浅谈铁路隧道轨下结构施工方法.pdf

・隧道／地下工程・浅谈铁路隧道轨下结构施工方法赵研容（中铁十六局集团地铁工程有限公司北京１０００２３）摘要为满足列车安全、舒适性的需要，保证线路的高平顺性，无砟轨道的铺设与运营对盾构隧道轨下结构的施工要求非常严格，必须确保与盾构管片连接质量、变形及防水效果。以天津地下直径线为例，系统地介绍了轨下结构形式、设计分析及施工关键技术，合理优化工期，与无砟轨道整体道床施工衔接，保证铁路无砟轨道结构铺设的质量，为正在建设的无砟轨道铁路提供借鉴。关键词无砟轨道轨下结构盾构隧道中图分类号Ｕ２１３。２４４文献标识码Ｂ——文章编号１００９４５３９（２０１５）增ｌ一０２２００４ＡＢｒｉｅｆＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｎＵｎｄｅｒ－ｒａｉｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＲａｉｌｗａｙＴｕｎｎｅｌＺｈａｏＹａｎｒｏｎｇ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１６也ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２３，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｏｆ’ｔｒａｉｎＳｓａｆｅｔｙａｎｄｃｏｍｆｏｒｔ，ａｎｄｍａｋｅｓｕｒｅｔｈｅｌｉｎｅｒｕｎｎｉｎｇｓｍｏｏｔｈｌｙ，ｔｈｅｌａｙｉｎｇａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｈａｓｖｅｒｙｓｔｒｉｃｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌ—ｕｎｄｅｒｒａｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｕｓｉｔｉｓａｍｕｓｔｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｏｆｓｈｉｅｌｄｓｅｇｍｅｎｔｓ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｔａｋｅｓＴｉａｎｊｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｄｉａｍｅｔｅｒｌｉｎｅａｓａｌｌｅｘａｍｐｌｅ，ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｍ，ｄｅｓｉｇｎａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｋｅｙｃｏｎ－ｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆ—ｕｎｄｅｒｒａｉｌ，ＳＯａｓｔｏｒｅａｓｏｎａｂｌｙｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｄｕｒａｔｉｏｎ，ｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｌａｙｉｎｇｑｕａｌｉｔｙｏｆｂａｌｌａｓｔ－ｌｅｓｓｔｒａｃｋｓ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｉｔＣａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓｔｒａｃｋｏｆｒａｉｌｗａｙｕｎｄｅｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｂａｌｌａｓｆｌｅｓｓ—ｔｒａｃｋ；ｕｎｄｅｒｒａｉｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌ１轨下结构设计概述天津地下直径线全长３．２８３ｋｍ，其中盾构隧道长２１２９ｍ，采用弹性支承块式无砟轨道。盾构隧道轨下结构设计使用年限为１００年，结构安全等级为１级，抗震设防等级为７度，抗震等级为三级，轨下结构混凝土主受力结构构件裂缝宽度控制在０．３ｎｌｍ以内。根据工程实际需要，盾构隧道内在轨下设置一个通长的检修通道，并在轨下结构空间内设置一个排水泵站，轨下结构上面铺设弹性支承块无砟轨道，因此，为确保轨下结构与盾构管片的良好连接，确保列车行驶安全，对轨下结构进行计算分析。１．１轨下结构形式及断面根据轨下检修通道及泵站大小要求，轨下结构为异性断面，检修通道尺寸为１．８ｍ（高）×１．２５ｍ（宽），检修通道内两侧设置通长的ＰＶＣ排水管通至排水泵站。沿线路方向在隧道两侧通长设置电力电缆沟槽、水沟、通信信号沟槽。结构形式如图ｌ所示。图１轨下结构示意轨下结构采用现场浇筑施工，浇筑Ｃ３０钢筋混凝土。单次浇筑施工长度应为管片宽度的倍数，并收稿日期：２０１５一０１一０３２２０铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１５ｌ增１ｌ万方数据・隧道／地下工程・确保施工缝位于管片环的中间位置。在盾构管片结构设计在变形缝的里程处，轨下结构应也设置变形缝，并预埋中埋式橡胶止水带，以确保轨下结构与盾构管片的变形相协调及防水效果。１．２结构计算盾构隧道轨下结构为异性结构，根据轨下结构“Ⅱ”的受力特性，轨下结构的承载主体采用型结——构，对该结构采用荷载结构模型，按框架结构计算，对轨下结构施加固端约束，以模拟轨下结构与盾构管片结构的连接。结构按承载力极限状态和正常使用极限状态计算，裂缝宽度按荷载短期效应组合并考虑长期效应组合的影响进行验算，并对轨下结构进行疲劳检算，满足抗疲劳要求，经检算，轨下结构在强度、刚度、裂缝和稳定性方面满足规范要求。２轨下结构施工２．１总体施工方案轨下混凝土根据施工管理需要将设计断面进行分层，混凝土按照分层步序由下至上形成流水施工，每道步序工作面形成适当间隔。将全断面的轨下混凝土填充及道床施工分为７个工序进行。每个单元采用３套移动台车，２个工作面同时进行施工。每个单元长１８ｍ（施工项目为：植筋、绑扎钢筋、台车支立、浇筑混凝土、混凝土养护、拆模），每完成１４４ｍ后，移动地泵、搭设错车平台、运送钢筋、支承块等材料、接泵管等，依次施作。２．２各施工工序简述２．２．１基底填充首先，将全长盾构隧道内的最底层填充一次性浇筑至设计标高。施工先将检修通道底部填平，填充部位宽２．７５ｍ，厚度平均０．１８ｍ。采用混凝土罐车倒退进入隧道，自卸浇筑。为了便于洞内运输车辆运行，依次将整个盾构隧道的基底填充全部浇筑，如图２所示。盾构隧道轨下结构可以借用现有泥浆管托架，安装人行走道板，走道板上铺设混凝土泵管，固定至托架上，同时通过管片螺栓加强固定。目前泥浆管托架承重４２０ｋｅｇ延米，改作人行走道板后，承重８０ｋｇ／延米，满足安全要求。保留现有水管和污水管，作为轨下施工用。易｝道建笳技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２．２．２轨下结构与盾构管片的连接盾构隧道选用通用楔形管片，错缝拼装，各块管片在整环中的位置不确定，因此，无法在管片中预留预埋件，以便于轨下结构与盾构管片的连接。为保证轨下结构与盾构管片连接的稳定、牢固，保证列车运营期间的安全，轨下结构与盾构管片采用化学植筋形式连接，进行竖向和水平植筋。植筋采用，１，２０钢筋，植入深度３５ｃｍ。植筋前划线定位，采用钢筋探测仪确定具体打孔位置。植筋示意如图３所示。图２隧道基底填充示意图３轨下结构与盾构管片连接植筋示意采用植筋与盾构管片连接时锚固粘结剂应采用正规厂家生产的改性环氧类的胶黏剂，且满足相关规范中Ａ级胶的各项性能指标。植筋之前先对植筋胶送检，做钢筋植筋试验，试验合格后方可开始植筋。检查混凝土表面是否完好，并对管片中的钢筋进行探测，并做好标记。…钻孔应选择在管片的主筋之间，不可触及主筋。根据规范及设计要求，由２０钢筋钻孔直径为２５ｍｍ，钻孔完毕后，应用高压空气将钻孔内的碎屑清理干净；注胶时应将搅拌头插入孔的底部开始注胶，逐渐向外移动，注入体积—约为孔的１／２２／３，将准备好的钢筋旋转着缓缓插人孔底，在规定的初凝时间内进行安装，使得植筋胶均匀的附着在钢筋的表面及缝隙图４轨下结构钢筋绑扎示意中，待规定的固化时间过后再进行焊接、绑扎等工作。轨下结构与盾构管片的相连接处应对盾构管片进行凿毛处理，以提高管片与轨下结构的连接。２．２．３轨下结构钢筋绑扎“”轨下结构钢筋网为兀形状，单次绑扎长度为一个单元多出ｌ一２ｍ（即２０ｍ），便于台车移出后人员站立。钢筋绑扎如图４所示。２０１５ｌ增１）２２１万方数据・隧道／地下工程・（１）钢筋加工按施工图及技术规范进行钢筋制作。设置专用钢筋加工棚，钢筋的绑扎、安装在施工现场进行。钢筋原材出厂合格证，原材试验报告单及焊接试验报告单等质保资料有关数据，符合设计及规范要求。钢筋加工配料表经复核无误后，方可施工。钢筋加工成品挂牌堆放并标注钢筋编号、规格、根数、加工尺寸、使用部位，经检验合格后，方准使用。（２）钢筋连接钢筋连接方式为单面搭接焊，焊缝长度为１０ｄ，焊接接头位置相互错开，在３５ｄ且不小于５０（３ｍ范围内，同一截面接头受力钢筋的面积不超过全部受力钢筋面积的５０％。同一施工单元内的底板结构钢筋尽可能采用对焊连接［２ｊ。２．２．４支立台车、浇筑混凝土台车移动至已绑扎完成钢筋网下，就位固定、浇筑混凝土。隧道一侧采用３套台车，其中一、二号台车相隔一个单元，采用隔一打一的方式向前施作，三号台车距二号台车５个单元（即９０ｍ），其中２个单元堆放钢筋模板等、１个单元植筋、２个单元绑扎钢筋。三号台车前方放置１台地泵，泵管接至浇筑面。地泵前方３００ｍ处设置错车平台，混凝土罐车倒退进入隧道，通过地泵输送混凝土，浇筑时错车平台停留另一辆混凝土罐车，确保混凝土浇筑中断时间不超过５ｒａｉｎ。台车就位支模板ｌｄ，混凝土浇筑１ｄ，养护，最快５ｄ一个单元【３Ｊ。施工流程如图５所示。图５轨下结构混凝土浇筑施工流程错车平台两侧采用植筋，植筋位置及间距与竖向植筋一致，预留直螺纹套筒，并加以保护，以便拆除平台时，接续竖向钢筋。平台长度以能放罐车、宽度２辆罐车能错车、坡度罐车内砼不外流为标准。现场搭设的错车平台如图６、图７所示。铁道建篱技术图６错车平台施作图７成型的错车平台２．２。５隧道两侧水沟及电缆槽施工一个单元的四电构件安装完成后，清理表面，施工缝处凿毛，支立模板，泵管接至水沟施工处，浇筑水沟和剩余隧底填充混凝土，如图８所示。水沟施工２５ｍ划分为一个单元，施工内容为：绑扎钢筋、安装预图８水沟与剩余隧底混凝土浇筑示意埋管线、支立模板、浇筑混凝土、拆模，一个单元需施工４ｄ。２．２．６材料运输隧道内放置１台汽车吊（２５ｔ）、１台运输车（载重２０ｔ），用于洞内材料、设备吊装运输。当二号台车与三号台车之间隧底填充完成后，在三号台车前方搭设过车桁架，采用车辆运输水沟、道床施工用的钢筋、支承块等材料。提前施作１单元水沟及整体道床填充，并在填充上方安装轨道，以便龙门吊行走。隧底填充上方安装中继泵，用于水沟和道床混凝土浇筑。材料运输完成后，一、二号继续交替向前施工，三号台车向前移动５个单元，重复开始下一个单元，如图９所示。２．２．７整体道床施工图９材料运输台车示意采用悬吊式轨排进行弹性支承块式整体道床施工，隧道内放置４台行走式龙门吊吊装施工，４套轨排架，利用轨检车对轨排进行定位检测，保证轨道精度。整体道床施工位于水沟之后，每个单元５０ｍ，平均４ｄ完成１单元。混凝土采用商品混凝土，混凝土罐车行驶至始发井、接收井，井口预留下料孔。沿竖井璧安装串ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１５ｌ增１１万方数据・隧道／地下工程・羹塑要曼勰惹戛罂，在中间位置处３结束语安装一个缓冲器，防止混凝土离析。。媚不旧隧道内从隧道中间向两井端方向各放置１台混凝土地泵、２辆混凝土罐车。地泵距作业面１００ｍ，泵管接长至浇筑面，前端３ｍ采用橡胶软管；罐图１０隧道内整体道床浇筑混凝土车将混凝土由竖井下料口运送至地泵。道床施工如图１０～１２所示。图１１弹性支承块吊装图１２弹性支承块定位安装工程采取有效技术措施和合理施工安排，及时解决施工过程中战线长、工期短、任务重等一系列难题，既保证了施工质量，又在预定工期内完成隧道轨下结构及道床铺设任务，为今后施工积累了经验。参考文献［１］四川省住房和城乡建设厅．ＧＢ—５０３６７２０１３混凝土结构加固设计规范［ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，—２０１３：７９８５．［２］北京市城乡建设委员会．ＧＢ—５０２９９１９９９地下铁道工程施工及验收规范［ｓ］．北京：中国计划出版社，—２００３：３５４０．［３］中铁三局集团有限公司．铁建设［２０１０］２４１号铁路混凝土工程施工技术指南［ｓ］．北京：中国铁道出版—社，２０１４：５９６２．（上接第２１９页）４．５．７地下管线变位监测地下管线的监测一般采用直接监测点和间接监测点埋设相结合的原则。设置要求是根据管线现状—布置，一般布置在接头部位，１０１５ｍ布置１个测点。其中有特殊情况的地方，视实际情况加密。本施工通道地下管线的监测主要对洞口段进行监测，结合地表沉降监测综合分析对地下管线的影响。４。５．８量测频率在满足规范要求的前提下，结合工程施工实际需要对量测频率进行控制。如发生测量数据变化状态不稳定时，则加大量测频率，按１次／ｄ进行数据收集。量测过程中若遇围岩变形速率较快时，量测频率按相关规范的规定进行。４．６质量标准（１）炮眼利用率９７％以上，露天爆破无石坎。（２）爆后岩石破碎均匀，隧道爆破岩石粒径比常规爆破缩小２５％，露天浅孔水压爆破大于８０ｃｍ的岩石比常规爆破下降４４％以上，露天深孔水压爆“”破无须改炮。（３）隧道爆破爆堆抛散距离比常规隧道爆破缩短２１％，露天爆破岩石原地松动破碎。（４）粉尘含量，隧道爆破降低４２．５％，露天爆破降低９２％。（５）爆破振动速度降低２１％。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（６）露天爆破无飞石，噪声在城市允许噪声标准以下。５常规爆破与水压爆破比较常规爆破与水压爆破参数比较如表２所示。表２常规爆破与水压爆破参数比较序号爆破参数常规爆破水压爆破ｌ装药时间／ｈ１．５１．８２通风时间／ｒａｉｎ３０５３‘震速／（ｃｍ・ｓ１）１．３４１．１９４噪声／ｄＢ９８８９５炸药用量／（ｋｇ・ｍ。３）Ｏ．９Ｏ．８６循环进尺／ｍ２．７～３．２３．４６结束语二郎站至华龙站施工通道暗挖段进行水压爆破施工，从表２可以明显地看出，水压爆破工艺除时间略长以外，其他参数均优于常规爆破，尤其是在降尘、震速、噪声影响方面取得效果显著，为类似工程施工积累了经验。参考文献［１］周劲松，徐兴国．节能环保水压爆破在大河湾隧道掘—进中的应用［Ｊ］．建筑，２００７（２０）：２７２８．［２］曾星巨，戴剑锋，蒋振梁，等．监控量测在软岩隧道信息化施工中的应用研究［Ｊ］．中国新技术新产品，２０１２（２１）：２３．２０１５ｌ增１）万方数据