《交通運輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２０）—第三部分隧道《艱險山區(qū)高速鐵路隧道群修建關(guān)鍵技術(shù)》

本期項目簡介

完成單位: 中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司

主要完成人: 劉赪、 史先偉、 李輝、 謝君泰、 張劍、 李凌志、 靳寶成、 黃雙林、 劉小剛、王凱、 李艷

項目簡介

　　秦嶺山區(qū)隧道工程位于西成高鐵陜西省境內(nèi)戶縣車站與洋縣車站之間,設(shè)計時速250km/h,本段線路全長148郾2km。隧道20座,約占秦嶺山區(qū)線路總長度的85%,其中特長隧道(逸10km)6座,長隧道4座。

　　西成高鐵是首條穿越秦嶺的高速鐵路,是典型的艱險山區(qū)高速鐵路,在秦嶺山區(qū)隧道密集成群分布。秦嶺山區(qū)山體厚,山勢巍峨高聳,山體坡面高陡;自然溝谷縱坡大,形成逾越十分困難的自然屏障。秦嶺山區(qū)越嶺段隧線比達95%,隧道密集成群分布,越嶺長大隧道多,形成百余公里的長大密集隧道群,在我國乃至世界高速鐵路中均屬罕見。在秦嶺山區(qū)修建隧道群的難點和所需技術(shù)如下:

　　(1)秦嶺山區(qū)生態(tài)環(huán)境高度敏感、自然保護區(qū)分布密集。

　　(2)秦嶺山區(qū)山體厚、高差大、生態(tài)敏感度高,需從平面、立面全方位把握自然生態(tài)與環(huán)境空間分布和特點,選擇穿越秦嶺段線路平面位置和最大縱坡。

　　(3)艱險山區(qū)隧道群防災(zāi)疏散救援關(guān)鍵技術(shù)。

　　(4)艱險山區(qū)隧道群小間距設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)。

　　(5)特長復(fù)雜結(jié)構(gòu)隧道施工通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜,難度極大。

　　(6)隧道洞口段車站超大斷面隧道安全建造關(guān)鍵技術(shù)。

　　秦嶺山區(qū)生態(tài)環(huán)境高度敏感、自然保護區(qū)分布密集。隧道群的防災(zāi)救援問題極為突出。隧道洞口大多為“V冶型溝谷,坡面陡峻、落石發(fā)育,兩隧道洞口間明線段長度普遍較小,面臨危巖落石安全防護技術(shù)難題,制約著運營安全性。特長隧道施工通風(fēng)難度大,效率低,具有大風(fēng)量大功率通風(fēng)機、大直徑長距離通風(fēng)管道,通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜的難點,難度極大。相關(guān)技術(shù)難題能否解決,不僅影響著隧道施工安全,也會影響隧道后期運營安全,對隧道全壽命成本有很大的影響。

　　為解決相關(guān)技術(shù)難題,對關(guān)鍵技術(shù)進行研究,優(yōu)化秦嶺隧道群的位置選擇,降低隧道施工風(fēng)險,進行充分的經(jīng)濟技術(shù)比較,將越嶺主隧道的長度縮減至15km以內(nèi),優(yōu)化輔助坑道設(shè)置長度和數(shù)量,降低后期線路運營維護費用。合理設(shè)計隧道口救援站,結(jié)合選線最大坡度的研究,確保秦嶺山區(qū)長大坡道安全運營安全,創(chuàng)造最大的經(jīng)濟效益。

項目創(chuàng)新點

　　(1)貫穿生態(tài)環(huán)保選線理念,從平面、立面全方位把握秦嶺自然生態(tài)與環(huán)境空間分布特點,秉持兼顧“人-水-生態(tài)-環(huán)境-發(fā)展-社會冶的可持續(xù)發(fā)展理念,選擇了順直的隧道方案,避開了秦嶺山區(qū)集中、連片、整體性較強的保護區(qū)域,以深埋隧道形式穿越天華山國家級自然保護區(qū)實驗區(qū),將對秦嶺生態(tài)環(huán)境影響降至最低。

　　(2)采用25譯坡度環(huán)保選線穿越秦嶺,較國內(nèi)常用的20譯最大坡度方案,將越嶺主隧道由24.8km減短至14.8km,同時有效縮短了輔助坑道長度,改善了施工及運營條件,縮短了施工工期,改善了運營狀況,成了中國山區(qū)高標準現(xiàn)代化鐵路建設(shè)運營典范。

　　(3)首創(chuàng)隧道口救援站模式,合理制定隧道內(nèi)的救援疏散模式,完成疏散定點布置,攻克了艱險山區(qū)隧道群防災(zāi)疏散救援技術(shù)難題。

　　(4)創(chuàng)新性采用“橋隧一體化冶結(jié)構(gòu),解決了艱險山區(qū)隧道群洞口小間距安全防護難題。創(chuàng)新性提出了樁柱式鋼筋混凝土防落石明洞和橋隧一體化柔性鋼網(wǎng)防落石棚洞兩種新型明洞防護結(jié)構(gòu),在西成高鐵、寶蘭高鐵、蘭渝鐵路及蘭州至中川城際鐵路推廣使用,取得了較高的社會效益和經(jīng)濟效益。

　　(5)針對高地應(yīng)力段硬質(zhì)巖巖爆難題,提出了打設(shè)超前應(yīng)力釋放孔并注水、加強錨網(wǎng)噴和鋼拱架等多種安全防護措施,制定隧道輕微、中等、強烈?guī)r爆施工技術(shù)標準,建立了一套適用于不同等級的巖爆安全快速施工工藝工法。

同類項目比較

　　(1)秦嶺山區(qū)隧道群的成功修建,是艱險山區(qū)高速鐵路修建技術(shù)的成功典范,具有很強的代表性。最大坡度25譯方案,改善工程實施條件,將越嶺主隧道由24郾8km減短至14郾8km,工期可縮短1年,輔助坑道及便道條件更好,由10座斜井長28km減少至3座斜井長5郾1km。

　　(2)創(chuàng)造性的在行業(yè)內(nèi)首先提出疏散定點的概念,即后來規(guī)范中的隧道口救援站,并對防災(zāi)救援疏散工程設(shè)計規(guī)范的修編提出了較多中肯的建議;擬定的隧道群救援站設(shè)置的兩類型式,均將列出著火點停放在明線段,可最大限度為乘客安全疏散爭取安全時間、減少機械通風(fēng)設(shè)備,大大降低了建設(shè)、運營成本,在后續(xù)項目執(zhí)行性規(guī)范過程中,被作為基本模型參照執(zhí)行。針對隧道防災(zāi)疏散救援相關(guān)工程內(nèi)容,并編制了《高速鐵路隧道防災(zāi)疏散救援工程設(shè)計補充規(guī)定(試行)》,解決了標識、指示不規(guī)范、不統(tǒng)一問題,在全路推廣應(yīng)用,填補了國內(nèi)行業(yè)空白,對防災(zāi)規(guī)范(2017版)的修編提供了技術(shù)支持,為其他類似工程提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗,具有廣泛的推廣意義,整體設(shè)計水平國際領(lǐng)先。

　　(3)將兩座隧道連接處理的方式解決小間距洞口空氣動力學(xué)問題的新思路,模擬計算了不同類型動車上下行通過鄰近隧道的車內(nèi)瞬變壓力,比較了采用密閉明洞連接后對車內(nèi)瞬變壓力的影響,并總結(jié)了其變化規(guī)律。填補了國內(nèi)行業(yè)空白,為其他類似工程提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗,整體設(shè)計水平在國內(nèi)領(lǐng)先。

　　(4)艱險山區(qū)隧道口防護結(jié)構(gòu)研究與應(yīng)用。提出了洞口坡面落石運動軌跡及沖擊能量分布規(guī)律,采用模擬落石軌跡的手段檢算隧道洞口明洞長度;通過大量結(jié)構(gòu)計算分析,提出了適用不同深溝谷條件的小間距洞口明洞基礎(chǔ)與洞外梁、墩的不同連接形式,提出了一種外掛緩沖層的防落石鋼筋混凝土明洞結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)簡單、耐久性好、抗沖擊能力強,同時提出了該結(jié)構(gòu)型式的適用標準。結(jié)合結(jié)構(gòu)的耐久性、抗沖擊能力、施工場地條件等提出了橋隧一體防落石柔性鋼網(wǎng)棚洞新型結(jié)構(gòu),將柔性防護系統(tǒng)和型鋼拱架有機結(jié)合在一起,結(jié)構(gòu)自重小、抗沖擊能力強,同時提出了該結(jié)構(gòu)型式的適用標準,研究成果填補了國內(nèi)行業(yè)空白,獲得國家多項專利,為其他類似工程提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗,為今后相關(guān)設(shè)計規(guī)范、標準的修訂提供技術(shù)支持,具有廣泛的推廣意義,整體設(shè)計水平國際先進。

應(yīng)用案例

社會效益與經(jīng)濟效益

　　(一)社會效益

　　針對西成高鐵秦嶺山區(qū)的生態(tài)敏感性,采用深埋長隧的方式進行穿越,做到了對秦嶺生態(tài)環(huán)境影響最小,踐行了“綠水青山就是金山銀山冶的環(huán)保理念。西成高鐵秦嶺隧道群的成功修建,極大地改善了我國西北西南地區(qū)的兩大核心城市西安與成都之間的運輸條件,提高了沿線人民生活水平。

　　項目開通運營,為沿線提前提供了高質(zhì)量、快捷的運輸服務(wù)。增加了沿線就業(yè)機會和就業(yè)人口、帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。通過對相關(guān)數(shù)據(jù)的分析,對沿線地區(qū)旅游業(yè)、新增就業(yè)人口、GDP的貢獻率分別為8.4%、5.8%、2.1%。

　　(二)經(jīng)濟效益

　　本項目2012年新增利潤2520萬元,2013年新增利潤1784萬元。

　　優(yōu)化方案使越嶺主隧道由24.8km減短至14.8km,工期可縮短1年,輔助坑道由10座/28.0km減少至3座/5.1km,改善工程實施條件,節(jié)省投資11.7億元。線路長度減少,每年可節(jié)約運營費用近億元。西成高鐵、寶蘭高鐵采用一般結(jié)構(gòu)花費,分別為3600萬元、2540萬元,合計6140萬元。

　　西成高鐵采用本科研的新型結(jié)構(gòu)花費為1080萬元;生產(chǎn)效益2520萬元。寶蘭高鐵為756萬元;生產(chǎn)效益1784萬元。合計4304萬元。