高速鐵路盾構(gòu)隧道管片預(yù)埋接觸網(wǎng)槽道方案探索

黃一寧

（中國鐵路南寧局集團(tuán)有限公司，高級工程師，廣西 南寧 530029）

1 引言

“交通強(qiáng)國、鐵路先行”，近年來中國高速鐵路蓬勃發(fā)展，面對城市復(fù)雜環(huán)境，很多高速鐵路在城區(qū)都采用盾構(gòu)隧道，襯砌采用預(yù)制管片安裝。與地鐵隧道全環(huán)預(yù)埋接觸網(wǎng)槽道不同，高速鐵路隧道由于斷面大、線纜集中落槽等原因，近年來通常采用后置錨栓法施工，如國內(nèi)已經(jīng)開通的京張高鐵八達(dá)嶺盾構(gòu)隧道。后置錨栓法具有定位準(zhǔn)、能大面積同步施工等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是接觸網(wǎng)穩(wěn)定性差和對隧道襯砌都會造成一定的破壞，耐久性和防火性較差，施工成本較高。本文以廣西南崇鐵路留村盾構(gòu)隧道為工程背景，對高速鐵路大斷面盾構(gòu)隧道管片預(yù)埋接觸網(wǎng)滑槽和定位安裝施工進(jìn)行探索。

圖1 隧道接觸網(wǎng)縱、橫斷面布置圖

2 工程概況

新建南崇鐵路留村隧道位于南寧市區(qū)，中間段采用盾構(gòu)施工，長度4 006 m，為單洞雙線隧道，線間距4.2m，設(shè)計(jì)時(shí)速160km。管片外徑12.4m，內(nèi)徑11.3m，隧道凈空8.01 m，每環(huán)管片采用6標(biāo)準(zhǔn)塊（A塊）+2相鄰塊（B塊）+1封頂塊（K塊）的組合形式，每環(huán)管片縱向長度約2 m。原設(shè)計(jì)接觸網(wǎng)槽道在拼裝好的管片上采用后置錨栓安裝，相同行車線路方向相鄰吊柱間距40 m；上、下行吊柱槽道錯(cuò)開設(shè)置，間隔1環(huán)管片，中心間距4 m。隧道接觸網(wǎng)縱、橫斷面布置如圖1所示。

3 盾構(gòu)隧道管片接觸網(wǎng)槽道預(yù)埋研究

3.1管片預(yù)埋槽道設(shè)計(jì)要求高速鐵路由于運(yùn)行速度快，安全要求高，必須保證接觸網(wǎng)槽道力學(xué)性能達(dá)到設(shè)計(jì)值，具有較高的可靠性和耐久性，預(yù)埋槽道能滿足上述要求，這就需要槽道必須與管片一體澆筑、一體成型，并且保證槽道在管片的位置偏移量符合標(biāo)準(zhǔn)。與地鐵小斷面隧道管片全環(huán)預(yù)埋不同，由于高速鐵路隧道四電管線集中落槽，為了節(jié)約投資，預(yù)埋槽道只需要在拱頂?shù)墓芷项A(yù)埋，這就要求該管片在安裝時(shí)能準(zhǔn)確定位在拱頂正中位置。

按照《高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10758-2018），管片預(yù)埋槽道偏差相關(guān)要求見表1。

表1 管片預(yù)埋槽道質(zhì)量控制表

3.2管片預(yù)埋槽道關(guān)鍵技術(shù)主要包括預(yù)埋槽道定位加固方法和預(yù)埋槽道管片真空度控制方法，具體要義及運(yùn)用簡述如下。

1）預(yù)埋槽道定位加固方法。圖2為管片預(yù)埋槽道加固示意圖。

圖2 管片預(yù)埋槽道加固示意圖

預(yù)埋槽道定位加固方法，不同于山嶺隧道現(xiàn)澆混凝土襯砌預(yù)埋槽道與主筋焊接的加固工藝，如果管片槽道與鋼筋籠焊接固定，在混凝土澆筑和振動(dòng)臺上振搗時(shí)會產(chǎn)生振動(dòng)，造成鋼筋籠和預(yù)埋槽道移動(dòng)，無法精準(zhǔn)定位，進(jìn)而影響預(yù)埋槽道定位準(zhǔn)確性。

為了解決槽道定位難題，在鋼筋籠就位前，按照設(shè)計(jì)位置提前在內(nèi)弧面模板上開孔套絲，安裝專用螺桿，放置槽道，將兩副槽道錨桿橫向用角鋼焊接成型，槽道相對位置按驗(yàn)標(biāo)要求進(jìn)行控制，進(jìn)行精確定位后鎖緊連接角鋼和模板之間的螺栓，使兩副槽道緊貼模板，脫模時(shí)塑料螺母靠吸盤外力拉扯滑絲完成脫模。

圖3 真空吸盤作業(yè)現(xiàn)場

2）預(yù)埋槽道管片真空度控制方法。本文重點(diǎn)介紹該方法在南崇鐵路留村隧道工程中的運(yùn)用。南崇留村隧道盾構(gòu)機(jī)S-1227，管片拼裝機(jī)采用真空吸盤式，根據(jù)真空吸盤工作原理，吸盤和管片間真空度達(dá)到85%時(shí)才能進(jìn)行管片拼裝。為了不改變既有盾構(gòu)機(jī)吸盤抓取管片工裝，下井前對預(yù)埋槽道的管片槽道縫隙進(jìn)行填充處理，經(jīng)過調(diào)查比選，采用中性硅酮玻璃膠或發(fā)泡劑等固化時(shí)間較長的中性材料，以保證金屬槽道不被腐蝕，且拼裝完后容易清理，盾構(gòu)機(jī)真空吸盤作業(yè)現(xiàn)場作業(yè)現(xiàn)場見圖3，管片預(yù)埋槽道內(nèi)填充情況見圖4，預(yù)埋槽道管片成品示意見圖5。

圖4 管片預(yù)埋槽道內(nèi)填充情況平面示意圖

圖5 預(yù)埋槽道管片成品圖

4 預(yù)埋槽道管片安裝施工

4.1管片安裝基本要求根據(jù)設(shè)計(jì)要求，拼裝中連續(xù)通縫管片不得超過2環(huán)。封頂塊先以不超過管片幅寬2/3的位置徑向推上，然后再縱向插入，管片成型允許誤差見表2。

表2 管片安裝允許誤差表

根據(jù)管片設(shè)計(jì)尺寸和拼裝位置要求，槽道可以在標(biāo)準(zhǔn)塊A1-A6、鄰接塊B1-B2上預(yù)埋，此前，需要設(shè)計(jì)明確每處接觸網(wǎng)槽道的具體里程，便于提前預(yù)制埋設(shè)槽道管片數(shù)量，并提前預(yù)估管片拼裝次序及封頂塊的位置。

4.2管片拼裝關(guān)鍵技術(shù)

1）管片拼裝基本步驟 具體如下：

（1）管片采用通用楔形環(huán)管片，安裝點(diǎn)位以滿足隧道線型為前提，重點(diǎn)考慮管片安裝后盾尾間隙要滿足下一掘進(jìn)循環(huán)限值，確保有足夠的盾尾間隙，以防盾尾直接接觸管片。管片安裝前根據(jù)盾尾間隙、推進(jìn)油缸行程選擇好擬安裝管片的點(diǎn)位。

（2）盾構(gòu)掘進(jìn)到預(yù)定長度，且擬安裝封頂塊位置的推進(jìn)油缸行程大于2.7 m時(shí)，盾構(gòu)機(jī)停止掘進(jìn)，進(jìn)行管片安裝。

（3）為保證管片安裝精度，管片安裝前需對安裝區(qū)進(jìn)行清理。

（4）管片安裝時(shí)必須從隧道底部開始，然后依次安裝相鄰塊，最后安裝封頂塊。每安裝一塊管片，立即將管片縱環(huán)向連接螺栓插入連接，并戴上螺帽用電動(dòng)扳手緊固。

（5）在安裝最后一片管片前，應(yīng)對防水密封條進(jìn)行涂抹黃油作潤滑處理，安裝時(shí)先徑向插入2/3，調(diào)整位置后緩慢縱向頂推，防止封頂塊頂入時(shí)搓壞防水密封條。

（6）管片塊安裝到位后，應(yīng)及時(shí)伸出相應(yīng)位置的推進(jìn)油缸頂緊管片，其頂推力應(yīng)大于穩(wěn)定管片所需力，然后方可移開管片安裝機(jī)。

（7）管片環(huán)脫離盾尾后要對管片連接螺栓進(jìn)行二次緊固。

（8）安裝管片時(shí)采取有效措施避免損壞防水密封條，并應(yīng)保證管片拼裝質(zhì)量，減少錯(cuò)臺，保證其密封止水效果。安裝管片后頂出推進(jìn)油缸，扭緊連接螺栓，保證防水密封條接縫緊密，防止由于相鄰兩片管片在盾構(gòu)推進(jìn)過程中發(fā)生錯(cuò)動(dòng)，防水密封條接縫增大和錯(cuò)動(dòng)，影響止水效果。

2）預(yù)埋槽道管片點(diǎn)位選擇要求。要根據(jù)盾構(gòu)機(jī)管片拼裝VMT導(dǎo)向系統(tǒng)管片自動(dòng)選型功能，留村隧道管片拼裝一共有24種組合模式，其中確保A1-A6塊、B1-B2塊在隧道拱頂正中心等組合形式有8種，分別為U02、U05、U08、U11、U14、U17、U20、U23，如圖6所示。

按照接觸網(wǎng)縱向布置圖和管片拼裝要求，相鄰的上、下行槽道中心間距4 m，因此每處接觸網(wǎng)吊柱位置范圍有3環(huán)管片，即上行槽道管片+間隔管片+下行槽道管片，既要滿足前后2環(huán)的預(yù)埋槽道管片在隧道拱頂正中心位置，又要滿足中間環(huán)能與前后兩環(huán)的結(jié)合形式符合拼裝要求，如圖7所示。為了確保到達(dá)設(shè)計(jì)安裝接觸網(wǎng)吊柱的里程之前需對盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)提前進(jìn)行調(diào)整，保證該里程段的3環(huán)滿足設(shè)計(jì)要求，若實(shí)在無法調(diào)整到位，接觸網(wǎng)吊柱安裝位置的設(shè)計(jì)里程誤差允許為1環(huán)。

同時(shí)為保證3環(huán)滿足設(shè)計(jì)要求，即上行槽道管片+間隔管片+下行槽道管片的3環(huán)組合，在圖6所示的8種組合并不是都能滿足要求，3環(huán)組合必須滿足管環(huán)選型矩陣。如圖8所示，例如只有出現(xiàn)U08-U06-U11，才能滿足3環(huán)組合，符合拼裝要求。

圖6 管片位于正上方時(shí)的拼裝位置圖

圖7 接觸網(wǎng)吊柱處管片拼裝要求示意圖

圖8 管環(huán)選型矩陣

3）管片拼裝提前預(yù)調(diào)關(guān)鍵技術(shù)。按照電氣化專業(yè)設(shè)計(jì)要求，同一行車方向接觸網(wǎng)槽道間距為40 m，管片環(huán)數(shù)20環(huán)，除了在計(jì)劃設(shè)置預(yù)埋槽道位置3環(huán)需要固定拼裝形式外，還要提前5環(huán)對盾構(gòu)姿態(tài)及盾構(gòu)盾尾間隙進(jìn)行控制，即每一檔距間有8環(huán)需要設(shè)定拼裝形式，以保證在設(shè)定位置選擇最合適點(diǎn)位進(jìn)行拼環(huán)，其余12環(huán)可以正常拼裝。

管片拼裝導(dǎo)向系統(tǒng)具有管片自動(dòng)選型功能，可根據(jù)當(dāng)前盾構(gòu)姿態(tài)及人工輸入盾尾間隙數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算最合適的管片選型，同時(shí)可對系統(tǒng)進(jìn)行人工干預(yù)，以保證在預(yù)埋槽道設(shè)定位置處選擇位置在正上方的點(diǎn)位。在實(shí)際操作中，人工通過系統(tǒng)預(yù)測進(jìn)行初步確認(rèn)，在接近設(shè)計(jì)安裝接觸網(wǎng)吊柱位置的第6環(huán)時(shí)，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)確認(rèn)和人工輔助確認(rèn)，確保管片位置準(zhǔn)確。

根據(jù)上述工藝，在南崇鐵路留村盾構(gòu)隧道中已成功安裝預(yù)埋槽道管片，相關(guān)尺寸標(biāo)準(zhǔn)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求?，F(xiàn)場安裝效果如圖9所示。

圖9 預(yù)埋槽道管片安裝現(xiàn)場圖

5 結(jié)論

綜合上述對高速鐵路盾構(gòu)隧道管片預(yù)埋接觸網(wǎng)槽道方案的分析，得出如下結(jié)論：

1）高速鐵路大斷面盾構(gòu)隧道非全環(huán)管片預(yù)埋槽道施工方法可行，可以利用既有盾構(gòu)設(shè)備完成預(yù)埋槽道管片的拼裝要求，目前南崇鐵路留村隧道已完成首件安裝，這在國內(nèi)尚屬首次。相對于后置錨栓法，預(yù)埋槽道施工方法具有較好的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，耐久性和可靠性較高，有益于高速鐵路運(yùn)營安全，并具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，比后置錨栓法節(jié)約成本30%。

2）為了確保預(yù)埋槽道滿足設(shè)計(jì)受力和尺寸偏差要求，需要對槽道安裝加固、模板進(jìn)行改進(jìn)，確保槽道安裝后尺寸偏差滿足規(guī)范。為了預(yù)埋槽道管片能安裝在隧道拱頂中心，利用盾構(gòu)VMT導(dǎo)向系統(tǒng)提前5環(huán)進(jìn)行線路擬合及糾偏。實(shí)踐證明，在滿足施工誤差和線路擬合誤差精度的前提下，宜盡量采用封頂塊（K塊）位于隧道中心線45°位置為宜。

3）后續(xù)工作中還要進(jìn)一步改進(jìn)槽道預(yù)埋工藝，完善相關(guān)工作流程和標(biāo)準(zhǔn)。