韓華軒

(中國鐵路設計集團有限公司， 天津 300308)

0 引言

近年來，我國高速鐵路建設成就舉世矚目，具備了“走出去”的核心競爭力，鐵路隧道更是進入了快速發(fā)展階段，平均每年新增運營鐵路隧道1 400多km[1]，形成了較為系統(tǒng)的設計理論和標準，積累了大量工程案例。與國內鐵路項目相比，境外隧道工程涉及目標國政治、經濟、人文、法律、自然地質條件等方面，出現了一些新的工程技術背景和邊界條件，我國隧道的設計理論和標準能否與項目特殊條件相吻合，技術方法需要做哪些適應性的取舍、調整和改進，是需要首先研究的問題。

新建印度尼西亞雅加達至萬隆高鐵(簡稱“雅萬高鐵”)是中國高鐵第一次全系統(tǒng)、全要素和全產業(yè)鏈走出國門、走向世界，標志著完整的中國高鐵標準和中國方案真正在異域國家全面落地。關于中國高鐵技術標準對于雅萬高鐵的適用性研究，文獻[2-3]從高鐵總體全局方面對雅萬高鐵線路土建工程、四電集成等主要專業(yè)技術標準的適用性進行了分析和確定。文獻[4-5]分別從火山地層地質和高鐵混凝土本地化配合方案等具體專業(yè)方面對雅萬高鐵遇到的獨特技術問題進行了研究，并給出了技術對策。關于中國鐵路隧道技術標準與世界高鐵大國的差異，文獻[6-7]分別針對中日、中德隧道技術標準體系的差異和利弊進行了對比分析，并對中國隧道技術標準的局部改進提出了建議，可以看出，歐日標準差異明顯，并不是對任意國家均適合。

然而，目前針對采用中國標準框架下的中國鐵路隧道技術標準境外設計實踐的本地適應性研究還鮮見涉及，如何驗證和體現中國鐵路隧道技術標準的可靠性和競爭力，也罕見具體案例。本文以雅萬高鐵隧道設計及工程實踐為背景，重點針對印尼技術標準對比、爪哇島火山堆積地質特性、高烈度地震區(qū)等邊界條件下的隧道設計技術標準進行相關適應性研究和取舍，確定一些解決關鍵問題的技術方法。

1 工程概況

1.1 項目概況

雅萬高鐵全長142.3 km，最高設計時速350 km。項目采用中印尼雙方合資、合作建設和管理方式(BOOT)，建設采用EPC模式，由中國和印尼企業(yè)共同承建。曲線半徑、線間距、隧道凈空截面積、設計活載、列控系統(tǒng)等主要技術標準采用中國高速鐵路規(guī)范規(guī)定[2]。項目設計由中國設計企業(yè)承擔，并接受印尼政府和專業(yè)協會機構在相關土建結構物安全性和法律法規(guī)方面的強制審查。

1.2 隧道概況及主要技術標準

項目全線共有13座雙線隧道，包括1座城市大直徑盾構隧道(1 885 m)和12座山嶺隧道，全長約16.82 km。隧道以中小隧道為主，最長隧道4.4 km。盾構隧道設計時速200 km，最大線間距4.4 m，采用內徑為11.7 m的管片結構；其余隧道最大線間距5.0 m，采用軌面以上內凈空100 m2的內輪廓。

1.3 隧道特殊工程地質條件

項目沿線為熱帶雨林氣候，分旱季、雨季，年均降雨量2 400 mm以上，瞬時降雨量高。爪哇島位于板塊交接帶，為高烈度地震區(qū)，50年超越概率為10%的地震動峰值加速度為0.23g～0.35g，抗震設防烈度為8度。沿線存在地震及地震液化層、火山、滑坡、地面沉降、活動斷裂、軟土及松軟土、膨脹巖土、火山沉積土等，其中火山沉積土層的巖性、膠結程度及強度分布不均，黏性土具有大孔隙比、超高含水量、高液限指數、高壓縮性特點，物理力學指標特殊，在我國罕見。隧道區(qū)址為剝蝕殘丘緩坡，隧道穿越第四系火山堆積、殘積土層，軟塑—半膠結—膠結狀，地層軟弱，黏性土和火山灰沉積泥巖具有膨脹性，全線隧道Ⅴ、Ⅵ級圍巖占比近80%，隧道長距離位于黏土及粉質黏土地層。某典型第四系火山堆積地層隧道的縱斷面如圖1所示，該隧道的力學指標見表1。

隧道洞口一般均處于淺層火山灰軟土層。萬隆地區(qū)的主要物理力學指標(見表2和表3)顯示，火山灰軟土層含水率、孔隙比、液限和壓縮性指標普遍高于國內一般軟土。僅從液性指數判斷，該地區(qū)軟土大部分應為流塑狀，但鉆探揭示除表層外，土體巖芯基本呈軟塑—硬塑狀；壓縮試驗和標貫擊數表明，該地區(qū)軟土具有一定強度，礦物分析表明為火山灰成結構性軟土[4]；本地調研的工程實踐表明，土體遇水及在被擾動破壞結構性后，工程性質明顯變差，極易引起溜塌松散變形。

圖1 某典型第四系火山堆積地層隧道縱斷面

表1 典型隧道第四系火山堆積土層力學指標表

表2 常規(guī)物理指標

表3 力學性質指標

2 印尼鐵路隧道設計標準及分析

2.1 印尼既有鐵路及隧道相關設計標準

印尼既有鐵路路網為窄軌鐵路，大部分修建于100年前，運營歸屬國有鐵路公司，鐵路客貨運占用市場份額分別為7.3%和0.67%，公路是主要的運輸方式[7]。印尼鐵路技術標準體系相對基礎和簡要，并非像中國一樣分為設計、施工、檢驗、運營等門類復雜的標準體系，專業(yè)的鐵路規(guī)范主要為《鐵路技術規(guī)范》[8]，內容以列車軸重、建筑限界、線路、軌道、路基等技術參數規(guī)定為主，橋梁重點規(guī)定了基本的荷載模式等；對于隧道結構，則是較為籠統(tǒng)地列舉了隧道的分類和結構組成，以及一些需要考慮的荷載和影響因素，對于如何考慮并沒有明確。

爪哇島近百年未修建鐵路隧道，因此并未發(fā)現針對鐵路隧道的專業(yè)性規(guī)范。《隧道開挖和加固方法》[9]雖然對開挖支護與巖土狀態(tài)的理論和關系進行了分類分析和數值計算并進行了推薦，但側重于礦山巷道方面。隨著雅加達地鐵的修建，近年來出版的《巖土工程設計要求》[10](簡稱《巖土規(guī)范》)中包含了關于隧道的章節(jié)，對山嶺隧道、盾構隧道的基本勘察設計要求進行了定性和概要性地羅列，包括調查與設計程序、需要考慮的荷載、隧道挖掘與支護加固和防排水需要考慮的基本要素和相應判別標準；對隧道地面建筑變形保護及地面沉降標準提出了基本的要求；對于隧道圍巖級別的判定，提出了可以使用Terzaghi分類、RQD、RMR、Q系統(tǒng)或其他分類標準進行分類的要求。對于交通土建工程結構抗震設計方面，《橋梁地震荷載設計標準》[11]是唯一對交通類結構物抗震設計進行詳細規(guī)定的專業(yè)規(guī)范，采用的抗震理念和方法基本與美國標準一致，并未發(fā)現隧道抗震設計內容。

2.2 印尼隧道設計標準的分析

通過涉及隧道巖土工程標準的參考文獻可以看出，印尼隧道標準參考歐美、日本、澳大利亞、新加坡等隧道或礦山巷道標準，各取所長，體現了印尼技術標準兼容并包的風格。印尼的工程技術標準并沒有針對不同的土建結構專業(yè)制定專門的規(guī)范，而是將各種土建結構問題概化為地質巖土和結構2個主要門類。

在結構設計計算方面，規(guī)范規(guī)定相對概化和定性化，不規(guī)定具體的設計計算細節(jié)，但對需要驗算的項目和需要考慮的因素提出了明確的要求，設計參數更偏重于理論計算和詳實的數據支撐，對設計承包商的理論和計算水平有較高的要求。

在隧道圍巖分級理論方面，《巖土規(guī)范》雖然提到了RQD/RMR等歐美分級方法，但并未強制規(guī)定，只是要求必須對圍巖進行細化分類；在隧道防災通風等方面，未見明確規(guī)定；在支護參數方面，對照印尼隧道標準及礦山巷道支護參數與中國鐵路隧道同等當量時的設計基本參數，中國隧道結構設計基本參數均不低于印尼隧道設計參數?；谝陨戏治觯_定在隧道設計基本理念上，應以中國鐵路隧道技術體系為基礎，充分吸取歐美、日本等的設計理論和方法，充分考慮印尼自然政治和地質特性，制定適宜的設計技術標準和工程對策。

3 雅萬高鐵隧道設計技術標準選擇適應性分析

3.1 隧道結構計算原則適應性

中國鐵路隧道在多年的實踐中，形成了以圍巖分級體系為基礎和以荷載-結構理論模式為推薦方法的設計理論體系，隨著《鐵路隧道設計規(guī)范》[12](簡稱《隧規(guī)》)的不斷修訂，隧道支護襯砌的標準設計不斷完善，相繼制定出了不同時速斷面標準、不同地質的復合式襯砌參考圖，基本滿足了中國鐵路隧道設計的需要。對于雅萬高鐵火山堆積地層巖土隧道，由于巖土性質的特殊性及國際工程的特殊要求，支護襯砌的選取和巖土荷載計算理論的適應性研究必不可少。

3.1.1 基本的計算原則

按照《隧規(guī)》，強度驗算可采用容許應力法或破損階段法，裂縫驗算須按照極限狀態(tài)法進行?？紤]到極限狀態(tài)設計法是國際上較為通用和認可的計算方法，同時《鐵路隧道設計規(guī)范(極限狀態(tài)法)》[13]也在我國發(fā)布，故項目采用極限狀態(tài)法進行驗算，采用分項系數進行荷載組合。按照火山堆積巖土性質，將支護結構分為巖質和土質2個大類?？紤]到項目整體埋深較淺(90 m以內)，地應力等構造應力較小，圍巖壓力計算上，針對巖質圍巖，對于深埋采用以《隧規(guī)》塌方統(tǒng)計為理論基礎的深埋荷載計算方法；對于淺埋，采用以《隧規(guī)》剪切滑移破壞為理論基礎的淺埋荷載計算方法。同時，限量排水型半包防水隧道，按照《隧規(guī)》不考慮外水壓力；全包防水及盾構隧道，按照水土合算、分算理論計算。在二次襯砌荷載分配上，火山堆積巖以泥巖、頁巖和砂質泥巖等軟質巖為主，按照二次襯砌能夠承擔70%圍巖荷載進行考慮；淺埋及斷層破碎帶等地段需要考慮抗震時，按照二次襯砌承擔100%地震荷載考慮；對于有下穿要求的地面荷載，按30 kPa取值。

3.1.2 土質隧道計算

國內鐵路土質隧道大部分以淺埋為主，以松弛土壓力理論來計算圍巖荷載。對于松弛土壓力理論，根據不同情況又分為《隧規(guī)》淺埋隧道計算公式、太沙基理論和黃土隧道計算公式，優(yōu)缺點比較見表4。基于各種計算方法的優(yōu)缺點，考慮到隧址火山堆積土層具有一定骨架強度和半膠結的特性，結合抗震工況進行綜合試算比較。對于淺埋隧道，黃土隧道計算公式更加保守，但是綜合考慮抗震工況后，由于《隧規(guī)》淺埋荷載計算方法得到的側壓力比其他2種方法大，與反應位移法的地震位移效應和荷載效應組合后，《隧規(guī)》方法略趨于安全。由于缺乏項目所在地區(qū)淺埋土質隧道土壓力的實測數據，確定土質淺埋隧道荷載計算方法采用《隧規(guī)》推薦方法。

對于土質深埋鐵路隧道垂直土壓力，國內計算方法有《隧規(guī)》的塌方統(tǒng)計理論公式法及黃土隧道深埋彈塑性區(qū)半徑公式法。由于黃土隧道深埋彈塑性區(qū)壓力計算公式主要取決于土質的黏聚力和內摩擦角，理論基礎與太沙基理論基本類似，都適用于有一定黏聚力和成拱效應的黏性土。考慮到本項目火山堆積深層土大部分具有一定骨架結構和弱膠結作用，理論上黃土隧道深埋土壓力公式對本項目適應性更強。輸入本項目半膠結粉質黏土土層指標(見表1)，分別采用《隧規(guī)》深埋公式和黃土隧道深埋公式在同等條件下計算，得出垂直土壓力分別為262 kN/m和121 kN/m，差距比較明顯，基本為2倍關系，說明計算方法的選取對結構設計影響較為明顯。結合先期對該地區(qū)深挖路塹巖土體的調查，發(fā)現雖然火山灰深層土體具有一定結構性和膠結性，但均一性較差，大部分為多種巖土性質夾雜，角礫塊、砂層、碎石土層、飽水粉土層等呈無規(guī)律的侵入互層較為明顯，層間結合較差，成為潛在滑面。鑒于此，如果按照理想的均一模型不加比較，直接采用彈塑性形變壓力的黃土隧道土壓力計算公式，設計結果很可能存在安全隱患。鑒于不均勻深埋土層更具有塌方統(tǒng)計理論的特性，確定本項目深埋土質隧道以采用《隧規(guī)》深埋土壓力計算公式為主進行設計，采用黃土隧道土壓力計算公式和太沙基土壓力計算公式作為校核。

表4 土質隧道計算方法比較

注：ha為深埋隧道垂直荷載計算高度；D為隧道跨度；N為標貫擊數。

3.1.3 深淺埋標準問題

《隧規(guī)》里按照圍巖分級推薦了深淺埋的標準，大致是按2.5倍塌方高度，該標準來自于我國隧道的統(tǒng)計資料，更多的是針對非特殊巖土隧道，對于本項目的火山成因巖質隧道適用性問題不大。但對于火山成因土質隧道，Ⅴ級大跨隧道覆蓋厚度按此標準為37～42 m?？紤]到深淺埋也是界定是否抗震驗算的重要標準，選取此標準時應慎重?？紤]到火山堆積土層與我國的華北、西北黃土同為第四系最新地質時期形成的土狀堆積物，同樣具有大孔隙、有一定結構性、遇水力學性質急劇變差的特性，黃土大斷面隧道的理論體系具有較大的借鑒作用。針對鄭西客運專線黃土大斷面隧道的特點和難點,原鐵道部組織科研設計單位進行了多項相關科研。其中關于深淺埋分界深度問題，通過地表裂縫現場調查分析擬定深淺埋分界范圍、基于剪切滑移破壞模式進行理論計算與分析驗證、現場試驗測試圍巖與初期支護間接觸壓力進行綜合分析驗證，確定了深淺埋分界標準[14]： 1)埋深小于11.0 m為超淺埋隧道；2)老黃土(Q1、Q2)隧道分界為40～50 m；新黃土(Q3、Q4)隧道分界為55～60 m。

本項目火山灰堆積土層與我國黃土具有風成沉積相似性，均存在大孔隙、具有土體顆粒骨架結構、飽和度高、深層較老土層具有一定膠結性、遇水及擾動后性質明顯變差等相似特點。我國黃土隧道圍巖的主要物理力學指標見表5，對比火山土指標(見表1—3)可以看出，火山土物理性能指標較黃土差，抗剪力學指標較黃土略優(yōu)，大孔隙比和高液性指數、高含水量反映了親水性能明顯強于黃土，不具有濕陷性，但靈敏度和觸變性又較高，這與火山灰的礦物成分和火山灰熱成沉積土特有的土體骨架結構有關。從當地既有公路路塹邊坡開裂滑移病害調研的結論可知，總體而言，該土層服從土體抗剪強度理論，采用坡體滑移理論計算分析基本能夠與實際吻合。綜上所述，項目設計階段，在缺乏相關隧道工程實踐的情況下，采用土質隧道剪切滑移破壞模式理論，參照我國黃土隧道理論計算的方式來確定深淺埋標準是可行的?；谖墨I[14]，隧道開挖滑動體破壞計算圖式如圖2所示，深淺埋分界點

(1)

式中：B為隧道跨度，取15 m；β為楔形土體破裂角；θ為頂部土柱兩側摩擦角，經驗值，Ⅴ級為(0.5～0.7)φc，Ⅵ級為(0.3～0.5)φc；φc為圍巖計算內摩擦角；h=ha+d，d為隧道高度，取13 m，ha可由迭代計算得出。

表5 黃土隧道圍巖物理力學指標表

注： 表中數值范圍可根據含水率大小選取，一般含水率高時密度取較大值,力學參數取較小值。

圖2 淺埋隧道滑動體計算圖式

根據謝家烋理論，β計算式如下：

(2)

為了便于計算，計算內摩擦角φc(即等效內摩擦角)常用式(3)進行粗略換算：

φc=arctan(tanφ+C/γh)。

(3)

式中：C為洞頂土柱分層取土試驗黏聚力的加權平均值；φ為圍巖內摩擦角；γ為圍巖重度；h為埋深。

按照以上理論計算公式，輸入本項目典型巖土參數(見表1)試算，計算結果見表6。由表可知，除了軟黏土臨界深度過大以外，其他土層與文獻[14-15]結論基本一致；同時也可以看出，火山堆積土層計算臨界深度大于《隧規(guī)》的臨界深度?？紤]到本項目熱帶雨季持續(xù)降雨對土體力學性能不利影響較大，《隧規(guī)》臨界深度偏不安全，結合表6計算結論，將火山灰全土層Ⅴ級圍巖的深淺埋界線確定為60 m；當隧道位于Ⅵ軟塑圍巖時，按計算厚度確定深淺埋。

表6 火山堆積土層臨界深度計算列表

3.2 巖土膨脹性問題

根據地質勘察結果，本項目湖積、火山堆積等形成的凝灰質黏土及泥巖具有弱—中膨脹性，自由膨脹率為40%～80%，膨脹力試驗值為28～80 kPa。由于試驗受樣品擾動、取樣位置、取樣數量等因素影響，隧道圍巖膨脹性試驗結果具有一定離散性，難以直接作為荷載取用，需要采用理論方法進行一定的校核。由于膨脹圍巖隧道為在約束條件下的巖土-結構模型，同時又與地下水滲流、接觸時間等因素有關，對于膨脹力的取值，很難通過一個有效的計算方法進行確定。設計階段可以通過一種相對合理的方式將膨脹力作為附加荷載即膨脹荷載施加在結構之上。有學者結合日本膨脹性巖質隧道工程建設實踐，通過隧道凈空位移曲線預測公式來估算附加膨脹荷載[16]。初期支護閉合后，將隧道膨脹凈空位移曲線用指數函數(見式(4))近似預測，用反分析方法把膨脹附加荷載增量以全開挖釋放力的比率表示。

δc=-35.5×[1-exp(-0.07t)]+δe。

(4)

式中：δe為閉合時的凈空位移值，mm；t為閉合后經歷的天數。

根據該預測，結構附加膨脹荷載的最終極限狀態(tài)為隧道承受的巖土壓力荷載的15%～25%。同等膨脹等級土質的自由膨脹率為巖質的1.2～2倍，考慮一定的安全系數(按1.3考慮)，土質附加膨脹荷載為原始土壓力荷載的30%～40%，這與實驗室測得的膨脹力基本相當。無試驗數據設計時，可依據上述原則進行結構預設計；在有試驗數據的情況下，應與試驗實測數據進行校核，且以實測數據為基本依據。

3.3 抗震設計問題

3.3.1 國內外抗震計算方法調研

關于鐵路隧道抗震計算方法，目前美國尚未制定專門的隧道抗震設計標準；日本是針對地下結構抗震最早提出反應位移法的國家，并陸續(xù)在輸氣管、地鐵區(qū)間隧道、車站、地下式儲槽、公用溝、地下停車場等多個領域進行了推廣。在中國，根據《鐵路工程抗震設計規(guī)范(2009年版)》和《鐵路工程設計技術手冊(隧道)》，地震系數法是鐵路隧道常用的計算方法，能夠適應國內大部分大埋深巖質山嶺隧道和局部淺埋土質隧道的實際情況，但是在埋深較大的破碎軟弱地層中計算精度不足?！冻鞘熊壍澜煌ńY構抗震設計規(guī)范》[17](簡稱《城軌震規(guī)》)針對淺埋城市土質地層地鐵，采用了分級設防的抗震技術標準和反應位移法、反應加速度法的計算方法，反映了近年來最新的抗震研究成果能夠與國際接軌，目前在城市地鐵領域已得到推廣應用。

3.3.2 抗震計算方法對比

為了分析計算方法對項目隧道設計的影響，選取某代表性隧道，分別采用地震系數法和反應位移法進行抗震計算，并對其適應性進行對比分析。對埋深10、30、50 m，Ⅴ級泥巖0.2g和0.4g地震加速度峰值情況下E2地震作用(設防地震)的最大結構彎矩進行對比，如圖3所示。由圖可知，相同條件下地震系數法計算結果比反應位移法計算結果要大，且埋深越大，兩者差異越明顯；只有在埋深較淺時，2種計算方法所得內力結果相近。這與國內研究反應位移法的文獻[18-19]結論基本一致，反映了地震系數法在埋深較大時的弊病。根據相關學者[18]的時程分析和震害調查研究，反應位移法有較好的計算精度，同時在日本各專業(yè)協會的隧道設計指南中已經被作為一種常用方法廣泛推廣使用?？紤]到本項目隧道大部分處于埋深10～60 m土層中，屬于較大埋深的抗震設防隧道，如果采用地震系數法，會導致計算結果過于保守；同時，考慮到印尼隧道審查的專業(yè)協會機構主要也是采用一些日本相關隧道技術標準，因此，中國鐵路隧道抗震計算標準不太適用于目標項目的抗震設計。最終確定本項目抗震分析采用《城軌震規(guī)》的反應位移法，應用概率極限狀態(tài)法進行結構設計?？拐鸺夹g標準為： 結構安全等級一級，抗震等級二級，抗震設防類別為重點設防類，在E2地震作用(設防地震)下滿足抗震性能Ⅰ的要求；在E3地震作用(罕遇地震)下滿足抗震性能Ⅱ的要求；假設結構處于彈性工作狀態(tài)，對結構進行設防地震下的內力和變形分析。隧道抗震計算荷載如圖4所示。

圖3 2種計算方法最大彎矩對比

Fig. 3 Comparison of maximum bending moments obtained by two methods

圖4 隧道反應位移法計算圖示

3.3.3 設防區(qū)段確定

考慮到本項目隧道整體埋深較淺(埋深均未超過100 m)，土質隧道段落長，確定抗震設防區(qū)段原則如下： 對于土質隧道(以覆土60 m作為深淺埋界限)，均進行抗震驗算；對于巖質隧道，按深淺埋區(qū)分，Ⅳ級圍巖覆蓋40 m以下、Ⅴ級覆蓋50 m以下進行抗震驗算；深埋段對于斷層破碎帶影響帶內的Ⅳ、Ⅴ級圍巖進行抗震驗算；其余段落不考慮抗震驗算，僅考慮構造性配筋加強等措施，即使圍巖較好，也全部采用鋼筋混凝土，全線隧道無素混凝土結構。

3.4 防災疏散救援土建標準問題

3.4.1 國內外設計理念對比

關于鐵路隧道防災疏散救援的設計，中國充分研究了歐美、日、韓等的設計理念和標準，結合國情和大規(guī)模高鐵隧道的建設實踐，形成了TB 10020—2017《鐵路隧道防災疏散救援工程設計規(guī)范》[20]。國外對于鐵路隧道防災疏散，基本理念都是對列車熱事故(火災)和冷事故(非火災)進行人員的疏散和救援，具體到高鐵來說，主要為歐洲和日本2種有差異的標準(美國及澳洲等國家沒有高鐵，相關標準更多地針對普速鐵路或者城市軌道交通)。隧道土建標準的主要差異見表7。由表可知，日本、中國與歐美標準的根本差異在于火災列車的定點停車和任意點停車救援的問題，以及緊急出口的間距問題。在理念上，日本與中國的理念基本一致，即都在設計中考慮了列車在著火狀態(tài)下仍然能夠以殘余速度行駛一定時間，停靠至洞外或長隧道的某一定點實施救援，且中國標準較日本標準略高，在緊急出口間距上與韓國高鐵隧道相當。

3.4.2 防災疏散標準選取分析

根據研究，中國動車組4組動車和4組拖車在火災時喪失1/4動力情況下，在20‰大坡度仍然能夠維持100 km/h以上速度，保守速度約為80 km/h。依據瑞士圣哥達隧道著火列車殘余運行能力的模擬，保守考慮著火列車可以運行15 min，列車殘余運行能力為20 km，且不能到達的概率為0.01%(萬分之一)。而歐洲緊急出口間距1 km的標準是基于火災情況下列車不能駛出隧道而在短隧道內緊急出口附近?？康那闆r設定的，屬于0.01%的小概率事件。對于小概率事件采取的永久設施設備投入，實質上是花費建設資金預防小概率事件的問題，這與工程的重要程度和國家的財力國力相關，需要結合各國的實際情況因地制宜、合理設置，而不是直接照搬歐洲標準。中國和日本的運營實踐證明，定點救援的理念適應絕大部分亞洲國家的實際國情，因此，可以采用中國高鐵隧道的防災疏散救援標準設置隧道土建結構。雅萬高鐵大部分為1 km上下的隧道，最長隧道4.4 km，按中國高鐵標準可不用設置專門的永久緊急出口和火災救援站系統(tǒng)，僅在隧道雙側各設置1.5 m的疏散通道和疏散標識以及應急照明系統(tǒng)即可，極端情況因為機械故障列車?？吭谒淼纼?，人員可以通過兩側1.5 m的疏散通道疏散至隧道外，動車段的預備內燃機車可以將故障列車拖走。

表7 各國鐵路隧道主要防災疏散標準對比表

3.5 材料本地化問題

3.5.1 材料標準差異問題

對于國外工程，從貿易法律和成本方面考慮，建筑材料應本地化設計。隧道混凝土工程的水泥砂石料由于是建筑通用材料，本地化問題均不大，僅僅是一些配合比等方面的調整問題，本文不展開；防水板、止水帶等專用防水材料，目標國無法生產，整體概算占比相對較小，以中國進口形式考慮，可以直接采用中國標準。但是，隧道初期支護鋼拱架、超前小導管、鎖腳錨管、鋼筋等屬于大宗鋼材建材，目標國生產相關產品，但是由于標準和行業(yè)習慣，與中國隧道材料規(guī)格標準有較大的出入，必須尋求本地化的解決方案。隧道常用鋼材的標準對比見表8，由表可知，目標國隧道工程較少，鋼材大多應用于工民建，可直接適用于隧道的并不多，品質略差。

3.5.2 材料本地化替代方案

對于結構用鋼筋，因為涉及到結構承載能力抗震性能和耐久性、可靠性等重要因素，以強度為基礎，通過開展拉伸、彎曲、接頭性能等試驗，確定可靠的替代方案。對于鋼管，鑒于隧道工程采用鋼管管材以完成施工過程中臨時超前支護、錨固等目的，以管材尺寸相當為基本準則，選取接近的管材使用即可。對于工字鋼，當地型鋼冷彎性能差，同型號的截面慣性矩比中國的小，如果按等強度替換本地型鋼，只能采用更大尺寸型號或加密型鋼間距，這就帶來初期支護噴混凝土厚度隨之變大，或者拱架過密死角增多導致噴混凝土密實度變差，帶來投資和質量上的新問題。根據支護分類，將鋼架問題分為2類處理，考慮到軟弱土質圍巖控制松動快挖快支對鋼架早期剛度要求高的特性，用量較大的Ⅰ25型鋼(5 000 t以上)采用當地鋼廠引進中國軋鋼生產線定制生產，以量大優(yōu)勢來攤銷生產線成本；其余Ⅰ22及以下的型鋼用于圍巖穩(wěn)定性略優(yōu)的地層，采用當地鋼筋加工格柵鋼架代替型鋼鋼架。格柵鋼架代替型鋼對于支護結構承載能力的安全性和可靠性，在蒙華鐵路隧道建設中已經被證實?？紤]到當地數控機床和工業(yè)技術操作水平，將工藝要求較高的“8”字結型格柵調整為易于操作控制的“Z”字結格柵，解決了鋼架的本地化問題。

表8 隧道用主要鋼材標準對比

3.6 隧道修建的環(huán)保人文問題

3.6.1 紅線用地問題

國內土地基本為國有或集體所有，鐵路作為重大工程，征地相對容易；國外大多數國家土地私有，土地價格相對較高，征地問題往往成為控制性問題。隧道工程用地應有盡量節(jié)約土地的原則。一般隧道洞口等工程結構占用的部分，用地原則與國內差別不大，不同的是用地紅線與結構關系較國內緊湊，以決不多占一分為原則，不惜采取支擋結構措施。對于隧道下穿的洞身地段，應根據項目所在國的土地法律權屬，尤其是地下空間的權屬，與地主協商協議解決。根據目標國政府部門相關法令，私人對地下土地的權屬空間規(guī)定為地下30 m，即隧道結構位于地下30 m以下時，可不征用地表土地，否則需要征用地表土地。經過論證協商，暗挖隧道工程土地征用考慮為結構外側6 m范圍條帶內均按照鐵路用地范圍征用。隧道棄渣盡量按照國外相關部門要求統(tǒng)一消納處理，若需堆棄處理時，可參考國內環(huán)水保設計標準實施，但是臨時用地的屬性應與地主協商一致。

3.6.2 紅線外房屋拆遷問題

山嶺隧道淺埋下穿房屋，由于沉降、失水、爆破振動等因素，從經濟、工期、社會風險等因素比較，拆遷往往是較為適宜的解決辦法。國內一般山嶺隧道經常采取埋深50 m以內線路兩側各50 m左右的地表房屋只拆遷不征地原則(紅線外拆遷)，這與我國集體土地制度相適應。但在私有制國家，房屋與私有土地綁定，只要拆遷就需要征地，使得私有土地的征用面積大為擴大，工程成本顯著增大，項目業(yè)主方提出了不拆或少拆的要求，把拆遷或還建作為備選的預案。對于監(jiān)測控制，結合國內城市區(qū)隧道地表建筑物分類評估和保護的經驗，根據紅線外房屋與隧道工程的關系，將其分為Ⅰ類及Ⅱ類建筑： Ⅰ類——隧道結構頂覆土≤40 m，線路兩側各50 m范圍內的建筑物，作為敏感建筑物納入評估和洞內外聯測的目標范疇；Ⅱ類——除Ⅰ類以外的建筑物，不納入洞內外聯測目標。根據當地房屋磚混或砌體結構形式，擬定洞內外聯測的變形控制初始標準見表9，以作為房屋評估鑒定和制定預警標準的基礎。對于下穿房屋段落的施工方法，根據鐵建設[2008]14號《改建既有線和增建第二線鐵路工程施工技術暫行規(guī)定》和中鐵二院在重慶地區(qū)的設計經驗擬定如下： 巖質隧道，掌子面25 m以內有建(構)筑物時，隧道采用非爆方案；距掌子面25～50 m有建(構)筑物時，采用控爆方案；大于50 m范圍有建筑物時，采用弱爆破開挖；控制爆破參數執(zhí)行我國《爆破安全規(guī)程》相關規(guī)定。軟巖及土質隧道，采用機械開挖；軟巖采用3臺階臨時橫撐(仰拱)工法，土質采用CRD工法。下穿控制標準需與項目業(yè)主協商一致，并取得相關許可。

表9隧道下穿房屋監(jiān)測項目及控制值

Table 9 Monitoring objects and control values for undercrossing buildings

監(jiān)測對象監(jiān)測項目及控制值初期支護結構拱頂沉降測點S≤20 mm; v≤3 mm/d凈空收斂測點S≤10 mm; v≤2 mm/d底板豎向位移測點S≤10 mm; v≤2 mm/d地面沉降測點S≤40 mm; v≤3 mm/d建筑物 豎向位移測點;傾斜測點;裂縫寬度測點 S≤30 mm;v≤3 mm/d,Δ≤0.002l(l為相鄰基礎的中心距離),d≤0.2 mm

注：S為累計變化量；v為變化速率；Δ為差異沉降；d為裂縫寬度。

4 結論與建議

本文基于印尼雅萬高鐵的技術特性，通過對當地和中國國內外鐵路隧道設計技術標準的分析比較，主要得出以下結論：

1)項目目標國的鐵路隧道技術標準較為概化，并未有明顯與中國標準相沖突的技術壁壘，可以以中國鐵路隧道技術體系為基礎，結合項目技術特性合理選擇使用。

2)火山堆積巖土的圍巖壓力計算，對于土質淺埋隧道，《隧規(guī)》淺埋隧道計算公式更加適宜；對于土質深埋隧道，以《隧規(guī)》深埋隧道計算公式為主，黃土深埋隧道計算公式和太沙基理論公式作為校核；對于火山土Ⅴ級深淺埋的標準，可按60 m進行界定。火山土膨脹力可依據位移發(fā)展反分析比率理論測算和結合土工測試校核確定。

3)對于抗震計算標準，采用反應位移法和《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范》標準較為適宜。

4)對于隧道防災疏散救援標準，可采用中國鐵路隧道標準。隧道用鋼材設計可在試驗對比和結合當地工藝技術水平基礎上，制定本地化設計材料替代標準。隧道的紅線用地和房屋拆遷應著重考慮私有制國家的社會特性，建筑物保護技術標準可采用中國經驗。

通過對本項目實際特點和采用技術標準的比較和分析，除抗震設計標準采用了《城市軌道交通結構抗震設計規(guī)范》、結構計算采用了極限狀態(tài)法及鋼材建材采用了本地化外，其余標準均可以采用中國鐵路隧道技術標準。需要說明的是，本文進行的比選是在設計階段進行的一些探索，火山土隧道力學的設計理論需要進一步的現場試驗和計算研究，一些設計標準隨著外部審查的推進，會有局部相關本地化適應性的調整。

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