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1、1,客运专线隧道的设计与施工,2,概述,隧道的概念及种类1隧道的概念 狭义定义：用以保持地下空间作为交通孔道的工程建筑物。 广义定义：以某种用途，在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2m2的洞室。,3,2隧道的种类 按不同的分类方式不同的分类方法：,4,5,6,10km以上的长大铁路隧道举例： 秦岭隧道18.4km TBM成功应用 大瑶山隧道14.295km新奥法成功应用 乌鞘岭隧道20.05km高地应力；软岩大变形 太行山隧道27.8km石太客运专线,7,一、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
2、 六、典型工程实例,主要内容,8,一、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：(已更新) 到2020年全国铁路营业里程达到10万公里(12万公里以上)，其中客运专线营业里程1.2万公里(1.6万公里) 。,第一节 客运专线设计施工概况,9,据不完全统计，我国客运专线隧道的修建数量将超过1000km。 武广客运专线 165km 甬温福厦 280km 京沪高速 15km 石太客专 76km 郑州西安客专 74km 武汉合肥 80km 武汉成都 300km,客运专线隧道的数量,10,客运专线隧道的分类,11,二、客运专线隧道的特点,空气动力学效应 可靠性和结构耐久性要求高 更加重视
3、对环境的影响 防灾救援要求高,12,空气动力学效应,隧道微气压波的发生,13,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；,14,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
4、从车辆及隧道两方面采取措施，以减缓空气动力学效应。,15,空气动力学效应,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,16,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,
5、17,环境的影响,环境包括： 生态环境、自然环境和周边人文环境 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。,18,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,19,三、客运专线隧道的技术要求,建筑限界和隧道内净空面积 洞门型式及缓冲结构 衬砌支护类型和支护参数 防水和排水措施 环境保护 防灾救援方案,20,隧道有效内净空面积,隧道净空面积的影响因素： 隧道建筑限界 线间距 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 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,21,客运专线隧道限界,2
6、2,我国客运专线隧道内净空面积,23,洞门型式及缓冲结构,设计原则：早进晚出、确保安全、因地制宜、保护环境、简约实用 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，可采取防噪音措施或结合洞门型式适当设置缓冲结构。,24,四、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，以及信息化动态管理。,25,3、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
7、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。,26,27,几种洞门型式,28,29,30,5、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投入正洞只打导坑而不增设工作面，反而更快，为推荐方法。,31,(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
8、）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。,32,一、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、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。,(一)隧道施工基本概念,33,隧道施工方法可按以下方式分类：,34,(二)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。将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为“传统的矿山法”；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“
9、新奥法”。,1、矿山法,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，而代之以整体式衬砌作为永久性支护的施工方法。,35,2、新奥法,新奥法即奥地利隧道施工新方法(New Austrian Tunnelling methodNATM)，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，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实际，即设计理论施工方法结构(体系)工作状态(结果)的一致。,36,(一)新奥法施工程序,二、新奥法的基本概念,
10、37,(二)新奥法施工的基本原则,少扰动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。,早支护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。,勤量测指以直观、可靠的量测方法和量测数据来准确评价围岩(或围岩加支护)的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时调整支护形式、开挖方法,紧封闭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。另一方面指要适时对围岩施作封闭形支护。,38,三、开挖方法,隧道开挖的基本原则是：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，应对隧
11、道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、工区长度、机械配备能力、经济性等相关因素进行综合分析，采用恰当的开挖方法。,39,按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、分部开挖法等。,(一)全断面开挖法,全断面开挖法就是按照设计轮廓一次爆破成形，然后修建衬砌的施工方法。,40,适用条件,(1)IIV级围岩，在用于级围岩时，围岩应具备从全断面开挖到初期支护前这段时间内，保持其自身稳定的条件。 (2)有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备。 (3)隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不应小于lkm，否则采用大型机械化施工，其经济性较差。 隧
12、道机械化施工，有三条主要作业线，见表,41,全断面法施工特点 (1)开挖断面与作业空间大、干扰小； (2)有条件充分使用机械，减少人力； (3)工序少，便于施工组织与管理，改善劳动条件； (4)开挖一次成形，对围岩扰动少，有利于围岩稳定。,42,(二)台阶法,根据台阶长度不同，划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。,施工中采用哪一种台阶法，要根据两个条件来决定，第一是对初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，要求闭合时间越短，第二是对上部断面施工所采用的开挖、支护、出渣等机械设备需要施工场地大小的要求。,43,1、长台阶法,长台阶法开挖断面小，有利于维持开挖面的稳定，适用范围较全断面法广，
13、一般适用于地质条件较差的、V级围岩,44,2、短台阶法,短台阶法适用于地质条件差的、V级围岩，台阶长度定为1015m，即12倍开挖宽度，主要是考虑拉开工作面，减少干扰，因此台阶长度不宜过短。 短台阶法可缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩变形。缺点是上部出渣对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。,45,3、微台阶法,适用于，级围岩，一般为35m的台阶长度。 微台阶法上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。,46,(三)分部开挖法,分部开挖法包括环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法等。,1、环形开挖留核心土法 环形开挖留核
14、心土法常用于级围岩单线和V级围岩双线隧道掘进。,47,施工要求： 环形开挖进尺一般为0.52.0m； 开挖后应及时施作喷锚支护、安设钢架支撑，每两榀钢架之间采用连续钢筋连接，并加锁脚锚杆； 当围岩地质条件差，自稳时间较短时，开挖前在拱部设计开挖轮廓线以外，进行超前支护,特点： 开挖工作面稳定性好 施工干扰大、工效低,48,2、侧壁导坑法 根据侧壁导坑开挖的个数，分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法。 单侧壁导坑法 单侧壁导坑法一般将断面分成三块：侧壁导坑、上台阶、下台阶。 侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞跨，高度以到起拱线为宜。导坑与台阶的距离没有硬性规定，一般以施工互不干扰为原则。,49,由于单侧壁
15、导坑法每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初期支护承载能力大，所以它适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。,50,双侧壁导坑法,适用于V级围岩双线或多线隧道掘进。 具有控制地表沉陷好，施工安全等优点，但进度慢，成本高。,51,施工要求： 侧壁导坑高度以到起拱线为宜； 侧壁导坑形状应近于椭圆形断面，导坑断面为整个断面的1/3； 侧壁导坑领先长度一般为3050m，以开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布不影响另一侧导坑为原则； 导坑开挖后应及时进行初期支护，并尽早封闭成环。,52,3、中洞法 中洞法适用于双连拱隧道。采用先施作隧道中墙混凝土，后开挖两侧的施工方法 。,53,施工要求： 中
16、洞法开挖高度应大于中墙高度1m，开挖宽度应大于5m； 中洞开挖长度根据隧道长度、宽度以及地质情况综合考虑，一般为5080m； 中洞开挖后应及时施作初期支护，再分段灌筑中墙混凝土，在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模，并进行临时横向支撑。,54,4、中隔壁法(CD),适用于V级围岩的浅埋双线隧道。中隔墙开挖时，应沿一侧自上而下分为二或三部进行，每开挖一步均应及时施作锚喷支护、安设钢架、施作中隔壁，底部应设临时仰拱，中隔壁墙依次分步联结而成，之后再开挖中隔墙的另一侧，其分步次数及支护形式与先开挖的一侧相同。,55,施工要求： 各部开挖时，周边轮廓尽量圆顺，减小应力集中； 各部的底部高程应与钢架接头处一致； 每一部的开挖高度约为3.5m； 后一侧开挖应全断面及时封闭； 左右两侧纵向间距一般为3050m； 中隔壁设置为弧形或圆弧形。,56,5、交叉中隔壁法(CRD) 交叉中隔壁法适用于V级围岩浅埋的双线或多线隧道。采用自上而下分为二
