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1、高速铁路黄河隧道的技术可行性高速铁路黄河隧道的技术可行性京沪高速铁路起始于北京，沿途经过天津、济南、徐州、南京等枢纽,然后到达上海，并跨越黄河和长江两大河流，全长 1300m。设计速度 300km，是我国计划建设中的第一条跨世纪的具有世界先进水平的高速铁路，目前已进入技术设计阶段。其中，枢纽和重点工程仍在做补充可行性研究，经过仔细分析，黄河隧道方案技术可行，并具有一定的优越性。本文从设计和施工角度进行分析，以期为选择最佳方案提供参考。 关键词关键词：京沪高速铁路 黄河隧道 技术可行性 1 线路概况线路概况 京沪高速铁路引入济南枢纽，技术设计时采用洛口桥位方案，利用既有老津浦线经北园引入济南客站
2、。其优点是充分利用原客站和既有客运设施以及市政公交工程，节省投资，并能最大限度吸引客流，方便旅客乘降。 线路跨越黄河段，河槽宽约 400m，左岸（北）滩地宽约 800m，两岸临黄大堤堤距 1250m。本方案中黄河大桥和两端引桥总长 7000m。由于受济青高速公路联接线和铁路北环线的影响，线路纵断面在黄河南岸和接老津浦线之间采用了 16 的下坡，桥梁方案技术条件比较困难。 2 地质概况地质概况 线路跨越黄河段地质为第四系近代沉积层，基岩埋置很深，一般在地面以下 50m。土层以粉砂、粘砂土和砂粘土为主，夹有粘土和中细砂层，局部土层含有姜石，最上层为粘砂土或粉砂，易被冲刷，其下层为较密实的粘砂土或软
3、塑硬塑砂粘土，厚度约 15m17m，距河床面约 12m。抗冲能力较强。 一般冲刷后高程 12.6m，局部冲刷后高程 5.7m。 地震基本烈度 6 度。 3 隧道方案的技术可行性隧道方案的技术可行性 3.1 隧道平纵断面 由于隧道受地面建筑影响较小，因此相对于桥位，隧道平面位置可以改善。为便于比较，本文隧道平面位置仍采用桥址位置。线路穿越黄河段根据隧道施工方法不同可考虑单洞双线和双洞单线两种方案。 单洞双线方案，隧道内线路间距 5m：双洞单线方案线路间距 20m，隧道两洞之间每隔 500m 设一处联络通道，用于缓解空气动力学效应和作为服务通道。线路间距在隧道两端洞口外再过度到 5m。隧道纵断面以
4、黄河主槽最深处为控制点，隧道拱顶设在一般冲刷高程之下，并考虑南岸线路与老津浦线相接，在通过环城路和津浦上行联络线时，采用下钻方式；北岸隧道进口设在黄河北展大堤之外。这样，隧道在黄河主槽最深处覆土厚度为 13m，河滩处覆土厚度为 23m，隧道结构基本处在软塑-硬塑状态的砂粘土层中。 3.2 决定隧道断面内轮廓的几个因素 隧道断面内轮廓由以下几个因素确定：第一是隧道建筑限界，采用京沪高速铁路线桥隧站设计暂行规定中所规定的限界；第二是隧道内的预留空间要求，如安全空间，救援通道等；第三是为缓解空气动力学效应所需要的隧道净空面积，其大小应由行车速度和隧道辅助坑道的数量及位置决定。黄河隧道距济南站仅有 4
5、km，因此，列车通过隧道时的最高速度将受到限制，另外，联络通道和竖井也将对缓解空气动力学效应起到重要作用。综合以上因素，确定隧道净空面积双线隧道不小于 80m2，单线隧道不小于 50m2。 3.3 隧道施工方案 隧道通过黄河主槽有两种施工方案是可行的，即明挖法和盾构法。明挖法施工通过黄河主槽时，采用单洞双线方案。进入 20 世纪 90 年代以来，黄河下游济南段曾多次出现断流现象，枯水期达 7 个月之久，其中断流期 13 个月，1997 年黄河断流曾达到四个半月，而且，近年来黄河干流上已建成刘家峡等九大水利枢纽和水电站，加上目前在建的李家峡、小浪底和万家寨水利水电枢纽，总库容量达 570108m
6、3，对黄河下游的流量有较强的调控能力，因此黄河主槽段隧道采用明挖法施工有一定的条件。但牵涉部门较多，施工组织比较困难。盾构法施工宜采用双洞单线方案。黄河段地质主要为砂粘土，比较适合盾构施工，且盾构施工不受季节影响，施工组织比较简单，因此是最可行的方案，本文仅对盾构方案进行阐述。目前盾构法在隧道施工中已是一项成熟的技术。国外方面，日本是利用盾构法施工隧道最多的国家之一，共生产使用了大约 5000 台之多，最大外径达 13.94m，并用此法建成了几千 km 隧道。我国上海自 20 世纪 60 年代起开始研究盾构技术，并进行了大量试验，到目前为止已研制了 20 多台盾构，最大外经 11.3m，用于建
7、造黄浦江越江隧道及地铁区间隧道等工程。盾构设计和施工的几个主要环节：a. 盾构工作井。盾构工作井的构造尺寸以盾构组装、进洞、推进拆卸等需要决定。本方案北岸设工作井，用于盾构拼装、推进,南岸盾构施工段与明挖段相接，因此不再设工作井，盾构拆卸在明挖基坑内进行。b. 隧道衬砌采用双层衬砌。一次衬砌即管片拼装衬砌承受全部荷载，外径 10.4m，宽 1.5m，厚度 0.5m，每环由 10 个等分的管片组成；二次衬砌采用厚 0.3m 的钢筋混凝土结构，主要以附加重量和防渗为目的。c. 衬砌结构的防水设计，采用以防为主、多道防线、综合处理的原则口首先提高管片混凝土的抗渗性能，加强管片接头的防水，从目前上海盾
8、构工程施工经验来看，采用复合型弹性材料密封垫为接缝主要防水材料，防水效果基本达到设计要求。其次在一次衬砌和二次衬砌之间设封闭防水层，二次衬砌采用防水混凝土。d. 衬砌壁后注浆。盾构施工中壁后注浆的目的主要有三项：防止地基变形：提高隧道的防水性能；确保管片衬砌的早期稳定性。注浆材料可采用水泥水玻璃混合液，注浆时间宜在盾构离开后 1h 内进行，注浆压力根据具体情况确定，一般为 0.2MPa0.4MPa。e. 在施工方面，盾构施工通过黄河主槽时，宜选在枯水期进行，以减少盾构开挖面的水压力，盾构的推进速度应根据地质情况的变化进行调整，以确保施工安全。考虑盾构单台推进长度和隧道的埋深情况，通过黄河主槽用
9、盾构法施工，其余地段采用暗挖法和明挖法施工。在北岸临黄大堤外 500m 处设一盾构施工竖井，隧道建成后做为运营服务竖井。每台盾构推进长度为 2200m。根据河床段的地质特点，采用土压平衡式盾构最为合适，其工作原理是采用大刀盘开挖，螺旋机排土，刀盘切下来的土通过搅拌充满整个密封舱，并保持一定压力，与开挖面的水土压力相平衡，在粘土或砂粘土地层中使用最经济可靠。隧道进口至工作井段可采用暗挖法施工，部分浅埋地段可考虑明挖法施工。明挖法施工基坑深度一般不大于 20m。隧道施工方法分段见图 1。暗挖段采用复合式衬砌,以利于防水层的施作。本段内不受地面沉降的控制，而且，在北京地铁设计施工中，浅埋暗挖已是一项
10、成熟的技术，因此,暗挖段施工方法在此不再多说。4 隧道方案防洪评价及防洪措施隧道方案防洪评价及防洪措施 黄河是我国第二大河流，黄河下游由于淤积严重，河床面普遍高于堤外地面，因此防洪压力较大，解放后山东段黄河大堤曾进行过三次加高培厚及河道整治工作，新建了一系列控导护滩工程，济南河段是黄河整治的样板工程，两岸堤防坚固。目前，山东黄河的设计防洪标准是按 1958 年型洪水，花园口站洪峰流量为 22000m3/s 时，经东平湖分洪，控制艾山站下泄 10000m3/s，据此，洛口设计防洪水位为 34.12m，黄河大堤经第三次加固后，设计堤顶高度已达 36.22m，南岸为 36.29m。由于黄河干流上一系
11、列大型水利水电枢纽建成，减轻了黄河下游的防洪压力。从黄委会有关部门提供的 1992 年洛口站防御花园 12122000m3/s 洪水设计防洪水位 33.4m 来看，1992 年的设防水位比原规划的 1983 年水位要低，因此，1992 年河道实际防洪能力比规划值要大，所以，堤防的防洪能力是足够的。随着小浪底等新的水利工程建成，与已建成的三门峡等现状工程联合运用，可使黄河下游的防洪标准从现在的百年一遇提高到千年一遇，因此，洪水对隧道的威胁并不大。在具体措施上，隧道洞口段路堑挡墙加高 2.5m，并修筑土坝，以防溃坝时洪水沿路堑流入隧道，这样，在防洪方面可确保隧道万无一失。5 隧道方案的优点隧道方案
12、的优点 a. 南岸隧道下钻济青高速公路联接线和环城路，隧道出口后线路又下钻京浦下行联络线和铁路北环线。地面干扰较小，因此有利于改善线路平面和纵断面，在隧道方案中，黄河南岸线路纵断面从桥梁方案的 16下降到 12。线路平面也有改善的条件，因此，隧道方案平纵断面优于桥梁方案。b. 隧道方案噪音污染小，对周围居民干扰少。黄河北岸线路从鹊山村中穿过，南岸紧临市区，线路两侧居民和厂企较多，高速列车通过时对周围居民的噪音干扰不可忽视。在日本，高速列车的噪音污染己限制了列车速度的提高，在法国,经过居民区时，为减少高速列车的噪音污染，不得已修建隔声隧道，巴西至大西洋新建高速线上共有 15 座隧道，其中隔声隧道
13、就有 10 座。隧道的防噪音作用由此可见一斑。 c. 隧道对河道通航无影响。根据交通部黄河水系规划办公室水系规（88）03 号文，关于“黄河主干流长远规划设想”，黄河主干流经过综合治理，到 2030 年后实现通航。线位河段通航标准为四级，目前的洛口桥位与洛 U 铁路老桥相距仅 50m，在通航方面隧道方案对航运的影响明显小于桥梁方案。d. 隧道方案总投资低于桥梁方案，主要工程数量见下表： 表 1 隧道与桥梁方案投资对比 项目比较长度（m）桥梁长度（m）隧道长度（m）路基长度（m）路堑长度（m）总造价（亿元）隧道方案7150585013008.88桥梁方715070001509.67案6 结束语结束语 水底隧道建设在我国尚处于起步阶段，目前除了上海等几个城市修建水底隧道用于城市交通外，用于铁路交通的水底隧道还不曾有过。黄河隧道方案技术可行，投资少于桥梁方案，采用隧道方案不仅经济实用，而且在提高我国水底隧道设计施工技术方面具有重要意义。虽然隧道工程在可观性方面比不上桥梁工程，但是，从另一方面来讲,隧道由于是地下工程，对地面环境干扰较少，在保护土地资源和环境方面有一定的优越性。另外，隧道工程的抗自然灾害能力和战争时的防御能力均优于桥梁工程，近来的海湾战争和北约对南斯拉夫的空袭已充分证明了这一点。因此，从战备方面来讲，隧道方案更具有战略意义。
