铁路隧道应急抢修主要战术技术指标研究

刘均红（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）



铁路隧道应急抢修主要战术技术指标研究

刘均红
（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）

摘 要：根据灾害情况下铁路隧道的破坏形式，提出应急抢修的总体方向为抢修方法研究和抢修器材研制，基本目标为抢修方法体现“快速、安全”和抢修器材体现“机械化、便捷性”。按照主要战术技术指标的拟定依据，分别从抢修器材运输到洞身破坏抢修，从线路标准到抢通行车限速等相应指标给出了合理的建议，以期为铁路隧道应急抢修技术研究提供一些参考。

关键词：铁路隧道；应急抢修；战术指标；技术指标

伴随着大规模铁路建设，截至2013年底，我国已有运营铁路隧道11 074座，总长8 939km；在建铁路隧道4 206座，长度为7 795km；已纳入规划的铁路隧道4 600座，长度约1．06万km。我国已成为世界上拥有铁路隧道最多的国家［1－2］。作为交通运输的重要设施，无论何种形式的因灾破坏，都会大大降低铁路隧道的使用功能，严重威胁铁路安全运营，给人民安全和国家经济带来巨大挑战和损失。由于抢修条件限制，抢修任务艰巨，当前对于铁路隧道应急抢修技术的研究迫在眉睫。依托中国铁路总公司科技研究开发计划项目《长大及大规模隧道群的防灾救援技术——铁路隧道应急抢修技术深化研究》成果，对铁路隧道应急抢修的主要战术技术指标条件的拟定予以论述。

1　隧道破坏形式

根据隧道破坏的主要影响因素，并结合对当前铁路隧道发生灾害情况的调研分析，按照对其造成破坏的不同部位，将破坏形式分为洞口破坏、洞身破坏、洞内轨道及附属构筑物破坏、长大隧道洞内通风设施破坏和防、排水及防火系统破坏五种。由于前两种破坏往往是最常见最严重的，也是引起后三种破坏的直接原因，因此本文着重介绍洞口破坏和洞身破坏这两种结构性破坏［3－5］，应急抢修主要战术技术指标的拟定也是建立在这两种主要破坏形式之上。

1．1洞口破坏

隧道洞口暴露于地表，目标明显，易于遭受攻击，是隧道安全问题中最薄弱的环节［6］。另外，由于受围岩约束作用较小，一般浅埋、偏压，以Ⅳ级～Ⅵ级围岩居多，遭受诸如地震、泥石流、滑坡等自然灾害时，也是最容易出现事故的地方。洞口破坏形式主要表现为：洞门端墙或挡翼墙开裂、渗水，截排水沟变形，边仰坡垮塌、洞门部分或全部被掩埋，明洞工程坍塌等。

1．2洞身破坏

通常情况下，隧道洞身埋深大，遭受袭击可能性小，即便遇到攻击，破坏程度也不会太严重。根据一些关于自然灾害尤其是地震对隧道影响的研究和相关实例表明：当埋深H＞50m时，随着围岩土体约束作用的显著增强，隧道受震害影响明显偏小［7－8］。因此，研究认为，若H＞50m，隧道洞身破坏表现为拱顶或边墙局部破损；若H≤50m时，则表现为塌穿型坍塌破坏。

2 应急抢修的总体方向和基本目标

2．1总体方向

鉴于目前国内铁路隧道施工仍以矿山法为主，针对隧道工程的技术创新和改进也主要立足于钻爆法，以机械设备配套和信息化施工为重点展开。因此，结合我国基本国情，从抢险救援的角度考虑，铁路隧道应急抢修的总体方向主要表现在抢修方法研究和抢修器材研制两个方面，按照“先通后善、先简后固、调配过渡、逐步恢复”的原则，以隧道初期支护为主要承载结构，充分利用先进的抢修方法和制式抢修器材达到快速通车的目的。

2．2基本目标

在应对突发灾害致使运营铁路隧道坍塌的快速处理中，传统抢修技术原始落后，不仅机械化程度较低，多利用就便器材，而且性能差、功能单一。多种小型机械各自为战，受作业面空间局限，且不说安全得不到保障，防止二次坍塌措施不到位，同时还造成抢修现场混乱，大大制约了抢修施工的进度和安全性，更无法保证应急通车。因此，铁路隧道应急抢修在抢修方法研究上不仅要体现在“质量”上，更要体现出“快速”和“安全”；抢修器材研制上不仅要体现在“就便”上，更要体现出“机械化”和“便捷性”等方面——这是应急抢修技术研究的基本目标。

3　主要战术技术指标拟定依据［9］

3．1主要战术指标拟定依据

3．1．1机动性

铁路隧道抢修以轨道运输为主，符合铁路装载限界的要求，适宜于铁路车辆（平板和敞车）的装运；同时考虑必不可少的公路运输（公路运输采用经济灵活的装运形式）。根据装运车辆特点，抢修时可选用拖载和车载两种方式。

拖载运输受到道路通过能力较差的限制，加上铁路隧道所处独特的地理位置特征，应急抢修采用拖载运输可能性较小。而车载运输具有行走快速、机动灵活、转换方便的优点，可利用既有轨道行进，应该作为应急抢修器材运输的主要形式。但是车载运输对器材尺寸、重量有严格要求，抢修器材必须部件种类少，同类部件之间有良好的互换性，且能适应多次拆、装、运和重复使用；部件的最大外形尺寸和最大重量要有所限制，统筹兼顾，既要考虑重量轻，也要考虑拼组方便。

3．1．2快速性

应急抢修秉承以初期支护为主要承载结构的理念，抢修方法研究中的“快速性”思路贯穿于器材运输和拼组架设两种工作之中，而需要拼组架设的不仅有抢修施工操作平台，还有明洞（棚洞）工程及洞身钢拱架支护等等。

拼组架设的速度受多种因素制约，如操作人员熟练程度、构件尺寸及重量、连接及紧固方式、操作空间限制等。应急抢修器材研制要求在总体构思、部件规划、结构构造、连接方式、安装方法等方面皆需考虑快速性的要求。抢修器材本身要轻便、结构简单，易于识别，既要考虑可以使用配套工具安装完成，也可以用人力简单拼装作业。

3．1．3成套性

为便于抢修器材的管理、储备、及时供应以及筹措、拆装、重复使用等要求，设计抢修器材时，对其配套的合理性以及仓储的利用率等因素要综合考虑，要成套研制、成套生产、成套装备。

3．1．4多用途性

多用途性是抢修器材成熟、发展的重要原因之一。抢修器材不仅要能用于铁路隧道，同样能用于公路隧道；不仅能用于应急抢修，也能用于施工抢险和病害整治。

3．1．5经济性

作为抢修方法和抢修器材方案比选时的重要参考指标，经济性不仅体现在造价低廉上，还表现在用于突发事件的应急抢修、恢复交通所产生的潜在社会效益以及多次重复使用和用途广泛所带来的经济效益。

3．1．6生产的适应性

抢修器材选用的原材料材质、品种和规格需要考虑市场供求关系影响，尽量减少品种种类，降低订货困难的风险，同时满足合理设计要求，不至造成浪费，以保证器材能按时成批投产。

3．2主要技术指标拟定依据

3．2．1行进方式

在隧道洞口破坏、洞身发生塌穿型塌方的情况下，轨道完好，抢修施工台车和抢修器材可以通过既有轨道运输行进。

3．2．2抢修限界

铁路隧道时速标准不同，断面型式各异，加之复杂的工程地质条件因素影响，隧道衬砌结构类型也千差万别。利用单一形式的抢修器材去适应不同地层、不同时速标准和不同断面型式隧道的抢修施工是不现实的，但是无论哪种抢修器材的研制，其最大形体尺寸都必须满足不超过单线直线地段隧道抢修限界的要求，如图1所示。

3．2．3地质环境

无论何种形式的灾害，其对铁路隧道造成的破坏都会引起围岩应力的重分布，破坏的岩土体均视为松散体，在抢修方法研究和抢修器材研制上将其按照Ⅵ级围岩地层考虑，按照《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2005），Ⅵ级围岩地层参数为：重度γ，16kN／m3；计算内摩擦角φg，35°；土柱两侧摩擦角θ，14°（取0．4φg）；基床系数K，100MPa／m。根据前述抢修原则，为应急通车，暂不考虑不良地质条件和环境水的影响。

图1　铁路隧道单线直线地段抢修建筑限界示意图（单位：mm）

4 主要战术技术指标建议

4．1主要战术指标建议

4．1．1器材运输

抢修器材装运，以铁路有轨运输为主，从接到抢修通知开始，器材由储备库装车，8h内运至就近铁路车站，并8h内完成卸车、倒装到汽（拖）车上，运到发生破坏的隧道洞口。

4．1．2场地平整

根据隧道洞口前方路基破坏情况，确保8h内完成场地平整，保证抢修施工台车顺利行进。

4．1．3拼组架设

抢修器材的拼组架设（包括临时风、水、电的接通以及装渣机械、混凝土、水泥搅拌输送装置的安装）控制在12h以内，其中抢修施工台车的拼组力争在6h内完成。

4．1．4洞口破坏抢修

根据洞口坍塌范围大小和塌方数量，洞口清方和边仰坡防护工作争取在48h内完成，棚洞安装速度按1．5h／环考虑。

4．1．5洞身破坏抢修（以破坏连续长度50m计）

（1）洞身局部破损抢修：边墙加固、拱圈补强控制在48h内完成。

（2）洞身严重塌方抢修（考虑进出口同时抢修）：按照抢修施工步序，从设备到达破坏掌子面开始，完成洞身坍塌地段总时长控制在120h以内。其中：坍塌后方悬而未塌衬砌结构临时支撑、注浆加固和影响施工衬砌结构的切割用时12h；坍塌掌子面封闭和坍腔回填用时12h；坍渣超前支护持续30h；坍渣破碎、开挖和运输按36h计；按照矿山法施工隧道中型钢架拼装速度为1．5h／环，混凝土喷射及其他争取在8h内完成。

4．2主要技术指标建议

（1）线路标准：1 435mm标准轨距，单线铁路直线段。

（2）限界要求：抢修长期使用的隧道，净空需符合《标准轨距铁路建筑限界》（GB146．2—83）隧限－1、隧限－2规定；抢修只供应急通车使用的隧道，最小净空应满足抢修建筑限界规定。

（3）轨道情况：隧道内轨道完好。

（4）牵引类型：抢通后尽量电力牵引，若无可能则改为内燃或蒸汽牵引。

（5）隧道埋深：认为H＞50m时，破坏表现为洞身拱顶或边墙局部破损；H≤50m时，破坏表现为洞身塌穿型坍塌破坏。

（6）列车限速：抢通后行车通过速度按45km／h考虑。

5　结束语

受到外部条件的不确定性以及自身类型的多样性等因素约束，铁路隧道应急抢修具有桥梁、线路和站场等其他三类铁路工程无法比拟的复杂性，而制定统一的抢修方法和研制多功能抢修器材显得困难重重。当前国内关于铁路隧道应急抢修专门研究工作几乎空白，其主要战术技术指标的拟定将直接影响到抢修方法和抢修器材最终可能达到的水平，文中提到的一些建议，冀望于对铁路隧道的应急抢修提供一定的参考。

参考文献

［1］张民庆，张梅，肖广智等．浅析欧洲隧道修建技术［J］．现代隧道技术，2013（1）：8－15

［2］刘均红．战时铁路隧道快速抢修技术初探［J］．国防交通工程与技术，2014（6）：21－24

［3］张鸿彦．铁路保障［M］．北京：解放军出版社，1996：264－277

［4］铁道第三勘察设计院集团有限公司．铁路抢修（建）技术标准［S］．北京：中国铁道出版社，2009

［5］铁道部隧道工程局．铁路隧道抢修（建）技术规程（试行）［S］．北京：中国铁道出版社，1998

［6］谢志远．铁路隧道洞口应急抢修预案［J］．国防交通工程与技术，2003（2）：20－23

［7］Sunil Sharma，Willian R Judd．地震对地下工程的破坏［J］．雷谦荣，译．地下空间，1992（4）：335－344

［8］皇民，刘马群，王安华，等．隧道地震破坏的主要形式及影响分析［J］．交通科技与经济，2010（1）：60－62

［9］黄植初．试论应急钢桥的技战术和经济特性［J］．国防交通工程与技术，2003（1）：4－6

Research on the Main Tactical and Technical Indexes of the Rush－Repair of Railway Tunnels

Liu Junhong
（China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co．Ltd．，Beijing 102600，China）

Abstract：According to the damage forms of railway tunnels in natural disasters，the general orientation of rush－repair is put forward in the paper，which includes the research into rush－repair methods and the development of rush－repair materials and equipment．The basic objectives of the rush－repair must be embodied in the"quickness and security"of the rush－repair methods and the mechanization of and the convenience in the rush－repair materials and equipment．In the light of the main tactical and technical indexes，some reasonable suggestions on the transportation of rush－repair equipment，the rush－repair of the tunnel bodies，the line standards，the speed limits for rush－repair and some other indexes are put forward．It is expected that the present paper may serve as a useful reference for the technical study of the rush－repair of railway tunnels．

Key words：railway tunnel；emergency repair；tactical index；technical index

作者简介：刘均红（1981—），男，工程师，主要从事隧道与地下工程研究设计工作 765082073＠qq．com

基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2013G012）

收稿日期：2015－11－23

中图分类号：U457

文献标识码：A

文章编号：1672－3953（2016）01－0012－05

DOI：10．13219／j．gjgyat．2016．01．003