1、歡迎各位領(lǐng)導(dǎo)、專家 指導(dǎo)！,武廣客運(yùn)專線 隧道的若干關(guān)鍵技術(shù)問題 鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院 肖明清 王克金 2005年11月,1、概述,武廣客運(yùn)專線鐵四院設(shè)計(jì)范圍內(nèi)正線線路全長(zhǎng)715.2km，新建隧道187座，總長(zhǎng)為112.2km，占線路總長(zhǎng)度的15.7%。其中最長(zhǎng)隧道為大瑤山一號(hào)隧道，全長(zhǎng)10085m；長(zhǎng)度小于500m的隧道有138座，占總座數(shù)的74。,武廣客運(yùn)專線隧道的特點(diǎn)與難點(diǎn),1、概述,隧道斷面大：內(nèi)凈空面積達(dá)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(jì)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(jí)要求達(dá)到一級(jí)，襯砌表面無(wú)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(hù)區(qū)；線路與高速公路、國(guó)道并行段長(zhǎng)，景觀要求高。 防災(zāi)救援難度大：大瑤山一、二、三號(hào)隧道均為長(zhǎng)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)鄬印⒏叩貞?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(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與基底處理,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與基底處理,2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與基底處理,根據(jù)圍巖級(jí)別、埋深、偏壓等具體條件對(duì)圍巖自穩(wěn)能力和支護(hù)結(jié)構(gòu)受力的影響，適當(dāng)細(xì)化

3、了支護(hù)結(jié)構(gòu)類型：以往的習(xí)慣作法是淺埋段按降低一級(jí)圍巖級(jí)別設(shè)計(jì)，這難以正確反應(yīng)工程的實(shí)際特性，也不夠經(jīng)濟(jì)，因?yàn)榭瓦\(yùn)專線隧道跨度大，對(duì)應(yīng)的淺埋段覆土厚度也增大，同時(shí)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(zhǎng)度較長(zhǎng)，因此有必要專門設(shè)計(jì)淺埋段支護(hù)結(jié)構(gòu)。 突出“加強(qiáng)基底”和注重“剛度變化”：針對(duì)以往隧道底部易發(fā)病害和高速列車運(yùn)行要求，本線隧道加強(qiáng)了基底設(shè)計(jì)，、級(jí)圍巖均采用有仰拱結(jié)構(gòu)，且仰拱厚度較拱墻襯砌大；級(jí)圍巖設(shè)計(jì)了有仰拱和無(wú)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(diǎn)中經(jīng)常有圍巖級(jí)別不連續(xù)變化的情況，如斷層部位為級(jí)圍巖，其前后則為級(jí)圍巖，級(jí)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(jí)圍巖和級(jí)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(zhǎng)期的振動(dòng)作用以及圍巖蠕變對(duì)二次襯砌受力的影響，同時(shí)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(jì)基準(zhǔn)期100年進(jìn)行修建，對(duì)于客運(yùn)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(dú)特的一些方面。 最近一段時(shí)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(yùn)輸省的重視。事故發(fā)生的原因通過理論分析、實(shí)地試驗(yàn)后認(rèn)為：列車振動(dòng)和產(chǎn)生的空氣壓變動(dòng)是一個(gè)重要原因。而日本新干線的列車速

5、度，從客運(yùn)專線角度看，是比較低的（通過隧道時(shí)大致在180220km/h之間）。 可見，客運(yùn)專線鐵路隧道在耐久性方面需注意減少列車振動(dòng)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(qiáng)度”為主導(dǎo)向以“性能”為主導(dǎo)的設(shè)計(jì)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(jì)意圖的使用水準(zhǔn)以上的補(bǔ)修、補(bǔ)強(qiáng)”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(jì)施工與地面結(jié)構(gòu)有明顯的不同。 首先是設(shè)計(jì)壽命計(jì)算

6、方法不同，地面結(jié)構(gòu)一般以混凝土炭化深度達(dá)到鋼筋處的時(shí)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(hù)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(dá)到設(shè)計(jì)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(duì)模筑混凝土本身應(yīng)提出耐久性指標(biāo)要求外，對(duì)噴射混凝土、錨桿、防排水材料等也均應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的耐久性要求，而目前對(duì)此研究相對(duì)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(jì)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(jìn)一步采取耐久性加強(qiáng)措施；適當(dāng)提高襯砌結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，隧道初期支護(hù)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(jì)施工措施,其他材料耐久性要求：對(duì)錨桿的保護(hù)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(gè)承載體系的一部分，施工中應(yīng)注意“愛護(hù)圍巖”。 結(jié)構(gòu)檢測(cè)及維護(hù)：在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，應(yīng)定期對(duì)隧道結(jié)構(gòu)及材料的使用狀態(tài)、環(huán)境條件的變化進(jìn)行檢測(cè)及

8、監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行綜合評(píng)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(jì),從目前總體情況來(lái)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(jì)，我國(guó)至2002年底，共有鐵路隧道5 711座，總延長(zhǎng)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(zhǎng)度的5.3%。 而據(jù)交通部2002年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)至2002年底，共有公路隧道1 700座，總延長(zhǎng)704 km出現(xiàn)滲漏，其中嚴(yán)重滲漏水隧道達(dá)500余座，約占總座數(shù)的30%。,防排水設(shè)計(jì)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(jì),防排水設(shè)計(jì)施工中存

9、在的問題,不同隧道規(guī)范對(duì)防水等級(jí)的劃分不同,英國(guó)隧道防水分級(jí)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(jì),防排水設(shè)計(jì)施工中存在的問題,不同隧道規(guī)范對(duì)防水等級(jí)的劃分不同,德國(guó)鐵路隧道的防水等級(jí)（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(jì),防排水設(shè)計(jì)施工中存在的問題,不同隧道規(guī)范對(duì)防水等級(jí)的劃分不同,我國(guó)地下工程防水等級(jí)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(jì),防排水設(shè)計(jì)施工中存在的問題,不同隧道規(guī)范對(duì)防水等級(jí)的劃分不同,從國(guó)內(nèi)外防水等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照中可以發(fā)現(xiàn)，國(guó)外隧道各防水等級(jí)均以滲水量來(lái)定量地分級(jí)。隧道防水等級(jí)越高，則對(duì)滲水量的控制也越嚴(yán)格，且

10、都是通過測(cè)定滲水量來(lái)檢驗(yàn)最后的防水效果。,根據(jù)國(guó)內(nèi)外的觀點(diǎn)：一級(jí)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(shí)都為正常的通風(fēng)所帶走，因此量測(cè)極為困難，對(duì)驗(yàn)收工作帶來(lái)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(dá)到一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)地下工程防水技術(shù)規(guī)范中也以滲水量為指標(biāo)來(lái)確立防水等級(jí)，但對(duì)于滲水量極少的一級(jí)防水工程，考慮到實(shí)際量測(cè)的操作性，仍然還是以感觀目測(cè)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(jì),防排水設(shè)計(jì)施工中存在的問題,隧道防水施工、監(jiān)理及驗(yàn)收不規(guī)范。 隧道防水的設(shè)計(jì)依據(jù)不充分：勘察資料不足，理論依據(jù)不足。 對(duì)高水壓、巖溶地區(qū)等特殊地段，沒有

11、提出明確的設(shè)計(jì)與施工規(guī)定。 在隧道設(shè)計(jì)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(bǔ)給與排除不均衡時(shí)，可能承受水壓力。 與歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)隧道的防排水技術(shù)相對(duì)比較落后，歸納起來(lái)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(jì),武廣客專隧道防排水設(shè)計(jì),根據(jù)客運(yùn)專線鐵路一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)的要求，隧道工程需從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)三個(gè)方面來(lái)達(dá)到“防水可靠、排水通暢、系統(tǒng)可維護(hù)”的目標(biāo)。 防水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二次襯砌混凝土抗?jié)B等級(jí)不得小于S8，由于隧道跨度大，混凝土內(nèi)摻加具有補(bǔ)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(hù)滲漏水。 加強(qiáng)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(jì),武廣客專隧道防排水設(shè)計(jì),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(jì),武廣客專隧道防排水設(shè)計(jì),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(jí)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(yùn)營(yíng)期可維護(hù)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(jì),2、若干關(guān)鍵技術(shù)問題的處理,2.3 隧道防排水設(shè)計(jì)

13、,武廣客專隧道防排水設(shè)計(jì),隧道排水系統(tǒng)設(shè)計(jì),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(jì),武廣客專隧道防排水設(shè)計(jì),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(shí)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(jìn)行引排，二次襯砌考慮一定的水壓力。,堵水設(shè)計(jì),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(zhǎng)明洞、回填進(jìn)洞、填挖平衡等方法。,延長(zhǎng)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(zhǎng)明洞的方式處理。在長(zhǎng)淺埋段，綜合考慮施工安全和工程造價(jià)因素，明洞設(shè)計(jì)了淺

14、回填土（25m）和深回填土（58m）二種結(jié)構(gòu)。,回填進(jìn)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(duì)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(shí)，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(zhǎng)大隧道群地段的防災(zāi)與救援,大瑤山地段為三座長(zhǎng)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(zhǎng)度小于列車長(zhǎng)度，且為橋梁，即使列車停靠在明線上，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(zhǎng)大隧道群地段的防災(zāi)與救援,大瑤山地段為三座長(zhǎng)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(zhǎng)度小于列車長(zhǎng)度，且為橋梁，即使列車停靠在明線上，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(zhǎng)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(jī)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(duì)較小，以300km/h車速計(jì)，5min（扣除火災(zāi)通報(bào)時(shí)間2min）內(nèi)列車行駛距離可達(dá)25km，大瑤山隧道群地段最長(zhǎng)隧道為10.08km，因此完全可使列車駛離隧道在隧道外實(shí)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(shí)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(zhǎng)大隧道群地段的防災(zāi)與救援,防災(zāi)救援措施,報(bào)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(jìn)一步深化研究的問題,3.1 支護(hù)參數(shù)的可靠性經(jīng)濟(jì)性及其與施工方法的相互影響,武廣客運(yùn)專線隧道屬超大斷面隧道，隧道支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)系根據(jù)工程類比輔以必要的理論計(jì)算得出。由于目前國(guó)內(nèi)已建成的超大斷面隧道工程實(shí)例較少，因而類比結(jié)果的可靠性與經(jīng)濟(jì)性有待于實(shí)踐檢驗(yàn)。同時(shí)支護(hù)參數(shù)與施工方法密切相關(guān)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件相同、支護(hù)參數(shù)相同，但施工方法不同時(shí)，支護(hù)參數(shù)的安全度則不同。為此，有必要在現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合施工方法對(duì)隧道支護(hù)參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的理論分析與試驗(yàn)研究，以充分了解和驗(yàn)證支護(hù)參數(shù)的合理性、可靠性與經(jīng)濟(jì)性。,

17、級(jí)圍巖大斷面隧道復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)表,3、有待進(jìn)一步深化研究的問題,3.2 工程的耐久性,目前對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究成果難以滿足隧道設(shè)計(jì)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(hù)、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(hù)構(gòu)件對(duì)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(hù)維修標(biāo)準(zhǔn)等多方面進(jìn)行系統(tǒng)研究，特別應(yīng)加強(qiáng)對(duì)初期支護(hù)的劣化機(jī)理及其對(duì)使用年限的影響研究。,3、有待進(jìn)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(xiàng)綜合工程，需要材料匹配、設(shè)計(jì)合理、施工精良、檢驗(yàn)有力、維護(hù)有效。從工程結(jié)構(gòu)方面來(lái)說(shuō)，它是初期支護(hù)、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(gè)防水體系的失效。而且事實(shí)證明，在前期（設(shè)計(jì)和施工階段）就要對(duì)隧道防排水工程的質(zhì)量進(jìn)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(bǔ)救效果往往欠佳。因此，在材料、設(shè)計(jì)、施工、檢驗(yàn)、維護(hù)、管理等多方面均需加強(qiáng)研究。,3、有待進(jìn)一步深化研究的問題,3.3 防排水技術(shù),3、有待進(jìn)一步深化研究的問題,3.3 防排水技術(shù),3、有待進(jìn)一步深化研究的問題,3.4 長(zhǎng)大隧道綜合防災(zāi)技術(shù),自上個(gè)世紀(jì)八十年代以來(lái)，我國(guó)在鐵路隧道防災(zāi)技術(shù)方面進(jìn)行了