下穿既有线隧道施工工艺工法

1、PAGE PAGE 19下穿既有线隧道施工工艺工法QB/ZTYJGYGF-SD-0512-2011第五工程有限公司 周铁刚1 前言1.1 概况 随着我国三维立体式铁路网的快速发展，隧道上跨、下穿既有铁路越来越常见，受地形地貌影响，在既有线下修建浅埋铁路隧道在所难免，由中铁一局集团第五工程有限公司施工的白果湾隧道下穿既有达成铁路，最小埋深只有2.5m，采用控制爆破结合地面D便梁施工顺利的通过了浅埋下穿段，取得了成功。1.2 工艺原理 1.2.1 在隧道开挖轮廓线以外既有线上设置8根桩基础，在桩基础上架设D型便梁形成框架结构，承担既有线运营荷载。1.2.2 洞内拱部先施工108超前大管棚并进行注浆

2、对下穿段拱部围岩进行加固。1.2.3 通过控制爆破及上断面掏槽法减少对拱部围岩的扰动，确保既有线列车运营安全。2 工艺工法特点2.1 通过D便梁将列车荷载进行转移，无需在洞内施工时对拱顶采取临时加固措施，克服了单线隧道洞内空间狭小临时支护困难的问题，为快速穿过既有线浅埋地段创造了条件。2.2 下穿浅埋段采用超前大管棚并进行注浆，对拱部松散围岩进行了加固，确保因爆破及列车通过扰动影响施工安全。2.3 采用控制爆破及上半断面掏槽减少对围岩的扰动，确保隧道施工及既有线行车安全。2.4施工中以既有线运营安全为第一，施工服从运营，随时监测D型便梁基础沉降及D型便梁的位移情况，确保既有线行车安全。3 适用

3、范围本工法适用于新建铁路、公路隧道下穿既有线浅埋施工。4 主要引用标准中华人民共和国安全生产法铁路运输安全保护条例铁路隧道工程施工安全技术规程（TB10304）铁路隧道工程施工质量验收标准（TB10417）铁路隧道工程施工技术指南（TZ204）铁路营业线施工安全管理办法铁办【2008】190号成都铁路局营业线施工及安全管理实施细则成铁运【2008】780号5 施工方法 在隧道内轮廓外对应的既有线上施工8根D型便梁孔桩，孔桩深入至隧道仰拱底以下1m，在8根桩上架设2幅24米D型便梁，利用D便梁形成的简支梁结构支承既有线钢轨及火车荷载，在D便梁的支护下，隧道下穿既有线段设6m管棚工作室，采用C6管

4、棚钻机一次打设34根54米108超前大管棚（环向间距30cm），并注浆对下穿段拱部进行支护，在地面D便梁结合洞内超前大管棚的支护下采用控制爆破施工隧道下穿段，采用微台阶加临时仰拱法开挖，台阶长度35m，每循环施工1拼拱架0.5m。严格控制隧道步距，使初期支护及时成环，仰拱距紧跟章子面，确保施工安全。 图1 下穿隧道对应达成线 D便梁施工及D便梁监测属于网内施工，施工前先向行车管理单位申请点内施工，施工前一个月申请月计划，月计划审批后，施工前3天向行车管理单位申请施工天窗，在驻站联络员及安全防护员的协调监督下组织网内施工，确保既有线运营及行车安全。6 工艺流程及操作要点6.1施工工艺流程 地面D

5、便梁施工属于既有线网内施工，施工前进行方案研讨、审批，和设备管理单位签订安全协议，要点给点后方能在驻站联络员及现场安全防护员的监督配合下进行施工，施工工艺流程如下（图2）：6.2操作要点 6.2.1 D便梁施工 1 D便梁的设计D便梁设计跨度24m，并设八根桩基础，基础尺寸1.5m1.5m，深度816m。 2 施工准备施工前沿既有线的边坡坡脚搭设2.0m高防护排架，排架长度在隧道开挖轮廓线两侧各延长10m，防止下穿既有线施工时，高边坡上的小石块滚入达成铁路路基上。D便梁孔桩施工需线路慢行60km/h，慢行距离100m，施工前3天向行车管理单位申报日计划，申请慢行区间，日计划批复后方可施工。精确

6、放样孔桩位置，对影响孔桩施工的接触网支柱进行改移。安装井架。出碴在井口设置1台3t卷扬机作为提升设备。修建出碴道路。配备齐全所需的机具、器材、照明及人员上下设施。3 孔桩施工1）孔桩开挖在申请的施工时间范围内进行，列车通过工地时严禁施工，且井下人员必须撤离现场。2）在地面施作锁口混凝土，锁口混凝土采用钢筋混凝土，锁口高出原地面50cm，在锁扣靠近钢轨侧设半方形挡板，防止列车运行时刮起的土、石等杂物滚入孔内伤人。3）桩基开挖采用水钻法进行（如图3），每循环钻孔时采NO244-18.5(7.5)KW的取芯机沿桩基开挖范围钻孔，钻孔进尺30cm，钻进后取出钻孔内的岩石，随挖随用事先准备好的编制袋装好

7、。 当有列车通过时孔内作业人员必须撤出井外，并用防护盖盖住孔口，防止列车通过时道砟等杂物掉入孔内。施工二衬监控上部围岩变化情况拆除临时仰拱仰拱开挖支护下台阶左侧开挖支护架设临时仰拱洞内监控量测D便梁及既有线监测上台阶开挖支护D便梁施工洞内大管棚施工向铁路局申报月计划、日计划与行车管理单位签订安全协议方案审批方案编制、专家论证滞后一定距离后下台阶右侧开挖支护加强监测，确定拆除时间图2 施工工艺流程图 图3 水钻及水钻法施工桩基照片4）孔内采用人工装碴，使用卷扬机及吊桶做提升设备，孔上设专人指挥，将吊桶直接提升到孔口，袋装堆放在两线间，保证不侵限。驻站联络员要随时掌握列车运行及天窗时间，及时通报给

8、施工现场。5）为保证桩井开挖的施工安全应逐段灌注钢筋混凝土护壁，同时避免在土石层变化处分节。在立模灌注每节混凝土前，先要清除井壁上的浮土和松动石块，使护壁混凝土紧贴井壁，每节开挖要在上节护壁混凝土终凝后进行，而且不宜过深，以免上节护壁悬空过高。灌注护壁混凝土利用卷扬机、吊料斗，通过溜槽入模，灌注混凝土时，每两节护壁之间留出缺口，待拆模后用干硬性混凝土填塞抹平。6）桩身开挖必须严格遵守建筑安装工人安全技术操作规程 ，井下石方开挖采用空压机风镐掘进，严禁爆破，各工序必须有安全员职守。7）施工时井口靠既有线侧必须设半方形档护板，各种材料及施工器材距井口有一定距离，以防落入井内伤人。8）灌注桩身砼灌注

9、砼前，用砂浆将每两节护壁间的错台抹平，然后沿桩身设置防水板对桩身砼和桩周土体进行隔离，减少柱桩沉降引起桩周土体的变形。钢筋骨架制作，采取在钢筋加工场按24m分段下料，利用天窗时间运至既有线，在桩孔内现场组装焊接。骨架就位后要与护壁上的铁蹬或预埋铁件焊接牢固，防止灌注混凝土过程中骨架上升。砼灌注，采用砼罐车运至既有线附近，利用砼泵注入桩孔中。施工时，在高边坡坡顶线外安装砼泵，并铺设砼输送管（125mm钢管）至桩孔处，穿过既有线铁轨时，可将两根轨枕间的道砟掏出，形成一槽道，槽道大小以能穿过钢管即可。砼施工用电，用电缆自出口配电箱引至既有线施工现场,以满足D便梁基桩施工及D便梁架设及拆除的需要。4

10、线路加固1） 施工前对该处上下行无缝线路进行应力放散。2）根据下穿隧道中心位置，既有行车线路实际轨顶标高与隧道顶面的实际高差及地基持力层容许应力等因素进行计算，在开挖支墩前，首先调整施工中心前后各50m范围内的既有道床枕木间距，并增设绝缘轨距拉杆，将抬轨梁需架空段钢筋砼枕换成木枕。3） 纵梁吊轨线路内侧（即两线间）线路左中右纵梁采用I32工字钢5根为一束，并采用16U型卡加固，以增加整体性。图4 扣轨示意图 铺设横梁，根据工程情况选用P43钢轨制作横梁。每3根钢轨用U型卡连接一束横梁（每根长约3.5m），隔孔布置，并在轨底铺设橡胶垫，扣轨完毕，道碴全部回填，并捣实。5 D便梁架设1）D便梁运输

11、D型便梁采用成都铁路局双流白家装机厂生产的铁路专用便梁，从成昆线双流火车站上车，利用轨道车平板运输至达成线南充东火车站。基础施工完成后，在批准的施工点内将D便梁运输至施工现场架设。2）D便梁卸车采用轨道车载龙门吊卸梁，先在架设位置或其前后适当距离，作为卸梁、存梁场地，按技规要求请点、防护，保证足够的卸车时间，每次卸两片梁，两个小时内完成，卸梁完成后，要尽快清理轨道上的杂物，尽快开通线路，保证按在封锁点内完成所有的卸梁工作。3）D便梁安装D型梁纵梁就位后，采用不封锁线路但线路慢行45km/h的办法，安装横梁，横梁安装完毕后，即可安装钢轨扣件SBK01，以保持轨距。在设支垫时，应注意控制标高，使横

12、梁顶距轨底有1020mm的空隙，以便塞绝缘胶垫，待轨底挖空5060cm高后，即刻逐根装上斜杆S6,以增强D型梁的刚性。4）D便梁维护施工过程中每天都要有专人进行检查和养护，检查支垫有无下沉、变形、裂纹，横梁与轨底的绝缘垫，钢轨扣件有无松动、脱落，螺栓有无松动、裂纹，D型梁纵梁是否移位等，每过一趟车，线路工都要检查线路的技术状况，若有异常应即时处理或报告。每隔七天对螺栓上一次油，以防锈蚀，造成拆除困难。检查情况应做成记录以便查询和整理。6.2.2 洞内超前大管棚施工 1 管棚工作室施工管棚工作室段采用微台阶法加临时仰拱施工，外环设置拱部I18钢架及拱部42超前小导管,钢架间距0.5m,超前小导管

13、2.0m一环,内环设置全环格栅钢架加强支护，钢架间距0.5m，内外环之间采用C25砼回填。根据平面布置图新建隧道边线与既有路基边线交汇里程为：ID3K772+792，考虑覆盖层的厚度及现场实际情况，在保证施工安全的前提下管棚工作室里程调整为：ID3K772+794+800。2 洞内导向墙施工上台阶内施工3m长导向墙，导向墙内预埋3m长导向管，对管棚的方向进行精确控制。导向墙采用C25混凝土，截面尺寸为0.5m3m。导向墙内预埋4榀I14工字钢，间距1.0m,导向管采用3m长热扎无缝钢管（127*6mm）,外插角2,安装在预埋工字钢上。3 108超前大管棚施工拱部108长管棚环向间距40cm，采

14、用热轧无缝钢管，壁厚6mm，管棚周壁钻注浆孔，孔径1016mm，孔间距1520mm，呈梅花型布置，且在管棚内设置钢筋笼，钢筋笼由4根20钢筋和固定环组成。图5 管棚布置图1）钻孔及钢管安装管棚采用导向跟管钻进法施工，钻孔采用能精确定向，且能自动纠偏的C6全液压型钻机钻孔，钻孔角度控制在12，钻孔顺序按“先奇数孔、后偶数孔”的顺序进行。待导向墙混凝土强度达到80%以后方可钻孔，钢管安装，在跟管钻进过程中实现钢管的安装。2）注浆采用全孔一次性注浆方式进行注浆，注浆采用定量-定压相结合原则，按单孔（先奇数孔、后偶数孔，钻孔安装完成1根，立即注浆1根）注浆顺序进行。注浆材料采用纯水泥浆，水灰比1：0.

15、61：1，水泥采用普通硅酸盐水泥，水图6 C6钻机施工照片泥强度为PO.42.5，注浆压力控制在0.51.0Mpa。注浆结束标准：终压下注浆量小于0.1L/min，持压10min即可。注浆前应进行注浆试验，根据定量-定压相结合原则确定注浆量和注浆压力,防止大注浆量和高注浆压力,致使既有线路基隆起。6.2.3 下穿段施工1 开挖方式及工序下穿段采用两台阶微台阶法加临时仰拱开挖，开挖方法采用控制爆破法开挖。爆破安排在“天窗”时间段。断面共分三个台阶法，采用短台阶法开挖，采取光面爆破，掏槽形式为中空孔直眼龟裂掏槽，周边眼采用隔孔装药。图7 施工工序图控制爆破开挖部，施作周边初期支护及临时仰拱，滞后部

16、一定距离后开挖部，施作初期支护，滞后部一定距离后开挖支护部，在滞后部一定距离后开挖支护仰拱，根据监控量测数据拆除临时仰拱，施作二衬砼。2 钻爆设计1） 炮眼布置上台阶分三次进行装药和爆破，开挖进尺0.6m，炮眼深度0.75m，第一次为掏槽眼装药和爆破；第二次为掘进爆破，第三次为周边眼光面爆破。周边眼间距30cm。下台阶分两次进行装药和爆破，分别为左侧爆破和右侧爆破，开挖进尺0.75m，炮眼深度1m, 采用“V”形起爆原理进行起爆。周边眼间距40cm，使爆破后周边眼孔能在较小药量下将开挖轮廓保持较为顺直。仰供部分开挖进尺0.75m,炮眼深度1m,周边眼间距40cm，使爆破后周边眼孔能在较小药量下

17、将开挖轮廓保持较为顺直。具体炮孔布置见炮孔布置及分段详图8，该分段暂为起爆顺序，详细段号根据雷管段号确定，尽量使个分段间隔在300ms以上，以避免由于雷管精度误差使爆破叠加。 图8 炮眼布置图2）装药量计算目前，在隧道工程爆破中，对于振动的控制一般主要的方法是控制齐爆最大装药量、选择合理的掏槽形式、选择合理微差爆破间隔时差、优化孔网参数、选用低爆速炸药等来实现控制爆破振速。针对白果湾隧道的环境条件而言，由于净距较小，预计隧道爆破振动对达成铁路的影响较大，为了保证达成铁路的安全运营，应通过控制单段总药量的方法控制振动速度。长期以来的实践表明，隧道爆破震动主要受掏槽爆破控制，且该工况也较适用萨道夫

18、斯基公式，因此，在此采用控制爆破振速限值下来估算掏槽最大段装药量。此外，根据规范、类比工程，该处主要构筑物为轨道及路基，控制爆破振速5cm/s相对合理，也有足够的安全系数。 （萨氏公式 爆破安全技术）计算取值如下：V根据铁路运营实际情况，取5cm/s；R取掏槽眼距铁路距离，6 m；K、针该段地质条件，取K为250，为1.92计算结果：将以上数据代入公式得，Q=0.478 Kg0.45 Kg（掏槽单段设计最大装药量为0.225*2=0.45 Kg。），满足要求。详细装药量见表1。表1 爆破装药量部 位炮眼名称眼数（个）单孔装药量（kg）小计(kg)上台阶掏槽眼80.2251.8扩槽眼40.150

19、.6掘进眼150.152.25底板眼130.2252.925内圈眼160.11.6周边眼220.061.32中台阶掘进眼420.156.3周边眼220.0751.65下台阶掘进眼130.151.95底板眼140.152.1周边眼60.0750.456.2.4 监控量测1 监测内容下穿达成铁路监控量测监测内容包括地表沉降监测、铁路及构筑物监测、隧道结构、爆破震动监测四大部分。1） 地表沉降监测。2） 铁路及构筑物监测：基座及D便梁沉降、基座水平位移监测。3） 隧道结构监测：隧道拱顶下沉、水平收敛位移监测。4）爆破振动监测：下穿段地表及地面结构物振动监测。2 监测结果及结论1）隧道浅埋，且地面有列

20、车荷载扰动，通过大管棚注浆很好的将松散的岩体结合在一起，D便梁转移了列车荷载，较少了列车荷载对围岩的扰动，控制爆破很好的起到了减小爆破对围岩的扰动，这些措施很好的控制了地表沉降量。2）隧道周边水平位移及拱顶下沉：隧道浅埋，控制拱顶下沉是施工中的重点，通过超前大管棚的棚架效应及控制爆破很好的减小了隧道拱顶下沉。3）通过在D便梁基础及既有线两侧路肩上设置测点，发现受爆破扰动，D便梁基座在爆破后有0.40.6mm的沉降，初期支护成环后基座不再沉降。6.2.5 施工过程中既有线慢行时间分配1）挖孔桩开挖及灌注，需线路慢行60km/h，施工周期36天,在施工天窗点内施工，禁止点外施工。2）D型梁安装，需

21、线路慢行45km/h,施工周期6天，点内施工，每日申请2小时施工天窗时间。3） ID3K772+740ID3K772+794段（54米）穿越既有线影响范围施工，需线路慢行45km/h,周期60天。4) D型梁拆除，整理恢复线路，需线路慢行45km/h，施工周期6天。点内施工，施工前向行车管理单位要点。7 劳动力组织表2 施工班组劳动力配置表序号工种名称人数备注1开挖班302初期支护班15 3二衬班20含3个钢筋工4管线、电工班126隧道出碴班67拌和班10含砼罐车、输送泵司机8钢筋加工班129通风小组313测量班414量测班215D便梁施工人员20 16合 计134注：隧道断面64m2 每循环

22、开挖0.5m，12小时一个循环。8 主要机具、设备配置表3 机械设备配置表序号设备、材料名称规格型号单位数量备 注1侧翻装载机ZLC50C 2.3m3辆22砼输送车6m3辆33挖掘机PC200辆24汽车EQ153辆45湿喷机TK500台26注浆泵FBY-50/70台17砼输送泵HBT60A台18衬砌台车9m个19空压机LWJ20/8台310大型液压钻机C6台1导向、自动纠偏11水钻NO244-18.5台612湿喷机TK500台29 质量控制9.1 易出现的质量问题9.1.1 管棚角度控制 一次打设54m长大管棚，管棚外插角控制至关重要，外插角过大会将管棚打入既有线道床底部影响安全行车，外插角过

23、小会影响会侵入隧道净空。9.1.2 砼强度 隧道浅埋，拱顶又有列车荷载，D便梁拆除后隧道二次衬砌将作为承重的结构之一，如何保证砼强度及拱顶砼密实，在长期受力状态下不开裂是质量控制的重点之一。9.2 保证措施9.2.1施工前根据原地面标高和隧道拱顶标高，计算外插角，调整固定好孔口管的角度。9.2.2 采用C6钻机施工过程中自动调整外插角。9.2.3 坚持技术交底制度，每道工序必须有技术交底，交底内容详尽，尺寸明确。9.2.4 加强技术培训，每道工序施工前必须对作业人员进行培训，使其熟练掌握该工序的质量要点，做到心中有数。9.2.5加强过程控制，施工过程中必须有领工员值班，技术员指导，质检员报检检

24、查等程序，将质量问题消除在施工过程中。9.2.6 严格施工配合比，确保砼强度。9.2.7 把好原材料进场检验关，不合格的原材料坚决不予进场，确保施工质量。10 安全措施10.1 主要安全风险分析既有线施工如何保证既有线运营安全及隧道下穿段施工安全是主要风险，也是施工过程中的重点预防项目。10.2 保证措施 10.2.1 项目部成立安全管理领导小组，负责既有线施工安全工作。10.2.2 制定施工计划并审批，施工前施工方案须经铁路运营部门审批，通过后方可施工。设备管理单位接到施工单位的施工请求后，应对施工方案和计划及影响范围进行认真核对，并在施工开始前派员进行施工安全监督。10.2.3 签订施工安

25、全及施工配合协议的承诺在工程项目施工前，保证按照铁道部铁路营业线施工及安全管理规定（铁办2008190号）文件分别与设备管理单位和行车组织单位根据不同的施工内容签订不同的施工安全协议书，明确双方各自的安全责任。10.2.4 派驻站联络员实行登消点制度精心安排经过培训合格的南充东车站驻站防护1人（三班倒，24小时），及时通报列车运行情况；工地关门防护2人（三班倒，24小时），及时通报工地来车情况。10.2.5 安全培训，考核上岗，专人专岗项目经理，主管安全生产副经理，安全、技术、质量等主要负责人必须经铁道部或铁路局营业线施工安全培训合格后上任；在既有线作业，与行车安全有直接影响的安全员、防护员、

26、驻站联络员、爆破员、带班人员、工班长和轨道车司机等，必须经铁路局有关部门培训合格后上岗，所有参与既有线施工的员工都必须经过既有线施工安全培训合格后方能上岗。11 环保措施施工过程中既要确保既有线环境不受污染又要确保施工场地环境不受污染。11.1 既有线环境保护 11.1.1 D便梁孔桩施工时材料统一堆放在网外，并采用覆盖措施，防止侵入既有线安全范围内。 11.1.2 油料等污染物远离既有线存放，防止污染既有线。 11.1.3 做好既有线施工排水，确保既有线排水畅通。 11.1.3 孔桩开挖出来的石渣用麻袋装好，统一存放在指导位置，利用天窗时间运出场外。11.2 下穿隧道施工环境保护11.2.1

27、 隧道施工前根据工程实际情况合理选择弃土场、材料堆放场、临时驻地、施工便道的位置，以“减少植被破坏，少占耕地”为原则，合理规划临时用地，最大限度地减少施工用地。11.2.2严格遵守环境保护法以及相关的法律、法规、规章制度，严格执行“三同时”即：同时设计、同时施工、同时竣工，不留尾巴、不留后患，采取一切合理措施保护现场内外的环境，确保环保目标圆满实现。11.2.3 做好洞内、洞外防排水设施，在洞口设置沉淀池，减少施工造成水污染。12 应用实例 12.1 工程简介白果湾隧道位于南充市凤凰镇境内，隧道起讫里程： ID3K772+645ID3K772+920，长275m单线隧道，最大埋深34m，最小埋深2.5m，隧道于ID3K772+767.7及ID3K772+775.6处下穿既有达成铁路(上行线对应里程：DK104+555；下行线对应里程：DK104+016)。图9 白果湾隧道与既有达成线关系图12.2 施工情况白果湾隧道于2010年7月10日开始进入暗洞开挖，2010年9月20日开始施工洞内导向墙，2010年10月20日开始进D便梁孔桩施工，2011年1月18日完成孔桩施工。 12.3 工程结果评价 D便梁结合台阶法控制爆破施工有效的解决了列车通过时的动载对隧道施工引起的拱顶下沉及洞内爆破施工对既有线道床及路基边坡造成的