麗香鐵路達(dá)落雙線中橋增設(shè)棚洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李貴民 郭永發(fā) 丁文云 王化武

摘? 要：該文以在建麗香鐵路蒙古哨隧道出口與七達(dá)里隧道進(jìn)口間達(dá)落雙線中橋?yàn)楣こ桃劳校鶕?jù)地形地質(zhì)、落石重量、坡面高差、結(jié)構(gòu)跨度及防護(hù)等級(jí)等基本情況，分析常規(guī)明洞、柔性鋼網(wǎng)棚洞、拱橋棚洞、縱向剛架棚洞及橫向剛架棚洞各自適用條件，選用合理的棚洞型式及結(jié)構(gòu)尺寸。研究結(jié)論表明，對(duì)隧道坡面危巖落石重量及高差進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查分析，是確定采用柔性鋼網(wǎng)棚洞還是鋼筋砼剛性棚洞的前提。鋼筋砼剛性棚洞沿線路方向跨度、沖溝排洪要求及基巖完整程度，是確定剛性棚洞具體類型的關(guān)鍵。落石沖擊強(qiáng)度選用路基手冊(cè)計(jì)算法較為合適，落石沖擊力按移動(dòng)荷載考慮，移動(dòng)步距按2 m考慮為宜。棚洞結(jié)構(gòu)內(nèi)力及構(gòu)件尺寸計(jì)算時(shí)，按落石不同位置的彎矩包絡(luò)圖最不利工況考慮。

關(guān)鍵詞：V型沖溝；增設(shè)棚洞；落石沖擊；移動(dòng)步距；麗香鐵路

中圖分類號(hào)：U25? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）10-0126-04

Abstract： Based on the middle bridge between the exit of Menggushao Tunnel and the entrance of Qidali Tunnel on Lijiang-Shangrila Railway， this paper analyzes the applicable conditions of conventional open tunnel， flexible steel mesh tunnel， arch bridge tunnel， vertical rigid frame tunnel and horizontal rigid frame tunnel according to the basic conditions of terrain and geological conditions， rock fall weight， slope elevation difference， structural span and protection grade. We selected reasonable shed type and structure size. Conclusion， the detailed investigation and analysis of the weight and height difference of the dangerous rock fall on the tunnel slope is the premise of deciding whether to use the flexible steel mesh shed or the reinforced concrete rigid shed. The span of road direction along the reinforced concrete rigid shed tunnel， the requirements of flood drainage and the integrity of bedrock are the key to determine the specific type of rigid shed tunnel. It is more appropriate to choose the calculation method of the roadbed manual for the rock fall impact strength. The rockfall impact force is considered according to the moving load， and the moving step is considered according to 2 meters. When calculating the internal force and component size of the shed structure， the most unfavorable working conditions should be considered according to the bending moment envelope diagram of different positions of the falling rock.

Keywords： V-shaped trench; additional shed; rock fall impact; moving step; Lijiang-Shangrila Railway

西南山區(qū)縱橫坡較陡、坡面巖體破碎，隧道洞口危巖落石較為發(fā)育，對(duì)鐵路運(yùn)營安全產(chǎn)生較大的安全隱患。采取經(jīng)濟(jì)合理的隧道洞口危巖落石防護(hù)措施對(duì)鐵路運(yùn)營安全極為重要。

目前，為了避免危巖落石對(duì)鐵路運(yùn)營安全產(chǎn)生威脅，隧道洞口邊仰坡除了采用清除零星危石、錨桿框架梁、主（被）動(dòng)防護(hù)網(wǎng)等防護(hù)措施外，在地形允許時(shí)增設(shè)明洞或棚洞[1]結(jié)構(gòu)較為常見，棚洞一般為縱向剛架棚洞。但是一些隧道口位于橋隧相連的V型沖溝內(nèi)，隧道縱坡陡峭，坡面巖體剝落嚴(yán)重，無法采用普通明洞或棚洞結(jié)構(gòu)防護(hù)危巖落石。因此，迫切需要一種適合橋隧相連沖溝的隧道口危巖落石防護(hù)型式[2]。

本文以在建麗香鐵路蒙古哨隧道出口與七達(dá)里隧道進(jìn)口間達(dá)落雙線中橋?yàn)楣こ桃劳校瑢?duì)橋隧相連V型沖溝間隧道口的危巖落石防護(hù)措施進(jìn)行深入的結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計(jì)分析，提出一種分離于橋設(shè)計(jì)的樁基+柱+橫向剛架+頂部T梁的設(shè)計(jì)方案。

1? 工程概況

達(dá)落雙線中橋?yàn)?2 m簡支梁，屬雙線車站段。由于兩端隧道洞口仰坡坡面較為陡峻，局部為陡崖，危巖落石較為發(fā)育，如圖1所示，施工及運(yùn)營過程中可能產(chǎn)生落石，為確保施工及運(yùn)營安全，蒙古哨隧道出口至七達(dá)里隧道進(jìn)口之間增設(shè)棚洞。

圖1? 兩隧道口間沖溝內(nèi)危巖落石

2? 棚洞類型比選

危巖落石病害處理時(shí)應(yīng)整治到位，不留隱患[3]。

第一，本工點(diǎn)內(nèi)軌頂面至溝底高差達(dá)18 m，常規(guī)的隧道明洞結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)采用雙耳墻擴(kuò)大基礎(chǔ)，由于高差過大無法落底，常規(guī)明洞不予采用。

第二，經(jīng)計(jì)算分析及類似項(xiàng)目選型結(jié)果顯示，本工點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)最大落石質(zhì)量約500 kg，最大落石高差約50 m，柔性鋼網(wǎng)棚洞不予采用[4]。

第三，拱橋棚洞適用于兩岸基巖完整，且沖溝排洪要求較高地段。本工點(diǎn)兩端隧道洞口仰坡坡面巖體較為松散破碎，無法提供拱橋拱座有效支承力，拱橋基礎(chǔ)難以施做，拱橋棚洞不予采用。

第四，縱向剛架棚洞適用于沿線路方向跨度不大于20 m，且基礎(chǔ)高程變化不大的地段。本工點(diǎn)增設(shè)棚洞沿線路方向長45 m，縱向剛架棚洞沿線路方向跨度過大，沖溝內(nèi)泥石流發(fā)育，沖溝內(nèi)無法設(shè)置縱向剛架樁基，縱向剛架棚洞不予采用。

第五，根據(jù)以上分析，本工點(diǎn)僅適合采用橫向剛架棚洞。最終采用方案為橫向剛架棚洞沿線路方向按10 m間距布置，共設(shè)置4跨，垂直線路方向?qū)挾?7 m，結(jié)構(gòu)尺寸及受力較為合理。橫向剛架棚洞整體縱斷面如圖2所示，橫向剛架棚洞整體橫斷面如圖3所示。

3? 棚洞結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.1? 棚洞荷載分類

棚洞結(jié)構(gòu)承受荷載由自重及填土等恒載，溫度應(yīng)力及落石沖擊等附加荷載，與地震等特殊荷載組成。

3.2? 棚洞落石沖擊強(qiáng)度計(jì)算

落石沖擊強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，路基手冊(cè)法計(jì)算結(jié)果與隧道手冊(cè)法較為接近（前者結(jié)果略大，偏保守），本工點(diǎn)危巖落石對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊力影響采用路基手冊(cè)法進(jìn)行計(jì)算分析。

計(jì)算結(jié)果為落石沖擊強(qiáng)度q=64.03 kN/m2，為方便計(jì)算，將擴(kuò)散至懸臂梁頂?shù)膱A面積轉(zhuǎn)換為正方形，換算正方形邊長為2.58 m。

3.3? 棚洞剛架內(nèi)力計(jì)算

本次棚洞剛架內(nèi)力計(jì)算采用ANSYS進(jìn)行分析，由樁基底部提供固端約束。

地震作用只與恒載和活載組合，即不同時(shí)考慮水平地震力和落石沖擊力。落石沖擊力按移動(dòng)荷載考慮，移動(dòng)步距按2 m考慮為宜，分別計(jì)算后求包絡(luò)值，取最不利結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋檢算。

承載能力極限狀態(tài)的落石沖擊力作用下的偶然組合彎矩計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4? 落石沖擊作用下（落石位于剛架跨中）的結(jié)構(gòu)彎矩圖

3.4? 棚洞剛架橫梁尺寸及配筋

根據(jù)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果顯示，棚洞剛架橫梁跨中最大豎向變形為6 mm，包絡(luò)圖最大彎矩跨中為-10 700 kN·m，端頭彎矩為7 350 kN·m。按概率極限狀態(tài)法進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋檢算，計(jì)算結(jié)果為棚洞剛架橫梁跨中截面尺寸1.5 m×2.0 m，下部采用72根？椎25螺紋筋，如圖5所示。

達(dá)落雙線中橋增設(shè)棚洞工程實(shí)景照片如圖6所示。

圖5? 棚洞剛架橫梁跨中配筋橫斷面

圖6? 達(dá)落雙線中橋增設(shè)棚洞施工照片

4? 結(jié)論

1）對(duì)隧道坡面危巖落石重量及高差進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查分析，是確定采用柔性鋼網(wǎng)棚洞還是鋼筋砼剛性棚洞的前提。本工點(diǎn)危巖落石沖擊能量為250 kN·m，適合采用鋼筋砼剛性棚洞。

2）鋼筋砼剛性棚洞沿線路方向跨度、沖溝排洪要求及基巖完整程度，是確定剛性棚洞具體類型的關(guān)鍵。本工點(diǎn)兩岸巖體較為破碎，沿線路方向跨度為45 m，適合采用橫向剛架棚洞。

3）棚洞剛架結(jié)構(gòu)計(jì)算落石沖擊強(qiáng)度時(shí)，采用路基手冊(cè)計(jì)算法較為合適（為大量工程經(jīng)驗(yàn)公式，結(jié)果偏保守）。落石沖擊力按移動(dòng)荷載考慮，移動(dòng)步距按2 m考慮為宜。

4）棚洞結(jié)構(gòu)內(nèi)力及構(gòu)件尺寸計(jì)算時(shí)，由樁基提供固端約束，采用概率極限狀態(tài)法進(jìn)行配筋檢算，地震作用只與恒載和活載組合（即不同時(shí)考慮水平地震力和落石沖擊力），按落石不同位置的彎矩包絡(luò)圖最不利工況考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1] 羅仁立，酈亞軍.長昆線橋隧相接段危巖落石防護(hù)結(jié)構(gòu)方案研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2016（2）：59-63.

[2] 劉建紅.V型沖溝落石防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].隧道建設(shè)，2012，32（5）：665-669.

[3] 李現(xiàn)賓.成昆線危巖落石病害整治中的棚洞設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2009，46（5）：19-22.

[4] 史先偉.艱險(xiǎn)山區(qū)高速鐵路隧道洞口新型棚洞結(jié)構(gòu)研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2017（6）：60-64.