隧道下穿既有铁路施工工艺

隧道下穿既有铁路施工工艺

李风东

中铁十七局第一工程有限公司山西太原030000

摘要：本文重点介绍了新建成昆铁路三峨山暗挖隧道下穿既有铁路的技术控制，通过对其相关技术的研究，希望可以在以后的隧道施工当中能够对既有铁路的防护以及避免引起有关的损失以及施工人员安全事故上提供一定的借鉴。

关键词：隧道下穿；既有铁路；施工工艺

1.工程概况

新建成昆铁路扩能工程峨眉至米易段EMZQ-2标三峨山隧道位于沙湾南站至范店子车站区间，起迄里程为DK178+055-DK188+407，隧道全长10352米，双线隧道。隧道正洞断面12.7m*11.1m，平导断面5m*6m。正洞进入既有线施工范围正洞（DK178+345～DK178+375）开挖采用双侧壁导坑法机械开挖，平导（JPDK178+354～JPDK178+384）采用两台阶机械开挖。

为确保既有成昆线运营安全，隧道施工前，需对正洞及平导下穿成昆线（沙湾至轸溪区间里程范围（K180+950～K181+150）分别采用D24型丁式（l=24.12m）便梁、D16型A式（l=16.08m）便梁加固。D便梁基础采用8根2×1.5m方形挖孔桩，桩长29m。

经调查，该加固段既有线为圆曲线段，曲线半径为400m，加固前需对线路进行应力放散。隧道在进入既有线施工范围（K180+950～K181+150）进行施工时，对既有成昆铁路正线与本线相交前后各150m段进行限速，行车速度不超过45km/h，并在既有成昆线路基上布点监测，确保行车和隧道施工安全。

2.施工内容、等级及施工条件

2.1施工内容

硬隔离安装及拆除，施工场地平整，无缝线路应力放散及锁定，18、19#接触网加固，D便梁支墩人工挖孔施工，D便梁安装及拆除，成昆线路基沉降观测进行隧道洞内下穿段开挖支护及衬砌工程施工等。

2.2施工等级

营业线施工Ⅲ级主要内容包括：无缝线路应力放散及锁定、D便梁安装及拆除。邻近营业线C类监管施工主要内容包括：硬隔离安装及拆除，D便梁支墩人工挖孔施工，18、19#接触网加固，成昆线路基沉降观测隧道洞内下穿段开挖支护及衬砌施工。

2.3影响及限速范围

慢行区段（成昆线沙湾至轸溪区间里程范围K180+950～K181+150）相交前后各150m内既有线限速45km/h。无缝线路应力放散、D便梁加固线路安装及拆除需施工天窗。

3.施工方案

3.1施工原则

该隧道下穿既有铁路，既有线较繁忙，施工难度高，风险大，施工安全要求高。为确保隧道下穿各施工安全、快捷，确定施工方案原为：施工有序，安全第一；逐步推进、化整为零。

3.2天窗安排

具体天窗安排如下表所示。

表1天窗安排

3.3施工方法

（1）施工准备

在施工前先采用人工挖探地下电力、通信、信号、油气管线等，并必须采用人工开挖横向探沟（开挖深度至原状土），发现地下存在管线时，应做好标示标牌，遵循“先迁改，后施工”的原则，对不能及时进行迁改的管线必须进行必要的防护并通知相关设备管理单位加强管理。

此工点既有线左侧为通信和电务光缆，人工挖孔进前在设备管理单位的配合下，将前期探明的线缆平移到左侧边坡上用混凝土包裹保护，并悬挂警示标志，安排专人进行24小时看护。对供电段接触网立柱进行刚性加固，将加工好的半成品钢筋放置到立柱位置进行绑扎、立模及浇筑混凝土。根据现场实际条件，在线路右侧地势较平坦处平整出一处平台，用于放置施工材料、地泵等机械设备。并在平台下方修筑一条垂直于既有线的便道，便道宽6m。

在完成对相关设备单位管线探明与保护后，开始施作支墩锁口。在限速45㎞/h条件下进行D便梁支墩施工。待支墩强度达到要求后，天窗点运输及架设便梁，加固既有线路，在D便梁安装完毕后方可进行隧道下穿段施工作业。下穿段施工期间加强对既有线路基的观测待下穿段二衬混凝土达到设计强度后，方可拆除。

（2）线路加固措施

按设计图纸及营业线管理相关要求，平导下穿既有线段影响范围是JPDK178+354～JPDK178+384，正洞下穿既有线段影响范围是DK178+345～DK178+375。本次线加固分别采用D16型及D24型便梁。

（3）支墩开挖

支墩采用方形支墩，截面尺寸为2×1.5m，桩长29m。在既有线两侧对应于D型便梁的位置进行布置。①挖孔桩施工前要精确测定桩位，平整场地，做好防护设施。②安装井架。根据施工需要，为便于出碴，在开始挖井时在井口设置1台设置限位装置的小型起重机作为提升设备，同时安装硬隔离。③线路左侧挖孔桩临时弃渣位置拟从既有线左侧延水沟平台运至成都端30m处既有桥下沟谷；线路右侧弃渣直接用运输车运至弃渣场。④配备齐全所需的机具、器材、照明及人员上下用的爬梯。

（4）桩身开挖

①井口部分。根据桩身井口段土质情况将井口挖至1m深时，立模灌筑第一节混凝土护壁。此节护壁在井口以上锁口范围内壁厚40cm，地面下1.0m高度范围内壁厚25cm，以下为20cm。锁口顶面要平整，并高出原地面30cm，与枕木头齐平。用来防止下节井壁开挖时井口沉陷以及防止土、石杂物滚入孔内伤人，护壁钢筋现场加工制作，加工尺寸严格按设计图纸及规范要求进行控制。护壁采用预制φ10钢筋，锁口采用预制φ14钢筋。②桩井掘进。开挖时应对角2个桩同时开挖。采取边挖边护的方法，每节开挖深度不大于1m，两天3个循环。每次井壁开挖及衬砌立模，均要从井口吊线测量，以防止超挖欠挖及护壁偏斜。每此开挖完毕后，沿井壁立模灌注一节混凝土护壁，形成框架③出碴。井内采用人工装碴，使用小型起重机及吊桶做提升设备，井上设专人指挥，将吊桶直接提升到井口，卸入车中运出。不施工时，应将锁口封闭并锁住。⑧作业时电器部位一定要有接地装置，防止漏电。井下照明必须使用安全电压。⑨人工挖孔桩在开挖时，如果遇到细砂、粉砂层地质时，再加上地下水的作用，极易形成流砂，严重时发生井漏，造成质量和安全事故。遇到以上情况立即进行回填，停止施工。报设计单位确定具体方案后再进行施工。

（5）灌注桩身混凝土

①桩身材料。严格按设计C25强度标号混凝土进行浇筑，控制好配合比，混凝土原材料要符合技术规范要求。钢筋直径、间距、接头等均要符合《铁路桥涵工程施工技术指南》的要求。②灌注前准备工作清孔：一是凿除护壁突出的部位，防止侵入钢筋骨架范围。二是用带压水冲洗护壁，清除护壁上的杂物。灌注方法：当井孔渗水量较小时，采用普通砼利用串桶直接灌注法。③钢筋骨架按设计尺寸、要求加工好后，人工放入孔内，在孔内进行安装，钢筋长度不大于4m，钢筋绑扎安装在孔内完成。

图1钢筋最不利位置与接触网垂直、水平距离布置图

3.4D型梁施工

（1）D便梁运输、卸车

先将D便梁采用汽车运至沙湾站，运输之前提前跟沙湾站进行联系，确定D便梁临时存放在站内某一股道旁边位置，方便要点线路封锁之后轨道车能够进行吊装及运输，由轨道车运输至施工点进行D便梁的安装。运至现场后选取方便轨道车吊装及卸车时满足吊车停放的场地，人工用牵引绳牵引配合到位，防护员与驻站员等配合到位。

（2）搭设临时平台

横抬梁穿入线路时，需人工协助调整横抬梁方向方可穿入。为保证施工人员有足够的作业面积保证横抬梁旋转到位，故在线路右侧路肩靠近支撑桩附近，搭建2处5m×3m临时作业平台。

（3）D便梁吊装就位

D型便梁采用轨道车进行吊装，封锁点后，轨道车运行至便梁在沙湾站的摆放点附近，由轨道车进行装车，之后通过既有成昆铁路运输至施工点，纵梁由人工配合轨道车进行吊装，横梁重量较小需要从轨道下方穿过，由人工进行安装。

（4）要点准备，要点架设24m（16m）便梁。

a便梁：便梁位于两侧各四根I45b工字钢上方，工字钢放置于支撑桩上方。将24m（16m）纵梁及横梁采用轨道吊运至工地（一次能把便梁吊至线路左侧跨线移梁的位置），采用轨道吊吊装便梁，轨道吊把横梁吊至路肩。根据横梁间距在线路上标出的横梁位置（标在轨腰上）。线路架空前先要调整轨枕距，按670mm左右的间距调整好轨枕间距，并将多余的轨枕抽出。

b工具：扳手40把、钢板8块（0.5*0.5）、木板（1cm、2cm、5cm厚各1方）、油顶4个、倒链4个、钢丝绳、麻绳60m、滑轨4根、黄油4kg。

（5）第一次要点穿横梁

由于条件限制路基较高，路肩无法摆放横梁、道碴等材料，采用慢行点内人工清碴、人工抬运横梁就位后恢复线路的方法。要点封锁120分钟，给点之后，清除对应横梁位置道碴，先将四根I45b工字钢横抬梁插入空位，搭架在线路两侧支撑桩上，然后进行其余横梁施工。在调整好的轨枕间距内清除部分道碴穿入横梁，采用定位角钢定位横梁，同时垫好橡胶垫。完成横梁两端顺坡及捣实，恢复线路，点后限速45km/h。横梁安装过程中专人负责对齐位置。

（6）第二次要点吊装便梁

要点封锁120分钟，给点之后，把第一片纵梁用钢丝绳拴好（专门安排6人进行栓纵梁），准备给点之后尽快吊装。考虑到场地影响，采取轨道吊吊装完一侧的纵梁，再吊装另外一侧纵梁，纵梁吊至到位，先把每孔便梁的两头的横梁与纵梁连接好，再进行其它横梁连接、拼装，提前30分钟进行现场物料清理，确认无机具侵限，线路正常后，交点开通线路。

4.隧道下穿施工注意事项

正洞DK178+345～375及平导（JPDK178+354～384）段下穿既有成昆线铁路段由小里程向大里程方向组织施工，非爆开挖，开挖及支护施工过程中存在坍塌、既有线路基下沉等风险，严格按照设计施工工法开挖和超前大管棚防护施作，短进尺开挖后及时挂网湿喷封闭。加强新建隧道围岩的监控量测。三峨山隧道下穿影响段施工期间，DK178+345～DK178＋375段每间隔5m设置监控量测断面1处。净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。量测频率不少于2次/d，现场施工时若围岩变化情况较大，须加强量测频率，直至二次衬砌施工完成。

(1)拱顶下沉监测点位置布设：采用反光标作为监测点标志。

(2)隧道净空水平收敛监测点布设：在预设点的断面,在隧道边墙部位埋设监测点标志。收敛监测点与拱顶下沉监测点布置在同一断面上，以便进行数据分析。

（3）现场量测数据及时整理，绘制量测数据与时间的关系曲线，进行数据处理或回归分析，判断有无异常值。

（4）当拱顶下沉、水平收敛速率达5mm/d或位移累计达1OOmm时,应加大量测频率，并暂停掘进,及时分析原因,采取处理措施。

（5）当隧道周边变形速率明显下降并趋于缓和或水平收敛小于0.2mm/d、拱顶下沉速度小于0.2mm/d，或施作二次衬砌前的累计位移值已达极限位移值的80%以上时，可认为变形稳定，可以施作二次衬砌。

5.D型便梁人工配合轨道吊拆除

5.1卸便梁连接件、拆除纵梁

要点封锁120分钟，在拆除纵梁之前,点内先对便梁防护的线路进行补碴（道碴提前准备50m3）,施工时设驻站联络员,设现场防护员，给点之前准备好人员、机械。点内进行线路补碴时,及时对道床进行捣固施工，同时完成斜杆、牛腿及连接扣件拆卸施工。然后利用轨道吊将线路一侧纵梁吊离装车。封闭点结束前20分钟进行现场清理，施工用具、物料放到线路限界以外，机械停靠在限界以外，并且把填补道碴时轨道上的道碴及渣土清理干净。

5.2拆除横梁

第三天要点：要点封锁120分钟。拆除横梁并恢复线路，给点之后将横梁抽出，抽完一根之后立即进行道碴补充,然后捣固线路。采用人工配合挖掘机上碴进行线路恢复,施工时设驻站联络员,现场防护员。

5.3施工注意事项

拆除便梁前要仔细检查横纵梁连接位置是否完全脱离。要仔细检查吊车钢丝绳是否完好，起吊点是否合理。起吊过程中两端各设两个人用牵引绳进行牵引防止碰撞接触网。便梁拆除后将道砟回填捣固密实。

6.施工安全方案策略

6.1安全施工方案审批制度

（1）施工前，负责人需要提前制定安全施工制度，并在施工的过程中严格执行相关的制度，同时还需要对施工危险性、技术复杂性等制定相关的施工操作流程，并严格落实，避免产生施工误差。在完成方案的审核工作之后，需要由当地的监理工程师进行审批，合格之后才能够进行落实。（2）安全岗位责任制度。制定安全岗位责任制，并和相关的承包单位签订相关的责任状，确定好各方之间的分工和责任，避免产生不必要的争执；（3）安全技术交底制度。施工之前，需要制定安全施工措施和技术方案，并按照一定的顺序开展交底工作，并下达相应的指导书，指导人们安全开展施工；（4）安全检查与奖罚制度。在落实安全检查工作时，需要建立相应的检查制度和奖惩制度，并严格进行落实。在检查的过程中一旦发现问题，需要立即采取相应的解决措施。同时还需要定期开展各项安全会议，监督大家严格落实安全检查制度，并对完成较好的工作人员给予一定的奖励，不能完成任务的也需要给予一定的惩罚。

6.2制订针对性安全预案

结合施工的具体情况制定安全预案，针对易发事故给出预防措施和处理方案，从而将损害降低到最小。

（1）用电作业安全措施

1）对临时用电工程进行定期的维护或者拆除这类的工作需要专业的技术人员完成，电工需要持证上岗，完成工作之后需要做好相关的记录；

2）保证照明电线具备良好的绝缘性能，导线不能出现在地面上，也不能随意的进行固定。照明灯具需要接地，室外灯具和地面之间的距离需要高于或等于3m，室内的需要高于或者等于2.4m。用电设备、开关箱需要采用一机一闸保险，保证开关时完好的，接线是准确的，同时还需要安装漏电保护设备；

3）在专用电杆上边安装架空线，不要安装在脚手架上边，架设点和地面之间的距离需要超过4m，和机动车道之间的距离需要超过6m。

（2）机械作业安全措施

1）按照国家规定开展工作，坚决不能出现违章和违规的现象，对部分设备需要安装保护装置，并安排专业人员负责；

2）机械操作员需要经过严格的考核和培训，并取得相关的合格证之后才能够开展工作，同时需要巨鹿工作人员的档案，并安排人员进行管理；

3）开展机械施工之前，需要对设备和施工人员进行检查，确保工作人员持证上岗，机械设备能够正常运行，不存在带病或者超负荷运行的问题；

4）定期对设备和车辆进行检查，一旦出现问题需要立即采取相应的解决措施，避免施工的过程中产生任何的施工事故，影响施工进程和施工人员的生命安全。

6.3隧道下穿施工安全要求

指派专人负责线路安全，做到每通过一次列车就对线路轨距、水平、方向检查一次，并注意检查线路的加固情况，随时注意观察既有线线路变化，发现问题及时处理。有足够数量的道碴、方木、草袋，如果线路发生变形，立即抢修，以免影响行车安全。线路防护设驻站联络员2名,工地防护员6名，计8名人员，按三班倒换，同时工地设专人对线路状况进行观察，如有异常情况立即停止施工，待查明原因并处理后再行施工。工地防护员与驻站联络员执行3到5分钟通话制度，确保联系畅通。

6.4消防安全措施

（1）施工现场需要储备足够的消防设备和消防用水，并安排专业的人员对它们进行管理，安排消防人员组成消防小队，确保队伍内的每个人员都熟悉掌握各项消防设施，遇到火灾能够及时抢救；

（2）施工现场的各项布置都需要按照消防的要求进行布置，房屋、车棚等之间的距离也需要控制在要求的范围之内，室内不能放置任何的易燃、易爆物品，不能在油库等易发生火灾的地方吸烟或者点火；及时清理施工现场的易燃易爆物质，避免引发火灾，切实落实各项消防措施。

7.结束语

隧道下穿既有铁路施工工艺在我国高速铁路及各大城市轨道交通穿越既有铁路施工中越来越重要，但是其穿越既有线路及建筑物时造成的影响，也是不容忽视的，本文就现今我国在应用隧道下穿施工等工艺技术进行分析，并且提出一些应对的控制措施，希望能够为加快隧道施工技术在我国实行的进程提供一些帮助。同时对于工程项目的施工而言，安全管理不但具有重要的现实意义，而且始终贯穿在整个项目的施工过程中，需要时刻得到工作人员和管理人员的重视，尽可能的降低施工事故出现的几率，实现安全生产。

参考文献:

[1]《铁路技术管理规程》（TG/01-2014）

[2]《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009）

[3]《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ203-2008）

作者简介：李风东（1984.7-），男，汉族，本科，工程师，主要从事铁路工程及工程安全管理方面工作。