乌鞘岭特长隧道关键技术问题
08-22 12:11:51 浏览次数:353次 栏目：地铁遂道
标签：工程设计,
乌鞘岭特长隧道关键技术问题,http://www.gong66.com
2.2.6 关于两隧之间横通道间距的设置问题
考虑到永临结合，根据消防救援的功能进行设置是较合理的。鉴于目前国内对于较长铁路隧道的消防救援设计没有规范所遵循，左、右线间的联络通道之间的间距设计为420m，因此当事故发生时，要通过联络通道进入另一座隧道进行避难，司乘人员最多要走210m，如果以0.5m/s的速度行走，则需7min才能进入联络通道，根据西南交通大学2001年的火灾试验结论：火灾时，一般在起火后2～10min内温度即达到最高，且烟雾在20～30s内即充满整个隧道断面，能见度降到1m左右。也就是说车辆和人员也必须充分利用这宝贵的时间逃生和避难。据此420m设一道横通道的距离偏大，建议结合试验成果和借鉴国外经验优化设计。
2.2.7 各级围岩地段，横通道衬砌断面形式均设计成直边墙、圆拱形整体式模筑衬砌，Ⅳ、Ⅴ级围岩衬砌建议改为曲墙式衬砌为宜，横通道与正洞连接处斜交跨度较大（最大769cm），交叉区结构受力复杂，Ⅳ、Ⅴ级围岩衬砌结构宜适当加强。Ⅴ级围岩施工时宜增设超前支护，以策安全。
2.2.8 关于避车洞间距的设置问题
根据“暂规”7.0.3要求，规定人所承受的列车风速值为14m/s，超过这个范围将造成人身伤害。本线最高时速为160km，隧道内最大平均风速为13.8m/s，人员侍避区最大风速为28.5m/s，从“暂规”简化计，本隧未考虑设置人员待避区。故人员待避问题将用设置避人洞解决。修改预设计避车洞间距为140m，难以保证安全避车，建议减小避车洞间距。避车洞内设置扶手，进洞检修人员配置听觉保护设备，进入避车洞避车时配戴以减少噪音对人员危害。
2.2.9 圆形衬砌段设置的避车台，在人员待避区最大风速28.5m/s的环境下的使用功能有待研究。
2.3 通风
2.3.1 施工通风
2.3.1.1 施工通风按施工进程分阶段实施是正确的，也是可行的。
2.3.1.2 施工中应根据隧道施工进度安排施工通风，各工区的划分、承担的施工长度、工作面布置等不同，通风方式、风机大小、布置也不同。
2.3.1.3 从设计图中可见，8号斜井将出现三个工作面同时施工的状况，这对施工通风组织不利。通过合理安排，做到最多两个工作面同时施工是可能的，若这样可简化施工通风组织。
2.3.1.4 修改预设计对施工通风的阶段没有明确的划分标准，可操作性较差。建议以平导的贯通或施工月份为标准，明确划分通风阶段，作出相应阶段的施工通风设计。
2.3.1.5 施工通风的中间、最终阶段，风流复杂多变，且分属不同的施工单位，巷道式通风实施起来比较困难。建议仍按压入式或混合式通风设计，各工区单独组织实施，既简单又可行。
2.3.1.6 5、6、7、8、9号斜井为无轨运输出碴，修改预设计将风机置于井内向工作面压风，如该斜井不担负正洞或平导的出碴，这样布置是合理的。但5、6、7号斜井距正洞口的距离分别超过6Km和8Km，如不通过该斜井而均从正洞或平导出碴，增加的运距分别将超过4Km和5Km；不通过8、9号斜井而均从正洞或平导出碴，增加的运距分别将超过6Km和4Km，这样布置显然欠合理。如果由附近的4号斜井（有轨运输）、大台左线竖井出碴，又存在出碴能力不足、无轨运输与有轨运输的倒运问题。这样势必仍需利用各斜井出碴与进料，将风机置于井内向工作面压风的布置就欠妥。因为这样压入的是已被出碴车辆排放的废气污染了的空气，而非新风，且斜井内的风门对炮烟排出、出碴速度的影响亦较大。如右线正洞断面按每循环进尺3m计，需出碴220.41m3，耗时约200分钟。在该时间段内斜井内的空气将被出碴车辆排放的废气污染，烟雾浓度达到0.012m-1，不能作为新鲜空气压入洞内使用。尽管4号斜井、大台左线竖井设置了排风机，但其排风能力有限。故建议将风机置于斜井外压风为宜。
2.3.1.7 修改预设计采用三通向两个工作面供风，其风量的分配控制是比较困难的。按修改预设计斜井断面尺寸，其一单车道已不能满足出碴的需要；其二出碴车占了约2/3的断面，减少了过风量，阻滞了空气的交换进程,使污浊空气排出洞外的时间大为延长；其三该断面拱部只能布置一根1.3m风管，对两个及以上的工作面只能采用三通供风，增加了通风控制的难度，并难达到设计的通风效果。故建议扩大斜井断面，采用双机双管通风。这样不仅风量、风压好控制，增强了工作面通风效果，而且由于斜井断面的扩大增大了斜井的过风面积，有利于较快的排出斜井内的污浊空气（出碴柴油重车），还大大的提高了出碴能力并加快了施工进度。
2.3.1.8 风机的选型应考虑高海拔地区大气压力降低的影响。如施工进入含煤地层，经检测有瓦斯溢出，风机应选用防爆型。
2.3.2 运营通风
修改预设计未作设计，应结合消防救灾方案统一解决。
2.4 消防救灾及运营安全
2.4.1 隧道的结构防火和救援
修改预设计文件的预留问题中建议对本隧道的运营防火救灾方案尽快研究确定，对于隧道的火灾，国内外有很多惨痛的教训，湘桂线朝阳坝隧道发生的火灾，损失就达504万元，93年西延线兰家川隧道货运列车火灾，破坏隧道结构280m；美国2001年7月18日霍华德市发生的列车火灾，经济损失达几亿美元，还有英法海峡隧道火灾造成巨大损失等许许多多例子说明乌鞘岭特长隧道防火救灾的重要性。另外，根据《铁路工程防火规范》TB10063-99，对混凝土结构物应作防火设计，结构耐火时间4.5小时。建议参照公路隧道对混凝土结构防火措施或工民建对钢结构的防火措施，吸收科研单位对乌鞘岭隧道作专题研究。
乌鞘岭隧道的火灾救援，总原则应该是“预防为主，防消结合”，长大隧道的防灾救援坚持预防、报警、监控、救援和灭火的基本思路，贯彻以人为本，预防为主，防消结合，监控有效，措施有力，疏散有序，助救和自救相结合，早期发现，及时灭火，移动式和固定式灭火相结合。铁路隧道具有火灾燃烧猛烈、温度高、爆炸频繁，烟气毒性大、复燃性大，火灾扑灭难度大，损伤严重等特点。建议乌鞘岭隧道防火设计主要内容从以下几个方面考虑：
⑴ 结构有足够的耐火时间，在此时间内能把乘客疏散出隧道，避免隧道结构破坏坍塌，从而造成重大事故。
⑵ 隧道穿越断层带，如果需要须对围岩作加固处理。
⑶ 横通道设甲级防火门，耐火时间为120min。
⑷ 隧道拱顶喷涂防火涂料，同公路隧道一样，进行结构防火。
⑸ 隧道运营通风方式拟按纵向式和斜井或竖井分段纵向通风方式作多方案比选，隧道通风计算可根据在空气压缩理论上的CFD(Compvtational Fluid Dynamics)进行计算。
⑹ 制定防灾的原则是“时间”原则。
⑺ 洞内设灭火设备，水喷淋系统，洞外设灭火设施（包括专用轨道）和移动式灭火列车。
⑻ 洞内结合施工组织和逃生救援时间确定横通道间距。
2.4.2 活动断层结构安全监测
隧道穿越活动断层段时，开挖后建议施作多点位移计，预埋压力盒和水压测量计，应变片等元器件，组织人员进行结构安全监测。
2.4.3 瓦斯监测
隧道建成后，进行瓦斯检测，如有瓦斯逸出，运营期间建立瓦斯监测、报警和运营通风系统，以满足瓦斯浓度小于0.3%的运营安全标准。
2.5 环境保护
隧道洞身辅助坑道共有15座，加之隧道进出口、各洞口施工便道的引入和弃碴场的堆弃以及废水的排放，会对隧道范围的环境产生不同程度的破坏和影响。
2.5.1 表土流失，由于坑道口的开挖和施工便道的开挖形成表土流失，开挖形成了较多的临空面。自然保护区内原本比较松散的表层土，极易产生坍滑，并一级一级的逐步牵引，造成植被破坏，从而使环境受到影响，建议对以上情况出现的边坡进行必要的加固防护，以减小对自然保护区内的环境破坏。
2.5.2 施工中产生废气、废水是必然的，施工中各工区领导应引起足够重视，对废水应妥善处理，采用过滤、沉淀、稀释等手段，满足国家的排放标准后，方可汇入自然沟槽内。建议增设洞口水净化设施。
2.5.3 区内生活污染，关键是增强工作人员的环保意识，提高员工的自身素质，采取集中堆放、集中处理。注意工区内的环境卫生，保护工作人员的身体健康。
2.5.4 洞身斜井的弃碴场应统一设计，避免发生类似8号斜井弃碴场容量不够等问题。隧道出口出碴有部分在龙沟河阶地，对该处水系宜作环保设计，另设计中碴顶考虑了设水沟排水的工程措施，但因弃碴随时间发生沉降引起水沟断裂，水沟起不到引流地表水的作用。建议弃碴场底清除表土后埋设透水管引流，弃碴场外缘适当位置设截水沟排截地表水。
2.6 施工组织
2.6.1 乌鞘岭隧道修改预设计施工工期左线隧道39.2个月，右线隧道30个月，参考其它山区铁路（内昆、渝怀、水柏）长隧道的实际施工进度指标，进行分析研究，可以认为在正常情况下，该工期是可以实现的。
2.6.2 隧道中部7、8、9号斜井所承担的区段是控制工期的重点。施工中揭示的地质情况同修改预设计图有差异，个别斜井进度滞后，同时长斜井的施工通风和运能不足等，将成为影响施工进度的关键。
2.6.3 为确保工期，防止因塌方或地质变化较大以及遇到不可预见的诸多因素影响工期，施工单位各自增加了施工工作面，在确保安全前提下，粗放式的建设管理是可行的。
2.7 其它
2.7.1 乌鞘岭隧道作为我国最长的铁路隧道，其消防救灾是非常重要的问题，建议对此作专题研究。
2.7.2 施工安全需予以充分重视，对长斜井和竖井，为确保安全，结合本隧的特点建议进行施工防灾技术的课题研究。7、8、9号长斜井和大台深坚井拟配备双回路电源和应急照明设施。
，乌鞘岭特长隧道关键技术问题
2.2.6 关于两隧之间横通道间距的设置问题
考虑到永临结合，根据消防救援的功能进行设置是较合理的。鉴于目前国内对于较长铁路隧道的消防救援设计没有规范所遵循，左、右线间的联络通道之间的间距设计为420m，因此当事故发生时，要通过联络通道进入另一座隧道进行避难，司乘人员最多要走210m，如果以0.5m/s的速度行走，则需7min才能进入联络通道，根据西南交通大学2001年的火灾试验结论：火灾时，一般在起火后2～10min内温度即达到最高，且烟雾在20～30s内即充满整个隧道断面，能见度降到1m左右。也就是说车辆和人员也必须充分利用这宝贵的时间逃生和避难。据此420m设一道横通道的距离偏大，建议结合试验成果和借鉴国外经验优化设计。
2.2.7 各级围岩地段，横通道衬砌断面形式均设计成直边墙、圆拱形整体式模筑衬砌，Ⅳ、Ⅴ级围岩衬砌建议改为曲墙式衬砌为宜，横通道与正洞连接处斜交跨度较大（最大769cm），交叉区结构受力复杂，Ⅳ、Ⅴ级围岩衬砌结构宜适当加强。Ⅴ级围岩施工时宜增设超前支护，以策安全。
2.2.8 关于避车洞间距的设置问题
根据“暂规”7.0.3要求，规定人所承受的列车风速值为14m/s，超过这个范围将造成人身伤害。本线最高时速为160km，隧道内最大平均风速为13.8m/s，人员侍避区最大风速为28.5m/s，从“暂规”简化计，本隧未考虑设置人员待避区。故人员待避问题将用设置避人洞解决。修改预设计避车洞间距为140m，难以保证安全避车，建议减小避车洞间距。避车洞内设置扶手，进洞检修人员配置听觉保护设备，进入避车洞避车时配戴以减少噪音对人员危害。
2.2.9 圆形衬砌段设置的避车台，在人员待避区最大风速28.5m/s的环境下的使用功能有待研究。
2.3 通风
2.3.1 施工通风
2.3.1.1 施工通风按施工进程分阶段实施是正确的，也是可行的。
2.3.1.2 施工中应根据隧道施工进度安排施工通风，各工区的划分、承担的施工长度、工作面布置等不同，通风方式、风机大小、布置也不同。
2.3.1.3 从设计图中可见，8号斜井将出现三个工作面同时施工的状况，这对施工通风组织不利。通过合理安排，做到最多两个工作面同时施工是可能的，若这样可简化施工通风组织。
2.3.1.4 修改预设计对施工通风的阶段没有明确的划分标准，可操作性较差。建议以平导的贯通或施工月份为标准，明确划分通风阶段，作出相应阶段的施工通风设计。
2.3.1.5 施工通风的中间、最终阶段，风流复杂多变，且分属不同的施工单位，巷道式通风实施起来比较困难。建议仍按压入式或混合式通风设计，各工区单独组织实施，既简单又可行。
2.3.1.6 5、6、7、8、9号斜井为无轨运输出碴，修改预设计将风机置于井内向工作面压风，如该斜井不担负正洞或平导的出碴，这样布置是合理的。但5、6、7号斜井距正洞口的距离分别超过6Km和8Km，如不通过该斜井而均从正洞或平导出碴，增加的运距分别将超过4Km和5Km；不通过8、9号斜井而均从正洞或平导出碴，增加的运距分别将超过6Km和4Km，这样布置显然欠合理。如果由附近的4号斜井（有轨运输）、大台左线竖井出碴，又存在出碴能力不足、无轨运输与有轨运输的倒运问题。这样势必仍需利用各斜井出碴与进料，将风机置于井内向工作面压风的布置就欠妥。因为这样压入的是已被出碴车辆排放的废气污染了的空气，而非新风，且斜井内的风门对炮烟排出、出碴速度的影响亦较大。如右线正洞断面按每循环进尺3m计，需出碴220.41m3，耗时约200分钟。在该时间段内斜井内的空气将被出碴车辆排放的废气污染，烟雾浓度达到0.012m-1，不能作为新鲜空气压入洞内使用。尽管4号斜井、大台左线竖井设置了排风机，但其排风能力有限。故建议将风机置于斜井外压风为宜。
2.3.1.7 修改预设计采用三通向两个工作面供风，其风量的分配控制是比较困难的。按修改预设计斜井断面尺寸，其一单车道已不能满足出碴的需要；其二出碴车占了约2/3的断面，减少了过风量，阻滞了空气的交换进程,使污浊空气排出洞外的时间大为延长；其三该断面拱部只能布置一根1.3m风管，对两个及以上的工作面只能采用三通供风，增加了通风控制的难度，并难达到设计的通风效果。故建议扩大斜井断面，采用双机双管通风。这样不仅风量、风压好控制，增强了工作面通风效果，而且由于斜井断面的扩大增大了斜井的过风面积，有利于较快的排出斜井内的污浊空气（出碴柴油重车），还大大的提高了出碴能力并加快了施工进度。
2.3.1.8 风机的选型应考虑高海拔地区大气压力降低的影响。如施工进入含煤地层，经检测有瓦斯溢出，风机应选用防爆型。
2.3.2 运营通风
修改预设计未作设计，应结合消防救灾方案统一解决。
2.4 消防救灾及运营安全
2.4.1 隧道的结构防火和救援
修改预设计文件的预留问题中建议对本隧道的运营防火救灾方案尽快研究确定，对于隧道的火灾，国内外有很多惨痛的教训，湘桂线朝阳坝隧道发生的火灾，损失就达504万元，93年西延线兰家川隧道货运列车火灾，破坏隧道结构280m；美国2001年7月18日霍华德市发生的列车火灾，经济损失达几亿美元，还有英法海峡隧道火灾造成巨大损失等许许多多例子说明乌鞘岭特长隧道防火救灾的重要性。另外，根据《铁路工程防火规范》TB10063-99，对混凝土结构物应作防火设计，结构耐火时间4.5小时。建议参照公路隧道对混凝土结构防火措施或工民建对钢结构的防火措施，吸收科研单位对乌鞘岭隧道作专题研究。
乌鞘岭隧道的火灾救援，总原则应该是“预防为主，防消结合”，长大隧道的防灾救援坚持预防、报警、监控、救援和灭火的基本思路，贯彻以人为本，预防为主，防消结合，监控有效，措施有力，疏散有序，助救和自救相结合，早期发现，及时灭火，移动式和固定式灭火相结合。铁路隧道具有火灾燃烧猛烈、温度高、爆炸频繁，烟气毒性大、复燃性大，火灾扑灭难度大，损伤严重等特点。建议乌鞘岭隧道防火设计主要内容从以下几个方面考虑：
⑴ 结构有足够的耐火时间，在此时间内能把乘客疏散出隧道，避免隧道结构破坏坍塌，从而造成重大事故。
⑵ 隧道穿越断层带，如果需要须对围岩作加固处理。
⑶ 横通道设甲级防火门，耐火时间为120min。
⑷ 隧道拱顶喷涂防火涂料，同公路隧道一样，进行结构防火。
⑸ 隧道运营通风方式拟按纵向式和斜井或竖井分段纵向通风方式作多方案比选，隧道通风计算可根据在空气压缩理论上的CFD(Compvtational Fluid Dynamics)进行计算。
⑹ 制定防灾的原则是“时间”原则。
⑺ 洞内设灭火设备，水喷淋系统，洞外设灭火设施（包括专用轨道）和移动式灭火列车。
⑻ 洞内结合施工组织和逃生救援时间确定横通道间距。
2.4.2 活动断层结构安全监测
隧道穿越活动断层段时，开挖后建议施作多点位移计，预埋压力盒和水压测量计，应变片等元器件，组织人员进行结构安全监测。
2.4.3 瓦斯监测
隧道建成后，进行瓦斯检测，如有瓦斯逸出，运营期间建立瓦斯监测、报警和运营通风系统，以满足瓦斯浓度小于0.3%的运营安全标准。
2.5 环境保护
隧道洞身辅助坑道共有15座，加之隧道进出口、各洞口施工便道的引入和弃碴场的堆弃以及废水的排放，会对隧道范围的环境产生不同程度的破坏和影响。
2.5.1 表土流失，由于坑道口的开挖和施工便道的开挖形成表土流失，开挖形成了较多的临空面。自然保护区内原本比较松散的表层土，极易产生坍滑，并一级一级的逐步牵引，造成植被破坏，从而使环境受到影响，建议对以上情况出现的边坡进行必要的加固防护，以减小对自然保护区内的环境破坏。
2.5.2 施工中产生废气、废水是必然的，施工中各工区领导应引起足够重视，对废水应妥善处理，采用过滤、沉淀、稀释等手段，满足国家的排放标准后，方可汇入自然沟槽内。建议增设洞口水净化设施。
2.5.3 区内生活污染，关键是增强工作人员的环保意识，提高员工的自身素质，采取集中堆放、集中处理。注意工区内的环境卫生，保护工作人员的身体健康。
2.5.4 洞身斜井的弃碴场应统一设计，避免发生类似8号斜井弃碴场容量不够等问题。隧道出口出碴有部分在龙沟河阶地，对该处水系宜作环保设计，另设计中碴顶考虑了设水沟排水的工程措施，但因弃碴随时间发生沉降引起水沟断裂，水沟起不到引流地表水的作用。建议弃碴场底清除表土后埋设透水管引流，弃碴场外缘适当位置设截水沟排截地表水。
2.6 施工组织
2.6.1 乌鞘岭隧道修改预设计施工工期左线隧道39.2个月，右线隧道30个月，参考其它山区铁路（内昆、渝怀、水柏）长隧道的实际施工进度指标，进行分析研究，可以认为在正常情况下，该工期是可以实现的。
2.6.2 隧道中部7、8、9号斜井所承担的区段是控制工期的重点。施工中揭示的地质情况同修改预设计图有差异，个别斜井进度滞后，同时长斜井的施工通风和运能不足等，将成为影响施工进度的关键。
2.6.3 为确保工期，防止因塌方或地质变化较大以及遇到不可预见的诸多因素影响工期，施工单位各自增加了施工工作面，在确保安全前提下，粗放式的建设管理是可行的。
2.7 其它
2.7.1 乌鞘岭隧道作为我国最长的铁路隧道，其消防救灾是非常重要的问题，建议对此作专题研究。
2.7.2 施工安全需予以充分重视，对长斜井和竖井，为确保安全，结合本隧的特点建议进行施工防灾技术的课题研究。7、8、9号长斜井和大台深坚井拟配备双回路电源和应急照明设施。
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