防风明洞施工方法及安全质量措施.docx
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防风明洞施工方法及安全质量措施
防风明洞施工方法及安全质量措施
一、风区气象情况
（一）气象资料
属大陆性中温带干旱气候区，气候干燥多风，夏季有少量降雨，最低月平均气温-8.6℃～-11.7℃，极端最低气温-32℃～-28.7℃，最热月平均气温27.1℃～29.2℃，极端最高气温43.9℃～45.2℃。
多年平均降雨量26.3mm～38mm，多集中在7、8、9月份，占全年降雨量的85%，且多为暴雨，年最大积雪厚2～18cm；土壤最大冻结深度117～130cm。
本区常年多风，风向以NNW至NE最多，风力大，年平均风速一般为1.7m/s～5.8m/s，最大定时风速＞20m/s～46.6m/s，最大瞬时风速56.6m/s
（二）新疆境内大风区工程分区
I区（大风极少区）:
极大风速<25m/s,且大于20m/s大风出现频率小于5%，线路里程：
DK1256+000～DK1370+000长度：
113.903km。
II区（大风低发区）：
>25m/s极大风速>30m/s或极大风速>30m/s出现频率不大于3%，主要位于哈密绿洲两侧线路里程：
DK1370+000～DK1398+000长28km。
Ⅲ区（大风一般区）：
极大风速>30m/s，出现频率小于5%而大于3%，主要位于百里风区东侧，线路里程：
DK1398+000～DK1413+000长15.114km。
IV区（大风易发区）：
极大风速>30m/s且出现频率大于5%而小于10%，主要位于百里风区西侧，线路里程：
DK1510+440～DK1524+600长14.160km。
V区（大风频繁区）:
极大风速>30m/s且出现频率大于10%，主要位置为百里风区，线路里程：
DK1413+000～DK1510+440长97.440km。
（三）大风区分区范围、风向、最大风速
1、百里风区：
DK1370+000～DK1540+000长170.114km，主导风向NNW，最大风速46.6m/s。
2、30年、50年、100年一遇最大风速估计值
表1
序号
线路里程
长度km
30年一遇
50年一遇
100年一遇
1
DK1115+000～DK1167+000
52
19.9
21.1
22.8
2
DK1167+000～DK1215+000
48
27.6
29.3
31.6
3
DK1215+000～DK1256+000
41
24.5
26.1
28.2
4
DK1256+000～DK1385+000
129
21.3
22.8
24.8
5
DK1385+000～DK1413+000
128
25.5
27.8
32.2
6
DK1413+000～DK1510+000
97
46.5
49.3
53.2
7
DK1510+000～DK1540+000
30
30.2
32
34.5
8
DK1540+000～DK1680+000
140
25.3
27.4
30.2
9
DK1680+000～DK1712+000
32
28.6
30.3
32.8
10
DK1712+000～DK1745+000
33
48
50.9
55
11
DK1745+000～DK1760+000
15
32.2
34.1
36.9
12
DK1760+000～DK1794+000
34
39.4
41.7
45.1
13
DK1794+000～DK1820+000
26
25.3
26.9
29.1
二、防风结构设计原则
1、环境风速＜25m/s条件下重点解决沙害隐患，建立大风预警系统；25≤环境风速＜35m/s条件下采用挡风墙结构，存在沙害地段辅以挡沙措施；
2、环境风速≥35m/s条件下采用半封闭防风结构，环境风速≥35m/s，沙害严重条件下采用封闭式防风结构。
三、防风结构形式
（一）路基防风结构
根据防风技术研究的结论，路基防风结构需要设计单侧挡风墙结构和封闭（半封闭）结构两种形式，存在沙害地段需配合挡沙栅栏结构，具体形式如下：
（1）路基挡风墙
1）悬臂式挡风墙：
路肩以上墙高3.5m，2.5m，设置于迎风侧路肩外侧。
支撑力臂采用悬臂式结构，力臂间设挡风板。
如图5-1-1所示。
图5-1-1悬臂式挡风墙示意图
2）柱板式挡风墙：
路肩以上墙高5.5m，5.0m，4.5m，设置于迎风侧路肩外侧。
支撑力臂采用埋入锚固桩结构，力臂间设挡风板。
如图5-1-2所示。
图5-1-2柱板式挡风墙示意图
（2）路基防风走廊
1）半封闭防风走廊：
采用网架结构，结合多轴向复合材料为主的半封闭结构，其下低挡墙基础。
如图5-1-3所示。
图5-1-3半封闭防风走廊示意图
2）封闭式防风走廊：
采用网架结构，结合多轴向复合材料为主的全封闭结构，采用埋入式钻孔桩基础。
如图5-1-4所示。
屋面材料采用高强多轴向复合材料结合耐候钢共同设置。
图5-1-4封闭式防风走廊示意图
（3）挡沙墙
挡沙栅栏高1.5～2.0m，原则上采用透风式结构，如图5-1-5所示。
图5-1-5挡沙栅栏示意图
（二）桥梁防风结构
1、桥涵防风工程设置原则
（1）兰新第二双线以大风条件下列车基本不停轮、尽量少限速为运营目标，进行防风工程设计。
（2）大风区以主动防风为主，通过合理的防风工程最大程度上减弱大风对列车运行的影响，结合大风预警系统，共同构建大风区综合的安全运营体系，确保铁路运输安全、快速。
（3）综合考虑大风的风力、频率、风向影响，进行沿线大风分区，根据不同的风区采用重、中、轻型的防风措施。
即I区原则上不考虑防风措施，个别桥梁位置处于垭口、山谷高桥处考虑设单侧挡风，Ⅱ考虑设低挡风屏，局部段落可根据工程实际情况采用封闭挡风结构，Ⅲ区考虑设半封闭挡风屏，局部段落可根据工程实际情况采用封闭挡风结构，Ⅳ区考虑设封闭挡风结构，Ⅴ区考虑设封闭挡风结构。
2、桥梁挡风结构
1）不缺水、采用32m箱梁地区
①一般风区32m箱梁挡风方案。
挡风结构与简支箱梁连接。
加宽迎风侧箱梁翼缘宽度0.7m后，挡风结构设于线路迎风侧，立柱与箱梁梁顶钢筋混凝土板通过螺栓连接，挡风板通过螺栓与立柱相连接。
桥梁设挡风结构的一侧不再设人行道栏杆，挡风结构构件均采用钢结构。
箱梁加宽翼缘底部采用钢管撑杆与箱梁梁底部位的预埋钢板相连接，改善桥面板的受力。
②大风区32m箱梁挡风方案。
挡风结构与简支箱梁连接。
双侧加宽箱梁翼缘宽度各0.7m，挡风结构设于线路两侧，立柱与箱梁梁顶钢筋混凝土板通过螺栓连接，挡风板通过螺栓与立柱相连接。
桥梁不再设人行道栏杆，挡风结构构件均采用钢结构。
箱梁加宽翼缘底部采用钢管撑杆与箱梁底部位的预埋钢板相连接，改善桥面板的受力。
箱梁设封闭挡风屏横截面渲染图箱梁设单侧挡风屏横截面图渲染图
箱梁设单侧挡风屏侧面渲染图
箱梁设封闭挡风屏侧面渲染图
同时考虑设置挡风措施后，结构阻风面积加大，桥梁受横桥向水平力增大。
设计选用八度地震区支座，提高支座的横桥向抗剪能力。
2）严重缺水地区、采用16m组合式T梁方案
大风区及一般风区均采用4片T梁方案。
挡风措施直接设置在边梁翼缘上。
两侧边梁上设置斜钢管与增打翼缘连接。
同时加厚挡风屏立柱处桥面结构厚度加厚。
沿T梁纵向1m范围内横向钢筋加强。
截面横向布置及桥墩布置图下图所示。
16mT梁设单侧挡风屏横截面渲染图16mT梁设封闭挡风屏横截面渲染图
16mT梁设封闭挡风屏侧面渲染图
16mT梁设封闭挡风屏侧面渲染图
3）严重缺水、百里风区、采用分片式16m槽型梁地区。
百里风区，风速高、风期长、季节性强、变化速度快特点，大风突如其来，具有较强的破坏性。
客运专线上，采用槽型梁腹板保护大风作用下的列车，再通过槽形梁主梁上设轻型钢结构棚架，覆盖开孔波形钢板的方案解决接触网防风要求。
大风区槽型梁箱梁截面横向布置如图1所示。
槽型梁外侧立柱向两侧各伸出0.7m。
挡风措施直接设置在边梁翼缘上。
16m槽型梁设封闭挡风屏横截面渲染图
16m槽型梁设封闭挡风屏侧面渲染图
16m槽型梁设封闭挡风屏内部透视渲染图
（三）防风明洞
1、防风明洞的设置范围
综合考虑沿线大风的风力、频率、风向及沙害影响，进行沿线大风分区，根据不同的风区采用重、中、轻型的防风措施。
考虑到百里风区和三十里风区区段不仅风力强劲，而且出现大风的频率也高。
因此，在百里风区（DK1413+000～DK1510+440长约97.44km）范围的路基段落设置防风明洞。
（1）百里风区1号明洞DK1413+000～DK1414+205段位于百里风区起始端，风力相对较小，路基形式全为路堤结构，结构形式采用钢筋混凝土边墙+拱部工字钢外包RPC混凝土预制板结构，结构统计见下表。
DK1413+000～DK1414+205段结构统计 表4-1-2
结构形式分类
填方0～2m
填方2～3m
填方3～4m
填方4～5m
填方5～6m
填方6～7m
填方7m以上
合计
长度
303
379
115
222
146
40
0
1205
（2）百里风区2号明洞进口段DK1414+415～DK1415+424段位于百里风区起始端，风力相对较小，路基形式全为填方高度大于3m的路堤结构，结构形式采用钢筋混凝土边墙+拱部工字钢外包波形钢板结构，结构统计见下表。
DK1414+415～DK1415+424段结构统计 表4-1-2
结构形式分类
填方0～2m
填方2～3m
填方3～4m
填方4～5m
填方5～6m
填方6～7m
填方7m以上
合计
长度
0
0
122
0
627
231
29
1009
（3）百里风区DK1415+424～DK1440+000段的浅路堑及路堤段，明洞结构形式采用拱部或拱墙预制钢筋混凝土结构，结构统计见下表。
拱墙预制结构统计表4-1-3
结构形式分类
填方0～2m
填方2
～3m
填方3～4m
填方4
～5m
填方5
～6m
填方6
～7m
填方7m以上
挖方0
～3m
合计
长度
3691
2299
1497
1111
1529
832
403
2255
13617
（4）百里风区DK1460+000～DK1489+000段的浅路堑及路堤段，明洞结构形式采用钢筋混凝土边墙、拱部预制（或现浇）钢筋混凝土框架肋+预制板结构，结构统计见下表。
肋+预制板结构统计表4-1-4
结构形式分类
填方0～2m
填方2～3m
填方3～4m
填方4
～5m
填方5
～6m
填方6
～7m
填方7m以上
挖方0
～3m
合计
长度
2529
1331
1978
760
1261
207
42
2514
10622
（5）百里风区中心部位DK1440+000～DK1460+000段、DK1489+000～DK1510+440段的浅路堑及路堤段，明洞结构形式采用拱墙现浇钢筋混凝土结构，结构统计见下表。
拱墙现浇结构统计表4-1-5
结构形式分类
填方0～2m
填方2～3m
填方3～4m
填方4～5m
填方5～6m
填方6～7m
填方7m以上
挖方0～3m
合计
长度
6085
3181
3053
2337
2960
730
6759
5240
30345
2、防风明洞结构设计
（1）内轮廓的拟定
防风明洞衬砌断面内轮廓的拟定应综合考虑所属区段线间距的要求，结合不同列车在隧道内运行微气压波对旅客的影响及目前高速列车的试验成果等因素，并同时满足隧道内双侧设置救援通道和安全空间以及技术作业空间的要求合理确定，与一般隧道暗洞衬砌内轮廓一致。
双线隧道轨面以上净空横断面积为100.11m2。
隧道结构内轮廓见图5-3-1。
图5-3-1防风明洞建筑限界及结构内轮廓
（2）防风明洞结构分类
1）按照路基填挖情况分类
防风明洞按照路基填挖情况分为路堑明洞和路堤明洞，路堑明洞分为深路堑、一般路堑及浅路堑明洞，路堤明洞分为高路堤、一般路堤及浅路堤明洞。
2）按照施工工艺分类
防风明洞按照施工工艺分为现浇明洞和拼装明洞，现浇明洞主要用于路堑地段，路基地段根据大风环境采用拼装或现浇明洞。
3）按照建筑材料分类
防风明洞根据建筑材料分为混凝土（或钢筋混凝土）、钢结构、混合（钢、混凝土、RPC）结构。
4）按基础类型分类
防风明洞按基础类型分为仰拱（或底板）、路基+条形基础、路基+桩基础。
5）按开孔程度及位置分类
按开孔程度分及位置为顶部开孔、侧面开孔及半敞开结构。
（3）防风明洞结构类型的选择
1）路堑地段采用钢筋混凝土现浇封闭（开孔）结构
①深路堑明洞结构
深路堑明洞整体埋入地下，根据地形及排水需要在顶部修建水沟或渡槽，结构采用曲墙带仰拱钢筋混凝土结构，见图5-3-2。
图5-3-2深路堑封闭防风明洞
②一般路堑顶部开孔防风明洞
路堑较浅时，采用曲墙带仰拱（或底板）钢筋混凝土结构，拱部根据地形条件外露。
见图5-3-3、图5-3-4。
图5-3-3一般路堑顶部开孔防风明洞（设仰拱）
图5-3-4一般路堑顶部开孔防风明洞（设底板）
2）浅堤（堑）防风明洞
浅堤（浅）防风明洞的填挖土有限，道床结构置于原有路基结构上，明洞采用下部不封闭结构，边墙置于明挖条形基础或桩基础。
考虑到明洞两侧可能出现一定的积沙，边墙部位结构予以加强，开孔位置适当提高。
①浅堤（堑）现浇明洞结构
在风沙害较严重且适合现场现浇的地段，采用现浇明洞结构，见图5-3-5。
图5-3-5浅路堤（堑）防风明洞（现浇）
②浅堤（堑）预制明洞结构
在风沙害不严重地段，结合现场施工条件，采用预制防风明洞结构，结构设计考虑一定高度的积沙荷载，见图5-3-6、图5-3-7。
图5-3-6浅堤（堑）防风明洞横断面图（预制）
图5-3-7浅堤（堑）防风明洞纵断面图（预制）
3）一般路堤防风明洞
一般路堤防风明洞下部填土相对较高，道床结构置于原有路基结构上，明洞采用下部不封闭结构，边墙置于桩基础上。
结合施工工艺、材质等因素，本次设计考虑现浇混凝土、混凝土预制、钢结构、混合结构等不同的结构形式，开孔以背风侧大开孔及半敞开为主。
①一般路堤现浇混凝土防风明洞
拱墙均采用钢筋混凝土现浇结构，拱腰部位开孔，见图5-3-8、图5-3-9。
图5-3-8一般路堤防风明洞横断面（现浇结构）
图5-3-9一般路堤防风明洞纵断面（现浇结构）
②一般路基预制混凝土防风明洞
拱墙预制结构：
拱墙采用预制混凝土结构，基础采用现浇纵梁及桩基，见图5-3-10、图5-3-11。
图5-3-10一般路堤防风明洞横断面（预制结构）
图5-3-11一般路堤防风明洞纵断面（预制结构）
板肋结构：
下部边墙采用钢筋混凝土结构，拱部采用现浇（或预制）钢筋混凝土肋，肋间设钢筋混凝土预制板，基础采用现浇纵梁及桩基，见图5-3-12。
图5-3-12一般路堤防风明洞横断面（板肋结构）
③一般路基钢结构防风明洞
下部边墙采用钢筋混凝土结构，拱部采用工字钢肋，肋间设波纹板，见图5-3-13、图5-3-14。
图5-5-13一般路堤防风明洞横断面（钢结构）
图5-5-14一般路堤防风明洞纵断面（钢结构）
④一般路基组合结构防风明洞
迎风侧下部边墙采用钢筋混凝土结构，拱部采用工字钢肋，肋间设波纹板；背风侧设钢筋混凝土肋，肋间插RPC混凝土板，见图5-5-15、图5-5-16。
图5-5-15一般路堤防风明洞横断面（组合结构）
图5-5-16一般路堤防风明洞纵断面（组合结构）
3、监控量测
（1）按照《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121－2007）的有关要求进行监控量测。
（2）量测项目
1）必测项目：
路堑地段边坡支护结构的应力状态及变形等的监测；路堤地段路基本体结构变形的监测；施工期间大风的监测。
2）选测项目：
周围地表变形等。
（3）量测断面间距
量测断面间距应根据边坡开挖高度、地质情况等确定，施工中根据具体情况进行调整。
（4）运营期间的监测
对路堑式明洞及低路堤式明洞在运营期间还应监测积沙高度。
4、防排水设计
（1）洞内防排水
1）明洞结构内不排水，仅在与隧道低洞口端相接段落设置双层盖板保温水沟。
路堑段边墙背后少量地下水通过墙脚纵向盲管沿线路纵向排除。
2）明洞拱墙衬砌外缘回填土石掩埋部分敷设EVA防水板（厚度1.5mm），两侧设水泥砂浆保护层，边墙设φ50mm盲沟，墙脚纵向设φ100mm盲沟，纵向贯通。
竖向盲沟间距按6～12m考虑。
3）衬砌环向施工缝设止水胶背贴式止水带,纵向施工缝设刚性止水带及背贴式止水带。
4）隧道防水应充分利用混凝土衬砌结构自防水能力，混凝土衬砌抗渗等级不得低于P10。
5）预制结构拼装缝隙及变形缝采用沥青麻筋等材料填塞。
（2）洞外防排水
1）一般路堑式明洞及深埋明洞段（挖方高度大于3m）
①洞顶刷坡线以外5～10m设截水沟，以拦截地表水。
②地表沟谷根据地形、水文条件，进行地表铺砌或设置渡槽排水。
③平缓地段明洞两侧回填高2m、顶面宽为3m的土堤，上游侧坡面采用浆砌片石铺砌，外侧设排水沟。
2）路堑地段（挖方高度小于3m）及路堤地段
排水系统路基专业设置。
四、施工方法
（1）按照4km一个区段，800m一个施工单元组织施工，每完成一个单元（800m）后将CPII点引入明洞风，每施工完一个区段（4km）后进行CPⅢ控制网测量，CPⅢ网评估通过后进行无砟轨道施工。
（2）处于架梁通道上的路基防风明洞，可先安排施工防风明洞基础或仰拱，待架梁完成后再进行防风明洞上部结构施工。
（3）一般路堑段采用明挖法施工。
（4）浅路堑及路堤段先施工路基本体，再施做防风明洞。
（5）3m以上的深路堑采取现浇施工，3m以下的路堑及路堤采取预制拼装。
五、安全质量措施
（一）大风区工程施工建议
1、大风区临时工程尽可能降低建筑高度，重要的临建要进行抗风检算。
2、临时工程应尽量避开主风口，如避不开应选在背风处。
3、为进一步做百里风区的工程，要与当地气象部门保持紧密联系，做到早预报、早发布、早预防。
4、工程施工要建立大风预警机制，除考虑大风因素外，还应制定相应新疆境内内陆风暴的应急措施。
5、大风区的防风工程还应结合防沙统一设计、统一施工。
6、大风区起风时间、大小、顺序都具有一定的规律，可以通过大风观测建立预警机制。
（二）安全质量措施
1、应及早修建明洞段的排水系统及防风系统，确保施工安全及施工顺利进行。
2、明洞在石质地段开挖时，应防止爆破影响边坡和仰坡的稳定。
松软地层开挖时，宜边支护边开挖。
不宜在雨季施工，当必须在雨季施工时，应加强防护，随时监测、检查山坡稳定情况。
3、明洞边墙基础必须设置在稳固的地基上。
4、喷混凝土采用湿喷工艺，施工中应设置喷射混凝土厚度的标志。
喷射作业应分段、分片、分层，由下而上交错进行，当岩面有较大凹洼时，应先填平。
当受喷面有滴水、淋水、集中出水点时，应进行处理。
5、锚杆杆体的抗拉力不应小于150kN，锚杆用的水泥砂浆，其强度不应低于M20。
孔内灌注砂浆应饱满密实。
锚杆必须安装垫板，垫板应与喷混凝土面密贴。
6、明洞衬砌在开挖完成后应及早施作衬砌并回填，避免边坡坡面风化。
7、灌筑混凝土应振捣密实，防止收缩开裂，衬砌拆模时，混凝土强度应达到有关规范的要求。
8、仰拱宜超前拱墙衬砌。
仰拱施工前，必须将隧底虚碴、杂物、积水等清除干净。
仰拱施做应优先选择各段一次成型，避免分部灌筑。
仰拱施工缝和变形缝应作防水处理，其工艺及要求同衬砌拱墙的施工缝及变形缝。
9、明洞结构施做前，应先对边坡局部漏水处先行进行处理。
10、两环防水板的搭接宽度宜为15cm，搭接焊缝宜为双焊缝，若有漏焊、假焊时应补焊，当有烤焦、焊穿时应采用塑料或橡胶片焊粘覆盖。
11、监控量测应作为施工组织设计的一个重要组成部分，监控量测工作必须紧接开挖、防护作业，按设计要求进行布点和监测，并根据现场情况及时进行调整或增加量测的项目和内容。
量测数据应及时分析处理，并将结果反馈到施工过程中。
12、防风结构施工前应核对地形及地质情况，施工过程中应仔细核对地质情况，如发现与设计资料不符，请及时与设计单位联系，以便进行变更设计。
13、路堤及浅路堑段施工应与路基本体施工认真组织协调，明洞施工应尽量减小对路基本体工程的影响。
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