隧道穿越既有铁路线超浅埋暗挖施工技术
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇隧道穿越既有铁路线超浅埋暗挖施工技术范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
【摘要】本文叙述了双柱三连拱隧道在埋深浅、地质条件差及地表既有铁路线动荷载作用下的开挖支护施工、轨道加固、井点降水及监测等方面的内容，特别是在软土层中超浅埋暗挖、地表有列车动荷载作用下的施工，目前还没有成熟的理论和经验可借鉴，通过我们在施工过程中不断摸索和总结，隧道终于顺利竣工。
【关键词】既有铁路线超浅埋列车动荷载双侧壁导洞法
中图分类号：U45 文献标识码：A
1、工程概况
某工程暗挖段长155.4 m (DK0+063.279～DK0+218.679)。该暗挖通道地表有火车站12条客运线、2条货运线、1条驼峰线、4座旅客站台、4座邮政通道（邮政通道底板距中跨开挖拱顶净距仅有1.2m）。
暗挖段通道结构形式为双柱三连拱，跨度16.2m，拱顶最大高度7.3m，拱顶最小覆土厚度4.5m，拱底至地面最大埋深12.3m，施工工法为大管棚、超前小导管支护，双侧壁导洞法结合台阶法、CD法施工，采用复合式衬砌，初期支护为格栅钢架+C20干喷砼锚喷支护，二衬为钢筋混凝土结构，防水工程采用ECB防水板全断面封闭+二衬C40P8抗渗混凝土。
区间结构抗震烈度为Ⅶ级。
2、地质情况
0（轨面标高）～-2.17m为杂填土，褐黑色；-2.17m～-8.57m为粉质粘土，呈褐黄色，湿粘性较好；-8.57m以下为粘土，呈褐黄色，湿、可塑状；地下水埋深为-2.1m～-3.8m，对砼无侵蚀性，渗透速度为0.87m/d；土壤最大冻结深度1.7m。
3、工程难点
3.1地质条件复杂，地下水丰富。
粉质粘土、粘土自稳性差，遇水就变成稀泥，而且车站各类地下管线繁多，日伪时期的管线走向、高程资料无处可查，给施工带来极大的不便。
3.2隧道埋深浅
铁道轨面至中跨开挖拱顶净距仅4.5m。
3.3地表建筑物对沉降控制要求高
在列车正常运营情况下，隧道穿越15条既有铁路线（包括客、货运线），4座邮政通道及4座旅客站台，为避免形成三角坑冲击效应，铁路轨面绝对沉降值不得超过10mm。
3.4施工工艺复杂
超前支护采用大管棚，中跨和左右两侧边跨各设置5座管棚工作室；暗挖施工工法有双侧壁导洞法+台阶法+CD法；衬砌施工时需进行结构受力体系转换。
4、施工方案的确定
根据隧道地质条件及工程特点，总体方案为：降水施工轨道加固西跨初期支护东跨初期支护（滞后西跨10m）中跨初期支护（滞后东跨15m）东、西跨二次衬砌拆除东西跨中隔墙（待衬砌混凝土强度达到设计强度的100％时施工）中跨二次衬砌。
4.1降水施工
根据场地水文地质条件和设计要求，采用井点降水，保证降水效果。
4.2轨道加固
对铁路轨道进行3－5－3扣轨加固，增强钢轨抵抗变形能力。
4.3超前支护
采用φ108mm注浆大管棚、φ42mm小导管超前支护，格栅钢架（间距500mm）随挖随喷，尽早封闭成环。。
4.4双侧壁导洞法、CD法、台阶法暗挖施工
充分发挥围岩自身支护作用，根据围岩的性质采用工法为双侧壁导洞法+台阶法+CD法，及时收集、分析监测的数据，进行反馈并指导下一步施工。
4.5受力体系转换
左右两侧边跨衬砌混凝土强度达到设计强度的100％，开始拆除中隔墙，结构受力体系转换，进行中跨衬砌施工。
5.井点降水施工
5.1井位布置
降水井深19m，井径600mm，因地表既有设施复杂，降水井尽最大可能沿轴线按10m/眼布设，考虑到降水效果及防止边跨施工时锁脚锚杆打到降水井壁上，降水井横向间距为21m。管井内的水经支管汇入ф150mm总管内，经汇水总管排入车站排水管沟。
5.2施工工艺
测量放线定井位探明地下管线人工钻孔成孔下管填砾石下泵洗井接总管
5.3降水设备选型
根据现场实际情况及以往经验，降水设备选型为Q6－32/3－1.1三相潜水电泵，参数如下：
流量：6m3/h 扬程：32m 功率：1.1KW配管内径：40mm
5.4降水系统运行情况
降水井抽水开始时间为预计开挖掌子面到降水井里程处提前45天，直到二次衬砌施工完毕停止。降水方式为循环式降水，降水随时间的延续抽水量递减。最初抽水量统计： 24m3/天/眼。根据现场实测情况，井内水位一直保持在轨面下17m左右，降水效果比较理想。
6.轨道加固施工
6.1方案选择的依据和原则
轨面绝对沉降值不得超过10mm，防止形成“三角坑冲击效应”。在地表沉降不超过30mm的情况下，轨道加固必须保证列车的正常运营。
6.2轨道加固方案
轨道加固方案为3-5-3扣轨：以重型钢轨加钢扣件、螺栓连接形成为纵、横梁。（3－5－3扣轨断面见图1）通过监测所得的数据，及时反馈给线路专业维护队伍，进行填碴整道。
6.3方案实施过程
6.3.1轨道加固的时间
在开挖掌子面距轨道15米时形成加固体系。（单侧导洞开挖纵向影响范围12米）
6.3.2加固范围
沿通道中线每侧各12.5米为加固范围。
6.3.3加固材料
横梁：1.5m钢轨每隔一根枕木下一根；
纵梁：3-5-3扣轨形式需共11根25m长钢轨；
钢扣件、配套螺栓若干。
6.3.4扣轨施工工艺
扣轨施工顺序为：清理道碴架设横、纵钢轨扣件连接回填道碴监控量测填碴整道。
6.3.5既有线路维护：
设计要求挖支施工过程中地表沉降不得超过30mm，轨面绝对沉降值不得超过10mm，虽然对线路进行了3－5－3扣轨加固，但加固后的钢轨抵抗变形能力不足以抵抗挖支引起的地表下沉对线路的影响。故线路加固后的施工重点为：列车限速、加强监测、及时维护。
6.3.5.1列车限速
为了减小列车对线路的冲击，列车通过扣轨段线路时的速度限制在40km/h。
6.3.5.2加强监测
地表布设沉降点、轨道布置轨面沉降点，测得的数据及时反馈给专业维护队伍。
6.3.5.3及时维护
保证列车正常运营的关键在于对既有线路的维护保养，根据地表沉降、轨面沉降值及铁路轨距仪测得的数据，及时进行填碴整道，是保证既有线安全的关键所在。
7.大管棚超前支护及注浆
暗挖155.4m范围内共设7组管棚，每组60根，管棚长25m，每循环搭接长度3m，利用两座竖井做为管棚施工的起点工作室，洞内工作室尺寸为初支外扩600mm、长6.5m。
7.1管棚材料及加工方式
大管棚采用φ108mm、壁厚8mm的无缝钢管打设梅花孔，单根长2.5、3.5、4.5m，采用公、母丝扣连接，丝扣长度不小于200mm。
7.2管棚施工及格栅钢架布置
管棚仰角2.50～30，方向与线路纵向一致，在管棚工作室末端一榀外放600mm格栅同一里程处支立一榀标准段格栅，做为管棚施工的钢支架。
7.3止浆墙设计
垂直于洞内上导掌子面施作长3.0m锚杆、间距1.0m、梅花型布置，网喷C20混凝土20cm厚封闭，做为止浆墙。
7.4注浆参数的确定
根据现场土体条件，综合考虑工程质量、安全、工期及成本，大管棚注浆采用水泥单液浆。水泥浆水灰比W/C =1:1注浆初压在0.5～1.0Mpa，终压2.0 Mpa。
7.5注浆工艺
将预制好的φ42mm钢管及150×150mm封端钢板（3mm厚）焊接在已施工的管棚端头上。
8.双侧壁导洞法、台阶法、CD法挖支施工
本隧道采用新奥法施工，初期支护做为永久衬砌的一部分是施工中重要的一环，主要有φ108mm注浆大管棚、φ42mm注浆小导管、格栅钢架和C20网喷混凝土。支护参数见表1。开挖后及时对围岩喷射50mm厚混凝土，尽快封闭岩面，形成封闭的受力环，防止围岩松动，然后准确支立格栅钢架复喷砼至设计厚度。详见挖支施工顺序图。
表1初期支护参数表
9.受力体系转换
为保证边跨、中跨洞室施工安全而施作的临时中隔墙，中跨开挖、初支后形成的受力结构在中跨衬砌时必须拆除，受力体系将发生转换，如何安全转换受力体系是本隧道施工的重点，只有当边跨衬砌强度达到设计强度的100％时，才能拆除中隔墙，进行中跨衬砌施工。
中隔墙凿除过程中加强地表沉降监测，通过数据分析来确定一次凿除长度，施工顺序见表2（受力体系转换说明）。
10.监控量测
隧道开挖后，在应力重分布和应力释放过程中，围岩表现出各种状态，如位移、性质变化等，特别是采用双侧壁导洞法施工步骤多，且列车动荷载作用下的超浅埋隧道又没有成熟的经验可循，所以在施工中建立严密的监控量测体系是保证安全的主要手段，同时也是调整支护参数的依据。
根据现场实际情况，主要量测的项目有：地表及轨面下沉、拱顶下沉、收敛位移及地下水位观测。
10.1地表及轨面下沉监测
10.1.1测点布置（见图3）
10.1.2开挖施工至衬砌完成，测得地表最大下沉量为29mm，轨面下沉量为10mm，施作二次衬砌后，地表下沉呈收敛趋势，经过一段时间观测没有发生下沉现象。
10.1.2.1两侧导洞开挖到该断面至成环前地表沉降较大，这主要与拱脚积水和拱脚下垫钢板不实有关，应在降排水和开挖上控制拱脚土体的密实性。
10.1.2.2上下导成环快慢直接影响地表沉降，应控制上下导距离，及时封闭成环。
10.1.2.3轨道沉降随地表沉降进行，当累计超过10mm时必须及时填碴整道，确保安全。
10.1.2.4中跨上导开挖采用CD法施工，主要沉降是在上导成环前后，应该控制的重点是中跨拱顶处的立柱支撑要支立稳固，缩短两侧开挖距离，及时成环。
10.2收敛监控量测
10.2.1测点布置（见图4）
10.2.2根据实测结果的回归分析，收敛值大部分未突破控限标准的80％就已趋于稳定，且后施工导洞与先施工导洞变形相差不大，说明支护参数和施工方法是安全、可行的，衬砌施工后位移收敛观测无变化，说明洞室变形已稳定。
10.3地下水位监控量测
在粉质粘土、粘土岩层中，降水效果是工程成败的关键，因为粘土遇水即变成稀泥。必须加强对地下水位的观测，确保挖支的正常进行。
表2受力体系转换说明
10.3.1测点布设
测点布设在通道两侧水文条件影响施工的范围内，沿隧道轴线方向每10米一个断面，考虑与降水井对应。用地质钻机成孔，孔深18米（大于隧道埋深13米），测管采用直径为100mm的硬塑料管，水位线以下至隔水层间安装相同直径的滤管，滤管外裹滤布，用胶带纸固定在滤管上，孔底部设1米深的沉淀管。
10.3.2降水效果分析
根据现场实测情况，降水需提前45－60天开始，以保证降水效果达到最佳效果后开始开挖支护施工，降水开始进行的前10天速率较快，能达到整个降水深度的60%以上。
11.施工效果
该工程在挖支及受力体系转换过程中，克服了埋深浅、地表列车动荷载作用、地质条件差、地下管线复杂等困难，施工中始终未发生任何大小坍塌事故，也未对列车的正常运转造成任何影响。施工中的量测结果表明，地表下沉最大只有29mm；二次衬砌施工前初期支护未出现过裂缝或表皮剥落等现象；二次衬砌施作后同样未发现裂缝等质量问题。这说明我们选择的施工方案是安全可靠的，为今后在超浅埋、软弱围岩、穿越铁路既有线路、动荷载作用下的隧道、地铁工程施工技术提供了值得借鉴的经验。
隧道开挖支护过程中的信息化施工、动态管理，综合控制地表沉降，优化了四座站台雨棚柱基础的地梁托换；大管棚一次施作长度的优化，节省了三座管棚工作室；通过与原设计方案比较，综合降低造价275万元，节约工期四个月。
12.几点体会
12.1粉质粘土、粘土层中降水效果是暗挖施工成败的关键。
12.2轨道加固是保证列车正常运营的必要手段。
12.3建立监控量测体系，确保地表设施及洞室结构的安全。
12.4双侧壁导洞法施工时，两侧边跨格栅里程必须相对应，确保中跨格栅与两边跨格栅连接时在同一平面上。
12.5台阶法施工上台阶拱脚处加设临时钢垫板，必须落到实处，不得有虚碴、积水，这样能够有效的控制地表沉降。
【参考文献】
1、地下工程概论关宝树、杨其新西南交通大学出版社2001年6月第一版
2、城市地下工程陶龙光、巴肇伦科学出版社1996年11月第一版
3、公路隧道施工黄成光人民交通出版社2002年5月第一版
4、隧道新奥法及其量测技术李晓红科学出版社2002年1月第一版