既有鐵路隧道改建工程探析

蘭 建

(蘭州鐵道設計院有限公司，甘肅 蘭州 730000)

既有鐵路隧道改建工程探析

蘭 建

(蘭州鐵道設計院有限公司，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，從施工技術和改善運營條件出發，制定了隧道改建工程方案，分析了隧道結構全部拆除和局部利用方案的優缺點，使隧道改建工程達到了預期的效果。

襯砌斷面，改建方案，施工工序，防水板

0 引言

在我國鐵路行業全面大提速的今天，新建的鐵路標準隨著國家鐵路行業的技術進步，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。本文以實際工程實例為背景，闡述了不同隧道改建方案的特點和選用情況，希望為今后的同類改建工程提供可借鑒依據。

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，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、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行改建。

2 工程地質條件

2.1 工程地質特征

隧道經過范圍地層巖性主要有：第四系上更新統沖積砂質黃土，詳述如下：

2.2 地質構造

隧道所在區域第四系地層覆蓋厚，地層穩定，未發現有影響工程的褶皺、斷層等地質構造行跡存在。

2.3 不良地質及特殊巖土問題

1)工點范圍內未發現有不良地質現象。

2)特殊巖土：第四系上更新統砂質黃土具Ⅳ級(很嚴重)自重濕陷性，濕陷厚度可達20 m。

2.4 水文地質特性

隧道影響范圍內未見地表水，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。

3 既有隧道襯砌斷面

經查閱既有隧道資料，既有陰洼磨隧道共采用3種襯砌斷面形式，襯砌采用110號素混凝土結構，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，設計理念與現階段設計理念不同，既有隧道結構背后無防水層。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

改建后接觸網懸掛方式采用鏈式懸掛。

4.2 常規挑頂改建方案

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

4.3 拆除新建隧道方案

該方案將既有隧道襯砌結構全部破除，根據雙層集裝箱運輸建筑限界，重新擬定斷面輪廓，施作襯砌結構。

4.3.1 襯砌支護參數

襯砌支護參數見表1。

表1 襯砌支護參數表

4.3.2 改建后凈空高度

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

4.3.3 超前支護措施

超前支護措施見表2。

表2 超前支護措施表

4.3.4 防排水

全隧道均設置雙側水溝，襯砌拱墻背后設防水板和無紡布，防水板厚度不小于1.5 mm，無紡布質量不小于350 g/m2。環向變形縫、施工縫采用設背貼式止水帶+中埋式止水帶+嵌縫材料的復合防水結構。混凝土襯砌結構抗滲等級不得低于P6。

4.4 兩種方案優缺點對比分析

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度等級較低且已使用64年，新舊混凝土耐久性標準不統一，不利于日后運營及養護；挑頂拆除舊拱圈銜接后新襯砌后結構整體性差；舊襯砌防水體系無法完善，新舊襯砌接縫處防水設施效果差。

拆除新建方案采用馬蹄形襯砌斷面，襯砌結構整體性好，對結構受力改善明顯；襯砌結構混凝土符合TB 10005—2010鐵路混凝土結構耐久性設計規范，有利于改善運營條件；防排水設施可有效實施，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，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械破除施工，擴挖拱墻及仰拱，再修筑新拱圈。隧道改建施工時，對改建隧道工作面前方既有襯砌結構邊墻設置兩道臨時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開設置，間距3 m/道。在黃土地層中，進行拱部開槽施工時，易采用分段分塊間隔施工，每段長2 m～4 m，一邊拆除擴建一邊拆除臨時橫撐、豎撐。針對黃土隧道，以人工為主，并配以小機具開挖，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，跳槽破除既有拱部襯砌，擴挖至設計輪廓線(見圖6)。

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

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

7 結語

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

2)型鋼鋼架早期支護強度大對黃土隧道擴挖后圍巖的穩定效果明顯。

3)既有襯砌設置橫、豎撐，跳槽破除方案可有效控制在擴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象，未出現塌方安全事故，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] 鐵道部第二勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊·隧道[M].北京：中國鐵道出版社,1995.

[3] 劉祖典.黃土力學與工程[M].西安：陜西科學技術出版社，1997.

[4] TB 10003—2005,鐵路隧道設計規范[S].

[5] 沈衛平.黃土隧道施工方案比選及優化[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