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标题

临近运营铁路干线膨胀岩高路堑施工技术

范文

李高峰

摘要：随着我国铁路网的逐步完善，原修建的各条单线铁路实行客货分流，增加干线铁路网的运量，需对既有单线铁路实施增二线规划，在节约投资及减少占地的前提下，各新建二线铁路均与既有单线并行设计，这就使得在增建二线过程中，防护既有铁路单线运营安全显得尤为重要。由于原单线铁路均修建上世纪七八十年代，铁路两侧施工环境复杂，既有高路堑开挖防护施工就是其中之一。通过对临近既有运营铁路干线高路堑开挖防护施工工艺进行比选、研究、再创新，并付诸实施，总结出一套确保营业线运营安全的施工防护体系，取得了良好的社会效益。

Abstract： With the gradual improvement of China's railway network， the original single-track railways have been implemented to divert passengers and cargoes， increasing the traffic volume of the main-line railway network. It is necessary to implement an additional second-line plan for existing single-track railways to save investment and reduce land occupation. Under the premise， each new second-line railway is designed in parallel with the existing single-line， which makes it particularly important to protect the safety of the existing single-line operation during the construction of the second line. Since the original single-line railways were built in the 1970s and 1980s， the construction environment on both sides of the railways was complicated， and the existing high road cutting excavation protection construction was one of them. By comparing， researching， re-innovating and protecting the construction technology of excavation and protection of high cuttings adjacent to the existing main railway lines， and putting it into practice， a set of construction protection system to ensure the safety of the business line operation was summarized and good social benefits were achieved.

关键词：运营铁路;膨胀岩;高路堑;桩板墙;坡面防护体系;安全

Key words： operating railway;swelling rock;high cuttings;pile-slab wall;slope protection system;safety

中图分类号：U213.1+2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章编号：1006-4311（2020）10-0132-03

1? 项目背景

随着我国铁路网的逐步完善，铁路干线运输量的增加，原修建的各条单线铁路均不能满足社会经济增长需求，需对既有单线铁路实施增二线规划，在节约投资及减少占地的前提下，各新建二线铁路均与既有单线铁路并行设计，这就使得在增建二线过程中，防护既有铁路单线运营安全显得尤为重要。原单线铁路均修建上世纪七八十年代，铁路两侧施工环境复杂，既有高路堑开挖防护施工就是其中之一。

2? 工程概况

阳平关至安康增建二线铁路工程是连接国家干线宝成铁路的一个重要货运通道。中铁六局太原铁路建设有限公司施工的阳安二线工程，全线90%以上以4m线间距与既有阳安线并行。以某段路塹为例说明，路堑全长580m，全部为砾岩夹砂岩，弱膨胀、弱风化Ⅳ级岩石，路堑高32m;岩体最外侧为既有铁路满砌浆砌片石护坡，坡比

1：0.75，二级台阶，第一级台阶高18m，第二级高14m，台阶宽度1.1m。路堑坡脚距离既有阳安铁路中心为4.7m。设计采用桩板墙及锚杆防护体系进行。

3? 施工技术的重难点

临近既有铁路侧岩石路堑开挖大部分施工单位均采用覆盖防爆被或者设置爆破墙等措施进行控制爆破，也有的采用静力爆破，地质均为较硬的岩石;但是本课题研究路堑开挖位于陕南地区，土质均有膨胀性，而且大部分为砾岩夹砂岩，地质不同，适应施工工艺不同，主要通过方案比选，采取更安全、具有可实施性的施工工艺，更有效的完成施工任务。

通过对临近既有弱膨胀砂砾岩高路堑开挖工艺进行研究，对此类范围内的既有线施工提供安全、可靠、可操作性的经验，指导现场实施。

涉及难点一：采用防护体系的有桩板墙开挖，桩板墙大部分位于既有路堑边坡中间，无施工通道，无工作平台，而且地质均为弱膨胀性、弱风化砂岩及砾岩，人工开挖不具备条件，如采用控制爆破，又临近既有阳安铁路，安全风险极高。主要研究内容：采用新工艺进行桩板墙施工，同时保证外露面表观质量合格，美观。

涉及难点二：临近既有阳安铁路高路堑桩前土体开挖，路堑边坡陡峭，无施工通道，无机械开挖施工平台，地质均为为弱膨胀性、弱风化砂岩及砾岩，如采用控制爆破，无法采取措施保证既有线安全，如采用静力爆破，此类地质，爆破无效果，或效果极差。主要研究内容：采用新的既有安全防护体系，采用特殊施工机械进行施工，保证运营铁路安全。

4? 关键施工工艺

4.1 桩板墙开挖工艺调整

4.1.1 开挖方式比选

高路堑开挖防护体系，一般选用桩板式挡土墙，适用于土压力大，高陡岩土边坡加固，是常规挡墙和边坡设计无法有效解决的。阳安二线工程高路堑岩石地质桩板墙施工，设计一般建议开挖方式均为控制爆破，因紧邻运运营铁路，普通控制爆破，无法采取有效防护措施，可能造成裂缝岩体路堑不稳定，危及行车安全，或石子飞溅到既有线，造成行车事故;采用二氧化碳静态预裂爆破，经过现场试验，此地质为弱膨胀、砾岩夹砂岩，遇水岩质较软，没有临空面，预裂范围小，预裂整体效果差，预裂周期长，进度慢。而且采用爆破或预裂工艺施工后，桩板墙孔内外几何尺寸不规则，无法保证外露面的外观质量，后期仍需要加工装修，费用极高。经过现场大量实践对比，研究工艺，最终选定人工水磨钻开挖方式进行。既保证铁路运营安全又不影响工期，而且采取简单措施即可保证外观质量。

4.1.2 水磨钻开挖工艺

桩孔尺寸为2m*3m，桩长19-26m，水磨钻钻孔开挖，水钻直径为15cm，长度为60cm，钻眼位置沿桩板墙内部四周紧挨布置，中间部分采用“米”字+菱形状设置，眼距为0.2m，岩体钻孔完成后，采用钢钎插入取芯范围临空面致岩体裂碎，人工风镐凿除，提升至孔外。

4.1.3 水磨钻开挖工效

以桩孔尺寸2m*3m为例，每根桩配置3人，孔口1人出渣，孔内2人用2台水磨钻作业，平均5分钟1孔，半天时间完成孔内钻眼，剩余半天用风镐进行破除，每日可完成0.6m（3.6m3）。和控制爆破相比，不受既有线影响，不受炸药限制，可连续作业，安全性高、效率高。

4.2 桩板墙外观质量工艺调整

4.2.1 施工工艺比选

桩板墙根据其受力特点，一般为一半嵌入基岩质，一半外露，与桩与桩之间的混凝土板共同受力，达到稳定岩土的目的。

因桩板墙在施工过程中，如是土质地质，则需要施做钢筋混凝土护壁，按照施工工艺，两节护壁之间有空隙，不平整;如果是石质地质，可不做护壁，采用爆破或者是水磨钻工艺，造成桩壁不规则，凹凸不平;以上无论土质还是石质地质，均无法保证外观平滑、美观。一般均为采取一定措施后，即浇筑桩身混凝土，最后桩前土后才进行再次装修，经现场实践、比选，采用砂浆找平与三合板组合方式的工艺，成孔后即施工，可确保外观质量一次通过验收。

4.2.2 保证外观质量施工工艺

桩板墙成孔后，即对外露一侧护壁或孔壁进行找平，铅锤线控制垂直方向，带气泡刮杠控制水平方向，人工剔除不平整部位，砂浆抹面找平，最后用射钉枪将三合板固定在孔壁上。

4.2.3 现场施工运用效果

阳安二线沿线共计设置桩板墙1.26km/210根，全部采用此工艺施工。采用后装修方式一方面桩身混凝土与护壁粘连，孔壁外侧不易剥落，而且还需搭设脚手架装修平台，浪费劳力资源，经济上不划算且高空作业有坠落的风险;另一方面这种抹面极易掉落，效果不佳，安全隐患大，影响铁路运营安全，造成二次装修增加工程成本，且达不到装修的目的。使用了新的装修工艺，操作简单，最终可缩短工期、节约成本、装修效果好，外露面美观平整，一次到位。24m长单根桩外露12m，成本对比，见表1。

4.3 高路堑开挖工艺调整

4.3.1 施工工艺比选

高路堑开挖分为两大部分，一部分为桩板墙顶路堑膨胀岩体开挖，另一部分为桩前岩体开挖，无论那一部分，按照现场高路堑临近既有线施工情况，均无法采用爆破工艺施工，经过现场实践、比选，采用专用裂岩长臂钩机配合移动式竹钢管排架防护体系进行掏槽开挖，效果好，安全稳定。（图2）

4.3.2 桩板墙顶路堑开挖工艺

根据现场高路堑平面位置，修建临时便道作为开挖前的通道，临时便道宽5m，靠近既有线一侧设置工字钢防护栏杆，高度1.5m，另一侧设置防撞墩。开挖前做好路堑顶截水沟。施工前，做好钢管竹排架防护搭设，在既有路堑坡脚安设永久钢管竹排架一道，在作业面外侧1m安设移动式钢管竹排架一道。采用专用裂岩长臂钩机掏槽开挖，掏槽过程中，由高到低，从上而下，由外向里逐层开挖，最后刷坡至边坡线，严禁掏底开挖，在作业面外侧预留宽1.5m，高1.5m土擋，土挡上设置移动钢管竹排架防护，防护排架随开挖逐层向下调整设置，始终保证排架高度高出开挖面1.5m。

4.3.3 桩板墙桩前路堑开挖工艺

①防护体系设置。

本段岩体开挖难度大，既有高边坡防护形式为片石护坡。坡度仅为1：0.75，施工时设三道防护：第一道，在已施工完成的桩板墙顶设置钢管竹排架，竹排架地面以上高度不小于1.5m，防护大机、人员安全，同时防止上部作业时石块，杂物掉落至既有线影响行车安全;第二道，在既有挡墙平台设置第二排钢管竹排架，防止桩前土开挖过程中石块滚落;第三道，既有浆砌片石护坡用GAR2型网全覆盖主动网防护，网片通过打眼锚固紧贴既有圬工，保证施工过程中，不会有片石滑落至既有线内。

②岩体开挖施工。

防护体系施工完成后，准备开挖施工。由于路堑高、陡，与桩板墙形成直角三角形状，三角形顶部无裂岩钩机施工作业面，因此分为两个开挖阶段，以裂岩钩机作业平台宽度5m为界。第一阶段5m宽机械作业平台范围以上部分，为保证铁路运营安全，纳入铁路局天窗点内施工，采用人工风镐凿除加小型机械开挖，随挖随拆主动防护网;第二阶段5m平台以下部分岩体，纳入铁路局临近施工范围，采用裂岩钩机纵向掏槽，预留土挡，随挖随拆主动防护网。

开挖自上而下进行，纵向分层开挖，先沿路堑纵向挖掘一沟槽，然后将沟槽两侧拓宽，上层通道拓宽至路堑边坡后，再开挖下层通道，如此向纵深开挖至路基基底标高，最后拆除既有线侧预留土挡，搭设钢管竹排架。因岩质路堑，应一次性开挖至设计基底位置，避免机械二次进场。因场地狭窄，运输通道宜在便道处设会车平台，倒进正出，配合挖机装车，完成整个开挖施工。

4.3.4 现场施工运用效果

阳安二线工程临近既有线高路堑段有3km/17萬方，均为弱风化、弱膨胀砂岩加砾岩地质，采用爆破方式开挖，因距离既有线太近，爆破产生岩体飞溅可能对营业线造成隐患，若制作防爆墙成本又极高，采用二氧化碳静态爆破，此类地质效果差，在工期十分紧张前提下，根据现场情况，优化方案，采取钢管竹排架加主动网组合防护体系，由爆破改为裂岩钩机开挖，并采用纵向掏槽方式掘进，使用裂土钩来破碎岩体，再使用挖机+自卸车清运，360挖机带裂土钩每台每小时可破凿岩体30-40方，效率较高。经过近四个月鏖战，最终安全、高质量完成了该处高风险工点施工。

4.4 工艺总结

高路堑桩板墙施工及岩体开挖为中国铁路西安局集团公司高风险点和重点控制性工点，如何安全、快速施工完成是重点。

通过前期现场踏勘、调查、方案比选，采用水磨钻进行桩板墙挖孔桩施工，不仅保证安全，而且节约工期;采用桩板墙新装修工艺，保证外观质量，节约成本;采用了裂岩钩开挖工艺，保证施工顺利进行。在施工过程中，也遇到了一些困难，通过与铁路局设备管理单位共同研究、实践，不断在细节处改进工艺，克服困难，最终顺利完成了标段内高路堑施工，并总结出了一套行之有效的施工工艺和方法并形成资料。在阳安二线其他标段得到广泛认可，也采用此工艺完成标段内桩板墙及岩质高路堑开挖施工。

5? 施工技术特点及主要成果

5.1 特点

①采用水磨钻开挖工艺，解决了临近既有线，无法采用爆破施工，施工环境恶劣，机械无法到达等问题，为后续类似挖孔桩施工提供方案，保证安全，又保证进度。

②采用砂浆找平与三合板组合方式的装修工艺，解决了桩板墙外露面质量问题，不仅节约投资，而且提高施工效率。

③采用裂岩钩机专用机械及钢管竹排架加主动网组合防护体系，安全、快速完成岩质高路堑开挖施工。保证既有铁路运营安全，工程顺利进行。

5.2 主要成果

形成了《邻近营业线岩石地质水磨钻桩基成孔施工工法》中铁六局级工法一项，中国铁路西安局集团公司优秀工程总结一篇。

6? 施工技术效果

6.1 社会效益

阳平关至安康增建二线工程，全线共有桩板墙210根，岩质高路堑开挖17万方，全部采用了水磨钻成孔、砂浆找平与三合板组合方式、裂岩钩机专用机械及钢管竹排架加主动网组合防护体系组合式三种工艺进行施工，采用了本项目创新点，既降保证线路安全稳定，又缩短工期，实现了施工安全、质量的控制，得到甲方、设计、监理单位及其他标段施工单位的一致认可和肯定，创造了良好的社会效益。

6.2 经济效益

采用水磨钻成孔工艺，临近既有线施工，不需要铁路局天窗点，有效施工时间加长，节约工期，进而节约成本;采用砂浆找平与三合板组合方式的装修工艺，安全、高效、节约成本，采用裂岩钩机专用机械及钢管竹排架加主动网组合防护体系，不仅保证铁路运营安全，而且使得工程可顺利进行，很大程度上节约工期，进而节约成本。

参考文献：

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