合福鐵路客運專線五城隧道群棄渣場設計

李元昌，蹤敬良

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢430063)

合福鐵路客運專線五城隧道群棄渣場設計

李元昌，蹤敬良

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北武漢430063)

合肥至福州鐵路客運專線設計時速為350 km，在安徽省黃山市休寧縣五城鎮段主要以隧道形式通過，受地形條件限制，該區域無合適棄渣場地。五城隧道群采用五城鎮既有河道作為隧道棄渣場地，并為占用的河道新建泄水洞引水，在棄渣河道上恢復既有道路，并對泄水洞及渣場采取了防沖墩、消能池、河底防護墩等安全防護措施。所采取的棄渣場方案及配套措施不僅降低了工程造價，提高了棄渣效率與工程施工的便捷性，而且減少了對自然環境的破壞，對類似工程有一定的借鑒作用。

合福鐵路 棄渣河道 泄水洞 道路改移

1 工程概況

新建合肥至福州鐵路客運專線設計時速350 km，是溝通華中與華南地區的一條大能力客運通道。鐵路經過安徽省黃山市休寧縣五城鎮，五城鎮為低山丘陵區，地勢起伏較大，植被發育，山間河道呈狹長型，常年有水。受地形和線路曲線半徑的限制，合福鐵路主要以隧道形式通過此地。該段縱斷面見圖1。

圖1 合福鐵路通過五城鎮段線路縱斷面示意

該段需堆放小尖山隧道出口段(約1.9 km)、茶口亭隧道(937 m)、五紅村隧道(157 m)及五城隧道進口端(約2 km)的棄渣，約有110萬m3，棄渣量巨大;而此區域山坡陡峻，河道狹長，無適合的山洼處理隧道棄渣。若采用傳統棄渣堆砌方案，將占用大量的農田及土地，造成大量的資源浪費及環境破壞，同時運距的加大也增加了工程造價，不夠經濟。為了盡量保護鐵路附近的自然環境，減少對附近居民的干擾，并且控制運距，降低工程造價，設計采用既有河道作為棄渣場，新建泄水洞引水，在既有河道中進行集中棄渣的方案。

該段表層為粉質黏土，灰黃色，硬塑，厚約為0～1.5 m;下覆千枚狀粉砂巖，灰色，強風化～弱風化，變余粉砂質結構，千枚狀構造，巖質較軟，節理較發育，巖體較破碎～完整，隧道洞身主要穿越弱風化千枚巖，未見斷層等大型地質構造。地震動峰值加速度＜0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35 s。該段工程地質條件單一，且屬抗震有利地段，為泄水洞及棄渣河道的建設創造了有利條件。

2 棄渣河道及泄水洞設計概述

棄渣河道和泄水洞位于巷坑村與五紅村之間，棄渣河道利用線路右側河道，長約960 m。新建泄水洞位于棄渣河道與合福鐵路之間，長約230 m。此河道旁有鄉村瀝青道路，路面寬約4 m左右。其平面位置關系如圖2所示。

設計需要解決的問題有:①既有鄉村道路的改移與恢復;②泄水洞設計及流量計算;③棄渣場安全防護及泄水洞洞口安全防護。

圖2 鐵路、泄水洞及棄渣河道平面位置示意

2.1 既有河道旁鄉村道路的改移與恢復

在河道中棄渣，占用了既有鄉村道路，設計考慮在泄水洞洞口設置矩形結構，道路在矩形結構上面通過，從渣頂修建一條同規格道路對原有道路進行改移，道路寬4 m，人字坡，上、下坡坡度均為5.5%，使渣場前后道路平順銜接。棄渣河道及道路斷面設計如圖3所示。

圖3 棄渣河道斷面設計(單位:m)

2.2 泄水洞設計及流量計算

泄水洞按照百年流量進行計算，結構的凈空設計應結合洞內的過水能力，同時考慮洞口端塊石、上游漂浮物對泄水洞的影響和出口的消能處理。

泄水洞洞口頂面需滿足車輛通行，采用明挖法施工，結構形式為箱形;洞身采用礦山法施工，最大埋深91 m，結構形式為復合式襯砌。

2.2.1 泄水洞縱斷面設計

泄水洞地面坡度為－8%，為控制水流速度，路面每20 m設置一臺階，底面采用C20混凝土鋪砌調坡，坡度為－1.5%。其設計如圖4所示。

圖4 泄水洞縱坡度設計(單位:m)

2.2.2 泄水洞橫斷面流量計算

1)洞口流量計算

泄水洞洞口采用矩形結構斷面，如圖5所示。

圖5 泄水洞洞口矩形結構設計(單位:cm)

對于上游漂浮物的影響，設計考慮內凈空高度比設計水位高1.5 m。本泄水洞為無壓結構，可按明渠均勻流計算。

計算得A=37.56 m2，X=17.17 m，i=0.015，n= 0.014，由謝才公式，可得Q=554.14 m3/s。

2)洞身段流量計算

洞身段建筑內輪廓設計如圖6所示。

圖6 泄水洞洞身內輪廓設計(單位:cm)

3)流量校核

河道區域匯水面積約13.094 km2，根據區域水文特征，經綜合計算分析得出河道百年一遇洪峰流量為209.6 m3/s。

設計考慮一定的預留，根據相關要求擬定為設計流量＞河道流量的1.4倍。

取較小的洞身段流量:Q=314.77 m3/s＞209.6 ×1.4=293.44 m3/s，故洞口及洞身段設計凈空均滿足流量要求。

2.3 棄渣河道安全防護及泄水洞洞口安全防護

2.3.1 棄渣河道安全防護

由于本工程采用既有河道作為棄渣場地，并新建泄水洞引水，棄渣擋墻除了應具有常規的擋土作用外，還應與泄水洞洞口的防護相結合，并考慮結構的耐久性以及水流對擋墻的影響。設計擬定措施如下:

1)棄渣河道采用C30鋼筋混凝土防沖墩護腳(兼作棄渣擋墻)，防沖墩基底埋深不小于2.0 m，基底換填0.5 m的碎石墊層。防沖墩施工前應完成地基處理，基底承載力不小于250 kPa。防沖墩設計如圖7所示。

圖7 防沖墩設計(單位:cm;高程單位:m)

2)防護墩迎水面采用鋼筋籠塊石碼砌，以降低水流對防護墩的影響。

3)河水具侵蝕性，制作防沖墩時添加抗侵蝕外加劑，根據河水化驗結果選用水泥，保證結構的耐久性。

2.3.2 泄水洞進口防護

在距離進口約50 m處在河道底部橫向設置一道防護墩，防護墩上設置1.5 m高SNS被動防護網，以攔截較大的石塊、雜質等。泄水洞進口防護如圖8所示。河底防護墩設計如圖9所示。

圖8 泄水洞進口防護設計

圖9 河底防護墩設計

2.3.3 泄水洞出口防護

為降低出口急流對河床的沖刷，對泄水洞出口下游采用消能的方式處理，以使下泄急流迅速變為緩流。設計采用鋼筋混凝土下降式消能池，沿河道下挖2 m，消能池范圍沿河道不小于50 m。泄水洞出口防護如圖10所示。

圖10 泄水洞出口防護設計

2.3.4 極端氣候應對

根據相關規范和要求，設計流量按百年一遇考慮，對于極端氣候條件，設計考慮利用渣頂道路排水。

3 結論

隧道棄渣場選址、設計應根據區域的地形、地質、環境條件綜合確定，盡量減少對環境的破壞，在缺少傳統的棄渣場地的情況下，設計人員應充分發揮自身主觀能動性，擴大選址范圍。

目前棄渣場及泄水洞已經完成施工。通過采取改移棄渣河道、恢復道路、新建泄水洞等措施，不僅降低了工程造價，提高了棄渣效率與工程施工的便捷性，而且有效減少了對自然環境的破壞，取得了良好的社會效益與經濟效益，對類似的工程有一定的借鑒意義。

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(責任審編葛全紅)

U452.1

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.06.23

1003-1995(2015)06-0088-04

2014-12-10;

2015-03-20

李元昌(1982—)，男，四川成都人，工程師。