客运专线长达隧道实际施工的建议.pptVIP

客运专线长大隧道设计 施工的讨论 中国工程院院士 王梦恕,复杂山区铁路隧道的建设，遇到各种前所未有的地形、地貌，复杂的地质、奇特的地下水系如此种种。 1、如何进行合理地、实事求是地优秀勘测设计。 2、如何结合隧道特点进行工程建设的科学管理。 3、如何在合理快速工期修建过程中减少风险、确保安全。,4、如何做到结构寿命、质量在百年以上而少维修。 5、如何提高修建隧道的技术含量而不断产生重大科研成果的出现和申报.南昆线的模式应引以为戒。 6、如何重视人文科学和工程建设的融合，而涌现出一批高素质人才。,针对以上六个问题应从理念上，而不从具体方法上应重视以下意见和建议。因理念不清，理念错误会导致全盘否定，这是反映一个单位、一个设计水平是否高低的关键问题，只有辨别真象、坚持实事求是，才能有所作为。,一、人民需要铁路,铁路是符合可持续发展的绿色产业基础设施，具有八大优点： 1最能节约不可再生的资源（石油） 2最少污染，电力牵引要全面铺开，取消内燃，平均少400倍 3最少占地，是高速公路的1/21/3 4最安全,5运能大，尤其货运，运价低， 6最符合广大人民生活水平，比磁悬浮低610倍 7最能体现对社会资源的公平分配，体现以人为本的交通 8. 最能带动区域的发展、脱贫，是提高人民生活素质的最好工具，所以定位为五大交通之首（铁路、公路、航运、水运、城市交通）,二、如何管理、建设好铁路,1铁路是国民经济的薄弱环节，投资必须走多元化道路 2建设必须走科学发展观的道路，生产上去、生活提高、生态改善 3管理应实现现代化、人性化 4铁路建设应按环境效益第一、社会效益第二、工程本身经济效益第三的次序进行立项审查 5建设原则：应按安全、可靠、适用、经济、先进的次序进行规划、设计和施工 6人文科学、社会科学是科学管理铁路的灵魂和基础,三、今后铁路的发展方向,1铁路网要规划，17万km是否够？要形成网而不是干 2客运应短遍组、密交络，以方便乘客 3准高速为主，高速为辅，照顾一般城镇 4舒适度应重视，尤其对高速铁路来说，纵坡设计、车辆结构需认真研究 5短遍组、快速货运和快速客运套跑的可能性，重载长列车不提倡 6山区铁路的发展是今后的重点，有许多新特点，隧桥增多,7铁路对城市环境影响问题，车站和线路全部进入地下，给一个完整的城市 8铁路与道路全部立交 9海底铁路（琼州海峡、渤海湾大连-烟台海峡）、水下铁路的修建，桥隧之争 10从保护环境和土地出发，铁路设计应有新理念，如隧道早进晚出，少设深路堑，少拆迁，少占土地 11要重视土木工程的百年大计，合理工期，合理造价，应遵守：别干政绩工程 12. 维修和检查应现代化,我国铁路已经运行6万km。2020年规划铁路总里程10万km，其中，客运专线1.2万km；复线5万km；电气化铁路5万km。 京广客运专线2230km，其中，准备开工武汉广州段。 徐州兰州客运专线1400km，即将开工郑州西安段。,四、我国客运专线隧道的概况,根据国务院批准的中长期铁路网规划： 到2020年全国铁路营业里程达到10万公里，其中客运专线营业里程12000公里。 包括： 新建客运专线10000公里； 新建城际客运系统2000公里。,四纵四横客运专线,四纵： 北京-沈阳-哈尔滨 （含京秦沈快速客运通道700km; 天津-秦皇岛，哈尔滨-大连1160km) 北京-上海 1300km 北京-广州-深圳 2230km 杭州-宁波-深圳 1600km,四纵四横客运专线,四横： 青岛-石家庄-太原 770km 徐州-郑州-兰州 1400km 南京-武汉-重庆-成都 1900km 杭州-南昌-长沙 880km 城际系统：京津、宁沪杭、广深、广珠等 城际客运系统2000km,截至目前国家已批复的客运专线项目,武广客专:已批复可研967km,投资690亿（不含两端枢纽） 郑西客专：已批复可研454km,投资342亿 温福：已批复可研312km,投资174.8亿。 福厦：已批复项目建议书276km，投资约135亿。 石太客专：已批复可研205km,投资128.5亿。 合宁、合武：已批复可研166+357km,投资40+168亿 京津：已批复可研115km,投资112亿 广珠：已批项目建议书131km，约182亿。 以上投资约2000亿元，计划2020年前,投资20000亿元,据不完全统计，我国客运专线隧道的修建数量将超过1000km。 武广客运专线 165km 甬温福厦 280km 京沪高速 15km 石太客专 76km 郑州西安客专 74km 武汉合肥 80km 武汉成都 300km,客运专线隧道的数量,客运专线隧道的分类,空气动力学效应 隧道断面的设计 更加重视对环境的影响 防灾救援要求高,五、客运专线隧道的特点,空气动力学效应,隧道微气压波的发生,高速列车在隧道内运行引起的问题,1. 由于瞬变压力造成旅客及乘务人员耳膜不适，舒适度降低，并对铁路员工和车辆产生危害； 2. 高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微气压波，发出轰鸣声，使附近房屋门窗嗄啦嗄啦作响，引起扰民问题； 3. 行车阻力增大，使运营能耗增大，并要求机车动力增大；,高速列车在隧道内运行引起的问题,4. 形成空气动力学噪声（与车速的68次方成正比）； 5. 列车风加剧，影响隧道维修养护人员的正常作业； 6. 列车克服阻力所作的功转化为热量，在洞内积聚引起温度升高等。 因此，在高速铁路设计时，应从车辆及隧道两方面采取措施，以减缓空气动力学效应。,空气动力学效应,空气动力学效应的因素： 车辆的因素 隧道的因素 列车速度 隧道横断面积 列车横断面积 隧道长度 列车长度 隧道道床类型 列车头部形状 洞口结构,隧道有效内净空面积 洞门型式及缓冲结构 结构支护参数和耐久性 防排水设计 环境保护 防灾救援方案,六、客运专线隧道的设计,隧道净空面积的影响因素： 隧道建筑限界 线间距 应预留的空间：安全空间、救援通道、 工程技术作业空间、内部配件空间等 考虑空气动力学影响所需的空间,隧道有效内净空面积,客运专线隧道限界,各国高速铁路隧道内净空面积表,我国客运专线隧道内净空面积,设计原则：早进晚出、确保安全、因地制宜、保护环境、简约实用 缓冲结构：双线隧道原则不设缓冲结构，当洞口位于城市或有密集建筑物时，可采取防噪音措施或结合洞门型式适当设置缓冲结构。,洞门型式及缓冲结构,双线隧道复合式衬砌支护参数表,1、设计、施工中必须建立综合超前预报系统作为工序并列入预算之中。 2、设计必须采取动态信息化设计和信息化施工，以及信息化动态管理。,七、客运专线长达大隧道的设计施工原则,3、复合式衬砌是地下工程也是铁路隧道的重要结构形式 不论长、短隧道均应采用复合式衬砌结构形式，中间设防水隔离层，有三个目的是：防水、防裂、并使一次支护和二次模筑衬砌之间剪应力为零。一次支护承受全部荷载，当一次支护基本稳定后方可进行二次模筑衬砌施工，二次模筑承受符加地震荷载截和流变荷载是安全储备。一次支护必须从上向下施作，二次接筑衬砌必须从下向上浇注。,4、从环境保护出发，尤其在岩溶地区隧道防排水设计原则，必须将以排为主改为以堵为主，限排为辅。 5、取消洞门或设计简易洞门 洞门应设在早进晚出这地，按不受力洞门设计，挡墙式洞门，必造成大的刷坡而破坏洞顶环境，在桥隧相联处，陡壁处可不设洞门，洞口易选在鼻梁上，洞口处取消深路堑。,几种洞门型式,6、5km以上隧道设置平行导坑是确保安全、质量、进度的重要措施，也是今后运营隧道所必须。,7、辅助坑道的设置原则 （1）、辅助坑道有竖井、斜井、平导、横洞、泄水洞五种主要形式，辅助坑道的选择次序应为横洞、平导、斜井、竖井进行，特殊地区可设一水洞。横洞和平导不需要特殊提升设备，风险不大，施工后还可为运营服务，应优先选择。,（2）、竖井一般超过40m就要特殊设计，吊绳也要选无旋转钢丝绳和各种绞车、稳绳，其效率很低，随着竖井的加深而成平方减低，工程实践证明投资大，危险、效率很低是正洞进出口效率的10%左右，建议不考虑，尤其当竖井深度超过百米更没有比选价值。,（3）、斜井按有轨提升考虑，极限安全长度应在1000m以内，超过该长度，牵引困难，易脱轨。成本也很高，合理斜井长度通过工程实践和理论计算，考虑效率按进出口的50%计算，斜井长度在100m左右为宜。每个斜井的投入设备包括三通一平需投入2000万元左右，因此在诗铺间隧道对6km长双线隧道进行不设任何辅助坑道而加大进出口设备投入，效果很好。因此建议斜井长度在200m以内为宜，并增设垂直投料孔以实现模筑衬砌作业，斜井设置间距为6km左右。斜井过多，长隧短打的思路是没有科技含量的老方法，乌鞘岭隧道的施工方法更不可取。,（4）、平导是提倡的辅助坑道，他是进、出口的得力助手，相辅相成，增加平导可加快进、出口进度2倍以上，可预报地质、解放风险、提前处理不良地层，施工结束也为运营多提供一个维修救援通道，平导也可提前进入正洞打下导洞为正洞开挖提高进度23倍，米花岭隧道有成功实例，不需要单独开辟施工场地和三通一平，投入费用少，开工快，尤其在复杂山区必须设置。,（5）、横洞是在有条件之情况下长度不超过200m，横洞口部有道路和弃碴条件时可设置，开挖从道理向外施工，其功能是缩短弃碴运距和有利施工通风，投入费用少，能提高正洞效率。,（6）、岩溶地区在洞底下部附近5-6米处设泄水导洞，将岩溶水通过泄水洞排出，在圆梁山出口非常成功。岩溶地区当把溶洞，溶管挖断挖通时，应采用心脏搭桥方式进行联道处理为主，以注浆堵水为辅，尽量不破坏原有水系，所以泄水洞可做或各种大小和形式。,8、长隧道的开挖方法 （1）、全断面钻爆法。 （2）、导洞超前后部扩大钻爆法，导洞可超前5-6m争取临孔面，为后部扩大加快速度，节约炸药，减少超欠挖、减少振速提供条件，导洞超前也可利用平导投入正洞只打导坑而不增设工作面，反而更快，为推荐方法。,（ 3）、小直径TBM（3-4m）加钻爆法扩大，为推荐方法，以提高科技含量。 （4）、软弱地层段，采用正台阶开挖加超前支护进行。,台阶法施工示意图（断面方130m2),（5）、有轨运输、无轨装碴。 （6）、长隧施工通风方法 采用压入式和射流正洞式通风，可实现左、右洞调节，通风效果很好。,9、设备投入是加快长隧道施工的关键 钻爆作业线，装碴运输作业线喷锚支护作业线、防水板、混凝土衬砌作业线是四条正洞和平导的必须配套设备，注浆作业线、通风作业线、排水作业线为三条辅助作业线，七条作业线的设备投入费用应占隧道施工总费用的20%左右。否则，隧道施工是实现不了安全、优质和快速。,主要施工设备,支护架设机,仰拱栈桥,自动喷浆机,钻孔台车,衬砌台车,暗洞,明洞,管棚钻机,工作平台车,洞口施工,洞内防水板铺设,10、引进循环经验的概念进行设计 （1）、全面推进节约能耗的设计，提高资源利用效益。如水、电、油、砂、石、水泥、木材、钢材原材料如何节约，地下水如何为施工服务，建成后可否长期应用，全面推广液压台车打眼取消风钻电老虎，采用有轨电力牵引节约油耗，砂石自制，水泥加30%粉煤灰，网构钢拱架取代工字钢、H型钢等等。,（2）、注意环境保护的设计：如何弃碴造田变废为宝，如何减少施工环境污染，如何保护地面植被，废水处理，从源头减少污染源。,11、利用新设备、新仪器、新技术、新材料、新工艺提高、改善传统的钻爆法施工配套技术的设计；符合人性化的三通一平设计，引进小断面TBM；施工的各个工序都要进行交叉学科的应用和研究等，促进隧道发展新台阶，而不是重复的抄袭式的设计。应重视设计方案的研究在前，结构设计在后的次序。,12、增加安全风险评估的设计 安全、风险设计是确保施工安全、质量的关键，在预可研究、可研报告中都增加这个内容，设计风险、施工风险、运营风险均应反映在建设的全过程中，北京地铁建设的安全、风险咨询已交北方交大隧道中心负责。,只要按以上十二条原则进行设计和施工铁路隧道就会健康发展，目前宜万线的设计原则也基本如此，但受行政干扰大，受限额设计干扰大。但在建设理念上应有干一个工程就应留下精品，给后代留下遗产而不是遗憾。,1、双线隧道和两个单线隧道的比较,八、客运专线隧道几个技术问题的讨论,双线隧道和两个单线隧道的比较,2、断面形式 （1）马蹄形断面 （2）蛋形断面 （3）圆形断面 受力好 不设避人洞 运行空气阻力好小 （4）全部设仰拱（好坏地层）,3、合理经济速度 V270km/h牵引力90%用于克服空气阻力 V300km/h牵引力95%用于克服空气阻力 V=300350km/h轨道、道岔、区间半径、外轨超高、线间距、隧道、桥梁技术要求很高。欧洲的实践经验经济合理速度270km/h， 速度200、250、300、400km/h噪声分别为82、85、89、102分贝,4、缓冲结构是否设置？,洞口缓冲结构示意图,断面90m2可不设置，双线隧道可不设置，两个单线应于设置。,5、防灾方案,双线隧道设平导，横通道间距400600m 两个单线隧道横通道间距400600m 圆形断面隧道有纵向防灾通道,九、认真进行工程科学管理 工程管理包括对建设方、设计方、施工方、