《铁路隧道施工培训讲解学习》由会员分享，可在线阅读，更多相关《铁路隧道施工培训讲解学习（151页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中国铁道科学研究院刘艳青0105184920813701190930,铁路客运专线 隧道技术标准,降低隧道空气动力效应的结构工程措施 增大隧道有效净空面积其效果显著。但因增加工程数量，从而提高了造价；在洞口增设缓冲结构、将隧道出入口作成喇叭型、增设混凝土明洞或钢结构的棚洞等，并且在其洞壁上开设通气孔洞或窗口，可减弱微压波产生洞口附近的“爆炸”声。,影响隧道横断面尺寸的因素有： 建筑限界； 电气化铁路接触网的标准限界及接触网支承点和接触网链形悬挂的安装范围； 线路数量：是双线单洞还是单线双洞； 线间距； 线路轨道横断面； 需要保留的空间如安全空间，施工作业工作空间等； 空气动力学影响； 与线路设
2、备的结构相适应。,1、安全空间 隧道内安全空间应在距线路中线3.0m以外，单线隧道设在电缆槽一侧，多线隧道必须设在两侧。 安全空间的高度不应小于2.2 m，宽度不应小于0.8 m。 安全区的地面应不低于轨面规定高度，必须平整，允许有3的横向排水坡。 安全空间的地面与接触网设备的带电部件之间的距离不小于3.95m。,隧道横断面尺寸,2、救援通道 救援通道的规定参考了德国规范，预留空间不控制隧道横断面大小，但与建筑限界一起可以作为控制隧道横断面宽度的依据。 救援通道设在安全空间一侧，救援通道走行面不低于内轨顶面。 在装设专业设施处，宽度可减少0.25 m。救援通道净高不小于2.2 m。设备的带电部
3、件之间的距离不小于3.95m。,隧道横断面尺寸,3、技术作业空间 技术作业空间用于安放施工辅助设施，作为预留加强衬砌或安装隔声板等的空间，也可用来满足衬砌未预料的少量的静态长期变形。该空间内允许在有限的长度范围内设置一些设备，如接触导线张力调节器和接触导线以及接头的紧回装置等。技术作业空间沿隧道衬砌内轮廓环向设置，其宽度为0.3m。隧道的施工误差不应占用技术作业空间。,隧道横断面尺寸,隧道内不设置供养护维修人员待避的专用洞室，但应考虑设置存放维修工具和其他业务部门需要的综合洞室。综合洞室沿隧道两侧交错布置，每侧间距应为500m左右。,辅助洞室的设置,我国客运专线隧道一般采用复合式衬砌，个别浅埋
4、或偏压隧道局部采用整体式衬砌。在隧道地下水不发育且岩体完整的、级围岩地段，采用不设置防水板的单层衬砌。隧道衬砌均采用曲墙形式，级以下围岩隧道设置仰拱，仰拱和曲墙圆顺连接，且仰拱厚度较拱墙大；I、级围岩隧道设置钢筋混凝土底板，部分地下水发育地段也采用有仰拱结构；为防止衬砌开裂，级以下围岩衬砌采用钢筋混凝土结构，部分、级围岩衬砌混凝土内掺加合成纤维。初期支护参数考虑支护结构耐久性因素，喷射混凝土的厚度按满足钢架保护层设计，同时喷射混凝土中掺加合成纤维。,支护和衬砌,一般山岭隧道采取“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，隧道衬砌和设备洞室衬砌的防水等级应达到地下工程防水技术规范(GB 5
5、01082001)规定的一级防水标准，即隧道内不允许渗水，衬砌结构表面无湿渍。 对地表水和地下水进行妥善处理，洞内外应形成一个完整的防排水系统。 对于岩溶和暗河发育的隧道，尽量维系既有岩溶地下水的通路，采用疏导的工程措施，不随意封堵岩溶管道和暗河出口。 在地下水发育和有可能造成地表水流失、影响地表植被和居民正常生活的地方，增加水文环境影响评价，采用“以堵为主、限量排放”的防排水设计理念。 尽量采用可维护的防排水系统，即采用耐久、可靠的防排水材料，关键部位发生损坏或防排水功能不能满足使用要求时，可以进行维护、检修或更换，满足隧道设计使用年限内的防排水要求。,防排水,隧道洞口设置缓冲结构应考虑的因
6、素为：列车类型及长度、隧道长度及横断面净空面积、隧道内轨道类型、隧道洞口附近地形和洞口附近居民情况。一般情况下，隧道洞口可不设置缓冲结构。隧道出口有建筑物或特殊环境要求时，可考虑设置缓冲结构。进口缓冲结构的设置应根据出口微压波峰值的大小来确定。对于预留缓冲结构条件的洞口，若有路基挡墙，其挡墙位置应在缓冲结构之外。,缓冲结构,根据高速铁路隧道建筑限界和隧道内必须配置的各功能空间的要求，结合前面介绍的隧道空气动力学研究有关成果，我国统一制定了200 km/h、250 km/h、350 km/h不同行车速度条件下的隧道衬砌内轮廓，并编制了相应的双线隧道衬砌通用参考图。,隧道衬砌内轮廓,隧道衬砌内轮廓
7、,隧道衬砌内轮廓,隧道衬砌内轮廓,隧道施工技术,客运专线隧道的特点,客运专线线上的隧道不同于一般的铁路隧道，当高速列车在隧道中运行时要遇到空气动力学问题，主要表现为空气动力效应所产生的新特点及现象。为了降低及缓解空气动力学效应，除了采用密封车辆及减小车辆横断面积外，必须采取有力的结构工程措施，增大隧道有效净空面积及在洞口增设缓冲结构；另外还有其它辅助措施，如在复线上双孔单线隧道设置一系列横通道；以及在隧道内适当位置修建通风竖井、斜井或横洞。 为了降低隧道的空气动力效应，增大隧道有效净空面积是较好的结构工程措施，也是当前世界各国高速铁路发展的总趋势。,客运专线隧道的特点,客运专线线隧道的横断面较
8、大，隧道受力和衬砌混凝土的地质环境复杂，且列车运行速度较高，隧道维修有一定的时间限制，对隧道衬砌的安全性、耐久性和抗渗防水性、抗冻性性能要求提高。对耐久性、等耐久性指标应严格控制。复合衬砌和整体式衬砌比喷锚衬砌安全，且永久性好，故永久性衬砌一般不采用喷锚衬砌。 目前，世界隧道界对喷锚衬砌做为永久性衬砌尚有不同看法，随着对喷锚技术的不断深入研究和技术质量的不断提高，喷锚衬砌的应用也会更加广泛。但在目前情况下，特别在高速铁路隧道中仍不宜采用喷锚衬砌。,客运专线隧道的特点,大断面隧道的受力情况不利，尤以隧道底部较为复杂，隧道拱脚和边墙脚处的应力集中更严重，需要对边墙底与仰拱连接处进行加强，并要求有更
9、高的围岩强度或更好的地基承载力。,客运专线隧道的特点,隧底结构由于在长期列车重载作用及地下水侵蚀的影响下极易产生破坏，从而引起基底沉陷、道床翻浆冒泥等病害，不但增加养护维修工作量，而且严重影响运营安全，尤其是高速铁路对隧道底部的强度较普通铁路要求更高，且高速铁路隧道的断面跨度较大，因此要求高速铁路对底板厚度和仰拱、底板混凝土强度要求提高。,客运专线隧道的特点,除围岩的整体性外，围岩自身强度对客运专线大断面隧道施工方法的确定、隧道的稳定与安全有较大影响。开挖后，隧道周边围岩出现更大范围的塑性化和更大的变形，围岩自稳所要求的围岩强度更高。产生拱作用要求的埋深更深，浅埋隧道的松弛压力更大，浅埋隧道的
10、辅助施工措施要求更强。隧道拱顶更不稳定，拱顶围岩存在拉应力区，拱顶岩块崩塌的可能性更大,客运专线隧道的特点,隧道渗漏水的危害主要会引起洞内金属设备及钢轨锈蚀、隧道衬砌丧失承载力、隧底翻浆冒泥破坏道床或使整体道床下沉开裂、有冻害地区的隧道衬砌背后积水引起衬砌冻胀开裂、衬砌漏水会引起衬砌挂冰而侵人净空。从运营安全上对隧道防排水要求提高。,客运专线隧道的特点,为减低养护维修工作量、保障运营安全对隧道病害的监测、诊断及评定、整治技术需求。,隧道施工,隧道施工关键控制点,1 以确定合理的初期支护参数、控制塌方， 保证隧道施工经济合理、结构安全。 2 以隧道防排水施工达到预期目的、不产生 渗漏水现象保证营
11、运安全。 3 以隧道净空、宽度、平面和纵面指标满足 设计、施工规范要求，保证工程外观及内 在质量。,新奥法概念,新奥法是六十年代奥地利专家腊布希维兹总结前人在隧道施工中累积的经验后所提出来的一套隧道设计、施工的新技术。1948年提出，并于1962年奥地利第八届土力学会议（萨尔茨堡）得到正式命名的隧道施工方法。 新奥法就是施工过程中充分发挥围岩本身具有的自承能力，即洞室开挖后，利用围岩的自稳能力及时进行以喷锚为主的初期支护，使之与围岩密贴，减小围岩松动范围，提高自承能力，使支护与围岩联合受力共同作用。,新奥法概念,奥地利国家 地下空间委员会1980年提出的新奥法“定义”：“新奥地利隧道修建方法(
12、简称新奥法)遵循这样一个 原理，即通过发挥(activation)围岩承载环的主动作 用，使围岩(岩土体)成为承载结构”。 同普氏理论用围岩最终形成的天然平衡拱来描述围岩的自承能力不同，新奥法强调可以主动地通过恰当的围岩支护手段来激发围岩的承载能力，将围岩组织成“承载环“。新奥法概念的提出确实促进了传统的隧道修建技术从设计到施工的全面革新。,新奥法概念,2000版中国土木工程指南第八篇隧道及地下工程中是这样定义和诠释“新奥法”的：“当隧道埋深超过一定限度后，常用暗挖法施工。暗挖法最初采用传统的矿山法。20世纪中叶创造了新奥法，此法尽量利用围岩的自承能力，用柔性支护如锚喷支护控制围岩的变形及应力
13、重分布，使达到新的平衡，目前已用于修建各种用途的隧道。”“新奧法施工的基本思想是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工。”这些文字应该是对新奥法比较权威的注解。,新奥法遵循原则,（1）应当考虑岩体的力学特性。 （2）应当在适宜的时机构筑适宜的支护结构， 避免在围岩中出现不利的应力应变状态。 （3）为使围岩形成力学上十分稳定的支承环 结构，必须构筑一个闭合的支护结构。 （4）由现场量测监控围岩动态。,新奥法与喷锚支护的关系,喷锚支护只是一种支护手段，并且
14、新奥法中的喷锚支护手段在理论上也有它自己的独立体系。 从理论上讲，隧道力学理论分成两个体系。一是松动压学派，一是粘、弹、塑性理论学派。 松动压学派是以研究作用于隧道支护结构上的荷载-松动压为中心来解决支护结构设计问题的。 粘、弹、塑性理论学派是以研究围岩中应力再分配为中心来解决隧道支护结构设计问题的。新奥法理论属于粘、弹、塑性理论学派的第二分支，因此，没有松动压的概念。,支护过早或过迟都将对围岩和支护结构的共同作用构成不利影响，从而不能有效地形成坚固的承载环。,围岩稳定问题,根据围岩稳定性考虑，当初始位移为U02时，为支护结构施作的最佳时间。,支护2,最佳支护时间 指可以使PDR达到最大的支护
15、时间。此时，支护使PD在优化意义上充分地达到最大，同时又保护围岩强度，使其强度损失在优化意义上达到充分小，亦即其本身自承力PR达到充分大。,围岩稳定问题,最佳支护时间段,新奥法所使用的支护手段,新奥法所使用的支护手段中，除了喷锚支护外，还有钢拱支架、U型可缩性支架、钢筋网、二次模注砼等，在特殊情况下，还要配合使用注浆加固、冻结加固等特殊手段，并且这些支护手段的最终目的是约束围岩变位，使围岩和支护结构共同形成支承结构。另外，新奥法构筑支护手段的时间效应和空间效应对形成支承环结构、保障围岩稳定有很重要的意义。 施工经验表明，采用喷锚支护如果忽视时间效应和空间效应，不仅达不到预期效果，甚至会造成工程
16、事故。,挪威法介绍,NTM：Norwegian Method of Tunneling） 简单地说就是由正确的围岩评价、合理的支护参数和高性能的支护材料三部分组成的一种经济而安全的隧道施工方法，它适用于公路隧道、铁路隧道、水工隧洞及大型地下工程。,挪威法介绍,正确的围岩评价体系主要是采用Q系统。即用巴顿法进行围岩分级。而合理的隧道支护结构参数，是通过隧道施工中的观测和量测记录所求出的Q值来选择的，其中包括各种支护结构体系的数值解析检算。,挪威法介绍,在支护体系上的最大特点是把一次支护作为水久衬砌，只是在运营后，如果有涌水、冰霜等危害的情况下，才修筑二次衬砌。通常一次支护是采用高质量（4050MPa）的湿喷钢纤维混凝土和全长粘结型高拉力耐腐蚀的锚杆，而湿喷钢纤维混凝土的回弹量很小，通常仅为46。,挪威法介绍,Q系统：Q值围岩评价法是70年代初（1974年），由巴顿（N.Barton）等人提出来的一种隧道围岩分级方法。在欧洲各国应用较广。虽然近二十几年隧道的支护技术有了很大的发展，特别是高质量的钢纤维混凝土的开发，并在
