高速鐵路盾構隧道管片預埋接觸網槽道方案探索

黃一寧

（中國鐵路南寧局集團有限公司，高級工程師，廣西 南寧 530029）

1 引言

“交通強國、鐵路先行”，近年來中國高速鐵路蓬勃發展，面對城市復雜環境，很多高速鐵路在城區都采用盾構隧道，襯砌采用預制管片安裝。與地鐵隧道全環預埋接觸網槽道不同，高速鐵路隧道由于斷面大、線纜集中落槽等原因，近年來通常采用后置錨栓法施工，如國內已經開通的京張高鐵八達嶺盾構隧道。后置錨栓法具有定位準、能大面積同步施工等優點，其缺點是接觸網穩定性差和對隧道襯砌都會造成一定的破壞，耐久性和防火性較差，施工成本較高。本文以廣西南崇鐵路留村盾構隧道為工程背景，對高速鐵路大斷面盾構隧道管片預埋接觸網滑槽和定位安裝施工進行探索。

圖1 隧道接觸網縱、橫斷面布置圖

2 工程概況

新建南崇鐵路留村隧道位于南寧市區，中間段采用盾構施工，長度4 006 m，為單洞雙線隧道，線間距4.2m，設計時速160km。管片外徑12.4m，內徑11.3m，隧道凈空8.01 m，每環管片采用6標準塊（A塊）+2相鄰塊（B塊）+1封頂塊（K塊）的組合形式，每環管片縱向長度約2 m。原設計接觸網槽道在拼裝好的管片上采用后置錨栓安裝，相同行車線路方向相鄰吊柱間距40 m；上、下行吊柱槽道錯開設置，間隔1環管片，中心間距4 m。隧道接觸網縱、橫斷面布置如圖1所示。

3 盾構隧道管片接觸網槽道預埋研究

3.1管片預埋槽道設計要求高速鐵路由于運行速度快，安全要求高，必須保證接觸網槽道力學性能達到設計值，具有較高的可靠性和耐久性，預埋槽道能滿足上述要求，這就需要槽道必須與管片一體澆筑、一體成型，并且保證槽道在管片的位置偏移量符合標準。與地鐵小斷面隧道管片全環預埋不同，由于高速鐵路隧道四電管線集中落槽，為了節約投資，預埋槽道只需要在拱頂的管片上預埋，這就要求該管片在安裝時能準確定位在拱頂正中位置。

按照《高速鐵路電力牽引供電工程施工質量驗收標準》（TB10758-2018），管片預埋槽道偏差相關要求見表1。

表1 管片預埋槽道質量控制表

3.2管片預埋槽道關鍵技術主要包括預埋槽道定位加固方法和預埋槽道管片真空度控制方法，具體要義及運用簡述如下。

1）預埋槽道定位加固方法。圖2為管片預埋槽道加固示意圖。

圖2 管片預埋槽道加固示意圖

預埋槽道定位加固方法，不同于山嶺隧道現澆混凝土襯砌預埋槽道與主筋焊接的加固工藝，如果管片槽道與鋼筋籠焊接固定，在混凝土澆筑和振動臺上振搗時會產生振動，造成鋼筋籠和預埋槽道移動，無法精準定位，進而影響預埋槽道定位準確性。

為了解決槽道定位難題，在鋼筋籠就位前，按照設計位置提前在內弧面模板上開孔套絲，安裝專用螺桿，放置槽道，將兩副槽道錨桿橫向用角鋼焊接成型，槽道相對位置按驗標要求進行控制，進行精確定位后鎖緊連接角鋼和模板之間的螺栓，使兩副槽道緊貼模板，脫模時塑料螺母靠吸盤外力拉扯滑絲完成脫模。

圖3 真空吸盤作業現場

2）預埋槽道管片真空度控制方法。本文重點介紹該方法在南崇鐵路留村隧道工程中的運用。南崇留村隧道盾構機S-1227，管片拼裝機采用真空吸盤式，根據真空吸盤工作原理，吸盤和管片間真空度達到85%時才能進行管片拼裝。為了不改變既有盾構機吸盤抓取管片工裝，下井前對預埋槽道的管片槽道縫隙進行填充處理，經過調查比選，采用中性硅酮玻璃膠或發泡劑等固化時間較長的中性材料，以保證金屬槽道不被腐蝕，且拼裝完后容易清理，盾構機真空吸盤作業現場作業現場見圖3，管片預埋槽道內填充情況見圖4，預埋槽道管片成品示意見圖5。

圖4 管片預埋槽道內填充情況平面示意圖

圖5 預埋槽道管片成品圖

4 預埋槽道管片安裝施工

4.1管片安裝基本要求根據設計要求，拼裝中連續通縫管片不得超過2環。封頂塊先以不超過管片幅寬2/3的位置徑向推上，然后再縱向插入，管片成型允許誤差見表2。

表2 管片安裝允許誤差表

根據管片設計尺寸和拼裝位置要求，槽道可以在標準塊A1-A6、鄰接塊B1-B2上預埋，此前，需要設計明確每處接觸網槽道的具體里程，便于提前預制埋設槽道管片數量，并提前預估管片拼裝次序及封頂塊的位置。

4.2管片拼裝關鍵技術

1）管片拼裝基本步驟 具體如下：

（1）管片采用通用楔形環管片，安裝點位以滿足隧道線型為前提，重點考慮管片安裝后盾尾間隙要滿足下一掘進循環限值，確保有足夠的盾尾間隙，以防盾尾直接接觸管片。管片安裝前根據盾尾間隙、推進油缸行程選擇好擬安裝管片的點位。

（2）盾構掘進到預定長度，且擬安裝封頂塊位置的推進油缸行程大于2.7 m時，盾構機停止掘進，進行管片安裝。

（3）為保證管片安裝精度，管片安裝前需對安裝區進行清理。

（4）管片安裝時必須從隧道底部開始，然后依次安裝相鄰塊，最后安裝封頂塊。每安裝一塊管片，立即將管片縱環向連接螺栓插入連接，并戴上螺帽用電動扳手緊固。

（5）在安裝最后一片管片前，應對防水密封條進行涂抹黃油作潤滑處理，安裝時先徑向插入2/3，調整位置后緩慢縱向頂推，防止封頂塊頂入時搓壞防水密封條。

（6）管片塊安裝到位后，應及時伸出相應位置的推進油缸頂緊管片，其頂推力應大于穩定管片所需力，然后方可移開管片安裝機。

（7）管片環脫離盾尾后要對管片連接螺栓進行二次緊固。

（8）安裝管片時采取有效措施避免損壞防水密封條，并應保證管片拼裝質量，減少錯臺，保證其密封止水效果。安裝管片后頂出推進油缸，扭緊連接螺栓，保證防水密封條接縫緊密，防止由于相鄰兩片管片在盾構推進過程中發生錯動，防水密封條接縫增大和錯動，影響止水效果。

2）預埋槽道管片點位選擇要求。要根據盾構機管片拼裝VMT導向系統管片自動選型功能，留村隧道管片拼裝一共有24種組合模式，其中確保A1-A6塊、B1-B2塊在隧道拱頂正中心等組合形式有8種，分別為U02、U05、U08、U11、U14、U17、U20、U23，如圖6所示。

按照接觸網縱向布置圖和管片拼裝要求，相鄰的上、下行槽道中心間距4 m，因此每處接觸網吊柱位置范圍有3環管片，即上行槽道管片+間隔管片+下行槽道管片，既要滿足前后2環的預埋槽道管片在隧道拱頂正中心位置，又要滿足中間環能與前后兩環的結合形式符合拼裝要求，如圖7所示。為了確保到達設計安裝接觸網吊柱的里程之前需對盾構機姿態提前進行調整，保證該里程段的3環滿足設計要求，若實在無法調整到位，接觸網吊柱安裝位置的設計里程誤差允許為1環。

同時為保證3環滿足設計要求，即上行槽道管片+間隔管片+下行槽道管片的3環組合，在圖6所示的8種組合并不是都能滿足要求，3環組合必須滿足管環選型矩陣。如圖8所示，例如只有出現U08-U06-U11，才能滿足3環組合，符合拼裝要求。

圖6 管片位于正上方時的拼裝位置圖

圖7 接觸網吊柱處管片拼裝要求示意圖

圖8 管環選型矩陣

3）管片拼裝提前預調關鍵技術。按照電氣化專業設計要求，同一行車方向接觸網槽道間距為40 m，管片環數20環，除了在計劃設置預埋槽道位置3環需要固定拼裝形式外，還要提前5環對盾構姿態及盾構盾尾間隙進行控制，即每一檔距間有8環需要設定拼裝形式，以保證在設定位置選擇最合適點位進行拼環，其余12環可以正常拼裝。

管片拼裝導向系統具有管片自動選型功能，可根據當前盾構姿態及人工輸入盾尾間隙數據自動計算最合適的管片選型，同時可對系統進行人工干預，以保證在預埋槽道設定位置處選擇位置在正上方的點位。在實際操作中，人工通過系統預測進行初步確認，在接近設計安裝接觸網吊柱位置的第6環時，進行盾構機系統確認和人工輔助確認，確保管片位置準確。

根據上述工藝，在南崇鐵路留村盾構隧道中已成功安裝預埋槽道管片，相關尺寸標準滿足設計規范要求。現場安裝效果如圖9所示。

圖9 預埋槽道管片安裝現場圖

5 結論

綜合上述對高速鐵路盾構隧道管片預埋接觸網槽道方案的分析，得出如下結論：

1）高速鐵路大斷面盾構隧道非全環管片預埋槽道施工方法可行，可以利用既有盾構設備完成預埋槽道管片的拼裝要求，目前南崇鐵路留村隧道已完成首件安裝，這在國內尚屬首次。相對于后置錨栓法，預埋槽道施工方法具有較好的結構力學性能，耐久性和可靠性較高，有益于高速鐵路運營安全，并具有明顯的經濟效益，比后置錨栓法節約成本30%。

2）為了確保預埋槽道滿足設計受力和尺寸偏差要求，需要對槽道安裝加固、模板進行改進，確保槽道安裝后尺寸偏差滿足規范。為了預埋槽道管片能安裝在隧道拱頂中心，利用盾構VMT導向系統提前5環進行線路擬合及糾偏。實踐證明，在滿足施工誤差和線路擬合誤差精度的前提下，宜盡量采用封頂塊（K塊）位于隧道中心線45°位置為宜。

3）后續工作中還要進一步改進槽道預埋工藝，完善相關工作流程和標準。