鐵路運營隧道接長明洞方案研究

王 昭 暉

(蘭州鐵道設計院有限公司，甘肅 蘭州　730000)

0　引言

在我國鐵路建設早期，受當時設計理念影響和施工條件限制，常出現鐵路依山傍河修建，導致隧道洞口高陡邊坡基巖因長期風化剝落或出現卸荷裂隙而產生危巖落石，難以進行徹底清除或根治，嚴重影響運營安全。為確保安全，最為有效的辦法是在高邊坡隧道洞口增設拱形明洞。本文以隴海線雞兒架隧道工程實例為背景，闡述了高行車密度既有線增建明洞工程的特點及設計思路，希望為今后的同類工程提供可借鑒依據。

1　工程概況

雞兒架既有隧道位于天水市甘谷縣隴海上行線渭南鎮(zhèn)—新陽鎮(zhèn)區(qū)間，本段線路穿越渭河峽谷區(qū)，地形復雜，河谷深切，狹窄而曲折，岸坡陡峭，地層巖性復雜，線路以半堤半塹形式通過，左側緊靠渭河路基高20 m，右側為深路塹，山體高150 m～200 m，起訖里程為K1434+797.7～K1454+970，全長172.3 m，該隧道已投入運營64年(既有隧道進、出口見圖1,圖2)。

受本段線路修建年代的條件限制，線路條件差，隧道出入口坡面風化嚴重，汛期極易發(fā)生崩塌落石、泥石流等嚴重災害，極大地制約隴海線的運輸能力，目前設為Ⅰ級防洪地點，需對隧道進出口進行接長明洞施工。隧道進口端接長明洞287.7 m，出口端接長明洞120 m。

2　工程地質條件

2.1　工程地質特征

根據現場勘察，工程涉及的主要地層為：第四系全新統(tǒng)人工填土，基巖主要為前震旦系(AnZ)大理巖。巖性特征詳述如下：

2)大理巖(AnZ)：灰色、灰白色，結晶粒狀結構，成分以大理石為主，縱向節(jié)理發(fā)育，產狀為N30°E/20°N，間距0.2 m～0.5 m，微張～張開，泥鈣質充填。表層巖體呈塊狀，層理產狀不明顯，強風化層厚約1 m～3 m，Ⅳ級軟石，σ0=400 kPa，完整基巖，Ⅴ級次堅石σ0=800 kPa。

2.2　特殊巖土分布及特性

人工填土：主要分布于既有鐵路路堤，成分主要為粗角礫土及碎石類土，右側堆積廢棄道砸壓實不均衡，不宜直接作為基礎持力層，工程涉及處應予以清除或換填處理。

3　明洞結構形式

3.1　建筑限界及明洞形式

隧道建筑限界按既有線標準，旅客列車最高速度120 km/h，隧道限界采用“隧限-2A”。明洞內輪廓考慮曲線加寬，按最高行車速度目標值，最大超高不大于150 mm設計，根據曲線半徑對隧道斷面進行加寬。

結合地形地質條件采用偏壓式明洞形式，明洞拱圈采用50 cm厚C35鋼筋混凝土結構，外邊墻采用底寬3.5 m的C30混凝土大邊墻結構，內邊墻采用100 cm厚C30混凝土結構。明洞襯砌斷面見圖3。

3.2　明洞外邊墻基礎處理

根據地層情況，部分地段外邊墻基礎位于既有路基人工填土中，為保證外邊墻地基承載力，采用挖孔樁+承臺梁基礎，其余地段采用承臺梁基礎。樁基按基礎地層、明洞結構分段及人工挖孔樁施工安全為原則設計，避免樁基設于巖土層分界面或分段結構設于不同地層基礎上，基礎深入基巖未風化層不小于2 m。挖孔樁平面鋼筋布置見圖4。

3.3　防排水設計

明洞結構面被回填土石掩埋部分，均應鋪設EVA防水板+無紡布，并設水泥砂漿保護層?；靥钔潦旅鎽佋O隔水層，在襯砌拱墻背后，以保護結構圬工免受水流侵蝕破壞，隔水層選用粘土層。明洞邊墻頂、腳背后設置縱向φ80 HDPE打孔波紋管，邊墻背后每隔5 m設置豎向φ50 HDPE打孔波紋管，襯砌外匯水通過豎向排水管和縱向排水管引入洞內側溝。

4　明洞施工方法

明洞施工中應嚴格執(zhí)行《鐵路工程施工安全技術規(guī)程》《鐵路營運線施工安全管理辦法》等文件，施工在列車慢行的條件下進行，列車限速25 km/h，在隧道進、出口兩端配置安全員進行巡視及預警。施工過程主要分為以下幾個步驟。

4.1　基礎開挖

在接長明洞段道床兩側平整出襯砌基礎的場地，施工時避免左右側基礎同時開挖，每側分段跳槽開挖，嚴格控制一次施工段落過長?；A開挖時應隨挖隨支撐，坑壁必須設擋土板、H型鋼等橫向臨時支撐措施，防止因列車通過時震松坑壁使道碴發(fā)生溜坍造成線路下沉，影響行車安全。

4.2　施作兩側邊墻

明洞襯砌施工結合既有線情況，使用先墻后拱法施作主體結構，在基礎開挖完畢，且承載力滿足要求的前提下即可施作明洞襯砌兩側邊墻。邊墻的施作采用簡易組合鋼模板立模灌注，施工期間采取安全可靠地防護措施，施工腳手架、器具、工具等必須在最大超限限界外加150 mm富余量，以確保施工及行車安全。在邊墻頂部埋設80 cm長的Φ22 連接鋼筋，鋼筋嵌入邊墻襯砌40 cm，露頭40 cm，以連接拱部襯砌及邊墻。連接筋詳圖見圖5。

4.3　施作拱部鋼筋混凝土襯砌

待邊墻襯砌施作完畢并達到設計強度后，即可進行拱部襯砌施作，拱部襯砌采用C35鋼筋混凝土。拱圈施作需在接觸網斷電封鎖線路的條件下作業(yè)，鋼筋凈保護層厚度為50 mm，澆筑邊墻時預留連接筋以連接鋼筋混凝土拱圈與混凝土邊墻，加強結構整體穩(wěn)定性。

4.4　明洞防水層、明洞門及洞頂回填土施工

明洞拱圈施工完成并達到設計強度后方可進行防水層及洞頂回填施工。明洞拱背回填土石對稱分層填筑和夯實，每層厚度不宜大于0.3 m，其兩側回填土面高差不宜大于0.5 m，回填至拱頂后，即應滿鋪，并分層向上填筑。洞門形式根據地形條件采用臺階式明洞門。

4.5　監(jiān)控量測

監(jiān)控量測內容包括：基坑邊緣位移的監(jiān)測、邊坡分層豎向位移監(jiān)測、軌面沉降監(jiān)測。

施工監(jiān)測測點布置：1)基坑邊緣水平位移、豎向位移：沿兩側基坑邊每5 m設一處；2)沿邊坡橫向設2處邊坡巖體分層沉降觀測點,縱向間距5 m；3)在內軌頂面設一處軌面沉降監(jiān)測點，間距5 m。監(jiān)控量測測點布置見圖6。

至此整個隧道接長明洞施工全部完成。

5　結語

通過隴海線雞兒架隧道明洞接長工程的實踐證明，運營線鐵路隧道接長明洞工程具有以下特點：1)需根據接長明洞段的地形地貌、地層巖性等特點選取經濟、合理的明洞形式。2)綜合考慮既有線運營情況、行車密度等因素，接長明洞段襯砌取消仰拱，采用內、外邊墻分別澆筑施工，最后施作上部拱圈結構，將施工對行車的干擾降到最低。3)新增偏壓式明洞外邊墻采用挖孔樁+承臺梁基礎施工，在保證地基承載力的基礎上，施工方便靈活，可形成平行作業(yè)，施工進度加快。4)既有運營線施工保證行車安全是重中之重，故施工中應重視監(jiān)控量測，通過監(jiān)測掌握支護結構、地表及建筑物的動態(tài)，及時預測和反饋，用其成果調整設計，指導施工。雞兒架隧道接長明洞工程施工工法對運營線行車干擾小，施工風險低，建成之后可有效消除危巖落石對行車安全的影響。