CN112507424A - 一种膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法，包括步骤：利用有限元分析软件模拟工程；将膨胀土土体进行改良；轨道下方浇筑板状隔离基础；设置架立装置；地面以及盾构注浆；本发明可达到保护轨道和减小轨道与盾构之间的影响的目的。

Description

一种膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法

技术领域

本发明涉及盾构下穿结构施工技术领域，具体涉及一种膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法。

背景技术

伴随着我国地下交通的迅速发展，国内地铁工程面临一些技术性问题。目前盾构法隧道施工在地下工程领域已经成为首选的隧道施工方法，现有很多盾构机下穿铁路线路的工程案例，在盾构下穿期间，轨道和路基的变形对于列车的行驶安全及其重要，对于在膨胀土地层中的地下工程，工程的开展具有一定的挑战性，土体失水过度时，它的体积就开始收缩，产生裂缝；反之，膨胀土的土体湿度增大时，土体就会膨胀并产生一种压力，容易引起涌水现象导致开挖面失稳，最终会对隧道以及相关建筑物产生较大安全影响。而且，国内对于盾构下穿工程的施工方法大多数是控制盾构施工参数，注浆等，效果不佳。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法，包括步骤：

S1，利用有限元分析软件模拟工程；

S2，将膨胀土土体进行改良；

S3，轨道下方浇筑板状隔离基础；

S4，设置架立装置；

S5，地面以及盾构注浆。

较佳的，在步骤S1中，在工程开工前，先用岩土有限元分析软件MidasGTSNX根据工程概况建立模型，并根据运行结果的沉降变形规律，初步设定盾构掘进参数，在盾构隧道穿越轨道的施工段中按照模拟分析中得到的施工参数进行试掘进段的施工，并根据盾构推进参数和地面沉降变形规律，调整所述盾构隧道下穿所述轨道的剩余掘进段的施工参数，最终确定剩下掘进段的施工参数。

较佳的，在步骤S2中，将所述轨道周围的土体进行挖掘，将土块打碎后再与石灰搅匀，用干石灰将所述盾构隧道下穿所述轨道的距地表3米的影响区土体改良。

较佳的，在步骤S2对土体加入石灰进行改良的同时，对铁路路基土进行挖掘深1.5米，然后在两侧表面用打桩机钻孔两排横向布置的灌注桩，在所述灌注桩桩基顶端浇筑承台，并在所述承台顶层浇筑所述板状隔离基础，所述板状隔离基础横跨铁路线路与盾构下穿区域，所述板状隔离基础上方的土层上设置条形混凝土支墩。

较佳的，所述灌注桩距离运营铁路中心线的最小净距应不少于10m。

较佳的，在步骤S4中，所述架立装置整体设置有铁路路线段与盾构下穿段，包括临时条形支墩、条形千斤顶和横梁，所述条形千斤顶设置在所述临时条形支墩上，所述条形千斤顶设置在所述横梁的两端，所述横梁设置在所述轨道的底部。

较佳的，在所述临时条形支墩上架设连接着操控按钮的所述条形千斤顶，所述条形千斤顶通过两侧的扣件固定在所述临时条形支墩上，且所述千斤顶与所述横梁通过千斤顶自身的螺栓钢扣来进行拼装固定成一体，所述条形千斤顶与所述支墩中间放上防护性钢板。

较佳的，在步骤S5中，盾构掘进过程中，盾构机进行同步注浆及二次注浆来加固盾构隧道，同步注浆的注浆液采用单浆液，水∶水泥＝1∶1，二次注浆采用双浆液，氯化钙∶水玻璃＝1∶0.9。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：1，本发明通过模拟分析软件，对整个工程的各个参数进行初步了解，模型中出现变形、强度和刚度异常的部位，在后面真正施工时要重点关注，相比较其他工程用试掘进阶段来调整施工参数，建模成本较低，方式便捷。2，对于膨胀土改良，相比较直接地面注浆加固土体不能很好地控制浆液的流动部位，对附近影响区域土体进行掺入石灰，对整体进行土体改性，在配合地表注浆和盾构的同步注浆和二次注浆，这样更好地加固地表土层。3，这个改进的架立装置，可以将施工段影响的轨道架离地面，使轨道受到最小的破坏，而且可以自动控制这个轨道的升降，提高了效率，为轨道和地面空出大量工人用于调整轨枕和装置的空间。4，在轨道线路下方和盾构施工的上方的土层中浇筑的永久隔离板状基础，能有效的减少路线与盾构施工之间的相互影响。

附图说明

图1为膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法的流程图；

图2为盾构下穿铁路轨道的示意图；

图3为板状隔离基础正面图；

图4为板状隔离基础俯视图；

图5为架立装置正面图；

图6为架立装置侧面图。

图中数字表示：

1-轨道；2-临时条形支墩；3-条形千斤顶；4-盾构隧道；5-横梁；6-轨枕；7-扣件；8-板状隔离基础；9-承台；10-灌注桩；11-螺栓钢扣。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

如图1、图2所示，图1为膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法的流程图，图2为盾构下穿铁路轨道的示意图；本发明所述膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法，包括步骤：

S1，利用有限元分析软件模拟工程；

S2，将膨胀土土体进行改良；

S3，轨道下方浇筑板状隔离基础；

S4，设置架立装置将铁轨脱离地面，对铁轨以及枕木起到较好的保护作用；

S5，地面以及盾构注浆。

具体的，在步骤S1中，在工程开工前，先用岩土有限元分析软件MidasGTSNX根据土体性质等工程概况去建立模型，并根据运行结果的沉降变形规律，去初步设定盾构掘进参数和进行其他工程准备，然后在盾构隧道4穿越轨道1的施工段中按照模拟分析中得到的施工参数进行一段试掘进段的施工，并根据盾构推进参数和地面沉降变形规律，不断调整所述盾构隧道4下穿所述轨道1的剩余掘进段的盾构推力、掘进速度、出土量、注浆压力等施工参数，最终确定剩下掘进段的施工参数。

通过模拟分析软件，对整个工程的各个参数进行初步了解，模型中出现变形、强度和刚度异常的部位，在后面真正施工时要重点关注，这样做，相比较其他工程用试掘进阶段来调整施工参数，建模成本较低，方式便捷。

在步骤S2中，因为模型中的土体是一种稳定均匀的不受水量影响的土层，然而膨胀土因为不同的含水量表现出很大差异的力学性能，为了工程开工时更贴近模型运行的结果以及为了加固地层表面保证工程的安全，将盾构掘进工程中的影响区的土体，将膨胀土土体进行较大强度的改良，使其更适应盾构掘进过程。

在本实施例中用化学的方法在膨胀土中掺石灰。石灰是一种较廉价的建筑材料，可以降低工程成本。因膨胀土含水量较大，土中结块含量多，将所述轨道1周围的土体进行挖掘3米，将大土块打碎后再与石灰搅匀，用干石灰将所述盾构隧道4下穿所述轨道1的距地表3米的影响区土体改良，通过土与石灰之间的化学反应改变其膨胀性，提高了强度，达到稳定的目的，为后面所述盾构隧道4下穿做好地表加固准备。

如图3、图4所示，图3为板状隔离基础正面图；图4为板状隔离基础俯视图；在步骤S3中，开工前，调查清楚盾构隧道4上方通讯电缆、管道、接触网等相关设施，对土体加入石灰进行改良的同时，对铁路路基土进行挖掘深1.5米，然后在两侧表面用打桩机钻孔两排横向布置的灌注桩10，所述灌注桩10具有施工便携，施工扰动小等特点，可以有效降低灌注过程对铁路的影响。在所述灌注桩10桩基顶端浇筑承台9，然后在所述承台9顶层浇筑板状隔离基础8，横跨铁路线路与盾构下穿区域，所述板状隔离基础8就是混凝土浇筑成型的永久性板结构，用于隔离运营铁路与盾构区间，减小其互相影响，桩基下端延伸至持力岩层，使上覆荷载传递至地基深处。

为了给大跨径的所述板状隔离基础8提供足够的施工场地，所述灌注桩10距离运营铁路中心线的最小净距应不少于10m。然后回填改良的路基土并压实，条形混凝土支墩2建在所述板状隔离基础8上方的土层上，达到支撑所述轨道1和条形千斤顶3强度即可，以便工程结束时拆除。

在步骤S4中，在前面3个步骤完成后，为了在整个施工过程防止轨道破坏和腾出工人，在所述轨道1下方移动轨枕6，拼建架立装置在所述条形混凝土支墩2上来控制整个盾构工作影响区域的所述轨道1的升降。

如图5、图6所示，图5为架立装置正面图；图6为架立装置侧面图；所述架立装置整体设置有铁路路线段与盾构下穿段，包括临时条形支墩2、条形千斤顶3和横梁5，所述条形千斤顶3设置在所述临时条形支墩2上，所述条形千斤顶3设置在所述横梁5的两端，所述横梁5设置在所述轨道1的底部。所述条形千斤顶3与所述横梁5将所述轨道1架起，使所述铁轨1离开路面，并可以通过机械按钮自动调节所述条形千斤顶3的升降，来控制所述轨道1的位置。在轨道两侧建立所述临时条形支墩2，因为其支撑刚度够大，可以降低施工对铁路的影响。

在所述临时条形支墩2上架设连接着操控按钮的所述条形千斤顶3，来实现自动调节千斤顶的变化，用吊车将所述条形千斤顶3吊起在所述临时条形支墩2上，所述条形千斤顶3是通过两侧的扣件7固定在所述临时条形支墩2上，并且所述千斤顶3与所述横梁5能够通过千斤顶自身的螺栓钢扣11来进行拼装固定成一体，在所述条形千斤顶3与所述临时条形支墩2中间放上防护性钢板。所述横梁5选用工字钢，通过调整所述枕木6之间的间距，并将调整后的所述枕木6底部捣固密实，留出能够插入所述横梁5的空隙。

在步骤S5中，因为膨胀土得到很大的改良后，土体的渗水率以及强度大大增强，为了增加一份保障，施工开展后每天要检查钢板支垫和倾斜倾向的设施有无下沉、变形、裂纹，横梁与轨底的钢轨扣件和螺栓有无松动、裂纹，在地层中安装沉降监测器，盾构掘进过程中时刻关注土体沉降变形情况，如有沉降值超过预警值，立刻对该处地层用注浆管注浆加固，必要时与铁路部门合作采取保护措施，所述地表注浆管为袖阀管。盾构掘进过程中，盾构机进行同步注浆及二次注浆来加固盾构隧道，同步注浆的注浆液采用单浆液，水∶水泥＝1∶1。二次注浆采用双浆液，氯化钙∶水玻璃＝1∶0.9。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法，其特征在于，包括步骤：

S1，利用有限元分析软件模拟工程；

S2，将膨胀土土体进行改良；

S3，轨道下方浇筑板状隔离基础；

S4，设置架立装置；

S5，地面以及盾构注浆。

2.如权利要求1所述的膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法，其特征在于，在步骤S1中，在工程开工前，根据工程概况建立模型，并根据运行结果的沉降变形规律，初步设定盾构掘进参数，在盾构隧道穿越轨道的施工段中按照模拟分析中得到的施工参数进行试掘进段的施工，并根据盾构推进参数和地面沉降变形规律，调整所述盾构隧道下穿所述轨道的剩余掘进段的施工参数，最终确定剩下掘进段的施工参数。

3.如权利要求2所述的膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法，其特征在于，在步骤S2中，将所述轨道周围的土体进行挖掘，将土块打碎后再与石灰搅匀，用干石灰将所述盾构隧道下穿所述轨道的距地表3米的影响区土体改良。

4.如权利要求3所述的膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法，其特征在于，在步骤S2对土体加入石灰进行改良的同时，对铁路路基土进行挖掘深1.5米，然后在两侧表面用打桩机钻孔两排横向布置的灌注桩，在所述灌注桩桩基顶端浇筑承台，并在所述承台顶层浇筑所述板状隔离基础，所述板状隔离基础横跨铁路线路与盾构下穿区域，所述板状隔离基础上方的土层上设置条形混凝土支墩。

5.如权利要求4所述的膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法，其特征在于，所述灌注桩距离运营铁路中心线的最小净距应不少于10m。

6.如权利要求4所述的膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法，其特征在于，在步骤S4中，所述架立装置整体设置有铁路路线段与盾构下穿段，包括临时条形支墩、条形千斤顶和横梁，所述条形千斤顶设置在所述临时条形支墩上，所述条形千斤顶设置在所述横梁的两端，所述横梁设置在所述轨道的底部。

7.如权利要求6所述的膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法，其特征在于，在所述临时条形支墩上架设连接着操控按钮的所述条形千斤顶，所述条形千斤顶通过两侧的扣件固定在所述临时条形支墩上，且所述千斤顶与所述横梁通过千斤顶自身的螺栓钢扣来进行拼装固定成一体，所述条形千斤顶与所述支墩中间放上防护性钢板。

8.如权利要求7所述的膨胀土地层盾构下穿铁路轨道的施工方法，其特征在于，在步骤S5中，盾构掘进过程中，盾构机进行同步注浆及二次注浆来加固盾构隧道，同步注浆的注浆液采用单浆液，水∶水泥＝1∶1，二次注浆采用双浆液，氯化钙∶水玻璃＝1∶0.9。

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