隧道的若干關(guān)鍵技術(shù)問題.ppt

1、歡迎各位領(lǐng)導(dǎo)、專家 指導(dǎo)！,武廣客運專線 隧道的若干關(guān)鍵技術(shù)問題 鐵道第四勘察設(shè)計院 肖明清 王克金 2005年11月,1、概述,武廣客運專線鐵四院設(shè)計范圍內(nèi)正線線路全長715.2km，新建隧道187座，總長為112.2km，占線路總長度的15.7%。其中最長隧道為大瑤山一號隧道，全長10085m；長度小于500m的隧道有138座，占總座數(shù)的74。,武廣客運專線隧道的特點與難點,1、概述,隧道斷面大：內(nèi)凈空面積達100m2，需要開挖面積約160m2（有仰拱）。 工程可靠性和耐久性要求高：設(shè)計使用年限要求100年，主體結(jié)構(gòu)要求“零缺陷”。 防排水要求高：防水等級要求達到一級，襯砌表面無濕漬。 環(huán)

2、保與景觀要求高：沿線隧道洞口植被發(fā)育，部分隧道穿越森林公園景區(qū)或自然保護區(qū)；線路與高速公路、國道并行段長，景觀要求高。 防災(zāi)救援難度大：大瑤山一、二、三號隧道均為長度大于6km的隧道，洞口橋隧相連，相鄰洞口距離分別僅為169m、45m。 工程地質(zhì)條件復(fù)雜：隧道主要不良地質(zhì)有巖溶、富水?dāng)鄬?、高地?yīng)力、采空區(qū)等，短隧道一般覆土淺，地質(zhì)條件差。,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.1 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計與基底處理,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.1 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計與基底處理,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.1 支護結(jié)構(gòu)設(shè)計與基底處理,根據(jù)圍巖級別、埋深、偏壓等具體條件對圍巖自穩(wěn)能力和支護結(jié)構(gòu)受力的影響，適當(dāng)細(xì)化

3、了支護結(jié)構(gòu)類型：以往的習(xí)慣作法是淺埋段按降低一級圍巖級別設(shè)計，這難以正確反應(yīng)工程的實際特性，也不夠經(jīng)濟，因為客運專線隧道跨度大，對應(yīng)的淺埋段覆土厚度也增大，同時從環(huán)保要求出發(fā)，隧道洞口位置一般較以往外延較多，致使淺埋段長度較長，因此有必要專門設(shè)計淺埋段支護結(jié)構(gòu)。 突出“加強基底”和注重“剛度變化”：針對以往隧道底部易發(fā)病害和高速列車運行要求，本線隧道加強了基底設(shè)計，、級圍巖均采用有仰拱結(jié)構(gòu)，且仰拱厚度較拱墻襯砌大；級圍巖設(shè)計了有仰拱和無仰拱二種結(jié)構(gòu)，前者用于可溶巖地段，后者用于非可溶巖地段。在不同工點中經(jīng)常有圍巖級別不連續(xù)變化的情況，如斷層部位為級圍巖，其前后則為級圍巖，級圍巖有仰拱結(jié)構(gòu)，可用

4、于這些突變部位，以利于基底的剛度變化。 二次襯砌部分采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：、級圍巖和級圍巖偏壓段二襯砌均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，主要是考慮列車長期的振動作用以及圍巖蠕變對二次襯砌受力的影響，同時也可減少大跨混凝土結(jié)構(gòu)的收縮裂縫。,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.2 隧道工程的耐久性,隧道結(jié)構(gòu)物按設(shè)計基準(zhǔn)期100年進行修建，對于客運專線隧道而言，除考慮普通鐵路隧道所必須考慮的耐久性要求外，還有其獨特的一些方面。 最近一段時期，日本的鐵路隧道相繼發(fā)生3次重大的混凝土掉塊事故，引起了日本運輸省的重視。事故發(fā)生的原因通過理論分析、實地試驗后認(rèn)為：列車振動和產(chǎn)生的空氣壓變動是一個重要原因。而日本新干線的列車速

5、度，從客運專線角度看，是比較低的（通過隧道時大致在180220km/h之間）。 可見，客運專線鐵路隧道在耐久性方面需注意減少列車振動的影響，可采取的措施是改善軌道結(jié)構(gòu)構(gòu)造和隧道底部結(jié)構(gòu)，并適當(dāng)加大內(nèi)凈空，減少空氣壓力變化。,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.2 隧道工程的耐久性,若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,從傳統(tǒng)的以“強度”為主導(dǎo)向以“性能”為主導(dǎo)的設(shè)計方法轉(zhuǎn)變，但要消除“免維修或不能維修”的誤解，建立起“把劣化構(gòu)件或構(gòu)件的性能恢復(fù)到設(shè)計意圖的使用水準(zhǔn)以上的補修、補強”的概念。,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.2 隧道工程的耐久性,隧道工程的耐久性設(shè)計施工與地面結(jié)構(gòu)有明顯的不同。 首先是設(shè)計壽命計算

6、方法不同，地面結(jié)構(gòu)一般以混凝土炭化深度達到鋼筋處的時間作為使用年限，而隧道結(jié)構(gòu)則不同，其極限狀態(tài)由圍巖、初期支護和二次襯砌共同確定，一定的混凝土炭化深度并不意味著隧道結(jié)構(gòu)達到設(shè)計使用年限（結(jié)構(gòu)仍可能維持穩(wěn)定）； 再者隧道結(jié)構(gòu)大量采用了素混凝土，其耐久性判別與鋼筋混凝土也不同； 此外，除對模筑混凝土本身應(yīng)提出耐久性指標(biāo)要求外，對噴射混凝土、錨桿、防排水材料等也均應(yīng)達到相應(yīng)的耐久性要求，而目前對此研究相對欠缺。,若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.2 隧道工程的耐久性,正確選擇混凝土原材料及配合比，嚴(yán)格控制水膠比和水泥用量。 采用合理的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造措施、嚴(yán)格控制裂縫寬度，其中在結(jié)

7、構(gòu)設(shè)計方面采取的措施有：隧道均采用單心圓斷面，有利于結(jié)構(gòu)受力；內(nèi)凈空預(yù)留工務(wù)工程技術(shù)作業(yè)空間，可以用于進一步采取耐久性加強措施；適當(dāng)提高襯砌結(jié)構(gòu)混凝土強度等級，隧道初期支護采用C25噴混凝土，二次襯砌采用C30素混凝土或C35鋼筋混凝土。,若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.2 隧道工程的耐久性,武廣客專耐久性設(shè)計施工措施,其他材料耐久性要求：對錨桿的保護層厚度、注漿飽滿度、防水材料等的耐久性均提出相應(yīng)要求。 施工有關(guān)要求：圍巖本身是整個承載體系的一部分，施工中應(yīng)注意“愛護圍巖”。 結(jié)構(gòu)檢測及維護：在設(shè)計使用年限內(nèi)，應(yīng)定期對隧道結(jié)構(gòu)及材料的使用狀態(tài)、環(huán)境條件的變化進行檢測及

8、監(jiān)測，并進行綜合評估。,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.3 隧道防排水設(shè)計,從目前總體情況來看，隧道滲漏水問題十分嚴(yán)重。據(jù)鐵道部工務(wù)部門2002年秋檢數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國至2002年底，共有鐵路隧道5 711座，總延長2 833 km出現(xiàn)滲漏，其中嚴(yán)重滲漏水的隧道有1 620座、23400處、150 km；占總座數(shù)的28.4%，總長度的5.3%。 而據(jù)交通部2002年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國至2002年底，共有公路隧道1 700座，總延長704 km出現(xiàn)滲漏，其中嚴(yán)重滲漏水隧道達500余座，約占總座數(shù)的30%。,防排水設(shè)計施工中存在的問題,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.3 隧道防排水設(shè)計,防排水設(shè)計施工中存

9、在的問題,不同隧道規(guī)范對防水等級的劃分不同,英國隧道防水分級標(biāo)準(zhǔn),2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.3 隧道防排水設(shè)計,防排水設(shè)計施工中存在的問題,不同隧道規(guī)范對防水等級的劃分不同,德國鐵路隧道的防水等級（DS 853）,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.3 隧道防排水設(shè)計,防排水設(shè)計施工中存在的問題,不同隧道規(guī)范對防水等級的劃分不同,我國地下工程防水等級標(biāo)準(zhǔn),2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.3 隧道防排水設(shè)計,防排水設(shè)計施工中存在的問題,不同隧道規(guī)范對防水等級的劃分不同,從國內(nèi)外防水等級標(biāo)準(zhǔn)的對照中可以發(fā)現(xiàn)，國外隧道各防水等級均以滲水量來定量地分級。隧道防水等級越高，則對滲水量的控制也越嚴(yán)格，且

10、都是通過測定滲水量來檢驗最后的防水效果。,根據(jù)國內(nèi)外的觀點：一級標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)內(nèi)壁是有少量滲水的，但是由于滲水量極少，且隨時都為正常的通風(fēng)所帶走，因此量測極為困難，對驗收工作帶來困難。因此沒有必要規(guī)定定量指標(biāo)，只通過感觀的檢查也可以判斷工程是否達到一級標(biāo)準(zhǔn)。我國地下工程防水技術(shù)規(guī)范中也以滲水量為指標(biāo)來確立防水等級，但對于滲水量極少的一級防水工程，考慮到實際量測的操作性，仍然還是以感觀目測為手段。,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.3 隧道防排水設(shè)計,防排水設(shè)計施工中存在的問題,隧道防水施工、監(jiān)理及驗收不規(guī)范。 隧道防水的設(shè)計依據(jù)不充分：勘察資料不足，理論依據(jù)不足。 對高水壓、巖溶地區(qū)等特殊地段，沒有

11、提出明確的設(shè)計與施工規(guī)定。 在隧道設(shè)計規(guī)范中，沒有考慮復(fù)合式襯砌所承受的水壓力問題，但當(dāng)?shù)叵滤a給與排除不均衡時，可能承受水壓力。 與歐美、日本等發(fā)達國家相比，我國隧道的防排水技術(shù)相對比較落后，歸納起來就是措施少、材料性能差、施工工藝與管理不夠嚴(yán)格等。,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.3 隧道防排水設(shè)計,武廣客專隧道防排水設(shè)計,根據(jù)客運專線鐵路一級防水標(biāo)準(zhǔn)的要求，隧道工程需從設(shè)計、施工、運營維護三個方面來達到“防水可靠、排水通暢、系統(tǒng)可維護”的目標(biāo)。 防水系統(tǒng)設(shè)計 二次襯砌混凝土抗?jié)B等級不得小于S8，由于隧道跨度大，混凝土內(nèi)摻加具有補充收縮功能的防水劑，減少收縮裂縫。 拱墻部位敷設(shè)防水板土工布

12、。 噴射混凝土中摻加合成纖維，既可減少回彈量，也可減少噴射混凝土早期裂縫，有利于減少初期支護滲漏水。 加強施工縫和變形縫的防排水措施。,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.3 隧道防排水設(shè)計,武廣客專隧道防排水設(shè)計,防排水綜合布置圖,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.3 隧道防排水設(shè)計,武廣客專隧道防排水設(shè)計,洞內(nèi)采用雙側(cè)水溝加中心管溝排水，中心水溝的主要作用是增加排水能力，并有效疏干級圍巖底板下積水。 防水板背后縱環(huán)向設(shè)置排水盲溝系統(tǒng)，設(shè)置方式和選材滿足運營期可維護的要求。 施工縫和變形縫處設(shè)置必要的導(dǎo)水措施，作到“引水歸槽”。,隧道排水系統(tǒng)設(shè)計,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.3 隧道防排水設(shè)計

13、,武廣客專隧道防排水設(shè)計,隧道排水系統(tǒng)設(shè)計,施工縫防水圖,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.3 隧道防排水設(shè)計,武廣客專隧道防排水設(shè)計,在地下水發(fā)育、地下水大量排放可能影響地表生態(tài)環(huán)境時采用注漿堵水，將大量地下水截堵于注漿圈外，少量滲入水進行引排，二次襯砌考慮一定的水壓力。,堵水設(shè)計,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.4 隧道洞門及洞口處理,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.4 隧道洞門及洞口處理,隧道洞口處理主要采用延長明洞、回填進洞、填挖平衡等方法。,延長明洞 本線有相當(dāng)多的隧道洞口位于漫坡地段，為減少洞口開挖，一般采取延長明洞的方式處理。在長淺埋段，綜合考慮施工安全和工程造價因素，明洞設(shè)計了淺

14、回填土（25m）和深回填土（58m）二種結(jié)構(gòu)。,回填進洞,當(dāng)洞口景觀要求較高需采用斜切式洞門，但由于地面橫坡相對較陡，路塹兩側(cè)邊坡不平衡（一側(cè)較高、一側(cè)較低）而影響洞門效果時，采用填挖平衡的方式處理。,填挖平衡,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.5 大瑤山長大隧道群地段的防災(zāi)與救援,大瑤山地段為三座長大隧道組成的隧道群，相鄰洞口距離分別僅為169m、45m，洞口之間的明線長度小于列車長度，且為橋梁，即使列車?？吭诿骶€上，列車頭尾部可能位于隧道內(nèi)，不利于人員逃生。,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.5 大瑤山長大隧道群地段的防災(zāi)與救援,大瑤山地段為三座長大隧道組成的隧道群，相鄰洞口距離分別僅為169

15、m、45m，洞口之間的明線長度小于列車長度，且為橋梁，即使列車?？吭诿骶€上，列車頭尾部可能位于隧道內(nèi)，不利于人員逃生。,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.5 大瑤山長大隧道群地段的防災(zāi)與救援,防災(zāi)救援的基本原則,由于大部分火災(zāi)系由車輛引起，機車喪失牽引能力的可能性較小，而火災(zāi)發(fā)生后前7min內(nèi)其影響相對較小，以300km/h車速計，5min（扣除火災(zāi)通報時間2min）內(nèi)列車行駛距離可達25km，大瑤山隧道群地段最長隧道為10.08km，因此完全可使列車駛離隧道在隧道外實現(xiàn)消防及救援。為此，應(yīng)以“消滅火災(zāi)于初期，盡量使列車駛離隧道，實施洞外救援”為第一原則。,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.5 大

16、瑤山長大隧道群地段的防災(zāi)與救援,防災(zāi)救援措施,報警系統(tǒng)與火災(zāi)初期消防,逃生通道設(shè)置,洞口消防設(shè)施,事故通風(fēng),3、有待進一步深化研究的問題,3.1 支護參數(shù)的可靠性經(jīng)濟性及其與施工方法的相互影響,武廣客運專線隧道屬超大斷面隧道，隧道支護參數(shù)設(shè)計系根據(jù)工程類比輔以必要的理論計算得出。由于目前國內(nèi)已建成的超大斷面隧道工程實例較少，因而類比結(jié)果的可靠性與經(jīng)濟性有待于實踐檢驗。同時支護參數(shù)與施工方法密切相關(guān)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件相同、支護參數(shù)相同，但施工方法不同時，支護參數(shù)的安全度則不同。為此，有必要在現(xiàn)場結(jié)合施工方法對隧道支護參數(shù)進行系統(tǒng)的理論分析與試驗研究，以充分了解和驗證支護參數(shù)的合理性、可靠性與經(jīng)濟性。,

17、級圍巖大斷面隧道復(fù)合式襯砌支護參數(shù)表,3、有待進一步深化研究的問題,3.2 工程的耐久性,目前對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究成果難以滿足隧道設(shè)計的需要，主要原因是隧道工程的健康狀態(tài)受圍巖、初期支護、二次襯砌、防排水等多種因素控制，決非單純?nèi)Q于混凝土的炭化深度。因此有必要從環(huán)境作用、不同支護構(gòu)件對結(jié)構(gòu)安全性能的影響、施工質(zhì)量控制、健康狀態(tài)判別、養(yǎng)護維修標(biāo)準(zhǔn)等多方面進行系統(tǒng)研究，特別應(yīng)加強對初期支護的劣化機理及其對使用年限的影響研究。,3、有待進一步深化研究的問題,3.3 防排水技術(shù),隧道防排水是一項綜合工程，需要材料匹配、設(shè)計合理、施工精良、檢驗有力、維護有效。從工程結(jié)構(gòu)方面來說，它是初期支護、防水層、排水網(wǎng)絡(luò)、襯砌結(jié)構(gòu)共同作用的結(jié)果，哪一方面出現(xiàn)問題，都可能導(dǎo)致整個防水體系的失效。而且事實證明，在前期（設(shè)計和施工階段）就要對隧道防排水工程的質(zhì)量進行嚴(yán)格控制，才能從根本上減少或避免隧道滲漏水，事后補救效果往往欠佳。因此，在材料、設(shè)計、施工、檢驗、維護、管理等多方面均需加強研究。,3、有待進一步深化研究的問題,3.3 防排水技術(shù),3、有待進一步深化研究的問題,3.3 防排水技術(shù),3、有待進一步深化研究的問題,3.4 長大隧道綜合防災(zāi)技術(shù),自上個世紀(jì)八十年代以來，我國在鐵路隧道防災(zāi)技術(shù)方面進行了