合福鐵路客運(yùn)專線五城隧道群棄渣場設(shè)計(jì)

李元昌，蹤敬良

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063)

合福鐵路客運(yùn)專線五城隧道群棄渣場設(shè)計(jì)

李元昌，蹤敬良

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063)

合肥至福州鐵路客運(yùn)專線設(shè)計(jì)時速為350 km，在安徽省黃山市休寧縣五城鎮(zhèn)段主要以隧道形式通過，受地形條件限制，該區(qū)域無合適棄渣場地。五城隧道群采用五城鎮(zhèn)既有河道作為隧道棄渣場地，并為占用的河道新建泄水洞引水，在棄渣河道上恢復(fù)既有道路，并對泄水洞及渣場采取了防沖墩、消能池、河底防護(hù)墩等安全防護(hù)措施。所采取的棄渣場方案及配套措施不僅降低了工程造價，提高了棄渣效率與工程施工的便捷性，而且減少了對自然環(huán)境的破壞，對類似工程有一定的借鑒作用。

合福鐵路 棄渣河道 泄水洞 道路改移

1 工程概況

新建合肥至福州鐵路客運(yùn)專線設(shè)計(jì)時速350 km，是溝通華中與華南地區(qū)的一條大能力客運(yùn)通道。鐵路經(jīng)過安徽省黃山市休寧縣五城鎮(zhèn)，五城鎮(zhèn)為低山丘陵區(qū)，地勢起伏較大，植被發(fā)育，山間河道呈狹長型，常年有水。受地形和線路曲線半徑的限制，合福鐵路主要以隧道形式通過此地。該段縱斷面見圖1。

圖1 合福鐵路通過五城鎮(zhèn)段線路縱斷面示意

該段需堆放小尖山隧道出口段(約1.9 km)、茶口亭隧道(937 m)、五紅村隧道(157 m)及五城隧道進(jìn)口端(約2 km)的棄渣，約有110萬m3，棄渣量巨大;而此區(qū)域山坡陡峻，河道狹長，無適合的山洼處理隧道棄渣。若采用傳統(tǒng)棄渣堆砌方案，將占用大量的農(nóng)田及土地，造成大量的資源浪費(fèi)及環(huán)境破壞，同時運(yùn)距的加大也增加了工程造價，不夠經(jīng)濟(jì)。為了盡量保護(hù)鐵路附近的自然環(huán)境，減少對附近居民的干擾，并且控制運(yùn)距，降低工程造價，設(shè)計(jì)采用既有河道作為棄渣場，新建泄水洞引水，在既有河道中進(jìn)行集中棄渣的方案。

該段表層為粉質(zhì)黏土，灰黃色，硬塑，厚約為0～1.5 m;下覆千枚狀粉砂巖，灰色，強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化，變余粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，千枚狀構(gòu)造，巖質(zhì)較軟，節(jié)理較發(fā)育，巖體較破碎～完整，隧道洞身主要穿越弱風(fēng)化千枚巖，未見斷層等大型地質(zhì)構(gòu)造。地震動峰值加速度＜0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s。該段工程地質(zhì)條件單一，且屬抗震有利地段，為泄水洞及棄渣河道的建設(shè)創(chuàng)造了有利條件。

2 棄渣河道及泄水洞設(shè)計(jì)概述

棄渣河道和泄水洞位于巷坑村與五紅村之間，棄渣河道利用線路右側(cè)河道，長約960 m。新建泄水洞位于棄渣河道與合福鐵路之間，長約230 m。此河道旁有鄉(xiāng)村瀝青道路，路面寬約4 m左右。其平面位置關(guān)系如圖2所示。

設(shè)計(jì)需要解決的問題有:①既有鄉(xiāng)村道路的改移與恢復(fù);②泄水洞設(shè)計(jì)及流量計(jì)算;③棄渣場安全防護(hù)及泄水洞洞口安全防護(hù)。

圖2 鐵路、泄水洞及棄渣河道平面位置示意

2.1 既有河道旁鄉(xiāng)村道路的改移與恢復(fù)

在河道中棄渣，占用了既有鄉(xiāng)村道路，設(shè)計(jì)考慮在泄水洞洞口設(shè)置矩形結(jié)構(gòu)，道路在矩形結(jié)構(gòu)上面通過，從渣頂修建一條同規(guī)格道路對原有道路進(jìn)行改移，道路寬4 m，人字坡，上、下坡坡度均為5.5%，使渣場前后道路平順銜接。棄渣河道及道路斷面設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 棄渣河道斷面設(shè)計(jì)(單位:m)

2.2 泄水洞設(shè)計(jì)及流量計(jì)算

泄水洞按照百年流量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)構(gòu)的凈空設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合洞內(nèi)的過水能力，同時考慮洞口端塊石、上游漂浮物對泄水洞的影響和出口的消能處理。

泄水洞洞口頂面需滿足車輛通行，采用明挖法施工，結(jié)構(gòu)形式為箱形;洞身采用礦山法施工，最大埋深91 m，結(jié)構(gòu)形式為復(fù)合式襯砌。

2.2.1 泄水洞縱斷面設(shè)計(jì)

泄水洞地面坡度為－8%，為控制水流速度，路面每20 m設(shè)置一臺階，底面采用C20混凝土鋪砌調(diào)坡，坡度為－1.5%。其設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 泄水洞縱坡度設(shè)計(jì)(單位:m)

2.2.2 泄水洞橫斷面流量計(jì)算

1)洞口流量計(jì)算

泄水洞洞口采用矩形結(jié)構(gòu)斷面，如圖5所示。

圖5 泄水洞洞口矩形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(單位:cm)

對于上游漂浮物的影響，設(shè)計(jì)考慮內(nèi)凈空高度比設(shè)計(jì)水位高1.5 m。本泄水洞為無壓結(jié)構(gòu)，可按明渠均勻流計(jì)算。

計(jì)算得A=37.56 m2，X=17.17 m，i=0.015，n= 0.014，由謝才公式，可得Q=554.14 m3/s。

2)洞身段流量計(jì)算

洞身段建筑內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 泄水洞洞身內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)(單位:cm)

3)流量校核

河道區(qū)域匯水面積約13.094 km2，根據(jù)區(qū)域水文特征，經(jīng)綜合計(jì)算分析得出河道百年一遇洪峰流量為209.6 m3/s。

設(shè)計(jì)考慮一定的預(yù)留，根據(jù)相關(guān)要求擬定為設(shè)計(jì)流量＞河道流量的1.4倍。

取較小的洞身段流量:Q=314.77 m3/s＞209.6 ×1.4=293.44 m3/s，故洞口及洞身段設(shè)計(jì)凈空均滿足流量要求。

2.3 棄渣河道安全防護(hù)及泄水洞洞口安全防護(hù)

2.3.1 棄渣河道安全防護(hù)

由于本工程采用既有河道作為棄渣場地，并新建泄水洞引水，棄渣擋墻除了應(yīng)具有常規(guī)的擋土作用外，還應(yīng)與泄水洞洞口的防護(hù)相結(jié)合，并考慮結(jié)構(gòu)的耐久性以及水流對擋墻的影響。設(shè)計(jì)擬定措施如下:

1)棄渣河道采用C30鋼筋混凝土防沖墩護(hù)腳(兼作棄渣擋墻)，防沖墩基底埋深不小于2.0 m，基底換填0.5 m的碎石墊層。防沖墩施工前應(yīng)完成地基處理，基底承載力不小于250 kPa。防沖墩設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 防沖墩設(shè)計(jì)(單位:cm;高程單位:m)

2)防護(hù)墩迎水面采用鋼筋籠塊石碼砌，以降低水流對防護(hù)墩的影響。

3)河水具侵蝕性，制作防沖墩時添加抗侵蝕外加劑，根據(jù)河水化驗(yàn)結(jié)果選用水泥，保證結(jié)構(gòu)的耐久性。

2.3.2 泄水洞進(jìn)口防護(hù)

在距離進(jìn)口約50 m處在河道底部橫向設(shè)置一道防護(hù)墩，防護(hù)墩上設(shè)置1.5 m高SNS被動防護(hù)網(wǎng)，以攔截較大的石塊、雜質(zhì)等。泄水洞進(jìn)口防護(hù)如圖8所示。河底防護(hù)墩設(shè)計(jì)如圖9所示。

圖8 泄水洞進(jìn)口防護(hù)設(shè)計(jì)

圖9 河底防護(hù)墩設(shè)計(jì)

2.3.3 泄水洞出口防護(hù)

為降低出口急流對河床的沖刷，對泄水洞出口下游采用消能的方式處理，以使下泄急流迅速變?yōu)榫徚?。設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土下降式消能池，沿河道下挖2 m，消能池范圍沿河道不小于50 m。泄水洞出口防護(hù)如圖10所示。

圖10 泄水洞出口防護(hù)設(shè)計(jì)

2.3.4 極端氣候應(yīng)對

根據(jù)相關(guān)規(guī)范和要求，設(shè)計(jì)流量按百年一遇考慮，對于極端氣候條件，設(shè)計(jì)考慮利用渣頂?shù)缆放潘?/p>

3 結(jié)論

隧道棄渣場選址、設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)區(qū)域的地形、地質(zhì)、環(huán)境條件綜合確定，盡量減少對環(huán)境的破壞，在缺少傳統(tǒng)的棄渣場地的情況下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分發(fā)揮自身主觀能動性，擴(kuò)大選址范圍。

目前棄渣場及泄水洞已經(jīng)完成施工。通過采取改移棄渣河道、恢復(fù)道路、新建泄水洞等措施，不僅降低了工程造價，提高了棄渣效率與工程施工的便捷性，而且有效減少了對自然環(huán)境的破壞，取得了良好的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益，對類似的工程有一定的借鑒意義。

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(責(zé)任審編葛全紅)

U452.1

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2015.06.23

1003-1995(2015)06-0088-04

2014-12-10;

2015-03-20

李元昌(1982—)，男，四川成都人，工程師。