重载铁路穿越综合技术研究

摘要：本文主要介绍了平顶直墙大断面结构采用浅埋暗挖法穿越重载铁路的施工方法，重点介绍了超前支护管棚施工工艺、洞室开挖步序及支护方案等施工措施等。

主题词：浅埋暗挖；平顶直墙；穿越；重载铁路

一、相关工程概况

州河暗渠工程下穿大秦铁路暗挖段88m，为三孔4.3×4.3m平顶直墙框架结构，结构外部尺寸为宽17.4m，高6.65m，与大秦铁路斜交79°通过。上部荷载情况：大同至秦皇岛能源干线，属国家I级重载铁路，年运能在2亿吨以上，单列车载最大运量已达2万吨。

总体施工方案：主体为C30防水钢筋混凝土暗挖穿越段采用浅埋暗挖施工方法，结构顶部为Φ299大管棚及侧墙超前小导管注浆形成超前支护，通过对整个洞室先分成上下两排共10个小洞室分别开挖封闭，采用型钢支撑与C20网喷早强混凝土形成初期支护。初期支护稳定后拆除其与二衬节点交叉中隔部分混凝土，在保留型钢支撑条件下分块分段浇筑二衬混凝土（箱体结构），二衬箱体形成整体结构达到设计强度要求，收敛稳定后，拆除剩余临时支护。

二、超前预加固支撑方案

（一）超前加固大管棚支护流程

施工准备开挖作业平台安装支架设备调试安装夯进出土清理钢管连接顶进到位

（二）施工机械

德国原产TT350夯管锤1台，螺杆空气压缩机2台，自扣式高强纤维方向调整带4条，台式钻床4台，20T吊车2台，注浆机2台，泥浆搅拌机1台，小型切割、焊接设备3台。

（三）施工工艺

1．制作钢管

管棚钢管采用L=9-12m ，Ф299无缝钢管，钢管连接采用无缝焊接，施工前在钢筋加工场对钢管进行咬合槽焊接及钻孔。钢管上梅花型布置12mm-16mm注浆孔，小孔间距为15cm，在临基坑侧设80cm预留止浆段。在钢管外壁直径方向焊接10mm厚钢板“L”型钢板作为咬合槽。为保证咬合槽焊接过程中不对钢管造成轴线弯曲，采用对称焊接，同时对单根咬合槽焊接焊点分次加密，以防止钢管局部过热。

2．施工准备：

（1）开挖夯管作业面

采用挖掘机在明暗段交界处开挖作业平台，平台宽度至设计最外侧管棚外2m，开挖深度为设计管棚底标高以下50cm。

（2）采用工字钢制作夯管支架。

为保证夯进过程中的钢管稳定，对作业平台进行加固处理。首先在开挖平台铺设碎石垫层20cm，上部沿垂直轴线方向布置20×20cm方木，方木上方采用20B工字钢设置矩形网格状钢支架，焊接设置定位槽钢支座的轨道，安装夯管支架，调整支架使夯锤与钢管间同轴并保证设计位置及角度。夯管锤支座处设置滑动式轨道与支架连接。

3．夯管夯进施工

（1）钢管采用双向施做，夯进分别由出、入口侧向路基中心方向进行，除钢管焊接工序外施行连续夯进施工。夯进时严格控制夯进参数，夯进速度控制在6-8m/h。夯进过程中时刻注意夯锤及钢管角度变化，并在每夯进3m后，对夯管及夯锤进行轴线偏差检测，以确保轴线方向准确。夯进过程中注意出土情况。当钢管出现水平角度误差时，采用夯管锤前端的拉紧带调整水平角度，当钢管出现竖直角度误差时，则采用升降调整气垫及支架，对夯管锤进行调整。

（2）钢管夯进至出露部分150cm时，停止夯进，退回夯锤进行接管，接管前对钢管进行编号和配管，保证同一截面接头数量≯50%。焊接前复核接管轴线是否满足轴线要求，如钢管端头破损，进行切割处理。焊接保证钢管接头处平整严密，焊接严格保证焊缝质量，焊接完成后采用6mm钢板沿钢管环向再进行一次焊接，宽度为接缝两侧各50mm。

（3）施工中保证咬合槽咬合紧密。相邻夯管夯管顺序为由中心向两侧依次轮流夯入。入口侧全部夯管完成后，转入出口侧施工。

三、洞室开挖及支护

（一）洞室开挖洞室划分

暗挖段总体施工方案为通过对整个洞室分成10个小洞室分别开挖封闭，短台阶留核心土分部开挖,采用型钢支撑与网喷早强混凝土形成初期支护。

（二）洞室开挖步序及调整方案

暗挖段初期支护及开挖洞室图

夯管全部完成后开始土方开挖施工，开挖由出入口两侧双向实施开挖，根据洞室划分，每侧断面的具体施工顺序为：分别以1、2、7、9#导洞和3、4、8、10#导洞开挖、支护及二衬底板跟进为施工单元，由出入口两侧向铁路中心同时相向施工，同时保留5、6#导洞土方作为核心土，控制路基沉降。二衬立墙和顶板随1、2、7、9#导洞和3、4、8、10#导洞分别开挖及时跟进浇筑施工。5、6#导洞待两侧施工单元二衬浇筑完成后，进行整体集中开挖支护，并在支护完成后并随开挖跟进浇筑洞室内部分二衬。

（三）洞室初期支护措施

1．两侧超前小导管注浆支护

（1）施工准备

小导管制作：超前小导管采用φ42×3.5mm无缝钢管，管长3m，注浆管一端做成尖形，另一端焊接上铁箍，在距铁箍端800mm开始钻孔，钻孔沿管壁间隔150mm呈梅花型布置，孔位互成90º，孔径 12～16mm。注浆压力设定为0.4～0.6MPa。

（2）钻孔、打小导管

注浆钢管沿洞室边墙布置，外插角取3°，纵向前后相邻两排小导管搭接的水平投影长度为1m，环向间距200mm，加固范围500mm。

（3）注浆

注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防渗漏，对于强行打入的钢管冲清管内积物，然后再注浆，注浆顺序由下而上，孔内注满后，保持压力10min。注浆采用水泥-水玻璃双液浆，水泥浆水灰比为1：1水泥、水玻璃模数为2.4，水玻璃浓度为45波美度，水泥、水玻璃浆体积比为1：1～1：1.3，初凝时间用浓硫酸和少量磷酸氢二钠来控制。

2．初期喷砼防护

喷砼防护采用湿喷技术，喷射砼作业分段分片依次进行，喷射顺序按照先底板后边墙，最后喷射顶板的顺序自下而上施喷。喷射作业紧跟开挖工作面。

3．工字钢支撑

钢架架设前测量安装钢架位置；清除钢架脚处虚渣，分片钢架用人工在掌子面组装成钢架，要求每节螺栓牢固拧牢，根据中线、水平线将钢架校正到正确位置。

（四）二衬施工措施

1．分部方案

二衬根据作业面条件及断面尺寸，立面采用组合式定型钢模板，端部板用木模封堵。

混凝土浇筑采用分块浇筑，箱涵整体根据作业面情况，分为底板、立墙、顶板等部位浇筑。

2．混凝土施工

（1）二衬用C30防水砼，抗渗等级W10，采用泵送砼入模，插入式振捣器结合附着式振捣器振捣，随浇筑砼随安放模板，两侧同步浇筑；顶板砼浇筑时，采用纵向分段安装模板后退法浇筑，浇筑完毕后封堵顶板端模。施工中紧随初期支护，尽早浇筑顶板，以利于初期支护受力。

（2）砼采用贴膜养护，保持湿润，拆模后立即不间断地对顶板、墙表面进行贴膜养护，养护时间14d。

3．二衬注浆

注浆管沿初期支护顶部纵向水平密贴布置，横向间距2.5m。注浆管采用PVC管，安装时固定于初期支护混凝土顶板底部，与初期支护密贴，管口前端采用薄膜封堵处理，在端模处顶部预留注浆孔，端头注浆管末端出露长度为1.0m，安装后对管口处模板进行封堵。注浆在衬砌混凝土达到设计强度的70%后进行，注浆压力采用0.3～0.5Mpa。注浆分二序进行。按横向由断面两侧向中心线位置，每间隔一排设置一序孔，灌注采用水灰比为0.8:1～1:1的水泥浆；与一序孔间隔的剩余管孔设为二序孔，采用水灰比为1:1水泥浆。灌浆孔停止吸浆后延续灌注5分钟即可结束，注浆结束后将外露部分管头割除，使用干硬性水泥砂浆将注浆孔封堵压抹齐平。

四、其他加固及支护方案

（一）降水方案

暗挖段降、排水以管井（Φ0.6m）降水为主，辅以地表截水沟和基槽内明沟集水井排水。在施工前15天开始降水，在铁路路基边坡设置8口管井提前施工，出入口段槽底设置4口管井。

（二）进出口防护

暗挖出入口部分采用了φ100cm钻孔桩与Φ800mm高压旋喷桩结合的形式，桩径间距1400mm，桩长12m。钻孔桩上部以混凝土冠梁连接，将整个出入口桩体连为一体。

五、结语

引滦入津州河暗渠穿越段施工中，采用夯管施工工艺，顺利完成了两侧超大管棚的施工，为成功进行穿越打下了创造了条件，通过采取各项综合加固措施，按照分步序开挖、支护，以及二衬施工跟进的原则，克服了地质条件差、荷载大、施工干扰多的诸多困难，成功完成了全部穿越段支护及衬砌施工，综合社会经济效益明显，得到了各方的一致好评。

该工程施工涵盖了多种不理荷载和地质情况的综合处理，较为成功地实现了工程施工，为类似工程提供了一定的技术参考，具有很好的借鉴意义。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。