盧裕杰

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600）

1 引言

一般而言，鐵路站場(chǎng)股道密集，設(shè)備繁多，工程建設(shè)條件復(fù)雜，市政道路在不可避免穿越時(shí)，通常優(yōu)先采用橋梁上跨方案［1-2］，但存在著與周邊景觀協(xié)調(diào)困難、運(yùn)營(yíng)期道路拋灑或養(yǎng)護(hù)可能影響鐵路安全等缺點(diǎn)。因此，隧道下穿鐵路站場(chǎng)的案例逐年增加［3-4］，越來越受到了工程技術(shù)人員的關(guān)注。

隧道下穿鐵路站場(chǎng)的施工方法主要有盾構(gòu)法、暗挖法、頂進(jìn)法、明挖現(xiàn)澆法等。其中，明挖現(xiàn)澆法不受長(zhǎng)度限制、鐵路沉降可控、風(fēng)險(xiǎn)小、工期短、投資省，在下穿鐵路工程中應(yīng)用較廣［5-8］。但該法必須以鐵路不間斷運(yùn)營(yíng)為前提，在下穿復(fù)雜鐵路站場(chǎng)時(shí)，存在著總體布置、線路加固、施工組織、設(shè)備遷改等一系列技術(shù)問題?；诖?，本文以某市政道路下穿安康貨運(yùn)東站為例，對(duì)明挖隧道下穿鐵路站場(chǎng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

2 工程概況及主要技術(shù)難點(diǎn)

市政道路明挖隧道由南向北分幅依次下穿安康貨運(yùn)東站內(nèi)貨場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線、V場(chǎng)1道～10道、車輛段走行線、貨車疏解上行線共13股道，兩幅隧道凈距7.2 m。隧道與安康貨運(yùn)東站鐵路位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 隧道與安康貨運(yùn)東站鐵路位置關(guān)系（單位：m）

安康貨運(yùn)東站為混合式三級(jí)五場(chǎng)一等編組站，是連接西北、西南、華中地區(qū)的重要鐵路樞紐，年吞吐能力高達(dá)60余萬t，為西部大開發(fā)和帶動(dòng)陜南經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。

隧址處自上而下地層分別為第四系全新統(tǒng)人工堆積層雜填土（Qml4），第四系上更新沖積層粉質(zhì)黏土（Qal＋pl13）、卵石土（Qal＋pl63），志留系下統(tǒng)石牛欄組云母片巖（Sph1）。隧道主要在雜填土及粉質(zhì)黏土層中穿越。

綜合考慮兩端接線條件、鐵路沉降控制、施工難度、風(fēng)險(xiǎn)、工期、投資等因素，本隧道采用明挖現(xiàn)澆法施工。其主要技術(shù)難點(diǎn)包括：

（1）安康貨運(yùn)東站內(nèi)13股鐵路走向、軌道類型、軌面高程等均差異較大，隧道布置困難。

（2）隧道與鐵路股道斜交，夾角64°，使得鐵路加固跨度大，加固方式受限。

（3）安康貨運(yùn)東站內(nèi)貨檢、列檢等作業(yè)繁忙，施工組織的優(yōu)劣直接影響到鐵路站場(chǎng)的正常運(yùn)營(yíng)。

（4）隧道影響鐵路通信、信號(hào)光電纜12組，電力電纜3條、接觸網(wǎng)軟橫跨4組等，尤其是接觸網(wǎng)，受隧道斜穿影響，遷改實(shí)施難度大。

3 大高差條件下的隧道縱向布置技術(shù)

下穿鐵路明挖隧道的縱向布置，從隧道頂面至軌道頂面的覆土是重要的考量因素。一般而言，在滿足軌下結(jié)構(gòu)尺寸要求的前提下，不宜過大，以免造成鐵路后期運(yùn)營(yíng)的沉降。本隧道下穿13股鐵路，軌面高程差異較大，從279.77 m（貨場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線）到284.28 m（貨車疏解上行線），高差4.51 m，對(duì)隧道縱向布置影響很大。

圖2 有限元計(jì)算模型

為選擇合理的覆土厚度，利用商業(yè)有限元軟 件 MIDAS-GTS［9］建立數(shù)值模型，如圖2所示，對(duì)不同覆土條件下股道的沉降進(jìn)行分析。在模型中，基坑開挖范圍采用級(jí)配碎石注漿回填，回填土壓實(shí)度按大于0.93考慮。

根據(jù)安康貨運(yùn)東站軌道結(jié)構(gòu)型式及相關(guān)要求，覆土厚度應(yīng)不小于0.8 m。因此，在覆土0.8～2.4 m區(qū)間內(nèi)間隔0.2 m進(jìn)行一次分析，得到鐵路軌道沉降（指10 m弦測(cè)量的最大矢度值，下同）與覆土厚度關(guān)系，如圖3所示。

圖3 鐵路軌道沉降與覆土關(guān)系

圖3顯示，隨著覆土厚度的增加，軌道沉降隨之增加。根據(jù)《鐵路線路維修準(zhǔn)則》［10］，對(duì)于設(shè)計(jì)行車速度不大于120 km／h的普速鐵路，軌道沉降值不宜大于4 mm。以此為控制值，則為了確保鐵路的運(yùn)營(yíng)安全，覆土厚度不應(yīng)超過1.9 m。

綜合考慮隧道兩端接線條件、縱坡等因素，若隧道縱向采用常規(guī)的等截面形式，則在股道大高差的條件下，部分鐵路后期沉降預(yù)測(cè)將超過控制值，給鐵路運(yùn)營(yíng)造成不利影響，甚至危及行車安全。因此，經(jīng)綜合考慮，隧道縱向采用變截面布置形式，如圖4所示。通過加高隧道內(nèi)凈空，控制隧道結(jié)構(gòu)頂面至軌道頂面覆土在1.02～1.82 m之間，既滿足鐵路沉降要求，同時(shí)也有利于增強(qiáng)隧道的行車舒適感。

圖4 變截面隧道縱向布置（單位：m）

4 小夾角條件下的鐵路加固技術(shù)

為了不中斷既有鐵路行車，在明挖隧道下穿鐵路站場(chǎng)的施工過程中，必須對(duì)鐵路采用安全合理的加固措施。

一般而言，既有鐵路的加固方式主要有D型便梁法和工字鋼“橫抬縱挑”法［11］。D型便梁為制式構(gòu)件，有 D12、D16、D20、D24四種類型，分別適用于12.06、16.08、20.10、24.12 m跨度，不需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算［12］。工字鋼“橫抬縱挑”法則是利用工字鋼作為縱橫梁進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝，橫梁從枕木底穿過，將枕木與鋼軌一并抬起，縱梁安裝在鐵路兩側(cè)位置并置于由枕木底伸出的橫梁上?？v梁常用 100，橫梁常用 45或 56。該方法跨度可靈活布置，但需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢算。

具體到本工程而言，考慮到隧道下穿13股道，當(dāng)?shù)谼型便梁備料不足，外運(yùn)成本高。從降低工程造價(jià)的角度出發(fā)，宜優(yōu)先選用工字鋼“橫抬縱挑”法。

根據(jù)材料力學(xué)原理，當(dāng)采用 100作為縱梁時(shí)，在不同跨度條件下，“橫抬縱挑”法加固系統(tǒng)縱梁的跨中撓度如圖 5所示。以l／400（l為跨度，單位mm）作為容許撓度，則加固跨度應(yīng)小于14 m。

圖5 縱梁跨中撓度與跨度關(guān)系

本隧道以64°小夾角斜穿安康貨運(yùn)東站V場(chǎng)1～10道，單幅隧道15m，兩幅隧道凈距7.2 m。為避免支點(diǎn)樁（直徑1.5 m）與隧道空間沖突，取兩幅隧道凈距中部作為一個(gè)支點(diǎn)，則本次加固系統(tǒng)主跨最小需要（7.2／2＋15）／sin64°＋1.5＝22.2（m），采用工字鋼“橫抬縱挑”法撓度不能滿足使用要求，需采用D24便梁進(jìn)行加固。

基于此，為確保既有鐵路安全運(yùn)營(yíng)的同時(shí)，最大限度減少便梁租賃及運(yùn)輸費(fèi)用，降低投資，本工程加固系統(tǒng)主跨選用D24便梁，其余跨選用工字鋼“橫抬縱挑”法進(jìn)行加固，其布置如圖6所示。

圖6 鐵路加固系統(tǒng)示意（單位：m）

采用D24便梁進(jìn)行線路架空，施工順序優(yōu)化為調(diào)整枕距→穿橫梁→縱梁就位，均在封鎖點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行。

（1）調(diào)整枕距

先將軌枕的位置按670 mm的間距用白油漆標(biāo)志在鋼軌外側(cè)軌腰處，將多余的軌枕抽出。D型縱梁架設(shè)就位后按照位置進(jìn)行調(diào)整枕距作業(yè)，確保軌枕與線路垂直，并調(diào)平軌面。

（2）穿橫梁

橫梁事先由人工抬運(yùn)至施工地點(diǎn)，施工時(shí)先穿入定位橫梁，連接定位角鋼，然后穿入其他橫梁，保證各組橫梁位置正確，用便梁扣件將橫梁與鋼軌連接。至少在一根鋼軌下需要墊大塊絕緣橡膠軌墊，防止軌道電路短路，影響信號(hào)和行車。塞入橫梁時(shí)要對(duì)準(zhǔn)聯(lián)接板并定位，同時(shí)上好扣件，墊好橡膠軌墊。并及時(shí)對(duì)道床進(jìn)行搗實(shí)，認(rèn)真做好線路檢查，發(fā)現(xiàn)變化及時(shí)維修。

（3）縱梁就位

縱梁在封鎖點(diǎn)前按順序吊裝至軌道車上，并固定牢固。給封鎖點(diǎn)后運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，卸于架空區(qū)段，用短枕木支撐固定，然后人工配合頂鎬準(zhǔn)確就位，連接縱橫梁節(jié)點(diǎn)板和上下牛腿，形成架空體系。

5 繁忙運(yùn)輸條件下的施工組織技術(shù)

對(duì)鐵路采用加固措施，雖然確保了隧道施工過程中既有鐵路不中斷行車，但鐵路站場(chǎng)內(nèi)諸如貨檢、列檢等作業(yè)會(huì)受影響。為最大限度地降低線路加固及隧道施工對(duì)既有鐵路站場(chǎng)的影響，考慮采用“線路分區(qū)加固，隧道分段施工”的施工組織方式。

根據(jù)安康貨運(yùn)東站內(nèi)鐵路分布情況，北端貨車疏解上行線與南端貨場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線距離相對(duì)較遠(yuǎn)，可單獨(dú)架空加固及開挖，其余11股鐵路線間距約5.0～6.5 m，分為4個(gè)區(qū)域進(jìn)行加固，如圖7所示。

圖7 鐵路線路加固分區(qū)示意

V場(chǎng)加固第一區(qū)：線路同時(shí)架空加固V場(chǎng)1～4道，5～10道可正常進(jìn)行作業(yè)；加固完成后進(jìn)行V場(chǎng)1、2道下方的隧道施工。

V場(chǎng)加固第二區(qū)：線路架空加固V場(chǎng)5、6道，釋放1、2道，1、2、7～10道可正常進(jìn)行作業(yè)；加固完成后進(jìn)行V場(chǎng)3、4道下方的隧道施工。

V場(chǎng)加固第三區(qū)：線路架空加固V場(chǎng)7、8道，釋放3、4道，1～4、9、10道可正常進(jìn)行作業(yè)；加固完成后進(jìn)行V場(chǎng)5、6道下方的隧道施工。

V場(chǎng)加固第四區(qū)：線路架空加固V場(chǎng)9、10道、車輛段走行線，釋放5、6道，1～6道可正常進(jìn)行作業(yè)；加固完成后分段進(jìn)行剩余隧道的施工。

施工時(shí)可先進(jìn)行南端貨場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線的架空加固及施工，由南向北分區(qū)分段進(jìn)行，隧道棄渣從已完成隧道內(nèi)運(yùn)出。根據(jù)工期情況，北端貨車疏解上行線的加固及下方隧道可同時(shí)進(jìn)行施工。

“分區(qū)加固、分段施工”的提出，保證了安康貨運(yùn)東站內(nèi)在任何時(shí)刻均保持60%的正常作業(yè)能力，將施工對(duì)繁忙運(yùn)輸條件下鐵路站場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)降低至可接受范圍。

6 小夾角條件下的接觸網(wǎng)遷改技術(shù)

安康貨運(yùn)東站設(shè)備繁多，一旦在隧道施工過程中發(fā)生破壞，將危及行車安全，必須在施工前進(jìn)行遷改。在隧道小夾角下穿的情況下，V場(chǎng)內(nèi)受影響的4組軟橫跨格構(gòu)式鋼柱基礎(chǔ)遷改實(shí)施難度較大。其主要遷改方案如圖8所示。

在距 V65、V66、V67＃支柱 5 m處新立 XV65、XV66、XV67＃軟橫跨支柱形成2組新軟橫跨；在距V62、V64＃支柱 5 m處新立 XV62、XV64＃軟橫跨支柱，形成1組新大跨度軟橫跨；在距V59、V60、V61＃支柱8 m處新立 XV59、XV60、XV61＃軟橫跨支柱，形成2組新軟橫跨；在距 V56、V57、V58＃支柱4 m處新立 XV56、XV57、XV58＃軟橫跨支柱，形成 2組新軟橫跨。

圖8 接觸網(wǎng)軟橫跨遷改示意

對(duì)于位于隧道開挖區(qū)內(nèi)的新建接觸網(wǎng)支柱，采用鉆孔灌注樁作為基礎(chǔ)，確保了隧道施工期間接觸網(wǎng)支柱的穩(wěn)定和安全。

7 結(jié)論

通過對(duì)明挖隧道下穿復(fù)雜鐵路站場(chǎng)的總體布置、鐵路加固、施工組織、接觸網(wǎng)遷改等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，主要結(jié)論如下：

（1）在多股道、大高差的條件下，變截面的隧道縱向布置，控制隧道頂面至軌道頂面的覆土不超過1.9 m，在降低鐵路后期沉降方面起到了明顯的效果。

（2）在隧道小夾角下穿的條件下，D型便梁結(jié)合工字鋼“橫抬縱挑”的方式進(jìn)行鐵路架空加固，既確保了施工安全，又有利于降低投資。

（3）“分區(qū)加固、分段施工”概念的提出，極大地降低了隧道施工對(duì)既有鐵路站場(chǎng)的影響，對(duì)類似工程具有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。

（4）對(duì)位于隧道開挖范圍內(nèi)的接觸網(wǎng)軟橫跨跨遷改支柱，利用鉆孔灌注樁作為基礎(chǔ)，為隧道工程的順利實(shí)施提供了堅(jiān)實(shí)保障。