下穿既有线隧道施工工艺工法

下穿既有线隧道施工工艺工法

1 前言

1.1 概况

随着我国三维立体式铁路网的快速发展，隧道上跨、下穿既有铁路越来越常见，受地形地貌影响，在既有线下修建浅埋铁路隧道在所难免，由中铁一局集团第五工程有限公司施工的白果湾隧道下穿既有达成铁路，最小埋深只有2.5m，采用控制爆破结合地面D便梁施工顺利的通过了浅埋下穿段，取得了成功。

1.2 工艺原理

1.2.1 在隧道开挖轮廓线以外既有线上设置8根桩基础，在桩基础上架设D型便梁形成框架结构，承担既有线运营荷载。

1.2.2 洞内拱部先施工φ108超前大管棚并进行注浆对下穿段拱部围岩进行加固。

1.2.3 通过控制爆破及上断面掏槽法减少对拱部围岩的扰动，确保既有线列车运营安全。

2 工艺工法特点

2.1 通过D便梁将列车荷载进行转移，无需在洞内施工时对拱顶采取临时加固措施，克服了单线隧道洞内空间狭小临时支护困难的问题，为快速穿过既有线浅埋地段创造了条件。

2.2 下穿浅埋段采用超前大管棚并进行注浆，对拱部松散围岩进行了加固，确保因爆破及列车通过扰动影响施工安全。

2.3 采用控制爆破及上半断面掏槽减少对围岩的扰动，确保隧道施工及既有线行车安全。

2.4施工中以既有线运营安全为第一，施工服从运营，随时监测D型便梁基础沉降及D型便梁的位移情况，确保既有线行车安全。

3 适用范围

本工法适用于新建铁路、公路隧道下穿既有线浅埋施工。

4 主要引用标准

《中华人民共和国安全生产法》

《铁路运输安全保护条例》

《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304）

《铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10417）

《铁路隧道工程施工技术指南》（TZ204）

《铁路营业线施工安全管理办法》铁办【2008】190号

《成都铁路局营业线施工及安全管理实施细则》成铁运【2008】780号

5 施工方法

在隧道内轮廓外对应的既有线上施工8根D型便梁孔桩，孔桩深入至隧道仰拱底以下1m，在8根桩上架设2幅24米D型便梁，利用D便梁形成的简支梁结构支承既有线钢轨及火车荷载，在D便梁的支护下，隧道下穿既有线段设6m 管棚工作室，采用C6管棚钻机一次打设34根54米φ108超前大管棚（环向间距30cm），并注浆对下穿段拱部进行支护，在地面D便梁结合洞内超前大管棚的支护下采用控制爆破施工隧道下穿段，采用微台阶加临时仰拱法开挖，台阶长度3～5m，每循环施工1拼拱架0.5m。严格控制隧道步距，使初期支护及时成环，仰拱距紧跟章子面，确保施工安全。

图1 下穿隧道对应达成线

D便梁施工及D便梁监测属于网内施工，施工前先向行车管理单位申请点内施工，施工前一个月申请月计划，月计划审批后，施工前3天向行车管理单位申请施工天窗，在驻站联络员及安全防护员的协调监督下组织网内施工，确保既有线运营及行车安全。

6 工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

地面D便梁施工属于既有线网内施工，施工前进行方案研讨、审批，和设备管理单位签订安全协议，要点给点后方能在驻站联络员及现场安全防护员的监督配合下进行施工，施工工艺流程如下（图2）：

6.2操作要点

6.2.1 D便梁施工

1 D便梁的设计

D便梁设计跨度24m，并设八根桩基础，基础尺寸1.5m×1.5m，深度8～16m。

2 施工准备

施工前沿既有线的边坡坡脚搭设2.0m高防护排架，排架长度在隧道开挖轮廓线两侧各延长10m，防止下穿既有线施工时，高边坡上的小石块滚入达成铁路路基上。

D便梁孔桩施工需线路慢行60km/h，慢行距离100m，施工前3天向行车管理单位申报日计划，申请慢行区间，日计划批复后方可施工。

精确放样孔桩位置，对影响孔桩施工的接触网支柱进行改移。

安装井架。出碴在井口设置1台3t卷扬机作为提升设备。

修建出碴道路。

配备齐全所需的机具、器材、照明及人员上下设施。

3 孔桩施工

1）孔桩开挖在申请的施工时间范围内进行，列车通过工地时严禁施工，且井下人员必须撤离现场。

2）在地面施作锁口混凝土，锁口混凝土采用钢筋混凝土，锁口高出原地面50cm，在锁扣靠近钢轨侧设半方形挡板，防止列车运行时刮起的土、石等杂物滚入孔内伤人。

3）桩基开挖采用水钻法进行（如图3），每循环钻孔时采NO244-18.5(7.5)KW 的取芯机沿桩基开挖范围钻孔，钻孔进尺30cm，钻进后取出钻孔内的岩石，随挖随用事先准备好的编制袋装好。

当有列车通过时孔内作业人员必须撤出井外，并用防护盖盖住孔口，防止列车通过时道砟等杂物掉入孔内。

图2 施工工艺流程图

图3 水钻及水钻法施工桩基照片

4）孔内采用人工装碴，使用卷扬机及吊桶做提升设备，孔上设专人指挥，将吊桶直接提升到孔口，袋装堆放在两线间，保证不侵限。驻站联络员要随时掌握列车运行及天窗时间，及时通报给施工现场。

5）为保证桩井开挖的施工安全应逐段灌注钢筋混凝土护壁，同时避免在土石层变化处分节。在立模灌注每节混凝土前，先要清除井壁上的浮土和松动石块，使护壁混凝土紧贴井壁，每节开挖要在上节护壁混凝土终凝后进行，而且不宜过深，以免上节护壁悬空过高。灌注护壁混凝土利用卷扬机、吊料斗，通过溜槽入模，灌注混凝土时，每两节护壁之间留出缺口，待拆模后用干硬性混凝土填塞抹平。

6）桩身开挖必须严格遵守《建筑安装工人安全技术操作规程》，井下石方开挖采用空压机风镐掘进，严禁爆破，各工序必须有安全员职守。

7）施工时井口靠既有线侧必须设半方形档护板，各种材料及施工器材距井口有一定距离，以防落入井内伤人。

8）灌注桩身砼

灌注砼前，用砂浆将每两节护壁间的错台抹平，然后沿桩身设置防水板对桩身砼和桩周土体进行隔离，减少柱桩沉降引起桩周土体的变形。

钢筋骨架制作，采取在钢筋加工场按2～4m分段下料，利用天窗时间运至既有线，在桩孔内现场组装焊接。骨架就位后要与护壁上的铁蹬或预埋铁件焊接牢固，防止灌注混凝土过程中骨架上升。

砼灌注，采用砼罐车运至既有线附近，利用砼泵注入桩孔中。施工时，在高边坡坡顶线外安装砼泵，并铺设砼输送管（φ125mm钢管）至桩孔处，穿过既

有线铁轨时，可将两根轨枕间的道砟掏出，形成一槽道，槽道大小以能穿过钢管即可。砼施工用电，用电缆自出口配电箱引至既有线施工现场,以满足D便梁基桩施工及D便梁架设及拆除的需要。

4 线路加固

1）施工前对该处上下行无缝线路进行应力放散。

2）根据下穿隧道中心位置，既有行车线路实际轨顶标高与隧道顶面的实际高差及地基持力层容许应力等因素进行计算，在开挖支墩前，首先调整施工中心前后各50m范围内的既有道床枕木间距，并增设绝缘轨距拉杆，将抬轨梁需架空段钢筋砼枕换成木枕。

3）纵梁吊轨线路内侧（即两线间）

线路左中右纵梁采用I32工字钢5根为一束，并采用Φ16U型卡加固，以增加整体性。

图4 扣轨示意图

铺设横梁，根据工程情况选用P43钢轨制作横梁。每3根钢轨用U型卡连接一束横梁（每根长约3.5m），隔孔布置，并在轨底铺设橡胶垫，扣轨完毕，道碴全部回填，并捣实。

5 D便梁架设

1）D便梁运输

D型便梁采用成都铁路局双流白家装机厂生产的铁路专用便梁，从成昆线双流火车站上车，利用轨道车平板运输至达成线南充东火车站。

基础施工完成后，在批准的施工点内将D便梁运输至施工现场架设。

2）D便梁卸车

采用轨道车载龙门吊卸梁，先在架设位置或其前后适当距离，作为卸梁、存

梁场地，按《技规》要求请点、防护，保证足够的卸车时间，每次卸两片梁，两个小时内完成，卸梁完成后，要尽快清理轨道上的杂物，尽快开通线路，保证按在封锁点内完成所有的卸梁工作。

3）D便梁安装

D型梁纵梁就位后，采用不封锁线路但线路慢行45km/h的办法，安装横梁，横梁安装完毕后，即可安装钢轨扣件SBK01，以保持轨距。在设支垫时，应注意控制标高，使横梁顶距轨底有10～20mm的空隙，以便塞绝缘胶垫，待轨底挖空50～60cm高后，即刻逐根装上斜杆S6,以增强D型梁的刚性。

4）D便梁维护

施工过程中每天都要有专人进行检查和养护，检查支垫有无下沉、变形、裂纹，横梁与轨底的绝缘垫，钢轨扣件有无松动、脱落，螺栓有无松动、裂纹，D 型梁纵梁是否移位等，每过一趟车，线路工都要检查线路的技术状况，若有异常应即时处理或报告。每隔七天对螺栓上一次油，以防锈蚀，造成拆除困难。检查情况应做成记录以便查询和整理。

6.2.2 洞内超前大管棚施工

1 管棚工作室施工

管棚工作室段采用微台阶法加临时仰拱施工，外环设置拱部I18钢架及拱部φ42超前小导管,钢架间距0.5m,超前小导管2.0m一环,内环设置全环格栅钢架加强支护，钢架间距0.5m，内外环之间采用C25砼回填。根据平面布置图新建隧道边线与既有路基边线交汇里程为：ID3K772+792，考虑覆盖层的厚度及现场实际情况，在保证施工安全的前提下管棚工作室里程调整为：ID3K772+794～+800。

2 洞内导向墙施工

上台阶内施工3m长导向墙，导向墙内预埋3m长导向管，对管棚的方向进行精确控制。

导向墙采用C25混凝土，截面尺寸为0.5m×3m。导向墙内预埋4榀I14工字钢，间距1.0m,导向管采用3m长热扎无缝钢管（ф127*6mm）,外插角2°,安

装在预埋工字钢上。

3 φ108超前大管棚施工

拱部ф108长管棚环向间距40cm，采用热轧无缝钢管，壁厚6mm，管棚周壁钻注浆孔，孔径10～16mm，孔间距15～20mm，呈梅花型布置，且在管棚内设置钢筋笼，钢筋笼由4根Ф20钢筋和固定环组成。

隧道中线

正洞衬砌

正洞钢架

导向墙

拱部钢架

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5

4

φ108mm钢管

图5 管棚布置图

1）钻孔及钢管安装

管棚采用导向跟管钻进法施工，钻孔采用能精确定向，且能自动纠偏的C6全液压型钻机钻孔，钻孔角度控制在1°～2°，钻孔顺序按“先奇数孔、后偶数孔”的顺序进行。待导向墙混凝土强度达到80%以后方可钻孔，钢管安装，在跟管钻进过程中实现钢管的安装。

2）注浆

采用全孔一次性注浆方式进行注浆，注浆采用定量--定压相结合原则，按单孔（先奇数孔、后偶数孔，钻孔安装完成1根，立即注浆1根）注浆顺序进行。注浆材料采用纯水泥浆，水灰比1：0.6～1：1，水泥采用普通硅酸盐水泥，水

图6 C6钻机施工照片

泥强度为PO.42.5，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa。注浆结束标准：终压下注浆量小于0.1L/min，持压10min即可。注浆前应进行注浆试验，根据定量--定压相结合原则确定注浆量和注浆压力,防止大注浆量和高注浆压力,致使既有线路基隆起。

6.2.3 下穿段施工

1 开挖方式及工序

下穿段采用两台阶微台阶法加临时仰拱开挖，开挖方法采用控制爆破法开挖。爆破安排在“天窗”时间段。

断面共分三个台阶法，采用短台阶法开挖，采取光面爆破，掏槽形式为中空孔直眼龟裂掏槽，周边眼采用隔孔装药。

图7 施工工序图

控制爆破开挖①部，施作周边初期支护及临时仰拱，滞后①部一定距离后开挖②部，施作初期支护，滞后②部一定距离后开挖支护③部，在滞后③部一定距

离后开挖支护仰拱，根据监控量测数据拆除临时仰拱，施作二衬砼。

2 钻爆设计

1）炮眼布置

上台阶分三次进行装药和爆破，开挖进尺0.6m，炮眼深度0.75m，第一次为掏槽眼装药和爆破；第二次为掘进爆破，第三次为周边眼光面爆破。周边眼间距30cm。

下台阶分两次进行装药和爆破，分别为左侧爆破和右侧爆破，开挖进尺0.75m，炮眼深度1m, 采用“V”形起爆原理进行起爆。周边眼间距40cm，使爆破后周边眼孔能在较小药量下将开挖轮廓保持较为顺直。

仰供部分开挖进尺0.75m,炮眼深度1m,周边眼间距40cm，使爆破后周边眼孔能在较小药量下将开挖轮廓保持较为顺直。

具体炮孔布置见炮孔布置及分段详图8，该分段暂为起爆顺序，详细段号根据雷管段号确定，尽量使个分段间隔在300ms以上，以避免由于雷管精度误差使爆破叠加。

图8 炮眼布置图

2）装药量计算

目前，在隧道工程爆破中，对于振动的控制一般主要的方法是控制齐爆最大装药量、选择合理的掏槽形式、选择合理微差爆破间隔时差、优化孔网参数、选