與鐵路客運專線隧道工程標準有關(guān)的幾點建議

馬志富，安玉紅

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251)

1 隧道斷面內(nèi)凈空有效面積標準

1.1 隧道斷面內(nèi)凈空有效面積標準現(xiàn)狀

與普速線路不同，當列車時速大于等于160 km時，必須考慮增加車輛密封性能和增大隧道斷面面積，保證車內(nèi)人員舒適度要求。因此，對時速160 km以下的線路，隧道斷面內(nèi)凈空僅受控于建筑限界;而對于時速160 km及以上的線路，隧道斷面既受控于建筑限界，同時受控于空氣動力學效應，為雙控關(guān)系。當隧道斷面為雙控關(guān)系時，已將隧道斷面內(nèi)凈空有效面積基本固化為設(shè)計標準，見表1。

1.2 高速鐵路隧道凈空面積及舒適度指標比較

眾所周知，高速列車進入隧道后誘發(fā)的空氣動力學效應主要表現(xiàn)在瞬變壓力、洞口微氣壓波和行車阻力。其中瞬變壓力直接影響旅客舒適度，而瞬變壓力的緩解取決于隧道斷面和列車密封性能。

表1 鐵路隧道斷面內(nèi)凈空有效面積標準

首先，對各國隧道斷面內(nèi)凈空面積與舒適度標準進行了對比，見表2。

從表2中可以得出如下結(jié)論:

(1)衡量舒適度的瞬變壓力指標各國基本相同;

(2)隧道斷面標準各國不盡相同;

(3)相同的速度條件下，日本新干線隧道斷面最小;德國與我國接近;法國最高運營速度為300 km/h時與我國300～350 km/h時相同，低于300 km/h時雙線隧道斷面則稍小，單線則接近;韓國的隧道斷面最大。

表2 各國高速鐵路隧道凈空面積及舒適度指標

1.3 某時速350 km客運專線雙線隧道空氣動力學效應有關(guān)測試結(jié)果

(1)單車試驗結(jié)果

某時速350 km客運專線隧道采用了CRH2-068C動車組單列隧道通過試驗，測得的車內(nèi)壓力3 s最大變化值為1 064 Pa，滿足《鐵路隧道設(shè)計施工有關(guān)標準補充規(guī)定》及表2中雙線隧道車內(nèi)空氣壓力變化小于1.25 kPa/3 s的要求，見表3。

表3 CRH2-068C動車組通過各隧道的最大測試結(jié)果

(2)會車試驗結(jié)果

該客運專線又利用CRH2-068C動車組和CRH2-071C動車組在2號隧道內(nèi)和6號隧道內(nèi)進行了交會試驗，結(jié)果表明CRH2動車組在隧道交會試驗中測得的車內(nèi)空氣壓力3 s最大變化值為1 041 Pa，滿足《鐵路隧道設(shè)計施工有關(guān)標準補充規(guī)定》中雙線隧道車內(nèi)空氣壓力變化小于1.25 kPa/3 s的要求。測試結(jié)果分別列于表4、表5。

表4 CRH2-068C動車組隧道交會試驗的最大測試結(jié)果

表5 CRH2-071C動車組隧道交會試驗的最大測試結(jié)果

(3)相關(guān)結(jié)論

①動車組通過隧道時，剛進入隧道、即將出隧道以及出現(xiàn)最大負壓前后的3個時間段，車內(nèi)外壓力變化的3 s變化量較大。

②同一隧道時，動車組的車內(nèi)外空氣壓力變化情況基本均隨速度的提高而增加，時速350 km的車內(nèi)壓力3 s變化量大致是時速250 km的2倍。

③CRH2和CRH3動車組以不高于350 km/h速度通過隧道和在隧道內(nèi)交會時產(chǎn)生的氣動作用對列車運行安全性和舒適性的影響在允許范圍內(nèi)，滿足動車組安全運行的強度要求和乘坐舒適度要求。

1.4 對隧道斷面內(nèi)凈空有效面積的思考

從表3～表5可以看出，對于按時速350 km標準設(shè)計并利用CRH2和CRH3動車組運營的隧道，無論是單車還是會車，舒適度指標均不大于相關(guān)規(guī)定。對于時速250 km的客運專線，盡管筆者沒有收集到相關(guān)測試結(jié)果，但其結(jié)論應與時速350 km一致。

目前在客運專線斷面標準研究中，由于空氣動力學效應影響，建筑限界一般不控制斷面尺寸，研究過程中往往是隧道斷面內(nèi)凈空面積標準受控于速度，亦即時速300～350 km對應不小于100 m2(雙線)，250 km對應不小于90 m2(雙線)。

因此，筆者認為，有必要進一步進行線隧比、隧道斷面和列車密封指數(shù)綜合研究，研究在一定的線隧比條件下，通過隧道斷面加大或提高密封性能進行對比研究，確定線隧比與隧道斷面和列車密封性能之間關(guān)系，其研究建議見表6。

2 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

現(xiàn)行《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB10003—2005)規(guī)定:極限狀態(tài)法設(shè)計只有在旅客列車行車速度≤140 km/h、貨物列車行車速度≤80 km/h且不運行雙層集裝箱列車的一般地區(qū)單線鐵路隧道整體式襯砌及洞門、單線鐵路隧道偏壓襯砌及洞門、單線鐵路拱形明洞襯砌及洞門結(jié)構(gòu)的設(shè)計中使用，其他情況均需按破損階段法和容許應力法設(shè)計。

表6 各速度目標條件下隧道斷面內(nèi)凈空有效面積建議研究值(雙線)

近年來，修建了越來越多的城市鐵路隧道或平原區(qū)鐵路地下隧道，而在“早進洞，晚出洞”的設(shè)計原則指導下，淺埋土質(zhì)隧道也不斷增加，類似的淺埋隧道受力明確，荷載(作用)確定及組合基本明確，可以采用極限狀態(tài)法設(shè)計。

因此，建議系統(tǒng)研究可靠度設(shè)計有關(guān)的各項指標和參數(shù)，擴大極限狀態(tài)法的使用范圍，并在專業(yè)規(guī)范中明確要求，將城市鐵路隧道和淺埋土質(zhì)隧道列入該方法的使用范圍。

3 隧道防排水

3.1 關(guān)于防、排水

現(xiàn)行鐵路隧道防排水原則是“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”，與《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB50108—2008)提出的防排水原則是基本一致的。但應清楚地看到，《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》有它的特點:(1)主要針對地下人防工程、工民建地下工程、市政隧道、地下鐵道等，這些工程的特點是一般都集中在市政范圍某一個點或短距離的線上，一項工程所對應的工程環(huán)境基本相同;(2)防水是重點，該規(guī)范倡導全封閉或部分封閉的防排水設(shè)計;(3)防水等級標準，各防水等級的適應范圍界定清晰。

鐵路隧道工程防排水原則過去是“以排為主，防、排、截、堵相結(jié)合”，防水工程相對薄弱，在轉(zhuǎn)變到現(xiàn)行的原則后，防水工程得到了極大的加強，如防水板(卷材)，施工縫止水帶(條、膠)等的使用，是過去鐵路隧道工程中所罕見的，加之混凝土等級的不斷提高，結(jié)構(gòu)自防水的性能也得到了不斷的加強，而排水除了用塑料帶孔管代替老式的碎石盲溝外，基本是傳統(tǒng)的側(cè)溝(中心溝)，因此，從措施上來說，防水工程措施強于排水工程。

對新建山嶺隧道滲漏水是仍然存在的問題，筆者分析認為，首先是排水不暢，其次是防水失效。因為防水工程措施強于排水工程，排水工程從設(shè)計和施工中被弱化而得不到重視。加之山嶺隧道屬于縱向推進工程，進度要求往往較快，防排水工程并沒有作為一道關(guān)鍵施工工序進行標準化作業(yè)，防排水工程質(zhì)量控制難度較大。

3.2 關(guān)于截、堵水

隨著環(huán)保意識的加強，隧道修建及運營中應盡可能減少對水環(huán)境的影響，防止水土流失，避免次生災害。然而，要完全將水阻止在工程之外其工程代價是巨大的，多數(shù)情況下還存在技術(shù)上的困難，甚至可能導致結(jié)構(gòu)破壞而使防水體系失效。工程實踐證明，在保護環(huán)境的前提下，對水進行合理排放和疏導是必要的。因此，不能將截、堵水極端化，達到滴水不漏的截堵是不現(xiàn)實的，也是不科學的。

3.3 對防排水的建議

(1)鐵路隧道防排水原則建議修改為“防、排、截、堵相結(jié)合，防排可靠，截堵可行，因地制宜，綜合治理”。

(2)結(jié)合隧道工程管道效應特點，宜形成客運專線鐵路隧道防水等級標準，并將防水等級按2個檔次劃分:一級適用于隧道洞身，有設(shè)備的洞室或其他空間;二級適用于緊急出口等疏散通道。

(3)強化排水通道措施，保證盲溝等排水通道的可靠使用，特別是加強寒冷及嚴寒地區(qū)排水，形成特殊地區(qū)排水規(guī)范。

(4)進一步優(yōu)化隧道防水措施，如施工縫防水應按地下水有無承壓性確定。

4 結(jié)語

隨著我國鐵路客運專線工程實踐的不斷增加，為了使現(xiàn)行《高速鐵路設(shè)計規(guī)范(暫行)》和正在編制的《城際鐵路規(guī)范》具有更加廣泛的適應性，按照“安全可靠、科學合理、技術(shù)經(jīng)濟”原則，在保證鐵路安全和功能的情況下，對鐵路客運專線部分設(shè)計標準進行優(yōu)化是非常有必要的，針對鐵路客運專線隧道斷面內(nèi)凈空有效面積、結(jié)構(gòu)計算方法、隧道防排水等有關(guān)標準方面提出了一些建議。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB10621—2009/J971—2009 高速鐵路設(shè)計規(guī)范(試行)［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［2］中華人民共和國鐵道部.TB10003—2005 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50108—2008 地下工程防水技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2008.

［4］中國鐵道科學研究院，中鐵西南科學研究院，中南大學，西南交通大學，等.某客運專線隧道氣動效應試驗研究［R］.北京:中國鐵道科學研究院，2010.

［5］鐵道部工程設(shè)計鑒定中心.高速鐵路隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，2006.

［6］趙 勇，唐國榮，倪光斌，武 贊.中國高速鐵路主要技術(shù)標準和關(guān)鍵技術(shù)［C］∥2006中國高速鐵路隧道國際技術(shù)交流會論文集.北京:中國鐵道出版社，2007.