大山头隧道下穿高速公路方案设计

2012-09-04 01:45李明磊

铁道标准设计 2012年1期

李明磊

(中铁隧道勘测设计院有限公司，天津 300133)

随着近几年我国交通基础设施的大力发展，铁路建设的步伐也在逐渐加快。而目前正在或即将开始建设的多为高速铁路，受到纵坡和线形的影响，铁路隧道在每条铁路线所占的比例也越来越大，这样就不可避免的与既有铁路、公路等进行交叉，尤其是以隧道下穿的形式风险最大。

以往隧道下穿既有道路多采用明挖法施工，以保证施工的安全及质量，但是在明挖不可实施的条件下，暗挖下穿就存在比较大的施工风险，本文主要介绍铁路隧道暗挖下穿高速公路所采用的一些措施及施工方法，仅供读者参考。

1 工程概况

大山头隧道为双线铁路隧道，满足双层集装箱运输，设计行车速度200 km/h，预留250 km/h，线间距4.6 m，隧道最大跨度14.38 m，高12.59 m，隧道开挖面积148 m2。高速公路设计行车速度80 km/h，路面宽度24.5 m，高速公路目前正在施工，路基工程已经完成，只剩下路面工程。

隧道与高速公路交角为38°，交叉范围内隧道长度约89 m，交叉段高速公路路基为半填半挖方，路基边坡采用骨架护坡，由于处在软基地段，交叉段范围内路基局部采用CFG桩加固地基。路面距隧道拱顶最大埋深9.3 m。

在高速公路旁边与之平行的有一条省道，该省道为双向两车道，水泥路面。省道路面距离隧道拱顶2.6 m。

2 地质概况

据勘察揭露显示，隧址区地层岩性主要为第四系冲洪积层、第四系残坡积层、下伏基岩为燕山中期花岗岩。隧道下穿高速公路段主要为路基夯实土，下部为全风化花岗岩。

3 设计方案

由于高速公路将要通车，铁路隧道采用明挖法施工的可能性比较小，因此设计总体方案采用:下穿高速段采用暗挖施工，下穿省道段采用明挖法施工;由于在高速公路和省道之间隧道覆土不到1 m，在该段采用明挖法施工，同时为下穿高速公路提供工作面。

该方案存在两个难点:

(1)由于下穿省道段采用明挖法施工，这就需要对路面交通进行分期导改;

(2)隧道下穿高速公路覆土比较浅，最大覆土厚度仅9.3 m，隧道开挖不慎必将引起路面沉降量过大，而高速公路要求沉降量非常严格，这就要求隧道开挖需要合理的施工方法及支护措施。

针对以上两个难点，采用如下方案。

3.1 交通导改

(1)施工期间对各期施工场地进行施工围挡，围挡后进行各步施工。

(2)下穿高速公路施工尽量在高速公路运营通车之前进行，若施工时高速公路已通车，施工期间应对其进行临时的交通管控，封闭车道，采用单车道行车并限制车速40 km/h以下，严禁重载车通过，必要时在路面铺设钢板，增强路面刚度。

(3)明洞施工期间需要局部破除省道368路面，为保证省道交通畅通，因此明洞采用分幅开挖，对交通进行导改;施工时应和当地交管部门紧密配合，车辆优先绕道行驶，如绕避不开，车辆行驶时应听从指挥，减速慢行，以保证基坑稳定;交通导改如图1、图2所示。

(4)施工完毕后，恢复道路交通。

3.2 施工工法及支护类型

3.2.1 下穿高速公路施工方法及支护类型

(1)长管棚支护

由于下穿高速公路段对沉降要求比较高，为控制沉降，隧道开挖前采用φ159@300 mm长管棚超(图3、图4)前支护一次性穿越高速公路，管棚长85 m，为增加管棚刚度，在管棚增设钢筋笼(图5)，管棚要求注浆饱满。由于管棚长度较长，为保证注浆效果，在管棚间加设φ42 mm超前小导管补注浆。

图1 一期交通导改

图2 二期交通导改

图3 长管棚横断面布置

图4 导向墙剖面

(2)双侧壁导坑法

下穿高速公路采用双侧壁导坑法施工(图6)，侧壁导坑开挖高度为8.5 m，台阶法开挖，严格控制导坑开挖间距，双侧导坑掌子面距离在6～8 m，每循环进尺0.5 m，导坑开挖后及时支护钢架封闭成环，初期支护采用I22a型钢钢架，钢架间距0.5 m，二次衬砌采用Ⅴ级浅埋加强衬砌。双侧壁导坑法施工工序横断面见图7。

图5 钢筋笼示意

图6 现场施工实景

图7 双侧壁导坑法施工工序横断面

待初支变形稳定后，分段拆除侧壁导坑中间的支护，及时铺设防水设置，整体浇筑拱墙二次衬砌混凝土。

(3)其他

由于高速公路施工采用CFG桩加固地基，当管棚施工遇到CFG桩不能钻进时，可更换为冲击钻头，击碎桩体，在一般的软弱岩层或土层可采用合金钻头;开挖正洞时，需截断凿除部分CFG桩，施工时应交叉凿除，加强地面监控量测，避免路基塌陷，沉降过大。

3.2.2 下穿省道施工方法及支护类型(图8)

图8 围护结构横断面(单位:mm)

下穿省道采用分幅明挖法施工，明挖段围护结构采用φ800 mm@1 500 mm钻孔灌注桩，桩长16 m，桩间钢筋网采用φ6.5 mm网格150 mm×150 mm，基坑内支撑采用φ609 mm×12 mm钢管支撑。

明洞大里程方向进洞采用φ108 mm大管棚超前支护，管棚长40 m，明洞衬砌厚度采用85 cm钢筋混凝土衬砌。

3.2.3 高速公路边坡加固

由于下穿高速公路在路基边坡处，因此需要修整加固路基边坡，边坡加固采用锚喷支护，锚杆采用φ22 mm砂浆锚杆，锚杆长5～9 m，喷混凝土厚度10 cm，采用φ6 mm钢筋网，网格间距25 cm×25 cm。

4 计算模型与计算简图

计算采用三维岩土力学有限差分程序FLAC3D进行模拟分析，考虑围岩与结构的共同作用、分步施工过程。纵向-高速公路坡脚～路面边坡后20 m，左右侧各50 m，向下取至仰拱下30 m，向上取至地表;单元个数100 520，节点个数106 180。高速公路面作用荷载采用高速公路1级车道荷载10.5 kN/m2。计算模型及结果见图9～图11。