馬志富，趙建峰，朱永全，李建華，張俊興，王洪昌

(1.鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津 300251;2.石家莊鐵道大學(xué)，河北石家莊 050043;3.中鐵隧道集團有限公司，河南洛陽 471009;4.中鐵十六局集團有限公司，北京 100018)

0 引言

太行山是我國地理地勢第二級階梯和第三級階梯分界線的主要組成部分，也是華北平原與黃土高原的分界標(biāo)志。作為國家鐵路"四縱四橫"快速客運網(wǎng)骨架組成部分的石太高速鐵路客運專線，為繞避大面積煤礦采空區(qū)，減少占壓煤炭資源，在河北省石家莊市井陘縣與山西省陽泉市盂縣之間以47.5 km的超長隧道群貫穿了太行山腹地。

石太高速鐵路客運專線修建前，我國在高速鐵路隧道斷面有效凈空面積方面研究較少，主要體現(xiàn)在國家"八五"科技攻關(guān)項目成果《高速鐵路線橋隧設(shè)計參數(shù)選擇的研究報告》，該成果主要針對1990年京滬高速鐵路方案研究，對時速250 km高速鐵路隧道的斷面凈空有效面積的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)并沒有研究;其次，太行山隧道穿越長段落膏溶角礫巖［1－4］等重大不良地質(zhì)，南梁隧道內(nèi)需要解決2條單線隧道變?yōu)殡p線隧道的過渡問題，工程建設(shè)風(fēng)險高;再次，對于長大隧道防災(zāi)救援［5］疏散工程，我國鐵路在米花嶺隧道、秦嶺隧道、烏鞘嶺隧道等長大隧道修建過程中，對預(yù)防貨物列車火災(zāi)災(zāi)害、隧道內(nèi)消防和疏散等有了一些研究與實踐，但均未形成長大隧道防災(zāi)救援疏散工程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)在我國尚屬空白。因此，研究并建立列車在隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)事故后，人員安全疏散的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)十分迫切。

本文依托太行山超長隧道(群)建設(shè)過程中的相關(guān)科研，將對該工程的上述主要難題進行的研究和形成的成果進行總結(jié)。

1 工程概況

1.1 隧道概況

太行山超長隧道群是石太高速鐵路客運專線的控制性工程，位于井陘北車站與陽泉北車站之間，隧道群主要由毗連的3座隧道組成，其中最關(guān)鍵的隧道命名為太行山隧道，其長度為27.839 km，它由2條平行的單線隧道構(gòu)成，該隧道也是國內(nèi)已經(jīng)運營的最長高速鐵路隧道;其次是與之毗連的南梁隧道，長度為11.526 km，設(shè)計為2座單線隧道過渡為1條雙線隧道，簡稱喇叭口隧道;與南梁隧道毗連的石板山隧道長7.505 km，為雙線隧道。整個隧道群長度為47.5 km，占隧道群兩端車站之間線路長度的92%。太行山超長隧道群平面示意見圖1。

1.2 隧道設(shè)計相關(guān)的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

鐵路等級:客運專線(近期兼顧貨物運輸，雙層集裝箱通行)。

正線數(shù)目:雙線。

設(shè)計速度目標(biāo)值:250 km/h。

限制坡度:上行限制坡度13.5‰，下行最大坡度18‰。

最小曲線半徑:5 000 m。

軌道類型:I型板式無砟軌道(軌道高度745 mm，底座寬2 800 mm，高300 mm;CA砂漿調(diào)節(jié)層高50 mm;軌道板高190 mm;60 kg/m鋼軌和SFC型彈性扣件高205 mm)。

接觸網(wǎng):后植化學(xué)錨栓，下錨采用無油潤滑大滑輪形式，隧道設(shè)下錨洞及隔離開關(guān)洞。

其他:四電系統(tǒng)綜合接地。

1.3 隧道區(qū)地貌特點

隧道區(qū)位于太行山脈中南段剝蝕中低山區(qū)及盂縣－壽陽黃土盆地堆積區(qū)兩大地貌單元內(nèi)。

隧道前段約35 km(井陘北－七里峪`)通過了地段的地貌屬于剝蝕中低山區(qū)，區(qū)內(nèi)山峰林立，綿延起伏，形成了型態(tài)各異的陡崖、峭壁、單面山。峽谷深切，多呈"V"字型，地形起伏較大，最大高差約600 m。峽谷中無水，均為干谷。山上植被較為茂密，基巖裸露，呈現(xiàn)山地地貌的典型特征。人煙稀少，交通不便。太行山隧道群中部地貌照片見圖2。

隧道后段約15 km(七里峪－盂縣)通過地段地貌屬于盂縣－壽陽黃土堆積盆地邊緣，呈現(xiàn)典型的黃土高原地貌:黃土峁、塬、梁地貌，"U"字型沖溝發(fā)育，地形平坦開闊，起伏相對較小，最大高差約100 m。表覆第四系松散堆積層，大部辟為耕地。該段隧道穿過了長度約2.5 km的陰山河河谷階地，陰山河河谷寬100～200 m，河谷寬闊平坦，河床干涸無水。村莊較為稠密，人口較密集，交通較為便利。太行山隧道出口黃土高原地貌照片見圖3。

圖2 太行山隧道群中部地貌照片F(xiàn)ig.2 Photo of landscape of middle part of Taihangshan tunnel group

圖3 太行山隧道出口黃土高原地貌照片F(xiàn)ig.3 Photo of loess plateau landscape at exit portal of Taihangshan tunnel

1.4 隧道區(qū)地質(zhì)簡況

地層表覆第四系松散堆積層沖洪積層馬蘭黃土、離石黃土，下伏石炭系、奧陶系、寒武系及太古界地層。太古界地層為頁巖、花崗片麻巖、黑云斜長片麻巖及石英狀砂巖。奧陶系和寒武系地層為灰至深灰色中厚至厚層狀白云巖、石灰?guī)r、灰?guī)r(局部為紫紅色薄層狀竹葉狀灰?guī)r)、凝灰?guī)r及角礫狀泥灰?guī)r(膏溶角礫巖)。石炭系為砂巖、泥巖及鋁土質(zhì)泥巖組成。

隧道群范圍的主要斷裂為仙人村樞紐斷裂(位于太行山隧道中部)，隧道區(qū)內(nèi)發(fā)育了數(shù)個比較寬緩的褶皺，向斜、背斜兩翼產(chǎn)狀較平緩。

隧道區(qū)地下水類型主要為松散巖類孔隙潛水、碎屑巖類裂隙孔隙水和碳酸鹽巖類裂隙溶隙水。

2 工程特點與難點

2.1 空氣動力學(xué)問題

高速列車進入隧道時，原來占據(jù)著空間的空氣被排開?？諝獾酿ば砸约八淼赖谋诿婧土熊嚤砻娴哪ψ枳饔檬沟帽慌砰_的空氣不能像在隧道外那樣及時、順暢地沿列車兩側(cè)和上部形成繞流。于是，列車前方的空氣受到壓縮，列車后方則形成一定的負(fù)壓，這就形成一個壓力的波動過程。這種壓力波動又以聲速傳播至隧道口，形成反射波，回傳，疊加，產(chǎn)生一系列復(fù)雜的空氣動力學(xué)效應(yīng)。

空氣動力學(xué)效應(yīng)涉及到的主要問題有:1)瞬間壓力變化影響人員的舒適度;2)壓力波動加大了隧道和車輛結(jié)構(gòu)的氣動荷載;3)空氣阻力導(dǎo)致牽引阻力加大;4)列車風(fēng)導(dǎo)致隧道內(nèi)設(shè)備易于損壞;5)隧道洞口微氣壓波變化引起環(huán)境噪音。

石太客運專線是我國第1條開工建設(shè)的山區(qū)高速鐵路，在太行山隧道群中，有單線隧道、雙線隧道2種結(jié)構(gòu)形式，需要分別研究隧道斷面凈空面積，緩解空氣動力學(xué)效應(yīng)，滿足高速列車內(nèi)人員舒適度要求、保證隧道內(nèi)結(jié)構(gòu)安全、減小行車阻力及降低洞口微氣壓波等。

2.2 膏溶角礫巖

太行山隧道穿越了6 800 m長的膏溶角礫巖地段，這種膏溶角礫巖主要集中分布在奧陶系峰峰組一段和上馬家溝組一段，這種特殊的軟巖硬土具有極其特殊的工程性狀和物理力學(xué)性質(zhì)，主要表現(xiàn)為物質(zhì)成分上的不均一性、結(jié)構(gòu)上的松散性、構(gòu)造上的不均一性、低強度性、極強的水理性、膨脹性、腐蝕性以及可溶性等。

由于膏溶角礫巖特殊的工程性質(zhì)，除了研究地層本身的塑性變性特征、流變特征、應(yīng)力應(yīng)變特征、強度衰減變化等物理力學(xué)特征外，還需研究在該地層內(nèi)修建隧道需要解決的隧道斷面形式、支護襯砌、防排水、結(jié)構(gòu)耐久性、變形基準(zhǔn)及基底處理等系列問題。

2.3 雙洞變單洞

南梁隧道全長11 526 m，位于井陘北車站和陽泉北車站之間，隧道出口與太行山隧道毗連，受太行山隧道2條單線隧道(線間距35.0 m)影響，線路在南梁隧道內(nèi)需要從35.0 m過渡到線間距4.6 m，即由2條單線隧道(線間距35 m)逐漸過渡為1條雙線隧道(線間距4.6 m)，結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜。

南梁隧道是國內(nèi)首座位于高速鐵路上的喇叭口隧道，為了實現(xiàn)隧道"結(jié)構(gòu)安全、施工簡便、防水可靠、經(jīng)濟合理"的目標(biāo)，進行了單雙線隧道過渡段研究。

2.4 防災(zāi)救援疏散工程

《國際鐵路聯(lián)盟規(guī)范》認(rèn)為:1)3種主要類型的事故可能在隧道內(nèi)發(fā)生，分別是出軌、碰撞和火災(zāi);2)與出軌和碰撞相比，隧道發(fā)生火災(zāi)事故具有重大的危險性，在半封閉的隧道環(huán)境中，隧道內(nèi)的火災(zāi)災(zāi)害可能導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

太行山隧道(群)是當(dāng)年在建的最長鐵路隧道(群)，當(dāng)時我國鐵路隧道防災(zāi)救援的研究還處在探索階段，已經(jīng)建成并運營的米花嶺、秦嶺、烏鞘嶺等隧道防災(zāi)救援技術(shù)思路不盡一致，國內(nèi)也沒有與鐵路隧道防災(zāi)救援有關(guān)的設(shè)計規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)。

因此，立足太行山超長隧道群工程，做好隧道防災(zāi)救援、安全疏散及通風(fēng)技術(shù)的專題研究，滿足該隧道群的防災(zāi)救援疏散工程設(shè)計要求，經(jīng)濟、合理地設(shè)置隧道防災(zāi)救援和通風(fēng)系統(tǒng)，具有重要意義。

3 主要技術(shù)措施

3.1 空氣動力學(xué)相關(guān)措施

3.1.1 隧道斷面內(nèi)輪廓

太行山隧道空氣動力學(xué)研究結(jié)合歐洲鐵路聯(lián)盟(ERRI)提出的底線標(biāo)準(zhǔn)，通過不同隧道斷面內(nèi)凈空面積，列車內(nèi)的乘客感覺到的氣壓變化不能超過下面列出的值。

1)非氣密型車輛。單線隧道4 s以內(nèi)不超過3.0 kPa;雙線隧道，2列車交匯的極端情況4 s以內(nèi)不超過4.5 kPa。

2)氣密型車輛。1 s以內(nèi)不超過1.0 kPa;4 s以內(nèi)不超過 1.6 kPa;10 s以內(nèi)不超過 2.0 kPa。

通過模擬分析，單線隧道內(nèi)凈空面積達(dá)到58 m2，雙線隧道內(nèi)軌頂面以上內(nèi)凈空面積采用90 m2時，能夠滿足以上標(biāo)準(zhǔn)。

隧道斷面內(nèi)輪廓充分考慮高速鐵路隧道空氣動力學(xué)效應(yīng)的影響、隧道建筑限界、隧道內(nèi)相關(guān)空間布置要求、襯砌結(jié)構(gòu)受力條件［6］等因素，經(jīng)綜合研究分析后單線隧道內(nèi)軌頂面以上內(nèi)凈空面積采用60.4 m2，雙線隧道內(nèi)軌頂面以上內(nèi)凈空面積采用92 m2。單、雙線隧道斷面內(nèi)輪廓見圖4和圖5。

圖4 單線隧道斷面內(nèi)輪廓(單位:cm)Fig.4 Inner contour of single-track tunnel(cm)

3.1.2 洞口緩沖結(jié)構(gòu)

根據(jù)分析，單線隧道洞口應(yīng)設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)，故南梁隧道出口和太行山隧道進出口均采用緩沖結(jié)構(gòu)洞門［6］。單線隧道緩沖結(jié)構(gòu)洞門設(shè)計圖及竣工照片分別見圖6－9。

3.2 膏溶角礫巖段工程措施

3.2.1 膏溶角礫巖隧道襯砌斷面形式

由于膏溶角礫巖具有特殊的工程性質(zhì)，不僅圍巖的松動壓力大，而且可能存在較大的圍巖膨脹壓力，隧道襯砌斷面形式按照圓形、接近圓形的馬蹄形隧道斷面形式進行了研究。研究中分別采用2種計算模型，即荷載結(jié)構(gòu)模型和連續(xù)介質(zhì)模型，荷載結(jié)構(gòu)模型采用通用大型結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS進行計算，連續(xù)介質(zhì)模型采用通用大型結(jié)構(gòu)分析軟件ADINA進行計算，從加載方式和施工方法等方面進行研究比較，最終確定接近圓形的馬蹄形斷面為膏溶角礫巖段的襯砌斷面形式，與其他地段一致［6］。膏溶角礫巖復(fù)合式襯砌代表斷面如圖10所示。

圖5 雙線隧道斷面內(nèi)輪廓(單位:cm)Fig.5 Inner contour of double-track tunnel(cm)

圖6 單線隧道倒斜切緩沖結(jié)構(gòu)洞門縱剖面(單位:cm)Fig.6 Profile of down bamboo-truncated buffer structure portal of single-track tunnel(cm)

圖7 單線隧道正斜切緩沖結(jié)構(gòu)洞門縱剖面(單位:cm)Fig.7 Profile of up bamboo-truncated buffer structure portal of single-track tunnel(cm)

圖8 太行山隧道進口倒斜切緩沖結(jié)構(gòu)洞門實景Fig.8 Photo of down bamboo-truncated buffer structure of entrance portal of Taihangshan tunnel

圖9 太行山隧道出口正斜切緩沖結(jié)構(gòu)洞門實景Fig.9 Photo of up bamboo-truncated buffer structure of exit portal of Taihangshan tunnel

圖10 膏溶角礫巖復(fù)合式襯砌代表斷面Fig.10 Cross-section of typical composite lining of tunnel section in gypsum breccia

3.2.2 膏溶角礫巖復(fù)合式襯砌參數(shù)

隧道開工后，根據(jù)膏溶角礫巖的特殊工程特性［1］，采用了2段試驗段研究確定不同含水量情況下的支護襯砌參數(shù)，試驗段長度為50 m。分別選擇在太行山隧道7號斜井工區(qū)無水膏溶角礫巖地層和6號斜井工區(qū)有水膏溶角礫巖地層。

在試驗段內(nèi)，按照不同支護方式(型鋼鋼架與格柵鋼架、一次支護與多次支護、素噴混凝土與纖維噴混凝土等)試驗，根據(jù)模擬計算分析并結(jié)合實際量測效果，確定了膏溶角礫巖地層隧道復(fù)合式襯砌參數(shù)。復(fù)合式襯砌主要參數(shù)見表1。

表1 復(fù)合式襯砌主要參數(shù)Table 1 Main parameters of composite lining

3.2.3 膏溶角礫巖地段施工工藝措施

1)做好隧道洞內(nèi)外防排水設(shè)施，達(dá)到"保濕防滲"目的，減輕巖體濕脹干縮對隧道產(chǎn)生的不利影響。

2)采用微臺階或全斷面施工，快速閉合成環(huán)，控制變形松動;采用機械開挖或弱爆破，減少對圍巖的擾動。

3)開挖前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固巖體，以噴錨支護和鋼拱架(型鋼)作為主要的支護形式。

4)對圍巖弱膨脹地段不需要采取特殊措施。

3.3 特大斷面隧道

南梁隧道特大斷面面積達(dá)300 m2，位于石灰?guī)r地層中，巖層相對完整，設(shè)計按地層－支護體系作為承載結(jié)構(gòu)，二次襯砌作為安全儲備。

選用PLAXIS有限元軟件，計算假定為平面應(yīng)變問題，模型采用圍巖－結(jié)構(gòu)模式的彈塑性有限元計算模型［7］，分析隧道開挖和初期支護的過程。支護體系計算模型如圖11所示。

圖11 支護體系計算模型Fig.11 Calculation model of support system

模擬分析認(rèn)為:拱頂在第1步施工時出現(xiàn)拉應(yīng)力，為1.0 MPa;噴混凝土的最大壓應(yīng)力發(fā)生在直邊墻的下部，為－7.0 MPa。另外，當(dāng)邊墻的噴混凝土也施工后，拱腳出面最大拉應(yīng)力，為6.8 MPa。

根據(jù)應(yīng)力情況，在拱頂設(shè)計長錨桿，拱腳加斜向鎖腳錨桿。開挖分上下部臺階，下部臺階采用先中間后兩側(cè)的分部施工方法［7］。支護方式與施工步驟如圖12所示。

圖12 支護方式與施工步驟Fig.12 Supporting method and construction procedure

3.4 防災(zāi)救援疏散工程

3.4.1 緊急救援站

隧道群隧道設(shè)置2個"緊急救援站"，"緊急救援站"長度為550 m，站臺寬度為2.3 m，2條單線隧道間橫通道密度按間隔60 m設(shè)置［8－9］。其中1號救援站位于太行山隧道中部，橫通道內(nèi)設(shè)置等待空間，橫通道兩端設(shè)置防護門，緊急救援站設(shè)置通風(fēng)井及排煙豎井［10］，橫通道內(nèi)設(shè)置應(yīng)急電話，站臺范圍有方便疏散的扶手及消防設(shè)施等。"緊急救援站"相關(guān)圖示見圖13－15。

圖13 隧道群"緊急救援站"與車站關(guān)系Fig.13 Location relationship between emergency rescue stations of tunnel group and railway stations

3.4.2 橫通道及緊急出口

太行山隧道、南梁隧道出口雙洞段內(nèi)每420 m設(shè)置聯(lián)絡(luò)橫通道1處;南梁隧道進口雙線隧道段和石板山隧道利用施工輔助坑道各設(shè)緊急出口1處。

3.4.3 設(shè)備系統(tǒng)工程

包括防災(zāi)通風(fēng)、應(yīng)急照明、應(yīng)急通信、設(shè)備監(jiān)控、供電、消防等設(shè)施設(shè)備。

圖14 "緊急救援站"平面示意圖Fig.14 Plane schematic diagram of emergency rescue station

圖15 "緊急救援站"通風(fēng)原理圖(單位:m)Fig.15 Diagram of ventilation principle of emergency rescue station(m)

4 取得的主要技術(shù)成果

太行山超長隧道群建設(shè)階段，專門進行了《高速鐵路客運專線隧道空氣動力學(xué)效應(yīng)研究》、《膏溶角礫巖工程特性及隧道結(jié)構(gòu)與施工安全對策研究》、《客運專線單雙線隧道漸變段結(jié)構(gòu)型式研究》和《特長隧道防災(zāi)救援、安全疏散及通風(fēng)技術(shù)研究》等多項技術(shù)研究，主要形成了以下技術(shù)成果。

4.1 關(guān)鍵技術(shù)成果1

全面研究并形成了時速250 km高速鐵路單線隧道、雙線隧道和單洞隧道變雙洞隧道關(guān)鍵技術(shù)，解決了高速鐵路大斷面隧道、喇叭口段特大斷面隧道的設(shè)計施工難題。

1)研究并形成了時速250 km高速鐵路單線、雙線隧道有效凈空面積、復(fù)合式襯砌參數(shù)、施工方法、監(jiān)測驗收等標(biāo)準(zhǔn)。

①單線、雙線隧道內(nèi)凈空面積采用60.4 m2和92 m2。

②單線隧道洞口設(shè)緩沖結(jié)構(gòu)，雙線隧道洞口可不設(shè)緩沖結(jié)構(gòu)。

③襯砌斷面形式采用接近圓形的馬蹄形斷面，施工方法采取全斷面或臺階法。

④空氣動力學(xué)測試。動車組在隧道內(nèi)無交會通過時，測得的車內(nèi)氣壓變化小于0.80 kPa/3 s，符合旅客舒適度準(zhǔn)則要求;動車組和動車組在雙線隧道交會時，測得的車內(nèi)氣壓變化小于1.25 kPa/3 s，符合旅客舒適度準(zhǔn)則要求;石板山隧道為雙線隧道，出口設(shè)端墻式洞門，進口空間角較小，動車組車速250 km/h時，距洞口20 m微氣壓波測試峰值為36.2 Pa，滿足標(biāo)準(zhǔn)(小于50 Pa)的要求;太行山隧道為單線隧道，兩端洞口設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)，動車組車速250 km/h時，太行山隧道洞口20 m微氣壓波計算值為2.5 Pa，滿足標(biāo)準(zhǔn)(小于50 Pa)的要求;隧道內(nèi)列車風(fēng)速超過了線路作業(yè)人員允許承受的列車安全風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)(14 m/s)要求。列車運行期間，應(yīng)禁止隧道內(nèi)有人員滯留或作業(yè)。

2)研究提出了高速鐵路特大斷面隧道圍巖壓力計算方法、隧道斷面過渡形式、支護體系、施工方法和工藝，解決了300 m2特大斷面隧道過渡到小凈距隧道設(shè)計和施工難題，成功實現(xiàn)了線路從1條線間距4.6 m雙線隧道過渡到2條線間距35 m的單線隧道。

①我國現(xiàn)行《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》中推薦的計算圍巖垂直均布松動壓力

公式的有關(guān)符號說明見鐵路隧道設(shè)計規(guī)范。

《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的深埋圍巖壓力計算公式是通過對單線鐵路隧道塌方資料進行統(tǒng)計分析，以5 m為基本跨度整理而成的，而大斷面隧道在限界、跨度和高跨比等方面有其自身的特點。南梁隧道大斷面跨度23.34 m，約為鐵路單線隧道跨度的5倍，所以超大斷面隧道的圍巖壓力計算不能直接采用鐵路隧道設(shè)計規(guī)范中公式計算。

通過計算分析，并經(jīng)現(xiàn)場實測驗證，將特大斷面圍巖壓力計算公式修正為

式中k為壓力增加系數(shù)。

式中各符號說明見鐵路隧道設(shè)計規(guī)范。

②隧道過渡形式采用特大斷面隧道直接過渡為2條單線隧道。

③拱部長錨桿組成的噴錨支護體系為承載結(jié)構(gòu)。

④施工方法采用臺階法。

過渡處橫斷面示意圖見圖16。過渡段平面示意見圖17。

圖16 過渡處橫斷面示意圖Fig.16 Cross-section of transition tunnel section

圖17 過渡段平面示意圖Fig.17 Plan of transition section

4.2 關(guān)鍵技術(shù)成果2

膏溶角礫巖具有強度低、土質(zhì)不均、局部壓縮性高的特點，屬于復(fù)雜的特殊軟巖，其一般具有弱中等膨脹性。針對這一特點研究并形成了膏溶角礫巖地層高速鐵路隧道設(shè)計及施工關(guān)鍵技術(shù)，解決了膨脹性膏溶角礫巖地層中修建隧道的設(shè)計和施工難題。

1)通過室內(nèi)外試驗，系統(tǒng)研究了膏溶角礫巖的特殊性質(zhì)，提出了膏溶角礫巖分類及膨脹性判定標(biāo)準(zhǔn)，為膏溶角礫巖評價奠定了基礎(chǔ)。

2)針對不同類型膏溶角礫巖的工程特性，提出了膏溶角礫巖的圍巖分級標(biāo)準(zhǔn)。膏溶角礫巖的圍巖分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 膏溶角礫巖的圍巖分級標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Classification standard of surrounding rock of gypsum breccia

3)系統(tǒng)研究了膏溶角礫巖地層隧道結(jié)構(gòu)受力和變形特征，形成了膏溶角礫巖地層隧道變形控制標(biāo)準(zhǔn)，確定了合理的隧道斷面形式、支護體系、施工方法和工藝，形成了膏溶角礫巖地層隧道建造的系列技術(shù)。膏溶角礫巖段隧道極限位移見表3。

4.3 關(guān)鍵技術(shù)成果3

1)建立了鐵路隧道設(shè)置"緊急救援站"、"避難所"、"緊急出口"等救援疏散設(shè)施的系列標(biāo)準(zhǔn)。

①長20 km及以上的特長隧道或隧道群應(yīng)設(shè)置"緊急救援站"，"緊急救援站"之間的距離不應(yīng)大于20 km。

表3 膏溶角礫巖段隧道極限位移Table 3 Ultimate displacement of tunnel in gypsum breccia mm

②"緊急出口"或"避難所"。長度10 km以上的單洞隧道，應(yīng)在洞身段設(shè)置不少于1處緊急出口或避難所。當(dāng)施工輔助坑道具備增設(shè)緊急出口條件時，可增設(shè)1處緊急出口。當(dāng)施工輔助坑道條件不滿足增設(shè)緊急出口條件時，可增設(shè)1處避難所。長度5～10 km的單洞隧道，應(yīng)在隧道洞身段設(shè)置1處緊急出口或避難所。長度3～5 km的單洞隧道，可結(jié)合施工輔助坑道，在隧道洞身段設(shè)置1處緊急出口。當(dāng)施工輔助坑道條件不滿足緊急出口標(biāo)準(zhǔn)要求時，可不設(shè)置緊急出口。長度3 km以下的單洞隧道，可不設(shè)置緊急出口。

③雙洞單線隧道間隔500 m設(shè)置橫通道作為疏散出口。

2)確定了人員疏散過程通風(fēng)、照明、通信、信息及消防等標(biāo)準(zhǔn)。

"實用"與"可靠"，是設(shè)置防災(zāi)通風(fēng)、通信、信號、消防和控制等防災(zāi)救援系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)置原則。

①人員疏散時新風(fēng)風(fēng)速不應(yīng)小于2 m/s，人員待避區(qū)域內(nèi)新的送風(fēng)量應(yīng)滿足10 m3/(人·h)最小要求。

②隧道中部設(shè)置的緊急救援站宜采用軸流風(fēng)機送風(fēng)，救援站兩端可采用射流風(fēng)機輔助送風(fēng)，有條件時采用豎井自然排煙。

③緊急救援站、聯(lián)絡(luò)橫通道、緊急出口、避難所均設(shè)置自動電話，滿足人員緊急呼救。

④隧道洞口及緊急救援站設(shè)置防災(zāi)信號系統(tǒng)，在緊急條件下，通過調(diào)度集中系統(tǒng)開啟防護信號。

⑤設(shè)置隧道防災(zāi)設(shè)備控制系統(tǒng)，實現(xiàn)災(zāi)害工況下對隧道防災(zāi)設(shè)備緊急啟動和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

⑥高壓細(xì)水霧可作為緊急救援站的消防設(shè)施。

⑦緊急救援站隧道側(cè)壁宜設(shè)置安全扶手。

⑧誘導(dǎo)標(biāo)志引導(dǎo)疏散人員向距離最近的安全出口疏散。

5 結(jié)論與建議

太行山超長隧道群工程的勘察、設(shè)計及施工過程，也是我國高速鐵路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的成熟過程，本項目系統(tǒng)研究了時速250 km高速鐵路隧道空氣動力學(xué)、特長隧道防災(zāi)救援疏散、膏溶角礫巖安全對策和客運專線單雙洞漸變等技術(shù)難題，形成了系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其相關(guān)成果分別納入了《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》［11］和《鐵路隧道防災(zāi)救援疏散工程設(shè)計規(guī)范》［12］等標(biāo)準(zhǔn)，推動了行業(yè)技術(shù)進步。

作為隧道群控制性關(guān)鍵工程的太行山隧道，為國內(nèi)目前建成并運營的最長的高速鐵路隧道，通過了可溶巖地層、復(fù)雜構(gòu)造帶和長段落的膏溶角礫巖地層，從開工到隧道貫通30個月完成，輔助坑道長度僅11.2 km，體現(xiàn)了勘察設(shè)計、施工、科研和建設(shè)管理的高度協(xié)調(diào)，該工程于2009年4月1日開通運營，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

太行山超長隧道群由于其技術(shù)創(chuàng)新的卓越性、建設(shè)及運營期間的環(huán)保理念和帶來的巨大社會效益，國際咨詢工程師聯(lián)合會授予"FIFIC2014年工程項目優(yōu)秀獎"，其技術(shù)思路可供相關(guān)工程借鑒。

但是，在超長隧道群建成運營后，在太行山隧道膏溶角礫巖試驗段和南梁隧道特大斷面地段設(shè)置的監(jiān)測斷面不能持續(xù)工作，建議建設(shè)單位與運營部門建立專門的協(xié)調(diào)機制，對隧道工程特殊地段的長期監(jiān)測問題納入運營管理中，便于數(shù)據(jù)的連續(xù)積累，從而有利于技術(shù)進步。同時，對超長隧道防災(zāi)救援設(shè)備系統(tǒng)的運營維護問題，也應(yīng)引起運營管理部門的高度重視，實行定期維護，保持其使用的有效性。

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［11］ 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).TB 10621－2014高速鐵路設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2014:23－28.(Industrial Standards of the People＇s Republic of China.TB 10621－2014 Code for design on high speed railway［S］.Beijing:China Railway Publishing House，2014:23 －28.(in Chinese))

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