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客运专线隧道施工技术 铁科院(北京）工程咨询有限公司 qjg@ (010 2007年6月 主要内容 隧道工程的特点 隧道属于地下工程，是典型的地质工程，地质条件存在不确定性。因此，隧道工程以高风险、塌方多著称。 1 、不可预见因素多，工程风险性大：通过不良地质与特殊岩土段，可能遭遇断层、富水、岩爆、瓦斯等，处理不好可能发生瓦斯爆炸或塌方等。因此，国际隧道协会（ITA）曾经提出：地质风险由业主承担，施工风险由承包商承担。 2 、隐蔽工程多：隧道是地下工程，由于隧道结构的特点和工程的时效性，绝大部分的后一道工序都是在前一道工序的基础上立即进行，隐蔽部分较多。如果内在质量出现问题，事后很难发现，并且也很难采取措施补救。 3、 施工时效性强：由于隧道施工中围岩多变，地质水文条件复杂，并且大多不可预见。所以一旦出现意外情况，必须当机立断及时变更，进行现场处治，工程时效性较强。 隧道工程的特点 4、 施工空间狭小：隧道施工是在一个狭小的空间中进行，开挖、支护、防排水、衬砌、附属设施预埋件、轨道等施工工序多，时效性强。施工过程中的水、风、电、气管线复杂，相互干扰大，施工管理难度较大。 5 、施工环境恶劣：由于隧道施工是在一个半封闭的空间内进行，开挖和施工过程的污染很大，加之施工危险性大，所以施工环境比较恶劣。空气流通不佳，隧道内有粉尘，有害气体可能使人窒息。 6 、隧道为地质工程，由于围岩力学机理与主要参数不清，基于还原论的岩石力学围岩稳定性的分析预测，往往与实际情况相差较远。各国地下工程技术规范中，均以工程类比的经验方法为首要方法，理论分析列于末位。工程计算与桥梁等结构比较，相对而言比较模糊，存在一定的风险。 概述 新建铁路客运专线隧道设计主要由限界、构造尺寸、使用空间和缓解或消减列车进入隧道诱发的空气动力学效应两方面的要求确定。研究表明，当列车以200公里以上时速通过铁路隧道时，空气动力学效应对行车、旅客乘车舒适度、洞口环境的不利影响已十分明显且起控制作用，因此，隧道的设计除须遵照现行《铁路隧道设计规范》（TB10003）规定及提高防灾救援要求外，还应考虑下列因素： ① 隧道内形成的瞬变压力对乘员舒适度及相关车辆结构的影响； ② 空气阻力的增大对行车的影响； ③ 隧道口所形成的微压波对环境的影响； ④ 列车风对隧道内作业人员待避条件的影响。 空气动力学效应 当列车进入隧道时，原来占据着空间的空气被排开。空气的粘性以及气流对隧道壁面和列车表面的摩阻作用使得被排开的空气不能象在隧道外那样及时，顺畅地沿列车两侧和上部流动，列车前方的空气受压缩，随之产生特定的压力变化过程,引起相应的空气动力学效应并随着行车速度的提高而加剧。 在隧道端口处产生音爆并对乘客耳膜造成损伤，主要发生在隧道入口（非密封车辆) 。 一、列车进入隧道引起的瞬变压力 列车进入隧道引起的压力变化是两部分的叠加： ① 列车移动时从挤压、排开空气到留下真空整个过程引起的压力变化； ② 列车车头进入隧道产生的压缩波以及车尾进入隧道产生的膨胀波在隧道两洞口之间来回反射产生的压力变化(Mach波)。 当双线隧道中同时有不同方向列车相向行驶时，叠加所产生的情况则更为复杂。 列车在隧道中运行时(无相向行驶列车)车上测得的最大压力波动发生在第一个反射波到达列车时。 （一）隧道长度的影响 Mach波以声速传播，对于长隧道，来回反射的周期相应较长。同时，在反射的过程中能量有所衰减。 而对于短隧道，Mach波反射的周期大为缩短。同时，在反射过程中能量损失也较少，致使压力波动程度加剧。试验表明，压力波动绝对值，并不随隧道长度的减小而减小。 当隧道长度为1km时，压力波动明显加剧，而当隧道长度进一步增大到3km时，压力波动则并无显著加剧，反而有缓解趋向。 列车交会的双线隧道，最不利情况发生在列车交会在隧道中点时。 （二）列车速度的影响 根据研究报告，压力波动同列车速度平方成正比。 （三）隧道净空断面面积的影响 对于压力波动，诸因素中隧道横截面积的影响是最大的。ORE曾经系统地研究了各种因素对压力波动的影响。结果也表明，隧道净空断面面积，或者说，隧道阻塞比是最主要的因素。根据计算分析，提出压力波动与隧道阻塞比之间有下列关系: P=kv2βa