1、客运专线隧道施工技术,铁科院(北京）工程咨询有限公司 (010)518743762007年6月,主要内容,一、铁路客运专线隧道技术标准 二、客运专线隧道的特点三、客运专线隧道施工关键点 四、瓦斯隧道五、开挖施工方法简介六、检测技术七、隧道安全八、隧道环境,隧道工程的特点,隧道属于地下工程，是典型的地质工程，地质条件存在不确定性。因此，隧道工程以高风险、塌方多著称。1 、不可预见因素多，工程风险性大：通过不良地质与特殊岩土段，可能遭遇断层、富水、岩爆、瓦斯等，处理不好可能发生瓦斯爆炸或塌方等。因此，国际隧道协会（ITA）曾经提出：地质风险由业主承担，施工风险由承包商承担。 2 、隐蔽工程多：隧
2、道是地下工程，由于隧道结构的特点和工程的时效性，绝大部分的后一道工序都是在前一道工序的基础上立即进行，隐蔽部分较多。如果内在质量出现问题，事后很难发现，并且也很难采取措施补救。3、 施工时效性强：由于隧道施工中围岩多变，地质水文条件复杂，并且大多不可预见。所以一旦出现意外情况，必须当机立断及时变更，进行现场处治，工程时效性较强。,隧道工程的特点,4、 施工空间狭小：隧道施工是在一个狭小的空间中进行，开挖、支护、防排水、衬砌、附属设施预埋件、轨道等施工工序多，时效性强。施工过程中的水、风、电、气管线复杂，相互干扰大，施工管理难度较大。5 、施工环境恶劣：由于隧道施工是在一个半封闭的空间内进行，开
3、挖和施工过程的污染很大，加之施工危险性大，所以施工环境比较恶劣。空气流通不佳，隧道内有粉尘，有害气体可能使人窒息。6 、隧道为地质工程，由于围岩力学机理与主要参数不清，基于还原论的岩石力学围岩稳定性的分析预测，往往与实际情况相差较远。各国地下工程技术规范中，均以工程类比的经验方法为首要方法，理论分析列于末位。工程计算与桥梁等结构比较，相对而言比较模糊，存在一定的风险。,一、铁路客运专线隧道技术标准,概述,新建铁路客运专线隧道设计主要由限界、构造尺寸、使用空间和缓解或消减列车进入隧道诱发的空气动力学效应两方面的要求确定。研究表明，当列车以200公里以上时速通过铁路隧道时，空气动力学效应对行车、旅
4、客乘车舒适度、洞口环境的不利影响已十分明显且起控制作用，因此，隧道的设计除须遵照现行铁路隧道设计规范（TB10003）规定及提高防灾救援要求外，还应考虑下列因素： 隧道内形成的瞬变压力对乘员舒适度及相关车辆结构的影响； 空气阻力的增大对行车的影响； 隧道口所形成的微压波对环境的影响； 列车风对隧道内作业人员待避条件的影响。,空气动力学效应,当列车进入隧道时，原来占据着空间的空气被排开。空气的粘性以及气流对隧道壁面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气不能象在隧道外那样及时，顺畅地沿列车两侧和上部流动，列车前方的空气受压缩，随之产生特定的压力变化过程,引起相应的空气动力学效应并随着行车速度的提高而
5、加剧。在隧道端口处产生音爆并对乘客耳膜造成损伤，主要发生在隧道入口（非密封车辆) 。,一、列车进入隧道引起的瞬变压力,列车进入隧道引起的压力变化是两部分的叠加： 列车移动时从挤压、排开空气到留下真空整个过程引起的压力变化； 列车车头进入隧道产生的压缩波以及车尾进入隧道产生的膨胀波在隧道两洞口之间来回反射产生的压力变化(Mach波)。 当双线隧道中同时有不同方向列车相向行驶时，叠加所产生的情况则更为复杂。 列车在隧道中运行时(无相向行驶列车)车上测得的最大压力波动发生在第一个反射波到达列车时。,（一）隧道长度的影响,Mach波以声速传播，对于长隧道，来回反射的周期相应较长。同时，在反射的过程中能
6、量有所衰减。 而对于短隧道，Mach波反射的周期大为缩短。同时，在反射过程中能量损失也较少，致使压力波动程度加剧。试验表明，压力波动绝对值，并不随隧道长度的减小而减小。 当隧道长度为1km时，压力波动明显加剧，而当隧道长度进一步增大到3km时，压力波动则并无显著加剧，反而有缓解趋向。 列车交会的双线隧道，最不利情况发生在列车交会在隧道中点时。,（二）列车速度的影响,根据研究报告，压力波动同列车速度平方成正比。,（三）隧道净空断面面积的影响,对于压力波动，诸因素中隧道横截面积的影响是最大的。ORE曾经系统地研究了各种因素对压力波动的影响。结果也表明，隧道净空断面面积，或者说，隧道阻塞比是最主要的
7、因素。根据计算分析，提出压力波动与隧道阻塞比之间有下列关系: P=kv单一列车在隧道中运行时，a =1.3O.25。考虑列车交会时，a =2.160.06。式中：P3秒钟内压力变化的最大值；v行车速度；阻塞比； =列车横截面积/隧道内轨顶面以上净空面积。,（四）竖井的影响,竖井（斜井、横洞）的存在会缓解压力波动的程度。竖井位置对减压效果的影响很大，并不是处于任何位置的竖井都能有较好的效果。竖井断面积5lOm2即可，加大竖井的横断面积，并不能收到好的效果。 根据Mach波叠加情况可以理论地得到竖井的最佳位置：X/L=2M/(1+M)式中 X竖井距隧道进口距离； L隧道长度；MMach数。,（五）
8、列车交会的影响,双线隧道列车在隧道中交会引起压力波动的叠加，情况十分复杂。ORE研究报告说，列车交会时，压力波动最大值是单一列车运行情况的2.8倍。 实际上，列车交会时所产生的压力波动同列车长度、隧道长度、会车位置、车速等多种因素有关。,（六）列车密封条件对车内压力波动的影响,计算结果表明，车辆的密封对车内压力波动的影响可以归结为“缓解”和“滞后”两种效应。 值得指出的是，在考虑到列车交会的情况下，就车外压力而言，洞口会车有时会成为最不利情况，然而在列车密封的条件下，洞口会车并非最不利情况。由于“滞后”效应，车内压力来不及“响应”列车就出洞了。 密封指数：将车内压力从3600Pa降低至1350
9、Pa(38%)所需的泄漏时间。,（七）压力波动程度阈值的确定,高速铁路隧道设计应通过正确地选择隧道设计参数，将压力波动控制到“允许”范围内。 评定压力波动程度一般采用的参数有： “峰对峰”最大值。即最大压力变化的绝对值； 压力变化率的最大值。 （速率） 目前较通用的评估参数是相应于某一指定短时间内的压力变化值，例如3S内最大压力变化值或4S内最大压力变化值。 所谓3S或4S大致相当于完成耳腔压力调节所需的时间。,压力波动建议临界值（英国）,二、列车进入隧道引起的行车阻力,行车阻力由机械阻力和空气阻力两部分组成。 机械阻力一般同行车速度成正比 。 空气阻力则同行车速度二次方成正比。在隧道中，空气
10、阻力问题更为突出。,隧道条件对空气阻力的影响, 隧道长度的影响研究表明，空气阻力随隧道长度的增加而单调增加，但其增加率越来越小，最后趋于一常数。阻塞比越小，趋于常数所需的隧道长度越短。当=0.15时，隧道长度超过3km以后，空气阻力已变化不大；而对于=0.42的隧道在长度超过10km以后仍有较大的变化。 阻塞比对空气阻力的影响空气阻力随的增加而单调增加，并且斜率越来越大。当以V=250km/h为例， 从0.15增加到0.20时，空气阻力将增加13%。而当从O.4增加到0.45时，空气阻力将增加16%。,隧道条件对空气阻力的影响, 列车在隧道中交会的影响以S=1OOm2、 =0.1为例，当两列车
11、车体重合时，空气阻力系数将增加23% (车长360m，隧道长3000m)。一般说来会车阻力只对确定机车最大牵引能力时有意义。 竖井的影响竖井的存在，可降低行车阻力。但这种影响并不很大。以设在隧道中断面积为5m2的竖井为例，当 =0.42时，空气阻力减小7%，当 =O.15时，空气阻力仅降低1.2%。,三、列车进入隧道引起的微压波,微压波（sonic boom)是隧道出口微气压波的简称，是高速铁路隧道运营过程中产生的空气动力学问题之一。 微压波使得列车高速进入隧道时，在另一侧出口产生突然爆炸声响，对隧道出口附近的环境构成危害。,（一）国外有关国家的研究及应用情况简介,欧洲国家对此研究较少，而日本
12、由于采用的隧道断面较小，微压波问题特别突出。针对这一现象，日本铁道技术研究所等在现场测试、模型实验、理论分析及工程措施等方面进行了全面地研究，并取得了成功的应用。 研究认为，隧道出口的爆炸声响是由列车高速进入隧道产生的压缩波在隧道内传播到达出口时，由出口向外部放射脉冲状压力波而引起的。 微压波的大小与列车进洞速度、隧道长度、道床类型、隧道入口形式及出口地形等有关。,(二)高速铁路隧道微压波问题的提出及实态,1973年，Ham mitt通过对有关列车隧道空气动力学问题的理论研究，提出了微压波问题的预见。1975年，在日本新干线冈山以西段的试运营过程中首次观察到。 此后，随着新干线投入运营和列车速
13、度的提高，在日本的其它地方也相继出现了由微压波产生的洞口气压噪声现象。,(三)微压波波形,其中U为列车的进洞速度，r为测点到洞口中心的距离。隧道短时，可能出现多个波峰，而对于长隧道来说，由于压缩波的反射波（即稀疏波，亦称膨胀波）波前较为模糊，使得第一个波峰最为显著。,微压波波形（r=20m）,(四)降低隧道微压波的工程措施,采用特殊隧道入口形式(称为洞口缓冲结构) （主要方式） ；采用道碴道床或具有相同效果的贴附有吸音材料的洞壁；连接相邻隧道并在连接部分适当开口，对单一隧道可在埋深浅的地方设窗孔；利用斜井、竖井、平行导坑等辅助坑道。,(五)隧道洞口缓冲结构的研究,日本的研究人员对微气压波进行了
14、理论分析，并结合经验得出了压缩波、微气压波的计算公式。 出口微压波压力与到达隧道出口的压缩波的关系Pmax=2a/c(dp/dt)max 。微压波最大值Pmax与到达隧道出口的压缩波压力对时间微分的最大值成正比。 因此，通过减小到达隧道出口的压缩波波前的压力梯度可以降低隧道出口微压波大小。 隧道洞口缓冲结构的目的就是将高速列车进入隧道而产生的压缩波波前的压力梯度在传播的最初阶段就降低下来，以产生与降低列车进洞速度相同的效果。,（五）隧道洞口缓冲结构的研究,隧道洞口缓冲结构并不能解决列车在隧道内高速行走产生的压力变化给乘员带来的不适和压力过大而带来的耳鸣问题。但却可以通过降低列车进洞后第一阶段压
15、缩波的波前梯度而有效地降低出口微压波的大小，消除洞口的爆炸声响，减少微压波给洞口带来的环境危害。 缓冲结构的应用应将微压波的大小、隧道的具体长度、断面尺寸、道床类型、辅助坑道的设置、洞口附近房屋等建筑物的性质及其它环境要求、地质地形地貌条件、工程难易程度、造价等进行综合考虑。在有条件的隧道，还应考虑利用其它降低微压波的措施。如采用贴有吸音材料的洞壁等措施。,台湾高铁的缓冲结构物形式,台湾高铁的缓冲结构物形式,台湾高速铁路隧道缓冲结构,山阳新干线隧道标准洞口缓冲结构之一，该图为五日市隧道东口的缓冲结构。整个框架为钢结构，其上安装盖板，断面积比为1.55，长11l2m，在沿纵向中央部位的侧面设置窗
16、口，在靠近进洞列车侧窗口宽高4m1.8m，另一侧窗口宽x高4m2.4m。该洞口缓冲结构使列车进洞时压缩波波前的压力梯度降为原来的0.5倍左右，相当于列车进洞速度降低为原速度0.8（0.51/3）倍左右的效果。,缓冲结构长15m，侧面开口面积约15m2（大部分为左右各7.5m2）。通过试验量测认为，长15m的缓冲结构开口面积稍稍过大，改为1112m2为好。,采用与隧道同一断面的洞口缓冲结构形式（断面比1），长2 0m，顶部开口，隧道长750m，开口位置任选。微压波最大值比约为0.45，相当于列车进洞速度降为0.77（0.451/3）倍的效果。,(六)微压波和道床种类及列车进洞速度的关系,当隧道较
17、短（如小于1km）时，道碴道床和板式道床几乎没什么差别，微压波的大小基本上与U3 (列车进洞速度)成正比，即 Pmax=KU3/r。其中， K为隧道出口地形影响系数。对于长隧道来说，道碴道床隧道的微压波较短隧道要小，基本上也符合U3关系。,(七)微压波和隧道长度的关系,比较短的隧道（小于1km）微压波的大小不受隧道长度的影响。较长的道碴道床隧道的微压波最大值随隧道长度的增加减少；相反，板式道床隧道的微压波最大值随隧道长度的增加而增加，到某一隧道长度时达最大值，其后随隧道长度的增加而减小。,空气动力学效应对高速铁路运营的影响,由于瞬变压力造成乘员舒适度降低，并对车辆产生危害 微压波引起爆破噪声并
18、危及洞口建筑物 行车阻力加大 空气动力学噪声 列车风加剧（长度小于1000米的短隧道尤其严重）,高速铁路隧道空气动力学效应的影响因素,机车车辆方面：行车速度，车头和车尾形状，列车横断面，列车长度，列车外表面形状和粗糙度，车辆的密封性等。 隧道方面：隧道净空断面面积，双线单洞还是单线双洞，隧道壁面的粗糙度，洞口及辅助结构物形式，竖井、斜井和横洞，道床类型等。 其它方面：列车在隧道中的交会等。,四、主要设计措施,缓解或消减列车进入隧道诱发的空气动力学效应的主要设计措施是：在列车相关参数一定的条件下，适当加大隧道内轨顶面以上净空面积（减小阻塞比），优化断面形状和尺寸，在洞口修建缓冲结构，利用辅助坑道
19、等。,（一）、隧道断面内轮廓,隧道断面内轮廓主要根据下列条件确定： 隧道净空横断面面积应满足空气动力学效应影响标准； 满足铁路建筑接近限界要求，双线隧道还应满足线间距要求； 养护、维修和救援空间要求。 空气动力学效应影响标准为：空气压力最大变化值P3KPa/3s（舒适度标准），列车在隧道内运行时的空气阻力增量一般不超过明线上空气阻力的30%。,各国高速铁路隧道断面一览表,总结,发展趋势：除日本外，目前欧洲、美国等国家均逐渐采用较大的隧道净空面积，或长、短隧道采用大小不同的断面积，来缓解空气动力学效应。日本也有部分专家提出了增大隧道净空断面的建议，断面积也建议采用100平米。长短隧道采用不同断面
20、大小：短隧道扩大的净空面积用于降低列车在通过隧道时进洞期间和两列列车在隧道内会车时的空气动力学效应。,德国隧道有效净空断面,德国双线铁路隧道结构标准断面DS853-2003） 该隧道断面适用于双线运营行车速度230300Km/h，线间距4.5m条件。隧道净空断面积92m2。,德国铁路隧道断面,德国单线铁路隧道结构标准断面（DS853-2003）,该隧道断面适用于单线运营行车速度230300Km/h，隧道净空断面积60m2,西班牙双线隧道横断面图,列车时速300km/h 断面积100m2,韩国铁路隧道横断面(双线107平米）,隧道横断面形式,当 V250km/h时 0.14V350km/h时 =
21、O.11 隧道横断面形式一般为园形(部分或全部)、具有或没有仰拱的马蹄形断面。而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； 与线路设备的结构相适应。,200公里暂规,单线隧道内轨顶面以上净空面积应不小于50m2； 双线隧道内轨顶面以上净空面积应不小于80m2。,京沪高速铁路暂轨,单洞双线隧道断面有效面积为100m2。 单线隧道断面有效面积为70m2。 限速地段当检算行车速度200km/h时，可采用
22、较小的隧道断面有效面积，但双线隧道断面有效面积不应小于80 m2。单线隧道断面有效面积不应小于52 m2。,单洞双线隧道断面内轮廓参考图,单线隧道断面内轮廓,（二）、安全空间,高速暂规规定：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。 安全空间尺寸：高度不应小于2.2m，宽度不应小于0.8m。 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。,（三）、隧道衬砌,隧道衬砌采用复合式衬砌或整体衬砌，不得采用喷锚衬砌；隧道均应采用曲墙式衬砌，其中边墙与仰拱内轮廓的连接宜采用
23、顺接断面；仰拱矢跨比应结合隧道衬砌受力和沟槽设置情况确定，取1/121/15为宜。 IIIVI级围岩应采用曲墙带仰拱的衬砌，I、II级围岩地段可采用曲墙不带仰拱的衬砌。 各级围岩隧道结构及仰拱填充混凝土强度等级不应低于C25，钢筋混凝土强度等级不应低于C30；I、II级围岩底板厚度不应小于30cm，混凝土强度等级不应低于C25。,武广客运专线衬砌支护,隧道采用复合式衬砌，岩溶强发育地段采用抗水压复合式衬砌。 衬砌结构型式：隧道采用曲墙式衬砌，其中级采用曲墙不带仰拱衬砌型式，级采用曲墙带仰拱衬砌型式。 初期支护喷射纤维混凝土，C20或C25。 二次衬砌采用防水（钢筋）混凝土，C30。,（四）、救
24、援通道,200公里暂规规定：长度在500m以上的隧道应设贯通整个隧道的救援通道，双线隧道在两侧设置，单线隧道在单侧设置；救援通道宽1.25m，高2.2m，外侧距线路中线不得小于2.2m。 高速暂规规定：隧道内应设置贯通的救援道路，用于自救或外部救援。救援通道应设在安全空间一侧，距线路中线不应小于2.3m。救援通道走行面应不低于轨面高程。救援通道宽度不应小于1.5m，在装设专业设施处，宽度可减少0.25m；净高不应小于2.2m。,（五）、缓冲结构物,200公里暂规规定：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。当出口外50m范围内无建筑物、出口外20m处的微压波峰值大于50Pa时，应设
25、置缓冲结构；当出口外50m范围内有建筑物且建筑物处的微压波峰值大于20Pa，应设置缓冲结构；当建筑物对微压波峰值有特殊要求时，缓冲结构应进行特殊设计。,（五）、缓冲结构物,高速暂规规定：一般情况下，隧道洞口可不设置缓冲结构。隧道洞口有建筑物或特殊环境要求时，可考虑设置缓冲结构。缓冲结构设计应符合下列规定： 隧道洞口设置缓冲结构应考虑的因素为：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。 缓冲结构形式应从实用美观角度出发，结合洞口附近的地理环境确定。 缓冲结构侧面或顶面应开减压孔，开孔面积根据实际情况确定，一般开孔面积为隧道断面有效面积的0.20
26、.3倍。 缓冲结构宜采用钢筋混凝土。,（六）、辅助洞室,隧道内可不设置供维修人员使用的避车洞，但应考虑设置存放维修工具和其他业务部门需要的专用洞室。洞室应沿隧道两侧交错布置，每侧布置间距应为500m左右。洞室尺寸宜参照现行铁路隧道设计规范大避车洞尺寸设计，并满足有关专业的技术要求。,（七）、隧道防排水,采用复合式衬砌隧道，初期支护与二次衬砌之间应铺设防水板。 隧道内均应设置双侧排水沟。单洞双线隧道，根据地下水量，可增设中心深排水沟。 富水地层隧道应采用深排水沟，水沟水位应在铺底面20cm以下，并符合下列规定： 单线隧道，深排水沟可设在两侧原水沟下方；双线隧道，应设中心深排水沟，深排水沟应设置在
27、仰拱或底版中心下面。 隧道衬砌背后应设置与深排水沟配套的纵、环向排水盲沟。纵向排水盲沟设在两侧边墙下部，其高度不应低于隧道内水沟底面；环向排水盲沟应与纵向排水盲沟连通。,武广客运专线防排水设计,根据隧道长度、地质条件、地下水的性质及发育程度，采取有针对的防排水措施。 隧道内应设置双侧高式水沟，根据隧道的排水量，必要时应加设中心水沟；初期支护与二次衬砌之间拱墙铺设复合柔性防水板，防水板厚度不小1.5mm ，防水板应铺至边墙泄水孔处；初期支护与二次衬砌之间环向设50mm软式透水管盲沟；二次衬砌采用防水混凝土，抗渗等级P8。,（八）、防灾与救援,高速铁路条件下的隧道灾害，主要表现为火灾、水灾、空气动
28、力学问题、隧道内掉块、侵限和结构失稳。其中隧道内掉块、侵限和结构失稳问题是铁路隧道的共有问题，即隧道病害问题，在非特大灾害条件下(如爆炸、地震、山体滑坡等)一般来说发展较为缓慢，有一定的时间发现和整治，且可通过提高设计标准和施工工程质量来相应提高其抗灾能力，有关隧道病害的监测、检测、状态评估和整治能够独立进行操作；空气动力学问题可以通过对隧道断面和隧道洞口形式等采取一系列构造技术措施来解决；水灾问题在水底隧道中最为突出，危害也大；火灾具有突发性，常常造成灾难性后果。,国内外隧道火灾,国内外运营隧道中，洞内火灾事故时有发生，其中相当一部分火灾造成了严重的后果，如：日本北陆隧道、日本坂隧道、大清水
29、隧道等，其中北陆隧道列车火灾事故死伤七百多人；德国的Billweder隧道、荷兰的Velsen隧道、西班牙的Guadarrama隧道及英国伦敦地铁维多利亚车站隧道等。近年来我国也发生过几起严重的隧道火灾事故。这些隧道内的灾害不仅直接造成生命财产的巨大损失，还造成了停运、恢复整治和善后处理等更大的间接损失。,隧道内列车消防设施,1、辅助洞室避车洞主要用于长隧道维修养护人员避车，放置维修养护材料及设备，灭火设备等。避车洞是永久性建筑物，是作业人员和设备的安全待避所，可以为作业人员和行车提供可靠的安全保障。 2、给排水设施给水主要用于消火栓用水,可照有关消防法设置,排水应综合考虑隧道渗漏排水和消防排
30、水的要求设计。洞口应考虑有能满足消防用水要求的水源或专用蓄水池或水井。并保持有足够的水量。 3、通讯联络设备为保证养护维修人员的联络,或与最近车站及控制中心等的联络应沿全线分布设置,并应充分利用车载无线通讯设备。 4、照明设施 5、灭火设施 6、标志牌及报警装置,200公里暂规规定,200公里暂规规定：隧道内两侧应设紧急呼叫电话，单侧两部电话的距离为500m，隧道两侧错开设置。电话应安装在器材洞内，并设标示牌。当隧道长度大于1000m时，在有条件的情况下宜设置紧急出口。紧急出口上方设标示牌；有条件时，应在两单线隧道间设置联络通道，间距不宜小于500m。紧急出口通道横断面尺寸为：宽度不小于2.3
31、m；高度不小于2.5m；纵向仰角不大于35；竖井作为出口时井内应设阶梯和送风设备。,高速暂规规定,高速暂规规定：双线隧道内两侧应设置贯通整个隧道的救援通道。 隧道内两侧均应设置紧急呼叫电话。 当隧道长度大于1000m时，在有条件的情况下宜设置紧急出口。紧急出口上方应设标示牌。 紧急出口通道断面最小尺寸应符合下列规定： 宽度不应小于2.3m；高度不小于2.5m； 纵向仰角不应大于25。 竖井作为出入口时井内应设旋梯。 满足以上条件的施工辅助坑道应保留，并改造为紧急出口。,（九）、照明,200公里暂规规定：长度在500m以上的隧道应设固定式照明设施。500m以下的隧道应在洞内装设照明插座。 高速暂
32、规规定：隧道内照明设置应考虑维修养护、满足紧急情况下的人员疏散及救援人员的通行要求。同时也应考虑列车进入隧道后的亮度变化对旅客乘车舒适度的影响。并满足下列规定： 长度大于1000m的隧道内应设固定的电力照明。 长度不小于500m的隧道内应设置应急照明设备，应急照明灯具安装间隔不大于50m，该设备必须在供电中断时能自动接通并能连续工作2小时以上。 紧急呼叫电话处及紧急出口处、紧急出口通道内均应设置应急照明灯具。,（十）、抗震设计,基本烈度为度时的VVI级围岩的双线隧道和基本烈度为8、9度时的IVVI级围岩的单线隧道与IIIVI级围岩的双线隧道应考虑抗震设防措施，单线隧道设防段长度不宜小于25m，
33、双线隧道不宜小于35m。 设防地段的隧道宜采用带仰拱的曲墙式衬砌，其中IVVI级围岩地段宜采用钢筋混凝土。 隧道洞门宜采用翼墙式，洞门结构宜采用混凝土浇注。,二、客运专线隧道的特点,客运专线隧道的特点,在高速运行的条件下，对隧道技术的要求，主要是空气动力学特性方面的。其次才是由于断面的扩大和长大隧道的增加，使得隧道施工难度增加，常常成为全线控制工期的关键工程。,客运专线隧道的特点,1 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
34、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,2 客运专线线隧道的横断面较大，受力比较复杂，且列车运行速度较高，隧道维修有一定的时间限制，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
35、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,3 大断面隧道的受力情况不利，尤以隧道底部较为复杂，而两侧边墙底直角变化容易引起应力集中，需要对边墙底与仰拱连接处进行加强。必须注意仰拱和边墙底连接部位的工程质量，从目前的情况看，主要的问题是经常出现受力最不利位置(剪力最大）工程质量最差。,客运专线隧道的特点,4 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
36、拱、底板混凝土强度要求提高。,客运专线隧道的特点,5 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,6 提出了隧道衬砌混凝土的耐久性控制要求。隧道衬砌混凝土的地质环境复杂，对耐久性、抗渗性、抗冻性等耐久性指标应严格控制。,客运专线隧道的特点,7 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。,三、客运专线隧道施工关键点,隧道施工关键控制点,1 以确定合理的初期支护
37、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，创优质工程。,支护参数设计,岩石在开挖成洞后，由于受力结构平衡体系的破坏和应力的重分布，应及时采取支护，在隧道的设计过程中都要进行支护参数设计，如何选定既安全有效又节省的支护参数，对隧道塌方的预防起着不可忽视的作用。由于地质围岩的分类只是一个定性的概念，不是定量的，同一类围岩，其结构产状不尽相同，其自稳能力就不一致，此时支护参数的设计尤为重要，支护参数过大，增加工程的投入，支护参数过小，相同类别围
38、岩自稳能力较差可能因支护强度不够，或要求更换支撑造成地应力再一次重分布，而引起塌方。特别是在临时支护方面，为减少工程投入，支护参数一般都较小，达不到国家标准要求。,施工过程中的地质预报,隧道是一个线状的隐蔽工程，一些长大隧道往往穿越崇山峻岭，穿过多种岩类，多个构造，跨越几个地质单元，因而隧道本身就十分复杂，施工前设计阶段的地质勘察只能从宏观上分析整个隧道区的基本地质情况，对可能出现的大断层、富水洞段和高应力段没有标识，或由于设备、方法的简陋，对垂直和水平埋深较大的洞段无法进行勘察，造成局部地质资料不足，因此施工过程中的地质预测预报必不可少，由于及时跟进掌子面的地质预测预报，对可能出现的局部地段
39、围岩破碎引起失稳、塌方和可能遭遇的断层、涌沙、涌水都能及时预测清楚，有明确的位置、桩号、规模及发展趋势标识，能及时提醒施工人员采取合理的开挖和支护方法，预防塌方的发生。 施工过程动态设计,采用先进的综合探测技术预报水情和地质灾害,-地质调查地质调查的重点：(1)调查地表水文地质状况，主要是地表水系(水库、泉井、溪流)的位置、标高、补给来源、流向等内容；(2)调查断层的位置所在、产状与富水性；(3)调查岩层褶皱的基本形态类型和轴面产状；(4)调查溶洞和暗河出人口位置，并分析其流径和隧道中心线的空间关系。根据设计资料和地表勘查报告，采用地面地质体投射法和断层参数预测法进行不良地质宏观预报。 - 用
40、地震波探测仪进行超前探测预报（TSP203）预报的距离达掌子面前方一定距离。 -掌子面地质描述隧道开挖后及时描述掌子面地质情况，绘制地质柱状图，预报断层、大的结构面等情况。-红外线探水用红外线探测仪，利用不同物体辐射场强差异，对隧道含水构造进行跟踪探测。,TSP203地质超前预报系统,TSP203的测试原理类似于小应变测桩，其假设声波是沿隧道向前一维传播的，碰到反射面后反射回来，其震源的布置也是力求促使形成沿隧道方向的平面波传播(相对于球面波)，从而获得隧道前方及周边的空间信息。 与隧道轴线或呈大角度相交的面状软弱带，如断层、破碎带、软弱夹层、地下洞穴（含溶洞）以及地层的分界面等效果较好。而对
41、不规则形态的地质缺陷或与隧道轴线平行的不良地质体，如几何形状为圆柱体或圆锥体的溶洞、暗河及含水情况探测有一定的局限性。,TSP203原理,施工动态设计,与地面结构物不同，隧道开挖前所提出的设计在严格意义上说只能称做“预设计”。根据对隧道开挖过程中围岩和支护系统力学行为的量测来论证和调整设计参数也是隧道设计中的一个十分重要的环节。 在隧道工程监测和信息化设计方面，中国在发展以位移测试为主体的隧道施工监测系统以及监测信息的反馈理论方面都有长足的进展。,塌方产生的原因,地质条件的复杂多变，支护的不及时而暴露时间过长，导致围岩风化严重 通过断层，突然遇到较高水压富水洞段，地下水向洞室内漏出，淘空了断层
42、构造带中破碎岩体和充填物 由于岩层产状不利或因岩爆等诸多地质原因 工程管理和人为的原因,不良地质段预防塌方的方法,一般常用主要方法有： 1.超前导洞法，可以探明前方地质条件，确定本段开挖和支护方法。 2. 强支护是预防塌方的主要措施。对地质不良地段主要采取“锚喷、网喷、喷混凝土与钢支撑或格栅钢架相结合”的支护方法。 3.加强围岩变形观测是预防塌方的有效方法之一。洞室开挖后，岩体的重新稳定过程中，围岩都存在变形，当变形超过允许范围时，就发生塌方。在隧道新奥法施工中，通过量测仪器对围岩的变形量和变形速率的观测分析，推测其最大变形量，估算是否会发生塌方，提前作出预告，以决定采取合理的支护。目前采取的
43、观测方法有位移观测、收敛位移观测、压力量测等，最常用是收敛位移量测，即量测隧洞周边或结构物内部净空尺寸的变化。,岩爆引起塌方的预防方法,岩爆产生机理：岩爆是高应力区，地下洞室开挖中围岩脆性破坏时应变能突然释放所造成的一种动力失稳现象，由于岩体中储藏的能量通常以弹性变形的形式储聚，高应力集中区内，弹性变形越大，储备的能量越多，开挖后围岩表面应力被解除，具有高度弹性的脆性岩层由于爆破冲击波的作用，动应力和应变静应力瞬量叠加和释放产生了脆性断裂，形成了岩爆，对岩爆的及时支护，既保障施工安全，还可以减少因岩爆所引起塌方的产生。 当洞室埋深较大、开挖岩体完整性较好，且干燥无水时，应预防岩爆的发生。,岩爆
44、引起塌方的预防方法,开挖时的预防隧洞爆破开挖，既可以使围岩应力得到部分释放，也可以产生新的应力集中，发生岩爆。在可能发生岩爆区段内采取二次开挖，先开挖上半断面，减少光面爆破的周边眼间距，且尽量分布均匀，以使开挖轮廓线相对圆顺，减少新的应力集中。 周边眼采用小药卷或间隔装药，爆破时导爆管段位增加，降低同段起爆药量，以尽量减少爆破对围岩的扰动，诱发岩爆的产生。,岩爆引起塌方的预防方法,开挖后，岩爆洞段的处理方法(1) 爆破后立即向工作面、爆破面喷水，充分湿润围岩，可以很好缓释围岩应力。 (2) 清除松动围岩后，素喷混凝土支护，厚度为5cm左右，目的是将表部破裂岩块连固在一起，进一步圆顺开挖轮廓线，
45、缓解应力集中，有很好的削减岩爆的作用，对轻微岩爆还可以取到一次防护成功，避免诱发中强岩爆。实验表明，含钢纤维混凝土，其抗拉强度明显强，能取得很好的支护效果。 (3) 对中强岩爆洞段，在初期喷护后，应尽快采用浅孔密锚网喷混凝土的补强支护，锚杆可用22，长度为2.03.0m，间距1.02.0m梅花型交错布置，尾部加垫紧贴岩面，挂20cm20cm，6或8钢筋网，喷混凝土1015cm支护。,富水洞段塌方的预防,在地下水丰富的断层破碎带，大量的渗水、淋水甚至于涌水的部位，不仅影响施工的进度和质量，还容易造成塌方。在此种地段施工时，及时排水是预防塌方的关键。 在了解岩石节理裂隙破碎带的走向、倾向和倾角后，
46、对于少量集中渗水、淋水地段，在将要通过的透水层部位布置一定数量的排水孔或埋设排水管，将渗、淋水集中到排水孔内导出，称为排水孔法或排水管法。 通过在钢筋网背后铺过滤层或隔水层，将其固定在围岩上，通过软管边排水、边喷射混凝土，称为金属网法。 如遇较大涌水，在支护时对主要涌水出水口暂不进行封堵支护，待涌水减小或没有时，再进行支护或进行固结封堵，迫使水流改变流向 。,尽量消除人为因素的影响,-抢施工进度，对围岩的自稳能力过于乐观，或由于地质条件一直较好，思想上过于麻痹，对突然出现的断层等估计不足，准备不充分，很容易造成塌方。 -要对工期作合理的安排，在思想上要有对可能出现的各种不良地质情况有打持久战的
47、准备，在技术上对可能遭遇的塌方有详细对应的技术措施。 -当出现断层或其它不良地质现象时，一定要对地质情况作详细的分析，充分了解围岩和其稳定性，按照就低不就高的原则进行开挖和支护，并且加强围岩的变形观测和分析，对超过允许范围的较严重变形洞段应及时采取相应的支护，抑制围岩的进一步变形，能很好预防塌方的发生。,防排水施工质量控制,地下工程防水的设计和施工应遵循“防、排、截、堵相结合，刚柔相济，因地制宜，综合治理”的原则。以防为主、防排结合、因地制宜、综合治理的原则 。 对隧道防排水施工质量控制，从严格按要求对防水材料、排水设施位置及安装过程进行监督检查，严格控制防、排水设施施工工艺如防水层铺挂、焊接
48、、止水带及止水条安设、排水管、盲沟铺设，排水板及环向盲管铺设、中心水沟安装等，并在隧道原设计防排水方案的基础上，根据不同段落地下水出水量及出水点位置，及时作出特殊的防排水措施加强方案，确保地下水排泄畅通，防水措施严密有效，保证隧道完成后不产生渗漏水现象。,柔性防水层,柔性防水层分两层，缓冲垫层铺底与初期支护表面接触，对防水板与初期支护接触的一侧形成保护，其表面再铺挂防水板。柔性防水层不仅起到防水的作用，由于防水板光滑将初期支护与二次衬砌隔开，它们之间基本不传递剪力，只传递压力，使二衬均匀受压受弯，减少由于局部应力使二衬出现裂纹。所以防水层对基面的要求很高，不能有突出物和明水，在施工防水层之前先
49、对基面进行处理。,防水板焊缝施工质量控制,防水板的焊缝质量检查，检查方法有目测、机械检查、充气检查、撕裂破坏检查。 目测：肉眼观察有溶浆均匀溢出、无气泡，则质量较好； 机械检查：用平口丝刀沿焊缝外边缘稍用力，检查是否有虚焊、漏焊部位，如果有漏点，做好标记及时修补； 充气检查：其方法是用5号针头向两条焊缝空腔内注入空气，长度2m，两端封闭，当压力达到25MPa时，停止充气，持续1015min，压力下降小于10，说明焊缝合格，否则应补漏； 撕裂破坏检查：将试焊样品切成1cm长条，进行撕裂测试，所有断裂均发生在焊缝以外，说明焊缝合格。,接缝防水质量控制,施工缝、变形缝等处是结构防水的薄弱环节，在施工中应严格按施工工艺操作。如果操作不当往往引起渗漏水,整治起来非常麻烦。 在两次浇筑混凝土之间设施工缝，灌注前应对施工缝进行处理，首先清除表面的水泥浆薄膜、松动石子或软弱混凝土，然后在二衬中部设置止水条 。施工缝的基面必须进行凿毛，并涂刷混凝土界面处理剂，使两次混凝土浇注接触良好，减小可能出现的裂缝。 遇水膨胀止水条安装前检查是否受潮膨胀。采用塑料、橡胶、金属止水条时，要求施工单位采取有效措施确保位置准确、固定牢靠。 变形缝处止水带接头连接质量。,
