客运专线隧道设计及施工

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1、客运专线隧道的设计与施工 一、我国客运专线隧道的概况 二、客运专线隧道的特点 三、客运专线隧道的设计 四、客运专线的施工 五、客运专线隧道施工机械配套 六、典型工程实例 主要内容 一、我国客运专线隧道的概况一、我国客运专线隧道的概况 根据国务院批准的中长期铁路网规划：根据国务院批准的中长期铁路网规划： 到到20202020年全国铁路营业里程达到年全国铁路营业里程达到1010万公里，其万公里，其 中客运专线营业里程中客运专线营业里程1200012000公里。公里。 包括包括： 新建客运专线新建客运专线1000010000公里；公里； 新建城际客运系统新建城际客运系统20002000公里。公里。

2、第一节 客运专线设计施工概况 据不完全统计，我国客运专线隧道的修建数量将超过据不完全统计，我国客运专线隧道的修建数量将超过 10001000kmkm。 武广客运专线武广客运专线 165165km km 甬温福厦甬温福厦 280280kmkm 京沪高速京沪高速 1515km km 石太客专石太客专 7676kmkm 郑州西安客专郑州西安客专 7474km km 武汉合肥武汉合肥 8080kmkm 武汉成都武汉成都 300300km km 客运专线隧道的数量 客运专线隧道的分类 序号序号 类别标准类别标准 线线 别别 1 1 200200km/hkm/h客运专线客运专线城际客运系统城际客运系统 2

3、 2 200200km/hkm/h近期客货共线近期客货共线 胶济、遂渝、徐郑胶济、遂渝、徐郑 3 3 250250km/hkm/h近期客货共线近期客货共线 石太石太 4 4 250250km/hkm/h近期双箱运输近期双箱运输 甬温福厦、合武、合宁甬温福厦、合武、合宁 5 5 350350km/hkm/h客运专线客运专线京沪、武广、郑西京沪、武广、郑西 二、客运专线隧道的特点二、客运专线隧道的特点 l l空气动力学效应空气动力学效应 l l可靠性和结构耐久性要求高可靠性和结构耐久性要求高 l l更加重视对环境的影响更加重视对环境的影响 l l防灾救援要求高防灾救援要求高 空气动力学效应 隧道微

4、气压波的发生 高速列车在隧道内运行引起的问题 1. 由于瞬变压力造成旅客及乘务人员耳膜不适，舒适 度降低，并对铁路员工和车辆产生危害； 2. 高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微气压 波，发出轰鸣声，使附近房屋门窗嗄啦嗄啦作响，引起 扰民问题； 3. 行车阻力增大，使运营能耗增大，并要求机车动 力增大； 高速列车在隧道内运行引起的问题 4. 形成空气动力学噪声（与车速的68次方成正比 ）； 5. 列车风加剧，影响隧道维修养护人员的正常作业 ； 6. 列车克服阻力所作的功转化为热量，在洞内积聚 引起温度升高等。 因此，在高速铁路设计时，应从车辆及隧道两方面 采取措施，以减缓空气动力学效应。 空

5、气动力学效应 空气动力学效应的因素： 车辆的因素 隧道的因素 列车速度 隧道横断面积 列车横断面积 隧道长度 列车长度 隧道道床类型 列车头部形状 洞口结构 可靠性和耐久性 可靠性：结构在规定的时间内，在正常规定的条件下 ，完成预定功能的能力，包括安全性、适用性和耐久 性。当以概率来度量时，成为结构的可靠度。 耐久性：在使用过程中经受（抵抗）各种破坏因素的 作用（破坏力）而能保持其使用功能的能力。 耐久性设计：通过控制内因即砼材料、钢筋性质和周 围状态、砼施工使用过程、砼受力状态，以满足接触 环境作用下耐久性的要求。如50年或100年等 环境的影响 环境包括： 生态环境、自然环境和周边人文环境

6、 噪声的影响-减振降噪： 轮轨噪声、机械噪声、弓网噪声和空气 动力学噪声。 防灾救援问题 影响列车安全运行的因素： 突发性的：火灾、撞车、列车脱轨 经常性的：隧道病害 三、客运专线隧道的技术要求三、客运专线隧道的技术要求 l l建筑限界和隧道内净空面积建筑限界和隧道内净空面积 l l洞门型式及缓冲结构洞门型式及缓冲结构 l l衬砌支护类型和支护参数衬砌支护类型和支护参数 l l防水和排水措施防水和排水措施 l l环境保护环境保护 l l防灾救援方案防灾救援方案 隧道有效内净空面积 隧道净空面积的影响因素：隧道净空面积的影响因素： 隧道建筑限界隧道建筑限界 线间距线间距 应预留的空间：安全空间、

7、救援通道、工程技应预留的空间：安全空间、救援通道、工程技 术作业空间、内部配件空间等术作业空间、内部配件空间等 考虑空气动力学影响所需的空间建筑限界和隧考虑空气动力学影响所需的空间建筑限界和隧 道内净空面积道内净空面积 客运专线隧道限界 我国客运专线隧道内净空面积我国客运专线隧道内净空面积 序号 类别标类别标 准单线单线双线线 1200km/h客专专近期客货货 共线线 52.86m285.8m2 2200km/h客专专近期双箱 运输输 56.67m292.94m2 3250km/h近期客货货共线线58m290.16m2 4250km/h近期双箱运输输58m295.06m2 5350km/h客运

8、专线专线70m2100m2 洞门型式及缓冲结构 设计原则设计原则：早进晚出、确保安全、因地制早进晚出、确保安全、因地制 宜、保护环境、简约实用宜、保护环境、简约实用 缓冲结构缓冲结构：双线隧道原则不设缓冲结构，双线隧道原则不设缓冲结构， 当洞口位于城市或有密集建筑物时，可采当洞口位于城市或有密集建筑物时，可采 取防噪音措施或结合洞门型式适当设置缓取防噪音措施或结合洞门型式适当设置缓 冲结构。冲结构。 四、客运专线长大隧道的设计施工原则四、客运专线长大隧道的设计施工原则 1、设计、施工中必须建立综合超前 预报系统作为工序并列入预算之中 。 2、设计必须采取动态信息化设计和 信息化施工，以及信息化

9、动态管理 。 3、从环境保护出发，尤其在岩溶地区隧 道防排水设计原则，必须将以排为主改 为以堵为主，限排为辅。 4、取消洞门或设计简易洞门 洞门应设在早进晚出地段，按不受力 洞门设计，挡墙式洞门，必造成大的刷 坡而破坏洞顶环境，在桥隧相联处，陡 壁处可不设洞门，洞口易选在鼻梁上， 洞口处取消深路堑。 几种洞门型式 5、5km以上隧道设置平行导坑是确保安全 、质量、进度的重要措施，也是今后运营 隧道所必须。 6、长隧道的开挖方法 (1)全断面钻爆法。 (2)导洞超前后部扩大钻爆法，导洞可超 前5-6m争取临孔面，为后部扩大加快速度 ，节约炸药，减少超欠挖、减少振速提供 条件，导洞超前也可利用平导

10、投入正洞只 打导坑而不增设工作面，反而更快，为推 荐方法。 (3)小直径TBM（3-4m）加钻爆法扩大， 为推荐方法，以提高科技含量。 (4)软弱地层段，采用正台阶开挖加超前 支护进行。 （5）有轨运输、无轨装碴。 （6）长隧施工通风方法 采用压入式和射流正洞式通风，可实 现左、右洞调节，通风效果很好。 一、隧道施工方法一、隧道施工方法 第二节 隧道施工 隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、 施工技术和施工管理的总称。隧道施工方法的选择施工技术和施工管理的总称。隧道施工方法的选择 主要依据工程地质和水文地质条件，并结合隧道断主要依据工程地质和水文

11、地质条件，并结合隧道断 面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工 技术水平等因素综合考虑研究确定。技术水平等因素综合考虑研究确定。 ( (一一) )隧道施工基本概念隧道施工基本概念 传统矿山法传统矿山法 隧道施工方法隧道施工方法 山岭隧道山岭隧道 施工方法施工方法 浅埋及软土浅埋及软土 隧道施工方法隧道施工方法 水底隧道水底隧道 施工方法施工方法 矿山法（钻爆法）矿山法（钻爆法） 掘进机法掘进机法 新奥法新奥法 地下连续墙法地下连续墙法 盖挖法盖挖法 明挖法明挖法 浅埋暗挖法浅埋暗挖法 盾构法盾构法 沉埋法沉埋法 盾构法盾构法 隧道施工方法可按以

12、下方式分类：隧道施工方法可按以下方式分类： ( (二二) )山岭隧道的常规施工方法山岭隧道的常规施工方法 山岭隧道的常规施工方法又称为矿山法。将采用山岭隧道的常规施工方法又称为矿山法。将采用 钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为“传统的传统的 矿山法矿山法”；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方 法称之为法称之为“新奥法新奥法”。 1 1、矿山法、矿山法 是以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成形是以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成形 后，逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式衬后，逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式

13、衬 砌作为永久性支护的施工方法。砌作为永久性支护的施工方法。 2 2、新奥法、新奥法 新奥法即奥地利隧道施工新方法新奥法即奥地利隧道施工新方法( (New Austrian New Austrian Tunnelling methodTunnelling methodNATMNATM) )，是以喷射混凝土锚是以喷射混凝土锚 杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形， 便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法。便于充分发挥围岩的自承能力的施工方法。 由于锚喷支护技术的应用和发展，导致隧道及由于锚喷支护技术的应用和发展，导致隧道及 地下洞室工程理论步入到现

14、代理论的新领域，也使地下洞室工程理论步入到现代理论的新领域，也使 隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程 实际，即设计理论施工方法结构实际，即设计理论施工方法结构( (体系体系) )工作状工作状 态态( (结果结果) )的一致。的一致。 ( (一一) )新奥法施工程序新奥法施工程序 施工准备施工准备 确定施工方案确定施工方案 开 挖开 挖 初期支护初期支护量测监控量测监控 是否符是否符 合管理合管理 基准？基准？ 防水隔离层防水隔离层 二次支护二次支护 竣工 竣工 是是 修改施修改施 工方案工方案 改变开挖改变开挖 方法和顺序方法和顺序 修正支

15、修正支 护参数护参数 否否 二、新奥法的基本概念二、新奥法的基本概念 ( (二二) )新奥法施工的基本原则新奥法施工的基本原则 少扰动少扰动开挖时要尽量减少对围岩的扰动次数、开挖时要尽量减少对围岩的扰动次数、 扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。 早支护早支护开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩开挖后及时施作初期锚喷支护，使围岩 的变形进入受控制状态。的变形进入受控制状态。 勤量测勤量测指以直观、可靠的量测方法和量测数据指以直观、可靠的量测方法和量测数据 来准确评价围岩来准确评价围岩( (或围岩加支护或围岩加支护) )的稳定状态，或判断的稳定状态，或判断 其动态发

16、展趋势，以便及时调整支护形式、开挖方法其动态发展趋势，以便及时调整支护形式、开挖方法 紧封闭紧封闭一方面指采取喷射混凝土等防护措施，一方面指采取喷射混凝土等防护措施， 避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减。另避免围岩因长时间暴露而致强度和稳定性的衰减。另 一方面指要适时对围岩施作封闭形支护。一方面指要适时对围岩施作封闭形支护。 三、开挖方法三、开挖方法 隧道开挖的基本原则隧道开挖的基本原则是：在保证围岩稳定或减是：在保证围岩稳定或减 少对围岩的扰动的前提条件下，选择恰当的开挖少对围岩的扰动的前提条件下，选择恰当的开挖 方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。方法和掘进方式，并应尽量提高掘进速度。 在选择开挖方法时，