铁路运营线隧道群之间一般为短路基或单跨桥连接, 洞顶边坡通常为高边坡, 若高边坡产生滑塌、滚落石等危害, 将危及铁路的运营安全, 为确保安全, 最为有效的办法是在高边坡隧道洞口增设拱形明洞, 一般分为两种, 即:两洞口之间采用拱形明洞连接, 单个洞口采用拱形明洞接长。
铁路运营线隧道口新增拱形明洞属于安全加强措施, 施工期间要确保铁路运营线的安全, 施工工艺复杂、安全风险极大。
中铁十二局集团负责施工的郑西铁路客运专线ZXZQ03标段以隧道群为主, 大部分隧道口为高边坡, 在即将开通运营、进行联调联试期间, 为确保安全, 经铁道部鉴定中心、业主、咨询、设计单位现场会勘后决定, 共7座隧道的9个洞口增设拱形明洞。按照铁道部领导的要求, 新增拱形明洞施工必须在郑西全线正式开通运营前完工, 预定完工日期为2010年1月31日, 施工组织设计及安全防护方案于2009年10月21日正式通过审查, 工期紧、安全风险大, 由于技术方案合理、组织得力, 拱形明洞施工进展较为顺利, 于2010年1月9日, 拱形明洞拱部混凝土全部浇注完成, 比预定工期提前22天, 受到了各方的高度赞扬。
1 施工工艺流程及操作要点
1.1 施工工艺流程
拱形明洞施工流程为:人工挖孔桩施工→托梁的施工→安装H型钢钢架→矮边墙施工→安装拱部纤维混凝土板 (内模) →绑扎拱部钢筋→安装拱部外模板→浇注拱部混凝土, 其重点控制工序为H型钢钢架的安装、纤维混凝土板 (内模) 安装、拱部混凝土的浇注。
1.2 施工操作要点
1.2.1 测量放样
施工前先进行测量放样, 对桩位及拱形明洞的中心里程及轴线位置进行复核, 测量原地面标高, 确定钻孔位置及深度。
1.2.2 挖孔桩施工
为保证静态验收成果, 挖孔桩施工期间, 要对线路上钢轨进行沉降观测。
孔桩定位完成后, 根据桩径放出开挖轮廓线, 施作锁口混凝土, 锁口表面高出地面0.5m, 锁口施作完毕后即可进行桩身开挖, 采用C20钢筋混凝土护壁防护, 井内渗水量较大时, 在井底一侧先挖集水坑, 用水泵抽出。挖孔桩施工, 无水时每循环进尺1.0m以上, 有水时每循环进尺为0.5m;遇到沙层时, 开挖前先斜向打入钢筋, 然后在里侧填塞填充物, 再浇注护壁混凝土, 确保安全。当地下水丰富, 无法进行人工挖孔施工时, 采用井点降水, 然后再进行挖孔桩施工。
钢筋笼钢筋在加工厂统一加工, 运送至施工现场, 钢筋笼在挖孔桩内进行绑扎、安装, 经检查符合设计及验标要求后再进行混凝土的浇注。
1.2.3 纤维混凝土板预制
纤维混凝土板宽度为30cm、厚度为6cm、长度与钢拱架间距相匹配, 采用工厂化统一预制, 定制塑料方模块, 振动台振捣密实。先按设计要求绑扎纤维混凝土板内钢筋网片, 提手钢筋与钢筋网片绑扎牢固, 集中存放;采用拌和站拌制纤维混凝土, 待混凝土运送到位后, 先将塑料方模块放入振动台, 再摆放钢筋网片, 然后加入混凝土、开启振动台振动, 并不断补充混凝土, 刮平混凝土表面;用平板车转运至养护场地进行带模养护, 带模养护时间一般在24 h以上, 养护环境温度要求10℃以上, 当混凝土强度达到5MPa以上时方可脱模;脱模后利用平板车转运至存储场地, 当强度达到设计强度的70%以后方可转运至施工现场, 进行纤维混凝土板的安装。纤维混凝土板四角设计有直径为Φ20的螺栓孔, 与型钢钢架栓接为使安装方便, 螺栓孔加工成长条型。
1.2.4 托梁施工
桩基础施工完成并检验合格后, 清理桩基表面, 绑扎托梁钢筋, 将桩基钢筋和托梁钢筋绑扎、焊接牢固;托梁与矮边墙之间连接筋按照设计要求同时布设。
托梁钢筋绑扎完成后, 安装型钢钢架预埋螺栓及钢板, 先对单个预埋钢板及螺栓点焊固定, 螺栓间距、外露尺寸符合设计要求, 然后用两根纵向钢筋按照设计间距将预埋钢板焊接固定, 按照设计位置将预埋钢板安装到位, 预埋钢板与托梁钢筋应分离开, 单独安装固定, 以避免混凝土浇注过程中由于托梁钢筋的微动导致预埋钢板发生翘曲或移位, 混凝土浇注过程中及时检查预埋钢板的位置, 若发生翘曲或移位及时调整, 直至符合设计要求。
采用大块钢模板立模, 设Φ12拉筋对拉, 经检查, 模板加固稳固、尺寸符合设计要求后, 浇筑托梁混凝土。
1.2.5 H型钢钢架加工及安装
(1) 型钢钢架加工。
型钢钢架规格为H25型钢, 高度为250mm、翼缘板宽度为250mm, 分为A、B两种规格, 安装时交错进行, 避免钢架接头在同一截面上, 以利受力;在型钢钢架内侧翼缘板打孔以便与纤维混凝土板栓接, 直径为Φ20, 为使安装方便, 螺栓孔加工成长条型。
保证型钢钢架的加工精度, 每批钢架加工完成后, 必须在加工厂进行抽检预拼运送至现场的钢架必须符合设计要求, 保证一次安装到位, 周边拼装允许误差为±3cm, 平面翘曲小于2cm。
(2) 型钢钢架的安装。
型钢钢架安装时接触网须停电, 纳入天窗施工, 确保安全, 采用吊车吊装, 人工配合安装。
型钢钢架由加工厂统一加工, 通过汽车运输运送至施工现场。拼装场地提前平整到位, 场地大小要满足拼装要求, 并准备足够的方木支垫。施工人员提前到位, 并进行详细的施工技术交底及安全培训工作, 吊装作业前由技术人员进行详细的班前交底及安全教育, 熟悉作业过程, 掌握操作要点。测量人员提前对型钢钢架预埋钢板设计位置及标高进行复核, 清除预埋钢板及周边的杂物, 发现问题立即采取措施处理到位。
第一榀型钢钢架从靠边仰坡侧立起, 提前按照设计要求做好型钢钢架固定的各项准备工作, 在隧道二衬混凝土上预先打孔, 插入钢筋锚固, 作为第一榀型钢钢架斜撑件的支撑点, 型钢钢架斜撑件采用工12.5工字钢;第一榀型钢钢架的定位点在洞口二衬混凝土上提前放样并做好标记。第一榀型钢钢架定位如图1。
型钢钢架应提前预拼或部分预拼, 以加快吊装时拼装进度, 现场拼装要有富裕量, 场地允许的情况下, 可以同时拼装多榀拱架;场地有限时, 可提前将中间两节拼装好后在现场存放, 以便在封锁点内拼装时节约时间, 保证封锁点内吊装进度。型钢钢架安装的所有材料及构配件如:地脚螺栓、螺栓螺母、连接扁钢及角钢等提前到位, 并交专人保管。
按设计要求, 拱形明洞内接触网通过安装在型钢钢架上的锚环固定, 锚环必须在安装前安装到位, 在型钢钢架内侧翼缘板上打孔, 由站后专业确认后安装锚环;预留接触网锚环安装孔的型钢钢架提前做好标记, 按照设计位置吊装到位, 避免发生错位现象。
型钢钢架设计间距为60cm, 纵向连接采用63mm角钢, 连结方式为栓接, 为保证施工进度及稳定性, 边墙直立部分可采用栓接及焊接加强连结方式, 拱顶部分采用栓接, 原则上避免焊接, 以免焊渣烧伤接触网线, 必须焊接时, 须对接触网线做好防护, 确保万无一失。型钢钢架连接钢板之间利用Φ27高强螺栓连结, 钢板周边焊接加强, 型钢钢架安装到位后, 预埋钢板与型钢钢架钢板周采用边焊接加强, 以保证整体稳定性。型钢钢架安装过程中, 在型钢钢架上设置接地, 以确保安全。
1.2.6 矮边墙施工
型钢钢架安装完成后, 进行矮边墙施工, 靠线路侧内模采用纤维混凝土板, 安装在H型钢钢架下翼缘板内, 通过螺栓与型钢钢架连结。按照设计要求绑扎矮边墙钢筋, 托梁与矮边墙之间连接筋同时布设。
矮边墙外模采用木模板或组合刚模板立模, 利用15×15cm方木支垫, 设Φ14拉筋对拉, 经检查, 模板加固稳固、尺寸符合设计要求后, 浇筑矮边墙混凝土。
1.2.7 拱形明洞拱部纤维混凝土板 (内模) 安装
纤维混凝土板按照设计规格要求, 在预制厂统一预制, 运送到施工现场后组织安装。拱架安装到位后, 从两侧对称安装纤维混凝土板, 纤维混凝土板与型钢钢架间用螺栓连结, 在型钢钢架内侧翼缘板位置打孔, 为使安装方便, 纤维混凝土板预留螺栓孔及型钢钢架内侧翼缘板位置打孔均为长条型, 其中纤维混凝土板预留孔方向为水平方向, 型钢钢架内侧翼缘板位置打孔方向为竖直方向。安装时螺帽在里侧, 浇注在拱形明洞混凝土中。每个纤维混凝土板应尽量保证4个螺栓全部安装到位, 困难条件下, 必须保证2个对角螺栓安装到位。应上足劳力, 在型钢钢架安装至纵向5m左右后, 可安排纤维混凝土板的安装, 以节省时间。
由于采用纤维混凝土板作为内模, 则板与板之间、板与H型钢钢架之间必然存在着缝隙, 为了防止这些缝隙渗漏浆, 须做防渗漏处理措施, 安装过程中, 纤维混凝土板之间及纤维混凝土板与型钢钢架之间用工程双面胶填塞, 然后逐个对纤维混凝土板之间缝隙采用高级原子灰封堵密实, 纤维混凝土板与型钢钢架之间空隙用土工布填塞封堵密实。
纤维混凝土安装完成后, 由质检人员逐个对安装质量及密封情况进行检查, 符合要求后方可进行拱部钢筋的绑扎。
1.2.8 拱形明洞拱部施工
(1) 钢筋安装。
纤维混凝土板安装到位后, 按照设计要求, 绑扎拱部钢筋。拱部钢筋共分为2层, 外层纵向钢筋为Φ14、间距250mm, 外层环向钢筋为Φ22、间距200mm;内层纵向钢筋为Φ14、间距250mm, 紧贴型钢钢架外缘布置, 并与型钢钢筋焊接牢固, 内层拱部130°范围内环向钢筋为Φ14、间距200mm, 与纤维混凝土板提手钢筋绑扎牢固;箍筋弯钩须勾住纤维混凝土板提手, 与外层钢筋网绑扎连接牢固。
由于拱形明洞拱部钢位于线路上方, 为保证安全, 钢筋全部采用绑扎连结, 原则上禁止采用焊接。
出于安全考虑, 拱形明洞环向主筋要贯通, 并引出钢筋, 经现场测设, 当电阻大于10欧姆时, 接接地极引出静电。
(2) 外模的安装及加固。
拱形明洞外模采用木模板, 模板厚度为5cm, 宽度为30cm, 要求模板表面平整, 且拆装方便接缝严密、不漏浆。外模位置通过焊接在型钢钢架上的短钢筋支撑固定, 外模外侧环向用Φ22钢筋捆绑, Φ22钢筋与焊接在型钢钢架上的Φ10拉筋焊接牢固, 为确保混凝土浇注过程中模板稳固、不跑模, 纵向设钢管对拉加强, 纵向钢管通过焊接在型钢钢架上的Φ14拉筋固定, 并与环向Φ22钢筋之间密贴, 外模每隔两米左右预留通长的混凝土入料口, 用于混凝土的入料及振动棒振捣, 可在外模安装成型后, 将环向Φ22钢筋割断, 抽出木模板, 混凝土浇注至入料口后及时关模, 并用短钢筋补焊牢固。
拱部挡头模采用10mm厚钢板, 与H型钢外侧翼缘板焊接牢固, 并用Φ20钢筋与相邻H型钢通过焊接相连, 与拱部混凝土浇注成为整体, 挡头模钢板外露部分做好防锈处理, 挡头模现场安装加固如图2。
(3) 混凝土的浇筑。
为保证型钢钢架及内模整体稳定, 拱形明洞拱部混凝土浇筑分两次进行, 第一次浇筑至拱腰位置, 当混凝土强度达到5MPa后再进行第二次混凝土浇注。混凝土从拌合站由混凝土罐车运到浇筑现场, 汽车泵泵送到指定位置, 从外模预留入料口入料, 插入式振动棒振捣, 必须保证每个型钢钢架之间全部振捣, 振捣时防止触碰模板、钢筋。
混凝土浇注施工必须坚持两侧对称进行, 外模板防止爆模。
混凝土浇筑完毕后及时加强保温、保湿养护, 延缓降温速率, 加强施工中的温度监测和管理, 及时调整养护措施。
(4) 拆模及表面处理。
混凝土浇筑完成, 等到混凝土达到拆模强度时拆除模板, 坚决杜绝用利器拆模板, 以免对混凝土表面造成划痕。
拆模后按设计要求做防水处理, 涂刷两边聚合物防水沥青涂料。
1.2.9 接触网过渡
接触网采用锚索过渡, 有帽檐的洞口固定在帽檐上, 无帽檐的洞口固定在边坡锚杆上, 锚索要求能承受5T的抗拔力;拱形明洞内接触网采用后安装型式, 在型钢钢架上开孔, 安装锚环, 待拱部混凝土达到设计强度后, 从过渡锚索上转接至型钢钢架锚环上, 作为永久结构。
2 结语
通过实践证明, 铁路运营线隧道口新增拱形明洞快速施工技术具有以下特点。
(1) 新增拱形明洞桩基采用人工挖孔桩施工, 施工方便、灵活, 可以形成平行作业, 施工进度加快。
(2) 在型钢钢架内侧翼缘板内安装纤维混凝土板作为内模, 纤维混凝土板与型钢钢架形成整体结构, 稳定性好。在内模体系的防护下, 进行拱部钢筋及混凝土的施工, 避免了在铁路营运线内作业, 保证了安全。
(3) 型钢钢架与纤维混凝土板作为永久结构与拱部混凝土浇注成为整体, 避免了拱部混凝土浇注完成后拆模作业, 简化了施工工序, 加快了施工进度;纤维混凝土板在工厂内进行预制后在现场安装, 表面光洁、美观, 总体效果好。
(4) 型钢钢架在加工厂统一加工, 现场进行预拼装, 在封锁点内利用吊车进行吊装、人工配合安装到位, 有效缩短了点内的作业时间, 提高了施工效率。
(5) 型钢钢架及纤维混凝土板的安装精度是保证拱形明洞施工质量的前提, 托梁内预埋地脚螺栓及钢板、型钢钢架的加工及安装、纤维混凝土板的预制及安装精度控制是本技术的关键。
摘要：本文以郑西铁路客运专线为例, 介绍了铁路运营线隧道口新增拱形明洞施工技术, 运用该技术, 大大降低了安全风险、加快了施工进度、节约了施工成本, 综合效益明显。
关键词：铁路运营线,拱形明洞,施工技术