北同蒲瓦窯2號隧道病害整治可行性方案對比研究★

梁金文 任瑞國

(1.大秦鐵路股份有限公司太原工務機械段，山西 太原 030045； 2.山西省地震局，山西 太原 030021)

1 概述

北同蒲鐵路寧武到原平段地形多變，地質構造復雜、發震構造研究薄弱[1]，設施落后，是同等級鐵路困難地段，基礎設備老化，阻礙區段運輸能力提升，出現病害更是危及行車安全，瓦窯2號隧道處在隧道群中心地帶，病害凸顯，需要有效可行的解決方案。

2 瓦窯2號隧道病害整治

病害整治項目通常由設備所屬企業自行解決，鐵路局集團具備專門的大修設計施工能力。施工方案制定首先需要有一定的詳盡的現場數據資料和經驗積累，復雜的工程需要三步走，預可行方案，可行方案，實施方案。本工程屬于營業線修理，需要可行性分析過程，目的是制定出可行的輪廓方案，確保實施過程能夠順利進行。

2.1 病害情況介紹

瓦窯2號隧道位于北同蒲線長畛—軒崗間，中心里程180 km+960 m，長301 m，單線，電氣化牽引區段，最大縱坡22‰，曲線半徑250 m，整條曲線長度961 m，轉向角204.2°(見圖1，圖2)。因各種荷載作用，在長大坡道及小半徑曲線上隧道設備的病害明顯，襯砌裂縫發展加劇；基底損壞嚴重；線路幾何尺寸保持力弱化，拱頂掉塊；危及行車安全，亟需整治。

2.2 病害整治方案提出

由于需要整治的病害部位和項目較多，技術復雜，整治攻關小組共提出3種隧道整治方案。

2.2.1方案A:利用天窗點修理

基于隧道較短，距離車站較近，提出軌道車配合防電拱架車在隧道內做防御性處理，如漏水整治，護底翻修、密井暗管等。拱頂部分采用錨桿及噴射混凝土補強結合工字鋼拱加固，采取保守防御。

2.2.2方案B：中斷行車大封鎖進行翻修

鑒于隧道病害很嚴重，掉塊原因跟拱頂以上的地質松軟擾動有關，建議全面翻修，而襯砌的翻修施工對結構破壞力度較大，整個區段停止運營，集中突擊整治，這種方案在京原線和石太線隧道大修中采用過，此法實施時隧道兩端的營業線不能互通，直到隧道恢復其通行功能。

2.2.3方案C：改線繞行

分兩種思路，永久繞行和便線繞行。

C1該隧道運營年代長，病害嚴重，沒有竣工檔案，可借鑒干線區段改造時，橋隧路基因地質及結構本身達不到要求和線路平面走向而重建改線方法。直接在隧道側方永久繞行，不留隱患。

C2修建便線繞行，集中力量對病害隧道修理，完成整治后將線路改回。

2.3整治方案對比分析

方案比選從條件技術可行、可靠度，存在風險，整治效果和財物消耗幾方面進行。

2.3.1A方案分析

技術條件很成熟，施工安全卡控有保障，對運輸影響小，財力消耗小；由于每次只在天窗點內進行，窩工嚴重，完成后效果不清晰，尤其拱頂采用鋼筋網錨桿噴射后是否會變形下沉，加套的工字鋼拱圈基座在既有的混凝土上，支撐力無法精確檢算。

2.3.2B方案分析

通常適合于不可抗力因素造成險情，搶修工期較短的工程。其優點是：結構翻修，材料和技術參數都可以采用新的標準，質量能夠保證；工期也可以在無行車干擾的情況下在效率較高的機械設備幫助下加快。缺點是：拆除破壞，然后再恢復，拱部施工風險較大，如發生塌方工期不可控制，擴大對運輸的影響；各部門意見結合市場調查，此方案會嚴重影響客貨運輸，損害運輸效益，甚至影響鐵路市場形象；工程投資和運輸損失大。

2.3.3C方案分析

C1思路由于該隧道所處山脈交匯處，鐵路標高長畛到軒崗直線距離僅6 km，海拔相差142 m，所以在設計建設時采取 S型平面，線路長度延展至9.2 km。鐵路在山腰盤旋，系隧道群區段，側翼缺乏修建與既有線順接的地形條件，雖然實施對運輸有利，但影響太大。即使條件允許，也超出了病害整治范疇。

C2思路源于左側15 m處隧F。勘察時發現早期修建復線的基礎設施，廢棄狀態的隧F與線路走向平行。勘驗得知，隧道貫通并已襯砌，但缺乏維護，亦存在病害；無技術參數，且標高平面也與既有線有較大的差異，未把使用隧F納入C1。如利用隧F做便線，整治施工對運輸干擾很小。其優點是可以確保行車安全，隧道修復后，設備質量有保證，對遠期運輸規劃有利，保證北同蒲的運輸能力不在該隧道處卡殼，病害會徹底解決，與B相比如果發生拱部塌方的施工災害，有足夠時間處理，不用考慮恢復運營期限的壓力。缺點是便線費用會包含過渡段的路基土方以及涵洞，線路鋪設、各專業配套設施、隧F達到運營條件的修理費用等，工期較長。

2.4 瓦窯2號隧道病害整治方案確定

專業人員勘察現場，繪制統計出結構設施的破壞形式、程度。經過分析確定，針對隧道襯砌薄弱破壞、排水設施失效、基床保持力不足等病害，結合安全可靠、運輸干擾、影響施工風險、整治效果、保障綜合經濟投入的考量，最終確定C2方案為該隧道病害整治方案最終方案。

3 整治效果及經驗討論

3.1 現場整治效果

方案C2優勢在于對運營鐵路干擾小，施工風險低而可控，一次性投資可以維持幾十年，繞行隧F修建便線后對主線隧道進行封閉大修，完成后撥接線路恢復正常運營，最終被確定為優選方案，并按此方案進行現場施工，取得良好整治效果。從國家和社會的角度看，晉北旅客出行和晉煤外運通道不受阻，成為鐵路營業線大修整治的典型案例。

3.2 經驗討論

1)鐵路橋隧結構病害整治方案選項很多，風險管理、造價成本、對運輸影響、整治效果都有不確定性，不可照搬經驗，套用公式，要精心勘察分析制定可行方案。通常采取補修和材料置換，必要時改線繞行，保證設備功用。科學的設計及施工組織方案是整治效果的重要保障，方案制定應兼顧整治效果及實施過程安全，講究可靠耐久、經濟合理，對行車影響小作為基本原則。

2)現場一手資料是方案合理的重要保障，對資料的分析判斷決定方案思路方向。

3)勘察現場后組織地質勘探及結構檢測機構對隧道進行探測，停電天窗內利用供電軌道車及混凝土強度回彈檢測、雷達探測儀對全隧道的襯砌主要部位進行探測，結合該隧道的地質條件，分析出顯露病害和潛在病害。在對結構本身檢測的同時，對隧道正上方地貌也進行測量，檢測結果反饋到設計部門后，得出病害整治項目及工作量。

4)隧道、橋梁病害應該早發現早整治。目前正在運行的鐵路整治過程會影響正常行車，存在較高的次生風險，需要各專業協力配合。