奥地利科拉尔姆高速铁路隧道

奥地利科拉尔姆高速铁路隧道

1 工程概述

科拉尔姆隧道是奥地利南部的高速铁路隧道，全长33 km（图1）。它是奥地利的第三大城市格拉茨—克拉根福这段高速铁路之间的重要组成部分，设计客运列车运行速度 250 km/h，将使 124 km 行程的运行时间缩短到 0.5 h，对货运列车也能缩短运行时间，降低成本。值得注意的是，这段线路是欧盟确定的优先运输网中“波罗的海—亚得里亚海”运输走廊的一部分，线路起自波兰的格但斯克、华沙，经奥地利的维也纳，而后穿过科拉尔姆隧道，到达意大利的威尼斯、博洛尼亚。

科拉尔姆隧道是欧洲 3 座最长的铁路隧道之一，其他 2 座是长 57 km 的圣哥达隧道和长 55 km 的布伦纳尔隧道。

2 隧道的规划设计

科拉尔姆隧道由 2 个内径 8.2 m 的单线主隧道组成，2 个主隧道之间用横通道（每 500 m 设 1 个）连接，作为隧道运营中应急疏散和维修养护之用。在两主隧道之间设长 900 m 的应急车站，给旅客提供应急避难场所，并接受对面另一线路的救援（图2）。应急车站与主隧道之间也用横通道（每 25 m 设 1 个，相当于 1 个车厢的长度）连接。在东、西洞口附近分别设有施工竖井，也是将来隧道运营时的通风竖井。

3 施工安排

3.1 主隧道分段和施工方法

科拉尔姆隧道的施工分成东段（含东洞口）、中段和西段（含西洞口）。东段的地质包含新第三纪/火山岩断层；中段为火成岩（石英晶体）层；东段为新第三纪地层。东段的南、北隧道（各约 5 km）、西段的南隧道（约 10.6 km）均用新奥法施工，西段南隧道的施工兼有勘查地质的作用。中段的南隧道（约 17.1 km）、北隧道（约15.7 km）自东向西采用掘进机施工。西段北隧道除一小段（0.7 km）采用新奥法施工外，其余12.1 km 自西向东采用掘进机施工（图3）。

3.2 竖井施工和掘进机拼装室

图1 科拉尔姆隧道总图

图2 两侧主隧道和中央应急车站

图3 隧道分段施工

在东洞口附近 60 m 深的施工竖井（图4），是由2 个直径 18 m 的竖井互相交叠呈“8”字形的的双环结构。竖井的上半部（离地面 18 m 深度）在咬合桩围护结构的保护下开挖施工，接着其下半部用新奥法施工到离地面 60 m 深度，确定软土与山脉硬岩的边界线。随着竖井工程的完成，采用新奥法向东、西 2 个方向开挖，向东开挖到东洞口，向西开挖到离竖井约 1 km 处的山脉硬岩边界，开挖南、北 2 个大洞室，作为掘进机的拼装室。每个洞室长 40 m、高 20 m、宽 15 m。

图4 竖井

3.3 掘进机

主隧道开挖采用 Wirth 公司制造的 2 台硬岩掘进机，为了保证衬砌的强度和耐久性，根据获得的岩石质量资料，决定掘进机开挖段全部采用复合衬砌（外层为砌块拼装环，内层为现浇的内衬），由于双层衬砌段采用了防水膜，隧道无需设排水沟。

掘进机在设计中考虑了在掘进机尾部拼装衬砌环时仍允许掘进机连续向前推进不断开挖，掘进机前部可以借助侧部夹紧装置向前推进，掘进机后部可暂时停住进行衬砌环拼装。这也许可以视为标准模式，速度当然会慢一点。

掘进机直径 9.93 m。当掘进机前进时，拼装衬砌环由7 块砌块（包括 1 块底部仰拱砌块）组成，衬砌环外径 9.5 m，纵向长度 1.9 m，砌块厚度 350 mm；在举重臂后方的若干环开始通过注浆孔向环隙注浆。向底部 1/3 环隙注浆时，还吹入豆砾石填充。

掘进机施工进入硬岩段长距离的开挖时，每日的进度仅达到期望值 25 m 的一半，科拉尔普山的火成岩比想象的还要复杂，仅片麻岩就有 20 多种不同类型，而且不同类型一直在不断变化。有的片状结构地段，岩石在盘刀压力作用下破碎成尖锐的碎片，它对出渣的运输带造成过度的磨损以至破坏。在岩石破裂成块的情况下有时岩石会卡住切削刀盘，不得不用传统的人工方法将其清除，从而耽误了工期。当遇到强度 300 MPa 非常坚硬的岩石时，一次进刀平常只需 30～40 min，但在这里却用了 3 h。岩石类型边界突然变化的混合断面对切削刀盘产生巨大影响，有时造成盘刀崩裂。当进入最高的覆盖层（1 250 m）地段，最高温度可能会超过最大容许值 30 ℃，需要准备冷却系统作为施工通风的补充。这么多的困难，有待掘进机施工人员保持警觉，及时调整机械装置，采取相应措施。

4 环境保护和弃渣的再利用

整个弃渣运输机网具有一系列的高架运输带通向2个方向（图5）：一个方向是从筛分工厂辐射出去，通向弃渣再利用的骨料分级储藏堆，工程需要生产拼装式砌块的混凝土共 42 万 m3，其中所有粗细骨料都是经过筛分的弃渣的再利用；另外一个方向是把不适合用作混凝土骨料的材料运到弃渣场，或作为专用线的路基填充材料，或用作美化环境的景观材料。

图5 输送带

岩石化学成分的测定在弃渣的再利用中十分重要，例如云母等材料是不适合作为混凝土材料的，因此，经常对隧道工作面的岩石质量进行测定评估和做出恰当的运送处理，需要有专门的小组来负责。在这项工程中大约 70% 的弃渣可以用作混凝土骨料，弃渣再利用的目的是减少卡车的来回运输，节省工程成本，减少工程对农田和葡萄园的影响。

5 首次应用砌块的计算机管理系统

科拉尔姆主隧道使用的衬砌环分三大类型：标准型、加强型以及专门用于横通道处容许将其打穿的一种类型。每一衬砌环又分 4 个种类：标准块 3 块、封顶块1 块、邻接块 2 块，还有 1 块底部仰拱块。此外，砌块在工地现场制造，施工场地狭小，只能修建 2 个预制工厂以及相应的配料工厂，出厂的砌块的存储地也很紧张，从这个 50 m 宽的存储地延伸到离竖井 150 m 处，2 个工厂各用一半。砌块的科学管理成为亟待解决的突出问题。

这个工程首次采用由计算机管理的粘贴条形码和追踪砌块的系统，属于虚拟存储技术（VMT），称作砌块资料记录系统（SDS）。这个系统的工作是把条形码粘贴在每个钢筋笼和模具上，条形码的每个细节的信息数据储存到数据库中。制成的砌块也有专门的条形码，记录砌块的细节信息。采用手持的条形码阅读器可对砌块进行经常的检查和监视，从那时起，砌块生产的每个细节信息存储在实时数据库。它可以查找每个砌块备料、使用的模具以及激光扫描的尺寸，并组织砌块的存储，使存储空间得到充分利用。2 环 12 块砌块摞成一摞，相应的仰拱砌块也摞成 12 块一摞（图6）。

图6 在存储场的砌块

2 个制造砌块的工厂均为 2 层建筑。钢筋笼的绑扎和焊接在上层进行，随后放到下层的钢模具中，灌混凝土及其养护由传送带输送，8 h 蒸汽养护后短期内封闭存放，防止冬夏季节冷热的影响，24 h 后将砌块移送至室外存储场。由于实时数据库保存着所有砌块的信息数据，可以很快将每一砌块放到它应该放的存储堆。使用4 台门式吊机将衬砌环的砌块吊进、吊出。门式吊机宽 50 m，起吊高度 12 m，2 台吊机起吊重量各 35 t，另 2 台吊机起吊重量各 60 t。砌块的位置通过指令从数据库发送给吊车操作员，屏幕上显示吊车要去的位置坐标，每台吊车有雷达定位系统，定位精度可以达到几公分。

另外，还有一个软件系统，称作风险与信息综合管理系统（IRIS），设置在掘进机中。当掘进机向前推进时，它保持对地质情况、横通道位置和砌块安装历史记录的追踪，会选择下一个需要拼装的衬砌环，指令发到虚拟存储技术（VMT）系统，查找、提取所需的衬砌环，它在存储场的龄期正好使它具有了必要的强度。

把这 2 个系统整合在一起，使砌块的存放和使用过程达到无缝连接，并使有限的存储空间得到充分利用。工厂每天生产 16 环，存储场可以存储 1 个月的产品，这应该能保证工程进展的需要。目前掘进机开挖的速度有所加快，但不大可能超过砌块生产的速度。

6 结束语

对于数十公里的长隧道来说，采用 2 个主隧道并用若干横通道将其连通的方案，是一项正确、明智的决策，这对于运营中维修隧道和应急疏散十分重要，而且可以减小高速列车的行车阻力。这已经成为人们的共识，并被普遍采用。

隧道施工中把保护环境与弃渣的再利用结合起来是一个绝妙的主意。弃渣来自于隧道工程，又用之于隧道工程，一方面大量的弃渣有待处理，另一方面隧道衬砌的混凝土需要大量的粗细骨料，把“需要”与“供给”完美地结合起来，既保护了环境，又“变废为宝”，并且可以大幅度减少卡车的来回运输，所有这些必将为降低工程成本起到重要作用。需要注意的是，一定要把握好对弃渣岩石质量和化学成分的鉴定关。

衬砌环及其砌块种类繁多，存储场地狭小，促使“砌块计算机管理系统”在这项工程中实际应用。从砌块的制造、存储到使用，形成一条无缝连接的流程，这也是这项工程在科学管理方面的一大亮点。它不仅把砌块的生成、存储和拼装就位各个环节管理得井井有条，而且使存储场地得到充分的利用。

［1］ Adrain Greeman.Koralm catch up［J］.Tunnels and Tunnelling International，2015（4）：26-32.

邵根大 编译

责任编辑 冒一平

2016-02-26