切槽式换拱方法在隧道病害整治中的应用

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1、·　施工技术　·切槽式换拱方法在隧道病害整治中的应用倪宏伟,张俊儒(西南交通大学土木工程学院,四川成都610031)　　【摘　要】　成昆线耳足一号隧道全长270126m,由于山体滑坡,在K384+845131～K384+910131段约65m,拱顶大范围下沉侵入净空,严重影响了列车的正常行驶。文章论述在隧道整治中,采用切槽式换拱方法的施工组织方案,以及针对设计中的拱圈形状进行优化计算的方法。【关键词】　拱圈优化;　病害整治;　换拱+　　【中图分类号】　U45713　　　　　　　　　　　　【文献标识码】　B(4)待注浆凝固达到设计强度后,

2、对原衬砌进行切割凿1　工程概况除。切槽宽度为20cm,各槽之间的中心距为50cm。在进行　　成昆线耳足一号隧道位于成昆线下普雄车站至拉白车拱圈切割凿除时应遵循以下原则:①为防止相邻切槽施工时站区间,全长270126m,隧道中心里程K384+865144,隧道全拱圈内应力重分布导致的不利影响,应采取跳槽切割的方部位于圆曲线上。在K384+845131～K384+910131段,由于法;②在已切除原衬砌部位安设格栅钢架,并在拱脚处打设山体滑坡,拱顶大范围下沉侵入净空,严重影响了列车的正锁脚锚杆,然后进行混凝土灌注;③待相邻切槽的新灌混凝常行

3、驶。土达到设计强度后,再凿除切槽之间的混凝土进行更换,以达到换拱的目的。2　病害整治设计与施工(5)待所有拱圈更换完毕后,对既有线路进行恢复。211　换拱设计方案3　拱圈优化比拟由于耳足一号隧道多次受到山体滑坡的影响,衬砌严重侵入隧道净空。为保证施工的安全性,在满足隧道基本建筑311　拱圈的设计界限的前提下,适当缩小衬砌断面,使内轨顶面距拱顶的距新嵌拱圈设计中,在保离缩小到614m,接触网以简单悬挂方式悬挂。换拱方案为证内轨顶面距拱顶614m不凿除原拱圈混凝土40cm,新嵌入C20钢筋混凝土20cm。如变的情况下,对拱圈断面进此,一方面

4、加固拱圈,另一方面扩大了衬砌净空。行设计,为了使拱圈受力合图1新嵌拱圈拟合图212　切槽换拱施工方案理,拱圈由四段圆弧组成,呈(1)为确保列车的正常行驶,施工前首先对既有线路进左右对称分布,使圆弧r1和圆弧r2在交点处连接光滑连续,行整修及技术处理,同时获得一定的施工空间;这可以避免应力集中现象的发生,如图1所示。(2)在施工地段安装防护台车,保证过往列车的安全行驶;312　拱圈比拟(3)注浆加固围岩;结合隧道的实际,在保证隧道净空的情况下,对三种拱圈断面进行优化比拟,如图(2)所示。图2　三种拱圈拟合图比较313　新嵌拱圈承载力计算3

5、1311　计算模式选取[收稿日期]2004-01-17拱圈截面采用20cm×20cm;隧道最大埋深19m,按照[作者简介]倪宏伟(1978～),硕士生。四川建筑　第24卷3期　200416111·　施工技术　·《铁路隧道设计规范》(TB10003-2001)41114条应按浅埋隧31312　参数的选取3道设计;K384+845131～K384+910131段围岩级别Ⅴ级;隧围岩重度γ=20kN/m;围道围岩压力的确定,为安全计,视作用在隧道拱圈上的垂直岩计算摩擦角φ=40°;C20混3压力等于上覆岩层的全部重力,均匀分布时,垂直压力q凝

6、土重度·0=23kN/m;C20混(kPa)为:q=γ·h图3铰接模式和固凝土弹性模量Ec=26GPa;C20侧向水平压力e(kPa)为:e1=γ·h·λ;接模式计算简图混凝土极限抗压强度Ra=e2=γ·(h+hi)λ1515MPa;C20混凝土极限弯曲抗压强度Rw=1914MPa。231313　拱圈内力计算式中:λ=tan(45°-φ0/2);hi为拱圈高度,m;γ为围岩重度,kN/m3;h为隧道深度,指隧道顶至地面的距离,m;分别对图2所示三种形状的拱圈进行固接模式的受力φ0为围岩计算摩擦角。计算。把拱圈分为20个梁单元,采用巨型有

7、限元AN2拱脚可按铰接和固接两种模式进行计算,其计算简图如SYS516进行计算。三种形状的拱圈的弯矩和轴力分别如图图3所示。结合实际的施工情况,宜采用固接模式进行计算。4～9所示。　　图中可以比较三种拱圈形式的受力情况,计算得各截《铁路隧道设计规范》(TB10003-2001)111111条规定的安全面上全部为受压轴力,并且变化不大,各截面上得弯矩值系数210,需对原设计进行变更。考虑到增加衬砌厚度对原也较小。通过比较模式I的拱圈受力最合理,所用材料最始围岩的扰动过大,所以在保持原设计断面的情况下,采用少,达到了既经济,又合理的目的。增

8、大混凝土标号的办法,经验算C50混凝土其安全系数K=31314　拱圈截面的验算2103,这样既可以满足设计要求,又方便施工。对所选的固接模式I取三种不利截面进行验算,其计4　结　论算结果如表1所示。由于e≤