青藏铁路昆仑山隧道设计说明.docx

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1、青藏铁路昆仑山隧道设计说明青藏铁路昆仑山隧道海拔4600～4700m，处于高原腹地，具有独特的冰缘干寒气候特征，且随海拔增高而有明显的气候垂直分布带性。根据西大滩临时观测资料(1978年初测资料)，昆仑山隧道所在地区年平均气温-3.6℃，极端最高气温23.7℃，极端最低气温-27.7℃，年平均降水量220.9mm，年平均蒸发量1469.8mm，相对湿度平均为44.8％。　　1　地貌地质概况及多年冻土分布特征　　本区属昆仑山北麓中、高山区，山岭高耸，山坡陡峻，坡面破碎，多有坡积碎石分布。区内发育一峡谷一乱石沟(又名惊仙谷)，昆仑河顺沟流淌。青藏公路沿昆仑河修建。昆仑山隧道位于乱石沟西

2、侧高山中，隧道顶部山体分布2条冲沟，隧道进口处为一山梁，地表植被较发育，覆盖率40％。隧道出口处山坡陡峻，分布坡积碎石土，局部基岩出露，坡面无植被，隧道出口下方紧靠青藏公路。　　山体为三叠系板岩夹片岩，山坡为坡积角砾土、碎石土，洪积碎石土。坡积角砾土厚2～3m，分布于隧道进口，灰黄色，角砾成分以板岩为主，片岩次之。坡积碎石土厚2—20m，分布于山体表层及隧道出口，灰黑色，碎石成分以板岩为主。洪积碎石土厚4—8m，分布于山坡冲沟中，灰色，碎石成分以板岩为主，片岩次之。　　昆仑山隧道洞身通过板岩夹片岩，以板岩为主，局部夹片岩，浅灰色，灰黑色，变晶结构。板岩为板状构造，岩体致密，坚硬。片

3、岩为片状构造，岩体多柔软，破碎。岩体板理、片理发育，节理、裂隙发育。强风化层厚1.7～4m，板岩呈碎块状，片岩为碎片状，局部为粉土状，含较多裂隙冰。洞身主要围岩级别为Ⅳ～V级。　　昆仑山隧道属于多年冻土区，隧道进口山坡为阴坡，冻土上限较浅，一般为2.7m，除隧道进口处分布1.8m左右厚的饱冰冻土外，其余为少冰、多冰冻土。出口山坡为阳坡，冻土上限较深，一般为2.1～3m，为少冰、多冰冻土。　　根据隧道物探断面反映，地层含冰量随深度逐渐降低。在36m以上岩层中局部分布薄层裂隙冰。据推测，昆仑山隧道多年冻土下限为100～110m。　　2　已建寒区隧道病害原因分析　　2.1　洞口工程　　东

4、北嫩林线和牙林线隧道的洞门都有开裂现象，裂缝大部分产生在端墙中部附近，自顶帽向下延伸，有的裂缝已裂到拱圈内侧。开裂原因分析如下：　　(1)洞门基础置于冻胀融沉土层或高含冰量地层，基础发生不均匀下沉；　　(2)端墙背后为冻胀性土壤或高含冰量冻土，冻融交替的循环作用使端墙破坏；　　(3)施工时，混凝土早期受冻，影响混凝土后期强度。　　2.2　洞内工程　　通过嫩林线塔河—樟岭白卡尔隧道、西罗奇二号隧道，林碧支线上的翠岭二号隧道，牙林线岭顶隧道，南疆线奎先隧道等严寒或多年冻土地区隧道的调查发现，隧道建成后普遍存在衬砌冻胀开裂、酥碎、剥落、挂冰和道床冒水、积水、结冰等病害，严重威胁行车安全，

5、降低隧道使用寿命，养护工作繁重，治理十分困难。病害原因分析如下：　　(1)由于严寒地区防排水设施失效，尤其排水通道因水结冰堵塞，使得衬砌背后的水进入不了排水沟，水沟内的水结冰不能排出洞外，导致病害发生；　　(2)衬砌结构设计没有充分考虑冻胀力对结构的影响，对于多年冻土隧道，没有对冻融圈的大小和变化采取有效的控制措施，围岩冻融循环作用导致结构破坏；　　(3)由于施工多采用先拱后墙的方法，衬砌背后回填不密实，使得衬砌后大量积水，产生冻害。　　另外，寒季施工时混凝土的质量难以保证及设计的混凝上标号过低也是产生病害的原因之一。　　3　昆仑山隧道设计概述　　3.1　洞口工程　　由于隧道处于低

6、温基本稳定区，所以设计时采用保护冻土的原则。选择洞口位置时，为减少对原地表的破坏，隧道进口、出口均接建明洞，并及早做好洞门和对冻土层的保护工程。　　为避免基础不均匀下沉，明洞及洞口工程基础尽量置于基岩上，或采取基底换填卵砾石的措施。洞门端、挡墙背后没置50cm厚砂石垫层，以缓解墙后的冻胀力。为保证洞门结构的稳定，端墙采用钢筋混凝土，挡墙采用混凝土现浇。　　3.2　支护衬砌、隔热保温及防排水工程　　多年冻土地区隧道在建成后，由于气温等外界条件的影响，衬砌背后的多年冻土会形成一个冻融交替的冻融圈，使衬砌结构处在冻胀力往复作用的不利环境中，往往造成衬砌严重开裂甚至破坏。因此，冻融圈是影响

7、隧道结构稳定的一个极其重要的因素，对其范围、动态变化的控制十分必要。水是寒区隧道产生病害根源，也是冻融圈的主要影响因素，所以，完整、有效的防排水体系是多年冻土隧道设计的关键。为避免产生病害，昆仑山隧道没计中从应用隔热保温技术、加强防排水及优化衬砌结构等方面出发，采取了综合防治的措施。　　3.2.1　洞内外气温对围岩冻融圈的影响　　形成冻融圈的热量有2个来源：一是在施工中由于放炮、人为活动等造成的融化，它是暂时的；二是外界气温变化的影响及运营中机车散热等，它是长期的，并