铁路纵断面

铁路纵断面（共6篇）

铁路纵断面 篇1

优化是决策的一种手段, 为决策提供一个可行的技术依据。铁路选线领域知识作为一个异构知识体系, 影响方案评选的因素非常复杂, 既有定量指标, 又有定性描述, 既有客观条件, 也有主观偏好, 而且各个因素相互关联。因此, 广义的优化应该在外决策准则上考虑构成一个满足设计者要求的综合表达, 这些彼此间或关联或独立的方面又如何用一定的特征指标来描述, 从内决策准则上要考虑这些特征指标达到满意的结果, 最后就是采取一定的求解策略对得到的解如何评价, 将工程问题数学处理后进行回归。

1 单坡度无约束拟合方法

设N1—N2为一坡段, 优化目标是确定最优的I, 以及相应的Hi1, 使得抬降量平方和最小, 如下图1所示:

1.1 最优坡度值的选择

图中横坐标为里程, 纵坐标为轨面标高, 以起落道量的平方和为目标函数, Q点为初始点列方程:

式中:I—拟合坡度线的斜率;KQ—起点里程;ki—各测点的里程;H—参照点标高;Hi—各测点的标高。

1.2 最优初始点的选择

由以上分析可知, 初始点的标高不同, 最后所得的坡度值也不相同, 所以我们要采用优化方法来找出最优的初始可行点, 在这里, 我们采用黄金分割法来完成。见图2所示:

(1) 选定初始点 (按实测轨面标高) 定分割区间

(2) 建立 (0.618) 单谷函数曲线 (四个点:)

(3) 取消目标函数S最大点, 重新定出单谷函数曲线

(4) 判断, 定出最优初始点高程

1.3 变坡点判断

竖曲线范围内:求导后

直线范围内:求导后

故可用二阶导数判断变坡点, 利用差分法曲线二阶导数:

式中:

N—点号 (50米整倍数) ;

S—相邻点的里程差。

判断如果则n点为变坡点。

1.4 变坡点修正

利用上述方法, 分别对各个坡段进行优化, 优化后在坡段的交点处标高不一定相同, 需要对其进行整饰。我们采用以下方法:

式中:Hi—第i个变坡点的参照高程;Hi-1—第i-1个变坡点的参照高程;Li-1—第i-1个坡段的长度 (变坡点i到变坡点i-1的里程差) ;Li-1—第i-1个坡段的坡度;Hi—第i个变坡点的修饰后的高程。

1.5 设计坡度的计算

(1) 如果I0>13‰, 则:H0=H0′ (|I0|-13‰) ×L1

(2) 如果Ii>13‰, 且为上坡, 则:Hi=Hi′ (|Ii|-13‰) ×Li+1

(3) 如果Ii>13‰, 且为下坡, 则:Hi+1=H′i+1 (|Ii|-13‰) ×Li+1

(4) 如果Ix>13‰, 则:Hx=Hx′ (|Ix-1|-13‰) ×Lx

Ii—第i个坡段的坡度;Hi、Hi′—第个变坡点的参照高程;Hi+1、H′i+1—第i个变坡点的参照高程;Li—第i+1个坡段的长度 (变坡点i到变坡点i+1的里程差) ;I0—第1个坡段的坡度;H0、H0′—第1个变坡点的参照高程;Li—第1个坡段的长度;Lx—最后一个坡段的长度;Ix—最后一个坡段的坡度;Ix-1—倒数第二个坡段的坡度;Hx、Hx′—最后一个变坡点的参照高程。

2 考虑约束时拟合方法

上述算法, 没有考虑有控制点约束的情况, 存在明桥面地段不允许起落道作业, 隧道地段不能许降不需抬, 桥梁地段抬道量需要控制在一定范围等问题。利用上面的算法, 可以通过改变最优初始点的分割区间范围的形式, 即改变[Ha, Hb]来实现, 桥梁地段取Ha=Hi-0.05, Hb=Hi+h[抬], 隧道地段Ha=Hi-0.4, Hb=Hi。对于明桥面等不允许变化区间, 将控制点标高做为最优标高输入, 只需拟和最优坡度即可。其他情况类似处理。

2.1 高程约束

限制起道量 (隧道) 和落道量 (桥梁) 的地段作为高程约束点, 以无约束最优初始点和最优坡度为中值, 对称平移或旋转坡度线, 直到达到要求为止。

2.2 限坡约束

i≤ix

式中:

ix—限制坡度;ix=13‰;i—实际坡度;

10.5α/R——曲线当量坡度。

2.3 平面约束

竖缓、竖岔不能重合, 重合时移动变坡点的位置, 移动方向以改变纵断面较小为准。所以, 必须计算平面曲线的坡度折减值。

平面曲线的坡度折减在直缓、缓直之间进行, 如下所示:

式中:L—圆曲线长;i—实际坡度;ix—限制坡度。

3 计算结果

3.1 结果比较

以DK1678000—DK168000为例进行比较分析 (见表1) :

比较:δ1<δ2

3.2 结果分析

通过对DK1678000—DK168000的结果进行比较, 可以看出:

(1) 程序选取的变坡点、坡度比较合理;

(2) 程序的抬降量比计算的抬降量小。

4 结束语

优化过程涉及到的因素很多, 特别是优化目标的价值难以确定等各种影响致使优化设计至今尚未广泛地应用到实际的工程设计中。针对这样的现实状况, 人们对优化理论和方法做了很多改进。这些方法对实际问题的改进有着重要的意义, 但仍然可以看到优化理论与实践之间的矛盾依然存在, 因此需要在深刻理解专业内涵的基础上, 寻求工程思维与数学逻辑的新的结合方式。

摘要：在线路平面已定的条件下, 不同的变坡点位置和不同的设计高程决定了不同的纵断面设计方案。线路纵断面优化设计就是从众多的设计方案中确定一组最佳的变坡点位置和设计高程, 并在满足《铁路线路设计规范》及其它技术经济要求的前提下, 使线路纵断面设计最优化。

关键词：铁路纵断面,拟合,方法研究

参考文献

[1]鲁铁定, 陶本藻, 周世健.基于整体最小二乘法的线性回归建模和解法[J].武汉大学学报, 2008, 05 (18) .

[2]方成, 丁建明.道路纵断面优化设计的研究[J].交通与计算机, 2006.5.

[3]罗俊文.铁路纵断面优化设计的数学模型探讨[J].铁道勘测与设计, 2005 (5) .

[4]段晓峰, 易思蓉.基于满意度原理的铁路新线纵断面优化设计方法[J].铁道学院, 2008 (1) .

[5]谢春玲, 蒲浩.基于遗传算法的铁路纵断面优化系统的研究[J].铁路计算机应用, 2009 (10) .

[6]王勇.基于差异演化算法的公路纵断面优化设计[J].交通标准化, 2009 (20) .

[7]宋占峰, 杨名.基于蚁群算法的铁路纵断面优化算法研究[J].铁道科学与工程学报, 2008 (6) .

铁路纵断面 篇2

1.1 既有线改建CAD系统的应用现状分析。

既有线CAD辅助设计还处于起步阶段[1]。目前国内还没有一套比较完整使用的既有线CAD辅助设计系统, 而已开发的大多数既有线CAD辅助系统只能提供平面或纵断面的单独模块。随着铁路运量的逐年增加, 既有线改建任务日益繁重, 开发完整实用的既有线CAD辅助设计系统是非常必要的[2]。

1.2 基于Auto CAD的VBA作为开发平台的优点。

VBA为用户提供类似Visual Basic语言所拥有的功能[3], VBA作为一个集成开发环境, 提供了高质量的用户化编程能力, 能够使Auto CAD数据与其它的VBA应用程序, 实现直接共享和无缝链接, 交换数据非常方便, 本系统就是Auto CAD与Excel的链接。

1.3 本文主要研究问题。

采用VBA应用程序开发基于EXCEL数据源的既有线纵断面改建设计辅助CAD系统。要求该系统可根据优化设计结果的文档自动快速生成CAD图形;当发现局部优化结果不满意后, 可以进行手动修改并将修改后的数据返回到设计文档中, 实现设计方案修正的人机交互功能。

2 菜单定制

本CAD辅助设计系统的操作是基于Auto CAD2004上的操作, 使用菜单驱动的方式来引导操作者完成需要的相应编辑、修改功能。所以我们首先需要定制用户菜单[4]。

根据既有线纵断面改建设计的实际需要, 在该系统中可定制出用户需要的菜单。在任何的文本编辑环境当中, 只要在原有的Auto CAD2004菜单主体框架基础上, 将其***POP下拉菜单中的内容置换成既有线纵断面设计的相应程序代码, 具体的操作格式为:

ID_标识符【菜单项名称】菜单功能命令 (宏) 宏的详细路径

编辑Auto CAD 2004菜单并修改完成后, 保存文件为*.MNU。当在Auto CAD2004中命令栏输入MENU命令, 选择*.MNU文件或者直接拖动*.MNU文件到打开的Auto CAD2004界面当中进行加载已自定义的菜单文件。如图1所示。

3 纵断面设计功能模块研制

3.1 线形绘制

3.1.1 图层及颜色。

图层和颜色的设置部分程序源代码:

3.1.2 线形绘制。

既有轨面线、计算轨面线、道床地面线和设计轨面线绘制是从既有轨面线和设计轨面线的excel文件中读取数据信息, 如图2所示, 绘制线型算例所示。

3.2 图形移轴及坐标轴标注。

3.2.1为使得线路始终在绘图的图幅区域内, 需要移动坐标轴。本系统采用人工提前判断线路走向, 分上坡或下坡分别选择自动绘图。当移动坐标轴后, 高程数据标注会随着移轴而变化, 此时需要根据变化后的高程数据来标注坐标轴的纵轴。3.2.2插入个体工程符号。铁路选线设计是全局性的工作, 相关的桥梁、隧道、涵洞等建筑结构物都是在线路给出了具体地位置后, 才能进行施工修建, 当设计轨面线符合设计所有的约束限制的要求后, 可以用编制程序代码, 直接读取数据资料文件的相应信息, 如图算例所示, 自动地插入符号, 如图3所示。

涵洞块的定义及绘制的部分程序源代码:

4 工程算例

为了检测本辅助CAD设计系统的正确性与可行性, 以改建铁路陇海线K1681+300至K1689+250段的数据资料为参考, 进行验证与测试。

5 结论

通过改建铁路陇海线K1681+300至K1689+250段的数据资料, 绘图规范, 结果合理, 验证了本辅助CAD设计系统的可行性, 但还是有很多地方需要进一步改进。

摘要：既有线纵断面辅助CAD系统利用VBA程序语言来开发基于EXCEL数据源的辅助CAD系统, 可直接利用外业勘察数据优化生成线路放大纵断面, 也可采用人工设计数据生成, 达到了操作简单、结果可靠的效果。

关键词：既有线,纵断面,辅助CAD系统,VBA

参考文献

[1]易思蓉.线路工程信息技术[M].成都:西南交通大学出版社, 2007.

[2]李海峰, 许玉德, 吕益恕.既有线改建纵断面设计优化CAD系统[J].上海铁道大学学报, 1998, 10, 19 (10) :47-50.

[3]胡荣, 喻宁.AutoCAD2000开发工具-VBA及ActiveX开发指南[M].北京:人民邮电出版社, 1999.

铁路纵断面 篇3

关键词：隧道施工,铁路大断面,施工技术控制要点

1大断面隧道工程概况

隧道建设场地属低山丘陵地貌, 山脉近东西向展布, 最高点龙舟山 (土名) 为154.5m, 隧道轴线经过的地段最大高程为127m, 南、北进洞口拟设于采土、石场陡峭的采挖面上。洞身段山体自然坡度为20°~35°, 局部较陡。隧道沿线山丘基本为第四系坡残积土层覆盖, 植被密;山丘南坡覆盖层厚度大, 未见基岩裸露, 而山丘北坡覆盖层厚度较小, 局部见基岩裸露。

2大断面隧道施工技术控制要点

2.1隧道开挖支护。 (1) 钢拱架 (含格栅钢支撑) 支护不及时。形成原因:①实际地质情况比原地质勘探资料好, 盲目追求进度, 擅自拉长开挖距离;②项目部管理不到位, 施工人员不了解钢拱架及时支护的重要性, 随意施工。防治措施:①加强地质预测、预报, 对地质明显变化的要及时进行变更设计;②针对盲目追求进尺, 要用制度限制钢支撑至工作面的最大间距;③加强管理, 对施工人员进行必要的岗前教育、培训;④围岩稳定性较差时, 对钢拱架必须开挖一榀的间距及时支护一榀, 加强监理监督管理。 (2) 锁脚锚杆施工不规范。形成原因:①项目部管理不到位, 施工人员不按要求施工;②锁脚锚杆长度和角度不符合设计;③锁脚锚杆锚固剂不饱满、不密实, 抗拔力严重不足;④设计与实际不符, 按设计要求, 未打入硬岩。防治措施:①加强项目部的管理, 施工人员先培训后上岗;②正确认识锁脚锚杆的重要作用;严格按照设计施工;③加强锁脚锚杆抗拔力检测;④对设计与实际不符, 通过动态设计, 及时完善。 (3) 钢拱架与围岩间脱空。形成原因:①超挖严重, 而钢拱架为定型规格所不达;②未按规范要求处理脱空情况;③施工人员不了解脱空将存在隐患。防治措施:①提高光爆效果, 尽量减少超挖量;②当超挖不可避免时, 脱空部位要及时用钢件或砼预制块楔紧, 随后尽快喷射砼;③项目部管理要到位, 监理要加强监督管理。 (4) 钢拱架在仰拱部位未及时施工封闭形成闭合环。形成原因:①对仰拱拱架及时封闭的重要性认识不足;②施工单位片面追求掘进进度, 而忽视初期支护及时封闭的作用和效果。防治措施:①加强对施工人员的技术培训, 监理应加强监督管理;②凡设仰拱处, 钢拱架应及时施工封闭, 尽早形成闭合环;③对于软弱围岩, 当采用上半断面开挖且有失稳迹象时应设置临时仰拱, 并及时施工。 (5) 初喷砼施工不及时, 喷射总厚度不足, 喷层砼不密实。形成原因:①对及时初喷砼的重要性认识不够, 施工工序安排、衔接不当;②喷前岩面上粉尘、杂物未用水或高压风管冲洗干净;③施工班组偷工减料, 喷前喷后未作断面检测;④碎石材料加工规格差, 数量不足;⑤喷砼用速凝剂选型不当;⑥操作手技术不熟练, 喷射工艺差。防治措施:①开工前做好技术交底, 强调及时喷射砼对围岩稳定的重要性;②合理安排施工工序, 做到工序衔接紧凑, 施工井然有序;③喷砼前岩面上粉尘、杂物必须用水或高压风管冲洗干净;④喷前喷后用激光断面仪检测断面尺寸。

2.2隧道防排水。 (1) 环向透水盲管布置密度不当。形成原因:隧道洞内地下水分布往往不均匀, 而设计按等间距布置。防治措施:根据现场开挖揭露的地下水的分布情况, 按照环向透水盲管布置间距, 地下水丰富处加密盲管, 而在干燥处拉大间距。 (2) 边墙下横向排水管口堵塞。形成原因:①预埋管长度不足, 管口被砼包住;②纵、横排水管安装位置不准确, 管口未露出沟壁;③管口未用合适材料临时堵塞, 砼、泥浆等封住管口。防治措施:①横向排水管下料长度要超出沟壁;②纵、横排水管要准确安装位置, 管口应露出沟壁;③施工时管口用编织袋临时塞住。 (3) 洞内路面锯缝处冒水。形成原因:①所在地段地下水丰富, 但未在该处设盲沟将水导入边沟内引排;②虽在路面整平层内设置横向排水盲沟, 但盲沟外裹透水层破损, 水泥浆侵入使排水通道堵塞, 无法排水;③盲沟两端未与隧道纵向排水沟连通, 使盲沟排水功能失效。防治措施:①施工时应针对地下水发育情况, 布设足够的盲沟数量;②采用质量好的盲沟材料, 施工要认真、仔细, 防止破损、堵塞, 端部隔断;③当路面施工后发现冒水, 则从冒水处适当范围开槽, 准确探明漏水原因;④针对漏水原因, 采取治理措施。 (4) 隧道洞顶截水沟施工不及时, 砌筑厚度不足, 砂浆不饱满, 使洞顶仰坡稳定性受到威胁。形成原因:①施工单位工序安排不当, 对洞顶排水重视不够;②施工班组偷工减料。防治措施:①隧道洞顶截水沟都必须先行施工并保证质量;②洞顶截水沟必须经监理验收合格后才允许隧道主体工程施工。

2.3隧道二次衬砌。 (1) 中心排水沟制安。①中心排水沟圆管制作时的砼配比严格遵守试验室下发的配合比施工, 原材料满足施工规范要求。②钢筋制安时满足设计要求, 原材料除锈。③加工好的中心排水沟圆管外观符合要求。④安装时中心排水沟圆管底部有C20现浇混凝土垫块10cm厚, 圆管上部用碎石填充。⑤中心排水沟圆管采用对头拼接, 其间隙用沥青麻絮堵塞, 外面用满涂热沥青的毛毡围裹两层。⑥中心检查井位置要正确, 井身顶面应做成与路线横、纵坡一致。检查井木盖板顶铺设毛毡保暖层。 (2) 仰拱及填充。①仰拱分左右两边施工, 仰拱填充立模时模板在一条直线上。②仰拱混凝土施工前虚碴必须清理干净, 如果底碴较多可采用机械清理, 但必须预留20cm以上采用人工清理, 以防止隧底超挖。特别是立拱段清底, 必须严格控制, 严禁将拱脚悬空, 如果拱脚悬空, 必须将悬空的拱脚用型钢连接到隧道底部基岩。③仰拱混凝土施工前, 底部不得有积水。④仰拱填充不得随便乱填片石或出现干码片石现象。⑤仰拱接茬钢筋布置时接头错开。⑥水沟立模时模板在一条直线上。 (3) 边墙及拱部处理。①初期支护时有的地方系统锚杆头露在初喷混凝土外面, 在挂设防水板前, 必须将锚杆头沿混凝土表面整齐割掉, 然后用砂浆抹平, 不允许有外露现象。②有的地方初喷混凝土表面凹凸不平, 挂设拱墙防水板时, 必须将凸的地方凿平, 并用砂浆抹光;对凹坑太大的地方应用砂浆填平。

结语

本施工段采取了上述一系列技术措施, 从而确保了该隧道的顺利完工。同时在隧道施工过程中采用监控量测和超前地质预报等量测手段为施工和设计提供准确的依据, 确保施工的安全、质量、进度和投资, 为以后的此类隧道施工积累了宝贵经验。

参考文献

铁路纵断面 篇4

1 冻土路基稳定性分析原理

冻土湿地路基稳定性的理论分析为地基处理和路基工程措施的采用提出了主要的技术指导思想,概括的说有以下几点:1)冻土湿地路基稳定性研究分为水平冻土湿地路基和有一定坡度的斜坡冻土湿地路基;2)冻土湿地路基稳定性包括路基整体稳定性和路基本身变形稳定性;3)冻土湿地路基稳定性影响因素有上部荷载、路基几何尺寸、地表面以下季节融化层岩性和水分、填土性质、路基特殊结构类型;4)冻土湿地路基整体稳定的特殊性在于路基结构条件下多年冻土上限变化、多年冻土温度变化的影响。

土体经多次冻融循环作用,含水量逐渐降低并趋于稳定,初始含水量越大,含水量变化率越高。冻融循环过程中,初始干密度较低时,干密度逐渐增大并趋于稳定;初始干密度较高时,干密度逐渐减小并趋于稳定。在列车荷载、轨道及土重量和各种自然力作用下,特别是水文、气候条件的变化,将引起路基土抗剪强度下降,特别是气候变化和外界干扰造成的冻土融化,会引起冻土地区部分土体中含水量增加,引起路基边坡土体滑动,造成路基破坏。

当多年冻土上限位置下降或基本保持不变时,冻土地区的路基整体稳定性分析可以近似的采用瑞典圆弧条分法,进行不同条件下路基稳定性的检算,计算图示见图1。

2 典型冻土湿地断面路基整体性稳定分析

2.1 断面工程地质特点及路基结构形式

DK1405+700断面属富冰冻土区,冻土上限2.34 m,下部土层主要为角砾土。采用工程措施:路基基底为1.2 m倾填片石层,其上为0.2 m厚碎砾石和0.2 m厚中粗砂反滤层;路基两侧各加宽0.4 m预留沉降量;路堤左侧设1.6 m宽、右侧设0.8 m宽碎石护坡,路堤中心高度3.70 m,路堤断面形式见图2。

2.2 路堤整体稳定分析

1)竣工时稳定性检算。

将路堤填料和地基土按图2分区,为计算方便,建立如图3所示的坐标系,按稳定分析理论计算路堤的稳定性,破裂面采用圆弧破裂面。计算时采用的初始条件、圆弧搜索的方法见图3和表1。

计算结果见表2,结果表明,一般情况下,路堤自身稳定性可以满足稳定性要求,故采用一般路堤边坡设计路堤及边坡。考虑地震载荷,地震烈度按7度、8度考虑,相应的路堤稳定系数计算结果见表3。计算结果表明,在考虑地震影响时也能满足稳定要求。

2)运营期稳定性检算。

考虑列车荷载作用时,换算土柱高度取2.86 m,宽度取3.2 m,计算图式见图4,表4。

计算结果表明,列车荷载作用时,路堤自身稳定性可以满足稳定性要求。同样地,如果考虑地震载荷,地震烈度按7度、8度考虑,相应的路堤稳定系数计算结果见表5。

3)多年冻土上限下降时稳定性检算。

该断面取深度为2.34 m,即冻土融化后在上限附近形成一软弱土层。如果让破裂面通过软弱土层,则土体破坏形式见图5,其计算结果见表6。

4)考虑最不利情况。

最大冻结深度内土体全部融化,由于地基土体中含水量提高,将导致地基土体强度明显下降(摩擦角下降9°,并丧失粘聚力),由于填料为粗粒土,可认为其强度没发生变化。此时路堤路基稳定性计算结果见表7。

在这种条件下,路堤的稳定性明显降低,但尚能满足稳定要求。如果同时考虑地震因素,稳定计算结果见表8。

此时在7度地区,路堤的稳定系数已不能满足稳定要求,必须对地基土进行进一步处理,如将融化的冻结水及时从地基土体中排出,以防土体强度降低太多。

3 结语

考虑运营荷载和冻土人为上限降低的情形下,典型断面仍能够承受8度的地震水平;考虑最不利情形(考虑路基土体摩擦角下降9°,丧失粘聚力),地震烈度为8度时,路基可能会出现不稳定。

致谢:北京交通大学沈宇鹏讲师在本论文撰写过程中提出了许多宝贵意见,在此表示感谢。

参考文献

[1]沈宇鹏.青藏铁路安多段多年冻土斜坡路基稳定性研究[D].北京:北京交通大学博士学位论文,2007.

[2]段东明.青藏铁路安多试验段多年冻土斜坡路基稳定性[J].中国铁道科学,2008,29(2):6-11.

[3]段东明.暖季强降雨对多年冻土南界斜坡路基稳定性影响分析[J].工程地质学报,2008,16(2):250-254.

[4]钱家欢,殷宗泽.土工计算与原理[M].第3版.北京:中国水力水电出版社,2000.

[5]牛富俊,张鲁新.青藏高原多年冻土区斜坡类型及典型斜坡稳定性研究[J].冰冻土,2002,24(5):608-613.

[6]牛富俊,程国栋.青藏高原多年冻土区热融滑塌型斜坡失稳研究[J].岩土工程学报,2004,26(3):402-406.

铁路纵断面 篇5

关键词：湿喷混凝土,重载铁路,初期支护,堵管

1 湿喷混凝土概述

喷射混凝土是利用压缩空气或其他动力, 将按一定配比拌制的混凝土拌合物沿管路输送至喷头处, 以较高速度喷射于受喷面, 依赖喷射过程中水泥与骨料的连续撞击、压密而形成的一种混凝土。喷射混凝土的喷射工艺主要有干喷、潮喷和湿喷等。混凝土湿喷工艺是指使用拌合机将集料、水泥、拌合用水和 (或) 减水剂按设计的比例拌合均匀, 用湿式喷射机压送拌合好的混凝土混合料到喷嘴处, 再在喷嘴处加液体速凝剂后喷出。湿喷混凝土的优点是能将包括水在内的各种材料准确计量、充分混合、质量容易得到控制、早期强度较高、粉尘及回弹量少。其缺点是单方混凝土成本较高、堵管后处理困难、设备清洗养护麻烦、湿喷设备比较复杂、价格较贵、移动时需另外配备动力协助。近年来, 湿喷混凝土技术因其有诸多优势, 在铁路隧道、矿山工程等地下工程得到了大量推广和应用[1,2,3]。

2 工程概况

山西中南部铁路通道重载铁路西铁车2号隧道位于山东省莱芜市西铁车东南至沂源县南山村, 为双线大断面隧道。隧道里程DK1076+114~DK1083+003, 全长7 889m, Ⅱ级围岩3 090 m, Ⅲ级围岩2 870 m, Ⅳ级围岩1 210 m, Ⅴ级围岩719 m, 隧道内设置4.9‰~5.1‰的单面坡, 隧道穿越花岗岩、灰岩和灰岩夹页岩, 灰岩区岩溶具有不发育至发育。全隧道均采用由初期支护、防水隔离层和二次衬砌组成的复合式衬砌, 隧道初期支护采用C25网喷混凝土。

3 施工工艺

3.1 原材料及配合比

水泥采用淄博山水P.O42.5普通硅酸盐水泥;砂采用细度模数为2.9~3.2的中粗河砂;碎石采用坚固耐久的碎石, 最大粒径小于15 mm;拌合用水采用现场地下水;减水剂、速凝剂采用山东华伟银凯建材科技股份有限公司生产的减水剂、液态速凝剂, 掺量分别为1%、4%。西铁车2号隧道C25喷射混凝土的配合比为水泥∶河砂∶碎石∶水∶减水剂∶速凝剂=400∶862∶862∶175∶4∶16, 水灰比为0.44, 砂率为50%, 坍落度为80~130 mm。

3.2 施工机械

湿喷混凝土搅拌采取全自动计量强制式搅拌机, 施工配料严格按照配合比进行搅拌。混凝土运输采用混凝土搅拌车运输, 容积6 m3。混凝土喷射设备采用TK600A型湿喷机, 自配流量泵和仪表以控制液体速凝剂的用量, 湿喷机出料能力为6.0 m3/h。

3.3 施工流程 (见图1)

3.4 主要施工方法

喷射前先将岩面的松动石块进行清理, 并用高压风或高压水冲洗岩面。冲洗时从隧道拱顶开始, 按从上到下的顺序清洗至边墙底部。混凝土喷射前每1~2 m埋设一根6 mm钢筋头作为喷层厚度控制标志钉。混合料随拌随喷, 供料连续。喷射作业分段、分片、分层, 由下而上依次进行。喷射混凝土施工分初喷、复喷。初喷在开挖完成后立即进行, 复喷在锚杆、挂网和钢架安装后进行。分层喷射时, 后一层应在前一层混凝土终凝后进行, 若终凝后1h再行喷射, 需先用水清洗受喷面。喷射机工作风压稳定, 喷头与受喷面的距离保持在0.8~1.5 m范围内, 喷射的角度尽量保持与受喷面垂直。喷头连续不断地做圆周运动, 形成螺旋状, 喷射的路线自下而上, 做“S”形运动。喷射混凝土完成4 h后方可进行下一循环爆破作业。

4 关键工序质量控制

4.1 混凝土拌合质量控制

喷射混凝土配合比及原材料进场质量应满足TB10424-2010《铁路混凝土工程施工质量控制标准》和TB10417-2003《铁路隧道工程施工质量验收标准》要求。混凝土采用强制式拌合机进行拌合, 按照砂→碎石→水泥→水→减水剂的顺序投料, 加入减水剂后搅拌2 min。拌合料采用混凝土罐车运送到作业点。

4.2 喷射岩面质量控制

喷射前应对喷射岩面进行检查清理, 清除开挖面的松动岩块及在拱脚与墙角处的岩屑等杂物, 对基面有滴水、淌水、集中出水点的情况, 应采用凿槽、埋管等方法进行引导疏干。如岩面凹凸不平时, 应先喷凹处找平, 然后向上喷射。

4.3 喷射厚度控制

混凝土喷射前每1~2 m埋设一根喷层厚度控制标志钉。混凝土喷射分层喷射, 采用预埋钢筋检查喷射厚度, 同时对已经施工完毕的地段采用钻孔的方式抽查。

4.4 主要技术参数

喷射的顺序是应先墙后拱, 自下而上。为了减少回弹量, 喷嘴一般应垂直于岩面喷射, 并不得小于70°。喷头与受喷面的距离受到回弹量、工作风压、混凝土强度等因素影响, 一般保持在0.8~1.5 m范围。喷射机喷射风压的大小直接决定喷射混凝土的密实程度, 进而影响到混凝土的强度。风压过大, 混凝土料束喷射速度快, 冲击力大, 粗集料容易弹回, 同时喷到岩壁上的混凝土易被风流吹散, 造成回弹量过大, 也会使强度变低;风压过低, 混凝土料束呈平抛运动, 湿喷动能小, 粗集料掉落大, 回弹量也大, 混凝土的强度也会变低。根据现场的施工摸索, 混凝土坍落度为100~120 mm, 喷嘴距受喷面的距离为1.2 m左右时, 喷射压力控制在0.3 MPa左右, 混凝土喷射效果最为理想。

4.5 特殊情况下的湿喷工艺

挂钢筋网地段, 喷射后混凝土上层面有时呈波浪形, 喷头垂直岩面喷射可使混凝土均匀分布, 避免起伏。设钢拱架地段, 围岩碎石破碎, 喷射混凝土必须从填充岩面空洞、裂隙开始, 喷头呈直线状沿拱架从拱底向拱顶移动, 不要旋转喷头。钢拱架与围岩之间的孔隙必须用喷射混凝土填充密实, 对于钢拱架的两侧, 必须进行两次或三次补喷, 钢拱架用混凝土包裹严实。混凝土掉落部位的补喷, 应在10~15 min后进行, 立即补喷会引起更大范围的混凝土塌落。对渗水较小的地方, 喷射从无水处向有水处进行;渗水较大的地方, 先采用引流措施后再喷射。

4.6 混凝土养护

喷射混凝土终凝2 h后, 开始进行养护工作, 养护时间不少于14 d。

4.7 混凝土强度控制

混凝土的初期强度对隧道的初期支护的作用更为重要。混凝土初期强度采用射钉法进行快速测定。

5 堵管预防措施

湿喷混凝土在施工过程中遇到的最大问题就是堵管。堵管也是制约湿喷机推广的一个重要原因。湿喷机堵管的原因主要有混凝土质量不高、机械故障和人为操作失误等方面[4,5]。在实际施工过程中, 混凝土质量不高主要体现为坍落度损失过大, 坍落度不稳定和配合比不良等;机械故障主要体现为泵送压力不足, 设备磨损、间隙过大, 管道连接过长或连接不密封;人员操作失误主要体现为喷射前的润管工作不到位, 料斗里面混凝土量过少, 混凝土停泵时间过长以及操作工人未按规程操作等。为避免在喷射过程发生堵管, 经过不断的摸索, 在施工过程中总结出了下列预防措施:

1) 改善混凝土质量, 提高混凝土砂率至50%, 控制混凝土的水灰比在0.44左右。选取与胶凝材料适应性好的减水剂, 减少混凝土的坍落度损失, 经过多次试验, 混凝土的90 min坍落度损失不超过20 mm。适当提高混凝土的坍落度, 混凝土的出机坍落度不宜小于120 mm, 喷射时混凝土坍落度不宜小于100 mm。

2) 项目部机械管理人员和湿喷机操作人员定期对湿喷机进行维护保养, 及时更换受损零件, 确保设备处于良好的工作状态。湿喷机操作人员在喷浆过程中应仔细检查, 发生异常响声时, 找出故障及时处理。

3) 加强对湿喷机操作人员的技术交底和培训。严格控制管道连接长度, 管道安装时要紧固管卡严防漏浆。喷射前严格做好润管作业。喷射时要严密关注喂料斗中混凝土的数量, 以防吸入空气造成堵管, 保证料斗中混凝土的数量不小于1/4料斗体积。发生泵送压力迅速增大或电流增大等异常现象时, 立即反泵2~3个行程可以有效地减少堵管的发生机率。

6 工程实践效果与体会

湿喷混凝土工艺在西铁车2号隧道的成功应用, 较好地解决了干喷混凝土存在的一些不足。在湿喷工艺的施工实践中, 通过不断总结和优化, 掌握了大断面铁路隧道湿喷混凝土的技术要领, 并取得了较好的效果。

1) 采用湿喷工艺, 有效地减少了隧道粉尘含量, 改善了作业环境。经多次粉尘含量测试发现, 喷嘴附近粉尘含量均小于10 mg/m3, 工序混合区小于2 mg/m3, 远小于隧道初期干喷施工时粉尘含量90~170 mg/m3。

2) 湿喷施工能有效地减少混凝土的回弹量。经现场实测边墙回弹率在7%~11%, 拱部回弹率在12%~18%。

3) 提高了混凝土的1 d强度和28 d强度。通过射钉法和抗压强度测试, 喷射混凝土1 d强度均能达到5 MPa, 28d强度大于30 MPa。喷射初期强度的不断突破, 达到了尽早封闭围岩保证施工安全的目的, 为加快施工进度提供了安全保证。

4) 国内湿喷机械设备的维护保养、清洗问题、施工过程的堵管问题, 液体速凝剂成本和适应性问题还需要进一步解决。随着国内湿喷设备的改造、工艺的进一步发展、成本的进一步降低, 湿喷混凝土工艺将会越来越广泛应用到各个领域。[ID:001548]

参考文献

[1]雷向锋, 王树强, 王永玺, 等.湿喷微纤维混凝土技术在客运专线大断面黄土隧道中的应用[J].铁道标准设计, 2007, 51 (S1) :141-143.

[2]孔德岩.混凝土湿喷技术应用实例分析[J].铁道建筑, 2007, 47 (3) :59-61.

[3]韩斌, 武拴军, 李宏业, 等.高效机械化湿喷混凝土技术及其在地下矿山的应用[J].金属矿山, 2009, 44 (5) :23-26.

[4]李喜斌, 张兵.施工中泵送混凝土堵管现象及预防措施[J].土木建筑学术文库, 2010, 13 (1) :234-235.

铁路纵断面 篇6

花油山隧道位于南宁枢纽, 属于南环外绕线, 双线隧道, 设计坡度为人字坡, 隧道最大埋深约100m, 进口里程DK250+630, 出口里程DK31+30, 中心里程DK28+330, 全长5400m。进口段DK25+700～DK25+795穿越银海大道, 银海大道改造工程已开始实施, 路面宽度60m, 其与铁路线路平面夹角约48°, 路面与隧道拱顶高差约5m;隧道进口端DK26+730附近有一规划高速公路从隧道上方通过, 该高速公路路面标高约153m, 距隧道拱顶约38m。隧道出口段顺层偏压, 坡度陡峭。隧道不良地质为岩溶、顺层偏压, 特殊岩土为软土及膨胀 (岩) 土。施工中应加强超前地质预测预报及监控量测, 并根据监控量测的结果, 采取加大预留变形量、调整支护参数、施工工法等处理措施。

二、大断面浅埋隧道施工关键技术

1. 大拱脚三台阶法施工技术

(1) 概念

大拱脚三台阶法施工工法是指在隧道开挖过程中将作业面分为6个开挖面, 以前后6个不同的位置相互错开同时开挖, 然后分部同时支护形成支护整体, 缩短循环时间, 逐步向纵深推进的作业方法。对于软弱围岩承载力不足, 扩大上部钢架拱脚及垫板或增加锁脚锚杆增大地基承载能力, 每循环进尺0.6～0.8m, 尽量缩短台阶长度, 确保初期支护尽快合成环, 仰拱和衬砌及时跟进, 及时形成稳定的支护体系。

针对南宁枢纽铁路隧道埋深及地质条件进行了优化调整, 对常用软弱围岩隧道施工方法对比一些不足后, 在总结三台阶工法的基础上, 能够充分发挥大型机械快速施工的优势, 尽量避免刚性分隔, 采用大拱脚三台阶法施工, 达到了快速安全施工的目的。以南宁枢纽铁路花油山隧道为工程背景, 对泥质砂岩地质条件下应用大拱脚台阶法施工技术进行了研究, 并结合现场施工实践, 成功地应用大拱脚三台阶法施工, 达到了工程安全、质量可控的目的。

(2) 大拱脚三台阶法施工工艺流程 (图1)

第1步:利用上一循环架立的钢架施作隧道拱部Ф42mm超前小导管, 开挖上部弧形导坑 (1) 部:在拱部超前支护后进行, 环向开挖上部弧形导坑, 预留核心土, 核心土长度为3～5m, 宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。开挖后应及时施作 (1) 部初期支护, 即进行初喷4cm厚混凝土, 挂钢筋网, 架设钢架, 施作大拱脚系统支护, 并在钢架拱脚底部紧贴钢架两侧边沿按下倾角45°打设锁脚锚杆, 锁脚锚杆与钢架牢固焊接, 钻设系统径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定, 一般0.6m左右。

第2步:左侧 (2) 部中台阶开挖。在滞后 (1) 部约3～5m后, 开挖左侧 (2) 部中台阶。开挖进尺根据初期支护钢架间距确定, 开挖高度一般为3.5～4m, 开挖后及时施作 (2) 部初期支护, 即进行初喷4cm厚混凝土, 挂钢筋网, 接长钢架, 并设锁脚锚杆系统支护, 钻设在地质结构复杂多变、软硬围岩变化或其他系统径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

第3步:右侧 (3) 部中台阶开挖。在滞后 (2) 部2～3m后, 与左侧 (2) 部中台阶开挖支护方式一样, 施作右侧 (3) 部中台阶。

第4、5步:开挖上台阶 (4) 部、中台阶 (5) 部。在滞后 (3) 部3～4m后, 依次开挖上台阶 (4) 部、中台阶 (5) 部, 开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。

第6步:开挖隧底 (6) 部。在滞后 (5) 部4～5m后, 开挖隧底剩余部分 (6) 部, 开挖后初喷4cm厚混凝土, 安设仰拱钢架并与左右侧落地钢架焊接牢固, 复喷混凝土至设计厚度。为了不影响车辆进出, 采用栈桥过渡方案, 及时施作仰拱及仰拱回填, 仰拱分段长度一般为4～6m。

(4) 关键技术特点

此项工法相对于CRD法或CD法较简单, 施工空间大, 多个作业面可以平行作业, 施工速度快, 提高施工效率, 加快了施工进度;在地质结构复杂多变、软硬围岩变化或其他条件发生变化时, 大拱脚台阶法可以较为迅速地转换为CRD法或CD法进行施工;此项工法能适应不同跨度和特大断面的施作, 初期支护作业工序简单, 投入劳动力少, 没有需拆除的I临时施工支护;此项工法将台阶法开挖与预留核心土相结合, 左右前后错台开挖, 有利于掌子面稳定。此项工法结合了弧形导坑预留核心土法和三部台阶法的优点, 通过优化超前支护及初期支护结构的整体刚度, 辅以大拱脚加强处理措施, 可以很好地控制拱顶围岩的沉降变形。

(5) 关键技术控制要点

大拱脚台阶法施工应做好工序衔接, 工序安排应紧凑, 严格控制开挖长度, 合理确定循环进尺, 开挖后立即初喷4cm厚的混凝土, 以减少围岩暴露时间, 避免因长时间暴露引起围岩失稳;隧道垂直方向的变形控制主要依靠两侧拱脚, 拱脚的稳定程度很关键。在上部钢架增加大拱脚为了增大拱脚的承载能力, 可在开挖中台阶时发挥大拱脚支撑拱部结构的重要作用, 同时在钢架拱脚底部紧贴钢架两侧边向拱脚的斜下方打设锁脚锚杆, 锁脚锚杆与钢架牢固焊接确保钢架基础稳定, 防止开挖中台阶时拱部下沉变形;大拱脚台阶法施工应严格按设计要求控制好超前锚杆支护外插角, 施作外插角控制在10～12。保证隧道开挖在超前支护的保护下安全施工;隧道周边部位预留20～30cm, 坚持人工开挖为主, 机械开挖为辅。

2. 沉降变形控制措施

隧道围岩达到基本稳定条件为:隧洞周边水平收敛速度, 以及拱顶或底板垂直位移速度明显下降;隧洞周边水平收敛速度小于0.1～0.2mm/d, 拱顶或底板垂直位移速度小于0.07～0.15mm/d;隧洞位移相对值已达到总相对位移量的85%～90%以上。隧道施工中监控量测的重要目的就是对初期支护实施动态管理, 通过了解围岩的受力变形状态, 判断隧道围岩和初期支护是否稳定和安全, 及时进行信息反馈及预测预报, 为施工二衬提供合理施作时间和为优化支护参数提供依据, 指导现场施工。监控量测采用五点法, 每个断面设置2条净空变化基线, 1个拱顶下沉测点, 监测断面间距为5～10m, 所有初读数据须在开挖后12h内测读, 量测频次严格按照《铁路隧道监控量测技术规程》 (BG10121—2007) 的要求执行, 根据量测结果及时调整预留变形量, 确保初支不侵入二次衬砌范围。根据现场监控数据分析, 对于泥质砂岩、泥岩夹砂砾岩为主的隧道, 建议施工开挖时, 隧道拱部预留变形量25～35cm, 边墙预留变形量15～20cm, 底部预留变形量5～10cm。

三、结束语

1. 对于软弱围岩初期支护体系一定要快速封闭成环。在南宁枢纽铁路隧道成功应用大拱脚台阶法施工, 有效地发挥了其施工空间大, 机械化程度高的优点, 成功穿越了泥质砂岩、泥岩夹砂砾岩破碎地层, 有效地防止了坍塌等事故。

2. 特大断面隧道施工应特别注重对围岩初期支护的监控量测工作, 对指导施工、修改支护参数具有很重要的意义。

3. 对于特大断面长、大隧道, 特别又是围岩情况差的隧道, 应用综合超前地质预报技术, 必须始终坚持以地质调查法为基础, 加深炮孔为辅, 结合TSP203plus超前地质预报系统相互印证, 实现对掌子面前方120m范围内地质状况的准确预报, 对指导施工、有效防止塌方起到了重要作用。

4. 任何一种施工方法都不是万能的, 施工中应坚持因地制宜, 采取针对性强、效果良好的工程措施和施工方法, 做到“围岩变, 施工方法变”的原则, 对于围岩特别松散破碎, 自稳能力差, 地下水丰富的不良地, 还是应选择按照CD法或CRD法施工。