王飛

（西安公路研究院 陜西西安 710065）

0 引言

鐵路是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在國計(jì)民生中發(fā)揮了重要的作用。鐵路既有線在穿越地形復(fù)雜，地質(zhì)結(jié)構(gòu)多變，河流環(huán)繞，峽谷陡峭的山區(qū)時勢必會存在橋隧相連且隧道口仰坡高陡的情況。受限于當(dāng)時的修建條件，隧道口高陡的坡面未能得到有效的防護(hù)，隨著鐵路使用時間的不斷增長，坡面逐漸風(fēng)化，極易造成崩塌落石，危及行車安全。如何確保鐵路線運(yùn)輸安全就成了工程師們爭相關(guān)注的焦點(diǎn)[1-2]。本文將依托工程實(shí)踐分析新型棚洞在既有線橋隧相連隧道仰坡病害整治中的應(yīng)用與發(fā)展。

1 工程概況

朔黃鐵路是我國目前投資與建設(shè)規(guī)模最大的并一次性建成雙線電氣化的一條合資鐵路，在全國路網(wǎng)中占有重要地位。特別是對加快沿線地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展、保證華東、東南沿海地區(qū)能源供應(yīng)、擴(kuò)大我國煤炭出口能力具有極其重要的戰(zhàn)略意義。但朔黃鐵路因當(dāng)時修建條件限制，大部分橋隧相連隧道仰坡高陡，且未能得到有效的防護(hù)，存在崩塌落石危及行車安全的可能。

依托工程將對朔黃鐵路上行K150+099寺鋪尖隧道入口山體崩塌落石病害進(jìn)行整治。鋪尖隧道進(jìn)口仰坡山體高約150m，坡體后緣陡直，具有產(chǎn)生崩塌、落石的危險。寺鋪尖隧道仰坡如圖1所示。

2 地質(zhì)災(zāi)害特征

區(qū)內(nèi)山體陡峭，K150+099處為寺鋪尖隧道進(jìn)口，進(jìn)口仰坡山體基巖裸露，下部自然坡度40°～60°，上部為陡崖呈直立狀，巖體表層極破碎，部分地段可見受差異風(fēng)化作用形成巖腔懸空，局部危巖體已脫離母巖，在降雨及地震等因素的誘發(fā)下極易發(fā)生崩塌落石災(zāi)害，對行車安全造成嚴(yán)重威脅。

圖1 寺鋪尖隧道仰坡

3 既有防護(hù)措施

目前寺鋪尖隧道進(jìn)口暫無任何防護(hù)措施。

4 整治方案

針對寺鋪尖隧道入口處病害情況，從安全性及經(jīng)濟(jì)性角度綜合考慮擬定在寺鋪尖隧道入口K150+099向小里程施做20m棚洞。

方案一為接長普通混凝土棚洞，方案二為接長柔性鋼棚洞。以下是對普通混凝土棚洞和柔性鋼棚洞方案技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的介紹：

4.1 普通混凝土棚洞技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）防落石原理：通過砂礫石或土體墊層材料吸收落石能量。

（2）施工方法：上部結(jié)構(gòu)采用混凝土現(xiàn)澆施工；下部基礎(chǔ)采用高樁承臺基礎(chǔ)。

（3）結(jié)構(gòu)耐久性：普通混凝土棚洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限級別為一級，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限按100年設(shè)計(jì)。

4.2 柔性鋼棚洞技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

（1）防落石原理：柔性鋼棚洞由金屬網(wǎng)和鋼架組成，鋼架固定在地基上，金屬網(wǎng)位于鋼架的外側(cè)與地基相連，在落實(shí)沖擊作用下，產(chǎn)生較大的變形，吸收大量的沖擊能量。

（2）施工方法：上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制件拼裝施工；下部基礎(chǔ)采用雙柱墩+地系梁形式，雙樁雙柱。

（3）結(jié)構(gòu)耐久性：柔性鋼棚洞的各個部件經(jīng)過防腐處理后，最高防腐年限可達(dá)50年。

柔性鋼棚洞效果圖如圖2所示。

圖2 柔性鋼棚洞效果

5 方案比選

5.1 結(jié)構(gòu)受力性能

柔性鋼棚洞主要依靠鋼絞線的變形來吸收能量且鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部組織比較均勻，具有較好的韌性和塑性，一般不會因?yàn)榕既换蚓植砍d而突然斷裂破壞，對動態(tài)荷載的適應(yīng)性較強(qiáng)，為結(jié)構(gòu)的安全提供了充分的保證。普通混凝土棚洞要通過砂礫石或土體墊層材料吸收能量，效果不太理想。

5.2 施工因素

柔性鋼棚洞施工過程中可現(xiàn)場加工，構(gòu)件現(xiàn)場拼裝、施工方便、施工周期短，施工期間基本不影響列車的正常運(yùn)行。普通混凝土棚洞需現(xiàn)澆施工，施工困難，受天窗點(diǎn)影響施工工期長，施工期間列車需限速行駛。對于橋隧相連的情況普通混凝土棚洞施工會更加困難。

5.3 建設(shè)投資

柔性鋼棚洞上部結(jié)構(gòu)采用鋼、網(wǎng)結(jié)構(gòu)，螺栓連接，結(jié)構(gòu)輕巧，可有效減小下部結(jié)構(gòu)的體量，減少建設(shè)成本。普通混凝土棚洞上部結(jié)構(gòu)自重過大導(dǎo)致下部結(jié)構(gòu)體量巨大，增加了不少建設(shè)成本。

5.4 維修成本

已建成的柔性鋼結(jié)構(gòu)也易于拆卸、加固、改造或回收利用，大大降低了運(yùn)營期間的維修成本。普通混凝土棚洞不易維修。

5.5 采光通風(fēng)

柔性鋼棚洞為非封閉式結(jié)構(gòu)，增加了棚洞的采光度，減少運(yùn)營時采光以及通風(fēng)的成本。普通混凝土棚洞為封閉結(jié)構(gòu)無上述優(yōu)點(diǎn)。

5.6 耐久性

柔性鋼棚洞最高防腐年限可達(dá)50年，耐久性較差。普通混凝土棚洞為100年，耐久性更佳。

為了更加清晰的對比兩種明、棚洞的優(yōu)缺點(diǎn)，將兩種明、棚洞的優(yōu)缺點(diǎn)列于表1。

表1 方案優(yōu)缺點(diǎn)比選

6 推薦方案

經(jīng)過對兩種方案的受力性能、施工難度及工期、建設(shè)投資、維修成本、采光通風(fēng)、使用壽命及美觀程度對比研究看出，方案二有更多優(yōu)點(diǎn)，故對本工點(diǎn)的病害治理推薦方案二。

7 結(jié)論

（1）對比普通混凝土棚洞柔性鋼棚洞具有受力性能更好、施工難度低、工期短、建設(shè)投資少、維修成本小、采光通風(fēng)好且更美觀的優(yōu)點(diǎn)。

（2）柔性鋼棚洞也存在鋼結(jié)構(gòu)耐久性較差的問題。但其拆卸維修比較容易，問題可以得到很好的解決。

（3）對于橋隧相連的隧道洞口，綜合考慮施工難度和自身體量問題，推薦在以后的病害整治過程中首選新建柔性鋼棚洞。