铁路隧道小净距下穿既有公路隧道施工技术

丁宁

摘要：结合丹大铁路草莓沟2号隧道下穿既有盘道岭公路隧道交叉段跨度大、间距小、岩石破碎等施工难点的工程实例，总结铁路隧道下穿施工采用超前洞身双层大管棚、三台阶法、控制爆破、双层钢架初期支护等工艺特点、施工工艺流程及控制要点，可为类似工程的施工提供参考。

Abstract： According to the engineering example of the No.2 tunnel of Dandong-Dalian Railway passing through the existing section of Pandaoling highway tunnel with large span， small distance and broken rock， the technical features， construction process and control points of advance hole double pipe shed， three steps method， controlled blasting， double-shelves initial support are summarized， which can provide reference for the construction of similar projects.

关键词：铁路隧道下穿；跨度大；间距小；施工技术

Key words： railway tunnel underpassing；large span；small distance；construction technology

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）11-0152-04

0 引言

草莓沟2#隧道进口位于草莓沟村东，出口位于山城一组南侧，全长4262m，为单洞双线隧道，场区地处丘陵，隧道内埋深约20～150m。隧道于2010年10月份开工，至2015年7月份竣工。隧道于TJLDK158+141-TJLDK158+181里程范围下穿既有盘道岭公路隧道，交叉影响跨度40m，结构净距为7.47m，下穿处围岩等级为Ⅴ级。为实现下穿段隧道施工安全及既有公路隧道内的行车安全，隧道下穿段施工采用超前洞身双层大管棚，并辅以双层钢架等超强支护措施，实现安全穿越。

1 施工工艺及工序

1.1 工艺特点

针对丹大铁路草莓沟2号隧道下穿既有盘道岭公路隧道交叉段存在跨度大、间距小、岩石破碎以及危及既有公路隧道形成安全等特点。开挖前采用超前双层大管棚进行预支护与岩体形成双层载拱，有效控制岩体下沉、变形、掌子面位移，对交叉隧道起到显著的防护作用。开挖采用三台阶法，既能保证开挖时的安全稳定，又能保证交叉段尽早形成初支及二衬衬砌封闭的稳定状态。采用控制爆破对公路隧道结构的最大振动速度控制在10cm/s以内。初期支护采用格栅钢架和型钢钢架双层钢架超强支护，严控了围岩变形。综上技术保证了交叉段施工的安全穿越。

1.2 主要施工工序

草莓沟2号隧道下穿既有盘道岭公路隧道施工为三台阶法，具体工序如下：I拱部超前大管棚→1上台阶开挖→II上台阶初期支护→2中台阶开挖→III中台阶初期支护→3下台阶开挖→IV下台阶初期支护→4仰拱开挖→V仰拱初期支护→VI仰拱填充混凝土→拱墙混凝土。草莓沟2号隧道下穿既有盘道岭公路隧道施工工序如图1所示。

2 工艺操作要点

2.1 超前地质预报

通过采用TSP203宏观长距离地质预报与超前水平钻探为主的综合预报交叉渗透、相互验证，并与设计地质资料进行比对，最大限度的确保预报准确度。识别和预测隧道下穿段掌子面前方及周围的工程地质、水文地质结构，提供准确的断裂带、含水带及岩体工程类别等地质参数，为隧道下穿段开挖及支护施工形成了的实施性指导资料。根据现场地质预报显示，交叉段为Ⅴ级围岩，岩石主要为混合花岗岩，岩体破碎，节理裂隙发育，岩体内含有少量裂隙水，未发现大型不良地质构造。

2.2 测量放线

2.2.1 控制测量

引入洞内的平面控制点，采用双支导线交叉测量方法，以精确控制隧道；布设的控制点都设置于坚固稳定的地面上，且在施工期间不易破坏位置；布设加密的控制点与相邻控制点通视良好。

2.2.2 施工放线

①根据设计图纸，精确计算出线路逐桩坐标和标高，并编制出隧道逐桩坐标与标高表；

②利用洞内测量控制点，紧跟开挖面传递中线和高程。隧道开挖断面尺寸可利用CAD直接在电脑上量取（需复核图纸正确），作为隧道各工序的空间位置控制；

③隧道爆破开挖轮廓线的放设位置，现场根据实际爆破效果进行优化，原则不能欠挖；

④在洞内进行施工放样时，随时配带气压标、温度计，随时根据实际情况对仪器进行气压、温度的修正。

2.3 超前大管棚

下穿段采用两环40mΦ159mm双层管棚，两环管棚中至中间距0.4m，每环106根，环向设置范围均延伸至边墙最大跨度位置，施工工艺采用管棚引孔顶入法施工。具体操作控制要点如下：

2.3.1 主要施工工藝流程

施工准备→测量定位→安装导向管、浇筑套拱→搭设工作平台、钻机就位→钻孔→清孔→钻孔验收→顶入管棚、安装止浆塞→连接注浆管路、调试→压水试验→注浆作业→注浆效果分析→封孔、连接钢架结构→结束。

2.3.2 管棚施工前准备

掌子面根据地质条件采用20cm厚C25砼封闭，洞内扩大开挖至管棚位置。

2.3.3 管棚加工

下穿段管棚采用Φ159mm壁厚8mm热轧无缝钢管制作而成，钢管每节长分5m和6m两种，钢管连接端采用外车丝扣，丝扣长300mm。管壁钻10～16mm注浆孔（孔口1.5m内不钻孔），孔间距15cm，梅花型布置。管头15cm焊成圆锥形，便于入孔。长管棚丝扣加工如图2所示。

2.3.4 钻机就位

①搭设钻机平台，确保平台支撑于稳固的地基上，如此可有效避免钻机在施钻时产生摆动、位移，有利于保证钻孔质量和人身安全。②钻机与设定好的孔口管方向平行，用仪器挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，精确核定钻机位置。

2.3.5 钻孔

①钻孔前，按测定好钻孔的范围、平面位置，并对每个孔进行编号。②钻孔由高孔位向低孔位进行，开钻时低速低压。③钻进中经常量测钢管钻机的偏斜度，发现偏斜超过要求，及时纠正，至终孔仍超限者补浆封孔后再原位重钻，外插角控制在为1°-5°。④在施钻进程中及时记录和绘制孔位布置图。

2.3.6 清孔及验孔

①清孔采用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔；再用高压风从孔底向孔口清理钻渣。②成孔后用全站仪、斜测仪等检查钻孔的间距、直径、深度等。允许偏差：方向角1°，孔口距±30mm，孔深±50mm。验孔合格后方可进行管棚安装，对不合格的孔应封孔原位重钻。

2.3.7 顶入管棚

给每个孔编号，编号为奇数的第一节管采用5m长钢管，以后每节均采用5m长钢管；编号为偶数的第一节采用6m长钢花管，以后每节均采用6m长钢花管。同一断面内的接头数量不得超过钢管总数的50%，相邻钢管接头错开1m。前期靠人工送管，后期借助钻机顶进，直至孔底，达到设计长度。当钢管孔外剩余30-40cm时，用管钳卡住管棚，安装套管连接下一节管棚依次顶进管棚至设计位置。如遇故障，需清孔后再将钢管插入。

2.3.8 注浆

①注浆采用隔孔灌注。初压为0.5～1.0MPa，终压 2MPa，施工中持压15min后停止注浆。保证注浆浆液应充满钢管及其周围的空隙，注浆量满足设计要求。注浆顺序按照由低到高、由下往上，交错进行。②若注浆量超限，还没达到压力要求，就应该调整浆液浓度继续注浆，持压15min后可停止注浆。③注浆时，注浆孔管不得对准人体，防止高压浆液对施工人员的伤害。

2.4 三台阶法开挖

采用三台阶法开挖，台阶长度5-8m；下台阶在上台阶初期支护结构基本稳定，喷射混凝土强度达到设计的70%以上时方可开挖；上台阶循环进尺1榀钢架间距0.5m；中、下台阶循环进尺2榀钢架1m；仰拱一次开挖长度控制在3m；开挖后及时施作初期支护，上中下台阶钢架底脚设有？准22mm长4m的锁脚锚杆。

为了满足对既有公路隧道结构的最大振动速度控制不大于10cm/s的要求，通过计算下穿段掏槽眼最大单段药量不超过7.25kg，为此将复式楔形掏槽采用三个段位雷管进行掏槽，其中1段小掏槽眼4个，单孔装药量1.2kg，共计4.8kg；3段大掏槽眼3个，单孔装药量1.2kg，共计3.6kg；5段大掏槽眼3个，单孔装药量1.2kg，共计3.6kg通过将掏槽眼单一段位雷管一分为三进行装药，从而降低了单段最大装药量，达到减小爆破振动和噪声的目的。

2.5 初期支护

下穿段采用双层钢架超强支护，第一层采用间距为0.5m的I25型钢钢架支撑，喷射35cm厚C25混凝土；第二层采用间距为1.0m的格栅钢架支撑，喷射25cm厚C25混凝土；拱脚设置？准42mm长4m的锁脚锚杆，拱顶管棚范围无锚杆、边墙采用？准22长5m砂浆锚杆。下穿段的超强初期支护，形成的整体受力结构，能确保交叉段隧道施工及使用的安全性、稳定性和耐久性。具体操作控制要点如下：

2.5.1 喷射混凝土

①喷射混凝土及时，尽量在最短的时间内喷射混凝土封闭围岩表面，缩短围岩开挖临空面暴露时间。初期衬砌喷射C25混凝土，然后再施作系统锚杆、挂钢筋网、立支和稳固钢架、再分层喷射混凝土等工序。②喷射顺序先墙后拱，自下而上分片进行，并先喷钢筋格栅与壁面间混凝土，然后在喷两钢筋格栅之间混凝土；对于一些凹凸不平的特殊岩面，按先凹后凸，遇到较大或较深的凹坑，采取间隔时间分层喷射，或沿周边分成几块喷射而向中间合拢的方法。喷嘴与受喷面的距离控制在0.6-1.8m。③每次喷射厚度不小于4cm，分层喷射，在前一层混凝土终凝后进行。若终凝1h后再喷射，要先用水清洗基面。④喷射混凝土终凝后3h内不允许爆破作业。⑤喷射压力控制在0.15-0.2MPa。

2.5.2 砂浆锚杆

①锚杆入孔到底时孔口无水泥浆流出，须拔出锚杆重新注浆安装。②杆体插入孔内长度不小于设计规定的95%，安装数量符合要求。③锚杆垫板与喷混凝土面密贴。

2.5.3 钢架加工

①型钢钢架采用冷弯成型；格栅钢架采用胎膜焊接，并以1：1大样控制尺寸。②拱部和边墙各单元钢架分块加工。③不同规格的首榀钢架加工完成后，放在平整地面上进行试拼装，周边拼装允许偏差±30mm，平面翘曲应小于20mm，检查连接板密贴性，合格后方可進行批量生产。

2.5.4 钢架安装

①对钢架连接处虚渣进行人工清理，确保喷混凝土厚度。现场钢架安装不得侵入二衬断面，要注意做到钢板连接密贴。钢架垂直于隧道中线，竖向不倾斜、平面不错位，不扭曲。②钢架拱脚施作锁脚锚杆，锁脚锚杆必须与钢架焊接牢固，钢架之间纵向用？准22钢筋连接，环向间距1m。

2.6 仰拱及仰拱填充

为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构，是隧道结构的主要组成部分之一，它一方面要将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构或将路面上的荷载有效的传递到地下，而且还有效的抵抗隧道下部地层传来的反力。仰拱与二次衬砌构成隧道整体，增加结构稳定性。具体操作控制要点如下：

2.6.1 仰拱

①仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆，每循环开挖进尺不大于3m，施作仰拱混凝土前应清理隧底虚渣、淤泥、积水和杂物，并用高壓风吹洗干净，超挖部分应采用C35高强防水混凝土回填，隧底周边部分喷4cm厚砼封闭开挖面，分别施作双层钢架，复喷C35高强度防水混凝土进行覆盖。

②按照规范和设计要求控制钢筋保护层厚度、间距，层距，边墙与隧底钢筋绑扎牢固，仰拱端模与弧模采用加工定型钢模，仰拱采用C35高强度防水混凝土进行浇筑，待强度满足2.5MPa拆模。

2.6.2 仰拱填充

安装填充挡头模板和侧模，填充与仰拱纵向错开≥0.5m，并按设计要求施作过轨管线，并填充C20混凝土，混凝土强度达到5MPa后可行人，达到设计强度的50%后方可过车。

2.7 二衬衬砌

隧道采用复合式二次衬砌，采用12m长全液压自行钢模衬砌台车进行施工。隧道结构防水由喷射混凝土、环纵向盲管、EVA防水板和二次衬砌结构自防水等组成。二次衬砌混凝土采用C35抗渗混凝土，其抗渗等级为P10；拱墙设置EVA防水板加土工布；施工缝设置背贴式橡胶止水带+中埋式橡胶止水带；二衬施工时拱部预贴？准20mm的注浆花管，待二次衬砌混凝土达到100%设计强度后，拱部进行回填注浆。关键工序操作控制要点如下：

2.7.1 防水板

①防水板用热焊机进行焊接，铺设采用专用台车进行。②铺设前进行精确放样，弹出标准线进行试铺后确定防水板一环的尺寸，尽量减少接头。③防水板铺设由隧道拱部向两侧进行，实铺长度与弧长的比值控制在10：8。④两幅防水板的搭接宽度不小于150mm，搭接采用热熔双焊缝，单条焊缝宽度不应小于15mm。环向铺设时，下部防水板应压住上部防水板。⑤分段铺设的防水板的边缘部位预留至少60cm的搭接余量并且对预留部分边缘部位进行有效的保护。⑥绑扎或焊接钢筋时，采取措施应避免对防水板造成破坏。⑦防水板搭接缝与施工缝错开距离1-2m。

2.7.2 二衬浇筑

①混凝土水平分层对称、边浇筑边振捣，最大下落高度不能超过2m，台车前后混凝土高度差不能超过0.6m，左右混凝土高度不能超过0.5m。②当砼浇筑至作业窗50cm，作业窗关闭前，将窗口附近的砼浆液残渣及其他赃物清理干净，涂刷脱模剂，将其关闭严密，防止窗口部分砼表面出现凸凹不平的补丁甚至漏浆现象。

3 监控量测

通过对铁路隧道和既有公路隧道交叉影响区监控量测数据的分析处理及信息反馈，实现了对铁路隧道施工方案和支护措施的安全性评价及验证，掌握了铁路隧道下穿施工引起既有公路隧道的变形规律及特性，确保了下穿段铁路隧道施工的安全及既有公路隧道内行车安全。

3.1 下穿段铁路隧道监控量测

①监控量测项目包括，洞内状态观察、净空收敛、拱顶下沉。下穿段测量项目见表1。

②监控量测断面为5m一个断面。测线布置按每台阶一条水平测线，两条斜测线。监测频次，隧道每次开挖后进行1次监测，其余按按围岩变形速度确定的监控量测频率进行，见表2。

3.2 下穿段既有公路隧道监控量测

测量项目和测量频次与上述新建铁路隧道相同。监控量测断面布设以交叉位置为中心，两侧分别为0m，1m，3m，7m，12m，20m，左右对称布置，共11个测点，既有盘道岭公路隧道量测断面布置如图3所示。测线布置为每个监测断面设置七个观测点，分别位于拱顶（E）、两侧拱腰（A、B）、两侧边墙（C、D）、路面左中右（F、G、H），既有盘道岭公路隧道测线布置如图4所示。

4 结束语

针对丹大铁路草莓沟2号隧道下穿既有盘道岭公路隧道的下穿跨度大、间距小、岩石破碎等难点，施工时首先采用超前洞身双层大管棚进行预支护与岩体形成双层载拱，有效控制岩体下沉、变形；开挖时采用三台阶法，既保证施工安全的同时，又形成快速封闭成环的稳定状态；同时辅以超前预报、控制爆破、砂浆锚杆、双层钢架超强支护、监控量测等技术手段，保证了下穿隧道的施工安全及既有公路隧道内的行车安全。总结了铁路隧道下穿既有公路隧道施工工艺、施工工序、操作要点以及监控量测方法可为其它类似工程施工所借鉴。

参考文献：

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