高速铁路盾构隧道管片预埋接触网槽道方案探索

黄一宁

（中国铁路南宁局集团有限公司，高级工程师，广西 南宁 530029）

1 引言

“交通强国、铁路先行”，近年来中国高速铁路蓬勃发展，面对城市复杂环境，很多高速铁路在城区都采用盾构隧道，衬砌采用预制管片安装。与地铁隧道全环预埋接触网槽道不同，高速铁路隧道由于断面大、线缆集中落槽等原因，近年来通常采用后置锚栓法施工，如国内已经开通的京张高铁八达岭盾构隧道。后置锚栓法具有定位准、能大面积同步施工等优点，其缺点是接触网稳定性差和对隧道衬砌都会造成一定的破坏，耐久性和防火性较差，施工成本较高。本文以广西南崇铁路留村盾构隧道为工程背景，对高速铁路大断面盾构隧道管片预埋接触网滑槽和定位安装施工进行探索。

图1 隧道接触网纵、横断面布置图

2 工程概况

新建南崇铁路留村隧道位于南宁市区，中间段采用盾构施工，长度4 006 m，为单洞双线隧道，线间距4.2m，设计时速160km。管片外径12.4m，内径11.3m，隧道净空8.01 m，每环管片采用6标准块（A块）+2相邻块（B块）+1封顶块（K块）的组合形式，每环管片纵向长度约2 m。原设计接触网槽道在拼装好的管片上采用后置锚栓安装，相同行车线路方向相邻吊柱间距40 m；上、下行吊柱槽道错开设置，间隔1环管片，中心间距4 m。隧道接触网纵、横断面布置如图1所示。

3 盾构隧道管片接触网槽道预埋研究

3.1管片预埋槽道设计要求高速铁路由于运行速度快，安全要求高，必须保证接触网槽道力学性能达到设计值，具有较高的可靠性和耐久性，预埋槽道能满足上述要求，这就需要槽道必须与管片一体浇筑、一体成型，并且保证槽道在管片的位置偏移量符合标准。与地铁小断面隧道管片全环预埋不同，由于高速铁路隧道四电管线集中落槽，为了节约投资，预埋槽道只需要在拱顶的管片上预埋，这就要求该管片在安装时能准确定位在拱顶正中位置。

按照《高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》（TB10758-2018），管片预埋槽道偏差相关要求见表1。

表1 管片预埋槽道质量控制表

3.2管片预埋槽道关键技术主要包括预埋槽道定位加固方法和预埋槽道管片真空度控制方法，具体要义及运用简述如下。

1）预埋槽道定位加固方法。图2为管片预埋槽道加固示意图。

图2 管片预埋槽道加固示意图

预埋槽道定位加固方法，不同于山岭隧道现浇混凝土衬砌预埋槽道与主筋焊接的加固工艺，如果管片槽道与钢筋笼焊接固定，在混凝土浇筑和振动台上振捣时会产生振动，造成钢筋笼和预埋槽道移动，无法精准定位，进而影响预埋槽道定位准确性。

为了解决槽道定位难题，在钢筋笼就位前，按照设计位置提前在内弧面模板上开孔套丝，安装专用螺杆，放置槽道，将两副槽道锚杆横向用角钢焊接成型，槽道相对位置按验标要求进行控制，进行精确定位后锁紧连接角钢和模板之间的螺栓，使两副槽道紧贴模板，脱模时塑料螺母靠吸盘外力拉扯滑丝完成脱模。

图3 真空吸盘作业现场

2）预埋槽道管片真空度控制方法。本文重点介绍该方法在南崇铁路留村隧道工程中的运用。南崇留村隧道盾构机S-1227，管片拼装机采用真空吸盘式，根据真空吸盘工作原理，吸盘和管片间真空度达到85%时才能进行管片拼装。为了不改变既有盾构机吸盘抓取管片工装，下井前对预埋槽道的管片槽道缝隙进行填充处理，经过调查比选，采用中性硅酮玻璃胶或发泡剂等固化时间较长的中性材料，以保证金属槽道不被腐蚀，且拼装完后容易清理，盾构机真空吸盘作业现场作业现场见图3，管片预埋槽道内填充情况见图4，预埋槽道管片成品示意见图5。

图4 管片预埋槽道内填充情况平面示意图

图5 预埋槽道管片成品图

4 预埋槽道管片安装施工

4.1管片安装基本要求根据设计要求，拼装中连续通缝管片不得超过2环。封顶块先以不超过管片幅宽2/3的位置径向推上，然后再纵向插入，管片成型允许误差见表2。

表2 管片安装允许误差表

根据管片设计尺寸和拼装位置要求，槽道可以在标准块A1-A6、邻接块B1-B2上预埋，此前，需要设计明确每处接触网槽道的具体里程，便于提前预制埋设槽道管片数量，并提前预估管片拼装次序及封顶块的位置。

4.2管片拼装关键技术

1）管片拼装基本步骤 具体如下：

（1）管片采用通用楔形环管片，安装点位以满足隧道线型为前提，重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值，确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。管片安装前根据盾尾间隙、推进油缸行程选择好拟安装管片的点位。

（2）盾构掘进到预定长度，且拟安装封顶块位置的推进油缸行程大于2.7 m时，盾构机停止掘进，进行管片安装。

（3）为保证管片安装精度，管片安装前需对安装区进行清理。

（4）管片安装时必须从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。每安装一块管片，立即将管片纵环向连接螺栓插入连接，并戴上螺帽用电动扳手紧固。

（5）在安装最后一片管片前，应对防水密封条进行涂抹黄油作润滑处理，安装时先径向插入2/3，调整位置后缓慢纵向顶推，防止封顶块顶入时搓坏防水密封条。

（6）管片块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机。

（7）管片环脱离盾尾后要对管片连接螺栓进行二次紧固。

（8）安装管片时采取有效措施避免损坏防水密封条，并应保证管片拼装质量，减少错台，保证其密封止水效果。安装管片后顶出推进油缸，扭紧连接螺栓，保证防水密封条接缝紧密，防止由于相邻两片管片在盾构推进过程中发生错动，防水密封条接缝增大和错动，影响止水效果。

2）预埋槽道管片点位选择要求。要根据盾构机管片拼装VMT导向系统管片自动选型功能，留村隧道管片拼装一共有24种组合模式，其中确保A1-A6块、B1-B2块在隧道拱顶正中心等组合形式有8种，分别为U02、U05、U08、U11、U14、U17、U20、U23，如图6所示。

按照接触网纵向布置图和管片拼装要求，相邻的上、下行槽道中心间距4 m，因此每处接触网吊柱位置范围有3环管片，即上行槽道管片+间隔管片+下行槽道管片，既要满足前后2环的预埋槽道管片在隧道拱顶正中心位置，又要满足中间环能与前后两环的结合形式符合拼装要求，如图7所示。为了确保到达设计安装接触网吊柱的里程之前需对盾构机姿态提前进行调整，保证该里程段的3环满足设计要求，若实在无法调整到位，接触网吊柱安装位置的设计里程误差允许为1环。

同时为保证3环满足设计要求，即上行槽道管片+间隔管片+下行槽道管片的3环组合，在图6所示的8种组合并不是都能满足要求，3环组合必须满足管环选型矩阵。如图8所示，例如只有出现U08-U06-U11，才能满足3环组合，符合拼装要求。

图6 管片位于正上方时的拼装位置图

图7 接触网吊柱处管片拼装要求示意图

图8 管环选型矩阵

3）管片拼装提前预调关键技术。按照电气化专业设计要求，同一行车方向接触网槽道间距为40 m，管片环数20环，除了在计划设置预埋槽道位置3环需要固定拼装形式外，还要提前5环对盾构姿态及盾构盾尾间隙进行控制，即每一档距间有8环需要设定拼装形式，以保证在设定位置选择最合适点位进行拼环，其余12环可以正常拼装。

管片拼装导向系统具有管片自动选型功能，可根据当前盾构姿态及人工输入盾尾间隙数据自动计算最合适的管片选型，同时可对系统进行人工干预，以保证在预埋槽道设定位置处选择位置在正上方的点位。在实际操作中，人工通过系统预测进行初步确认，在接近设计安装接触网吊柱位置的第6环时，进行盾构机系统确认和人工辅助确认，确保管片位置准确。

根据上述工艺，在南崇铁路留村盾构隧道中已成功安装预埋槽道管片，相关尺寸标准满足设计规范要求。现场安装效果如图9所示。

图9 预埋槽道管片安装现场图

5 结论

综合上述对高速铁路盾构隧道管片预埋接触网槽道方案的分析，得出如下结论：

1）高速铁路大断面盾构隧道非全环管片预埋槽道施工方法可行，可以利用既有盾构设备完成预埋槽道管片的拼装要求，目前南崇铁路留村隧道已完成首件安装，这在国内尚属首次。相对于后置锚栓法，预埋槽道施工方法具有较好的结构力学性能，耐久性和可靠性较高，有益于高速铁路运营安全，并具有明显的经济效益，比后置锚栓法节约成本30%。

2）为了确保预埋槽道满足设计受力和尺寸偏差要求，需要对槽道安装加固、模板进行改进，确保槽道安装后尺寸偏差满足规范。为了预埋槽道管片能安装在隧道拱顶中心，利用盾构VMT导向系统提前5环进行线路拟合及纠偏。实践证明，在满足施工误差和线路拟合误差精度的前提下，宜尽量采用封顶块（K块）位于隧道中心线45°位置为宜。

3）后续工作中还要进一步改进槽道预埋工艺，完善相关工作流程和标准。