隧道工程建设标准及施工技术

第四章 隧道工程建设标准及施工技术第一节 隧道工程设计要求客运专线铁路的隧道设计是由限界、构造尺寸、使用空间和缓解及消减高速列车进入隧道诱发的空气动力学效应两方面的要求确定的。

研究表明，以上两方面要求中，后者起控制作用，但隧道工程设计及施工过程中以隧道横断面的限界、构造尺寸、使用空间为控制要点。

一、隧道横断面有效净空尺寸的选择在确定隧道横断面有效净空尺寸之前，首先要正确地选择隧道设计参数。

高速列车进入隧道时产生的空气动力学效应，与人的生理反应和乘客的舒适度相联系。

这就要制定压力波动程度的评估办法及确定相应的阈值，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，如3s或4s内最大压力变化值。

我国拟采用压力波动的临界值(控制标准)为3.0Kpa/3s。

根据ORE提出的压力波动与隧道阻塞比关系可以推算出满足舒适度要求时，阻塞比β宜取为：当V=250km/h时，β=0.14；当V=350 km/h 时，β=0.11。

隧道横断面形式一般为园形(部分或全部)、具有或没有仰拱的马蹄形断面。

而影响隧道横断面尺寸的因素有：(1) 建筑限界；(2) 电气化铁路接触网的标准限界及接触网支承点和接触网链形悬挂的安装范围；(3) 线路数量：是双线单洞还是单线双洞；(4) 线间距；(5) 线路轨道横断面；(6) 需要保留的空间如安全空间，施工作业工作空间等；(7) 空气动力学影响；(8) 与线路设备的结构相适应。

二、客运专线隧道与普通铁路隧道的不同点1．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．客运专线隧道的横断面较大，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。

目前，世界隧道界对喷锚衬砌做为永久性衬砌尚有不同看法，随着对喷锚技术的不断深入研究和技术质量不断提高，喷锚衬砌的应用也会更加广泛。

但在目前情况下，特别在高速铁路隧道中仍不宜采用喷锚衬砌。

3．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。

4．提出了隧道衬砌混凝土的耐久性控制要求。

隧道衬砌混凝土的地质环境复杂，对耐久性、抗渗性、抗冻性等耐久性指标应严格控制。

三、客运专线隧道主要技术标准简介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。

列车进入隧道时产生的空气动力学效应是由多种因素所确定的，在隧道方面主要有隧道内轨顶面以上净空面积、隧道壁面的粗糙度、洞口及缓冲结构形式、辅助坑道的设置、道床类型等。

其中，瞬变压力主要表现在由于压力的瞬间变化使人的听觉感到不适，影响其大小的主要因素是行车速度、隧道横断面的大小和阻塞比以及列车的密封系数。

洞口微气压波是列车进人隧道时产生的压缩波在另一端释放时产生爆破声，影响周围环境，微气压波的量值主要取决于行车速度和隧道净空面积(阻塞比)，但行车速度更为敏感，当行车速度达到300km／h以上时，加大断面对防止微气压波不能起到显著作用。

应考虑在洞口设置缓冲结构。

解决行车阻力问题主要也是加大隧道断面面积。

缓解或消减列车进入隧道诱发的空气动力学效应的主要设计措施是：在列车相关参数一定的条件下，适当加大隧道内轨顶面以上净空面积（减小阻塞比），优化断面形状和尺寸，在洞口修建缓冲结构，利用辅助坑道等。

（一）隧道断面内轮廓增大隧道横断面面积对空气动力学效应有整体减缓作用。

隧道断面内轮廓主要根据下列条件确定：① 隧道净空横断面面积应满足空气动力学效应影响标准；② 满足铁路建筑接近限界要求，双线隧道还应满足线间距要求；③ 养护、维修和救援空间要求。

空气动力学效应影响标准为：空气压力最大变化值ΔP＜3KPa/3s（舒适度标准），列车在隧道内运行时的空气阻力增量一般不超过明线上空气阻力的30%。

在实际设计中除应满足以上条件外，还应从围岩稳定、结构受力及空间利用等角度对断面形状和尺寸进行优化。

隧道断面净空面积既充分满足空气动力学效应标准的要求，又要满足救援通道空间的需要。

按《铁路隧道设计规范》（TB10003）计算的曲线隧道的加宽值较小，完全在富裕量以内，故隧道内轮廓可不考虑曲线加宽。

但应对控制点或计算点是否满足宽度要求进行验算。

1．《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》（以下称《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。

2．《京沪高速铁路设计暂行规定》（以下称《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。

限速地段当检算行车速度小于或等于200km/h 时，可采用较小的隧道断面有效面积，但双线隧道断面有效面积不应小于80m2；单线隧道断面有效面积不应小于50m2。

3．在实际设计中除应满足以上条件外，还应从围岩稳定、结构受力及空间利用等角度对断面形状和尺寸进行优化。

（二）安全空间《高速暂规》规定：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。

安全区的地面应不低于轨面规定高度，必须平整，允许有3‰的横向排水坡。

安全空间的地面与接触网设备的带电部件之间的距离不小于3.95m。

（三）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；隧道均应采用曲墙式衬砌，其中边墙与仰拱内轮廓的连接宜采用顺接断面；仰拱矢跨比应结合隧道衬砌受力和沟槽设置情况确定，取1/12～1/15为宜。

III～VI级围岩应采用曲墙带仰拱的衬砌，I、II级围岩地段可采用曲墙不带仰拱的衬砌。

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；I、II级围岩底版厚度不应小于30cm，混凝土强度等级不应低于C25。

安全空间与救援通道位置示意（四）救援通道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。

救援通道走行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。

（五）缓冲结构物1．《200公里暂规》规定：进口缓冲结构的设置应根据出口微压波峰值的大小来确定。

当出口外50m范围内无建筑物、出口外20m处的微压波峰值大于50Pa时，应设置缓冲结构；当出口外50m范围内有建筑物且建筑物处的微压波峰值大于20Pa，应设置缓冲结构；当建筑物对微压波峰值有特殊要求时，缓冲结构应进行特殊设计。

缓冲结构断面有效面积应为隧道内轨顶面以上净空面积的1.4～1.5倍，在缓冲结构纵向中心附近沿两侧对称分布开孔，开孔总长宜为1/2缓冲结构长，开孔面积为隧道内轨顶面以上净空面积的0.2～0.3倍，缓冲结构长度不应小于隧道断面的水力直径。

2．《高速暂规》规定：一般情况下，隧道洞口可不设置缓冲结构。

隧道洞口有建筑物或特殊环境要求时，可考虑设置缓冲结构。

缓冲结构设计应符合下列规定：① 隧道洞口设置缓冲结构应考虑的因素为：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、隧道洞口附近地形和洞口附近居民情况。

② 缓冲结构形式应从实用美观角度出发，结合洞口附近的地理环境确定。

③ 缓冲结构侧面或顶面应开减压孔，开孔面积根据实际情况确定，一般开孔面积为隧道断面有效面积的0.2～0.3倍。

④ 缓冲结构宜采用钢筋混凝土。

3．对于预留缓冲结构条件的洞口，若有路基挡墙，其挡墙位置应在缓冲结构之外。

（六）辅助洞室隧道内可不设置供维修人员使用的避车洞，但应考虑设置存放维修工具和其他业务部门需要的专用洞室。

洞室应沿隧道两侧交错布置，每侧布置间距应为500m左右。

洞室尺寸宜参照现行《铁路隧道设计规范》大避车洞尺寸设计，并满足有关专业的技术要求。

（七）隧道防排水采用复合式衬砌隧道，初期支护与二次衬砌之间应铺设防水板。

隧道内均应设置双侧排水沟。

单洞双线隧道，根据地下水量，可增设中心深排水沟。

富水地层隧道应采用深排水沟，水沟水位应在铺底面20cm以下，并符合下列规定：① 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，深排水沟应设置在仰拱或底版中心下面。

② 隧道衬砌背后应设置与深排水沟配套的纵、环向排水盲沟。

纵向排水盲沟设在两侧边墙下部，其高度不应低于隧道内水沟底面；环向排水盲沟应与纵向排水盲沟连通。

中心深排水沟应设检查井，检查井可以设在线路中间或两侧安全通道下面。

检查人员不能进入水沟内部时，其间距宜围30～50m，能够进入水沟内部时，间距宜为150～200m。

（八）防灾与救援1．《200公里暂规》规定：隧道内两侧应设紧急呼叫电话，单侧两部电话的距离为500m，隧道两侧错开设置。

电话应安装在器材洞内，并设标示牌。

当隧道长度大于1000m时，在有条件的情况下宜设置紧急出口。