新建铁路隧道切断城市匝道桩基础综合施工技术

新建铁路隧道切断城市匝道桩基础综合施工技术

王毅远

中铁十七局集团第一工程有限公司

摘要：新建成渝客专铁路新红岩隧道进口GDK297+385～GDK297+425段下穿小龙坎广场A、B匝道，其施工难度大，施工过程中，采用边施作护拱边截端既有桩基，并将桩基受力转换至施作好的护拱上，最后施作二次衬砌，通过这种受力体系转换的方式，来完成新红岩隧道下穿既有A、B匝道的施工，通过一系列的监控手段及完善的应急预案，确保施工期间隧道及A、B匝道的安全。

关键词：新红岩隧道下穿A、B匝道截桩受力体系转换

1、工程概况

1.1新红岩隧道工程概括

新红岩隧道位于重庆沙坪坝区，属剥蚀丘陵地貌，地表多为旱地，地形相对较缓及山顶多为居民集聚地。新红岩隧道除进口GDK297+295～GDK297+775段沿既有小龙坎隧道线位，GDK303+612～GDK303+994段沿既有大坪隧道线位，采取扩挖既有单线隧道为双线隧道外，中间段为靠山侧新建隧道。隧道设计时速100km/h，隧道进口里程GDK297+295，出口里程GDK303+994，中心里程GDK300+644.5，隧道全长6699m。全隧为单面下坡，设计最大坡度为8.5‰，隧道最大埋深约170m。新红岩隧道平面位置图如下图1所示。

图1新红岩隧道平面位置图

1.2新红岩隧道下穿A、B匝道段概况

新红岩隧道进口GDK297+385～GDK297+425段下穿小龙坎广场A、B匝道，下穿A、B匝道段隧道影响范围总长40m。本段新红岩隧道为既有小龙坎隧道扩挖双线隧道，A、B匝道下穿段为箱型截面，箱型截面两侧下部加厚作为盖梁，A、B匝道桩基位于既有小龙坎隧道衬砌边缘外侧3m，新红岩隧道扩挖后，A、B匝道右侧桩基位于隧道内轮廓范围内，且扩挖后拱顶距离匝道结构底部不到1m，因此，下穿A、B匝道施工难度大，为控制工点。既有A、B匝道与新红岩隧道平面位置关系如下图2所示，下穿A、B匝道与隧道的相对位置关系如下图3所示

图2既有A、B匝道与新红岩隧道平面位置关系图

图3既有A、B匝道与新红岩隧道典型断面关系图

1.3既有A、B匝道概况

A、B匝道下穿段为箱型截面，箱型截面两侧下部加厚作为盖梁，并于既有小龙坎隧道两侧3m外设置桩基，将匝道箱型结构作为大型梁体放置于桩基上。桩基均采用圆截面桩基形式，桩基直径1.5m，桩基为挖孔桩，A匝道采用两侧各3根桩基，桩间距4.05m（垂直于匝道线路方向），B匝道采用两侧各4根桩基，桩间距3.88～3.99m（上部结构异型）。既有A、B匝道现场如下图4～5所示：

图4既有A、B匝道分叉处现状图5既有B匝道内现状

2、新红岩隧道下穿A、B匝道设计方案

由于A、B匝道基础距离新红岩隧道（扩挖后）不足1m，为了保证下部隧道施工安全，首先于拱部施做Φ159大管棚（内设钢筋笼），然后于桩间先行施做护拱对上部匝道进行支撑，待护拱达到设计强度后，依次切除下部桩基，桩承担的力转换到护拱上，再施做桩基段护拱衬砌。新红岩隧道下穿A、B匝道段护拱托换方案设计典型断面图如下图6所示：

图6新红岩隧道下穿A、B匝道段护拱托换方案设计典型断面图

3、主要施工步骤

1）施作超前地质预报，探明该段隧道掌子面前方地质情况；

2）隧道下穿A匝道前，于洞内设置导向墙，施做大管棚；

3）在大管棚的保护下，按“先施做一处桩间护拱，再返回截断一处桩基，桩基应根据钢架间距逐榀截断，再逐榀施做桩基护拱，依次推进”施作；

4）在桩间护拱达到设计强度后，按“截断一处、施做一处”的原则，截断A匝道下部桩基，然后开挖施做桩基处护拱；

5）同理，按以上2、3步骤施做B匝道段落护拱；

6）待A、B匝匝道段护拱施做完毕后，施做本段二次衬砌。

4、采取的主要工程措施

1）开挖方式：非爆破开挖；施工方法：大拱脚台阶法；

2）超前支护：50m长Φ159大管棚，内设钢筋笼；

3）加强支护：护拱采用拱墙双层喷砼支护，喷砼内设HW175型钢钢架+Φ25四肢格栅钢架，仰拱采用HW175型钢钢架，纵向间距0.6m；

4）加强衬砌：V级II型加强衬砌。

5）辅助措施：下部隧道施工期间，匝道路面铺设2cm厚钢板。

6）施工期间上部交通不中断，对交通实施24小时管制：重载、超载车辆不能通行；车辆限速通行；并对加强对匝道和隧道内监控量测，发现异常中断匝道内行车，并通知相关单位，以便处理。

5、施工方法

5.1施作超前地质预报

新红岩隧道进口下穿A、B匝道段及小龙坎广场段施工前，采用地质调查法、物探方法（地震波反射法、电磁波反射法）并结合加深炮眼及超前钻孔，探明掌子面前方地下水发育状况、地层岩性及岩层完整性，采用必要的超前措施，确保隧道施工安全。

探测结果该段隧道岩层主要为泥岩和砂岩，基岩强风化带中赋存有孔隙裂隙水，场区地形较低洼处的部位有上层滞水和基岩风化裂隙水。

5.2施作超前支护

隧道下穿A、B匝道前，于隧道内DK297+385处设置管棚工作室，拱部120°范围内均采用50m长Φ159大管棚，管棚内置钢筋笼环，大管棚环向间距0.4m，每环28根。利用大管棚注浆，填充拱部围岩裂隙及可能存在的空洞，并加固拱部围岩。采用德国宝峨KR805-1多功能液压钻机进行钻孔施工，为了保证管棚在开挖轮廓线外，需施作10m管棚工作室，管棚工作室需在复合衬砌断面的基础上扩挖1.2m。钻孔时需垫出钻机工作平台。

5.3洞身开挖

由于隧道爆破开挖易引起浅埋段隧道地表沉降、对地表建筑物造成损坏，产生的爆破噪声将影响居民生活。经综合考虑，新红岩隧道进口下穿A、B匝道段采用非爆破法开挖。采用铣挖机配合单臂掘进机开挖，上台阶（高度约6m）采用单臂掘进机进行开挖，下台阶（高度约4m）采用铣挖机开挖，开挖时按照从下至上，环形顺序，逐层扩大开挖面，以尽可能减轻对围岩的扰动，维护围岩的整体性，达到良好的轮廓成形，减少隧道的超欠挖，节省隧道施工成本。每循环控制在0.6m，具体进尺根据围岩级别适当调整。出渣后将自制作业台架移至掌子面处，对局部欠挖出进行处理。对欠挖处人工手持风镐进行修边。和普通爆破技术相比，机械开挖具有安全，无噪音，无振动，无飞石，无硝烟，无污染，不影响周围环境等诸多优点。

本段隧道采用大拱脚台阶法施工，仰拱紧跟掌子面，并及时施作二次衬砌。采用无轨运输，侧卸式装载机装碴，8～12吨自卸汽车运碴。

5.4施作初期支护

下穿A、B匝道段初期支护采用双层支护，施工工序流程为：辅助支护措施（超前管棚等）→开挖找顶找帮后初喷砼（4cm）→第一层系统支护（锚杆、钢筋网、I175钢架）施工→第一层复喷砼（10cm）→第二层系统支护（Φ25四肢格栅钢架）→第二层复喷砼（10cm）。

隧道为无轨运输方式，采用自卸汽车、挖掘机、单笔掘进机、铣挖机配套系统。根据掌子面到弃碴场的距离和开挖进尺以及装载机的装碴效率，合理选择自卸汽车和装载机的台数。台阶法开挖时，人工将上台阶的碴翻至下台阶，同时下台阶装载机与自卸汽车出碴。在围岩软弱、破碎地段，找帮找顶后先进行初喷，初喷完成后，装载机、自卸汽车进入出碴。

施工所用的衬砌混凝土由砼罐车运输至施工地点；洞中施工所用喷浆材料等其他材料由自卸汽车运输至指定地点。

5.5施作二衬

考虑到下穿段的特殊环境，仰拱、二衬尽早施作，以保证整个下穿段的安全。

5.6监控量测

施工过程中按照设计监控量测方案组织实施，一是对隧道内围岩进行监控量测，二是对A、B匝道进行监控量测。

5.6.1A、B匝道监测

（1）下穿A、B匝道段主要监测A、B匝道的结构裂缝、结构位移，监测项目及测试手段具体详见下表1所示；

图7下穿A、B匝道段测点布置图

（3）当监测项目变形值达到警戒变形值时，需综合评价设计施工措施，加强监测，必要时采取相应工程措施，如若监测项目变形值大于极限变形值的2/3时，暂停施工，采取相应工程措施，如补强支护等。既有A、B匝道及小龙坎广场段监控量测管理基准值详见表2

5.7监控量测评价

根据现场实际监控量测数据分析结果来看，在新红岩隧道二次衬砌施作完成后，隧道洞内及上方A、B匝道累计沉降值均不超过2mm，满足铁路隧道监控量测及建筑变形相关要求。也证实了通过施作护拱来转换匝道桩基础受力体系的方式是安全和切实可行的。

6、应急预案

对本工程施工可能发生的既有A、B匝道结构开裂变形、塌陷等灾害提前做出安排，明确应急职责，识别紧急需求，降低和减少对环境和员工的危害。成立应急组织体系并设置应急领导小组、灭火行动组、抢救疏散组、后勤保障组、医疗救护组等五个小组，分工明确，各司其职。

7、结论

通过严密的施工组织，周全的施工准备，在没有中断匝道交通的情况下，新红岩隧道下穿既有A、B匝道顺利完成了桩基的截断工作，施作了二次衬砌，成功完成了该部分受力体系的转换，从整个实施过程看，并没有发生隧道开挖可能会导致既有A、B匝道下部基岩失稳，造成既有A、B匝道沉降及差异沉降等危及匝道行车安全的情况，说明整个实施过程安全可靠，对相关类似工程有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]《新红岩隧道设计图》；

[2]《新红岩隧道下穿A、B匝道段设计方案图》；

[3]《小龙坎广场A、B匝道竣工资料》；

[4]《铁路工程设计技术手册-隧道》；

[5]《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）及局部修订条文的通知（铁建设【2008】147号、铁建设【2009】22号、铁建设【2009】62号、铁建设【2010】257号）；

[6]《铁路隧道工程施工安全技术规程》（TB10304-2009）

[7]《高速铁路隧道工程施工技术规程》Q/CR9604—2015

[8]《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）

[9]《建筑变形测量规范》（JGJ8-2007）