高鐵運(yùn)營(yíng)或即運(yùn)營(yíng)隧道缺陷整治洞內(nèi)材料設(shè)備運(yùn)輸方案研究

田玉兵

中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司

1 工程概況

某隧道進(jìn)口起始里程D5K234+720-D5K238+250，全長(zhǎng)3419.45m，其中明挖30m，Ⅲ級(jí)圍巖2180m，Ⅳ級(jí)圍巖1070m，Ⅴ級(jí)圍巖139.45m。

某隧道橫洞起始里程D5K238+250-D5K240+750，主洞洞身全長(zhǎng)2500m，Ⅲ級(jí)圍巖940m，Ⅳ級(jí)圍巖1560m。橫洞工區(qū)于隧道D5K239+225處線前進(jìn)方向右側(cè)設(shè)一橫洞，橫洞洞身長(zhǎng)593m，Ⅲ級(jí)圍巖21.29m，Ⅳ級(jí)圍巖490m，Ⅴ級(jí)圍巖73m，橫洞中線與隧道左線線路中線大里程方向平面夾角47°43'28"。地形起伏大，隧址位于中低山地貌，山體多為渾圓狀，高程415m～1000m，相對(duì)高差一般150m～585m，坡度一般10°～45°，地表水以河流為主，地下水以第四系松散砂卵礫石層為主，含水量豐富，可溶巖中的巖溶水及砂泥巖中的基巖裂隙水次之，其中巖溶水較為豐富，暗河、巖溶泉十分發(fā)育。大部分地表水對(duì)混凝土無(wú)侵蝕性，部分地段地表水及含煤層、石膏、巖鹽及鐵礦等地層中的地下水一般具有侵蝕性。

本隧道出口為另一標(biāo)段，正在施工，并且短時(shí)間內(nèi)無(wú)法施工完成，如果從出口進(jìn)出，兩標(biāo)段隊(duì)伍之間協(xié)調(diào)配合難度較大，距離較遠(yuǎn)（橫洞里程為D5K239+225 處，隧道出口里程為D5K242+938，橫洞距本隧道出口的長(zhǎng)度為3713m），進(jìn)材料和設(shè)備不方便，干擾大，不利于管理。

2 缺陷概況

由于工期緊，施工速度快，過(guò)程存在各種原因造成該隧道鋪完軌后，發(fā)現(xiàn)超欠挖、混凝振搗不密實(shí)、養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、襯砌背后空洞、保護(hù)層厚度不足、襯砌厚度不足、漏水、裂紋等，需要對(duì)本隧道進(jìn)行缺陷處理，通過(guò)各參與建單位，到現(xiàn)場(chǎng)踏勘，檢測(cè)，設(shè)計(jì)驗(yàn)算等手段，明確了缺陷整治措施方案，要求在一個(gè)月之內(nèi)完成。

3 設(shè)備及材料運(yùn)輸方案分析

3.1 方案一

采用地泵在隧道口泵送法施工。隧道進(jìn)口起始里程D5K234+720-D5K238+250，全長(zhǎng)3419.45m，泵送距較長(zhǎng)，泵管數(shù)量大，易堵管，施工速度慢，投入大，經(jīng)濟(jì)不合理，即使采用該方案泵管污水及管內(nèi)凝土的處理都是難點(diǎn)，工期緊，在進(jìn)度上會(huì)受到很大的制約。另外根據(jù)目前市場(chǎng)上常用60 或80 泵的參數(shù)表中可以看出，最大理論輸送距離為310m～1400m，根本滿足不了施工要求。

3.2 方案二

隧道的進(jìn)口混凝土運(yùn)輸，采用即將報(bào)廢的12方混凝土罐車改裝，在施工現(xiàn)場(chǎng)用吊車將改裝好的混凝土罐車安裝在鐵路主線軌道上，利用主線軌道進(jìn)行運(yùn)輸，改裝的混凝土罐車見(jiàn)圖1。

圖1

其他材料和工器具采用現(xiàn)場(chǎng)加工的軌道平板和牽引車連接，利用主線軌道的方式運(yùn)輸，平板車用20a工字鋼加工為平板車底座，面板用15mm的鋼板，主要用于洞內(nèi)所有材料的清運(yùn)，和施工設(shè)備的運(yùn)輸，混凝土運(yùn)輸車除外。改裝平板車見(jiàn)圖2所示。

圖2

3.3 方案三

隧道進(jìn)口里程為D5K234+720，橫洞里程為D5K239+225處，隧道出口里程為D5K242+938，即橫洞距隧道進(jìn)口線路長(zhǎng)度為4505m，橫洞距本隧道出口的長(zhǎng)度為3713m，隧道出口為另外一家施工單位施工，且正在施工，如果能從隧道出口進(jìn)材料和設(shè)備，兩標(biāo)段隊(duì)伍之間協(xié)調(diào)配合難度較大，并且距離較遠(yuǎn)，進(jìn)材料和設(shè)備也不方便，干擾大，不利于管理。

若進(jìn)口人員及材料設(shè)備撤出進(jìn)口，橫洞的施工人員及設(shè)備從進(jìn)口通入橫后，進(jìn)口設(shè)備再進(jìn)場(chǎng)，本隧道整改缺陷內(nèi)容較多，除處理超欠挖外，其他人員及設(shè)備已經(jīng)進(jìn)場(chǎng)，撤出進(jìn)洞口耗用時(shí)間較長(zhǎng)，增加各種費(fèi)用較多，從時(shí)間和經(jīng)濟(jì)上考慮都不理想。

圖3

通過(guò)以上情況進(jìn)行了認(rèn)真分析，明確只有利用已開(kāi)挖完成的橫洞才能才能滿足施工需要。橫洞總長(zhǎng)593m，斷面形式為曲墻式馬蹄形斷面，寬凈寬7.5m，凈高6.1m，橫洞作業(yè)空間小，不能將設(shè)備直接橫洞通過(guò)吊裝的方式安裝在主線鐵路的軌道上，經(jīng)過(guò)多方面的調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn)某機(jī)械生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)廠家有4方的小混凝土罐車，費(fèi)用低，通過(guò)和廠家的溝通可以單獨(dú)出售混凝土罐，將混凝土罐現(xiàn)場(chǎng)加工改裝，制作軌道平板小罐車，底座用20a工字鋼加工，將小罐車通過(guò)焊接的方式連接，在底座上增加軌道車輪，見(jiàn)圖3。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和研究，通過(guò)人工撬推的方式將設(shè)備就位。具體方案如下：為了保護(hù)主線鋼軌完好無(wú)損，采用10臺(tái)10T千斤頂，兩條24m的50鋼軌作為主要的就位設(shè)備和材料，每條架空鋼軌的正下方在鐵路主線的道床上橫向垂直安裝3臺(tái)千斤頂，架空鋼軌，使主線鋼軌頂面距架空鋼軌底面高差保持10cm 左右，防止架空鋼軌在重力作用下的變形，與主線鋼軌頂面接觸，損壞主線軌道頂面。撬推至罐車軌道車輪與主線軌道重疊時(shí)，停止撬堆，用4 臺(tái)10T 千斤頂將罐車底座四角各安裝1 臺(tái)，同時(shí)平行將罐車底座豎直方向頂高5cm，然后用人工將架空鋼軌取出，利用千斤頂平行卸落的方式，使罐車落在主線軌道上，拆除底座四角千斤頂，工序完畢，牽引車同樣采用此方法，不再介紹。為了考慮安全，通過(guò)詳細(xì)計(jì)算，千斤頂大小，在鋼軌作用點(diǎn)的間距等，牽引車與混凝土罐車分別為1.6T和3.5T，方案進(jìn)見(jiàn)圖4、圖5。

圖4

圖5

3.4 方案三承載力計(jì)算計(jì)算過(guò)程如下。

3.4.1 各工況承載計(jì)算

設(shè)計(jì)采用50型鋼軌，各力學(xué)參數(shù)為：

鋼軌搭設(shè)總長(zhǎng)度為4.3m，為兩跨，分別采用千斤頂當(dāng)做支撐。根據(jù)設(shè)備工作狀態(tài)，取三種特殊工況進(jìn)行計(jì)算，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器對(duì)三種工況分別求解。

（1）工況一：設(shè)備移動(dòng)至中間支點(diǎn)

（2）工況二：設(shè)備一個(gè)輪壓移動(dòng)至邊跨跨中

（3）工況三：設(shè)備移動(dòng)至邊跨跨中

3.4.2 各工況計(jì)算結(jié)果分析

各工況下受力計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1

根據(jù)各工況計(jì)算結(jié)果可知，最大支座反力值為30.68kN，最大剪力值為25.35kN，最大彎矩值為8.97 kN·m，最大位移值為1mm。

3.4.3 穩(wěn)定性計(jì)算分析

（1）彎曲強(qiáng)度計(jì)算分析。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知：

滿足強(qiáng)度要求！

（2）剪切強(qiáng)度計(jì)算分析。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，

滿足強(qiáng)度要求！

（3）千斤頂?shù)鬃炷潦軌毫︱?yàn)算。千斤頂?shù)鬃≈睆綖?0cm，千斤頂最大頂力取30.68kN，作用在混凝土上的壓力計(jì)算如下：

滿足強(qiáng)度要求！

通過(guò)計(jì)算證明完全滿足牽引車1.6t，加制作混凝體罐車3.5噸的活載要求，人工撬推方案可行。

3.4.4 方案確定與實(shí)施

通過(guò)對(duì)這個(gè)三個(gè)方案經(jīng)濟(jì)、技術(shù)進(jìn)行的分析，確定方案進(jìn)出口及橫洞方案采用如下：

（1）隧道進(jìn)口采用橫洞改裝的牽引車和制作罐車用吊裝的形式進(jìn)行安裝在主線軌道上，利用主線軌道進(jìn)行運(yùn)輸，即隧道進(jìn)口綜合了方案二和方案三。

（2）橫洞直接采用方案三，用6臺(tái)10T千斤頂，兩條24m的50鋼軌作為主要的就位設(shè)備和材料，每條架空鋼軌的正下方在鐵路主線的道床上橫向垂直安裝3 臺(tái)10T 千斤頂，架空鋼軌，使主線鋼軌頂面距架空鋼軌底面高差保持10cm左右，防止架空鋼軌在重力作用下的變形，與主線鋼軌頂面接觸，損壞主線軌道頂面。開(kāi)始撬推至罐車軌道車輪與主線軌道重疊時(shí)，停止撬堆，用4臺(tái)10T千斤頂將罐車底座四角各安裝1臺(tái)，同時(shí)平行將罐車底座豎直方向頂高5cm，然后用人工將架空鋼軌取出，利用千斤頂平行卸落的方式，使罐車落在主線軌道上，拆除底座四角千斤頂，工序完畢，牽引車同樣采用此方法，不再介紹。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)大隧道缺陷整治材料運(yùn)輸和設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)方案比選結(jié)論：（1）實(shí)踐證明方案三可行，并且適用于各種短、中、長(zhǎng)、特長(zhǎng)、有斜井或橫洞隧道，施工方便快捷，適用性強(qiáng)。（2）采用該方案三造價(jià)低，加工和改裝方便快，改裝的技術(shù)要求不高，在施工現(xiàn)場(chǎng)可以就地解決。（3）可操作性難度低，一般的施工班組，只要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)，就可以在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。（4）對(duì)今后遇到此類問(wèn)題提供參考，也可以大量推廣使用。