既有铁路隧道改建工程探析

兰 建

(兰州铁道设计院有限公司，甘肃 兰州 730000)

既有铁路隧道改建工程探析

兰 建

(兰州铁道设计院有限公司，甘肃 兰州 730000)

以既有陇海线阴洼磨隧道改建工程为例，针对隧道的改建问题，从施工技术和改善运营条件出发，制定了隧道改建工程方案，分析了隧道结构全部拆除和局部利用方案的优缺点，使隧道改建工程达到了预期的效果。

衬砌断面，改建方案，施工工序，防水板

0 引言

在我国铁路行业全面大提速的今天，新建的铁路标准随着国家铁路行业的技术进步，正在逐步提高。为了有效利用既有铁路资源，降低工程成本，一些控制性工程的改造势在必行，其中就包括对既有隧道的改建问题。本文以实际工程实例为背景，阐述了不同隧道改建方案的特点和选用情况，希望为今后的同类改建工程提供可借鉴依据。

1 工程概况

阴洼磨既有隧道位于兰州市榆中县，地貌上属宛川河阶地区，地形起伏，起讫里程为K1729+700～K1729+826.4，全长126.4 m，该隧道已投入运营64年。既有隧道全长位于半径R=300 m的曲线上，坡度为6.6‰,2‰的单面下坡(既有隧道进、出口见图1,图2)。

由于兰渝线兰州枢纽工程需利用阴洼磨隧道通行双层集装箱列车，既有隧道断面净空高度6.0 m，不满足通行双层集装箱列车最低净空高度7.5 m要求，需在原位对既有隧道进行改建。

2 工程地质条件

2.1 工程地质特征

隧道经过范围地层岩性主要有：第四系上更新统冲积砂质黄土，详述如下：

2.2 地质构造

隧道所在区域第四系地层覆盖厚，地层稳定，未发现有影响工程的褶皱、断层等地质构造行迹存在。

2.3 不良地质及特殊岩土问题

1)工点范围内未发现有不良地质现象。

2)特殊岩土：第四系上更新统砂质黄土具Ⅳ级(很严重)自重湿陷性，湿陷厚度可达20 m。

2.4 水文地质特性

隧道影响范围内未见地表水，仅在雨季有坡面流水，隧道洞身穿行于黄土层，全线为贫水区。

3 既有隧道衬砌断面

经查阅既有隧道资料，既有阴洼磨隧道共采用3种衬砌断面形式，衬砌采用110号素混凝土结构，净空高度均为6 m，不同段落采用的衬砌厚度不同，由于隧道修建年代较早，设计理念与现阶段设计理念不同，既有隧道结构背后无防水层。既有衬砌典型断面见图3。

4 隧道改建工程方案分析

4.1 线路要素及接触网条件

4.1.1 线路

改建隧道平面位置不变，均位于半径R=300 m的圆曲线上，曲线要素与既有线路曲线保持一致。

4.1.2 接触网

改建后接触网悬挂方式采用链式悬挂。

4.2 常规挑顶改建方案

常规方案考虑利用既有衬砌边墙，拱腰以上采用扩挖施工，浇筑新衬砌与既有衬砌边墙连接，连接处设置Φ22钢筋，纵向间距25 m。新拱与旧拱圆顺连接后，隧道内净空最低高度为7.82 m。隧道内轨面以下施作隧道铺底及水沟电缆槽，采用单侧水沟双侧电缆槽形式。挑顶改建方案断面关系图见图4。

4.3 拆除新建隧道方案

该方案将既有隧道衬砌结构全部破除，根据双层集装箱运输建筑限界，重新拟定断面轮廓，施作衬砌结构。

4.3.1 衬砌支护参数

衬砌支护参数见表1。

表1 衬砌支护参数表

4.3.2 改建后净空高度

曲线半径R=300 m条件下接触网所需隧道内净空最低高度为7.69 m。拆除新建方案衬砌典型断面详见图5。

4.3.3 超前支护措施

超前支护措施见表2。

表2 超前支护措施表

4.3.4 防排水

全隧道均设置双侧水沟，衬砌拱墙背后设防水板和无纺布，防水板厚度不小于1.5 mm，无纺布质量不小于350 g/m2。环向变形缝、施工缝采用设背贴式止水带+中埋式止水带+嵌缝材料的复合防水结构。混凝土衬砌结构抗渗等级不得低于P6。

4.4 两种方案优缺点对比分析

挑顶改建方案可利用既有衬砌部分边墙，减小工程量；既有隧道衬砌混凝土强度等级较低且已使用64年，新旧混凝土耐久性标准不统一，不利于日后运营及养护；挑顶拆除旧拱圈衔接后新衬砌后结构整体性差；旧衬砌防水体系无法完善，新旧衬砌接缝处防水设施效果差。

拆除新建方案采用马蹄形衬砌断面，衬砌结构整体性好，对结构受力改善明显；衬砌结构混凝土符合TB 10005—2010铁路混凝土结构耐久性设计规范，有利于改善运营条件；防排水设施可有效实施，防水效果好。综合考虑后选择拆除新建方案。

5 隧道改建施工方法

隧道改建时，本着“先拱后墙最后仰拱”的原则拆除旧的拱圈，拆除既有二衬采用人工配合机械破除施工，扩挖拱墙及仰拱，再修筑新拱圈。隧道改建施工时，对改建隧道工作面前方既有衬砌结构边墙设置两道临时横撑和一道拱部落底竖撑，横撑竖向间距2.5 m～3.0 m，纵向横撑间距3 m，拱部竖撑纵向间距与横撑错开设置，间距3 m/道。在黄土地层中，进行拱部开槽施工时，易采用分段分块间隔施工，每段长2 m～4 m，一边拆除扩建一边拆除临时横撑、竖撑。针对黄土隧道，以人工为主，并配以小机具开挖，且保证开挖面光滑圆顺。

6 隧道改建主要施工工序

1)施作超前支护，跳槽破除既有拱部衬砌，扩挖至设计轮廓线(见图6)。

2)依次破除拱部及拱腰以上部分既有衬砌，施作初期支护并设置边墙处锁脚锚杆(见图7)。

3)施作初期支护并设置拱脚处锁脚锚杆,浇筑拱墙二次衬砌，施作水沟电缆槽(见图8)。

7 结语

1)从阴洼磨黄土隧道改建工程的实施效果来看，采用超前小导管支护对既有衬砌的扩挖安全尤为重要，这是在工程实施中未出现拱部明显剥落和坍塌的主要原因。

2)型钢钢架早期支护强度大对黄土隧道扩挖后围岩的稳定效果明显。

3)既有衬砌设置横、竖撑，跳槽破除方案可有效控制在扩挖过程中既有衬砌周边围岩的变形，对黄土地层中的改建施工起到了积极的作用。

4)阴洼磨隧道改建后，防排水措施得以完善，跳槽施工过程中既有围岩无明显剥落现象，未出现塌方安全事故，改建效果较好。

[1] 赵 勇,李国良,喻 渝.黄土隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，2011.

[2] 铁道部第二勘测设计院.铁路工程设计技术手册·隧道[M].北京：中国铁道出版社,1995.

[3] 刘祖典.黄土力学与工程[M].西安：陕西科学技术出版社，1997.

[4] TB 10003—2005,铁路隧道设计规范[S].

[5] 沈卫平.黄土隧道施工方案比选及优化[J].铁道建筑，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

兰 建(1982- )，男，工程师

U455

A