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        哈大鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鞍山隧道工程設(shè)計(jì)

        2012-11-27 03:20:30葉少敏馬志富
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)施工

        葉少敏,馬志富

        (鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)

        1 工程概況

        鞍山隧道位于遼寧省鞍山市寧遠(yuǎn)鎮(zhèn),是為滿(mǎn)足有關(guān)方要求而設(shè)的鉆入地下的隧道,全長(zhǎng)2 440 m,為雙線(xiàn)隧道。隧道內(nèi)線(xiàn)路最大埋深20.5 m(軌面至地面),最大覆土厚度10.5 m。隧道位于沖積平原區(qū),地形平坦、開(kāi)闊。進(jìn)口段基本為耕地,有零散的房屋及溫棚;出口段分布較多的房屋,尤其在鞍騰路兩側(cè)較為密集。隧道多處通過(guò)高、低壓供電線(xiàn)路和油管以及其他管線(xiàn)。

        由于地理?xiàng)l件的特殊性,本隧道施工工法采用以明挖為主,下穿鐵路專(zhuān)用線(xiàn)采用暗挖的方案。其中共1 890 m采用放坡明挖,中部基坑較深460 m段采用鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)明挖,下鉆鐵路專(zhuān)用線(xiàn)段共50 m采用暗挖法施工,隧道兩端與路基“U”形槽封閉結(jié)構(gòu)(帶雨棚)相接。見(jiàn)圖1。

        圖1 鞍山隧道縱斷面示意

        2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

        2.1 自然地理

        隧道區(qū)域?qū)贉貛В瑵駶?rùn)~半濕潤(rùn)的季風(fēng)氣候,冬季長(zhǎng)寒冷,夏季短促溫暖,雨量集中在7~8月份,春秋多風(fēng)。按對(duì)鐵路工程影響的氣候分區(qū),隧道區(qū)屬于寒冷地區(qū),冬季寒冷干燥,夏季酷熱少雨,屬典型的溫帶大陸性氣候。

        2.2 地形地貌

        本隧道進(jìn)口位于筆管堡的耕地中,地形平坦;出口位于寧遠(yuǎn)鎮(zhèn)小臺(tái)子村,周?chē)酁榻ㄖ?,地面情況較復(fù)雜。

        2.3 工程地質(zhì)條件

        隧道區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)沖洪積層(Q4al+pl)黏性土、砂類(lèi)土、碎石類(lèi)土;第四系上更新統(tǒng)沖洪積層(Q3al+pl)黏性土、砂類(lèi)土、碎石類(lèi)土;寒武系石灰?guī)r。局部表覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml)。隧道圍巖分為Ⅴ~Ⅵ。

        2.4 水文地質(zhì)條件

        鞍山地區(qū)在天然條件下,總的地下水補(bǔ)、徑、排特點(diǎn)是:在水平方向上,淺層水和深層水由北向南形成補(bǔ)給,在垂向上,下伏含水巖組接受上覆含水巖組的滲透補(bǔ)給。地下水類(lèi)型主要為第四系孔隙潛水,賦存于第四系松散堆積層;基巖裂隙水賦存于碳酸鹽巖溶裂隙中。地下水位較高。根據(jù)取樣試驗(yàn)分析,該段地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)化學(xué)侵蝕性。

        3 隧道建筑限界及斷面內(nèi)輪廓

        隧道建筑限界采用《新建時(shí)速300~350公里客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)[2007]47號(hào))客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鐵路建筑限界。

        隧道在下穿鞍騰路段因線(xiàn)路高程與道路路面高程的限制,為了滿(mǎn)足隧道凈空面積要求,隧道內(nèi)輪廓在標(biāo)準(zhǔn)斷面基礎(chǔ)上進(jìn)行了局部修改,見(jiàn)圖2。

        4 隧道施工方法及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        圖2 鞍山隧道立交明洞斷面內(nèi)輪廓(單位:cm)

        本隧道位于沖積平原區(qū),地形平坦、開(kāi)闊,鑒于隧道內(nèi)線(xiàn)路最大埋深20.5 m,基坑最大開(kāi)挖深度約22.8 m,本隧道施工工法采用以明挖為主,下穿鐵路專(zhuān)用線(xiàn)采用暗挖的方案。

        開(kāi)挖施工前必須進(jìn)行基坑降水,降水的目標(biāo)為地下水降到基坑底面以下0.5~1 m。降水采用管井降水,井徑采用φ705 mm管井,縱向井間距為8 m,降水井兼做降壓井,降水井的參數(shù)及降水井的深度可在施工中根據(jù)降水試驗(yàn)及實(shí)際地層進(jìn)行調(diào)整。

        4.1 放坡開(kāi)挖段

        隧道共1 930 m采用放坡明挖。其中既有鞍騰路下方的段落和隧道結(jié)構(gòu)露出地面的段落,采用微拱直墻帶仰拱框架明洞結(jié)構(gòu),其余明挖段落采用曲墻帶仰拱明洞結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖3。

        圖3 放坡開(kāi)挖段斷面

        放坡開(kāi)挖段基坑深度在21.5~3.2 m,采用單級(jí)或多級(jí)放坡方式,單坡最大高度為8 m,坡間設(shè)置2 m平臺(tái),放坡坡率為1∶1.5,基坑深度在8 m以下且能保證安全時(shí)放坡坡率可采用1∶1.25。

        在平臺(tái)或坡腳位置設(shè)置降水井,當(dāng)基坑深度≤16 m時(shí)設(shè)置2排降水井,當(dāng)基坑深度>16 m時(shí)設(shè)置4排降水井,縱向間距8 m。

        4.2 鉆孔灌注樁圍護(hù)段

        隧道改DK285+340~改DK285+800段共460 m為明挖順做施工,基坑開(kāi)挖寬度36.9~88.3 m,深度20.6~24 m。基坑采用鉆孔灌注樁圍護(hù)支護(hù),隧道采用邊墻內(nèi)曲外直的帶仰拱明洞結(jié)構(gòu),見(jiàn)圖4。

        (4)選擇適宜的鉆孔設(shè)備,按規(guī)范要求施作鋼筋混凝土灌注樁及冠梁。

        (5)分層開(kāi)挖基坑土方,及時(shí)架設(shè)支撐系統(tǒng)。坑內(nèi)設(shè)排水溝和集水井,及時(shí)排出基坑內(nèi)。

        (6)基坑開(kāi)挖至距坑底30 cm時(shí),采用人工開(kāi)挖,對(duì)坑底進(jìn)行找平。對(duì)坑壁滲水處進(jìn)行封堵處理,噴射C20早強(qiáng)混凝土并用砂漿找平樁壁。

        (7)施作混凝土墊層、防水層、主體結(jié)構(gòu)。

        (8)基坑回填、恢復(fù)路面。

        4.3 暗挖段

        隧道在改DK284+994.8下穿鐵路專(zhuān)用線(xiàn),專(zhuān)用線(xiàn)與線(xiàn)路中線(xiàn)交角為62°,為了專(zhuān)用線(xiàn)的安全運(yùn)營(yíng),改DK284+970~改DK285+020段共50 m采用暗挖施工,采用復(fù)合式襯砌,結(jié)構(gòu)形式為曲墻帶仰拱。

        暗挖與放坡開(kāi)挖銜接處采用鉆孔灌注樁圍護(hù)保護(hù)專(zhuān)用線(xiàn)路基坡腳。為了控制隧道施工期間地面尤其是鐵路專(zhuān)用線(xiàn)

        基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 200 mm@1 400 mm鉆孔樁+鋼支撐體系,冠梁頂設(shè)置5 m寬平臺(tái),以上部分土體采用1∶1.5放坡開(kāi)挖,設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)(至冠梁頂)26.3~31 m,主筋凈保護(hù)層厚度為70 mm。鉆孔灌注樁段槽內(nèi)土體開(kāi)挖采用自上而下分層開(kāi)挖、分層鋼管支撐的方式,明洞結(jié)構(gòu)采用自下而上分段灌注。圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐體系由鋼圍檁+橫撐,橫撐采用φ600 mm鋼管,壁厚t=12、16 mm,水平間距為3 m(局部2 m),鋼圍檁采用2I45b型鋼?;咏邓捎每油饨邓?,雙側(cè)布置降水井,縱向間距8 m,降水井埋設(shè)深度為H+4 m(H為基坑深度)。

        鉆孔灌注樁圍護(hù)段與放坡明挖段的銜接處,采用鉆孔灌注樁堵頭,并采用鋼筋混凝土腰梁+預(yù)應(yīng)力錨索作為支撐體系,錨索采用3股7φ11.1、15.2 mm的鋼絞線(xiàn),錨索鉆孔孔徑φ150 mm,并應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的變形、受力監(jiān)測(cè)情況調(diào)整實(shí)施,見(jiàn)圖5。

        其中本段在改DK285+500線(xiàn)路中線(xiàn)右側(cè)約80 m處有一變電站,為確保施工期間電站的安全,在改DK285+420~改DK285+610段沿電站周?chē)┳鲭p排φ600 mm@400 mm垂直旋噴樁止水,樁長(zhǎng)20~5 m,防止因降水導(dǎo)致地面沉降,從而影響建筑物的安全。

        本段主要施工步驟:

        (1)調(diào)查地下管線(xiàn),平整場(chǎng)地,做好施工準(zhǔn)備。

        (2)施工降水井點(diǎn),進(jìn)行降水。

        圖5 放坡開(kāi)挖段與圍護(hù)段銜接平面示意

        (3)開(kāi)挖基坑至冠梁頂高程,并按1∶1.5放坡。的沉降,隧道開(kāi)挖輪廓外最大跨以上采用φ300 mm(t=10 mm)超前管幕保護(hù),最大跨以下邊墻采用密排超前小導(dǎo)管注漿加固地層,見(jiàn)圖6。

        為減小正面樁背土體的土壓力,最大跨以上襯砌輪廓外土體采用旋噴樁加固,縱向長(zhǎng)度10 m。

        暗挖段開(kāi)挖方式采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工,為了控制隧道施工期間地面尤其是鐵路專(zhuān)用線(xiàn)的沉降,隧道內(nèi)開(kāi)挖正面采用φ50 mm玻璃纖維注漿錨桿加固。施工期間采用洞外降水方式,降水井布設(shè)在隧道兩側(cè)距離開(kāi)挖輪廓不小于2 m處,縱向間距8 m。

        5 防排水設(shè)計(jì)

        5.1 防排水原則

        確定結(jié)構(gòu)自防水為根本,同時(shí)加強(qiáng)施工縫、變形縫等細(xì)部結(jié)構(gòu)的防水措施,以防為主,多道防線(xiàn),綜合治理的原則。隧道結(jié)構(gòu)防水等級(jí)為一級(jí),主體結(jié)構(gòu)的抗?jié)B等級(jí)為P12。

        圖6 暗挖段進(jìn)洞處橫斷面(單位:mm)

        5.2 主體防水措施

        全隧道襯砌均采用全包式防水,明挖隧道防水層采用2 mm厚自粘式防水層,暗挖隧道采用2 mm厚防水板加400 g/m2無(wú)紡布防水。

        5.3 施工縫、變形縫防水

        襯砌施工縫采用橡膠止水帶防水,地層明顯變化處、結(jié)構(gòu)形式變化處和明暗分界處設(shè)置變形縫,變形縫采用中埋鋼邊橡膠止水帶加背貼式橡膠止水帶防水。為了加強(qiáng)施工縫防水措施,施工縫內(nèi)預(yù)埋可維護(hù)注漿管,以期在施工縫滲漏水時(shí)進(jìn)行襯砌內(nèi)注漿堵漏。

        5.4 隧道洞身排水

        洞內(nèi)設(shè)雙側(cè)水溝與中心深埋排水管排水。隧道內(nèi)為“Ⅴ”形坡,在隧道內(nèi)變坡點(diǎn)處設(shè)集水坑,采用機(jī)械方式將水排出洞外。隧道進(jìn)出口洞外路基采用雨棚防水,雨棚在隧道口環(huán)節(jié)襯砌上設(shè)堵頭板,防止雨水直接降到洞口線(xiàn)路上。

        6 隧道保護(hù)設(shè)計(jì)

        隧道施工完畢后,結(jié)構(gòu)頂?shù)陀谠孛娴囟?,施工回填全部恢?fù)到原地表,隧道兩端結(jié)構(gòu)高出原地表段,結(jié)構(gòu)頂覆蓋一定厚度的土,兩側(cè)進(jìn)行坡?tīng)罨靥?,?duì)回填土表面采用植草綠化。

        隧道保護(hù)設(shè)計(jì)分2個(gè)區(qū)域,Ⅰ區(qū)為封閉區(qū),Ⅱ區(qū)為開(kāi)放區(qū)。Ⅰ區(qū)結(jié)構(gòu)高出地表或埋深較淺僅考慮現(xiàn)有的規(guī)劃道路及既有道路可以通過(guò)本區(qū);Ⅱ區(qū)埋深較深為恢復(fù)原地表區(qū),可以通行、種植,但限制在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)行其他土建工程建設(shè),必須實(shí)施時(shí)須與鐵路產(chǎn)權(quán)部門(mén)溝通,并采取隧道保護(hù)措施后方可實(shí)施。保護(hù)區(qū)內(nèi)不容許在恢復(fù)的地表上增加永久的堆載。Ⅰ區(qū)保護(hù)點(diǎn)沿隧道縱向約100 m設(shè)1處,采用鐵路用地標(biāo)志牌方式,必要時(shí)設(shè)置防護(hù)網(wǎng)。保護(hù)設(shè)計(jì)平面布置見(jiàn)圖7。

        圖7 鞍山隧道保護(hù)設(shè)計(jì)平面示意(單位:m)

        7 隧道設(shè)計(jì)施工遇到的問(wèn)題及思考

        (1)鞍山隧道長(zhǎng)段落為明洞結(jié)構(gòu)且基底處于砂、土類(lèi)地層,承載力遠(yuǎn)低于一般山嶺隧道,可以說(shuō)鞍山隧道是在類(lèi)似地鐵區(qū)間修建的高鐵隧道。而高速鐵路無(wú)砟軌道鋪設(shè)對(duì)隧道基礎(chǔ)沉降要求非常高,鞍山隧道主體完成后經(jīng)過(guò)多個(gè)沉降觀測(cè)期后沉降才趨于穩(wěn)定,因此鞍山隧道的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)對(duì)以后修建同類(lèi)型高鐵隧道有指導(dǎo)意義。

        (2)鞍山隧道采用了一些新材料、新工藝,特別是明洞部分采用的自粘性防水卷材,自粘防水卷材由于具有皮膚式防水的理念,具有很多優(yōu)點(diǎn),是一種應(yīng)用前景很廣的新型防水材料。但對(duì)施工工藝、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求較高,一開(kāi)始發(fā)現(xiàn)貼好的防水板第二天便脫落,后找廠家專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍鋪設(shè)情況才有所好轉(zhuǎn)。自粘式防水卷材在山嶺隧道長(zhǎng)段落明洞中應(yīng)用較少,應(yīng)用的時(shí)間也不長(zhǎng),今后設(shè)計(jì)施工中需要結(jié)合工程類(lèi)型和特點(diǎn)進(jìn)行考慮,采取一些變通措施來(lái)適應(yīng)特定的工程環(huán)境,達(dá)到理想的防水效果。

        8 結(jié)語(yǔ)

        鞍山隧道設(shè)計(jì)按照高標(biāo)準(zhǔn)、高起點(diǎn)進(jìn)行,積極采用了一些新技術(shù)、新材料,對(duì)多種不利地質(zhì)因素及難點(diǎn)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)及研究,鞍山隧道的成功建設(shè)為今后我們?cè)诔鞘袇^(qū)域修建高速鐵路隧道積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

        [1]鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.哈大客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)鞍山隧道施工圖文件[Z].天津:鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,2007.

        [2]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10003—2005 鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2005.

        [3]中華人民共和國(guó)鐵道部.TB 10621—2009 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)鐵道出版社,2009.

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