玉溪至磨憨鐵路高地震烈度、高地?zé)崴淼澜佑|網(wǎng)基礎(chǔ)安裝用化學(xué)錨栓壽命期及安全性研究

雷偕

摘要：接觸網(wǎng)基礎(chǔ)是電氣化鐵路非常重要的受力構(gòu)件，隧道內(nèi)采用化學(xué)植筋的錨固技術(shù)較為成熟。本文對(duì)高地震烈度、高地?zé)崴淼朗褂煤笾没瘜W(xué)錨栓的壽命期及安全性進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：高地震烈度、高地?zé)崴淼?接觸網(wǎng)基礎(chǔ);壽命期;安全性

一、研究范圍

1. 工程概況

本線由在建昆玉線玉溪西站接出，在研和、峨山設(shè)站后穿萬和隧道（17439m）設(shè)羅里站，后以（68m+128m+68m）連續(xù)剛構(gòu)跨大開門河，于楊武鎮(zhèn)附近下穿玉元高速公路，至立新設(shè)緩開站，穿甘莊隧道（15260m）后設(shè)元江站，展線下坡至元江設(shè)（108+152+249+152+108）連續(xù)鋼桁梁跨元江，后（42+96+2×128+96+42）連續(xù)剛構(gòu)跨南溪河;線路展線上坡繞避瓦納溫泉，穿通達(dá)隧道（11296m）和安定隧道（17476m）至墨江設(shè)站，再穿王崗山隧道（13510m）、平安隧道（14535m）后以（112+216+112）連續(xù)剛構(gòu)跨越阿墨江，穿新華隧道（15834m）、石頭寨隧道（11839m）以（88+168+88）連續(xù)剛構(gòu)跨把邊江，穿大金山隧道（10647m）至寧洱縣老楊寨設(shè)站，跨那蘇河、穿大尖山隧道（14195m）至普洱市西側(cè)象山設(shè)站，跨木乃河，經(jīng)丫口寨、勐滿鄉(xiāng)穿勐養(yǎng)隧道（13553m）設(shè)野象谷站，穿西雙版納隧道（10668m）、以（70+200+70）拱加勁連續(xù)梁跨越景洪瀾滄江后至景洪機(jī)場(chǎng)東側(cè)設(shè)西雙版納站，經(jīng)飛龍?jiān)僖裕?2+200+92）拱加勁連續(xù)剛構(gòu)二次跨越瀾滄江，設(shè)橄欖壩站，經(jīng)曼么站穿曼么一號(hào)隧道、曼么二號(hào)隧道（9511m）后跨越南班河，跨梭羅河、穿曼木樹隧道（11635）后設(shè)關(guān)累站，過勐遠(yuǎn)站、曼勒，穿勐臘隧道（13021m）過勐臘縣至上龍茵設(shè)勐臘站，后至磨憨設(shè)口岸站至中（國）老（撾）國境線。

2. 設(shè)計(jì)范圍

玉磨線玉溪至磨憨段站后施工圖設(shè)計(jì)包含研和（不含）至磨憨國境線的所有站后工程和鋪軌工程，具體范圍如下：

玉磨正線：研和車站磨憨端DK4+582.897～新建鐵路玉溪至磨憨線施工圖設(shè)計(jì)終點(diǎn)D1K513+095.407，線路長499.433km。

本次工程不含玉溪西至研和先期開工段，包含玉溪西分區(qū)所及研和變電所供電線工程。

3. 地震烈度

根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）及中國地震局地殼應(yīng)力研究所《新建鐵路玉溪至磨憨鐵路沿線地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃報(bào)告》（2014年7月）劃分，結(jié)合關(guān)累改線線位，沿線地震動(dòng)峰值加速度如下表，相關(guān)工程需按規(guī)范要求設(shè)防。

4. 高地?zé)崴淼狼闆r

根據(jù)地質(zhì)專業(yè)提供的報(bào)告內(nèi)容及施工單位現(xiàn)場(chǎng)反饋情況，本線有高地?zé)岬乃淼溃缦卤硭荆?/p>

5.隧道完成情況

玉磨鐵路全線隧道共計(jì)93座，隧道全長397.64km，截止目前，隧道正洞完成106.4km，累計(jì)完成26.7%，隧道二襯混凝土強(qiáng)度為C30～C35。

二、設(shè)計(jì)方案情況

本線初步設(shè)計(jì)隧道內(nèi)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)采用后置化學(xué)錨栓方案。根據(jù)中國鐵路總公司《關(guān)于進(jìn)一步做好隧道接觸網(wǎng)吊柱化學(xué)錨栓隱患排查整治的通知》（鐵總運(yùn)電【2017】155號(hào)）、《南昆客專隧道接觸網(wǎng)吊柱化學(xué)錨栓松脫故障分析會(huì)會(huì)議紀(jì)要》（運(yùn)供供電函【2017】313號(hào)）、《關(guān)于南昆客專隧道接觸網(wǎng)吊柱化學(xué)錨栓松脫故障的通報(bào)》（運(yùn)供供電電【2017】1556號(hào)）以及《關(guān)于隧道內(nèi)接觸網(wǎng)埋設(shè)件方案研究的報(bào)告》（鑒電簽【2017】75號(hào)）等文件的要求，指揮部組織中鐵二院于=結(jié)合玉磨鐵路實(shí)際情況，針對(duì)玉磨線隧道內(nèi)接觸網(wǎng)設(shè)備及零部件基礎(chǔ)錨固方案進(jìn)行了研究。

1. 隧道內(nèi)二襯未施工區(qū)段采用預(yù)埋槽道、二襯已施工區(qū)段采用原設(shè)計(jì)化學(xué)錨栓，投資較原施工圖設(shè)計(jì)增加約9375.48萬。

2. 隧道內(nèi)二襯未施工區(qū)段采用預(yù)埋槽道、二襯已施工區(qū)段采用外置槽道，投資較原施工圖設(shè)計(jì)增加14155.59萬。

3.維持原設(shè)計(jì)后置入化學(xué)錨栓錨固方案，對(duì)原設(shè)計(jì)后置入化學(xué)錨栓錨固方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)及錨固螺栓100%拉拔試驗(yàn)，費(fèi)用增加1100萬。

根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015）及中國地震局地殼應(yīng)力研究所《新建鐵路玉溪至磨憨鐵路沿線地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃報(bào)告》（2014年7月）劃分，玉磨鐵路沿線普遍處于抗震設(shè)防烈度7度（0.1～0.15g）、8度（0.2～0.25g）;同時(shí)根據(jù)地質(zhì)專業(yè)反饋，玉磨鐵路隧道存在高地?zé)岬刭|(zhì)情況

為滿足運(yùn)輸安全需要，按照相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和總公司有關(guān)文電要求，玉磨線采用投資合理的補(bǔ)強(qiáng)方案及檢測(cè)手段可靠的實(shí)施方案，現(xiàn)對(duì)于高地震烈度和高地?zé)崴淼赖姆桨敢M(jìn)行安全性和壽命期評(píng)估。

三、隧道內(nèi)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)安全性和壽命期研究

玉磨線隧道內(nèi)接觸網(wǎng)吊柱采用增加斜撐的補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)，吊柱采用6顆化學(xué)錨栓，斜撐采用4顆化學(xué)錨栓?，F(xiàn)對(duì)化學(xué)錨栓安全性及壽命期研究如下：

1. 高地震隧道區(qū)段化學(xué)錨栓安全性

（1）規(guī)范要求：

《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367-2013）規(guī)定“當(dāng)在抗震設(shè)防區(qū)承重結(jié)構(gòu)中使用錨栓時(shí)，應(yīng)采用后擴(kuò)底錨栓或特殊倒錐形膠粘型錨栓，且僅允許用于設(shè)防烈度不高于8度并建于I、II類場(chǎng)地的建筑物?！?/p>

《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》（JGJ 145-2013）中規(guī)定（見下表），當(dāng)抗震設(shè)防類度≤8度，受拉、邊緣受剪和拉剪復(fù)合受力，生命線工程的情況下，擴(kuò)底型錨栓和特殊倒錐形化學(xué)錨栓（力矩控制式膠粘型錨栓）可應(yīng)用。

（2）計(jì)算實(shí)例：

1）計(jì)算依據(jù)：按照《研究玉磨鐵路隧道內(nèi)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)后置入化學(xué)錨栓錨固相關(guān)問題》（建管處會(huì)議紀(jì)要【2018】35號(hào)）的會(huì)議紀(jì)要， “擬同意玉磨鐵路隧道內(nèi)接觸網(wǎng)基礎(chǔ)維持原設(shè)計(jì)后置入化學(xué)錨栓錨固方案。要求對(duì)原設(shè)計(jì)后置入化學(xué)錨栓錨固方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)”，設(shè)計(jì)方案為吊柱法蘭采用6顆化學(xué)錨栓在隧道頂固定，斜撐采用4顆化學(xué)錨栓在隧道頂固定。同時(shí)根據(jù)《混凝土用膨脹型、擴(kuò)孔型建筑錨栓》（JG160-2004）5.4.4專項(xiàng)性能要求：對(duì)錨栓由疲勞性能要求或抗震性能要求時(shí)，應(yīng)按附錄F進(jìn)行專項(xiàng)性能試驗(yàn)。附錄F“專項(xiàng)性能要求及試驗(yàn)方法”規(guī)定，錨栓需滿足要求—①錨栓承受模擬地震低周反復(fù)拉力荷載作用時(shí)滿足：剩余抗拉能力：，，;②錨栓承受模擬地震低周反復(fù)剪力荷載作用時(shí)滿足：剩余抗剪能力≥，。

2）計(jì)算過程：

根據(jù)GB 50367-2013對(duì)吊柱底部化學(xué)錨栓進(jìn)行計(jì)算。

① 性能等級(jí)為8.8級(jí)的化學(xué)錨栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

②M20錨栓應(yīng)力截面積245mm2，錨固深度170mm。

③隧道內(nèi)吊柱錨栓孔布置示意及受力示意圖

④受力情況（考慮斜撐作用，標(biāo)準(zhǔn)值）：

垂直線路方向彎矩Mx=12kN .m，剪力：6kN;

平行線路方向彎矩Mx=5kN .m，剪力：1kN;

垂直力：7kN。

⑤計(jì)算步驟

錨栓受力計(jì)算

群錨中錨栓拉力設(shè)計(jì)值按下式計(jì)算：

代入數(shù)據(jù)得各錨栓受力情況如下：

（2）錨栓連接的基材混凝土受拉承載力設(shè)計(jì)值

式中：—錨栓連接的基材混凝土受拉承載力設(shè)計(jì)值（kN）

—混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，按本項(xiàng)目隧道襯砌最低混凝土標(biāo)號(hào)C30取30。

—錨栓有效錨固深度（mm），取170;

—膠粘型錨栓對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響系數(shù)，取0.85

—考慮各種因素對(duì)基材混凝土受拉承載力影響的修正系數(shù)，

=0.95×1×（791700/260100）=2.89

—單根錨栓受拉且無間距、邊距影響時(shí)，混凝土理想錐體破壞投影面積（mm2），取9。

—單根錨栓或群錨受拉時(shí)，混凝土實(shí)際錐體破壞投影面積（mm2），

（400+3）×（360+3）=791700

代入?yún)?shù)得，

錨固區(qū)總拉力為71.58kN。因kN，故混凝土基材受拉承載力滿足要求。

⑥計(jì)算結(jié)果

吊柱采用6顆M20化學(xué)錨栓，按本計(jì)算單螺栓布置方式布置，埋深170mm滿足本線外荷載條件使用要求。

結(jié)論：本項(xiàng)目地震烈度并未高于8度，采用化學(xué)錨栓方案滿足本工程地震烈度情況。

2. 高地?zé)崴淼绤^(qū)段化學(xué)錨栓壽命性

高地?zé)岬刭|(zhì)段嚴(yán)重影響著隧道工程的施工質(zhì)量及進(jìn)度，是隧道施工中比較常見的不良地質(zhì)類型。在高地?zé)崴淼绤^(qū)段，隧道襯砌混凝土澆筑后，高溫環(huán)境會(huì)產(chǎn)生較大的溫度附加力，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差較大而導(dǎo)致襯砌表面開裂，影響整體結(jié)構(gòu)及圍巖的穩(wěn)定性，而接觸網(wǎng)零部件的安裝是在隧道襯砌上采用后置化學(xué)錨栓，錨固膠在較高的環(huán)境溫度下，材料性能是否會(huì)下降，會(huì)不會(huì)對(duì)項(xiàng)目后期的運(yùn)營帶來安全隱患，是需要評(píng)估的重點(diǎn)。

（1）規(guī)范要求：

1）Q/CR 570-2017錨栓的主要技術(shù)要求5.1.6中提出：“使用溫度范圍為-40℃～50℃，安裝溫度范圍為-5℃～40℃” ;

2）Q/CR 570-2017 5.2.2中規(guī)定：“力矩控制式膠粘型錨栓用錨固膠采用有機(jī)類改性乙烯基酯型錨固膠，具體性能見表3”：

注：Q/CR 570-2017 5.1.10中“力矩控制式膠粘型錨栓在安裝力矩的作用下應(yīng)保證倒錐形錨桿與錨固膠之間可產(chǎn)生相對(duì)位移”，即力矩控制式膠粘型錨栓的作用原理是不依賴于膠的粘結(jié)力的，膠的輕微老化是不影響錨栓的受力的，是靠膠桿分離后的類似機(jī)械錨栓的后續(xù)膨脹來受力;反之，如果倒錐形錨桿與錨固膠之間沒有發(fā)生相對(duì)位移，即沒有脫開，是完全依靠了膠的粘結(jié)力來受力，如果錨固膠一旦發(fā)生老化，錨栓的承載力下降的就會(huì)很快。

3）根據(jù)GB 50728-2011 4.1.3“工程結(jié)構(gòu)用的結(jié)構(gòu)膠粘劑，其設(shè)計(jì)使用年限應(yīng)符合下列規(guī)定：

1? 當(dāng)用于既有建筑物加固時(shí)，宜為30年;

2? 當(dāng)用于新建工程（包括新建工程的加固改造）時(shí)應(yīng)為50年;

3? 當(dāng)結(jié)構(gòu)膠到達(dá)設(shè)計(jì)使用年限時(shí)，若其膠粘能力經(jīng)鑒定未發(fā)現(xiàn)有明顯退化者，允許適當(dāng)延長其使用年限，但延長的年限須由鑒定機(jī)構(gòu)通過檢測(cè)，會(huì)同建筑產(chǎn)權(quán)人共同確定。”

4）《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367-2013）規(guī)定“要求結(jié)構(gòu)加固后的使用年限為50年時(shí)，其所使用的膠和聚合物的粘接性能，應(yīng)通過耐長期應(yīng)力作用能力的檢驗(yàn)?！币娙缦乱蟆?/p>

結(jié)論：在滿足各項(xiàng)規(guī)范規(guī)定下，化學(xué)錨栓滿足本工程高地?zé)崴淼酪蟆?/p>

四、施工控制

1. 產(chǎn)品采購及施工控制

（1）化學(xué)錨栓嚴(yán)格按照以下要求采購：

1）錨固性能必須滿足GB 50367-2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50550-2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、GB 50728-2011 《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》、JGJ 145-2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》、JG/T 340-2011《混凝土結(jié)構(gòu)工程用錨固膠》、Q/CR 570-2017《電氣化鐵路接觸網(wǎng)用力矩控制式膠粘型錨栓》、TB 10421-2018《鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定和要求。

2）化學(xué)錨栓必須進(jìn)行相關(guān)技術(shù)設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)，要求供貨商提供正式有效的根據(jù)工程條件的錨栓錨固計(jì)算書及相關(guān)正式的認(rèn)證報(bào)告（中文版）、檢測(cè)報(bào)告等資料。

3）錨栓鋼材材質(zhì)不得低于GB 50367-2013《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》、JGJ 145-2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》、Q/CR 570-2017《電氣化鐵路接觸網(wǎng)用力矩控制式膠粘型錨栓》中規(guī)定的8.8級(jí)（螺母、墊圈相應(yīng)配套）;8.8級(jí)鋼錨栓應(yīng)采用1級(jí)熱浸鍍鋅防腐，錨栓的局部熱浸鍍鋅層厚度不小于50μm。

（2）化學(xué)錨栓螺桿橫向中心線應(yīng)與線路中心線垂直，縱向中心線與線路中心線平行，順線路方向的施工允許偏差為±500mm，垂直線路方向的施工允許誤差為±30mm。

（3）隧道區(qū)段的化學(xué)錨栓錨固抗拉拔力不應(yīng)小于設(shè)計(jì)工作荷載。施工單位采用專用拉拔工具對(duì)所有化學(xué)錨栓，進(jìn)行工作荷載的拉拔力檢驗(yàn)，并做好檢驗(yàn)記錄，檢驗(yàn)記錄應(yīng)經(jīng)施工、監(jiān)理簽字匯總成冊(cè)。具體非破壞檢驗(yàn)荷載為：M12化學(xué)錨栓20KN、M16化學(xué)錨栓40KN、M20化學(xué)錨栓60KN。

（4）化學(xué)錨栓施工前，應(yīng)由廠家向施工單位對(duì)施工注意事項(xiàng)及相關(guān)操作標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行培訓(xùn)。

（5）施工單位錨栓打灌施工時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照產(chǎn)品說明書及驗(yàn)收規(guī)范進(jìn)行施工。

2. 檢驗(yàn)要求

本線采用的化學(xué)錨栓在錨栓安裝、緊固或固化完畢后，應(yīng)根據(jù)GB 50550-2010《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定做破損性錨固試驗(yàn)（每一檢驗(yàn)批錨固件總數(shù)的0.1%且不少于5件）及100%非破損性拉拔試驗(yàn)。非破損拉拔檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)由檢測(cè)機(jī)構(gòu)、監(jiān)理及施工單位共同簽字后移交各方存檔。

五、結(jié)論

結(jié)合玉磨鐵路所處的高地震烈度、高地?zé)崴淼赖奶攸c(diǎn)，在產(chǎn)品質(zhì)量、施工質(zhì)量及各項(xiàng)驗(yàn)收要求下，采用化學(xué)錨栓方案能滿足玉磨鐵路安全性及壽命期要求。

滇南鐵路建設(shè)指揮部