? 大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基的施工技术探讨 大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基的施工技术探讨
周毅英， 杨瑞芳
(河南质量工程职业学院， 河南 平顶山 467000)
[摘 要] 近年来，我国高速公路与高速铁路快速发展，但大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站的安全系数还很低。针对这一现状，以某新建公路隧道下穿既有铁路站场区工程为例，通过理论分析以及技术对比，提出了新型的施工技术总体方案，即：以管幕法为基础，加固基于隧道开挖方向的围岩土体，并结合以挖孔桩上设置承台为方式的临时支墩，同时要对挖孔桩结构进行选择，并进行安全性检算；接着通过架设型号为24 mD便梁方式托起既有铁路轨道，通过纵横抬梁模式对钢轨加固，同时要在弧形导洞位置预留部分核心土；最后进行加固效果的沉降监测以及分析。通过实践证明，此种方案具有明显的加固效果，可高效限制公路隧道下穿既有铁路区段的沉降量，可极大增强大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站的安全系数，实现预期目的。
[关键词] 大跨径软土地层公路隧道； 隧道下穿既有铁路； 车站路基； 施工技术
0 前言
在我国，高速公路以及高速铁路建设高速发展，但高速公路下穿既有铁路的现象常常出现，特别是在山区地区，为了充分利用现有土地，降低对周围环境的扰动，并降低工程成本，公路下穿既有铁路的现象更加普遍[1，2]。但大跨径公路隧道下穿既有铁路车站路基的模式具有较大的风险，且施工难度极高，特别是一旦发生安全问题，必将产生极大的经济损失[3]。我国现阶段大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基的安全系数还很低，这严重抑制了公路隧道下穿既有铁路工程的开展[4]。因此，对大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基的施工技术具有极强的实用价值。本文以某新建公路隧道下穿既有铁路站场区工程为例，通过理论分析以及技术对比，探讨新型的施工技术方案，即：以管幕法为基础，加固基于隧道开挖方向的围岩土体，并结合以挖孔桩上设置承台为方式的临时支墩，同时要对挖孔桩结构进行选择，并进行安全性检算；接着通过架设型号为24 mD便梁方式托起既有铁路轨道，通过纵横抬梁模式对钢轨加固，同时要在弧形导洞位置预留部分核心土。并通过安全监测——加固效果沉降监测，对该技术方案的安全性进行分析。
1 工程概述及施工方案确定
1.1 工程概述
该公路隧道采用的暗挖大跨径单洞隧道，下穿既有铁路车站路径长为62 m，具有18.34 m的净宽以及最大值为3 m的埋深，上坡模式为单面，且为出口方向，具有13‰的坡度。既有铁路每天均有58列上行列车和59列下行列车，车速为220 km/h。正线属于有砟轨道，具有一级道砟的道床，钢轨为标准轨，大小为60 kg/m，动活载大小则为92 kN/m。
该公路隧道的拱顶与轨面高度差为3～9.62 m，地表属于结构较为松散的第四系全新统人工填筑土，下部则属于V级围岩的燕山期中风化花岗岩。因此，在开挖过程中，如果不采取有效措施加固围岩土体，会加剧隧道下穿既有铁路车站的安全性能[5]。如图1所示，为公路隧道下穿既有铁路车站路基地质剖面图。
图1 大跨径软土层公路隧道下穿既有铁路车站路面地质剖面图
Figure 1 Long span soft soil highway tunnel through the existing railway station pavement geological profile
1.2 施工方案确定
该公路隧道具有较大跨度，地质较差，且由于隧道开挖会影响既有铁路，导致轨道沉降，因此，为保证公路隧道下穿既有铁路车站路基的施工安全，须通过适当方式进行地层加固。通过实地勘测及周密分析，确定了新型大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基的施工方案，即：以管幕法为基础，加固基于隧道开挖方向的围岩土体，并结合以挖孔桩上设置承台为方式的临时支墩，同时要对挖孔桩结构进行选择，并进行安全性检算；接着通过架设型号为24 mD便梁方式托起既有铁路轨道，通过纵横抬梁模式对钢轨加固，并要在弧形导洞位置预留部分核心土；最后进行加固效果的沉降监测及分析。
2 施工方案探讨
2.1 便梁及挖孔桩施工技术探讨
依据公路隧道具有18.34 m的净宽以及最大值为3 m的埋深，动活载大小则为92 kN/m的特点，便梁选用1孔24 mD型，通过托起既有铁路钢轨模式进行加固，布置方式如图2所示。
图2 便梁布置图(单位： mm)
Figure 2 Then beam layout(unit： mm)
a. 依据大跨径公路隧道下穿既有铁路车站路基的地质特点，临时支墩采用挖孔桩模式。
① 每根挖孔桩承重。
对于每根挖孔桩承重(采用N重载布置方式，见图3)，
图3 D型便梁布置模式图
Figure 3 D temporary beam layout pattern diagram
其中竖向∑MB=0，且：
18 472 kN
(1)
所以：RA=754 kN。由∑F=0，且：
RB=(220×5+17×92)/2-RA=248 kN
(2)
所以：RA=1 048 kN，此处，RA较大，因此不利于荷载。对于火车的运行速度，限制在60 km/h，冲击系数选择通常情况下的常用系数1.2，考虑冲击系数，桩顶列车的活载最大值：
Rmax=1.2RA=904.8 kN
(3)
对于便梁来讲，自身重量为g1=48 903.5 kg，长大小为24.5 m，钢轨的重量g2=60 kg/m，预应力混凝土轨枕的自重每根为g3=263 kg，其中D24型号的便梁上的轨枕个数为40(n=24.5/0.6)根，所以轨枕的重量G1=n×g3×9.8/1 000=103.1 kN，两钢轨在便梁上的重量为G2=2×g2×L×9.8/1 000=28.8 kN，便梁重G3=g1×9.8/1 000=479.3 kN。所以每根挖孔桩承重在：
(4)
② 每根挖孔桩的桩长、桩径以及护壁厚度。
由本区段的地质资料可知：轨面之下0～6.2 m的范围内，属于人工填筑土，承载力大小为150 kPa；6.2 m及其以下位置属于细圆砾土，承载力大小为500 kPa；土容重为γ=18 kN/m3，没存在粘性，内摩擦角选择φ=35°。由于隧道低距离挖孔桩顶的大小为6.5 m，对于挖孔桩的桩长，初步设置为H=12.5 m，设置桩径大小为1.5 m，桩身选择C25混凝土以及设置0.15 m的护臂厚度。
依据设计规范[6]，每个挖孔桩轴向受压的极限承载力：
[P]= 1/2U×∑fi×Li+m0×A×[σ]=
3 815.1 kN
(5)
其中：Li代表细圆砾土的厚，大小为6 m；m0代表桩底承载能力的折减系数，大小取1；A代表桩底的支撑面积，m2；[σ]代表桩底的基础承载能力，kPa。
桩身自身的重力G=31.4×(0.75+0.15)2×12.5×25=794.81 kN。所以挖孔桩的总重量为N+G=2 310.81 kNP]，所以承载力满足设计需求。对于挖孔桩护壁厚度，最深处，压力大小：
f=γHtan2(45°-Φ/2)=60.75 kN/m2
(6)
护壁厚度：
t=KfR/(2fc)=4.14 cm
(7)
这与初步设定的护壁厚度相比较小，因此，初步设定的护壁厚度满足要求。所以挖孔桩的桩长，初步设置为H=12.5 m，设置桩径大小为1.5 m，桩身选择C25混凝土以及设置0.15 m的护臂厚度，符合需求。
对于挖孔桩，在施工过程中，应在便梁上设置桩，桩的个数设置为4根，且桩上进行承台设置，使其作为支点，并在承台的槽内进行支座安装。对于挖孔桩，横向与纵向间距分别为4.8 m和20.5 m，开挖方向是自上向下进行循环作业，循环间隔为0.5 m。当开挖到设计深度后，要将钢筋笼(事先帮扎好)放下，同时进行现场工作平台搭建，并进行顶承台钢筋的绑扎。当开挖完成50 cm后，进行护壁模板安装，护壁的材料是混凝土，使用导管进行材料灌注。在进行承台模板安装时，要对桩身、承台进行混凝土灌注，只有混凝土强度满足设计需求，才可以进行便梁架设，挖空桩施工平面图如图4所示。
图4 挖空桩施工平面图
Figure 4 Dug pile construction plan diagram
当进行桩基混凝土的灌注时，必须严格把控承台标高，确定的标准以24 mD型便梁架设方案为基础，依据架设方案确定后的桩基对应既有钢轨的标高，只要使其不影响行车即可。
b. 便梁在进行组装时，主要有两方面，即：纵梁过轨横移；抽换枕木进行衡量安装。
① 纵梁过轨横移。
首先要依据布设方案进行拼装架设，且两纵梁中心的纵横向间距大小为4.5 m与24.5 m。架设时，以两台25 t汽车为主，人工配合为辅进行。便梁要卸到外侧的枕木垛后边，并以千斤顶为基础，进行便梁起落，并按顺序抽出枕木垛内的枕木，确保纵梁地面与既有轨面的间距为40 cm。
② 抽换枕木进行衡量安装。
纵梁安装完成后，横梁则以人工与吊车共同作用进行安装。横梁的位置应确保与枕木一致，且横梁顶面保持与钢轨底面齐平，并进行枕木间距的调整。抽换顺序则由纵梁两端向中心进行，且每当抽出一根枕木，并穿一个横梁，且在钢轨的下部垫绝缘橡胶板，避免轨道电路发生短路。当横梁进行穿入时，需要与准主梁连接板对准，并进行定位，并安装好扣件，垫好橡胶轨垫。
2.2 隧道管幕支护施工探讨
在进行大跨径软土地层公路隧道管幕支护施工探讨之前，首先要进行轨下路基的开挖。在进行轨下路基开挖过程中，要确保列车可以以60 km/h的速度通过施工地段，且在加固完成后，可以正常行驶，所以开挖方式应小型机械配合人工方式进行，开挖深度最好为1 m[7]。开挖之后，线路会被架空，这使得全部的钢轨重量和列车行驶动活载都由挖孔桩承担，并不会额外产生路基对下穿隧道围岩的影响。
当轨下路基开挖，并直至D型便梁实现线路架空，接着开始进行轨下隧道施工。施工方法为管幕法与注浆工艺相配合加固隧道掌子面地层，使加固长度达到60 m，管幕主要用于保护，使开挖、支护以及衬砌顺利进行。此种施工模式可有效控制隧道下穿既有铁路的地面沉降，提高安全性能。管幕法施工指的是隧道开挖线外侧的施工，主要使管幕钢管(φ299×12 mm)沿隧道轴线方向，采用水平铺设模式，在土体间进行铺设，使地下空间变成水密性模式；并将φ60钢花管注入φ299钢管的连接位置进行注浆加固，使φ299钢管成为一个套拱。
① 设置φ299钢管。
在洞身的两侧先进性开槽，并将C25混凝土浇筑在槽中，并将其作为设置φ299钢管所需的侧墙。钢管主要沿拱部环向进行布设，到侧墙结束，并在钢管侧壁处进行锁口焊接，锁口型号为C型钢。φ299管棚采用间隔为10 cm的环向布置模式，长为60 m，每施工段设置30个管棚，管棚的节长大小是10 m，布置地点为钢管结上，与预留注浆孔成150°的拱部，φ299钢管的设置示意图如图5所示。
图5 φ299钢管的设置示意图
Figure 5 Pipe laying schematic
② 导向钻孔。
钻孔手段采用50T水平钻机以及φ159 mm×5 mm钢管钻杆的模式。钻杆两端利用型号为φ159 mm×12 mm的接手，每根长度为6 m；采用φ325 mm的钻头，形状为斜板形状，斜板材料为硬质的圆柱合金，对于一般石块，均可破除。在进行导向钻孔施工过程中，要在钻头内部安装探棒，并使其与导向接收仪以及机台显示器相连，用于显示钻头的参数，包括深度、左右偏差、偏角以及工具角等。钻进方向主要通过可调节方向的钻头实现，主要通过监测钻头钻进过程中与设计轨迹的差异，包括位置差异以及方向差异进行判断是否进行钻头钻进方向的改变。如果钻进角度偏下，则可以调节钻头轨迹，使其为12点，也就是调整导向板，使其朝上直接进行钻进。当调节钻头轨迹为6点时，则可以保证钻头轨迹朝下钻进，3点和6点择表示钻进方向为右纠偏向以及左纠偏向。如图6所示为斜板钻头示意图：
图6 斜板钻头示意图
Figure 6 Wwash plate drill schematic
③ 夯管施工。
导向钻孔完成 ，需要拔出钻杆以及钻头，主要以50T的水平钻机为基础，通过施加夯力的方式，使与互锁导向装置相连的钢管顶入，并达到导向孔深。在进行夯管施工时，首先在钢管(型号为φ299)前端增加扩孔钻头，上方进行钢花管(型号φ60)，最后一边进行扩孔，一边进行夯管。在进行夯管过程中，要以泥浆为基础进行护壁工作，并将切割产生的碎屑通过管幕钢管(型号为φ299)排出，并将钢管(型号为φ299)夯进地层。由于在夯进过程，对底面产生极小的扰动，因此，在进行施工中不会产生地表沉降。将第一根钢管部分推进孔内，只确保孔外仅剩40 cm，采用人工模式，通过链钳的形式，进行钢管联接，最终使两接管形成一个整体，最后通过低速模式，将钢管推进，并将第二根钢管与此钢管锁头套接，如图7所示，为外接锁口示意图(见图7)。
图7 外接锁口示意图
Figure 7 External locking schematic
④ 管幕顶进之后的处理。
当管幕顶进之后，要进行注浆加固，并进行钢管锁口的止水处理以及进行混凝土填充。注浆主要是在钢管顶进完成后，以钢花管(型号φ60 mm)为介质，向管道外壁进行注浆。采用泥浆比例为1∶0.8，注浆压力则选用0.6～0.8 MPa。进行混凝土填充的主要目的则在于增强管幕纵向刚度，防止出现应力过度集中现象出现。
此外，当隧道管幕施工完成后，要进行公路隧道开挖，主要工具为2台小型的挖掘机，并与人工相配合，采用弧形导洞预留核心土的方式进行。
3 施工安全监测探讨
对施工安全进行监测，是确保工程是否安全实施的关键[8]，现今常用的监测方式为自动数据采集与人工测量相结合的方式[9，10]。本文则是以此为基础，对围岩、既有轨道、既有线周围地表进行监测。
3.1 监测点布置
在既有线轨道上，设置了12个监测点，从便梁架空后开始直至便梁拆除，观测要每天进行一次；在既有线周围地表，设置12个监测点，主要设置在沿铁路纵向的28 m，并距离铁路路基8 m处设置，设置间隔为2.5 m，每次开挖都要进行一次观测。在隧道拱顶沉降，进行12个监测点布置，布置间隔为4 m，同既有线周围地表的监测相同，每次开挖都要进行一次观测。
3.2 监测结果及分析
① 轨道沉降结果及分析。
轨道监测结果如图8所示，其中，轨道选用的是2#点。
图8 轨道监测沉降图
Figure 8 Track monitoring sedigraph
由图8可知：轨道最大沉降为3.24 mm，与限定值10 mm[11]相比较少，因此轨道结构安全。
② 隧道拱顶沉降结果及分析。
如图9所示，为隧道拱顶沉降结果图。
图9 隧道拱顶沉降图
Figure 9 Tunnel vault sedigraph
由图9可知：隧道拱顶各监测点都出现稍许沉降，原因在于地面荷载以及列车荷载共同作用的导致；增加开挖环数，与掌子面较近的观测点，隧道拱顶处出现稍许沉降，这是由于管幕的支撑引起，与掌子面较远处沉降量很少，几乎为0，这是由于对土扰动较少的缘故；开挖环数增加到身段58 m处，此时拱顶12#处有较大沉降量，大小为9.2 mm，与限定值10 mm相比较少，因此隧道结构安全。
③ 地表沉降结果及其分析。
地表沉降结果如图10所示。
图10 地表沉降图
Figure 10 Surface subsidence diagram
由图10可知：开始时地表各监测点都有稍许沉降，主要原因在于底面荷载以及隧道开挖共同作用引起，并且与正对隧道处地表沉降量相比，与隧道相距较远的地表沉降量更小。增加开挖环数，离掌子面较远处的观测点，沉降量近似于0，这是由于该处对土的扰动极小；开挖到铁路线路下面时，沉降量变化也很少，最大沉降量为8.5 mm，与限定值10 mm相比较少，因此地表安全。
大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基的施工技术检测完成后，最后进行路基回填以及线路恢复，并将便梁拆除，便实现整个施工的完成。
4 结论
对大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基进行施工，存在很大的安全隐患，必须对其进行加固处理。本文提出了施工技术总体方案：以管幕法为基础，加固基于隧道开挖方向的围岩土体，并结合以挖孔桩上设置承台为方式的临时支墩，同时要对挖孔桩结构进行选择，并进行安全性检算；接着通过架设型号为24 mD便梁方式托起既有铁路轨道，通过纵横抬梁模式对钢轨加固，同时要在弧形导洞位置预留部分核心土。通过安全系数监测，可以发现，该施工方式可极大提高公路隧道下穿既有铁路车站路基的安全系数，实现预期目的。因此该方案具有极强的使用价值，可在类似工程中借鉴应用。
[参考文献]
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[2] 任懿.黄土隧道软弱土层施工技术[J].西昌学院学报：自然科学版，2013(1)：51-54.
[3] 陈荣.浅谈明挖下穿隧道横穿既有道路施工技术[J].中国高新技术业，2013(7)：89-91.
[4] 潘泽球，章方正，等.中梁山隧道穿越石膏段施工技术研究[J].现代隧道技术，2013，50(2)：145-150.
[5] 马福臣.D24型便梁在4.0 m线间距区段的应用与计算[J].铁道勘察，2013(03)：62-65.
[6] 刘红超.浅埋隧道围岩力学特性及稳定性分析[D].石家庄：石家庄铁道大学，2013.
[7] TB10003-2005，铁路隧道设计规范[S].
[8] 赵立财.浅埋大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基施工技术[J].现代隧道技术，2014，51(6)：160-165.
[9] 陈星欣，白冰.隧道下穿既有结构物引起的地表沉降控制标准研究[J].工程地质学报，2011，19(1)：103-108.
[10] 金淮，吴锋波，马雪梅，等.隧道下穿地铁拟换乘车站施工监测与安全分析[J].工程地质学报，2009，17(5)：703-710.
[11] 倪鲁肃.浅埋黄土隧道下穿高速公路沉降控制研究[D].北京：北京交通大学，2010.
Construcion Technology of Long Span Highway Tunnel in Sfot Ground Embankment Existing Railway Station
ZHOU Yiying， YANG Ruifang
(Henan Quality Polytechnic， Pingdingshan， Henan 467000， China)
[Abstract] In recent years，Chinese highways and high-speed railway are rapid development，but soft soil layer on Long Span Highway Tunnel railway station through Existing safety factor is still very low.In response to this situation，this paper proposed new construction technology overall program based on theoretical analysis and technology comparison of a new highway tunnel through the existing railway station area project.Strengthen surrounding rock and soil based on tunnel excavation direction of the use of pipe curtain method.Digging is provided on temporary buttress pile platform，while digging pile structure for selection，and operator safety check.Followed by the erection of the model will hold up for the beam mode 24mD existing railway tracks，through vertical and horizontal lifting beam mode rail reinforcement，at the same time to set aside part of the core of soil in the arcuate guide hole location；and finally strengthening effect of subsidence monitoring，and analysis.Through proven，such programs have a significant reinforcing effect，can effectively restrict road tunnel under the railway sector through the existing settlement，and can greatly enhance the safety factor large span highway tunnel through soft soil layer existing railway station to achieve the intended purpose.
[Key words] long span soft soil layer highway tunnel； tunnel through the existing railway； station roadbed； construction technology
[收稿日期] 2016-01-11
[作者简介] 周毅英(1981-)，女，河南郏县人，硕士，讲师，研究方向：建筑工程与工程造价。
[中图分类号] U 455.4
[文献标识码] A
[文章编号] 1674-0610(2016)03-0135-06
? 大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基的施工技术探讨 大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基的施工技术探讨
周毅英， 杨瑞芳
(河南质量工程职业学院， 河南 平顶山 467000)
[摘 要] 近年来，我国高速公路与高速铁路快速发展，但大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站的安全系数还很低。针对这一现状，以某新建公路隧道下穿既有铁路站场区工程为例，通过理论分析以及技术对比，提出了新型的施工技术总体方案，即：以管幕法为基础，加固基于隧道开挖方向的围岩土体，并结合以挖孔桩上设置承台为方式的临时支墩，同时要对挖孔桩结构进行选择，并进行安全性检算；接着通过架设型号为24 mD便梁方式托起既有铁路轨道，通过纵横抬梁模式对钢轨加固，同时要在弧形导洞位置预留部分核心土；最后进行加固效果的沉降监测以及分析。通过实践证明，此种方案具有明显的加固效果，可高效限制公路隧道下穿既有铁路区段的沉降量，可极大增强大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站的安全系数，实现预期目的。
[关键词] 大跨径软土地层公路隧道； 隧道下穿既有铁路； 车站路基； 施工技术
0 前言
在我国，高速公路以及高速铁路建设高速发展，但高速公路下穿既有铁路的现象常常出现，特别是在山区地区，为了充分利用现有土地，降低对周围环境的扰动，并降低工程成本，公路下穿既有铁路的现象更加普遍[1，2]。但大跨径公路隧道下穿既有铁路车站路基的模式具有较大的风险，且施工难度极高，特别是一旦发生安全问题，必将产生极大的经济损失[3]。我国现阶段大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基的安全系数还很低，这严重抑制了公路隧道下穿既有铁路工程的开展[4]。因此，对大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基的施工技术具有极强的实用价值。本文以某新建公路隧道下穿既有铁路站场区工程为例，通过理论分析以及技术对比，探讨新型的施工技术方案，即：以管幕法为基础，加固基于隧道开挖方向的围岩土体，并结合以挖孔桩上设置承台为方式的临时支墩，同时要对挖孔桩结构进行选择，并进行安全性检算；接着通过架设型号为24 mD便梁方式托起既有铁路轨道，通过纵横抬梁模式对钢轨加固，同时要在弧形导洞位置预留部分核心土。并通过安全监测——加固效果沉降监测，对该技术方案的安全性进行分析。
1 工程概述及施工方案确定
1.1 工程概述
该公路隧道采用的暗挖大跨径单洞隧道，下穿既有铁路车站路径长为62 m，具有18.34 m的净宽以及最大值为3 m的埋深，上坡模式为单面，且为出口方向，具有13‰的坡度。既有铁路每天均有58列上行列车和59列下行列车，车速为220 km/h。正线属于有砟轨道，具有一级道砟的道床，钢轨为标准轨，大小为60 kg/m，动活载大小则为92 kN/m。
该公路隧道的拱顶与轨面高度差为3～9.62 m，地表属于结构较为松散的第四系全新统人工填筑土，下部则属于V级围岩的燕山期中风化花岗岩。因此，在开挖过程中，如果不采取有效措施加固围岩土体，会加剧隧道下穿既有铁路车站的安全性能[5]。如图1所示，为公路隧道下穿既有铁路车站路基地质剖面图。
图1 大跨径软土层公路隧道下穿既有铁路车站路面地质剖面图
Figure 1 Long span soft soil highway tunnel through the existing railway station pavement geological profile
1.2 施工方案确定
该公路隧道具有较大跨度，地质较差，且由于隧道开挖会影响既有铁路，导致轨道沉降，因此，为保证公路隧道下穿既有铁路车站路基的施工安全，须通过适当方式进行地层加固。通过实地勘测及周密分析，确定了新型大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基的施工方案，即：以管幕法为基础，加固基于隧道开挖方向的围岩土体，并结合以挖孔桩上设置承台为方式的临时支墩，同时要对挖孔桩结构进行选择，并进行安全性检算；接着通过架设型号为24 mD便梁方式托起既有铁路轨道，通过纵横抬梁模式对钢轨加固，并要在弧形导洞位置预留部分核心土；最后进行加固效果的沉降监测及分析。
2 施工方案探讨
2.1 便梁及挖孔桩施工技术探讨
依据公路隧道具有18.34 m的净宽以及最大值为3 m的埋深，动活载大小则为92 kN/m的特点，便梁选用1孔24 mD型，通过托起既有铁路钢轨模式进行加固，布置方式如图2所示。
图2 便梁布置图(单位： mm)
Figure 2 Then beam layout(unit： mm)
a. 依据大跨径公路隧道下穿既有铁路车站路基的地质特点，临时支墩采用挖孔桩模式。
① 每根挖孔桩承重。
对于每根挖孔桩承重(采用N重载布置方式，见图3)，
图3 D型便梁布置模式图
Figure 3 D temporary beam layout pattern diagram
其中竖向∑MB=0，且：
18 472 kN
(1)
所以：RA=754 kN。由∑F=0，且：
RB=(220×5+17×92)/2-RA=248 kN
(2)
所以：RA=1 048 kN，此处，RA较大，因此不利于荷载。对于火车的运行速度，限制在60 km/h，冲击系数选择通常情况下的常用系数1.2，考虑冲击系数，桩顶列车的活载最大值：
Rmax=1.2RA=904.8 kN
(3)
对于便梁来讲，自身重量为g1=48 903.5 kg，长大小为24.5 m，钢轨的重量g2=60 kg/m，预应力混凝土轨枕的自重每根为g3=263 kg，其中D24型号的便梁上的轨枕个数为40(n=24.5/0.6)根，所以轨枕的重量G1=n×g3×9.8/1 000=103.1 kN，两钢轨在便梁上的重量为G2=2×g2×L×9.8/1 000=28.8 kN，便梁重G3=g1×9.8/1 000=479.3 kN。所以每根挖孔桩承重在：
(4)
② 每根挖孔桩的桩长、桩径以及护壁厚度。
由本区段的地质资料可知：轨面之下0～6.2 m的范围内，属于人工填筑土，承载力大小为150 kPa；6.2 m及其以下位置属于细圆砾土，承载力大小为500 kPa；土容重为γ=18 kN/m3，没存在粘性，内摩擦角选择φ=35°。由于隧道低距离挖孔桩顶的大小为6.5 m，对于挖孔桩的桩长，初步设置为H=12.5 m，设置桩径大小为1.5 m，桩身选择C25混凝土以及设置0.15 m的护臂厚度。
依据设计规范[6]，每个挖孔桩轴向受压的极限承载力：
[P]= 1/2U×∑fi×Li+m0×A×[σ]=
3 815.1 kN
(5)
其中：Li代表细圆砾土的厚，大小为6 m；m0代表桩底承载能力的折减系数，大小取1；A代表桩底的支撑面积，m2；[σ]代表桩底的基础承载能力，kPa。
桩身自身的重力G=31.4×(0.75+0.15)2×12.5×25=794.81 kN。所以挖孔桩的总重量为N+G=2 310.81 kNP]，所以承载力满足设计需求。对于挖孔桩护壁厚度，最深处，压力大小：
f=γHtan2(45°-Φ/2)=60.75 kN/m2
(6)
护壁厚度：
t=KfR/(2fc)=4.14 cm
(7)
这与初步设定的护壁厚度相比较小，因此，初步设定的护壁厚度满足要求。所以挖孔桩的桩长，初步设置为H=12.5 m，设置桩径大小为1.5 m，桩身选择C25混凝土以及设置0.15 m的护臂厚度，符合需求。
对于挖孔桩，在施工过程中，应在便梁上设置桩，桩的个数设置为4根，且桩上进行承台设置，使其作为支点，并在承台的槽内进行支座安装。对于挖孔桩，横向与纵向间距分别为4.8 m和20.5 m，开挖方向是自上向下进行循环作业，循环间隔为0.5 m。当开挖到设计深度后，要将钢筋笼(事先帮扎好)放下，同时进行现场工作平台搭建，并进行顶承台钢筋的绑扎。当开挖完成50 cm后，进行护壁模板安装，护壁的材料是混凝土，使用导管进行材料灌注。在进行承台模板安装时，要对桩身、承台进行混凝土灌注，只有混凝土强度满足设计需求，才可以进行便梁架设，挖空桩施工平面图如图4所示。
图4 挖空桩施工平面图
Figure 4 Dug pile construction plan diagram
当进行桩基混凝土的灌注时，必须严格把控承台标高，确定的标准以24 mD型便梁架设方案为基础，依据架设方案确定后的桩基对应既有钢轨的标高，只要使其不影响行车即可。
b. 便梁在进行组装时，主要有两方面，即：纵梁过轨横移；抽换枕木进行衡量安装。
① 纵梁过轨横移。
首先要依据布设方案进行拼装架设，且两纵梁中心的纵横向间距大小为4.5 m与24.5 m。架设时，以两台25 t汽车为主，人工配合为辅进行。便梁要卸到外侧的枕木垛后边，并以千斤顶为基础，进行便梁起落，并按顺序抽出枕木垛内的枕木，确保纵梁地面与既有轨面的间距为40 cm。
② 抽换枕木进行衡量安装。
纵梁安装完成后，横梁则以人工与吊车共同作用进行安装。横梁的位置应确保与枕木一致，且横梁顶面保持与钢轨底面齐平，并进行枕木间距的调整。抽换顺序则由纵梁两端向中心进行，且每当抽出一根枕木，并穿一个横梁，且在钢轨的下部垫绝缘橡胶板，避免轨道电路发生短路。当横梁进行穿入时，需要与准主梁连接板对准，并进行定位，并安装好扣件，垫好橡胶轨垫。
2.2 隧道管幕支护施工探讨
在进行大跨径软土地层公路隧道管幕支护施工探讨之前，首先要进行轨下路基的开挖。在进行轨下路基开挖过程中，要确保列车可以以60 km/h的速度通过施工地段，且在加固完成后，可以正常行驶，所以开挖方式应小型机械配合人工方式进行，开挖深度最好为1 m[7]。开挖之后，线路会被架空，这使得全部的钢轨重量和列车行驶动活载都由挖孔桩承担，并不会额外产生路基对下穿隧道围岩的影响。
当轨下路基开挖，并直至D型便梁实现线路架空，接着开始进行轨下隧道施工。施工方法为管幕法与注浆工艺相配合加固隧道掌子面地层，使加固长度达到60 m，管幕主要用于保护，使开挖、支护以及衬砌顺利进行。此种施工模式可有效控制隧道下穿既有铁路的地面沉降，提高安全性能。管幕法施工指的是隧道开挖线外侧的施工，主要使管幕钢管(φ299×12 mm)沿隧道轴线方向，采用水平铺设模式，在土体间进行铺设，使地下空间变成水密性模式；并将φ60钢花管注入φ299钢管的连接位置进行注浆加固，使φ299钢管成为一个套拱。
① 设置φ299钢管。
在洞身的两侧先进性开槽，并将C25混凝土浇筑在槽中，并将其作为设置φ299钢管所需的侧墙。钢管主要沿拱部环向进行布设，到侧墙结束，并在钢管侧壁处进行锁口焊接，锁口型号为C型钢。φ299管棚采用间隔为10 cm的环向布置模式，长为60 m，每施工段设置30个管棚，管棚的节长大小是10 m，布置地点为钢管结上，与预留注浆孔成150°的拱部，φ299钢管的设置示意图如图5所示。
图5 φ299钢管的设置示意图
Figure 5 Pipe laying schematic
② 导向钻孔。
钻孔手段采用50T水平钻机以及φ159 mm×5 mm钢管钻杆的模式。钻杆两端利用型号为φ159 mm×12 mm的接手，每根长度为6 m；采用φ325 mm的钻头，形状为斜板形状，斜板材料为硬质的圆柱合金，对于一般石块，均可破除。在进行导向钻孔施工过程中，要在钻头内部安装探棒，并使其与导向接收仪以及机台显示器相连，用于显示钻头的参数，包括深度、左右偏差、偏角以及工具角等。钻进方向主要通过可调节方向的钻头实现，主要通过监测钻头钻进过程中与设计轨迹的差异，包括位置差异以及方向差异进行判断是否进行钻头钻进方向的改变。如果钻进角度偏下，则可以调节钻头轨迹，使其为12点，也就是调整导向板，使其朝上直接进行钻进。当调节钻头轨迹为6点时，则可以保证钻头轨迹朝下钻进，3点和6点择表示钻进方向为右纠偏向以及左纠偏向。如图6所示为斜板钻头示意图：
图6 斜板钻头示意图
Figure 6 Wwash plate drill schematic
③ 夯管施工。
导向钻孔完成 ，需要拔出钻杆以及钻头，主要以50T的水平钻机为基础，通过施加夯力的方式，使与互锁导向装置相连的钢管顶入，并达到导向孔深。在进行夯管施工时，首先在钢管(型号为φ299)前端增加扩孔钻头，上方进行钢花管(型号φ60)，最后一边进行扩孔，一边进行夯管。在进行夯管过程中，要以泥浆为基础进行护壁工作，并将切割产生的碎屑通过管幕钢管(型号为φ299)排出，并将钢管(型号为φ299)夯进地层。由于在夯进过程，对底面产生极小的扰动，因此，在进行施工中不会产生地表沉降。将第一根钢管部分推进孔内，只确保孔外仅剩40 cm，采用人工模式，通过链钳的形式，进行钢管联接，最终使两接管形成一个整体，最后通过低速模式，将钢管推进，并将第二根钢管与此钢管锁头套接，如图7所示，为外接锁口示意图(见图7)。
图7 外接锁口示意图
Figure 7 External locking schematic
④ 管幕顶进之后的处理。
当管幕顶进之后，要进行注浆加固，并进行钢管锁口的止水处理以及进行混凝土填充。注浆主要是在钢管顶进完成后，以钢花管(型号φ60 mm)为介质，向管道外壁进行注浆。采用泥浆比例为1∶0.8，注浆压力则选用0.6～0.8 MPa。进行混凝土填充的主要目的则在于增强管幕纵向刚度，防止出现应力过度集中现象出现。
此外，当隧道管幕施工完成后，要进行公路隧道开挖，主要工具为2台小型的挖掘机，并与人工相配合，采用弧形导洞预留核心土的方式进行。
3 施工安全监测探讨
对施工安全进行监测，是确保工程是否安全实施的关键[8]，现今常用的监测方式为自动数据采集与人工测量相结合的方式[9，10]。本文则是以此为基础，对围岩、既有轨道、既有线周围地表进行监测。
3.1 监测点布置
在既有线轨道上，设置了12个监测点，从便梁架空后开始直至便梁拆除，观测要每天进行一次；在既有线周围地表，设置12个监测点，主要设置在沿铁路纵向的28 m，并距离铁路路基8 m处设置，设置间隔为2.5 m，每次开挖都要进行一次观测。在隧道拱顶沉降，进行12个监测点布置，布置间隔为4 m，同既有线周围地表的监测相同，每次开挖都要进行一次观测。
3.2 监测结果及分析
① 轨道沉降结果及分析。
轨道监测结果如图8所示，其中，轨道选用的是2#点。
图8 轨道监测沉降图
Figure 8 Track monitoring sedigraph
由图8可知：轨道最大沉降为3.24 mm，与限定值10 mm[11]相比较少，因此轨道结构安全。
② 隧道拱顶沉降结果及分析。
如图9所示，为隧道拱顶沉降结果图。
图9 隧道拱顶沉降图
Figure 9 Tunnel vault sedigraph
由图9可知：隧道拱顶各监测点都出现稍许沉降，原因在于地面荷载以及列车荷载共同作用的导致；增加开挖环数，与掌子面较近的观测点，隧道拱顶处出现稍许沉降，这是由于管幕的支撑引起，与掌子面较远处沉降量很少，几乎为0，这是由于对土扰动较少的缘故；开挖环数增加到身段58 m处，此时拱顶12#处有较大沉降量，大小为9.2 mm，与限定值10 mm相比较少，因此隧道结构安全。
③ 地表沉降结果及其分析。
地表沉降结果如图10所示。
图10 地表沉降图
Figure 10 Surface subsidence diagram
由图10可知：开始时地表各监测点都有稍许沉降，主要原因在于底面荷载以及隧道开挖共同作用引起，并且与正对隧道处地表沉降量相比，与隧道相距较远的地表沉降量更小。增加开挖环数，离掌子面较远处的观测点，沉降量近似于0，这是由于该处对土的扰动极小；开挖到铁路线路下面时，沉降量变化也很少，最大沉降量为8.5 mm，与限定值10 mm相比较少，因此地表安全。
大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基的施工技术检测完成后，最后进行路基回填以及线路恢复，并将便梁拆除，便实现整个施工的完成。
4 结论
对大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基进行施工，存在很大的安全隐患，必须对其进行加固处理。本文提出了施工技术总体方案：以管幕法为基础，加固基于隧道开挖方向的围岩土体，并结合以挖孔桩上设置承台为方式的临时支墩，同时要对挖孔桩结构进行选择，并进行安全性检算；接着通过架设型号为24 mD便梁方式托起既有铁路轨道，通过纵横抬梁模式对钢轨加固，同时要在弧形导洞位置预留部分核心土。通过安全系数监测，可以发现，该施工方式可极大提高公路隧道下穿既有铁路车站路基的安全系数，实现预期目的。因此该方案具有极强的使用价值，可在类似工程中借鉴应用。
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Construcion Technology of Long Span Highway Tunnel in Sfot Ground Embankment Existing Railway Station
ZHOU Yiying， YANG Ruifang
(Henan Quality Polytechnic， Pingdingshan， Henan 467000， China)
[Abstract] In recent years，Chinese highways and high-speed railway are rapid development，but soft soil layer on Long Span Highway Tunnel railway station through Existing safety factor is still very low.In response to this situation，this paper proposed new construction technology overall program based on theoretical analysis and technology comparison of a new highway tunnel through the existing railway station area project.Strengthen surrounding rock and soil based on tunnel excavation direction of the use of pipe curtain method.Digging is provided on temporary buttress pile platform，while digging pile structure for selection，and operator safety check.Followed by the erection of the model will hold up for the beam mode 24mD existing railway tracks，through vertical and horizontal lifting beam mode rail reinforcement，at the same time to set aside part of the core of soil in the arcuate guide hole location；and finally strengthening effect of subsidence monitoring，and analysis.Through proven，such programs have a significant reinforcing effect，can effectively restrict road tunnel under the railway sector through the existing settlement，and can greatly enhance the safety factor large span highway tunnel through soft soil layer existing railway station to achieve the intended purpose.
[Key words] long span soft soil layer highway tunnel； tunnel through the existing railway； station roadbed； construction technology
[收稿日期] 2016-01-11
[作者简介] 周毅英(1981-)，女，河南郏县人，硕士，讲师，研究方向：建筑工程与工程造价。
[中图分类号] U 455.4
[文献标识码] A
[文章编号] 1674-0610(2016)03-0135-06