铁路客运专线隧道技术标准与施工关键技术

铁路客运专线隧道技术综述主要内容

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、隧道开挖施工方法

一、铁路客运专线隧道技术标准

1、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，还应考虑下列因素：①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；②空气阻力的增大对行车的影响；③隧道口所形成的微压波对环境的影响；④列车风对隧道内作业人员待避条件的影响。（一）空气动力学效应：高速列车隧道空气动力学效应

高速列车进入隧道后将隧道内原有的部分空气排开，由于空气粘性和隧道内壁、列车外表面摩阻力的存在，被排开的空气不能象明线空气那样及时、顺畅地沿列车周侧形成绕流，列车前方的空气受到压缩，而列车尾部进入隧道后会形成一定的负压，因此产生了压力波动过程。这种压力波动以声速传播至隧道口，大部分发生反射，产生瞬变压力；而另一部分则形成向隧道外的脉冲状压力波辐射，即微气压波。这些都会对高速列车运营、人员舒适度和环境造成一系列影响：

（1）高速列车经过隧道时，瞬变压力造成旅客和乘务人员耳膜明显不适、舒适度降低；

（2）高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微气压波，发出轰鸣声，使隧道口附近建筑物门窗发生振动，产生扰民的环境问题；

（3）行车阻力增大，从而使运营能耗增大；

（4）形成空气动力学噪声；

（5）列车克服阻力所作的功转化为热量，在隧道中积聚引起温度升高等。

2

空气动力学指标

2.1

舒适度标准

高速列车在隧道中运行时的舒适度与高速列车通过隧道时产生的压力变化有关,其压力变化值与列车速度的平方成正比，列车速度越高、压力变化值就越大。当压力变化值达到一定的强度，列车外部的压力波传播到列车内部，瞬变压力传到人体时,会对耳膜产生影响，使乘客有不舒适的感觉。因此需要根据压力的变化值和人体对压力变化值的适应性制定出衡量舒适程度的标准，即舒适度。评估压力波动程度一般需考虑最大压力变化值和最大压力变化率两个参数。经研究发现，这两种指标单独使用都不能合理地反应乘客舒适度。因此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。

下面简要介绍几个建有高速铁路国家的舒适度标准。

2.1.1

日本高速铁路舒适度标准

日本是目前世界上高速铁路最发达的国家，由于其国土狭小多山，因此高速干线上隧道也较多，但隧道断面较小，阻塞比较高。日本铁路当局对其在新干线上运行的高速列车通过隧道时的舒适度标准定为

最大压力变化绝对值＝1000Pa（适用于密闭车辆），最大压力变化频率＝200Pa/s

近年来日本铁路当局出于经济角度考虑，将这一标准放宽到

最大压力变化频率＝300Pa/s

2.1.2英国铁路舒适度标准

英国西海岸电气化高速铁路沿线地区隧道少，且长度多为中、短隧道，但隧道的断面积较小，高速列车通过时引起的压力瞬变相当强烈。1973年英国当局将舒适度标准定为

最大压力变化值＝3000Pa/3s

1986年英国铁路当局为城市间的运输又将舒适度标准修改为

最大压力变化值＝4000Pa/4s

英法海峡隧隧道在两条条主隧道和和一条辅助助隧道间有有很多横向向通道，当当列车以120km/h速度行驶时时，每隔7s就能通过一一个横通道道，因此压压力波容易易得到释放放，车辆前前后的压力力差较易趋趋于平衡，，其舒适度度指标比较较严格：最最大大压力变化化绝对值＝＝450Pa对于海峡联联络线，考考虑到隧道道占铁路总总长的30%，其舒适度度指标定为为单单线隧道：：最大压力力变化值＝＝2500Pa/4s双线隧道：：最大压力力变化值＝＝3000Pa/4s2.1.3德国高速铁路舒舒适度标准准德德国在20世纪80年代初开始始修建高速速铁路网，，路网上有有大量隧道道。为解决决舒适度问问题，德国国铁路当局局采取了加大隧道断断面积，减小阻塞比比的措施，效效果比较明明显，其舒舒适度标准准与日本相相同：最大压力变变化绝对值值＝1000Pa，最大压力力变化频率率＝200Pa/s同样也允许许将这一标标准放宽到到：300～400Pa/s2.1.4美国地铁隧道美美国国运输部门门制定的地地铁舒适度度标准为最最大大压力变化化值＝700Pa/1.7s，最大压力力变化频率率＝410Pa/s2.1.5国际铁路联联盟关于舒适度度的研究为为了研究高高速列车在在隧道中行行驶时出现现的生理学学问题，国国际铁路联联盟的C149专家委员会会专门成立立了一个包包括医生在在内的工作作小组，对对英国铁路路部门在1973年制定的有有关高速列列车旅客承承受空气压力瞬瞬变的舒适适度标准进行检查，，即在相对对不太频繁繁的压力变变化下，在在3s内压力变化化最大值不不超过3000Pa。检查结果果表明，英英国铁路规规定的3000Pa是旅客接受受的舒适度度限度值。。2.1.6我国高速铁路南南京长江隧隧道的控制制标准从从旅客客乘车舒适适度要求出出发，我国国正在研究究中的京沪沪高速铁路路南京长江江隧道的控控制标准为为最最大压力变变化频率＝＝3000Pa/3s2.2隧道口环境境要求隧道出口处处的微气压压波峰值控控制标准参参照日本资资料并结合合我国京沪沪高速铁路路南京长江江隧道出口口处的控制制标准(表1)。阻塞比等于列车的的横断面积积与隧道净净空面积比比。隧道的净空空面积：在在扣除轨道道结构横断断面积，沿沿隧道纵向向布置的各各类设备横横断面积之之后的隧道道面积。从表2可以看出各各国对高速速隧道阻塞塞比的要求求差别很大大。在相同同车速下，，以日本新干线为代代表的高速速隧道净空空面积相对对较小，除除历史原因因外，日本本认为依靠靠修建缓冲棚棚和密封车车辆可以缓解瞬瞬变压力和和微气压波波的影响；；而以德国为代表的欧欧洲国家主主要是通过过扩大隧道净净空面积来减缓空气动动力学效应应的影响，这这增加了土土建工程费费用，但可可在较大程程度上改善善列车的运运营条件和和舒适度指指标。3降低空气动动力学效应应的措施3.1车辆方面的的措施3.1.1车辆的密封封性舒适度是车内旅客客乘车的舒舒适度，因因此我们更更为关心的的是车内压压力变化情情况。在其其他条件相相同的情况况下，车辆辆密闭性能能越好，车车辆内的最最大瞬变压压力就越小小。3.1.2车辆的外形形车辆外形的的改善可从从车辆的横横断面积和和车头形状状考虑：在在隧道横断断面净面积积不变的前前提下，减减小车辆的的横断面积积可降低阻阻塞比，有有效降低隧隧道内的瞬瞬变压力，，进而可缓缓解车内的的瞬变压力力。3.2隧道构造措措施3.2.1设置缓冲段段在隧道的口口部设置缓缓冲段可减减小列车进进入隧道时时产生压缩缩波的波前前压力梯度度，因为压压缩波的波波前压力梯梯度与列车车速度的三三次方成正正比，所以以减小压力力梯度的效效果可转换换成降低列列车速度的的效果，进进而可以明明显地降低低微气压波波以及由此此而产生的的噪声和对对环境的影影响。缓缓冲段段的横断面面形状可为为拱形或为为门形，要要求在其两两侧可按一一定的比例例开孔；沿沿其纵向可可做成逐渐渐扩大的型型式或喇叭叭形。3.2.2设置横洞对于双洞单单线隧道在在每隔一定定的距离采采用横洞连连通，以起起到减压风风道的作用用。在英法法海峡隧道道中就采用用了横向通通道来释放放压力波（（其减压风风道间距为为250m，风道直径径为2m），这种风风道可减少少对列车的的空气动力阻阻力。3.2.3增加隧道断断面面积增加隧道断断面面积对对于降低空空气动力学学效应是不不言而喻的的，其可以以将隧道断断面放大；；也可以采采用单洞双双线的隧道道。但是前前者会增加加造价，后后者当列车车在隧道中中会车时，，会加剧空空气动力效效应。3.2.4设置竖井在隧道内适适当位置修修建通风竖竖井（或斜斜井），以以降低压缩缩波梯度。。这种竖井井应尽可能能利用施工工留下的工工作井。该该竖井的位位置应兼顾顾到高速列列车行车时时降低瞬变变压力的要要求。3.2.5噪声隧道周壁采采用吸音材材料贴面，，以降低空空气动力学学噪声。3.2.6隐蔽及设置置隧道内设施施应尽量隐隐蔽设置，，对在隧道道内必须设设置的设施施采取适当当的防护措措施，以防防列车运行行时产生的的列车风对对设施的破破坏。3.2.7隔热设置列车克服阻阻力所做的的功转化为为热量，在在隧道中积积聚引起温温度升高。。为此可设设置通风井井，配置风风机排出在在隧道中因因列车克服服阻力而产产生的热量量或其他原原因产生的的热量，英英法海峡隧隧道亦采用用机械通风风方法排出出隧道内的的热量。3.2.8防水设置其他措施还还有如在隧隧道内设置置水幕、喷喷水滴等。。空气的动力力学效应：：由许多因素素决定，在在隧道方面主要有：1、隧道内轨轨顶面以上上净空面积积、隧道壁壁面的粗糙糙度、洞口口及缓冲结结构形式、、辅助坑道道的设置、、道床类型型等。瞬变压力：影响其大大小的因素素是：行车速度、隧道横断面面的大小和阻塞比以及列车的密封封系数洞口的微气气压波：主要取决于于行车速度和隧道净空面面积（当行车速速度达到300km/h以上，加大大断面对防防止微气压压波不能起起到显著作作用。）解决行车阻阻力：加大隧道断断面积减缓或消减减列车进入入隧道诱发发空气动力力学效应主主要技术措措施:缓解或消减减列车进入入隧道诱发发的空气动动力学效应应的主要设设计措施是是：在列车车相关参数数一定的条条件下，适适当加大隧道内内轨顶面以以上净空面面积（减小阻塞塞比），优优化断面形形状和尺寸寸，在洞口口修建缓冲结构，利用辅助助坑道等。。加大隧道横横断面面积积对空气动力学学效应有整体减缓作用对道断面内内轮廓主要要根据下列列条件确定定:①隧道净空横横断面面积积应满足空空气动力学学效应影响响标准；②满足铁铁路建筑接接近限界要要求，双线线隧道还应应满足线间间距要求；；③养护、、维修和救救援空间要要求。空气动力学学效应影响响标准为：空气压力力最大变化化值ΔP＜3KPa/3s（舒适度标标准），列列车在隧道道内运行时时的空气阻阻力增量一一般不超过过明线上空空气阻力的的30%。在设计中除除应满足以以上条件外外，还应从从围岩稳定、、结构受力力及空间利用等角度对断断面形状和和尺寸进行行优化。隧道断面净净空面积既充分满足足空气动力学学效应标准的要求求，又要满满足救援通道空空间的需要。200公里暂规单线隧道内内轨顶面以以上净空面面积应不小小于50m2；双线隧道内内轨顶面以以上净空面面积应不小小于80m2。京沪高速铁铁路暂轨单洞双线隧隧道断面有有效面积为为100m2。单线隧道断断面有效面面积为70m2。限速地段当当检算行车车速度<200km/h时，可采用用较小的隧隧道断面有有效面积，，但双线隧隧道断面有有效面积不不应小于80m2。单线隧道断断面有效面面积不应小小于50m2。单洞双线隧隧道断面内内轮廓单线隧道断断面内轮廓廓二、安全空空间《高速速暂暂规规》规定定：：隧隧道道内内安安全全空空间间应应在在距距线线路路中中线线3.0m以外外，，单单线线隧隧道道设设在在电电缆缆槽槽一一侧侧，，多多线线隧隧道道必必须须设设在在两两侧侧。。安全全空空间间尺尺寸寸：：高高度度不不应应小小于于2.2m，宽宽度度不不应应小小于于0.8m。安全全区区的的地地面面应应不不低低于于轨轨面面规规定定高高度度，，必必须须平平整整，，允允许许有有3‰的横横向向排排水水坡坡。。安全全空空间间的的地地面面与与接接触触网网设设备备的的带带电电部部件件之之间间的的距距离离不不小小于于3.95m。三、、隧隧道道衬衬砌砌隧道道衬衬砌砌采采用用复复合合式式衬衬砌砌或或整整体体衬衬砌砌，，不不得得采采用用喷喷锚锚衬衬砌砌；；隧隧道道均均应应采采用用曲曲墙墙式式衬衬砌砌，，其其中中边边墙墙与与仰仰拱拱内内轮轮廓廓的的连连接接宜宜采采用用顺顺接接断断面面；；仰仰拱拱矢矢跨跨比比应应结结合合隧隧道道衬衬砌砌受受力力和和沟沟槽槽设设置置情情况况确确定定，，取取1/12～1/15为宜宜。。III～VI级围围岩岩应应采采用用曲曲墙墙带带仰仰拱拱的的衬衬砌砌，，I、II级围围岩岩地地段段可可采采用用曲曲墙墙不不带带仰仰拱拱的的衬衬砌砌。。各级级围围岩岩隧隧道道结结构构及及仰仰拱拱填填充充混混凝凝土土强强度度等等级级不不应应低低于于C25，钢钢筋筋混混凝凝土土强强度度等等级级不不应应低低于于C30；I、II级围围岩岩底底板板厚厚度度不不应应小小于于30cm，混混凝凝土土强强度度等等级级不不应应低低于于C25。四、、救救援援通通道道《200公里里暂暂规规》规定定：：长度度在在500m以上上的的隧隧道道应应设设贯贯通通整整个个隧隧道道的的救救援援通通道道，，双双线线隧隧道道在在两两侧侧设设置置，，单单线线隧隧道道在在单单侧侧设设置置；；救救援援通通道道宽宽1.25m，高高2.2m，外外侧侧距距线线路路中中线线不不得得小小于于2.2m。《高速速暂暂规规》规定定：：隧隧道道内内应应设设置置贯贯通通的的救救援援道道路路，，用用于于自自救救或或外外部部救救援援。。救救援援通通道道应应设设在在安安全全空空间间一一侧侧，，距距线线路路中中线线不不应应小小于于2.3m。救救援援通通道道走走行行面面应应不不低低于于轨轨面面高高程程。。救救援援通通道道宽宽度度不不应应小小于于1.5m，在在装装设设专专业业设设施施处处，，宽宽度度可可减减少少0.25m；净净高高不不应应小小于于2.2m。五、、缓缓冲冲结结构构物物《200公里里暂暂规规》规定定：：进口口缓缓冲冲结结构构的的设设置置应应根根据据出出口口微微压压波波峰峰值值的的大大小小来来确确定定。。当当出出口口外外50m范围围内内无无建建筑筑物物、、出出口口外外20m处的的微微压压波波峰峰值值大大于于50Pa时，，应应设设置置缓缓冲冲结结构构；；当当出出口口外外50m范围围内内有有建建筑筑物物且且建建筑筑物物处处的的微微压压波波峰峰值值大大于于20Pa，应应设设置置缓缓冲冲结结构构；；当当建建筑筑物物对对微微压压波波峰峰值值有有特特殊殊要要求求时时，，缓缓冲冲结结构构应应进进行行特特殊殊设设计计。。五、、缓缓冲冲结结构构物物《高速速暂暂规规》规定定：：一一般般情情况况下下，，隧隧道道洞洞口口可可不不设设置置缓缓冲冲结结构构。。隧隧道道洞洞口口有有建建筑筑物物或或特特殊殊环环境境要要求求时时，，可可考考虑虑设设置置缓缓冲冲结结构构。。缓缓冲冲结结构构设设计计应应符符合合下下列列规规定定：：①隧隧道道洞洞口口设设置置缓缓冲冲结结构构应应考考虑虑的的因因素素为为：：列列车车类类型型及及长长度度、、隧隧道道长长度度及及横横断断面面净净空空面面积积、、隧隧道道内内轨轨道道类类型型、、隧隧道道洞洞口口附附近近地地形形和和洞洞口口附附近近居居民民情情况况。。②缓缓冲冲结结构构形形式式应应从从实实用用美美观观角角度度出出发发，，结结合合洞洞口口附附近近的的地地理理环环境境确确定定。。③缓缓冲冲结结构构侧侧面面或或顶顶面面应应开开减减压压孔孔，，开开孔孔面面积积根根据据实实际际情情况况确确定定，，一一般般开开孔孔面面积积为为隧隧道道断断面面有有效效面面积积的的0.2～0.3倍。。④缓缓冲冲结结构构宜宜采采用用钢钢筋筋混混凝凝土土。。六、、辅辅助助洞洞室室隧道道内内可可不不设设置置供供维维修修人人员员使使用用的的避避车车洞洞，，但但应应考考虑虑设设置置存存放放维维修修工工具具和和其其他他业业务务部部门门需需要要的的专专用用洞洞室室。。洞洞室室应应沿沿隧隧道道两两侧侧交交错错布布置置，，每每侧侧布布置置间间距距应应为为500m左右右。。洞洞室室尺尺寸寸宜宜参参照照现现行行《铁路路隧隧道道设设计计规规范范》大避车车洞尺尺寸设设计，，并满满足有有关专专业的的技术术要求求。七、隧隧道防防排水水采用复复合式式衬砌砌隧道道，初初期支支护与与二次次衬砌砌之间间应铺铺设防防水板板。隧道内内均应应设置置双侧侧排水水沟。。单洞洞双线线隧道道，根根据地地下水水量，，可增增设中中心深深排水水沟。。富水地地层隧隧道应应采用用深排排水沟沟，水水沟水水位应应在铺铺底面面20cm以下，，并符符合下下列规规定：：①单单线隧隧道，，深排排水沟沟可设设在两两侧原原水沟沟下方方；双双线隧隧道，，应设设中心心深排排水沟沟，深深排水水沟应应设置置在仰仰拱或或底版版中心心下面面。②隧隧道衬衬砌背背后应应设置置与深深排水水沟配配套的的纵、、环向向排水水盲沟沟。纵纵向排排水盲盲沟设设在两两侧边边墙下下部，，其高高度不不应低低于隧隧道内内水沟沟底面面；环环向排排水盲盲沟应应与纵纵向排排水盲盲沟连连通。。八、防防灾与与救援援高速铁铁路条条件下下的隧隧道灾灾害，，主要要表现现为火火灾、、水灾灾空气气动力力学问问题、、隧道道内掉掉块、、侵限限和结结构失失稳。。其中中隧道道内掉掉块、、侵限限和结结构失失稳问问题是是铁路路隧道道的共共有问问题，，即隧隧道病病害问问题，，在非非特大大灾害害条件件下(如爆炸炸、地地震、、山体体滑坡坡等)一般来来说发发展较较为缓缓慢，，有一一定的的时间间发现现和整整治，，且可可通过过提高高设计计标准准和施施工工工程质质量来来相应应提高高其抗抗灾能能力，，有关关隧道道病害害的监监测、、检测测、状状态评评估和和整治治能够够独立立进行行操作作；空空气动动力学学问题题可以以通过过对隧隧道断断面和和隧道道洞口口形式式等采采取一一系列列构造造技术术措施施来解解决；；水灾问题在在水底底隧道道中最最为突突出，，危害害也大大；火灾具有突突发性性，常常常造造成灾灾难性性后果果。隧道内内列车车消防防设施施1、辅助助洞室室避车洞洞主要要用于于长隧隧道维维修养养护人人员避避车，，放置置维修修养护护材料料及设设备，，灭火火设备备等。。避车车洞是是永久久性建建筑物物，是是作业业人员员和设设备的的安全全待避避所，，可以以为作作业人人员和和行车车提供供可靠靠的安安全保保障。。2、给排排水设设施给水主主要用用于消消火栓栓用水水,可照有有关消消防法法设置置,排水应应综合合考虑虑隧道道渗漏漏排水水和消消防排排水的的要求求设计计。洞洞口应应考虑虑有能能满足足消防防用水水要求求的水水源或或专用用蓄水水池或或水井井。并并保持持有足足够的的水量量。3、通讯讯联络络设备备为保证证养护护维修修人员员的联联络,或与最最近车车站及及控制制中心心等的的联络络应沿沿全线线分布布设置置,并应充充分利利用车车载无无线通通讯设设备。。4、照明明设施施5、灭火火设施施6、标志志牌及及报警警装置置《200公里暂暂规》规定《200公里暂暂规》规定：：隧道内内两侧侧应设设紧急急呼叫叫电话话，单单侧两两部电电话的的距离离为500m，隧道道两侧侧错开开设置置。电电话应应安装装在器器材洞洞内，，并设设标示示牌。。当隧隧道长长度大大于1000m时，在在有条条件的的情况况下宜宜设置置紧急急出口口。紧紧急出出口上上方设设标示示牌；；有条条件时时，应应在两两单线线隧道道间设设置联联络通通道，，间距距不宜宜小于于500m。紧急出口口通道横断断面尺寸为为：宽度不不小于2.3m；高度不小小于2.5m；纵向仰角角不大于35º；竖井作为为出口时井井内应设阶阶梯和送风风设备。《高速暂规》规定《高速暂规》规定：双线线隧道内两两侧应设置置贯通整个个隧道的救救援通道。。隧道内两侧侧均应设置置紧急呼叫叫电话。当隧道长度度大于1000m时，在有条条件的情况况下宜设置置紧急出口口。紧急出出口上方应应设标示牌牌。紧急出口通通道断面最最小尺寸应应符合下列列规定：①宽度不不应小于2.3m；高度不小小于2.5m；②纵向仰仰角不应大大于25º。③竖井作作为出入口口时井内应应设旋梯。。满足以上条条件的施工工辅助坑道道应保留，，并改造为为紧急出口口。九、照明《200公里暂规》规定：长度在500m以上的隧道道应设固定定式照明设设施。500m以下的隧道道应在洞内内装设照明明插座。《高速暂规》规定：隧道道内照明设设置应考虑虑维修养护护、满足紧紧急情况下下的人员疏疏散及救援援人员的通通行要求。。同时也应应考虑列车车进入隧道道后的亮度度变化对旅旅客乘车舒舒适度的影影响。并满满足下列规规定：①长度大大于1000m的隧道内应应设固定的的电力照明明。②长度不不小于500m的隧道内应应设置应急急照明设备备，应急照照明灯具安安装间隔不不大于50m，该设备必必须在供电电中断时能能自动接通通并能连续续工作2小时以上。。③紧急呼呼叫电话处处及紧急出出口处、紧紧急出口通通道内均应应设置应急急照明灯具具。十、抗震设设计基本烈度为为７度时的的V～VI级围岩的双双线隧道和和基本烈度度为8、9度时的IV～VI级围岩的单单线隧道与与III～VI级围岩的双双线隧道应应考虑抗震震设防措施施，单线隧隧道设防段段长度不宜宜小于25m，双线隧道道不宜小于于35m。设防地段的的隧道宜采采用带仰拱拱的曲墙式式衬砌，其其中IV～VI级围岩地段段宜采用钢钢筋混凝土土。隧道洞门宜宜采用翼墙墙式，洞门门结构宜采采用混凝土土浇注。二、客运铁铁道专线隧隧道的特点点客运专线铁铁路隧道的的特点在高速运行行的条件下下，对隧道道技术的要要求，主要要是空气动动力学特性性方面的。。其次才是是由于断面面的扩大和和长大隧道道的增加，，使得隧道道施工难度度增加，常常常成为全全线控制工工期的关键键工程。客运专线铁铁路隧道的的特点1客运专线线上的隧道道不同于一一般的铁路路隧道，当当高速列车车在隧道中中运行时要要遇到空气气动力学问问题，主要要表现为空气动力效效应所产生的新新特点及现现象。为了了降低及缓缓解空气动动力学效应应，除了采采用密封车辆及及减小车辆辆横断面积积外，必须采采取有力的的结构工程程措施，增大隧道有有效净空面面积及在洞洞口增设缓缓冲结构；另外还有有其它辅助助措施，如如在复线上上双孔单线线隧道设置置一系列横通道；以及在隧隧道内适当当位置修建建通风竖井、、斜井或横横洞。为了降低隧隧道的空气气动力效应应，增大隧隧道有效净净空面积是是较好的结结构工程措措施，也是是当前世界界各国高速速铁路发展展的总趋势势。客运专线铁铁路隧道的的特点2客运专线线线隧道的横横断面较大大，受力比比较复杂，，且列车运运行速度较较高，隧道道维修有一一定的时间间限制，复复合衬砌和和整体式衬衬砌比喷锚锚衬砌安全全，且永久久性好，故故永久性衬衬砌一般不不采用喷锚锚衬砌。目前，世界界隧道界对对喷锚衬砌砌做为永久久性衬砌尚尚有不同看看法，随着着对喷锚技技术的不断断深入研究究和技术质质量的不断断提高，喷喷锚衬砌的的应用也会会更加广泛泛。但在目目前情况下下，特别在在高速铁路路隧道中仍仍不宜采用用喷锚衬砌砌。客运专线铁铁路隧道的的特点3大断面隧道道的受力情情况不利，，尤以隧道道底部较为为复杂，而而两侧边墙墙底直角变变化容易引引起应力集集中，需要要对边墙底与仰仰拱连接处处进行加强。。客运专线线铁路隧隧道的特特点4隧底结构构由于在在长期列列车重载载作用及及地下水水侵蚀的的影响下下极易产产生破坏坏，从而而引起基基底沉陷陷、道床床翻浆冒冒泥等病病害，不不但增加加养护维维修工作作量，而而且严重重影响运运营安全全，尤其其是高速速铁路对对隧道底底部的强强度较普普通铁路路要求更更高，且且高速铁铁路隧道道的断面面跨度较较大，因因此要求求高速铁铁路对底板厚度度和仰拱拱、底板板混凝土土强度要求提高高。客运专线线铁路隧隧道的特特点5隧道渗漏漏水的危危害主要要会引起起洞内金金属设备备及钢轨轨锈蚀、、隧道衬衬砌丧失失承载力力、隧底底翻浆冒冒泥破坏坏道床或或使整体体道床下下沉开裂裂、有冻冻害地区区的隧道道衬砌背背后积水水引起衬衬砌冻胀胀开裂、、衬砌漏漏水会引引起衬砌砌挂冰而而侵人净净空。从从运营安安全上对对隧道防排排水要求提高高。客运专线线铁路隧隧道的特特点6提出了隧隧道衬砌砌混凝土土的耐久性控制要求求。隧道衬砌砌混凝土土的地质质环境复复杂，对对耐久性性、抗渗渗性、抗抗冻性等等耐久性性指标应应严格控控制。客运专线线铁路隧隧道的特特点7为减低养养护维修修工作量量、保障障运营安安全对隧隧道病害害的监测测、诊断断及评定定、整治治技术需需求。三、客运运专线铁铁路隧道道施工关关键点隧道施工工关键控控制点1以确定合理的初初期支护护参数、控制塌方方，保证隧隧道施工工经济合合理、结结构安全全。2以隧道防防排水施施工达到到预期目目的、不不产生渗渗漏水现现象保证证营运安安全。3以隧道净净空、宽宽度、平平面和纵纵面指标标满足设设计、施施工规范范要求，，保证工工程外观观及内在在质量，，创优质质工程。。四、开挖挖施工方方法铁路隧道道建议开开挖方法法：Ⅴ级围岩浅埋或洞口地段段采用双侧壁导导坑法，深埋地地段采用用环形开挖挖留核心心土法或CRD工法；Ⅳ级围岩浅埋或洞洞口地段段采用CRD工法或CD工法，深深埋地段段采用短台阶法法；Ⅲ级围岩采采用用台阶法，Ⅱ围岩采用用全断面法法。按开挖隧隧道横断断面分部部情形来来分：全全断面开开挖台阶开挖挖法分部开挖挖法概述述高速铁路路隧道最大的特点是：由于于要考虑虑隧道空空气动力力学问题题，隧道断面面都比较较大（如京沪沪高速铁铁路设计计断面积积为100m2）、施工工质量要要求高、、施工工工艺复杂杂等。因因此，选选用合理理的施工工方法就就变得非非常重要要。在当前的的施工实实践中，，采用最最多的方方法是台阶法，其次是是全断面法法。在大断断面隧道道中，单侧壁导导坑（小小隔壁法法）和双双侧壁导导坑（眼眼镜法））采用较多多，由于于施工机机械的发发展和辅辅助工法法的采用用，施工工方法有有向更多多地采用用全断面面法，特特别是全断面法法与超短短台阶法法结合的发展趋趋势。同时在选选用施工工方法时时还应考考虑下列列条件：：（1）施工条条件包括一个个施工队队伍所具具备的施施工能力力、素质质以及管管理水平平，目前前我国隧隧道施工工队伍的的素质和和施工装装备水平平参差不不齐，在在选择施施工方法法时，应应考虑这这个因素素的影响响。（2）围岩条条件包括围岩岩级别、、地下水水及工程程地质现现象等。。围岩级级别是对对工程地地质的综综合判定定，对施施工方法法的选择择起着重重要的甚甚至决定定性的作作用。一一般认为为硬岩首先考虑虑全断面法法开挖；软弱岩用正台阶法法开挖；断层软弱弱带大断面面可用中中隔壁法（（CD）法、中隔壁壁交叉临临时仰拱拱法（CRD法）、眼镜工法法等，半断断面法禁禁止使用用；稳定定工作面面可采用用小导管超前注浆浆法。（3）埋深按照埋置置深度可可分为浅埋和深埋两类。在在同样地地质条件件下，由由于埋深深的不同同，施工工方法也也将有很很大差异异。通常常在浅埋地段，尤尤其是存存在偏压压时可采采用分部开挖挖法。（4）环境条条件当隧道施施工对周周围环境境产生如如爆破振振动、地地表下沉沉、噪声声、地下下水条件件的变化化等不良良影响时时，环境境条件也也应成为为选择隧隧道施工工方法的的重要因因素之一一，在城城市条件件下，甚甚至会成成为选择择施工方方法的决决定性因因素。除此之外外，还有有施工工工期、工工程投资资与运营营后的社社会效益益和经济济效益、、施工中中动力和和原材料料供应情情况、施施工安全全状况等等因素的的影响。。全断面施施工方法法一、工法法特点隧道断面面采用一次开挖挖成型（主要是是爆破或或机械开开挖）的的施工方方法叫全全断面开开挖法。。该工法法的特点：可以减减少开挖挖对围岩岩的扰动动次数，，有利于于围岩天天然承载载拱的形形成；工工序简单单，便于于组织大大型机械械化施工工，施工工速度快快，防水水处理简简单。缺点是对地质质条件要要求严格格，围岩岩必须有有足够的的自稳能能力，另另外机械械设备配配套费用用相应较较大。二、适用用条件全断面法法主要适适用于Ⅰ～Ⅲ级围岩；；当断面面在50m2以下时，，隧道又又处于Ⅳ类围岩地地层时，，为了减减少对地地层的扰扰动次数数，在进进行局部部注浆等等辅助施施工措施施加固地地层后，，也可采采用全断断面法施施工。但但在第四四纪地层层中采用用时，断断面一般般均在20m2以下施工工中仍须须特别注注意；山山岭隧道道及小断断面城市市地下电电力、热热力、电电信等管管道多用用此法。。三、技技术要点点施工顺序序：全断面面开挖方方法操作作比较简简单，其其施工的的主要工序序是：使用用移动式式钻孔台台车，首首先全断断面一次次钻孔，，并进行行装药连连线，然然后将钻钻孔台车车后退到到50m以外的安安全地点点，再起起爆，一一次爆破破成型，，出碴后后钻孔台台车再推推移至开开挖面就就位，开开始下一一个钻爆爆作业循循环，同同时进行行锚喷支支护。一般地利利用机械械或钻爆爆法一次次开挖成成形，然然后施作作初次支支护（有有时也施施作一次次支护）），铺设设防水隔隔离层，，进行二二次模筑筑衬砌。。全断面面施工开开挖顺序序见图1，1全断面开挖；2喷锚支护；灌注衬砌注：图1－－全断面法施工开挖顺序作业流程程见图2。该流程程突出两两点，一一是增加加机械手手进行复复喷作业业；其次次是铺底底混凝土土作业必必须超前前，并不不滞后200m，当地层层条件较较差时铺铺底应紧紧跟，这这是确保保施工安安全和质质量的重重要做法法。一些些重要的的施工步步序操作作见图3～图6。1钻孔(2h)2装药、爆破(⒈5h)3初喷(1h)4装碴(⒈5h)5量测6局部挂网(5h)7复喷(3h)8挖沟、铺底超前(5h)9铺防水板(1h)10模筑衬砌(8h)图2全断面开挖法工作流程图3三壁和四壁钻岩台车在洞内联合作业图－4铺设防水塑料板图－5机械化出渣作业图-6混凝土衬砌模板台车工法评价价（一）优优点全断面开开挖法有有较大的的作业空空间，有有利于采采用大型型配套机机械化作作业，提提高施工工速度，，且工序序少，便便于施工工组织和和管理。。目前，，我国双双线铁路路隧道一一般都能能保持月月进成洞洞平均150m左右，高者已已接近300m/月。（二）缺点①由于开挖挖面较大，围围岩相对稳定定性降低，且且每循环工作作量相对较大大。②每次深孔孔爆破震动较较大，因此要要求进行精心心的钻爆设计计和严格的控控制爆破作业业。（三）注意事事项全断面法是目前Ⅰ～Ⅲ级围岩的隧道道工程施工技技术发展的一一个方向，但但是在采用全全断面开挖时时应注意以下事项项：（1）加强对开挖挖面前方的工工程地质和水水文地质的调调查对不良地质情情况，要及时时预测预报、、分析研究，，随时准备好好应急措施（（包括改变施施工方法），，以确保施工工安全和工程程进度。（2）各种施工机机械设备务求求配套，以充充分发挥机械械设备的效率率各工序机械械设备要配套套：如钻眼、、装渣、运输输、模筑、衬衬砌支护等主主要机械和相相应的辅助机机具（钻杆、、钻头、调车车设备，气腿腿，凿岩钻架架、注油器、、集尘器等）），在尺寸，，性能和生产产能力上都要要相互配合，，工作方面能能环环紧扣，，不致彼此互互受牵制而影影响掘进，以以充分发挥机机械设备的使使用效率和各各工序之间的的协调作用。。并注意经常常维修设备及及备有足够的的易损零部件件，以确保各各项工作的顺顺利进行。（3）加强以各种种辅助作业和和辅助施工方方法的设计与与施工检查。。尤其在软弱弱破碎围岩中中使用全断面面法开挖时，，应对支护后后围岩的动态态量测与监控控，对各种辅辅助作业的三三管两线（即即高压风管、、高压水管、、通风管、电电线和运输路路线）要求保保持技术上的的良好状态。。（4）重视和加强强对施工操作作人员的技术术培训，使其其能熟练掌握握各种机械和和推广新技术术不断提高工工效，改进施施工管理，加加快施工速度度。（5）全断面法开开挖选择支护护类型时，应应优先考虑锚锚杆和锚喷混混凝土、挂网网，撑梁等支支护。（6）加强施工中中的各项辅助助作业，尤其其加强施工通通风，保证工工作面有足够够的新鲜空气气；（7）加强对施工工人员的培训训。台阶法施工一、概述台阶法施工就是将结构断断面分成两步或多步开开挖，具有上下断断面两个工作作面（多台阶阶时有多个工工作面），适用于地层较差，跨度≤12m的隧道。其优点是灵活多变、、适用性强，，可视地层条条件及机械配配套情况派生生出正台阶法、、中隔墙台台阶法等，应根据工工程实际、、地层条件件及机械条条件，选择择适合的台台阶方式。。正台阶开挖挖法的特点点:是能更早地地使支护闭闭合，有利利于控制结结构变形及及由此引起起的地表沉沉陷。上台台阶长度（（L）一般控制制在1～1.5倍洞径（D），根据地地层情况，，可选择两两步或多步步开挖法。。1上半部开挖挖；2拱部喷锚支支护；4下半部中央央部开挖；；5边墙部开挖挖；6边墙锚喷支支护；7二次衬砌1上弧形导坑坑开挖；2拱部喷锚支支护；4中核开挖；；5下部开挖；；6边墙锚喷支支护；7灌注仰拱；；8二次衬砌图－7台阶法开挖挖顺序图上下两步开开挖法上下两步开开挖适用于地层较好（Ⅳ～Ⅲ）的围岩中中将断面分分成上下两两个台阶开开挖，上台阶长度度一般控制制在1～1.5倍洞径（D）以内，必必须在地层层失去自稳稳能力之前前尽快开挖挖下台阶，，支护后形形成封闭结结构，见图－8。若地层较较差，为了了稳定工作作面也可辅辅以小导管管超前支护护等措施，，见图－9。图－8

上下两部开挖正台阶法图－9超前锚杆、施作临时拱、铺底紧跟正台阶法一般采用人工和机械械混合开挖法，即即上半断面面采用人工工开挖、机机械出碴，，下半断面面采用机械械开挖出、、机械出碴碴。有时为为解决上半半断面出碴碴对下半断断面的影响响，可采用用皮带运输输机将上半半断面的碴碴土送到下下半断面的的运输车中中。（二）多多步开挖该法适用于于地层较差，围岩级别别为Ⅴ、Ⅵ级，上台阶阶取一倍洞洞径左右环形开挖留留核心土；用系统小小导管超前前支护预注注浆稳定工工作面；用用网构钢拱拱架做在一一次支护中中；拱脚、、墙脚设置置锁脚锚杆杆；从断面面开挖到一一次支护、、仰拱封闭闭不能超过过10天，以确保保地表沉陷陷控制在50mm以内。典型型开挖方式式见图－10。a第一次支护；b网构钢拱架；c拱脚注浆锁脚锚管；d墙脚注浆锁脚锚管；e一次支护；f塑料薄板隔离层；g泵送粉煤灰防水混凝土模筑(永久衬砌)图－10正台阶多步开挖施工流程图图－10表示在Ⅴ级黄土地层层的双线铁铁路断面施施工。上台台阶长度取取一倍洞径径左右；环环形开挖、、留核心土土；采用系系统小导管管超前支护护、预注浆浆稳定工作作面；将蝴蝴蝶节网构构钢拱架用用在一次支支护中；并并在拱脚、、墙脚设置置注浆锁脚脚锚管；一一次支护至至仰拱封闭闭不能超过过10天，确保了了地表沉陷陷控制在50mm以内。当隧道断面面较高时，，可以分多多层台阶法法开挖，但但台阶长度度不允许超超过1.5D，正台阶施施工台阶开开挖顺序流流程见图-11。图-11

双线隧道开挖顺序图上台阶若过过短小于一一倍洞径，，因洞高破破裂稳定高高度不够，，则工作面面不稳定，，不能采用用微台阶施施工。若在在硬岩爆破破法施工时时，为了方方便风钻打打眼也可设设置超短台台阶。中隔墙台阶阶法开挖当工作面地地层自稳能力较较差，上台阶开开挖后拱脚脚支撑在未未开挖岩体体上的自稳稳时间较短短且开挖断断面跨度较较大时，可可采用中隔墙台阶阶法（通常配合合临时仰拱拱使用）。。通过中隔隔墙的分载载作用，减减轻两侧拱拱脚的压力力，降低地地表沉陷值值，以确保保施工安全全。采用中隔墙墙台阶法开开挖时，上上台阶开挖挖长度一般般控制在1.5倍洞径内，，并辅之以以超前小导导管注浆加加固地层，，留核心土土环形开挖挖等措施。。由于中隔隔墙的限制制，一般上上台阶采用用人工开挖挖，人工出出碴（至下下台阶），，下台阶采采用机械开开挖、机械械出碴，开开挖方式见见图-12。图-12隔墙台阶法开挖台阶法的优优缺点及应应用注意（一）台阶法开挖挖的特点（1）台阶法开开挖具有足足够的作业业空间和较较快的施工工速度。台台阶有利于于开挖面的的稳定性，，尤其是上上部开挖支支护后，下下部作业则则较为安全全；（2）台阶法开开挖的缺点点是上下部部作业有互互相干扰，，应注意下下部作业时时对上部稳稳定性的影影响，台阶阶开挖会增增加对围岩岩的扰动次次数等；（3）台阶法开开挖宜采用用轻型凿岩岩机打眼，，而不宜采采用大型凿凿岩台车。。采用台阶法法开挖应注注意事项（1）台阶数不不宜过多，，台阶长度度要适当，，一般以一一个台阶垂垂直开挖到到底，保持持平台长2.5m～3m为好；易于于掌握炮眼眼深度和减减少翻碴工工作量，装装碴机应紧紧跟开挖面面，减少扒扒碴距离以以提高装碴碴运输效率率。应根据据两个条件件来确定台台阶长度：：一是初期期支护形成成闭合断面面的时间要要求，围岩岩稳定性愈愈差，闭合合时间要求求愈短；二二是上半部部断面施工工时开挖、、支护、出出碴等机械械设备所需需的空间大大小的要求求。（2）个别破碎碎地段可配配合喷锚支支护和挂钢钢丝网施工工。如遇局局部地段石石质变坏，，围岩稳定定性较差时时，应及时时架设临时时支护或考考虑变换施施工方法，，留好拱脚脚平台，以以防止落石石和崩塌。。（3）应应重重视视解解决决上上下下部部半半断断面面作作业业的的相相互互干干扰扰的的问问题题。。要要注注意意作作业业施施工工组组织织，，质质量量监监控控及及安安全全管管理理。。（4）上上部部开开挖挖时时，，因因临临空空面面较较大大，，易易使使爆爆破破面面的的碴碴块块过过大大，，不不利利用用装装碴碴，，应应适适当当密密布布中中小小炮炮眼眼。。但但采采用用先先拱拱后后墙墙法法施施工工时时，，对对于于下下部部开开挖挖时时，，应应注注意意上上部部的的稳稳定定，，必必须须控控制制下下部部开开挖挖厚厚度度和和用用药药量量，，并并采采取取防防护护措措施施，，避避免免损损伤伤拱拱圈圈及及确确保保施施工工安安全全，，若若围围岩岩稳稳定定性性较较好好，，则则可可以以采采取取分分段段顺顺序序开开挖挖；；若若围围岩岩稳稳定定性性较较差差，，则则应应缩缩短短下下部部掘掘进进循循环环进进尺尺若若稳稳定定性性更更差差，，则则可可以以左左右右错错开开，，或或先先拉拉中中槽槽后后挖挖边边傍傍。。（5）采采用用钻钻爆爆法法开开挖挖石石质质隧隧道道时时，，应应采采用用光光面面爆爆破破或或预预裂裂爆爆破破技技术术，，尽尽最最减减少少扰扰动动围围岩岩的的稳稳定定性性。。（6）采采用用台台阶阶法法开开挖挖关关键键问问题题是是台台阶阶的的划划分分形形式式，，台台阶阶划划分分要要求求做做到到爆爆破破后后扒扒碴碴量量较较少少，，钻钻眼眼作作业业与与出出碴碴运运输输干干扰扰少少。。双侧侧壁壁导导坑坑法法（眼眼镜镜工工法法））一、、概概述述双侧侧壁壁导导坑坑超超前前中中间间台台阶阶法法也也称称眼镜镜工工法法。主主要要适适用用于于地地层层较较差差、、断断面面很很大大、、单单侧侧壁壁导导坑坑超超前前台台阶阶法法无无法法满满足足要要求求的的三