鐵路客運(yùn)專線隧道設(shè)計(jì)與施工

1、鐵路客運(yùn)專線隧道的設(shè)計(jì)與施工7/25/202211、前言 在我國(guó)諸多的交通運(yùn)輸方式中，鐵路運(yùn)輸是交通運(yùn)輸?shù)闹饕绞?。鐵路運(yùn)輸能力的嚴(yán)重不足，制約著各地經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵路運(yùn)力不足的矛盾越來越突出。修建客運(yùn)專線是我國(guó)的鐵路發(fā)展的必然選擇，繼秦沈客運(yùn)專線后，今年相繼九條客運(yùn)專線的開工修建，標(biāo)志我國(guó)建設(shè)世界一流的客運(yùn)專線高潮的到來。 客運(yùn)專線是一項(xiàng)建設(shè)規(guī)模龐大而又復(fù)雜的系統(tǒng)工程，具有技術(shù)新、標(biāo)準(zhǔn)高、施工工藝復(fù)雜、難度大、施工準(zhǔn)備時(shí)間緊等特點(diǎn)。 由于行車速度的提高，曲線半徑的加大，使得隧道所占的比重越來越大。對(duì)于客運(yùn)專線隧道的施工，大陸尚無工程實(shí)例，沒有成套的施工技術(shù)可借鑒，國(guó)外和臺(tái)

2、灣地區(qū)高速鐵路修建的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)、可供我們借鑒和參考。7/25/202222、國(guó)內(nèi)外高速鐵路隧道的發(fā)展概況在日本已建成的4條新干線總長(zhǎng)1818km中隧道長(zhǎng)度為566km之多。正在修建的時(shí)速500km的中央新干線42.8km實(shí)驗(yàn)線上，隧道總長(zhǎng)為35km。在5條新干線的建設(shè)計(jì)劃中，隧道的工程量也是相當(dāng)可觀的，北陸新干線輕井-長(zhǎng)野段長(zhǎng)83.6km，隧道約占44%（36.8km）；東北新干線宮內(nèi)-八戶段長(zhǎng)60.0km，隧道約占85%（ 51.5km）；九州新干線八代-西鹿兒島長(zhǎng)125.2km，隧道約占70%（87.7km）。在這些線路上也出現(xiàn)了幾座10km以上的長(zhǎng)大隧道。 （1) 日本高速鐵路隧道7/2

3、5/202232、國(guó)內(nèi)外高速鐵路隧道的發(fā)展概況 中央新干線因列車速度達(dá)500km/h，隧道橫斷面積的高度從過去的7.6m增加到7.7m，寬度從9.4m增加到12.6m，堵塞比從0.18變?yōu)?.12。（1) 日本高速鐵路隧道7/25/202242、國(guó)內(nèi)外高速鐵路隧道的發(fā)展概況 德國(guó)于80年代初期動(dòng)工修建的漢諾威到威爾茲堡新干線長(zhǎng)327km，隧道總長(zhǎng)達(dá)118km，占線路長(zhǎng)度的37%，包括長(zhǎng)達(dá)10.7km的蘭得呂肯隧道。另一條從曼海姆到斯圖加特線路長(zhǎng)100km，隧道占30%（30km）。第2代新線隧道高速鐵路的橫斷面積從64m2增加到82m2 （2) 德國(guó)高速鐵路隧道7/25/202252、國(guó)內(nèi)外高

4、速鐵路隧道的發(fā)展概況 從羅馬到佛羅倫薩的線路長(zhǎng)237km，其中穿越阿爾卑斯山的線路實(shí)際長(zhǎng)度只有78.2km，而隧道的總長(zhǎng)則達(dá)85km。其中，主隧道長(zhǎng)度為73km，輔助隧道長(zhǎng)達(dá)12km。 （3) 意大利高速鐵路隧道 隧道橫斷面比現(xiàn)有隧道橫斷面加大，軌面以上的斷面積為76m2?，F(xiàn)有隧道斷面積是54m2。7/25/202262、國(guó)內(nèi)外高速鐵路隧道的發(fā)展概況 瑞士聯(lián)邦鐵路也計(jì)劃修建穿越阿爾卑斯山的新隧道。該計(jì)劃包括4條高速鐵路的比選方案，將要修建多座特長(zhǎng)隧道，這些隧道分別是樂琴山隧道38.2km、新普郎隧道35.4km、圣哥達(dá)隧道49.3km、斯普林肯隧道46.7km和Y型隧道25.7km。（4) 瑞

5、士聯(lián)邦高速鐵路隧道7/25/202272、國(guó)內(nèi)外高速鐵路隧道的發(fā)展概況 奧地利新建高速鐵路的隧道軌面以上的面積是66m2，單線是45m2。（5) 奧地利高速鐵路隧道7/25/202282、國(guó)內(nèi)外高速鐵路隧道的發(fā)展概況 西班牙高速鐵路在列車速度為300km/h時(shí)，隧道100m2的橫斷面積視列車速度的不同，堵塞比大致變化在0.210.12之間。（6) 西班牙高速鐵路隧道7/25/202292、國(guó)內(nèi)外高速鐵路隧道的發(fā)展概況 韓國(guó)擬修建的從漢城到釜山的高速鐵路全長(zhǎng)409km，隧道約占34%。 橫斷面積采用100m2 （7) 韓國(guó)高速鐵路隧道7/25/2022102、國(guó)內(nèi)外高速鐵路隧道的發(fā)展概況我國(guó)臺(tái)灣

6、正在修建的臺(tái)北到高雄的高速鐵路，全長(zhǎng)333km，共有50座隧道，總長(zhǎng)39km，最長(zhǎng)的隧道約6.4km，隧道比重為11.7%。其中36座隧道采用掘進(jìn)機(jī)或鉆爆法施工，其余11km采用明挖法施工。隧道橫斷面積采用90m2。（8) 臺(tái)灣高速鐵路隧道7/25/2022112、國(guó)內(nèi)外高速鐵路隧道的發(fā)展概況（9) 國(guó)內(nèi)高速鐵路隧道 時(shí)速350km/h：雙線隧道有效斷面100m2，單線隧道有效斷面70m2。7/25/2022122、國(guó)內(nèi)外高速鐵路隧道的發(fā)展概況 時(shí)速250km/h：雙線隧道有效斷面不小于90m2，單線隧道有效斷面不小于58m2 。（9) 國(guó)內(nèi)高速鐵路隧道7/25/2022132、國(guó)內(nèi)外高速鐵路

7、隧道的發(fā)展概況 時(shí)速200km/h：雙線隧道有效斷面不小于80m2，單線隧道有效斷面不小于50m2（9)國(guó)內(nèi)高速鐵路隧道7/25/2022143、客運(yùn)專線隧道與普通鐵路隧道的差異 客運(yùn)專線與普通鐵路的不同主要表現(xiàn)在速度的目標(biāo)值不同，隨著速度目標(biāo)值的不斷提高，相應(yīng)地提出了一些新的要求，主要?dú)w結(jié)為兩個(gè)方面： （1）適應(yīng)空氣動(dòng)力學(xué)變化的要求； （2）為保持軌道的持久穩(wěn)定和高平順性、供高速列車安全舒適的運(yùn)行對(duì)軌下基礎(chǔ)的要求。 7/25/2022153、客運(yùn)專線隧道與普通鐵路隧道的差異隧道的有效斷面增大；隧道洞口設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)；隧道的襯砌結(jié)構(gòu)；（曲墻帶仰拱、邊墻與仰拱順接、砼強(qiáng)度提高、耐久性100年）安全

8、空間和救援通道；（單向一側(cè)、雙向兩側(cè)）防災(zāi)與救援；（設(shè)置圖像文字標(biāo)志、緊急呼叫電話、緊急出口并設(shè)標(biāo)示牌、利用輔助坑道）（1) 隧道的設(shè)計(jì)特點(diǎn)7/25/202216安全空間位置示意圖救援通道位置示意圖7/25/2022173、客運(yùn)專線隧道與普通鐵路隧道的差異 隧道斷面大、受力較復(fù)雜 客運(yùn)專線隧道按照斷面大小劃分，單線隧道斷面大于50m2屬大斷面隧道，雙線隧道斷面大于100m2屬超大斷面隧道，比普通鐵路隧道的斷面大得多。由于隧道橫斷面較大，受力情況較為不利，尤其是隧道底部比較復(fù)雜，而兩側(cè)邊墻底直角變化容易引起應(yīng)力集中，需對(duì)邊墻底與仰拱連接處進(jìn)行加強(qiáng)。 （2) 隧道的差異7/25/2022183、客

9、運(yùn)專線隧道與普通鐵路隧道的差異 隧道襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性要求高 由于隧道斷面較大，受力比較復(fù)雜，且列車的運(yùn)行速度較高，隧道維修有一定的時(shí)間限制，對(duì)隧道襯砌的安全性、耐久性要求比普通鐵路隧道有很大的提高，要求混凝土的耐久性達(dá)到100年，以保證隧道的運(yùn)營(yíng)安全。 （2) 隧道的差異7/25/2022193、客運(yùn)專線隧道與普通鐵路隧道的差異 注重隧底的處理 隧底結(jié)構(gòu)由于長(zhǎng)期在列車動(dòng)荷載的作用及地下水侵蝕的影響下極易產(chǎn)生破壞，從而引起基底沉陷、道床翻漿冒泥等病害，不但增加養(yǎng)護(hù)維修的工作量，而且嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)安全，故客運(yùn)專線對(duì)隧道底部的強(qiáng)度要求比普通鐵路更高；由于客運(yùn)專線隧道的斷面跨度較大，對(duì)底板厚度和仰拱、底

10、板的混凝土強(qiáng)度要求較普通鐵路有所提高。 （2) 隧道的差異7/25/2022203、客運(yùn)專線隧道與普通鐵路隧道的差異 隧道防排水要求高 隧道滲漏水的危害主要是引起洞內(nèi)金屬設(shè)備及鋼軌銹蝕、隧道襯砌喪失承載力、隧底翻漿冒泥破壞道床或整體道床下沉開裂、有凍害地區(qū)的隧道襯砌背后積水引起襯砌凍脹開裂、襯砌漏水會(huì)引起襯砌掛冰而侵入凈空。從運(yùn)營(yíng)安全上對(duì)隧道防排水要求提高，隧道設(shè)計(jì)均為一級(jí)防水，混凝土的抗?jié)B等級(jí)不小于P8，這是普通鐵路所沒有的。 （2) 隧道的差異7/25/2022213、客運(yùn)專線隧道與普通鐵路隧道的差異 隧道病害監(jiān)測(cè)整治技術(shù)的需求 為減少養(yǎng)護(hù)維修的工作量，保障隧道的運(yùn)營(yíng)安全，需要對(duì)隧道病害進(jìn)

11、行監(jiān)測(cè)、診斷及評(píng)定，做出準(zhǔn)確的判斷，采取有針對(duì)性的整治措施，故對(duì)隧道病害的監(jiān)測(cè)及整治技術(shù)的需求是非常大的，要求的精度和技術(shù)的先進(jìn)性是非常高的。 （2) 隧道的差異7/25/2022224、施工技術(shù)與方法概述 客運(yùn)專線隧道的施工技術(shù)和方法與普通鐵路隧道的施工技術(shù)和方法基本相同。由于對(duì)質(zhì)量和使用要求的提高，致使對(duì)施工機(jī)械、工藝水平、質(zhì)量監(jiān)控檢測(cè)、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、施工量測(cè)、隧底處理、信息化施工提出了更高的要求。無碴軌道施工與隧道施工的一起安排，也為項(xiàng)目施工增加了新內(nèi)容。7/25/2022234、施工技術(shù)與方法概述 （1）開挖 開挖方法：全斷面法、臺(tái)階法（上下臺(tái)階、三臺(tái)階、短臺(tái)階、微臺(tái)階）、預(yù)留核心土環(huán)

12、形開挖法、側(cè)壁導(dǎo)坑法（單、雙側(cè)壁）中隔壁法（CD、CRD）、中洞法等。 在選擇開挖方法時(shí)，應(yīng)對(duì)隧道斷面大小、形狀及圍巖的工程地質(zhì)條件、支護(hù)條件、工期要求、工程量、機(jī)械配備能力、經(jīng)濟(jì)性等相關(guān)因素進(jìn)行綜合分析，采用科學(xué)、合理的開挖方法，尤其要與支護(hù)條件相適應(yīng)。 7/25/2022244、施工技術(shù)與方法概述 （2）支護(hù) 支護(hù)分為超前支護(hù)和初期支護(hù) 超前支護(hù)：大管棚、超前小導(dǎo)管、超前錨桿 初期支護(hù)：錨桿（拱部中空、邊墻砂漿）、鋼筋網(wǎng)、鋼架（型鋼、鋼筋）、噴射混凝土（濕噴） （3）襯砌 采用全液壓自行式鋼模板臺(tái)車，長(zhǎng)度不小于12m；仰拱必須超前，仰拱與填充不能同時(shí)施工，以仰拱棧橋進(jìn)行跨越。7/25/20

13、22254、施工技術(shù)與方法概述 （4）防排水 隧道設(shè)計(jì)等級(jí)為一級(jí)，混凝土抗?jié)B等級(jí)不小于P8。防水板采用無射釘鋪設(shè)技術(shù)。施工縫防水結(jié)構(gòu)圖變形縫防水結(jié)構(gòu)圖7/25/2022264、施工技術(shù)與方法概述 （5）不良地質(zhì)及特殊地質(zhì) 隧道穿越的不良地質(zhì)地層主要表現(xiàn)為巖堆、高地溫、高地應(yīng)力、瓦斯、溶洞及暗河等，特殊地質(zhì)主要表現(xiàn)為軟巖、巖溶、黃土等。 巖堆 清除地表孤石，采用小導(dǎo)管或自進(jìn)式注漿錨桿進(jìn)行地表注漿加固，采用超前小導(dǎo)管和管棚進(jìn)行超前支護(hù)。 高地溫 對(duì)于高地溫地段隧道施工應(yīng)加強(qiáng)地溫監(jiān)測(cè)及施工通風(fēng)，做好人員防護(hù)措施。 7/25/2022274、施工技術(shù)與方法概述 高地應(yīng)力 高地應(yīng)力硬巖地段可能發(fā)生巖爆，

14、若巖爆段采用灑水、局部加深炮眼，中等巖爆地段采用局部增設(shè)鋼筋網(wǎng)，強(qiáng)巖爆地段采用超前鉆孔預(yù)爆破以釋放地應(yīng)力等措施。 隧道深埋斷層破碎帶地段可能存在高地應(yīng)力引起的軟塑性變形問題，可采用適當(dāng)加大預(yù)留變形、加長(zhǎng)錨桿及加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)等措施。 施工中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)及試驗(yàn)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判定地應(yīng)力的影響，以便設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)措施，并做好施工人員及設(shè)備的防護(hù)措施。 7/25/2022284、施工技術(shù)與方法概述 瓦斯 隧道在穿越煤系地層時(shí)，制定監(jiān)測(cè)計(jì)劃，配備監(jiān)測(cè)設(shè)備，隧道襯砌結(jié)構(gòu)采用氣密性混凝土、全包雙層防水層，并加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)、通風(fēng)、人員防護(hù)及預(yù)留運(yùn)營(yíng)通風(fēng)條件等措施。 軟巖 軟巖地段隧道的基底應(yīng)予以加強(qiáng)，可采用圍巖注漿、鋼管樁

15、、旋噴樁或其他加固措施，確保襯砌有足夠的強(qiáng)度、剛度和抗裂性。 7/25/2022294、施工技術(shù)與方法概述 巖溶及溶洞、暗河 對(duì)于巖溶發(fā)育的長(zhǎng)大隧道，根據(jù)隧道環(huán)境要求，具體圍巖狀況、水壓、水量等采用恰當(dāng)?shù)淖{堵水措施。 對(duì)于溶洞、暗河發(fā)育的地段，根據(jù)隧道地質(zhì)及環(huán)境調(diào)查具體情況，采用超前預(yù)注漿、超前帷幕注漿、后注漿等多種措施加固圍巖、截堵地下水，結(jié)合防水混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，共同保證運(yùn)營(yíng)安全、滿足環(huán)保要求。 盡量維系巖溶暗河的既有通路，在暗河與設(shè)計(jì)路肩高程相近的情況下，采用打設(shè)泄水洞，提前截排暗河水，確保結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全。 7/25/2022304、施工技術(shù)與方法概述 黃土 對(duì)于黃土隧道，開挖宜采用短臺(tái)階

16、法或分部開挖法（留核心土法），初期支護(hù)應(yīng)緊跟開挖面，開挖后及時(shí)施做初期支護(hù)，必要時(shí)可采用超前錨桿、小導(dǎo)管、管棚加固，待初期支護(hù)基本穩(wěn)定后，進(jìn)行永久襯砌施工，襯砌背后要回填密實(shí)，尤其是拱頂回填一定要做好。 做好洞頂、洞門及洞口的防排水系統(tǒng)工程，并妥善處理好陷穴、裂縫，以免地面積水侵蝕洞體周圍，造成土體坍塌。 在含有地下水的黃土層中施工時(shí)，洞內(nèi)應(yīng)施做良好的排水設(shè)施。在干燥無水的黃土層中施工，應(yīng)管理好施工用水，不使廢水漫流。 對(duì)于黃土隧道的基底處理的方法主要有換填、樹根樁、注漿、灰土擠密樁等多種。 7/25/2022315、隧道內(nèi)軟弱地基的處理 對(duì)于黃土隧道內(nèi)軟弱地基的處理方法有灰土擠密樁、樹根樁、

17、壓漿、換填等多種方法?；彝翑D密樁相對(duì)于其他方法容易實(shí)施、經(jīng)濟(jì)使用、安全可靠，施工質(zhì)量可控性強(qiáng)，但施工時(shí)對(duì)其他工序作業(yè)影響較大。 7/25/2022325、隧道內(nèi)軟弱地基的處理 換填施工時(shí)仰拱和邊墻不能同時(shí)進(jìn)行，可以以隧道中線分左右幅進(jìn)行換填，但左右兩側(cè)也不能同時(shí)進(jìn)行，要錯(cuò)開左右交替分段施工，分段的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況、施工的速度等因素來考慮，在施工過程中要對(duì)隧道進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，確保施工安全。換填部分采用挖掘機(jī)人工配合進(jìn)行施工，采用小型機(jī)具或人工夯實(shí)。7/25/2022335、隧道內(nèi)軟弱地基的處理 樹根樁采用洛陽(yáng)鏟進(jìn)行施工，用洛陽(yáng)鏟人工進(jìn)行成孔，然后在孔內(nèi)插入鋼筋籠，澆注混凝土，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度

18、，在未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度前不允許在其上部堆積重載，避免造成破壞。7/25/2022345、隧道內(nèi)軟弱地基的處理 基底按照復(fù)合地基要求進(jìn)行計(jì)算，樁徑取0.5m，樁間距23d，樁土應(yīng)力比45，仰拱底部樁間距1.21.2m，邊墻底部樁間距1.01.0m，梅花型布置，樁長(zhǎng)34m。 灰土擠密樁在隧道內(nèi)施工時(shí)，由于作業(yè)空間受限，需要采用體積適當(dāng)、高度合適的設(shè)備進(jìn)行施工。 7/25/2022355、隧道內(nèi)軟弱地基的處理 壓漿的范圍與樹根樁的處理范圍基本一致，在邊墻底部采用42小導(dǎo)管進(jìn)行壓漿，處理深度4.0m左右，布置間距1.21.2m，仰拱底部按8.0m范圍進(jìn)行夯實(shí)。 壓漿施工質(zhì)量不易控制，漿液中的水對(duì)地層參數(shù)有

19、不利影響。7/25/2022366、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè) 超前水平鉆探 該方法是在開挖面布設(shè)超前探孔，采用鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆探，根據(jù)鉆機(jī)在鉆進(jìn)過程中的推力、扭距、鉆速、成孔難易及鉆孔出水情況來確定前方的地層和巖性，同時(shí)進(jìn)行涌水量和水壓測(cè)試及水質(zhì)分析，判斷掌子面前方地層含水情況及性質(zhì)。 可以探明開挖面前方3050m范圍內(nèi)有無涌水、瓦斯和溶洞等不良地質(zhì)情況。（1) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)7/25/2022376、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè) 紅外遙感 在施工現(xiàn)場(chǎng)，通過測(cè)試掌子面的場(chǎng)強(qiáng)分布值，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)的變化規(guī)律預(yù)報(bào)掌子面前方可能出現(xiàn)的巖層，已經(jīng)臨近的不良地質(zhì)體的性質(zhì)、位置、巖溶裂隙、地下水的活動(dòng)規(guī)律、地下水的壓力、儲(chǔ)

20、量等含水構(gòu)造。 紅外遙感技術(shù)是一種短距離超前預(yù)報(bào)的方法，一般為掌子面前方30m內(nèi)，最多50m范圍內(nèi)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。（1) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)7/25/2022386、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè) TSP203地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng) 測(cè)試原理是利用地震波的反射原理進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào) 。有效預(yù)測(cè)距離可達(dá)100150m，探測(cè)距離達(dá)300m。（1) 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)7/25/2022396、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè) 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是在隧道施工過程中，對(duì)圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為噴錨支護(hù)和二次襯砌砼的參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)，把量測(cè)的資料經(jīng)整理和分析得到信息及時(shí)反饋到設(shè)計(jì)和施工中，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和施工方案，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、快速施工的目的。 監(jiān)控量測(cè)的要求、方法與內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理與分析等根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況參照施工規(guī)范執(zhí)