复杂环境下铁路柔性钢棚洞施工关键技术.pdf
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1、 年 月下第 卷 第 期施工技术(中英文):复杂环境下铁路柔性钢棚洞施工关键技术张立华,张 林,张利军(中铁二十局集团第四工程有限公司,山东 青岛)摘要 结合陇海铁路宝天段南北崖隧道出口柔性钢棚洞设计和施工关键技术,分析了复杂环境下铁路坡面病害整治的方案比选,提出了适用于复杂环境的新途径、新方法,介绍了柔性钢棚洞的适用条件、结构设计和施工工艺,重点介绍了独特结构的组成、材料、功能,钢棚洞上、下部结构的特殊施工工艺。这为铁路隧道出口存在危岩落石风险,但由于环境复杂无法建设明洞的情况,提供了科学可行的防护方案和施工关键技术。关键词 铁路工程;坡面;病害整治;棚洞;设计;施工技术中图分类号 文献标识
2、码 文章编号(),(,):,:;中铁二十局集团有限公司科技创新计划项目()作者简介 张立华,正高级工程师,:收稿日期 引言 陇海线是我国重要的铁路大动脉,宝天段更是连接关中与西北的重要通道,随着时间的推移,南北崖隧道出口病害问题愈发突出和险峻,隧道出口坡面大,无法建造混凝土明洞,同时又紧邻国道、渭河河道,存在坡面危石掉落风险,危及陇海铁路及国道行车安全,属于西安铁路局一级防洪点,是铁路局多年来未能解决的难题。病害区域属于低中山渭河峡谷区,山势陡峻,河流曲折,地面高程 (河床)(山顶),相对高差。隧道出口仰坡高约,坡度,中下部近于直立,基岩裸露,坡面方向与铁路走向近一致,坡面植被较差。铁路隧道出
3、口紧接渭河大桥,隧道出口与桥梁下方是国道 和渭河河道,如图 所示。每年 月以后进入汛期。图 病害区域地形地貌及钢棚洞竣工 施工技术(中英文)第 卷病害整治方案的比选如下。常规做法是采用“混凝土明洞”“型钢立柱型钢棚洞”“轻型拱形棚洞”或“波纹钢板棚洞”或“构基础型钢棚洞”等形式的防护结构。但该处地形由于国道与河道原因无法设置这些结构的基础,必须另觅思路,寻求新途径和方法。根据现场地形情况,拟采用“桥式基础 柔性防护棚洞”,该方案兼顾了铁路危岩防护、国道交通和河道泄洪不受影响,巧妙解决了复杂环境下危岩防护难题。总体结构如图 所示。图 钢棚洞示意 柔性钢棚洞结构设计 钢棚洞下部结构设计 棚洞下部结
4、构采用在既有桥梁两侧独立设置桩基础、承台、墩柱和隧道洞室等结构。)桩基础于既有桥梁两侧分别各新增 根 桩,桩长,桩中心横向间距 、纵向间距 。桩基础采用 钢筋混凝土。)承台采用 钢筋混凝土结构,于既有桥梁两侧分别各新增 座矩形承台,尺寸为 (长宽高)。)采用矩形实体桥墩,为 钢筋混凝土结构,尺寸为 (纵横),高 (含既有桥梁轨面以下 、轨面以上 )。)新建 个洞室呈城门形,开挖尺寸为 (宽高),分别位于既有铁路隧道左、右侧,中心距 ,纵向深度分别为,。洞室设计为马蹄形断面,采用复合式钢筋混凝土衬砌结构。上部结构设计 上部结构为 根纵梁、根纵梁横向缆索、钢棚架。纵梁采用箱梁,尺寸为 (宽 高),
5、长 。两侧钢箱梁中心距 ,横向采用缆索对拉减少水平力作用。纵梁一端与桥墩刚接,另一端插放到隧洞中,隧洞内建设承台,承台上设置纵向 个活动支座。钢棚架为 榀拱架用 道纵向拉杆(钢管)栓接成一个整体,拱架上方铺设柔性网,用于弹性接收掉落危石,耗散落石能量,如图 所示。图 柔性防护棚洞结构示意 附属结构设计 附属结构包括:防止落石滚落至国道的纵梁顶面双侧格栅网、防止落石滚落至铁路的柔性防护棚洞末端拦阻网(见图)、靠山侧柔性网与山体的缝合结构、桥墩上维修爬梯、危石预应力锚索加固等。图 钢棚架吊装就位及平台支架、附岩脚手架 ,关键施工技术 南北崖隧道出口病害整治工程采用柔性钢棚洞对线路进行危石防护,存在
6、临近既有线路、水中桥墩及国道施工,作业面受到极大限制;工程类别 张立华等:复杂环境下铁路柔性钢棚洞施工关键技术 涉及隧道、桥梁、钢结构等工程,具有风险高、技术难度大、工期紧的特点。经查阅,该柔性防护棚洞方案属世界最大跨度柔性钢棚洞,国内首例,施工难度和安全风险国内少有。临近既有线隧道高空隧洞施工关键技术 由于临近既有线隧道,净距只有 ,不能采用爆破施工,同时开挖的隧洞为片麻岩地质,非常坚硬。根据设计图纸及现场岩体分析:宝鸡侧隧洞岩体坚硬,但节理发育,完整性较差,裂隙交叉较多,利用水磨钻施工减少施工扰动,对岩体稳定性破坏较小,对该洞室采用“水磨钻劈裂取芯”方案,并将断面分为上下台阶法施工;天水侧
7、隧洞岩体较硬,节理发育,裂隙少,围岩完整性较好,静态爆破效率较高,对该洞室采用“静态爆破劈裂取芯”方案,并采用全断面法施工。主要施工要点如下。)左洞采用电动机与钻筒在开挖轮廓线钻孔取芯,使钻孔处形成周边槽,以周边槽作为临空面,用液压劈裂机分裂岩体,向周边槽道方向劈裂岩块。劈裂自上而下分裂岩块,人工撬落。)右洞按测量轮廓线钻孔后,将膨胀剂和水按一定比例拌成流质状,并进行充分搅拌后,分次倒入已钻好的钻孔内,后,利用劈裂器对中部岩体进行破碎,由上往下逐步进行。)劈裂机将岩体分裂后,分裂岩块随时由人工将石块用手推车运至掌子面以外的平台上临时堆放,然后集中采用起重机倒运至指定堆放弃碴点。)由于洞口处在几
8、乎直立的坡面上,下方即是国道,进洞开挖无作业面,也无出碴的通道,所以需搭设一个平台作为开挖和出碴作业面,并兼作国道的安全防护门洞。钢纵梁架设前的贝雷梁支架如图 所示。采用钢管贝雷梁支架形式,顶面铺设钢板并支立钢板围挡,避免石碴掉落危及行车安全。水中墩施工关键技术 )原河道如图 所示,水流位于河道右侧。为减小新建钢棚洞墩柱对排洪水流的影响,新建墩柱与既有墩柱处在同一横断面位置。根据施工期间水流的情况,选用改移河道的方案,将水流通过开挖堵截方式改移到河道左侧。由于渭河在该处为弯道,水流湍急,对岸堤冲刷严重,所以需对迎水面采用大石块和石笼进行围护。)在开挖方式方面对钢板桩围堰、钢套箱围堰、混凝土沉井
9、和放坡开挖等方案进行比选,从可行性、经济性、安全性和施工周期等几个方面综合考虑,最终选取了放坡开挖方案。)承台基坑开挖,因地质为砂砾石,透水性强,又易坍塌,故在基坑周边采用黏土改良,形成透水性差的“堵墙”。放坡开挖形成台阶,底层台阶处的承台采用钢模板支护。基坑一个角落挖出集水坑,采用大功率水泵抽水。然后按标准工艺进行承台施工。)针对钻孔桩采取旋挖钻和冲击钻配合使用钻孔,墩柱采用翻模施工工艺。钢结构安装关键技术 安装制约因素 )环境因素钢结构的吊装跨越国道、渭河、陇海铁路。起重机站位只能在河道内,棚架预拼装、钢纵梁进场放置、起重机站位及辅助工具放置都需进行合理规划。)时间因素钢结构吊装分别有临近
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