黃彥彬

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安　710043)

1　工程概況

蘭渝鐵路木寨嶺特長隧道穿越甘肅省漳縣與岷縣的分水嶺，隧道長19095 m，設(shè)計為兩座單線隧道，洞身段線間距40 m。隧道通過地層主要有第三系礫巖、泥巖夾砂巖，二疊系板巖、炭質(zhì)板巖，石炭系砂巖夾板巖、砂巖、灰?guī)r、板巖，泥盆系砂巖、泥巖、板巖等。其中二疊系板巖、炭質(zhì)板巖長度為12 km，埋深大，屬極高～高地應(yīng)力隧道，發(fā)生軟巖大變形的可能性極大，通過的斷層多且規(guī)模大，地質(zhì)條件極差，工程安全及工期風(fēng)險大。考慮隧道的特殊困難性和風(fēng)險，在初步設(shè)計批復(fù)時明確按動態(tài)設(shè)計開展設(shè)計工作，這在我國鐵路建設(shè)史上也屬較為罕見。

木寨嶺隧道長度長達19 km以上，屬特長隧道，從便于養(yǎng)護維修方面考慮，軌道結(jié)構(gòu)采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道，一次鋪設(shè)跨區(qū)間無縫線路；道床采用連續(xù)式道床板，采用C40鋼筋混凝土現(xiàn)場澆筑，扣件采用WJ-8A型扣件，軌枕采用SK-2型雙塊式[1-5]。見圖1。

圖1　隧道內(nèi)CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道橫斷面(單位：mm)

2　施工中病害情況

2.1　病害概述

在隧道施工中陸續(xù)出現(xiàn)了由于高地應(yīng)力引起擠壓性大變形問題，出現(xiàn)初期支護噴混凝土開裂、掉塊，鋼架扭曲、斷裂，初期支護失穩(wěn)及侵限破壞等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)了已完工段長段落的二次襯砌開裂(730 m/25處)，仰拱及仰拱填充隆起、開裂(172 m/6處)等病害，使施工安全和結(jié)構(gòu)運營安全面臨極大的挑戰(zhàn)。如圖2、圖3所示。

圖2　仰拱開裂

圖3　二次襯砌開裂

2.1.1仰拱隆起、開裂

木寨嶺隧道洞身DK180+924～DK181+860段仰拱先后出現(xiàn)不同程度的開裂上鼓病害，共計6處，長172 m。如表1所示。

表1　木寨嶺隧道仰拱開裂段統(tǒng)計

2.1.2拱墻二襯開裂

木寨嶺隧道洞身DK177+587～DK181+469段拱墻先后出現(xiàn)不同程度的開裂、剝落、掉塊現(xiàn)象，共計25處，長730 m，大多發(fā)生在施工后1～2年，最長出現(xiàn)開裂時間為襯砌后5年。如表2所示。

表2　木寨嶺隧道典型拱墻襯砌開裂段統(tǒng)計

2.2　初支變形與病害的對應(yīng)性

施工中二襯及仰拱開裂主要發(fā)生在DK177+587～DK181+860段，通過對比分析可知施工中二襯及仰拱開裂范圍的初支變形遠高于非開裂段。木寨嶺隧道右線變形曲線如圖4所示。

圖4　木寨嶺隧道右線變形曲線

3　病害原因分析

3.1　高地應(yīng)力

圖5　隧道地質(zhì)構(gòu)造分布示意

木寨嶺隧道位于區(qū)域高地應(yīng)力區(qū)，越嶺地段(DK179)實測最大水平主應(yīng)力值為24.95～27.16 MPa，最小水平主應(yīng)力值為14.95～16.16 MPa；非越嶺地段(DK188)實測最大水平主應(yīng)力值為13.79～16.70 MPa，最小水平主應(yīng)力值為7.79～8.70 MPa。

木寨嶺越嶺段可測(部分圍巖破碎無法測試)的圍巖強度為0.26～5 MPa，圍巖強度應(yīng)力比為0.01～0.2，與規(guī)范極高地應(yīng)力(σmax/R<4)相比，越嶺大埋深段處于“特極高地應(yīng)力”水平[7]。

3.2　區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響較重

木寨嶺隧道由于多期次構(gòu)造作用復(fù)合疊加作用，形成了形態(tài)各異極其復(fù)雜的褶曲與斷層束構(gòu)造，全隧道共發(fā)育11條斷層及5個褶曲，其中有9條斷層和5個褶皺分布在洞身板巖、炭質(zhì)板巖地層中(圖5)。受多期強烈變形和極低級變質(zhì)作用改造以及構(gòu)造、斷層、高地應(yīng)力等多種因素的影響，DK177+587～DK181+860范圍出現(xiàn)了長段落的二襯開裂、仰拱上鼓等病害[7]。

3.3　巖體完整程度差

木寨嶺隧道地層條件復(fù)雜，按時代由新到老分別包括了第四系、第三系、二疊系、石炭系、泥盆系的地層，其中洞身DK177～DK189段約12 km位于二疊系板巖、炭質(zhì)板巖地層。實際開挖后越嶺段DK177+240～DK182+550揭示圍巖完整性變化較大，以壓碎巖為主，板巖夾炭質(zhì)板巖次之，屬于斷層破碎帶或影響帶，受構(gòu)造影響嚴重-很嚴重，揉皺發(fā)育，產(chǎn)狀不清或產(chǎn)狀變化多端，巖體破碎-極破碎，多呈層狀、片狀以及碎石角礫狀，偶見少量滲水，以Ⅴ級圍巖為主[8-9]。圍巖擠壓情況見圖6。

3.4　基礎(chǔ)沉降監(jiān)測情況

基礎(chǔ)沉降監(jiān)測顯示DK173+280～DK177+400、DK182+700～DK192+377、DyK173+280～DyK177+500、DyK183+100～DyK192+395等4段非越嶺段觀測值在-2.11～2.41 mm，數(shù)值較小且上下波動幅值不超過3 mm，最近2個月觀測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)連續(xù)下沉現(xiàn)象，最近1個月內(nèi)累積沉降增量絕對值不大于1 mm且沉降速率呈遞減狀態(tài)，沉降總體表現(xiàn)出趨于穩(wěn)定的趨勢；而DK177+500～DK182+500越嶺大埋深段觀測值左線在-5.10～1.95 mm，右線在-7.40～2.11 mm，近期沉降速率總體較大，最近1個月沉降速率0.01～0.29 mm/d，各測點沉降尚未趨穩(wěn)。越嶺段DK177+500～DK182+500沉降監(jiān)測曲線見圖7。

電與磁之間有著密切的聯(lián)系。利用電磁理論，我國的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和國防等領(lǐng)域得到技術(shù)上的提升。我們更要深刻認識并應(yīng)用電與磁的關(guān)系，為我國的現(xiàn)代化進步做出更大的貢獻。

圖6　圍巖擠壓情況

圖7　越嶺段DK177+800、DK180+250斷面沉降監(jiān)測曲線

4　無砟軌道可調(diào)整性及修復(fù)難度

本隧道內(nèi)鋪設(shè)CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道，結(jié)構(gòu)由鋼軌、彈性扣件、雙塊式軌枕、道床板等部分組成。

道床板為現(xiàn)澆連續(xù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，澆筑后與雙塊式軌枕形成整體結(jié)構(gòu)，共同受力，建成后不具備調(diào)整能力。軌道調(diào)整只能通過扣件實現(xiàn)。

本線采用WJ-8型扣件，其允許的鋼軌高低調(diào)整量為-4～+26 mm，其中施工中可用高低調(diào)整量-4～+6 mm，運營中可用調(diào)整量0～+20 mm；單股鋼軌左右位置允許調(diào)整量一般為-5～+5 mm，特殊情況下(不適用于鋼軌接頭處)單股鋼軌左右位置調(diào)整量為-7～+7 mm；軌距調(diào)整量一般為-10～+10 mm，特殊情況下為-14～+14 mm。

因此，當(dāng)無砟軌道基礎(chǔ)變形量不超過扣件調(diào)整量時，可利用扣件進行軌距、高低的調(diào)整。但本線隧道結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的變形量遠遠超過扣件調(diào)整能力，通過扣件調(diào)整無法適應(yīng)線下基礎(chǔ)的大變形。

無砟軌道幾何形位要求較高，根據(jù)《新建時速200 km客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》(鐵建設(shè)函[2005]285號)的規(guī)定，無砟軌道鋪設(shè)精度如表3所示[10]。

表3　線路無砟軌道平順度靜態(tài)鋪設(shè)精度

CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床采用C40鋼筋混凝土現(xiàn)場連續(xù)澆筑。一旦發(fā)生較大的開裂、沉降、上拱等變形，軌道結(jié)構(gòu)將隨之產(chǎn)生道床裂縫、道床斷裂、雙塊式軌枕松動、道床上鼓、橫移等病害，軌道幾何形位也將隨道床變形而相應(yīng)變化，危及行車安全。

隧道內(nèi)無砟軌道隨基礎(chǔ)變形而產(chǎn)生較大變形后，若徹底整治只能采用封閉線路、拆除重建的方法。由于無砟軌道施工要求精度高，只能由專業(yè)隊伍采用專用工裝進行施工，且修復(fù)時需進行現(xiàn)場軌排精調(diào)、鋼筋綁扎、混凝土現(xiàn)澆、混凝土養(yǎng)生、無縫線路焊接等多項工序，需要大量的人力、機具、專業(yè)工裝以及良好的物流通道和較長的時間，修復(fù)代價極高[11-15]。

5　結(jié)論

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