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浅谈既有铁路隧道改扩建施工技术

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《佳木斯职业学院学报》2017年第8期

摘要:结合兰州市榆中县阴洼磨隧道现状及设计原则,从现场施工方法入手,选取合理的施工方法,为今后类似的隧道施工提供参考。

关键词:既有隧道;改扩建;台阶开挖;铁路

0引言

随着我国国民经济的快速发展,铁路运输量增长迅速,一些修建年代久远的铁路隧道由于设计标准较低,通行能力不能满足日益增长的交通需求,从而影响了经济的快速发展,需要改扩建才能达到相应的服务水平。尤其在城市地区,受地形限制,没有更多的空间来新建隧道,这些问题已日益突出。改、扩建隧道施工中,采取合理的施工技术方法能快速、平稳的完成施工任务,在保证安全、质量、工期的基础上,获取良好的经济效益。

1工程实例概述

阴洼磨隧道位于兰州市榆中县,于1952年由第十二联合作业工程队施工完成,后由宝兰二线利用,总长126.4m。地貌上属于宛川河阶地区,地形起伏,隧道区域山体植被稀疏,黄土裸露。该隧道为既有陇海线增建二线上的一座单线短隧道,经多年运营,隧道并无重大病害,基本无渗漏水,衬砌完整,底板完好。本隧道改建施工是在区间段内停运情况下施工,平面曲线及纵坡保持不变,对原隧道衬砌拆除后整体扩挖。拱顶开挖最大高度为2.34m,底板开挖最大深度为2.35m,改建后满足通行双层集装箱货车要求。

2方案选定的控制因素及主要风险

2.1工期的控制

阴洼磨隧道改扩建是在区间段内停运情况下施工,停运陇海下行线桑园子至夏官营区间段。陇海线作为祖国的大动脉之一,车辆通行多,运输繁忙。工期压力较大,必须按节点工期完成隧道的改扩建施工。

2.2施工中应对的主要风险

2.2.1既有隧道结构薄弱

阴洼磨隧道修建于1952年,已运营60多年。原隧道设计无初期支护,衬砌内无钢筋,为素混凝土结构。在破除旧衬砌混凝土时经较大扰动会产生不规则裂缝。特别是在隧道起拱线以上部位旧衬砌混凝土破除时因裂缝及砼内无任何连接钢筋会出现大块的掉落,在施工中存在极大安全隐患。

2.2.2衬砌背后不确定性

隧道修建年代久远,隧道本身无初期支护,且进出口地段埋深较浅,无相关检测的资料、文件等。当时修建隧道混凝土均为人工施工,不能确定既有衬砌背后是否存在空洞及杂物。在既有衬砌拆除后可能出现超大空洞、坍塌冒顶、整体超挖严重等,引起地表沉陷或边坡滑坍,危机施工人员及设备安全。

2.2.3施工场地的局限性

为了减少施工中对岩体的扰动,可采用人工配合机械施工。但既有隧道净空尺寸为4.7m宽、6m高,大型机械由于场地受限无法施工,采用小心机械效率太低,成本过高,不符合实际施工需要。

3施工方法及主要风险应对

3.1地质雷达探测原衬砌背后空洞及处理措施

在施工前首先对原隧道衬砌背后的情况进行探测。探测主要范围为拱部120°范围。探测后现场技术人员根据探测结果分析为施工提供指导信息,在隧道内标注及记录。对于原隧道衬砌背后存在较大空洞及杂物填充的部位采用预注浆加固、加密超前小导管、缩短开挖进尺等方法通过。预注浆加固采用Φ42无缝钢管穿透旧衬砌伸入空洞内,长度和根数根据实际空洞大小确定。外漏25cm长度,并在相应的范围内布置好排气管。注浆材料选用水泥砂浆,注浆压力控制在0.8~1.2MPa,注浆完成后,检验注浆效果,如若有空洞继续补充注浆,直到既有衬砌背后填充密实。施工至距离空洞位置3米处对超前小导管支护加强。小导管采用Φ42无缝钢管,纵向长度为3.5m,搭接1.5m。小导管环向间距控制在30cm内。根据实际地质条件选择性在小导管内注浆,采用具有针对性的注浆材料,以达到最佳注浆效果。无注浆条件的地质在小导管内灌入砂浆或者插入Φ25钢筋加强小导管刚度,同时相应调整初期支护参数,加强支护体系及监控量测。施工至距离空洞位置3m处要缩小开挖进尺。进尺控制在0.6~0.8m每循环。不可盲目掘进造成空洞扩大或塌方冒顶等。顺利通过风险段后恢复至正常开挖进尺,并加快此段的仰拱及拱墙衬砌的施做,确保施工安全。

3.2既有隧道衬砌加固

既有衬砌拆除9m范围架设临时钢架支撑加固。防止在旧衬砌拆除时其他部位衬砌开裂坍塌,造成安全事故。既有衬砌采用I18工字钢设立临时护拱及横撑,间距为0.8m。护拱间采用间距为50cm的Φ22钢筋连接牢固。护拱与横撑焊接连接。护拱与既有衬砌面要密贴,缝隙处用1.5mm厚钢板塞嵌。随着旧拱圈衬砌的破除拱架加固系统向前推进循环作业。在长隧道内,可能分段分区域进行施工,为了施工方便,可把支护体系按既有衬砌断面加工为可活动调节的台架形式,保证支撑稳定的同时满足通行需求。

3.3既有隧道衬砌拆除及扩挖

根据工期、成本控制、安全施工等要求,参考类似工程拆除经验结合现场地质、地形情况,对既有阴洼磨隧道衬砌拆除拟采用“切割+倒塌”爆破台阶法拆除方案。隧道衬旧砌拆除及扩挖前首先在进、出口浅埋段按设计施做好超前管棚并按施工要求加工满足现场的作业台架,台架加工成台阶形式。破除扩挖前在既有衬砌面上标出破除区域线,按设计断面放出扩挖后的轮廓线。待超前小导管施做及既有衬砌加固完成采用“切割+倒塌”拆除开挖爆破方法。布置4道跑沿线。第1道为沿隧道扩挖轮廓线环向布置开挖炮眼。第2道沿隧道径向向上倾斜布置环向切割炮眼线。第3、4道为沿隧道径向向上倾斜布置纵向切割炮眼线,炮眼布置方法见图2。通过斜向上倾斜的切割炮眼布置,可有效减少对下一循环破除的旧衬砌扰动。根据现场实际地质情况调整开挖进尺,每循环破除及扩挖长度控制在0.6~1.8m。在地质较差的隧道施工中,根据现场地形能采用人工配合机械施工的尽可能不采用爆破方式,避免围岩较大的扰动。在旧衬砌拆除时,可提前采用切割机按需对既有衬砌进行分块切割,控制裂缝的扩散。但隧道内施工作业空间有限,且切割所需成本较高及作业时间长,可在特殊情况下作为备用。待拱部初期支护施作一定距离后同样方式破除边墙及仰拱开挖,循环推进。施工中及时施做初期支护并做好监控测量,观察初支断面变形情况,发现异常情况及时停止施工,采取相应处理措施。具体施工步骤见图3。

4施工关键卡控部位

①根据地形、地质条件,首先对隧道洞口边坡加固防护,做好临时排水设施。在既有隧道明洞或洞门拆除后,边、仰坡易产生滑坍失稳,对洞口施工安全造成重大威胁。②根据实际地质控制开挖进尺,不得冒进,下台阶开挖时左右台阶要交错开挖。严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测、紧衬砌”的施工原则,及时按设计施作初期支护,尽量减少围岩暴露时间,确保施工安全。③加强围岩量测,并通过量测数据的分析和判断,及时反馈指导施工,修改支护参数,确保围岩结构的稳定。④开挖过程中,根据实际情况调节炮眼的数量、间距并控制装药量。达到最佳爆破效果及节约材料的目的。

5结束语

在铁路既有隧道改扩建施工中,提前对既有隧道的围岩勘测及加固,可有效的控制在施工过程中出现的塌方、不稳定情况发生。对既有要拆除的衬砌预支撑、顶撑,防止了在施工期间因震动导致的旧衬砌开裂出现大面积坍塌、掉块,保证施工的安全。阴洼磨隧道安全、平稳的推进施工,保证了业主的节点工期要求。新建隧道结构稳定、运营理想,得到专家及业主的肯定,在以后同类隧道的改、扩建施工中有了丰富的经验,夯实了基础。

参考文献:

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作者:杜龙龙 单位:中铁二十局集团第二工程有限公司

佳木斯职业学院学报责任编辑:张雨    阅读:人次