论文部分内容阅读
【摘 要】目前市政管线工程过铁路施工较多，如何既能保证市政管线工程建设需要，又能确保铁路行车运营安全是急需妥善解决的问题。该类施工由于受到高速公路及各项地质因素的影响，施工工艺较为特殊。在实际施工中还需要施工人员全面把握各项施工条件，探索出适合于具体情况的施工方式，保障施工质量。本文主要介绍浅埋暗挖法穿越铁路隧道施工在穿越高速公路中的应用。
【关键词】铁路隧道；浅埋暗挖法；穿越高速公路；应用
引言
铁路建设工程的规模及数量在不断提高，而施工情况也较为复杂，会出现公路与铁路工程相交的情况。在一般的情况下，施工单位会选择公路上跨或下穿铁路的方式进行施工，但是由于隧道的施工情况受到各种因素的影响，施工形式会有所不同。由此在实际的施工中，要结合铁路隧道的情况，选择科学合理的施工技术。
1、暗挖法施工技术
1.1、超前支护
在一般的隧道施工会于洞口处设置大管棚，少数情况下，施工单位会在洞内设置小导管，从而代替大管棚。由于浅埋的各项因素限制，该隧道的建设中选择了超前管棚方案。超前大管棚和钢拱架共同组合后，构成棚架，能够防止隧道拱部出现坍塌情况。在隧道下穿高速公路段的拱部设置II级Φ（159），长度18m的大管棚，管棚设置的密度为每米3根，搭接长度3m。管棚施工过程中需要将钻孔外插角控制在2°左右，避免因隧道覆盖层厚度较小而穿顶。在设置大管棚的过程中需要在其两个钢管之间设置Φ（42）的超前小导管，强化支护力度，再实施注浆，加固地层。
1.2、开挖过程
其上导坑在进行开挖时，循环的进度保持在1榀钢架间距0.15m左右，下部在开挖时，需要结合上导开挖拱架的间距实施控制措施，保障施工的安全性。在仰拱开挖前，需要进行监控测量、考察地质情况等，以便确认一次开挖长度，一般为3m以内。在拆除中间支护系统时，如果围岩的变形能够保持在设计允许的范围，经过严格测考察确认拆除较为安全后，才能实施拆除，并同步配合后续作业。如果围岩的稳定性达到了相关的设计标准，可以在仰拱混凝土浇筑前将临时支撑一次性拆除，结合仰拱浇筑的长度决定一次拆除的长度，一般情况下2m左右。拆除中隔壁混凝土的过程中，应使用风镐按照由上至下的顺序，将各个钢支撑之间的喷射混凝土逐个拆除，包括临时支护过程中附着于钢架的喷射混凝以及初期支护结构连接部位的喷射混凝土。对于临时钢构件可以利用气焊的方式将其烧断，整个过程应避免干扰到对初期支护系统。
1.3、初期支护
初期支护所使用的构件包括工字钢架支撑、喷射混凝土、钢筋网、系统锚杆等，其能够组成复合式初期支护系统。其中边墙使用4m砂浆锚秆，内径为22mm。拱架之间的距离为50cm。钢筋网的规格为Φ（8），其间距为20cm×20cm，混凝土的厚度应保持在30m。为了提高初期支护体系的支撑强度，保障施工的安全性，该段支护参数在设置时需要高于其它隧道同等级围岩的参数。在设置支垫时，拱部钢架应使用纵向托梁II级Φ（32）槽钢，可以有效扩大钢架底脚外力的受力面积，并使用锁脚锚管固定钢架的两个地脚，避免两底脚回收，或者钢架下沉。另外还可以在仰拱施工之前设置临时仰拱，防止初期支护系统变形。
2、施工工艺研究
2.1浅埋暗挖引起高速公路路面沉降的原因分析研究
当在路堤中开挖隧道时，在路堤内形成临空面，对隧道周围土体的扰动，此时地层中的应力应变将发生变化，其变化情况在隧道四周表现得最为明显；（2）隧道跨度对路面的影响，隧道跨度越大，在覆盖厚度一定的情况下，覆跨比越小，支护难度越大。其竖向位移量也越大；（3）预支护和初期支护强度对地表下沉的影响：隧道开挖后形成临空面，破坏原有应力平衡状态，应力进行重分布，变形增大，产生位移，扩展到地表，引起地表下沉，所以预支护和初期支护的刚度与强度对地表下沉的影响很大；（4）施工方法与施工质量对地表下沉的影响：施工质量引起地表下沉是不言而喻的。而施工方法的不同。同样也会造成不同的地表沉降。这主要是施工方法与施工步骤对围岩的约束能力和机理是不一样的，最后选用了CRD工法。
2.2控制沉降措施的研究
（1）在隧道拱部采用大管棚、小管棚注浆加固超前预支护；（2）在隧道边墙采用中空式注浆锚杆格栅钢筋网喷射混凝土等初期支护措施，约束隧道洞周土体的变形位移；（3）洞口段采用明挖暗做及在路基边坡上打中空注浆锚杆、挂网、喷射混凝土等措施加固路堤边坡；（4）选择合理的计算模型进行计算与设计；（5）选择合理的施工方法CRD工法，进行施工。
2.3设计与计算方法研究
（1）断面形式采用马蹄形，用应变硬化型；（4）屈服准则采用摩尔-库伦屈服准则。
2.4关键施工方法与工艺的研究
（1）暗挖隧道采用CRD工法；（2）水平大管棚施工工艺研究；（3）中空式注浆锚杆施工工艺研究；（4）注浆工艺的研究；（5）喷射混凝土施工工艺的研究；（6）防水层施工工艺的研究。
2.5监测技术的运用
通过施工全过程的跟踪监测，反馈于设计、施工，建立了一套严密的监控量测反馈体系，掌握了软弱围岩条件下进行浅埋暗挖施工阶段地层和支护结构的变位、应力大小及其分布规律。
3、工程实例分析
本工程采用超浅埋暗挖的方法从高速公路路堤中穿越，高速公路路堤高13～18m，路面至隧道顶的覆土厚度为1.8～3.5m。暗挖隧道起止里程为K134+590～K134+640，隧道长50m，隧道最大开挖跨度7.124m，开挖高度9.649m，采用复合型支护结构，初期支护为厚25cm网喷混凝土，二次支护为厚40cm钢筋混凝土。
由于隧道埋深浅跨度大，在断面设计时尽量使断面受力均匀，经过几种方案比选，该隧道断面采用结构圆顺的马蹄形结构形式。 （1）施工方法及施工顺序。要求每一步开挖尽量一次性完成，一次性封闭成环，减少施工对周边土体的扰动次数；另外，无论哪种原因致使短暂的停工，工作面必须进行网喷混凝土封闭。
（2）监测。本工程地表为高速公路，增加了地表沉降槽测点且布置在同一断面上，将各种监测数据汇总，正确判断围岩的稳定，指导工作面通过时间及顺序安全施工。
3.2计算任务
主要计算隧道施工过程中，围岩与初衬的力学状态，如：土体的应力情况、变形情况、地面的沉降情况、支护受力和变形情况等。针对隧道施工过程中的各个工序，进行有限元模拟计算分析，对围岩的稳定性和支护参数做出评价，为施工提供力学依据。根据不同的荷载组合对隧道进行横向的受力计算，确定隧道的结构设计参数。计算在各种荷载组合下的结构内力，并按破坏阶段检算隧道结构的截面强度、刚度和稳定性等。
3.3控制沉降的措施研究
隧道开挖后引起的周围土层力学形态的变化是一个很复杂的物理力学过程，监测所得位移及应力的变化趋势，能有效反应隧道施工过程中，围岩的状态变化。为了控制位移，进而控制地表下沉量，就要针对影响其沉降的主要因素制定相对应的措施。
（1）尽量减少对隧道周围土体的扰动
为了使隧道开挖时减少对洞周土体的扰动，就要尽量使土体保持原来的平衡状态，为此开挖前，在隧道拱部周边（150°范围内）先用长管棚进行预支护，管棚间距30cm，再加上小导管注浆，使隧道拱部固结。
（2）施工工艺及方法
隧道施工采用人工开挖，CRD工法分4步开挖，各部分拱架由隔离及临时仰拱及时封闭成环，初期支护体系由初期喷混凝土+钢支撑（拱架、中隔墙，临时仰拱）+纵向联结筋+锁脚锚杆+钢筋网+复喷混凝
土组成。由于初期支护较强，二次模筑又是厚40cm的钢筋混凝土形成了较强支护体系，经过检算足以约束和抵抗土体的变形和位移。
总之，浅埋暗挖法穿越铁路隧道的施工技术，不但使地面变形在如此复杂的条件下得以有效控制，确保了线路的稳定与安全，而且该结构在超浅埋的情况下还通过了铁路提速改造的成功检验。因此我们可以说，在软弱地层下，合理运用超前小导管预加固技术，结合台阶法开挖土层，严密地表监测线路沉降等浅埋暗挖具体施工工法，是市政管线通过铁路隧道的有利措施。
4、参考文献：
[1]夏明耀，曾进伦.地下结构设计施工手册.2011
[2]张渊，魏放，田新明.浅埋暗挖法施工工艺在铁路隧道穿越高速公路中的应用.2012
[3]郭辉.浅埋暗挖法在城市道路立交桥隧道工程中的运用.2011
[4]张鹏，谭忠盛.浅埋隧道下穿公路引起的路面沉降控制基准[J].北京交通大学学报，2010
【关键词】铁路隧道；浅埋暗挖法；穿越高速公路；应用
引言
铁路建设工程的规模及数量在不断提高，而施工情况也较为复杂，会出现公路与铁路工程相交的情况。在一般的情况下，施工单位会选择公路上跨或下穿铁路的方式进行施工，但是由于隧道的施工情况受到各种因素的影响，施工形式会有所不同。由此在实际的施工中，要结合铁路隧道的情况，选择科学合理的施工技术。
1、暗挖法施工技术
1.1、超前支护
在一般的隧道施工会于洞口处设置大管棚，少数情况下，施工单位会在洞内设置小导管，从而代替大管棚。由于浅埋的各项因素限制，该隧道的建设中选择了超前管棚方案。超前大管棚和钢拱架共同组合后，构成棚架，能够防止隧道拱部出现坍塌情况。在隧道下穿高速公路段的拱部设置II级Φ（159），长度18m的大管棚，管棚设置的密度为每米3根，搭接长度3m。管棚施工过程中需要将钻孔外插角控制在2°左右，避免因隧道覆盖层厚度较小而穿顶。在设置大管棚的过程中需要在其两个钢管之间设置Φ（42）的超前小导管，强化支护力度，再实施注浆，加固地层。
1.2、开挖过程
其上导坑在进行开挖时，循环的进度保持在1榀钢架间距0.15m左右，下部在开挖时，需要结合上导开挖拱架的间距实施控制措施，保障施工的安全性。在仰拱开挖前，需要进行监控测量、考察地质情况等，以便确认一次开挖长度，一般为3m以内。在拆除中间支护系统时，如果围岩的变形能够保持在设计允许的范围，经过严格测考察确认拆除较为安全后，才能实施拆除，并同步配合后续作业。如果围岩的稳定性达到了相关的设计标准，可以在仰拱混凝土浇筑前将临时支撑一次性拆除，结合仰拱浇筑的长度决定一次拆除的长度，一般情况下2m左右。拆除中隔壁混凝土的过程中，应使用风镐按照由上至下的顺序，将各个钢支撑之间的喷射混凝土逐个拆除，包括临时支护过程中附着于钢架的喷射混凝以及初期支护结构连接部位的喷射混凝土。对于临时钢构件可以利用气焊的方式将其烧断，整个过程应避免干扰到对初期支护系统。
1.3、初期支护
初期支护所使用的构件包括工字钢架支撑、喷射混凝土、钢筋网、系统锚杆等，其能够组成复合式初期支护系统。其中边墙使用4m砂浆锚秆，内径为22mm。拱架之间的距离为50cm。钢筋网的规格为Φ（8），其间距为20cm×20cm，混凝土的厚度应保持在30m。为了提高初期支护体系的支撑强度，保障施工的安全性，该段支护参数在设置时需要高于其它隧道同等级围岩的参数。在设置支垫时，拱部钢架应使用纵向托梁II级Φ（32）槽钢，可以有效扩大钢架底脚外力的受力面积，并使用锁脚锚管固定钢架的两个地脚，避免两底脚回收，或者钢架下沉。另外还可以在仰拱施工之前设置临时仰拱，防止初期支护系统变形。
2、施工工艺研究
2.1浅埋暗挖引起高速公路路面沉降的原因分析研究
当在路堤中开挖隧道时，在路堤内形成临空面，对隧道周围土体的扰动，此时地层中的应力应变将发生变化，其变化情况在隧道四周表现得最为明显；（2）隧道跨度对路面的影响，隧道跨度越大，在覆盖厚度一定的情况下，覆跨比越小，支护难度越大。其竖向位移量也越大；（3）预支护和初期支护强度对地表下沉的影响：隧道开挖后形成临空面，破坏原有应力平衡状态，应力进行重分布，变形增大，产生位移，扩展到地表，引起地表下沉，所以预支护和初期支护的刚度与强度对地表下沉的影响很大；（4）施工方法与施工质量对地表下沉的影响：施工质量引起地表下沉是不言而喻的。而施工方法的不同。同样也会造成不同的地表沉降。这主要是施工方法与施工步骤对围岩的约束能力和机理是不一样的，最后选用了CRD工法。
2.2控制沉降措施的研究
（1）在隧道拱部采用大管棚、小管棚注浆加固超前预支护；（2）在隧道边墙采用中空式注浆锚杆格栅钢筋网喷射混凝土等初期支护措施，约束隧道洞周土体的变形位移；（3）洞口段采用明挖暗做及在路基边坡上打中空注浆锚杆、挂网、喷射混凝土等措施加固路堤边坡；（4）选择合理的计算模型进行计算与设计；（5）选择合理的施工方法CRD工法，进行施工。
2.3设计与计算方法研究
（1）断面形式采用马蹄形，用应变硬化型；（4）屈服准则采用摩尔-库伦屈服准则。
2.4关键施工方法与工艺的研究
（1）暗挖隧道采用CRD工法；（2）水平大管棚施工工艺研究；（3）中空式注浆锚杆施工工艺研究；（4）注浆工艺的研究；（5）喷射混凝土施工工艺的研究；（6）防水层施工工艺的研究。
2.5监测技术的运用
通过施工全过程的跟踪监测，反馈于设计、施工，建立了一套严密的监控量测反馈体系，掌握了软弱围岩条件下进行浅埋暗挖施工阶段地层和支护结构的变位、应力大小及其分布规律。
3、工程实例分析
本工程采用超浅埋暗挖的方法从高速公路路堤中穿越，高速公路路堤高13～18m，路面至隧道顶的覆土厚度为1.8～3.5m。暗挖隧道起止里程为K134+590～K134+640，隧道长50m，隧道最大开挖跨度7.124m，开挖高度9.649m，采用复合型支护结构，初期支护为厚25cm网喷混凝土，二次支护为厚40cm钢筋混凝土。
由于隧道埋深浅跨度大，在断面设计时尽量使断面受力均匀，经过几种方案比选，该隧道断面采用结构圆顺的马蹄形结构形式。 （1）施工方法及施工顺序。要求每一步开挖尽量一次性完成，一次性封闭成环，减少施工对周边土体的扰动次数；另外，无论哪种原因致使短暂的停工，工作面必须进行网喷混凝土封闭。
（2）监测。本工程地表为高速公路，增加了地表沉降槽测点且布置在同一断面上，将各种监测数据汇总，正确判断围岩的稳定，指导工作面通过时间及顺序安全施工。
3.2计算任务
主要计算隧道施工过程中，围岩与初衬的力学状态，如：土体的应力情况、变形情况、地面的沉降情况、支护受力和变形情况等。针对隧道施工过程中的各个工序，进行有限元模拟计算分析，对围岩的稳定性和支护参数做出评价，为施工提供力学依据。根据不同的荷载组合对隧道进行横向的受力计算，确定隧道的结构设计参数。计算在各种荷载组合下的结构内力，并按破坏阶段检算隧道结构的截面强度、刚度和稳定性等。
3.3控制沉降的措施研究
隧道开挖后引起的周围土层力学形态的变化是一个很复杂的物理力学过程，监测所得位移及应力的变化趋势，能有效反应隧道施工过程中，围岩的状态变化。为了控制位移，进而控制地表下沉量，就要针对影响其沉降的主要因素制定相对应的措施。
（1）尽量减少对隧道周围土体的扰动
为了使隧道开挖时减少对洞周土体的扰动，就要尽量使土体保持原来的平衡状态，为此开挖前，在隧道拱部周边（150°范围内）先用长管棚进行预支护，管棚间距30cm，再加上小导管注浆，使隧道拱部固结。
（2）施工工艺及方法
隧道施工采用人工开挖，CRD工法分4步开挖，各部分拱架由隔离及临时仰拱及时封闭成环，初期支护体系由初期喷混凝土+钢支撑（拱架、中隔墙，临时仰拱）+纵向联结筋+锁脚锚杆+钢筋网+复喷混凝
土组成。由于初期支护较强，二次模筑又是厚40cm的钢筋混凝土形成了较强支护体系，经过检算足以约束和抵抗土体的变形和位移。
总之，浅埋暗挖法穿越铁路隧道的施工技术，不但使地面变形在如此复杂的条件下得以有效控制，确保了线路的稳定与安全，而且该结构在超浅埋的情况下还通过了铁路提速改造的成功检验。因此我们可以说，在软弱地层下，合理运用超前小导管预加固技术，结合台阶法开挖土层，严密地表监测线路沉降等浅埋暗挖具体施工工法，是市政管线通过铁路隧道的有利措施。
4、参考文献：
[1]夏明耀，曾进伦.地下结构设计施工手册.2011
[2]张渊，魏放，田新明.浅埋暗挖法施工工艺在铁路隧道穿越高速公路中的应用.2012
[3]郭辉.浅埋暗挖法在城市道路立交桥隧道工程中的运用.2011
[4]张鹏，谭忠盛.浅埋隧道下穿公路引起的路面沉降控制基准[J].北京交通大学学报，2010