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新线上跨既有铁路隧道加固综合施工技术.doc

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新线 既有 铁路 隧道 加固 综合 施工 技术
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1新线上跨既有铁路隧道加固综合施工技术中铁十七局集团第一工程有限公司 黄选军摘 要:在成渝铁路客运专线新中梁山隧道施工中,新建隧道上跨既有襄渝线中梁山隧道,两隧道最小净距仅为 2.7 米,为确保既有隧道营业线的运营安全,需要先对既有隧道与新建隧道的立交影响段进行型钢加固,待加固工程完成后,再开挖新隧道上跨部分。本文介绍了既有隧道内型钢加固的施工技术、施工要点和确保营业线安全运营的措施,为今后类似工程的施工提供参考意见。关键词:上跨 既有线 隧道加固 施工1、概述既有襄渝线中梁山隧道位于襄渝线西段西永至上桥之间,是横贯中梁山脉的越岭隧道。该隧道全长 3984 米,于 1972 年 10 月竣工,1978 年 9 月交付运营, 目前每昼夜运行客、货列车 30 余对,是襄渝线终点引入重庆枢纽的重点工程。新建成渝客运专线新中梁山隧道为引入重庆枢纽控制性重点工程,采用左右线分修,其中左线隧道于 D3K291+100~+140 段上跨既有襄渝铁路隧道,两线相交角度约 34 度,轨面相差 12.95m,净距 2.81m;右线隧道于 YDK291+200~+240 处段上跨既有襄渝铁路隧道,两线相交角度约 34 度,轨面相差 14.06m,净距 4.18m,下锚段位置(两线交叉点)净距 2.7m。上跨既有线的交叉影响段位于直线上,相交角度小,轨面高差低,两隧道最小净距仅为 2.7米,安全风险极高。两隧道相交平面、立面位置关系详见图 1-1、图 1-2,两隧道立交里程详见表1。图 1-1 新中梁山左右线隧道与既有襄渝线中梁山隧道平面关系图2图 1-2 新中梁山左右线隧道与既有襄渝线中梁山隧道立面关系图表 1:新中梁山左右线隧道与既有中梁山隧道立交段里程表隧道名称 新中梁山隧道立交里程 既有中梁山隧道立交里程新中梁山左线隧道 D3K291+100~+140 K821+530~+580新中梁山右线隧道 YDK291+200~+240 K821+643~+693既有襄渝铁路中梁山隧道于上世纪 70 年代初建成,隧道净空为 5m,采用先拱后墙法施工,衬砌断面极不规则,衬砌边墙及拱部与围岩之间存在大量不密实带和空洞。新建中梁山隧道两线间距20m~66m,隧道进口段与上跨既有襄渝铁路中梁山隧道(单线) ,下穿大学城左右幅公路隧道(双车道) ,隧道间竖向净间距最小为 2.7m。施工中需解决以下问题:(1)与既有隧道净间距最小为 2.7m 的新建隧道的开挖施工技术,设计经济合理的既有铁路加固措施。(2)解决既有铁路加固施工过程中接触网降高处理问题;钢拱架与衬砌结合紧密的问题;3.5m锁脚锚杆安装时操作空间不足问题;钢拱架与接触网悬挂处的绝缘距离问题;“天窗”时间加固的施工组织设计及施工安全控制。2、新建隧道的施工开挖(1)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 米采用德国艾卡特ER2000-1 型横向铣挖机,铣挖头安装在挖掘机进行机械开挖,临近机械开挖 30 米为控制爆破。(2)待襄渝线既有中梁山隧道临时加固完成,注水泥砂浆加固衬砌背后空洞、水泥浆加固不密实带到设计强度后,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。3(3)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。3、既有线隧道加固3.1 既有线隧道加固方案新中梁山左右线隧道立交段施工前,利用既有“天窗”时间,对既有襄渝线中梁山隧道K821+530~+580 段、K821+643~+693 段采取了临时加固,方案如下:(1)拆除电力、电缆槽,并对电力、信号电缆等进行临时保护。其中通信电缆包括GDZL23,GYSTA53144B1 光缆,GYSTA5332B1 光缆目前采用右侧直埋式;槽钢采用水泥进行包封处理。对加固区内的避车洞采用片石混凝土封堵。(2)加固前,根据钢架制作需求进行隧道钢架架设断面净空测量,并将设计钢架加固后的实际净空断面与上报铁路相关部门(单位)有效进口尺寸对比,不得小于上报净空尺寸。(3)采用 I20b 型钢钢架对既有线 K821+530~+580 段、K821+643~+693 段衬砌进行临时加固,钢架间距 0.4m,钢架纵向采 Φ25 钢筋连接,钢筋环向间距 0.6m;锚杆锚固,隧道拱部铺设 1.5mm厚钢板,防止既有衬砌因新线隧道施工掉块,影响既有线安全。(4)钢架施作后,采用水泥浆对衬砌背后空洞、不密实带进行低压进行填充注浆,注浆工序滞后钢架加固 6~10m。注浆完成后对注浆效果进行检测,确保注浆质量。加固方案设计详见图 3-1。图 3-1 既有隧道加固方案设计3.2 既有通信设备改迁施工既有襄渝线中梁山隧道加固工程范围内的通信光、电缆有直埋缆线和架空缆线两种,直埋缆线4位于右侧电缆沟槽内,架空缆线位于隧道左侧墙壁上,距轨面约 4.5m。直埋缆线包括光电综合缆一条、144 芯光缆一条和 32 芯光缆一条。直埋的三条光、电缆均敷设在靠隧道壁电缆沟槽内,既有沟槽采用水泥包封;架空缆线包括: 12 芯光缆一条、漏泄电缆及与漏缆同径路敷设的电力电缆各一条。架空的三条光、电缆均采用吊线悬挂于隧道壁上。⑴ 右侧直埋式光电缆迁改及保护第一步:利用天窗点,将右侧既有水泥电缆槽盖板人工掀开。第二步:利用天窗点,在设备管理单位的配合指导下,将3根光电缆从既有沟槽中移出,敷设至隧道底板顶面(紧靠隧道侧壁护墙脚) 。第三步:利用天窗点,对敷设好光电缆采用预制电缆槽反扣,并采用C25混凝土对电缆槽进行包封处理,包封厚度5cm。⑵ 左侧架空光电缆的割接及保护第一步:请点在迁改区段(260m)隧道底板顶面护脚墙内侧新敷设1根8芯光缆、1根电力缆、1根漏泄电缆。第二步:请点由设备管理单位对新敷设的3根光电缆进行测试,确保光电缆良好,对新敷设的3根光电缆采用电缆槽反扣,并采用C25混泥土对电缆槽进行包封处理,包封厚度5cm。第三步:请点由设备管理单位对8芯光缆进行割接,具体割接步骤为:①开断既有8芯光缆;②开剥既有8芯光缆;③开剥新敷设的8芯光缆;④新旧光缆进行对接;⑤安装好接头防护盒;⑥进行整体测试;⑦确认良好后开通。第四步:请点由设备管理单位对漏泄电缆和电力电缆进行割接,割接步骤与8芯光缆一致。3.3 接触网降高处理既有襄渝线为电气化铁路,采用直接供电方式,接触网悬挂方式为全补偿简单链形悬挂,在既有中梁山隧道内采用水平悬挂。该隧道的接触网结构参数无法满足采用 I20b 工字钢对隧道二衬进行加固后的绝缘安全距离要求,因此,加固区段必须进行承力索、接触线的降高以及下锚段的绝缘改造。⑴ 承力索、接触线的降高处理第一步:每天接触网请点停电 120 分钟,先进行左线加固段接触网降高调整,调整范围为300m,承力索悬挂点降高采用加长悬吊滑轮连接零件的方法,即采用调节板临时降低接触网中间点承力索高度,然后调整吊弦长度,满足既有行车要求。第二步:对在钢架加固范围之外的中间定位进行迁改,可在钢架加固施工封锁点内施工。方法是在中间定位附近打孔预埋化学锚栓,安装定位底座及悬挂底座,安装承力索悬挂及接触线定位杆5件。第三步:采用“过渡定位”法对在钢架加固范围内的中间定位进行迁改,可在钢架加固施工封锁点内施工。根据接触网供电的绝缘距离要求,在安装工字钢钢架时,遇到接触网悬挂处,钢架距中间定位及悬挂的绝缘距离不得小于 350mm,因此,此处的钢架间距需要增大到 80cm,而且不能铺设钢板。由于既有隧道拱部裂纹、渗水较多,新线上跨施工时一旦中间定位位置发生变形导致出现拱顶掉块或接触网垮塌事故,后果将不堪设想。为保证施工安全,决定采用“过渡定位”的方法保证钢架间距。具体做法是:待中间定位两侧钢架锁脚锚杆、纵向连接钢筋施工完毕后,封锁点内在中间定位附近的一榀钢架拱部安装 4 根 3.5m 长的中空锚杆并注浆,然后在钢架上焊接“过渡定位”的底座及悬挂底座,安装承力索悬挂及接触线定位杆件,按设计迁改高度要求对接触网和承力索进行定位后拆除原中间定位的杆件,并按设计钢架间距(40cm)补安装钢拱架。待钢架拆除、衬砌置换施工完成后,再按照设计要求重新安装接触网定位和悬挂杆件。第四步:进行右线加固段的接触网降高调整,施工方法和左线相同。在接触网承力索、接触线的降高施工中,必须保证在隧道加固完成后 25KV 带电体距固定接地体(即接触网承力索距隧道壁及工字钢拱架内轮廓)之间的绝缘距离不小于 350mm,最短吊弦长度不小于 200mm,降网后接触网导线高度不小于 5600mm。⑵ 下锚段的绝缘改造第一步:为保证安装工字钢拱架后下锚悬瓶的有效绝缘(距离隧道壁的水平距离足够) ,需要在工务施工封锁点内将下锚段附近支承力索及支接触线的下锚悬瓶更换成绝缘棒。第二步:工务施工封锁点内将中间定位附近支承力索及支接触线的下锚悬瓶更换成绝缘棒。第三步:工务施工封锁点内对下锚支承力索降高 250mm,为保证结构高度,对下锚支接触线降高 200mm,确保钢架顺利安装。第四步:工务施工封锁点内在下锚段附近钢架上安装接触线锚柱拉线所需要的锚杆及底座板,完成后请点改造下锚段的接触线锚柱拉线。第五步:工务施工封锁点内在下锚段附近钢架上安装承力索锚柱拉线所需要的锚杆及底座板,完成后请点改造下锚段的承力索锚柱拉线。接触网降高调整时必须保证每一次施工完成后接触网状态都能满足线路的行车速度要求。接触网降网完成至隧道改造施工结束期间,接触网停电 120 分钟,配合工务架设拱架,同时根据施工具体情况调整接触网设备,满足施工需要。3.4 既有铁路隧道加固工艺(1)既有隧道加固施工工艺流程见图 3-2。6图 3-2 既有隧道钢架施工工艺流程图(2)既有隧道加固工程量隧道加固工程共需要安装 I20b 工字钢钢架 252 榀,安装锁脚锚杆 2520 根,铺设 1.5mm 钢板700㎡,安装纵向钢筋 96.25t,锚杆注浆及衬砌背后注浆约 1000m3,而施工工期要求 60 天,每天的封锁时间为 150 分钟,施工时间只有 100 分钟,工程面临施工工序多、时间紧、任务重等施工难点,且涉及到工务、供电、通信、车务、运输等众多铁路配合部门,沟通协调工作量大。(3)既有隧道加固工艺钢架加固前,需拆除隧道护脚墙顶面的电缆槽,并对加固范围内的通信光、电缆等进行迁改保护,对接触网进行降高处理,对加固区内的避车洞采用片石混凝土封堵。钢架加固施工采用两台轨安装拱圈钢拱架及 3mm 钢板锚杆孔位放样自进式锚杆施做,与钢轨拱架焊接注 浆结 束涨壳锚杆注浆设备 注浆材料纵向连接 连接钢筋加工施工准备边墙拱圈凿平平边墙钢拱架立柱安装纵向连接平板车就位连接钢筋加工钢轨拱架加工钢轨拱架拼装平7道车牵引四台平板车(轨道车+作业台车+料具台车+料具台车+作业台车+轨道车)作为施工平台,作业平台采用普通钢管脚手架铺设木板,台架四周设好防护围栏,以保证施工安全,空压机、发电机等柴油设备放置在隧道外。钢架加固施工全部在封锁时间内进行,每天封锁 150 分钟左右,停电接地完毕后即可进行施工。主要施工顺序为:施工人员提前 40 分钟到车站清点施工机具并把钢架、锚杆等材料搬运至平板车上,做好准备。接到驻站联络员封锁指令后,轨道作业车从西永车站出发运行至左线加固段后停车,由两台料具车间摘钩,前端轨道车继续运行至右线加固段,分两组进行施工作业;先在两侧边墙同时安装钢架立柱,后安装拱圈部分钢架,钢架采用 U 型卡临时固定,并用木楔楔紧;随后在点内焊接纵向钢筋,安装中空锚杆并注浆;封锁结束前 20 分钟,右线加固段作业轨道车返回至左线加固段后和该端作业组轨道车连挂,在封锁结束前返回西永车站,加固施工具体详见图 3-3 《封锁施工网络图》 、图 3-4 《中梁山隧道两段临时加固同时施工示意图 》和图 3-5《新建中梁山隧道两段临时加固平面布置图》 。为确保既有线施工及运营安全,在加固工程施工期间,安排专人对既有隧道进行监控量测。 12345678封 锁 开 始 接 触 网 停 电 及 接 地 拱 架 安 装 施 工轨 道 车 进 区 间 轨 道 车 返 回 车 站接 触 网 恢 复 供 电 开 通 线 路5min130min1010min图 3-3 封锁施工网络图图 3-4 新建中梁山隧道两段临时加固同时施工示意图8既 有 襄 渝 线中 梁 山 隧 道 临 时 加 固 工 程 平 面 布 置 图新 中 梁 山 隧 道 上 跨 既 有 襄 渝 铁 路 四 所西 永 50m63m50m1027m照 明 及 动 力 线 路K820+53襄渝线既有中梁山隧道进口 风 包避 车 洞 第二段加固起点 K821+643K821+693第二段加固终点K821+50第一段加固终点K821+530第一段加固起点φ 108风 管 路50KW发 电 机备 用 10m空 压 机3310m空 压 机图 3-5 新建中梁山隧道两段临时加固平面布置图钢拱架施工期间及施工完毕后慢行区段通过列车限制速度为昼夜 45km/h。施工期间按《铁路工务安全规则》要求规范设置防护,即每日封锁施工时在施工地点两端设置移动停车信号防护标志、施工地点标牌和限速牌,施工完毕后放行列车,具体设置详见图 2-4《移动停车信号的防护图》 。20208026 208026响 墩 响 墩施 工地 点移 动 停 车 信 号 牌 ( 灯 )显 示 停 车 手 信 号 的 防 护 人 员图 3-4 移动停车信号的防护图(长度单位:m)3.5、钢拱架加固施工3.5.1 I20b 工字钢拱架加工由于既有襄渝线中梁山隧道采用先拱后墙的施工方法,拱部采用 140 级混凝土,边墙采用100#砂浆砌块石,加上在 K821+575~+580、K821+660~+665 段隧道右侧二次衬砌侵限,最大侵限尺寸为 8cm,加固断面极不规则。因此,在钢架加固前,需要采用 HTD-800 系列激光隧道断面检测仪对每榀钢架对应断面进行测量,根据断面实际测量数据来确定钢架加工尺寸。工字钢加工采用工厂生产,集中配送的方式。为便于加工,将断面数据偏差在 3cm 范围内的每 10 榀钢架归集成一组加工尺寸,以归集后的衬砌断面尺寸按 l:l 放钢架加工大样,加工钢架并做好安装前试拼,编好每榀钢架的拼节段单元编号,单元编号按照左侧立柱、右侧立柱、拱部单元节来进行并与钢架安装位置逐一对应,确保钢架与二次衬砌密贴。其中 K821+667.7~+670.8 段为 3.1m 下锚段,钢架设置详见图 3-5”。9图 3-5:K821+667.7~+670.8 下锚段钢拱架示意图3.5.2 I20b 工字钢拱架立柱安装立柱安装前,事先用红油漆标记出安装位置,采用风镐对钢架安装位置处衬砌表面凸块和安装范围内的拱架立柱底脚混凝土进行凿平处理。待作业台车运行至加固区段后,采用人工将钢架立柱安装在设计位置,然后用自制 U 型卡将立柱固定在预埋的膨胀螺栓上,U 型卡分上下两道,并用木楔卡紧。一个封锁点内可以安装立柱 20 节左右,每一榀立柱安装过程中,都要及时检查安装后的限界尺寸是否满足设计要求,如果侵限,必须将边墙侵限部分凿除后才能继续安装立柱。立柱安装好后,采用 Φ25 纵向连接钢筋将拱架立柱进行焊接,保证所有立柱整体稳定。纵向连接钢筋环向间距设计为 60cm,因封锁时间短,一般只能先焊接两道纵向连接钢筋进行临时加固,其余钢筋在钢架成环后或在后续施工中安排时间继续焊接。3.5.3 地脚螺栓和锁脚锚杆安装在钢架立柱安装完成后,即可进行 Φ32 锁脚锚杆及 M30 地脚螺栓施工。M30 地脚螺栓长度为50cm,采用 Φ38mm 的冲击钻钻孔,钻孔采用 M20 水泥砂浆充填,确保钢架基础稳定。锁脚锚杆设计为 Φ32 自进式中空锚杆(加涨壳锚头) ,每榀钢架立柱单侧设计为 5 根(按上中下布置) ,单根长度为 3.5m,锚杆构造见图 3-6《自进式中空锚杆构造图》 。图 3-6 自进式中空锚杆构造图涨壳锚头10自进式中空锚杆具有钻、注、锚一体化的功能,是一种先进的锚固体系,解决了常规锚杆钻锚时的塌孔问题,能保证复杂地质条件下的注浆效果,其施工工艺详见图 3-7《自进式中空锚杆施工工艺图》 。⑴ “三次钻进法”进行锁脚锚杆的安装①作业平台搭设:钢架立柱底部锁脚锚杆安装不需要搭设操作平台,中部和上部锁脚锚杆安装需要在轨道平板车上搭设作业平台,60t 轨道平板车长度为 13m,宽度为 3.1m,因此作业平台搭设宽度为 3m,作业平台顶部距接触网导线留有不小于 1m 的安全距离。②施工方法:既有中梁山隧道净空内宽在 5m~5.15m 之间,作业平台宽度为 3m,由此推算 YT-28 型凿岩机钻眼的操作宽度只有 4.0m,而锁脚锚杆设计长度为 3.5m,无法满足凿岩机安装上 3.5m锁脚锚杆一次钻进的要求。经研究决定采用“三次钻进法”解决操作空间问题,即第一次用 YT-28型凿岩机加 3m 钻杆提前钻进 2m 孔深,第二次利用凿岩机加 4m 钻杆继续钻进至设计深度 3.5m,第三次利用凿岩机安装上 3.5m 自进式中空锚杆(加涨壳锚头)钻孔至设计深度。图 3-7 自进式中空锚杆施工工艺图③具体施工步骤:a.钻眼前,先检查钻头、钻杆是否通气,如有堵塞应处理通畅后方可使用。b.采用 YT-28 型凿岩机连接普通钻头和 3m 钻杆钻进 2m。c.采用 YT-28 型凿岩机连接普通钻头和 4m 钻杆继续钻进至 3.5m。钻眼时,钻杆应对准设计的锚孔位置,凿岩机应先给风或水,然后钻进,在破碎岩中钻进时,钻头的水孔易堵塞,因此在钻进时,应放慢钻进速度,多回转,少冲击,注意水从钻孔中流出的状况,若有水孔堵塞的现象,应后施工准备测量定位钻机就位检验锚杆质量锚杆钻进止浆塞安装注 浆上垫板、紧固螺帽清洗管路配置浆液检查孔位及角度
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