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新中梁山隧道上跨既有线机械开挖.doc

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梁山 隧道 既有 机械 开挖
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1隧道上跨既有线交叉影响段机械开挖技术中铁十七局集团第一工程有限公司 李绍锋摘要:成渝客专新中梁山左线隧道于 D3K291+120 处上跨既有襄渝铁路中梁山隧道,两线相交角度约 34°,轨面相差 12.95m,净距 2.81m 左右;新中梁山右线隧道于 YDK291+220 处上跨既有襄渝铁路隧道,两线相交角度约 34°,轨面相差 14.06m,净距 4.18m 左右,下锚段净距 2.7m。在保证既有隧道行车安全下,新修隧道采用机械开挖施工技术通过。关键词:交叉影响段 既有线运营安全 机械开挖 铣挖机 监控量测 1.工程概况成渝客专新中梁山隧道为左右线分修的两座单线隧道,其中左线长 4124m,右线长 4119m,隧道线间距在 19.1m~65.3m 之间,最大覆盖层厚度 270m,最小覆盖层厚度 4.7m,隧道多次通过小型煤窑采空区,下穿或上跨多条既有铁路和公路隧道,洞口浅埋段上部为居民区,施工环境非常复杂。新中梁山左线隧道于 D3K291+120 处上跨既有襄渝铁路中梁山隧道,两线相交角度约 34°,轨面相差 12.95m,净距 2.81m 左右;新中梁山右线隧道于 YDK291+220 处上跨既有襄渝铁路隧道,两线相交角度约 34°,轨面相差 14.06m,净距 4.18m 左右,下锚段净距 2.7m。新中梁山左线隧道D3K291+050~D3K291+190,新中梁山右线隧道 YDK291+150~YDK291+290,合计 280 米影响范围,其中交叉点前后各 40 米为机械开挖,临近机械开挖 30 米为控制爆破。两隧道平面关系详 见图1.1。 剖面关系相 见图 1.2隧道穿过三叠系中统雷口坡组,下统嘉陵江组、飞仙关组地层,岩性主要为白云岩、白云质灰岩夹石岩,炭质页岩,岩体完整。石膏为软层,具膨胀性;盐溶角砾岩胶结较差,部分呈碎块石状,遇水易软化崩解。地下水对混凝土结构具硫酸盐侵蚀,环境作用等级为H1~H2。主要不良地质为岩溶问题。该段地下水环境极其敏感。待襄渝线既有中梁山隧道临时加固完成,衬砌背后空洞、不密实带注浆达到设计强度后,开挖新中梁山隧道D3K291+080~+160(长度80m)和YDK291+180~+260(长度80m)立交影响段,只开挖轨面以上部分,采用机械开挖,及时施做初期支护,临时仰拱封闭。待兴隆场编站开通运营后,封闭既有襄渝线中梁山隧道,对立交影响段采用钢筋混凝土衬砌置换,衬砌达到设计强度后,开挖轨面以下部分,施作新中梁山左右线隧道二次衬砌。2图 1.1新中梁山左右线隧与既有襄渝线中梁山隧道平面关系3图 1.2新中梁山左右线隧与既有襄渝线中梁山隧道剖面关系42.机械开挖工艺2.1 机械开挖设备采用德国艾卡特 ER2000-1 型横向铣挖机,铣挖头安装在挖掘机上。铣挖机主要参数见 表 2.1、表 2.2。表 2.1铣挖机参数表序号 内容 单位 型号 ER2000-1 备注1 铣挖头直径(A) 毫米 6802 铣挖头宽度(B) 毫米 12003 铣挖速度 转/分 754 最大输入功率 kw 1605 建议流量(150 巴) 升/分 3006 工作压力 巴 3507 扭矩(350 巴) N/m 223008 切削力(350 巴) N 655909 刀头数量 个 5610 重量 kg 200011 推荐挖掘机重量 t 30~50t12 推荐挖掘机功率 kw 130~230采用卡特 360型挖机表 2.2铣挖机铣挖量表型号 ER2000适用岩层强度 30 40 50 60最小铣挖量 m3/h 25 20 15 12最大铣挖量 m3/h 60 45 30 252.2 铣挖机特点2.2.1 铣挖机优点1、铣挖机具有耐用的铣挖头轴承结构和耐磨刀头,可以大面积挖掘机中硬及中硬以下的岩石;2、低振动、低噪音:可在限制爆破地段有效的替代爆破施工,减小对围岩的扰动,并能很好的保护环境。3、精确控制施工:可以快速准确的修整构造物轮廓,在隧道开挖中可以解决欠挖问题,降低5超挖引起成本增大问题。4、有利于保护岩体原有的自承能力,不易造成大面积变形及局部塌方。5、安全性好:使用铣挖机取代人工进行软岩或破碎岩层的隧道掘进,排除掌子面前方工人开挖的危险,从而大大提高隧道施工的安全性。6、结构简单,使用方便:可以安装在任何一台既有液压挖掘机上,可利用液压破碎锤或液压钳的液压回路进行安装,无需额外购买挖掘机。2.2.2 铣挖机缺点1、开挖时粉尘较大,喷雾对上部产生的粉尘控制效果不佳,对其他平行作业影响较大;2、开挖下部及边角修整时间长,效率低;3、装配式铣挖机大部分能量消耗在将岩石研磨成颗粒及碎块状,施工效率大打折扣。为了减小新中梁山隧道施工对既有线隧道的扰动,杜绝使用爆破施工,根据铣挖机优缺点,采用机械开挖掘进。2.3 铣挖法施工①上台阶开挖,铣挖机开挖一般按自下而上、先硬后软的原则进行,即从拱脚或边墙脚开始往上开挖,这样做的有利因素是下部开挖后,弃碴可以暂时堆弃于施工现场,不影响后续开挖。对于半硬半软、软硬不均的岩石,一般按先硬后软的原则进行,先开挖硬岩面,硬岩在开挖时可能因岩石坚硬而花费较长的时间,此段时间内不触及软岩,可防止对软岩的扰动,避免出现塌方。铣挖机在开挖至拱脚时应由专人指挥,不得超挖。拱脚处预留 10~20cm 厚由风镐凿除,保证钢架安装时拱脚落在实处。另外还应注意不要碰撞已成型的初期支护,避免使已作支护扰动,破坏。②下台阶开挖采取跳马口方式开挖,即先对一侧进行马口开挖,另一侧保留 2~2.5m 的宽度,以保证拱部稳定。开挖时先中间后边墙,边墙开挖时在挖至拱脚处时,应控制施工节奏,避免碰撞拱架,如难以挖除,则由人工用风镐开挖。③上、下台阶开挖长度不宜超过 15m,围岩条件变化时酌情缩短或延长台阶长度。台阶法施工工序见 图 2.1,图 2.2。6上上 上上cm图 2.1台阶法工序横断面图 12钢 架 间 距 0.6mФ 2纵 向 连 接 钢 筋钢 架 间 距 0.6m喷 混 凝 土 轨 面 以 下 断 面 轨 面 以 上 断 面图 2.2台阶法施工工序纵断面图3.监控量测交叉影响段新中梁山隧道施工期间,一是对既有襄渝线中梁山隧道进行自动化监测,二是新中梁山左右线隧道开挖后的围岩监控量测。3.1 既有襄渝线中梁山隧道自动化监测为确保既有襄渝铁路中梁山隧道运营安全及新建成渝客专新中梁山左右线隧道施工安全,新中梁山左右线隧道立交段施工期间,需加强对既有线隧道监控量测,并根据监控量测结果指导新中梁山左右线隧道施工。既有襄渝铁路作为进入重庆枢纽的交通要道,列车运营频繁,为确保列车运营和人员安全,在既有线加固完成,新建线路施工期及新建线路通过该段施工完成后 24 月内,采用自动化监测。自动化监测内容为拱顶下沉和围岩收敛。监测点布置:在既有中梁山隧道 K821+540~+570 段(30m) 、K821+653~+683 段(30m)布置测量断面,以新建线路中线为中点,分别向两侧间隔 5m、15m 处各设置 1 处,即在7K821+540、K821+550、K821+555、K821+560、K821+570 和K821+653、K821+663、K821+668、K821+673、K821+683 断面布设,采用三角基线法进行拱顶沉降测试,断面测点布设见 图 3.1。图 3.1自动监测期拱顶沉降、洞周收敛测点布置示意图为确保既有襄渝铁路中梁山隧道运营安全,根据监测信息划分不同的施工风险等级和采用不同的应急预案。具体 见表 3.1。表 3.1监测控制标准、风险等级及应急预案表拱顶下沉(mm)洞周收敛(mm)风险等级 应急预案0~3 0~4 绿色 正常施工3~5 4~6 黄色 加强监测,及时施作二衬并加强隧道初期支护>5 >6 红色 停止施工,上报四方,查明原因并处理后方可施工在铣挖机施工期间(2012.4~2012.6) ,既有线自动化监测数据显示拱顶下沉及围岩收敛均在绿色安全等级。见数据分析图 3.2。8图 3.2 拱顶下沉和水平收敛变形数据分析图3.2新中梁山隧道立交影响段监控量测监测断面布置及量测要求:新中梁山左、右线隧道立交影响段施工期间,D3K291+100~+140、YDK291+200~+240 每间隔5m 设置监控量测断面 1 处,断面测点布置 见图 3.3图 3.3新中梁山隧道立交影响段拱顶沉降、洞周收敛测点布置示意图净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。量测频率 见表 3.2,实际量测频率从表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择合适的量测频率。表 3.2量测频率表量测频率 变形速度(mm/d)量测断面距开挖工作面距离2 次/d ≥5 5B注:B 为隧道开挖宽度。
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