太行山隧道初步综合设计.docx

太行山隧道一、隧道概况太行山专长隧道在石太客运专线小寨车站和盂县车站之间，隧道经过太行山山脉山峰越宵山，隧道最大埋深445m，设计为双洞单线隧道，两线线间距35m。左线隧道全长27839 m；右线隧道全长27848 m；太行山隧道是现在中国设计和施工最长山岭铁路隧道。太行山隧道在直线上，隧道内线路坡度从进口至出口分别为13.4、14.3和6上坡。二、隧道工程条件（一）地形地貌隧道区在太行山脉中南段剥蚀中低山区及盂县寿阳黄土盆地堆积区两大地貌单元内。隧道进口段及中部在剥蚀中低山区，区内山峰林立，绵延起伏，形成了型态各异陡崖、峭壁、单面山，峡谷深切，多呈“V”字型，地形起伏较大，最大高差约600.0m,峡谷中无水，均为干谷，山上植被较为茂密，基岩裸露，展现山地地貌经典特征；隧道出口段在盂县寿阳黄土堆积盆地边缘，展现经典黄土高原峁、塬、梁等地貌，“U”字型冲沟发育，地形平坦开阔，起伏相对较小，最大高差约100m。（二）地层岩性隧道区地层表覆第四系松散堆积层冲洪积层马兰黄土、离石黄土，下伏石炭系中统本溪组（C2b）、奥陶系、寒武系及太古界（Art）地层。太古界为一套花岗片麻岩及黑云斜长片麻岩相组合。奥陶系、寒武系为灰深灰色中厚厚层状白云岩、石灰岩、紫红色薄层状竹叶状灰岩、角砾状泥灰岩（膏溶角砾岩）。石炭系中统本溪组为砂岩、泥岩及铝土质泥岩组成。（三）地质结构本隧道经过了沁水块陷娘子关-坪头坳缘翘起带、盂县坳缘翘起带、沾尚-武乡-阳成北北东向褶皱带等三个3个V级结构单元。其中以古咀至交口和红贝岭至窄沟水断裂东延部份是娘子关至坪头坳缘翘带和盂县坳缘翘带分界，古咀至交口和北坡至小岩沟断裂所围限地带则组成了在区内沾尚武乡阳城北北东向褶带东北边缘地带。（四）水文地质隧道区地下水类型关键为松散岩类孔隙潜水、碎屑岩类裂隙孔隙水和碳酸盐岩类裂隙溶隙水。角砾状泥灰岩（膏溶角砾岩）段地下水对混凝土具硫酸盐弱腐蚀性。（五）特殊岩土角砾状泥灰岩（膏溶角砾岩）太行山隧道在DK85+055DK93+900之间穿越了累计4410m长膏溶角砾岩地段,这种膏溶角砾岩关键集中分布在奥陶系峰峰组一段和上马家沟组一段。从勘察和试验情况来看，物质组成复杂，块体大小不一。这种特殊软岩硬土含有极其特殊工程性状和物理力学性质，单轴饱和抗压强度极低，Rc0.142.2MPa，属于极软岩，隧道挖开后稳定时间很短，轻易发生坍塌和大变形，假如遇水则强度很快降低，极易崩解软化，软化系数0.040.09；同时含有弱至中等程度膨胀性，其自由膨胀率在40%66%。（六）综合地质情况太行山隧道围岩等级表围岩等级总长太行山隧道（m）1672438551769549127839占百分比（）60.113.86.419.7100太行山隧道地质纵剖面简图（七）地震基础烈度及气象隧道所在地域地震动峰值加速度（地震基础烈度）为：0.10g()。隧道区内气候属暖温带亚润湿区，冬季以西风或西北风为主，夏秋季以东北风为主，土壤最大冻结深度为1.01m。三、隧道断面设计依据京沪高速铁路设计暂行要求（铁建设157号）中客运专线建筑靠近限界和预留空间要求、新建时速200公里客货共线铁路设计暂行要求（铁建设函285号）中电力牵引铁路KH-200桥隧建筑限界、200km/h客货共线铁路双层集装箱运输建筑限界暂行）（铁科技函157号）中电力牵引双层集装箱运输隧道建筑限界（SJX-SD）、相关石太客运专线单线隧道断面尺寸意见（鉴线120号）等要求，在充足分析空气动力学效应基础上，结合围岩稳定性和衬砌结构受力条件，设计隧道内轨顶面以上有效净空面积为60.4m2，曲线地段衬砌内轮廓不考虑加宽。四、关键设计标准（一）洞门形式及缓冲结构纵合考虑隧道洞口地形、地貌、地质条件及周围环境，隧道洞口结合缓冲结构段设计为斜截式隧道门。（二）衬砌支护类型隧道采取复合式衬砌，级及以上围岩采取曲墙带仰拱衬砌，级围岩采取曲墙式不带仰拱衬砌。隧道洞口、浅埋地段根据地震设防要求及国防设防要求进行设防。（三）防水及排水隧道防排水采取“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”标准。在裂隙水较发育及有水文环境严格要求地段，防排水采取“以堵为主，限量排放”标准，达成防水可靠、经济合理目标。1. 隧道防水等级为一级。2.隧道二次衬砌采取防水混凝土，抗渗等级不低于P8；膏溶角砾岩地段防水混凝土按抗腐蚀性混凝土设计，抗渗性系数大于0.8。3.隧道内设双侧水沟排水。4.隧道拱墙早期支护和二次衬砌之间铺设柔性防水层。5.隧道早期支护和二次衬砌环纵向设盲沟。6.二次衬砌施工缝采取中埋式橡胶止水带；变形缝采取背贴式橡胶止水带加中埋式钢边橡胶止水带。（四）运行环境通风本线采取电力牵引，近期客货共线、远期客运专线，隧道设置运行环境通风，并关键考虑发生火灾时防灾通风，具体通风方案正在研究。（五）防灾救援、安全疏散每条隧道内行车方向右侧设置贯通救援通道，两座单线隧道间每420m设置和线路中线垂直横通道。太行山隧道防灾救援和安全疏散具体方案正在研究。（六）隧道轨下基础类型、照明、通信、信号、电力、电气化等相关设计1.轨道隧道铺设无碴轨道；轨道采取重型钢轨60kg/m；轨道高度为71.4cm。2.照明隧道、紧急出入口通道设固定电力照明和应急照明。3.贯通电缆隧道内设置贯通通信、信号、电力电缆槽。4综合洞室在隧道内设置存放维修、防灾工具等用途专用洞室，洞室间距采取单侧500m。5.其它牵引变电AT所、信号中继站、GSM-R基站通信机械室、电力室、综合接地、接触网电分相及非绝缘下锚段均结合相关专业设置。五、辅助坑道设计太行山隧道为了能够满足总工期4年要求，结合隧道长度、施工工期40个月、地形、工程地质、水文地质等条件，同时考虑运行环境通风、防灾通风及防灾救援、安全疏散需要，以永临结合见解综合选择了9座施工斜井，斜井总长11120m。7号施工斜井采取有轨运输方法，其它8座施工斜井均采取无轨运输方法；7号有轨运输施工斜井设计为主、副井，主井按小矿车双车道断面设计，副井按小矿车单车道断面设计；8号无轨运输施工斜井按双车道断面设计，底部设双联单车道；其它7座无轨运输施工斜井按单车道设计，每隔250m距离设置长25m错车道。太行山隧道施工斜井平面示意图见图6，斜井参数见表5。六、施工方法正洞、级围岩采取全断面法施工；级围岩采取台阶法施工；级围岩、级膏溶角砾岩地段采取短台阶法施工，必需时增加临时仰拱。施工斜井、级围岩采取全断面法施工；级围岩采取台阶法施工；级膏溶角砾岩地段采取短台阶法施工。七、施工组织设计（一）施工工期隧道土建工期为40个月。（二）施工便道自周围国道及省道就近引入，1、2号斜井和进口采取新建和扩建便道。（三）施工用水采取打深井方法，满足隧道施工用水。（四）施工用电利用永临结合贯通电力线。（五）施工场地在隧道口和斜井口周围依地势修建。（六）施工通风隧道施工通风关键按长管路独头压入式，利用风管对单独掘进工作面供风，通风系统简单、稳定，适合多单位、多掘进面同时施工。（七）施工排水反坡段施工段，分别由各工区利用移动或固定泵站将水引至洞口集水坑，经处理后排出洞外。八、关键技术太行山隧道长27.839km，作为中国现在在建最长铁路山岭隧道，确保其运行安全及运行通风、防灾救援疏散方案经济合理，确定适合中国环境、工程情况实施方案，正在进行以下科学研究：（1）复杂地质条件隧道综合技术研究对膏溶角砾岩地层、岩溶地层、高地应力地层、断层破碎带地层、膨胀性地层及对衬砌混凝土有侵蚀性地层等不良地质条件下隧道受力机理、衬砌设计、快速施工方法技术和设备、合理工期作出系统全方面研究。（2）运行环境通风和防灾通风技术研究经过研究，提出客运专线长大隧道是否需要运行通风及其理论依据，并提出具体技术标准；提出太行山隧道等长大隧道运行和防灾通风方法和设计标准。（3）隧道防灾救援和安全疏散技术研究经过研究，提出太行山隧道等长大隧道防灾救援方法和设计标准。