铁路隧道设计技术问题探讨(隧道院培训)-肖广智

铁路隧道设计技术问题探讨肖广智肖广智 2015年9月19日铁隧道技步 一、铁路隧道技术进步 二洞口 二、洞口 三辅助坑道设计 三、辅助坑道设计 四、无砟轨道病害及设计措施四、无砟轨道病害及设计措施 五、特殊地质 六、隧道关门塌方抢险救援一近年来铁路隧道取得的主要技术进步一、近年来铁路隧道取得的主要技术进步大断面黄土隧道施技术 1.大断面黄土隧道施工技术 郑西高速铁路是我国也是世界上第一条长距离郑西高速铁路是我国也是世界上第条长距离 穿越黄土地区的高速铁路，隧道开挖断面大 （174）、施工难度大；隧底工后沉降标准（174）、施工难度大；隧底工后沉降标准 高（不大于15mm），沉降控制困难；下穿既 有公路和铁路多（10处）环境控制要求高有公路和铁路多（10处），环境控制要求高。 主要科技创新成果构建了大断面黄土隧道稳 定空间变形控制台阶法施工为主的技术定、空间变形控制、三台阶法施工为主的技术 体系，获2015年国家科技进步二等奖2 长大越岭隧道2.长大越岭隧道（ ）全国k 以上铁路隧道共座已 （1）全国10km以上铁路隧道：共175座，已 投入运营的44座；在建的115座，其中40座已 经贯通73座尚未贯通2015年计划开工的16经贯通，73座尚未贯通；2015年计划开工的16 座。 （ ）全国以上铁路隧道共座已投 （2）全国20km以上铁路隧道：共17座，已投 入运营的5座；在建的7座，其中3座已经贯通， 5座尚未贯通2015年计划开工的5座5座尚未贯通；2015年计划开工的5座。 （3）全国最长（34.5km，长度居世界第五） 的高黎贡山隧道已开工。高地应力、高埋深、 高地震烈度、高地温。3 岩溶隧道3.岩溶隧道宜万铁路全长k隧道座其长度 宜万铁路全长378km，隧道161座，其长度 占全线总长的60%。其中岩溶隧道92座，长 占隧道总长的采用综合地质247 km，占隧道总长的74%。采用综合地质 预报、注浆堵水、限量排放和“释能降压” 以及防灾报警等综合技术措施保证了隧道 的施工安全。 黔张常铁路，隧线比49%，可溶岩隧道占全 隧的47%。贵广、沪昆客专贵州段岩溶隧道隧的47%。贵广、沪昆客专贵州段岩溶隧道 较多。4 水底隧道4.水底隧道广深港客专狮子洋隧道穿越珠江狮子 广深港客专狮子洋隧道，穿越珠江口狮子 洋河段，是国内第一条水下铁路隧道。隧 道全长采用四台泥水平衡式盾构道全长10800m，采用四台泥水平衡式盾构 施工，在江中水下对接（国内首例）。 武广客运专线浏阳河隧道，全长10100m， 设三座竖井、一座斜井。下穿段采用钻爆设三座竖井、座斜井。下穿段采用钻爆 法及非爆破法施工。 在建宝兰渭河隧道矿山法施工下穿渭 在建宝兰渭河隧道，矿山法施工，下穿渭 河。5 复杂地质条件大型盾构5.复杂地质条件大型盾构 北京地下铁路直径线下穿前三门大街，砂 层、砂卵石地层，环境要求高，采用单洞层砂卵石地层环境要求高采用单洞 双线泥水平衡盾构；天津地下直径线穿越 海相沉积地层采用单洞双线泥水平衡盾海相沉积地层，采用单洞双线泥水平衡盾 构；广深港客专益田路区间上软下硬复合 地层采用双线大型泥水平衡盾构珠三地层，采用双线大型泥水平衡盾构；珠三 角、长株潭城际采用了多台大型土压平衡 盾构盾构。6 特长隧道TBM6.特长隧道TBM兰渝铁路秦岭隧道公两台结 兰渝铁路西秦岭隧道，29公里，两台TBM结 合矿山法施工。 吐库二线中天山隧道，20公里，两台TBM结 合矿山法施工合矿山法施工。 大瑞铁路高黎贡山隧道，34.5公里，出口一 大一小两台TBM施工。7 临近建筑物超大深基坑7.临近建筑物超大深基坑 京石客专石家庄六线特大隧道采用深基坑 明挖法施工，砂粘土地层； 广深港二期福田车站，紧邻高层建筑，车 站采用超深大基坑明挖+盖挖基坑深32米站采用超深大基坑明挖+盖挖，基坑深32米， 最大跨度74米。8 特殊地质条件施工技术8.特殊地质条件施工技术 第三系砂层、软弱破碎带超前水平旋喷超 前加固、支护，大断面开挖技术。 超深井（200米）地面降水技术 深埋富水大型充填溶腔释能降压施工技术 深埋富水大型充填溶腔释能降压施工技术 高压富水断层破碎带施工技术（迂回上导高压富水断层破碎带施工技术（迂回上导 坑泄压、地层垂直加固，正面全断面水平 旋喷或帷幕注浆）旋喷或帷幕注浆）二洞口二、洞口 在洞口设计中存在的主要问题：在洞口设计中存在的主要问题： 1.未贯彻“早进晚出”原则，边仰坡高度大，安全隐患大。 如郑西客专部分黄土隧道中仰坡高度过大，存在安全隐患，如郑西客专部分黄土隧道中仰坡高度过大，存在安全隐患， 在开通之前接长了明洞。富村二号黄土隧道，仰坡高达80 米，坳渠二号隧道进口仰坡高。 2.偏压严重、进洞困难 如南广线新蓝、白石顶2号隧道出口偏压严重，进洞困难， 采取接长明洞，地面反压等措施。未认真展岸坡稳定性价按般经验 3.未认真开展岸坡稳定性评价，按一般经验 设计，边仰坡防护措施偏弱。 4.对边仰坡、洞口施工方法、施工步序等未 进行详细设计进行详细设计。 5.对施工扰动引起的岸坡稳定性未进行详细 分析与评价，施工配合不密切，变更不及 时。时。 洞口主要病害: 洞口主要病害: 1. 边仰坡滑坍，引起安全事故。 宝兰客专洪亮营隧道洞由于地方长期取土烧 宝兰客专洪亮营隧道洞口由于地方长期取土烧砖致使洞口发生大型滑坍，约20万方，洞内5名 作业人员被困经组织抢险救援被困人员脱作业人员被困，经组织抢险救援，被困人员脱险，但滑坍治理难度非常大。 2边仰坡蠕变引起洞口结构变形开裂失稳。2.边仰坡蠕变引起洞口结构变形、开裂、失稳。 如：宝兰客专塔稍村隧道，仰坡不稳、蠕变变形引起洞 口隧道结构仰拱开裂结构变形侵限洞口外挡墙纵向开口隧道结构仰拱开裂，结构变形侵限，洞口外挡墙纵向开 裂。 云桂六郎隧道出口及平导出口斜坡位于沟槽左岸斜坡上， 较度般挖边采地形较陡，自然坡度一般2040º。开挖边坡采用挂网喷 锚方式进行加固。2010年11月11日，在距平导口约5Om以 外发现斜坡地表产生间断不连续的裂缝裂缝宽10mm外发现斜坡地表产生间断不连续的裂缝，裂缝宽10mm； 11月12日，裂缝宽度最大已达100mm，其中一条地表已贯 通，地表变形较严重。现场对该变形体及时采取整治措施，通，地表变形较严重。现场对该变形体及时采取整治措施， 避免了滑移体向便道边坡底部剪出的可能，以及牵引隧道 上方土层及风化层整体向下滑移. 沪昆红岭隧道进口。2011年3月25日，在导向墙施工时， 发边缝发隧道发现明洞段左侧边坡出现裂缝。 6月3日暴雨后发现隧道进 口左侧边坡出现新的裂缝，裂缝最大长度约26m，宽度约 1 5cm 深度约1 2m滑坡体外缘裂缝距隧道中心线距离由1.5cm,深度约1.2m，滑坡体外缘裂缝距隧道中心线距离由 76m扩展至125m。坡体上距隧道中心线距离76m处两民房 已成为危房，坡体上距隧道中心线距离84m处两民房地板、已成为危房，坡体上距隧道中心线距离8处两民房地板、 墙体均有大量裂缝。洞内受左侧山体滑坡体偏压影响拱部 左侧侵入二衬26cm，拱顶形成纵向裂缝（长4m，宽3cm）， 部初支有剥离脱落象局部初支有剥离脱落现象。设计措施设计措施1.严格落实“早进晚出”原则，合理选择洞口位置，避免 设在滑坡、岩堆等不良地质处，避免设在地形十分困难位 置，如极端偏压、悬臂、沟谷等位置。 对于确因地形控制进洞条件不好的认真开展岸坡稳定 2.对于确因地形控制进洞条件不好的，认真开展岸坡稳定 性评价，根据稳定性评价意见采取相应工程措施。 3般采用长管棚超前支护进洞 3.一般采用长管棚超前支护进洞。 4.可采用不刷方进洞方法，保护环境及确保不扰动边仰坡。 5 偏压隧道采用回填反压措施 5.偏压隧道采用回填反压措施。 6.采用锚索、抗滑桩、正洞防护网等措施进行边仰坡防护。 桥隧相连时科学制定隧道桥梁施工步序详细设计 7.桥隧相连时，科学制定隧道、桥梁施工步序，详细设计 进出洞施工方法与洞口防护措施，合理进行施工组织；洞 口可采用防护棚罩保护桥梁运营期间的安全口可采用防护棚罩保护桥梁运营期间的安全。三辅助坑道设计三、辅助坑道设计设计施工中存在的问题 设计施工中存在的问题： 1.案例分析：乌鞘岭、大瑞铁路、壁板坡隧道 平导很难达到施工组织要求正洞受阻时 2.平导：很难达到施工组织要求；正洞受阻时 增加迂回平导；正洞贯通时间不满足节点要求，抢工时可增加迂回平导抢工时可增加迂回平导。 3.斜井：解决工期的实际效果优于平导；一般 采用无轨；与正洞连接最好双联；兼顾防灾救采用无轨；与正洞连接最好双联；兼顾防灾救援要求。 4 竖井：乌鞘岭设2座，高黎贡山设2组主副井。4.竖井：乌鞘岭设2座，高黎贡山设2组主副井。 通风竖井，反井钻，爬灌。四隧道内无砟轨道上鼓病害整治及预防四、隧道内无砟轨道上鼓病害、整治及预防 （一）隧道内无砟轨道上鼓病害 （）隧道内无砟轨道上鼓病害 隧道内采用无砟轨道大大减少了运营维护工作量， 是隧道内轨道结构型式的发展趋势，目前铁路行业是隧道内轨道结构型式的发展趋势目前铁路行规定，1km以上的隧道均采用无砟轨道结构型式。 隧道内铺设无砟轨道对隧道底部要求严格，经过近 几年来的工程实践证明隧道内无砟轨道总体上是几年来的工程实践证明，隧道内无砟轨道总体上是成功的，技术成熟，质量良好，主要存在以下问题： 1.隧道底板和仰拱经常出现如下质量问题：仰拱厚隧底板和仰拱常出现如下质问题仰拱厚 度不足，仰拱或底板下存在虚砟，仰拱回填层内存在洞渣，仰拱轮廓不符合设计要求。 2 道床上鼓或下沉 2. 道床上鼓或下沉。 3道床开裂。 4 单线单洞隧道道床内积水 4.单线单洞隧道道床内积水。 （二）隧道内无砟轨道上鼓病害原因分析 （二）隧道内无砟轨道上鼓病害原因分析 归纳总结近年来隧道内无砟轨道上鼓病害的原因如下： 1 高地应力主要是较大的水平构造地应力如六沾二线 1.高地应力，主要是较大的水平构造地应力。如六沾二线 三联隧道、兰渝铁路玄真关隧道等。 2 高地下水压力主要是岩溶管道水受强降雨影响水压 2.高地下水压力，主要是岩溶管道水受强降雨影响，水压 突然增加引起仰拱上鼓，如贵广客专斗篷山隧道。 3 仰拱回填层层间“囊状水”受列车往复作用产生局部水 3.仰拱回填层层间囊状水受列车往复作用产生局部水 压，致使道床及轨道上鼓，如武广客专煤隆岭隧道、宁杭 客专湖州隧道等。 4.泥岩等膨胀性围岩，隧道施工完成后打破了原有的水力 平衡条件，形成了过水通道，底部泥岩遇水产生膨胀力导 致仰拱上鼓和开裂，如兰新铁路福川隧道 、兰渝铁路四方 山隧道、成渝铁路龙泉山隧道等。 （三）处治技术 1 对于高地应力引起的变形经监控量测短期内不能 1.对于高地应力引起的变形，经监控量测短期内不能 稳定的，可局部段落采用有砟轨道，变形趋于稳定的， 可仍然采用无砟轨道底部仰拱进行加强增加仰拱可仍然采用无砟轨道。底部仰拱进行加强，增加仰拱 曲率，底部增设锚索或锚固桩。 2 对于高水压引起的变形增设泄水洞排水泄压 2. .对于高水压引起的变形，增设泄水洞排水泄压， 隧道底部、侧沟增加排水措施，保证隧道底部不产生 水压水压。 3.对于层间水囊产生的水压，打孔泄压，注浆填充。 4 对于膨胀性围岩加强底部仰拱结构如加厚提 4.对于膨胀性围岩，加强底部仰拱结构，如加厚、提 高强度、配置钢筋、增设初支封闭等，必要时增设锚 固桩长锚杆固桩、长锚杆。 5. 对进行了底鼓处理的区段，建立监测机制，对一定 周期内的底鼓发展情况进行监测记录和分析周期内的底鼓发展情况进行监测记录和分析。隧道底鼓情况统计表所在线隧道名底鼓原因底鼓处理措施所在线隧道名底鼓原因底鼓处理措施宁杭湖州隧道1、地下水微水压作用 2、填充层存在不密实现 象