《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２０）—第三部分隧道《艰险山区高速铁路隧道群修建关键技术》

本期项目简介

完成单位: 中铁第一勘察设计院集团有限公司

主要完成人: 刘赪、 史先伟、 李辉、 谢君泰、 张剑、 李凌志、 靳宝成、 黄双林、 刘小刚、王凯、 李艳

项目简介

　　秦岭山区隧道工程位于西成高铁陕西省境内户县车站与洋县车站之间,设计时速250km/h,本段线路全长148郾2km。隧道20座,约占秦岭山区线路总长度的85%,其中特长隧道(逸10km)6座,长隧道4座。

　　西成高铁是首条穿越秦岭的高速铁路,是典型的艰险山区高速铁路,在秦岭山区隧道密集成群分布。秦岭山区山体厚,山势巍峨高耸,山体坡面高陡;自然沟谷纵坡大,形成逾越十分困难的自然屏障。秦岭山区越岭段隧线比达95%,隧道密集成群分布,越岭长大隧道多,形成百余公里的长大密集隧道群,在我国乃至世界高速铁路中均属罕见。在秦岭山区修建隧道群的难点和所需技术如下:

　　(1)秦岭山区生态环境高度敏感、自然保护区分布密集。

　　(2)秦岭山区山体厚、高差大、生态敏感度高,需从平面、立面全方位把握自然生态与环境空间分布和特点,选择穿越秦岭段线路平面位置和最大纵坡。

　　(3)艰险山区隧道群防灾疏散救援关键技术。

　　(4)艰险山区隧道群小间距设计关键技术。

　　(5)特长复杂结构隧道施工通风系统复杂,难度极大。

　　(6)隧道洞口段车站超大断面隧道安全建造关键技术。

　　秦岭山区生态环境高度敏感、自然保护区分布密集。隧道群的防灾救援问题极为突出。隧道洞口大多为“V冶型沟谷,坡面陡峻、落石发育,两隧道洞口间明线段长度普遍较小,面临危岩落石安全防护技术难题,制约着运营安全性。特长隧道施工通风难度大,效率低,具有大风量大功率通风机、大直径长距离通风管道,通风系统复杂的难点,难度极大。相关技术难题能否解决,不仅影响着隧道施工安全,也会影响隧道后期运营安全,对隧道全寿命成本有很大的影响。

　　为解决相关技术难题,对关键技术进行研究,优化秦岭隧道群的位置选择,降低隧道施工风险,进行充分的经济技术比较,将越岭主隧道的长度缩减至15km以内,优化辅助坑道设置长度和数量,降低后期线路运营维护费用。合理设计隧道口救援站,结合选线最大坡度的研究,确保秦岭山区长大坡道安全运营安全,创造最大的经济效益。

项目创新点

　　(1)贯穿生态环保选线理念,从平面、立面全方位把握秦岭自然生态与环境空间分布特点,秉持兼顾“人-水-生态-环境-发展-社会冶的可持续发展理念,选择了顺直的隧道方案,避开了秦岭山区集中、连片、整体性较强的保护区域,以深埋隧道形式穿越天华山国家级自然保护区实验区,将对秦岭生态环境影响降至最低。

　　(2)采用25译坡度环保选线穿越秦岭,较国内常用的20译最大坡度方案,将越岭主隧道由24.8km减短至14.8km,同时有效缩短了辅助坑道长度,改善了施工及运营条件,缩短了施工工期,改善了运营状况,成了中国山区高标准现代化铁路建设运营典范。

　　(3)首创隧道口救援站模式,合理制定隧道内的救援疏散模式,完成疏散定点布置,攻克了艰险山区隧道群防灾疏散救援技术难题。

　　(4)创新性采用“桥隧一体化冶结构,解决了艰险山区隧道群洞口小间距安全防护难题。创新性提出了桩柱式钢筋混凝土防落石明洞和桥隧一体化柔性钢网防落石棚洞两种新型明洞防护结构,在西成高铁、宝兰高铁、兰渝铁路及兰州至中川城际铁路推广使用,取得了较高的社会效益和经济效益。

　　(5)针对高地应力段硬质岩岩爆难题,提出了打设超前应力释放孔并注水、加强锚网喷和钢拱架等多种安全防护措施,制定隧道轻微、中等、强烈岩爆施工技术标准,建立了一套适用于不同等级的岩爆安全快速施工工艺工法。

同类项目比较

　　(1)秦岭山区隧道群的成功修建,是艰险山区高速铁路修建技术的成功典范,具有很强的代表性。最大坡度25译方案,改善工程实施条件,将越岭主隧道由24郾8km减短至14郾8km,工期可缩短1年,辅助坑道及便道条件更好,由10座斜井长28km减少至3座斜井长5郾1km。

　　(2)创造性的在行业内首先提出疏散定点的概念,即后来规范中的隧道口救援站,并对防灾救援疏散工程设计规范的修编提出了较多中肯的建议;拟定的隧道群救援站设置的两类型式,均将列出着火点停放在明线段,可最大限度为乘客安全疏散争取安全时间、减少机械通风设备,大大降低了建设、运营成本,在后续项目执行性规范过程中,被作为基本模型参照执行。针对隧道防灾疏散救援相关工程内容,并编制了《高速铁路隧道防灾疏散救援工程设计补充规定(试行)》,解决了标识、指示不规范、不统一问题,在全路推广应用,填补了国内行业空白,对防灾规范(2017版)的修编提供了技术支持,为其他类似工程提供了宝贵的借鉴经验,具有广泛的推广意义,整体设计水平国际领先。

　　(3)将两座隧道连接处理的方式解决小间距洞口空气动力学问题的新思路,模拟计算了不同类型动车上下行通过邻近隧道的车内瞬变压力,比较了采用密闭明洞连接后对车内瞬变压力的影响,并总结了其变化规律。填补了国内行业空白,为其他类似工程提供了宝贵的借鉴经验,整体设计水平在国内领先。

　　(4)艰险山区隧道口防护结构研究与应用。提出了洞口坡面落石运动轨迹及冲击能量分布规律,采用模拟落石轨迹的手段检算隧道洞口明洞长度;通过大量结构计算分析,提出了适用不同深沟谷条件的小间距洞口明洞基础与洞外梁、墩的不同连接形式,提出了一种外挂缓冲层的防落石钢筋混凝土明洞结构,其结构简单、耐久性好、抗冲击能力强,同时提出了该结构型式的适用标准。结合结构的耐久性、抗冲击能力、施工场地条件等提出了桥隧一体防落石柔性钢网棚洞新型结构,将柔性防护系统和型钢拱架有机结合在一起,结构自重小、抗冲击能力强,同时提出了该结构型式的适用标准,研究成果填补了国内行业空白,获得国家多项专利,为其他类似工程提供了宝贵的借鉴经验,为今后相关设计规范、标准的修订提供技术支持,具有广泛的推广意义,整体设计水平国际先进。

应用案例

社会效益与经济效益

　　(一)社会效益

　　针对西成高铁秦岭山区的生态敏感性,采用深埋长隧的方式进行穿越,做到了对秦岭生态环境影响最小,践行了“绿水青山就是金山银山冶的环保理念。西成高铁秦岭隧道群的成功修建,极大地改善了我国西北西南地区的两大核心城市西安与成都之间的运输条件,提高了沿线人民生活水平。

　　项目开通运营,为沿线提前提供了高质量、快捷的运输服务。增加了沿线就业机会和就业人口、带动了相关产业发展。通过对相关数据的分析,对沿线地区旅游业、新增就业人口、GDP的贡献率分别为8.4%、5.8%、2.1%。

　　(二)经济效益

　　本项目2012年新增利润2520万元,2013年新增利润1784万元。

　　优化方案使越岭主隧道由24.8km减短至14.8km,工期可缩短1年,辅助坑道由10座/28.0km减少至3座/5.1km,改善工程实施条件,节省投资11.7亿元。线路长度减少,每年可节约运营费用近亿元。西成高铁、宝兰高铁采用一般结构花费,分别为3600万元、2540万元,合计6140万元。

　　西成高铁采用本科研的新型结构花费为1080万元;生产效益2520万元。宝兰高铁为756万元;生产效益1784万元。合计4304万元。