鐵路隧道內(nèi)接觸網(wǎng)預(yù)埋槽道的質(zhì)量問題及整治方案

鄧 剛

(中國鐵路總公司 工程質(zhì)量監(jiān)督管理局，北京 100844)

隨著我國電氣化鐵路建設(shè)發(fā)展，隧道內(nèi)接觸網(wǎng)埋設(shè)件的安裝方式、錨固材質(zhì)、施工質(zhì)量等對鐵路運(yùn)營安全影響越來越大[1]。隧道內(nèi)接觸網(wǎng)預(yù)埋槽道施工后，在四電施工時常發(fā)現(xiàn)預(yù)埋槽道存在大量的質(zhì)量問題，須經(jīng)過整治方能滿足接觸網(wǎng)設(shè)備安裝要求。

1 接觸網(wǎng)埋設(shè)件設(shè)置方式及應(yīng)用情況

1.1 接觸網(wǎng)埋設(shè)件設(shè)置方式

目前在建電氣化鐵路隧道內(nèi)接觸網(wǎng)埋設(shè)件設(shè)置主要有預(yù)埋槽道、后植化學(xué)錨栓2種方式。

預(yù)埋槽道根據(jù)設(shè)計提供的幾何尺寸和受力條件在襯砌施工時一起完成，與隧道襯砌形成整體結(jié)構(gòu)，保證接觸網(wǎng)的受力及振動安全。工藝相對簡單、質(zhì)量可靠，可調(diào)整設(shè)備安裝位置，使用壽命長，運(yùn)營后易于維護(hù)調(diào)整，但是造價高，且增加了工程接口，易出現(xiàn)銜接問題，如出現(xiàn)預(yù)埋位置或型號錯誤、偏差超標(biāo)等問題。

后植化學(xué)錨栓與預(yù)埋槽道相比造價低，一般由接觸網(wǎng)專業(yè)人員施工。后植化學(xué)錨栓施工工藝復(fù)雜，施工質(zhì)量控制難度大，在隧道二次襯砌澆筑完成后施工，對二次襯砌混凝土、鋼筋存在破壞和沖突問題，耐久性、安全可靠性相對較差[2]。同時不便于接觸網(wǎng)設(shè)備安裝調(diào)整，運(yùn)營部門反映化學(xué)錨栓易出現(xiàn)松脫問題。

1.2 應(yīng)用情況

目前國內(nèi)客運(yùn)專線鐵路隧道內(nèi)普遍采用預(yù)埋槽道，普速鐵路和既有電氣化鐵路隧道較多采用化學(xué)錨栓。據(jù)統(tǒng)計:在建鐵路45%以上采用了預(yù)埋槽道，55%采用了化學(xué)錨栓，其中客運(yùn)專線鐵路83%采用了預(yù)埋槽道；正在設(shè)計中的鐵路78%采用預(yù)埋槽道，22%采用化學(xué)錨栓，其中客運(yùn)專線鐵路全部采用預(yù)埋槽道。

在TB 10009—2016《鐵路電力牽引供電設(shè)計規(guī)范》[3]中要求“隧道內(nèi)安裝基礎(chǔ)宜采用安全、可靠、耐受動荷載、防火、經(jīng)濟(jì)、便于調(diào)整和接地的預(yù)埋結(jié)構(gòu)”。隨著對鐵路工程質(zhì)量和運(yùn)營安全的要求越來越高，綜合預(yù)埋槽道、后植化學(xué)錨栓二者優(yōu)劣以及運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，新建電氣化鐵路隧道埋設(shè)件將優(yōu)先選用預(yù)埋槽道。

2 預(yù)埋槽道質(zhì)量問題及原因分析

2.1 質(zhì)量問題的分布

在高速鐵路建設(shè)初期，隧道內(nèi)預(yù)埋槽道施工工藝不成熟，報廢比例達(dá)30%左右。隨著近年來施工工藝的不斷改進(jìn)，預(yù)埋槽道合格率達(dá)到90%以上。以在建昌贛鐵路為例，隧道內(nèi)預(yù)埋槽道共計7287處，有問題594處，合格率92%。預(yù)埋槽道質(zhì)量問題類型及所占比例分別是間距超標(biāo)(28%)、槽道與施工縫距離不滿足設(shè)計要求(8%)、槽道偏斜(8%)、位置錯誤(11%)、型號錯誤(4%)、槽道嵌入深度超標(biāo)(12%)、槽道被混凝土覆蓋(23%)和槽道遺漏(6%)。有些問題還是系統(tǒng)性的，如部分隧道槽道與二次襯砌施工縫距離連續(xù)不滿足設(shè)計要求；有的隧道因設(shè)計不同步，導(dǎo)致區(qū)段性未預(yù)埋槽道。

2.2 質(zhì)量問題產(chǎn)生的原因

1)接口工程管理不到位。

預(yù)埋槽道作為隧道與四電接口工程，容易被忽視，工程技術(shù)管理不到位。槽道安裝人員對技術(shù)要求不清楚，技術(shù)培訓(xùn)不到位，對預(yù)埋槽道的安裝精度及用途沒有掌握，對預(yù)埋槽道不合格的危害認(rèn)識不足。

常見問題：未按設(shè)計位置預(yù)埋槽道；槽道漏埋；槽道的型號與設(shè)計不符；槽道在隧道左右方向錯誤；槽道與隧道二次襯砌施工縫距離不滿足要求等。

2)預(yù)埋槽道施工工藝不成熟，操作空間小，施工精度要求高。

預(yù)埋槽道需要使用新技術(shù)。隧道二次襯砌澆筑時預(yù)埋槽道施工工藝不成熟，與襯砌施工未能有效結(jié)合。預(yù)埋槽道定位時需與二次襯砌鋼筋連接固定并與綜合接地系統(tǒng)可靠焊接。由于襯砌臺車與襯砌鋼筋網(wǎng)之間的間隙狹小，安裝操作不便，造成槽道定位不準(zhǔn)、不牢固、接地焊接質(zhì)量差，二次襯砌澆筑時槽道發(fā)生移位、偏斜等。加之預(yù)埋槽道施工精度要求高，施工允許偏差小，如預(yù)埋槽道組2根槽道平行間距偏差不能超過±5 mm，垂直度偏差不能超過5‰L(L為槽道長度)[4-5]。接觸網(wǎng)設(shè)備安裝可調(diào)整范圍在10 mm以內(nèi)，一旦預(yù)埋超標(biāo)就需要整改。

常見問題：預(yù)埋槽道組2根槽道平行間距偏差超標(biāo)，產(chǎn)生喇叭口或鼓肚現(xiàn)象；單根槽道傾斜度超標(biāo),T形螺栓受力不均；槽道偏斜；接觸網(wǎng)補(bǔ)償下錨裝置用槽道不水平；槽道與隧道中心線垂直度超標(biāo)；槽道嵌入隧道襯砌深度超標(biāo)；槽道未與綜合接地系統(tǒng)連接等[6-7]。

3)隧道二次襯砌施工不規(guī)范，造成槽道無法使用。

常見問題：預(yù)埋槽道處隧道二次襯砌混凝土質(zhì)量差，混凝土不密實(shí)、背后形成空洞造成槽道承載力不足；槽道本體、鍍鋅層受外力損壞；槽道被混凝土覆蓋無法安裝T形螺栓。

4)設(shè)計原因。

預(yù)埋槽道設(shè)計滯后，施工圖紙?zhí)峁┑貌患皶r；專業(yè)之間溝通不到位，隧道專業(yè)人員設(shè)計的預(yù)埋槽道位置里程、型號與接觸網(wǎng)專業(yè)人員后期安裝設(shè)備時實(shí)際要求不符。

常見問題：隧道區(qū)段性未預(yù)埋槽道；預(yù)埋槽道位置與接觸網(wǎng)懸掛位置不一致，造成預(yù)埋槽道廢棄。

2.3 預(yù)埋槽道質(zhì)量問題的危害

前述問題造成后續(xù)接觸網(wǎng)設(shè)備無法安裝，無論采用改變接觸網(wǎng)吊柱底板還是采用后置槽道及其他整治方案都造成經(jīng)濟(jì)損失和工期延遲，即使整治仍然會留下缺陷和隱患。 改變接觸網(wǎng)吊柱底板會造成零部件不統(tǒng)一；后置槽道工程造價大于預(yù)埋槽道，且需后植大量化學(xué)錨栓，對隧道二次襯砌造成破壞；預(yù)埋槽道的整治施工在工程后期進(jìn)行，交叉施工難度大；后置槽道在耐久性、防腐性能、安全性等方面均不能達(dá)到預(yù)埋槽道的性能，且運(yùn)營后維護(hù)難度大。

3 預(yù)埋槽道質(zhì)量問題預(yù)防措施和整治方案

3.1 預(yù)防措施

1)同步設(shè)計和施工

隧道內(nèi)預(yù)埋槽道應(yīng)與主體工程同步設(shè)計、同步施工，加強(qiáng)隧道專業(yè)與接觸網(wǎng)專業(yè)之間溝通協(xié)調(diào)，滿足工程進(jìn)度和接口需求。

2)加強(qiáng)接口工程技術(shù)管理

嚴(yán)格技術(shù)交底，編制詳細(xì)的槽道預(yù)埋作業(yè)指導(dǎo)書，施工人員對安裝技術(shù)和精度要求應(yīng)準(zhǔn)確掌握。根據(jù)不同隧道對每組槽道按編號明確槽道類型、安裝方向、里程等進(jìn)行技術(shù)交底，說明槽道的用途及安裝技術(shù)要求。

3)槽道二次定位

槽道二次定位的施工流程：

①槽道與臺車安裝定位前的準(zhǔn)備工作。先選定槽道類型，然后利用模具把槽道組焊接成一體，焊接環(huán)向接地鋼筋。檢查槽道外觀、槽道內(nèi)發(fā)泡填充物的完整狀態(tài)。在臺車模板上開定位孔，根據(jù)槽道類型、里程、安裝方向、二次襯砌臺車長度等確定開孔的位置、尺寸和數(shù)量。

②第一次定位。二次襯砌臺車移動到準(zhǔn)備澆筑段，按照模板開孔位置將槽道組定位在隧道二次襯砌鋼筋網(wǎng)上設(shè)計位置，并與鋼筋網(wǎng)焊接固定，槽道接地線與二次襯砌環(huán)向接地鋼筋焊接。

③第二次定位。移動臺車退出澆筑段，綁扎、調(diào)整二次襯砌鋼筋。二次襯砌臺車再次就位，頂升模板到設(shè)計位置,T形螺栓穿過模板與槽道連接到一起，擰緊螺母保證槽道與臺車背面密貼[8]。

④二次襯砌澆筑和養(yǎng)護(hù)，拆模時將T形螺栓先松開再拆除，防止臺車移動拉壞槽道。

⑤脫模后，清理槽道表面附著的砂漿，封閉槽道表面便于二次襯砌混凝土養(yǎng)護(hù)。檢查槽道位置誤差并記錄。

3.2 整治方案

基于隧道內(nèi)預(yù)埋槽道的安全可靠性能，預(yù)埋槽道質(zhì)量問題整治原則是在不影響隧道結(jié)構(gòu)安全的前提下盡量利用預(yù)埋槽道。整治的具體方案:

1)改變接觸網(wǎng)吊柱底板

隧道內(nèi)預(yù)埋槽道平行間距與原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)相比，若尺寸偏差在-70～+70 mm，考慮到槽道本體機(jī)械性能滿足原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，通過設(shè)計檢算后改變接觸網(wǎng)吊柱底板為特殊吊柱底板，對底板尺寸、開孔大小進(jìn)行調(diào)整，充分利用預(yù)埋槽道。特殊吊柱底板采用長孔并進(jìn)行加強(qiáng)，加筋板厚度12 mm。隧道內(nèi)接觸網(wǎng)腕臂用特殊吊柱底板有2種尺寸,分別適用于槽道間距330～410，390～470 mm 2種工況。適用于槽道間距330～410 mm 特殊吊柱底板示意如圖1，其他類型吊柱底板可參照腕臂用特殊吊柱底板進(jìn)行改造，在工程中應(yīng)用時可調(diào)整吊柱底板的尺寸分檔。

圖1 適用于槽道間距330～410 mm的特殊吊柱底板 (單位：mm)

2)后置槽道

因槽道未按設(shè)計位置預(yù)埋致使偏差超標(biāo)、型號與設(shè)計不符、槽道在隧道左右方向錯誤、槽道扭曲、間距嚴(yán)重超標(biāo)、槽道與隧道二次襯砌施工縫距離不滿足設(shè)計要求等原因造成預(yù)埋槽道無法利用時，經(jīng)設(shè)計單位根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀檢算后可采用后置槽道，如圖2所示。

圖2 后置槽道示意

具體要求如下：

①技術(shù)要求

后置槽道采用適用于裂縫混凝土的定型化學(xué)錨栓固定[9]，經(jīng)受力計算錨栓規(guī)格為M16，錨固深度為145 mm，外露螺紋應(yīng)滿足設(shè)備安裝要求,配備雙螺母單墊圈。在條件困難的情況下可采用薄螺母,且應(yīng)符合GB/T 6172.1—2016《六角薄螺母》[10]要求。采用螺紋鎖固劑防松?；瘜W(xué)錨栓各項性能應(yīng)符合規(guī)范和設(shè)計要求，隧道后置槽道本體各項技術(shù)性能應(yīng)符合預(yù)埋槽道標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計要求。槽道安裝前應(yīng)檢查鍍鋅層、錨桿外封是否完好，焊接質(zhì)量是否符合要求[11]。

后置槽道接地分2種情況：對于因遺漏而新增的后置槽道，接地采用鋁絞線就近與接觸網(wǎng)PW線或回流線、綜合接地端子連接，用化學(xué)錨栓及地線卡在拱頂按要求將鋁絞線固定牢靠。鋁絞線兩端預(yù)壓接線鼻子，與槽道上安裝固定件的T形螺栓副螺帽連接。對于槽道已預(yù)埋需整改的后置槽道，采用鋁絞線與已接地的預(yù)埋槽道連接。鋁絞線固定及其與槽道的連接方式同上。

②拉拔檢測

所有后植化學(xué)錨栓施工完成后，逐個進(jìn)行抗拉拔、抗剪切檢測，結(jié)果應(yīng)滿足設(shè)計要求。

③其他要求

螺桿外露長度不超過鋼板和槽鋼總厚度。施工應(yīng)避開施工縫及變形縫，嚴(yán)禁破壞止水帶、防水板等防水結(jié)構(gòu)；同時鉆孔時應(yīng)避開主筋，防止破壞結(jié)構(gòu)。

在后植化學(xué)錨栓施工前，應(yīng)對實(shí)施段隧道二次襯砌進(jìn)行檢測，避開裂紋、空洞、漏水等區(qū)段，確保實(shí)施段隧道二次襯砌的厚度、強(qiáng)度等滿足設(shè)計要求。

3)拆除二次襯砌重新預(yù)埋槽道

針對預(yù)留槽道處隧道二次襯砌混凝土質(zhì)量差，混凝土不密實(shí)、背后形成空洞，以及槽道漏埋的區(qū)段，可拆除二次襯砌重新預(yù)埋槽道。預(yù)埋槽道按照原設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

具體步驟如下:

①拆除二次襯砌

根據(jù)確定的缺陷區(qū)段環(huán)向、縱向處理范圍，拆除拱墻二次襯砌，合理選擇一次拆換段落長度(一般不宜大于6 m)，采用機(jī)械切割或小型破碎錘等小型減振機(jī)械，避免隧道支護(hù)擾動過大。整個過程要加強(qiáng)監(jiān)控量測，必要時加設(shè)臨時支撐。

②設(shè)置鋼筋

環(huán)向主筋采用螺紋鋼筋，內(nèi)外雙排設(shè)置，植筋深度不小于30 cm。植筋后將同一環(huán)鋼筋綁扎搭接接長，縱向鋼筋及箍筋按要求連接。

③重新預(yù)埋槽道，澆筑二次襯砌混凝土

施工中確保鋼筋保護(hù)層厚度和混凝土澆筑密實(shí)。二次襯砌按要求預(yù)留注漿孔，注漿孔采用φ42 mm厚3.5 mm熱軋無縫鋼管。待混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，通過預(yù)留注漿孔壓注水泥漿。注漿完畢后，注漿孔采用速凝水泥封孔。

在實(shí)際應(yīng)用時，拆除二次襯砌對隧道影響較大，工期長、成本高且增加了隧道的安全質(zhì)量風(fēng)險，除因隧道二次襯砌本體存在質(zhì)量問題外，還應(yīng)慎重采用該措施。

4)其他整治措施

對于槽道被混凝土覆蓋及槽道嵌入隧道襯砌深度超標(biāo)問題，經(jīng)設(shè)計確認(rèn)后可采取鑿除混凝土覆蓋層、打磨隧道保護(hù)層等方法。如果混凝土覆蓋厚度和槽道嵌入隧道襯砌深度嚴(yán)重超標(biāo)，仍需后置槽道。

4 結(jié)語

在隧道預(yù)埋槽道施工環(huán)節(jié)，采取同步設(shè)計和施工、加強(qiáng)接口工程技術(shù)管理、槽道二次定位預(yù)防措施，加強(qiáng)預(yù)埋槽道施工質(zhì)量控制，有效提高了隧道內(nèi)預(yù)埋槽道合格率，減少了后續(xù)整治工作。

對于隧道預(yù)埋槽道施工后的質(zhì)量問題，在盡量利用預(yù)埋槽道的原則下，根據(jù)實(shí)際情況在工程中可采用改變接觸網(wǎng)吊柱底板、后置槽道、拆除隧道二次襯砌重新預(yù)埋槽道等整治方案。整治方案實(shí)施前，仍需經(jīng)過設(shè)計方確認(rèn)，以滿足隧道結(jié)構(gòu)、接觸網(wǎng)設(shè)備安裝要求。