新型棚洞在既有線橋隧相連隧道仰坡病害整治中的應(yīng)用與發(fā)展

王飛

（西安公路研究院 陜西西安 710065）

0 引言

鐵路是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在國計民生中發(fā)揮了重要的作用。鐵路既有線在穿越地形復(fù)雜，地質(zhì)結(jié)構(gòu)多變，河流環(huán)繞，峽谷陡峭的山區(qū)時勢必會存在橋隧相連且隧道口仰坡高陡的情況。受限于當(dāng)時的修建條件，隧道口高陡的坡面未能得到有效的防護，隨著鐵路使用時間的不斷增長，坡面逐漸風(fēng)化，極易造成崩塌落石，危及行車安全。如何確保鐵路線運輸安全就成了工程師們爭相關(guān)注的焦點[1-2]。本文將依托工程實踐分析新型棚洞在既有線橋隧相連隧道仰坡病害整治中的應(yīng)用與發(fā)展。

1 工程概況

朔黃鐵路是我國目前投資與建設(shè)規(guī)模最大的并一次性建成雙線電氣化的一條合資鐵路，在全國路網(wǎng)中占有重要地位。特別是對加快沿線地方經(jīng)濟發(fā)展、保證華東、東南沿海地區(qū)能源供應(yīng)、擴大我國煤炭出口能力具有極其重要的戰(zhàn)略意義。但朔黃鐵路因當(dāng)時修建條件限制，大部分橋隧相連隧道仰坡高陡，且未能得到有效的防護，存在崩塌落石危及行車安全的可能。

依托工程將對朔黃鐵路上行K150+099寺鋪尖隧道入口山體崩塌落石病害進行整治。鋪尖隧道進口仰坡山體高約150m，坡體后緣陡直，具有產(chǎn)生崩塌、落石的危險。寺鋪尖隧道仰坡如圖1所示。

2 地質(zhì)災(zāi)害特征

區(qū)內(nèi)山體陡峭，K150+099處為寺鋪尖隧道進口，進口仰坡山體基巖裸露，下部自然坡度40°～60°，上部為陡崖呈直立狀，巖體表層極破碎，部分地段可見受差異風(fēng)化作用形成巖腔懸空，局部危巖體已脫離母巖，在降雨及地震等因素的誘發(fā)下極易發(fā)生崩塌落石災(zāi)害，對行車安全造成嚴(yán)重威脅。

圖1 寺鋪尖隧道仰坡

3 既有防護措施

目前寺鋪尖隧道進口暫無任何防護措施。

4 整治方案

針對寺鋪尖隧道入口處病害情況，從安全性及經(jīng)濟性角度綜合考慮擬定在寺鋪尖隧道入口K150+099向小里程施做20m棚洞。

方案一為接長普通混凝土棚洞，方案二為接長柔性鋼棚洞。以下是對普通混凝土棚洞和柔性鋼棚洞方案技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的介紹：

4.1 普通混凝土棚洞技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）防落石原理：通過砂礫石或土體墊層材料吸收落石能量。

（2）施工方法：上部結(jié)構(gòu)采用混凝土現(xiàn)澆施工；下部基礎(chǔ)采用高樁承臺基礎(chǔ)。

（3）結(jié)構(gòu)耐久性：普通混凝土棚洞結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限級別為一級，結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限按100年設(shè)計。

4.2 柔性鋼棚洞技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）防落石原理：柔性鋼棚洞由金屬網(wǎng)和鋼架組成，鋼架固定在地基上，金屬網(wǎng)位于鋼架的外側(cè)與地基相連，在落實沖擊作用下，產(chǎn)生較大的變形，吸收大量的沖擊能量。

（2）施工方法：上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制件拼裝施工；下部基礎(chǔ)采用雙柱墩+地系梁形式，雙樁雙柱。

（3）結(jié)構(gòu)耐久性：柔性鋼棚洞的各個部件經(jīng)過防腐處理后，最高防腐年限可達(dá)50年。

柔性鋼棚洞效果圖如圖2所示。

圖2 柔性鋼棚洞效果

5 方案比選

5.1 結(jié)構(gòu)受力性能

柔性鋼棚洞主要依靠鋼絞線的變形來吸收能量且鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部組織比較均勻，具有較好的韌性和塑性，一般不會因為偶然或局部超載而突然斷裂破壞，對動態(tài)荷載的適應(yīng)性較強，為結(jié)構(gòu)的安全提供了充分的保證。普通混凝土棚洞要通過砂礫石或土體墊層材料吸收能量，效果不太理想。

5.2 施工因素

柔性鋼棚洞施工過程中可現(xiàn)場加工，構(gòu)件現(xiàn)場拼裝、施工方便、施工周期短，施工期間基本不影響列車的正常運行。普通混凝土棚洞需現(xiàn)澆施工，施工困難，受天窗點影響施工工期長，施工期間列車需限速行駛。對于橋隧相連的情況普通混凝土棚洞施工會更加困難。

5.3 建設(shè)投資

柔性鋼棚洞上部結(jié)構(gòu)采用鋼、網(wǎng)結(jié)構(gòu)，螺栓連接，結(jié)構(gòu)輕巧，可有效減小下部結(jié)構(gòu)的體量，減少建設(shè)成本。普通混凝土棚洞上部結(jié)構(gòu)自重過大導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)體量巨大，增加了不少建設(shè)成本。

5.4 維修成本

已建成的柔性鋼結(jié)構(gòu)也易于拆卸、加固、改造或回收利用，大大降低了運營期間的維修成本。普通混凝土棚洞不易維修。

5.5 采光通風(fēng)

柔性鋼棚洞為非封閉式結(jié)構(gòu)，增加了棚洞的采光度，減少運營時采光以及通風(fēng)的成本。普通混凝土棚洞為封閉結(jié)構(gòu)無上述優(yōu)點。

5.6 耐久性

柔性鋼棚洞最高防腐年限可達(dá)50年，耐久性較差。普通混凝土棚洞為100年，耐久性更佳。

為了更加清晰的對比兩種明、棚洞的優(yōu)缺點，將兩種明、棚洞的優(yōu)缺點列于表1。

表1 方案優(yōu)缺點比選

6 推薦方案

經(jīng)過對兩種方案的受力性能、施工難度及工期、建設(shè)投資、維修成本、采光通風(fēng)、使用壽命及美觀程度對比研究看出，方案二有更多優(yōu)點，故對本工點的病害治理推薦方案二。

7 結(jié)論

（1）對比普通混凝土棚洞柔性鋼棚洞具有受力性能更好、施工難度低、工期短、建設(shè)投資少、維修成本小、采光通風(fēng)好且更美觀的優(yōu)點。

（2）柔性鋼棚洞也存在鋼結(jié)構(gòu)耐久性較差的問題。但其拆卸維修比較容易，問題可以得到很好的解決。

（3）對于橋隧相連的隧道洞口，綜合考慮施工難度和自身體量問題，推薦在以后的病害整治過程中首選新建柔性鋼棚洞。