黄土隧道设计与施工技术

黄土隧道设计与施工技术2016年11月一、XX客专陕西境内隧道工程概况二、隧道所在区域黄土概况三、秦东隧道介绍四、相关干线黄土隧道简介五、客专黄土隧道设计中遇到的问题及初步意见XX客专黄土隧道设计与施工技术（一）线路简况一、XX客专陕西境内隧道工程概况省界至西安站正线140.38km。窑村至西安（约17.2km）利用既有陇海线，并新建西安北及相关配套工程。线路经过华阴、渭南、临潼等县市，接入陇海线的兴平车站。本段隧道全部分布在DK333+000（省界）～DK358+450（新华山）间的黄河二级阶地及黄土台塬区。隧道13700m/4座，占线路长度的11.2%；其中大于3km的隧道11516m/2座，小于3km的隧道2184m/2座，均为双线黄土隧道；秦东隧道长7691m，是全段最长的隧道。（二）沿线隧道分布概况一、XX客专陕西境内隧道工程概况XX客运专线(省界～西安)初设隧道工点表序号隧道名称起讫里程隧道长度(m)辅助坑道(m)1秦东隧道DK333+312～DK341+0037691三座无轨斜井，总长2399。2潼洛川隧道DK341+295～DK345+1203825一座无轨斜井，长291.3高桥隧道DK348+200～DK349+55913594凤凰岭隧道DK349+785～DK350+610825合计137002690/4座一、XX客专陕西境内隧道工程概况（一）地形、地貌XX客专陕西境内段位于渭河冲积平原东南部，南倚秦岭，北临黄河、渭河，总体地势由南而北呈阶梯状递减，西略高于东。线路经过地区大致可分为三个地貌单元：黄土台塬区河流冲积平原区、山前（塬前）洪积扇区。这些地貌单元总体上呈东西向延伸，南北向交替、条带状展布。隧道工程分布在黄土台塬区及其与阶地接触带。二、隧道所在区域黄土概况线路经过地区分为三个地貌单元。总体上呈东西向延伸，南北向交替、条带状展布。黄土台塬区河流冲积平原区山前（塬前）洪积扇区黄土台塬区位于潼关县境内，塬面平坦开阔，地势由南向北微倾，高程一般400～600m，远望沟深切台塬，塬边、深切沟谷侧壁多发育滑坡和坍塌体，塬顶有村庄分布。二级阶地沿东西向呈不连续分布，略向北倾，阶面平坦，高程350～420m之间，后缘与黄土塬相接，秦东隧道进口位于该区。二、隧道所在区域黄土概况（二）气象资料本区属暖温带半湿润大陆性季风气候。年平均气温13.2～13.6℃，最冷月平均气温-1.2～0.5℃，最热月平均气温26.1～27.3℃，极端最高气温43.0℃，极端最低气温-18.2℃，本段沿线地震动峰值加速度值为0.20g，地震动反应谱特征周期0.40s（相当于八度地震区）。最大季节冻土深度为0.44m。二、隧道所在区域黄土概况（三）该区黄土工程地质特性1、黄土的地层岩性黄河II级阶地表层为第四系上更新统风积砂质黄土所覆盖，下伏上更新统冲积砂质黄土，中间夹有数层古土壤层。黄土台塬区，表层为第四系上更新统风积砂质黄土，下伏第四系中、下更新统风积砂质黄土，中间夹有数层古土壤层，底部为冰湖积粉质黏土及砂层。二、隧道所在区域黄土概况2、湿陷性黄土的特点按照《黄河流域黄土湿陷性类型分区》图的划分，陕西境内隧道分布在渭南台塬亚区（V2）与渭河阶地亚区（V3）、三门峡亚区（Ⅵ2）的交接带，主要位于渭河阶地亚区（V3）内。该区域黄土颗粒成分：大于0.05mm占12%,0.05mm～0.005mm占60%,小于0.005mm占28%,黄土的含水量在20%左右,孔隙比一般在1.0左右,湿陷系数平均0.05。按照铁路规范的划分标准，隧道洞口分布的湿陷性黄土为Ⅲ级自重湿陷，湿陷深度约18m。二、隧道所在区域黄土概况二、隧道所在区域黄土概况上更新统风积黄土（Q3eol3）物理力学指标试验项目单位最大值最小值平均值含水量(w)(%)21.33.711.4密度(ρ)(g/cm3)2.11.41.6干密度(ρd)(g/cm3)1.5521.1991.326孔隙比(e)1.20.60.9饱和度(Sr)(%)93.89.933.8孔隙度(n)(%)55.335.948.0比重(Gs)2.72.72.7液限(wL)(%)29.122.926.2塑限(wP)(%)19.614.017.4塑性指数(Ip)10.07.58.8液性指数(IL)0.4-1.5-0.7起始压力(Psh)(kPa)140.00070.000101.444湿陷系数(δs)0.20.0150.044自重湿陷系数(δzs)0.20.0150.036直剪试验内摩擦角(φ)(°)21.814.318.1凝聚力(C)(kPa)26.413.817.5二、隧道所在区域黄土概况试验项目单位最大值最小值平均值含水量(w)(%)28.58.119.1密度(ρ)(g/cm3)2.1001.4201.686干密度(ρd)(g/cm3)1.6691.2471.418孔隙比(e)1.1870.4060.905饱和度(Sr)(%)99.10023.10057.339孔隙度(n)(%)54.30033.80047.313比重(Gs)2.7202.6802.699液限(wL)(%)33.50020.10026.375塑限(wP)(%)21.40014.30017.510塑性指数(Ip)13.0003.8008.818液性指数(IL)1.200-1.9000.147湿陷系数(δs)0.0740.0150.032自重湿陷系数(δzs)0.0810.0150.030渗透系数(k)（垂直）(cm/s)3.53×10-41.97×10-5无侧限抗压强度(qu)(kpa)68.850.2直剪试验内摩擦角(φ)(°)24.3008.20019.847凝聚力(C)(kPa)30.2004.30018.010上更新统冲积黄土（Q3al3）物理力学指标二、隧道所在区域黄土概况（一）一座双线隧道和两座单线隧道方案比较：1、国外已建成的高速铁路隧道情况除台湾外，我国目前尚无建成的高速度的客运专线铁路。根据所收集的国内外中、高速铁路资料反映，国外高速铁路隧道基本为双线隧道。2、空气动力效应方面经初步测算，单线隧道比双线隧道在舒适度、洞口缓冲结构等方面的技术条件都差。三、XX客专秦东隧道介绍会车位置隧道长度△p/3s最大峰值pmax活塞风速Vmax备注中点会车1000m2.64kPa/3s2.61kPa/3s12.64m/s未计洞室及设备的有利影响。舒适度判别标准：△p/3s≤3kPa/3s3000m2.35kPa/3s1.23kPa/3s12.26m/s9000m2.24kPa/3s1.52kPa/3s8.55m/s距出口1/3会车1000m2.07kPa/3s1.54kPa/3s10.48m/s3000m2.60kPa/3s2.02kPa/3s9.08m/s9000m2.36kPa/3s0.90kPa/3s9.02m/s洞口会车1000m3.70kPa/3s1.99kPa/3s8.48m/s3000m2.31kPa/3s1.56kPa/3s9.17m/s9000m2.27kPa/3s1.55kPa/3s9.18m/s双线隧道压力波、列车“活塞风”隧道长度△p/3s最大峰值pmax活塞风速Vmax备注1000m4.84kPa/3s2.19kPa/3s11.80m/s舒适度判别标准：△p/3s≤3kPa/3s3000m3.49kPa/3s2.39kPa/3s13.38m/s9000m3.48kPa/3s2.39kPa/3s13.38m/s单线隧道压力波、列车“活塞风”三、XX客专秦东隧道介绍3、工程量及投资方面双线隧道限界及衬砌内轮廓三、XX客专秦东隧道介绍单线隧道限界及衬砌内轮廓三、XX客专秦东隧道介绍V级围岩双线隧道衬砌断面V级围岩单线隧道衬砌断面三、XX客专秦东隧道介绍项目开挖喷层二次衬砌衬砌钢筋填充支护钢材临时支护钢材喷层m3m3m3kgm3kgkgm3单线121.4911.5417.661205.786.321965.43858.033.14双线169.3213.7123.311983.1715.832745.931263.473.3量差-47.83-2.17-5.65-777.39-9.51-780.5-405.44-0.16V级围岩单双线隧道主要工程数量比较表（每延米）双线隧道较两座单线隧道工程投资节省约30%，而且如果采用两座单线隧道方案，洞外桥、路也应分修，影响范围较长。三、XX客专秦东隧道介绍4、运营维护以及防灾救援方面双线隧道道床维修时相互影响，特别是无碴道床，两座单线隧道就不存在相互影响的问题。两座单线隧道的防灾救援条件也是非常有利的，一座双线隧道仅利用斜井和两端洞口进行疏散。5、方案比较两座单线隧道有施工难度小、运营维护以及防灾救援条件好等优点，但在空气动力效应方面有致命的缺点，如果采用两座单线隧道方案，全线将有很长段落属于两条单线线路，对投资影响也非常大，而且对车体材料要求较高。隧道方案应服从大的线路布设原则，XX客专隧道工程在初步设计中采用一座双线隧道方案。三、XX客专秦东隧道介绍三、XX客专秦东隧道介绍（二）隧道概况秦东隧道位于陕西省潼关县境内，进出口交通便利。受远望沟的分割，隧道呈东西两段，分别为5320m和2371m，沟底与拱顶齐平。隧道进口浅埋，洞身最大埋深约200m。秦东隧道进口坡面隧道长度7691m，洞身基本位于直线上,以+3‰为主。三、XX客专秦东隧道介绍Q3eol3Q2eol3+el3Q1eol3+el3Q1lg1Q1lg4远望沟隧道洞身地下水位线（三）工程地质及水文地质特征1、工程地质特征（同前）2、水文地质特征（1）地表水秦东隧道通过区地貌为黄土一级台塬，地势平坦、开阔。黄土台塬沟谷较发育、周边冲沟及远望沟内无常年流水，隧道出口端潼沟河常年流水，流量不大，水质良好。三、XX客专秦东隧道介绍（2）地下水A、地下水类型、含水岩层的划分及分布秦东隧道地下水分为黄土孔隙、裂隙潜水和砂夹砾石层孔隙承压水两大类，是塬区居民的地下水源，地下水质良好，无侵蚀性。a、黄土孔隙、裂隙潜水分布情况。b、砂夹砾石层孔隙承压水分布情况。三、XX客专秦东隧道介绍B、地下水补、径、排特征a、潜水的补给、径流、排泄：补给：主要接受大气降水，塬间洼地及支岔沟地表水、灌溉回归水的入渗补给，其中大气降水是潜水的最大补给源。径流与排泄：潜水总体径流方向基本与地形一致，由南向北运移，最终排向黄河、渭河。三、XX客专秦东隧道介绍b、承压水的补给、径流、排泄：补给：上部潜水和支流河水可通过这些隔水层缺失地段直接入渗补给承压水。同时，潜水也可通过隔水层“天窗”向下部承压含水层直接补给。径流与排泄：径流方向与潜水的径流方向大致相似，即由南向北运移，直接向黄河、渭河排泄。三、XX客专秦东隧道介绍C、隧道分段水文地质条件评价ａ、进口～远望沟（DK333＋270～DK338＋470）预测局部地段有少量地下水，大部分段落基本无水，进口浅埋段将有地下水渗出。单位长度可能稳定涌水量0.151m3/d.m。ｂ、远望沟～出口（DK338＋470～DK340＋990）预测局部地段有少量地下水，大部分段落基本无水，远望沟浅埋带和出口浅埋段将有地下水渗出。单位长度可能稳定涌水量0.151m3/d.m。隧道总涌水量预测：当隧道洞身长度有一半位于弱含水体中，总稳定涌水量582.9m3/d。三、XX客专秦东隧道介绍3、不良地质及特殊岩土：（1）错落（2）错落、溜坍（3）湿陷性黄土（4）膨胀土三、XX客专秦东隧道介绍4、围岩分级：序号里程范围长度围岩分级备注1DK333+312～DK333+570258mⅤ级2DK333+570～DK338+4704900mⅣ级3DK338+470～DK338+570100mⅤ级4DK338+570～DK338+690120mⅥ级远望沟沟心5DK338+690～DK338+790100mⅤ级6DK338+790～DK340+8502060mⅣ级7DK340+850～DK341+003153mⅤ级秦东隧道围岩分级表隧道围岩分级累