合福铁路客运专线五城隧道群弃渣场设计

李元昌，踪敬良

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063)

合福铁路客运专线五城隧道群弃渣场设计

李元昌，踪敬良

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北武汉430063)

合肥至福州铁路客运专线设计时速为350 km，在安徽省黄山市休宁县五城镇段主要以隧道形式通过，受地形条件限制，该区域无合适弃渣场地。五城隧道群采用五城镇既有河道作为隧道弃渣场地，并为占用的河道新建泄水洞引水，在弃渣河道上恢复既有道路，并对泄水洞及渣场采取了防冲墩、消能池、河底防护墩等安全防护措施。所采取的弃渣场方案及配套措施不仅降低了工程造价，提高了弃渣效率与工程施工的便捷性，而且减少了对自然环境的破坏，对类似工程有一定的借鉴作用。

合福铁路 弃渣河道 泄水洞 道路改移

1 工程概况

新建合肥至福州铁路客运专线设计时速350 km，是沟通华中与华南地区的一条大能力客运通道。铁路经过安徽省黄山市休宁县五城镇，五城镇为低山丘陵区，地势起伏较大，植被发育，山间河道呈狭长型，常年有水。受地形和线路曲线半径的限制，合福铁路主要以隧道形式通过此地。该段纵断面见图1。

图1 合福铁路通过五城镇段线路纵断面示意

该段需堆放小尖山隧道出口段(约1.9 km)、茶口亭隧道(937 m)、五红村隧道(157 m)及五城隧道进口端(约2 km)的弃渣，约有110万m3，弃渣量巨大;而此区域山坡陡峻，河道狭长，无适合的山洼处理隧道弃渣。若采用传统弃渣堆砌方案，将占用大量的农田及土地，造成大量的资源浪费及环境破坏，同时运距的加大也增加了工程造价，不够经济。为了尽量保护铁路附近的自然环境，减少对附近居民的干扰，并且控制运距，降低工程造价，设计采用既有河道作为弃渣场，新建泄水洞引水，在既有河道中进行集中弃渣的方案。

该段表层为粉质黏土，灰黄色，硬塑，厚约为0～1.5 m;下覆千枚状粉砂岩，灰色，强风化～弱风化，变余粉砂质结构，千枚状构造，岩质较软，节理较发育，岩体较破碎～完整，隧道洞身主要穿越弱风化千枚岩，未见断层等大型地质构造。地震动峰值加速度＜0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35 s。该段工程地质条件单一，且属抗震有利地段，为泄水洞及弃渣河道的建设创造了有利条件。

2 弃渣河道及泄水洞设计概述

弃渣河道和泄水洞位于巷坑村与五红村之间，弃渣河道利用线路右侧河道，长约960 m。新建泄水洞位于弃渣河道与合福铁路之间，长约230 m。此河道旁有乡村沥青道路，路面宽约4 m左右。其平面位置关系如图2所示。

设计需要解决的问题有:①既有乡村道路的改移与恢复;②泄水洞设计及流量计算;③弃渣场安全防护及泄水洞洞口安全防护。

图2 铁路、泄水洞及弃渣河道平面位置示意

2.1 既有河道旁乡村道路的改移与恢复

在河道中弃渣，占用了既有乡村道路，设计考虑在泄水洞洞口设置矩形结构，道路在矩形结构上面通过，从渣顶修建一条同规格道路对原有道路进行改移，道路宽4 m，人字坡，上、下坡坡度均为5.5%，使渣场前后道路平顺衔接。弃渣河道及道路断面设计如图3所示。

图3 弃渣河道断面设计(单位:m)

2.2 泄水洞设计及流量计算

泄水洞按照百年流量进行计算，结构的净空设计应结合洞内的过水能力，同时考虑洞口端块石、上游漂浮物对泄水洞的影响和出口的消能处理。

泄水洞洞口顶面需满足车辆通行，采用明挖法施工，结构形式为箱形;洞身采用矿山法施工，最大埋深91 m，结构形式为复合式衬砌。

2.2.1 泄水洞纵断面设计

泄水洞地面坡度为－8%，为控制水流速度，路面每20 m设置一台阶，底面采用C20混凝土铺砌调坡，坡度为－1.5%。其设计如图4所示。

图4 泄水洞纵坡度设计(单位:m)

2.2.2 泄水洞横断面流量计算

1)洞口流量计算

泄水洞洞口采用矩形结构断面，如图5所示。

图5 泄水洞洞口矩形结构设计(单位:cm)

对于上游漂浮物的影响，设计考虑内净空高度比设计水位高1.5 m。本泄水洞为无压结构，可按明渠均匀流计算。

计算得A=37.56 m2，X=17.17 m，i=0.015，n= 0.014，由谢才公式，可得Q=554.14 m3/s。

2)洞身段流量计算

洞身段建筑内轮廓设计如图6所示。

图6 泄水洞洞身内轮廓设计(单位:cm)

3)流量校核

河道区域汇水面积约13.094 km2，根据区域水文特征，经综合计算分析得出河道百年一遇洪峰流量为209.6 m3/s。

设计考虑一定的预留，根据相关要求拟定为设计流量＞河道流量的1.4倍。

取较小的洞身段流量:Q=314.77 m3/s＞209.6 ×1.4=293.44 m3/s，故洞口及洞身段设计净空均满足流量要求。

2.3 弃渣河道安全防护及泄水洞洞口安全防护

2.3.1 弃渣河道安全防护

由于本工程采用既有河道作为弃渣场地，并新建泄水洞引水，弃渣挡墙除了应具有常规的挡土作用外，还应与泄水洞洞口的防护相结合，并考虑结构的耐久性以及水流对挡墙的影响。设计拟定措施如下:

1)弃渣河道采用C30钢筋混凝土防冲墩护脚(兼作弃渣挡墙)，防冲墩基底埋深不小于2.0 m，基底换填0.5 m的碎石垫层。防冲墩施工前应完成地基处理，基底承载力不小于250 kPa。防冲墩设计如图7所示。

图7 防冲墩设计(单位:cm;高程单位:m)

2)防护墩迎水面采用钢筋笼块石码砌，以降低水流对防护墩的影响。

3)河水具侵蚀性，制作防冲墩时添加抗侵蚀外加剂，根据河水化验结果选用水泥，保证结构的耐久性。

2.3.2 泄水洞进口防护

在距离进口约50 m处在河道底部横向设置一道防护墩，防护墩上设置1.5 m高SNS被动防护网，以拦截较大的石块、杂质等。泄水洞进口防护如图8所示。河底防护墩设计如图9所示。

图8 泄水洞进口防护设计

图9 河底防护墩设计

2.3.3 泄水洞出口防护

为降低出口急流对河床的冲刷，对泄水洞出口下游采用消能的方式处理，以使下泄急流迅速变为缓流。设计采用钢筋混凝土下降式消能池，沿河道下挖2 m，消能池范围沿河道不小于50 m。泄水洞出口防护如图10所示。

图10 泄水洞出口防护设计

2.3.4 极端气候应对

根据相关规范和要求，设计流量按百年一遇考虑，对于极端气候条件，设计考虑利用渣顶道路排水。

3 结论

隧道弃渣场选址、设计应根据区域的地形、地质、环境条件综合确定，尽量减少对环境的破坏，在缺少传统的弃渣场地的情况下，设计人员应充分发挥自身主观能动性，扩大选址范围。

目前弃渣场及泄水洞已经完成施工。通过采取改移弃渣河道、恢复道路、新建泄水洞等措施，不仅降低了工程造价，提高了弃渣效率与工程施工的便捷性，而且有效减少了对自然环境的破坏，取得了良好的社会效益与经济效益，对类似的工程有一定的借鉴意义。

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(责任审编葛全红)

U452.1

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.06.23

1003-1995(2015)06-0088-04

2014-12-10;

2015-03-20

李元昌(1982—)，男，四川成都人，工程师。