高铁隧道施工技术文档格式.docx
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12梁山隧道9898厦深2013.01双线
13鸡面山隧道9745温福2007.05双线
14分水关隧道9735温福2008.01双线
15栋梁坡隧道9294沪昆2013.11双线
16双鹰顶隧道9275厦深2010.04双线
17江门隧道9185广珠2016双线
18黄龙寺隧道8716石武2010.08双线
19梅林隧道8607厦深2013.01三线
20张茅隧道8483郑西2008.12双线
21大瑶山3号隧道8289武广2008.12双线
22凤凰山隧道7979甬台温2007.09双线
23红石岩隧道7857合武2007.07双线
24函谷关隧道7851郑西2008.09双线
25秦东隧道7684郑西2008.04双线
26石板山隧道7505石太2007.04双线
27太坤山隧道7006甬台温2008.04双线
28飞鸾隧道6718温福2007.07双线
29八仙仑隧道6713温福2007.08双线
30乌岩山隧道6208甬台温2008.01双线
31大瑶山2号隧道6027武广2008.06双线
32黄晶岭2号隧道5735福厦2007.12双线
高速铁路隧道的大量兴建，将推动我国铁路隧道建造技术的快速发展，但同时也给隧道设计和施工带来了诸多技术难题。
随着列车运行速度的提高，列车对轨道的冲击振动增大，传给隧道结构的振动波也相应加强，加上我国高速铁路隧道内一般采用板式无碴轨道结构形式，其刚度大，不利于振动波衰减，由轨道传递到隧道结构及基岩的振动冲击强度要比有碴轨道条件下大得多，因此，高速铁路隧道结构必须具有更高的动力稳定性。
隧道底部结构是隧道支护体系的重要组成部分，也是隧道病害发生最为严重的部位。
根据隧道病害现场调查结果，许多既有铁路隧道经过一段时间的运营之后，隧道底部结构出现不同程度的开裂、破损、下陷等病害，造成轨道不平顺，直接危及行车安全。
究其原因，一方面是由于隧道底部作为一种混凝土结构，本身不可避免地存在初始裂隙缺陷，在列车振动荷载反复作用下，这些裂隙不断扩展、贯通；
另一方面，隧道基底软弱围岩在列车动载及地下水的耦合作用下被碾磨成泥浆，基岩破损，隧道底部基础条件逐渐恶化，导致隧道底部结构受力增大，加快了裂隙扩展和新裂隙的形成。
两个方面的相互作用进一步加剧了底部结构的劣化程度，最终导致隧道底部结构破坏。
由于高速铁路隧道振动响应增大，这类病害会越发突出。
为了降低高速铁路隧道底部结构运营风险，我国现有高速铁路隧道设计中对底部结构进行了加强，在Ⅲ级及以上围岩条件下的隧道底部均设置了仰拱，而且采用了较大的仰拱矢跨比和仰拱厚度，这对降低高速铁路隧道底部病害的发生率将会起到一定的效果。
但这种设计是否还可以优化，在围岩条件较好的条件下是否可将仰拱厚度减薄或不设置仰拱；
在特殊的围岩条件下现有设计是否能够满足无碴轨道轨面的沉降要求，是否能保证隧道在使用年限内的安全运营，这些问题都亟待解决。
高速铁路对轨道结构的平顺度要求更高，对轨道基础的沉降要求非常严格，因此，隧道基底围岩长期沉降变形收敛可控是保证轨道良好运营状态的首要条件。
然而，已有工程实践表明，当隧道穿越软土、软岩等特殊地质地段，在长期列车荷载作用下软土和软弱基岩的累积变形及沉降问题一直未能得到有效解决，如我国上海地铁和法国高速铁路路基都出现了施工后沉降过大的问题。
这些问题的出现，对隧道的施工技术提出了很高的要求。
第二章高速铁路隧道工程设计要求
2.1隧道横断面有效净空尺寸的选择
隧道横断面净空尺寸的选择，需要考虑的因素：
隧道建筑限界、线路数量、线间距、应预留的空间、考虑空气动力学影响所需的空间、设备安装空间等。
2.1.1隧道建筑限界
普通铁道隧道、高铁、客运专线限界分为机车车辆限界、铁路建筑接近限界、标准轨距铁路隧道建筑限界。
同时,施工工艺及材料的要求都是随着行车速度的增加不断提高的。
随着列车时速的增加,隧道的内轮廓都有相应地增大。
高铁（客运专线）建筑限界是不变的，而普速则根据列车类型及运行速度的不同，建筑限界不同。
普通地铁建筑限界形式有矩形隧道建筑限界、马蹄形隧道建筑限界、圆形隧道建筑限界、高架线及地面线建筑限界、车辆段车场线建筑限界。
地铁的车辆限界与设备限界可由其车型得而统一，而其建筑限界还应根据隧道的具体形式根据公式计算得出。
普通铁路隧道、高铁、客运专线限界形式都较为单一。
高速铁路的曲线半径均较大，因此位于曲线上的隧道，原则上不考虑曲线加宽。
我国高速铁路隧道建筑限界基本尺寸及轮廓图
2.1.2线路数量和线间距
在通常情况下，高速铁路隧道考虑到空气动力学的特性，都采用单洞双线断面，较少采用双洞单线的断面。
长大隧道，考虑维修养护条件及防灾的需求等，有时也采用双洞单线方案。
单洞双线方案土建工程成本更高。
一般情况下线间距都应大于4m，我国高速铁路的线间距，目前暂定为5m。
2.1.3预留空间
安全空间：
至少高为2.2m，宽为0.80m；
避难和救援空间：
在线路两侧设置一个贯通的避难和救援通道直通到隧道外；
建筑维修空间;
架设接触网设备空间：
指在电气化铁道上需预留架设接触网等设备的空间。
2.1.4空气动力学所需空间
高速铁路隧道的设计特点主要体现在隧道横断面的设计上。
其横断面面积除了通常要考虑的隧道建筑限界和列车运营要求外，还必须考虑满足列车—隧道空气动力学的要求。
根据我国高速铁路隧道的规定，要满足最大瞬变压力控制标准值3.0kPa/3s的要求,即列车横断面积与隧道横断面积的比值,这里的隧道横断面积，通常是指轨道面以上的断面积。
我国高铁隧道阻塞比暂为0.10～0.12。
国家
法国
德国
意大利
日本
西班牙
列车最高速度
（km/h）
270
250
300
220
240
列车横断面积
（㎡）
10
11-3
9.7
12.6
隧道横断面积
71
82
53.8
76
60.5
63.8
75
阻塞比
0.13~0.15
0.13
0.18
0.21~0.22
0.20~0.21
线间距（m）
4.2
4.7
4.0
11.0
4.3
4.5~4.7
表2-1一些国家高速铁路隧道的基本参数
2.2高速铁路隧道与普通铁路隧道的不同点
2.2.1空气动力学问题
当高速列车在隧道中运行时要遇到空气动力学问题，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。
2.2.2需采用复合衬砌或整体式衬砌
高速铁路隧道的横断面较大，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，故一般不采用喷锚衬砌。
序号
类别标准
单线
双线
1
200km/h客货共线
50m2
80m2
2
200km/h客运专线
53m2
87m2
3
250km/h客货共线
58m2
92m2
4
250km/h客运专线
5
350km/h客运专线
70m2
100m2
2.2.3需采用较厚的铺底混凝土
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，且高速铁路隧道断面跨度较大，因此要求高速铁路隧道铺底厚度不小于30cm。
高速铁路隧道衬砌必须采用高性能混凝土。
2.3高速铁路隧道主要技术标准
2.3.1隧道内轮廓
隧道断面内轮廓主要依据：
满足空气动力学效应满足铁路建筑限界要求养护、维修和救援空间要求《200公里暂规》规定：
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。
《高速暂规》规定：
单洞双线隧道断面有效面积不宜小于100m2；
单线隧道断面有效面积不宜小于70m2。
2.3.2安全空间
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。
2.3.3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；
衬砌形式均应采用曲墙式，III～VI级围岩衬砌应采用曲墙带仰拱，I、II级围岩地段可采用曲墙不带仰拱。
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
2.3.4救援通道
500m以上的隧道应设贯通隧道的救援通道，双线隧道设置在两侧，单线隧道单侧设置。
表2-2救援通道参数
宽（m）
高（m）
距中线（m）
200公里暂规
1.25
2.2
≥2.2
高速暂规
1.5
1.《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。
2.《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。
救援通道行走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。
3.救援通道的规定参考了德国规范，预留空间不控制隧道横断面大小，但与建筑限界一起可以作为控制隧道横断面宽度的依据。
4.救援通道可部分侵入建筑限界，因为救援通道是在列车停运条件下才使用。
5.根据德国规范，两端洞口救援通道的长度，在配备救援列车时为1000m，无救援列车时为500m，因为无车辆和带有呼吸面罩的工作人员不能及时走完较远的距离。
实际设计时，紧急出口可与施工辅助坑道一并考虑。
根据德国规范，救援通道的最小宽度应不小于1.25m。
2.3.5缓冲结构
缓冲结构的作用：
减缓列车进入隧道产生的空气动力学效应。
缓冲结构设置情况：
设置缓冲结构考虑因素：
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、洞口附近地形和洞口附近居民情况。
结构形式应实用美观结构侧面或顶面应开减压孔，开孔面积为隧道断面有效面积的0.2～0.3倍缓冲结构宜采用钢筋混凝土。
2.3.6辅助洞室
辅助洞室为存放维修工具和其他部门需要的专用洞室。
设置情况：
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《铁路隧道设计规范》大避车洞尺寸设计。
2.3.7隧道防排水
在复合式衬砌隧道中，初期支护与二次衬砌之间应铺设防水板，隧道两侧设有双侧排水沟。
隧道处于富水地层应采用深排水沟，其设置情况如下：
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。
隧道衬砌背后应设置与深排水沟配套的纵、环向排水盲沟。
通过合理设置隧道应急设备，达到隧道灾害事故早发现、快速救援的效果。
应急设备设置情况：
紧急呼叫电话
交错设置，间距500m
紧急出口通道
两侧设置并设标示牌
应急照明
紧急出口、紧急电话和通道均设置
第三章隧道施工技术
3.1隧道施工技术简介
影响施工方法的主要因素：
（1）工程的重要性。
一般由工程的规模、使用上的特殊要求，以及工期的缓急体现出来。
（2）工程地质与水文地质条件，其中包括围岩级别、地下水及不良地质现象等围岩级别是对围岩工程性质的综合判定，对施工方法的选择起着重要的甚至决定性的作用。
（3）施工技术水平、机械设备情况。
（4）施工中动力和原材料供应情况。
（5）工程投资与运营后的社会效益和经济效益。
（6）对环境的保护要求。
（7）隧道的横断面积（和围岩一样重要，是主控因素）、隧道的埋深（隧道的埋深与围岩的初始应力场及多种因素有关，在同样的地质条件下，由于埋深不同，施工方法也有很大差异。
）
（8）施工单位的习惯做法
表3-1隧道施工工法的对比
序号
施工
方法
环境场地要求
优点
缺点
发展方向
明挖法
市郊施工场地开阔，软岩和土体，如北京和天津地铁
进度快，工作面大，便于机械和大量劳动力投入
破坏环境生态，影响交通，带来尘土和噪声污染
1）有效井点降水系统；
2）可靠的支撑系统；
3）大型土方机械，混凝土搅拌及运输机械
传统矿山法
岩石和坚硬土体，如青岛和重庆地铁
地面干扰小，造价低
进度慢，劳动强度高，风险大
1）多臂钻孔台车，自动装药引爆装置；
2）光面爆破，喷锚支护，监控数据反馈指导设计和施工方法
暗挖法
埋深较浅对土体进行冻结、注浆、深层搅拌桩加固地基，棚管法加固，浅埋车站，如北京、哈尔滨等城市地铁
地面干扰小，造价低，便于土法上马
机械化程度低，劳动强度高，环境恶劣，风险大
1）发展可靠的浅地层地基处理技术；
2）小型灵活的地下开挖机械；
3）可靠的临时支护措施和机具
盾构法和顶管法
城市软地层、深埋隧道，如上海、广州、北京等城市地铁
地面影响小，机械化程度高，安全，工人劳动强度低，进度快
机械设备复杂，价格昂贵，施工工艺繁，专业施工队伍
1）开发适用不同地质条件，自动更换刀盘的气压、土压泥水平衡盾构和顶管，超前探测排障技术；
2）钢纤维挤压混凝土衬砌;
3）三维仿真计算机管理系统，管理信息化，自动化；
4）自动导向，中途对接异型盾构
沉管法（连续沉井）
跨越江河湖海，软地基，如广州、宁波、上海过江隧道
造价省，速度快，隧道断面大
封锁江河水面，专门的驳运、下沉、对接的机具，水下作业，风险大
1）大型涵管制作及驳运技术；
2）地下定位对接、防水技术
6
凿岩机法（TBM）
坚硬岩石地质，如广州地铁
速度快，机械化程度高，安全，地面无干扰
造价高，使用掌握复杂，刀具易磨损
1）开发国产高性能凿岩机；
2）改进高强合金刀具；
3）完善后配套系统；
4）超前不良地质探测系统
方法的选择，是一项“模糊”的决策过程，它依赖于有关人员的学识、经验、毅力和创新精神。
对于重要工程则需汇集专家们的意见，广泛论证。
必要时应当开挖试验洞对理论方案进行实践验证。
从目前我国高速铁路趋势来看，在今后很长一段时间内，仍以采用新奥法为主，这也符合世界潮流。
3.2隧道开挖方法
3.2.1全断面一次开挖法
全断面一次开挖法适应条件：
Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ级围岩，大型施工机具（钻孔台车、模板台车等），中长隧道（经济性考虑）。
全断面开挖的优点:
工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理；
工作空间大，便于大型机械化施工；
施工进度高，目前，我国铁路隧道一般都能保持月进成洞平均150m左右，高者已接近300m／月,施工环境较好。
开挖施工程序：
①用钻孔台车，钻眼，然后装药、联接导火线；
②退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；
③排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土；
④用装碴机将石碴装入出碴车，运出洞外；
⑤安设边墙锚杆和喷混凝土；
⑥必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；
⑦开始下一轮循环；
⑧在初期支护变形稳定后，或按施工组织中规定日期灌注内层衬砌。
3.2.2台阶法
台阶法中包括长台阶法、短台阶法和超短台阶法等三种，其划分一般是根据台阶长度来决定的。
适用条件:
跨度较大，围岩较破碎的情况。
台阶法适用于Ⅲ、Ⅳ级围岩地层和洞口段、偏压段、浅埋段的Ⅰ～Ⅳ级硬岩地层和Ⅱ、Ⅲ级软岩地层，但应视具体情况采取超前大管棚、超前锚杆、超前小管棚、超前预注浆等辅助施工措施进行超前加固，并根据工程实际、地层条件和机械条件，选择合适的台阶方式。
选择台阶长度的条件：
（1）初期支护闭合环的时间要求。
围岩越差，闭合时间要求越短，台阶必须缩短。
（2）施工机械的效率。
效率高，则可以缩短支护闭合时间，台阶可适当加长。
原则：
希望初期支护尽快闭合。
围岩不好时，应以条件⑴为主；
围岩较好时，应以条件⑵为主。
1）长台阶法：
将断面分成上半断面和下半断面两部分进行开挖，上、下断面相距较远，一段上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨。
适用条件：
适用范围较全断面法广泛，凡是在全断面法中开挖面不能自稳，但围岩坚硬不用底拱封闭断面的情况，都可采用长台阶法。
2）短台阶法
台阶缩短：
（1～1.5）B≤L＜5B,特点：
①支护闭合时间加快，围岩稳定性增加；
②台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。
适用于：
Ⅴ、Ⅳ级围岩
3）超短台阶法
上台阶长度仅为3～5m。
特点：
更有利于控制围岩变形，但上下台阶相隔太近，施工干扰大。
软弱破碎围岩（Ⅴ、Ⅵ级围岩）
4）施工工序
短台阶施工注意：
①下半断面开挖应在上半断面初期支护基本稳定后才能进行；
②开挖后要及时喷砼，暴露时间愈长愈不安全；
③量测要及时，当位移速度加快时，应立即采取措施。
将3种台阶法放在一起比较：
区别主要在台阶长度。
表3-2三种分部开挖法
分部开挖方法
特点
适用于
环形开挖留核心土法
①留核心土支顶工作面，稳定性优于超短台阶法：
②进度慢。
土质或易坍塌的软弱围岩；
小型施工机具。
单侧避导坑法
①洞室开挖跨度减小，有利于围岩稳定；
②导坑要闭合，增加了材料用量；
③进度慢。
断面跨度大，对地表沉陷有控制要求的软弱。
双侧壁导坑法
①双导坑，使洞室最大开挖跨度更小，稳定性增加；
②耗材增加；
③进度慢。
对地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。
3.3 新奥法
新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，简记为NATM（NewAustrainTunnellingMethod）。
新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹教授于50年代提出的，它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起，作为主要支护手段的一种施工方法，经过一些国家的许多实践和理论研究，于60年代取得专利权并正式命名。
3.3.1新奥法特点
1.及时性
新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，可以最大限度地紧跟开挖作业面施工，因此可以利用开挖施工面的时空效应，以限制支护前的变形发展，阻止围岩进入松动的状态，在必要的情况下可以进行超前支护，加之喷射混凝土的早强和全面粘结性因而保证了支护的及时性和有效性。
在巷道爆破后立即施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展，并控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载，增强了岩层的稳定性。
2.封闭性
由于喷锚支护能及时施工，而且是全面密粘的支护，因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度。
当喷射混凝土支护以较高的速度射向岩面，很好的充填围岩的裂隙，节理和凹穴，大大提高了围岩的强度；
同时喷锚支护起到了封闭围岩的作用，隔绝了水和空气同岩层的接触，使裂隙充填物不致软化、解体而使裂隙张开，导致围岩失去稳定。
3.粘结性
连锁作用：
即将被裂隙分割的岩块粘结在一起,若围岩的某块危岩活石发生滑移坠落，则引起临近岩块的连锁反应，相继丧失稳定，从而造成较大范围的冒顶或片帮。
开巷后如能及时进行喷锚支护，喷锚支护的粘结力和抗剪强度是可以抵抗围岩的局部破坏，防止个别围岩滑移和坠落，从而保持围岩的稳定性。
复合作用：
即围岩与支护构成一个复合体（受力体系）共同支护围岩。
喷锚支护可以提高围岩的稳定性和自身的支撑能力，同时与围岩形成了一个共同工作的力学系统，具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用，从根本上改变了支架消极承担的弱点。
增加作用：
开巷后及时进行喷锚支护，一方面将围岩表面的凹凸不平处填平，消除因岩面不平引起的应力集中现象，避免过大的应力集中所造成的围岩破坏；
另一方面，使巷道周边围岩由双方向受力状态，提高了围岩的粘结力和内摩擦角，也就是提高了围岩的强度。
4.柔性
喷锚支护属于柔性薄性支护，能够和围岩紧粘在一起共同作用，由于喷锚支护具有一定柔性，可以和围岩共同产生变形，在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，并能有效控制允许围岩塑性区有适度的发展，使围岩的自承能力得以充分发挥。
另一方面，喷锚支
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