临近营业线超小净距黄土隧道施工防护措施的设计及施工方法

临近营业线超小净距黄土隧道施工防护措施的设计及施工方法

金剑龙

中交一公局第八工程有限公司，天津 300171 摘要：临近营业线隧道施工具有很大的风险，在既有隧道的列车振动下，围岩的稳定性急剧下降。为了提高新建隧道的围岩稳定性，采用钢管横向临时支撑装置，可以快速安装、快速拆卸，及时发挥临时支撑作用，缩短防护工序的作业时间，而且该装置具有重新利用性，能够显著提升超小净距隧道施工的安全性和经济性。 关键词：临近营业线，超小净距，防护装置，横向支撑，稳定性 1 引言 随着我国西部大开发战略决策的逐渐落实，西部地区铁路交通客运、货运运输飞速发展，出现越来越多黄土隧道。隧道逐渐占用黄土地区的地下空间，会造成新规划的铁路隧道经常出现临近营业线施工的情况，给新增隧道的施工和既有隧道的运行安全提出了重大挑战。 针对此种情况，国内外学者开展了大量研究。如张志强等 [1]研究和分析了在地铁列车振动情况下，地铁盾构黄土隧道的结构现状；张柯 [2]依托于西安地铁二号线的黄土隧道，对地铁行车荷载作用下黄土隧道围岩的响应和沉降进行了研究。 新建安家庄隧道位于山西省吕梁市兴县境内，地貌属黄土高原的低山区，地表沟壑发育。新建安家庄隧道围岩类别为 V类。鉴于新建隧道紧邻肖家洼铁路专用线，间距最小为 1.1m，而其黄土围岩在振动荷载作用下会出现力学性能显著劣化的特性，本文设计一套钢管横向临时支撑装置，配合施工，有效提高未封闭成环洞段钢拱架的整体性。 2 工程概况 铁路山西 通昌能源有限公司 铁路专用线新建 安家庄隧道位于吕梁山西坡黄土梁峁 区，冲沟发育，地形起伏大。 隧道进出 口里程为 D12K0+570 ~D12K0+937，全长 367m，为 单线隧道。隧道分成三段，第一段为暗洞，里程为 D12K0+570~ D12K0+697，长 127m；第二段为中间明洞段，里程为 D12K0+697~D12K0+739，长 42m；第三段为暗洞段，里程为 D12K0+739~D12K0+937，长 198m。 新建安家庄隧道位于两条既有隧道 中间，左侧为瓦日铁路线 ，最小间距为 19.7m ； 右侧为肖家洼铁路线最小间距为 1.1m 。新建安家庄 隧道 D12K0+570~D12K0+670段紧靠 肖家洼铁路既有安家庄 隧道 K0+595~K0+695段，近接段设置 38 根 直径 1.0m，长 20m的 隔离桩。 3 防护装置 3 .1 适用范围 适用于解决超小横间距黄土铁路隧道开挖过程中，在 临线列车振动荷载作用下，掌子面开挖 至封闭成环期间 黄土围岩稳定性的防护问题，可以 有效保证黄土围岩在施工中 的稳定，提高工作的 效率，保证防护的 效果。 3 .2 防护原理 3.2.1 进行超小横净 距黄土铁路隧道掌子面至封闭成环洞段之间围岩稳定性的控制施工，其主要通过防护装置的吊装机械化、结构组装的灵活性及装置的重复利用性等方面进行施工工法的设计。采用电动绞车或起吊电葫芦作为吊装装置，重复利用施工设备，降低人工劳动强度；利用钢管作为横向支撑主体，采用钢管端的焊接钢板及螺栓进行组合，通过钢楔或木楔将钢管横向支撑顶紧于钢拱架之间，有效缩短防护施工的工作时间，有效提高未封闭成环洞段钢拱架的整体性；防护装置采用现场既有材料，装置的可装卸性，可提高防护装置的材料利用率，节约施工成本。 3 .2.2 工艺流程 施工准备→钢拱架上钢筋框和钢管两端钢板的焊接→横向支撑装置的整体组装→掌子面台阶的开挖→吊装防护装置及安装→仰拱的开挖→防护装置的拆卸→钢拱架的封闭成环。 3 .3 操作要求 3.3.1 施工准备 材料准备：①无缝钢管： φ159×4.5mm ； ②普通钢板： 250×250×10mm ； ③螺栓： M12 ； ④钢丝绳；⑤钢筋： φ32 。 3.3.2 防护装置主件的焊接 1）根据隧道断面尺寸和施工净空要求确定横向支撑钢管的长度，钢管长度一般略小于（ 5~10cm左右）架设部位隧道的宽度，施工净空要求由施工机械设备确定。 2）钢管两端焊接钢板，横向支撑根据实际需要长度由钢管拼接而成，钢管通过螺丝固定端部钢板加长。 3）在钢拱架安装横向支撑的部位焊接矩形钢筋框，钢筋框尺寸规格稍大于钢管端部的钢板尺寸，方便横向支撑安装时的搭接。 4）制作满足钢拱架与横向支撑间隙尺寸的钢楔或木楔，用于顶紧钢拱架与横向支撑间的空隙，使钢拱架与横向支撑构成整体结构，共同抵抗围岩变形。 5）焊接过程中要保障焊接质量，做到焊接无虚焊、无焊透。 3.3.3 防护装置主件的焊接 钢管横向支撑的整体组装 1）钢管横向支撑中间部分焊接两个半椭圆形吊环，用于穿过起吊绳。 2）横向支撑由钢管拼接而成，通过螺丝固定钢管端部的焊接钢板。 3）钢管横向支撑的整体组装过程中，要确保连接钢管的轴线一致，钢板上连接螺栓的固结牢靠，保障钢管横向支撑的整体性。 3.3.4 防护装置主件的焊接 具体按照隧道台阶法的施工方法，先进行上台阶的开挖，施加顶部钢拱架及混凝土喷护等初期支护，设置锁脚钢筋或钢管，待开挖至一定长度后，开挖中台阶和施加相应支护措施。 3.3.5 吊装防护装置及安装 1）防护装置在初次进行安装过程中，需要采用运输车辆将组装完成的整体钢管横向支撑运输至隧道安装位置。 2）在防护装置安装部位的隧道拱顶设置电动绞车或起吊电葫芦的支撑点，通过联通钢丝绳，将横向支撑吊至安装高程，对齐钢管端部焊接钢板与钢拱架的焊接钢筋框，将钢管横向支撑端部钢板放置于钢筋框内。 3）控制电动绞车或起吊电葫芦，卸除吊装钢丝绳，使得钢管横向支撑完全放置于钢筋框上。 4）将钢楔或木楔由下往上插入（楔子小口端朝上）横向支撑端部钢板与钢拱架之间的间隙，人工顶紧楔子使得钢拱架和横向支撑成为整体受力结构。 3.3.6 仰拱的开挖 具体按照隧道台阶法中仰拱的施工方法，进行仰拱台阶的开挖，并施加相应支护措施。 3.3.7 防护装置的拆卸 1）控制电动绞车或起吊电葫芦，安装吊装钢丝绳，通过钢管上的吊环，将横向支撑进行预拉紧。 2）人工卸除钢拱架和横向支撑之间的钢楔或木楔，使钢拱架和横向支撑分离。 3）通过电动绞车或起吊电葫芦将钢管横向支撑卸下，并将钢管横向支撑移至下一处预安装的位置。 3.3.8 钢拱架的封闭成环 具体按照隧道台阶法中钢拱架封闭成环的施工方法，进行钢拱架封闭成环施工，连接各节钢架及螺栓，连接板应密贴。为保证各节钢拱架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架底脚下的虚碴及杂物。同时每侧安设锁脚锚管（杆）将其锁定，之后将钢架全环封闭。 4 结论 为临近营业线列车振动情况下新建隧道围岩的稳定性防护问题，通过采用该装置可确保掌子面至封闭成环洞段之间围岩在临线列车振动荷载作用下的黄土稳定性。同时，该防护装置可快速布局、拆除及重复利用，能够确保防护效果、提高防护装置的重复利用性以及缩短防护工序的作业时间，显著提升临既有线超小横间距黄土铁路隧道施工技术的安全性和经济性。

参考文献

（1）张志强, 孙健, 罗俊忠, 等. 列车振动对黄土地铁隧道结构影响研究现状[J]. 地下空间与工程学报, 2016, (S1): 66-74.

（2）张柯. 地铁行车荷载作用下黄土地层的振动响应和沉降[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2011.