客运专线隧道设计与施工(3)课件

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1、客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道的设计与施工客运专线隧道的设计与施工客运专线隧道设计与施工(3)概述隧道的概念及种类隧道的概念及种类1隧道的概念隧道的概念 狭义定义：用以保持地下空间作为交通孔道的工狭义定义：用以保持地下空间作为交通孔道的工程建筑物。程建筑物。 广义定义：以某种用途，在地面下用任何方法按广义定义：以某种用途，在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于规定形状和尺寸修筑的断面积大于2m2的洞室。的洞室。客运专线隧道设计与施工(3)2隧道的种类 按不同的分类方式不同的分类方法：按不同的分类方式不同的分类方法：土质隧道土质隧道石质隧道石质隧道按所处的地质条件按所处的地

2、质条件浅埋隧道浅埋隧道深埋隧道深埋隧道按隧道的埋置深度按隧道的埋置深度h(22.5)hq山岭隧道山岭隧道城市隧道城市隧道按所处的地理位置按所处的地理位置 水底隧道水底隧道客运专线隧道设计与施工(3)铁路隧道铁路隧道公路隧道公路隧道地下铁道地下铁道人行通道人行通道交通类隧道交通类隧道引水隧道引水隧道尾水隧道尾水隧道导流隧道导流隧道泄洪隧道泄洪隧道水工隧道水工隧道给水隧道给水隧道排水隧道排水隧道管路隧道管路隧道市政隧道市政隧道采矿巷道采矿巷道运输巷道运输巷道矿山矿山隧道隧道按隧道的用途按隧道的用途人防隧道人防隧道客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)10km以上的长大铁路隧道举例

3、： 秦岭隧道18.4km TBM成功应用成功应用 大瑶山隧道14.295km新奥法成功应用新奥法成功应用v 乌鞘岭隧道20.05km高地应力；软岩大变形高地应力；软岩大变形 太行山隧道27.8km石太客运专线石太客运专线 客运专线隧道设计与施工(3) 一、我国客运专线隧道的概况一、我国客运专线隧道的概况 二、客运专线隧道的特点二、客运专线隧道的特点 三、客运专线隧道的设计三、客运专线隧道的设计 四、客运专线的施工四、客运专线的施工 五、客运专线隧道施工机械配套五、客运专线隧道施工机械配套 六、典型工程实例六、典型工程实例主要内容主要内容客运专线隧道设计与施工(3) 第一节第一节 客运专线设计施

4、工概况客运专线设计施工概况客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道的数量客运专线隧道的数量客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道的分类客运专线隧道的分类客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)空气动力学效应隧道微气压波的发生客运专线隧道设计与施工(3)高速列车在隧道内运行引起的问题高速列车在隧道内运行引起的问题 1. 1. 由于瞬变压力造成旅客及乘务人员耳膜不适，舒适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；度降低，并对铁路员工和车辆产生危害； 2. 2. 高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微气压高速列车进入隧道时，会在隧道出口产生微气

5、压波，发出轰鸣声，使附近房屋门窗嗄啦嗄啦作响，引波，发出轰鸣声，使附近房屋门窗嗄啦嗄啦作响，引起扰民问题；起扰民问题； 3. 3. 行车阻力增大，使运营能耗增大，并要求机车动行车阻力增大，使运营能耗增大，并要求机车动力增大；力增大； 客运专线隧道设计与施工(3)高速列车在隧道内运行引起的问题高速列车在隧道内运行引起的问题 4. 4. 形成空气动力学噪声（与车速的形成空气动力学噪声（与车速的6 68 8次方成正次方成正比）；比）； 5. 5. 列车风加剧，影响隧道维修养护人员的正常作业；列车风加剧，影响隧道维修养护人员的正常作业； 6. 6. 列车克服阻力所作的功转化为热量，在洞内积聚列车克服阻

6、力所作的功转化为热量，在洞内积聚引起温度升高等。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。采取措施，以减缓空气动力学效应。 客运专线隧道设计与施工(3)空气动力学效应空气动力学效应 空气动力学效应的因素：空气动力学效应的因素： 车辆的因素车辆的因素 隧道的因素隧道的因素 列车速度列车速度 隧道横断面积隧道横断面积 列车横断面积列车横断面积 隧道长度隧道长度 列车长度列车长度 隧道道床类型隧道道床类型 列车头部形状列车头部形状 洞口结构洞口结构客运专线隧道设计与施工(3)可靠性和耐久性可靠性和耐久性可

7、靠性可靠性：结构在规定的时间内，在正常规定的条件：结构在规定的时间内，在正常规定的条件下，完成预定功能的能力，包括安全性、适用性下，完成预定功能的能力，包括安全性、适用性和耐久性。当以概率来度量时，成为结构的可靠和耐久性。当以概率来度量时，成为结构的可靠度。度。耐久性：耐久性：在使用过程中经受（抵抗）各种破坏因素在使用过程中经受（抵抗）各种破坏因素的作用（破坏力）而能保持其使用功能的能力。的作用（破坏力）而能保持其使用功能的能力。耐久性设计：耐久性设计：通过控制内因即砼材料、钢筋性质和通过控制内因即砼材料、钢筋性质和周围状态、砼施工使用过程、砼受力状态，以满周围状态、砼施工使用过程、砼受力状态

8、，以满足接触环境作用下耐久性的要求。如足接触环境作用下耐久性的要求。如5050年或年或100100年年等等客运专线隧道设计与施工(3)环境的影响环境的影响环境包括：环境包括： 生态环境、自然环境和周边人文环境生态环境、自然环境和周边人文环境噪声的影响噪声的影响-减振降噪：减振降噪： 轮轨噪声、机械噪声、弓网噪声和空气轮轨噪声、机械噪声、弓网噪声和空气动力学噪声。动力学噪声。客运专线隧道设计与施工(3)防灾救援问题防灾救援问题影响列车安全运行的因素：影响列车安全运行的因素： 突发性的：火灾、撞车、列车脱轨突发性的：火灾、撞车、列车脱轨经常性的：隧道病害经常性的：隧道病害客运专线隧道设计与施工(3

9、)客运专线隧道设计与施工(3)隧道有效内净空面积隧道有效内净空面积客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道限界客运专线隧道设计与施工(3)序号序号 类别标准类别标准单线单线双线双线1200km/h客专近期客货客专近期客货共线共线52.86m285.8m22200km/h客专近期双箱客专近期双箱运输运输 56.67m292.94m2 3250km/h近期客货共线近期客货共线58m290.16m2 4250km/h近期双箱运输近期双箱运输58m295.06m2 5350km/h客运专线客运专线70m2100m2客运专线隧道设计与施工(3)洞门型式及缓冲结构洞门型式及缓冲结构客运专线隧道设计与施工(

10、3)1 1、设计、施工中必须建立综合超前、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。预报系统作为工序并列入预算之中。2 2、设计必须采取动态信息化设计和、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。信息化施工，以及信息化动态管理。客运专线隧道设计与施工(3)3 3、从环境保护出发，尤其在岩溶地区隧、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。为以堵为主，限排为辅。4 4、取消洞门或设计简易洞门、取消洞门或设计简易洞门 洞门应设在早进晚出地段，按不受力洞门应设在早进晚出地段，按不受力洞

11、门设计，挡墙式洞门，必造成大的刷洞门设计，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，壁处可不设洞门，洞口易选在鼻梁上，洞口处取消深路堑。洞口处取消深路堑。客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)几种洞门型式几种洞门型式客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3) 5 5、5km5km以上隧道设置平行导坑是确保安全、以上隧道设置平行导坑是确保安全、质量、进度的重要措施，也是今后运营隧质量、进度的重要措施，也是今后运营隧道所必须。道所必须。6 6、长隧道的开挖

12、方法、长隧道的开挖方法 (1)(1)全断面钻爆法。全断面钻爆法。 (2)(2)导洞超前后部扩大钻爆法，导洞可超导洞超前后部扩大钻爆法，导洞可超前前5-6m5-6m争取临孔面，为后部扩大加快速度，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，为推荐导坑而不增设工作面，反而更快，为推荐方法。方法。客运专线隧道设计与施工(3) (3) (3)小直径小直径TBMTBM（3-4m3-4m）加钻爆法扩大，）加钻爆法扩大，为推荐方法，以提高科技含量。

13、为推荐方法，以提高科技含量。 (4)(4)软弱地层段，采用正台阶开挖加超前软弱地层段，采用正台阶开挖加超前支护进行。支护进行。（5 5）有轨运输、无轨装碴。）有轨运输、无轨装碴。（6 6）长隧施工通风方法）长隧施工通风方法 采用压入式和射流正洞式通风，可实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。现左、右洞调节，通风效果很好。客运专线隧道设计与施工(3)第二节第二节 隧道施工隧道施工 客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与

14、施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)超前深孔围幕注浆超前深孔围幕注浆超前小导管注浆超前小导管注浆注浆加固

15、围岩和堵水注浆加固围岩和堵水插板插板长管棚长管棚短管棚短管棚管棚超前支护前方围岩管棚超前支护前方围岩临时仰拱封底临时仰拱封底超前锚杆锚固前方围岩超前锚杆锚固前方围岩喷射混凝土封闭工作面喷射混凝土封闭工作面预留核心土挡护开挖面预留核心土挡护开挖面稳定工作面稳定工作面客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3

16、)客运专线隧道设计与施工(3) SLRZ客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)树脂内锚头锚杆树脂内锚头锚杆快硬水泥卷内锚头锚杆快硬水泥卷内锚头锚杆索索水泥砂浆内锚头锚杆水泥砂浆内锚头锚杆索索粘结式内锚头锚杆粘结式内锚头锚杆楔头式锚杆楔头式锚杆楔缝式锚杆楔缝式锚杆索索胀壳式锚杆胀壳式锚杆索索机械内锚

17、头锚杆机械内锚头锚杆端头锚固式端头锚固式)()()()() 1 (客运专线隧道设计与施工(3)缝缝管管式式锚锚杆杆楔楔管管式式锚锚杆杆摩摩擦擦式式) 3()()()4(索索杆杆先先灌灌浆浆后后张张拉拉预预应应力力锚锚索索杆杆先先张张拉拉后后灌灌浆浆预预应应力力锚锚混混合合式式树脂全粘结式锚杆树脂全粘结式锚杆砂浆锚杆砂浆锚杆水泥砂浆全粘结式锚杆水泥砂浆全粘结式锚杆水泥浆全粘结式锚杆水泥浆全粘结式锚杆全长粘结式全长粘结式)()2(客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)钢纤维喷射混凝土是在喷射混凝土中加入钢纤维喷射混凝土是在喷射混凝土中加入钢纤维，弥补

18、喷射混凝土的脆性破坏缺陷，钢纤维，弥补喷射混凝土的脆性破坏缺陷，改善喷射混凝土的物理力学性能。改善喷射混凝土的物理力学性能。客运专线隧道设计与施工(3)钢纤维的生产方法通常有钢丝切断法、薄钢板切断法、钢纤维的生产方法通常有钢丝切断法、薄钢板切断法、铣削法、熔抽法及轧制法。作为混凝土增强材料，钢纤维铣削法、熔抽法及轧制法。作为混凝土增强材料，钢纤维在投入搅拌机后，其形状、尺寸要能均匀地分散到混凝土在投入搅拌机后，其形状、尺寸要能均匀地分散到混凝土中，同时喷射混凝土要容易输送、喷射。若钢纤维过长、中，同时喷射混凝土要容易输送、喷射。若钢纤维过长、过细，搅拌过程中钢纤维集结，并在喷射过程中宜堵塞管过

19、细，搅拌过程中钢纤维集结，并在喷射过程中宜堵塞管道。反之，若钢纤维过短、过粗，运输、搅拌过程中宜与道。反之，若钢纤维过短、过粗，运输、搅拌过程中宜与混凝土分离下沉，不能均匀分布与混凝土中，起不到有效混凝土分离下沉，不能均匀分布与混凝土中，起不到有效增强作用。通常在喷射钢纤维混凝土中，钢纤维的直径增强作用。通常在喷射钢纤维混凝土中，钢纤维的直径( (或或等效直径等效直径) )为为0.30.30.6mm0.6mm，长度为，长度为202040mm40mm，长径比为，长径比为40406060，钢纤维的体积掺量为，钢纤维的体积掺量为1 12 2。为增大钢纤维与混凝。为增大钢纤维与混凝土的粘结力，通常改变

20、钢纤维的表面特征，其几何形状、土的粘结力，通常改变钢纤维的表面特征，其几何形状、端面形状形式多样。端面形状形式多样。客运专线隧道设计与施工(3)钢纤维喷射混凝土的配合比一般为水泥钢纤维喷射混凝土的配合比一般为水泥: :砂砂: :石石1:1.6:1.61:1.6:1.6，水泥标号不低于，水泥标号不低于525525号，砂子采号，砂子采用中砂，石子采用筛洗卵石，最大粒径用中砂，石子采用筛洗卵石，最大粒径10mm10mm，钢纤维掺量一般为喷射混凝土重量的钢纤维掺量一般为喷射混凝土重量的1.0%1.0%2.0%2.0%；钢纤维的长度一般不超过；钢纤维的长度一般不超过30mm30mm，l/dl/d4545

21、8080之间规格尺寸为直径之间规格尺寸为直径长度长度0.3mm0.3mm20mm20mm或或0.4mm0.4mm20mm20mm或或0.4mm0.4mm25mm25mm。 客运专线隧道设计与施工(3) 格栅钢架的断面 竖向网构架立筋 14f 水平网构架立筋 14f 主筋 22f 22f 2N1 25 2N2 25 2N1 25 2N2 25 7 接头示意图 客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道

22、设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3) 36客运专线隧道设计与施工(3)客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3) 客运专线隧道设计与施工(3) II客运专线隧道设计与施工(3)设备投入是加快长隧道施工的关键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费用应占隧道施工总费用的20%20%左右。否则，隧道左右。否则，隧道施工是实现不了安全、优质和快速。施工是实现不了安全、优质和快速。第三节第三节 施工机械配套施工机械配套客运专线隧道设计与施工(3)主要施工设备主要施工设备支护架设机支护架设机仰拱栈桥仰拱栈桥自动喷浆机自动喷浆机钻孔台车钻孔台车客运专线隧道设计与施工(3)衬砌台车暗洞暗洞明洞明洞客运专线隧道设计与施工(3)管棚钻机管棚钻机工作平台车工作平台车客运专线隧道设计与施工(3)