梁金文 任瑞國

(1.大秦鐵路股份有限公司太原工務(wù)機(jī)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(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、發(fā)震構(gòu)造研究薄弱[1]，設(shè)施落后，是同等級鐵路困難地段，基礎(chǔ)設(shè)備老化，阻礙區(qū)段運(yùn)輸能力提升，出現(xiàn)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(xiàng)目通常由設(shè)備所屬企業(yè)自行解決，鐵路局集團(tuán)具備專門的大修設(shè)計(jì)施工能力。施工方案制定首先需要有一定的詳盡的現(xiàn)場數(shù)據(jù)資料和經(jīng)驗(yàn)積累，復(fù)雜的工程需要三步走，預(yù)可行方案，可行方案，實(shí)施方案。本工程屬于營業(yè)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(shí)施過程能夠順利進(jìn)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(qū)段，最大縱坡22‰，曲線半徑250 m，整條曲線長度961 m，轉(zhuǎn)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(shè)備的病害明顯，襯砌裂縫發(fā)展加劇；基底損壞嚴(yán)重；線路幾何尺寸保持力弱化，拱頂?shù)魤K；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(xiàng)目較多，技術(shù)復(fù)雜，整治攻關(guān)小組共提出3種隧道整治方案。

2.2.1方案A:利用天窗點(diǎn)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(nèi)做防御性處理，如漏水整治，護(hù)底翻修、密井暗管等。拱頂部分采用錨桿及噴射混凝土補(bǔ)強(qiáng)結(jié)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(jìn)行翻修

鑒于隧道病害很嚴(yán)重，掉塊原因跟拱頂以上的地質(zhì)松軟擾動有關(guān)，建議全面翻修，而襯砌的翻修施工對結(jié)構(gòu)破壞力度較大，整個區(qū)段停止運(yùn)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(shí)施時隧道兩端的營業(yè)線不能互通，直到隧道恢復(fù)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(yùn)營年代長，病害嚴(yán)重，沒有竣工檔案，可借鑒干線區(qū)段改造時，橋隧路基因地質(zhì)及結(jié)構(gòu)本身達(dá)不到要求和線路平面走向而重建改線方法。直接在隧道側(cè)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(shù)可行、可靠度，存在風(fēng)險，整治效果和財(cái)物消耗幾方面進(jìn)行。

2.3.1A方案分析

技術(shù)條件很成熟，施工安全卡控有保障，對運(yùn)輸影響小，財(cái)力消耗??；由于每次只在天窗點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行，窩工嚴(yán)重，完成后效果不清晰，尤其拱頂采用鋼筋網(wǎng)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(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)翻修，材料和技術(shù)參數(shù)都可以采用新的標(biāo)準(zhǔn)，質(zhì)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(jī)械設(shè)備幫助下加快。缺點(diǎn)是：拆除破壞，然后再恢復(fù)，拱部施工風(fēng)險較大，如發(fā)生塌方工期不可控制，擴(kuò)大對運(yùn)輸?shù)挠绊?；各部門意見結(jié)合市場調(diào)查，此方案會嚴(yán)重影響客貨運(yùn)輸，損害運(yùn)輸效益，甚至影響鐵路市場形象；工程投資和運(yùn)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(biāo)高長畛到軒崗直線距離僅6 km，海拔相差142 m，所以在設(shè)計(jì)建設(shè)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(qū)段，側(cè)翼缺乏修建與既有線順接的地形條件，雖然實(shí)施對運(yùn)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(cè)15 m處隧F?？辈鞎r發(fā)現(xiàn)早期修建復(fù)線的基礎(chǔ)設(shè)施，廢棄狀態(tài)的隧F與線路走向平行?？彬?yàn)得知，隧道貫通并已襯砌，但缺乏維護(hù)，亦存在病害；無技術(shù)參數(shù)，且標(biāo)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(yùn)輸干擾很小。其優(yōu)點(diǎn)是可以確保行車安全，隧道修復(fù)后，設(shè)備質(zhì)量有保證，對遠(yuǎn)期運(yùn)輸規(guī)劃有利，保證北同蒲的運(yùn)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(fā)生拱部塌方的施工災(zāi)害，有足夠時間處理，不用考慮恢復(fù)運(yùn)營期限的壓力。缺點(diǎn)是便線費(fèi)用會包含過渡段的路基土方以及涵洞，線路鋪設(shè)、各專業(yè)配套設(shè)施、隧F達(dá)到運(yùn)營條件的修理費(fèi)用等，工期較長。

2.4 瓦窯2號隧道病害整治方案確定

專業(yè)人員勘察現(xiàn)場，繪制統(tǒng)計(jì)出結(jié)構(gòu)設(shè)施的破壞形式、程度。經(jīng)過分析確定，針對隧道襯砌薄弱破壞、排水設(shè)施失效、基床保持力不足等病害，結(jié)合安全可靠、運(yùn)輸干擾、影響施工風(fēng)險、整治效果、保障綜合經(jīng)濟(jì)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(jīng)驗(yàn)討論

3.1 現(xiàn)場整治效果

方案C2優(yōu)勢在于對運(yùn)營鐵路干擾小，施工風(fēng)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(jìn)行封閉大修，完成后撥接線路恢復(fù)正常運(yùn)營，最終被確定為優(yōu)選方案，并按此方案進(jìn)行現(xiàn)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(yùn)通道不受阻，成為鐵路營業(yè)線大修整治的典型案例。

3.2 經(jīng)驗(yàn)討論

1)鐵路橋隧結(jié)構(gòu)病害整治方案選項(xiàng)很多，風(fēng)險管理、造價成本、對運(yùn)輸影響、整治效果都有不確定性，不可照搬經(jīng)驗(yàn)，套用公式，要精心勘察分析制定可行方案。通常采取補(bǔ)修和材料置換，必要時改線繞行，保證設(shè)備功用?？茖W(xué)的設(shè)計(jì)及施工組織方案是整治效果的重要保障，方案制定應(yīng)兼顧整治效果及實(shí)施過程安全，講究可靠耐久、經(jīng)濟(jì)合理，對行車影響小作為基本原則。

2)現(xiàn)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(xiàn)場后組織地質(zhì)勘探及結(jié)構(gòu)檢測機(jī)構(gòu)對隧道進(jìn)行探測，停電天窗內(nèi)利用供電軌道車及混凝土強(qiáng)度回彈檢測、雷達(dá)探測儀對全隧道的襯砌主要部位進(jìn)行探測，結(jié)合該隧道的地質(zhì)條件，分析出顯露病害和潛在病害。在對結(jié)構(gòu)本身檢測的同時，對隧道正上方地貌也進(jìn)行測量，檢測結(jié)果反饋到設(shè)計(jì)部門后，得出病害整治項(xiàng)目及工作量。

4)隧道、橋梁病害應(yīng)該早發(fā)現(xiàn)早整治。目前正在運(yùn)行的鐵路整治過程會影響正常行車，存在較高的次生風(fēng)險，需要各專業(yè)協(xié)力配合。