鐵路專用線設計方案優化

林 治

(中國石化潤滑油有限公司合成油脂分公司，重慶 400039)

1 項目概況

為某項目配套需新建一條鐵路專用線，其位于重慶市伏牛溪火車站重慶端既有線路左側，線路右側緊鄰長江，場地內有鄉村公路通過，擬建專用線場地交通極為方便；場所附近村莊民舍密布。鐵路區域屬長江岸邊的高階地侵蝕、剝蝕地貌，地面高程183.81～234.61 m，最大高差約50.8 m，植被較發育，坡面多辟為旱地；溝槽較為平坦開闊，溝槽大部為水田、魚塘，專用線靠近現有生產區域為人工回填強夯施工場地。專用線行走線右側設盡頭式固體貨物裝卸線1條(潤1)，有效長度351 m，設貨物站臺1座(168×155×1.05 m)，一次可滿足12輛車裝卸作業。鐵路專用線走行線與固體貨物裝卸線間設渡線連通，尾部作機車折返線(潤5)，有效長度50 m，走行線作存車線(潤Ⅱ)有效長度246 m，新鋪軌1 925 m。專用線設計運量44.24×104t/a，其中到達28.24×104t/a，發送16×104t/a。專用線出岔后以R-300反向曲線向西南方向延伸入新廠區，鐵路專用線全長0.702 km。專用線走行線左側設盡頭式液體罐車卸車線2條(潤3、潤4)，有效長度293 m，間距6 m，中間設棧橋一座，每條線一次可卸罐車12輛(表1)。

表1 鐵路專用線主要技術指標[1]

2 原設計施工面臨的難題

由于我公司新建鐵路專用線與現有伏牛溪火車站正線之間被山坡地貌阻擋，接軌前必須對現有山體放坡開挖。按原設計思路施工存在如下難題。

2.1 土石方開挖量大

根據地勘資料顯示，阻擋我公司鐵路區域與正線接軌處山體系第四系沖積層卵石土、基巖為侏羅系沙溪廟地層，各地層巖性分述如下：

卵石土：黃色，稍濕～濕，中密，主要由砂、卵石及少量黏土組成，卵石含量約占60 %，泥砂含量約占40 %。卵石主要成份為花崗巖、石英巖、輝長巖及閃長巖等。磨圓度較好，呈亞圓～圓形，粒徑一般為10～150 mm，厚2～24 m不等，該層在場地分布較廣，屬Ⅲ級硬土，屬B級填料。

粉質黏土：淺黃色、灰褐色等，硬塑，夾少量細砂，一般分布基巖面上或卵石層中，呈透鏡狀產出，厚0～3 m，屬II級普通土。屬D級填料。

泥巖夾砂巖：紫紅色泥巖夾中薄層的紫紅色、灰白色砂巖地層。泥巖強風化層風化節理較發育,風化程度較高,巖芯較破碎,巖芯風化呈碎塊狀、餅狀和少量短柱狀，石質較軟，強度較低；該層厚度一般在1.0～2.0 m間；該層屬IV級土，D級填料；泥巖弱風化層巖體較完整，強度較高，在場地均有分布，該層IV級土，C級填料。

專用線設計高程為198.4 m，而原始山體最高處高程為234.61 m，山體平均高差約20 m，土石方開挖約30.8×104m3，填方約12×104m3，圬工1.5×104m3。

2.2 邊坡治理成本高

土石方開挖后形成的高邊坡必須采用砼格構錨固山體進行治理，否則邊坡垮塌會危急專用線行車安全。邊坡越高治理難度越大，費用越高。即便在對邊坡進行錨固加固處理后，遇雨季仍會有表面浮土滑落，雖不會危及行車安全但必須派專人對邊坡進行維護。

2.3 其它不利因素

為了滿足規范要求，在山體開挖過程中必須分三級進行放坡，放坡頂線已超出現有園區征地范圍，坡頂還有民房兩戶，需新租用土地并對民房進行搬遷安置。經與當地村民溝通，新租用土地合同每年一簽，這無疑為今后鐵路正常營運帶來非常大的經濟隱患。

3 修建明洞

3.1 方案提出

經過反復商討并與設計院進行交流，我們提出在鐵路場站接原有成渝正線間新建一條鋼筋混凝土棚洞的想法，經設計院論證方案可行。

3.1.1 新增棚洞后主要優點

(1)由于棚洞所建區域處主要為石方區，因此放坡系數小，土石方開挖量相應減少。

(2)棚洞建好后其表面形成回填平臺，可消化主平面施工時產生的大量土石方。

(3)棚洞表面回填后降低了原有邊坡高度，開挖前只需對原邊坡進行臨時噴漿護而不需做錨固加固。

(4)所有施工范圍均可控制在原有征地紅線內，無需新租用土地及搬遷現有民房。

3.1.2 新增棚洞后主要缺點

(1)工程直接費用增加約1 200萬元。

(2)由于棚洞施工工藝復雜，增加了施工難度，工期相應延長約半年時間。

3.2 棚洞(隧道)主要參數

根據現有地形條件我們按照明挖法進行施工，當混凝土棚洞施工完成并達到設計強度后回填土石方形成暗隧的施工方法。該隧道經成都鐵路局命名為伏牛溪隧道。隧道位于成渝既有線左側，進口里程為D1K0+126，出口里程為D1K0+320，中心里程D1K0+223，全長194 m，最大埋深14 m，結構采用明洞形式。地下水化學侵蝕類型為CO2侵蝕，環境作用等級為H1型，隧道縱坡為平坡。隧道最大設計行車時速120 km/h，按次重型軌道和鋪設區間有縫線路設計。襯砌結構設計使用年限級別為一級，設計使用年限為100 a。

3.3 明洞修建的施工控制要點

(1)根據隧道開挖區域的地質特點，結合專用線所處位置以及附近民房距離較近等因素綜合考慮，對隧道采用機械明挖法施工。為了確保開挖過程中的安全，首先對既有高邊坡進行混凝土噴錨加固處理。邊坡及馬道均用C20細石混凝土(100 mm厚)噴錨加固。當開挖深度達到隧道主體部分后發現地質情況較好，中風化分界限以下采用1∶0.25放坡開挖至仰拱底面。

(2)建筑限界最高處10 m，腳手架采用φ48.3×3.6鋼管扣件式滿堂支架系統。正洞襯砌段頂模、邊模均采用定制襯砌模板。側墻及拱面安設對拉螺栓，縱橫向間距500 mm梅花型布置，且用斜撐撐穩頂板用100 mm×100 mm方木，縱橫向頂托模板。設專用混凝土灌注窗口，自下而上，從已灌段接頭處向未灌方向澆筑，水平分層對稱澆灌，邊澆邊搗，層厚不超過40 cm，相鄰兩層澆注時間不超過1.5 h。確保上下層混凝土在初凝前結合好，不形成施工冷縫，垂直自由下落高度控制不超過2 m，搗固采用插入式振搗器，安排專人負責，保證混凝土襯砌內實外光。

(3)隧道防水對結構安全以及建成后的適用性都有至關重要的作用。全隧采用鋼柔結合的防水設計，隧道襯砌拱部、邊墻及仰拱混凝土抗滲等級為C35P12。由于設計對混凝土防滲等級要求很高，普通商品混凝土攪拌站無法提供混凝土級配數據。在簽訂商品混凝土供應合同前，特別要求施工單位在重慶市建筑科學研究院對C35P12混凝土進行了級配試驗。混凝土級配資料交混凝土攪拌站試配合格后方能用于現場施工。明洞襯砌外緣涂一層瀝青面層，設防水板加土工布，并于土工布外涂5 cm厚水泥砂漿保護層。要求水泥砂漿保護層均覆蓋防水層使得防水卷材緊貼在混凝土面上，防止脫空。隧道環向鋪設盲溝(φ50 mm打孔波紋管)將水引入邊墻兩側縱向盲溝(φ100 mm打孔波紋管)，再經橫向排水管(φ100 mm無孔波紋管)流入矩形排水暗溝排出洞外。

明洞建好后，將隧道開挖以及主平面房建施工時產生的大量土石方按1∶0.75的安全放坡系數，分層碾壓回填至洞頂并形成穩定坡體。原有坡頂建構筑物未發生任何改變。

4 經濟效益評價及價值工程分析

新增隧道施工后直接投資雖然有所增加，但由于隧道回填后頂部形成了天然的料場，多消化了房建施工時產生的約2×104m3棄渣。棄渣回填后又使高邊坡高度降低，除了隧道進、出口部分路段對邊坡進行了加固處理外，隧道主體上方邊坡未做加固處理。減少了邊坡支護費用且工程用地范圍不再突破征地紅線。對附近民房也不用進行拆遷處理根除了與附近村民的經濟糾紛后患(表2)。

表2 新舊方案費用增減對比 萬元

5 結束語

伏牛溪隧道施工是我公司搬遷擴能改造項目關鍵線路上的重點控制工程。通過對隧道施工過程中的土石方開挖、襯砌支模和防水等關鍵工作的有效控制，隧道順利貫通。隧道建好后為接下來的接軌通車打下了堅實基礎，也為整個項目建成投產起到了決定性的作用。