济青高速铁路有限公司 山东 济南 250000
摘要：新建龙烟铁路是经国家发改委批复的重点工程和高风险控制工程，下穿荣乌高速公路，施工难度大、风险高。文章结合龙烟铁路施工实例简单介绍铁路隧道下穿高速公路的施工技术研究。
关键词：铁路；隧道；高速公路；施工技术
1、龙烟铁路项目概述
新建龙烟铁路是经国家发改委批复，铁路总公司和山东省合资建设的国家干线铁路，西起大莱龙铁路的龙口西站，东至蓝烟铁路的珠玑站，线路全长123.38公里。全线共建隧道6座，其中东吴家隧道位于烟台市开发区东吴家村附近，隧道里程DK96+883～DK100+100。隧道全长3217m，其中Ⅲ级围岩484m，Ⅳ级围岩1758m，Ⅴ级围岩985m。隧道在DK99+805处下穿绕城高速，线路与高速公路交角约为41度，该处路基填方高约6m，在路基坡脚处埋深最浅约为5.1m，隧道顶至高速公路路面距离12.26m。龙烟铁路建设周期为3年，为确保工期，东吴家隧道开挖采用双口加斜井辅助掘进。
2、隧道开挖技术研究
2.1确定开挖方法：东吴家隧道DK99+780～DK99+830段在DK99+805处下穿荣乌高速公路。由隧道出口向小里程方向掘进，隧道原设计采用CRD法（交叉中隔壁法）施工，采用的主要原因是CRD施工方法对控制沉降非常有效。但因东吴家隧道为单线隧道，隧道宽度有限，采用CRD法施工步骤较多，初期支护成环速度较慢，还不利于机械化作业，施工进度较慢，若采用爆破开挖，还难以保留临时中隔壁不受损。
2.2开挖工序及要求：上台阶每循环进尺均不大于1榀钢架间距(即0.6m),下台阶每循环进尺不大于2榀钢架间距(即1.2m)。上台阶高度4.5m，长度3m，下台阶高度5m，长度2m。上台阶开挖完成后立即施作拱部支护，先喷射4cm厚混凝土后，施工系统锚杆（拱部120度范围内为中空注浆锚杆，其余为砂浆锚杆），挂钢筋网。喷射混凝土至设计厚度,增设上台阶临时仰拱。下台阶采用双侧交错开挖，严禁两侧初支结构同时悬空或单侧悬空距离过长，边墙挖至设计高程后必须及时安装钢架并喷射混凝土。仰拱及填充、二次衬砌紧跟施工，保证仰拱距离下台阶掌子面不超过10m，仰拱一次施工长度不得超过3m。二衬紧跟施作，当二衬混凝土强度达到设计要求，方可开通上方车道。
2.3初期支护工序及要求：
⑴初期支护工序：施工顺序初喷C25砼→系统锚杆→钢筋网→钢拱架（含纵向连接筋）→超前小导管施工→喷射混凝土
⑵系统锚杆：系统锚杆在拱顶120度范围内设置φ22组合中空锚杆，锚杆长度3.0m，间距（环向×纵向）；边墙采用φ22全螺纹砂浆锚杆，长度为3.5m，间距（环向×纵向）。所有系统锚杆均设置钢垫板，垫板尺寸。
⑶钢筋网：钢筋网采用φ8钢筋网片，网格尺寸，钢筋网片在钢筋加工场集中进行加工，运输车运至施工现场进行安装。钢筋网安装施工在锚杆施作后进行，待开挖面初喷2～4cm砼后进行，并紧挨隧道围岩凹凸面起伏敷设，钢筋网与锚杆连接牢固。
⑷钢拱架：采用I20b工字钢钢拱架，拱架平面垂直于隧道中线，倾斜度不大于2度，拱架的任何部位偏离铅垂面不大于5cm。拱架与锚杆尾部焊接在一起，拱架间设置φ22纵向连接筋，施工时注意仰拱底部拱架与拱墙钢架间的连接。拱架与围岩间隙用喷砼喷填，间隙过大时用砼楔块顶紧，钢架安装完毕立即进行喷射混凝土施工。钢拱架间距60cm。各拱架拱间设置φ22纵向连接筋，各开挖分部拱架拱脚以上50cm处斜下45度打设锁脚锚管φ42，长度3.5m，采用U型钢筋与拱架连接处每侧拱脚各打设一对。
⑸超前小导管施工：在拱部120度范围内打设超前小导管，配合钢架使用。
①超前小导管规格：⑴热轧无缝钢管，单根长3.5m，外径42mm，壁厚3.5mm⑵间距：环向间距为40cm，纵向相邻两排的间距1.6m；⑶外插角：钢管外插角10°～15°；⑷注浆材料：采用0.6～1.0（水灰比）的水泥浆，注浆压力为1.0～2.0Mpa；
⑸钢管采用φ42mm热轧无缝钢管制作，在前部钻注浆孔，孔径10mm，孔间距20cm，呈梅花形布置，尾部预留1m不钻孔的止浆段。为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端宜做成尖锥状，尾部焊上箍筋。
②注浆：小导管注浆采用水泥浆液，其施工配合比为0.5:1.0(重量比)，根据隧道内围岩情况，注浆时取压力为1.0～2.0Mpa。注浆采用专用注浆泵,为加快注浆速度和发挥设备效率，可采用群管注浆(每次3～5根)。注浆时遵循从下到上，从无水至有水，从稀到浓，注浆量先大后小，注浆压力由小到大的原则进行。
⑹喷射混凝土：拱架安装完成后，立即进行喷混，C25喷射混凝土的喷射采用湿喷工艺，开挖完成后清除开挖面的浮石和墙角处的岩碴、堆积物等，埋设控制混凝土厚度标志。
⑺仰拱及仰拱回填：仰拱开挖根据测量放线，采用挖掘机开挖，开挖过程中严格控制开挖成型，严禁欠挖，超挖部分用同级砼填补，基底虚碴、杂物清除干净，无积水。仰拱为C35钢筋混凝土，主筋为Φ20钢筋，钢筋纵向间距为25cm，钢筋层间距为31.4cm，纵向分布筋为φ10钢筋，环向间距为为25m，勾筋为φ8钢筋,仰拱钢筋在现场按图纸尺寸加工，现场绑扎。为保证拱墙混凝土与仰拱钢筋的连接，施工仰拱钢筋时钢筋深入拱墙1.5m，相邻钢筋接头错开1m。确保同一截面钢筋接头不超过50%。
3、防排水技术研究
3.1隧道防排水结构：隧道结构防水采用铺设土工防水布加EVA防水板，纵向施工缝设置中埋式橡胶止水带、混凝土界面剂，环向施工缝设置中埋式止水条、橡胶止水条。全隧道防水板背后设置环向外包土工布的Φ50透水盲管，纵向间距5-10m。防水板两侧下端墙脚处设置两道纵向外包土工布的Φ80透水盲管，每段纵向盲管中间设Φ50PVC管泄水孔一处，将水引至隧道侧沟，纵向间距10m。纵向盲管、环向盲管单独引入侧沟，实现独立排水。纵向排水盲管安装时用防水板将纵向排水管反裹一半，防止混凝土进入纵向排水管中，同时便于排水。
3.2土工布铺设：土工布铺设采用作业台架铺设，先在隧道拱顶部位标出纵向中线，并根据基面凹凸情况留出预留量，由拱部向两边铺设。用射钉将热塑性垫圈和缓冲层平顺的固定在基面上，拱部固定点间距为0.5～0.7m，边墙为1.0～1.2m,底部1.0～1.5m，梅花型布置，基面凹凸较大处加设固定点。接缝搭接宽度不小于5cm。避免出现纵缝，不可避免时要确保上部用下部缓冲层压紧，使缓冲层与基面密贴，缓冲层要平顺、无隆起、无褶皱。
3.3防水板铺设：防水板铺设采用作业台架从拱部向两侧边墙悬挂进行，防水板的固定采用电热压焊机热熔缓冲层热塑性垫圈，使防水板与热熔性垫圈熔化粘结为一体。防水板纵向搭接宽度不小于15cm，防水板的接缝与衬砌接缝错开1.0～2.0m。防水板铺设时预留部分富余量，防止二衬混凝土施工时将防水板挣裂。施工中使用作业台架，台架长6.0m。铺设长度超前二组衬砌作业长度为6m。
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3.4止水带的施工：在隧道二次衬砌砼施工缝、变形缝处设置止水带，施工时用钢筋夹固定止水带，防止砼浇注过程中移位。在大面积淋水或地下水流量大的地段，环向盲管加密。通过排水管将水引入墙脚纵向排水管排出洞外，以达到“排水通畅，衬砌表面干燥无水”的要求。
4、二次衬砌技术研究
4.1隧道二次衬砌技术要求：在围岩和初期支护变形基本稳定后进行二次衬砌，施作时间符合规范要求。隧道下穿高速公路段二次衬砌采用C35抗渗钢筋混凝土，抗渗等级不小于P12,提高衬砌结构的自防水能力和结构的耐久性。
4.2施工顺序：测量放线→喷砼表面处理→排水盲管安装→挂防水板→钢筋安装→台车就位→去污、刷脱模剂→调整并锁定→预埋件安装→立堵头、安装止水带→泵送砼入模、捣固→脱模→养护。
4.3施工方法：
⑴钢筋加工安装：二衬钢筋主筋为Φ20钢筋，钢筋纵向间距为25cm，钢筋层间距为31.4cm，纵向分布筋为φ10钢筋，环向间距为为25m，勾筋为φ8钢筋。
钢筋加工的形状、尺寸必须符合设计要求，钢筋的表面洁净，无损伤、油渍、漆污和铁锈等，使用前清除干净。钢筋平直，无局部曲折。在调直机上调直后，表面无明显擦伤，抗拉强度不得低于设计要求。
箍筋的末端应作弯勾，弯勾形式应符合设计要求。钢筋末端作弯勾，其圆弧直径R不应小于钢筋直径d的3.5倍，平直部分长度不宜小于钢筋直径d的3倍。
钢筋的连接采用接驳器连接，接驳器质量满足设计及规范要求。
安装钢筋时，按设计尺寸安装钢筋，钢筋的净保护层厚度不小于5cm。
⑵测量放线，模板台车行走定位。
⑶砼入模：砼在拌和站拌和，混凝土罐车运输混凝土，输送泵泵送入模。砼自模板窗口灌入，应由下向上，对称分层，倾落自由高度不超过2.0m。在砼浇筑过程中，观察模板、支架、钢筋、预埋件和预留孔洞的情况，当发现有变形、移位时，应及时采取加固措施。施工中如发现泵送砼坍落度不足时，不得擅自加水，应当在技术人员的指导下用追加减水剂的方法解决。混凝土浇筑应连续进行，当因故间歇时，其间歇时间应小于前层混凝土的初凝时间或能重塑的时间。当超过允许间歇时间时，按接缝处理，衬砌砼接缝处必须进行凿毛处理。混凝土浇筑分层厚度（指捣实后厚度）宜为振捣器作用部分长度的1.25倍，但最大摊铺厚度不宜大于600mm。在新浇筑完成的下层混凝土上再浇筑新混凝土时，应在下层混凝土初凝或能重塑前浇筑完成上层混凝土。
⑷砼振捣：在模板台车上开工作窗，内侧面安设附着式振捣器，浇注过程中利用插入式振捣器和附着振捣器及输送泵压力使砼密实。
⑸砼脱模及养护：砼强度达到5MPa时进行拆模，拆模后用水喷淋混凝土表面，降低水化热，脱模后砼表面采用洒水养护，养护期≮14天。
⑹灌注砼时严格按规范操作，砼灌注由下至上分层、左右交替、对称灌注，两侧砼面底高差控制在50cm以内。特别是封顶砼，从内向端模方向灌注，排除空气，保证拱顶灌注密实。拱顶部位预留注浆管，间距5m，在二次衬砌强度达到设计后，进行压浆回填，以保证拱顶砼灌注密实。初期支护完成后及时跟进二次衬砌，施作时间符合规范要求。隧道下穿高速公路段二次衬砌采用C35抗渗钢筋混凝土。砼强度达到5MPa时进行拆模，拆模后用水喷淋混凝土表面，降低水化热，脱模后砼表面采用洒水养护，养护期≮14天。
5、交通疏导方案研究
荣乌高速路基宽28.9米，双向四车道，设计行车速度120公里/小时。 荣乌高速在K169+537（高速中心里程）与龙烟铁路处相交。施工过程中应做好以下工作：
5.1道路交通疏导方案：为保证行车及隧道施工安全，东吴家隧道下穿荣乌高速公路分期封闭施工。
第一期封闭中间隔离带。对隔离带进行拆除，开设临时开口硬化处理，同时封闭荣成方向应急车道，对公路既有水沟及平台进行处理，施作临时便道。
第二期封闭乌海方向中间车道和应急车道。
第三期封闭荣成、乌海方向超车道和一半中间车道。
第四期封闭荣成一半中间车道及应急车道。
5.2交通疏导设施准备：开工前准备警示标志牌、彩色反光条辅助使用、频闪灯、对讲机等设施以满足施工需要。 与交警、路政监管部门联勤联动，加强沟通协作，提高道路的监控力度，为施工创建良好的外部环境。
5.3制定交通安全质量保证措施：
⑴标志设置：标志摆放要指派专人负责。对负责标志摆放的人员在其上岗前进行培训指导，严禁标志摆放的任意性。
⑵道路修复：当隧道施工进入在高速公路下方，在进行交通疏导和在路肩上安装警示标志时，需要破坏部分高速公路中间隔离带及既有路肩。待该段隧道全部施工完成后，应及时将破坏的中间隔离带和路肩重新按照既有标准恢复到原样。
6、监控量测技术研究
隧道监控量测工作应按照规范要求埋设地表沉降观测基桩和观测桩，并对基桩和观测桩进行首次观测和做好记录。准备好洞内拱顶沉降、净空变化观测点的埋设桩、反光片等材料。
6.1监测内容及项目：东吴家隧道监测分为洞外地表沉降和洞内拱顶下沉、净空变化两部分。
6.2测点布设：
(1)水准基点的埋设：东吴家隧道下穿荣乌高速公路段监控量测建设3个水准基点。水准基点点位所在地地基坚实稳定、安全可靠，并利于标石长期保存与观测。
(2)工作基点的埋设：基点应埋设在沉降影响范围以外的稳定区域，并且应埋设在视野开阔、通视条件较好的地方。工作基点数量不少于3个。
基点埋设：采用预制混凝土块，混凝土块上、下底尺寸分别为20cm×20cm、25cm×25cm，高度60cm。在地表人工挖埋设基点基坑深度不小于70cm，在预制块埋设时，先在基坑底部铺设素混凝土作为基座，素混凝土厚度不小于15cm，将基点预制块安装在素混凝土上，周边采用素土回填，回填时分层夯实至原地面。
(3)监测控制点的保护：标石埋设后，围绕标石砌筑内径为0.5m×0.5m×0.5m的砖石方井，上加混凝土盖板，并设置醒目的保护指示牌，做好标记，以便于长期观测。
⑷主要监测点的埋设：
地表沉降测点：
地表沉降观测点断面与净空变化及沉降选择在同一断面，沿公路方向在隧道中线上一个，中线两侧各布设两点，共布设3个断面作为永久性观测点，分别在公路中间隔离带及道路两侧边缘。
永久性沉降点在地表人工挖长20cm、宽20cm，深0.5m的基槽，然后放入长30cm、直径20mm的圆钢筋，四周用水泥砂浆填满并编号，作为永久性观测点。
拱顶沉降和净空变化测点：
本工程暗挖隧道拱顶沉降、净空变化采取徕卡TS15全站仪实施，施工中必须加强对测点的保护工作。拱顶沉降点和净空变化测点埋设在同一断面，基本与上方地表测点相对应，以利于各项测试结果的相互对应和综合分析。
位移管理等级：位移管理等级分正常、预警二级（黄色）、预警一级（红色）。
变形速率管理等级：测点位移速率≥5mm/d时，由监理工程师组织施工现场分析原因并采取处理措施；当速率连续2天大于10mm/d时，由监理单位组织施工单位进行原因分析和制定措施并上报建设单位批准；当速率大于15mm/d时由建设单位组织设计、监理和施工单位进行原因分析和制定措施。变形总量应控制在管理等级范围内，当变形总量未达到控制基准值时，采用变形速率的大小对稳定状态进行判断和控制。
结语
通过几个月的奋战，东吴家隧道通过超前支护、加密钢架等多种技术手段，安全、顺利的穿过荣乌高速公路，截至目前，该段高速公路结构稳定。监控量测数据表明，该下穿段无明显的沉降或变形。因此，铁路隧道在工期紧、任务重的情况下采用上述方案穿越施工中的高速公路是比较成功的。该方法的成功应用，为类似隧道工程施工提供了宝贵的经验。
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论文作者:冯昭洁
论文发表刊物:《防护工程》2017年第11期
论文发表时间:2017/9/20
标签：隧道论文; 钢筋论文; 混凝土论文; 纵向论文; 间距论文; 东吴论文; 拱顶论文; 《防护工程》2017年第11期论文;