高速铁路的隧道工程

1隧道工程第11章高速铁路的隧道工程Tunnelengineeringofhigh-speedrail 2 3高速 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17中国中西部第一条高速铁路郑州至西安高速铁路正式投入运营。列车运营时速350公里，开通后列车直达最短时间由6个多小时缩短至2小时以内。郑州至西安高速铁路全长505公里，郑西高铁全线正线桥梁达137座，312公里，全线隧道38座，总计78.2公里。这条铁路全线大量采用了“以桥代路”和大量隧道，桥隧长度占到线路总长的77％，是目前国内建成的高速铁路中桥隧所占比重较大的。这不仅大大提高了线路基础稳固程度，有效地减少了铁路对沿线城镇的切割，更重要的是节省了大量土地。 18大部分隧道位于新老黄土地层，为浅埋双线黄土隧道，隧道开挖断面大，施工难度大，其中难度之最为秦东隧道。7686米的秦东隧道，位于陕西潼关境内，为双线黄土隧道，是郑西铁路客运专线的控制性工程，最大开挖断面达164平方米，也是目前世界上最大断面的黄土隧道，是我国特有的高原地质隧道。在湿陷性黄土地区进行隧道施工，由于土质松软，承载力极低，遇水就要沉落，隧道施工的风险非常大。而在湿陷性砂质黄土地质条件下进行特大断面双线高速铁路隧道开挖，在全世界尚属首次，毫无经验参考。 19郑西高速铁路90％的线路处于黄土覆盖区，绝大部分处在湿陷性黄土地层。如何使长达近400公里的湿陷性黄土保持稳定，特别是如何保证铺设无砟轨道的沉降控制要求，成为郑西高速铁路建设成败的关键。针对湿陷性黄土地区修建高速铁路的世界级难题，2005年工程开工前，铁四院在铁道部组织下，分段选取全线代表性工点，展开湿陷性黄土的浸水试验。在河南巩义隧道设计中，铁四院的设计人员通过大断面黄土隧道合理支护参数的选择和确定，提出了国内首套时速350公里双线黄土隧道衬砌设计图，在下穿310国道段施工中实现了路面零沉降。 20 21 22 23无碴轨道是以混凝土或沥青砂浆取代散粒道碴道床而组成的轨道结构型式，它具有轨道稳定性高，刚度均匀性好，结构耐久性强和维修工作量显著减少等特点，对于高速铁路较传统的有碴轨道有更好的适应性。在铁路上，“砟”的意思是小块的石头。常规铁路都在小块石头的基础上，再铺设枕木或水泥钢轨，但这种铁路不适于列车高速行驶。世界高速铁路的发展证实，高速铁路基础工程如果使用常规的轨道系统，道砟粉化严重，线路维修频繁，安全性、舒适性、经济性相对较差。无砟轨道是高速铁路工程技术的发展方向。无砟轨道的轨枕本身是混凝土浇灌而成，而路基也不用碎石，铁轨、轨枕直接铺在混凝土路上。无砟轨道是当今世界先进的轨道技术，可以减少维护、降低粉尘、美化环境，而且列车时速可以达到200公里以上。 24 25津京城际的无碴轨道 26郑西高铁全线广泛应用了具有世界先进水平的无缝线路和无碴轨道技术，让乘坐舒适度大幅提高。那么什么是无缝线路和无碴轨道技术呢?下面我们详细的为您介绍一下：无缝技术工人在打磨钢轨 27无缝线路：所谓“无缝线路”，就是把不钻孔、不淬火的25m长的钢轨，在基地工厂用气压焊或接触焊的办法，焊成200m到500m的长轨，然后运到铺轨地点，再焊接成1000m到2000m的长度，铺到线路上就成为一段无缝线路。如果没有加工、运输、施工上的困难，从理论上讲，“无缝线路”可以无限长。这种彻底消灭轨缝的办法，我国铁路正在一些主要干道上采用。假如你是个细心人，当你乘火车进京就会注意到，昔日的“咔哒咔哒”声已经大为较少。 28一般铁路轨道的处理方式：将每根12.5m或25m长的钢轨联结成轨道，很显然每隔12.5m或25m就会有一个接头。接头之间还有一道轨缝，大约为6mm。留轨缝的道理很简单，是为了防止钢轨在热胀冷缩时产生的温度力。不要小看这个温度力，但钢轨温度每改变1℃，每根钢轨就会承受1.645吨的压力或拉力。轨温变化幅度为50℃时，一根钢轨则要承受高达82.25吨的压力或拉力。疑问：难道“无缝线路”就不存在热胀的问题吗？ 29物质不灭定律告诉我们，任何一种物质都不会消失，只不过从一种形式转化为另一种形式。钢轨的温度力也同样如此，它不可能消失，是人们在铁路线上采用强大的线路阻力来锁定轨道，限制了钢轨的自由伸缩。在我国是采用高强螺栓、扣板式扣件或弹条扣件等对钢轨进行约束。实验表明，直径24mm的高强螺栓，六孔夹板接头可提供40至60吨的纵向阻力。弹条扣件每根轨枕可提供1.6吨的纵向阻力。 30优点：无缝线路是铁路轨道现代化的重要内容，经济效益显著。据有关部门方面统计，与普通线路相比，无缝线路至少能节省15%的经常维修费用，延长25%的钢轨使用寿命。此外，无缝线路还具有减少行车阻力、降低行车振动及噪声等优点。 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50Mach数，它是高速流的一个相似参数。我们平时所说的飞机的Mach数是指飞机的飞行速度与当地大气(即一定的高度、温度和大气密度)中的音速之比。比如Ma1.6表示飞机的速度为当地音速的1.6倍。马赫数以奥地利物理学家马赫（1836-1916）命名，简称M数，表示为：M＝V/a，M数是衡量空气压缩性的最重要的参数（见马赫波）。定义为物体速度与音速的比值，即音速的倍数。其中又有细分多种马赫数，如飞行器在空中飞行使用的飞行马赫数、气流速度的气流马赫数、复杂流场中某点流速的局部马赫数等等。由于马赫数是速度与音速之比值，而音速在不同高度、温度等状态下又有不同数值，因此无法将Ma2.8的数值换算为固定的km/hr或mph等单位。马赫数如果作为速度单位来使用，则必须同时给出高度和大气条件（一般缺省为国际标准大气条件）。在考虑空气压缩性影响时（一般在Ma0.3以上），经常使用马赫数作为速度单位； 51 52 53