CN115961513A - 一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，包括步骤一：在城市建成区布局客运站点A、站点B、站点C、站点D；步骤二：城市北部布设东西向高铁通道A‑A’，城市中部布设东西向高铁通道B‑B’，城市西部布设南北向高铁通道C‑C’，城市东部布设东北至西南向高铁通道D‑D’；步骤三：高铁通道B‑B’与高铁通道C‑C’于城市西侧的山脉中交叉，在隧道内形成一层、二层立交；设置高铁通道B‑B’至高铁通道C‑C’的疏解线E‑E’，在隧道内形成三层立交；设置高铁通道B‑B’至高铁通道A‑A’的疏解线F‑F’，在隧道内形成四层立交。该发明最大限度满足了旅客便捷出行的需求；也极大减少用地，减少了疏解线路对城市的切割。
Description
技术领域
本发明涉及铁路工程领域，特别是一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法。
背景技术
西南山区，山高谷深，平坦地带相对较少。城市往往依山而建，呈现带状或组团式，分布于山间峡谷或者缓坡地带。高速铁路是居民旅行最为便捷、舒适的出行交通工具。为方便旅客出行，提高铁路运输的服务质量，高铁车站宜尽量深入中心城区。随着城市规模的不断扩大，为满足不同区域居民便捷出行的需求，大型城市往往会设置多个客运站。
由于城市各区域旅客均有去往某一方向的需求，需设置铁路疏解线路，串联各大客运站点，从而满足各区域旅客出行的需求。现有的方案有两种，一是远离建成区设置疏解线，二是在建成区设置疏解线路。远离建成区设置疏解线，由于疏解线运行速度低，这样会导致高铁在距离中心城区较远位置开始降速运行，这样将大大增加运行时分，降低高速铁路的服务质量。在紧邻建成区设置疏解线路，由于建成区往往建筑物密集，工程投资大，且疏解线设于建成区，大量切割建成区地块、不利于对城市总体规划，而且高铁噪声对居民生活环境影响巨大。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有技术存在的城市铁路疏解线的设置难题，提供一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，包括以下步骤：
步骤一：在城市建成区布局客运站点A、站点B、站点C、站点D，站点A位于北部城区，站点B位于中部城区，站点C位于西部城区，站点D位于东部城区；
步骤二：城市北部布设东西向高铁通道A-A’，高铁通道A-A’贯穿站点A，城市中部布设东西向高铁通道B-B’，高铁通道B-B’贯穿站点B，城市西部布设南北向高铁通道C-C’，高铁通道C-C’贯穿站点C，城市东部布设东北至西南向高铁通道D-D’，高铁通道D-D’贯穿站点D；
步骤三：高铁通道B-B’与高铁通道C-C’于城市西侧的山脉中交叉，在隧道内形成一层、二层立交；设置高铁通道B-B’至高铁通道C-C’的疏解线E-E’，在隧道内形成三层立交；设置高铁通道B-B’至高铁通道A-A’的疏解线F-F’，在隧道内形成四层立交。
作为本发明的优选方案，所述步骤三中，从正线和联络线两个单洞隧道挑顶进入最大断面处，大断面采用双侧壁导坑法施工，中断面采用CRD法或CD法施工，小断面采用台阶法加临时仰拱或台阶法施工。
作为本发明的优选方案，将正线和联络线单洞分别施工至大断面分界里程，然后进入双侧壁导坑法施工，包括：
A、通过正洞对左侧壁上导进行开挖；
B、开挖左侧壁下导；
C、通过联络洞开挖右侧壁上导；
D、开挖右侧壁下导；
E、开挖中隔壁上导，使钢架拱顶成环；
F、开挖中隔壁中导；
G、开挖中隔壁下导；
H、开挖仰拱，完成一个循环。
作为本发明的优选方案，双侧壁导坑法过渡到CRD法，包括：
将左、右侧壁上、下台阶断面逐渐加宽，缩小中隔壁宽度，并将右侧壁的临时钢架断面逐渐调直，至转换里程时中隔壁宽度控制在0.4-0.6m，之后取消右侧壁。
作为本发明的优选方案，双侧壁导坑法过渡到CD法，包括：
将左、右侧壁上、下台阶断面逐渐加宽，缩小中隔壁宽度，并将右侧壁的临时钢架断面逐渐调直，至转换里程时中隔壁宽度控制在0.4-0.6m左右，之后取消右侧壁。
作为本发明的优选方案，CRD法或CD法过渡到台阶法，包括：
将左、右侧上台阶均施工至转换里程后，取消中壁临时钢架和水平横撑，按台阶法继续向前施工上台阶，下台阶转换方法与上台阶相同。
作为本发明的优选方案，所述步骤三中，隧道立交点段和平行隧道均采用非爆破开挖、控爆开挖组合进行施工，爆破振速控制在2cm/s以内。
作为本发明的优选方案，所述步骤三中，先对隧道衬砌进行临时加固以及采用水泥浆对衬砌背后空洞、不密实带进行填充注浆后再进行控制爆破。
作为本发明的优选方案，所述步骤三中，岩溶富水段采用超前周边注浆进行施工，注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞形布置，超前周边注浆分为两个循环进行，每个循环预留4-6m作为下一循环止浆岩盘。
作为本发明的优选方案，根据开挖高度由上到下分为A、B、C三个区域，先施工A区孔，再施工B区孔，最后施工C区孔，各区钻孔顺序是由轮廓线位置向导坑中线位置依次施作。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明针对城市建成区的疏解方法，采用在临近建成区隧道内的四重立交疏解方法，使一条铁路通过疏解线路串联建成区多个客运站点，缩短了客运列车运行距离，最大限度拉近疏解线路与铁路枢纽客运站点的距离，提高了整体运行速度，缩短了运行时分；满足不同区域旅客便捷出行的需求，满足了高质高效运输的需要。在紧邻客运站经济发达，建筑物密集的情况下，结合地形特点，在紧邻建成区的隧道内设置四重立交疏解，满足各方向运输进路顺畅。同时，极大减少用地，进而也减少了疏解线路对城市的切割，大大降低了工程投资，节约了土地资源，社会和经济效益显著。
2、通过对单洞进入大跨段双侧壁导坑法和大跨段不同工法的转换技术的实施，改进了以往普通隧道施工应用双侧壁导坑法施工的工序，实现了洞内立交疏解，联通了城区四大客站，减少了线路长度，节约了大量工程投资，创造了显著的经济效益，即保证了隧道大跨段的施工安全，又保证了工期要求，为以后的大跨段施工提供了宝贵的施工经验。
3、本发明创新采用了隧道立交点段和平行隧道均采用非爆破开挖、控爆开挖组合进行施工，爆破振速控制在2cm/s以内，采用合理的施工方案来减少对既有隧道的影响，确保了既有隧道运营安全和新建隧道施工安全。
4、本发明创新采用分部超前周边注浆堵水方法，提出了对周边来水方向注浆堵水方案，仅对隧道周边岩体进行注浆加固，减少了注浆孔，加快了施工进度，节约了工程投资。
附图说明
图1是本发明所述的客运站点的示意图。
图2是本发明所述的客运站点和高铁通道的示意图。
图3是本发明所述的一层、二层立交的示意图。
图4是本发明所述的一层、二层、三层立交的示意图。
图5是本发明所述的一层、二层、三层、四层立交的示意图。
图6是本发明所述的隧道内四层立交疏解的立体图。
图7是本发明所述的隧道上跨立交的结构示意图。
图8是本发明所述的平行隧道的结构示意图。
图9是本发明所述的大跨断面及工法变化示意图。
图10是本发明所述的双侧壁导坑法过渡到CRD法的工序转换示意图一。
图11是本发明所述的双侧壁导坑法过渡到CRD法的工序转换示意图二。
图12是本发明所述的CRD法(或CD法)过渡到台阶法的工序转换示意图一。
图13是本发明所述的隧道炮眼布置示意图。
图14是本发明所述的第一循环超孔位布置图。
图15是本发明所述的第二循环超孔位布置图。
图16是本发明所述的注浆分区示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
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。
实施例1
一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，包括以下步骤：
步骤一：如图1所示，在城市建成区布局客运站点A、站点B、站点C、站点D，站点A位于北部城区，站点B位于中部城区，站点C位于西部城区，站点D位于东部城区；
步骤二：如图2所示，城市北部布设东西向高铁通道A-A’，高铁通道A-A’贯穿站点A，城市中部布设东西向高铁通道B-B’，高铁通道B-B’贯穿站点B，城市西部布设南北向高铁通道C-C’，高铁通道C-C’贯穿站点C，城市东部布设东北至西南向高铁通道D-D’，高铁通道D-D’贯穿站点D；
步骤三：如图3所示，高铁通道B-B’与高铁通道C-C’于城市西侧的山脉中交叉，在隧道内形成一层、二层立交；如图4所示，设置高铁通道B-B’至高铁通道C-C’的疏解线E-E’，在隧道内形成三层立交；如图5所示，设置高铁通道B-B’至高铁通道A-A’的疏解线F-F’，在隧道内形成四层立交。
优选的，所述步骤三中，隧道内疏解形成洞内多层立交及平行的关系，一般情况下两相邻隧道净间距为1.5～2.0B(B为隧道开挖宽度)，约15～20m为宜，立交点隧道间距越大，平行段隧道间距越远，隧道之间相互影响越小，但会带来线路长度加长，投资的成倍增加。通过理论计算数值模拟及现场试验分析，立交点净间距压缩至1～3m，平行隧道实现最小净间距7m。通过隧道洞内立体疏解，减少了线路长度，节约工程投资，如图6-8所示。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，重点阐述了隧道施工方法。
本发明由于在隧道内实现了四重立交疏解，结构形式变化频繁，大跨段共有6种断面形式，最小断面开挖宽度仅10.8m，最大断面开挖宽度达到21m，最大开挖断面274m2，单洞开挖断面大，施工难度非常大。
为此，本发明创新采用了一种开挖工法，如图9所示，从正线和联络线两个单洞隧道挑顶进入最大断面处，大跨断面(开挖断面110-140平方米)采用双侧壁导坑法施工，中断面(开挖断面70-110平方米)采用CRD法或CD法施工，小断面(开挖断面30-70平方米)采用台阶法加临时仰拱或台阶法施工。
具体的，包括
(1)将正线和联络线单洞分别施工至大断面分界里程，然后进入双侧壁导坑法施工，首先将正线和联络线单洞分别施工至大断面分界里程，然后进入大跨段施工。第一步通过正洞对左侧壁上导进行开挖，第二步开挖左侧壁下导，第三步通过联络洞开挖右侧壁上导，第四步开挖右侧壁下导，第五步开挖中隔壁上导，使钢架拱顶成环，第六步开挖中隔壁中导，第七步开挖中隔壁下导，最后开挖仰拱，完成一个循环。
(2)双侧壁导坑法过渡到CRD法，包括：
如图10-11所示，工序在围岩有利一侧转换，过渡段长度为5m，将左、右侧壁上、下台阶断面逐渐加宽，缩小中隔壁宽度，并将右侧壁的临时钢架断面逐渐调直，至转换里程时中隔壁宽度控制在0.4-0.6m，之后取消右侧壁，即可按CRD法(或CD法)继续向前施工，实现工序转换。
(3)双侧壁导坑法过渡到CD法，包括：
工序在围岩有利一侧转换，过渡段长度为5m，将左、右侧壁上、下台阶断面逐渐加宽，缩小中隔壁宽度，并将右侧壁的临时钢架断面逐渐调直，至转换里程时中隔壁宽度控制在0.4-0.6m左右，之后取消右侧壁，即可按CD法继续向前施工，实现工序转换。
(4)CRD法或CD法过渡到台阶法，包括：
如图12所示，工序在转换里程进行转换，将左、右侧上台阶均施工至转换里程后，取消中壁临时钢架和水平横撑，按台阶法继续向前施工上台阶，实现工序转换，下台阶转换方法与上台阶相同。
通过对单洞进入大跨段双侧壁导坑法和大跨段不同工法的转换技术的实施，改进了以往普通隧道施工应用双侧壁导坑法施工的工序，创造了显著的经济效益，即保证了隧道大跨段的施工安全，又保证了工期要求，为以后的大跨段施工提供了宝贵的施工经验。
实施例3
本实施例在实施例2的基础上，重点阐述了隧道爆破方法。
新建隧道与既有隧道相交施工在国内工程施工中比较常见，但多层多次与既有隧道小间距立体交叉则较为罕见，如何采用合理的施工方案来减少对既有隧道的影响，确保既有隧道运营安全和新建隧道施工安全是关键。
为此，本发明创新采用了隧道立交点段和平行隧道均采用非爆破开挖、控爆开挖组合进行施工，爆破振速控制在2cm/s以内。
例如，新旧隧道立体交叉点前后各40米范围采用德国艾卡特ER2000-1型横向铣挖机，铣挖头安装在挖掘机上进行机械开挖，临近机械开挖段30米范围采用控制爆破开挖。
机械开挖施工工艺如下：
1、上台阶开挖，铣挖机开挖一般按自下而上、先硬后软的原则进行，即从拱脚或边墙脚开始往上开挖，这样做的有利因素是下部开挖后，弃碴可以暂时堆弃于施工现场，不影响后续开挖。对于半硬半软、软硬不均的岩石，一般按先硬后软的原则进行，先开挖硬岩面，硬岩在开挖时可能因岩石坚硬而花费较长的时间，此段时间内不触及软岩，可防止对软岩的扰动，避免出现塌方。
铣挖机在开挖至拱脚时应由专人指挥，不得超挖。拱脚处预留10～20cm厚由风镐凿除，保证钢架安装时拱脚落在实处。另外还应注意不要碰撞已成型的初期支护，避免使已作支护扰动，破坏。
2、下台阶开挖采取跳马口方式开挖，即先对一侧进行马口开挖，另一侧保留2～2.5m的宽度，以保证拱部稳定。开挖时先中间后边墙，边墙开挖时在挖至拱脚处时，应控制施工节奏，避免碰撞拱架，如难以挖除，则由人工用风镐开挖。
3、上、下台阶开挖长度不宜超过15m，围岩条件变化时酌情缩短或延长台阶长度。
如图13所示，在控制爆破前，需先对既有线隧道进行加固，利用既有“天窗”时间，采用I20b型钢钢架对既有线衬砌进行临时加固，钢架间距0.4m，钢架纵向采Φ25钢筋连接，钢筋环向间距0.6m；锚杆锚固，隧道拱部铺设1.5mm厚钢板，防止既有衬砌因新线隧道施工掉块，影响既有线安全；钢架施作后，采用水泥浆对衬砌背后空洞、不密实带进行低压进行填充注浆，注浆工序滞后钢架加固6～10m。注浆完成后对注浆效果进行检测，确保注浆质量。
实施例4
本实施例在实施例3的基础上，重点阐述了隧道注浆方法。
位于岩溶段大跨断面注浆堵水技术少有，目前一般单双线隧道采用帷幕注浆全断面堵水，注浆周期长投资大，因此，需要提出一种解决大断面岩溶富水问题的注浆堵水方法，本发明隧道对地下水采取“以堵为主”的施工原则，隧道通过可溶岩与非可溶岩接触带、岩溶角砾岩段根据超前地质预报并结合开挖揭示围岩地下水发育情况，采用帷幕注浆堵水或超前周边注浆堵水，对可溶岩段根据开挖揭示地下水情况，采用径向注浆堵水或局部注浆堵水，通过隧道注浆堵水，减少地下水排放量，从而避免由于隧道施工造成地表失水，保护地表生态环境，保证居民生产、生活用水。
具体的，岩溶富水段采用超前周边注浆进行施工，超前周边注浆分为两个循环进行，每个循环预留4-6m作为下一循环止浆岩盘。
具体的，第一循环注浆长度为20m，开挖15m，预留5m做为下一循环止浆岩盘；第二循环注浆长度为15m，开挖10m，根据超前地质预报确定预留5m作为下循环注浆止浆岩盘。
超前周边注浆钻孔孔口采用Φ127钻孔，并埋设2mΦ108孔口管，其余钻孔采用Φ89钻孔；超前注浆就是要使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩层裂隙中，所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则，据此根据设计注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞形布置。如图14-15所示。
为了防止注浆过程中掌子面岩石裂隙出现跑漏浆现象，和方便在后期施工中方便安装孔口管，设计采用C25喷射砼作为止浆墙，止浆液墙厚度为40cm，并设Φ8钢筋网，间距25cm×25cm。因砼喷层厚度较大，分为两次喷射完成，达到设计厚度。
根据现场实际开挖高度及钻孔依照由上到下，由外到内的原则，拟定单侧导坑分为A、B、C三个区域，A区为导坑拱顶以下3米范围内的钻孔，B区孔为A区以下3米范围内的钻孔，剩余3.5米范围内的钻孔为C区孔(见图16)。剩余2米底部注浆孔待开挖下导后进行补注。施工顺序为：先施工A区孔，在施工B区孔，最后施工C区孔，各区钻孔顺序是由轮廓线位置向导坑中线位置依次施作。例如某正线侧导坑A区钻孔的施工顺序为：1#孔、2#孔、3#孔、4#孔、5#孔、20#孔、39#孔、58#孔、74#孔、21#孔、40#孔、80#孔、22#孔、23#孔、41#孔、42#孔、59#孔、60#孔，施作B区及C区钻孔同样依照由上到下由外到内的原则进行施工。
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)
1.一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在城市建成区布局客运站点A、站点B、站点C、站点D，站点A位于北部城区，站点B位于中部城区，站点C位于西部城区，站点D位于东部城区；
步骤二：城市北部布设东西向高铁通道A-A’，高铁通道A-A’贯穿站点A，城市中部布设东西向高铁通道B-B’，高铁通道B-B’贯穿站点B，城市西部布设南北向高铁通道C-C’，高铁通道C-C’贯穿站点C，城市东部布设东北至西南向高铁通道D-D’，高铁通道D-D’贯穿站点D；
步骤三：高铁通道B-B’与高铁通道C-C’于城市西侧的山脉中交叉，在隧道内形成一层、二层立交；设置高铁通道B-B’至高铁通道C-C’的疏解线E-E’，在隧道内形成三层立交；设置高铁通道B-B’至高铁通道A-A’的疏解线F-F’，在隧道内形成四层立交。
2.根据权利要求1所述的一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，其特征在于，所述步骤三中，从正线和联络线两个单洞隧道挑顶进入最大断面处，大断面采用双侧壁导坑法施工，中断面采用CRD法或CD法施工，小断面采用台阶法加临时仰拱或台阶法施工。
3.根据权利要求2所述的一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，其特征在于，将正线和联络线单洞分别施工至大断面分界里程，然后进入双侧壁导坑法施工，包括：
A、通过正洞对左侧壁上导进行开挖；
B、开挖左侧壁下导；
C、通过联络洞开挖右侧壁上导；
D、开挖右侧壁下导；
E、开挖中隔壁上导，使钢架拱顶成环；
F、开挖中隔壁中导；
G、开挖中隔壁下导；
H、开挖仰拱，完成一个循环。
4.根据权利要求2所述的一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，其特征在于，双侧壁导坑法过渡到CRD法，包括：
将左、右侧壁上、下台阶断面逐渐加宽，缩小中隔壁宽度，并将右侧壁的临时钢架断面逐渐调直，至转换里程时中隔壁宽度控制在0.4-0.6m，之后取消右侧壁。
5.根据权利要求2所述的一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，其特征在于，双侧壁导坑法过渡到CD法，包括：
将左、右侧壁上、下台阶断面逐渐加宽，缩小中隔壁宽度，并将右侧壁的临时钢架断面逐渐调直，至转换里程时中隔壁宽度控制在0.4-0.6m左右，之后取消右侧壁。
6.根据权利要求2所述的一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，其特征在于，CRD法或CD法过渡到台阶法，包括：
将左、右侧上台阶均施工至转换里程后，取消中壁临时钢架和水平横撑，按台阶法继续向前施工上台阶，下台阶转换方法与上台阶相同。
7.根据权利要求1所述的一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，其特征在于，所述步骤三中，隧道立交点段和平行隧道均采用非爆破开挖、控爆开挖组合进行施工，爆破振速控制在2cm/s以内。
8.根据权利要求7所述的一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，其特征在于，所述步骤三中，先对隧道衬砌进行临时加固以及采用水泥浆对衬砌背后空洞、不密实带进行填充注浆后再进行控制爆破。
9.根据权利要求1-8任一所述的一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，其特征在于，所述步骤三中，岩溶富水段采用超前周边注浆进行施工，注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞形布置，超前周边注浆分为两个循环进行，每个循环预留4-6m作为下一循环止浆岩盘。
10.根据权利要求9所述的一种利用隧道工程对铁路进行四重立交疏解的方法，其特征在于，根据开挖高度由上到下分为A、B、C三个区域，先施工A区孔，再施工B区孔，最后施工C区孔，各区钻孔顺序由轮廓线位置向导坑中线位置依次施作。
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