我国长大铁路隧道建设技术的发展与展望

断面 单线 平导 正洞 平导 正洞
平导 双线正洞 单线 单线 单线
施工进度指标(m/月） 最高502.2 月均326，最高418 平均150，最高210 月均222，最高272 月均180 月均292，最高456 平均283.9 月均215.2 月均345，最高509 月均318，最高551.8 月均378，最高573.9
的认识
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
近几年隧道施工发生地质灾害情况
采用新型无碴轨道的工点
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）
化指标的研究与运用
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，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
• LVT型（弹性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
• 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。
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 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 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 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 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。
450000 400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000
0
386307
155892
17789
75582
66046
隧道长度
1900~1960年 1961~1970年 1971~1980年 1981~1990年 1991～2001年
不同年代修建3km以上隧道数量
线别 隧道名称
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 圆梁山隧 在施工过程中，多次发生突水涌泥，其中最严
线道
重一次是2002年9月10日在正洞超前下导坑施
几种无碴轨道的性能比较表
轨道型式 1.PACT型 2.支承块式 3.Rheda型 4.ATD型 5.板式轨道
造价 施工性 维修费 耐久性 环境
O
O
×
×
O
OO
O
O
O
O
OO
×
O
O×
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。
• 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
施工方法 钻爆法 TBM法
隧道名称 米花岭隧道 圆梁山隧道 武隆隧道 郁山隧道
秦岭隧道平导 东秦岭隧道
秦岭隧道 桃花铺一号隧道 磨沟岭隧道
长度 9392m 11068m 9418m 7205m
18456m 12268m
18456m 7242m 6113m
当前我国长大铁路隧道修建技术的发 展背景与展望
铁道部工程设计鉴定中心 2003年10月
主要内容
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 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
一、当前我国长大铁路隧道修建技术的 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 • 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
☻ 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。
未来几年隧道修建的数量
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
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。
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 1985年 平导
2 长梁山隧道 12780m 双线+斜井 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
座数
90
85
80
70
60
50
40
37
30
20
18 13
10
5
0 隧道座数
1900~1960年 1961~1970年 1971~1980年 1981~1990年 1991~2001年
赣龙线
长隧道及特长隧道所占比例示意图
大于等于 3km隧道
宜万线
87, 41%
126, 59%
小于3km 隧道
隧道213km,隧线比56%
• 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
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。
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 襄渝增二线
134km
不同年代修建3km以上隧道长度
长度（m）
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
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
水平钻探法
地质素描 超前导坑 正洞施工作业面
地震波反射法 声波法
短钻孔 （包括爆破孔）
长钻孔 （30～100m）
地下地质构造与地表相关性分析
红外线法
孔内成像
地质作图 地下水观测
地质雷达法
钻孔测试法 (声波、电阻率等)
隧道地质超前预报技术交流会专家意见
• 综合地质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。
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。
4 隧道
（待定）
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
• 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
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
序号 隧道名称 隧道长度 断 面 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
大瑶山1号 10140m 双洞单线 2005年
（11068m) 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 武隆隧道 横洞工区于2002年、2003年发生四次较大规模 线 (9418m) 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，损失近千万元。
质量病害情况
• 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％。
• 大瑶山隧道基底破损，道床下沉、失稳、翻浆冒泥。 • 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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ岭隧道出口隧道底部积水、道床翻浆冒泥。 • 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K149＋635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。
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
– 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
– 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
• 防排水设计原则的变化
– 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 • 洞门设计理念的更新 • 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
温福线
大于等于 3km隧道
47, 38%
76, 62%
隧道123km
小于3km 隧道
小于3km 隧道
赣龙线
26km, 38%
42km, 62%
大于等于 3km隧道
隧道68km,隧线比23.4％
大于等于 3km隧道
109km, 45%
渝怀线
小于3km 隧道
132km, 55%
隧道241km,隧线比38.6%