国外高速铁路隧道施工技术

意大利佛罗伦萨—博洛尼亚高速铁路隧道


--超前支护措施 针对不同的地质情况，采取超前锚杆、全断面帷 幕注浆等支护措施。玻璃纤维锚杆，在国内运用较少， 其超前支护长度达24m，目前国内使用大管棚超前支 护措施，施工进度较慢。 --密集隧道群总体施工组织 根据该段隧道工程的特点、造价及工期（5年） 要求，采用钻爆法、装有剥离破碎装置或液压锤的机 械开挖进行施工，共修建总长19km辅助坑道和100km 施工便道，开辟40个工作面进行施工，隧道平均掘进 速度36m/d。
服务隧道向铁路隧道拱部作侧向探测
这种侧向探测的频率取决于对潜在问题重视的程度。特 别要注意在直接邻近服务隧道已经发现涌水量增大和岩 土条件恶化的那些地段，探测间距应密集些。通常作取 芯钻探井作压水透水性试验，以验证岩石质量与涌水量。 在海底波线洞室施工开始之前，对其拱顶部位也进行了 类似的侧向探测。
隧道设计为两层衬砌，内层衬砌内径9.7m，用防 水混凝土做成不透水的结构，接头处设置止水橡胶带 （我国用遇水膨胀止水条）。
德国科隆—莱茵/美因高速客运线隧道工程

--尼登豪森隧道 开挖断面160 m2 ，拱部（80 m2 ）、台阶和底 部开挖，采用弱爆破法。在掘进中湿喷5cm厚的混凝 土，安设锚杆系统，沿周边每2m进尺循环施作14~15 根锚杆，再喷15cm厚喷混凝土。在石英岩中每次进 尺增加到2.7m。隧道施工不分昼夜，每星期工作7天。 当覆盖层增至98m时，隧道需设具有仰拱的内层衬砌。 在水压高的情况下需设强劲的仰拱。在下钻A3公路 段，因覆土很薄，采用侧洞法并辅以大管棚施工。
①
② ③ ④ ⑤
①：核心土支撑超 前上导坑 ②+③：左右拱顶部 开挖 ④：台阶开挖 ⑤：底拱开挖
地质测绘 · 事先地质勘查 · 开挖面测绘 · 特性值确定 · 推算
统计计算书 用于设计和施工 · 统计证明 · 参数研究 · 评估
地质测量 · 变形测量 · 应力测量 · 水位测量
解释经验
开挖等级确定

--在隧道施工方面 在大断面隧道施工中，埋深较浅的覆盖层，采用 分部形式的土层挖掘机，这样对周围岩体的扰动较小， 其初期支护采用钢拱架，反填贝尔纳板，然后施作 5cm厚喷混凝土。 在岩层较好的地层施工时，采用钻爆法。 在断面隧道施工中，先用小直径的TBM（4m直 径）法在拱顶作超前导坑掘进后，再进行扩挖，这在 我国未试验过。 当隧道通过地层较差的围岩地段时，使用喷混凝 土导坑先行的方式（台阶法，我国经常使用）。 在隧道支护方面，围岩较差，隧道周边变形大的 地段，初期支护一般采用钢拱架、贝尔纳板及喷混凝 土支护形式。
设计要点
(1）隧道的竖向曲率半径和平面曲率半径按列车运 行速度160km/h的指标设计。 (2）隧道使用寿命100年； (3）坡度≤1．56％； (4）隧道最浅覆土15m（位于泥灰岩层）； (5）为确保隧道是在未受过扰动的地层中掘进，相 邻两条隧道的中心间距为25m； (6）在铁轨旁设有紧急人行道； (7）相邻隧道旁通道的最大间距为250m； (8）设置25kV的悬垂式电缆； (9）隧道中设有排水系统、灭火系统、动力供给、 灯光、隧道通风、电气设备的通风和冷却、监控系统 （空气污染、可视度、温度和湿度等）和通讯系统。

德国科隆—莱茵/美因高速客运线隧道工程

--Dernbach隧道全长3285m，埋深相当浅，分两个矿 山法施工段。北段隧道在叶岩断裂带区段设置了半圆 形临时仰拱，并采用了钢钎作为超前支护，这与目前 我国隧道过断裂带常用的拱部小导管注浆加固作为超 前支护基本相同。隧道在穿越3号联邦高速公路时采 用侧壁导坑法施工引起高速公路路堤下沉量达25cm， 需对路面进行修复。开挖作业再加上含水量高和高达 13m弃土的填方荷载引起了下沉（采用钻孔注浆支护， 是否可用拱部大管棚）。
马德里—巴塞罗那高速铁路线上的隧道工程

--最高行使速度350km/h --采用两种断面形式： 长大隧道断面面积74 m2 ，短隧道 （≤1000m）断面面积109 m2 。 短隧道扩大的净空面积用于降低列车在 通过隧道时进洞期间和两列列车在隧道内会 车时的空气动力学效应。
马德里—巴塞罗那高速铁路线上的隧道工程
英法海峡隧道工程


----长49km连接英国和法国的英法海峡隧道工程由三 条隧道组成，于1987年2月开始动工，1993年6月对外 运营开放。在整个隧道长度的走向中，直径4.8m的服 务隧道居中，直径7.8m铁路隧道位于两侧。建成后的 铁路隧道主要用于装载乘客、汽车、特快列车和货运 慢车运行。 ----总计长度147km的隧道，主要由11台具有高度自动 化和ZED激光导向特点的盾构掘进机担任掘进施工。 盾构掘进机后辅助设备车架长数百米，盾构掘进机昼 夜不停地连续施工，推进速率达到1400m／月。当英 法海峡隧道施工完成后，大多数盾构掘进机的施工距 离都超过世界上已有的其它多数盾构掘进机设计施工 的三倍多。
TBM在英法海峡隧道工程中取得惊世成就
(3）在长大的海峡隧道中TBM时间利用率提 高到90%，整个系统的时间利用达到了60%的 最好成绩，也是最新纪录； (4）建造海底长大铁路隧道采用混合机型 TBM崭新技术的施工还属首创； (5）由于最初的基本技术的应用得到了极大的 变革，已与复杂地质条件下施工相适用， TBM的适用性、可靠性和先进性在工程实践 中作用也得到证实。
贯通监测情况
1989年12月1日，英法海底服务隧道在里程41596m处最终贯通， 从英国一侧开挖算起历时3年，距离21773m．
Fra Baidu bibliotek
TBM在英法海峡隧道工程中取得惊世成就


英法海峡隧道采用TBM施工法进行长距离、 大断面机械开挖施工成效显著。特别是TBM 机型的确定，TBM技术创新与进步，新型掘 进机的技术性能和功能特征以及TBM后车架 配套设备优化等技术环节起到了非常重要作 用，其有效性也得到了证实。 (1）采用TBM掘进大断面隧道长度达 18532m(8号TBM）创世界之最； (2）最大月进尺达1487m(9号TBM）创长大海 底铁路隧道施工掘进最好成绩之一；
国外高速铁路隧道施工简介
铁科院(北京）工程咨询有限公司
2005年2月
国外高速铁路隧道施工简介
意大利佛罗伦萨—博洛尼亚高速铁路隧道


--投资27亿美元，全长78km约94%穿越亚平宁山脉。 1997年9月总长71.5km（9座）的双线隧道正式开工， 其开挖断面为135m2 。采用方法有：钻爆法、装有剥 离破碎装置或液压锤的机械开挖，1.5km用明挖。最 长18561m。 --“ADECO”设计理念 针对沿线地层复杂多变，部分地段存在高应力、 大变形的挤压岩层，地质条件较差的情况。类似我国 “动态设计、信息化施工”的概念。基本程序是通过 大量地质勘查和土工试验，经计算具体分析，预测隧 道开挖后岩体变形收敛情况及稳定状况，针对不同的 情况，采取有针对性支护方式及结构设计参数，进行 预设计。施工中加强监控量测及预测预报，将信息及 时反馈给设计者，对预设计安全度进行评估，必要时 及时调整设计参数，指导施工。 处理困难的岩土应力-应变情况证明是有价值的。
德国科隆—莱茵/美因高速客运线隧道工程

--线路长219km，设计时速300km/h，隧道 47km（30座），24座采用矿山法施工。
--Ferthal隧道全长1526m，在一座圆形垃圾场 通过，覆土层厚约35m，采用能很好控制下沉 的侧壁导坑法施工，侧壁导坑开挖后就对整 个断面的仰拱进行封闭，与我国目前采用的 中部预留核心土的侧壁导坑法有明显的区别。
超前钻探

----除在隧道内进行探测工作外，岩土工程师还承担 了对暴露出的工作面与侧墙地段（位于工作面后16m 处）的一般地质描述分析工作。对于危险程度高的地 段，如在超前的服务隧道中已出现过问题的地段，应 予以特别注意。 施工高峰期间有30个岩土工程技术人员参加地面 和地下监测仪器的安装与监测工作，以及工作面的正 规地质描绘（作了几千份记录）。探测钻进总长约 32km，建立了计算机数据库，广泛使用了计算机成 图、赤平投影图以预测岩土状况。
隧道断面
超前钻探

---- 在制定英法海峡隧道设计和施工方案中，提出一个

重要建议是利用服务隧道对前方渗透度很高的不稳定 地层或地带进行超前钻探，以期掌握服务隧道前方的 地层规律。服务隧道进行钻探，在开挖工作面前经常 保持至少20m的地层探查，钻孔深达100m。勘探钻机 在工作面稍稍偏上部位钻入，垂直地向下来找出泥灰 质粘土层的位置，并向侧面达到铁路运行主隧道的位 置。一旦查明确定是一个不稳定的高渗透性地带，在 盾构掘进机到达通过前使用速凝水泥浆进行注浆加固 处理。 ----隧道总长近50km,其中38km位于海底以下，因此， 作了超前探测，以确定潜在的大量涌水地段的位置。 探测孔直径56mm，钻孔长度有时接近240m，定期监测 涌水、渗透率以及钻探冲洗返回物．即冲洗水和岩屑 的性质。
丹麦斯多贝尔特大海峡隧道工程


丹麦境内连接菲英岛与西兰岛、丹麦首都哥本哈根之间 交通的斯多贝尔特大海峡连接工程，是丹麦建筑史上最 大的土木工程，也是当前世界三大隧道工程之一。该工 程对隧道事业的建设和发展具有很大的影响，有助于丹 麦将公路、铁路交通网贯通全国，将来也有助于交通网 连接丹麦、瑞典和欧洲大陆。 斯多贝尔特越海工程是连接东、西丹麦（西兰岛和菲莫 岛）的一条由桥梁和隧道组合而成的通道。在斯多贝尔 特大海峡的中间有一个斯普罗的小岛，该岛将海峡分成 东、西两部分。连通菲英岛和斯普罗的通道是一座铁路 ／公路两用桥；连通西兰岛和斯普罗岛的通道是由一座 公路桥和两条铁路隧道组合而成。斯多贝尔特大海峡通 道的全长为18km，其中隧道长度为7．9km。与英法海 峡隧道相似 。
铁路运行隧道和旁通道断面
隧道内径7．7m、外径8．5m，管片厚度0.4m
隧道防腐设计

1．地下水氯化物影响严重 地层中的碳化作用、细菌、硫酸盐侵蚀、(衬砌表 面水泥的）集料的碱化反应、地层里偶然出现的间层 和感应电流的侵蚀等，都是潜在的腐蚀因素。而氯化 物对钢筋的腐蚀，对大海峡隧道衬砌是一个最严重的 风险。 可选用的方法是增加钢筋保护层和混凝土施工掺 合料，同时用镀锌和不锈钢钢筋以及阴极保护。阴极 保护的现行技术还不能充分确保数千米长的隧道衬砌， 反而会造成钢筋骨架分离。因而，用于阴极保护的设 备装置还须进一步研制。
服务隧道超前探测作用
服务隧道在英法海峡隧道工程中起着超前导洞的作用。 在盾构掘进机里面，实施掘进钻探和对地层特性进行量测， 并记录地质条件情况。同时也在盾构掘进机后面进行调查 研究，以查明位于上部的蓝色白垩地层和位于下部的泥灰 质粘土层等地质情况
显示渗透率、涌水量与钻屑返回物的典型超前探测图
将切割下来的岩屑试样在现场作显微古生物学分析，以确定 隧道所处的地层层位。在英国一侧，探测工作占盾构掘进机 停机时间的7％。几乎海峡的整个宽度都进行了上述的探测。
德国科隆—莱茵/美因高速客运线隧道工程

--万德斯曼北隧道 两个单线隧道，覆土5.5~20m，穿越粘土层，局 部有水，采用具有中央平台的敞胸平台盾构施工。采 用臂式挖掘机挖土、装渣机出土的开挖方式。为浅埋、 软弱地层隧道的设计和施工提供了借鉴。盾构机外径 11m，管片采用5+1的分块方式（底块作封闭块，衬 砌1.2m宽）
意大利佛罗伦萨—博洛尼亚高速铁路隧道

--新奥法原理贯彻 特别强调软弱围岩地段隧道开挖后，及时对开挖 断面周边径向进行支护。二次衬砌紧跟、仰拱超前施 作等措施对软弱围岩施工具有较强的指导意义。 大断面软弱围岩开挖支护，初期支护变形 20~30mm，初期支护厚度最大达550mm，对我国高速 铁路隧道大断面隧道设计参数的确定有一定参考价值。
德国科隆—莱茵/美因高速客运线隧道工程

--Schulwald隧道全长4500m，是本线最长的隧道。由 于千枚岩地层岩石分界面特别光滑，遇水容易破碎， 为此，在开挖面上设置一条长约30米的排水钻孔，采 取预先降低地下水位的措施。隧道采用超前顶部导洞 小断面、台阶法施工。对于水量较大的隧道采用超前 小导洞作为排水导洞不失为一种好方法。