CN113605902B - 一种下穿铁路路基隧道施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种下穿铁路路基隧道施工方法，包括以下步骤：在铁路路基的一侧施工接收墙体；在铁路下方的土体中穿过连接件，连接件的一端与安装在支撑墙体的驱动件连接，连接件的另一端与防护机构连接；对铁路下方的隧道进行开挖，开挖的同时，驱动件通过连接件带动防护机构沿开挖隧道轴线方向行进，防护机构的外侧面与开挖后的土体接触，对开挖后的土体形成临时支撑；防护机构行进的同时，对脱离防护机构支撑的土体施工支护结构，本发明的施工方法成本低，安全性好。

Description

一种下穿铁路路基隧道施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工建设技术领域，具体涉及一种下穿铁路路基隧道施工方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
目前高速公路建设以路线加密为主，因此道路建设过程中不可避免的需要穿越已建成结构物，例如：铁路、公路、桥梁、隧道等等。当公路下穿铁路施工时，由于铁路网的特殊性，不像公路一样道路“保通”相对便捷，驾乘人员绕行方便，此时如果中断局部铁路通行，将造成严重的旅客或货运滞留，带来严重的经济损失，影响铁路沿线正常的国民经济运转。因此公路建设下穿铁路时，铁路一般正常运行，此时需要严格控制铁路道床的沉降变形，以保证铁路的安全正常运转。
基于以上问题，铁路运营维护单位一般要求公路下穿铁路时采用盾构掘进方式开挖，但是由于下穿路段相对较短，采用盾构机施工的方法造价较高，因此工程造价经济性较低，而且盾构机具有较高的项目“定制性”，通常情况下短时间内重复利用的机会较低，更加增大了项目建设的投资，如果采用人工开挖或爆破的方法成本较低，但存在着较大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种下穿铁路路基隧道施工方法，施工成本低且施工安全。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的实施例提供了一种下穿铁路路基隧道施工方法，包括以下步骤：
在铁路路基的一侧施工接收墙体；
在铁路下方的土体中穿过连接件，连接件的一端与安装在接收墙体的驱动件连接，连接件的另一端与防护机构连接；
对铁路下方的隧道进行开挖，开挖的同时，驱动件通过连接件带动防护机构沿开挖隧道轴线方向行进，防护机构的外侧面与开挖后的土体接触，对开挖后的土体形成临时支撑；防护机构行进的同时，对脱离防护机构支撑的土体施工支护结构。
可选的，隧道开挖设定距离后，铺设用于防护结构沿隧道轴线方向行进的轨道。
可选的，在铁路路基一侧施工接收墙体的同时，在铁路路基的另一侧施工始发墙体，始发墙体预留用于防护结构穿过的孔洞。
可选的，在土体中穿过连接件前，在铁路下方的土体中穿过套管，连接件通过套管穿过铁路下方的土体。
可选的，所述驱动件采用千斤顶，所述千斤顶固定在接收墙体上，所述连接件采用螺纹杆，螺纹杆上螺纹连接有顶推螺母，千斤顶带动连接件运动的方法为：
步骤a：旋转顶推螺母，使得顶推螺母与千斤顶的伸缩部接触；
步骤b：千斤顶的伸缩部伸长，通过顶推螺母带动连接件运动；
步骤c：伸缩部伸长至最大距离后回缩；
步骤d：重复步骤(a)-步骤(c)，直至防护机构移动设定距离。
可选的，在连接件上安装应变检测元件，实时检测连接件的应变，在驱动件与连接件之间安装应力检测元件，实时检测驱动件对连接件施加的荷载。
可选的，在防护机构内部安装变形监测元件，用于实时监测地层和支护结构的变形情况。
可选的，开挖前在掌子面铺设防护格栅，防护格栅铺设完成后再进行开挖。
可选的，所述防护机构包括与开挖隧道形状相匹配的格栅结构，格栅结构的外侧面设有保护壳，保护壳外侧面能够与开挖完成的土体贴合。
可选的，所述防护结构靠近掌子面的一端设有帽檐结构，所述帽檐结构通过掌子面插入土体中，用于稳定掌子面前方的土体。
上述本发明的有益效果如下：
1.本发明的施工方法，开挖时无需采用盾构机，也无需设置始发井和接收井，降低了施工成本，缩减了施工周期，开挖的同时，能够利用驱动件和连接件带动防护机构运动，利用防护机构对开挖完成的土体形成临时支撑，保证了不采用盾构机开挖时的隧道施工的安全性。
2.本发明的施工方法，防护结构设有帽檐结构，能够在开挖前预先插入掌子面中，保证了掌子面前方土体的稳定，进一步提高了施工的安全性。
3.本发明的施工方法，连接件采用螺杆，并且利用顶推螺母和驱动件实现连接件的前进，避免了驱动件的行程对连接件前进距离的限制，使得使用普通千斤顶即可实现连接件带动防护结构穿过整个隧道，降低了对驱动件的要求，降低了施工的投资。
4.本发明的施工方法，掌子面开挖前预先施工防护格栅，通过防护格栅将掌子面与工作人员隔离，不仅可以实时观察到掌子面的地质情况，还可以保证作业人员的安全。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1是本发明实施例1施工状态示意图；
图2是本发明实施例1施工时的横断面状态示意图一；
图3是本发明实施例1施工时的横断面状态示意图二；
图4是本发明实施例1始发墙体横断面图；
图5是本发明实施例1接收墙体横断面图；
图6是本发明实施例1变形监测原理图；
图7为本发明实施例1施工流程图；
其中，1-1.始发墙体，1-2.第一翼墙，1-3.接收墙体，1-4.第二翼墙，2-1.帽檐结构，2-2.环向加劲板，2-3.纵隔板，2-4.横隔板，2-5.保护壳，2-6.行走轮，2-7.道轨，3-1.连接件，3-2.套管，3-3.千斤顶，3-4.顶推螺母，3-5.应变计，4-1.防护格栅，4-2.预制衬砌，5-1.变形监测仪器,5-2.后视点，5-3.拱顶(周边)监测点，5-4.防护格栅变形监测点，6-1.铁路，6-3.地层。
具体实施方式
实施例1
本实施例公开了一种下穿铁路路基隧道施工方法,使用的施工装置包括连接件、套筒、防护机构、道轨、驱动件等，所述连接件、套筒及驱动件均设置多个，且数量相等。
本实施例中，如图1-图3所示，所述防护机构的形状与待开挖的隧道的截面形状相匹配，为了减轻防护机构的重量，所述防护机构采用格栅结构，包括多个沿待开挖隧道纵向平行排布的纵隔板2-3，多个纵隔板通过多个横隔板2-4连接为一个整体，多个纵隔板和多个横隔板构成格栅结构，纵隔板和横隔板用于增大防护结构的整体刚度，保证在牵引力与上部土层何在作用下不变形，保证开挖掘进的安全进行，所述格栅结构的外侧面固定有保护壳2-5，所述保护壳采用钢板制成，其形状与隧道的截面形状相匹配，所述保护壳焊接固定在格栅结构的外侧面，防护机构进入隧道后，保护壳外侧面能够与开挖完成的土体内侧面接触，进而对开挖完成的土体形成临时支撑，对施工人员进行保护。
所述格栅结构的底部设置有行走轮2-6，所述防护结构能够通过行走轮沿铺设在基础上的道轨2-7行走。
所述驱动件采用现有的千斤顶3-3，优选的，所述千斤顶采用液压千斤顶，能够提供较大的拉力。
所述连接件3-1采用连接杆，所述连接杆为螺纹杆，所述螺纹杆的两端分别螺纹连接有顶推螺母和固定螺母。
本实施例的隧道施工方法的包括以下具体步骤：
步骤1：如图4-图5所示，预先在铁路路基的两侧施工始发墙体1-1和接收墙体1-3，为了增强始发墙体和接收墙体与地面基础的结合强度，所述始发墙体的两侧一体式设置有第一翼墙1-2，所述接收墙体的两侧一体式设有第二翼墙1-4。
本实施例中，由于土体是从始发墙体向接收墙体的方向进行开挖，因此所述始发墙体与铁路路基的土体接触，起到了稳定铁路路基的作用，而且始发墙体设有用于防护结构穿过的孔洞，接收墙体与铁路路基之间预留出防护结构完全从隧道中通过的空间。
步骤2：在接收墙体远离铁路路基的侧面安装千斤顶。
进一步的，为了避免千斤顶对接收墙体产生集中荷载，影响接收墙体的结构安全，所述千斤顶通过垫板与接收墙体接触，千斤顶固定在垫板上，垫板通过螺栓与接收墙体固定，通过垫板能够将千斤顶作用于接收墙体的荷载分散，避免了集中荷载。
步骤3：在铁路6-1下方的土体中穿过连接件，由于连接件为螺纹杆，为了避免连接件运动时土体对连接件产生较大的摩阻力，预先在土体中穿过套管3-2，连接件通过套管穿过土体且连接件的两端伸出至套管外部，套管采用塑料管，施工时可以切割，或在外力作用下，挤压破损脱落。
进一步的，为了监控连接件的应变情况，预先在连接件上安装应变检测元件，优选的，所述应变检测元件采用应变计3-5，应变计通过导线与外部的控制系统连接，能够将检测得到的应变信息传输给控制系统，控制系统与监控室的监控平台连接，能够将接收到的数据在监控平台进行显示。
连接件穿过铁路下方的土体及接收墙体后，在其端部螺纹连接顶推螺母，为了保证强度，所述顶推螺母设置多个，优选的设置两个。顶推螺母旋转至与千斤顶的伸缩部接触。
为了检测连接件受到的千斤顶施加的荷载，在顶推螺母3-4与千斤顶的伸缩部之间设置应力检测元件，优选的，所述应力检测元件采用应力计，所述应力计通过导线与外部的控制系统连接，能够将检测得到的荷载信息传输给控制系统，控制系统与监控室的监控平台连接，能够将接收到的数据在监控平台进行显示。
连接件的另一端与防护机构连接，本实施例中，所述防护机构的前端设置有环向加劲板，连接件穿过环向加劲板后螺纹连接固定螺母，固定螺母设置多个，优选的设置两个，固定螺母与环向加劲板2-2接触，连接件的运动能够通过固定螺母和环向加劲板带动整个防护机构运动。
步骤4：对隧道进行开挖。
在开挖前，在掌子面上施工防护格栅4-1，通过防护格栅将掌子面与工作人员隔离，不仅可以实时观察到掌子面的地质情况，还可以保证作业人员的安全。优选的，所述格栅的网格尺寸为1mX1m。
所述开挖可采用爆破开挖法或其他类型的开挖法，采用现有方法即可，在此不进行详细叙述。
隧道开挖设定距离后，在隧道的底面铺设用于防护机构行进的道轨2-7，千斤顶通过顶推螺母带动连接件运动，连接件带动防护机构沿道轨运动，防护机构进入开挖后的土体内部，其保护壳的外侧面与土体接触，对开挖后的土体形成临时支撑，也为施工人员提供了作业空间，防止了土体的塌陷，保证了施工人员的安全，开挖的同时，对套管进行切割。
本实施例中，所述千斤顶带动连接件运动的具体方法为：
步骤a：旋转顶推螺母，使得顶推螺母与千斤顶的伸缩部接触；
步骤b：千斤顶的伸缩部伸长，通过顶推螺母带动连接件运动；
步骤c：伸缩部伸长至最大距离后回缩；
步骤d：重复步骤(a)-步骤(c)，直至防护机构移动设定距离。
采用相同的方法，依次对隧道进行开挖并利用防护机构进行临时支撑，本实施例中，所述防护结构的前端还设有帽檐结构2-1，所述帽檐结构为一弧形板，焊接在环向加劲板的上方，其能够插入掌子面前方的土体中，对掌子面前方的土体进行支撑，保证掌子面前方土体的稳定，进一步保证施工人员的安全。
所述防护机构的后端进入隧道后，随着防护机构的行进，对防护机构后方的隧道土体施工支护机构，所述支护机构的施工方法采用现有隧道的支护机构的施工方式即可，首先拼接预制衬砌4-2，采用预制衬砌对隧道的侧壁进行支护，然后对预制衬砌与土体之间进行利用砂浆管进行注浆，填充预制衬砌与土体之间的空隙，保证支护强度。
当防护机构完全离开隧道，且隧道内的支护机构完全施工后，完成了铁路下方隧道的施工。
如图6-图7所示，为了检测地层和预制衬砌的变形情况，在防护机构内部设置变形监测系统，所述变形监测系统采用变形监测仪器5-1，在防护机构的后方设置后视点，后视点5-2设置在地层稳定的区域，后视点放置反光棱镜或反光贴片，为监控量测提供基准点位；拱顶(周边)监测点5-3用于监测地层6-3与预制衬砌4-2的变形情况；防护格栅变形监测点5-4用于监测开挖面的挤出变形情况。在拱顶(周边)监测点和防护格栅变形监测点位置处放置自动全站仪。
本实施例中，可以实时监测各个连接的内力大小与变形情况，通过结合千斤顶的行进量程，既可以控制防护机构的前进与停止，又可以稳定开挖面；通过对千斤顶的分区控制，配合开挖面挤出变形值得大小，可以适当调整不同位置千斤顶的推力大小与行进量程，保证隧道开挖空间位置的准确性；变形监测系统可以及时了解点地层与预制衬砌的变形情况，为提前制定工程处理方案做出指导；同时可以监测到开挖面挤出变形情况，为千斤顶顶推力大小的调节做出依据，确保开挖面的稳定。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种下穿铁路路基隧道施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
在铁路路基的一侧施工接收墙体；
在铁路下方的土体中穿过连接件，连接件的一端与安装在接收墙体的驱动件连接，连接件的另一端与防护机构连接；
对铁路下方的隧道进行开挖，开挖的同时，驱动件通过连接件带动防护机构沿开挖隧道轴线方向行进，防护机构的外侧面与开挖后的土体接触，对开挖后的土体形成临时支撑；防护机构行进的同时，对脱离防护机构支撑的土体施工支护结构；
其中，所述驱动件采用千斤顶，所述千斤顶固定在接收墙体上，所述连接件采用螺纹杆，螺纹杆上螺纹连接有顶推螺母，千斤顶带动连接件运动的方法为：
步骤a：旋转顶推螺母，使得顶推螺母与千斤顶的伸缩部接触；
步骤b：千斤顶的伸缩部伸长，通过顶推螺母带动连接件运动；
步骤c：伸缩部伸长至最大距离后回缩；
步骤d：重复步骤(a)-步骤(c)，直至防护机构移动设定距离。
2.如权利要求1所述的一种下穿铁路路基隧道施工方法，其特征在于，隧道开挖设定距离后，铺设用于防护结构沿隧道轴线方向行进的轨道。
3.如权利要求1所述的一种下穿铁路路基隧道施工方法，其特征在于，在铁路路基一侧施工接收墙体的同时，在铁路路基的另一侧施工始发墙体，始发墙体预留用于防护结构穿过的孔洞。
4.如权利要求1所述的一种下穿铁路路基隧道施工方法，其特征在于，在土体中穿过连接件前，在铁路下方的土体中穿过套管，连接件通过套管穿过铁路下方的土体。
5.如权利要求1所述的一种下穿铁路路基隧道施工方法，其特征在于，在连接件上安装应变检测元件，实时检测连接件的应变，在驱动件与连接件之间安装应力检测元件，实时检测驱动件对连接件施加的荷载。
6.如权利要求1所述的一种下穿铁路路基隧道施工方法，其特征在于，在防护机构内部安装变形监测元件，用于实时监测地层和支护结构的变形情况。
7.如权利要求1所述的一种下穿铁路路基隧道施工方法，其特征在于，开挖前在掌子面铺设防护格栅，防护格栅铺设完成后再进行开挖。
8.如权利要求1所述的一种下穿铁路路基隧道施工方法，其特征在于，所述防护机构包括与开挖隧道形状相匹配的格栅结构，格栅结构的外侧面设有保护壳，保护壳外侧面能够与开挖完成的土体贴合。
9.如权利要求1所述的一种下穿铁路路基隧道施工方法，其特征在于，所述防护机构靠近掌子面的一端设有帽檐结构，所述帽檐结构通过掌子面插入土体中，用于稳定掌子面前方的土体。
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