1、客运专线隧道施工技术,铁科院(北京）工程咨询有限公司2005年2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,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，
2、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加剧。列车进入隧道时产生的空气动力学效应是由多种因素所确定的，在隧道方面主要有隧道内轨顶面以上净空面积、隧道壁面的粗糙度、洞口及缓冲结构形式、辅
3、助坑道的设置、道床类型等。,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,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。,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
4、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,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
5、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。,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；
6、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
7、。 二次衬砌采用防水（钢筋）混凝土，C30。,四、救援通道,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
8、、出口外20m处的微压波峰值大于50Pa时，应设置缓冲结构；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
9、定，一般开孔面积为隧道断面有效面积的0.20.3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
10、，应设中心深排水沟，深排水沟应设置在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,200公里暂规规定：隧
11、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2.3m；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。,八、防灾与救援,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
12、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
13、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，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
14、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
15、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。,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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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。 - 用地震波探测仪进行超前探测预报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。,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
21、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,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
22、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
23、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
24、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，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
25、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，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
26、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
27、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、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
28、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
29、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
30、、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。,防水体系问题,有治标的、治本的、也有纯理论方案 。 应把隧道与地下工程防水视为一个系统工程，根据工程具体要求和情况，建立起完整的防水体系。将防水原则、防水设计、材料选择、防水施工工艺、防水施工管理、防水施工队伍选择等都纳入防水体系中。 解决了材料的质量而解决不了施工工艺，即优良环境下的高级材料实验、恶劣环境下的低级质量施工；理想完善的防水方案、现实缺陷的防水效果，总是无法实现设计意图，达不到较理想的防水效果。 防水根本在于“混凝土结构自防水” 。确保防水混凝土达到规定的密实性、抗渗性和抗裂性，
31、才能有效地防水、防腐，从而提高耐久性。,混凝土耐久性,大多数土建结构由混凝土建造。混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题，并非我国所特有，但是至今尚未引起我国政府主管部门和广大设计与施工部门的足够重视。,混凝土耐久性,我国铁路隧道用低强度的C15混凝土作衬砌材料，密实度和抗渗性差，不耐地下水与机车废气侵蚀，开裂与渗漏严重。 对几个路局所辖的隧道进行抽样调查表明，漏水的占50.4%，其中1/3渗漏严重，并导致钢轨等配件锈蚀以及电力牵引地段漏电，影响正常运行。,混凝土结构的耐久性问题,使混凝土结构的耐久性问题进一步加剧的原因有： 1 由于混凝土的质量检验习惯上以单一的强度指标作为
32、衡量标准，导致水泥工业对水泥强度的不适当追求，使水泥细度增加，早强的矿物成份比例提高，这些都不利于混凝土的耐久性。我国对水泥质量的检验在强度上只要求不低于规定的最低许可值，而国外则同时还要求不高于规定的最高值，如果强度超过了也被认为不合格，这种要求还有利于水泥产品质量的均匀性。,混凝土结构的耐久性问题,2 工程施工单位不适当地加快施工进度，尤其是政府行政领导对工程进度的不适当干预。混凝土的耐久性质量尤其需要有足够的施工养护期加以保证，早产有损生命健康的概念同样适用于混凝土。抢工献礼工程，很可能就是今后注定要花掉更多资金进行大修的短命工程。提前完成合同规定施工期限的在国外要被罚款，因为意味着工程
33、质量有遭到损害的可能。,混凝土结构的耐久性问题,为了提高混凝土耐久性，在混凝土中合理使用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料是重要的技术手段，国外有的规范甚至规定在桥梁等混凝土结构中必须加入粉煤灰等掺合料。 工程技术界的一些过时的看法，对改善混凝土的耐久性能造成阻力。如顾虑会影响混凝土强度而不愿使用引气剂，而引气本应作为改善混凝土耐久性和工作性的常规手段；又如，希望加大水泥用量来保证混凝土强度，而尽可能低的水泥用量本应是提高混凝土抗裂和耐久性能的重要途径。,混凝土结构的耐久性问题,重视混凝土结构的耐久性也是可持续发展的需要。生产混凝土所需的水泥、砂、石等原材料均需大量消耗国土资源并破坏植被与河床，水泥生产
34、排放的二氧化碳已占人类活动排放总量的1/5-1/6，而我国排放的二氧化碳量已居世界第二。我国现在每年生产5亿多吨水泥，与之相伴的是年耗20多亿方的砂石，长此以往实难以为继。 延长结构使用寿命意味着节约材料，而耐久的混凝土一般又应是水泥用量较低和矿物掺合料（工业废料）用量较高的混凝土，所以耐久的混凝土正适应环境保护的需要。国际上对桥梁、隧道等土木工程的设计工作寿命多为100年，有的如英国为120年。考虑到耐久性不足所造成的巨大经济损失和资源浪费，国际上近年来有要求将这些工程的最低工作寿命进一步延长的趋势，如提出城市环境中的桥梁至少应有150年。,四、瓦斯隧道,瓦斯隧道,瓦斯，又名沼气，化学名称叫
35、甲烷。它是一种无色、无臭、无味、易燃、易爆的气体。如果空气中瓦斯的浓度在5516时，有明火的情况下就能发生爆炸。瓦斯爆炸会产生高温、高压、冲击波，并放出有毒气体。 1 瓦斯隧道开挖施工方案及安全措施，应注意以下内容： （1） 安全管理制度及机构设置。 （2） 上岗人员资质及安全培训考核情况。 （3） 施工通风设计及瓦斯监控方案。2 瓦斯隧道机电设备防爆 （1） 对机电设备和电缆的日常检查与周期维护记录。 （2） 供电、配电、用电设备防爆、接地与漏电保护、避雷措施。,瓦斯隧道,3 瓦斯隧道防火 （1） 洞外消防水池设置和消防用砂备料情况。 （2） 防火措施的落实情况。 （3） 作业人员登记簿，抽
36、查个人自救器携带情况。4 瓦斯隧道钻爆作业 （1） 炸药及电雷管等火工用品是否符合钻爆设计。 （2） 抽查装药、封堵、爆破网络连线施工作业。,瓦斯隧道,5 瓦斯隧道揭煤防突 （1） 超前探测与瓦斯突出危险性预测 超前钻孔位置、钻探记录和岩芯。 施工、试验检测记录。应在距煤层垂直距离5m处开挖工作面打瓦斯测压孔，或在距煤层垂直距离不小于3m处的开挖工作面进行突出危险性预测，预测方法和临界指标应符合铁路瓦斯隧道技术规范要求。,瓦斯隧道,（2） 防治煤与瓦斯突出措施与效果检验 确定有煤与瓦斯突出危险时，在揭煤前制定包括技术、组织、安全、通风、监测、抢险、救护等技术组织措施，并进行审批和落实情况检查。
37、 瓦斯钻孔排放施工设计方案。 施工、试验检测记录。防突措施实施后，进行效果检验，以确认防突措施是否有效。防突措施效果检验应在距煤层垂直距离2m的岩层以外进行。防突措施效果检验方法、指标及临界值应根据实测数据确定或按现行铁路瓦斯隧道技术规范要求进行，防突措施无效时应采取补充防突措施。,瓦斯隧道,（3） 石门揭煤与煤巷掘进 石门揭煤施工设计方案。 施工、试验检测记录。揭开煤层后应检查开挖面前方10m范围内煤与瓦斯的突出危险性，如各项指标均符合要求，可掘进5m，再检测10m，掘进5m，始终保持工作面前方有5m的安全区。如任何一项指标超过临界值，应采取补充防突措施直至有效。,瓦斯隧道预防塌方,瓦斯是从
38、煤层中突出的一种可燃可爆气体。当隧道穿过含有煤层的洞段时，不仅要注意煤层的稳定问题，更应防范瓦斯爆炸所引起的塌方，因此引起塌方的预防方法主要是及时向洞内通风，将洞内瓦斯气体稀释和排出，在施工时减少金属间的互相撞击，以减少引发气体爆炸的火花、火星产生。,怎样预防井下瓦斯爆炸,要加强隧道内通风，采用各种通风措施，保证隧道内瓦斯不超过规定含量，严格检查制度，低瓦斯隧道每班至少检查2次，高瓦斯隧道每班至少检查3次，发现有害气体超过规定，应及时采取封闭等必要措施。每个作业人员应注意，在进入隧道时，严禁携带烟蒂和点火物品，不要使用电炉和灯泡取暖。,现场救护,当听到或看到瓦斯爆炸时，应面背爆炸地点迅速卧倒，
39、如眼前有水，应俯卧或侧卧于水中，并用湿毛巾捂住鼻口。距离爆炸中心较近的作业人员，在采取上述自救措施后，迅速撤离现场，防止二次爆炸的发生。 瓦斯爆炸后，应立即切断通往事故地点的一切电源，马上恢复通风，设法扑灭各种明火和残留火，以防再次引起爆炸。所有生存人员在事故发生后，应统一、镇定地撤离危险区。遇有一氧化碳中毒者，应及时将其转移到通风良好的安全地区。如有心跳、呼吸停止，立即在安全处进行人工心肺复苏，不要延误抢救时机。,五、开挖施工方法简介,新奥法概念,新奥法是六十年代奥地利专家腊布希维兹(L.V.Rabccwicz)总结前人在隧道施工中累积的经验后所提出来的一套隧道设计、施工的新技术。1948年
40、提出，并于1962年奥地利第八届土力学会议（萨尔茨堡）得到正式命名的隧道施工方法。新奥法就是施工过程中充分发挥围岩本身具有的自承能力，即洞室开挖后，利用围岩的自稳能力及时进行以喷锚为主的初期支护，使之与围岩密贴，减小围岩松动范围，提高自承能力，使支护与围岩联合受力共同作用。,新奥法遵循原则,为使围岩形成中空筒状支承环结构，应遵循下述原则：（1）应当考虑岩体的力学特性。（2）应当在适宜的时机构筑适宜的支护结构，避免在围岩中出现不利的应力应变状态。（3）为使围岩形成力学上十分稳定的中空筒状支承环结构，必须构筑一个闭合的支护结构。（4）由现场量测监控围岩动态，根据容许变形量求得最适宜的支护结构。,“
41、新奥法”适用的围岩条件,“新奥法”适用的围岩条件是具有粘性、塑性、弹性的连续介质，而对于那些粘性较差、非塑性、非弹性的松散体，用“新奥法”理论就值得研究。必须根据具体情况，采取一些特殊施工工艺，才能满足工程要求。,新奥法与喷锚支护的关系,新奥法与喷锚支护的关系喷锚支护只是一种支护手段，并且新奥法中的喷锚支护手段在理论上也有它自己的独立体系。从理论上讲，隧道力学理论分成两个体系。一是松动压学派，一是粘、弹、塑性理论学派。松动压学派是以研究作用于隧道支护结构上的荷载-松动压为中心来解决支护结构设计问题的。粘、弹、塑性理论学派是以研究围岩中应力再分配为中心来解决隧道支护结构设计问题的。新奥法理论属于
42、粘、弹、塑性理论学派的第二分支，因此，没有松动压的概念。,新奥法所使用的支护手段,新奥法所使用的支护手段中，除了喷锚支护外，还有钢拱支架、U型可缩性支架、钢筋网、二次模注砼等，在特殊情况下，还要配合使用注浆加固、冻结加固等特殊手段，并且这些支护手段的最终目的是约束围岩变位，使围岩和支护结构共同形成支承结构。另外，新奥法构筑支护手段的时间效应和空间效应对形成支承环结构、保障围岩稳定有很重要的意义。施工经验表明，采用喷锚支护如果忽视时间效应和空间效应，不仅达不到预期效果，甚至会造成工程事故。,新奥法施工程序、开挖方式,施工程序 （1） 开挖 （2） 一次被覆-初期支护 （3） 构筑防水层 （4）
43、二次被覆-二次衬砌 开挖方式用新奥法掘进隧道，其开挖方式有全断面法、台阶法、临时仰拱法、侧壁导坑法几种。武广-双侧壁导坑法、环形开挖留核心土法、短台阶法、台阶法、全断面法等。,隧道掘进机概念,当隧道长度过长时，用常规钻爆法进行隧道施工将需要相当长的工期，隧道掘进机法施工则适合长隧道施工的需要。隧道掘进机英文名称是 Tunnel Boring Machine，简称TBM。根据国外实践证明：当隧道长度与直径之比大于600时，采用TBM进行隧道施工是经济的。TBM最大的优点是快速。其一般速率为常规钻爆法的310倍。此外，采用TBM施工还有优质、安全、有利于环境保护和节省劳动力等优点。由于TBM提高了
44、掘进机速率，工期大为缩短，因此在整体上是经济的。TBM的缺点主要是对地质条件的适应性不如常规的钻爆法；主机重量大；前期订购TBM费用较多；要求施工人员技术水平和管理水平高；对短隧道不能发挥其优越性。由于科学技术的不断迅猛进步，现在TBM可以适应较为复杂的地质条件，从松散软土到极坚硬的岩石都可以应用，使用范围日益广泛。,隧道掘进机的分类,隧道掘进机的针对性很强，不同的地质条件需要不同的掘进机，也就产生了不同的掘进机。 -有的适用于软土，又称为盾构机(Shield Machine) -有的适用于岩石，称硬岩隧道掘进机（TBM）。 -既能在岩石又能在软土中掘进的两用混合掘进机，已应用于英吉利海峡隧道
45、法国侧隧道施工以及我国连接香港九龙和新界的西铁隧道施工。,盾构法,适用于软土地区埋深大的隧道工程， 可穿越江河、湖泊、海底、地面建筑物和地下管线密集区的下部。盾构是这种施工方法中 最主要的施工机具，它是一个既能支撑地层压力又能在地层中推进的钢筒结构体-隧道掘 进机。目前，盾构法建造的隧道主要用于水底公路隧道、地铁区间隧道、电力电讯隧道、 市政管线隧道和进水排水隧道等地下工程。,隧道掘进机在我国的应用,自1978年我国实行改革开发以来，已有甘肃省引大入秦工程、山西省万家寨引黄工程和陕西省秦岭铁路隧道工程等项目引入国外大型TBM进行隧道施工，取得了成功。西安安康铁路秦岭线隧道全断面掘进机(TBM)
46、的成功应用，我国铁路隧道施工技术水平又有了新的突破。秦岭隧道为两座平行的单线隧道，是我国目前最长的单线铁路隧道，其中线隧道全长18.46Km，最大埋深1600m，岩石平均抗压强度达150MPa。秦岭线隧道断面直径8.8m，复合式衬砌，采用掘进机施工，实现了掘进、出碴工序机械化，掘进速度高、超挖少，对围岩扰动少，改善作业环境，为我国今后铁路长隧道快速施工创造了新的经验。,长隧道TBM施工中的问题,（1） 超前地质探测问题由于长隧道在施工前的地质勘查不可能做得十分详尽，因此，常常在施工中出现一些不可预见的地质灾害，例如涌水、岩溶、瓦斯、断层、膨胀岩、高地应力、围岩大变形等。因此，TBM在掘进过程中
47、，必须有超前地质探测的保证。我国在60年代修建的成昆铁路全线共有415座隧道,其中发生涌水问题的占93.5。在危地马拉的Rio Chixoy水电站的27km长的供水隧道中,因遇到岩溶,一台TBM被埋在一个侵蚀洞穴。委内瑞拉的Yacambu隧道长27km,其围岩收敛变形每分钟达到20cm,致使TBM无法完成掘进而停工。万家寨引黄工程南干7#隧洞遇到摩天岭大断层（影响带长达300m）,因进行工程处理而延误工期达3个月之久。因此,TBM在掘进过程中,必须有超前地质探测的保证。,长隧道TBM施工中的问题,（2） 长隧道工程质量的检查验收问题TBM施工长隧道具有快速高效的特点。但是，对这些长隧道施工质量
48、的检查验收通常靠利用回弹仪、钻孔抽查等常规手段。这些手段不能对隧道全线的工程质量作出全面完整可靠的检验。瑞士安伯格测量技术有限公司研制出TS360型系列隧道扫描器满足了隧道全线工程检测的需要。,长隧道TBM施工中的问题,（3） 安全问题TBM在长隧道中施工，万一发生事故，施工人员是难以迅速撤离出隧道的。因此，TBM必须配备可靠的安全保护系统。总的来讲，TBM施工的事故远比钻爆法小。TBM施工中发生水、火灾害的风险不大,但是丹麦GreatBelt工程隧道4台TBM在施工中就遇到了罕见的水、火灾害。幸运的是这两次事件均未造成人员伤亡,特别需要指出的是严重的火灾持续了17小时,周围温度高达700左右
49、,优秀的防爆系统和安全保护系统自动启动,防爆紧急电源开始工作,自动氧气罩的供给,保证了施工人员的安全撤离。这个实例强有力地说明TBM施工必须有可靠的安全保护系统,同时也充分地说明只要采用了可靠的安全保护系统,TBM的施工安全是可以得到保证的。,长隧道TBM施工中的问题,（4） 长隧道的出口当隧道采用TBM独头掘进长度超过20Km，又无条件增设支洞或竖井时，将会由于向洞外出闸运距加长，向洞内运送人员、物资时间增加等原因，而降低TBM的效率。同时，万一洞内发生意外事故，增加人员的危险性。因此，通常在单条隧道情况下，大约需要每隔10Km15Km设置一出口。,长隧道TBM施工中的问题,（5） TBM的部件储备长隧道采用TBM时，TBM的一些零部件容易磨损，需要更换。因此，必须有一定数量的易损部件的储备，否则会导致停机待料，延误工期，造成损失。通常部件库存量应是整机数量的10%，其供应系统应有充足的货源，完善的库房，良好的运输和通讯条件以及高效的管理人员。,六、检测技术,隧道检测技术的主要内容,
