CN111911169A - 一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法及结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法及结构，包括根据所述隧道周围情况选择所述隧道的开挖施工方法；选择所述隧道开挖的辅助施工措施；对所述隧道下穿铁路线的路基边坡进行加固；对所述隧道下穿铁路线的轨道进行加固，辅助施工措施包括大管棚超前支护措施、超前小导管预注浆和夯管帷幕法；大管棚超前支护措施包括，在所述隧道洞口位置进行管棚支护施工，在挖掘的所述隧道洞口外侧轮廓线周围预先布置钢管，钢管可达到纵向钢梁支撑的效果；超前小导管预注浆包括，当所述隧道开挖时，超前小导管沿着轮廓线进行注浆。本发明能够有效的针对隧道周边不同的情况，选择最合适施工方式，既保证了施工的安全，又能提高施工效率。

Description

一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法及结构
技术领域
本发明属于隧道穿越施工领域，特别地涉及一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法。
背景技术
随着我国公路、铁路隧道建设的飞速发展，在某些地区，由于受既有建(构)筑物、地质条件的限制及地下空间综合开发利用的需要，新建隧道近距离穿越既有铁路线或其他建(构)筑物的现象很多。当遇到下穿既有铁路线时，不仅需要保证隧道工程本体施工的安全，还要重点考虑线上交通运行的公共安全问题。
新建造的隧道常下穿既有铁路时，原有的铁路地基在新建隧道施工时难免会收到干扰，从而引起土体在不同程度上的沉降，进一步地导致已有轨道和路基出现变形，这对现有的交通运输安全产生了负面影响，在严重情况下会对现有铁路造成破坏。
由于地质条件特殊、地形变化多样等条件的约束，很多公路隧道在建造过程中出现支护参数难以确定，初期衬砌难以选择等技术难题。例如在隧道洞口段，不仅出现围岩破碎、浅埋偏压等不利进洞条件，增加了支护参数确定和开挖工法的选择的难度。在穿越已有线路的隧道的施工中，复杂的施工环境导致需要考虑的因素更多，对于软弱围岩和浅埋隧道，施工扰动范围相对较大，作用时间越长，越容易形成大范围的屈服区域，引起地表大范围沉降，必将引起地表沉降或隆起、地面倾斜和水平位移，甚至改变既有结构物基础受力的稳定，增加了结构物的附加应力，在逐步发展过程中，出现地基失稳和结构破坏等不良后果。因此研究选择合理有效的施工技术，确保既有线施工安全具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法，据所述隧道周围情况选择所述隧道的开挖施工方法；选择所述隧道开挖的辅助施工措施；对所述隧道下穿铁路线的路基边坡进行加固；对所述隧道下穿铁路线的轨道进行加固，能够有效的针对隧道周边不同的情况，选择最合适施工方式，既保证了施工的安全，又能提高施工效率。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法，包括：
步骤一，根据所述隧道周围情况选择所述隧道的开挖施工方法；
步骤二，选择所述隧道开挖的辅助施工措施；
步骤三，对所述隧道下穿铁路线的路基边坡进行加固；
步骤四，对所述隧道下穿铁路线的轨道进行加固。
所述辅助施工措施包括大管棚超前支护措施、超前小导管预注浆和夯管帷幕法；
所述大管棚超前支护措施包括，在所述隧道洞口位置进行管棚支护施工，在挖掘的所述隧道洞口外侧轮廓线周围预先布置钢管，所述钢管可达到纵向钢梁支撑的效果；
所述超前小导管预注浆包括，当所述隧道开挖时，超前小导管沿着轮廓线进行注浆，用以稳固松散土体。
所述夯管帷幕法包括，在所述隧道开挖之前，用夯管锤将多根钢管依此打入并深入到路基，以使建筑物的外围边界形成门字形状的管棚。
进一步的，所述隧道周边情况包括，所述隧道所处的水文地质情况、周围的建筑物与构筑物分布、隧道的埋深、施工作业情况、围岩状况及承载能力、施工作业人员的技术能力、施工工期要求；
若所述围岩条件为软弱围岩条件下大跨浅埋洞口段或者Ⅱ类围岩土质松软段，则采取分部分区域施工方法；所述分布分区域方法包括，先对所述隧道进行固然后再开挖，并对所述隧道做好支护。
若所述围岩条件较差且围岩沉降不好控制、或者是多条浅埋隧道施工时，则采用单侧壁导坑法；所述单侧壁导坑法包括，对所述隧道一侧的导坑进行开挖，对于所述隧道另外一侧选择正台阶的方法进行操作。
若所述隧道的岩石土体成拱效果恶劣，则采用所述大管棚超前支护措施；若所述隧道周围的土体较为松散，则采用超前小导管预注浆；
若所述隧道需要进行浅埋暗挖施工，则采用夯管帷幕法。
进一步的，将所述导坑分为上台阶、中台阶和下台阶，所述上台阶包括第一部分和第二部分；所述中台阶包括第三部分和第四部分；所述下台阶包括第五部分和第六部分；对所述上台阶开挖时，所述上台阶长度不能超过8m，对所述隧道顶部及中隔壁机进行超前支护，采用人工开挖的方法进行所述第一部分导坑开挖，每开挖一定距离架立钢架及工字钢临时钢架,并设锁脚锚杆。
进一步的，当所述导坑开挖支护时，对未开挖面喷射凝土封闭掌子面，对所述第一部分导坑周围喷混凝土；待所述第一部分导坑底部平整压实后，作为所述第一部分导坑的临时仰拱，并安设工字钢横撑；再次喷射混凝土。
进一步的，当所述第一部分导坑施工完成一段的距离后，对所述第二部分导坑开挖；每开挖一定距离架立钢架及工字钢临时钢架,并设锁脚锚管；当所述第二部分导坑开挖时对未开挖面喷射混凝土对掌子面进行封闭；随后对所述第一部分导坑周围喷混凝土；待所述第一部分导坑底部平整压实后，施做所述第一部分导坑的临时仰拱，并安设工字钢横撑，复喷混凝土至设计厚度。
进一步的，当所述第二部分开挖30cm时，开挖所述第三部分和所述第四部分；开挖所述第三部分和所述第四部分时，依照所述第一部分和所述第二部分导坑的开挖方法及顺序进行开挖，并施做导坑周边的初期支护和临时支护；在滞后于所述第三和第四部分导坑一段距离后，进行所述第五和第六部分导坑的开挖，开挖时采用人工进行交叉开挖，交错距离不得小于3m；当所述第五部分开挖至3m时对未开挖面喷射混凝土封闭掌子面，所述隧底周边部分初喷混凝土，接长钢架及工字钢临时钢架，复喷混凝土至设计厚度，待所述第五部分导坑开挖及支护完成后以相同的方法开挖所述第六部分导坑。
进一步的，所述固定工件依次水平排列在岩石土体中，所述超前小导管斜插于所述固定工件上，所述超前小导管内部中空，可通过所述超前小导管进行注浆，以使所述岩石土体加固。8、根据权利要求7所述的一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工结构，，其特征在于：所述固定工件为格栅钢架或工字钢，当所述固定工件为所述工字钢时，所述工字钢依此水平等距排列，每隔3个所述工字钢设置所述超前小导管；相邻的两个所述超前小导管之间的距离为10-15m。
进一步的，当所述固定工件为所述格栅钢架时，所述格栅钢架依此水平等距排列，每隔2个所述格栅钢架设置所述超前小导管，相邻的两个所述超前小导管之间的距离为5-10m。
进一步的，所述超前小导管的管径为4.5m。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：本发明结合隧道下穿铁路线工程的现实状态，考虑围岩与不同支护方式的耦合作用，优化隧道预支护方法及开挖施工技术，保障施工过程处于安全、稳定、优质的可控状态，可为同类工程提供参考和借鉴，通过本发明提供的隧道施工结构，可有效的将施工过程中松散的岩石土体进行加固。
附图说明
图1是本发明实施例提供的既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法流程图。
图2是本发明实施例提供的青龙桥隧道下穿京包铁路段CRD施工方法示意图。
图3是本发明实施例提供的CRD法上部爆破炮眼示意图。
图4是本发明实施例提供的隧道施工结构示意图。
图5是本发明实施例提供的隧道施工结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步说明。
实施例1，如图1所示，本发明实施例提供一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法，具体如下：
步骤一，根据所述隧道周围情况选择所述隧道的开挖施工方法；
步骤二，选择所述隧道开挖的辅助施工措施；
步骤三，对所述隧道下穿铁路线的路基边坡进行加固；
步骤四，对所述隧道下穿铁路线的轨道进行加固。
进一步地，隧道周边情况包括，所述隧道所处的水文地质情况、周围的建筑物与构筑物分布、隧道的埋深、施工作业情况、围岩状况及承载能力、施工作业人员的技术能力、施工工期要求；
进一步地，若所述围岩条件为软弱围岩条件下大跨浅埋洞口段或者Ⅱ类围岩土质松软段，则采取分部分区域施工方法；所述分布分区域方法包括，先对所述隧道进行固然后再开挖，并对所述隧道做好支护。
进一步地，若所述围岩条件较差且围岩沉降不好控制、或者是多条浅埋隧道施工时，则采用单侧壁导坑法；所述单侧壁导坑法包括，对所述隧道一侧的导坑进行开挖，对于所述隧道另外一侧选择正台阶的方法进行操作。
进一步地，根据所述隧道周边情况选择开挖的辅助施工措施，所述辅助施工措施包括大管棚超前支护措施、超前小导管预注浆和夯管帷幕法。
进一步地，若所述隧道的岩石土体成拱效果恶劣，则采用所述大管棚超前支护措施；若所述隧道周围的土体较为松散，则采用超前小导管预注浆；若所述隧道需要进行浅埋暗挖施工，则采用夯管帷幕法。
实施例2
如图2所示，本发明实施例以CRD法(单侧壁导坑法)开挖为主，保证铁路运营安全，加强监控量测，结合反馈信息及时优化调整支护参数。
进一步地，具体施工作业顺序按照①部、②部、③部、④部、⑤部、⑥部进行，首先进行钻孔爆破，然后对衬砌进行施工作业，最后对全断面初衬进行封闭联合。CRD法①部、②部、③部、④部、⑤部、⑥部选择了光面控制爆破方法，依次进行施工，①部、②部的炮孔位置设置如图2所示。
导坑开挖时分先行导坑、后行导坑两部分，交叉作业。先、后行导坑利用台阶法分上、中、下三个台共分为①②③④⑤⑥六部分，如图2所示，开挖时为减少对围岩的扰动，采用人工开挖。先进行上台阶开挖，台阶长度不能超过8m，施工顺序如下：
1、采用超前大管棚和超前小导管对隧道顶部及中隔壁施做超前支护。采用人工开挖的方法进行①部分导坑开挖，每开挖0.5m架立Ⅰ20a钢架及Ⅰ18工字钢临时钢架,并设锁脚锚杆。
当导坑开挖支护8m时，对未开挖面喷射8㎝厚的C25混凝土封闭掌子面。随后施做①部分导坑周围的初期支护和临时支护，即初喷4㎝厚混凝土。待①部分导坑底部平整压实后，施做①部分导坑的临时仰拱，并安设Ⅰ18工字钢横撑。最后再次喷射混凝土以达到设计厚度的要求。
2、在落后于①部分导坑施工完成一段的距离后(台阶长度为8m)，采用人工开挖的方法进行②部分导坑开挖。
每开挖0.5m架立Ⅰ20a钢架及Ⅰ18工字钢临时钢架,并设锁脚锚管。当导坑开挖之8m时对未开挖面喷射8㎝厚的C25等级的混凝土对掌子面进行封闭。随后施做①部分导坑周围的初期支护和临时支护，即初喷4㎝厚混凝土。待①部分导坑底部平整压实后，施做①部分导坑的临时仰拱，并安设Ⅰ18工字钢横撑。最后复喷混凝土至设计厚度。
3、开挖③④部分落后于②部分30m时再行施工，开挖③④部分导坑时依照①②部分导坑的开挖方法及顺序进行开挖，并施做导坑周边的初期支护和临时支护。
4、在滞后于②④部分导坑一段距离(30m)后，进行⑤⑥部分导坑的开挖，开挖时仍然采用人工并交叉开挖，交错距离不得小于3m。当⑤开挖之3m时对未开挖面喷射8㎝厚的C25混凝土封闭掌子面。隧底周边部分初喷4㎝厚混凝土，接长Ⅰ20a钢架及Ⅰ18工字钢临时钢架，复喷混凝土至设计厚度。待⑤部分导坑开挖及支护完成后以相同的方法开挖⑥部分导坑。
对隧道支护参数设计：
包括，隧道采用复合式衬砌，按新奥法原理设计，初期支护以型钢钢架、锚杆、钢筋网、喷混凝土共同组成联合支护系统，铁路段二衬为钢筋混凝土，通过两种衬砌的共同支护以承受压力荷载，从而保障隧道施工的安全。
表1复合式衬砌支护参数表
Figure BDA0002653095890000071
Figure BDA0002653095890000081
注：衬砌类型下角标j为加强；二次衬砌上角标*为钢筋混凝土，无角标为素混凝土。
施工辅助措施：
对于这一特殊地段，先进行管幕辅助措施施工、坡面防护，然后对铁路道轨进行扣轨保护，并报有关部门要点、限速。按照相关铁路规范要求及时养护道碴道床，以保证铁路轨道的平顺，从而保证铁路正常运行。
进一步地，施工辅助措施包括夯管帷幕，在本实施例中，夯管帷幕采用直径Ф325mm、壁厚14mm无缝钢管，管幕施工考虑20cm误差。夯管端部设C20喷射混凝土锁口梁，内用钢格栅将管棚及管棚外侧一圈锚杆的端部钢筋进行有效联结，以保证夯管管棚的稳定性。
进一步地，夯管锤选用德国TT公司Grundoram-夯管锤进行施工。
进一步地，如图3所示，为保证安全进行隧道开挖，控制地表沉降，保护铁路运营的安全，采用扣轨1加固长度为85.6m。
进一步地，加固前先要慢行，将线路混凝土换成长木枕，并在轨道底部增设垫板，以加固轨道面。抽换每隔六根换取一个，重换的区域要符合加固长度的使用要求。当抽换完成对木枕进行振捣达到密实度要求后，然后再对附近的钢筋混凝土枕进行抽换工作。换取的路线要从隧道中轴线位置的两边以对称的方式进行作业，当工作完成后要对整条线路进行复查，要保证作业结果满足轨道施工的相应规范。
进一步地，装配的方式依照3-5-3的方式设置吊轨。钢轨的接头要按照一米以上进行错位，钢轨选择43Kg/m轨，吊轨和它下方的枕木选择型号为Φ22-U型的螺栓进行连接。
进一步地，隧道进口曲线最小半径R＝600m，为保证二次衬砌线形平顺，采用6m长台车整体模筑，混凝土罐车运送输，泵送入模，附着式振动结合插入式捣固棒捣固。
进一步地，浇筑前做好仰拱填充、边墙基础、防水层、盲沟、预埋管线、预埋件安设、预留洞室套模固定等工序，并保证混凝土外观质量。
本发明实施例所提出的既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法研究应用的合理性和可靠性，经验证，施工效果良好，达到了将施工影响控制在可接受范围的效果，为类似隧道下穿铁路既有线工程施工方法和技术的选择提供了决策依据和技术指标，该发明将促进隧道穿越工程施工技术进步，社会效益和环境效益显著。
实施例3
本发明实施例还提供一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工结构，如图4和5所示，包括超前小导管和固定工件，固定工件依次水平排列在岩石土体中，超前小导管斜插于固定工件上，超前小导管内部中空，可通过超前小导管进行注浆，以使岩石土体加固。
进一步的，固定工件为格栅钢架或工字钢，当固定工件为工字钢时，工字钢依此水平等距排列，每隔3个工字钢设置超前小导管；相邻的两个超前小导管之间的距离为10-15m。
进一步的，当固定工件为格栅钢架时，格栅钢架依此水平等距排列，每隔2个格栅钢架设置超前小导管，相邻的两个超前小导管之间的距离为5-10m。优选地，超前小导管的管径为4.5m。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法，其特征在于，包括：
步骤一，根据所述隧道周围情况选择所述隧道的开挖施工方法；
步骤二，选择所述隧道开挖的辅助施工措施；
步骤三，对所述隧道下穿铁路线的路基边坡进行加固；
步骤四，对所述隧道下穿铁路线的轨道进行加固；
所述辅助施工措施包括大管棚超前支护措施、超前小导管预注浆和夯管帷幕法；
所述大管棚超前支护措施包括，在所述隧道洞口位置进行管棚支护施工，在挖掘的所述隧道洞口外侧轮廓线周围预先布置钢管，所述钢管可达到纵向钢梁支撑的效果；
所述超前小导管预注浆包括，当所述隧道开挖时，超前小导管沿着轮廓线进行注浆，用以稳固松散土体。
所述夯管帷幕法包括，在所述隧道开挖之前，用夯管锤将多根钢管依此打入并深入到路基，以使建筑物的外围边界形成门字形状的管棚。
2.根据权利要求1所述的一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法，其特征在于：所述隧道周边情况包括，所述隧道所处的水文地质情况、周围的建筑物与构筑物分布、隧道的埋深、施工作业情况、围岩状况及承载能力、施工作业人员的技术能力、施工工期要求；
若所述围岩条件为软弱围岩条件下大跨浅埋洞口段或者Ⅱ类围岩土质松软段，则采取分部分区域施工方法；所述分布分区域方法包括，先对所述隧道进行固然后再开挖，并对所述隧道做好支护；
若所述围岩条件较差且围岩沉降不好控制、或者是多条浅埋隧道施工时，则采用单侧壁导坑法；所述单侧壁导坑法包括，对所述隧道一侧的导坑进行开挖，对于所述隧道另外一侧选择正台阶的方法进行操作；
若所述隧道的岩石土体成拱效果恶劣，则采用所述大管棚超前支护措施；若所述隧道周围的土体较为松散，则采用超前小导管预注浆；若所述隧道需要进行浅埋暗挖施工，则采用夯管帷幕法。
3.根据权利要求2所述的一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法，其特征在于：将所述导坑分为上台阶、中台阶和下台阶，所述上台阶包括第一部分和第二部分；所述中台阶包括第三部分和第四部分；所述下台阶包括第五部分和第六部分；对所述上台阶开挖时，所述上台阶长度不能超过8m，对所述隧道顶部及中隔壁机进行超前支护，采用人工开挖的方法进行所述第一部分导坑开挖，每开挖一定距离架立钢架及工字钢临时钢架,并设锁脚锚杆。
4.根据权利要求3所述的一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法，其特征在于：当所述导坑开挖支护时，对未开挖面喷射凝土封闭掌子面，对所述第一部分导坑周围喷混凝土；待所述第一部分导坑底部平整压实后，作为所述第一部分导坑的临时仰拱，并安设工字钢横撑；再次喷射混凝土。
5.根据权利要求4所述的一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法，其特征在于：当所述第一部分导坑施工完成一段的距离后，对所述第二部分导坑开挖；每开挖一定距离架立钢架及工字钢临时钢架,并设锁脚锚管；当所述第二部分导坑开挖时对未开挖面喷射混凝土对掌子面进行封闭；随后对所述第一部分导坑周围喷混凝土；待所述第一部分导坑底部平整压实后，施做所述第一部分导坑的临时仰拱，并安设工字钢横撑，复喷混凝土至设计厚度。
6.根据权利要求5所述的一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工方法，其特征在于：当所述第二部分开挖30cm时，开挖所述第三部分和所述第四部分；开挖所述第三部分和所述第四部分时，依照所述第一部分和所述第二部分导坑的开挖方法及顺序进行开挖，并施做导坑周边的初期支护和临时支护；在滞后于所述第三和第四部分导坑一段距离后，进行所述第五和第六部分导坑的开挖，开挖时采用人工进行交叉开挖，交错距离不得小于3m；当所述第五部分开挖至3m时对未开挖面喷射混凝土封闭掌子面，所述隧底周边部分初喷混凝土，接长钢架及工字钢临时钢架，复喷混凝土至设计厚度，待所述第五部分导坑开挖及支护完成后以相同的方法开挖所述第六部分导坑。
7.一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工结构，其特征在于：包括超前小导管和固定工件，所述固定工件依次水平排列在岩石土体中，所述超前小导管斜插于所述固定工件上，所述超前小导管内部中空，可通过所述超前小导管进行注浆，以使所述岩石土体加固。
8.根据权利要求7所述的一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工结构，其特征在于：所述固定工件为格栅钢架或工字钢，当所述固定工件为所述工字钢时，所述工字钢依此水平等距排列，每隔三个所述工字钢设置所述超前小导管；相邻的两个所述超前小导管之间的距离为10-15m。
9.根据权利要求8所述的一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工结构，其特征在于：当所述固定工件为所述格栅钢架时，所述格栅钢架依此水平等距排列，每隔两个所述格栅钢架设置所述超前小导管，相邻的两个所述超前小导管之间的距离为5-10m。
10.根据权利要求9所述的一种既有铁路线路下浅埋深隧道施工结构，，其特征在于：所述超前小导管的管径为3.5m-4.5m。
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