05-复杂环境条件下大跨隧道下穿既有铁路设计及施工技术

1中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.复杂环境条件下大跨隧道下穿既有铁路设计与施工技术2017年12月•北京2中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.Contents目录2中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.引言一项目概况二隧道工程特点及难点三主要工程情况四施工工艺五关键技术六前景七3中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.一、引言　　随着城市建设的不断发展，市政道路下穿既有铁路工程越来越多，为保证运输大动脉的铁路　正常运营，采取可靠的交叉方式、安全合理的结构型式及施工方法　是十分必要的。4中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　道路与铁路交叉方式主要有：桥梁上跨、隧道下穿两种方式。桥梁上跨方式5中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.隧道下穿方式6中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　隧道下穿铁路，施工方法主要有：顶进法、盾构法、暗挖法。　一般顶进法和盾构法使用较多，暗挖法因沉降和变形控制较困难，相对较少采用。隧道下穿7中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　　长沙渔业路隧道工程，与京广铁路相交，穿越两股道，线间距为4.2m，影响铁路长度83米，线路采用“横抬纵挑”法加固，浅埋暗挖法施工，主线隧道为大跨度双连拱隧道，穿越厚度大、富水流砂地层，地质条件差，铁路沉降控制难度大，施工安全风险高。8中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.渔业路隧道工程与芙蓉北路、京广铁路、地下管线、地铁一号线区间交叉，为双向4车道，隧道全长235m。1、工程概况渔业路隧道京广铁路芙蓉北路地铁一号线湘江9中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.主线隧道采用明挖法、盖挖法和浅埋暗挖法施工，两侧辅道框架采用顶进法施工。　　暗挖段结构型式为双连拱隧道，断面宽25.7m，高9m；明挖段为矩形断面，总宽23m，高7.4m。辅道采用矩形断面，宽13.3m，高7.7m。二、项目概况10中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.项目周边环境示意图：二、项目概况11中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.二、项目概况隧道纵断面示意地铁1号线明挖段明挖段暗挖段辅道顶进段杂填土粉质粘土中粗砂圆砾砾岩现状地面线京广铁路湘江方向芙蓉北路渔业路方向12中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　　地层自上而下分别为素填土、粉质黏土、中粗砂、圆砾、强风化砾岩、中风化砾岩、强风化板岩、中风化板岩。隧址区临近湘江、浏阳河，地下水资源丰富。地下水有承压性。二、项目概况2、主要地质情况东出口敞口段西侧明挖、盖挖隧道暗挖隧道暗挖隧道基底主线设计线梁架30.939轨顶标高37.7K0+425(京广铁路）辅道设计线自然线K0+415.4K0+437.6K0+52533.0830.0824.0820.0818.6815.6835.08ZK134.26ZK231.63832.7630.2623.2619.7618.9615.96强风化砾岩KQal3圆砾中粗砂Qal3Qal3粉质粘土Qml4Qml4素填土杂填土地段隧道埋深（m）隧道穿越地层下穿京广铁路暗挖隧道7.1m洞顶杂填土、素填土洞身粉质粘土、中粗砂洞底中粗砂、圆砾层13中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　　穿越铁路两股道，线间距为4.2m，无缝线路，Ⅲ型钢筋混凝土轨枕。受影响的铁路通讯设备、设施约14根光、电缆。影响到区间T15600通过信号机1架、5根信号电缆、1根贯通地线、1根站联电缆、2个调谐单元和1个空心线圈。二、项目概况3、既有铁路情况14中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.1、隧道下穿运输繁忙的京广铁路，风险高。　　２、地下水丰富，水位高。　　3、隧道为连拱隧道，断面大，隧道埋深浅。三、隧道工程特点及难点特点及难点15中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.工程下穿京广铁路，埋深仅7m，通信信号电缆、光缆多。工程风险极高。设计采用D型便梁和“横抬纵挑”法对铁路线路加固，再进行暗挖施工和顶进施工。三、隧道工程特点及难点隧道上方既有铁路迁改及加固图16中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.双联拱隧道，采用双侧壁导坑法+中洞法施工，工序转换多。三、隧道工程特点及难点2、隧道断面大，暗挖隧道工序复杂暗挖隧道横断面图17中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.暗挖隧道采用双侧壁导坑法+中洞法施工，两端盖挖法施工。辅道顶进法施工。三、隧道工程特点及难点明挖段明挖段盖挖段盖挖段顶进段顶进段18中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　　4、在砂层厚度大、承压性富水等复杂地质条件下，快速、安全进行大跨度浅埋隧道施工。三、隧道工程特点及难点桩壁后注浆施工暗挖隧道施工19中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.（1）隧道工程结构满足安全可靠、技术先进、经济合理的原则。（2）隧道工程路线的平面位置和埋置深度，根据运营要求、地面建筑物、地下管线和其它地下构筑物的现状与规划，经技术经济综合比较确定。（3）隧道工程结构设计尽量减少施工中和建成后对环境造成的不利影响。（4）隧道工程施工引起的地面沉降和隆起控制标准应以铁路运营期间对基础变形的要求确定。（5）隧道工程结构防水等级为二级。1、设计原则20中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.城市主干道，60km/h。　　　　　　　　辅道设计时速40km/h。2、设计标准21中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.主隧道单向建筑限界：0.75m（排水边沟+检修通道）+0.5m（路缘带）+3.5m×2（机动车道）+0.5m（路缘带）+0.75m（安全道）=9.5m，净高4.5m。辅道结构单向建筑限界：0.5m（路缘带）+3.25m×2（机动车道）+2.5m（非机动车道+）+2.0m（人行道）=11.5m，净高4.5m。3、隧道工程建筑限界隧道建筑限界图22中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　　暗挖隧道支护参数：初期支护：30cm厚C25喷射混凝土、双层φ8钢筋网、侧墙采用3.5m长φ25组合中空锚杆，工22b型钢钢架，0.5/榀；拱部、边墙及仰拱二衬：80cm厚C40钢筋混凝土，中墙厚160cm。喷射混凝土φ8双层钢筋网锚杆I22b型钢钢架设置部位厚度（cm）设置部位网格间距（cm）设置部位长度（m）间距（m）设置部位间距（m）全断面30拱墙15*15边墙3.51.2*1.2（环×纵）全断面0.5初期支护参数表23中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.标准横断面示意24中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.标准明挖断面图　明挖　矩形框架结构　尺寸：顶板厚100cm，底板厚100cm，侧墙厚100cm，中隔墙厚160cm。结构采用C40钢筋混凝土结构。25中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.辅道顶进横断面图顶进框架结构　主体采用C40钢筋混凝土。顶、底板厚100cm，侧墙厚90cm。26中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　　基坑深约11m，采用Ф800@1200的钻孔灌注桩+内支撑（第一道撑为砼支撑，第二道撑为Ф609钢支撑）坑外桩间采用Ф800@1200高压旋喷桩止水。5、围护结构钻孔灌注桩+内支撑围护体系示意图27中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　　地层采用局部抗力弹性地基模式，结构自重由程序考虑，结构计算简图如下：6、结构计算计算模型28中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　　计算结果表明拟定的结构尺寸及配筋满足强度、刚度、稳定性的要求，拱顶、仰拱、墙脚处最不利，为承载力控制点。弯距图(kN/m)轴力图(kN)29中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　　地层结构计算简图如下：计算模型30中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　　经综合分析计算结果，结构满足安全要求。31中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　　铁路地段施工工艺　主要有：铁路设备迁改防护、铁路路基注浆加固、围护桩、线上架空加固、暗挖隧道施工及框架顶进施工。五、施工工艺铁路地段施工三维图32中铁第五勘察设计院集团有限公司CHINARAILWAYFIFTHSURVEYANDDESIGNINSTITUTEGROUPCO.,LTD.　主要包括通信电缆、信号机、自闭线