1、当前我国长大铁路隧道修建技术的发当前我国长大铁路隧道修建技术的发展背景与展望展背景与展望铁道部工程设计鉴定中铁道部工程设计鉴定中心心20032003年年1010月月 主要内容主要内容一、当前我国长大铁路隧道修建技术的发展背景一、当前我国长大铁路隧道修建技术的发展背景二、目前存在的主要问题二、目前存在的主要问题三、我国长大铁路隧道修建技术的展望三、我国长大铁路隧道修建技术的展望四、需要开展技术攻关的研究课题四、需要开展技术攻关的研究课题一、当前我国长大铁路隧道修建技术的一、当前我国长大铁路隧道修建技术的发展背景发展背景 隧道修建的长度越来越长 设计行车速度标准越来越高 隧道施工进度要求越来越快
2、工程地质条件越来越复杂 设计理念开始发生了较大变化 动态设计与信息化管理施工为多数人接受并开始了探索 施工地质超前预报技术越来越受到重视 隧道数量和长度 我国隧道数量和总长居世界第一我国隧道数量和总长居世界第一 截止2000年底，我国有8600座铁路、公路隧道，总长度约4370km，居世界第一。其中我国铁路隧道6876座，总长度3670km，为世界第一。据不完全统计，未来几年我国铁路隧道的修建数量将超过1100km。宜万铁路 213km 甬温温福线 220km 西安重庆增二线 263km 黔桂扩能 96km 武广客运专线 110km 西安郑州客运专线 50km 洛湛通道南段 60km 襄渝增二
3、线 134km未来几年隧道修建的数量未来几年隧道修建的数量不同年代修建3km以上隧道长度不同年代修建3km以上隧道数量长隧道及特长隧道所占比例示意图长隧道及特长隧道所占比例示意图大于等于3km隧道小于3km隧道大于等于3km隧道小于3km隧道小于3km隧道小于3km隧道大于等于3km隧道大于等于3km隧道隧道213km,隧线比56%隧道68km,隧线比23.4赣龙线赣龙线隧道241km,隧线比38.6%隧道123km我国已建和在建的特长铁路隧道表我国已建和在建的特长铁路隧道表序号隧道名称隧道长度 断 面建设年限1大瑶山隧道14287m双线+部分平导1985年2长梁山隧道12780m双线+斜井
4、1999年3圆梁山隧道11068m单线+平导 2003年4东秦岭隧道12268m双线+平导 2002年5秦岭隧道18456m双洞单线1999年6乌鞘岭隧道20050m双洞单线2005年我国即将建设的特长铁路隧道表我国即将建设的特长铁路隧道表序号序号隧道名称隧道名称隧道长度隧道长度 断断 面面计划年限计划年限1野山关隧道13845m单线+平导 2004年2堡镇隧道11588m单线+平导 2004年3齐岳山隧道10469m单线+平导 2004年4大瑶山1号隧道10140m双洞单线（待定）2005年5火焰山隧道大于10km 待定正在修建和即将修建的几条铁路线的速度目标值正在修建和即将修建的几条铁路线
5、的速度目标值 兰武二线 160km/h 遂渝、胶济、郑徐线 200km/h 武九、浙赣线 200km/h 甬温温福线 200km/h 京沪高速 350km/h 宜万线(宜昌利川段)160km/h 武广、郑西客运专线（待定）350km/h 石太客运专线 （待定）250km/h近几年完成的几座隧道施工进度表近几年完成的几座隧道施工进度表施工方法隧道名称长度断面施工进度指标(m/月）钻爆法米花岭隧道9392m 单线最高502.2圆梁山隧道11068m平导月均326，最高418武隆隧道9418m 正洞平均150，最高210郁山隧道7205m平导月均222，最高272正洞月均180秦岭隧道平导18456
6、m月均292，最高456东秦岭隧道12268m平导平均283.9双线正洞月均215.2TBM法秦岭隧道18456m单线月均345，最高509桃花铺一号隧道7242m单线月均318，最高551.8磨沟岭隧道6113m单线月均378，最高573.9设计理念的变化设计理念的变化 加深了对新奥法原理设计与施工要点的认识加深了对新奥法原理设计与施工要点的认识 超前支护、初期支护对加固围岩或提高围岩自稳能力超前支护、初期支护对加固围岩或提高围岩自稳能力的认识的认识 支护和衬砌的及时封闭对围岩稳定的作用支护和衬砌的及时封闭对围岩稳定的作用 对隧道底部结构的重视对隧道底部结构的重视 防排水设计原则的变化防排水
7、设计原则的变化 注重水环境控制因素对设计原则的影响注重水环境控制因素对设计原则的影响 新型道床结构的试验与应用新型道床结构的试验与应用 洞门设计理念的更新洞门设计理念的更新 湿喷技术得到了广泛应用湿喷技术得到了广泛应用 结合辅助坑道的设置加深了对施工阶段地质工作结合辅助坑道的设置加深了对施工阶段地质工作的认识的认识二、存在的问题二、存在的问题 地质灾害的预防 质量通病仍时有发生 隧道运营防灾与救援问题仍未妥善解决 高水压岩溶隧道的防排水及衬砌结构设计原则 长大隧道工程有关可靠性、耐久性和舒适度的问题 动态设计和信息化施工的实施与管理 高速铁路隧道工程的空气动力学效应影响及缓解措施近几年隧道施工
8、发生地质灾害情况线别线别隧道名称隧道名称地质灾害情况地质灾害情况水柏线新寨二号隧道（659m)1999年6月19日，在石灰岩与玄武岩接触带处发生特大涌泥，软塑流塑状的粘土夹块石、孤石突出物，掩埋隧道洞身77m，并造成3死2伤的重大伤亡事故。渝怀线圆梁山隧道（11068m)在施工过程中，多次发生突水涌泥，其中最严重一次是2002年9月10日在正洞超前下导坑施工至DK354+879处发生的突泥事故，一次突泥量达4200m3，封堵导坑329m，死亡9人。渝怀线武隆隧道(9418m)横洞工区于2002年、2003年发生四次较大规模涌水，最大涌水量达800多万方/天，造成多次停工，机械设备淹没、冲走，损
9、失近千万元。质量病害情况 失格隧道统计失格隧道统计截止2001年底，全路共有正式运营隧道5711座，其中因病害失格的隧道有3389座，占运营隧道总座数的64.2。大瑶山隧道大瑶山隧道基底破损，道床下沉、失稳、翻浆冒泥。南岭隧道南岭隧道因严重漏水、射水造成轨枕板严重空吊、翻浆、道床涌水，中断行车。米花岭隧道米花岭隧道出口隧道底部积水、道床翻浆冒泥。万山寺隧道万山寺隧道2001年11月4日，通车运营仅3年的达成线万山寺隧道K149635处，长30m的拱顶坍塌，坍体约1000m3，影响运营两个多月。新兴安岭隧道新兴安岭隧道衬砌衬砌厚度严重不足，掉块，严重影响行车安全。部分衬砌拆除重建。三、我国长大铁
10、路隧道修建技术的展望三、我国长大铁路隧道修建技术的展望 综合施工地质超前预报技术的广泛应用 更加重视隧道修建对环境的影响 可维护防排水体系的研究应用 高速铁路隧道修建技术的发展 围岩预加固技术的运用与发展 软弱破碎围岩隧道快速施工技术的研究 施工装备的现代化 运营安全会更加重视 长大隧道工程工程耐久性、可靠性和舒适度的量化指标的研究与运用新型无碴轨道新型无碴轨道 传统有碴轨道的特点是铺设、改建方便，造价低，可通过维修来保持轨道的状态。随着铁路运输向重载、高速的发展，道床累积变形的速率随之增长，对轨道平顺性要求逐趋提高，传统轨道需要强化，维修趋于频繁，且作业量大、维修费用增加。自上世纪六十年代，
11、世界各国相继开展了以整体式道床代替碎石道碴的无碴轨道的研究。至今，已在很多高速线上全面推广。如日本的板式轨道在新干线上大量铺设，铺设总长度达2700km。国外几种主要的无碴轨道结构国外几种主要的无碴轨道结构 PACT型（Paved Concrete Track)PACT型无碴轨道是一种就地灌注的钢筋混凝土道床结构，钢轨直接与道床相连接，轨底与混凝土道床之间设连续带状橡胶垫板，钢轨为连续支承。英国自1969年开始研究和试铺，到1973年正式推广，并在西班牙、南非、加拿大和荷兰等国重载和高速线的桥、隧上应用。铺设总长度约80km。国外几种主要的无碴轨道结构国外几种主要的无碴轨道结构 LVT型（弹性
12、套靴支承块式低振动整体道床）弹性支承块式整体道床是采用两块独立的混凝土支承块，块下加设弹性垫层，支承块下部周边加设橡胶靴套，当支承块调整完毕后，就地灌注道床混凝土将支承块连同橡胶靴套包裹起来形成整体道床。这种道床结构的特点是支承块下设枕下弹性垫层，在车载荷载作用下产生垂直弹性位移，以取代传统轨道中碎石道床的作用，从而使轨道纵向支点弹性趋于均匀一致，橡胶靴套则提供轨道纵向和横向的必要弹性。国外几种主要的无碴轨道结构国外几种主要的无碴轨道结构 雷达型（长枕埋入式无碴轨道）Rheda型整体道床是采用整体式混凝土轨枕作为钢轨支承体，在轨枕与仰拱之间设有隔离层，轨枕之间用填充混凝土灌注使其成为整体。为加
13、强轨枕与填充混凝土的连接，在轨枕的侧面预留可穿入纵向钢筋的孔穴，穿入纵向钢筋，位置调整好后，灌注填充混凝土。这种轨道结构20年前在Rheda站高运量运营线上铺设至今运营情况良好，因此，德国联邦铁路批准推广。国外几种主要的无碴轨道结构国外几种主要的无碴轨道结构ATD型 ATD型轨道是德国铁路土质中基本上采用的结构型式之一。是采用双块式轨枕直接置于沥青混凝土底座上，在轨枕与底座间设一层无纺布来填平表面的凹凸，不需要填充层，并在底座上设凸台和底座间的缝隙用树脂填充等以承受纵横向水平力的作用。国外几种主要的无碴轨道结构国外几种主要的无碴轨道结构 板式轨道 板式轨道是由预制的轨道板、混凝土底座，以及介于
14、两者之间的CA砂浆填充层组成，在两块轨道板之间设凸型挡台以承受纵、横向水平力。板式轨道是日本于1965年开始开发用于桥梁和隧道的，到目前为止，以新干线为主的板式轨道铺设长度达到2700km，日本成为铺设无碴轨道最多的国家。几种无碴轨道的性能比较表轨道型式造价施工性 维修费 耐久性 环境1.PACT型OO 2.支承块式OOO3.Rheda型OO4.ATD型OOOO5.板式轨道OO注：标记O好，一般，差 由上表可以看到，各种轨道结构的维修费和耐久性均很好，施工性差别不大，造价一般较高，特别是支承块式和板式轨道更偏高一些，对环境的影响必须采用减震型结构才能满足要求。采用新型无碴轨道的工点采用新型无碴
15、轨道的工点无碴轨道类型 工程实例套靴式弹性支承块 西康线秦岭隧道（18456m）、大瓢沟隧道（工艺性试验段200m）、西安南京线东秦岭隧道（12268m）、磨沟岭隧道（6113m）、桃花铺一号隧道（7242m）、兰武二线乌鞘岭隧道（20050m）长枕埋入式渝怀线鱼嘴二号隧道（710m）、圆梁山隧道（11068m）板式无碴轨道赣龙线枫树排隧道（709m)长枕埋入式弹性支承块套靴式新型无碴轨道的发展前景 无碴轨道以其稳定性能好、少维修、污染小等无碴轨道以其稳定性能好、少维修、污染小等特点，已被越来越多的国家所接受。特点，已被越来越多的国家所接受。我国自六十年代已开始了整体道床的研究，但由我国自六十
16、年代已开始了整体道床的研究，但由于结构设计不甚合理，施工质量难以保证，产生病于结构设计不甚合理，施工质量难以保证，产生病害后维修困难，曾有不少隧道拆除整体道床改铺碎害后维修困难，曾有不少隧道拆除整体道床改铺碎石道床。近几年随着研究的不断深入，使无碴轨道石道床。近几年随着研究的不断深入，使无碴轨道的性能、设计、施工等日臻完善，对周围环境的适的性能、设计、施工等日臻完善，对周围环境的适应性逐步提高，轨道造价更趋合理，今后在长隧道应性逐步提高，轨道造价更趋合理，今后在长隧道和特长隧道中将具有较好推广应用前景。和特长隧道中将具有较好推广应用前景。隧道地质超前预报常用的方法地质超前预报法地质分析法物探法
17、水平钻探法地质素描地下水观测地质作图地下地质构造与地表相关性分析地震波反射法钻孔测试法(声波、电阻率等)地质雷达法红外线法声波法短钻孔（包括爆破孔）长钻孔（30100m）超前导坑正洞施工作业面孔内成像隧道地质超前预报技术交流会专家意见隧道地质超前预报技术交流会专家意见 在长大复杂地质条件的隧道施工地质预报工作中，应坚持隧道洞内探测与洞外地质勘探的结合、地质方法与物探方法的结合、多种物探方法的结合、地球物理方法与超前水平钻探的结合，开展多层次、多手段的综合超前地质预报，并贯穿整个施工过程，根据隧道具体情况选定实施组合。隧道地质超前预报技术交流会专家意见隧道地质超前预报技术交流会专家意见 综合地质
18、超前预报的模式可以根据隧道的规模、隧道所经地区的工程地质和水文地质条件和不良地质控制因素等合理选用地面预报和洞内预报相结合的模式。对长隧道以洞内预报为重点，短隧道以地面预报为主。掌子面超前预报可采用地震波反射法（含TSP、VSP高频地震法）、声波法（HSP、CT）、地质雷达、红外探水、水平钻孔及成像、洞探（含平行导坑、正洞先行导坑）等方法，根据具体情况选择使用。隧道地质超前预报技术交流会专家意见隧道地质超前预报技术交流会专家意见 当前一般隧道工程对施工地质超前预报的重要性认识不足、投入不够、预报准确率不高是影响推行超前预报的重大障碍。因此，学术委员会建议：1 在施工全过程中，必须把超前地质预报
19、作为工序专项实施，经费专项列支。2 在组织上必须建立由各专业人员组成的地质预报队伍。3 在管理上实施动态管理。4 尽早制定隧道施工地质预报工作细则。隧道工程可维护防排水系统 问题的提出问题的提出 在近几十年的工程实践中，人们发现，很多交通隧道在交付运营通车后，短则23年，长则十几年的时间内，隧道中就会出现拱墙渗漏水、衬砌开裂、底部翻浆冒泥等工程病害，严重影响了正常的交通运营。分析原因，大多是由于隧道防排水系统的设置不尽合理，或时间长了，排水管道发生堵塞，失去应有的功能，造成部分隧道结构和洞内设施发生破坏，产生病害。所以，如何设计一套合理的防排水系统，达到防水可靠、排水通畅、方便施工、易于维护的
20、要求，提高防排水系统的耐久性和实用性，满足构筑物正常的使用功能，是众多工程技术人员和广大科研人员共同关心的问题。现有防排水系统存在的问题 排水系统、排水沟的型式不甚合理。防排水系统不利于维修养护，排水管道易堵塞。防排水材料易老化，等级偏低，耐久性差。防排水系统不利于施工，现有的施工工艺很难保证防水设施的工程质量。可维护防排水系统的基本原理 隧道工程可维护防排水系统的基本原理是采用耐久性好、可靠性高的防排水材料，提高防排水系统的使用功能，关键部位发生损坏或防排水功能不能满足使用要求时，可以进行维护、检修或更换，恢复其应有的使用功能，满足隧道设计使用年限内的防排水作用。主要包括隧道的新型防水层系统
21、、施工缝或变形缝防水系统、衬砌背后和隧道底部的可维护排水系统和洞内水沟的维护等。可维护防排水系统的主要思路 新型防水层系统 施工缝或变形缝防水系统 衬砌背后的可维护排水系统 洞内水沟的维护设备高压清洗技术自动清理排水构瑞士勒奇山隧道隧道防水结构1围岩2锚杆钢筋网3初喷混凝土4复喷混凝土5防水层6施工缝防水7模筑混凝土一种新型防水板施工缝防水可维护注浆管四、长大隧道设计中需要开展技术攻关四、长大隧道设计中需要开展技术攻关的研究课题的研究课题 适应不同水压作用隧道合理结构型式研究 运营防灾系统 隧道信息专家系统的开发 软岩铁路隧道合理结构型式和施工方案的研究 山区富水隧道的水环境评价与隧道防、排水设计原则的研究 高速铁路隧道洞口缓冲结构设置的必要性和结构型式的研究 软岩大断面隧道支护型式（参数）和快速施工技术研究 研究探索隧道设计施工一体化和风险承包的有关系统理论谢谢大家！
