客運(yùn)專線長(zhǎng)大隧道設(shè)設(shè)計(jì)施工

PAGEPAGE2客運(yùn)專線長(zhǎng)大隧道設(shè)計(jì)施工1我國(guó)客運(yùn)專線隧道的概況根據(jù)國(guó)院批準(zhǔn)的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》到2020年全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到10萬km，其中客運(yùn)專線營(yíng)業(yè)里程12000km包括：新建客運(yùn)專線10000km；新建城際客運(yùn)系統(tǒng)2000km?？瓦\(yùn)專線隧道的數(shù)量：據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)客運(yùn)專線隧道的修建數(shù)量將超過1000km。其中：武廣客運(yùn)專線165km，甬福廈280km，京滬高速15km，石太客專76km，鄭州西安客專74km，武漢合肥80km；武漢成都300km?？瓦\(yùn)專線隧道分類如表1：2客運(yùn)專線隧道的特點(diǎn)客運(yùn)專線隧道的特點(diǎn)是要重點(diǎn)考慮以下4個(gè)方面問題：(1)空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)(2)隧道斷面的設(shè)計(jì)(3)更加重視對(duì)環(huán)境的影響(4)防災(zāi)救援要求高2.1空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)高速列車在隧道內(nèi)運(yùn)行產(chǎn)生空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，引起的問題有：線隧道雙側(cè)設(shè)置。雙線隧道可利用平導(dǎo)；兩個(gè)單線隧道設(shè)橫通道，間距400~600m；圓形斷面隧道有縱向防災(zāi)通道。3客運(yùn)專線長(zhǎng)大隧道的設(shè)計(jì)施工原則3.1設(shè)計(jì)、施工中必須建立綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，作為正常工序并列人預(yù)算之中?？瓦\(yùn)專線施工技術(shù)指南強(qiáng)調(diào)了地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，將開挖面地質(zhì)素描和監(jiān)控量測(cè)納入正常施工工序。3.2必須采取動(dòng)態(tài)信息化設(shè)計(jì)和信息化施工，以及信息化動(dòng)態(tài)管理。客運(yùn)專線施工技術(shù)指南要求隧道施工要實(shí)現(xiàn)信息化管理，對(duì)施工期地質(zhì)預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)的內(nèi)容提出了要求，明確要求施工中應(yīng)該將幾種預(yù)報(bào)手段（洞內(nèi)地質(zhì)測(cè)繪、物探(TSP探測(cè)、聲波檢測(cè)、雷達(dá)探測(cè)等)超前預(yù)報(bào)、水平超前鉆探等）綜合運(yùn)用、取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互補(bǔ)充和印證，做到有疑必探、先探后掘。3.3復(fù)合式襯砌是地下工程也是鐵路隧道的重要結(jié)構(gòu)形式，不論長(zhǎng)、短隧道均應(yīng)采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)形式，中間設(shè)防水隔離層。設(shè)防水隔離層有三個(gè)目的是防水、防裂、一次支護(hù)和二次模筑襯砌之間剪應(yīng)力為零。一次支護(hù)必須從上向下施作，二次模筑襯砌必須從下向上澆注?？蛯Ｋ淼赖某跗谥ёo(hù)參數(shù)有所加強(qiáng)，鋼筋網(wǎng)的鋼筋直徑加大、間距減小、保護(hù)層加厚（不小于3cm）；二襯的施作時(shí)間分三種情況不同對(duì)待：分深埋隧道、淺埋隧道和圍巖變形過大或初期支護(hù)變形不收斂又難以及時(shí)補(bǔ)強(qiáng)時(shí)的三種情況。3.4從環(huán)境保護(hù)出發(fā)，尤其在巖溶地區(qū)隧道防排水設(shè)計(jì)原則，必須將以排為主改為以堵為主，限排為輔。3.5取消洞門或設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易洞門洞門應(yīng)設(shè)在早進(jìn)晚出地段，按不受力洞門設(shè)計(jì)。擋墻式洞門，必然造成大的刷坡而破壞洞頂環(huán)境。在橋隧相聯(lián)處，陡壁處可不設(shè)洞門，洞口易選在鼻梁上，洞口處取消深路塹。3.65km以上隧道設(shè)置平行導(dǎo)坑是確保安全、質(zhì)量、進(jìn)度的重要措施，也是今后運(yùn)營(yíng)隧道所必需。3.7輔助坑道的設(shè)置原則3.7.1輔助坑道有豎井、斜井、平導(dǎo)、橫洞、泄水洞五種主要形式，輔助坑道的選擇次序應(yīng)為橫洞、平導(dǎo)、斜井、豎井，特殊地區(qū)可設(shè)一水洞。橫洞和平導(dǎo)不需要特殊提升設(shè)備，風(fēng)險(xiǎn)不大，施工后還可為運(yùn)營(yíng)服務(wù)，應(yīng)優(yōu)先選擇。3.7.2豎井一般超過40m就要特殊設(shè)計(jì)，吊繩也要選無旋轉(zhuǎn)鋼絲繩和各種絞車、穩(wěn)繩，其效率很低，隨著豎井的加深而成平方減低，工程實(shí)踐證明投資大，危險(xiǎn)，效率很低，是正洞進(jìn)出口效率的10％左右，建議不考慮，尤其當(dāng)豎井深度超過百米更沒有比選價(jià)值。3.7.3斜井按有軌提升考慮，極限安全長(zhǎng)度應(yīng)為1000m以內(nèi)，超過該長(zhǎng)度，牽引困難，易脫軌。成本也很高，合理斜井長(zhǎng)度通過工程實(shí)踐和理論計(jì)算，考慮效率按進(jìn)出口的50％計(jì)算，斜井長(zhǎng)度在1000m左右為宜。每個(gè)斜井的投入設(shè)備包括三通一平需投入2000萬元左右，因此在6km長(zhǎng)雙線隧道不設(shè)任何輔助坑道而加大進(jìn)出口設(shè)備投入，效果會(huì)比較好。3.7.4平導(dǎo)是提倡的輔助坑道，是進(jìn)、出口的得力助手，相輔相成，增加平導(dǎo)可加快進(jìn)、出口進(jìn)度2倍以上，可預(yù)報(bào)地質(zhì)、釋放風(fēng)險(xiǎn)、提前處理不良地層，施工結(jié)束也為運(yùn)營(yíng)多提供了一個(gè)維修救援通道，平導(dǎo)也可提前進(jìn)入正洞開挖下導(dǎo)洞，為正洞開挖提高進(jìn)度2~3倍，米花嶺隧道有成功實(shí)例，不需要單獨(dú)開辟施工場(chǎng)地和三通一平，投人費(fèi)用少，開工快，尤其在復(fù)雜山區(qū)更需要設(shè)置。3.7.5橫洞在有條件的情況下長(zhǎng)度不超過200m，橫洞進(jìn)口有道路和棄碴條件時(shí)可設(shè)置，開挖從里向外施工，其功能是縮短棄碴運(yùn)距和有利施工通風(fēng)，投入費(fèi)用少，能提高正洞效率。3.7.6巖溶地區(qū)在洞底下部附近5~6m處設(shè)泄水導(dǎo)洞，將巖溶水通過泄水洞排出，在圓梁山出口非常成功。巖溶地區(qū)當(dāng)把溶洞、溶管挖斷挖通時(shí)，應(yīng)采用心臟搭橋方式進(jìn)行聯(lián)道處理為主，以注漿堵水為輔，盡量不破壞原有水系，所以泄水洞可做成各種大小和形式。3.8長(zhǎng)隧道的開挖方法(1)全斷面鉆爆法(2)導(dǎo)洞超前、后部擴(kuò)大鉆爆法。導(dǎo)洞可超前10~15m爭(zhēng)取臨孔面，為后部擴(kuò)大加快速度，節(jié)約炸藥，減少超欠挖、減少振速提供條件，應(yīng)優(yōu)先考慮（見圖3）。優(yōu)化掏槽方案：通過試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)出多種掏槽方案，進(jìn)行對(duì)比，創(chuàng)造出一種硬巖方形五大孔(102mm)掏槽模式，中間大空孔裝藥（見圖4）。(3)小直徑TBM(3~4m)加鉆爆法擴(kuò)大，為推薦方法，以提高科技含量。(4)軟弱地層段，采用正臺(tái)階開挖加超前支護(hù)進(jìn)行。(5)有軌運(yùn)輸、無軌裝碴。(6)長(zhǎng)隧施工通風(fēng)方法：采用壓人式和射流正洞式通風(fēng)，可實(shí)現(xiàn)左、右洞調(diào)節(jié)，通風(fēng)效果很好。表5、表6和表7給出國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)隧的各種參數(shù)供參考。3.9設(shè)備投入是加快長(zhǎng)隧道施工的關(guān)鍵鉆爆作業(yè)線，裝碴運(yùn)輸作業(yè)線、噴錨支護(hù)作業(yè)線、防水板和混凝土襯砌作業(yè)線是四條正洞和平導(dǎo)的必須配套設(shè)備，注漿作業(yè)線、通風(fēng)作業(yè)線、排水作業(yè)線為3條輔助作業(yè)線，7條作業(yè)線的設(shè)備投入費(fèi)用應(yīng)占隧道施工總費(fèi)用的20％左右。否則，隧道施工是實(shí)現(xiàn)不了安全、優(yōu)質(zhì)和快速。3.10引進(jìn)循環(huán)經(jīng)驗(yàn)的概念進(jìn)行設(shè)計(jì)3.10.1全面推進(jìn)節(jié)約能耗的設(shè)計(jì)，提高資源利用效益。如水、電、油、砂、石、水泥、木材、鋼材原材料如何節(jié)約，地下水如何為施工服務(wù)，建成后可否長(zhǎng)期應(yīng)用，全面推廣液壓臺(tái)車打眼取消風(fēng)鉆電老虎，采用有軌電力牽引節(jié)約油耗，砂石自制，水泥加30％粉煤灰，網(wǎng)構(gòu)鋼拱架取代工字鋼、H型鋼等。3.10.2注意環(huán)境保護(hù)的設(shè)計(jì)：如何棄碴造田變廢為寶，如何減少施工環(huán)境污染，如何保護(hù)地面植被，廢水處理，從源頭減少污染源。3.11利用新設(shè)備、新儀器、新技術(shù)、新材料、新工藝，提高和改善傳統(tǒng)的鉆爆法施工配套技術(shù)的設(shè)計(jì)；符合人性化的三通一平設(shè)計(jì)，引進(jìn)小斷面TBM；施工的各個(gè)工序都要進(jìn)行交叉學(xué)科的應(yīng)用和研究等。設(shè)計(jì)方案的研究在前，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在后。3.12增加安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的設(shè)計(jì)安全、風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)是確保施工安全、質(zhì)量的關(guān)鍵，在預(yù)可研、可研報(bào)告中都增加這個(gè)內(nèi)容，設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)、施工風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)均應(yīng)反映在建設(shè)的全過程中。對(duì)此，北京地鐵建設(shè)的安全、風(fēng)險(xiǎn)咨詢已交某大學(xué)隧道中心負(fù)責(zé)。以上12條設(shè)計(jì)和施工原則是國(guó)內(nèi)專家長(zhǎng)期研究的結(jié)晶，只要按照此12條進(jìn)行鐵路建設(shè)，隧道就會(huì)健康發(fā)展。4.幾個(gè)技術(shù)問題的討論4.1雙線隧道和兩個(gè)單線隧道的比較(見表8)，經(jīng)比較，各有利弊。4.2斷面形式客專隧道斷面有馬蹄形斷面、蛋形斷面和圓形斷面，圓形斷面受力好，可不設(shè)避人洞，運(yùn)行空氣阻力小。仰拱所有地層均應(yīng)設(shè)置。4.3合理經(jīng)濟(jì)速度V>270km／h時(shí)，牽引力90％用于克服空氣阻力；V>300km／h時(shí)，牽引力95％用于克服空氣阻力；