既有鐵路隧道改建工程探析

蘭 建

(蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

既有鐵路隧道改建工程探析

蘭 建

(蘭州鐵道設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

以既有隴海線陰洼磨隧道改建工程為例，針對隧道的改建問題，從施工技術(shù)和改善運(yùn)營條件出發(fā)，制定了隧道改建工程方案，分析了隧道結(jié)構(gòu)全部拆除和局部利用方案的優(yōu)缺點(diǎn)，使隧道改建工程達(dá)到了預(yù)期的效果。

襯砌斷面，改建方案，施工工序，防水板

0 引言

在我國鐵路行業(yè)全面大提速的今天，新建的鐵路標(biāo)準(zhǔn)隨著國家鐵路行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，正在逐步提高。為了有效利用既有鐵路資源，降低工程成本，一些控制性工程的改造勢在必行，其中就包括對既有隧道的改建問題。本文以實(shí)際工程實(shí)例為背景，闡述了不同隧道改建方案的特點(diǎn)和選用情況，希望為今后的同類改建工程提供可借鑒依據(jù)。

1 工程概況

陰洼磨既有隧道位于蘭州市榆中縣，地貌上屬宛川河階地區(qū)，地形起伏，起訖里程為K1729+700～K1729+826.4，全長126.4 m，該隧道已投入運(yùn)營64年。既有隧道全長位于半徑R=300 m的曲線上，坡度為6.6‰,2‰的單面下坡(既有隧道進(jìn)、出口見圖1,圖2)。

由于蘭渝線蘭州樞紐工程需利用陰洼磨隧道通行雙層集裝箱列車，既有隧道斷面凈空高度6.0 m，不滿足通行雙層集裝箱列車最低凈空高度7.5 m要求，需在原位對既有隧道進(jìn)行改建。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)特征

隧道經(jīng)過范圍地層巖性主要有：第四系上更新統(tǒng)沖積砂質(zhì)黃土，詳述如下：

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

隧道所在區(qū)域第四系地層覆蓋厚，地層穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)有影響工程的褶皺、斷層等地質(zhì)構(gòu)造行跡存在。

2.3 不良地質(zhì)及特殊巖土問題

1)工點(diǎn)范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有不良地質(zhì)現(xiàn)象。

2)特殊巖土：第四系上更新統(tǒng)砂質(zhì)黃土具Ⅳ級(很嚴(yán)重)自重濕陷性，濕陷厚度可達(dá)20 m。

2.4 水文地質(zhì)特性

隧道影響范圍內(nèi)未見地表水，僅在雨季有坡面流水，隧道洞身穿行于黃土層，全線為貧水區(qū)。

3 既有隧道襯砌斷面

經(jīng)查閱既有隧道資料，既有陰洼磨隧道共采用3種襯砌斷面形式，襯砌采用110號素混凝土結(jié)構(gòu)，凈空高度均為6 m，不同段落采用的襯砌厚度不同，由于隧道修建年代較早，設(shè)計(jì)理念與現(xiàn)階段設(shè)計(jì)理念不同，既有隧道結(jié)構(gòu)背后無防水層。既有襯砌典型斷面見圖3。

4 隧道改建工程方案分析

4.1 線路要素及接觸網(wǎng)條件

4.1.1 線路

改建隧道平面位置不變，均位于半徑R=300 m的圓曲線上，曲線要素與既有線路曲線保持一致。

4.1.2 接觸網(wǎng)

改建后接觸網(wǎng)懸掛方式采用鏈?zhǔn)綉覓臁?/p>

4.2 常規(guī)挑頂改建方案

常規(guī)方案考慮利用既有襯砌邊墻，拱腰以上采用擴(kuò)挖施工，澆筑新襯砌與既有襯砌邊墻連接，連接處設(shè)置Φ22鋼筋，縱向間距25 m。新拱與舊拱圓順連接后，隧道內(nèi)凈空最低高度為7.82 m。隧道內(nèi)軌面以下施作隧道鋪底及水溝電纜槽，采用單側(cè)水溝雙側(cè)電纜槽形式。挑頂改建方案斷面關(guān)系圖見圖4。

4.3 拆除新建隧道方案

該方案將既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)全部破除，根據(jù)雙層集裝箱運(yùn)輸建筑限界，重新擬定斷面輪廓，施作襯砌結(jié)構(gòu)。

4.3.1 襯砌支護(hù)參數(shù)

襯砌支護(hù)參數(shù)見表1。

表1 襯砌支護(hù)參數(shù)表

4.3.2 改建后凈空高度

曲線半徑R=300 m條件下接觸網(wǎng)所需隧道內(nèi)凈空最低高度為7.69 m。拆除新建方案襯砌典型斷面詳見圖5。

4.3.3 超前支護(hù)措施

超前支護(hù)措施見表2。

表2 超前支護(hù)措施表

4.3.4 防排水

全隧道均設(shè)置雙側(cè)水溝，襯砌拱墻背后設(shè)防水板和無紡布，防水板厚度不小于1.5 mm，無紡布質(zhì)量不小于350 g/m2。環(huán)向變形縫、施工縫采用設(shè)背貼式止水帶+中埋式止水帶+嵌縫材料的復(fù)合防水結(jié)構(gòu)。混凝土襯砌結(jié)構(gòu)抗?jié)B等級不得低于P6。

4.4 兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)對比分析

挑頂改建方案可利用既有襯砌部分邊墻，減小工程量；既有隧道襯砌混凝土強(qiáng)度等級較低且已使用64年，新舊混凝土耐久性標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，不利于日后運(yùn)營及養(yǎng)護(hù)；挑頂拆除舊拱圈銜接后新襯砌后結(jié)構(gòu)整體性差；舊襯砌防水體系無法完善，新舊襯砌接縫處防水設(shè)施效果差。

拆除新建方案采用馬蹄形襯砌斷面，襯砌結(jié)構(gòu)整體性好，對結(jié)構(gòu)受力改善明顯；襯砌結(jié)構(gòu)混凝土符合TB 10005—2010鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范，有利于改善運(yùn)營條件；防排水設(shè)施可有效實(shí)施，防水效果好。綜合考慮后選擇拆除新建方案。

5 隧道改建施工方法

隧道改建時(shí)，本著“先拱后墻最后仰拱”的原則拆除舊的拱圈，拆除既有二襯采用人工配合機(jī)械破除施工，擴(kuò)挖拱墻及仰拱，再修筑新拱圈。隧道改建施工時(shí)，對改建隧道工作面前方既有襯砌結(jié)構(gòu)邊墻設(shè)置兩道臨時(shí)橫撐和一道拱部落底豎撐，橫撐豎向間距2.5 m～3.0 m，縱向橫撐間距3 m，拱部豎撐縱向間距與橫撐錯(cuò)開設(shè)置，間距3 m/道。在黃土地層中，進(jìn)行拱部開槽施工時(shí)，易采用分段分塊間隔施工，每段長2 m～4 m，一邊拆除擴(kuò)建一邊拆除臨時(shí)橫撐、豎撐。針對黃土隧道，以人工為主，并配以小機(jī)具開挖，且保證開挖面光滑圓順。

6 隧道改建主要施工工序

1)施作超前支護(hù)，跳槽破除既有拱部襯砌，擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)輪廓線(見圖6)。

2)依次破除拱部及拱腰以上部分既有襯砌，施作初期支護(hù)并設(shè)置邊墻處鎖腳錨桿(見圖7)。

3)施作初期支護(hù)并設(shè)置拱腳處鎖腳錨桿,澆筑拱墻二次襯砌，施作水溝電纜槽(見圖8)。

7 結(jié)語

1)從陰洼磨黃土隧道改建工程的實(shí)施效果來看，采用超前小導(dǎo)管支護(hù)對既有襯砌的擴(kuò)挖安全尤為重要，這是在工程實(shí)施中未出現(xiàn)拱部明顯剝落和坍塌的主要原因。

2)型鋼鋼架早期支護(hù)強(qiáng)度大對黃土隧道擴(kuò)挖后圍巖的穩(wěn)定效果明顯。

3)既有襯砌設(shè)置橫、豎撐，跳槽破除方案可有效控制在擴(kuò)挖過程中既有襯砌周邊圍巖的變形，對黃土地層中的改建施工起到了積極的作用。

4)陰洼磨隧道改建后，防排水措施得以完善，跳槽施工過程中既有圍巖無明顯剝落現(xiàn)象，未出現(xiàn)塌方安全事故，改建效果較好。

[1] 趙 勇,李國良,喻 渝.黃土隧道工程[M].北京：中國鐵道出版社，2011.

[2] 鐵道部第二勘測設(shè)計(jì)院.鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊·隧道[M].北京：中國鐵道出版社,1995.

[3] 劉祖典.黃土力學(xué)與工程[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1997.

[4] TB 10003—2005,鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5] 沈衛(wèi)平.黃土隧道施工方案比選及優(yōu)化[J].鐵道建筑，2000(6)：72.

Analysis on the tunnel reconstruction engineering of existing railway

Lan Jian

(LanzhouRailwayDesignInstituteLimitedCompany,Lanzhou730000,China)

Taking the reconstruction engineering of existing Longhai line Yinwamo tunnel as an example, according to the tunnel reconstruction problems, from the construction technology and operating conditions improvement, this paper formulated the tunnel reconstruction engineering scheme, analyzed the advantages and disadvantages of tunnel structure completely demolished and local utilization scheme, made the tunnel reconstruction engineering achieved desired effect.

lining section, reconstruction scheme, construction process, waterproof board

1009-6825(2017)20-0176-03

2017-04-25

蘭 建(1982- )，男，工程師

U455

A