公路下穿铁路

公路下穿铁路（精选10篇）

公路下穿铁路 篇1

1 工程概况

1.1 概况

山西中南部某隧道全长1 789 m,位于山西省长治县境内。该隧道处于低山丘陵区,地形起伏较小,发育有沟谷。隧址属寒冷地区,最冷月平均气温-5.3℃,场区土壤最大冻结深度59 cm。地震基本烈度为7度,本区地震动反应谱特征周期是0.40 s。本隧道于2009年开始施工。隧道为单面5.4‰的上坡,全隧道位于直线上。

隧址区地层岩性较复杂,分布有第四系上更新统坡洪积砂质黄土、黏质黄土;第四系中更新统坡洪积黏质黄土;第四系坡洪积角砾土;石炭系上统太原组页岩夹灰岩、砂岩等;石炭系中统本溪组页岩、炭质页岩;奥陶系峰峰组灰岩等。

1.2 下穿高速公路情况简述

隧道在DK503+122处下穿长安高速公路,交叉点公路里程为K70+360,交叉范围内公路为路堑形式,公路路面宽为12 m+2 m+12 m=26 m,铁路线路与公路线路斜交角度约为25°,下穿段里程影响范围大致在DK503+070～DK503+160。长安高速公路为在建公路,计划2010年年底通车运营。图1为隧道下穿长安高速公路的平面图。

另外,与其他隧道下穿高速公路实例不同的是,本隧道与高速公路交叉点里程K70+360处公路为1-4 m钢筋混凝土盖板通道。通道涵洞长29 m,涵洞总宽6 m,基础为扩大基础。隧道结构顶至高速公路路面的距离仅有11.7 m,涵洞的基础底距离隧道结构顶的距离为5.5 m。图2为隧道与高速公路路面及涵洞的关系立面图。

隧道在勘测时,该盖板通道正在进行施工,图3为盖板通道施工中的照片。

地质情况:下穿公路段范围内围岩级别为Ⅴ级围岩,隧道为超浅埋,洞身穿越C3t和C2b页岩、砂岩、炭质页岩和薄煤层,强风化,岩体破碎。

2 施工风险分析

隧道下穿高速公路处深较浅,隧道结构顶至高速公路路面的距离仅有11.7 m,且地质条件较差,该处洞身穿越C3t和C2b页岩、砂岩、炭质页岩和薄煤层,强风化,岩体破碎。而且根据施工时间推算,待隧道进行下穿施工时,高速公路已经开通运营,对路面沉降的要求加大,另外,隧道下穿高速公路范围内为1座1-4 m的涵洞,涵洞的基础底距离隧道结构顶的距离仅有5.5 m,隧道穿越施工时不确定因素多,因此施工风险极大。根据《铁路隧道风险评估暂行规定》,隧道施工可能造成路面沉降、开裂,概率等级4,后果等级3,风险等级评为高级,设计中必须加强支护,将风险降低。

3 施工方法选择及超前支护参数、初期支护参数的拟定

常用的施工方法有台阶法、开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中隔壁(CD)法、交叉中隔壁(CRD)法。目前,国内对于下穿隧道的施工方法大多采用交叉中隔壁(CRD)法或双侧壁导坑法。通过许多成功实施的工程实例可以看出,长管棚配合超前支护配合CRD法或者双侧壁导坑法开挖,能有效控制路面沉降。此外,在隧道下穿公路的大部分工程中都采用了大管棚超前支护,这说明大管棚超前支护可以防止路面坍塌。因此可以得出以下结论:对于软弱围岩浅埋铁路隧道进行下穿高速公路及其他等级公路的施工时,采用大管棚进行超前支护,CRD法或双侧壁导坑法开挖,对公路路面的稳定、保证正常公路运行起到较好的控制作用。

本工程隧道在DK503+122处下穿长安高速公路,且K70+360处公路为1-4 m钢筋混凝土盖板通道,公路路面宽26 m,下穿段里程影响范围大致在DK503+070～DK503+160。

考虑到铁路隧道进行下穿施工时,公路已通车,由于隧道上方为盖板涵,盖板涵结构对隧道拱顶的沉降变形极为敏感,涵洞的沉降会直接传递到公路路面,从而造成公路路面开裂及沉降,为避免铁路隧道施工对公路路面结构及行车造成影响,必须执行“短进尺、弱爆破、强支护、衬砌紧跟”的施工原则,加强超前支护及初期支护,避免土层损失造成路面沉降。

确定的本下穿段的超前支护措施:在DK503+070～DK503+160段采用108大管棚超前支护,环向间距0.3 m,管棚每节长15 m,搭接长度大于3 m。另外,42超前小导管注浆超前支护作为补充加强,长4.5 m,环向间距0.3 m。

初期支护:钢架采用Ⅰ20a型钢钢架,纵向间距0.5 m,喷射C25混凝土,厚度25 cm。锚杆:长度3.5 m,环向间距×纵向间距:1.0 m×1.0 m。

施工方法采用交叉中隔壁(CRD)工法。

4 下穿段隧道承受的荷载分析

最不利情况下隧道结构所承担的荷载情况:1)垂直荷载:隧道上方的土石自重荷载、高速公路路面车辆传递的荷载、涵洞自重传递的荷载、涵洞内机车车辆传递的荷载。2)水平荷载:侧向土压力及垂直荷载造成的附加水平土压力。现在分别计算如下。

4.1 垂直荷载

4.1.1 隧道结构上方的5.5 m的土石荷载

根据《铁路隧道设计规范》附录E的公式,近似取q1=γh,则q1=γh=20×5.5=110.0 k Pa。

4.1.2 结构传下来高速公路车辆的荷载

高速公路的路面车辆荷载,按设计公路车辆荷载公路—Ⅰ级来计算。按JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范,公路—Ⅰ级车辆荷载图如图4所示。

路面的车辆荷载通过涵洞的结构传至涵洞基础,然后再通过5.5 m厚的土层传至隧道结构顶上,高速公路单向有3个车道,车道总宽度为12 m,涵洞的基础宽度为1.8 m。因为涵洞顶面总宽度为6 m,所以车辆荷载只能由后轴加前轴或前轴加中轴作用在涵洞结构顶面上,取其大值,前轴和后轴相加:轴重=140+140+30=310 k N计算,3个车道轴重同时传递,总轴重=310×3=930 k N。路面车辆荷载通过涵洞基础按45°角扩散经5.5 m覆土传递到隧道结构顶,传递到结构顶的荷载q2计算如下:

4.1.3 涵洞结构自重传递下来的荷载

涵洞每延长米混凝土方量为17.19 m3,混凝土的重度按25 k N/m3计算,涵洞自重传递至结构顶的荷载为(按45°扩散角进行传递):

4.1.4 涵洞内机车通行传递的荷载

涵洞为交通涵洞,需要考虑最不利情况下上方有车辆通行的荷载,按JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范,公路—Ⅱ级车辆荷载按1个车辆荷载计算:

q4=(30+120×2+140×2)×0.7(折减系数)/[(5.5×2+1.8)×15]=2 k Pa。

4.1.5 所有垂直荷载求和

以上叠加,所有垂直荷载q=q1+q2+q3+q4=110.0+6+34.7+2=152.7 k Pa。

4.2 水平荷载

4.2.1 由洞顶土压力形成的侧压力

根据《铁路隧道设计规范》附录E的公式,e1=γh1λ,经计算λ=0.47,所以隧道结构上部的水平荷载:

隧道拱脚部位的水平荷载:

4.2.2 由路面公路荷载引起的侧压力

5 数值模拟分析

5.1 结构计算

在最不利荷载作用下,下穿高速公路段隧道结构计算模型如图5所示。

拟定衬砌采用C35钢筋混凝土,弹性模量为31 000 MPa,泊松比为0.2,重度为25 k N/m3。采用基于有限单元法数值模拟软件SAP84对隧道衬砌结构进行计算,计算中采用荷载—结构模式,围岩对墙背及拱背的弹性抗力采用弹簧单元模拟,计算结果如图6～图8所示。

5.2 受力特征总结

从上面结果可以看出,下穿高速公路段,由于隧道上方为涵洞,降低了垂直应力,但是由于侧压力较大,最大的弯矩出现在边墙脚部。

最大负弯矩为641 k N·m,集中在边墙脚;其最大正弯矩为120.4 k N·m,集中在拱腰部位;其最大轴力为1 540 k N,集中在拱顶和仰拱;最小轴力为594.5 k N,集中在边墙;其最大剪力为513.5 k N,集中在边墙与仰拱连接处。

5.3 衬砌断面设计

通过计算结果确定结构断面的尺寸和配筋,结构计算结果见表1,表2为控制截面处的安全系数,满足《铁路隧道设计规范》钢筋混凝土安全系数2.0的要求。

6 结语

铁路隧道下穿高速公路现在遇到的情况较多,但是交叉的部位有其他构筑物的情况较少见,根据现场施工情况来看,高速公路的地表沉降控制的较好,说明设计方案是成功的,现把得到的体会及经验归纳如下:1)在下穿高速公路的设计中,在软质岩层中,超前大管棚支护配合CRD工法,对确保施工安全、控制地表下沉的效果是很明显的。2)在数值计算中,将车辆荷载等相关荷载考虑全面,将是确定后期衬砌结构参数拟定的关键。

摘要：以某隧道下穿长安高速公路的工程实例为基础,探讨了施工方法、相关荷载的确定,同时以数值计算的方法确定结构截面及配筋,从而为后续类似工程的设计提供借鉴。

关键词：隧道,下穿既有公路,荷载,数值模拟

参考文献

[1]TB10003-2005,铁路隧道设计规范[S].

[2]铁建设(2007)200号,铁路隧道风险评估暂行规定[S].

[3]关宝树.铁路工程设计要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.

公路下穿铁路 篇2

关键词：下穿铁路；涵洞；施工技术

随着我国现代化进程加快，城市交通建设日益发展，而由于受到城市空间制约，交通阻塞情况日益严重，成为制约城市经济发展的重要因素，而引起交通不畅的重要原因之一，便是铁路与公路的平交路口，为了改善此状况，下穿铁路既有线箱涵顶进施工工程越来越多地应用于城市立交桥的建设中。以桃浦东路一真南路下立交新建工程为例，对下穿铁路既有线箱涵顶进施工关键技术的分析，可促进技术应用，为施工实践提供参考。

1 工程概况

桃浦东路一真南路下立交新建工程位于普陀区中环路与上海铁路西站之间，为规划中环路西段内侧辅道，工程穿越京沪、沪昆铁路，桥梁中心铁路里程为京沪线下行K1457+190、沪昆里程K5+800。工程为城市次干路，起点为桃浦路，沿桃浦东路而上，上跨轨道交通11号线（已建）、下穿京沪、沪昆铁路、规划沪宁城际铁路、交通路，上跨规划16号线，顺真南路而下至终点新村路交叉[l，全长约1 004 m，道路规划红线桃浦东路宽为50 m，真南路地道段红线宽为50 m，其余段为36.5 m。本工程通道采用2孔13 m框架，其中穿越既有线范围采用顶进法施工，从北侧顶进。顶进框架共2节47 m，现浇框架为45 m和54 m共2节。13 m框架边墙厚0.8 m，净高为5.3 m，顶板厚0.85 131，底板厚0.9m。顶进段框架基础采用 600 mm的高压旋喷桩加固，桩长15m，间距均为1.2 m×1.2 m。既有箱涵两侧采用 600 mm密排高压旋喷桩加固，桩长21 m。顶进段框架混凝土采用C40抗渗混凝土，抗渗等级均为S8。

2工程难点

2.1 技术难度大

本通道穿越既有京沪、沪昆4股正线，顶进箱体最长49 m，顶程58 m，箱身自重4 450 t（6.2 t/m），而工点的地质条件非常差，路基持力层承载力为仪有6t/m，4.4～6.4 m深度位置还有流砂层，顶进箱体的标高控制难度相当大。因受规划16号线影响，工作坑位置16号线保护区的32 m范围不能施工钻孔桩，基坑主要采用SMW 工法樁围护，其抗弯刚度相对较弱，易发生变形、渗漏，对基坑安全带来危险，而该基坑还存在多次变化工况以及顶进时前后均要开口的情况，因此深基坑的支护稳定性要求很高。

2.2 安全风险大

本工程线路加固和恢复工作量非常大（架拆便梁44孔次），过往列车密集（每昼夜200对）、铁路管线复杂（箱顶还有24孔60多股垂直大过轨），铁路慢行时间达5个月，还要跨春运。期问需投入大量的劳力、材料、设备进入线路施工，施工期间的行车安全、人身安全、设备安全风险非常大。工程位于软土、流砂共存区域，西侧紧邻桃浦河，工作坑开挖深度约9.3 m，西南角距离沪宁正线仅8 m，西北角距离一幢6层砖混楼房仅6 m，深基坑的安全风险很大。

3 箱涵顶进关键技术

3.1 工作坑围护

经过多次评审，基坑为2个，西基坑长56 m，宽约20m的不规则四边形，东基坑长68 m，宽23 m。基坑最大开挖深度为9.3 in。基坑围护采用SMW桩基围护方式，靠近线路～侧及靠近6层居民楼部位采用钻孔灌注桩。工法桩采用 850@600三轴水泥土搅拌桩，内插H700×300×13×24的型钢，型钢布置形式为“隔一插二”，靠近线路一侧为 1 200@1 400钻孔灌注桩，外侧设2排旋喷桩止水。基坑围护桩顶部设冠梁，型钢顶端高出冠梁700 mm；基坑上下共设2道临时支撑，第一道支撑为1 m×1 m钢筋混凝土支撑，混凝土强度为C30，支撑间距5 m，第二道支撑为 609钢管支撑，支撑间距4 m。

3.2 线路加固

采用4孔24 m便梁临时架空线路，在便梁下按1：1放坡开挖路基2.5 m，开挖后，同时施工支护高压旋喷桩格构体和滑道式地基加固桩。全部便梁支墩和加固桩达到设计强度后，架设D24型便梁于顶进部位上方，开始地基加固和顶进作业。便梁支墩采用 600 mm的高压旋喷桩加固基础。高压旋喷桩桩长为30 m，问距500 mm×500 mm，形成宽3m、长47 133的格构体，桩体28 d无侧限抗压强度要求达到1.2 MPa。格构体上浇筑钢筋混凝土便梁支墩，宽度2.0 Ill，高度2.5 m。为了顺利顶进，在顶进框架范围两侧，在施工便梁支墩基础的同时施工高压旋喷桩形成滑道，滑道宽2.m，顶进框架全长度范围内设置。

3.3 滑板及后靠背

根据现场情况，采用整体C30钢筋混凝土滑板及后靠背。滑板厚500 mm，上抹水泥浆，撒石蜡、滑石粉，铺设塑料薄膜，滑板下设防滑槽，高0.5 in、宽0.5 in，问距2 m沿基坑横向通长布置。后靠背宽1.5 m，高2.5m，钢筋与滑板连接成整体。

3.4箱涵预制施工技术

本工程通道采用2孔13 m框架，本标段共有现浇框架4个，其中顶进框架2节，长度47 m。现浇框架共2节，长度分别为51 m、55 m。13 m框架边墙厚0.8m，净高为5.3 m，顶板厚0.85 m，底板厚0.9 m。其中顶进框架采用C40抗渗混凝土，现浇段采用C30抗渗混凝土，抗渗等级均为s8。由于顶进箱体较长，为了防止出现裂缝，在预制箱体时需设置诱导缝，拟在顶进箱体内设置2道诱导缝，其余箱身根据长度每10～15 m设置1道诱导缝。各段框架预制分两次浇筑砼，第一次浇筑底板和隔墙砼，第二次浇筑墙身及顶板砼。由于一次浇筑砼方量多，体积大，聚集的水泥水化热量大，在混凝土内，高2.5m，钢筋与滑板连接成整体。本工程通道采用2孔13 m框架，本标段共有现浇框架4个，其中顶进框架2节，长度47 m。现浇框架共2节，长度分别为51 m、55 m。13m框架边墙厚0.8m，净高为5.3 m，顶板厚0.85 1TI，底板厚0.9 m。其中顶进框架采用C40抗渗混凝土，现浇段采用C30抗渗混凝土，抗渗等级均为s8。由于顶进箱体较长，为了防止出现裂缝，在预制箱体时需设置诱导缝，拟在顶进箱体内设置2道诱导缝，其余箱身根据长度每10～15 m设置1道诱导缝。各段框架预制分两次浇筑砼，第一次浇筑底板和隔墙砼，第二次浇筑墙身及顶板砼。由于一次浇筑砼方量多，体积大，聚集的水泥水化热量大，在混凝土内外散热不均匀的情况下，混凝土内部会产生较大的温度应力，此外，由于混凝土的收缩徐变，将导致温度裂缝的产生。同时，顶进施工时，框架受力状态随时发生变化，因此，需要采取科学的施工方法，来保证框架的质量。箱身预制过程中主要是对箱身制作过程中模板、钢筋及混凝土的质量进行控制。

4结语

箱涵顶进施工要进行详细的施工调查，编制切实可行的施工方案，组织好施工人员学习，做好技术交底工作，使施工全过程做到心中有数、有条不紊。箱涵顶进施工中应力求长距离顶进，尽可能少开挖工作坑，少扰动既有线路基，以达到减少防护和支撑工作量的目的，做到既安全又经济。后背设计从最基本的顶力计算人手，认真进行方案的比选和检算，做出既可靠又经济的后背设计。箱涵顶进作业要连续进行，不断顶进；同时控制好顶速和进尺，加强量测。对顶进偏差要及时发现，及时纠正。纠正要逐渐进行，不能急于求成。

参考文献：

[1]李小林.下穿铁路斜交箱涵顶进施工技术[J].铁道建设，2009（3）.

[2]龚宏华，胡洲，万波，林运唐.既有线高路堤下箱涵顶进施工技术[J].铁道标准设计，2010（4）.

公路下穿铁路 篇3

1.1 工程概况

兰渝铁路南峰寺隧道起讫里程为ID1K827+370～ID1K830+915, 全长3 545 m。进口内轨顶面标高396.17 m, 出口内轨顶面标高378.09 m, 线路纵坡为5.1‰。线路在ID1K830+675～ID1K830+780段105 m范围内下穿南广高速公路, 并且交叉处高速公路有一上跨公路的拱桥, 线路与南广高速公路的交角为22°24′43″, 下穿段覆盖层21.56 m。

1.2 工程地质及水文情况

南峰寺隧道下穿高速公路段隧道为丘陵地貌, 表层覆盖第四系粉质粘土, 基岩为侏罗系沙溪庙组红色泥岩夹砂岩, 岩质软, 单斜构造, 岩层产状较平缓, 倾角2°～5°。

地下水主要有第四系土层孔隙潜水, 基岩裂隙水。由于隧道范围内基岩普遍出露, 覆盖层薄, 第四系土层空隙水贫乏。此外段内基岩裂隙水主要赋存于砂岩风化裂隙及构造裂隙中, 地下水主要由地表水或土壤中水下渗补给。

2施工方案的选择及模拟计算

2.1 数据模型建立

(1) 确定最不利断面。

根据下穿段的地质情况及地表覆盖层厚度确定最不利断面形式为ID1K830+733, 即地表埋深最大且为拱桥基础处的断面为最不利断面。

(2) 计算范围确定为内轨顶面以下10

m至地表最高处, 隧道中线左右侧各50 m的范围计算受力, 首先绘制开挖处断面图, 导入Midas计算软件, 生成模型, 如图1。

2.2 确定土的力学性能

根据设计文件及现场实际勘查结果, 隧道基岩为侏罗系沙溪庙组红色泥岩夹砂岩, 采用莫尔-库仑模型建立土体, 围岩力学性能指标见表1。

(1) 定义路面及拱桥基础荷载。

(2) 路面受力采用简化均布荷载模式, 荷载选择为55 t, 即11.4 kN/m2。

(3) 拱桥基础采用简化均不荷载模式, 荷载选择为20 t, 即6.54 kN/m2。

(4) 开挖面受力为路面荷载、拱桥基础荷载及自重荷载三种形式。

2.3 数据模型计算结果

设定原始状态, 位移清零后进行模拟计算, 如图2。

根据模拟运算结果, 分别列出几种开挖方式不同长度下的公路路面沉降值、位移值, 拱桥基础的位移值、沉降值, 如表2所示。

根据数据模型计算结果及数据汇总, 台阶法开挖及分部法开挖进尺1.6 m时沉降值、位移值较小, 满足施工中的要求。为了满足施工进度, 施工中实际采用台阶法进尺1.6 m循环进行施工。

2.4 施工工艺及参数

施工过程中严格按照施工图及各项施工规范及技术措施组织施工, 并结合“管超前、短开挖、快支护、勤量测、早成环、紧衬砌”的原则组织现场施工。施工采用新奥法施工, 光面爆破, 无轨运输。具体施工步骤见图3。

(1) 超前支护。

超前支护采用拱部ϕ60中管棚超强支护, 中管棚2.4 m一环, 每环24根, 每根长5 m。此方法结合了超前管棚与超前小导管的共同施工优点, 既减少了洞内开挖管棚工作室这道工序, 又降低了洞内扩挖的安全风险, 同时又起到了超前管棚加强支护的效果, 是洞内超前加强支护的新思路。

(2) 开挖。

根据模拟分析及施工循环时间, 选择台阶法每循环进尺1.6 m作为开挖施工方法。上台阶高度为5.4 m, 上台阶长度不大于5 m。开挖下台阶时, 为了减小对已支护好上台阶初期支护的扰动, 采用弱爆破左右错开进行开挖, 错开长度不小于4榀拱架位置, 且开挖长度不超过2榀拱架, 即不超过1.6 m, 并及时安装边墙钢架。

(3) 初期支护。

采用工20b全环工字钢架加强支护, 钢架间距0.8 m;钢筋网片为ϕ8钢筋, 网格为20×20 (cm) 。喷射混凝土采用C25喷射混凝土, 厚度27 cm。系统锚杆拱部为组合锚杆, 边墙砂浆锚杆, 锚杆长3.0 m, 锚杆间距1.0×1.2 (m) (纵向×环向) , 梅花形布置。

(4) 仰拱及衬砌施工。

仰拱和衬衫施工紧跟下断面施做, 仰拱距离掌子面距离不超过35 m, 二衬距离掌子面距离不超过70 m。

2.5 施工中薄弱环节的处理

初期支护施工中利用有限元软件进行模拟分析, 分析施工中锚杆、喷射混凝土的受力及变形情况, 为现场施工提供指导, 对薄弱环节进行加强。根据数据模型模拟计算, 随着掌子面开挖的进行, 掌子面后方5～10m范围内的围岩应力逐步释放, 拱部锚杆的轴力增加, 并且轴力主要集中在锚杆根部, 施工中需对锚杆施工加强控制, 特别是锚杆根部的垫板必须严格按照设计进行施工, 防止因轴力过大造成锚杆根部陷入围岩内部。喷射混凝土受到的压力主要集中在拱顶及两侧拱腰处, 施工中需保证喷射混凝土的厚度与强度, 并且加强控制拱腰处工字钢架的链接质量, 避免应力集中, 造成初期支护变形等危害。

3监控量测

为保证南峰寺隧道顺利施工, 确保工程质量及施工安全, 隧道施工的全过程加强了监控量测, 主要监控量测项目有:围岩及支护状态观察, 水平收敛量测、拱顶下沉量测、地表下沉及位移量测。

3.1 洞内围岩监控量测点位的布置

预埋件采用ϕ8mm的钢筋加工成三角形焊于ϕ20mm螺纹钢筋端头, 三角形为4 cm的等边三角形, ϕ20螺纹钢筋长为25～38 cm, 其长度保证喷混凝土后螺纹钢筋端头外漏。测点埋设:开挖后采用手电钻, 钻孔10 cm, 然后将制作好的量测点预埋件插入并用锚固剂锚固填塞, 再施做初期支护到设计厚度, 将测点预埋件包裹牢固。

拱顶下沉测点用风钻打眼埋设好固定杆, 并在外露杆头设挂钩, 量测点埋入围岩内20 cm, 不可埋入喷射混凝土内。水平收敛与拱顶下沉的点位布置见图6～7。

3.2 水平收敛及拱顶下沉的量测频率

根据铁道部下发的《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》铁建设【2010】120号文件要求, 南峰寺隧道施工中监控量测工作根据不同围岩级别确定水平收敛及拱顶下沉量测的量测间距。

监控量测的频率根据围岩变形的速率及监控量测断面距开挖掌子面的距离来确定, 选择二者之间频率较高的确定量测时间间隔。

3.3 拱顶下沉及水平相对净空变化量测

(1) 拱顶下沉及水平相对净空变化量测应在同一断面进行, 并采用相同的量测频率。

(2) 净空变形量测在每次开挖后尽早进行, 初读数在开挖后12 h内读取, 而且在下一循环开挖前, 必须完成初读数。

(3) 测点应牢固可靠, 易于识别并妥善保护。拱顶量测后视测点必须埋设在稳定岩面上, 并和洞内水准点建立联系。

(4) 收敛量测采用JSS30A收敛仪进行量测, 仪器使用前必须经过严格标定。

(5) 拱顶下沉量测与水平相对净空量测在同一断面内进行, 采用水准仪测定下沉量。

(6) 拱顶下沉量测与水平相对净空量测采用相同频率。

3.4 数据处理

由于测量仪器的精度和偶然误差的影响使量测数据具有离散性, 根据这些数据整理出的原始时态曲线 (时间-位移曲线) 常常是锯齿形状, 所以必须采用数学方法对量测所得的数据进行分析, 做进一步整理, 找出围岩随时间变化的规律和不同时刻围岩的变形量以及围岩变形的发展趋势, 推算出围岩的最大变形量, 用以同变形临界值比较, 以便判断围岩的变形是否在允许范围。同时还可以了解到整理后的时态曲线与原始数据呈现出的离散性和随机波动性, 从而推断预测结果和分析中所应用的数据精度和误差。

由施工现场采集取得的隧道某一基线上的净空变化值, 不大可能随时间呈线性规律, 所以要选择非线性函数作为回归函数进行回归分析, 南峰寺隧道施工中采用非线性回归分析的方法进行数据处理与分析。

3.5 监控量测数据整理

3.5.1 确定回归方程

根据散点图中的散点拟合曲线的分布特征、变化特性、收敛性等, 从理论和以往经验选择能代表两变量之间内在关系的函数类型:

undefined

式中, U为收敛值;t—时间;A、B为回归系数。

回归分析的主要任务就是要根据量测数据t和u去估计未知参数A, B:进行线性相关的显著性检验;并利用对A, B估计的结果, 通过t值去预测u值。

3.5.2 确定参数A和B

利用最小二乘法估计参数A和B时, 有离差平方和undefined′) 2, 为了使S取最小值, 将上式分别对A及B求偏导数:

undefined

(r为相关系数)

undefined

根据实测原始收敛数据, 采用指数函数对实测关系曲线进行回归计算, 确定回归方程。

3.6 监控量测分析

3.6.1 根据位移值分析

注:1.硬岩取较小值, 软岩取较大值;2.拱脚水平相对净空变化指两拱脚测点间水平净空变化值与其距离之比;拱顶相对下沉是指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比;3.拱腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化极限值乘以1.2～1.3后采用。

初期支护达到基本稳定的条件:实测最大位移值或回归预测最大位移值应不大于极限相对位移值的2/3, 并进行变形管理。

注:U—实测位移值;U0—最大允许位移值。

3.6.2 根据变形速率分析

当净空变化速度持续大于1.0 mm/d时, 围岩处于急剧变形状态, 应加强初期支护系统;当隧道净空收敛值的速度明显下降, 收敛量已达总收敛量的80～90%, 且净空变化速度小于0.2 mm/d时 (隧道经验认为水平收敛速度小于0.2mm/d或拱顶位移速度小于0.15 mm/d) 时, 围岩达到基本稳定, 此时可进行二次衬砌;在浅埋地段, 及膨胀性和挤压性围岩等情况下, 应采用其它指标判别。

3.6.3 根据围岩位移时态曲线的形态来判别

当围岩位移速度不断下降时 (du2/d2t<0) , 围岩趋于稳定状态;当围岩位移速度保持不变时 (du2/d2t t=0) , 围岩不稳定, 应加强支护;当围岩位移速度不断上升时 (du2/d2t t>0) , 围岩进入危险状态, 必须立即停止掘进, 加强支护。

3.7 下穿高速公路段地表监控

根据现场实际地形及条件, 布置地表监控量测网, 共布置监控量测点34个, 高速公路路面及边坡采用反光贴片, 中央隔离带及路肩处埋设固定沉降观测桩 (见图8) 。

3.8 沉降观测的频率及时间

在开挖施工进入下穿段之前对沉降观测网进行布置及点位的埋设, 埋设后进行初始值的测量, 测量采用全站仪进行, 多测回平均后确定初始值并进行详细记录。

在开挖施工进入下穿高速公路段落后进行地表监控, 在每次开挖爆破后30 min后进行观测, 并且每天观测不少于12次, 量测后及时对采集的数据进行详细记录及初步分析, 删除个别错误值或对错误点位进行复测。

3.9 数据的收集及分析

在施工过程中对采集的数据进行整理及分析, 判定地表沉降及变形的累计变化量及变化速率是否满足设计及验算的要求, 以此判断公路路面的下沉量及拱桥基础的稳定性。根据洞内拱顶沉降及地表沉降回归曲线分析可以看出, 采用短台阶开挖, 地表和拱顶的最大变形速率为0.2 mm/d, 小于高速公路要求的1 mm/d;拱顶累计沉降值为6.5 mm, 地表累计沉降值6.7 mm, 小于高速公路要求的20 mm;地表变形速率与累计变形值满足高速公路的相关要求, 地表稳定。并且累计沉降值与模拟计算的数据基本相同, 数据模型可以正确模拟围岩及地表变化情况, 为施工过程提供理论依据。

4结束语

通过数据模型模拟施工过程, 选择了合理的施工方案, 减小了施工风险, 对施工过程中的薄弱环节进行了加强, 有效地减少了洞内变形, 保证了施工安全, 加快了施工进度, 满足了工期要求。

参考文献

[1]TZ204-2008, 铁路隧道工程施工技术指南[S].

[2]TB10417-2003, 铁路隧道施工质量验收标准[S].

[3]关宝树, 赵勇.软弱围岩隧道施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2011.

公路下穿铁路 篇4

上海轨道交通11号线的盾构施工期间需在真南路站～上海西站站间穿越京沪、沪昆铁路,且铁路沿线两侧管线密布,为保证进出上海站铁路大动脉的.安全及正常行车要求,介绍了盾构穿越施工前后采取的相关技术措施,监测结果表明,本次盾构穿越施工方案和技术措施是成功的.

作 者：王建华 李峰 张子敏 Wang Jianhua Li Feng Zhang Ziminglin  作者单位：上海市基础工程公司,200002 刊 名：建筑施工 英文刊名：BUILDING CONSTRUCTION 年，卷(期)：2009 31(1) 分类号：U455.43 关键词：软土地基   盾构   穿越铁路   土体加固   监测  

公路下穿铁路 篇5

【关键词】隧道；优化CRD工法；施工

Optimization of engineering methods in the tunnel under the CRD through Expressway

Liu Guo-xu

（China Railway Tunnel Group Co.， Ltd. No.1 company Chongqing 404013）

【Abstract】CRD construction method is optimal for the broken section of the tunnel or the tunnel wall rock is extremely shallow depth， relatively complex geological conditions section of excavation and support of a special method. Part 6 of the Ministry of Public Act set aside by the core of earth excavating face， and invert the use of temporary， temporary support， with the advance support and other forms of pre-reinforcement to enhance support rock.

【Key words】Tunnel；Optimization CRD engineering methods；Construction

1. 工程概况

笔架山隧道出口段DK222+250～+304下穿沈海高速公路，根据开挖后揭示地质情况，表层为MIQ人工填碎石土间夹块石，厚为1.5～2.0m；下伏浅红色二长花岗岩，中粗粒结构，弱风化，岩体完整，岩体质地坚硬。埋深浅，地质复杂，施工难度较大。

图1

2. 施工方法

2.1 施工工序：

2.1.1 利用上一循环架立的钢架施做隧道及中隔壁超前支护，机械或控制性弱爆破开挖①部，喷8cm厚混凝土锚网喷封闭掌子面，根据松散情况进行断面注浆加固。施作①部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架设Ⅰ22a钢架及I18临时钢架，并设50mm锁脚钢管。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

2.1.2 在滞后于①部0.6m左右距离后，机械或控制性弱爆破开挖②部。喷8cm后混凝土锚网喷封闭掌子面。施做②部导坑周边的初期支护和临时支护，即初喷4cm厚混凝土，架设Ⅰ22a钢架及I18临时钢架，并设50mm锁脚钢管。钻设系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

2.1.3 在滞后于②部0.6m左右距离后预留断面中部核心土开挖③部并施做周边的初期支护，并设50mm锁脚钢管。

2.1.4 预留断面中部核心土开挖④部并施做周边的初期支护，并设50mm锁脚钢管。

2.1.5 开挖核心土并封闭掌子面，采用锚杆将岩块与岩块间锚固，并挂网喷浆。

2.1.6 开挖⑤、⑥部并施做导坑周边的初期支护（⑤、⑥部错开施工）。

2.1.7 灌注仰拱及填充砼。

2.2 施工方法示意图（见图1、图2）：

图2

2.3 加强掌子面稳定措施：

2.3.1 根据围岩情况在拱部局部设置超前小导管注浆加固。在上下部拱架连接处设置锁脚注浆钢管。

2.3.2 每开挖一部完成后，对掌子面封闭采用喷射砼、锚杆、钢筋网等支护，对于松散体视情况采用断面注浆固结。在周边初期支护完成后，上部采取小导管注浆固结原高速路填筑物、并填充钢架与喷射砼之间的空隙，保证高速公路路面底部与隧道初支充分接触。二次衬砌结束后对二次衬砌与初期支护进行回填注浆，保证隧道结构的整体性。

2.3.3 施工期间暗挖采用控制松动爆破，特别是下部开挖时采用分块分段微差松动爆破以减小震动，振动速度满足设置要求。

2.3.4 施工应坚持"控制性弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测"的原则，并保证二次衬砌紧跟掌子面。

3. 施工工序

初喷立钢拱架 施作系统锚杆 挂钢筋网 复喷混凝土 小导管安装及注浆

4. 爆破设计

（1）根据本工程地质情况及采取的施工方法，采用多钻孔、间隔炮孔装药，分段分层微差松动爆破的方式，主要是针对台阶下部及隧底开挖，每段长度1.5m以内、宽度3m左右；对于上部周边土层采用机械开挖。

（2）隧道爆破设计主要确保下部暗挖与新增1、6车道行走时振动影响，考虑到施工中爆破的直接接触，1、6车道边缘距离附近2、5车道边缘为2m，保持一定距离。根据《爆破施组》车道施工顺序，实际上只考虑开挖距离1、6车道在2～11m之间的隧道爆破作业影响，据此确定最大单段爆破用量。隧道掘进爆破作业，设计图纸允许隧道爆破的最大振速控制在6cm/s的要求。

单段最大炸药用量的计算

V=K（Q1/3/R）α

式中

V为质点爆破震动速度

K为与岩石地质等有关的系数取250

Q为炸药量（Kg）

R为爆心至增加车道边缘的距离

α为衰减系数取1.8

（3）最大段炸药用量和车道距离之间的关系为（见表1）：

（4）根据以上数据确定单段最大炸药用量，开挖时实行分块分段微差爆破。根据施工水平及进度安排和现有装备选用42mm钻头，成孔直径45mm.。

（5）每次开挖的围岩方量。

由公式V=Q/q

V——开挖方量

Q——开挖总药量

q——岩石炸药单耗Ⅴ级取1.25Kg/m3

（6）每循环开挖断面积

s=V/L

s——隧道开挖断面积

L——隧道开挖循环进尺

（7）炮眼数量的确定。

由公式N=qs/r

式中N——炮眼数量，个，

q——岩石炸药单耗，取1.25Kg/m3

s——隧道开挖断面积

r——每米长度炸药重量，取0.8Kg

（8）根据以上公式确定爆破设计参数。

说明：根据车道边缘的位置动态调整炸药用量，增加段别数量，对分部开挖断面实施多次起爆，增加爆破次数和增加段数是减少药量的方法。由于路面以下1m左右均为填土，施工时可以提前挖空，减少围岩爆破的接触面，尽量采用机械开挖，减少爆破的次数。施工中对爆破部位加强覆盖，减少振动、飞石距离等，在洞门外设置门帘，减少飞石距离。施工中应根据地质变化及时调整爆破参数，符合现场实际。（见图3）

（9）示意图中的单块围岩用药量及炮眼个数的计算方法：

根据掌子面距行车道边缘距离R查上述关系表确定单段最大用药量Q单，然后确定段别n 依据Q总=nQ单计算出所用炸药总量，依据公式V=Q总/q（q取1.25Kg/m3）计算出每次开挖的围岩方量，依据公式S=V/L（L为隧道开挖循环进尺）计算出每次循环的开挖面积，最后依据公式N=qs/r（r取0.8Kg/m） 计算出炮眼布置的数量。本示意图采用了3种段别，每循环进尺0.6 m（即炮眼深度为0.6m）。

参考文献

[1] 关宝树，国兆林 隧道及地下工程 成都：西南交通大学出版社.

公路下穿铁路 篇6

1 超浅埋中暗挖法的应用

由于暗挖法的施工方式基本不会对道路有过多的占用, 对于道路交通的影响相对较小, 因而在选择超浅埋施工时往往会对其优先考虑。在进行暗挖施工时, 其技术关键在于超前支护以及初期支护这两项措施到位与否。

1.1 关于超前支护作业

超前支护作为隧道建设中必不可少的一项重要环节, 对于下穿工程而言意义重大。现阶段国内比较常用的超前支护一般有管棚工法、旋喷法以及管幕法等等。

(1) 管棚工法。所谓管棚工法, 指的是在开挖隧道之前, 对隧道进行平行钻孔作业, 并插入钢管, 在钻孔时应当注意要沿着隧道的开挖断面进行, 并以一定的距离作为其间隔, 之后则是从钢管的内部进行砂浆或者是水泥浆的充填压注, 目的是提高钢管的外部岩体在抗剪切方面的强度, 钢管能够与岩体实现一体化结合, 并由管棚以及外岩共同形成一体化的棚架系统。该功法的作用原理在能够将来自于管棚上部的围岩负载进行分散, 使前方岩土与钢架能够共同接受来自外部的负载, 从而有效降低土体自身所单独承受的压力, 确保土体结构的稳固。并且管棚工法不仅能够提高岩体周遭的物理参数, 提升地层的自身稳定性, 从而实现对地层的加固外, 同时还能够控制隧道的拱顶, 并起到防止塌方、阻止沉降的作用, 避免了由于施工而引起的地表变形情况。而水平导向的钻孔则可以借助安装在其钻头位置的传感器进行测量, 从而实现其钻头角度的偏移, 进而控制钻孔的方向。当前国内在钻孔方面的技术仍以水平导向技术为主, 管棚的一次施工其长度多在80米左右, 部分工程由于情况特殊可超过百米, 并且对于精度的控制可达0.5%[1]。

(2) 旋喷法。在旋喷法中, 通常会采用咬合式的旋喷桩进行施工, 该法能够在隧道的拱顶及其周边区域构成水平式的旋喷帷幕。该方法能够有效起到防止流沙、阻止滑移的作用, 同时兼具梁、拱两种效应, 并且对于土体也有较好的加固效果, 对于隧道的安全能够起到较好的保障作用。在旋喷法中还有一种高压水平的旋喷作业方式, 这种方式多用于含水砂层以及淤泥地层的地段的施工中, 对于不具备稳定性的地层可以起到良好的支护作用。高压水平式的旋喷桩在超前支护方面具备高强度、刚度大以及可操控的优点。但这种技术受于长度所限, 其单桩的长度基本不能超过40米, 因而在进行超前支护时往往会需要将其进行多次的循环作业, 借助互相搭接的方式完成施工, 在成本方面相对较高。

(3) 管幕法。管幕法在施工时主要是将大直径钢管进行地下预埋, 并通过密集排列组合成为大型帷幕, 从而实现大断面的地下空间施工。该方法的原理在于以单根的钢管作为其铺设的基础, 各个钢管之间借助其锁扣进行连接, 并在其锁扣处灌注止水剂从而形成密封状态。管幕法多应用于部分埋深较浅且、断开面较大并且地质情况较为复杂的环境。虽然管幕法能够针对复杂以及施工困难的环境进行施工, 但相应的其施工成本也相当高昂, 因而在施工中较少被采用。

1.2 双层支护在初期支护中的应用

下穿工程在初期支护时一般会采用双层支护的形式。这种支护形式的特点在于能够同时展开作业, 不过内层的支护要稍稍落后于外层, 并且内外两层的支护基本保持台阶状并逐层推进。就某工程的实践结果分析可知, 采用双层支护的方式在控制岩土变形方面的效果要远远好过单层支护。在埋深要求较小的超浅埋工程中, 这种双层支护在刚度方面正好能够满足其设计需要, 对于拱部下沉与变形也有着较好的控制作用, 但相应的这也要求双侧支护在作业时必须要确保内层支护能够紧跟外层支护, 以实现同时施作。通过对双岑支护的三种不同结构:双层格栅式、外钢内栅式以及外栅内钢式进行充分的研究实验, 可以得出外栅内钢式的双层结构在受力方面要更加合理, 并且对于地层变形也能够有效地进行控制[2]。

2 超浅埋中贝雷桥过渡与暗挖结合的下穿施工

贝雷桥由高强度的钢材所制成桁架结构以及横梁纵梁、桥板桥座进行连接而成。由于其桁架结构的轻便与标准, 因而只需借助专用设备便可实现迅速拼接完工, 并能够承担跨径与荷载的功能。贝雷桥在早期主要是用于军事目的, 属于军用型的钢桥, 而现在的贝雷桥除开其战备属性之外, 也多应用于诸多工程中, 例如救灾抢险、加固危桥以及市政水利等各个方面。另外也有D型的便梁结构, 这种结构同样适用于国内现有的铁路线路以及站场的浅埋架空作业当中, 这种结构具有不影响道路通行的条件下进行工程开挖以及施工作业, 并且在运输以及拆卸安装方面也有着极大地便利。这种D型便梁的结构一般用于形成限速在60公里以内的单双线线路, 并有多种型号可供选择。在隧道同高速公路的交叉位置进行栈桥的架设作业, 在进行下穿施工时, 可以让车辆经由栈桥通过其顶端。这种方案能够确保在进行隧道施工的时候, 其拱顶的薄弱区域不会受到过多的来自于车辆自重以及激振力方面的影响, 并且隧道施工也不会影响车辆的正常通行。在进行隧道区域的施工时, 要做到勤加测量, 及早封闭, 并遵循弱爆破、短进尺以及强支护的原则, 以确保通信与施工的双向安全。而在进行高速公路栈桥的架设以及拆除时, 则需要对该段道路进行封道处理。通常情况下, 如果是半幅栈桥的架设, 其封道时间一般在20天左右, 而拆卸则需要5天的时间。当双线隧道的开挖断面在净宽上超过了15米, 为了减少行车对于隧道拱顶区域的影响, 则栈桥的净跨度应当不小于40米, 以满足其承载能力方面的要求, 同时要做好栈桥在临时支墩附近路面的加固处理工作, 以免对原有路面造成破坏[3]。在进行栈桥的架设时, 关于坡度的设置一定要合理, 以免对车辆的通行造成不利影响。

3 超浅埋中盖挖法的应用

在进行道路下部的隧道修建时, 如果采用明挖开槽的施工方式, 将会对该处的交通产生长时间的影响, 如果采用暗挖法进行施工则工期又会过长, 并且随之而来的地层沉陷也会对上部结构产生较大的安全威胁, 其工程成本也相对较高。因此可以先进行隧道的顶板修筑, 之后便可在顶板的支撑保护下进行下部工程的修建, 而这方法便是比较常用的盖挖法。盖挖法在安全性方面较高, 并且实用性较强, 价格也相对合理, 因而在工程建设中较常被采用。如某地区的地铁线路场站在施工时便采用了盖挖顺做的方式进行修建, 有效降低了施工对于地面通行的影响。就安装与拆卸的方便性而言, 通过借助军用梁及其路面板等, 可以大大提高安装与拆卸的效率。盖挖法以其施工顺序可具体分为顺作法、逆作法以及半逆作法三种。所谓顺作法, 即是指率先进行围护结构以及地梁的修建, 对挡土结构进行盖板覆盖, 以构成临时性的路面, 确保交通通行, 之后便是在盖板的下方位置开挖土方, 并设计其底部的高程, 最后便是依照其常规顺序, 进行由上自下的主体结构修造。在完成以上工序之后, 便可拆除其临时性顶盖, 并做好土方的回填工作, 恢复其地下管线。如果当地的地下水位过高, 便可以选择具备止水性能的密排咬合桩亦或者是连续墙作为其围护结构。在采用顺做法时, 其顶盖部分的费用要相对较高, 并且在工程开工时要做好临时顶盖的铺设工作、临时路面的修建工作, 在完工时要做好临时顶盖的拆除工作, 并修造正式的路面, 因而对于交通有着较大的影响。鉴于此种情况, 为了能够有效减少该方式对于路面通行的影响, 盖挖半逆式的施工方法应运而生, 这种方法主要是当开挖处完成其顶板以及路面恢复工作之后, 继续向下开挖, 直至到达结构的地面, 并进行底板的修筑, 并向上逐层修造侧墙以及楼板[4]。这种方式与顺作法的不同在于, 顺挖法中的顶板在将来面临着拆除的情况, 而半逆法则能够直接完成其顶部处理。并且在其主体结构方面的施工任然是顺序进行, 因而能够有效地减少应力转换的消耗, 有利于其结构的完整以及寿命的延长, 在防水性能方面也更加可靠。

4 总结

在进行隧道工程的下穿施工方案选择时, 应当依照隧道与公路之间的断面情况、埋深要求、周边地质情况、道路通行要求、施工难度系数以及工程的成本与效益等方面进行考虑, 从而制定科学的施工方案。在诸多方案中, 暗挖法以其影响小、成本低、工艺相对成熟等优点而作为优先选择施工方式。对于需要考虑路面厚度、电缆布设、地层加固等方面因素时, 暗挖法的埋深应确保在4.5米以上。在暗挖法中, 做好超前支护工作将是确保其安全施工的关键所在, 并辅之以临时管制。对于交通通行流量比较大的路段, 为了能够减少其占用的时间, 可以采用盖挖逆作法进行施工, 同时做好交通的导改以及基坑的支护工作, 从而确保基坑以及道路通行的安全。

参考文献

[1]徐雷.试论铁路隧道浅埋下穿高速公路施工技术[J].科技创新导报, 2014 (05) :36.

[2]喻强, 万平德.超浅埋暗挖隧道下穿高速公路施工技术[J].江西建材, 2016 (07) :204-214.

[3]吴宇.铁路隧道浅埋下穿高速公路施工技术浅析[J].中华民居 (下旬刊) , 2014 (09) :263.

公路下穿铁路 篇7

利用数值分析方法研究新建下穿隧道施工方案对既有高速公路的影响, 并探讨不同开挖方案下新建隧道围岩稳定性及公路地表沉降变形规律, 为近接隧道施工提供一定指导。

1 工程概况

九合二号隧道下穿高速公路段 (见图1) 施工里程:HYK6+917—HYK7+017, Ⅴ级围岩, 长100 m, 埋深仅8.0 m, 表层为人工填土, 其下为Ⅲ级硬土。设计在隧道断面最大跨以上采用一环φ159 mm管棚支护, 长度65 m, 环向间距0.2 m, I20、I22双层钢拱架全封闭, 间距0.5 m, 纵向采用钢筋连接, 同时设置超前小导管及锁脚锚杆。设计建议采用双侧壁导坑法施工, 随时观测围岩变形, 调整施工方案。为确保安全, 施工时对高速公路进行单侧封闭、两次疏导交通的方案。为尽早开放交通, 施工时采用三台阶法, 局部爆破和机械开挖相结合, 并建立数值分析模型, 分析控制路面的横纵向沉降。

2 数值模型构建

分析表明, 在均质弹性无限域中开挖的圆形洞室, 由于荷载释放而引起的洞周介质应力和位移的变化, 在5倍洞径范围外将<1%, 3倍洞径外约<5%。本次计算模型水平宽度取为隧道跨度120 m, 垂直方向隧道下部距离为洞高的5倍, 隧道上方计算模型取为高速公路路面, 数值计算几何模型见图2。

岩体采用实体单元进行模拟。三维数值模型计算网格和开挖体的计算网格见图3, 划分单元总数85 840, 节点总数91 553。

计算过程中对2种开挖方案进行计算模拟 (见图4) , 包括: (1) 上下台阶法开挖; (2) 三台阶临时横撑法开挖。模型水平左、右两侧边界施加x向位移约束, 纵向前、后两侧边界施加y向位移约束, 底部边界施加z向位移约束, 顶部为自由表面。

目前确定数值计算中围岩力学参数应用较多的是工程经验法:一种是将岩石参数做适当折减来选取岩体参数;一种是把围岩分类, 然后按岩体级别给出相应参数。以《铁路隧道设计规范》作为主要依据, 围岩分类也是依据铁路隧道设计规范而定。

3 隧道开挖引起的地表沉降计算

3.1 横向地表沉降计算

沉降变形在空间上表现为随着开挖其沉降槽不断向前推进, 沉降槽曲线表现为类似于正态分布的Gauss曲线, Peck认为地层沉降主要由地层损失所造成, 横向沉降Peck曲线近似描述为:

式中:w (x) 为距离隧道中心轴线为x处的地表沉降值, mm;x为距隧道中心线的距离, m;i为地表沉降槽宽度系数, 自隧道中心至沉降曲线反弯点的距离;wmax为隧道中心线处的最大沉降量, mm。

其中:

式中:i为地表沉降槽宽度系数, 沉降槽大体宽度的一半可以取为2.5i;H为隧道拱顶覆盖层厚度;R为隧道等效半径;φ为地层摩擦角。

计算可得, i=8.87、wmax≈Vi/2.5i=5.38, Peck曲线可表示为:

隧道开挖后地表沉降曲线见图5。

根据Peck公式, 下穿隧道开挖后地表围岩沉降最大值应约为5.38 mm, 影响范围在隧道中线左右20 m范围内, 作为施工控制标准。

经施工期间观测, 三台阶临时横撑法开挖地表沉降控制较好, 经研究决定改变施工方法, 在左半幅二次衬砌施工完成后, 右半幅隧道施工改为上下台阶法。2种工法隧道上覆岩层不同深度处的地表实际沉降曲线分布见图6。

(1) 图6中D1、D2、D3、D4、D5分别为行车道中断面距离地表0、2 m、4 m、6 m、8 m的横向沉降曲线。随着上覆岩层位置距离隧道拱顶位置不同, 隧道最大沉降值也逐渐减小, 2种开挖方案下隧道拱顶的最大沉降值都在1 mm以下, 满足隧道开挖稳定性的位移控制标准。

(2) 隧道上覆岩层产生了一定程度的隆起, 这主要是由于管棚在掌子面推进过程中产生的反向弯矩造成的, 这在管棚弯矩动态变化规律中可以得到验证。

(3) 隧道地表沉降值基本可控制在1 mm以内, 满足上部地表高速公路稳定性及安全性的控制要求。

3.2 纵向地表沉降计算

经过对监控量测数据进行处理, 得到隧道上覆岩层不同深度处的纵向沉降曲线分布 (见图7) 。

(1) 图7中D1、D2、D3、D4、D5分别为线路中线断面距离地表0、2 m、4 m、6 m、8 m的纵向沉降曲线。分析可知, 随着上覆岩层位置距离隧道拱顶位置不同, 隧道最大沉降值也逐渐减小。在隧道纵向沉降值随上覆岩层厚度的增加沉降也逐渐明显。2种开挖方案下隧道在高速公路部分的最大沉降都在2 mm以内, 满足隧道开挖对地表高速公路稳定性的位移控制标准要求。

(2) 隧道在远离高速公路的山体段沉降明显, 位移值在12 mm左右。分析可能是岩石节理发育不同引发的。

4 结论

(1) 通过九合二号隧道下穿高速公路隧道下沉理论与实际对比, 横向沉降影响范围基本在隧道中线左右20 m范围, 验证了Peck公式的实用性。

(2) 由于管棚超前支护及钢架、锚杆和衬砌的支撑作用, 沉降值远小于Peck公式的预测值。说明开挖过程中所采取的支护措施有效可靠。

(3) 根据分析观测结果及时调整施工方法, 在确保高速公路安全前提下, 有效加快了施工进度。

(4) 不封闭交通情况下地面荷载较为复杂, 通过上述沉降观测数值, 也可尝试在不封闭交通情况下的隧道开挖新工法。

参考文献

[1]韩煊, 李宁.Peck公式在我国隧道施工地面变形预测中的适用性分析[J].岩土力学, 2007, 28 (1) :23-28, 35.

[2]张玉军, 刘谊平.上下行隧道立交处稳定性的有限元计算[J].岩土力学, 2002, 23 (4) :511-515.

[3]黄朱林.复杂城市地下立交施工力学行为研究[D].成都:西南交通大学, 2007.

公路下穿铁路 篇8

关键词：高速公路,下穿铁路,顶推,施工工艺

1 工程简介

江都至海安高速公路是江苏省高速公路网规划“五纵九横五联”中“横三”的重要组成部分。高速公路主线桩号K87+450～K88+210段落下穿新长铁路,全长760 m(包括箱体及引道)。道路中心线与新长线交点公路里程K87+814.812,铁路里程K346+235.312。箱体采用预制顶进的方式进行施工,顶板厚0.95 m,底板厚1 m,侧墙厚0.95 m,上梗肋尺寸1 m×0.35 m,下梗肋尺寸0.3 m×0.15 m;两孔箱身相互分离,中间设0.1 m的沉降缝。工程所处地区地质条件不佳,施工地段所处位置为低洼的水塘及农田,土体含水量大,承载力及土体的粘结力低,基坑开挖极易造成塌方;箱体单箱重量3 357 t,箱体施工定位精度要求高,顶进过程中控制难度大。

2 施工方案

2.1 总体施工顺序及规划

总体施工顺序为:首先进行临时设施建设、场地平整、基坑开挖及顶进箱体预制等,同时在顶进涵预制及养生阶段做好箱体顶进的准备工作,即线路的加固、高压旋喷等工作;既有线路下方箱涵顶进就位后,同时现浇剩余两节箱涵,并做好三角区回填;最后进行线路恢复、护轮轨安装及附属工程的施工。

2.2 高压旋喷桩施工

本工程桩基数量为424根,ϕ50 cm,桩长18 m,在线路两侧各两排呈直线形布置。高压旋喷桩施工在线路边坡坡脚进行,桩顶标高为箱体设计底标高,在施工时桩头超打1 m,保证成桩质量。旋喷桩施工钻孔采用旋转式钻机,单管旋喷注浆加固,注浆前全面检查注浆设备与材料,拌浆操作人员严格按配方配料,正式注浆后连续作业,保证成桩质量,相邻桩体的作业间隔时间不应少于48 h,间距不小于1.5 m,根据设计桩为密打直线形布置的情况,现场采用间隔跳打法施工。

2.3 基坑降水、工作坑排水

1)基坑降水。工作坑开挖前对基坑进行降排水处理,对工作坑范围内进行清淤,施工便道及加工场地范围进行清淤后换填。降水采取以深井降水为主,局部采用轻型井点降水的方法。开挖前在工作坑的外侧按一定间距设置深井,开挖后根据深井降水效果考虑是否设置轻型井点。箱体顶进阶段在线路另一侧增设深井。2)工作坑排水。工作坑外侧设置河塘截水围堰,工作坑内部设置排水沟及集水井。在工作坑的四个拐角设置集水井,集水井中积水通过水泵向附近水塘排水,派专人对坑进行抽水,确保坑内干燥。

2.4 开挖方式

1)基坑开挖。工作坑土方采用机械挖土,提前布置深井降水。根据设计图纸及现场地质情况,挖土深5.6 m左右,路基侧作用边坡大于1∶1.5,后靠侧采用拉森钢板桩支护,边侧采用1∶1.5放坡。2)顶进时线路下方土方开挖。当箱体强度达到设计及规范要求、线路加固完毕后立即进行顶进施工,箱体顶进24 h连续作业,确保最短时间内完成箱涵顶进。为防止路基塌方,两侧根据土质适当放坡。线路下方土体开挖采用机械进行,人工配合,挖土时严禁超挖,列车通过时停止一切作业,设专人24 h对便梁支座及线路边坡进行观测及防护。

2.5 滑板及后靠制作

2.5.1 滑板制作

滑板设置采用20 cm厚的C20混凝土面层,10 cm厚碎石垫层;为增加滑床板与基坑底的摩擦力,在滑板内设置间距为4 m的防爬锚梁,尺寸为0.4 m×0.2 m,滑板内设置钢筋网,防止顶进过程中滑板开裂。

2.5.2 后靠

后靠制作采用钢筋混凝土分配梁结合拉森板桩及后靠配重压土而成。 后靠分配梁采用C20钢筋混凝土制作;其截面尺寸为1.5 m×2 m,分配梁与滑板连接成整体,其底标高在滑板顶面以下0.5 m。

1)顶力计算公式:

P=K[N1f1+(N2+N1)f2+2Ef3+RA]。

其中,P为最大顶力,kN;N1为桥涵顶部荷载,取值为0 kN;N2为桥涵箱身自重,顶进段按15 m长箱体计算,取值15 176 kN;f1为桥涵顶部表面与顶部荷载之间的摩阻系数;f2为箱身底部与基底土的摩阻系数,取0.7;f3为侧面摩阻系数,一般取0(由于采用全断面开挖,边挖边顶的施工方法,可不考虑侧面摩擦力);E为箱身两侧土压力,kN;RA为钢刃角正面阻力,取0;K为系数,取1.2摩擦系数。

P=1.2×15 176×0.7=12 748 kN。

2)后靠验算。

箱涵最大顶力P=12 748 kN,桩后土压力作用高度H=h+y=7.2 m,钢板桩后填土被动土压力:

$E=\frac{1}{2}\gamma {\rm H}{}^2\text{t}\text{g}{}^2(45°+\frac{\text{ϕ}}{2})\times 15.7=18019$kN。

E>P=12 748 kN,满足要求。

2.6 箱体制作

1)箱体分节制作。因箱身较长(33.18 m),自重大(约3 357 t),桥址所在地地质情况差,地下水位高,顶进施工较易产生“扎头”,就位偏差大等现象,为确保箱体准确就位,分三节制作。首先于线路东侧开挖工作坑预制顶进段箱体(长度15 m),顶进到位后在线路两侧现浇两节长度为9.09 m的箱体。三节箱涵间接缝采用埋设钢销剪、PE1橡胶止水带,缝内填充聚乙烯低发泡填充板,内侧塞RS弹性密封膏,外墙贴外贴式止水带。2)混凝土工程。采用商品混凝土,箱涵分两次浇筑,第一次浇筑箱身底板;第二次浇筑箱身边墙及顶板混凝土。框架预制完成并达一定强度后,可进行防水层制作。框架顶防水层采用TQF-Ⅰ型,为氯化聚乙烯防水卷材、聚氨酯防水涂料及钢纤维混凝土保护层共同构成。

2.7 线路加固

箱体顶进前做好线路加固:首先采用2组D16型便梁、1组D24型便梁临时加固线路,同时施工三处便梁基础钻孔桩及钢筋混凝土条形基础,此时便梁支墩采用简易支座,D16型便梁相对于条形基础居中架设,D24型便梁偏向长兴侧;第二步进行新沂侧箱体顶进,该侧箱涵顶进时线路采用2组D16型便梁,1组D24型便梁加固,D24型便梁架设在钻孔桩及条形基础上,两侧各采用1组D16型便梁联架;第三步进行长兴侧的箱体顶进,该侧箱涵顶进采用,1组D24型便梁,1组D16型便梁加固线路,其中D24型便梁一端架设在就位后的箱涵顶部,另一端架设在条形基础上,同时采用1组D16型便梁联架,见图1～图3。

线路加固共设置三处钻孔桩及条形基础便梁支墩。条形基础尺寸为18 m×3 m×2 m,每个条形基础下方设4根ϕ1.0 m钻孔桩,桩长36 m。便梁架设至线路恢复阶段,线路设置慢行防护,铁路行车限速45 km/h。

2.8 箱体顶进

箱体分三节制作,采用顶入法施工,箱体长15 m。先顶进新沂侧箱体,再顶进长兴侧箱体。最大顶力为15 176 kN,配备200 t千斤顶。配备数量为:N=P/200/0.7=11台。为防止箱涵顶进出现扎头现象,滑床板施工时沿顶进方向设置1%上坡。

完成顶进设备安装后,进行试顶工作,以顶动箱身为止,试顶时加强箱身中线、水平和纵向位移的观察,同时还要注意观察后背和底板的变化。顶进作业开始前全面检查箱身混凝土设计强度、线路加固情况、后靠、现场照明和液压系统及试验情况、记录人员的组织和仪器装置、施工人员与铁路行车单位的联系情况。上述工作经检查完备后,方可试顶,使箱身与底板分离。当试顶检查一切正常后,即可进行正式顶进作业。

3 经验

公路下穿铁路 篇9

江都至海安高速公路是《江苏省高速公路网规划》中“五纵九横五联”横三的重要组成部分, 全长99.772公里。我公司所监理的江海高速公路南通段, 全长33.78公里, 有两处下穿铁路立交桥, 一处下穿新长线铁路, 全长760m;另一处在下穿宁启线铁路, 全长880m。两座下穿立交桥箱体均为宽2-12.25m、高6.30m的框架结构, 顶板厚95cm, 底板厚100cm, 侧墙厚95cm。2孔箱体相互分离, 箱身采用C40混凝土, 中间有10cm的沉降缝。

高速公路下穿铁路施工, 在江苏省高速公路建设领域尚属首例, 成败与否事关重大。由于两座立交桥的施工方法类似, 本文就以更具代表性且已成功实施的下穿新长铁路立交桥为例来阐述。

2 本工程的重点和难点

工作量大、施工任务重, 工期为120天, 时间非常紧张;桥梁下穿铁路施工风险大、协调困难;地质情况差、地下水位高;铁路两侧地上、地下管线和不可预见因素多;深基坑作业 (深度达8m) , 安全隐患大;箱体预制在冬季施工, 属于不利季节施工;春运期间, 铁路安全敏感度高, 管理部门限制施工的措施多;本工程为高速公路下穿铁路, 箱体就位精度要求高。

经认真分析和研究, 我们认为本工程的重点和难点自然也就是我们监理的重点和难点。

3 施工准备阶段的监理

为了扎实有效的做好施工准备阶段的监理工作, 我们重点从以下几个方面入手:

3.1 做好技术准备, 进行既有利于施工又能保证工程质量的合理变更

施工前施工单位和监理都进行了充分的技术准备, 包括图纸会审、测量放样、材料检测、配合比验证、技术交底、安全培训、审查施工组织设计等。由于下穿铁路立交桥的施工是整个江海高速的节点和重点工程, 重大方案实施前必须要召开方案审查会。在充分准备的基础上总监办组织召开了方案审查会, 会上综合各方意见, 对原设计进行了合理变更, 方案审查时一致同意将箱体分3节制作, 保证了工程的顺利实施。

3.2 监督检查施工单位顶进前的施工准备工作必须做细做实

细节决定成败, 关键环节的任何一个疏忽, 都可能导致前功尽弃, 全盘皆输。准备阶段的监理是任务量最大, 在整个过程中最重要的环节, 必须尽职尽责, 做细做实。

要保持工作坑边坡的稳定和坑内良好的排水效果, 这是保证正常施工的前提。

(1) 基坑开挖前, 在基坑上口周围设置截水沟。

(2) 工作坑土方开挖前, 提前布置深井降水。

开挖前对基坑进行降排水处理, 降水采取以深井降水为主, 局部采用轻型井点降水的方法, 箱体顶进阶段在线路另一侧增设深井。

(3) 保证基坑边坡稳定的措施

根据设计图纸及现场地质情况, 挖土深8米左右, 除了靠近铁路侧外边坡按1:1设置。下雨时采用彩条布和塑料布对基坑、线路边坡进行覆盖, 防止雨水冲刷造成基坑坍塌。挖出的土方和施工材料堆放位置应距坑边不小于1m, 高度不超过1.5m。

3.3 狠抓落实保证铁路正常运营和安全的措施

本工程的难点就在于不影响铁路正常运营的前提下施工, 安全责任尤其重大, 督促施工单位不折不扣地落实保证铁路正常运营和安全的各项措施, 乃是监理工作的重中之重。

(1) 靠近铁路侧工作坑边坡设置

靠近铁路路基侧边坡按大于1:1.5分上下两层设置, 中间留2米宽的台阶, 而且采用拉森钢板桩支护, 深度为15m。

(2) 严格按图纸要求架设钢便梁, 顶进前对现有铁路线路进行加固

箱体顶进前必须做好线路加固, 箱体顶进时线路采用2组D16型, 1组D24型钢便梁进行加固, 钢便梁架设在钻孔桩及条形基础上。便梁架设完毕后即可进行线路下方土体开挖、箱体顶进等。

(3) 开展现有铁路线路沉降的观测分析

开挖前在基坑开挖影响范围内的铁路路基设置沉降观测点并做好初始值的观测, 设置范围为2倍基坑深度, 间距10m。基坑开挖后每天派人观测路基沉降情况并做好记录, 同时对线路边坡加强观察。

3.4 顶进后靠的制作

顶进后靠采用钢筋砼分配梁结合拉森板桩及后靠配重压土而成。后靠分配梁采用C20钢筋混凝土制作, 其截面尺寸为1.5×2m, 分配梁与滑板联接成整体, 其底标高在滑板顶面以下50cm。

3.5 滑板制作

滑板设置采用20cm厚的C20砼面层, 10cm厚碎石垫层;为增加滑床板与基坑底的摩擦力, 在滑板内设置间距为4.0米的防爬锚梁, 尺寸为40cm×30cm, 滑板内设置钢筋网, 防止顶进过程中滑板开裂。滑板表面涂黄油, 再铺一层油毛毡, 然后在滑板上预制顶进箱体。

4 下穿铁路箱体顶进阶段的监理

4.1 顶进时线路下方土方开挖必须要按规范进行

线路下方土体开挖采用机械进行, 人工配合, 并设专人24小时对便梁及线路边坡进行观测及防护。挖土时严禁超挖, 列车通过时停止一切作业, 工作面下严禁站人。为防止路基塌方, 开挖面两侧根据土质适当放坡。

4.2 严格落实推进过程中防止“扎头”的措施

本工程箱体分3节制作, 既有新长铁路下方箱体采用顶入法施工, 顶进箱体长15m, 先顶进北侧箱体, 再顶进南侧箱体。为防止箱体顶进时出现“扎头”现象, 滑板施工时沿顶进方向设置0.3%上坡, 在滑板最前端设置1m长10%的“船头坡”, 保证一开始顶进就形成上坡的趋势。超高可以采用挖土的方式纠正, 一旦“栽头”, 就会越栽越深, 导致顶进工作彻底失败。

4.3 防止沿前进方向左右偏位的措施

顶进时8台千斤顶由操作台统一控制, 每台千斤顶的顶力又可单独调节。顶进过程中设专人对箱体的偏位、行程、高程全程监控, 如发现左右偏位, 行程不同步, 可及时调整左右千斤顶的顶力来完成纠偏和同步, 纠偏方法以调节两侧顶力为主。

4.4 保护橡胶止水带的措施

由于砼箱体中预埋了橡胶止水带, 为了保证在顶进过程中止水带不被损坏, 顶进前将外露的止水带用槽钢包裹, 槽钢焊接在预埋钢筋上, 从实际使用效果来看非常理想。

4.5 设备安装和调试

调试工作的目的是全面检查液压系统是否可靠, 千斤顶功能有无异常, 管路是否泄露等。调整溢流阀的作用压力, 并逐步加大油压力推动箱体, 测定起动推力, 检查后靠的变化情况等。

4.6 试顶

顶进作业开始前应必须再次全面检查顶进前必须做好的准备工作, 经检查合格无误后, 再经过试顶验证, 使箱体与底板分离。试顶工作以顶动箱体为止, 因此在试顶时要加强箱体中线、水平和纵向位移的观察, 同时还要注意观察后靠和底板的变化。

4.7 顶进施工

顶进即是开动高压油泵, 使千斤顶受液压力而产生顶力, 推动箱体前进, 箱体前进一镐后使千斤顶的活塞回复到原位, 在空挡处填放顶铁, 以待下次开镐, 如此循环反复, 直到箱体就位为止。

为保证箱体顶进质量, 必须对顶进过程严格控制, 顶进工作是决定成败的最关键也是最后一环, 安全隐患比较突出, 作为监理, 要重点监督施工单位严格执行如下制度, 顶进时监理要全过程旁站, 认真记录、收集和整理第一手资料。

4.7.1 顶进时必须对各观测点进行仔细观测, 发现异状, 应立即停止顶进, 待问题处理后再顶进作业。

4.7.2 顶进中必须做到随挖随顶, 挖好的工作面不得长时间暴露, 严禁超前挖土。

4.7.3 顶进过程中派专人对路基边坡进行监测, 发生异常情况时, 通知所有作业人员撤离危险区, 并向开来的列车发出停车信号。

4.7.4 顶进利用列车运行间隙进行, 列车通过时暂停挖土。

4.7.5 挖土机械派专人监护, 处于铁路下方作业时, 铲斗不得碰撞便梁或箱体主体结构。

4.7.6 严禁施工人员接近或跨越顶铁, 或站在已经就位的顶铁上。

4.7.7 顶进过程中, 每当油泵油压升高5～10Mpa时, 应停泵观察, 若有异状, 应及时处理。

4.7.8 顶进前, 应首先调试各台顶镐油泵出油量, 以保证各台顶镐能够共同工作。

4.7.9 顶进过程中, 必须用经纬仪和水平仪进行全程跟踪测量, 每顶进一次测量一次, 方向测量随时进行, 根据方向调整好顶镐顶力, 随时纠偏。

4.7.1 0 顶进过程中, 顶铁与顶杆须处于同一轴线上, 为防止顶杆过长失稳, 应将顶铁用高强螺栓连接, 顶铁每隔4米设一道横向联结系, 以提高横向稳定性。

4.7.1 1 在箱体顶进过程中, 加强对箱体两侧路基的处理以减少箱体对现有铁路路基的拉动, 确保顶进质量及线路的安全。

4.7.1 2 备足钢轨桩、木板、道砟、枕木、草包等应急材料, 防止边坡塌方。

4.7.1 3 箱体顶进到位后, 便梁拆除前要做好路基稳定的保护工作。

4.7.1 4 箱体顶进后, 箱体两侧的三角区要及时回填, 避免塌方。

4.7.1 5 除列车通过外, 顶进施工要24小时不间断进行, 以减少对铁路安全的影响, 并且防止箱体顶进过程中因长时间停滞而产生不均匀沉降。

4.8 应急处理措施

安全第一、预防为主, 考虑到本工程的特殊性, 我们督促施工单位制订了完善的应急处理措施, 以保证能够从容应对各种突发事件, 为工程的顺利实施提供安全保障。我们要求施工单位制订了人身安全事故、便梁倾覆、路基塌方、挖断电缆、断轨等几个有针对性的应急处理措施。

5 高速公路采用下穿铁路施工的优点

5.1 最大限度缩小了对铁路运营的影响

如果采用预制工艺, 基坑开挖、地基处理、浇筑底板、搭设支架、立模、绑钢筋、浇筑墙身和顶板砼、养护到设计强度, 整个施工过程最快得3个月, 对铁路安全运营影响非常大。而且, 如果采用预制, 3个月期间工人、设备始终在掏空的铁轨下工作, 安全根本无法保证。而采用顶进工艺, 顶进一个箱体实际所用的时间仅为33个小时, 行程为32.6m, 平均每小时顶进1m。由于预制是在铁路路基外侧进行, 对铁路安全运营的影响就降到了最小。

5.2 降低了公路填土高度, 避免设置高架桥

铁路路基本身比较高, 轨顶高出原地面4m左右, 铁路两侧有杆线, 如采用高速公路上跨铁路, 净空要求比较高, 桥梁净高在20m左右。比较起来, 无论采用搭设支架现浇还是预制吊装, 施工时安全隐患更大, 对铁路运营的影响周期也更长。采用高架桥, 桥梁长度必将大大增长, 而且接线部位必然是高填土, 考虑到路基放坡, 路基宽度会大大增加, 必然会占用更多的土地资源, 江苏省是经济发达、人均土地很少的省份, 节约土地显得尤为重要。采用下穿铁路的方式, 由于不放坡, 占用土地比正常填土路段还要少, 大大节约了土地资源, 经济效益和社会效益均比较明显。

5.3 为同类工程的施工积累了经验

由于做了充分的准备, 顶进工作相当顺利, 顶进误差也非常小, 中线偏位只有1.8cm, 规范允许15cm, 高程误差为+8cm, 规范允许+4～-15cm, 顶进完成时高程超出规范4cm, 考虑到目前箱体只承受自重, 还未承受铁路传递下来的荷载, 根据经验, 我们预留了10cm左右的沉降量, 从顶进结果来看, 非常成功。因此, 高速公路下穿铁路施工虽然难度大, 只要精心施工, 顶进质量还是能够保证, 这必将为江苏省同类工程的施工积累了宝贵的经验。

摘要：笔者作为江海高速公路JH-JL-3总监办的副总监兼第二驻地监理工程师, 全面负责HA4标和RGI的监理工作。高速公路采用下穿的方式跨越铁路, 具有安全、工期短、造价省、对铁路运营影响小的优点, 在我省高速公路建设上是一次有益的尝试, 可以促进我省交通事业多快好省的发展, 取得良好的社会和经济效益。

关键词：高速公路

参考文献

[1]《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ041-2000) ;

[2]《公路工程技术标准》 (JTG B01-2003) ;

[3]《公路工程质量检验评定标准》 (JTG F80/1-2004) ;

[4]《铁路桥涵施工规范》 (TB10203-2002) ;

[5]《铁路桥涵工程质量验收标准》 (TB10415-2003) ;

[6]《中华人民共和国铁路法》;

[7]《铁路工程施工安全技术规程》;

[8]《铁路工务安全规则》;

浅谈顶进桥下穿高速铁路技术 篇10

1.1 设计情况

新建立交桥位于浙江省杭州市萧山区,它主要是为疏解铁路杭州南站远期交通而设置的。新建框架从西向东依次下穿城际交通场(拟建)、杭州南站普速场、杭甬客专场(在建)和杭长客专场(在建)。

商聚街立交桥框架与杭州南站既有线路夹角为90°,设计孔径为2～12 m,净宽24 m,净高5.8 m。框架基础为高压旋喷桩基础,旋喷桩直径为0.6 m,间距为1.4 m,桩长为8 m。顶进施工的框架涵身为7节,涵身长度分别为3 m×10 m、12.5 m、6.07 m、2 m×8 m。

1.2 地质情况

地层上部为第四系全新统冲海积(Q4al+m)粉土、淤泥质黏土和黏性土,中部为第四系上更新统冲海积(Q3al+m)黏性土,下为第四系上更新统冲积(Q3al)细圆砾土,下伏基岩为寒武系杨柳岗组灰岩。基坑开挖范围地层从上至下分别为:杂填土—粉土—淤泥质黏土—粉土—淤泥质粉质黏土—粉砂—圆砾。

1.3 影响既有线设备

顶进施工对既有线设备有影响:接触网线、承力索和回流线,并涉及一处硬横跨、一个接触网基础立柱和供电杆。

2 运输条件及相关部门协调和配合

2.1 封锁施工计划

商聚街立交桥每次安排要点施工120 min,施工支墩挖孔桩和线路加固。

2.2 铁路单位配合条件

2.2.1 供电、维管部门配合

既有铁路自闭线在工作坑施工影响范围内,工作坑桩基施工前需临时迁出基坑施工影响范围以外,施工后再恢复。

2.2.2 电务、铁通配合

对施工范围内信号、通讯管线进行迁移,无需迁移的管线要提出保护方案。抽、穿钢枕在电务部门监护下进行:施工前,请电务部门对施工便梁绝缘大胶垫进行绝缘性能测试;便梁组装完成后,请电务部门及时对轨道的绝缘性进行检测。

2.2.3 工务部门配合

拟采用24mD型便梁加固既有线。施工前,委托工务部门对施工范围内线路进行应力放散,对线路按设计标高实施抬道。

2.2.4 车站配合

车站值班员要与施工单位驻站联络员加强联控,确保铁路行车和施工作业安全。施工期间安排驻站联络员驻站。

3 施工方案

3.1 施工准备

3.1.1 施工现场总平面布置

商聚街顶进工作坑设在铁路西侧,施工人员驻地、钢筋加工场和料库房设在工作坑南侧,利用既有道路作为施工便道,商聚街工作坑南侧利用防护栅栏围护。施工现场的出入口、临时用电设施和基坑边沿等危险处,要设置明显的安全警示标志。

3.1.2 施工临时设施布置

布置好场地围挡,施工便道,生活和生产用房,施工供水、供电、场地排水和消防设施等。

3.1.3“四电”迁改

涉及到迁改的有:既有通信设施、既有信号设施、既有电力线路和既有电气化线路。

3.2 施工总体内容

涉及临近营业线施工的项目有:改移防护栅栏,凿除水泥路面,工作坑钻孔围护桩、止水桩施工,工作坑基坑开挖和顶进涵节预制施工。涉及要点施工的项目有:便梁支墩挖孔桩施工、便梁加固线路施工、便梁底部基坑内涵洞底高压旋喷桩地基加固、便梁底部基坑内涵节现浇和涵节顶进施工。

3.3 施工方案步骤

3.3.1 车挡缩线

施工前,对既有车挡线路缩线,使其不影响施工。将车挡位置移向大里程方向至商聚街立交桥南侧。

3.3.2 工作坑围护

工作坑基坑采用Φ100 cm钻孔桩作为围护结构,桩长20 m。四角设置角撑,角撑长11.2 m,距转角处8 m。围护结构外设Φ50 cm双头搅拌桩,桩长15 m,间距40 cm,形成止水帷幕,减少工作坑渗水。

基底加固:工作坑基底采用高压旋喷桩加固,桩长10 m,间距1.5 m。

工作坑开挖:在工作坑围护、基底加固完成后,进行基坑开挖。

工作坑排水:工作坑底部设置排水沟和集水井。排水沟设在工作坑的两侧,采用浆砌片石砌筑,流水面采用水泥砂浆抹面。在工作坑靠后侧的两个拐角设置集水井,集水井内设置污水泵,派专人对工作坑进行抽水,确保工作坑内干燥,并设专人对工作坑内的水沟和集水井进行清淤。集水井中的积水通过水泵向附近水系排水。

3.3.3 线路加固

便梁支墩施工:在施工便梁架设前,要做30个独立支墩,采用人工施工。在要点封锁线路时施工,封锁点闭之后,护筒顶面不高于轨顶,保证既有线行车安全。便梁支墩采用Φ1.8 m、长10m的挖孔桩为基础。挖孔桩开挖前,先在挖孔桩位置打设4块2m×1m钢板拼装成的防护装置,对既有线路进行防护,防止道碴坍塌。人工自上而下逐层用镐、锹进行,开挖次序为先挖中间部分,后挖周边部分。每挖深到1 m为1节,每节开挖完成后尽快下方钢护筒,钢护筒直径1.8 m,长1m,钢护筒内部利用Φ22 mm钢筋作钢支撑,纵向间距40 cm。

3.3.4 施工便梁

顶进前拟投入D24便梁7组对杭州南站普速场7股线路加固,步骤如下。

3.3.4. 1 便梁架设

在施工便梁独立支墩施工后,进行D24型施工便梁架设,一次一组,纵向架设。使用轨道车将一组施工便梁运抵杭州南站,1道要封锁点,利用轨道吊将便梁卸到位。人工拼装小横梁施工时,应在连接一头后及时加上大胶垫。两片梁就位后,用螺栓连接,横梁与钢轨采用K式扣件连接。施工时要注意轨道电路,严禁线路连电,出现红光带,设置好防纵、横位移限位设施,并做好接地线工作。利用轨道车将便梁移到1道线路长沙端顶进位置架设,加固1道线路。按相同工序分别加固长沙端2～9道线路。长沙端框架顶进完成后,将7组D24型便梁纵移至杭州端加固线路。

3.3.4. 2 成立24 h便梁养护小组

施工便梁受力后,要成立便梁养护小组,24 h不间断巡查、养护。每通过一趟车都要全面检查一遍,主要对便梁绝缘、连接螺栓进行检查,发现问题及时处理,并结合线路几何状态,适时对整体便梁实施抬梁、起道,作好各项检查记录,确保行车安全。

3.3.4. 3 便梁限位装置

便梁架设到位后,必须设置接地装置和便梁限位装置。便梁横向限位装置在条形基础上预埋钢轨头,便梁架设到位后,预埋钢轨和便梁之间采用枕木塞紧;纵向限位装置在便梁端部条形基础上预留混凝土台阶,台阶和便梁端部采用木楔塞紧。

3.3.4. 4 便梁架设和拆除流程

施工便梁架设流程:编制并上报便梁架设处的线路封锁计划;计划得到批准;落实施工便梁和相应配件、轨道吊;全面落实封锁前的准备工作;架设前到车站进行封锁登记;接到车站调度命令后,轨道吊进入施工现场,电气化接触网停电;起吊;落梁;轨道吊按调度命令离开车站;到车站撤销封锁登记;按照要求拼装便梁。

安装横梁的位置应与枕木位置一致,所以事先应将枕木间距适当调整,抽换横梁应在封锁点内施工,由纵梁两端向中心排列抽换。抽一根枕木,塞一根横梁,钢轨下需要垫大块绝缘橡胶板,防止轨道电路短路,影响信号和机车。塞入横梁时,要对准主梁联结板并定位,同时上好扣件,垫好橡胶轨垫。

施工便梁拆除流程:编制便梁架设处的线路封锁计划;计划得到批准;落实轨道吊和其他设备;全面落实封锁前的准备工作;拆除前到车站进行封锁登记;接到车站调度命令后,轨道吊进入施工现场,电气化接触网停电;将便梁起吊至轨道车上;捆绑便梁;轨道吊按调度命令离开;到车站撤销封锁登记。

施工便梁拆除前,应对便梁范围内的线路进行道碴补充和捣实,并在轨道吊进入施工现场前将便梁配件与主梁分离。主梁被吊离后,及时抽去钢枕并补充道碴。当线路整修,恢复常速后,方可取消线路的慢行。

3.3.5 线路恢复和养护

线路恢复:线路正线恢复,框架顶进就位后立即进行三角区、框架顶部道碴回填。永久三角区回填C15混凝土,地泵灌注。线路恢复后,应加强养护。

线路观测:加固地段既有铁路两侧路肩设置观测桩,进行水平位移和沉降观测。坡脚10 m处观测点地面沉降速率小于2 mm/d,累计最大沉降不超过10 mm;水平位移速率小于5 mm/d,累计最大水平位移不超过10 mm。如果超过上述数值,应立即停止施工,并分析原因,采取必要的处理措施,等到路基稳定后方可继续施工。施工结束后应继续加强观测,时间不少于3 d,频率不少于每天2次。

线路养护:项目部成立线路养护工班,由专职线路工组成,施工期间对线路加强养护。由于施工采用D型施工便梁加固线路,养护工作基本围绕线路加固区段进行。线路慢行开始后,线路养护工班对施工区段线路24 h检查、养护,重点对施工便梁进行检查,发现便梁螺栓、配件松动,要及时紧固。

专人对便梁支座作沉降观测,一旦出现沉降现象,要及时抬高纵梁、抄垫支座。

由于D型施工便梁预设上拱度,所以应调整便梁两端线路轨顶高程,顺延便梁上拱曲线,使轨顶曲线平顺。

便梁拆除前,采用老K车对加固区段线路补充道砟,人工结合捣固机加强捣固,便梁拆除后加强线路沉降观测。根据轨顶沉降量起道、捣固道床,确保轨距、水平和方向等满足放行列车条件。

线路加固施工结束后,第一列45 km/h不少于12 h,60 km/h、80 km/h各不少于24 h,后120 km/h 2 h恢复常速。

3.3.6 路基线路安全防护

3.3.6. 1 施工慢行防护

工程于沪昆铁路下行里程K212+262处下穿杭州南站普速场7股线路。施工采用D型便梁加固线路,便梁架设至线路恢复阶段,铁路限速45 km/h,限速范围为沪昆线下行K212+162 m至K212+362 m。

3.3.6. 2 施工封锁防护

采用7组D24便梁加固线路,轨道车挂铁路平板车运至现场卸车,轨道吊装卸,7次封锁施工,每次单线封锁240 min。封锁施工时,线间距小于6.5m,两线间装卸纵梁,线间距小于6.5 m,邻线同时封锁。

3.3.7 应力放散

线路应力放散委托铁路设备管理单位(杭州工务段)施工。应力放散后,待线路稳定且满足规定的轨温时,轨道重新锁定,以保证施工和行车安全。

3.3.8 顶进桥施工

3.3.8. 1 工作坑滑板

工作坑滑板采用钢模板,现浇混凝土的方法施工。滑板下设置锚梁和碎石垫层,滑板上设置导向墩。锚梁和导向墩同底板、混凝土浇筑成一体,碎石垫层用小型机具夯填密实。在工作坑滑板顶面按设计要求铺设润滑隔离层。

3.3.8. 2 后背和后背梁

后背采用钻孔桩以满足后背强度的需要,保持背后土体稳定。后背梁为钢筋混凝土结构,与工作坑滑板现浇成整体。

3.3.8. 3 框架预制及顶进

框架制作施工流程:底板钢筋绑扎;底板和侧墙模板;底板混凝土;顶板支架;侧墙内模和顶板底模;侧墙和顶板钢筋;侧墙外模;侧墙和顶板混凝土;混凝土养护。

钢筋工程、模板工程和混凝土工程在此不赘述。

3.3.8. 4 框架顶进

顶进采用16台450t千斤顶(备用4台),柱塞式高压油泵,电动液压驱动。顶进段分三个节段,自西向东顶进。

顶铁、分配横梁和顶柱横梁,采用型钢或钢轨与钢板焊接制成,顶柱采用直径50 cm的钢筋混凝土管桩。顶进所用的传力设备,用汽车吊车安装。

框架顶进在旋喷桩加固基础完成后进行。顶进设备安装后进行调试和试顶,试顶正常,再进行正式的顶进作业。当框架刃脚“吃土”时,要加快挖土、出土速度,展开连续作业,不间断顶进。顶进人工挖土,人工装车,1t机动翻斗车运输至坑外堆放场,再由自卸汽车运至指定地点。框架顶进时,要做好线路加固和防护工作。

框架顶进时,在框架顶放置道碴,运至施工场地,便于顶进完成后,进行道碴回填施工。

开挖时,要做到机械设备发生故障时不挖,较长时间不顶进时不挖,交接班前不挖,确保铁路运输和施工安全。

框架顶进过程中,准确控制顶进的方向和高程,一旦发生偏差,要及时采取针对性措施进行纠偏。

4 施工过程动态监测

4.1 沉降测量

沉降监测按国家二等水准测量规范要求进行,在施工影响区域以外,约100 m处设置2～3个水准基点作为高程起算点。每个监测点与基准点形成闭合或附合水准路线,取两次测定值的平均值作为初始高程值,使用自动安平精密水准仪测量。

观测方法采用精密水准测量方法,工作基点和附近水准点联测取得初始高程。观测时,各项限差要严格控制,每测点读数较差不宜超过1 mm,对不在水准路线上的观测点,一个测站不宜超过3个,如超过时,应重读后视点读数,以作核对。首次观测,应对测点进行连续两次观测,两次高程之差应小于±1.0 mm,取平均值作为初始值。

4.2 水平位移观测

在施工影响区域以外约100m处,设置2～3个水平位移基点,基点布置方法和沉降点相同,使用全站仪量测。

4.3 监测的主要内容

4.3.1 基坑四周监测

基坑开挖前,需沿基坑边设置三维变形观测点测量位移和沉降,观测点间距10 m。从基坑开挖时到开挖完成后1周内,每6 h观测1次,1周后每日测量2次,发现单次位移大于3 mm或累计位移大于20 mm时(线路侧为10 mm),需停止施工。如果位移继续发展,则需采用回填反压处理。

4.3.2 线路沉降、几何状态监测

以新建桥的中心位置为中点,监测两侧50 m的铁路轨面标高变化(轨面上设置观测点),防止基坑开挖引起的沉降导致线路几何状态变化。水准仪在基坑开挖时到开挖完成后1周内,每4 h观测1次,以后每日测量2次,日常24 h派专职监护人员检查(包括线路高低水平、方向等)并记录。加固地段在铁路坡脚外设置观测桩,进行水平位移和沉降观测。观测点地面沉降速率小于2 mm/d,累计最大沉降不超过10 mm;水平位移速率小于5 mm/d,累计最大水平位移不超过10 mm。

每昼夜检查线路几何状态不少于4次,测量轨温不少于2次,检查施工便梁不少于3次(螺栓复拧,绝缘大胶垫检查),观测路基变化情况每天不少于2次;顶进施工期间每昼夜检查线路几何状态不少于8次,测量轨温不少于4次,检查施工便梁不少于6次(螺栓复拧,绝缘大胶垫检查),观测路基变化情况每天不少于4次。

4.3.3 支墩监测

支墩处设置三维变形观测点测量位移和沉降。框架顶进时,4 h观测1次。平时每测量两次,支墩单次位移小于3 mm,累计位移小于20 mm,沉降速率大不于2 mm/d,累计最大沉降不超过10 mm。如果超过规定值,必须马上停止施工;如果沉降位移继续发展,则需采用回填处理。

4.3.4 线路的轨温

每天测轨温,便于指导、控制线路施工。

4.3.5 便梁的日常检查

施工便梁的日常检测:便梁和两端各50 m线路的日常检测,派驻专职监护人员检查(包括便梁的扣件、绝缘和线路高低水平、方向、正矢等),每日检查2次,并记录。便梁架设完成后,应24 h对便梁进行监控,每4 h检查1次(框架顶每2小时检查1次),由专人负责,并作好记录。施工时,作业人员应落实雨前、雨中和雨后“三检”制,以确保行车安全。

摘要：对顶进式下穿高速铁路桥梁,从施工技术、各工序等角度,就公路、铁路等各单位,各系统接口之间的衔接进行了简要论述,解决了在特殊施工条件下多系统之间的接口问题,尤其是与相对独立的铁路系统之间的问题。