淺析高鐵穿越古長城區段減震技術研究

唐貞鋒

摘要：本文主要依托新建蘭新鐵路第二雙線工程，分析探討高速鐵路穿越古長城區段的文物保護技術與隧道內軌道減震技術。通過對高鐵軌道結構減震設計及隧道施工期的減震控制兩方面組合進行減震控制，取得較好效果，滿足設計目標及文物保護要求，為同類工程提供參考。

Abstract： This paper mainly relies on the second double-line project of the newly-built Lanxin Railway， analyzes and discusses the cultural relic protection technology of the high-speed railway crossing the ancient Great Wall section and the tunnel internal damping technology. Through the combination of the shock absorption design of the high-speed rail structure and the damping control during the tunnel construction period， the vibration control is achieved， and the better results are achieved， which meets the design goals and cultural relic protection requirements， and provides reference for similar projects.

關鍵詞：高速鐵路;減震;文物保護

Key words： high-speed railway;shock absorption;cultural relic protection

中圖分類號：U45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）35-0154-02

0? 引言

隨著我國高速鐵路的快速發展，高鐵建設對沿線環境的影響日趨增大，環境問題也日益受到重視，尤其對臨近鐵路的文物保護不僅受到社會的廣泛關注，而且對鐵路施工建設單位也提出了更高的要求。但目前尚無成熟成套的技術以適應對文物的保護要求，尤其我國減振型無砟軌道主要運用于城市地鐵項目比較多，高速鐵路領域軌道結構采取減振措施的工程實例并不多見。

新建蘭新鐵路第二雙線工程，在甘青標段內與嘉峪關古長城相交，并在清嘉高速公路北側下穿穿越嘉峪關段長城（如圖1所示）。為避免對此段古長城的震動破壞，且滿足高速列車行車安全性與舒適性，本文主要是通過對比研究，選用科學合理的減振型無砟軌道系統以及行之有效的施工工藝工法等綜合技術，為同類工程建設施工提供成熟的減振經驗，提高高速鐵路的環境效益和社會效益。

1? 減震方案

鑒于以前在新建蘭新鐵路第二雙線附近的清嘉高速公路穿越嘉峪關古長城所造成的古文物破壞經驗教訓，在本項工程中減震技術引起高度重視，經大量的調研分析模擬，采取分級減振措施，主要從運營期的軌道結構減震控制及施工期的施工減震控制兩方面進行減震控制。

2? 軌道結構減振控制技術

減振型無砟軌道有扣件減振、道床減振（即道床浮置板系統）等方式，均是利用軌道結構形成的質量和彈簧體系逐漸衰減對行車過程中產生的振動作用。各種減振方式的不同主要是體現在參振質量的大小不同以及彈簧剛度的不同。

2.1 扣件減振

一般的非減振型無砟軌道系統主要是靠扣件提供彈性，而軌道結構就相對簡單，只需注重扣件安裝即可，施工便捷，工程造價較低。相反，其缺點是參振質量相對較小，減振效果一般。另外因鋼軌下沉量增大，所受彎矩增大，鋼軌受力增加，并且在高速領域尚缺少實踐經驗。

2.2 橡膠浮置板減震

就是利用橡膠的彈性，將其設置在軌道結構下作為彈性墊層的減震體系（如圖2所示）。可分別在軌道板（或道床板）下或底座下鋪設橡膠墊層。此種減震技術可以不改變軌道結構的基本型式，既可場內預制施工也可現場現澆施工，減振效果可達到10dB以上。相反，其缺點是對橡膠材料耐久性要求高，造價略高，且更換麻煩。

2.3 鋼彈簧浮置板減震

就是利用鋼彈簧的彈性，將其設置在軌道結構下作為彈性支座。其優點一是系統固有頻率低（5-8Hz），隔振效果好，可達 25dB以上;二是彈簧隔振器耐久性好，設計壽命 50 年以上;三是檢修或更換彈簧相對比較方便。其缺點一是更適用于單層現澆式道床結構，用于預制板式道床較厚， 軌道結構較高，目前的隧道斷面難以滿足要求;二是鋼彈簧造價高。

通過上述分析可以看出：①扣件減振方案，軌道結構簡單，更換方便，成本較小，但減振效果有限（約為 5～10dB）;②橡膠浮置板結構減振效果較好（10dB以上），但橡膠產品的耐久性和更換方案成為技術關鍵，此外相對扣件減振方案造價略高;③鋼彈簧浮置板結構減振效果好（20dB以上），耐久性好，更換彈簧相對比較方便，但更適用于單層現澆道床板結構，目前僅在城市軌道交通中運用， 屬于專利產品，造價最高。綜合上述各種減振方案的優缺點，研究后得出結論：橡膠浮置板減振方案效果較好，且造價居中，推薦采用。

3? 施工減震控制技術

3.1 減震方案比選

①橋梁方案。由于該段古長城平均高度為2-3m，因此最初設計方案為橋梁跨越，后經與文物部門溝通，認為橋梁上跨方案對古長城及其周邊景觀影響較大，一旦付諸實施，則長城第一墩——長城第二墩之間勢必無法相望，戈壁大漠與蜿蜒長城交相呼應的景觀將不復存在，國家文物局不予批準，此方案不可行。

②隧道方案。基于隧道穿越長城時可以采用大剛度的預支護體系保護下進行暗挖施工，能有效減小城墻沉降和變形，考慮采用工法成熟的管幕法作為加固長城城墻的施工支護體系，經綜合研究和比選，此方案可行。

③隧道支護框構與剛構結構方案比選。框構結構由底板、邊墻、頂板組成，突出的優點是整體受力，上部載荷可以均勻傳遞至下側土體。但結合本工程實際，采用現澆門式鋼筋混凝土剛構的結構設計，可有效使其列車荷載直接作用于土體，列車振動通過道床傳向下方土體，從而減小對城墻土體的振動影響。最終確定為采用現澆門式剛構結構方案，門式剛構采用挖孔樁作為基礎。

④隧道襯砌支護施工方案。隧道進出口段設計采用明挖施工，下穿古城墻及既有鐵路段采用暗挖施工，隧道暗洞設計按噴錨構筑法技術要求設計，采用復合式襯砌，初期支護采用噴錨支護。其中，在洞口明挖段結合環保、美觀及緩解空氣動力效應等因素設置明洞與路基工程邊坡協調統一，洞口臨時邊仰坡防護采用噴錨網防護，永久邊坡采用骨架護坡防護。在洞身下古長城墻段，采用隧道暗挖通過，洞身采用管幕超前預支護并，增加對長城城址段地表進行注漿預加固，采用雙側壁導坑法施工，掌子面（橫撐以上）采用玻璃纖錨桿并噴混凝土封閉加固。

3.2 減震施工技術

①隧道減震開挖支護方案。在長城兩側6.5m處，順長城方向設計并施做挖孔B樁及其冠梁，冠梁上頂進Φ800鋼管，B樁外側打3排Φ159鋼管，形成管幕，在管幕下暗挖隧道，在隧道內挖A樁及施做A樁承臺，承臺上現澆剛構。另在長城兩側施做挖孔C樁及其冠梁與錨索聯合使用，起加固城墻及擋土作用。（如圖3所示）

②減震施工門形支撐結構側墻。在距城墻6.5m處順城墻方向施做支撐、擋土挖孔B樁（每側4根￠1.2m），完成后澆筑樁頂冠梁，在洞口兩側形成四柱支撐的門形支撐結構。

③減震施工門形支撐結構上部鋼管頂進。在B樁冠梁頂設計頂進￠800mm鋼管22根，并彼此鎖扣連接。采用機械頂進人工挖土配合，頂進期間控制挖土量，保證吃土頂進，嚴禁超挖。鋼管頂進完成后，兩端封堵，一側設灌注孔，一側設排氣孔，鋼管內灌注C35微膨脹混凝土。

④減震管幕施工。隧道門形支撐結構施工完成后，B樁外側插打3排Φ159鋼管，形成管幕，并在管幕下暗挖隧道。

⑤錨索加固施工。在長城兩側B樁外側施做挖孔C樁及其冠梁完成后，搭設鉆孔平臺采用潛孔鉆機進行鉆孔施工，跟管安裝預應力錨索，自由段鋼絞線用PVC軟管套住，以避免錨固體與鋼絞線粘接。經高壓風清孔后安裝止漿塞，采用二次注漿工藝進行注漿施工。

⑥隧道暗挖減震施工。在鋼管管幕形成后，采用人機配合暗挖長城下土方，并實時進行監控量測工作，分析掌握鋼管幕以及洞內土體、地表變形情況，及時調整開挖進尺及方法，保證長城穩定。

⑦沉降觀測。在長城土體兩側分別預埋4個沉降觀測樁進行監測，施工期間每天時時監測。要求沉降值每天控制在2mm以內，累計沉降量不大于20mm。

4? 結束語

本文通過分析研究了蘭新第二雙線下穿嘉峪關長城地段隧道內軌道結構減振技術以及隧道施工期間減振技術，分別進行了軌道減震結構的設計比選、隧道施工方案的比選與控制，取得較好效果。①通過施工期間對長城進行的連續沉降監測（設計要求沉降值控制在2mm以內，累計沉降量不大于20mm），在整個施工過程中，長城未出現新的裂縫，在施工期間地表累計沉降在18mm以內，對明長城文物穩定未產生影響。②通過嘉峪關市文物局在高鐵開通后一季度、二季度及三季度監測數據與本工程開工前數據對比分析，結果顯示：工程施工及高鐵運行期間均未對臨近古長城段產生任何不良影響。③高速鐵路減振道床應用經驗較少，建議線路運營期繼續跟蹤觀測減振型無砟軌道的使用狀態，必要時可開展相應道床減振技術。

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