我國(guó)長(zhǎng)大鐵路隧道建設(shè)技術(shù)的發(fā)展與展望精品課件

1、當(dāng)前我國(guó)長(zhǎng)大鐵路隧道修建技術(shù)的發(fā)展背景與展望鐵道部工程設(shè)計(jì)鑒定中心2019年10月 主要內(nèi)容一、當(dāng)前我國(guó)長(zhǎng)大鐵路隧道修建技術(shù)的發(fā)展背景二、目前存在的主要問(wèn)題三、我國(guó)長(zhǎng)大鐵路隧道修建技術(shù)的展望四、需要開展技術(shù)攻關(guān)的研究課題一、當(dāng)前我國(guó)長(zhǎng)大鐵路隧道修建技術(shù)的發(fā)展背景隧道修建的長(zhǎng)度越來(lái)越長(zhǎng)設(shè)計(jì)行車速度標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高隧道施工進(jìn)度要求越來(lái)越快工程地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜設(shè)計(jì)理念開始發(fā)生了較大變化動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化管理施工為多數(shù)人接受并開始了探索施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)越來(lái)越受到重視 隧道數(shù)量和長(zhǎng)度 我國(guó)隧道數(shù)量和總長(zhǎng)居世界第一 截止2000年底，我國(guó)有8600座鐵路、公路隧道，總長(zhǎng)度約4370km，居世界第一。 其中

2、我國(guó)鐵路隧道6876座，總長(zhǎng)度3670km，為世界第一。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，未來(lái)幾年我國(guó)鐵路隧道的修建數(shù)量將超過(guò)1100km。 宜萬(wàn)鐵路 213km 甬溫溫福線 220km 西安重慶增二線 263km 黔桂擴(kuò)能 96km 武廣客運(yùn)專線 110km 西安鄭州客運(yùn)專線 50km 洛湛通道南段 60km 襄渝增二線 134km未來(lái)幾年隧道修建的數(shù)量不同年代修建3km以上隧道長(zhǎng)度不同年代修建3km以上隧道數(shù)量長(zhǎng)隧道及特長(zhǎng)隧道所占比例示意圖大于等于3km隧道小于3km隧道大于等于3km隧道小于3km隧道小于3km隧道小于3km隧道大于等于3km隧道大于等于3km隧道隧道213km,隧線比56%隧道68km,

3、隧線比23.4贛龍線隧道241km,隧線比38.6%隧道123km我國(guó)已建和在建的特長(zhǎng)鐵路隧道表序號(hào)隧道名稱隧道長(zhǎng)度 斷 面建設(shè)年限1大瑤山隧道14287m雙線+部分平導(dǎo)1985年2長(zhǎng)梁山隧道12780m雙線+斜井2019年3圓梁山隧道11068m單線+平導(dǎo)2019年4東秦嶺隧道12268m雙線+平導(dǎo)2019年5秦嶺隧道18456m雙洞單線2019年6烏鞘嶺隧道20190m雙洞單線2019年我國(guó)即將建設(shè)的特長(zhǎng)鐵路隧道表序號(hào)隧道名稱隧道長(zhǎng)度 斷 面計(jì)劃年限1野山關(guān)隧道13845m單線+平導(dǎo)2019年2堡鎮(zhèn)隧道11588m單線+平導(dǎo)2019年3齊岳山隧道10469m單線+平導(dǎo)2019年4大瑤山1號(hào)

4、隧道10140m雙洞單線 （待定）2019年5火焰山隧道大于10km待定正在修建和即將修建的幾條鐵路線的速度目標(biāo)值蘭武二線 160km/h遂渝、膠濟(jì)、鄭徐線 200km/h武九、浙贛線 200km/h甬溫溫福線 200km/h京滬高速 350km/h宜萬(wàn)線(宜昌利川段) 160km/h武廣、鄭西客運(yùn)專線（待定） 350km/h石太客運(yùn)專線 （待定） 250km/h近幾年完成的幾座隧道施工進(jìn)度表施工方法隧道名稱長(zhǎng)度斷面施工進(jìn)度指標(biāo)(m/月）鉆爆法米花嶺隧道9392m 單線最高502.2圓梁山隧道11068m平導(dǎo)月均326，最高418武隆隧道9418m 正洞平均150，最高210郁山隧道7205m

5、平導(dǎo)月均222，最高272正洞月均180秦嶺隧道平導(dǎo)18456m月均292，最高456東秦嶺隧道12268m平導(dǎo)平均283.9雙線正洞月均215.2TBM法秦嶺隧道18456m單線月均345，最高509桃花鋪一號(hào)隧道7242m單線月均318，最高551.8磨溝嶺隧道6113m單線月均378，最高573.9設(shè)計(jì)理念的變化加深了對(duì)新奧法原理設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)的認(rèn)識(shí)超前支護(hù)、初期支護(hù)對(duì)加固圍巖或提高圍巖自穩(wěn)能力的認(rèn)識(shí)支護(hù)和襯砌的及時(shí)封閉對(duì)圍巖穩(wěn)定的作用對(duì)隧道底部結(jié)構(gòu)的重視防排水設(shè)計(jì)原則的變化注重水環(huán)境控制因素對(duì)設(shè)計(jì)原則的影響新型道床結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)與應(yīng)用洞門設(shè)計(jì)理念的更新濕噴技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用結(jié)合輔助坑道的設(shè)

6、置加深了對(duì)施工階段地質(zhì)工作的認(rèn)識(shí)二、存在的問(wèn)題地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防質(zhì)量通病仍時(shí)有發(fā)生隧道運(yùn)營(yíng)防災(zāi)與救援問(wèn)題仍未妥善解決高水壓巖溶隧道的防排水及襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則長(zhǎng)大隧道工程有關(guān)可靠性、耐久性和舒適度的問(wèn)題動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工的實(shí)施與管理高速鐵路隧道工程的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)影響及緩解措施近幾年隧道施工發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害情況線別隧道名稱地質(zhì)災(zāi)害情況水柏線新寨二號(hào)隧道（659m)2019年6月19日，在石灰?guī)r與玄武巖接觸帶處發(fā)生特大涌泥，軟塑流塑狀的粘土夾塊石、孤石突出物，掩埋隧道洞身77m ，并造成3死2傷的重大傷亡事故。渝懷線圓梁山隧道（11068m)在施工過(guò)程中，多次發(fā)生突水涌泥，其中最嚴(yán)重一次是2019年9月

7、10日在正洞超前下導(dǎo)坑施工至DK354+879處發(fā)生的突泥事故，一次突泥量達(dá)4200m3，封堵導(dǎo)坑329m，死亡9人。 渝懷線武隆隧道(9418m)橫洞工區(qū)于2019年、2019年發(fā)生四次較大規(guī)模涌水，最大涌水量達(dá)800多萬(wàn)方/天，造成多次停工，機(jī)械設(shè)備淹沒(méi)、沖走，損失近千萬(wàn)元。 質(zhì)量病害情況失格隧道統(tǒng)計(jì)截止2019年底，全路共有正式運(yùn)營(yíng)隧道5711座，其中因病害失格的隧道有3389座，占運(yùn)營(yíng)隧道總座數(shù)的64.2。大瑤山隧道基底破損，道床下沉、失穩(wěn)、翻漿冒泥。南嶺隧道因嚴(yán)重漏水、射水造成軌枕板嚴(yán)重空吊、翻漿、道床涌水，中斷行車。米花嶺隧道出口隧道底部積水、道床翻漿冒泥。萬(wàn)山寺隧道2019年11

8、月4日，通車運(yùn)營(yíng)僅3年的達(dá)成線萬(wàn)山寺隧道K149635處，長(zhǎng)30m的拱頂坍塌，坍體約1000m3，影響運(yùn)營(yíng)兩個(gè)多月。新興安嶺隧道襯砌厚度嚴(yán)重不足，掉塊，嚴(yán)重影響行車安全。部分襯砌拆除重建。 三、我國(guó)長(zhǎng)大鐵路隧道修建技術(shù)的展望綜合施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)的廣泛應(yīng)用更加重視隧道修建對(duì)環(huán)境的影響可維護(hù)防排水體系的研究應(yīng)用高速鐵路隧道修建技術(shù)的發(fā)展圍巖預(yù)加固技術(shù)的運(yùn)用與發(fā)展軟弱破碎圍巖隧道快速施工技術(shù)的研究施工裝備的現(xiàn)代化運(yùn)營(yíng)安全會(huì)更加重視長(zhǎng)大隧道工程工程耐久性、可靠性和舒適度的量化指標(biāo)的研究與運(yùn)用新型無(wú)碴軌道 傳統(tǒng)有碴軌道的特點(diǎn)是鋪設(shè)、改建方便，造價(jià)低，可通過(guò)維修來(lái)保持軌道的狀態(tài)。 隨著鐵路運(yùn)輸向重載、

9、高速的發(fā)展，道床累積變形的速率隨之增長(zhǎng)，對(duì)軌道平順性要求逐趨提高，傳統(tǒng)軌道需要強(qiáng)化，維修趨于頻繁，且作業(yè)量大、維修費(fèi)用增加。 自上世紀(jì)六十年代，世界各國(guó)相繼開展了以整體式道床代替碎石道碴的無(wú)碴軌道的研究。至今，已在很多高速線上全面推廣。如日本的板式軌道在新干線上大量鋪設(shè)，鋪設(shè)總長(zhǎng)度達(dá)2700km。國(guó)外幾種主要的無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)PACT型（Paved Concrete Track) PACT型無(wú)碴軌道是一種就地灌注的鋼筋混凝土道床結(jié)構(gòu)，鋼軌直接與道床相連接，軌底與混凝土道床之間設(shè)連續(xù)帶狀橡膠墊板，鋼軌為連續(xù)支承。 英國(guó)自1969年開始研究和試鋪，到1973年正式推廣，并在西班牙、南非、加拿大和荷蘭等

10、國(guó)重載和高速線的橋、隧上應(yīng)用。鋪設(shè)總長(zhǎng)度約80km。國(guó)外幾種主要的無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)LVT型（彈性套靴支承塊式低振動(dòng)整體道床） 彈性支承塊式整體道床是采用兩塊獨(dú)立的混凝土支承塊，塊下加設(shè)彈性墊層，支承塊下部周邊加設(shè)橡膠靴套，當(dāng)支承塊調(diào)整完畢后，就地灌注道床混凝土將支承塊連同橡膠靴套包裹起來(lái)形成整體道床。 這種道床結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是支承塊下設(shè)枕下彈性墊層，在車載荷載作用下產(chǎn)生垂直彈性位移，以取代傳統(tǒng)軌道中碎石道床的作用，從而使軌道縱向支點(diǎn)彈性趨于均勻一致，橡膠靴套則提供軌道縱向和橫向的必要彈性。國(guó)外幾種主要的無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)雷達(dá)型（長(zhǎng)枕埋入式無(wú)碴軌道） Rheda型整體道床是采用整體式混凝土軌枕作為鋼軌支承體，

11、在軌枕與仰拱之間設(shè)有隔離層，軌枕之間用填充混凝土灌注使其成為整體。為加強(qiáng)軌枕與填充混凝土的連接，在軌枕的側(cè)面預(yù)留可穿入縱向鋼筋的孔穴，穿入縱向鋼筋，位置調(diào)整好后，灌注填充混凝土。 這種軌道結(jié)構(gòu)20年前在Rheda站高運(yùn)量運(yùn)營(yíng)線上鋪設(shè)至今運(yùn)營(yíng)情況良好，因此，德國(guó)聯(lián)邦鐵路批準(zhǔn)推廣。國(guó)外幾種主要的無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)ATD型 ATD型軌道是德國(guó)鐵路土質(zhì)中基本上采用的結(jié)構(gòu)型式之一。是采用雙塊式軌枕直接置于瀝青混凝土底座上，在軌枕與底座間設(shè)一層無(wú)紡布來(lái)填平表面的凹凸，不需要填充層，并在底座上設(shè)凸臺(tái)和底座間的縫隙用樹脂填充等以承受縱橫向水平力的作用。國(guó)外幾種主要的無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)板式軌道 板式軌道是由預(yù)制的軌道板、混

12、凝土底座，以及介于兩者之間的CA砂漿填充層組成，在兩塊軌道板之間設(shè)凸型擋臺(tái)以承受縱、橫向水平力。 板式軌道是日本于1965年開始開發(fā)用于橋梁和隧道的，到目前為止，以新干線為主的板式軌道鋪設(shè)長(zhǎng)度達(dá)到2700km，日本成為鋪設(shè)無(wú)碴軌道最多的國(guó)家。 幾種無(wú)碴軌道的性能比較表軌道型式造價(jià)施工性維修費(fèi)耐久性環(huán)境1.PACT型OO 2.支承塊式OOO3.Rheda型OO4.ATD型OOOO5.板式軌道OO注：標(biāo)記O好， 一般， 差 由上表可以看到，各種軌道結(jié)構(gòu)的維修費(fèi)和耐久性均很好，施工性差別不大，造價(jià)一般較高，特別是支承塊式和板式軌道更偏高一些，對(duì)環(huán)境的影響必須采用減震型結(jié)構(gòu)才能滿足要求。采用新型無(wú)碴軌

13、道的工點(diǎn)無(wú)碴軌道類型 工程實(shí)例套靴式彈性支承塊 西康線秦嶺隧道（18456m）、大瓢溝隧道（工藝性試驗(yàn)段200m）、西安南京線東秦嶺隧道（12268m）、磨溝嶺隧道（6113m）、桃花鋪一號(hào)隧道（7242m）、蘭武二線烏鞘嶺隧道（20190m）長(zhǎng)枕埋入式渝懷線魚嘴二號(hào)隧道（710m）、圓梁山隧道（11068m）板式無(wú)碴軌道贛龍線楓樹排隧道（709m)長(zhǎng)枕埋入式彈性支承塊套靴式新型無(wú)碴軌道的發(fā)展前景 無(wú)碴軌道以其穩(wěn)定性能好、少維修、污染小等特點(diǎn)，已被越來(lái)越多的國(guó)家所接受。 我國(guó)自六十年代已開始了整體道床的研究，但由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不甚合理，施工質(zhì)量難以保證，產(chǎn)生病害后維修困難，曾有不少隧道拆除整體道床

14、改鋪碎石道床。近幾年隨著研究的不斷深入，使無(wú)碴軌道的性能、設(shè)計(jì)、施工等日臻完善，對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)性逐步提高，軌道造價(jià)更趨合理，今后在長(zhǎng)隧道和特長(zhǎng)隧道中將具有較好推廣應(yīng)用前景。隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)常用的方法地質(zhì)超前預(yù)報(bào)法地質(zhì)分析法物探法水平鉆探法地質(zhì)素描地下水觀測(cè)地質(zhì)作圖地下地質(zhì)構(gòu)造與地表相關(guān)性分析地震波反射法鉆孔測(cè)試法(聲波、電阻率等)地質(zhì)雷達(dá)法紅外線法聲波法短鉆孔（包括爆破孔）長(zhǎng)鉆孔（30100m）超前導(dǎo)坑正洞施工作業(yè)面孔內(nèi)成像隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)交流會(huì)專家意見在長(zhǎng)大復(fù)雜地質(zhì)條件的隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)工作中，應(yīng)堅(jiān)持隧道洞內(nèi)探測(cè)與洞外地質(zhì)勘探的結(jié)合、地質(zhì)方法與物探方法的結(jié)合、多種物探方法的結(jié)合、地球物

15、理方法與超前水平鉆探的結(jié)合，開展多層次、多手段的綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，并貫穿整個(gè)施工過(guò)程，根據(jù)隧道具體情況選定實(shí)施組合。隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)交流會(huì)專家意見綜合地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的模式可以根據(jù)隧道的規(guī)模、隧道所經(jīng)地區(qū)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件和不良地質(zhì)控制因素等合理選用地面預(yù)報(bào)和洞內(nèi)預(yù)報(bào)相結(jié)合的模式。對(duì)長(zhǎng)隧道以洞內(nèi)預(yù)報(bào)為重點(diǎn)，短隧道以地面預(yù)報(bào)為主。掌子面超前預(yù)報(bào)可采用地震波反射法（含TSP、VSP高頻地震法）、聲波法（HSP、CT）、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水、水平鉆孔及成像、洞探（含平行導(dǎo)坑、正洞先行導(dǎo)坑）等方法，根據(jù)具體情況選擇使用。隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù)交流會(huì)專家意見當(dāng)前一般隧道工程對(duì)施工地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的重要性認(rèn)

16、識(shí)不足、投入不夠、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率不高是影響推行超前預(yù)報(bào)的重大障礙。 因此，學(xué)術(shù)委員會(huì)建議： 1 在施工全過(guò)程中，必須把超前地質(zhì)預(yù)報(bào)作為工序?qū)ｍ?xiàng)實(shí)施，經(jīng)費(fèi)專項(xiàng)列支。 2 在組織上必須建立由各專業(yè)人員組成的地質(zhì)預(yù)報(bào)隊(duì)伍。 3 在管理上實(shí)施動(dòng)態(tài)管理。 4 盡早制定隧道施工地質(zhì)預(yù)報(bào)工作細(xì)則。隧道工程可維護(hù)防排水系統(tǒng)問(wèn)題的提出 在近幾十年的工程實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)，很多交通隧道在交付運(yùn)營(yíng)通車后，短則23年，長(zhǎng)則十幾年的時(shí)間內(nèi)，隧道中就會(huì)出現(xiàn)拱墻滲漏水、襯砌開裂、底部翻漿冒泥等工程病害，嚴(yán)重影響了正常的交通運(yùn)營(yíng)。分析原因，大多是由于隧道防排水系統(tǒng)的設(shè)置不盡合理，或時(shí)間長(zhǎng)了，排水管道發(fā)生堵塞，失去應(yīng)有的功能，造成部

17、分隧道結(jié)構(gòu)和洞內(nèi)設(shè)施發(fā)生破壞，產(chǎn)生病害。所以，如何設(shè)計(jì)一套合理的防排水系統(tǒng)，達(dá)到防水可靠、排水通暢、方便施工、易于維護(hù)的要求，提高防排水系統(tǒng)的耐久性和實(shí)用性，滿足構(gòu)筑物正常的使用功能，是眾多工程技術(shù)人員和廣大科研人員共同關(guān)心的問(wèn)題?，F(xiàn)有防排水系統(tǒng)存在的問(wèn)題排水系統(tǒng)、排水溝的型式不甚合理。防排水系統(tǒng)不利于維修養(yǎng)護(hù)，排水管道易堵塞。 防排水材料易老化，等級(jí)偏低，耐久性差。 防排水系統(tǒng)不利于施工，現(xiàn)有的施工工藝很難保證防水設(shè)施的工程質(zhì)量。 可維護(hù)防排水系統(tǒng)的基本原理 隧道工程可維護(hù)防排水系統(tǒng)的基本原理是采用耐久性好、可靠性高的防排水材料，提高防排水系統(tǒng)的使用功能，關(guān)鍵部位發(fā)生損壞或防排水功能不能滿足使用要求時(shí)，可以進(jìn)行維護(hù)、檢修或更換，恢復(fù)其應(yīng)有的使用功能，滿足隧道設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的防排水作用。主要包括隧道的新型防水層系統(tǒng)、施工縫或變形縫防水系統(tǒng)、襯砌背后和隧道底部的可維護(hù)排水系統(tǒng)和洞內(nèi)水溝的維護(hù)等?？删S護(hù)防排水系統(tǒng)的主要思路 新型防水層系統(tǒng)施工縫或變形縫防水系統(tǒng)襯砌背后的可維護(hù)排水