务塘隧道下穿既有铁路设计与施工

李 乐

(中铁隧道勘测设计院有限公司，天津 300133)

随着我国铁路的快速发展，不可避免地需要下穿已建成的铁路或公路。目前，下穿既有线的方法主要有顶进法和暗挖法，但是由于南广铁路务塘隧道受线路、地质的影响，施工场地的限制，务塘隧道采用明挖法施工，并取得了成功。本文重点介绍了务塘隧道的设计、施工方案及施工过程中的相关技术，为以后类似工程设计、施工积累了经验。

1 工程概况

务塘隧道为南广铁路工程项目，位于广西壮族自治区境内藤县天平镇陶村东南侧，进口里程IDK228+222，出口里程IDK228+244，隧道全长22 m。隧道位于直线段上，隧道内纵坡为单面上坡，坡度为5.8‰，坡长1 590 m。本隧道从已建洛湛铁路线下方通过，与既有铁路线夹角为56°41'46″。既有洛湛铁路线左侧道砟肩高程为58.069 m，右侧道砟肩高程为58.030 m，两侧设置排水沟，左右侧沟底高程为56.57 m;本线隧道进口轨顶高程为47.726 m，出口高程为47.853 m。隧道地处低山丘陵区，地形起伏较大，山体经过开挖，最大高差约23 m，植被较发育。洞身主要穿越以下地层:①1粉质黏土(Q4el+dl)，层厚1.0～1.5 m;②1粉砂岩(K1):层厚0～6.0 m;②2粉砂岩(K1):层厚3.0～6.7 m;②3粉砂岩(K1)。

2 设计方案

由于洞身所处地层主要为强～弱风化粉砂岩，承载力和开挖面自稳能力较好，且埋深较浅，故本隧道采用人工挖孔桩作支点，纵梁、横梁辅以扣轨，整体架空既有铁路，明挖法通过。施工过程中必须严格控制地表沉降，确保既有铁路运营安全。

(1)洛湛铁路下穿隧道施工受影响段落D3K412+075－D3K412+095采用整体架空加固，架空段采用D24型施工便梁，纵梁两端支撑在人工挖孔桩上，并将横梁与纵梁联结为整体，扣轨扣住既有铁路枕木，使既有铁路所承受的载荷通过便梁传递至挖孔桩(图1、图2)。力的传递过程为:列车荷载→钢轨→横梁→D24型纵梁→挖孔桩支墩→地基。

既有线路架空加固纵梁采用2根D24型施工便梁，施工便梁每端设1根挖孔桩。根据现场实际情况，为抵消挖孔桩背后土压力，增加纵向稳定性，挖孔桩截面采用1.6 m×2.1 m，D24型梁支座中心沿线路方向向挖孔桩背后偏移10 cm;挖孔桩内设置钢筋笼，挖孔桩深入隧道底面下约1 m，长度为13.5 m，采用C30混凝土浇筑，挖孔桩平面布置见图3。

图2 既有线路架空剖面(单位:cm)

图3 挖孔桩平面布置(单位:cm)

根据计算，挖孔桩支墩的深度取13.5 m、挖孔桩截面采用1.6 m×2.1 m，能满足既有线运行时的荷载要求。

(2)施工便梁两侧延长架空加固长度，纵梁采用每侧用2片I56a型钢，横梁采用I45a型钢，纵向采用3－5－3扣轨形式加固，所有加固纵横联接，所有联结件都必须上紧，以保证架空器材成为一个均匀的承力载体，提高加固的安全度。

3 施工实施方案

3.1 施工工艺流程

施工准备→申报施工计划→搭设枕木垛→抽换枕木→扣轨→开挖便梁桩基→横梁就位→纵梁就位→纵横梁联接→基坑开挖、支护→洞身结构施工→拆除施工便梁→工程验收。

3.2 既有线加固

洛湛铁路下穿隧道施工受影响段落采用整体架空加固，架空纵梁采用D24型施工便梁，抽换既有线混凝土枕，扣轨和横梁承担钢轨，通过横梁与纵梁联结为整体，纵梁两端支撑在挖孔桩上，使既有铁路所承受的载荷通过便梁托换至挖孔桩。D24定型梁两侧延长架空加固长度8 m，每侧用2片I55b型钢作纵梁，横梁采用1－2扣轨，纵向采用3－5－3扣轨形式加固，所有加固纵横联接，所有联结件都必须上紧，以保证架空器材成为一个均匀的承力载体，提高加固的安全度。挖孔桩截面采用1.6 m×2.1 m矩形桩，孔桩内设置钢筋笼，挖孔桩长度为13.5 m，采用C30混凝土浇筑。

(1)首先对既有线进行加固。挖孔桩两侧4 m搭设枕木垛作为临时支墩，清理道碴并开挖至高程，枕木摆设在坚实硬土上。枕木垛布置3层，布置平面尺寸为1.2 m×1.2 m，底层按线路方向布设，并用码钉加固。

(2)架空延长段线路加固

①便梁梁端外侧既有线各80 m范围非架空段采用纵横梁进行加固，加固范围内即有混凝土轨枕全部抽换为木枕。

②横梁采用I45a型钢，每隔1根木枕穿1根横梁，并在路基两侧横梁下设置2.5 m×1.2 m枕木垛(3层)支撑，横梁间距0.9 m。采用φ22 mm U形螺栓将横梁与吊枕联结牢固。

③纵梁采用I56a型钢，双根一束布置，置于横梁上。采用φ22 mm U形螺栓与横梁联结牢固。

④换下的混凝土枕整齐堆放在铁路两侧限界外，枕木抽换完成后进行扣轨施工。

(3)挖孔桩施工

为保证土壁稳定，既有铁路两侧的4根挖孔桩采用对角线开挖方法，待对角线两根桩孔浇灌完混凝土之后，再进行另一对角线的挖孔桩施工。为充分保证既有铁路的运营安全，挖孔桩下部挖扩大头，采取短挖短护，护壁高出原地面20 cm，防止土、石杂物滚入孔内伤人。

(4)架空段线路D24型施工便梁加固

①当临时支墩达到强度要求后，做好人员及施工准备，确保在封锁行车时间内，完成定型梁安装工作。

②在列车慢行条件下，利用“天窗”时间，按670 mm左右的间距，调整枕木间距，在既有线钢轨上打下标记。

③按设计位置，先将一片纵梁就位，吊放在两侧的便梁支墩上，另一片纵梁垫高出枕木20 cm左右，以便抽换枕木。

④抽换枕木时，安装横梁的位置应与枕木位置一致，并与纵梁联结件对齐。抽换横梁应按工务规则要求“六抽一”。由纵梁两端向中心排列抽换，抽一根枕木，塞一根横梁，其中有一根钢轨下需要垫大块绝缘橡胶板，防止轨道电路短路，影响信号和行车。塞入横梁时要对准主梁联接板并定位，同时垫好橡胶垫，上好扣件。基坑施工影响范围以外的轨枕可不抽出。

⑤将垫高的一片纵梁降落就位，并联结纵横梁。便梁及轨道件安设完毕后，利用行车间隙调整支墩垫木，使便梁全面受载加压。

⑥逐段扒出道砟，安装斜杆和所有联结系统，组装过程中，联结板及牛腿上均应上满螺栓，弹簧垫圈不得漏装。

3.3 洞身及基坑的开挖、支护

既有铁路加固后，先施作地表防排水沟，然后再开挖路肩下土体，洞身开挖采用预留核心土方法，分上下两台阶开挖，土方采用挖掘机开挖，石方通过风镐或破碎锤破碎后，使用挖掘机开挖，及时喷锚支护。

3.3.1 开挖

(1)开挖前先将进出口路堑顶排水沟修好，既有铁路两侧排水沟进行堵截，原排水沟的水可流至两端的桥下，要避免地表水对开挖边坡和基坑产生冲刷或浸泡。

(2)进、出口路堑坡开挖必须自上而下施工，先挖至既有线路肩路高(上一级台阶高程处)，上一级边坡开挖好后应及时将边坡防护措施作好，作好上一级边坡的防护工程，既有线加固完毕后，再开挖基坑土方。

(3)既有线加固后，基坑开挖为明挖，开挖边坡为1∶0.2，呈倒梯形，开挖断面底宽度13.92 m，顶宽度为18.84 m，开挖深度为12.29 m，开挖按上下断面开挖，由于隧道较短，上半部挖通后，再进行落底，开挖下半部分。

(4)洞身开挖顺序(表1)

(5)开挖过程中，两侧始终形成排水沟，岩缝渗水和地表水可由两侧水沟排出基坑。

(6)开挖地段设专人检查、看守，当发现有坍塌或线路状态有变动时，应立即采取补救措施;对行车有影响时，必须在恢复正常状态后，方可放行列车。

表1 下穿洛湛铁路段洞身开挖施工顺序

续表1

3.3.2 支护

(1)基坑边坡每3 m形成一个循环，开挖成型后，立即进行喷锚支护:C25喷射混凝土厚20 cm、L=5.0 m砂浆锚杆、φ8，20×20 cm 钢筋网，喷锚支护严格按设计和验标进行施工，每一道工序经监理检验合格后，再进行下一循环施工。

(2)在基坑挖好后，为防了止基坑因火车通过时而发生扰动，导致基坑坍塌、倾覆，及时施作了内支撑，内支撑采用了10根φ609×14 mm的焊接钢管，分2道布置。

3.4 洞身结构施工工序

钢筋的加工及绑扎→立模板→浇筑混凝土。

3.5 施工安全保障措施

(1)施工前，应先做好边坡的防排水设施，并及时做好边坡防护工程，既有线两侧水沟应进行引排保证排水顺畅。

(2)施工便梁中所有联结件都必须上紧，以保证架空器材均匀承载。

(3)对既有轨道和围护结构进行实时监测，根据监测结果来调整施工工艺、工序及方法，优化设计施工，确保列车安全运营和施工安全。

(4)基坑开挖爆破时，在基坑周围设置警戒线，采用光面爆破，爆破过程中严格控制药量，严格控制超欠挖，爆破时应减少对围岩的扰动，开挖后必须及时支护。

(5)为保证隧道施工顺利进行，与工务、电务、供电等铁路部门协调一致，共同维护既有铁路的安全。

(6)自线路加固地段开始进行线路加固作业起，要求列车最高限速45 km/h，并派专人24 h防护。每通过一列车，防护员立即对加固地段线路方向、轨距及水平检查，发现问题立即整改。

(7)现场监测。隧道施工过程中，加大了对既有线路加固工程的监测，测点加密，频率加大，每趟列车通过时对线路及既有路基进行检查和监测，发现异常情况，及时采取相应措施，同时加强与铁路部门的协调。监控项目应包括:既有线轨道几何参数监测;施工便梁受力监测;围护结构水平收敛和竖向沉降量测。

4 结论

务塘隧道采取“预加固、强防护、短进尺、快封闭、勤量测”的施工原则进行施工，历时90 d，地表沉降观测点累计最大沉降为5 mm，水平位移观测点累计最大水平位移为11 mm，既有铁路路基均处于稳定状态、基坑支护结构也未出现异常，证明采用既有线路架空加固、预留核心土方式分台阶开挖基坑，并及时喷锚支护基坑、分段浇筑洞身结构的方法是安全、可行的。

［1］中华人民共和国铁道部.TB10204—2002 铁路隧道施工规范［S］.北京:中国铁道出版社，2002.

［2］中华人民共和国铁道部.TZ204—2008 铁路隧道工程施工技术指南［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［3］中华人民共和国铁道部.TB10121—2007 铁路隧道监控量测技术规程［S］.北京:中国铁道出版社，2007.

［4］中华人民共和国铁道部.TB10002.1—2005 铁路桥涵设计基本规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［5］王小战.襄渝二线羊子岭隧道下穿既有铁路施工技术［J］.铁道标准设计，2010(S1).

［6］刘斌，宁茂权.甬台温铁路前黄隧道下穿高速公路设计［J］.铁道标准设计，2008(6).