魏连峰
（南京铁道职业技术学院，江苏 南京 210015）
摘 要：客运专线铁路以其运行速度高，安全舒适，节约时间等特点，比其他交通工具有更多优越性。本文通过客运专线隧道的主要技术特点，客运专线隧道的耐久性问题分析，隧道工程在复杂的地质条件下，如何正确选择施工方法、在设计中采用合理的结构和构造措施，防排水如何处理，重点对高速铁路隧道提高隧道耐久性措施进行了探讨。笔者对部分围岩隧道进行了参观、学习，诸多有经验的隧道专家提出：新材料、新工艺、新技术、新设备是干好隧道的前提。
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关键词 ：客运专线、隧道、耐久性
中图分类号：F57文献标志码：A文章编号：1000-8772（2015）01-0179-02
一、客运专线隧道的主要技术特点
客运专线隧道工程具有占地少、环境污染小、结构安全可靠、拆迁量和对城市干扰小等优点，从技术上有以下几个主要特点。
1、 空气动力学效应
列车在高速运行的条件下，对隧道结构的要求主要是空气动力学特性方面的。高速列车通过隧道时会产生一系列的空气动力学效应，如压力波动、出口处微气压波、洞口行车阻力增大等，这些均是列车速度目标值比较高的客运专线隧道的显著特点。
当高速列车进入隧道时，强烈冲击处于隧道中的静止空气场，压力脉冲作为纵向运动的波，以声速通过隧道，并在隧道的另一端发生反射，由正压变为负压。同样以声速沿列车运动相反的方向向回运动，遇到列车后，空气阻力在大气压力（100kpa）附近发生波动，使旅客的耳朵发生明显不适。
2、可靠性和结构耐久性要求高
所谓可靠性，是指结构在规定的时间内，在正常规定的条件下，完成预定功能的能力，包括安全性、适用性和耐久性。当以概率来度量时，成为结构的可靠度。
所谓结构耐久性，是指结构及其部件在可能引起材料性能劣化的各种作用下能够长期维持其应有性能的能力。客运专线铁路隧道由于其运营速度比较高，对结构和各种运营设施所产生的作用影响也就越大，对相应工程结构的可靠性和耐久性的要求也就越高。
3、对环境的影响更加明显
环境包括自然环境、生态环境和周边人文环境，客运专线列车以较高的速度运行，其产生的轮轨噪声、机械噪声、弓网噪声和空气动力学等噪声将比普速列车明显，对环境的影响也比普速列车大。例如，列车进入隧道后，形成压缩波，当压缩波传到隧道出口突然释放形成微气压波时，会对洞口的环境造成一定的影响，严重时会产生爆破音，影响附近的建筑物和居民的正常生活。所以客运专线隧道的修建就应该更加重视对环境的影响，围绕降低噪声、减少对自然环境、生态环境和周边人文环境的破坏，采取不同于普速铁路隧道的工程措施。
4、防灾救援要求高
客运专线隧道中运行的主要是高速度的旅客列车，一旦发生事故和灾害，后果比一般铁路要严重的多。如何尽量避免高速度的旅客列车在隧道内发生事故和灾害，以及旅客列车在隧道内因故停车时，如何快速疏散旅客，发生灾害事故时如何快速救援等，是客运专线隧道应该重点考虑的问题，相对普速客货共线的铁路隧道来说，客运专线隧道对防止发生事故和灾害以及快速救援的要求更高。
二、客运专线隧道的耐久性问题
最近一段时间，日本的铁路隧道相继发生几次次重大的混凝土掉块事故，引起了日本运输省的重视。通过理论分析、实地试验认为，事故发生的一个重要原因是列车振动和产生的空气压变动。而日本新干线的列车速度，从客运专线角度看，是比较低的（通过隧道时大致在180～220km/h之间）。
可见，客运专线铁路隧道在耐久性方面需注意减少列车振动的影响，可采取的措施是改善轨道结构构造和隧道底部结构，并适当加大内净空，减少空气压力变化。
隧道工程耐久性设计施工中存在的问题：
混凝土结构物的设计方法，目前正在从传统的以强度为主导的设计方法转变，但不管是新建还是既有结构物，都要消除免维修或不能维修的误解，而建立起“把劣化构件或构件的性能恢复到设计意图的使用水准以上的补修、补强”的概念。也就是说，要构筑一个把设计、施工、维修管理统合到一起的设计体系。这也是目前各国土建工程设计的重要发展趋势。
目前，《铁路混凝土结构耐久性设计标准》主要针对桥梁结构，且主要为钢筋混凝土结构，难以满足隧道设计要求。隧道工程的耐久性设计施工与地面结构有明显的不同。首先是设计寿命计算方法不同，地面结构一般以混凝土炭化深度达到钢筋处的时间作为使用年限，而隧道结构则不同，其极限状态由围岩、初期支护和二次衬砌共同确定，一定的混凝土炭化深度并不意味着隧道结构达到设计使用年限（结构仍可能维持稳定）。其次，隧道结构大量采用了素混凝土，其耐久性判别与钢筋混凝土也不同。此外，除对模筑混凝土本身应提出耐久性指标要求外，喷射混凝土、锚杆、防排水材料等也均应达到相应的耐久性要求，而目前对此的研究相对欠缺。
三、提高隧道耐久性措施
铁路福州至厦门线站前工程天马山隧道工（下转201页）（上接179页）程在耐久性措施上，主要有以下几方面控制：
1、正确选择混凝土原材料及配合比，严格控制水灰比和水泥用量。
2、采用合理的结构和构造措施、严格控制裂缝宽度。其中在结构设计方面采取的措施有：①隧道衬砌有加宽的地段均采用不同的圆心，对拱部进行加宽，如图4所示。考虑前方3km有区间车站的影响，列车进入隧道属于刚起速阶段，需要对空气动力学效应形成一个渐变的过程；②内净空预留工务工程技术作业空间，可以用于进一步采取耐久性加强措施；③衬砌结构混凝土强度等级较以往隧道设计有所提高，如V级抗震设防地段隧道初期支护采用C25喷射混凝土，二次衬砌采用C30钢筋混凝土，钢筋布置情况如图5所示。
3、其他材料耐久性要求。对锚杆的保护层厚度、注浆饱满度、防水材料等的耐久性均提出相应要求。
4、施工有关要求。围岩本身是整个承载体系的一部分，施工中应注意爱护围岩。
5、结构检测及维护。在设计使用年限内，应定期对隧道结构及材料的使用状态、环境条件的变化进行检测及监测，并进行综合评估。
四、隧道防排水设计
从目前总体情况来看，隧道渗漏水问题十分严重，根据客运专线铁路一级防水标准的要求，隧道工程需从设计、施工、运营维护三个方面来达到“防水可靠、排水通畅、系统可维护”的目标。
1、结构本体防水系统设计。
①全隧二次衬砌拱部、边墙及仰拱（底板）采用防水混凝土，其抗渗等级不低于P8；②全隧初期支护与二次衬砌之间拱部及边墙部位铺设防水板加无纺布防水；③全隧纵、环向施工缝设中埋式橡胶止水带，同时纵向施工缝涂抹砼界面剂，环向施工缝内缘采用双组份聚硫密封膏嵌缝。环向数量按10m一道计列，纵向数量按2道计列；④变形缝宽度2cm，变形缝充填聚苯板并加设中埋式钢边橡胶止水带，变形缝外缘采用外贴式橡胶止水带，变形缝内缘采用双组份聚硫密封膏嵌缝。明暗分界处及抗震设防衬砌与普通衬砌连接处均设置变形缝一道，抗震设防衬砌段每隔50m设置变形缝一道；⑤二衬拱部每隔3～3.5m预留回填注浆孔，待混凝土达到设计强度后，应进行充填注浆。
2、隧道排水系统设计。①洞内采用双侧水沟加中心排水管排水，中心水沟的主要作用是增加排水能力；②防水板背后纵环向设置排水盲沟系统，设置方式和选材满足运营期可维护的要求。③施工缝和变形缝处设置必要的导水措施，做到“引水归槽”。
3、堵水设计。在地下水发育、地下水大量排放可能影响地表生态环境时采用注浆堵水，将大量地下水截堵于注浆圈外，少量渗入水进行引排，二次衬砌考虑一定的水压力。
五、结语
高速铁路隧道耐久性的提高是多方面，主要从施工工法的选择、防排水的处理措施、地震区支护形式及二衬参数提高及加强浅埋地段的监控量测工作等项目进行整治外，更重要的是如何防止隧道病害的发生。笔者认为高速铁路隧道不仅要从地震灾害上进行防护，而且在软弱围岩和浅埋地段要控制塌方和塌方后需要解决什么问题入手，隧道开挖前，隧道上方地下水监测一定要做好。只有这些问题在提前搞清楚，待一切准备工作到位后方可正式投入施工，否则会在施工过程中，留下很多不可遇见的因素和有待进一步处理的问题，这些问题的发生，将会严重制约整个隧道的工期和经济投入的加大。
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参考文献：
[1] 朱永全.铁路客运专线施工技术[Z].中国铁道工程建设协会，石家庄铁道学院.
[2] 肖明清，王克金.武广客运专线隧道的若干关键技术问题[Z].铁道第四勘察设计院.
[3] 马士伟，章元爱，梅志荣.铁路客运专线隧道全环整体模筑衬砌结构形式的试验研究[M].中铁西南科学研究院.
（责任编辑：袁凌云）
