一种高速铁路盾构隧道接触网基础局部预埋槽道设计方法与流程

本发明涉及高速铁路盾构隧道设计领域，具体涉及一种高速铁路大直径盾构隧道接触网基础局部预埋槽道设计方法。

背景技术：

铁路隧道中接触网基础安装方式主要有后植锚栓与预埋槽道两种方式。后植锚栓是在隧道结构上打孔，通过植入化学锚栓为接触网基础提供支点；预埋槽道是指在隧道衬砌浇筑过程中，将槽道预埋于结构中，通过槽道与混凝土之间的作用力为接触网基础提供支点。相对于传统后植锚栓方式，预埋槽道具有不破坏隧道结构、强度高、耐久性好、耐腐蚀、施工便利、无灰尘、无震动等优点。近年来在山岭隧道与城市轨道交通中逐步推广应用，铁路大直径盾构隧道仍采用后植锚栓的施工方式。对于城市轨道交通项目，工程中多采用全环预埋槽道的方式，以满足管片壁挂的需求。相对而言，铁路大直径盾构隧道具有洞径大、管线入槽的特点，全环预埋的方式槽道利用率低，会造成极大的工程浪费。因此，针对铁路大直径盾构隧道，开展局部预埋槽道方案研究，以推动高速铁路盾构隧道接触网基础预埋槽道技术的广泛应用具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术中存在的问题而提出，其目的是提供一种高速铁路大直径盾构隧道接触网基础局部预埋槽道设计方法。

本发明技术方案是：一种高速铁路盾构隧道接触网基础局部预埋槽道设计方法，包括接触网预埋槽道优化、预埋槽道管片环结构设计、预埋槽道管片环排布设计、不同线路段落管片拼装设计。具体包括以下步骤：

(i)接触网预埋槽道优化

结合高速铁路大直径隧道接触网功能需求，对接触网预埋槽道类型进行优化，并根据需要选择合适的类型；

(ii)预埋槽道管片环结构设计

结合工程概况以及接触网预埋槽道功能需求，对管片结构进行针对设计，确定预埋槽道环管片方案，主要包括结构分块、管片类型及楔形量等因素的确定。

(iii)预埋槽道管片环排布设计

在步骤i和ii的基础上，根据铁路大直径盾构隧道接触网布设要求，对预埋槽道管片环横断面与纵断面进行排布设计，主要包括槽道环管片分块布设位置、纵向间距及布设数量等因素的确定。

(iv)不同线路段落预埋槽道环拼装设计

在步骤iii的基础上，对于不同曲线段落槽道环拼装设计，主要包括拼装方案原则与拼装点位的选取原则。

接触网预埋槽道优化为将常规的六种槽道类型优化为两种，即ⅰ型槽道和ⅱ型槽道，其中ⅰ型槽道用于接触网吊柱悬挂、附加导线悬挂、附加导线对向悬挂；ⅱ型槽道用于悬挂补偿下锚、中心锚结下锚、隧道口af/pw线终端下锚。

预埋槽道管片环结构设计包括：管片分块结合管片直径与预埋槽道的长度需求，采用“n块标准块+2块临接块+1/3封顶块”的分块方式；管片类型包括普通环管片和槽道环管片，槽道环管片包括ⅰ型槽道环管片和ⅱ型槽道环管片；普通环与槽道环均采用楔形环管片，楔形量通过线路最小曲线半径计算确定；预埋槽道环管片中，预埋槽道由槽道锚杆、定位螺栓和槽道组成；槽道预埋通过在管片模具上加工定位孔并安装定位螺栓，固定槽道在管片模板上的位置，然后吊装管片钢筋笼，浇筑管片混凝土，通过锚杆与槽道的锚固实现预埋。

预埋槽道管片环排布设计包括：ⅰ型槽道环管片根据转弯情况将槽道布置于管片环固定分块，沿线路方向根据接触网要求按固定间距布置，每处一组，每组两根预埋槽道；ⅱ型槽道沿管片环向全环布置，纵向根据接触网类型确定布置位置和组数，每组两环预埋槽道。

不同线路段落预埋槽道环拼装设计包括：拼装方案按照固定槽道环管片，调整相邻负环(槽道环管片的前一环)的原则进行考虑，以适应线路直曲线；拼装方案中，对于不同线路段落(左偏曲线、右偏曲线与直线段)，分别将ⅰ型槽道布置于管片环同一分块，且该分块置于隧道断面正上方；拼装点位按照管片封顶块位于隧道上半区进行考虑，以便于现场施工；拼装点位按照不考虑管片楔形的负向补偿考虑，以避免出现反复过分纠偏；相邻负环管片拼装点位，按照楔形量>通缝数量>封顶块点位的原则进行优先级排序，现场施工根据点位优先级进行选择；拼装方案原则上按照错缝拼装，特殊情况下可存在局部通缝，但连续不宜超过两环。

本发明首次系统性提出一种高速铁路大直径盾构隧道接触网基础局部预埋槽道设计方法，包括：接触网预埋槽道优化、预埋槽道管片环结构设计、预埋槽道管片环排布设计、不同线路段落管片拼装设计。本发明有效的解决了既有预埋槽道种类复杂、适用性低、施工过程繁琐、对管片预制厂中管片模具类型要求高、管片拼装效率低等缺点；同时本发明预埋槽道安装快捷方便，利用率高，适用范围广，能安全可靠高精度的完成高速铁路盾构隧道内接触网的挂设，管片质量及成型外观能得到有效保证，易于推广使用。

附图说明

图1是本发明中工程实例盾构隧道横断面图；

图2是本发明中ⅰ型槽道环管片示意图；

图3是本发明中ⅱ型槽道环管片示意图；

图4是本发明中预埋槽道埋设示意图；

图5是本发明中ⅰ型槽道接触网吊柱安装示意图；

图6是本发明中ⅰ型槽道接触网附加线悬挂安装示意图；

图7是本发明中ⅰ型槽道接触网附加线对向下锚示意图；

图8是本发明中ⅱ型槽道接触网悬挂补偿下锚安装示意图；

图9是本发明中新型预埋槽道纵向布置实例图；

图10是本发明中楔形量槽道环管片右偏曲线拼装方案实例图；

具体实施方式

以国内某高铁大直径盾构隧道工程为例，以下参考附图和实施例对本发明做详细说明，该盾构隧道方案横断面图如图1所示，盾构段设计时速120km/h，管片内径11.1m，外径12.2m，环宽2m，最小曲线半径800m，设计楔形量为64mm。

如图2～10所示，一种高速铁路大直径盾构隧道接触网基础局部预埋槽道设计方法，包括接触网预埋槽道优化、预埋槽道管片环结构设计、预埋槽道管片环排布设计、不同线路段落管片拼装设计。具体包括以下步骤：

(i)接触网预埋槽道优化

结合铁路山岭隧道接触网槽道预埋方案，针对环向预埋槽道，根据隧道盾构段接触网相关要求，将预埋槽道按功能划分6种类型，其功能用途、长度、布设间距等参数见表1。

表1预埋槽道布置原则及用途

根据上述接触网功能需求与预埋槽道布设位置及长度，将预埋管片环简化为两种类型，即ⅰ型槽道环管片、ⅱ型槽道环管片，如图2、3所示。其中，ⅰ型槽道环管片槽道长3.5m，布设方案如图4所示，其主要用于接触网吊柱悬挂、附加导线悬挂、附加导线对向下锚，如图5～7所示；ⅱ型槽道环管片用于接触网悬挂补偿下锚、中心锚结下锚、af/pw线终端下锚，如图8所示。所述接触网基础通过螺栓与预埋槽道相连，实现结构挂设。

(ii)预埋槽道管片环结构设计

所述的管片分块，结合管片直径与预埋槽道的长度需求，采用“5块标准块+2块邻接块+1/3封顶块”的分块方式。

所述管片包括普通环管片和槽道环管片，槽道环管片包括ⅰ型槽道环管片和ⅱ型槽道环管片。

所述的普通环与槽道环均采用楔形环管片；

所述的管片楔形量通过线路最小曲线半径计算确定，楔形量计算值为48mm。

所述的预埋槽道环管片中，预埋槽道由槽道锚杆、定位螺栓和槽道组成；槽道预埋通过在管片模具上加工定位孔并安装定位螺栓，固定槽道在管片模板上的位置，然后吊装管片钢筋笼，浇筑管片混凝土，通过锚杆与槽道的锚固实现预埋。

(iii)预埋槽道管片环排布设计

所述的ⅰ型槽道环管片根据转弯情况将槽道布置于管片环固定分块并置于断面正上方，沿线路方向每24m布置一处，每处一组，每组预埋两根槽道。如图9中a型。

所述的ⅱ型槽道沿管片环向全环布置，纵向根据接触网类型确定布置位置和组数，接触网悬挂补偿下锚每1200m布置一处，每处两组，每组两环预埋槽道；接触网中心锚结下锚每锚段间一处，每处一组，每组两环预埋槽道；af/pw线终端下锚布设于隧道进出口，每处一组，每组两环预埋槽道。如图9中b型。

(iv)不同线路段落预埋槽道环拼装设计

在步骤iii的基础上，按照固定槽道环管片，调整相邻负环(槽道环管片的前一环)的原则进行考虑，以适应线路直曲线。

拼装方案中，对于不同线路段落(左偏曲线、右偏曲线与直线段)，分别将ⅰ型槽道布置于管片环同一分块，且该分块置于隧道断面正上方。

拼装点位(k块点位)，按照管片封顶块位于隧道上半区进行考虑，以便于现场施工。

所述的拼装点位，不考虑管片楔形的负向补偿，以避免出现反复过分纠偏，

所述的拼装点位，相邻负环管片按照楔形量>通缝数量>封顶块点位的原则进行优先级排序，现场施工根据点位优先级进行选择。

所述的拼装方案，原则上按照错缝拼装，当出现盾构间隙过小盾构机无法转弯等特殊情况下可存在局部通缝，但连续不宜超过两环。

结合现场施工情况，按照上述原则，以右偏曲线为例，对拼装设计方案进行说明，拼装方案如图10所示，其中外环管片为ⅰ型槽道环管片，内环管片为负环管片。ⅰ型槽道环管片选择槽道布设于a5分块，负环管片k块拼装点位为1～13、21、22，拼装方案控制参数统计见表2。管片拼装时，原则上按照错缝拼装，特殊情况下可存在局部通缝，但连续不宜超过两环。根据楔形量>通缝数量>封顶块点位的优先级原则，负环管片拼装点位优先级排序为3>2>21>22>4>1。

表2右偏曲线拼装方案控制参数统计

综合比选得到对于右偏曲线ⅰ型预埋槽道布置于标准块a5中；对于负一环管片拼装，综合楔形量、通缝数量、封顶块点位等因素，封顶块点位按如下优先级考虑：3>2>21>22>4>1。

同理，对于左偏曲线，预埋槽道布置于a1块；负环管片k块拼装点位按如下优先级考虑：9>13>10>12>4>11。对于直线段，预埋槽道可布置于a5、a1、b1、b2块，结合左偏曲线与右偏曲线的分析结果，建议预埋槽道布设于a5块与a1块，数量按照各一半考虑，负环管片拼装点位按如下优先级考虑：预埋于a5块时k块点位置于12点处，预埋于a1块时k块点位2>22。

本发明首次系统性的提出了一种高速铁路大直径盾构隧道接触网基础局部预埋槽道设计方法，有效的解决了既有预埋槽道种类复杂、适用性低、施工过程繁琐、对管片预制厂中管片模具类型要求高、管片拼装效率低等缺点；本发明适用范围广，槽道利用率高，能安全、可靠、高精度的完成高速铁路盾构隧道内接触网的挂设，同时避免对管片结构的破坏，保证了工程的耐久性，具有很高的应用和推广价值。