时速120 km及以下满足大机养护作业要求的铁路单线隧道内轮廓探讨

李煜川,李现宾

时速120 km及以下满足大机养护作业要求的铁路单线隧道内轮廓探讨

李煜川,李现宾

(中铁二院工程集团有限责任公司,成都 610031)

目前设计要求新建时速120 km及以下铁路隧道采用有砟轨道时,隧道内轮廓设计应满足大型养路机械作业要求,根据铁路设计相关要求进行满足大机养护作业要求的铁路单线隧道内轮廓的拟定,对3个比选方案进行结构受力、工程量的比较后提出推荐建议。

单线铁路;隧道;大机养护;内轮廓

1 研究的背景及意义

1.1 研究背景

目前国内铁路路基、桥梁广泛采用大型机械对有砟轨道进行养护维修。大型养路机械具有作业安全、效率高,作业后线路质量均衡、稳定的优点。而隧道内受空间小的影响,其维修作业主要还是依靠小型养路机械或人工完成,存在作业环境差、效率低及质量难以保证的问题。铁道部于2012年7月30日以“铁建设[2012]159号”文下发了《铁道部关于明确时速120 km及以下铁路隧道设计要求的通知》(以下简称“《通知》”)。

《通知》针对目前在建时速120 km铁路隧道设计存在不能满足大型养路机械作业需要等问题,明确自2012年7月30日起设计须执行以下要求:(1)新建时速120 km及以下铁路隧道采用有砟轨道时,隧道内轮廓设计应满足大型养路机械作业要求;(2)凡已批复初步设计和尚未开工建设的铁路工程项目不符合本通知要求的,按照铁道部变更设计程序办理。

2012年9月10日,铁道部运输局在关于隧道内轮廓尺寸满足大机清筛作业要求的意见中明确:铺设有砟轨道隧道内轮廓尺寸应满足线路中心线至隧道水沟或电缆槽侧墙外侧水平净距为不小于220 cm。

1.2 研究的意义

随着我国铁路路网规模的扩大,将会新建大量的铁路隧道,特别是时速120 km及以下的铁路隧道。在铁路现代化发展的趋势下,为了进一步贯彻“以人为本”的理念,隧道内有砟轨道维修养护实现机械化、推行大型养护机械作业是十分必要的,可以极大地减轻养路工人的劳动强度[1],提高线路养护的效率和质量[2]。为执行《通知》的要求,必须对隧道满足大机养护作业要求的内轮廓进行研究,以便确定结构受力更加合理、工程量亦较小的衬砌内轮廓。

2 时速120 km及以下铁路单线隧道内轮廓现状

目前,时速120 km及以下的单线隧道衬砌内轮廓仅受控于建筑限界,更多的考虑的是经济因素。根据《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)[3],隧道内铺设有砟道床时,轨枕端头至侧沟、电缆槽间的道砟宽度不应小于20 cm,即要求单线隧道线路中心线至水沟、电缆槽边缘距离不小于145 cm或150 cm(Ⅱ型枕或Ⅲ型枕)。受既有隧道内轮廓制约使用的大型机械是清筛机,目前国内较为通用的清筛机为QS-650、SRM80型[4]全断面道砟清筛机,其挖掘宽度为400～430 cm,清筛及抛砟作业效率为650m3/h,需要的作业宽度要求是水沟侧壁至线路中线距离为220 cm。因此,目前时速120 km及以下的既有单线隧道及在建单线隧道(有砟轨道)均不能满足大机养护作业的要求。

3 满足大机养护作业要求的时速120 km及以下单线隧道内轮廓方案

拟定时速120 km及以下满足大机养护作业要求的单线隧道内轮廓应考虑的主要因素包括[5]:(1)建筑限界:采用隧限-2A;(2)大型机械养护维修作业空间:线路中心线至隧道沟槽侧墙外侧水平净距不小于220 cm;(3)曲线地段加宽加高对净空的要求;(4)接触网结构要求;(5)隧道轨下沟槽布置要求等。根据这些因素考虑以下3种方案(表1)。

表1 内轮廓设计方案

方案一:净高按现行的直线段内轮廓净高h= 665 cm,b2=220+80=300 cm,水沟电缆槽盖板顶面与轨面齐平,如图1所示。

图1 方案一内轮廓(单位:cm)

方案一内轮廓轨面以上有效净空面积36.84m2,位于曲线地段上时,需加高方能满足隧道建筑限界不侵入内轮廓。

方案二:净高h=670 cm,b2=300 cm,水沟电缆槽盖板顶面与轨面齐平,如图2所示。

图2 方案二内轮廓(单位:cm)

方案二内轮廓轨面以上有效净空面积37.56m2。当满足设计时速80 km,最小曲线半径500 m时,满足基本建筑限界不侵入内轮廓的要求,不需另行加宽。

方案三:净高h=685 cm,b2=300 cm,水沟电缆槽盖板顶面与轨面齐平,如图3所示。

图3 方案三内轮廓(单位:cm)

方案三内轮廓轨面以上有效净空面积38.25 m2。当满足线路最小曲线半径350 m时,满足基本建筑限界不侵入内轮廓的要求,不需另行加宽。

3种方案内轮廓轨面以上净空面积见表2。

表2 内轮廓轨面以上净空面积m2

4 结构分析

假定Ⅲ级围岩深埋,衬砌厚度为30 cm,支护参数与原120 km/h客货共线电化铁路单线隧道的选取一致,分别对3种方案的衬砌结构进行检算。其内力及变形结果如图4所示。

由计算结果可知,3种方案的结构受力趋势与原速度120 km/h及以下单线隧道基本一致,方案二相对方案一、方案三而言其受力结构形式更加合理。

图4 内力及变形

5 研究结论

3种方案综合比较结果见表3。

根据现行《铁路线路设计规范》(GB50090—2006)[6],线路曲线半径在困难地段亦不得小于500 m,故采用方案二已能满足设计需求,其断面经济性好,结构受力形式较合理,且衬砌内轮廓在曲线上不需考虑加高,可以使隧道衬砌内轮廓得到统一,有利于运营管理,也方便设计和施工,综上所述,方案二作为满足大机养护作业要求的铁路单线隧道内轮廓是合适的。

[1] 王忠.大型养路机械在大准铁路的应用现状及发展前景[J].内蒙古科技与经济,2011(4):99-100.

[2] 高飞.浅析大机养护配合施工的建议[J].科技资讯,2011 (11):37.

[3] 中华人民共和国铁道部.TB10003—2005铁路隧道设计规范[S].北京:中国铁道出版社,2005.

[4] 马志富,杨毅秋.改善时速160 km以下铁路隧道养护维修条件的应对措施初步研究[J].铁道标准设计,2012(1):66-69.

[5] 林蔚深,莫君政,等.铁路工程设计技术手册·隧道[M].北京:中国铁道出版社,1995.

[6] 中华人民共和国铁道部.GB50090—2006铁路线路设计规范[S].北京:中国计划出版社,2006.

Investigation on Inner Contour of Single-track Railway Tunnelw ith Speed of 120 km/h and Below for Meeting the Need for Maintenance Operation by Large Machine

LIYu-chuan,LIXian-bin
(China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd.,Chengdu 610031,China)

At presentaccording to design requirementof newly-built railway tunnelwith ballast track and with the speed of120 km/h and below,the inner contour of this kind of tunnelmustmeet the need for maintenance operation by large machine.For this reason,based on relevant requirements of railway design,the inner contours of single-track railway tunnel which could meet the requirements of maintenance operation by largemachine were specified in this paper.After comparing three schemes in lightof structure stresses and engineering quantity,an optimal scheme was recommended in this paper.

single-track railway;tunnel;maintenance by largemachine;inner contour

表3 3种单线隧道内轮廓方案综合比较

U216.67;U452.2+6

A

1004-2954(2013)07-0075-03

2012-11-23;

2012-12-06

李煜川(1985—),女,工程师,2008年毕业于西南交通大学地下工程专业,工学硕士,E-mail:yuchuan_lee@yahoo.cn。