第二節　高速鐵路路基與橋隧結構物

路基和橋隧建筑物都是軌道的基礎，它們直接承受軌道的重量以及車車輛及其荷載的壓力。路基與橋隧建筑物的狀態與線路質量的關系極其密切。所以，路基和橋隧建筑物應當平順，應有足夠的寬度，符合軌道的鋪設、附屬構筑物的設置和線路養護維修作業的要求。

一、高速鐵路路基

（一）高速鐵路路基的特點

路基是鐵路線路的重要組成部分。它直接承受軌道傳遞來的壓力，路基的穩定性與堅固性直接關系到整個線路的質量與列車的正常運行及安全。因此，高速鐵路要保證線路的快速、安全、平穩運行，就必須具備良好的路基基礎。與普通鐵路路基相比，高速鐵路路基主要有以下特點。

1.高速鐵路路基的多層結構系統

高速鐵路線路結構，已經突破了傳統的軌道、道床、土路基這種結構形式，既有有砟軌道也有無砟軌道。對于有砟軌道，在道床和土路基之間，已拋棄了將道砟層直接放在土路基上的結構形式，做成了多層結構系統（見圖2-3～圖2-8）。

2.控制變形是路基設計的關鍵

高平順性是高速鐵路得以正常運營的保證。因此，高速鐵路對軌道的不平順管理標準要求非常嚴格。路基是鐵路基礎工程的重要組成部分，承受著軌道結構重量和列車荷載，路基的變形，自然會引起軌道的幾何不平順。特別是有砟軌道，其軌下基礎是散體材料組成的道床與路基，它是整個線路結構中最薄弱、最不穩定的環節，是軌道變形的主要來源。它在多次重復荷載作用下所產生的累積永久下沉（殘余變形）將造成軌道的不平順，同時其剛度對軌道面的彈性變形也起關鍵性的作用，因而對列車的高速走行有重要影響。因此，高速鐵路路基除了應具備一般鐵路路基基本性能外，還需要滿足高速鐵路軌道對基礎的性能要求，滿足靜態平順和列車運行狀態下的動態平順。

所以，在路基設計中，一般鐵路路基是以強度控制設計的，對于高速鐵路路基，控制變形是路基設計的關鍵。因為路基在達到強度破壞前，可能已經出現了過大的有害變形。

3.保證路基剛度的均勻性

列車速度越高，路基的剛度要求越大，彈性變形越小。因此，彈性變形過大，就會導致高速行駛的列車無法正常運行；同樣，剛度也不能過大，剛度過大就會導致列車的振動和噪聲加大，也不利車輛的平穩運行。研究表明，由剛度變化引起的列車振動和速度的平方成正比。列車速度越高，剛度變化越急劇，引起的列車振動越強烈，影響列車高速運行的舒適性和安全性。所以，高速鐵路要求路基在線路上做到剛度均勻、變化緩慢，不允許出現剛度突變。

4.路基結構的穩定性

在列車運營時，路基不僅要承受軌道結構和附屬建筑物的靜荷載，還要承受列車多次的反復作用。同時，還要抵抗氣溫變化、雨雪作用、地震破壞等自然因素的侵蝕和破壞。因此，為了保證高速行車，路基工程必須要具有抵抗這些不良因素的能力，保證強度不降低，彈性不改變，變形不加大。真正做到壽命長、維修少。只有這樣，才能保證高速行車，減少維修費用，并增加行車的舒適性與安全性。

（二）高速鐵路路基結構

高速鐵路路基工程主要由路基本體工程、路基排水工程、路基防護與加固工程三部分組成。

1.高速鐵路路基的基本形式

在高速鐵路線路工程中，路基常見的兩種基本形式是路堤與路塹，如圖2-9所示。

（1）路堤

當路肩的設計標高高于地面標高時，路基以填筑的方式構成，形成路堤。路堤的組成包括路基面、邊坡、護道、取土坑或縱向排水溝等。

（2）路塹

當路肩的設計標高低于地面標高時，路基以挖方的方式構成，形成路塹。路塹的組成包括路基面、邊坡、護道、棄土坑或截水溝等。

2.高速鐵路路基本體工程

（1）高速鐵路路基面形狀

無砟軌道支承層（或底座）底部范圍內路基面可水平設置，支承層（或底座）外側路基面兩側設置不小于4％的橫向排水坡。有砟軌道路基面形狀應為三角形，由路基面中心向兩側設置不小于4％的橫向排水坡。曲線加寬時，路基面仍應保持三角形。

（2）高速鐵路路基面寬度

路基橫斷面寬度和布置形式要考慮路基穩定的需要、線間距、軌道結構形式、曲線超高設置、路肩寬度、通信信號和電力電纜布置、接觸網立柱基礎位置設置、聲屏障基礎等因素，并應綜合考慮路基防排水問題。我國高速鐵路路基直線地段標準路基面寬度應符合表2-10的規定。

路基面在無砟軌道正線曲線地段一般不加寬，當軌道結構和接觸網支柱等設施的設置有特殊要求時，根據具體情況分析確定；有砟軌道正線曲線地段加寬值應在曲線外側按表2-11的規定加寬。曲線加寬值應在緩和曲線內漸變。

（3）高速鐵路路基標準橫斷面

①無砟軌道雙線路堤標準橫斷面示意圖（圖2-10）。

②無砟軌道雙線路塹標準橫斷面示意圖（圖2-11）。

③無砟軌道單線路堤標準橫斷面示意圖（圖2-12）。

④有砟軌道雙線路堤標準橫斷面示意圖（圖2-13）。

⑤有砟軌道雙線路塹標準橫斷面示意圖（圖2-14）。

⑥有砟軌道單線路堤標準橫斷面示意圖（圖2-15）。

（4）高速鐵路路基基床結構

高速鐵路路基基床是由基床表層和底層組成的兩層結構。我國高速鐵路路基基床表層厚度無砟軌道為0.4m，有砟軌道為0.7m，基床底層厚度為2.3m。其中，基床表層由5～10cm厚的瀝青混凝土和60～65cm厚的級配碎石或級配砂礫石組成；基床底層一般采用A、B組填料或改良土填筑?；惨韵侣返虄炏炔捎肁、B組填料和C組塊石、碎石、礫石類填料，當選用C組細粒土填料時，應根據填料的性質進行改良后填筑。

3.路基排水

為保持路基經常處于干燥、堅固和穩定的狀態，路基上設有一套完整的排水設備。包括地面排水設施與地下排水設施。

（1）面排水設施：縱向排水溝、側溝、截水溝、天溝、跌水、急流槽、緩流井等，如圖2-16所示。

（2）地下排水設施：為了攔截地下水，降低地下水位，采用明溝、排水槽、暗溝、滲溝、滲井和滲管等排水設施，如圖2-17所示。

4.路基防護與加固

（1）路基防護工程

由巖土修筑的鐵路路基，大面積地暴露與自然中，長期遭受各種自然因素的強烈作用，在這種不利的水、溫條件下，巖土的物理力學性質常發生較大變化。雨水沖刷和地下水浸入，使路基浸水和表層失穩，易造成和加劇路基的水毀病害。在近旁河流的沖擊、淘蝕和侵蝕作用下，路基也會被損壞。因此，路基防護就顯得非常重要。路基防護是保證路基強度和穩定性的重要措施之一，其防護的重點是路基邊坡，必要時也包括路肩表面，以及同路基穩定有直接關系的近旁河流與山坡。路基防護分坡面防護和沖刷防護兩種。

①坡面防護

坡面防護應根據路基邊坡的土質、巖性、水文地質條件、邊坡坡度與高度等，選用適宜的防護措施。路基邊坡坡面防護工程常用類型有植物防護、噴護、掛網噴護、干砌片石護坡、漿砌片石護坡、漿砌片石或混凝土骨架護坡和漿砌片石護墻等，如圖2-18所示。

②沖刷防護

路基沖刷防護分為直接防護和間接防護兩種。直接防護是對路基邊坡直接加固，以抵抗水流的沖刷和淘刷作用，其類型有植物防護（鋪草皮、種植防水林、掛柳）、拋石防護、干砌片石護坡、漿砌片石護坡、石籠防護和浸水擋土墻等。間接防護是用導流或阻流的方法來改變水流的性質，或者迫使主流流向偏離被防護的地段，或者減低被防護地段的流速，或者改變河槽中沖刷和淤積的部位，以間接地防護河岸或路基，其類型有丁壩（又稱挑水壩）和順壩等。

（2）路基加固工程

路基加固建筑物是指各種使路基本體穩定，或者使與路基本體性狀有關的周圍土體穩定而修建的建筑物，常用的有擋土墻。

根據擋土墻的結構形式可將擋土墻分為重力式擋土墻和輕型擋土墻。重力式擋土墻依靠墻體自重來維持穩定，如圖2-19所示。輕型擋土墻有多種類型，常見的有錨桿擋土墻、錨定板擋土墻、樁板擋土墻、薄壁擋土墻和加筋土擋土墻等，如圖2-20所示。

5.過渡段

鐵路線路是由不同特點、性質迥異但又相互作用、相互依存、相互補充的構筑物（橋、隧、路基等）和軌道構成的。由于組成線路的結構物強度、剛度、變形、材料等方面的巨大差異，因此必然會引起軌道的不平順。為了滿足列車平穩舒適且不間斷地運行，必須將其不平順控制在一定范圍之內。例如，與橋梁連接處的路堤一直是鐵路路基的一個薄弱環節，由于路基與橋梁剛度差別很大，一方面引起軌道剛度的變化，另一方面，路基與橋臺的沉降也不一致，在橋路過渡點附近極易產生沉降差，導致軌面發生彎折。當列車高速通過時，必然會增加列車與線路的振動，引起列車與線路結構的相互作用力的增加，影響線路結構的穩定，甚至危及行車安全。

在路基與橋梁之間設置一定長度的過渡段，可使軌道的剛度逐漸變化，并最大限度地減少路基與橋梁之間的沉降差，達到降低列車與線路的振動，減緩線路結構的變形，保證列車安全、平穩、舒適運行的目的。

二、高速鐵路橋涵

鐵路橋涵是跨越河流、山谷及其他障礙的建筑物，包括橋梁與涵洞。在修建鐵路時，橋梁的工程量一般占有相當大的比重，而大橋的施工期限，往往還成為新建鐵路能否按期通車的關鍵。在高速鐵路線路中，橋梁的比重越來越大。我國京滬高速鐵路中橋梁總延長占80％以上，合計超過1000km，尤以高架橋為主。

（一）高速鐵路橋梁的特點

1.結構動力效應大。

2.橋上無縫線路與橋梁共同作用。

修建高速鐵路要求一次鋪設跨區間無縫線路，以保證軌道的平順和穩定。橋上無縫線路可看作為不能移動的線上結構，而橋梁在列車荷載、列車制動作用下和溫度變化時要產生位移。當梁、軌體系產生相對位移時，橋上鋼軌會產生附加應力。

高速鐵路橋梁必須考慮梁軌共同作用，盡量減小橋梁的位移與變形，以限制橋上鋼軌的附加應力，保證橋上無縫線路的穩定和行車安全。

3.滿足乘坐舒適度。

與普通鐵路不同，高速鐵路要求高速運行列車過橋時有很好的乘坐舒適度，舒適度的評價指標為車廂內的垂直振動加速度。

4.使用壽命長。

高速鐵路橋梁首次提出在預定作用和預定的維修和使用條件下，主要承力結構要有100年使用年限的耐久性要求，設計者應據此進行耐久性設計。

5.維修養護時間少。

相比普通鐵路，高速鐵路采用全封閉行車模式，高速鐵路橋梁維修養護的重點以檢查為主，維修養護時間減少。

（二）鐵路橋梁的類型

橋梁的種類很多，形式多樣，一般可以按照橋梁的建筑材料、橋梁長度、橋梁外形以及橋梁跨越的障礙等加以分類。

（1）按建筑材料分，有鋼橋、鋼筋混凝土橋、石橋等。

（2）按橋梁長度（L）分，有小橋（L＜20m）、中橋（20m≤L＜100m）、大橋（100m≤L＜500m）和特大橋（L≥500m）等。

（3）按橋梁外形分，有梁橋、拱橋、桁架橋、斜拉橋、懸索橋等型式，如圖2-21～圖2-25所示。

（4）按橋梁跨越的障礙分，有跨河橋——跨越江河、湖泊；跨線橋——又稱立交橋，鐵路、公路相互交叉時所建的橋梁；高架橋——又稱棧橋或旱橋，跨越寬谷、深溝的橋梁，如圖2-26、圖2-27所示。

（三）高速鐵路橋梁結構組成

高速鐵路橋梁的結構與普通橋梁基本相同，同樣由橋跨、橋面、支座、墩臺、基礎等部分組成，如圖2-28所示。

1.橋跨

高速鐵路橋梁常用跨度橋梁選擇的考慮因素有剛度大、變形小，能夠滿足各種使用要求，品種、規格簡潔，便于快速施工和質量保證，力求經濟與美觀的統一。

高速鐵路橋梁橋跨的形式主要以箱型梁橋為主，另外還有桁架橋、斜拉橋與系桿拱橋等結構形式。

（1）應力混凝土簡支箱梁橋

常用跨度橋梁以等跨布置的32m雙線整孔預應力混凝土簡支箱梁為主型結構，少量配跨采用24m簡支箱梁。施工方法主要采用沿線設置預制梁廠進行箱梁預制，運梁車、架橋機運輸架設，部分采用移動模架、膺架法橋位灌注。我國新建高速鐵路橋梁中90％以上為32m預應力混凝土簡支箱梁結構，如圖2-29所示。

（2）應力混凝土連續箱梁橋

跨越公路、站場、河流等跨度較大的橋梁主要采用預應力混凝土連續箱梁，預應力混凝土連續箱梁常見跨徑根據結構跨度布置、類型和工期要求，多采用懸臂、膺架法施工，如圖2-30所示。

（3）其他大跨度及特殊橋梁結構

預應力混凝土連續剛構、各種拱結構、斜拉橋及梁—拱組合結構等。為保證列車的安全和乘坐舒適，對大跨度橋梁的豎向剛度提出了嚴格的限制。

2.橋面

（1）橋面布置規定

①橋上有砟軌道軌下枕底道砟厚度不應小于0.35m。

②橋上應設置擋砟墻或防護墻，其高度采用與相鄰軌道軌面等高。直線和曲線，曲線內側和外側可采用不同的高度。

有砟軌道橋梁，直線上時線路中心線至擋砟墻內側凈距不應小于2.2m。

③曲線地段橋上建筑限界加寬按有關規范辦理。

④橋面應為主要設備的安裝預留位置。

⑤橋上欄桿高度不應小于1.0m。

⑥強風口地段應設置防風設施，當設置防風設施時，橋上欄桿或聲屏障與防風設施要結合考慮，同時要考慮旅客觀光需要。

⑦線路中心線距接觸網支柱內側最小距離不應小于3.0m。曲線地段接觸網支柱內側邊緣至線路中心凈距應滿足建筑限界加寬的要求。當接觸網支柱設置在橋面上時，不宜設在梁跨跨中。

⑧主梁翼緣懸臂板端部宜設遮板。

⑨橋面寬度應按照建筑限界、作業維修通道及電纜槽、接觸網立柱構造寬度的要求計算確定。

橋長超過3km時，應結合地面道路條件，每隔3km（單側6km）左右，在線路兩側交錯設置1處可上下橋的救援疏散通道。救援疏散通道側對應的橋上欄桿或聲屏障位置應預留出口。

橋涵結構構造應便于檢查和養護，根據需要設置檢查設施；橋梁必須設置性能良好的防、排水設施。

梁部或墩臺的表面形狀應有利于排水，對于可能受雨淋或積水的水平面做成斜面。橋梁頂面宜設置不小于2％的橫向排水坡。橋梁墩臺的頂面應設置不小于3％的排水坡，橋梁端部應采取有效防水構造措施，防止污水回流污染支座和梁端表面。

（2）橋面布置圖

時速為350km的高速鐵路橋面布置如圖2-31所示。

3.支座

（1）橋梁支座的功能

橋梁支座設置在梁體與墩臺之間，起承上啟下的作用。

①傳遞梁體作用的反力：豎向力、水平力。

②適應橋梁的位移需要：溫度伸縮位移（雙向）；混凝土收縮徐變位移（單向性）；列車活載引起梁體下翼緣伸長所產生的位移。位移可分為順橋向和橫橋向。

③滿足橋梁梁端轉角的要求：恒載轉角、活載轉角、梁體安裝誤差引起的初始轉角、轉角設計余量。

（2）橋梁支座的類型

①按支座用材料可區分為：鋼支座，橡膠支座，聚四氟乙烯滑板支座。

②按支座類型可區分為：鋼鉸軸、輥軸支座，板式橡膠支座，盆式橡膠支座，球形鋼支座，柱面支座（雙曲面支座）。

③按支座受力功能可區分為：固定支座，活動支座，縱向活動、橫向活動和多向活動支座。

（3）支座的設置

①橋梁支座宜采用盆式橡膠支座或鋼支座，橡膠支座應水平設置。對于沉降難以控制區段的橋梁，經技術經濟比較，可采用可調高支座。

②橫向寬度較大的梁，其支座部分必須能橫向移動及轉動，否則在計算支座時應考慮端橫梁和末端橫框架固端彎矩在支承線上所引起的約束作用。

③對斜交梁，支座縱向位移方向應與梁軸線或切線一致。

④支座設置應滿足檢查、維修和更換的要求，采用架橋機架設箱形梁，要保證四支點在同一平面上。支承墊石到墩臺邊緣距離及墊石高度應考慮頂梁的空間。

⑤支座墊板縱向和橫向最外邊緣到墩臺邊緣的距離，應大于表2-12的規定。

⑥每孔簡支箱梁的四個支座采用四種型號。四個支座分別為：固定、縱向活動、橫向活動及多向活動。目前，我國高速鐵路用的盆式橡膠支座主要有AL-GATMT、KTPZ、TGPZ等類型。預制簡支箱梁采用改變上支座板頂面坡度的方式以適應梁體坡度（20‰）的要求，當坡度大于20‰時，采用梁底調整，現澆簡支梁采用梁底調整，簡支箱梁的每個支撐墊石內側裝有防落梁裝置，并做接地處理。

4.橋梁墩臺

橋梁墩臺宜采用混凝土或鋼筋混凝土結構。承臺樁基布置在滿足剛性角的情況下，承臺底部應布置一層鋼筋網，當鉆孔樁樁徑為ф1.00m時鋼筋直徑不小于20mm；當鉆孔樁樁徑為ф1.25m或ф1.50m時鋼筋直徑不小于25mm；鋼筋間距均為10cm。

混凝土實體橋墩應設置護面鋼筋，豎向護面鋼筋直徑不宜小于14mm，間距不大于15cm；環向箍筋直徑不小于10mm，間距不大于20cm，墩底加密區采用10cm。空心橋墩的箍筋間距，在固端干擾區為10cm，其他區段不大于20cm。橋墩臺頂面尺寸應滿足架設、檢查、養護、維修和支座更換及頂梁的要求，并應設排水坡。

5.基礎

基礎作為橋梁結構物的一個重要組成部分，它起著支承橋跨結構，保持體系穩定，把橋梁自重及各種動荷載傳遞給地基的重要作用。基礎施工的質量直接決定著橋梁的強度、剛度、穩定性、耐久性和安全度。高速鐵路橋梁主要的基礎形式有擴大基礎、鉆孔灌注樁基礎、沉井基礎等形式。

（1）大基礎

擴大基礎的土方采用人工配合挖掘機開挖，石方開挖采用風動鑿巖機鉆眼，淺眼爆破法開挖，開挖時采用預裂控制爆破，以保證基巖的完整性不被破壞。做好開挖時的防水措施并及時澆筑混凝土，基礎施工完成后及時回填，避免地基受到浸泡而降低承載力。施工時嚴禁基坑邊堆碴，以防止發生邊坡坍塌，如圖2-32所示。

（2）孔樁基礎

陸上樁基礎采用常規方法進行鉆孔成樁施工，淺水鉆孔樁采用填土筑島、草袋圍堰等方法施工；深水區鉆孔樁采用雙壁鋼圍堰或鋼板樁圍堰進行施工，在鋼圍堰上搭設鉆孔平臺，沖擊鉆機完成鉆孔作業。橋址位于巖溶發育地段的鉆孔樁施工時采用鋼護筒跟進、注漿、開挖回填混凝土等方案施工，使鉆孔順利通過巖溶地層。鉆孔樁成樁后采用無損檢測法對其成樁質量進行檢測，如圖2-33所示。

（3）井基礎

沉井是建造在墩址所在地面上或筑島面上的井筒狀結構物。它從井孔內取土，借自重克服土對井壁的摩擦力而沉入土中，這樣逐節接筑、下沉，直至設計位置后封底，再進行井內填充及修筑頂蓋。沉井基礎的施工可概括為旱地施工、水上筑島施工、浮運沉井三種方法，前兩種方法是在無水或淺水處就地制造和下沉，后一種是在深水中采用的岸邊制造、浮運就位下沉的特定施工方法，如圖2-34所示。

6.涵洞

涵洞頂至軌底的高度不宜小于1.5m，涵洞可布置成斜交，但斜交涵洞的斜交角度不宜大于45°。涵洞宜采用鋼筋混凝土框架箱涵，沉降縫不應設在軌枕或無砟軌道板下方，可設在兩線中間，軌下涵節長度不宜小于5m。軟弱地基上的涵洞，涵洞地基處理方式應與兩側路基地基處理方式相協調。

三、高速鐵路隧道

隧道通常是指修建在地層中的地下通道等工程建筑物。由于隧道的修建使用，克服了平面、高程、江河等障礙，改善了運輸條件，縮短了歷程，節省了運費，提高了運輸能力，使線路更加平緩順直，從而能更好地滿足高速行車的要求，取得理想的經濟效果，因而大量隧道應用于鐵路和公路等交通運輸中。目前隧道不斷向長隧道發展，首先在技術上要解決一系列重大問題，而單座隧道長度是衡量隧道工程技術發展水平的重要標志之一。

（一）鐵路隧道分類

（1）按隧道所處的地質條件，可以分為土質隧道和石質隧道。

（2）按隧道的長度，可以分為短隧道（L≤500m）、中長隧道（500m＜L≤3000m）、長隧道（3000m＜L≤10000m）和特長隧道（L＞10000m）。

（3）按隧道橫斷面積的大小，可以分為極小斷面隧道（2～3m2）、小斷面隧道（3～10m2）、中等斷面隧道（10～50m2）、大斷面隧道（50～100m2）和特大斷面隧道（大于100m2）。

依隧道所在位置，可以分為山嶺隧道、水底隧道和城市隧道。依埋置的深度，可以分為淺埋隧道和深埋隧道。

（二）隧道的基本構造

隧道能充分利用巖土地層的固有性質，達到最有效修建隧道的目的，從而獲得良好的社會、經濟效益。隧道一般有主體結構物和附屬結構物兩大部分組成，如圖2-35所示。

1.隧道主體結構物

主體結構物由圍巖和支護結構共同組成，用來保持巖體的穩定和隧道在使用中的安全。支護結構又包括初期支護和二次襯砌，如圖2-36所示。

（1）初期支護

隧道開挖后，為了有效控制和約束圍巖的變形，根據不同圍巖的穩定狀態，及時施作噴射混凝土、錨桿、鋼筋網、鋼纖維混凝土、鋼支撐等結構組成起來的初期支護，以充分調動和發揮圍巖的自承能力。同時，憑借初期支護良好柔性的特點，使的它在與圍巖共同變形的過程中，能有效地調整圍巖應力，控制圍巖作有限度的變形，進而將圍巖與初期支護構成統一的承載體系，提高圍巖與支護的共同作用。

（2）二次襯砌

二次襯砌可以用噴射混凝土柔性支護，也可以采用模筑混凝土施作，起到增加安全度，保護防水層，防止噴射混凝土層或圍巖的風化并作為安全儲備的作用，確保隧道主體結構的永久穩定和安全。

2.隧道附屬結構物

為了使隧道能夠正常使用，保證車輛安全通行，還要設置一些附屬結構物來配合。其中包括：隧道通風建筑物，安全避讓設備，避難救援通道，防排水設備，照明設施和電力及通信信號的安全設備等。由此可見，隧道附屬結構物是為運營管理、維修養護、給水排水、供需發電、通風、照明、通信、安全而設置的。隧道主體結構物與附屬結構物一同構成隧道永久性的建筑物。

（三）隧道施工方法簡介

在長期的隧道工程實踐中，已經積累了相當豐富的理論和經驗，特別是新奧法“充分利用圍巖自身的支護能力，及時施工初期支護”原則，在隧道工程中的推廣運用。伴隨著施工機械的不斷現代化，高效易行的支護技術的巨大進步，逐步形成了“愛護圍巖，內實外美，重視環境，動態施工”的施工理念。

當前，隧道施工方法有礦山法、明挖法、掘進機法、盾構法、沉管法等。

1.礦山法

礦山法仍是我國應用最廣、最成熟的山嶺隧道修建方法。施工時嚴格按照“鉆孔→裝藥→爆破→通風→出碴”的順序，一步一步循環開挖，并趨向大斷面少分部開挖，輔以簡單易行、安全可靠的強有力的支護結構。如全斷面法、臺階法、環形開挖預留核心土法、中隔壁法（CD，CRD法），雙側壁導坑法都是當前主要開挖方法。

2.明挖法

明挖法是在露天的路塹地面上，或是從地表向下開挖的基坑內，先修建襯砌結構物，然后敷設外貼式防水層，再回填覆蓋土石。明挖法多用于地下鐵道、城市市政隧道、山嶺隧道等埋深淺但難以暗挖的地段。

3.掘進機法

巖石隧道掘進機法（Tunnel Boring Machine）是利用巖石隧道掘進機在巖石地層中暗挖隧道的一種施工方法。它是利用刀具一次便將隧道整個斷面切削成型，掘進同時，還兼有出碴及自動推進功能。1999年建成的全長18.457km秦嶺隧道的1號線隧道則是用直徑為8.8m的全斷面掘進機開挖，實現了隧道施工機械化。巖石隧道掘進機的斷面外徑大，可達10m多，小則僅1.8m，并且巖石掘進機和輔助施工技術日臻完善，以及現代高科技成果的應用（液壓新技術、電子技術和材料科學技術等），大大提高了巖石掘進機對各種困難條件的適用性。

4.盾構法

盾構法（Shield）應用于軟土、流沙、淤泥等特殊地層。盾構法隧道施工的基本原理是用一個有形的剛質組件沿隧道設計軸線開挖土體，并向前推進。這個鋼質組件在初步或最終隧道襯砌建成前，主要起防護開挖出的土體，保證作業人員和機械設備安全的作用，這個鋼質組件簡稱為盾構。盾構的另一個作用是能夠承受來自地層的壓力，防止地下水或流沙的入侵。上海、廣州地鐵線的施工表明，盾構施工不僅不受地面交通、河道、潮汐、氣候條件影響，而且盾構的推進、出土、襯砌拼裝等可實現自動化、智能化和施工遠程控制信息化，掘進速度較快，施工勞動強度較低，并且有顯著的環保功能。

5.沉管法

沉管法是將預制好的隧道管段拖航浮運到隧址，沉入基槽并進行水下連接，從而形成隧道。珠江和涌江這兩座水下隧道的成功修建，標志著我國已具備了用管段沉放法修建水下隧道的能力，并掌握了相關技術。

（四）高速列車在隧道內運行引起的空氣動力學效應問題

1.空氣動力學效應產生的影響

高速列車進入隧道后將隧道內原有的部分空氣排開，由于空氣黏性和隧道內壁、列車外表面摩阻力的存在，被排開的空氣不能像明線空氣那樣及時、順暢地沿列車周側形成繞流，列車前方的空氣受到壓縮，而列車尾部進入隧道后會形成一定的負壓，因此產生了壓力波動過程。這種壓力波動以聲速傳播至隧道口，大部分發生反射，產生瞬變壓力；而另一部分則形成向隧道外的脈沖狀壓力波輻射，即微氣壓波。這些都會對高速列車運營、人員舒適度和環境造成一系列影響：

（1）高速列車經過隧道時，瞬變壓力造成旅客和乘務人員耳膜明顯不適、舒適度降低，并對鐵路員工和車輛產生危害；

（2）高速列車進入隧道時，會在隧道出口產生微氣壓波，發出轟鳴聲，使隧道口附近建筑物門窗發生振動，產生擾民的環境問題；

（3）行車阻力增大，從而使運營能耗增大，并要求機車動力增大；

（4）形成空氣動力學噪聲（與車速的6～8次方成正比）；

（5）列車風加劇，影響隧道維修養護人員的正常作業；

（6）列車克服阻力所做的功轉化為熱量，在隧道中積聚引起溫度升高等。

因此，在高速鐵路設計時，應從車輛及隧道兩方面采取措施，以減緩空氣動力學效應。

2.降低空氣動力學效應的措施

（1）車輛方面的措施

①車輛的密封性

舒適度是車內旅客乘車的舒適度，因此我們更為關心的是車內壓力變化情況。在其他條件相同的情況下，車輛密閉性能越好，車輛內的最大瞬變壓力就越小。

②車輛的外形

車輛外形的改善可從車輛的橫斷面積和車頭形狀考慮：在隧道橫斷面凈面積不變的前提下，減小車輛的橫斷面積可降低阻塞比，有效降低隧道內的瞬變壓力，進而可緩解車內的瞬變壓力。

（2）隧道構造措施

①設置緩沖段

在隧道的口部設置緩沖段可減小列車進入隧道時產生壓縮波的波前壓力梯度，因為壓縮波的波前壓力梯度與列車速度的三次方成正比，所以減小壓力梯度的效果可轉換成降低列車速度的效果，進而可以明顯地降低微氣壓波以及由此而產生的噪聲和對環境的影響。

進口緩沖結構的設置應根據出口微壓波峰值的大小來確定。當出口外50m范圍內無建筑物、出口外20m處的微壓波峰值大于50Pa時，應設置緩沖結構；當出口外50m范圍內有建筑物且建筑物處的微壓波峰值大于20Pa，應設置緩沖結構；當建筑物對微壓波峰值有特殊要求時，緩沖結構應進行特殊設計。

緩沖段的橫斷面形狀可為拱形或為門形，要求在其兩側可按一定的比例開孔；沿其縱向可做成逐漸擴大的型式或喇叭形。

②設置橫洞

對于雙洞單線隧道在每隔一定的距離采用橫洞連通，以起到減壓風道的作用。在英法海峽隧道中就采用了橫向通道來釋放壓力波（其減壓風道間距為250m，風道直徑為2m），這種風道可減少對列車的空氣動力阻力。

③增加隧道斷面面積

增加隧道斷面面積對于降低空氣動力學效應是不言而喻的，其可以將隧道斷面放大；也可以采用單洞雙線的隧道。但是前者會增加造價，后者當列車在隧道中會車時，會加劇空氣動力效應。

④設置豎井

在隧道內適當位置修建通風豎井（或斜井），以降低壓縮波梯度。這種豎井應盡可能利用施工留下的工作井。該豎井的位置應兼顧到高速列車行車時降低瞬變壓力的要求。

⑤噪聲

隧道周壁采用吸音材料貼面，以降低空氣動力學噪聲。

⑥隱蔽及設置

隧道內設施應盡量隱蔽設置，對在隧道內必須設置的設施采取適當的防護措施，以防列車運行時產生的列車風對設施的破壞。

⑦隔熱設置

列車克服阻力所做的功轉化為熱量，在隧道中積聚引起溫度升高。為此可設置通風井，配置風機排出在隧道中因列車克服阻力而產生的熱量或其他原因產生的熱量，英法海峽隧道亦采用機械通風方法排出隧道內的熱量。

⑧防水設置

其他措施還有如在隧道內設置水幕等。

（五）高速鐵路隧道斷面

1.高速鐵路隧道凈空有效面積

我國根據不同的行車速度目標值和運行列車的限界，考慮空氣動力學效應等各種情況，擬定的隧道凈空有效面積，如表2-13所示。

2.高速鐵路隧道內輪廓

新建高速鐵路隧道內輪廓如圖2-37、圖2-38所示。

大斷面隧道對維修管理的檢測技術提出了較高的要求，發現結構變異更加困難。因此，一些檢測技術都向著自動化、數值化等方向發展。

（六）高速鐵路隧道進出口緩沖段的設置

在高速運行的條件下，高速列車通過隧道時會產生一系列的空氣動力學效應，如壓力波動、出口微壓波、洞內行車阻力增大等，這些對隧道橫斷面的確定具有重要意義。

當高速列車進入隧道時，強烈沖擊處于隧道中的靜止空氣柱，壓力脈沖作為縱向運動的波以聲速通過隧道，并在隧道的另一端（即開放端）發生反射，由正壓變為負壓，同樣以聲速沿列車運行相反的方向向回運動，遇到列車后空氣阻力在大氣壓力（100kPa）附近發生波動，使旅客的耳朵發生明顯不適。研究表明：這種現象，當車速愈快、堵塞比（列車斷面積與隧道斷面積之比）愈大，愈明顯。

隧道的微氣壓波是列車突入隧道時形成的壓縮波，在隧道內傳播到達出口時向外放射脈沖狀的壓力波，其發生的實態如圖2-39所示。

隧道的橫斷面面積通常是根據隧道建筑限界和列車運營的要求決定的。但在高速鐵路的條件下，還必須考慮滿足列車空氣動力學的要求。

應該指出，為降低微氣壓波的影響，在列車進洞速度超過160km/h時，都要采取相應措施。一種措施是擴大隧道斷面到一定程度，采用90～100m2的隧道斷面積。一種方法是不增加隧道斷面積，而在隧道入口設置相應的緩沖段。如圖2-40所示為隧道洞口形式及緩沖結構。表2-14、表2-15分別為緩沖段設置基準和緩沖段建議長度。