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1、复杂山区铁路隧道建设的理念和原则中国工程院院士王梦恕,复杂山区铁路隧道的建设，遇到各种前所未有的地形、地貌，复杂的地质、奇特的地下水系如此种种。 1、如何进行合理地、实事求是地优秀勘测设计。 2、如何结合隧道特点进行工程建设的科学管理。 3、如何在合理快速工期修建过程中减少风险、确保安全。,4、如何做到结构寿命、质量在百年以上而少维修。 5、如何提高修建隧道的技术含量而不断产生重大科研成果的出现和申报.南昆线的模式应引以为戒。 6、如何重视人文科学和工程建设的融合，而涌现出一批高素质人才。,针对以上六个问题应从理念上，而不从具体方法上应重视以下意见和建议。因理念不清，理念错误会导致全盘否定，这
2、是反映一个单位、一个设计水平是否高低的关键问题，只有辨别真象、坚持实事求是，才能有所作为。,一、隧道位置的确定应作为线路选线的重要控制点 1、在复杂山区桥隧比例一般在50%以上，因此，铁路选线应由桥、隧、线、路基各专业组成协调组共同确定。 如宜万线万州段由于线路位置偏向山沟侧而造成一个隧道遇到特大溶洞，相对应的另一座隧道洞口位于特大堆集体上，造成洞口段非常不稳定，纠其原因为隧道必须服从线路！线路若向山体移动30米可减少许多灾难。,2、必须重视沿沟线的合理位置确定 线路向沟边靠拢可减少隧道长度，但靠拢过近会在洞口段产生偏压，进洞困难，如公路西汉线是治沟选线，造成洞口段普遍进洞难，而采用从理向外施
3、工以避风险和大的刷坡，在另一区段采用偏压连拱隧道造成在建设过程中近百米的大塌方。因此必须摸清自然界岩体本身的复杂性、地形、地貌的复杂性和自身的稳定性。沿沟线会造成洞口大的刷坡，会出现半填半挖、会出现大的深路堑，这些都会给运营带来灾害，所以，应避开沿沟线路的存在。,3、从提高客车速度出发，不提倡为了减少土石方量而设短坡、变坡点多的碎坡，这样的后果是运营期间会出现列车车钓。拉、压、交替撞碰和拉断的产生，秦沈客运专线这种经济型多变坡点的设计是应引以为戒的，以确保列车安全。,4、货物列车重载的提法、集装箱重叠运输而增加隧道高度的提法是不妥的。重载列车会给线路、上部线路结构产生很大的破坏，正向公路反对重
4、载汽车一样，重载所产生的运动中的动能很大，设计是很难考虑的，尤其集装箱重叠运输会造成车辆重心上移，集装箱之间若联结不牢会产生很大的摇摆能力，在曲线会产生很大的离心力而造成脱轨和倾覆，,尤其宜万线隧道只加隧道净高，而未加大或少量加宽隧道宽度，形成很不合理的隧道内轮廓，而衬砌不是小偏心受压截面。如何在山区、复杂山区按重载列车进行选线和线路结构设计试验技术还需研究后确定其可行性是否存在。,二、对“铁路隧道设计规范”的看法 普遍落后实际5年以上，更不适应复杂山区的要求，因此设计不要硬套规范，应结合实际、有所创新。因规范本身包括不了这些内容，规范又是最低要求，有些规定又是最严而做不到的要求，建议搞活页规
5、范，可随时增减、补充新的、废除旧的，以适应我国近20种不良地质和水文建设隧道的要求。,三、对复杂山区修建隧道必须明确的设计理念和原则 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。 复杂山区峰峦叠障，沟谷深切、山脊尖棱，岩溶地区溶沟溶，碎屑岩剥蚀地貌，植被发育，很难设置钻孔位置，一孔之见也很难说明问题。应明确初步设计阶段的水文地质勘测深度远远满足不了施工阶段所要求的施工水文地质的内容，两者差别很大，尤其在岩溶地区、溶洞、溶管至今还没有长距离检测仪器，从工程风险和人身安全角度出发，必须进行施工过程中的超前预报，这是建好隧道的关键。,间距13m,应力场规律,间距2m,间距3.5m
6、,间距9.5m,随着掘进工作面向上侧位溶管方向开挖，隧道顶上侧部位岩柱中的主应力差最大值是逐渐减小的，且越接近溶管，隧道顶上侧部位岩柱中的主应力差最大值范围扩展幅度越大，说明隔离岩柱破坏后发生了大范围的卸压现象。,(主应力差图),愉怀铁路最长隧道，全长11.068km 穿越高压富水的毛坝向斜、桐麻岭背斜段， 预估正常涌水量为9.8万m3/d，最大涌水量为14.5万 m3/d，最大静水压4.6MPa 揭露了5个深埋充填型溶洞，多次发生突水和伤亡事故，施工难度极大,圆梁山隧道概况,圆梁山隧道概况,岩溶突水的水力特征 突发性 揭示的岩溶突水瞬时发生， 3#溶洞正洞超前下导坑施工时，掌子面突发爆喷型突
7、泥，瞬间，硬塑软塑状粘土塞满244m长的下导坑空间，涌泥量4200m3 高压性 圆梁山隧道岩溶预估静水压力高达4.6MPa, 2#溶洞突水后进行水压测试为2.73MPa；施工中均出现了射水、涌泥、喷沙现象；将钻孔中钻杆冲出8m,富水性 预估正常涌水量为9.8万m3/d，最大涌水量为14.5万 m3/d。5#溶洞施工时，突发大规模涌水突泥，最大涌水量2万m3/h。涌水涌泥持续28分钟后渐小,现场岩溶突水事故统计表,圆梁山隧道岩溶突水特征,圆梁山隧道现场突水涌泥情况,2002年11月10日，2#溶洞DK354+440处突然发生涌水涌砂，最大涌水量69000m3/h,2#溶洞,3#溶洞,2002年9
8、月10日， 3#溶洞正洞超前下导坑施工到DK354+879处时，掌子面突发爆喷型突泥，瞬间，硬塑软塑状粘土塞满244m长的下导坑空间，涌泥量4200m3,5#溶洞,4#溶洞,4#溶洞是由多个小岩溶溶隙组成的溶隙群段，该溶洞开挖施工后，受降雨影响，多次发生大规模涌水涌泥。,2001年7月14日，隧道突发大规模涌水突泥，最大涌水量2万m3/h。涌水涌泥持续28分钟后渐小，涌泥量1.5万m3。随后进行超前探孔时，由探孔中再次发生突水喷泥，喷射距离达40m。,2、设计必须采取动态信息化设计和信息化施工，以及信息化动态管理。这一点大家都懂，不知为什么都掩耳不做，或个别隧道才做。这是人文科学中的不尊重客观
9、现实的忌语。是不尊重客观实际的管理模式。,3、复合式衬砌是地下工程也是铁路隧道的重要结构形式 不论长、短隧道均应采用复合式衬砌结构形式，中间设防水隔离层，有三个目的是：防水、防裂、并使一次支护和二次模筑衬砌之间剪应力为零。一次支护承受全部荷载，当一次支护基本稳定后方可进行二次模筑衬砌施工，二次模筑承受符加地震荷载截和流变荷载是安全储备。一次支护必须从上向下施作，二次接筑衬砌必须从下向上浇注。反对减薄衬砌、一次支护作为临时支护的提法，当地层很好时，可只做喷锚借支护衬砌。,4、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。 如歌乐山隧道上方有5万市民居住，
10、必须以堵为主，限排量定为1m3/m.日，这样衬砌承担水压可以降到20%，衬砌计算承受水压可在1mPa以内是合理的。圆梁山隧道定为35m3/m.日，建成后证明均可行而经济安全，大瑶山隧道、南岭隧道以排为主的决策造成山上后遗症严重。,5、取消洞门或设计简易洞门 洞门应设在早进晚出这地，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。,6、3km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。 平导可以超前预报，也可以防止风险，增加开挖速度，对今后运营维修，防灾救护均有好处，应作为一个安全体
11、系统一考虑，克服片面强调，主通车隧道而忽视辅助导洞的作用。,只要按以上六条原则进行设计和施工铁路隧道就会健康发展，目前宜万线的设计原则也基本如此，但受行政干扰大，受限额设计干扰大。但在建设理念上应有干一个工程就应留下精品，给后代留下遗产而不是遗憾。,四、对复杂山区长隧道和特长隧道修建的八点建议 （一）辅助坑道的设置原则 1、辅助坑道有竖井、斜井、平导、横洞、泄水洞五种主要形式，辅助坑道的选择次序应为横洞、平导、斜井、竖井进行，特殊地区可设一水洞。横洞和平导不需要特殊提升设备，风险不大，施工后还可为运营服务，应优先选择。,2、竖井一般超过40m就要特殊设计，吊绳也要选无旋转钢丝绳和各种绞车、稳绳
12、，其效率很低，随着竖井的加深而成平方减低，工程实践证明投资大，危险、效率很低是正洞进出口效率的10%左右，建议不考虑，尤其当竖井深度超过百米更没有比选价值。,3、斜井按有轨提升考虑，极限安全长度应在1000m以内，超过该长度，牵引困难，易脱轨。成本也很高，合理斜井长度通过工程实践和理论计算，考虑效率按进出口的50%计算，斜井长度在100m左右为宜。每个斜井的投入设备包括三通一平需投入2000万元左右，因此在诗铺间隧道对6km长双线隧道进行不设任何辅助坑道而加大进出口设备投入，效果很好。因此建议斜井长度在200m以内为宜，并增设垂直投料孔以实现模筑衬砌作业，斜井设置间距为6km左右。斜井过多，长
13、隧短打的思路是没有科技含量的老方法，乌鞘岭隧道的施工方法更不可取。,4、平导是提倡的辅助坑道，他是进、出口的得力助手，相辅相成，增加平导可加快进、出口进度2倍以上，可预报地质、解放风险、提前处理不良地层，施工结束也为运营多提供一个维修救援通道，平导也可提前进入正洞打下导洞为正洞开挖提高进度23倍，米花岭隧道有成功实例，不需要单独开辟施工场地和三通一平，投入费用少，开工快，尤其在复杂山区必须设置。,5、横洞是在有条件之情况下长度不超过200m，横洞口部有道路和弃碴条件时可设置，开挖从道理向外施工，其功能是缩短弃碴运距和有利施工通风，投入费用少，能提高正洞效率。,6、岩溶地区在洞底下部附近5-6米
14、处设泄水导洞，将岩溶水通过泄水洞排出，在圆梁山出口非常成功。岩溶地区当把溶洞，溶管挖断挖通时，应采用心脏搭桥方式进行联道处理为主，以注浆堵水为辅，尽量不破坏原有水系，所以泄水洞可做或各种大小和形式。,（二）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。,（三）长隧施工通
15、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。,（四）设备投入是加快长隧道施工的关键 钻爆作业线，装碴运输作业线喷锚支护作业线、防水板、混凝土衬砌作业线是四条正洞和平导的必须配套设备，注浆作业线、通风作业线、排水作业线为三条辅助作业线，七条作业线的设备投入费用应占隧道施工总费用的20%左右。否则，隧道施工是实现不了安全、优质和快速。,（五）引进循环经验的概念进行设计 1、全面推进节约能耗的设计，提高资源利用效益。如水、电、油、砂、石、水泥、木材、钢材原材料如何节约，地下水如何为施工服务，建成后可否长期应用，全面推广液压台车打眼取消风钻电老虎，采用有轨电力牵引节约油耗，砂
16、石自制，水泥加30%粉煤灰，网构钢拱架取代工字钢、H型钢等等。,2、注意环境保护的设计：如何弃碴造田变废为宝，如何减少施工环境污染，如何保护地面植被，废水处理，从源头减少污染源。 3、城市铁路应全面考虑进入地下，不能再破坏城市的规划和环境。,（六）利用新设备、新仪器、新技术、新材料、新工艺提高、改善传统的钻爆法施工配套技术的设计；符合人性化的三通一平设计，引进小断面TBM；施工的各个工序都要进行交叉学科的应用和研究等，促进隧道发展新台阶，而不是重复的抄袭式的设计。应重视设计方案的研究在前，结构设计在后的次序。,（七）增加安全风险评估的设计 安全、风险设计是确保施工安全、质量的关键，在预可研究、可研报告中都增加这个内容，设计风险、施工风险、运营风险均应反映在建设的全过程中，北京地铁建设的安全、风险咨询已交北方交大隧道中心负责。,（八）认真进行工程科学管理的设计 工程管理包括对建设方、设计方、施工方、监理方的全面统一管理。要在公平、公正、求实、宽容团结
