铁路隧道施工图设计概述.ppt

1、铁路隧道施工图设计,中铁隧道勘测设计院有限公司 China Railway Tunnel Survey & Design Institute CO.LTD 2012年7月14日,周 书 明Sunmoon Zhou,中国中铁工程总公司科技拔尖人才 中铁隧道集团钻爆法隧道学科带头人 中铁隧道勘测设计院副总工程师 Assistant Chief Engineer 青岛胶州湾隧道工程设计总负责人Project Manager 中国中铁工程总公司教授级高级工程师 Professor 中南大学岩土工程硕士 Master 天津市五一劳动奖章获得者 风险与保险学会常务理事 Executive Director

2、 主持研究、设计海底（水下）隧道10项 10 underwater tunnels 主持设计铁路隧道、公路隧道20多项 More than 20 tunnels 完成隧道科研项目28项 发表隧道论文50余篇 More than 50 thesises 从事隧道工作17年 17 service years of tunnel 出版专著1部,Professor Geotechnical Engineering Master E-mail： Tel：+86 22 27353556,提纲：,一、铁路规划发展 二、隧道院主要铁路隧道业绩 三、文件编制要求 四、主要采用规范、指南 五、设计依据文件 六、隧

3、道主要设计要点 七、其他情况说明,一,铁路规划发展,世界主要国家铁路通车里程,福州到台北 蒲田（泉州）到台中 厦门到高雄,琼州海峡通道规划,本次研究根据建设条件、海峡两岸规划以及以往研究情况，在长约80km的海峡范围内拟定了西、中、东三个通道位置进行比选。,【国家铁路隧道】,营业线路隧道6102座、3938913延长米。其中，长度10000米以上的特长隧道7座，长度在3000米以上至10000米的长隧道183座，长度在500米以上至3000米的中长隧道1901座，长度不足500米的短隧道4011座。,7座万米以上的特长隧道是京广线大瑶山隧道（14294.5米），西康线秦岭一线隧道（18456米

4、）、二线隧道（18456米），宁西线东秦岭隧道(12268米)，兰新线乌鞘岭左线隧道(20060米)右线隧道(20060米)，渝怀线圆梁山隧道(11070米)。,二,主要铁路隧道业绩,二.隧道院铁路建设主要业绩,1978年完成国家“4501”工程洛阳黄河水下铁路隧道可行性研究和初步设计起累计勘测设计铁路隧道700余公里。先后完成了宝成、鹰厦、成昆、川黔、胶济、侯月、大秦、南昆，京九、内昆、渝怀、宜万等多条铁路干线长大隧道的勘测设计工作。近几年又承担了横茶吉、南广、宝兰、云桂、运三、山西中南部、杭黄等铁路线长达隧道的勘测设计任务。,二.隧道院铁路建设主要业绩,第一条最长的双线电气化铁路隧道京广铁

5、路大瑶山隧道（全长14.295Km）； 第一条最长单线铁路隧道南昆铁路米花岭隧道（全长9.388km）。,京广铁路大瑶山隧道,米花岭隧道,二.隧道院铁路建设主要业绩,我国第一条重载双线铁路隧道军都山隧道（全长8.46km）； 京九铁路最长隧道五指山隧道（全长4.45Km）； 侯月铁路最长隧道云台山隧道（全长8.147Km）； 襄渝铁路狗磨湾三线隧道； 渝怀铁路金洞隧道等。,五指山隧道,狗磨湾三线隧道,二.隧道院铁路建设主要业绩,铁路勘测设计项目获奖情况,铁路勘察设计项目,鹅岭隧道,鹅岭隧道位于江西省境内全长10.445km，为衡茶吉铁路全线最长的隧道。设计时速200km/h。,吕梁山隧道,吕梁

6、山隧道全长23.4km,是山西中南部铁路重载运煤通道控制工程,南吕梁山隧道,二青山隧道工程概况,新建铁路太兴线起点太原接轨点为西张站，兴县终点为安家庄站，正线全长175.2km。穿越吕梁山脉的二青山隧道，全长15.9km。,二青山隧道,三,文件编制要求,三、文件编制要求,文件编制严格按照铁建2007152号设计文件编制办法编制。,中华人民共和国行业标准 铁路建设项目 预可行性研究、可行性研究和 设计文件编制办法 TB10504-2007 主编单位：铁道第一勘察设计院 批准部门：中华人民共和国铁道部 施行日期：2007年10月1日,三、文件编制要求,设计说明内容组成 一、初步设计审批意见的主要内

7、容及执行情况 二、设计说明（总的工程情况、设计内容、工程数量与其他专业设计接口说明、采用的先进技术及其他必要的说明） 三、环境保护与水土保持措施 四、施工注意事项（施工方法、地质超前预报措施及其他） 五、运营注意事项（特长隧道设备使用、养护、维修及事故逃逸措施） 六、安全施工的措施（根据地质条件、风险等级、周边环境、邻近工程、重点部位和环节、营业线运营、新结构、新材料、新工艺等因素，提出安全施工及安全运营的措施）,二、文件编制要求,图纸目录 一、隧道平面图，比例1：2000或1：5000（特长隧道及5000m以上的长隧道洞顶部分的比例可用1:10000) 二、隧道纵断面图，比例横1:5001:

8、5000，竖1:2001:2000 三、隧道洞身横断面图，比例1:200或1:500 四、隧道洞口平面图，比例1:200或1:500 五、隧道洞口纵、横断面图，比例1:200 六、辅助坑道设计图（含平面、纵、横断面及结构设计图）注：以上各图，除结构设计图外，均应绘注地质资料。 七、隧道运营通风设计图 八、特殊设计图（如洞门、衬砌、支护、防水、排水设计等，含细部结构设计图，必要时附施工工艺图）,四,主要采用规范指南,四、主要采用规范、指南,规范类： (1)铁路隧道设计规范（TB10003-2005）； 铁路隧道设计规范（TB 10003-2016）行业标准，自2017年1月25日起实施。 (2)

9、混凝土结构设计规范（GB50010-2010）； (3)锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB50086-2001)； (4)中空锚杆技术条件(TB/T3209-2008)； (5)铁路工程结构可靠度设计统一标准度（GB50216-94）； (6)铁路隧道防排水技术规范（TZ331-2009）； (7)地下工程防水技术规范(GB50108-2008)； (8)铁路工程设计防火规范(TB10063-2007)； (9)铁路瓦斯隧道技术规范(TB10120-2002)； (10)铁路工程抗震设计规范(GB50111-2006)；,四、主要采用规范、指南,规范类： (11)铁路隧道超前地质预报技术指南（铁

10、建设（2008）105）； (12)混凝土结构耐久性设计与施工指南（2005年修订版）； (13)铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定（铁建设2005157号）； (14)铁路隧道衬砌质量无损检测规范（TB10223-2004）； (15)铁路隧道工程施工技术指南(TZ 204-2008)； (16)铁路工程施工安全技术规程(TB10401.1-2003)； (17)铁路隧道钻爆法施工工序及作业指南（TZ231-2007）； (18)铁路混凝土工程施工质量验收补充标准（铁建设2005160号）；,五,主要设计依据,五、主要设计依据文件,(1)关于本项目初步设计的批复（铁鉴函【20*】*号）； (2

11、)关于本项目环境影响报告书的批复（环审【20*】*号） (3) 初步设计文件； (4) 施工设计平、纵断面图及相关资料； (5) 隧道详勘工程地质报告； (6) 测量定测成果报告。,六,铁路隧道设计关键技术及难点,六、铁路隧道设计关键技术及难点,1、隧道建设形式 根据我国隧道修建技术水平，对于15 km以上的特长隧道，设计宜采用双洞单线隧道形式。,双洞单线隧道,施工难度及风险相对较低； 有条件可利用其一施作平导，加快建设速度； 隧道互为救援通道，降低了防灾疏散难度。,单洞双线隧道,易于发挥大型机械设备优势； 综合造价相对较低； 节约土地，利于管理,六、铁路隧道设计关键技术及难点,2、隧道限界

12、根据铁路技术标准以及用途，选择合理的限界。其中，货运铁路主要满足货运列车通行；客运专线除考虑列车通行外，还应根据旅客舒适度准则，确定隧道内净空面积。,单线隧道内轮廓,双线隧道内轮廓,六、铁路隧道设计关键技术及难点,高速铁路隧道舒适度准则,六、铁路隧道设计关键技术及难点,3、隧道洞门工程 隧道进、出口位置的确定应贯彻“早进晚出”的原则，尽量减少对地表的破坏；单线隧道洞口中心挖高810m，边仰坡最大挖高1014m。双线隧道洞口中心挖高1012m，边仰坡最大挖高1216m。 洞门型式应尽可能美观大方，洞口边、仰坡不开挖或少开挖，因地制宜采取多种新型洞门结构，并在洞门周边加强植被防护，必要时可接长明洞

13、，恢复地表植被。,喇叭口倒切式,帽檐斜切式,六、铁路隧道设计关键技术及难点,3、隧道洞门工程 洞口施工防护措施：长管棚超前进洞法、接长明洞进洞法、小导坑反向扩大隧道进洞法、地层加固进洞法。采用最多的是长管棚超前进洞法，长管棚对洞口段围岩的稳定作用显著。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,4、隧道衬砌设计 除有特别要求外，隧道暗挖段均采用复合式衬砌。,二种类型结构的设计原则与支护参数有所不同。,根据二次衬砌结构在运营期间是否承受水压力分,六、铁路隧道设计关键技术及难点,4、 隧道衬砌设计 排水型衬砌支护参数的设计原则：初期支护承担施工阶段大部分荷载或全部荷载，二次衬砌承担部分围岩形变压力（需要衬砌

14、紧跟时）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。 防水型衬砌支护参数的设计原则：初期支护按满足施工安全和控制地面沉降的要求确定，二次衬砌承担全部围岩压力和水压力。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,4、隧道衬砌设计 铁路隧道衬砌设计特点： 突出“加强基底”和注重“刚度变化”：针对以往隧道底部易发病害和列车运行要求，加强了基底设计，、级围岩均采用有仰拱结构，且仰拱厚度较拱墙衬砌大； 、级围岩分别设计了一般衬砌、加强衬砌和偏压衬砌，以适应地形、地质、埋深等多种条件变化的要求。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,时速120Km/h 单线隧道复合式衬砌设

15、计参数表,六、铁路隧道设计关键技术及难点,时速350Km/h 双线隧道复合式衬砌设计参数表,代表性支护结构断面图,代表性支护结构断面图,六、铁路隧道设计关键技术及难点,5、隧道轨下基础预留设计 长度L6000M的隧道铺设有碴轨道，长度L6000M的隧道铺设无碴轨道，隧道根据轨道结构高度，进行轨下结构设计。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,6、防排水设计 防水标准： 我国铁路隧道防水等级为一级，即不允许渗水，结构表面无湿渍。防排水原则根据根据隧道所处的环境条件确定。 防排水设计原则：,“排水型”隧道，防排水原则 “防、排、截、堵相结合，因地制宜、综合治理”。其中“全排型”隧道的重点是“排水畅通、

16、运营可维护”，“以堵为主、限量排放”型隧道的重点是“堵水有效、排水畅通、运营可维护”。,“防水型”隧道，防排水原则 “以防为主，多道设防，辅之以排”，最关键的是防水措施的可靠性。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,6、防排水设计“排水型”隧道 喷射混凝土层防水板纵向盲沟洞内水沟组成隧道的防排水关键路径。防水板兼有防水和排水的双重作用，大面积的渗漏水必须封堵，少量的地下水可以引排。 纵向盲沟要确保其畅通性和运营可维护性，纵向盲沟管径加大管径，且按每1015m分段引入水沟的方式设置。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,6、防排水设计 对于“防水型”隧道，应加强喷射混凝土、二次衬砌的防水能力，确保防水板

17、的密封性，对施工缝采用多道措施止水，并设置可维护注浆管，施工缝内侧设置必要的引排措施。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,6、防排水设计 位于寒冷或严寒地区，为防止隧道内水流冻结引起衬砌挂冰、隧底结冰成锥、衬砌涨裂及线路隆起等冻害，应设计配套排水设施。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,7、隧道耐久性设计初期支护： 喷射混凝土：强度等级不低于C25，采用湿喷技术，掺加合成纤维。 锚杆：拱部采用中空锚杆，设置排气孔以保证注浆饱满度；边墙采用全长粘结型锚杆，水泥砂浆强度等级不低于M20，锚杆应设置置中器，使保护层厚度不少于10mm； 钢架：钢架应有一定的保护层厚度，外侧不小于4cm，内侧不小于3cm

18、； 注浆材料：作为永久加固和止水的注浆材料宜采用水泥浆。,中空注浆锚杆,C25湿喷混凝土,多重防腐锚杆,六、铁路隧道设计关键技术及难点,7、隧道耐久性设计 根据铁路工程抗震设计规范，对符合下表条件的隧道进行验算，视情况而定是否需要设防。 重点隧道口部按以下要求加强: 洞门应采用钢筋混凝土整体灌注，并按能承受冲击波压力0.2MPa计算其抗力。 洞门端墙应能承受冲击压力0.2MPa计算其抗力。级及以下围岩内的双线隧道洞门端墙应采用钢筋混凝土整体灌注。,隧道的抗震验算范围,六、铁路隧道设计关键技术及难点,7、隧道耐久性设计 二次衬砌：二次衬砌的耐久性也即素混凝土或钢筋混凝土的耐久性，应根据环境作用等

19、级按铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定从混凝土原材料、配合比、养护等多方面采取严格的措施。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,8、施工方法选择 我国长大隧道施工方法有双侧壁导坑法、CRD法、CD法、台阶法、全断面法，使用最多的是台阶法，在地质条件十分不利、偏压严重或地面沉降控制要求严格的地段多采用双侧壁导坑法和CRD法。 在软弱围岩或不良地质条件下，初期支护的快速封闭成环至关重要，且仰拱距开挖面的最大距离应控制在35m以内。,双侧壁导坑法,CRD法,台阶法,六、铁路隧道设计关键技术及难点,8、施工方法选择 为保证仰拱的整体性，客运专线隧道施工中要求仰拱必须分段一次整体施作，为使仰拱开挖及混凝土浇筑

20、时出碴、进料等运输工序平行作业，采用仰拱栈桥施工。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,9、施工辅助工法设计 1超前小导管 单线级，双线级、级加强、级、级加强、拱部140范围设置超前小导管支护措施。 2超前大管棚 隧道地质条件较差的进、出口地段（一般为30m）拱部140范围内采用108管棚超前支护。管棚环向间距0.4米。 3锁脚锚管 台阶法开挖时，台阶底部两侧每个的钢架脚部打设N根锁脚锚管，锁脚锚管采用外径42mm热轧无缝钢管，t=5mm。锁脚锚管应与钢架焊接牢固。 4开挖工作面预注浆 根据具体情况，可采用超前帷幕注浆、全断面封闭注浆、周边半封闭注浆、小导管注浆等方法进行超前注浆堵水。 5径向注浆

21、 对开挖后局部有水流的部位，采取径向注浆堵水，注浆标准：地下水、级达到无水或者小于级。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,10、辅助坑道设计 我国在建的客运专线长大隧道辅助坑道类型有斜井、平导、横洞和竖井，除竖井外均采用无轨运输方式。辅助坑道的设置原则与特点如下： 1、岩溶发育的隧道优先采用平行导坑； 2、非岩溶隧道优先采用横洞，不具备横洞条件时优先采用无轨运输斜井，斜井最大长度一般控制在2km左右； 3、在埋深浅、地面建筑密集的地段，优先采用竖井，竖井位于隧道正上方。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,11、防灾与救援设计 防灾救援设计的基本原则 防灾设计应贯彻“以防为主，以消为辅，防消结合，立

22、足自救”的方针，要充分体现“以人为本”的理念。 当列车在隧道内发生火灾，凡能继续运行时，均应遵循“先将列车拉出洞外再进行列车解体及火灾事故处理”的基本原则。但一旦列车失去动力不能运行或因隧道太长无法及时拉出洞外时，必须考虑在洞内实施快速疏散和消防救援。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,11、防灾与救援设计 对于双洞单线隧道，隧道间应设置联络通道。 总长大于20km的隧道或隧道群设置“防灾救援定点”，“定点”处设置紧急出口和通风设施。,六、铁路隧道设计关键技术及难点,12、超前地质预报 施工超前地质预报设计按照“安全第一、预防为主”的原则制定，即超前地质预报采用以地质分析为主，长距离宏观预报与短距离精确预报相结合、物理探测与超前探孔验证相结合、多种物探方法相互补充验证、定性与定量相结合的综合超前预报方案。,TSP203原理图,TSP203设备,六、铁路隧道设计关键技术及难点,13、环境保护及弃碴处理 1、隧道弃碴数量，按实际实方计算，但在计算弃碴占地时，应根据开挖围岩性质，按理论开挖方的1.31.5倍计。 2、本线隧道弃碴应优先考虑利用。如不能利用，应根据隧道附近地形和水文条件，认真研究弃碴方案，明确弃碴地点，弃碴场占地类型。 3、弃碴场设永久挡护工程，应对地面坡度较大弃碴场的稳定性进行检算，必要时适当处理坡面，并做好必要的挡护和排水设施，