沪昆客专高覆盖层岩溶隧道施工安全评价

沪昆客专高覆盖层岩溶隧道施工安全评价

1隧道地质概况上海港列车贵州段地形起伏大，地质复杂，施工周期长，施工安全风险大。桥隧比达81.03%,隧线比更高达59.04%。有4~10km隧道17座,10km以上隧道2座;不良地质发育,尤其是岩溶地质发育,可溶岩段高达75%以上,多座隧道洞身处于岩溶水平循环带内,同时煤层瓦斯及采空区、顺层、危岩落石众多;经初步设计隧道风险评估,有5座隧道须按Ⅰ级风险隧道管理,11座隧道须按Ⅱ级风险隧道管理。高家屯隧道位于贵州省六盘水市刘官镇,全长6420m,进口里程DK936+880,出口里程DK943+300。为铁道部重点监控的Ⅰ级风险隧道,风险段占全隧比例55%。全隧一般涌水量为40000m3/d,最大涌水量为80000m3/d。2次衬砌、隧道衬砌隧道施工采用无轨运输,二次衬砌在围岩及初期支护收敛稳定后施作,二次衬砌按先墙后拱法一次灌注,仰拱超前施工。隧道衬砌采用液压衬砌台车,每个工作面配一台12m长衬砌台车。为解决仰拱施工与开挖运输作业面的干扰,采用仰拱栈桥来保证仰拱施工时运输道路的通畅。3堆栈桥设计3.1拱墙衬砌施工缝为确保仰拱与拱墙衬砌混凝土防水系统的统一,仰拱每循环施工长度和衬砌一致,仰拱施工缝和拱墙衬砌施工缝留在同一里程。确定栈桥净跨为12m,考虑两端搭接及坡道,确定栈桥长度为18m。3.2自卸汽车载机在衬砌前,通过仰拱栈桥的主要施工设备为装载机、自卸汽车、挖掘机等,根据设备的空载重量、重载重量确定以自卸汽车重载时作为仰拱栈桥的验算荷载,考虑一定的安全系数取50t。3.3单链桥的宽度和中心距离的确定根据设备的走形宽度、轮胎的宽度、轮距净宽,确定单片栈桥宽度为1.2m,中心距离2.2m。3.4节点的荷载计算跨中荷载时:荷载为250kN,4个节点承受每个节点承担荷载:250/4=62.5kN,计算截面最大受弯矩和最大位移。最大弯矩计算模型如图1所示。最大剪力计算模型如图2所示。3.5计算剖面模型的数量3.6自动走行装置选择根据截面模量选取主梁,同时考虑结构的自重(简易栈桥采取装载机配合挖机移动,未考虑自动走行装置)。选择主梁为HW400×400×13×21H型钢,截面模量3340cm3,主梁长度为18m,根数为2根;选择连接横梁为HN400×200×8×13H型钢,横梁长度为80cm,间距为1m,共计19根。3.7拉应力及剪应力检算时考虑车辆荷载及栈桥自重。最大应力如图3所示。计算如果如下:(1)拉应力116.3MPa<145MPa(Q235最大容许拉应力),满足要求。(2)剪应力26.8MPa<85MPa(Q235最大容许剪应力),满足要求。(3)考虑桥面系后,最大位移为:18mm(12000/600=20mm),满足刚度要求。3.8面板组成ue钢网栈桥设计具体如下:(1)栈桥长度18mm,有效净跨12mm;(2)栈桥单幅由2根纵梁及横向连接的横梁组成,面板采用ue78822钢筋焊接而成;(3)横梁长度0.8m,间距1m,共计19根;(4)纵梁型号HW400×400×13×21,横梁型号HN400×200×8×13,均为H型钢,纵横梁间采用焊接连接。4作业面仰拱栈桥及仰拱段模板的建造根据铁道部120号文的要求,仰拱每循环开挖、支护进尺不得大于3m。隧道开挖后,初期支护应及时施作并封闭成环,Ⅳ,Ⅴ级围岩封闭位置距离掌子面不大于35m。必须选在仰拱栈桥作为仰拱施工时的运输通道。1)仰拱施工工艺流程移动仰拱栈桥就位→仰拱开挖(不超过3m)→仰拱初期支护施工→仰拱开挖(不超过3m)→仰拱初期支护施工→(仰拱开挖支护12m)→仰拱钢筋绑扎→仰拱移动模架就位(带仰拱模板)→仰拱衬砌混凝土灌注→仰拱填充混凝土灌注→混凝土养护→进入下一循环。2)作业面仰拱栈桥及仰拱模板的配备配备48m自行式移动栈桥一付,有效净跨36m;18m简易分离式栈桥一付,有效净跨12m;12m分离式仰拱移动模架(带仰拱模板)2付。整体式移动栈桥主要用于Ⅲ级围岩有仰拱段的快速施工,分离式简易栈桥主要用于Ⅳ、Ⅴ级围岩段仰拱施工,两者的结合可以大大的提高仰拱施工进度,可以确保仰拱距掌子面的距离满足要求。3)施工要点(1)仰拱栈桥就位时,要注意安设的平整性及安设宽度符合设计要求,保证车辆行车安全及不同轮距的车辆均能通过仰拱栈桥;(2)车辆通过栈桥时限速5km/h,施工人员在栈桥下作业时严禁车辆通过,确保作业人员安全;(3)仰拱栈桥上部的残余混凝土及杂物应及时清除,以保持栈桥上部的清洁。5简易仰拱栈桥特点一付简易仰拱栈桥质量约15t,含加工费约10万元,而一付同样净跨的自行式仰拱栈桥需要25万元左右。简易仰拱栈桥结