鐵路隧道應急搶修主要戰術技術指標研究

劉均紅（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600）

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鐵路隧道應急搶修主要戰術技術指標研究

劉均紅
（中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京102600）

摘 要：根據災害情況下鐵路隧道的破壞形式，提出應急搶修的總體方向為搶修方法研究和搶修器材研制，基本目標為搶修方法體現“快速、安全”和搶修器材體現“機械化、便捷性”。按照主要戰術技術指標的擬定依據，分別從搶修器材運輸到洞身破壞搶修，從線路標準到搶通行車限速等相應指標給出了合理的建議，以期為鐵路隧道應急搶修技術研究提供一些參考。

關鍵詞：鐵路隧道；應急搶修；戰術指標；技術指標

伴隨著大規模鐵路建設，截至2013年底，我國已有運營鐵路隧道11 074座，總長8 939km；在建鐵路隧道4 206座，長度為7 795km；已納入規劃的鐵路隧道4 600座，長度約1．06萬km。我國已成為世界上擁有鐵路隧道最多的國家［1－2］。作為交通運輸的重要設施，無論何種形式的因災破壞，都會大大降低鐵路隧道的使用功能，嚴重威脅鐵路安全運營，給人民安全和國家經濟帶來巨大挑戰和損失。由于搶修條件限制，搶修任務艱巨，當前對于鐵路隧道應急搶修技術的研究迫在眉睫。依托中國鐵路總公司科技研究開發計劃項目《長大及大規模隧道群的防災救援技術——鐵路隧道應急搶修技術深化研究》成果，對鐵路隧道應急搶修的主要戰術技術指標條件的擬定予以論述。

1　隧道破壞形式

根據隧道破壞的主要影響因素，并結合對當前鐵路隧道發生災害情況的調研分析，按照對其造成破壞的不同部位，將破壞形式分為洞口破壞、洞身破壞、洞內軌道及附屬構筑物破壞、長大隧道洞內通風設施破壞和防、排水及防火系統破壞五種。由于前兩種破壞往往是最常見最嚴重的，也是引起后三種破壞的直接原因，因此本文著重介紹洞口破壞和洞身破壞這兩種結構性破壞［3－5］，應急搶修主要戰術技術指標的擬定也是建立在這兩種主要破壞形式之上。

1．1洞口破壞

隧道洞口暴露于地表，目標明顯，易于遭受攻擊，是隧道安全問題中最薄弱的環節［6］。另外，由于受圍巖約束作用較小，一般淺埋、偏壓，以Ⅳ級～Ⅵ級圍巖居多，遭受諸如地震、泥石流、滑坡等自然災害時，也是最容易出現事故的地方。洞口破壞形式主要表現為：洞門端墻或擋翼墻開裂、滲水，截排水溝變形，邊仰坡垮塌、洞門部分或全部被掩埋，明洞工程坍塌等。

1．2洞身破壞

通常情況下，隧道洞身埋深大，遭受襲擊可能性小，即便遇到攻擊，破壞程度也不會太嚴重。根據一些關于自然災害尤其是地震對隧道影響的研究和相關實例表明：當埋深H＞50m時，隨著圍巖土體約束作用的顯著增強，隧道受震害影響明顯偏小［7－8］。因此，研究認為，若H＞50m，隧道洞身破壞表現為拱頂或邊墻局部破損；若H≤50m時，則表現為塌穿型坍塌破壞。

2 應急搶修的總體方向和基本目標

2．1總體方向

鑒于目前國內鐵路隧道施工仍以礦山法為主，針對隧道工程的技術創新和改進也主要立足于鉆爆法，以機械設備配套和信息化施工為重點展開。因此，結合我國基本國情，從搶險救援的角度考慮，鐵路隧道應急搶修的總體方向主要表現在搶修方法研究和搶修器材研制兩個方面，按照“先通后善、先簡后固、調配過渡、逐步恢復”的原則，以隧道初期支護為主要承載結構，充分利用先進的搶修方法和制式搶修器材達到快速通車的目的。

2．2基本目標

在應對突發災害致使運營鐵路隧道坍塌的快速處理中，傳統搶修技術原始落后，不僅機械化程度較低，多利用就便器材，而且性能差、功能單一。多種小型機械各自為戰，受作業面空間局限，且不說安全得不到保障，防止二次坍塌措施不到位，同時還造成搶修現場混亂，大大制約了搶修施工的進度和安全性，更無法保證應急通車。因此，鐵路隧道應急搶修在搶修方法研究上不僅要體現在“質量”上，更要體現出“快速”和“安全”；搶修器材研制上不僅要體現在“就便”上，更要體現出“機械化”和“便捷性”等方面——這是應急搶修技術研究的基本目標。

3　主要戰術技術指標擬定依據［9］

3．1主要戰術指標擬定依據

3．1．1機動性

鐵路隧道搶修以軌道運輸為主，符合鐵路裝載限界的要求，適宜于鐵路車輛（平板和敞車）的裝運；同時考慮必不可少的公路運輸（公路運輸采用經濟靈活的裝運形式）。根據裝運車輛特點，搶修時可選用拖載和車載兩種方式。

拖載運輸受到道路通過能力較差的限制，加上鐵路隧道所處獨特的地理位置特征，應急搶修采用拖載運輸可能性較小。而車載運輸具有行走快速、機動靈活、轉換方便的優點，可利用既有軌道行進，應該作為應急搶修器材運輸的主要形式。但是車載運輸對器材尺寸、重量有嚴格要求，搶修器材必須部件種類少，同類部件之間有良好的互換性，且能適應多次拆、裝、運和重復使用；部件的最大外形尺寸和最大重量要有所限制，統籌兼顧，既要考慮重量輕，也要考慮拼組方便。

3．1．2快速性

應急搶修秉承以初期支護為主要承載結構的理念，搶修方法研究中的“快速性”思路貫穿于器材運輸和拼組架設兩種工作之中，而需要拼組架設的不僅有搶修施工操作平臺，還有明洞（棚洞）工程及洞身鋼拱架支護等等。

拼組架設的速度受多種因素制約，如操作人員熟練程度、構件尺寸及重量、連接及緊固方式、操作空間限制等。應急搶修器材研制要求在總體構思、部件規劃、結構構造、連接方式、安裝方法等方面皆需考慮快速性的要求。搶修器材本身要輕便、結構簡單，易于識別，既要考慮可以使用配套工具安裝完成，也可以用人力簡單拼裝作業。

3．1．3成套性

為便于搶修器材的管理、儲備、及時供應以及籌措、拆裝、重復使用等要求，設計搶修器材時，對其配套的合理性以及倉儲的利用率等因素要綜合考慮，要成套研制、成套生產、成套裝備。

3．1．4多用途性

多用途性是搶修器材成熟、發展的重要原因之一。搶修器材不僅要能用于鐵路隧道，同樣能用于公路隧道；不僅能用于應急搶修，也能用于施工搶險和病害整治。

3．1．5經濟性

作為搶修方法和搶修器材方案比選時的重要參考指標，經濟性不僅體現在造價低廉上，還表現在用于突發事件的應急搶修、恢復交通所產生的潛在社會效益以及多次重復使用和用途廣泛所帶來的經濟效益。

3．1．6生產的適應性

搶修器材選用的原材料材質、品種和規格需要考慮市場供求關系影響，盡量減少品種種類，降低訂貨困難的風險，同時滿足合理設計要求，不至造成浪費，以保證器材能按時成批投產。

3．2主要技術指標擬定依據

3．2．1行進方式

在隧道洞口破壞、洞身發生塌穿型塌方的情況下，軌道完好，搶修施工臺車和搶修器材可以通過既有軌道運輸行進。

3．2．2搶修限界

鐵路隧道時速標準不同，斷面型式各異，加之復雜的工程地質條件因素影響，隧道襯砌結構類型也千差萬別。利用單一形式的搶修器材去適應不同地層、不同時速標準和不同斷面型式隧道的搶修施工是不現實的，但是無論哪種搶修器材的研制，其最大形體尺寸都必須滿足不超過單線直線地段隧道搶修限界的要求，如圖1所示。

3．2．3地質環境

無論何種形式的災害，其對鐵路隧道造成的破壞都會引起圍巖應力的重分布，破壞的巖土體均視為松散體，在搶修方法研究和搶修器材研制上將其按照Ⅵ級圍巖地層考慮，按照《鐵路隧道設計規范》（TB 10003—2005），Ⅵ級圍巖地層參數為：重度γ，16kN／m3；計算內摩擦角φg，35°；土柱兩側摩擦角θ，14°（取0．4φg）；基床系數K，100MPa／m。根據前述搶修原則，為應急通車，暫不考慮不良地質條件和環境水的影響。

圖1　鐵路隧道單線直線地段搶修建筑限界示意圖（單位：mm）

4 主要戰術技術指標建議

4．1主要戰術指標建議

4．1．1器材運輸

搶修器材裝運，以鐵路有軌運輸為主，從接到搶修通知開始，器材由儲備庫裝車，8h內運至就近鐵路車站，并8h內完成卸車、倒裝到汽（拖）車上，運到發生破壞的隧道洞口。

4．1．2場地平整

根據隧道洞口前方路基破壞情況，確保8h內完成場地平整，保證搶修施工臺車順利行進。

4．1．3拼組架設

搶修器材的拼組架設（包括臨時風、水、電的接通以及裝渣機械、混凝土、水泥攪拌輸送裝置的安裝）控制在12h以內，其中搶修施工臺車的拼組力爭在6h內完成。

4．1．4洞口破壞搶修

根據洞口坍塌范圍大小和塌方數量，洞口清方和邊仰坡防護工作爭取在48h內完成，棚洞安裝速度按1．5h／環考慮。

4．1．5洞身破壞搶修（以破壞連續長度50m計）

（1）洞身局部破損搶修：邊墻加固、拱圈補強控制在48h內完成。

（2）洞身嚴重塌方搶修（考慮進出口同時搶修）：按照搶修施工步序，從設備到達破壞掌子面開始，完成洞身坍塌地段總時長控制在120h以內。其中：坍塌后方懸而未塌襯砌結構臨時支撐、注漿加固和影響施工襯砌結構的切割用時12h；坍塌掌子面封閉和坍腔回填用時12h；坍渣超前支護持續30h；坍渣破碎、開挖和運輸按36h計；按照礦山法施工隧道中型鋼架拼裝速度為1．5h／環，混凝土噴射及其他爭取在8h內完成。

4．2主要技術指標建議

（1）線路標準：1 435mm標準軌距，單線鐵路直線段。

（2）限界要求：搶修長期使用的隧道，凈空需符合《標準軌距鐵路建筑限界》（GB146．2—83）隧限－1、隧限－2規定；搶修只供應急通車使用的隧道，最小凈空應滿足搶修建筑限界規定。

（3）軌道情況：隧道內軌道完好。

（4）牽引類型：搶通后盡量電力牽引，若無可能則改為內燃或蒸汽牽引。

（5）隧道埋深：認為H＞50m時，破壞表現為洞身拱頂或邊墻局部破損；H≤50m時，破壞表現為洞身塌穿型坍塌破壞。

（6）列車限速：搶通后行車通過速度按45km／h考慮。

5　結束語

受到外部條件的不確定性以及自身類型的多樣性等因素約束，鐵路隧道應急搶修具有橋梁、線路和站場等其他三類鐵路工程無法比擬的復雜性，而制定統一的搶修方法和研制多功能搶修器材顯得困難重重。當前國內關于鐵路隧道應急搶修專門研究工作幾乎空白，其主要戰術技術指標的擬定將直接影響到搶修方法和搶修器材最終可能達到的水平，文中提到的一些建議，冀望于對鐵路隧道的應急搶修提供一定的參考。

參考文獻

［1］張民慶，張梅，肖廣智等．淺析歐洲隧道修建技術［J］．現代隧道技術，2013（1）：8－15

［2］劉均紅．戰時鐵路隧道快速搶修技術初探［J］．國防交通工程與技術，2014（6）：21－24

［3］張鴻彥．鐵路保障［M］．北京：解放軍出版社，1996：264－277

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［9］黃植初．試論應急鋼橋的技戰術和經濟特性［J］．國防交通工程與技術，2003（1）：4－6

Research on the Main Tactical and Technical Indexes of the Rush－Repair of Railway Tunnels

Liu Junhong
（China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co．Ltd．，Beijing 102600，China）

Abstract：According to the damage forms of railway tunnels in natural disasters，the general orientation of rush－repair is put forward in the paper，which includes the research into rush－repair methods and the development of rush－repair materials and equipment．The basic objectives of the rush－repair must be embodied in the"quickness and security"of the rush－repair methods and the mechanization of and the convenience in the rush－repair materials and equipment．In the light of the main tactical and technical indexes，some reasonable suggestions on the transportation of rush－repair equipment，the rush－repair of the tunnel bodies，the line standards，the speed limits for rush－repair and some other indexes are put forward．It is expected that the present paper may serve as a useful reference for the technical study of the rush－repair of railway tunnels．

Key words：railway tunnel；emergency repair；tactical index；technical index

作者簡介：劉均紅（1981—），男，工程師，主要從事隧道與地下工程研究設計工作 765082073＠qq．com

基金項目：中國鐵路總公司科技研究開發計劃項目（2013G012）

收稿日期：2015－11－23

中圖分類號：U457

文獻標識碼：A

文章編號：1672－3953（2016）01－0012－05

DOI：10．13219／j．gjgyat．2016．01．003