高速铁路隧道隧道结构设计与技术标准

注：①表中带*号表示为钢筋砼；②所有拱墙喷射混凝土中掺加合成纤维；③加强衬砌用于浅埋隧道段；④喷射混凝土强度等 级C25，钢筋混凝土强度等级C35，素混凝土强度等级C30。
二.主要设计原则及措施
（二）结构设计
5、排水型结构断面示例
二.主要设计原则及措施
（二）结构设计
6、素混凝土结构加筋设计
（1）国外高铁隧道现状
二.主要设计原则及措施
（二）结构设计
4、排水型结构计算算例
底板结构计算
单列作用弯矩图（KN.m）
双列作用弯矩图（KN.m）
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单列作用应力图（KPa）
双列作用应力图（ KPa ）
二.主要设计原则及措施
（二）结构设计
喷砼 衬砌类型 部位/厚度 网格间距 (cm) (cm) Ⅱ（无仰 拱） Ⅱ（有仰 拱） Ⅲ Ⅲ偏 Ⅳ Ⅳ加 Ⅳ偏 Ⅴ Ⅴ加 Ⅴ偏 钢筋网(φ 8)
结合工程类比。
二.主要设计原则及措施
（二）结构设计
3、排水型结构计算工况
围岩级别
工况 工况一
计算模式 地层—结构 对称20m 偏压中心20m 300m 对称30m 偏压中心30m 300m 荷载—结构 对称8.6m 偏压中心10m 深埋 对称17.2m 偏压中心20m 深埋
III级
工况二 工况三 工况一
钢支撑
钢支撑 125H
喷混凝土 20cm
喷混凝土 15cm
图 10
日本 Narashinodai 隧道开挖步骤
一.境内外高铁隧道概况
（一）境外高铁隧道概况
5、台湾
台北－高雄高速铁路
台湾南北高速铁路 全线长394km，设计时 速350km/h，运行时速 300km/h，其中暗挖施 工隧道42座，总长 39km。 隧道净空有效面积 为90m2。双线隧道净空 跨度为15.35m，净高 10.5m，线间距4.5m， 实际开挖面积 147~155m2。
国外高铁建设起步较早，在早期建设的高铁隧道中地层条件 较好地段的二次衬砌，曾采用素混凝土结构，但随着运营时 间的推移，内衬裂缝的扩展也在不断加大、加密，导致后期 维护工程量的加大、甚至影响铁路运营安全。鉴于此，欧洲
近期建设的高铁隧道内衬均采用加筋结构，韩国则在高铁隧
道交付运营前对每座隧道的每一条裂缝进行检查及处理。
一.境内外高铁隧道概况
（二）国内高铁隧道概况
1、武广客运专线
乌龙泉 武汉
咸宁
韶关
广州
岳阳
长沙
株洲 衡阳 郴州 衡山
隧道概况如下：
项目 数据 隧道数 （座） 222 隧道总长 度(km) 172 隧线比 19.8％ 特长隧道 数(座-m) 1-10081 3～10km隧道数 (座-m) 12-67163 最长隧道 名称 大瑶山一号 长度 10081 速度目标 值 350km/h
瞬变压力 (kPa/3s) 2.0 3.0 0.8 1.25
二.主要设计原则及措施
（一）建筑限界及内轮廓
3、国内客运专线隧道拟定的建筑限界及内轮廓
有效净空面积：100m2 线间距：5m 双侧救援通道：1.5m 技术作业空间：30cm 线路中线距安全空间：3m
二.主要设计原则及措施
（一）建筑限界及内轮廓
根据京沪高速铁路隧道前期研究和遂渝线关于隧道空气动力学 研究成果，中国高速铁路隧道舒适度准则见下表：
铁路类型 A（平原） B（平原） C（山丘） D（山丘）
隧道长度（占线路长度的比例） 单线 双线 单线 双线 ＜10％ ＜10％ ＞25％ ＞25％
关系 而且 而且 或者 或者
隧道密集程度 (座/h) ＜4 ＜4 ＞4 ＞4
最长隧道
名称 张茅隧道 长度 8483
速度目标 值 350km/h
一.境内外高铁隧道概况
（二）国内高铁隧道概况
3、广深港客运专线
福田
新广州
新深圳
西九龙站
广深港客运专线广深段位于广东省中南部，该线北起广州铁路枢纽 的新广州站，向南经番禺区的沙湾、黄阁等镇，经过东莞市沙田、虎门、 长安等镇，进入深圳市的公明、光明、石岩、龙华等镇，并在龙华设深 圳第二客站（新深圳站、本线设计终点），正线全长103km。
一.境内外高铁隧道概况
（二）国内高铁隧道概况
2、郑西客运专线
函谷关隧道 渭南 西安北 华山 秦东隧道 灵宝
三门峡
郑州
渑池 巩义 荥阳 洛阳南 张茅隧道
隧道概况如下：
项目 数据 隧道数 （座） 38 隧道总长 度(km) 77 隧线比 16.8％ 特长隧道 数(座-m) 无 3～10km隧道数 (座-m) 11-57299
35 35 40 40* 45* 45* 50* 50* 50* 55*
/30* 35/ 55/ 55*/ 55*/ 55*/ 60*/ 60*/ 60*/ 65*/
3～5 3～5 5～8 5～8 8～10 8～10 8～10 10～15 10～15 10～15
格栅或型钢 1.0(全环) 型钢 格栅或型钢 型钢 型钢 0.8(全环) 0.6～ 0.8(全环) 0.6(全环) 0.5(全环)
（二）结构设计
1、衬砌类型的选取 根据二次衬砌结构在运营期间是否承受水压力
排水型衬砌型式 复合式衬砌 结构 防水型衬砌型式
不承受水压力
承受水压力
二种类型结构的设计原则与支护参数有所不同。
二.主要设计原则及措施
（二）结构设计
1、衬砌类型的选取
暗挖隧道采用复合式衬砌； 明挖隧道采用整体式衬砌； Ⅲ～Ⅵ级围岩隧道衬砌应采用曲墙有仰拱的形式；
Ⅱ级围岩隧道衬砌可采用曲墙式加底板的形式；
边墙与仰拱应圆顺连接；
二.主要设计原则及措施
（二）结构设计
2、排水型结构计算原则
初期支护承担施工阶段大部分荷载或全部荷载；初期支护作用，是为确 保施工安全，减少围岩松驰、及时控制地压发展和围岩自支护能力降低， 与围岩一起共同承载； 二次衬砌承担部分围岩形变压力以及由于初期支护可能劣化、软岩蠕变、 环境条件变化等而作用于二次衬砌上的荷载，并作为安全储备。 初期支护根据共同变形理论，按地层-结构模式进行计算； 模筑衬砌按荷载-结构模式进行计算。 细化隧道围岩级别、地形、地质条件；
/ / 拱部 拱部 拱墙 拱墙 拱墙 拱墙 拱墙 拱墙
2.5 2.5 3.0 3.0 3.5 3.5 3.5 4.0 4.0 4.0
1.5×1 1.5×1 1.2×1 1.2×1 1.0×1 1.0×1 1.0×1 1.0×0.8 0.80×1.0 0.80×1.0
/ / / 型钢 格栅
/ / / 1.0(拱墙) 1.0(拱墙)
一.境内外高铁隧道概况
（二）国内高铁隧道概况
3、广深港客运专线
福田 新广州 新深圳
西九龙站
隧道概况如下：
项目 数据
隧道数 （座） 隧道总长 度(km)
隧线比 31.1％
特长隧道 数(座-m)
3～10km隧道数 (座-m)
最长隧道 名称 长度
速度目标值 350km/h
24
32
1-10800
1-10800
250
82
德 国
汉诺威～柏林 科隆～法兰克福 300 270 350 350 92 75 107 90
西班牙 韩 国
马德里～塞维利亚 汉城～釜山 台北～高雄
中国台湾
一.境内外高铁隧道概况
（二）国内高铁隧道概况
1、武广客运专线
乌龙泉 武汉
咸宁
韶关
广州
岳阳
长沙
株洲 衡阳 郴州 衡山
武广客运专线位于中南、华南地区，线路自武汉经咸宁、岳阳、长沙、株洲、衡 山、衡阳、郴州、韶关至广州，通过湖北、湖南、广东三省，构成京广客运专线 的南段。正线全长869km。
一.境内外高铁隧道概况
（二）国内高铁隧道概况
2、郑西客运专线
函谷关隧道
渭南 西安北 华山 秦东隧道 灵宝
三门峡
郑州
渑池 巩义 荥阳 洛阳南 张茅隧道
郑西客运专线东起中原中心郑州市，向西经洛阳市、三门峡市、渭南市， 西止西北门户西安市，经豫、陕两省，横贯中州大地和关中平原东部， 正线全长458km。
（二）结构设计
4、排水型结构计算算例
Ⅴ级围岩偏压工况
Ⅴ级围岩偏压 工况计算模型
Ⅴ级围岩偏压工况二次衬砌弯矩图 （KN· m）
Ⅴ级围岩偏压工况二次衬砌轴力图 （KN）
二.主要设计原则及措施
（二）结构设计
4、排水型结构计算算例
底板结构计算
底板按弹性地基梁进行计算，弹性抗力系数取1200MPa/m；
荷载及冲击系数按“ZK标准活载（二）”作为设计活载； 动力系数按涵洞结构计算。
高速铁路
隧道结构设计与技术标准
目
录
一.境内外高铁建设情况
二.国内高铁隧道主要设计原则及措施
三.隧道设计的技术进步
四.隧道使用需要注意的问题
五.认识与建议
一.境内外高铁隧道概况
（一）境外高铁隧道概况
1、德国
科隆－莱茵/美因高速铁路
全长219Km，设计时速 300Km/h，共修建有长 约47Km的隧道30座，其 中24座隧道采用矿山法 修建。 全线隧道内均铺设无碴 轨道。双线隧道有效面 积为92m2 ，开挖面积为 150m2，隧道采用复合式 衬砌。矿山法隧道断面 如图。
那不勒斯-米兰新高速铁 路为旅游专线，其中佛 罗伦萨-博洛尼亚段49％ 线路位于线路位于亚宁 山区，为克服地形障碍， 采用隧道方式穿越，该 段线路全长78Km，隧 道全长71.5km/9座。
一.境内外高铁隧道概况
（一）境外高铁隧道概况
4、日本
东京高速铁路线Narashinodai隧道
超前钢管φ 34, l=2.75m
排水型结构支护参数表
初期支护 锚杆 间距（m） （环×纵） 钢架 间距 （m） 二次衬砌 预留变形 量(cm)
设置部位 长度（m）
规格
仰拱/底板 拱墙(cm) (cm)
拱墙/10 拱墙/10 拱墙/15 拱墙/18 拱墙/25 仰拱/15 全环/25 全环/25 全环/28 全环/28 全环/28
/ / 25×25 20×20 20×20 20×20 20×20 20×20 20×20 20×20
IV级
工况二 工况三
工况一
V级 工况二 工况三
对称45m
对称10m ——
对称45m
偏压中心45m 深埋
二.主要设计原则及措施
（二）结构设计
4、排水型结构计算算例
Ⅳ级围岩偏压工况
Ⅳ级围岩偏压工况初期 支护计算模型
Ⅳ级围岩偏压工况二次衬砌弯矩图 （KN· m）
Ⅳ级围岩偏压工况二次衬砌轴力图 （KN）
二.主要设计原则及措施
一.境内外高铁隧道概况
（一）境外高铁隧道概况
6、各地高速铁路隧道内净空面积对比
地 名 日 本
线 别 新干线 大西洋线
运营速度(km/h) 240～300 300 300 350
内净空面积(m2) 61～64 71 100 100
法 国
北方线、东南延伸线 地中海线 汉诺威～维尔茨堡 曼海姆～斯图加特
狮子洋隧道
10800
二.主要设计原则及措施
（一）建筑限界及内轮廓
1、内轮廓需要考虑的因素
隧道建筑限界； 股道数及线间距； 隧道设备空间； 预留技术作业空间； 机车车辆类型及其密封性； 缓解空气动力学效应必须的断面积； 轨道结构形式及其运营维护方式。
二.主要设计原则及措施
（一）建筑限界及内轮廓
2、乘车舒适度和净空有效面积
一.境内外高铁隧道概况
（一）境外高铁隧道概况
2、西班牙
马德里－巴塞罗那高速铁路
马德里－巴塞罗那高速 铁路全长611公里，设 计最高速度为350Km/h, 共有隧道26座。该线长 大隧道断面面积采用 74m2，短隧道断面面积 109m2 。
一.境内外高铁隧道概况
（一）境外高铁隧道概况
3、意大利
佛罗伦萨-博洛尼亚高速铁路
二.主要设计原则及措施
（二）结构设计
6、素混凝土结构加筋设计 （2）原因分析
从结构计算角度看，Ⅱ、Ⅲ级围岩隧道二次衬砌采用素混凝土 结构均能满足承载要求，但从使用耐久性性能分析则存在一定问题。
鉴于混凝土材质的特性及施工工艺的原因，干缩或温差引起的微裂
缝存在不可避免，微裂缝在高铁运营过程中受频繁的动荷载及围岩 蠕变影响，使裂缝逐步开展、扩大、交错贯通，易引起混凝土掉块
4、客运专线隧道需要解决的技术问题
大断面隧道支护结构的安全性、适用性、耐久性与经济性；
防排水技术措施的可靠性、施工可行性、运营可维护性； 复杂地质条件下大断面隧道施工方法的安全性与经济性； 新型、简洁的景观、环保洞门的开发； 复杂地形条件下的洞口处理技术；
隧道综合防救灾措施的系统性、高效性。
二.主要设计原则及措施
拱脚锚杆 φ 25,l=2m 型钢支撑 125H 型钢支撑 125H 喷混凝土 12.5cm 工作面稳定锚杆φ 25,l=2m
隧道采用分块开挖的方 法(CRD)，在隧道拱部 采用超前小钢管，钢管 直径34mm，长2.75m， 间距25cm，共用47根， 临时支护结构采用125H 型钢支撑，喷混凝土厚 125mm，锁脚锚杆直径 25mm，长2.0m，图中 ①~⑥表示开挖顺序。