应对旅客舒适度和车厢变形的影响,350km/h双线和单线隧道有效净空面积分别达到了100m2和70m2,250km/h双线和单线隧道分别达到了90m2和58m2。与受建筑限界控制的既有铁路双线和单线隧道有效净空面积76~80m2和42~52m2相比明显加大。高速铁路双线隧道开挖面积达到120~160 m2,属超大断面隧道,开挖时围岩松弛范围大,变形加快,自稳能力变差,开挖难度加大。
9.1.3新型洞门。与我国铁路传统的端墙、翼墙挡土式洞门结构相比,高速铁路大量采用了斜切式和帽檐式新型洞门结构,体现了生态保护理念和自然美。
9.1.4缓冲结构。高速列车通过隧道时,在隧道出口产生微气压波,发出强烈爆破音,产生噪声污染,引起附近房屋门窗的振动,影响洞口周围环境和建筑物环境和周边人员的身体卫生。为减缓高速列车通过隧道产生的空气动力学效应,在洞口设臵缓冲结构,降低压缩波前压力梯度,以缓解隧道出口端的冲击压力波强度。隧道洞口缓冲结构在京沪、武广、郑西、石太和哈大高速铁路均有设臵。
9.1.5长大隧道。高平顺性作为高速铁路的控制性条件,线路平纵断面标准高,山区高速铁路隧道比例大,已开通和在建设计速度350km/h、250km/h高速铁路桥梁比例分别达到了7.2%和20.6%(既有铁路隧道占线路长度比例约4.0%)。已建成的超过10km的长大有7座,石太高速铁路太行山隧道达到27.8km,并采用无砟轨道。京沪、哈大、武广、郑西高速铁路和广深港高速城际铁路,隧道内高速列车的行车速均达到350km/h,高于国外隧道内最高行车速度330km/h。我国为世界上高速铁路隧道内行车速度最高的国家。
9.1.6防水排水。提高了隧道防水等级,加强了排水措施。高速铁路隧道防水标准采用我国现行《地下工程防水技术规范》规定的一级防水等级,即:不允许渗水,结构表面无湿渍。单线隧道隧底布臵每侧一沟一槽,双线隧道每侧一沟两槽加中心水沟,衬砌设臵纵、环
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向盲管。
9.1.7防灾救援。高速铁路隧道侧边均设宽0.8×高2.2m安全空间、宽1.2×高2.2m救援通道。长3~10km隧道利用施工辅助坑道设臵紧急出口; 10~20km隧道设避难所;长度超过20km隧道双洞单线设臵,并设450~500m长紧急救援站和疏散横通道,横通道两端设防护密闭门;避难所设应急通风、紧急救援站设防灾通风和消防设施外,还设臵了应急照明、应急通信设施;利用洞口施工场地,预留救援条件。长大隧道防灾能力得到全面提高。
9.2关键技术
9.2.1气动力。高速列车通过隧道引起的空气动力学效应,对列车运行的安全性、旅客乘坐舒适性均有不良影响。车内的压力波剧烈变化,使旅客耳感严重不适,甚至头晕、呕吐;车内外压力差造成车窗玻璃破碎。从隧道设计角度解决空气动力学效应引起的问题,主要通过提高车辆密封强度来缓解车内瞬变压力和放大隧道净空断面来解决问题。通过内空气压力波动规律的研究、气压变化环境下人体舒适度标准的等研究,基本解决了不同运行速度目标值隧道净空断面、断面形式等问题。
9.2.2防排水。高速铁路隧道防水目标是:不渗水,结构表面无湿渍。防水方面:增加防水板厚度(由原来的1.2mm提高到1.5mm);采用分区防水预埋注浆管技术;提高二次衬砌混凝土抗渗等级(由原来的P6提高至P8);加强施工缝、变形缝的防水薄弱环节止水引排措施(施工缝止水带外侧加设盲管引排,变形缝增设抗剪钢筋、变形缝内侧加设接水盒)。排水方面:间隔设臵环向盲管,边墙脚设纵向盲管;单线隧道隧底布臵每侧一沟一槽,双线隧道每侧一沟两槽加中心水沟。加强了防排水系统的可维护性。与既有铁路的衬砌表面不渗水,道床不浸水的防水要求和防水措施相比,得到明显提高。
9.2.3支护衬砌。隧道采用新奥法施工,复合衬砌;初期支护喷
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射混凝土,Ⅲ级及以下围岩地段设混凝土曲墙式、仰拱,二次衬砌曲墙厚度35~60cm,仰拱厚度45~70cm。
10 高速铁路路基 10.1路基的主要特点
高速铁路路基的总体要求是:强度高、刚度大的路基基床,沉降小的地基,沿线路平缓变化的刚度,完善的防排水系统,可靠的防护体系。路基主体工程设计使用年限规定为100年,边坡防护设施使用年限规定为60年,防排水设施使用年限规定为30年。路基排水设施降雨量设计频率1/50。我国高速铁路通过的地区软土、黄土分布广泛,路基比例相对较小。
10.1.1结构设计。长期以来,我国铁路没有把路基当成土工建筑物对待,路基修筑是选用填料性能优劣不一,就近取土填筑,压实标准低,检测频次少,检测方法落后,致使路基强度低、变形明显、稳定性差,一般经过5~15年自然沉落及病害整治才能达到设计速度。路基不仅承受轨道结构和附属设施的静荷载,还要承受列车动荷载的长期反复作用,抵抗各种不良自然环境的影响。高速铁路路基按土工构筑物结构进行设计,与桥涵、隧道连接组成贯通坚实的轨道基础。
10.1.2低堤浅堑。高速铁路桥隧比例大,避免了高路堤、深路堑。
10.1.3刚度均匀。路基沿线路的刚度不平顺会造成轨道动态不平顺,由刚度变化引起的列车振动与速度的平方成正比,列车速度越高、刚度变化越剧烈,引起的列车振动越强烈,轻则降低旅客舒适度,重则影响高速运行安全,因此要求路基在线路纵向做到刚度均匀、变化缓慢,不允许刚度出现突变,路基与桥梁、隧道等结构物之间设臵路桥、路涵、路隧、桥隧及堤堑等各种过渡段,以实现刚度均匀过渡。
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10.1.4强基强护(桩网结构、桩垡结构、桩板结构、支挡结构)。为控制高速铁路路基工后沉降,对软弱地基、松软土、湿陷性黄土等地基处理采用了桩网、桩筏、桩板等加固新结构新技术。为降低边坡高度、少占地、保护周边建筑物和线路美观,与周边环境协调,大量采用悬臂式、扶壁式、桩板式和加筋土挡墙等轻型支挡结构。坡面防护的目的是防止坡面侵蚀和浅层溜塌,主要采用植物防护配合喷护、挂网喷护、骨架防护、土工织物加固等方法。
10.1.5防水排水。防排水与防护工程以防冲刷、防渗、有利于水土保持和环境保护为目的。无砟轨道路基面、湿陷性黄土地段路基面铺设封闭层防止表水下渗。路基面线间排水采用横向排水槽直排方式;纵联板式无砟轨道不具备横向直排条件,采用线间集水井集水后,由横向排水管排水。在路堤路肩处设挡水缘,引流归槽。其他地面排水设施:侧沟、排水沟、天沟、平台截水沟、吊沟(急流槽)、边坡骨架截水等。地下水排水设施:明沟、槽沟、暗沟、暗管、边坡(支档)渗沟、盲沟及检查井、仰斜孔、复合土工膜(复合防排水板)、渗水隧洞、底部设臵排水层等。
10.1.6绿色防护。注重边坡的绿色防护,绿化、美化环境。土质边坡防护采用固土植草土工网垫护坡、菱形立体植被网护坡以及骨架护坡、锚杆框架梁护坡、框架梁打锚杆挂钢丝网护坡的坡面种植合适种类的植物。
10.2关键技术
10.2.1沉降控制。高速铁路无砟轨道主要是根据扣除施工误差、运营期间轨道预留调整量后,留给路基沉降的允许调高量确定的。无砟轨道路基工后沉降不大于15mm,与桥隧涵洞等结构物交界处工后沉降差不大于5mm、不均匀沉降造成的折角不大于1/1000,当沉降较为均匀,又难于控制,可通过更换扣件圆顺线路调整,但工后沉降不大于30mm;并采用工后沉降动态设计。有砟轨道的工后沉降量限值
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