全過程，人工挖孔樁施工前對周圍環境作一次全面調查，記錄觀測數據初始值，以便與施工過程中監測結果進行比較。施工期間一般情況下每天觀測一次，如遇位移、沉降及其變化速率較大時，則增加監測頻次。

4.2 監測內容及方法

隧道洞內監測采用隧道洞內監控量測的內容及方法進行，在此主要介紹鐵路軌道沉降、隆起、道床剝離和開裂等指標。監測時間從測試埋設之日起至隧道施工結束且各項目測試數據基本穩定之日止，采用水準儀進行測量，測點按每5m一個斷面進行布置。監測期間定期定人進行觀測，在孔樁開挖及隧道施工期內每天觀測一次。當測試點數據達到控制值或者變形速率較快時，根據需要增加觀測次數，必要時進行不間斷的連續監測。

4.3 主要變形控制指標和預警值

雖然施工期間列車已限速至45km/h，但為確保列車運營和隧道洞內施工安全，在進行監測時須隨時比較測量結果是否超過變形預警值和控制值。主要控制指標、預警值和控制值見(表1):

表1 鐵路路基和軌道結構沉降變形預警值和允許值 mm

5 施工注意事項

(1)與鐵路產權部門進行溝通，在挖孔樁施工和隧道施工期間列車限速至45km/h，直至工程主體完成，恢復鐵路正常運營為止。

(2)施工期間應派專人進行監護，每次列車通過前應停止施工，列車通過后必須進行及時檢查，做到及時發現問題隨時解決，保證線路標高、各構件連接可靠。

(3)施工前對地下結構物、管線埋設進行探測，對地下電纜管線進行防護。根據施工調查，對線路兩側的電纜管線等進行施工前探測，探測前必須和電務部門、供電、鐵通等產權單位簽訂安全協議，探測時要求產權部門必須派專人進行現場監督，嚴格按照產權部門的要求進行施工，用人工掏探形式，小心挖出電纜及管線，嚴禁用尖銳工具開挖，以免破壞電纜及管線，電纜、管線挖出后按產權部門的有關規定進行防護。

(4)若隧道開挖需采用控制爆破，爆破后應有專人巡查鐵路路基是否有裂紋等不正常現象，發現問題及時聯系相關部門處理。

(5)考慮管棚施工誤差，因此挖孔樁與隧道結構外輪廓線的最小凈間距應不小于50cm。

(6)挖孔樁頂標高應根據加固所設置的縱橫梁等相關構件的相應規格參數進行確定。

5 結語

該工程城市隧道下穿既有鐵路加固施工從隧道洞外和洞內兩個方面采取了加固措施，既保障了既有鐵路運營安全，又確保了隧道施工安全，對后續類似工程施工具有較好的參考意義。

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