溫志成，付建聰，馬占亞

(1. 北京鐵路局計(jì)劃統(tǒng)計(jì)處，北京100860；2. 北京鐵路局石家莊工務(wù)段，河北 石家莊050000)

職業(yè)健康與安全

淺埋暗挖隧道下穿既有重載鐵路安全技術(shù)研究

溫志成1，付建聰2，馬占亞1

(1. 北京鐵路局計(jì)劃統(tǒng)計(jì)處，北京100860；2. 北京鐵路局石家莊工務(wù)段，河北 石家莊050000)

山區(qū)重載鐵路在地形受限、地質(zhì)條件復(fù)雜等不利條件下實(shí)施鐵路平交道口改立交工程，淺埋暗挖隧道不失為一種可行的方式。本文就石太線下安道口改立交工程的實(shí)踐，著重闡述山區(qū)重載鐵路復(fù)雜條件下實(shí)施淺埋暗挖隧道，確保行車和施工安全所采取的方法及技術(shù)措施，對其他類似工程具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

鐵路工程；淺埋暗挖隧道；復(fù)雜條件；安全技術(shù)

1 工程概況

井陘縣下安村位于石太上行線的北側(cè)，村南緊鄰石太上行正線。下安道口位于石太線頭泉站-上安站間K27+688處(為跨越石太上下行正線的無人看守道口，與平交道口連接的道路均利用既有石太鐵路路基)，石太線自下安道口往石家莊方向因避讓山體而上、下行線路分置，進(jìn)入小半徑曲線(曲線半徑R=500m，坡度i=0.6‰)。在石太上行正線有1處孔徑1.5m泄洪拱涵，其上游側(cè)位于兩線與山體圍成的三角形狹窄地塊中間，下游側(cè)緊鄰下安村，并與下安村的主要道路相連。

結(jié)合現(xiàn)場地形地貌，本工程決定選址在石太上行線既有泄洪涵洞處，采用淺埋暗挖隧道方式通過石太上行正線[1]，在實(shí)現(xiàn)平交道口改立交功能的同時(shí)，拆除石太上行側(cè)既有泄洪拱涵，新建隧道兼具泄洪和通行兩大功能。石太下行線相對位置的左側(cè)局部地勢平坦低洼，具備預(yù)制框架橋條件，因此設(shè)計(jì)為頂進(jìn)1-4.0m下穿石太下行線的閉合框架橋。下安道口改立交現(xiàn)場平面布置圖見圖1。

圖1 下安道口改立交現(xiàn)場平面布置圖

2 工程設(shè)計(jì)情況

隧道設(shè)計(jì)中心位置位于石太上行線K27+172處，隧道中心線與既有泄洪拱涵中心線重合，與鐵路中心線交角為60.6°。暗挖隧道長35.5m，穿越石太上行線位置的拱部埋深約為4.6m，施工場地設(shè)于鐵路線路南側(cè)的兩線之間的狹窄空地上。隧道平面布置圖見圖2，單位cm。

新建隧道設(shè)計(jì)采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)形式，初期支護(hù)位C25噴射混凝土、格柵鋼架及鋼筋網(wǎng)組成的綜合防護(hù)體系[2]，隧道二襯混凝土采用C40防水鋼筋混凝土，抗?jié)B指數(shù)不小于P8。隧道初期支護(hù)和二襯之間設(shè)400g/m2無紡布和1.5mm厚EVA防水板。初期支護(hù)厚度0.3cm，二次襯砌拱墻厚度均為0.45m，底板設(shè)置為帶仰拱的結(jié)構(gòu)形式，底板中心處厚度為0.89m。暗挖段及明挖段隧道間各設(shè)置一道變形縫，變形縫防水構(gòu)造為：背貼式橡膠止水帶+中埋式橡膠止水帶+嵌縫膠，變形縫空隙采用填縫料填塞密實(shí)。

圖2 隧道總平面布置圖

3 工程特點(diǎn)和施工難點(diǎn)

本工程除具有一般隧道施作應(yīng)有的特點(diǎn)[3]外，還具有以下特點(diǎn)：

3.1 石太鐵路自身特點(diǎn)

石太線為國家Ⅰ級干線電氣化鐵路，是晉煤外運(yùn)的重要通道，也是我局運(yùn)輸收入的主要來源，因此，保證施工期間的運(yùn)輸生產(chǎn)安全至關(guān)重要。

3.2 工程地質(zhì)特點(diǎn)

受石太線修建當(dāng)時(shí)條件的限制，既有拱涵兩側(cè)填方路基均為開挖山體移挖作填形成，填料為不規(guī)則石塊，粉質(zhì)粘土作為填充，路基結(jié)構(gòu)較為松散。

3.3 工程地形地貌特點(diǎn)和施工難點(diǎn)

工程選址在石太上行側(cè)既有泄洪拱涵處，施工所需材料設(shè)備、隧道開挖后棄渣的臨時(shí)存放、大管棚施作的工作井等均集中在兩線與山體圍成的三角形狹窄地塊中間，且材料設(shè)備等進(jìn)出場均需跨線運(yùn)輸，無論是場地的長度還是寬度，都制約著工程實(shí)施的安全和進(jìn)度。

4 安全和技術(shù)措施

針對本工程特點(diǎn)和難點(diǎn)，經(jīng)認(rèn)真分析比選，決定采取如下安全和技術(shù)措施，以保證施工安全和行車安全。

4.1 “四電”的遷改防護(hù)

路基高填方地段，通信及信號光(電)纜一般位于鐵路兩側(cè)的路肩部位。為防止路基下沉影響光(電)纜正常使用，在隧道施作前，先行將光(電)纜從路肩上的電纜溝臨時(shí)挑出吊掛防護(hù)，挑出長度應(yīng)滿足光(電)纜吊掛要求。光(電)纜吊掛體系各處高度：支架及鋼絲承力索高度應(yīng)控制在行車線鋼軌面以下；需要吊掛的光(電)纜，其高度以不影響線路加固為宜。

位于施工影響范圍內(nèi)(可能受路基下沉影響的范圍)的接觸網(wǎng)支柱、通信漏纜電桿等，通過調(diào)整(或適當(dāng)加密)支柱或電桿的檔距等方式遷移至施工影響范圍之外。光(電)纜吊掛防護(hù)示意圖見圖3。

4.2 路基注漿加固

地質(zhì)勘察資料揭示，新建隧道處路基為修建石太上行線時(shí)開挖山體移挖作填形成，填料為不規(guī)則石塊，粉質(zhì)粘土作為填充。為確保隧道施工時(shí)鐵路路基的穩(wěn)定，隧道施工前，需對隧道開挖輪廓范圍內(nèi)的路基本體進(jìn)行注漿加固處理[4]。

圖3 光(電)纜吊掛防護(hù)示意圖

路基注漿加固范圍為隧道邊墻外各10m范圍，鐵路線路中心兩側(cè)路基寬度范圍，注漿深度宜控制在路基頂面2.0m以下。注漿采用直徑Φ42mm普通無縫鋼花管，采用垂直、輻射狀(外插角控制在8～10°)鉆孔注漿方式。各排導(dǎo)管沿線路方向梅花形布置，間距1.5m。注漿漿液為水泥-水玻璃雙漿液，其體積比為：1∶0.6 ～ 1∶0.8，注漿壓力宜控制在0.5～1.0MPa(可根據(jù)現(xiàn)場情況做適當(dāng)調(diào)整)。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿壓力穩(wěn)步提升至設(shè)計(jì)壓力(保壓10min)且注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)值得80%以上時(shí)，可結(jié)束注漿。路基注漿加固范圍示意圖見圖4，單位cm。

圖4 路基注漿加固范圍示意圖

4.3 路基邊坡防護(hù)

本處路基屬于高填方，路基填高約為7.5m，填料為開挖山體后移挖作填的不規(guī)則石塊，粉質(zhì)粘土作為填充，這種路基填筑模式導(dǎo)致路基自穩(wěn)性較差。其中隧道明挖段和出入口的施工，基坑開挖造成局部路基形成臨空面，一旦坍塌，勢必危及行車安全。

根據(jù)設(shè)計(jì)的隧道明挖段及出入口侵入路基的形狀，結(jié)合隧道位置的地質(zhì)和地形條件，在其外圍靠路基一側(cè)設(shè)置直徑1.25m的人工挖孔樁(按嵌巖樁設(shè)計(jì)，嵌巖深度不小于2.0m)，間距1.6m，樁頂設(shè)置1.0m厚冠梁以增加整體性，進(jìn)行路基防護(hù)和基坑圍護(hù)。其布置圖詳見圖1。

4.4 縱挑橫抬法加固線路

為了防止隧道施作過程中線路下沉影響行車安全，在淺埋暗挖隧道正式開挖前，對位于隧道上方的線路應(yīng)進(jìn)行線路加固。

線路加固采用3-5-3扣軌+縱挑橫抬的工字鋼組成?？圮売娩撥壊捎?0kg/m的舊鋼軌；縱挑梁采用雙置的I45b工字鋼；橫抬梁采用I40b工字鋼，平均間距0.9m；線路加固總長度為30m?？v梁兩端各設(shè)置2根直徑1.25m的人工挖孔樁(單根樁長設(shè)計(jì)為12.0m，按嵌巖樁設(shè)計(jì)；樁頂設(shè)置冠梁以增加整體性)作為硬支點(diǎn)(圖5中枕木垛所示位置)，考慮到運(yùn)輸行車對施工安全的影響，挖孔樁中心距離石太上行線中心設(shè)定為4.0m?？v挑橫抬法線路加固示意圖見圖5，單位cm。

挖孔樁施作前，應(yīng)先進(jìn)行路基注漿，挖孔樁開挖應(yīng)利用維修“天窗點(diǎn)”進(jìn)行，樁孔每次開挖進(jìn)尺控制在1.0m以內(nèi)，并及時(shí)施作鋼筋混凝土護(hù)壁。

4.5 施作超前大管棚

大管棚超前支護(hù)是進(jìn)行淺埋暗挖隧道施工常用的一種預(yù)支護(hù)形式。結(jié)合隧道處的地質(zhì)情況，本工程設(shè)計(jì)超前大管棚作為隧道施作過程中確保行車安全的措施。

超前大管棚呈拱門狀布設(shè)，單根長35.5m，其中定位管3根，為直徑Φ426mm、壁厚14mm鋼管；其他管打設(shè)46根，為直徑Φ325mm、壁厚14mm鋼管，共計(jì)打設(shè)49根，各管之間采用互鎖相聯(lián)。施作完畢應(yīng)及時(shí)進(jìn)行管道注漿，使鋼管與混凝土形成鋼管混凝土梁，以改善隧道開挖時(shí)臨空面管棚鋼管的受力狀況。超前大管棚布置圖見圖6。

圖5 縱挑橫抬法線路加固示意圖

圖6 超前大管棚布置圖

大管棚施做優(yōu)選氣動潛孔錘水平鉆進(jìn)跟管工法，其優(yōu)點(diǎn)為：氣動潛孔錘鉆進(jìn)過程中，對周圍土體有一定擠密作用；鉆頭鉆進(jìn)的同時(shí)大管棚鋼管及時(shí)跟進(jìn)，能有效防止鉆孔坍塌引起的卡鉆、路基下沉等質(zhì)量事故；螺旋鉆桿回轉(zhuǎn)出渣能顯著提高作業(yè)效率。

氣動潛孔錘水平鉆進(jìn)跟管工法原理是：壓縮空氣通過鉆桿進(jìn)入潛孔錘，使?jié)摽族N內(nèi)活塞產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動，對鉆頭產(chǎn)生沖擊作用，實(shí)現(xiàn)沖擊鉆進(jìn)，同時(shí)回轉(zhuǎn)鉆桿出渣。在鉆進(jìn)的同時(shí)頂進(jìn)工作站頂進(jìn)管道，實(shí)現(xiàn)跟管鉆進(jìn)。潛孔錘在孔中實(shí)現(xiàn)沖擊并破碎巖體，破碎下來的巖屑通過螺旋鉆桿排出。氣動潛孔錘水平鉆進(jìn)跟管工法工作流程圖見圖7。

圖7 氣動潛孔錘水平鉆進(jìn)跟管工法工作流程圖

所有管棚鋼管施作完成后，應(yīng)及時(shí)在出露端焊接混凝土灌注管，同時(shí)在對側(cè)安設(shè)排氣管。使用專用壓漿機(jī)向鋼管內(nèi)壓入微膨脹的細(xì)石混凝土，直到排氣孔有穩(wěn)定的漿液流出，封堵排氣孔并穩(wěn)壓10min后結(jié)束注漿。

4.6 既有泄洪拱涵拆除

石太上行線K27+172處既有孔徑1.5m泄洪拱涵，該涵拱部為厚度0.5m的混凝土拱圈，邊墻及基礎(chǔ)為厚度0.5～1.5m不等的漿砌料石。本次設(shè)計(jì)淺埋暗挖隧道中線與涵洞中線重合，隧道開挖必須同時(shí)拆除既有拱涵。

因既有拱涵有較小的孔徑，開挖斷面較大(總寬6.0m，總高7.34m)，上臺階開挖施工時(shí)，保留既有泄洪拱涵作為上臺階初期支護(hù)時(shí)的預(yù)留核心土使用。下臺階開挖時(shí)，再利用帶破碎錘的小型挖掘機(jī)械予以分段拆除。上臺階預(yù)留核心土示意圖見圖8。

圖8 上臺階預(yù)留核心土示意圖

4.7 既有線施工防護(hù)

落實(shí)既有線施工安全措施，首先必須做好既有線施工安全防護(hù)工作。

對于跨線運(yùn)送施工機(jī)具、物料等作業(yè)，應(yīng)在距離作業(yè)地點(diǎn)兩端500～1 000m處列車運(yùn)行方向左側(cè)路肩設(shè)置作業(yè)標(biāo)。施工前必須在臨近車站的行車室設(shè)置駐站聯(lián)絡(luò)員，以便辦理施工登記手續(xù)，向施工負(fù)責(zé)人傳達(dá)調(diào)度命令；及時(shí)掌握列車運(yùn)行信息，將信息及時(shí)傳遞給現(xiàn)場防護(hù)員。施工現(xiàn)場防護(hù)員在接到車站傳來的信息后，應(yīng)及時(shí)通知施工負(fù)責(zé)人組織現(xiàn)場作業(yè)人員停止作業(yè)、下道避車。

對于路基注漿、線路加固等需要列車慢行(速度45km/h以下)的施工，除按上述方式設(shè)置駐站聯(lián)絡(luò)員外，還應(yīng)按下圖所示設(shè)置現(xiàn)場防護(hù)。其中，施工地點(diǎn)兩側(cè)各20m設(shè)置現(xiàn)場防護(hù)員，距離施工地點(diǎn)兩側(cè)各800m設(shè)置顯示停車手信號的防護(hù)人員(白天紅旗、晚上紅燈，以便出現(xiàn)緊急情況時(shí)及時(shí)攔停列車)。單線區(qū)間施工防護(hù)設(shè)立示意圖見圖 9，單位m。圖中A根據(jù)線路速度等級，石太線按1400m設(shè)置。

圖9 單線區(qū)間施工防護(hù)設(shè)立示意圖

無論采用何種防護(hù)形式，駐站聯(lián)絡(luò)員、現(xiàn)場防護(hù)員和顯示停車手信號的防護(hù)人員之間必須有可靠的通訊聯(lián)系(一般為大功率手持機(jī)等通訊設(shè)備)。一旦聯(lián)系中斷，應(yīng)立即通知施工負(fù)責(zé)人停止施工，恢復(fù)鐵路線路到準(zhǔn)許放行列車的條件[5]。

4.8 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測是淺埋暗挖隧道施作中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。本工程除了一般隧道開挖時(shí)必須量測的常規(guī)項(xiàng)目，如隧道凈空收斂、拱頂下沉、地面下沉、隧道底部隆起等項(xiàng)目外，監(jiān)控重點(diǎn)為路基及軌道結(jié)構(gòu)的狀態(tài)變化。

測點(diǎn)在路基兩側(cè)與軌道上、下股鋼軌軌底處均勻布置，監(jiān)測范圍為隧道兩側(cè)各15m?，F(xiàn)場通過精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，測量頻率為每開挖一次安排一次測量。測點(diǎn)布置示意圖見圖10。

圖10 測點(diǎn)布置示意圖

本工程采取了路基注漿加固、隧道開挖前大管棚支護(hù)、3-5-3扣軌+帶硬支點(diǎn)的縱挑橫抬加固線路等諸多確保行車安全的措施，行車安全得到了有效保證?，F(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果顯示，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)行《鐵路線路修理規(guī)則》[6]相關(guān)要求。

5 結(jié)語

目前，石太線下安平交道口改立交工程已按計(jì)劃實(shí)施完成，順利實(shí)現(xiàn)了立交通行的功能，工程取得了預(yù)期效果。

縱觀整個(gè)工程實(shí)施全過程，設(shè)計(jì)方案階段就應(yīng)該做好安全超前預(yù)想，樹立“安全第一”的理念，并把這個(gè)理念貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)、施工的方方面面，環(huán)環(huán)相扣，不留死角。在本工程中，路基注漿解決了路基結(jié)構(gòu)物填料松散的問題；超前大管棚解決了暗挖隧道開挖時(shí)的超前支護(hù)問題；3-5-3扣軌+縱挑橫抬加固線路(加硬支點(diǎn))解決了鐵路線路局部不均勻下沉的問題；監(jiān)控量測又對以上三項(xiàng)措施的實(shí)施效果進(jìn)行了充分驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，“四電”的遷改防護(hù)措施及既有涵拆除均按既定方案執(zhí)行，施工安全防護(hù)為確保施工期間的人身安全提供了有力的支持。

在地形受限、地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)重載鐵路復(fù)雜條件下，實(shí)施平交道口改立交的工程，在充分考慮行車安全的前提下，淺埋暗挖隧道是比較好的實(shí)現(xiàn)立交方式之一，但由于其對行車安全的要求較高，一定程度上推高了工程造價(jià)。目前，未實(shí)施平交道口改立交通行的處所大多集中在條件非常復(fù)雜的區(qū)域，如何選擇既能保證行車安全又能降低工程造價(jià)的立交實(shí)現(xiàn)方式，如何權(quán)衡安全和造價(jià)，是下一步需要重點(diǎn)研究的方向。

[1] 王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].合肥：安徽教育出版社,2004.

[2] 崔玖江.隧道與地下工程修建技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社.2005.

[3] 劉永浩.談淺埋暗挖隧道施工技術(shù)[J].山西建筑，2013，39(2):192-195.

[4] 周劉剛,王海祥.淺埋暗挖地鐵車站管棚加交叉小導(dǎo)管超前注漿預(yù)加固施工技術(shù)[J].鐵道勘察，2007，4:94-96.

[5] 中國鐵路總公司.鐵路技術(shù)管理規(guī)程(普速鐵路部分)[S].北京:中國鐵道出版社.2014.

[6] 鐵道部.鐵路線路修理規(guī)則[S].北京:中國鐵道出版社.2010.

Safety Technique Research on Shallow Excavation Tunnel Beneath the Existing Heavy Duty Railway

WEN Zhicheng1，F(xiàn)U Jiancong2， MA Zhanya1

(1.PlanningandStatisticsDepartmentofBeijingRailwayBureau,Beijing100860,China；2.ShijiazhuangPublicWorksSectionofBeijingRailwayBureau,Shijiazhuang050000,China)

Shallow tunnel excavation is a feasible way for heavy duty railway construction in mountain area with limited topography and complex geological conditions.Taking the XiaAn level of Shijiazhuang-Taiyuan railway project as a case, the shallow tunnel excavation method in mountain area is clarified in this article. Several measures are proposed to ensure traffic safety and construction safety.It has certain reference and guiding significance for other similar projects.

railway engineering； shallow tunnel excavation； complex conditions； safety technology

2016-09-21；

2016-09-26

溫志成(1971—)，男，山西壽陽人，高級工程師，長期從事鐵路建設(shè)項(xiàng)目更新改造工程及其相關(guān)的安全工作。

2095-1671(2016)05-0245-06

U215.8

B