0 引言
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。
国内外许多学者针对于预埋槽道在工程中应用开展了大量研究，靳世鹤等、李积鸿等、刘奇结合兰州地铁工程，对地铁盾构隧道预埋槽道的材质、断面形式、力学性能、防腐性、耐久性等方面进行了研究；杜峰、曾斌、邓剑荣等结合深圳地铁9号线工程，对盾构管片预埋槽道结构设计与应用做了研究；王凌云等、邓刚、张伯阳等对预埋槽道在山岭隧道中施工过程中的关键技术、存在问题与整治方案进行研究；黄一宁结合盾构机VMT导向系统，对高速铁路盾构隧道预埋接触网槽道方案进行了初步探索。根据调研结果，目前关于盾构隧道预埋槽道的研究主要集中于城市轨道交通领域，且工程中多采用全环预埋的方式，而铁路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的研究具有重要的意义。
1 工程概况
我国某铁路工程地下段总长约14.3 km, 隧道总长约12.655 km, 由地下车站相连的两段区间组成，采用盾构法与明挖法施工。其中进口区间长度为5.59 km, 盾构段长4.935 km, 出口区间长度为7.075 km, 盾构段长5.5 km。
隧道段设计时速为120 km/h, 设计为单洞双线断面，盾构段管片内径为11.1 m, 外径12.2 m, 环宽2.0 m, 楔形量48 mm, 盾构段线路情况统计见表1。
2 接触网槽道布设方案优化研究
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[13],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2,具体布设方案如图2—5所示，其中D型、E型槽道与C型槽道预埋位置相同，仅长度不同，限于文章篇幅，文中仅示出C型槽道布设横断面图。
图1 盾构隧道结构横断面
表1 隧道盾构段线型参数统计
表2 隧道盾构段预埋槽道类型统计
图2 A型槽道布设横断面
图3 B型槽道布设横断面
根据上述接触网功能需求与预埋槽道布设位置及长度，将预埋基础简化为两种类型，即Ⅰ型槽道、Ⅱ型槽道，简化方案见表3,方案设计图如图6—7所示。
3 盾构段接触网预埋槽道方案研究
根据盾构隧道现场施工情况，施工过程中可对掘进前方三环管片的拼装点位进行准确预测，考虑到盾构段接触网预埋槽道方案的可行性，针对盾构管片与预埋槽道布设进行专项设计原则说明。
图4 C型槽道布设横断面
图5 F型槽道布设横断面
表3 预埋槽道类型简化方案
图6 Ⅰ型槽道布设横断面图
图7 Ⅱ型槽道布设方案示意图
盾构管片设计原则为：(1)普通管片环与槽道管片环均采用楔形环，楔形量通过线路最小曲线半径计算确定。(2)为满足槽道长度要求，管片分块采用“5+2+1/3”的分块方式。(3)管片布设原则按照固定槽道环管片拼装点位，通过调整负一环管片的拼装点位以适应线路曲线。(4)为避免出现反复过分纠偏，拼装点位不考虑管片楔形的负向补偿。(5)结合现场施工情况，K块拼装点位在上半区中进行选择，具体点位为1～13、21、22。(6)负一环管片拼装按照楔形量 > 通缝数量 > K块点位的原则进行优先级排序。(7)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。
预埋槽道设计原则为：对于左偏曲线段、右偏曲线段与直线段，Ⅰ型槽道分别布置于管片环同一分块，Ⅱ型槽道考虑全环预埋。
以右偏曲线为例，预埋槽道环管片与负一环管片拼装方案如图8所示，其中外环管片为槽道环管片，内环管片为负一环管片，各方案相关控制参数见表4。
图8 右偏曲线拼装方案示意图
表4 右偏曲线拼装方案控制参数统计
根据表4中统计的控制参数，结合上述设计原则可知，对于右偏曲线，预埋槽道布置于A5块，负一环管片K块拼装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；负一环管片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，负一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。
4 盾构段接触网基础预留方案研究
根据表1中线路相关参数与接触网相关要求，盾构段各类型管片环数量统计见表5,局部预埋槽道方案与传统后植锚栓方案投资对比分析见表6。
根据表5可知，隧道盾构段采用局部预埋槽道方案，共需Ⅰ-A1型管片228环，Ⅰ-A5型管片216环，Ⅱ型管片52环，普通管片4722环。根据表6可知，采用后植锚栓方案，所需总投资约191.73万元，使用年限为30年，折合单位使用寿命约6.39万元/年；相较前者，采用局部预埋槽道方案，所需总投资约356.67万元，增加164.94万元，使用年限为100年，折合单位使用寿命约3.75万元/年，减少约2.67万元/年。因此，从使用寿命、耐久性、管片结构损伤及施工环境等角度综合分析，局部预埋槽道方案具有较好的经济效益与推广价值。
表5 盾构段各类型管片环数量统计
表6 投资对比
5 结论
(1)根据接触网功能需求与预埋槽道布设位置及长度，将预埋基础简化为两种类型，Ⅰ型管片固定分块预埋槽道，用于接触网吊柱悬挂与附加线悬挂；Ⅱ型管片全环预埋槽道，用于接触网结构下锚。
(2)对于右偏曲线，预埋槽道布置于A5块，负一环管片K块拼装点位按如下优先级考虑：3>2>21>22>4>1;对于左偏曲线，预埋槽道布置于A1块；负一环管片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，预埋槽道布设于A5块与A1块，预埋于A5块时K块点位置于12点处，预埋于A1块时K块点位优先级：2>22。
(3)以国内某大直径盾构隧道工程为例，采用预埋局部槽道方案，共需Ⅰ-A1型管片228环，Ⅰ-A5型管片216环，Ⅱ型管片52环，相比较后植锚栓方案，局部预埋槽道方案折合单位使用寿命减少约2.67万元/年，具有较好的经济效益与推广价值。
摘自《地下空间与工程学报 》