与铁路客运专线隧道工程标准有关的几点建议

马志富，安玉红

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

1 隧道断面内净空有效面积标准

1.1 隧道断面内净空有效面积标准现状

与普速线路不同，当列车时速大于等于160 km时，必须考虑增加车辆密封性能和增大隧道断面面积，保证车内人员舒适度要求。因此，对时速160 km以下的线路，隧道断面内净空仅受控于建筑限界;而对于时速160 km及以上的线路，隧道断面既受控于建筑限界，同时受控于空气动力学效应，为双控关系。当隧道断面为双控关系时，已将隧道断面内净空有效面积基本固化为设计标准，见表1。

1.2 高速铁路隧道净空面积及舒适度指标比较

众所周知，高速列车进入隧道后诱发的空气动力学效应主要表现在瞬变压力、洞口微气压波和行车阻力。其中瞬变压力直接影响旅客舒适度，而瞬变压力的缓解取决于隧道断面和列车密封性能。

表1 铁路隧道断面内净空有效面积标准

首先，对各国隧道断面内净空面积与舒适度标准进行了对比，见表2。

从表2中可以得出如下结论:

(1)衡量舒适度的瞬变压力指标各国基本相同;

(2)隧道断面标准各国不尽相同;

(3)相同的速度条件下，日本新干线隧道断面最小;德国与我国接近;法国最高运营速度为300 km/h时与我国300～350 km/h时相同，低于300 km/h时双线隧道断面则稍小，单线则接近;韩国的隧道断面最大。

表2 各国高速铁路隧道净空面积及舒适度指标

1.3 某时速350 km客运专线双线隧道空气动力学效应有关测试结果

(1)单车试验结果

某时速350 km客运专线隧道采用了CRH2-068C动车组单列隧道通过试验，测得的车内压力3 s最大变化值为1 064 Pa，满足《铁路隧道设计施工有关标准补充规定》及表2中双线隧道车内空气压力变化小于1.25 kPa/3 s的要求，见表3。

表3 CRH2-068C动车组通过各隧道的最大测试结果

(2)会车试验结果

该客运专线又利用CRH2-068C动车组和CRH2-071C动车组在2号隧道内和6号隧道内进行了交会试验，结果表明CRH2动车组在隧道交会试验中测得的车内空气压力3 s最大变化值为1 041 Pa，满足《铁路隧道设计施工有关标准补充规定》中双线隧道车内空气压力变化小于1.25 kPa/3 s的要求。测试结果分别列于表4、表5。

表4 CRH2-068C动车组隧道交会试验的最大测试结果

表5 CRH2-071C动车组隧道交会试验的最大测试结果

(3)相关结论

①动车组通过隧道时，刚进入隧道、即将出隧道以及出现最大负压前后的3个时间段，车内外压力变化的3 s变化量较大。

②同一隧道时，动车组的车内外空气压力变化情况基本均随速度的提高而增加，时速350 km的车内压力3 s变化量大致是时速250 km的2倍。

③CRH2和CRH3动车组以不高于350 km/h速度通过隧道和在隧道内交会时产生的气动作用对列车运行安全性和舒适性的影响在允许范围内，满足动车组安全运行的强度要求和乘坐舒适度要求。

1.4 对隧道断面内净空有效面积的思考

从表3～表5可以看出，对于按时速350 km标准设计并利用CRH2和CRH3动车组运营的隧道，无论是单车还是会车，舒适度指标均不大于相关规定。对于时速250 km的客运专线，尽管笔者没有收集到相关测试结果，但其结论应与时速350 km一致。

目前在客运专线断面标准研究中，由于空气动力学效应影响，建筑限界一般不控制断面尺寸，研究过程中往往是隧道断面内净空面积标准受控于速度，亦即时速300～350 km对应不小于100 m2(双线)，250 km对应不小于90 m2(双线)。

因此，笔者认为，有必要进一步进行线隧比、隧道断面和列车密封指数综合研究，研究在一定的线隧比条件下，通过隧道断面加大或提高密封性能进行对比研究，确定线隧比与隧道断面和列车密封性能之间关系，其研究建议见表6。

2 隧道结构设计方法

现行《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)规定:极限状态法设计只有在旅客列车行车速度≤140 km/h、货物列车行车速度≤80 km/h且不运行双层集装箱列车的一般地区单线铁路隧道整体式衬砌及洞门、单线铁路隧道偏压衬砌及洞门、单线铁路拱形明洞衬砌及洞门结构的设计中使用，其他情况均需按破损阶段法和容许应力法设计。

表6 各速度目标条件下隧道断面内净空有效面积建议研究值(双线)

近年来，修建了越来越多的城市铁路隧道或平原区铁路地下隧道，而在“早进洞，晚出洞”的设计原则指导下，浅埋土质隧道也不断增加，类似的浅埋隧道受力明确，荷载(作用)确定及组合基本明确，可以采用极限状态法设计。

因此，建议系统研究可靠度设计有关的各项指标和参数，扩大极限状态法的使用范围，并在专业规范中明确要求，将城市铁路隧道和浅埋土质隧道列入该方法的使用范围。

3 隧道防排水

3.1 关于防、排水

现行铁路隧道防排水原则是“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”，与《地下工程防水技术规范》(GB50108—2008)提出的防排水原则是基本一致的。但应清楚地看到，《地下工程防水技术规范》有它的特点:(1)主要针对地下人防工程、工民建地下工程、市政隧道、地下铁道等，这些工程的特点是一般都集中在市政范围某一个点或短距离的线上，一项工程所对应的工程环境基本相同;(2)防水是重点，该规范倡导全封闭或部分封闭的防排水设计;(3)防水等级标准，各防水等级的适应范围界定清晰。

铁路隧道工程防排水原则过去是“以排为主，防、排、截、堵相结合”，防水工程相对薄弱，在转变到现行的原则后，防水工程得到了极大的加强，如防水板(卷材)，施工缝止水带(条、胶)等的使用，是过去铁路隧道工程中所罕见的，加之混凝土等级的不断提高，结构自防水的性能也得到了不断的加强，而排水除了用塑料带孔管代替老式的碎石盲沟外，基本是传统的侧沟(中心沟)，因此，从措施上来说，防水工程措施强于排水工程。

对新建山岭隧道渗漏水是仍然存在的问题，笔者分析认为，首先是排水不畅，其次是防水失效。因为防水工程措施强于排水工程，排水工程从设计和施工中被弱化而得不到重视。加之山岭隧道属于纵向推进工程，进度要求往往较快，防排水工程并没有作为一道关键施工工序进行标准化作业，防排水工程质量控制难度较大。

3.2 关于截、堵水

随着环保意识的加强，隧道修建及运营中应尽可能减少对水环境的影响，防止水土流失，避免次生灾害。然而，要完全将水阻止在工程之外其工程代价是巨大的，多数情况下还存在技术上的困难，甚至可能导致结构破坏而使防水体系失效。工程实践证明，在保护环境的前提下，对水进行合理排放和疏导是必要的。因此，不能将截、堵水极端化，达到滴水不漏的截堵是不现实的，也是不科学的。

3.3 对防排水的建议

(1)铁路隧道防排水原则建议修改为“防、排、截、堵相结合，防排可靠，截堵可行，因地制宜，综合治理”。

(2)结合隧道工程管道效应特点，宜形成客运专线铁路隧道防水等级标准，并将防水等级按2个档次划分:一级适用于隧道洞身，有设备的洞室或其他空间;二级适用于紧急出口等疏散通道。

(3)强化排水通道措施，保证盲沟等排水通道的可靠使用，特别是加强寒冷及严寒地区排水，形成特殊地区排水规范。

(4)进一步优化隧道防水措施，如施工缝防水应按地下水有无承压性确定。

4 结语

随着我国铁路客运专线工程实践的不断增加，为了使现行《高速铁路设计规范(暂行)》和正在编制的《城际铁路规范》具有更加广泛的适应性，按照“安全可靠、科学合理、技术经济”原则，在保证铁路安全和功能的情况下，对铁路客运专线部分设计标准进行优化是非常有必要的，针对铁路客运专线隧道断面内净空有效面积、结构计算方法、隧道防排水等有关标准方面提出了一些建议。

［1］中华人民共和国铁道部.TB10621—2009/J971—2009 高速铁路设计规范(试行)［S］.北京:中国铁道出版社，2009.

［2］中华人民共和国铁道部.TB10003—2005 铁路隧道设计规范［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［3］中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50108—2008 地下工程防水技术规范［S］.北京:中国计划出版社，2008.

［4］中国铁道科学研究院，中铁西南科学研究院，中南大学，西南交通大学，等.某客运专线隧道气动效应试验研究［R］.北京:中国铁道科学研究院，2010.

［5］铁道部工程设计鉴定中心.高速铁路隧道［M］.北京:中国铁道出版社，2006.

［6］赵 勇，唐国荣，倪光斌，武 赞.中国高速铁路主要技术标准和关键技术［C］∥2006中国高速铁路隧道国际技术交流会论文集.北京:中国铁道出版社，2007.