既有线铁路新建棚洞工程：技术创新与应用

康博涛  赵睿刚

中国铁路西安局集团有限公司工务机械段

摘要：本文深入研究了既有线铁路新建棚洞工程中的技术创新与应用实践。通过对棚洞工程的基础理论探讨，以宝成线K238为例，分析了技术创新在提升棚洞工程安全性、经济性和可行性方面的重要作用。

关键词：既有线铁路；棚洞工程；结构设计；施工技术

引言

随着铁路运输的不断发展，既有线铁路的改造与升级成为重要任务。棚洞工程作为铁路建设中的关键环节，对于保障线路安全、提高运输效率具有重要意义。然而，传统的棚洞工程在结构设计、施工技术和材料应用等方面存在诸多不足，亟待通过技术创新加以改进。

1工程概况

拟建工程位于宝成线乐素河至高潭子区间，既有单线线路以半路堑形式通过。该段线路通过的区域山高坡陡，山体高 120～160m，坡度 1：0.25～1：0.8，山体呈上缓下陡状。岩石风化、剥蚀严重，构造裂面密集、张开，呈块状。其中的宝成线 K233+000-233 段，右侧山体垂高约 160m、坡度约45~65°，2015 年地质灾害排查确定为极高风险地点。病害区域内存在风化、破碎危岩和危石群等。山体坡面岩石风化破碎严重，节理裂隙发育、岩体开裂、易发生崩塌落石，落石轨迹不定，滚落石块有较大跳跃可能性，会产生很大冲击力，一旦危岩落石发生，将影响到铁路运营安全。

1.1病害治理方案

结合地形地质等条件采用单侧孔窗的平顶直墙箱型结构对该地段进行加固防护，新建明洞里程为K238+152~K238+232(共计80米)；新建140m棚洞。明洞顶板及边墙采用C35 钢筋混凝土，抗渗等级 P8；靠山侧挖孔桩采用C30钢筋混凝土，上部采用1m×1.2m C40立柱，间距4m每根。两侧边墙距离线路中心2.85m（净宽5.7米），顶板底距离轨面高度7.2米。其中，K238+170 ~+232 段部分明洞基桩及立柱位于既有挡墙内，在开挖前应对该段一级挡墙采取砂浆锚杆进行防护，锚杆长 5m，布置间距 1.5×1.5m，临近立柱开槽两侧的锚杆竖向加密至1m。既有浆砌片石拦石墙应分段拆除后立即施作新建混凝土拦石墙，每段长度不超过 5m。洞顶填土设计高度为不小于2m。

2主要工程项目

2.1主要工程项目

2.1.1新建80m明洞，140m棚洞。

2.1.2接触网、通信、信号以及电力既有设备迁改。

2.2主要工程数量

2.2.1明洞基础石方开挖1280m³；

2.2.2挖孔桩625米，混凝土1185m³；

2.2.3基础混凝土820m³；

2.2.4洞身混凝土2452m³；

2.2.5洞顶排水沟混凝土270m³；

2.2.6钢筋制安9005吨；

2.2.7M10浆砌片石1926m³；

2.2.8回填土石方9250m³。

3总体施工方案

3.1该处工点紧邻嘉陵江，需沿河提修建1.5公里便道到达施工现场，修建便道时注意往年河水警戒线，防止汛期河水漫道，冲毁施工便道。

3.2进场后，在施工地点空地处采取开挖、平整、夯填加固等方式平整出材料堆放及加工场地，修建水泥库、钢筋棚、木工棚、材料库、搅拌站等临建。混凝土采用商砼和自拌两种方式，桩身、承台梁、立柱、条形基础、内边墙、拱顶混凝土采用商混泵送，桩基础锁口、护壁、电缆槽、水沟等小体积混凝土采用自拌。施工用电与地方协调，接地方电，或采用发电机进行发电。生产用水采用河水。施工人员驻地设在附近村庄租用民房，施工单位作业人员为方便施工作业，在线路左侧旧明洞内搭设帐篷居住。

3.3施工前，首先和设备管理单位联系，对有碍施工的光、电缆进行迁移和防护，防止破坏。根据现场实际情况与设备单位确定设备防护、迁改方案，由设备管理单位对影响范围内的设备进行迁改，施工单位配合。对已确定无行车设备的区域，及时在线路两侧钢筋、防护绳拉设物理软隔离，确保行车及人身安全。

3.4路基段基础开挖、边墙施工期间列车限速45km/h。承台梁开挖及既有挡墙、护墙拆除采取跳槽进行，每段长度不宜超过5米，靠线路侧及时做好支护，承台梁按照断面挖通后及时绑扎钢筋并浇筑混凝土，防止暴露时间过长。桩基础开挖时，隔一挖一，采用钢筋混凝土锁口加护壁支撑。同步进行洞内水沟及电缆槽施工。

3.5内边墙施工时，分层浇筑，每层高度1.2m，且按照拱架车立柱在浇筑时预留铁丝，不少于3道，便于后期固定拱架车立柱。

3.6内外边墙完成一段后，安装防电拱架车，计划使用4套防电拱架车进行拱部施工，每套拱架车移动4拱，完成拱部施工。

3.7最后进行洞门端墙、顶部找平抹面、铺设防水层、C20细石混凝土垫层、洞顶回填土石、黏土隔水层等附属工程施工。

4既有线铁路新建棚洞工程技术创新

4.1 结构设计创新

在既有线铁路新建棚洞工程中，结构设计创新是提高工程质量和安全性的关键。本文提出了一种新型预应力混凝土棚洞结构设计方案，该方案旨在通过优化结构形式和截面尺寸，提升棚洞的整体承载能力和抗震性能。首先，新型结构设计充分考虑了既有线铁路的特殊性，包括线路走向、地形地貌以及列车运行特点等因素。通过精确计算和分析，确定了合理的结构形式和截面尺寸，使棚洞结构在满足承载要求的同时，也具有良好的适应性和稳定性。其次，新型结构设计采用了预应力混凝土结构，通过预应力筋的布置和张拉，使混凝土结构在承受荷载前产生一定的压应力，从而提高其抗裂性和承载能力。这种结构设计不仅提高了棚洞的整体性能，还延长了结构的使用寿命。此外，新型结构设计还注重了施工过程中的便利性和后期维护的便捷性。通过合理的节点设计和连接方式，简化了施工流程，提高了施工效率。同时，考虑了后期维护的需求，设置了易于检查和维修的通道和设施，降低了维护成本。

4.2 施工技术创新

施工技术创新是既有线铁路新建棚洞工程中的重要环节。针对既有线铁路棚洞工程施工过程中的难点问题，本文提出了一系列施工技术创新措施。首先，采用模块化施工方法，将棚洞结构划分为若干模块进行预制和组装。这种方法可以大大缩短施工周期，提高施工效率。同时，模块化施工还有利于质量控制和安全管理，降低了施工过程中的风险。其次，利用先进的施工机械设备和监控技术，实现了施工过程的自动化和智能化。例如，采用高精度测量设备和无人机技术进行施工监测，可以实时获取施工数据，确保施工质量的稳定性和可靠性。此外，使用智能化施工管理系统，可以对施工过程进行全面监控和管理，提高了施工管理的效率和水平。最后，施工技术创新还体现在绿色施工和环保理念的运用上。通过采用环保材料、节能技术和循环利用等措施，减少了对环境的影响和资源的浪费，实现了可持续发展。

4.3 材料应用创新

在既有线铁路新建棚洞工程中，材料应用创新同样具有重要意义。本文探索了新型材料在棚洞工程中的应用前景，旨在提高棚洞结构的耐久性和使用寿命。首先，采用高强度、高耐久性的钢材和混凝土材料，可以提高棚洞结构的整体强度和稳定性。这些新型材料具有优异的力学性能和耐久性能，能够适应复杂多变的环境和荷载条件。其次，利用新型防水材料和防腐材料，可以增强棚洞结构的防水性能和防腐性能。这些材料具有良好的耐水性和耐腐蚀性，能够有效防止水分和腐蚀介质对结构的侵蚀和破坏。此外，材料应用创新还体现在对可再生资源和环保材料的利用上。通过研发和应用可再生资源材料，如再生混凝土、植物纤维增强材料等，降低了对自然资源的依赖和消耗，促进了循环经济的发展。

结束语

综上所述，结构设计创新、施工技术创新以及材料应用创新是既有线铁路新建棚洞工程技术创新的重要内容。通过这些创新措施的实施，可以提高棚洞工程的安全性、经济性和可行性，推动铁路建设的可持续发展。

参考文献

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[2]赵宝海，浅析既有铁路新建棚(明)洞施工(京承线K201棚洞工程).中文科技期刊数据库(全文版) 2016