賈陳君，周杰

（1.中鐵二院北方勘察設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，濟(jì)南 250012；2.中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430034）

1 工程概況

沈吉鐵路修建于1925—1927年，自沈陽(yáng)北至吉林既有線長(zhǎng)度439.842 km，技術(shù)設(shè)備陳舊落后，沿線曲線多，半徑小且連續(xù)密集，超限坡地段坡度較大，牽引定數(shù)低，通過(guò)能力小。全線共有單線隧道共6座1245.2 m，既有隧道大多存在襯砌變形、裂縫、滲漏水等病害，且斷面凈空不滿足電氣化所需限界要求[1]。

本文以沈吉線K90+179的西嶺隧道作為典型既有隧道進(jìn)行研究，對(duì)電氣化改造中既有隧道設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，提出推薦方案。

2 西嶺隧道現(xiàn)狀

2.1 隧道概況

西嶺隧道全長(zhǎng)227.7 m，建成于1926年。襯砌采用曲墻式結(jié)構(gòu)，邊墻采用混凝土，拱圈厚度30 cm，邊墻厚度60 cm，碎石道床，排水設(shè)備為左右疏水盲溝。隧道位于丘陵地貌，隧址縱斷面地面高程162～182 m，相對(duì)高差約為20 m隧道穿越位置為丘間埡口，最大埋深約為17 m。隧址區(qū)上覆第四系坡殘積層粉質(zhì)黏土、角礫等，下伏基巖為太古界混合巖、片麻巖、角閃巖。測(cè)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。

2.2 隧道現(xiàn)狀斷面

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)斷面測(cè)量，隧道軌面以上個(gè)別段落凈高不滿足接觸網(wǎng)現(xiàn)狀掛網(wǎng)高度要求，實(shí)際凈空測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 西嶺隧道斷面測(cè)量統(tǒng)計(jì)表

2.3 隧道存在病害

2.3.1 襯砌裂損、滲漏水、限界不滿足隧限-2A要求

寒冷季節(jié)滲漏水處形成冰柱，冬天結(jié)冰極易侵限，鐵路部門冬季每日對(duì)隧道內(nèi)結(jié)冰進(jìn)行清理。洞內(nèi)碎石道床的基底翻漿冒泥現(xiàn)象比較嚴(yán)重，寒冷季節(jié)道床凍結(jié)。限界不滿足隧限-2A的要求[2]。

2.3.2 既有隧道襯砌混凝土強(qiáng)度不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求

現(xiàn)場(chǎng)采用回彈法完成了隧道襯砌混凝土強(qiáng)度檢測(cè)，混凝土強(qiáng)度結(jié)果評(píng)定如表2。

表2 混凝土強(qiáng)度回彈檢測(cè)結(jié)果

2.4 西嶺隧道電氣化存在問(wèn)題

2.4.1 隧道凈空不滿足電氣化掛網(wǎng)要求

根據(jù)隧道斷面測(cè)量資料，既有隧道凈空斷面較小，未達(dá)到《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》客貨共線鐵路建筑限界6 550 mm的要求。為了適應(yīng)既有隧道低凈空的情況，隧道內(nèi)接觸網(wǎng)懸掛采用簡(jiǎn)單懸掛方式，直線區(qū)段隧道最小凈空可為6 100 mm，曲線區(qū)段隧道最小凈空可為6 200 mm。西嶺隧道最小凈空為5 630 mm，不滿足接觸懸掛及要求。

2.4.2 錨固基材強(qiáng)度不足

接觸網(wǎng)懸掛固定需通過(guò)后植化學(xué)錨栓安裝在隧道壁上，根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)JGJ 145—2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》，基材需為鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土或素混凝土，不得為砌體或輕骨料混凝土、凍融受損混凝土、腐蝕受損混凝土、嚴(yán)重裂損混凝土、不密實(shí)混凝土?；幕炷翉?qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于C20，西嶺隧道不滿足此項(xiàng)要求。

2.4.3 混凝土襯砌強(qiáng)度不滿足要求

新建隧道C35混凝土采用回彈法檢測(cè)強(qiáng)度一般能達(dá)到36 MPa，既有隧道混凝土強(qiáng)度等級(jí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于此值，僅采用對(duì)既有隧道襯砌進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)完全不能滿足TB 10005—2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》及GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（2015年版）要求。

3 西嶺隧道電氣化改造方案研究

根據(jù)病害調(diào)查情況、電氣化以及施工天窗時(shí)間等問(wèn)題分析，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面比選研究了電氣化改造設(shè)計(jì)方案，以保證隧道的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)階段的使用安全。主要方案有：（1）利用既有隧道整治設(shè)計(jì)方案；（2）施工便線下隧道設(shè)計(jì)方案；（3）既有隧道地段改線方案。

3.1 利用既有隧道整治設(shè)計(jì)方案

利用既有隧道進(jìn)行簡(jiǎn)單整治掛網(wǎng)，對(duì)西嶺隧道不滿足接觸網(wǎng)懸掛要求的段落進(jìn)行局部拆換，以滿足接觸網(wǎng)懸掛要求。

3.1.1 隧道采用全斷面注漿方式進(jìn)行加固與防治滲漏水

注漿采用φ42 mm小導(dǎo)管，間距0.8 m×0.8 m，范圍為隧道襯砌范圍外3.5 m。根據(jù)現(xiàn)在的運(yùn)輸組織，每天天窗時(shí)間為3 h，在施工時(shí)合理利用天窗時(shí)間進(jìn)行施工，避免對(duì)既有線運(yùn)營(yíng)造成不利影響[3]。

3.1.2 既有隧道斷面基礎(chǔ)上的隧道內(nèi)接觸網(wǎng)懸掛方案

1）代表性斷面接觸網(wǎng)懸掛方案

本次根據(jù)既有隧道現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和調(diào)查資料，選取隧道典型斷面如圖1所示，按機(jī)車裝載高度5 000 mm時(shí)的接觸網(wǎng)懸掛情況如下。

圖1 典型隧道斷面接觸網(wǎng)懸掛立面示意圖（單位：mm）

一是接觸網(wǎng)懸掛參數(shù)。接觸線高度≥5 380 mm；結(jié)構(gòu)高度≥280 mm；最短吊弦≥200 mm；接觸網(wǎng)帶電體距接地體距離≥300 mm。

二是接觸網(wǎng)固定情況。懸掛支撐處底座采用2×M20化學(xué)錨栓固定；定位支撐處底座采用2×M20化學(xué)錨栓固定；附加導(dǎo)線支撐處底座采用2×M16化學(xué)錨栓固定[4]。

2）接觸網(wǎng)懸掛方案分析

接觸網(wǎng)懸掛裝置須采用后植錨栓方式錨固于隧道頂或側(cè)壁，既有隧道內(nèi)接觸網(wǎng)錨固區(qū)處基材多為漿砌料石等非鋼筋混凝土或素混凝土結(jié)構(gòu)。結(jié)合接觸網(wǎng)懸掛荷載和振動(dòng)特性，若采用既有隧道進(jìn)行接觸網(wǎng)懸掛的錨固方案，需要對(duì)錨固區(qū)基材的可靠性進(jìn)行充分的論證或采用補(bǔ)強(qiáng)、加固等措施，以確保接觸網(wǎng)懸掛的安全、可靠性。

由于既有隧道斷面控制，接觸網(wǎng)懸掛方案中的參數(shù)采用了規(guī)范規(guī)定的最小困難值，對(duì)后期的施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)要求非常嚴(yán)格。

接觸網(wǎng)懸掛均按設(shè)置于列車裝載高度以上空間內(nèi)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中僅考慮列車裝載高度、受電弓包絡(luò)線及絕緣距離等基本要求。

本方案通過(guò)對(duì)隧道及接觸網(wǎng)懸掛方式研究，簡(jiǎn)易整治方案可以解決既有隧道電氣化要求，工程投資較省，但缺點(diǎn)是不能從根本上解決隧道襯砌強(qiáng)度，耐久性要求及施工作業(yè)零星等問(wèn)題。

3.2 施工便線下的隧道設(shè)計(jì)方案

西嶺隧道為淺埋隧道，采用隧道挑頂改造為路塹方案和襯砌加固方案雖然可以滿足隧道襯砌強(qiáng)度，耐久性要求，但是需要額外設(shè)置1.2 km施工便線工程，無(wú)形中增加了工程投資，一般僅在工點(diǎn)較少時(shí)的繁忙干線采用較為合理。

3.3 既有隧道地段改線方案

根據(jù)既有西嶺隧道地形及控制點(diǎn)情況，進(jìn)行改線方案研究（見(jiàn)圖2）。線路改建長(zhǎng)度2.419 km，新建新西嶺隧道1座，長(zhǎng)度890 m，改建工程估算投資約8 354萬(wàn)元。

圖2 西嶺隧道改建方案示意圖

改線方案能夠一勞永逸地解決既有隧道的病害、襯砌強(qiáng)度、耐久性及電氣化限界等問(wèn)題，但投資最高，此方案應(yīng)在比選其他方案后使用。

3.4 既有隧道電氣化改造推薦方案

鑒于利用既有隧道整治設(shè)計(jì)方案具有投資較低，能夠近遠(yuǎn)結(jié)合、較好地預(yù)留遠(yuǎn)期二線條件等優(yōu)點(diǎn)，雖隧道施工期間存在一定風(fēng)險(xiǎn)、組織困難，在做好風(fēng)險(xiǎn)管控和施工組織等管理工作下，推薦采用利用既有隧道電氣化改造方案。

4 結(jié)語(yǔ)

西嶺隧道是東北地區(qū)既有鐵路隧道的典型代表，年代久遠(yuǎn)，埋深淺，長(zhǎng)度短，通過(guò)對(duì)其改造方案的分析研究，可以得出以下結(jié)論。

1）既有隧道電氣化改造方案，必須以在保證施工、運(yùn)營(yíng)安全的前提下充分利用既有隧道的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，改造方案應(yīng)進(jìn)行多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后確定。

2）項(xiàng)目勘測(cè)階段應(yīng)收集既有隧道資料、大修及病害整治等過(guò)程資料，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察、量測(cè)、強(qiáng)度檢測(cè)及襯砌缺陷檢測(cè)等手段收集完整隧道信息，對(duì)現(xiàn)狀存在問(wèn)題進(jìn)行梳理，評(píng)估隧道現(xiàn)狀。

3）在充分了解隧道現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，綜合考慮施工過(guò)渡方案、施工風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)營(yíng)安全、改造方案效果等因素，確定隧道改建設(shè)計(jì)方案。

4）對(duì)于凈空可以滿足掛網(wǎng)要求的隧道，應(yīng)盡量采用利舊設(shè)計(jì)方案。對(duì)電氣化掛網(wǎng)有影響的隧道，嚴(yán)格制訂設(shè)計(jì)、施工方案，對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)和電氣化掛網(wǎng)等進(jìn)行整治處理，保留部分缺陷在運(yùn)營(yíng)期間加強(qiáng)觀測(cè)，結(jié)合日常檢修處理，降低工程投資。