论铁路隧道工程 铁路隧道的勘测、设计、贯通控制测量和施工等工作。 铁路隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道;为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道;为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。
自英国于1826年起在蒸汽机车牵引的铁路上开始修建长770米的泰勒山单线隧道和长 2474米的维多利亚双线隧道以来,英、美、法等国相继修建了大量铁路隧道。19世纪共建成长度超过 5公里的铁路隧道11座,有3座超过10公里,其中最长的为瑞士的圣哥达铁路隧道,长 14998米。1892年通车的秘鲁加莱拉铁路隧道,海拔4782米,是现今世界最高的标准轨距铁路隧道。在19世纪60年代以前,修建的隧道都用人工凿孔和黑火药爆破方法施工。1861年修建穿越阿尔卑斯山脉的仙尼斯峰铁路隧道时,首次应用风动凿岩机代替人工凿孔。1867年修建美国胡萨克铁路隧道时,开始采用硝化甘油炸药代替黑火药,使隧道施工技术及速度得到进一步发展。
在20世纪初期,欧洲和北美洲一些国家铁路形成铁路网,建成的5公里以上长隧道有 20座,其中最长的瑞士和意大利间的辛普朗铁路隧道长19.8公里。美国长约12.5公里的新喀斯喀特铁路隧道和加拿大长约 8.1公里的康诺特铁路隧道都采用中央导坑法施工。其施工平均年进度分别为4.1和4.5公里,是当时最高的施工进度。至1950年,世界铁路隧道最多的国家有意大利、日本、法国和美国。日本至20世纪70年代末共建成铁路隧道约3800座,总延长约1850公里,其中5公里以上的长隧道达60座,为世界上铁路长隧道最多的国家。1974年建成的新关门双线隧道,长18675米,为当时世界最长的海底铁路隧道。1981年建成的大清水双线隧道,长22228米,为世界最长的山岭铁路隧道。连接本州和北海道的青函海底隧道,长达53850米,为当今世界最长的海底铁路隧道。
20世纪60年代以来,隧道机械化施工水平有很大提高。全断面液压凿岩台车和其他大型施工机具相继用于隧道施工。喷锚技术的发展和新奥法的应用为隧道工程开辟了新的途径。掘进机的采用彻底改变了隧道开挖的钻爆方式。盾构构造不断完善,已成为松软、含水地层修建隧道最有效的工具。
中国于1887~1889年在台湾省台北至基隆窄轨铁路上修建的狮球岭隧道,是中国的第一座铁路隧道,长261米。此后,又在京汉、中东、正太等铁路修建了一些隧道。京张铁路关沟段修建的4座隧道,是用中国自己技术力量修建的第一批铁路隧道。其中最长的八达岭铁路隧道长为1091米,于1908年建成。中国在1950年以前,仅建成标准轨距铁路隧道238座,总延长89公里。自20世纪50年代以来,隧道修建数量大幅度增加,1950~1984年期间共建成标准轨距铁路隧道4247座,总延长2014.5公里,成为世界上铁路隧道最多的国家之一。中国标准轨距铁路隧道修建数量如表1[ 中国标准轨距铁路隧道修建数量]。此外,中国还建有窄轨距铁路隧道191座,总延长23公里。截至1984年,中国共建成5公里以上长隧道10座(表2[中国5公里以
上的铁路隧道]),最长者为京原铁路的驿马岭铁路隧道,长7032米。现正在施工的京广铁路衡韶段大瑶山双线隧道,长14.3公里。中国最高的铁路隧道是青藏铁路关角铁路隧道,长4010米,海拔3690米。(见彩图[大瑶山铁路隧道施工])
中国铁路隧道约有半数以上分布在川、陕、云、贵4省。成昆、襄渝两条铁路干线隧道总延长分别为342及282公里,占线路总长的比率分别为31.6%和34.3%。 1 山岭隧道
中国目前最长的山岭隧道——太行山隧道,太行山隧道为双洞单线,穿过高度为1311米的太行山山脉主峰越宵山,全长27.8公里。在建设过程中,建设、设计、监理、施工单位,采用钻爆法施工,全隧道共设进口1个、斜井9个、出口1个,共11处施工通道,在24个工作面同时展开施工。
在太行山隧道施工过程中,工作人员通过采用长隧道硬质围岩快速施工技术、长距离掘进施工通风技术研究、双车道斜井无轨运输快速施工技术、轨道斜井有轨运输快速施工技术、长隧道控制测量技术等,以及多斜井多工作面同时开挖的高效组织模式,为国际和国内形成膨胀岩石膨胀势判定统一标准提供了宝贵的参考依据,为中国特长隧道建设积累了宝贵经验。
青藏线风火山隧道。青藏线格尔木~拉萨段风
火山隧道全长1338m,海拔4905m,2003年建成,是
目前世界上海拔最高的高原隧道,采用削竹式洞门。
隧道所在区域地质复杂,主要为含土冰层、饱
冰冻土、富冰冻土,还有裂隙冰、融冻泥岩等病害
性地质。这里平均海拔4900米左右,年均气温零下
7℃,寒季最低气温达零下41℃,空气中氧气含量只
有内地的50%左右,被喻为“生命禁区”。隧道冻土
层最厚达150米、覆盖层最薄处仅有8米,施工稍有不慎,就会导致大塌方,工程难度之大前所未遇。
风火山高原冻土隧道设计和施工中,研制、使用了适应冻土隧道施工的低温早强混凝土,采用了防水、保温等新技术和新工艺,攻克了浅埋冻土隧道进洞,冰岩光爆等技术难关,掌握了高原冻土路基和隧道施工的有效办法,使之达到了国内外冻土隧道施工的领先水平。在风火山不良地质地区打隧道,关键是解决围岩热融问题。施工单位把攻克饱冰冻土地质施工作为首选目标,并借鉴国内外冻土隧道施工的经验,研制、投产了两台特大型隧道空调机组,形成洞内空气冷冻室和冷气空调室,把洞内温度控制在±5℃以内,从而解决了不同冻土地质条件下的热融问题,为确保工程顺利进展探索出了新路。先后购进了400余台(套)一流的高原施工机械,实现了机械化作业,大大降低了职工劳动强度,提高了生产效率。风火山
隧道是青藏线上浅埋层最长的隧道,为避免出现塌方,针对不同地质的喷护和支护提出了一揽子工法方案。在富冰冻土地段,采用大管棚加小管棚的双层超前超强支护法,利用中空锚杆和加温后的水泥浆锚注,使围岩上层形成一种相对稳定的环境。同时,实行“弱爆破,快支护、快初衬”,使富冰冻土区段得以安全通过。对裂隙冰地质,采用“先抢格栅架,快焊钢筋网,边焊边喷护”的方法,取得了良好效果。对融冻泥岩地质,采取“用水玻璃进行双液注浆,首先稳定山体结构,待水玻璃与水泥浆凝固后,再进行谨慎开挖”,很快就制止了融冻泥岩的塌落,保证了施工的正常进行。
兰渝铁路西秦岭隧道,隧道长28236米,为我国第二长铁路隧道(含在建),仅次于在建的新关角隧道,隧道位于甘肃省陇南市武都区。为双洞单线隧道。。位于甘肃省陇南市武都区的西秦岭隧道全长28.24公里,是我国采用目前世界上最先进的TBM掘进机修建的最长铁路隧道。这台长180米,重达1800吨的现代化掘进机,开挖直径达10.23米,超过了三层楼的高度,也是目前我国采用掘进机修建的最大直径的干线铁路隧道。采用这种“工厂化”的隧道开挖现代作业设备和技术,不仅可以在保证工程质量的同时确保施工安全;还能最大限度改善作业环境、降低粉尘等有害气体的污染,减少对生态环境的影响和破坏。它标志着我国特殊地质条件下,铁路隧道的施工技术达到世界领先水平。 大清水铁路隧道是目前世界上最长的山岭铁路隧道。位于日本东京经大宫至新潟的铁路干线上,在土合车站和土樽车站之间(上越上行线)穿越本州岛分水岭三国山脉的单线铁路隧道。
清水铁路隧道于1922年开工,1931年完工,长9.7公里,海拔 677米。隧道内线路坡度(自南向北)为+3‰、+2‰、-15.2‰,线路限制坡度为20‰,轨距为1067毫米。这座隧道穿过的地层主要是石英闪长岩、花岗岩等,采用下导坑先进上部半断面法施工。施工中曾发生岩爆和涌水。
同清水铁路隧道相邻,在不同海拔处穿越三国山脉的铁路隧道还有新清水铁路隧道和大清水铁路隧道。新清水铁路隧道是单线铁路隧道,在上越干线的下行线上,于1963年开工,1967年完工,长13.5公里,海拔628米。隧道内线路坡度(自南向北)为+6‰、+7‰、-3‰,线路限制坡度为20‰,轨距为1067毫米。隧道内设有站线和站台(土合车站),并设有辅助坑道与地面相通。大清水铁路隧道是双线铁路隧道,在上越新干线上,于1971年开工,1981年完工,长22.2公里,海拔538米。隧道内线路坡度(自南向北)为+6‰、+3‰、-12‰,线路限制坡度为15‰,轨距为1435毫米。隧道内设有6座斜井和1座横洞。这两座隧道同清水铁路隧道穿过的地层基本相同。大清水铁路隧道在施工中曾出现涌水,每分钟涌水量达90吨,有岩爆。
勒奇山隧道该隧道穿越阿尔卑斯山,沟通南北欧,是阿尔卑斯地区最长的铁路隧道,也是目前世界上第三长陆上隧道。
勒奇山铁路隧道总长34公里,目的是使来
自欧盟的载重卡车在瑞士境内能用火车运送,从
而减轻瑞士高速公路的交通压力。隧道将打通阿
尔卑斯山,使德国与意大利之间的旅行时间缩短
一个小时。
勒奇山隧道于1994年从瑞士首都伯尔尼以
南56公里处开凿,计划从山的南北两头分别修建,最后在隧道的正中央汇合。2005年4月
28日,南北两段隧道几乎是完美的“相遇”了:北段隧道的钻孔中心点与南部隧道的钻孔中心点的水平偏离仅为13厘米,而两点的垂直误差不超过2.5厘米。
勒奇山隧道预计在2007年正式通车,届时将使货运列车和客运列车达到每小时160公里和240公里的速度。
亚平宁隧道1934年建成。位于意大利佛罗伦萨至博洛尼亚的铁路穿越亚平宁山脉的双线隧道。长18.58千米,中部设有越行站,建于1920~1934年,隧道穿过粘土、页岩和砂岩等地层,用上、下导坑先拱后墙法施工,中部设有2座长500米的斜井作为辅助坑道。因山体压力大、水和瓦斯多,曾发生爆炸并引起火灾等事故,造成97人死亡,后采取了专门的防火、防爆措施,配置相应的设备,加强通风,并对拱部进行勾缝、抹面和压注水泥浆后,才防止了事故的再发生。隧道建成后,所开通的线路较老线路缩短里程约34千米,降低海拔294米,牵引定数提高1倍。 狮球岭隧道是第一个铁路隧道,也是台湾地区唯一仅存的清代铁路隧道。三级古迹,位于安乐区,为刘铭传所建,目前被评定为三级古迹。
狮球岭隧道是中国最早建成的铁路隧道,位于台湾省基隆经台北至新竹窄轨铁路的基隆与七堵之间,全长261米。这座隧道通过页岩、砂岩及粘土地层,最大埋深61米。在地层压力较大处,拱部用砖作衬砌,边墙用石料作衬砌;在岩层较好处,则用木料作衬砌。隧道于1887年从南北两端同时开工,由外国工程师定出线路方向及中心桩的开挖高度,由清朝政府的军队负责施工。筑路官兵用粗笨工具开挖,克服了大塌方等不少困难,终于在1890年建成。现在的狮球岭隧道已成为台湾省基隆的旅游景点,游人来此瞻仰,缅怀先人们的丰功伟绩。
2 水下隧道
日本青函隧道:世界上最长的一条隧道。它跨越津轻海峡,把日
本的北海道和本州的铁路连接起来。隧道由本州的青森穿过津轻海
峡到北海道的函馆,为双线隧道,全长为53860米,其中海底部分
为23300米。
青函隧道由3条
隧道组成。主隧道
全长 53.9千米,其
中海底部分23.3千
米,陆上部分本州一侧为13.6千米,北海道一侧为17千米。主坑道宽11.9米,高9米,断面80平方米。除主隧道外,还有两条辅助坑道:一是调查海底地质用的先导坑道;二是搬运器材和运出砂石的作业坑道。这两条坑道高4米、宽5米,均处在海底。现在,先导坑道用于换气和排水。漏到隧道的海水会被引到先导坑道的水槽,然后再用高压泵排出地面。作业坑道则用作列车修理和轨道维修的场所。
英吉利海峡隧道(The Channel Tunnel)又称英法海底隧道或欧洲隧道(Eurotunnel),是一条把英国英伦三岛连接往欧洲法国的铁路隧道,于1994年5月6日开通。它由三条长51km的平行隧洞组成,总长度153km,其中海底段的隧洞长度为3×38km,是目前世界上最长的海底隧道。两条铁路洞衬砌后的直径为7.6m,开挖洞径为
8.368.78m;中间一条后勤服务洞衬砌后的直径为4.8m,开挖洞径为5.38~5.77m。从1986年2月12日法、英两国签订关于隧道连接的坎特布利条约(Treaty of Canterbury)到1994年5月7日正式通车,历时8年多,耗资约100亿英镑(约150亿美元),也是世界上规模最大的利用私人资本建造的工程项目。这项工程由三条隧道和两个终点站组成。三条隧道由北向南平行排列,南北两隧道相距30米,是单线单向的铁路隧道,隧道直径为7.6米;中间隧道为辅助隧道,用于上述两隧道的维修和救援工作,直径为4.8米。在辅助隧道的1/3和2/3处,分别为两运营隧道修建了横向联接隧道。当铁路出现故障时,可把在一侧隧道内运行的列车转入另一隧道继续运行,而不中断整个隧道的运营业务。在辅助隧道线上,每隔375米,都有通道与两主隧道相连,以便维修人员工作和在紧急情况下疏散人员。 列车在很
长的隧洞中高速行驶时会产
生压差和空气动力阻抗。特别是欧洲隧
道列车的阻塞比(列车与隧道断面之比)
很高,如果没有卸压管,列车的驱动力
需要增加很多。为此隧道沿线每250m设
一个2m直径的卸压管,从后勤服务洞的
顶上跨过,把两个铁路主洞连接起来。
在
设
计阶段对卸压管的作用做了许多模型研究,使其
有较好的空气动力效应,并避免在管中产生气流
冲击。
铁路隧道和列车要承受车辆震动的长期反复
荷载。为此铁道路轨采用了一种称作‘松那
飞’(Sonneville)的系统。一系列连续焊接的铁
轨下面设弹性减振装置,使车辆在轨道上行驶非
常平稳。该系统的部件要经过多种性能测试,包
括经历1000万次荷载周期的疲劳试验,以确保系
统的可靠性。
该隧道还采用一种由铁路控制中心操纵的‘司机台信号系统’(Cab Signal)。这种信号不是在机车外面或轨道旁边,而是显示在司机台的屏幕上。一旦司机对信号没有作出反应,自动列车保护装置就会使列车减速,直到停止,保证列车安全行驶。
长隧洞掘进时的通风往往是施工中的一个难题。欧洲隧道对空气循环的途径和风机的布置都作了详细的规划和研究。不仅设置通风管,而且也利用隧洞本身作为通风通道,使开挖面的风量达到13.5m3/s,符合社会保障与安全组织和地下工程协会规定的通风标准。
3 城市隧道 十堰四号隧道全长4017米,是襄渝铁路二线控制工程。该隧道穿越十堰市城区,为城市铁路隧道,类似城市地铁。该隧道地质复杂,多次穿越东风汽车集团的居民区、厂区和316国道,施工单位解决了道道施工难题。
隧道成功穿越农科所附近8层高的大楼。从隧道顶部到地面仅6.7米,成为隧道距离地面最浅的地段。
穿越类似的浅埋地段,在从东至西的掘进中,还依次经过了东风公司设备修造厂、东风公司刃量具厂、316国道和花果街办希望小学附近的垃圾沟。
据了解,十堰四号隧道穿越农科所的地下长度为145米,隧道顶部至地面最小埋深6.7米;穿越东风公司设备修造厂的地下长度为110米,最小埋深14.6米;穿越东风公司刃量具厂的地下长度为125米,最小埋深11.52米;穿越316国道的地下长度为100米,最小埋深20.39米;穿越垃圾沟的地下长度为130米,最小埋深13.23米。“当然也有厚的地方。隧道所经区域,隧道顶部至地面最厚处也有70多米。”
技术人员介绍,该隧道开挖的岩石多为武当山群云母片岩,手感光滑,可施工不当极易塌方。而隧道所经之处,地面民房和厂房较为密集。浅埋段又是沟谷凹地,地层覆盖过薄,且岩层破碎。因此,施工时控制地表沉降和防止坍塌显得尤为重要。
为给“中国最长城市铁路隧道”保驾护航,十堰四号隧道工程建立了完善的量测制度,及时量测、及时反馈,采取相应施工技术措施。同时,还预备了应急资源。由于隧道基本穿越风化岩层,工程技术人员采取了爆破开挖的方法。为了避免隧道拱部垂直压力过大,造成隧道拱部下沉过多,施工中采用以控制隧道拱部下沉变形为主的超短台阶法减震控制爆破。与此同时,加强了超前支护和初期支护,最大限度地减少对围岩的震动,减少地面沉降、围岩变形和保护围岩的天然承载力。
施工过程中,地质专业技术人员在隧道每开挖5米左右时,进行一次地质调查,并绘制地质素描图,发现地质有变化,及时提请变更。
据了解,当隧道开挖将穿越316国道时,工程技术人员提前用工字钢将路面架空,以防开挖时,重车加重沉降处上面的荷载。建设隧道,最怕水了!在农科所、东风公司设备修造厂、东风公司刃量具厂三个浅埋段,各有一水沟跨越隧道顶部。施工时受爆破影响,地表水源有可能渗透,引起塌方。为了解决这个问题,施工技术人员在三个浅埋段跨隧道排水沟上游砌筑了排水坝,在水沟内铺设防水板,使流水在防水板上流过隧道顶拱部。
在十堰四号隧道底部两侧,还各有一条小水沟。据介绍,水沟用来排除地质结构中地下水和列车排放的废水,以免对隧道造成危害。隧道除进口斜砌段采用整体式衬砌外,其余地段均采用复合式衬砌,二次衬砌采用防水混凝土。
这条铁路线的建设,将极大地缓解汉丹、襄渝铁路的运输压力,连接着中部和西部地区,有利于中部崛起和西部大开发战略的实施,对于拉动沿线地区经济的发展,改善投资环境,增强发展后劲,有着十分重要的意义。
论铁路隧道工程 铁路隧道的勘测、设计、贯通控制测量和施工等工作。 铁路隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道;为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道;为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。
自英国于1826年起在蒸汽机车牵引的铁路上开始修建长770米的泰勒山单线隧道和长 2474米的维多利亚双线隧道以来,英、美、法等国相继修建了大量铁路隧道。19世纪共建成长度超过 5公里的铁路隧道11座,有3座超过10公里,其中最长的为瑞士的圣哥达铁路隧道,长 14998米。1892年通车的秘鲁加莱拉铁路隧道,海拔4782米,是现今世界最高的标准轨距铁路隧道。在19世纪60年代以前,修建的隧道都用人工凿孔和黑火药爆破方法施工。1861年修建穿越阿尔卑斯山脉的仙尼斯峰铁路隧道时,首次应用风动凿岩机代替人工凿孔。1867年修建美国胡萨克铁路隧道时,开始采用硝化甘油炸药代替黑火药,使隧道施工技术及速度得到进一步发展。
在20世纪初期,欧洲和北美洲一些国家铁路形成铁路网,建成的5公里以上长隧道有 20座,其中最长的瑞士和意大利间的辛普朗铁路隧道长19.8公里。美国长约12.5公里的新喀斯喀特铁路隧道和加拿大长约 8.1公里的康诺特铁路隧道都采用中央导坑法施工。其施工平均年进度分别为4.1和4.5公里,是当时最高的施工进度。至1950年,世界铁路隧道最多的国家有意大利、日本、法国和美国。日本至20世纪70年代末共建成铁路隧道约3800座,总延长约1850公里,其中5公里以上的长隧道达60座,为世界上铁路长隧道最多的国家。1974年建成的新关门双线隧道,长18675米,为当时世界最长的海底铁路隧道。1981年建成的大清水双线隧道,长22228米,为世界最长的山岭铁路隧道。连接本州和北海道的青函海底隧道,长达53850米,为当今世界最长的海底铁路隧道。
20世纪60年代以来,隧道机械化施工水平有很大提高。全断面液压凿岩台车和其他大型施工机具相继用于隧道施工。喷锚技术的发展和新奥法的应用为隧道工程开辟了新的途径。掘进机的采用彻底改变了隧道开挖的钻爆方式。盾构构造不断完善,已成为松软、含水地层修建隧道最有效的工具。
中国于1887~1889年在台湾省台北至基隆窄轨铁路上修建的狮球岭隧道,是中国的第一座铁路隧道,长261米。此后,又在京汉、中东、正太等铁路修建了一些隧道。京张铁路关沟段修建的4座隧道,是用中国自己技术力量修建的第一批铁路隧道。其中最长的八达岭铁路隧道长为1091米,于1908年建成。中国在1950年以前,仅建成标准轨距铁路隧道238座,总延长89公里。自20世纪50年代以来,隧道修建数量大幅度增加,1950~1984年期间共建成标准轨距铁路隧道4247座,总延长2014.5公里,成为世界上铁路隧道最多的国家之一。中国标准轨距铁路隧道修建数量如表1[ 中国标准轨距铁路隧道修建数量]。此外,中国还建有窄轨距铁路隧道191座,总延长23公里。截至1984年,中国共建成5公里以上长隧道10座(表2[中国5公里以
上的铁路隧道]),最长者为京原铁路的驿马岭铁路隧道,长7032米。现正在施工的京广铁路衡韶段大瑶山双线隧道,长14.3公里。中国最高的铁路隧道是青藏铁路关角铁路隧道,长4010米,海拔3690米。(见彩图[大瑶山铁路隧道施工])
中国铁路隧道约有半数以上分布在川、陕、云、贵4省。成昆、襄渝两条铁路干线隧道总延长分别为342及282公里,占线路总长的比率分别为31.6%和34.3%。 1 山岭隧道
中国目前最长的山岭隧道——太行山隧道,太行山隧道为双洞单线,穿过高度为1311米的太行山山脉主峰越宵山,全长27.8公里。在建设过程中,建设、设计、监理、施工单位,采用钻爆法施工,全隧道共设进口1个、斜井9个、出口1个,共11处施工通道,在24个工作面同时展开施工。
在太行山隧道施工过程中,工作人员通过采用长隧道硬质围岩快速施工技术、长距离掘进施工通风技术研究、双车道斜井无轨运输快速施工技术、轨道斜井有轨运输快速施工技术、长隧道控制测量技术等,以及多斜井多工作面同时开挖的高效组织模式,为国际和国内形成膨胀岩石膨胀势判定统一标准提供了宝贵的参考依据,为中国特长隧道建设积累了宝贵经验。
青藏线风火山隧道。青藏线格尔木~拉萨段风
火山隧道全长1338m,海拔4905m,2003年建成,是
目前世界上海拔最高的高原隧道,采用削竹式洞门。
隧道所在区域地质复杂,主要为含土冰层、饱
冰冻土、富冰冻土,还有裂隙冰、融冻泥岩等病害
性地质。这里平均海拔4900米左右,年均气温零下
7℃,寒季最低气温达零下41℃,空气中氧气含量只
有内地的50%左右,被喻为“生命禁区”。隧道冻土
层最厚达150米、覆盖层最薄处仅有8米,施工稍有不慎,就会导致大塌方,工程难度之大前所未遇。
风火山高原冻土隧道设计和施工中,研制、使用了适应冻土隧道施工的低温早强混凝土,采用了防水、保温等新技术和新工艺,攻克了浅埋冻土隧道进洞,冰岩光爆等技术难关,掌握了高原冻土路基和隧道施工的有效办法,使之达到了国内外冻土隧道施工的领先水平。在风火山不良地质地区打隧道,关键是解决围岩热融问题。施工单位把攻克饱冰冻土地质施工作为首选目标,并借鉴国内外冻土隧道施工的经验,研制、投产了两台特大型隧道空调机组,形成洞内空气冷冻室和冷气空调室,把洞内温度控制在±5℃以内,从而解决了不同冻土地质条件下的热融问题,为确保工程顺利进展探索出了新路。先后购进了400余台(套)一流的高原施工机械,实现了机械化作业,大大降低了职工劳动强度,提高了生产效率。风火山
隧道是青藏线上浅埋层最长的隧道,为避免出现塌方,针对不同地质的喷护和支护提出了一揽子工法方案。在富冰冻土地段,采用大管棚加小管棚的双层超前超强支护法,利用中空锚杆和加温后的水泥浆锚注,使围岩上层形成一种相对稳定的环境。同时,实行“弱爆破,快支护、快初衬”,使富冰冻土区段得以安全通过。对裂隙冰地质,采用“先抢格栅架,快焊钢筋网,边焊边喷护”的方法,取得了良好效果。对融冻泥岩地质,采取“用水玻璃进行双液注浆,首先稳定山体结构,待水玻璃与水泥浆凝固后,再进行谨慎开挖”,很快就制止了融冻泥岩的塌落,保证了施工的正常进行。
兰渝铁路西秦岭隧道,隧道长28236米,为我国第二长铁路隧道(含在建),仅次于在建的新关角隧道,隧道位于甘肃省陇南市武都区。为双洞单线隧道。。位于甘肃省陇南市武都区的西秦岭隧道全长28.24公里,是我国采用目前世界上最先进的TBM掘进机修建的最长铁路隧道。这台长180米,重达1800吨的现代化掘进机,开挖直径达10.23米,超过了三层楼的高度,也是目前我国采用掘进机修建的最大直径的干线铁路隧道。采用这种“工厂化”的隧道开挖现代作业设备和技术,不仅可以在保证工程质量的同时确保施工安全;还能最大限度改善作业环境、降低粉尘等有害气体的污染,减少对生态环境的影响和破坏。它标志着我国特殊地质条件下,铁路隧道的施工技术达到世界领先水平。 大清水铁路隧道是目前世界上最长的山岭铁路隧道。位于日本东京经大宫至新潟的铁路干线上,在土合车站和土樽车站之间(上越上行线)穿越本州岛分水岭三国山脉的单线铁路隧道。
清水铁路隧道于1922年开工,1931年完工,长9.7公里,海拔 677米。隧道内线路坡度(自南向北)为+3‰、+2‰、-15.2‰,线路限制坡度为20‰,轨距为1067毫米。这座隧道穿过的地层主要是石英闪长岩、花岗岩等,采用下导坑先进上部半断面法施工。施工中曾发生岩爆和涌水。
同清水铁路隧道相邻,在不同海拔处穿越三国山脉的铁路隧道还有新清水铁路隧道和大清水铁路隧道。新清水铁路隧道是单线铁路隧道,在上越干线的下行线上,于1963年开工,1967年完工,长13.5公里,海拔628米。隧道内线路坡度(自南向北)为+6‰、+7‰、-3‰,线路限制坡度为20‰,轨距为1067毫米。隧道内设有站线和站台(土合车站),并设有辅助坑道与地面相通。大清水铁路隧道是双线铁路隧道,在上越新干线上,于1971年开工,1981年完工,长22.2公里,海拔538米。隧道内线路坡度(自南向北)为+6‰、+3‰、-12‰,线路限制坡度为15‰,轨距为1435毫米。隧道内设有6座斜井和1座横洞。这两座隧道同清水铁路隧道穿过的地层基本相同。大清水铁路隧道在施工中曾出现涌水,每分钟涌水量达90吨,有岩爆。
勒奇山隧道该隧道穿越阿尔卑斯山,沟通南北欧,是阿尔卑斯地区最长的铁路隧道,也是目前世界上第三长陆上隧道。
勒奇山铁路隧道总长34公里,目的是使来
自欧盟的载重卡车在瑞士境内能用火车运送,从
而减轻瑞士高速公路的交通压力。隧道将打通阿
尔卑斯山,使德国与意大利之间的旅行时间缩短
一个小时。
勒奇山隧道于1994年从瑞士首都伯尔尼以
南56公里处开凿,计划从山的南北两头分别修建,最后在隧道的正中央汇合。2005年4月
28日,南北两段隧道几乎是完美的“相遇”了:北段隧道的钻孔中心点与南部隧道的钻孔中心点的水平偏离仅为13厘米,而两点的垂直误差不超过2.5厘米。
勒奇山隧道预计在2007年正式通车,届时将使货运列车和客运列车达到每小时160公里和240公里的速度。
亚平宁隧道1934年建成。位于意大利佛罗伦萨至博洛尼亚的铁路穿越亚平宁山脉的双线隧道。长18.58千米,中部设有越行站,建于1920~1934年,隧道穿过粘土、页岩和砂岩等地层,用上、下导坑先拱后墙法施工,中部设有2座长500米的斜井作为辅助坑道。因山体压力大、水和瓦斯多,曾发生爆炸并引起火灾等事故,造成97人死亡,后采取了专门的防火、防爆措施,配置相应的设备,加强通风,并对拱部进行勾缝、抹面和压注水泥浆后,才防止了事故的再发生。隧道建成后,所开通的线路较老线路缩短里程约34千米,降低海拔294米,牵引定数提高1倍。 狮球岭隧道是第一个铁路隧道,也是台湾地区唯一仅存的清代铁路隧道。三级古迹,位于安乐区,为刘铭传所建,目前被评定为三级古迹。
狮球岭隧道是中国最早建成的铁路隧道,位于台湾省基隆经台北至新竹窄轨铁路的基隆与七堵之间,全长261米。这座隧道通过页岩、砂岩及粘土地层,最大埋深61米。在地层压力较大处,拱部用砖作衬砌,边墙用石料作衬砌;在岩层较好处,则用木料作衬砌。隧道于1887年从南北两端同时开工,由外国工程师定出线路方向及中心桩的开挖高度,由清朝政府的军队负责施工。筑路官兵用粗笨工具开挖,克服了大塌方等不少困难,终于在1890年建成。现在的狮球岭隧道已成为台湾省基隆的旅游景点,游人来此瞻仰,缅怀先人们的丰功伟绩。
2 水下隧道
日本青函隧道:世界上最长的一条隧道。它跨越津轻海峡,把日
本的北海道和本州的铁路连接起来。隧道由本州的青森穿过津轻海
峡到北海道的函馆,为双线隧道,全长为53860米,其中海底部分
为23300米。
青函隧道由3条
隧道组成。主隧道
全长 53.9千米,其
中海底部分23.3千
米,陆上部分本州一侧为13.6千米,北海道一侧为17千米。主坑道宽11.9米,高9米,断面80平方米。除主隧道外,还有两条辅助坑道:一是调查海底地质用的先导坑道;二是搬运器材和运出砂石的作业坑道。这两条坑道高4米、宽5米,均处在海底。现在,先导坑道用于换气和排水。漏到隧道的海水会被引到先导坑道的水槽,然后再用高压泵排出地面。作业坑道则用作列车修理和轨道维修的场所。
英吉利海峡隧道(The Channel Tunnel)又称英法海底隧道或欧洲隧道(Eurotunnel),是一条把英国英伦三岛连接往欧洲法国的铁路隧道,于1994年5月6日开通。它由三条长51km的平行隧洞组成,总长度153km,其中海底段的隧洞长度为3×38km,是目前世界上最长的海底隧道。两条铁路洞衬砌后的直径为7.6m,开挖洞径为
8.368.78m;中间一条后勤服务洞衬砌后的直径为4.8m,开挖洞径为5.38~5.77m。从1986年2月12日法、英两国签订关于隧道连接的坎特布利条约(Treaty of Canterbury)到1994年5月7日正式通车,历时8年多,耗资约100亿英镑(约150亿美元),也是世界上规模最大的利用私人资本建造的工程项目。这项工程由三条隧道和两个终点站组成。三条隧道由北向南平行排列,南北两隧道相距30米,是单线单向的铁路隧道,隧道直径为7.6米;中间隧道为辅助隧道,用于上述两隧道的维修和救援工作,直径为4.8米。在辅助隧道的1/3和2/3处,分别为两运营隧道修建了横向联接隧道。当铁路出现故障时,可把在一侧隧道内运行的列车转入另一隧道继续运行,而不中断整个隧道的运营业务。在辅助隧道线上,每隔375米,都有通道与两主隧道相连,以便维修人员工作和在紧急情况下疏散人员。 列车在很
长的隧洞中高速行驶时会产
生压差和空气动力阻抗。特别是欧洲隧
道列车的阻塞比(列车与隧道断面之比)
很高,如果没有卸压管,列车的驱动力
需要增加很多。为此隧道沿线每250m设
一个2m直径的卸压管,从后勤服务洞的
顶上跨过,把两个铁路主洞连接起来。
在
设
计阶段对卸压管的作用做了许多模型研究,使其
有较好的空气动力效应,并避免在管中产生气流
冲击。
铁路隧道和列车要承受车辆震动的长期反复
荷载。为此铁道路轨采用了一种称作‘松那
飞’(Sonneville)的系统。一系列连续焊接的铁
轨下面设弹性减振装置,使车辆在轨道上行驶非
常平稳。该系统的部件要经过多种性能测试,包
括经历1000万次荷载周期的疲劳试验,以确保系
统的可靠性。
该隧道还采用一种由铁路控制中心操纵的‘司机台信号系统’(Cab Signal)。这种信号不是在机车外面或轨道旁边,而是显示在司机台的屏幕上。一旦司机对信号没有作出反应,自动列车保护装置就会使列车减速,直到停止,保证列车安全行驶。
长隧洞掘进时的通风往往是施工中的一个难题。欧洲隧道对空气循环的途径和风机的布置都作了详细的规划和研究。不仅设置通风管,而且也利用隧洞本身作为通风通道,使开挖面的风量达到13.5m3/s,符合社会保障与安全组织和地下工程协会规定的通风标准。
3 城市隧道 十堰四号隧道全长4017米,是襄渝铁路二线控制工程。该隧道穿越十堰市城区,为城市铁路隧道,类似城市地铁。该隧道地质复杂,多次穿越东风汽车集团的居民区、厂区和316国道,施工单位解决了道道施工难题。
隧道成功穿越农科所附近8层高的大楼。从隧道顶部到地面仅6.7米,成为隧道距离地面最浅的地段。
穿越类似的浅埋地段,在从东至西的掘进中,还依次经过了东风公司设备修造厂、东风公司刃量具厂、316国道和花果街办希望小学附近的垃圾沟。
据了解,十堰四号隧道穿越农科所的地下长度为145米,隧道顶部至地面最小埋深6.7米;穿越东风公司设备修造厂的地下长度为110米,最小埋深14.6米;穿越东风公司刃量具厂的地下长度为125米,最小埋深11.52米;穿越316国道的地下长度为100米,最小埋深20.39米;穿越垃圾沟的地下长度为130米,最小埋深13.23米。“当然也有厚的地方。隧道所经区域,隧道顶部至地面最厚处也有70多米。”
技术人员介绍,该隧道开挖的岩石多为武当山群云母片岩,手感光滑,可施工不当极易塌方。而隧道所经之处,地面民房和厂房较为密集。浅埋段又是沟谷凹地,地层覆盖过薄,且岩层破碎。因此,施工时控制地表沉降和防止坍塌显得尤为重要。
为给“中国最长城市铁路隧道”保驾护航,十堰四号隧道工程建立了完善的量测制度,及时量测、及时反馈,采取相应施工技术措施。同时,还预备了应急资源。由于隧道基本穿越风化岩层,工程技术人员采取了爆破开挖的方法。为了避免隧道拱部垂直压力过大,造成隧道拱部下沉过多,施工中采用以控制隧道拱部下沉变形为主的超短台阶法减震控制爆破。与此同时,加强了超前支护和初期支护,最大限度地减少对围岩的震动,减少地面沉降、围岩变形和保护围岩的天然承载力。
施工过程中,地质专业技术人员在隧道每开挖5米左右时,进行一次地质调查,并绘制地质素描图,发现地质有变化,及时提请变更。
据了解,当隧道开挖将穿越316国道时,工程技术人员提前用工字钢将路面架空,以防开挖时,重车加重沉降处上面的荷载。建设隧道,最怕水了!在农科所、东风公司设备修造厂、东风公司刃量具厂三个浅埋段,各有一水沟跨越隧道顶部。施工时受爆破影响,地表水源有可能渗透,引起塌方。为了解决这个问题,施工技术人员在三个浅埋段跨隧道排水沟上游砌筑了排水坝,在水沟内铺设防水板,使流水在防水板上流过隧道顶拱部。
在十堰四号隧道底部两侧,还各有一条小水沟。据介绍,水沟用来排除地质结构中地下水和列车排放的废水,以免对隧道造成危害。隧道除进口斜砌段采用整体式衬砌外,其余地段均采用复合式衬砌,二次衬砌采用防水混凝土。
这条铁路线的建设,将极大地缓解汉丹、襄渝铁路的运输压力,连接着中部和西部地区,有利于中部崛起和西部大开发战略的实施,对于拉动沿线地区经济的发展,改善投资环境,增强发展后劲,有着十分重要的意义。