客運(yùn)專線長大隧道設(shè)研究設(shè)計(jì)施工

1、.客運(yùn)專線長大隧道設(shè)計(jì)施工 1 我國客運(yùn)專線隧道地概況 根據(jù)國院批準(zhǔn)地中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃到2020年全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到10萬km,其中客運(yùn)專線營業(yè)里程12 000km包括：新建客運(yùn)專線10 000km；新建城際客運(yùn)系統(tǒng)2 000km. 客運(yùn)專線隧道地?cái)?shù)量：據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),我國客運(yùn)專線隧道地修建數(shù)量將超過1 000km.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.客運(yùn)專線隧道分類如表1：2 客運(yùn)專線隧道地特點(diǎn) 客運(yùn)專線隧道地特點(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)隧道斷面地設(shè)

2、計(jì) (3)更加重視對環(huán)境地影響(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),引起地問題有： (1)由于瞬變壓力造成旅客及乘務(wù)人員耳膜不適,舒適度降低,并對鐵路員工和車輛產(chǎn)生危害；(2)高速列車進(jìn)入隧道后,會在隧道出口產(chǎn)生微氣壓波,發(fā)出轟鳴聲,使附近房屋門窗嗄啦嗄啦作響,引起擾民問題,并危及洞口建筑物；(3)行車阻力增大,使運(yùn)營能耗增大,并要求機(jī)車動(dòng)力增大；(4)形成空氣動(dòng)力學(xué)噪聲(與車速地6-8次方成正比)； (5)列車風(fēng)加劇,影響隧道維修養(yǎng)護(hù)人員地正常作業(yè)； (6)列車克服阻力所作地功轉(zhuǎn)化為熱量,在洞內(nèi)積聚引起溫度升高等. 因此,在高速鐵路設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)從車輛

3、及隧道兩方面采取措施,以減緩空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng). 影響空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)地因素：車輛地因素 隧道地因素列車速度 隧道橫斷面積列車橫斷面積 隧道長度列車長度 隧道道床類型列車頭部形狀 洞口結(jié)構(gòu)2.2 客運(yùn)專線隧道斷面地設(shè)計(jì) 隧道有效內(nèi)凈空面積洞門型式及緩沖結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)和耐久性 防排水設(shè)計(jì) 環(huán)境保護(hù) 防災(zāi)救援方案2.2.1 隧道有效內(nèi)凈空面積 隧道凈空面積地影響因素： 隧道建筑限界 線間距 應(yīng)預(yù)留地空間：安全空間.救援通道.工程技術(shù)作業(yè)空間.內(nèi)部配件空間等考慮空氣動(dòng)力學(xué)影響所需地空間2.2.2 洞門型式及緩沖結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)原則：早進(jìn)晚出.確保安全.因地制宜.保護(hù)環(huán)境.簡約實(shí)用.緩沖結(jié)構(gòu)：雙線隧道原則不設(shè)

4、緩沖結(jié)構(gòu),當(dāng)洞口位于城市或有密集建筑物時(shí),可采取防噪音措施或結(jié)合洞門型式適當(dāng)設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu).緩沖棚：（國外緩沖棚地兩張圖片）2.2.3 雙線隧道復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)表（見表4）2.2.4 耐久性：隧道施工也引入了耐久性概念,襯砌混凝土應(yīng)為高性能耐久性混凝土,特別是地下水豐富地地層.2.2.5 防排水設(shè)計(jì)：應(yīng)采取“防.排.截.堵相結(jié)合,因地制宜,綜合治理”原則.非含水層.弱含水層以及對環(huán)境影響不大地隧道或區(qū)段,地下水引排是隧道防排水地常規(guī)措施,亦可采用先排后堵地措施.以前在地下水發(fā)育地巖溶區(qū)修建隧道采用常規(guī)“排放”方案,是以犧牲環(huán)境為代價(jià)來換取暫時(shí)地工程進(jìn)度,隨即頻繁產(chǎn)生地地質(zhì)災(zāi)害對施工和運(yùn)營造成了

5、重大地威脅.現(xiàn)在最新理念是大堵小排.全封閉設(shè)計(jì)施工,保護(hù)水資源,使工程不留后患.2.2.6 環(huán)境保護(hù)：客專設(shè)計(jì)和施工均應(yīng)引進(jìn)循環(huán)經(jīng)驗(yàn),減少環(huán)境污染,防止水土流失.2.2.7 防災(zāi)救援方案隧道防災(zāi)應(yīng)貫徹“以防為主.防消結(jié)合”地原則.我國客運(yùn)專線規(guī)定,隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)置貫通整個(gè)隧道地救援通道,單線隧道單側(cè)設(shè)置,雙線隧道雙側(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400600m；圓形斷面隧道有縱向防災(zāi)通道.3 客運(yùn)專線長大隧道地設(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.客運(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)控量測納入正常施工

6、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,對施工期地質(zhì)預(yù)測.預(yù)報(bào)地內(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)測繪.物探(TSP探測.聲波檢測.雷達(dá)探測等)超前預(yù)報(bào).水平超前鉆探等）綜合運(yùn)用.取長補(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地重要結(jié)構(gòu)形式,不論長.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)目地是防水.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.客專隧道地初期支護(hù)參

7、數(shù)有所加強(qiáng),鋼筋網(wǎng)地鋼筋直徑加大.間距減小.保護(hù)層加厚（不小于3cm）；二襯地施作時(shí)間分三種情況不同對待：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)地三種情況.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,必然造成大地刷坡而破壞洞頂環(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.3.6 5km以上隧道設(shè)置平行導(dǎo)坑是確保安全.質(zhì)量.進(jìn)度地重要措施,也是今后運(yùn)營隧道所必需.3.7 輔助坑道地設(shè)置原則3.7.1

8、輔助坑道有豎井.斜井.平導(dǎo).橫洞.泄水洞五種主要形式,輔助坑道地選擇次序應(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,隨著豎井地加深而成平方減低,工程實(shí)踐證明投資大,危險(xiǎn),效率很低,是正洞進(jìn)出口效率地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,極限安全長度應(yīng)為1000m以內(nèi),超過該長度,牽引困難,易脫軌.成本也很高,合理斜井長度通過工程實(shí)踐和理論計(jì)算,考慮效率按進(jìn)出口地50計(jì)算,

9、斜井長度在1000m左右為宜.每個(gè)斜井地投入設(shè)備包括三通一平需投入2000萬元左右,因此在6km長雙線隧道不設(shè)任何輔助坑道而加大進(jìn)出口設(shè)備投入,效果會比較好.3.7.4 平導(dǎo)是提倡地輔助坑道,是進(jìn).出口地得力助手,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23倍,米花嶺隧道有成功實(shí)例,不需要單獨(dú)開辟施工場地和三通一平,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 橫洞在有條件地情況下長度不超過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

10、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56m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 長隧道地開挖方法 (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1015m爭取臨孔面,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)行對比,創(chuàng)造出一種硬巖方形五大孔(102mm)掏槽模式

11、,中間大空孔裝藥（見圖4）.(3)小直徑TBM(34m)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,采用正臺階開挖加超前支護(hù)進(jìn)行. (5)有軌運(yùn)輸.無軌裝碴.(6)長隧施工通風(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給出國內(nèi)外長隧地各種參數(shù)供參考.3.9 設(shè)備投入是加快長隧道施工地關(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)地必須配套設(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)線地設(shè)備投入費(fèi)用應(yīng)占隧道施工總費(fèi)用地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

12、.10 引進(jìn)循環(huán)經(jīng)驗(yàn)地概念進(jìn)行設(shè)計(jì)3.10.1 全面推進(jìn)節(jié)約能耗地設(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),建成后可否長期應(yīng)用,全面推廣液壓臺車打眼取消風(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)地設(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)地鉆爆法施工配套技術(shù)地設(shè)計(jì)；符合人性化地三通一平設(shè)計(jì),引進(jìn)小斷面TBM；施工地各個(gè)工序都要進(jìn)行交叉

13、學(xué)科地應(yīng)用和研究等.設(shè)計(jì)方案地研究在前,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在后.3.12 增加安全風(fēng)險(xiǎn)評估地設(shè)計(jì) 安全.風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)是確保施工安全.質(zhì)量地關(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)營風(fēng)險(xiǎn)均應(yīng)反映在建設(shè)地全過程中.對此,北京地鐵建設(shè)地安全.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)和施工原則是國內(nèi)專家長期研究地結(jié)晶,只要按照此12條進(jìn)行鐵路建設(shè),隧道就會健康發(fā)展.4. 幾個(gè)技術(shù)問題地討論4.1 雙線隧道和兩個(gè)單線隧道地比較(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