浅埋暗挖三洞大断面隧道下穿的铁路加固结构及方法 |
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| 申请号 | CN202310156630.7 | 申请日 | 2023-02-23 | 公开(公告)号 | CN115976887A | 公开(公告)日 | 2023-04-18 |
| 申请人 | 中交二公局东萌工程有限公司; | 发明人 | 毛锦波; 张斌斌; 李亚隆; 赵红刚; 曾煜; 李德增; 于海涛; 张小虎; 余强强; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及长大隧道施工技术领域，具体涉及浅埋暗挖三洞大断面隧道下穿的 铁 路加固结构及方法，包括三洞隧道以及在三洞隧道上方设置的铁路路堤，在铁路路堤两侧的土体上设置有第一注浆 导管 ，在铁路路堤两侧的下方分别设置有管棚 支撑 梁，管棚支撑梁的底部两端分别设置有若干个树根桩，管棚支撑梁的中部设置有若干个第二注浆导管。本发明通过向树根桩、第二注浆导管内部注浆，充填裂隙及封堵裂隙 水 ，在三洞隧道仰拱初期支护施工完成后在仰拱底部施工第二注浆导管注浆，进一步注浆加固仰拱底部 破碎 围岩，防止其进一步的沉降。 | ||||||
| 权利要求 | 1.浅埋暗挖三洞大断面隧道下穿的铁路加固结构，包括三洞隧道以及在三洞隧道上方设置的铁路路堤（2），其特征在于，在铁路路堤（2）两侧的土体上设置有第一注浆导管（4），在铁路路堤（2）两侧的下方分别设置有管棚支撑梁（5），管棚支撑梁（5）的底部两端分别设置有若干个树根桩（7），管棚支撑梁（5）的中部设置有若干个第二注浆导管（10）。 |
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| 说明书全文 | 浅埋暗挖三洞大断面隧道下穿的铁路加固结构及方法技术领域[0001] 本发明涉及长大隧道施工技术领域，具体涉及浅埋暗挖三洞大断面隧道下穿的铁路加固结构及方法。 背景技术[0002] 新建高速公路隧道数量日益增多，由于受地形条件的制约，经常会遇到新建隧道下穿既有铁路工程，隧道开挖不仅对新建隧道施工安全生产产生不利影响，而且还危及既有铁路的行车安全，特别是高海拔寒区大断面隧道洞口下穿既有铁路，施工难度高、风险大，技术要求高。过程中加固措施和开挖方法不当，围岩和地表将产生较大的塑性变形，甚至出现裂缝、坍塌，对隧道施工和铁路安全造成影响。 [0003] 结合某22.13km级特长公路隧道，采用分离式设计，隧道全长22.130km，为全线控制性工程。隧道采用 “3洞+4竖井”设计方案。 隧道出口端位于高寒、高海拔位置，岩性成份上部为冰水堆积碎石土，呈中密状，厚度较小，下伏基岩为花岗岩，围岩为V级，稳定性差，且处于冻融区，隧址区最大冻结深度2.0～5.0m。其中三洞隧道出口端YK97+727～783.1处下穿铁路（铁路桩号K243+423～544），既有铁路钢轨顶标高到隧道左洞、右洞、中导洞二衬顶的距离分别为10.25m、9.18m、11.12m，预防与处治由“双主洞+中导洞”三洞大断面隧道开挖引起的铁路路堤沉降控制成为重大技术难题。 发明内容[0004] 本发明目的在于提供浅埋暗挖三洞大断面隧道下穿的铁路加固结构及方法，用于解决上述问题。 [0005] 本发明通过下述技术方案实现：本发明包括三洞隧道以及在三洞隧道上方设置的铁路路堤，在铁路路堤两侧的土体上设置有第一注浆导管，在铁路路堤两侧的下方分别设置有管棚支撑梁，管棚支撑梁的底部两端分别设置有若干个树根桩，管棚支撑梁的中部设置有若干个第二注浆导管。本发明通过向树根桩、第二注浆导管内部注浆，充填裂隙及封堵裂隙水，在三洞隧道仰拱初期支护施工完成后在仰拱底部施工第一注浆导管注浆，进一步注浆加固仰拱底部破碎围岩，防止其进一步的沉降。 [0006] 鉴于上述背景中存在的技术问题，针对22.13km级特长隧道下穿既有铁路采取“两侧边坡分批注浆+树根桩+管棚支撑梁+仰拱底部注浆”的组合加固措施，形成有效的加固结构，解决了“双主洞+中导洞”三洞大断面隧道下穿既有铁路路堤沉降控制难的技术难题。 [0007] 进一步地，若干个第一注浆导管呈100cm×100cm的梅花形布置。 [0009] 进一步地，若干个树根桩呈梅花形布置，树根桩的底部嵌入三洞隧道仰拱底部的深度为A，且满足A≥500cm，树根桩的顶部嵌入管棚支撑梁底部的深度为C，且满足C≥30cm。 [0010] 进一步地，若干个第二注浆导管呈梅花形布置，且第二注浆导管顶部嵌入管棚支撑梁的深度为G，且满足G≥10cm。 [0012] 进一步地，树根桩和大管棚均为无缝钢管，分别在树根桩和大管棚的四周梅花形布置有若干个溢浆孔。 [0013] 进一步地，第一注浆导管与第二注浆导管均为无缝钢管，第一注浆导管与第二注浆导管的端部均为锥形，且在第一注浆导管与第二注浆导管的四周梅花形布置有若干个溢液孔。 [0014] 进一步地，浅埋暗挖三洞大断面隧道下穿的铁路加固方法：S1：利用岩土数值软件对三洞隧道施工至铁路路堤下方及穿过铁路路堤时的地表及轨道变形进行有限元模拟分析，获取关键施工参数用以指导施工； S2：利用YT‑28风钻成孔后，用高压风清孔，将第一注浆导管插入孔内，且封堵第一注浆导管尾部端头，路堤加固区范围内初喷混凝土封闭坡面，在铁路路堤两侧初喷混凝土面上敷设若干层钢筋网片，在钢筋网片上复喷喷射混凝土封闭若干层钢筋网片，第一注浆导管与注浆管路连接进行隔孔注浆； S3：依次给树根桩、树根桩间第二注浆导管、管棚支撑梁进行注浆施工； S4：进行仰拱开挖清底，初喷混凝土后型钢拱架安装，通过YT‑28风钻钻孔，高压风清孔，插入第一注浆导管，复喷混凝土至设计厚度，连接注浆管路给第一注浆导管隔孔注浆施工。 [0015] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本发明针对上跨铁路路堤松散土体采用“边坡分批注浆+树根桩+管棚支撑梁+仰拱底部注浆”相互组合的技术措施，对原状土进行加固，降低土体渗透系数，从而实现加固原状土和堵水的目的，同时“边坡分批注浆、树根桩、管棚支撑梁、仰拱底部注浆”可以起到承载与止水作用，并且安全可靠； 2、“边坡分批注浆浆、树根桩浆、管棚支撑梁、仰拱底部注浆”相互组合的技术措施，减少了下穿隧道施工与既有铁路交叉作业的影响，提高了施工效率，缩短了施工时间，降低了施工成本。同时，成功解决了浅埋暗挖三洞大断面隧道下穿既有铁路不迁移、也能安全、快速、保质保量的进行正常施工，即不需要与涉铁单位交涉铁路迁移事宜，也不需要在施工过程中暂停施工，等待下穿铁路的迁移时间，节约了大量铁路迁移费用，减少了铁路迁移对三洞隧道施工进度的影响，保证了三洞大断面隧道施工的连续性，加快了隧道施工进度。不但节省了施工单位的施工成本，而且节约了建设单位的工程投资成本，也节约了涉铁单位迁移改线的一系列费用，间接地节约了巨额开支，降低工程造价低； 3、通过对铁路路堤进行注浆加固，改善了路堤土体的物理力学性能，提高铁路路堤土体的自稳性， 降低了土体的渗透系数，保证隧道下穿时铁路路堤处于稳定，隧道开挖后地表沉降可控，有效保证了隧道下穿铁路段快速施工过程中的安全及质量； 4、边坡分批注浆、树根桩、管棚支撑梁、仰拱底部注浆”相互组合的技术措施实施性强、创新性强，保证了施工质量，加快了施工进度，大大缩短了下穿铁路隧道施工工期及安全风险，解决了三洞大断面隧道下穿铁路掘进困难、路基沉降控制难的技术问题。极大地减少了对环境的污染，产生了很好的环保效益，节约了人、机、料的投入，降低了材料的消耗。 附图说明 [0016] 此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明实施例中三洞下穿铁路纵断面示意图； 图2为本发明实施例中三洞下穿铁路支撑梁加固横断面示意图。 [0017] 附图中标记及对应的零部件名称：1‑钢轨；2‑铁路路堤；3‑喷射混凝土；4‑第一注浆导管；5‑管棚支撑梁；6‑大管棚； 7‑树根桩； 10‑第二注浆导管。 具体实施方式[0018] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。 [0019] 实施例：本发明包括三洞隧道以及在三洞隧道上方设置的铁路路堤2，在铁路路堤2两侧的土体上设置有第一注浆导管4，在铁路路堤2两侧的下方分别设置有管棚支撑梁5，管棚支撑梁5的底部两端分别设置有若干个树根桩7，管棚支撑梁5的中部设置有若干个第二注浆导管10。对第一注浆导管4注浆施工，可固结松散的铁路路堤2土体，且同时管棚支撑梁5设置在铁路路堤2两侧距离钢轨1顶面标高以下Hm处，优选H为5m。 [0020] 通过对铁路路堤2进行注浆加固，改善了路堤土体的物理力学性能，提高铁路路堤2土体的自稳性， 降低了土体的渗透系数，保证隧道下穿时铁路路堤2处于稳定。隧道开挖后地表沉降可控，有效保证了隧道下穿铁路段快速施工过程中的安全及质量。 [0021] 需要说明的是，若干个第一注浆导管4呈100cm×100cm的梅花形布置。每个小导管注浆时浆液自溢浆孔扩散至地层中，形成单独的止水帷幕，若干个小导管梅花形布置，可以使的若干个小导管的注浆帷幕相互交叉，形成更好的封堵帷幕，解决了常规布置不能一个封闭注浆帷幕的缺点，封堵效果显著）需要说明的是，在给第一注浆导管4注浆之前，需要在铁路路堤2两侧边坡坡面上初喷混凝土、敷设若干层钢筋网片、复喷Bcm厚喷射混凝土封闭若干层钢筋网片，其中B≥ 10cm。 起到止浆垫的效应。钢筋网片与钢筋混凝土中的钢筋一样，需要被混凝土完全包裹，初喷混凝土后再敷设若干层钢筋网片，然后再复喷混凝土，才能保证被喷射混凝土包裹，发挥钢筋网的作用。同时初喷混凝土后再挂钢筋网片，有利于施工安全。同时形成厚实的止浆垫，避免小导管高压注浆时浆液冲破地层，射出坡面，丧失注浆压力，降低注浆质量。 [0022] 需要说明的是，两侧管棚支撑梁5两端的若干个树根桩7最内侧桩的外壁距离三洞隧道任意一个隧道的最大开挖边线至少3m距离，两侧若干树根桩注浆后对周围土体形成很好的“柱状”加固体，距离过近爆破开挖或非爆破开挖都会对“柱状”加固体进行扰动，破坏“柱状”加固体，承载力降低，使得树根桩顶的支撑梁失去稳定性；若干个树根桩7呈梅花形布置，竖直打入岩石，树根桩7的底部嵌入三洞隧道仰拱底部的深度为A，且满足A≥500cm使得树根桩桩底更好的嵌入稳定的基岩，发挥端承桩的效应，有利于顶部管棚支撑梁的稳定，树根桩7的顶部嵌入管棚支撑梁5底部的深度为C，且满足C≥30cm，发挥桥梁“桩接柱”效应，避免管棚支撑梁在树根桩顶部受力后发生侧向滑移。 [0023] 需要说明的是，若干个第二注浆导管10呈梅花形布置，且第二注浆导管10顶部嵌入管棚支撑梁5的深度为G，且满足G≥10cm，发挥桥梁“桩接柱”效应，避免管棚支撑梁在树根桩顶部受力后发生侧向滑移。 [0024] 需要说明的是，在若干个树根桩7、第二注浆导管10的顶部设置有几何尺寸为L×B×H(长度×宽度×高度) 管棚支撑梁5，其中任意1个洞顶至少有2个管棚支撑梁5，管棚支撑梁5为钢筋混凝土结构，管棚支撑梁相当于桥梁墩柱顶部的盖梁，更好的将注浆后的大管棚及周围土体进行支撑支撑，使其发挥“简支梁”的效应。管棚支撑梁的长度L为最大开挖洞径+600cm、宽度为200cm、高度为150cm。 [0025] 需要说明的是，在管棚支撑梁5的顶部Lcm间隔设置有若干个外径为D的导向管，其中一个管棚支撑梁5的导向管端部穿入外径为D1的大管棚6后与另一个管棚支撑梁5的导向管连通，且满足D＞D1。外径为D的导向管在浇筑混凝土过之前预埋在支撑梁中，在外径为D1的管棚实施过程中起到定位、导向的作用，间距L数值30cm、导向管外径D数值为194mm、大管棚外径D1数值为146mm。 [0026] 需要说明的是，树根桩7和大管棚6均为无缝钢管，分别在树根桩7和大管棚6的四周梅花形布置有若干个溢浆孔，设置溢浆孔的目的是，浆液高压灌入至大管棚或小导管内，在强大的注浆压力下，经过溢浆孔注入管壁周围的土体中，从而达到加固固结松散土体的效应。 [0027] 需要说明的是，第一注浆导管4与第二注浆导管10均为无缝钢管，第一注浆导管4与第二注浆导管10的端部均为锥形，且在第一注浆导管4与第二注浆导管10的四周梅花形布置有若干个溢液孔。 [0028] 需要说明的是，若干个树根桩7、大管棚6、第一注浆导管4、第二注浆导管10均注入水泥浆液、水泥水玻璃浆液，对铁路路堤2及破碎围岩进行改良，形成一个棒状的钢筋加固体制约铁路路堤2的相对位移及沉降，提高路堤整体性，增强了覆盖土体抗剪破坏能力。“边坡分批注浆、树根桩7、管棚支撑梁5、仰拱底部注浆”的组合加固结构，形成良好的“简支梁”支撑结构，发挥“简支梁”效应，支撑铁路路堤2防止其下沉。 [0029] 需要说明的是，浅埋暗挖三洞大断面隧道下穿的铁路加固方法：S1：利用岩土数值软件对三洞隧道施工至铁路路堤2下方及穿过铁路路堤2时的地表及轨道变形进行有限元模拟分析，获取关键施工参数用以指导施工； S2：在铁路路堤2两侧边坡分批利用YT‑28风钻成孔后，再用高压风清孔，将第一注浆导管4插入孔内，且封堵第一注浆导管4尾部端头，路堤加固区范围内初喷混凝土封闭坡面， 在铁路路堤2两侧初喷混凝土坡面上敷设若干层钢筋网片，在钢筋网片上复喷射混凝土3封闭若干层钢筋网片，第一注浆导管4与注浆管路连接进行隔孔注浆； S3：依次给树根桩7、树根桩7间、第二注浆导管10、管棚支撑梁5进行注浆施工； S4：进行仰拱开挖清底，初喷混凝土后型钢拱架安装，通过YT‑28风钻钻孔，高压风清孔，插入第一注浆导管4，复喷混凝土至设计厚度，连接注浆管路给第一注浆导管4注浆施工。 [0030] “边坡分批注浆、树根桩7浆、管棚支撑梁5浆、仰拱底部注浆”相互组合的技术措施，减少了下穿隧道施工与既有铁路交叉作业的影响，提高了施工效率，缩短了施工时间，降低了施工成本。同时，成功解决了浅埋暗挖三洞大断面隧道下穿既有铁路不迁移、也能安全、快速、保质保量的进行正常施工，即不需要与涉铁单位交涉铁路迁移事宜，也不需要在施工过程中暂停施工，等待下穿铁路的迁移时间，节约了大量铁路迁移费用，减少了铁路迁移对三洞隧道施工进度的影响，保证了三洞大断面隧道施工的连续性，加快了隧道施工进度。不但节省了施工单位的施工成本，而且与节约了建设单位的工程投资成本，也节约了涉铁单位迁移改线的一系列费用，间接地节约了巨额开支，降低工程造价。 [0031] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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