大断面隧道设计与施工中的关键问题(.pptx
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1、2024/3/29周五1一、一、背景背景背景背景1、世界范围内,铁路建设的重新定位,一些长大隧道,不断涌现。铁路隧道例如欧洲共同体,启动了新一轮的高速铁路建设计划,其中在穿越阿尔匹斯山区的线路上出现了几座特长铁路隧道(图1)。2024/3/29周五2穿越阿尔匹斯山几座特长铁路隧道穿越阿尔匹斯山几座特长铁路隧道2024/3/29周五32024/3/29周五42、我国客运专线的启动,引发新一轮铁路隧道的建设。例如我国铁路开始的新一轮铁路建设,在总长12500km的铁路线上,隧道总延长约2500km,而目前开始修建的客运专线就有近700km的单、双线铁路隧道,长度超过10km以上的,有10多座,其中
2、最长的太行山隧道,长度达27.8km,目前已经开始修建。我国长度超过10km的铁路隧道列于表1。2024/3/29周五5表表表表1 1 中国特长铁路隧道表中国特长铁路隧道表中国特长铁路隧道表中国特长铁路隧道表序号隧道名称长度(m)线别建设时期1太行山隧道27892石太客专在建2乌鞘岭隧道20050兰武线20063秦岭线隧道18456西康200054秦岭线隧道18456西康2003125大瑶山隧道14294衡广复线1987126野三关隧道13845宜万线在建7北天山隧道13573精河霍尔果斯在建8吕梁山隧道13365太原中卫规划9大别山隧道13251武汉合肥规划10霞浦隧道13124温州福州线规
3、划11长梁山隧道12782朔黄2000312东秦岭隧道12268西合线2003313堡镇隧道11588宜万线在建14南梁隧道11451石太客专在建15通海隧道11115玉溪蒙自铁路规划16圆梁山隧道11068渝怀20041217金寨隧道10682武汉合肥规划18大巴山隧道10655襄渝线规划19齐岳山隧道10469宜万线在建20大瑶山一号10080武广客专在建2024/3/29周五6 根据统计,截止2004年底的统计数据,各国已经建成通车的、正在修建的和规划中的长度超过10km以上的公路隧道及铁路隧道,共有117座,其中中国拥有22座。约占20。2024/3/29周五7NO隧道名称长度(km)
4、所在地开通时间1GotthardBase57.1瑞士施工中2BasisBernner55.0澳大利亚意大利规划中3青函53.9北海道青森19884BasisMondAmbin52.1法国意大利施工中5Channel(Euro)50.5法国英国19946LotchbergBase34.6瑞士施工中7Koralm32.8澳大利亚规划中8Guadarrma28.4西班牙施工中9太行山27.9中国规划中10八甲田26.5日本施工中11岩手一户25.8日本200212PajaresBase24.7西班牙规划中13LainzerWienerwald23.9澳大利亚规划中14饭山22.2日本施工中15大清水
5、22.2日本198216乌鞘岭20.1中国施工中17Belledonne20.0法国规划中18LaGrandeChartreuse20.0法国规划中19LianokladeDomokos20.0希腊规划中20Simplon(No2)19.8瑞士意大利192221Simplon(No1)19.8瑞士意大利190622ZimmerbergBasis19.7瑞士施工中23SemmeringBasis19.2澳大利亚竣工24Vereina19.1瑞士199925ChannelTunnelLink19.0英国施工中26新关门18.7日本197527Vaglia18.6意大利施工中28Apennino18
6、.5意大利193429秦岭18.5中国200330Valico16.6意大利31六甲16.3日本197232PurkaBase15.4瑞士198233榛名15.4日本19822024/3/29周五834Severomuyskiy15.3俄罗斯200135五里峰15.2日本199736Firenzuola15.1意大利施工中37MonteSantaomarco15.0意大利198738StGotthard15.0瑞士188239CeneriBasis15.0瑞士施工中40Civ415.0澳大利亚规划中41CveneriBasis15.0瑞士规划中42中山14.9日本198243Lotchberg
7、14.6瑞士191344MoutMcDonaid14.6加拿大198845Romeriksporten14.6挪威199946Cikarija14.3克罗地亚规划中47大瑶山14.3中国198748TaiwanHSRproject14.0中国台湾施工中49北陆13.9日本196250野三关13.8中国施工中51北天山13.6中国施工中52Frejus13.5法国意大利187153新清水13.5日本196754Savio13.5芬兰规划中55吕梁山13.4中国规划中56HexRiver13.4南非57大别山13.3中国规划中58Bosporus13.3土耳其规划中59CaponeroCapove
8、rde13.3意大利200160Sciliar13.2意大利199361霞浦13.1中国规划中62安芸13.0日本197563Peloritana12.8意大利200164长梁山12.8中国200265Inntal12.7澳大利亚199466NewCascade12.5美国192967Lainzer12.3澳大利亚施工中68东秦岭12.3中国20032024/3/29周五969NovoKunsnetzkij12.2俄罗斯195770Bussolenobypass12.1意大利规划中71JammuUdhapur12.0印度规划中72Epine12.0法国规划中73筑紫11.9日本施工中74北九州
9、11.7日本197575福岛11.7日本198276Wienerwald11.6澳大利亚施工中77堡镇11.6中国施工中78RadfeidWiesing11.4澳大利亚施工中79颈城11.4日本196980Flathead11.3美国197081南梁11.2中国规划中82盐泽11.2日本198283藏王11.2日本198284通海11.1中国规划中85Monterotond11.1意大利施工中86圆梁山11.1中国200587SanDonand11.0意大利198688ParisCDG10.8法国规划中89Landruckenn10.8德国198890金寨10.7中国规划中91大巴山10.7中
10、国规划中92Lierasen10.7挪威197393Pianoro10.7意大利施工中94Finse10.6挪威199395StansTerfens10.6澳大利亚施工中96Mundener10.6德国199197齐岳山10.5中国施工中98Raticosa10.4意大利施工中99生田10.4日本1976100赤仓10.3日本1997101NewKuanying10.3中国台湾规划中102Ariberg10.2澳大利亚1884103SantaLuciaBasis10.2意大利1977104大瑶山1号10.1中国规划中2024/3/29周五1010km以上的公路隧道NO隧道名称长度所在地开通1L
11、aerdal24.5挪威20002终南山18.0中国施工中3StGotthard16.9瑞士19804Ariberg14.0澳大利亚19785雪山12.9中国台湾施工中6Frejus12.9法国意大利19807MontBranc11.6法国意大利19658Gudvanga11.4挪威19919Folgefonn11.2挪威199110关越(上)11.1日本199111飞弹10.7日本施工中12GranSasso10.2意大利198413LetunnelEst10.1法国施工中注:隧道长度,按4舍5入计,取小数点后1位。本表的中国数据到2005年4月,其它国家到2003年7月。2024/3/29
12、周五11 因此,在隧道工程领域中,我们不仅是一个名副其实的“隧道隧道”大国大国,而且正在向“隧道隧道”强国强国迈进。2024/3/29周五123、这些铁路隧道都是以高速为基础修建的,因此,净空断面积增加较多,特别是开挖断面积增大了,给设计施工带来新的问题。国家线别线路长度(km)设计最高速度(km/h)营业最高速度(km/h)隧道数量双线标准断面积(m2)日本东海道51521027069/13%63.5山阳563250300268/47%63.5东北593260275184/63.4上越275260275107/39%63.5北陆11726026063/54%63.5九州12826026085
13、/69%63.5法国南东410300300大西洋28435030016/6%71北欧333350300100地中海250350300(320)13/5%100德国ICE9930028030/3082哈诺法327300330120/37%82法兰克福17728030017/22%92意大利罗马23730025071/30%西班牙马德里47130030016/3%75英国CTRL10930030026/24%韩国KTX412350300189/46%107中国台湾台北34535030065/19%90合计624213392024/3/29周五13 这些长隧道的修建,无疑地是一个新的机遇和挑战,我们
14、应该利用这个机遇,将我国的隧道设计、施工及维修管理的技术提高到一个新的水平。应该指出,我国近4000km的铁路隧道和近1000km的公路隧道,以及水工隧道、部分地下铁道,基本上是采用矿山法修筑的,因此,这次发言也把重点放在客运专线的隧道工程,以矿山法修建隧道的技矿山法修建隧道的技术现状和发展术现状和发展上。2024/3/29周五14二、客运专线的隧道特点2024/3/29周五15n为了迎接市场竞争的挑战,近期,铁道部启动了以250km/h、300km/h和350km/h速度为目标的客运专线的建设工程,我国的铁路建设又进入了一个新阶段。由于速度的跨越,对构成线路的各种结构物,包括桥梁、隧道、轨道
15、、路基等,提出了更加严格的要求和标准,也提出来许多前所未有的新课题。n目前,正在建设的和拟建的几条客运专线都有大量的隧道工程涌现。在客运专线条件下,如何针对隧道观察的特点、认识和解决所面临的新问题,是一个值得研究的问题。2024/3/29周五16n首先,如何认识客运专线中隧道工程与一般线路中隧道工程有何不同。2024/3/29周五17一、列车运行的高速度,引起的列车空空气气动动力力学问题突出学问题突出,不容忽视;这包括:隧道净空有效断面积的确定舒适性;列车运行产生的空气压对结构物的影响耐久性;对周边环境的影响缓冲结构的设置。三个方面的问题。2024/3/29周五18二、考虑列车高速运营的特点,
16、隧道的净空有效断面积增大,例如在350km/h速度的条件下,级围岩隧道的开挖断面积可达170m2,属属于于超超大大断断面面隧隧道道的的范范畴畴,与与三三车车道道公公路路隧隧道道的的开开挖挖断断面面积积相相当当,给给设设计计、施施工工提出来许多新课题;提出来许多新课题;2024/3/29周五19三、由于开挖断面积的增大,施工难度也急剧增加,特别是对一般地质条件下的初初期期支支护护技技术术和不良地质条件下的超前支护技术超前支护技术,提出来很高的要求;2024/3/29周五20四、列车高速运行的作用,对洞内轨道(包括基底结构,如仰拱或铺底、混凝土填充层等)的影响增大,不仅需需要要加加强强基基底底结结
17、构构,对衬砌结构也具有一定的影响,不容忽视。2024/3/29周五21五、对衬砌混凝土的耐久性,如抵抗列车风压的疲疲劳劳特特性性;如何保证初期支护的喷喷混混凝凝土土的的耐耐久久性性?,以及大断面衬砌结构的抗开裂特性等,都提出来了明确的要求;2024/3/29周五22六、由于这一轮隧道工程的数量特别巨大,因此,降低工程造价,意义也特别重大。2024/3/29周五23总之,目前要解决的问题是:高高速速运运营营条条件下的超大断面隧道的设计施工问题件下的超大断面隧道的设计施工问题。因此、客运专线的隧道工程,将是提高我国隧道设计施工技术的重要机遇。我们应该下下大大力力气,切实地做出具有时代意义的贡献气,
18、切实地做出具有时代意义的贡献。2024/3/29周五24何谓大断面?目前我国大断面(三车道)公路隧道已开始修建,如联络重庆市的几条高速公路也从一开始就决定采用3车道的大断面隧道,如铁山隧道,大梅沙隧道、大宝山隧道等都是三车道大断面的。由于3车道公路隧道的断面积比双车道大得多,例如,第二东名公路初期建设的三车道隧道的断面积为113170m2比一般双车道的85m2大1.52.0倍。目前为适应140km/h高速度的要求而规划的3车道公路隧道,其断面积达170m2200m2,局部断面达230m2的超大断面,开挖宽度达23m。较初期三车道隧道断面又增加了1.31.5倍。英法海峡隧道分叉处断面的开挖宽度达
19、21.2m,开挖高度达15.4m,开挖断面积为252.2m2。又如,日本的第二布引隧道,在分叉段是从2车道(净空断面积59m2)变化到34车道的断面(最大开挖宽度24m、开挖断面积240m2)。2024/3/29周五25n大断面隧道的分类nn隧道断面划分和开挖断面积(日本)划分开挖断面积(m2)说明标准断面大断面超大断面7080100120140双车道有人行道的双车道车道与路面宽相同的三道2024/3/29周五26日本公路隧道断面划分的基准(2003年)通常断面大断面小断面净空宽度(m)8.512.512.514.03.05.0净空形状上部断面为单心园上半断面为三心园上半断面为单心园,侧壁为直
20、墙净空纵横比约0.6以上约0.57以上约0.8以上净空断面积(m2)约4080约80100约8162024/3/29周五27国际隧协的断面划分划 分净空断面积(m2)超小断面小断面中等断面大断面超大断面100.02024/3/29周五282024/3/29周五29大断面意味着什么?在同样围岩条件下,随着开挖断面积的增加,意味着:1、掌子面的稳定性的降低;2、施工难度、特别是施工安全管理的难度增大;3、施工风险的发生概率加大;4、结构物质量要求的提高。2024/3/29周五30大断面隧道施工的基本问题安全:安全为主线,技术和管理为后盾,实现安全生产技术:以技术确保掌子面稳定和施工质量管理:以风险
21、观点实现精细的工程管理2024/3/29周五31n结合具体情况,主要谈三个问题:n1、初期支护;n2、初期支护的喷混凝土;n3、隧道防水板的铺设工艺。2024/3/29周五32一、掌子面稳定性n在大断面条件下,如何控制掌子面的稳定性,减少和预防掌子面出现坍塌的风险,是极为重要的。特别是在通过各种不良地质地段时。n从风险的角度看,掌子面失稳有多种方式:n掌子面挤出;n掌子面拱部坍塌;n上半断面拱脚下沉;n底部鼓起等。n从技术角度出发,预防和减少上述风险发生的主要方法也是多种多样的。n超前支护;n扩大拱脚、设置拱脚锚杆或锚管;n正面喷射混凝土和锚杆;n底脚锚杆或锚管等。2024/3/29周五33例
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