CN113565514A - 山区城市浅埋地铁区间隧道下穿运营铁路施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了山区城市浅埋地铁区间隧道下穿运营铁路施工方法，施工过程中采用管棚超前支护加固围岩，采用悬臂掘进机进行区间隧道开挖。悬臂掘进机开挖时将掌子面分为上下两个台阶开挖，上台阶开挖拱部和边墙，采用左右循环，从下至上的S型截割路线。上台阶通过下穿段后，开挖下台阶，及时施作初期支护和仰拱，使隧道支护结构及时闭合。同时对既有铁路线进行沉降监测，并通过及时对监测数据进行分析，来反映施工过程中铁路路基和隧道支护结构的动态变化。本发明采用的施工方法，施工速度快，对围岩的扰动小，结合实时监控，区间隧道下穿运营铁路沉降变形安全可控。

Description

山区城市浅埋地铁区间隧道下穿运营铁路施工方法

技术领域

本发明涉及隧道工程技术领域，具体为一种山区城市浅埋地铁区间隧道下穿运营铁路施工方法。

背景技术

随着城市轨道交通的快速发展，我国城市轨道交通大规模修建。在城市中区间隧道所处位置周边环境复杂，下穿既有运营铁路。需要采取一种合适的施工工法进行隧道施工，来保证既有线路的安全运营。

我国西南山区城市地铁区间隧道多穿越岩质地层，区间隧道下穿既有铁路线，若采用钻爆法开挖，爆破对围岩的扰动大，对既有铁路线的安全运营产生影响。同时轨道交通区间隧道位于城市人口密集区域，爆破开挖引起居民强烈反映。因此采用悬臂掘进机开挖，具有方便灵活，适应性强，投资少，施工效率快，对围岩的扰动小等优点，能有效地控制既有运营铁路的沉降变形。

区间隧道埋深较浅，下穿运营铁路风险高，沉降控制要求高，施工中应加强对运营铁路的沉降监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种山区城市浅埋地铁区间隧道下穿运营铁路施工方法。在保证既有线路安全运营的同时，提高了施工进度，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

山区城市浅埋地铁区间隧道下穿运营铁路施工方法，具体包括以下几个步骤：

（1）采用管棚超前支护加固围岩，控制既有运营铁路沉降变形。

（2）采用悬臂掘进机进行隧道开挖：开挖前，取下穿段掌子面前方围岩进行单轴抗压强度试验，根据岩石坚硬程度定制不同的截齿。开挖时，将掌子面分为上下两个台阶进行开挖，上台阶开挖由悬臂掘进机截割头由左右循环，自下而上的 S型截割路线进行开挖，上台阶开挖至穿越下穿段后，进行下台阶开挖，开挖完成后尽快施作支护结构。

（3）在隧道开挖过程中，同时对既有铁路路基和隧道支护结构进行监测，及时分析处理监测数据，反馈监测信息，以指导施工的安全进行。

本发明采用管棚超前支护的辅助施工措施加固围岩，采用悬臂掘进机进行隧道开挖，减少了对围岩的扰动，控制了既有运营铁路的沉降变形。同时进行施工监控量测，结合对运营铁路路基和区间隧道下穿段断面监控量测，反馈监测信息指导施工，在保证既有线路安全运营的同时，提高了施工进度。

进一步地，在区间隧道下穿既有铁路路基影响区段之前，开挖管棚工作室，施作管棚，进行管棚注浆。

进一步地，区间隧道开挖前在既有铁路路基上安装小量程精密静力水准仪，根据既有铁路具体情况，沿着既有铁路走向，分别在铁路路基两侧布置路基沉降测线，监测既有运营铁路路基的沉降，实时采集监测数据进行分析。

进一步地，采用悬臂掘进机进行区间隧道上台阶开挖，截割方式为从下自上、左右循环的按照S型的截割路线进行截割上半部分。

进一步地，严格控制开挖进尺，每次开挖一榀钢架的进尺长度，及时施作上台阶初期支护。

进一步地，上台阶开挖穿越下穿段后，进行下台阶开挖，及时施作下台阶初期支护及仰拱二衬，使隧道支护结构封闭成环。

进一步地，在区间隧道下穿段设置监测断面，并在围岩和隧道支护结构中埋设监测元件，同时监测此断面隧道的拱顶沉降和净空收敛。对下穿段围岩变形和隧道支护结构变形进行监控量测。

进一步地，对既有线路进行沉降监测，结合隧道洞内围岩和支护结构变形监测，对监测数据进行动态分析，判别隧道施工中既有铁路线路、围岩变形和隧道支护结构稳定性，若出现问题可及时调整开挖方式和支护参数，保证既有线路的安全运营。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用了管棚超前支护、悬臂掘进机开挖和既有铁路路基沉降监测相结合的方式。管棚超前支护对下穿段围岩起到了很好的超前加固效果，能有效地控制既有铁路的沉降变形。采用悬臂掘进机开挖，对围岩的扰动小，施工速度快，同时能很好的控制超挖欠挖。

2、本发明采用上下台阶开挖，待上台阶开挖一段距离后，封闭掌子面，开挖下台阶，及时施作下台阶初期支护和仰拱。在区间隧道施工中，大大缩短了工期，在开挖过程中严格控制了开挖进尺，及时施作初期支护，保证了施工安全。

3、本发明采用施工过程中与监控量测相结合的方法，采用静力水准仪进行铁路路基沉降监测，在区间隧道下穿既有铁路段设置监测断面并埋设监测元件，可以实时的获取铁路路基的沉降变形、围岩变形和隧道支护结构的受力变形情况，保证区间隧道下穿既有铁路线施工的安全进行。

附图说明

图1为本发明中管棚结构示意图；

图2为本发明中台阶法施工工序纵断面示意图；

图3为本发明中静力水准仪安装示意图。

图中：1、管棚；2、初期支护；3、二次衬砌；4、隧道中线；5、轨道面；6、仰拱填充；7、仰拱二次衬砌；8、仰拱初期支护；9、钢拱架；10、5cm厚喷射混凝土封闭撑子面；11、超前小导管支护；12、锚杆支护；13、水箱；14、水准仪（基准点）；15、水管；16、水准仪。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：山区城市浅埋地铁区间隧道下穿运营铁路施工方法，采用超前管棚支护加固围岩、悬臂掘进机开挖和既有运营铁路沉降监测相结合的方法。

1、超前管棚支护

管棚工作室开挖，为满足钻机尺寸要求，开挖一个5m长的管棚工作室。在区间隧道开挖至下穿段前，采用悬臂掘进机对管棚工作室进行扩挖。

进一步地，管棚工作室做完后，按施工图测量放样出管棚位置。在隧道拱顶180°范围内，设置180mm导向管，导向管安装在工字钢架外缘，并与钢架焊接牢固。

进一步地，采用跟管钻进的方式，安装159mm超前管棚。每钻完一孔，便顶进一根钢管，钻进过程中采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度。不同长度钢管交替顶进，使钢管接头错开，加工钢管时对钢管钢节进行编号，根据加工的钢管节搭配好并做记录待用。

封闭钢管尾部，先用麻布条封堵管棚钻孔空隙，后用环形楔环顶紧，最后用电焊将楔形环焊接在管棚上。

完成钢管安装后，对每个注浆孔进行注浆。施工前做注浆试验，以确定合理的注浆参数；管棚注浆采用水泥浆液注浆，水灰比1:1；注浆压力0.5～1Mpa，具体在施工中可根据实际地质情况、确实必要时可加大到2Mpa。管棚注浆顺序原则上遵循着“钻一注一”、“由稀到浓”的原则。注浆采用从孔口一次注入，为使管内浆液饱满密实，注浆时等排气孔有浆液流出，进行终压注浆，直至达到设计注浆压力或设计注浆量时终止，然后闭其阀门。注浆结束标准：注浆压力达到设计终压并终压不少于15分钟时，可结束注浆，进浆量一般为20-30L/min以下。注浆结束后及时清除管内浆液，并用M30水泥砂浆紧密充填，充填完成后进行下一管棚施工。管棚全部施工完成后，浆液强度达到70%以上，或4h后方可进行下循环开挖。

2、悬臂掘进机开挖

采用悬臂掘进机对区间隧道进行开挖，悬臂掘进机是一种集切割、出渣、行走为一体的隧道开挖机械。

在区间隧道下穿段施工前，取掌子面岩石进行单轴抗压强度试验，根据围岩的坚硬程度定制不同的截齿，避免在悬臂掘进机施工过程中因为截齿损耗过大需维修或更换影响施工进度。

区间隧道采用悬臂掘进机进行台阶法开挖施工。上台阶主要开挖拱部和边墙，等上台阶开挖穿越下穿段后，开始下台阶开挖。出渣采用悬臂掘进机+自卸汽车的出渣方式，自卸汽车接渣运至洞口临时弃渣场，然后从临时渣场运至弃渣场。

采用悬臂掘进机开挖上台阶，截割头采用右旋截割头。悬臂掘进机首先在隧道掌子面上台阶底部水平切削出一条槽，悬臂掘进机向前移动就位，就位后开始按左右循环、自下而上的S型截割路线逐级截割掌子面。将隧道断面初步形状截割出来，最后隧道断面修整得到设计轮廓线。

悬臂掘进机截割下来的渣土，悬臂掘进机前方的铲板上的星轮转动，将渣料通过悬臂掘进机的刮板链运用到机尾，再由扒渣车和自卸汽车运输至运渣场。

上台阶开挖后，及时施作初期支护，初喷砼至设计厚度，安装钢拱架、锚杆和钢筋网。钢拱架底角安放在稳定岩层上，并及时安装锁角锚杆，稳定上台阶钢拱架，复喷混凝土至设计厚度。上台阶开挖通过下穿段后，开挖下台阶，及时施作下台阶初期支护和仰拱，使区间隧道支护结构尽快封闭成环。

3、施工监控量测

沿既有运营铁路路基走向，在铁路路基两侧布置路基沉降测线，安装静力水准仪，施工过程中通过对水准仪进行监测，实时获取既有运营铁路路基的沉降信息。

在区间隧道下穿运营铁路段布设一个监测断面，埋设围岩深部位移计，土压力盒、埋入式应变计等监测元件，同时收集拱顶沉降和净空收敛监测数据。

对所述的监测数据进行分析，并基于分析结果生成对应的反馈信息，用于指导区间隧道下穿运营铁路的安全施工。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.山区城市浅埋地铁区间隧道下穿运营铁路施工方法，其特征在于：采用管棚超前支护加固围岩、悬臂掘进机开挖区间隧道和既有铁路路基沉降监测相结合的方法。悬臂掘进机开挖：采用悬臂掘进机对掌子面进行开挖，采用左右循环、自下而上的s型截割路线截割出隧道初步断面，最后对断面进行修整得到设计轮廓线；开挖过程中同时对既有铁路路基沉降及下穿段围岩和隧道衬砌结构变形进行监测，及时分析监测数据了解施工中的动态变化。

2.根据权利要求1所述的山区城市浅埋地铁区间隧道下穿运营铁路施工方法，其特征在于：在区间隧道下穿段施工前，取掌子面岩石进行抗压强度试验，根据围岩的坚硬程度定制不同的截齿。避免在悬臂掘进机施工过程中因为截齿损耗过大需维修或更换影响施工进度。

3.根据权利要求1所述的山区城市浅埋地铁区间隧道下穿运营铁路施工方法，其特征在于：将掌子面分为上下台阶两个部分进行开挖，上台阶主要开挖拱部和边墙。区间隧道下穿段的上台阶开挖及初期支护完成后，再开挖下台阶。最后施作下台阶初期支护和仰拱，使下穿段隧道支护结构及时封闭成环。

4.根据权利要求1所述的山区城市浅埋地铁区间隧道下穿运营铁路施工方法，其特征在于：在区间隧道下穿段施工前，在既有铁路路基上安装静力水准仪，监测既有铁路路基沉降变化。

5.根据权利要求1所述的山区城市浅埋地铁区间隧道下穿运营铁路施工方法，其特征在于：在区间隧道下穿段施工时，在下穿段布设监测断面，在断面埋设监测元件，监测围岩及隧道支护结构的受力和变形。

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