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1、目 录,一.境内外高铁建设情况 二.国内高铁隧道主要设计原则及措施 三.隧道设计的技术进步 四.隧道使用需要注意的问题 五.认识与建议,一.境内外高铁隧道概况,（一）境外高铁隧道概况,全长219Km，设计时速300Km/h，共修建有长约47Km的隧道30座，其中24座隧道采用矿山法修建。 全线隧道内均铺设无碴轨道。双线隧道有效面积为92m2 ，开挖面积为150m2，隧道采用复合式衬砌。矿山法隧道断面如图。,1、德国 科隆莱茵/美因高速铁路,一.境内外高铁隧道概况,（一）境外高铁隧道概况,马德里巴塞罗那高速铁路全长611公里，设计最高速度为350Km/h,共有隧道26座。该线长大隧道断面面积采用
2、74m2，短隧道断面面积109m2 。,2、西班牙 马德里巴塞罗那高速铁路,一.境内外高铁隧道概况,（一）境外高铁隧道概况,那不勒斯-米兰新高速铁路为旅游专线，其中佛罗伦萨-博洛尼亚段49线路位于线路位于亚宁山区，为克服地形障碍，采用隧道方式穿越，该段线路全长78Km，隧道全长71.5km/9座。,3、意大利 佛罗伦萨-博洛尼亚高速铁路,一.境内外高铁隧道概况,（一）境外高铁隧道概况,隧道采用分块开挖的方法(CRD)，在隧道拱部采用超前小钢管，钢管直径34mm，长2.75m，间距25cm，共用47根，临时支护结构采用125H型钢支撑，喷混凝土厚125mm，锁脚锚杆直径25mm，长2.0m，图中
3、表示开挖顺序。,4、日本 东京高速铁路线Narashinodai隧道,一.境内外高铁隧道概况,（一）境外高铁隧道概况,台湾南北高速铁路全线长394km，设计时速350km/h，运行时速300km/h，其中暗挖施工隧道42座，总长39km。隧道净空有效面积为90m2。双线隧道净空跨度为15.35m，净高10.5m，线间距4.5m，实际开挖面积147155m2。,5、台湾 台北高雄高速铁路,6、各地高速铁路隧道内净空面积对比,一.境内外高铁隧道概况,（一）境外高铁隧道概况,乌龙泉,咸宁,岳阳,长沙,株洲,衡阳,衡山,郴州,韶关,武广客运专线位于中南、华南地区，线路自武汉经咸宁、岳阳、长沙、株洲、衡
4、山、衡阳、郴州、韶关至广州，通过湖北、湖南、广东三省，构成京广客运专线的南段。正线全长869km。,（二）国内高铁隧道概况,1、武广客运专线,广州,武汉,一.境内外高铁隧道概况,隧道概况如下：,乌龙泉,咸宁,岳阳,长沙,株洲,衡阳,衡山,郴州,韶关,广州,武汉,（二）国内高铁隧道概况,1、武广客运专线,一.境内外高铁隧道概况,郑州,荥阳,三门峡,西安北,灵宝,华山,渭南,巩义,洛阳南,渑池,函谷关隧道,秦东隧道,张茅隧道,郑西客运专线东起中原中心郑州市，向西经洛阳市、三门峡市、渭南市，西止西北门户西安市，经豫、陕两省，横贯中州大地和关中平原东部，正线全长458km。,（二）国内高铁隧道概况,2
5、、郑西客运专线,一.境内外高铁隧道概况,郑州,荥阳,三门峡,西安北,灵宝,华山,渭南,巩义,洛阳南,渑池,函谷关隧道,秦东隧道,张茅隧道,隧道概况如下：,（二）国内高铁隧道概况,2、郑西客运专线,一.境内外高铁隧道概况,新广州,新深圳,西九龙站,福田,广深港客运专线广深段位于广东省中南部，该线北起广州铁路枢纽的新广州站，向南经番禺区的沙湾、黄阁等镇，经过东莞市沙田、虎门、长安等镇，进入深圳市的公明、光明、石岩、龙华等镇，并在龙华设深圳第二客站（新深圳站、本线设计终点），正线全长103km。,（二）国内高铁隧道概况,3、广深港客运专线,一.境内外高铁隧道概况,新广州,新深圳,西九龙站,福田,隧道
6、概况如下：,（二）国内高铁隧道概况,3、广深港客运专线,一.境内外高铁隧道概况,二.主要设计原则及措施,（一）建筑限界及内轮廓,1、内轮廓需要考虑的因素,隧道建筑限界；股道数及线间距；隧道设备空间；预留技术作业空间；机车车辆类型及其密封性；缓解空气动力学效应必须的断面积；轨道结构形式及其运营维护方式。,二.主要设计原则及措施,根据京沪高速铁路隧道前期研究和遂渝线关于隧道空气动力学研究成果，中国高速铁路隧道舒适度准则见下表：,（一）建筑限界及内轮廓,2、乘车舒适度和净空有效面积,二.主要设计原则及措施,有效净空面积：100m2 线间距：5m 双侧救援通道：1.5m 技术作业空间：30cm 线路中
7、线距安全空间：3m,3、国内客运专线隧道拟定的建筑限界及内轮廓,（一）建筑限界及内轮廓,二.主要设计原则及措施,大断面隧道支护结构的安全性、适用性、耐久性与经济性； 防排水技术措施的可靠性、施工可行性、运营可维护性； 复杂地质条件下大断面隧道施工方法的安全性与经济性； 新型、简洁的景观、环保洞门的开发； 复杂地形条件下的洞口处理技术； 隧道综合防救灾措施的系统性、高效性。,4、客运专线隧道需要解决的技术问题,（一）建筑限界及内轮廓,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,二种类型结构的设计原则与支护参数有所不同。,根据二次衬砌结构在运营期间是否承受水压力,分,1、衬砌类型的选取,二.主要设计原
8、则及措施,（二）结构设计,1、衬砌类型的选取,暗挖隧道采用复合式衬砌；明挖隧道采用整体式衬砌；级围岩隧道衬砌应采用曲墙有仰拱的形式；级围岩隧道衬砌可采用曲墙式加底板的形式；边墙与仰拱应圆顺连接；,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,2、排水型结构计算原则,初期支护承担施工阶段大部分荷载或全部荷载；初期支护作用，是为确保施工安全，减少围岩松驰、及时控制地压发展和围岩自支护能力降低，与围岩一起共同承载； 二次衬砌承担部分围岩形变压力以及由于初期支护可能劣化、软岩蠕变、环境条件变化等而作用于二次衬砌上的荷载，并作为安全储备。 初期支护根据共同变形理论，按地层-结构模式进行计算； 模筑衬砌按荷载-
9、结构模式进行计算。 细化隧道围岩级别、地形、地质条件； 结合工程类比。,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,3、排水型结构计算工况,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,4、排水型结构计算算例,级围岩偏压工况,级围岩偏压工况初期支护计算模型,级围岩偏压工况二次衬砌弯矩图（KNm）,级围岩偏压工况二次衬砌轴力图（KN）,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,4、排水型结构计算算例,级围岩偏压工况,级围岩偏压工况计算模型,级围岩偏压工况二次衬砌弯矩图（KNm）,级围岩偏压工况二次衬砌轴力图（KN）,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,4、排水型结构计算算例,底板结构计算,底板按弹性地基
10、梁进行计算，弹性抗力系数取1200MPa/m； 荷载及冲击系数按“ZK标准活载（二）”作为设计活载； 动力系数按涵洞结构计算。,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,4、排水型结构计算算例,底板结构计算,单列作用弯矩图（KN.m）,双列作用弯矩图（KN.m）,单列作用应力图（KPa）,双列作用应力图（ KPa ）,注：表中带*号表示为钢筋砼；所有拱墙喷射混凝土中掺加合成纤维；加强衬砌用于浅埋隧道段；喷射混凝土强度等级C25，钢筋混凝土强度等级C35，素混凝土强度等级C30。,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,排水型结构支护参数表,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,5、排水型结构断
11、面示例,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,6、素混凝土结构加筋设计,国外高铁建设起步较早，在早期建设的高铁隧道中地层条件较好地段的二次衬砌，曾采用素混凝土结构，但随着运营时间的推移，内衬裂缝的扩展也在不断加大、加密，导致后期维护工程量的加大、甚至影响铁路运营安全。鉴于此，欧洲近期建设的高铁隧道内衬均采用加筋结构，韩国则在高铁隧道交付运营前对每座隧道的每一条裂缝进行检查及处理。,（1）国外高铁隧道现状,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,6、素混凝土结构加筋设计,从结构计算角度看，、级围岩隧道二次衬砌采用素混凝土结构均能满足承载要求，但从使用耐久性性能分析则存在一定问题。鉴于混凝土材质
12、的特性及施工工艺的原因，干缩或温差引起的微裂缝存在不可避免，微裂缝在高铁运营过程中受频繁的动荷载及围岩蠕变影响，使裂缝逐步开展、扩大、交错贯通，易引起混凝土掉块事故，给铁路运营的安全造成威胁。因此需要寻求适当的措施以抑制裂缝的产生与扩展，满足运营安全要求。,（2）原因分析,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,6、素混凝土结构加筋设计,从经济技术比较，采用单层护面钢筋的结构型式实施质量易于控制，且施工方便，但造价较高，设计在距洞口150m范围内受温度变化影响较大的、级围岩段采用单层护面钢筋混凝土结构，其它地段、级围岩衬砌混凝土内掺加合成纤维，合成纤维类型选择建议根据现场试验确定。,（3）加筋
13、方案,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,6、素混凝土结构加筋设计,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,7、防水型衬砌结构设计,时速350km/h双线铁路隧道防水型复合式衬砌内轮廓断面与排水型完全相同，但根据水压力大小调整了仰拱深度与厚度，由于防水型隧道二次衬砌承受的水压力为主要荷载，一般远大于围岩压力，为提高经济性，支护参数的设计原则是： 初期支护按满足施工安全和控制地面沉降的要求确定，二次衬砌承担全部围岩压力和水压力。 水作为外部荷载全部作用在结构上； 计算考虑的荷载为：结构自重+土压力+水压力； 各种作用的组合系数取1.0； 对于河床下结构将河水作为超载用太沙基公式分层计算荷载。
14、,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,7、防水型衬砌结构设计,浏阳河隧道河下断面弯矩图（KNm）,浏阳河隧道河下断面轴力图（KN）,注：断面类型中、指围岩级别；仰拱加深深度指相对于排水型隧道轨面至仰拱内侧最低点的深度。,时速350km/h双线铁路隧道防水型复合式隧道结构支护参数表,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,防水型结构支护参数表,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,7、防水型衬砌结构设计,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,8、结构设计特点,细化了支护结构类型 以往的习惯作法是浅埋段按降低一级围岩级别设计，这难以正确反应工程的实际特性，也不够经济；客运专线隧道跨度大，对
15、应的浅埋段覆土厚度也增大，同时从环保要求出发，隧道洞口位置一般较以往外延较多，致使浅埋段长度较长，因此有必要专门设计浅埋段支护结构。,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,8、结构设计特点,提出“加强基底”和 重视“刚度变化” 针对以往隧道底部易发病害和高速列车运行要求，本线隧道加强了基底设计，、级围岩均采用有仰拱结构，且仰拱厚度较拱墙衬砌大； 级围岩设计了有仰拱和无仰拱二种结构，前者用于可溶岩地段，后者用于非可溶岩地段。 在不同工点中经常有围岩级别不连续变化的情况，如断层部位为级围岩，其前后则为级围岩，级围岩有仰拱结构，可用于这些突变部位，以利于基底的刚度变化。,二.主要设计原则及措施,（
16、二）结构设计,8、结构设计特点,二次衬砌采用钢筋或纤维混凝土结构 、级、级围岩偏压段及洞口150m段、级素混凝土衬砌采用钢筋混凝土结构，洞身、级素混凝土衬砌采用纤维混凝土结构；主要是考虑列车长期的振动作用以及围岩蠕变对二次衬砌受力的影响，同时也可减少大跨混凝土结构的收缩裂缝。,重视环保及维护隧道工作环境 为避免隧道施工及运营期排水影响上部建筑，减小运营维护成本，设计了防水型衬砌结构。,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,9、各型衬砌的使用,依照围岩级别； 综合考虑地下水、埋深、偏压及环境情况； 低级别围岩支护向高级别围岩设延伸段； 考虑基底刚度的线性过渡； 国防要求及抗震要求。,二.主要设计原则及措施,（二）结构设计,9、各型衬砌的使用,
