印尼雅万高铁隧道设计技术标准的选择研究

韩华轩

(中国铁路设计集团有限公司， 天津 300308)

0 引言

近年来，我国高速铁路建设成就举世瞩目，具备了“走出去”的核心竞争力，铁路隧道更是进入了快速发展阶段，平均每年新增运营铁路隧道1 400多km[1]，形成了较为系统的设计理论和标准，积累了大量工程案例。与国内铁路项目相比，境外隧道工程涉及目标国政治、经济、人文、法律、自然地质条件等方面，出现了一些新的工程技术背景和边界条件，我国隧道的设计理论和标准能否与项目特殊条件相吻合，技术方法需要做哪些适应性的取舍、调整和改进，是需要首先研究的问题。

新建印度尼西亚雅加达至万隆高铁(简称“雅万高铁”)是中国高铁第一次全系统、全要素和全产业链走出国门、走向世界，标志着完整的中国高铁标准和中国方案真正在异域国家全面落地。关于中国高铁技术标准对于雅万高铁的适用性研究，文献[2-3]从高铁总体全局方面对雅万高铁线路土建工程、四电集成等主要专业技术标准的适用性进行了分析和确定。文献[4-5]分别从火山地层地质和高铁混凝土本地化配合方案等具体专业方面对雅万高铁遇到的独特技术问题进行了研究，并给出了技术对策。关于中国铁路隧道技术标准与世界高铁大国的差异，文献[6-7]分别针对中日、中德隧道技术标准体系的差异和利弊进行了对比分析，并对中国隧道技术标准的局部改进提出了建议，可以看出，欧日标准差异明显，并不是对任意国家均适合。

然而，目前针对采用中国标准框架下的中国铁路隧道技术标准境外设计实践的本地适应性研究还鲜见涉及，如何验证和体现中国铁路隧道技术标准的可靠性和竞争力，也罕见具体案例。本文以雅万高铁隧道设计及工程实践为背景，重点针对印尼技术标准对比、爪哇岛火山堆积地质特性、高烈度地震区等边界条件下的隧道设计技术标准进行相关适应性研究和取舍，确定一些解决关键问题的技术方法。

1 工程概况

1.1 项目概况

雅万高铁全长142.3 km，最高设计时速350 km。项目采用中印尼双方合资、合作建设和管理方式(BOOT)，建设采用EPC模式，由中国和印尼企业共同承建。曲线半径、线间距、隧道净空截面积、设计活载、列控系统等主要技术标准采用中国高速铁路规范规定[2]。项目设计由中国设计企业承担，并接受印尼政府和专业协会机构在相关土建结构物安全性和法律法规方面的强制审查。

1.2 隧道概况及主要技术标准

项目全线共有13座双线隧道，包括1座城市大直径盾构隧道(1 885 m)和12座山岭隧道，全长约16.82 km。隧道以中小隧道为主，最长隧道4.4 km。盾构隧道设计时速200 km，最大线间距4.4 m，采用内径为11.7 m的管片结构；其余隧道最大线间距5.0 m，采用轨面以上内净空100 m2的内轮廓。

1.3 隧道特殊工程地质条件

项目沿线为热带雨林气候，分旱季、雨季，年均降雨量2 400 mm以上，瞬时降雨量高。爪哇岛位于板块交接带，为高烈度地震区，50年超越概率为10%的地震动峰值加速度为0.23g～0.35g，抗震设防烈度为8度。沿线存在地震及地震液化层、火山、滑坡、地面沉降、活动断裂、软土及松软土、膨胀岩土、火山沉积土等，其中火山沉积土层的岩性、胶结程度及强度分布不均，黏性土具有大孔隙比、超高含水量、高液限指数、高压缩性特点，物理力学指标特殊，在我国罕见。隧道区址为剥蚀残丘缓坡，隧道穿越第四系火山堆积、残积土层，软塑—半胶结—胶结状，地层软弱，黏性土和火山灰沉积泥岩具有膨胀性，全线隧道Ⅴ、Ⅵ级围岩占比近80%，隧道长距离位于黏土及粉质黏土地层。某典型第四系火山堆积地层隧道的纵断面如图1所示，该隧道的力学指标见表1。

隧道洞口一般均处于浅层火山灰软土层。万隆地区的主要物理力学指标(见表2和表3)显示，火山灰软土层含水率、孔隙比、液限和压缩性指标普遍高于国内一般软土。仅从液性指数判断，该地区软土大部分应为流塑状，但钻探揭示除表层外，土体岩芯基本呈软塑—硬塑状；压缩试验和标贯击数表明，该地区软土具有一定强度，矿物分析表明为火山灰成结构性软土[4]；本地调研的工程实践表明，土体遇水及在被扰动破坏结构性后，工程性质明显变差，极易引起溜塌松散变形。

图1 某典型第四系火山堆积地层隧道纵断面

表1 典型隧道第四系火山堆积土层力学指标表

表2 常规物理指标

表3 力学性质指标

2 印尼铁路隧道设计标准及分析

2.1 印尼既有铁路及隧道相关设计标准

印尼既有铁路路网为窄轨铁路，大部分修建于100年前，运营归属国有铁路公司，铁路客货运占用市场份额分别为7.3%和0.67%，公路是主要的运输方式[7]。印尼铁路技术标准体系相对基础和简要，并非像中国一样分为设计、施工、检验、运营等门类复杂的标准体系，专业的铁路规范主要为《铁路技术规范》[8]，内容以列车轴重、建筑限界、线路、轨道、路基等技术参数规定为主，桥梁重点规定了基本的荷载模式等；对于隧道结构，则是较为笼统地列举了隧道的分类和结构组成，以及一些需要考虑的荷载和影响因素，对于如何考虑并没有明确。

爪哇岛近百年未修建铁路隧道，因此并未发现针对铁路隧道的专业性规范。《隧道开挖和加固方法》[9]虽然对开挖支护与岩土状态的理论和关系进行了分类分析和数值计算并进行了推荐，但侧重于矿山巷道方面。随着雅加达地铁的修建，近年来出版的《岩土工程设计要求》[10](简称《岩土规范》)中包含了关于隧道的章节，对山岭隧道、盾构隧道的基本勘察设计要求进行了定性和概要性地罗列，包括调查与设计程序、需要考虑的荷载、隧道挖掘与支护加固和防排水需要考虑的基本要素和相应判别标准；对隧道地面建筑变形保护及地面沉降标准提出了基本的要求；对于隧道围岩级别的判定，提出了可以使用Terzaghi分类、RQD、RMR、Q系统或其他分类标准进行分类的要求。对于交通土建工程结构抗震设计方面，《桥梁地震荷载设计标准》[11]是唯一对交通类结构物抗震设计进行详细规定的专业规范，采用的抗震理念和方法基本与美国标准一致，并未发现隧道抗震设计内容。

2.2 印尼隧道设计标准的分析

通过涉及隧道岩土工程标准的参考文献可以看出，印尼隧道标准参考欧美、日本、澳大利亚、新加坡等隧道或矿山巷道标准，各取所长，体现了印尼技术标准兼容并包的风格。印尼的工程技术标准并没有针对不同的土建结构专业制定专门的规范，而是将各种土建结构问题概化为地质岩土和结构2个主要门类。

在结构设计计算方面，规范规定相对概化和定性化，不规定具体的设计计算细节，但对需要验算的项目和需要考虑的因素提出了明确的要求，设计参数更偏重于理论计算和详实的数据支撑，对设计承包商的理论和计算水平有较高的要求。

在隧道围岩分级理论方面，《岩土规范》虽然提到了RQD/RMR等欧美分级方法，但并未强制规定，只是要求必须对围岩进行细化分类；在隧道防灾通风等方面，未见明确规定；在支护参数方面，对照印尼隧道标准及矿山巷道支护参数与中国铁路隧道同等当量时的设计基本参数，中国隧道结构设计基本参数均不低于印尼隧道设计参数。基于以上分析，确定在隧道设计基本理念上，应以中国铁路隧道技术体系为基础，充分吸取欧美、日本等的设计理论和方法，充分考虑印尼自然政治和地质特性，制定适宜的设计技术标准和工程对策。

3 雅万高铁隧道设计技术标准选择适应性分析

3.1 隧道结构计算原则适应性

中国铁路隧道在多年的实践中，形成了以围岩分级体系为基础和以荷载-结构理论模式为推荐方法的设计理论体系，随着《铁路隧道设计规范》[12](简称《隧规》)的不断修订，隧道支护衬砌的标准设计不断完善，相继制定出了不同时速断面标准、不同地质的复合式衬砌参考图，基本满足了中国铁路隧道设计的需要。对于雅万高铁火山堆积地层岩土隧道，由于岩土性质的特殊性及国际工程的特殊要求，支护衬砌的选取和岩土荷载计算理论的适应性研究必不可少。

3.1.1 基本的计算原则

按照《隧规》，强度验算可采用容许应力法或破损阶段法，裂缝验算须按照极限状态法进行。考虑到极限状态设计法是国际上较为通用和认可的计算方法，同时《铁路隧道设计规范(极限状态法)》[13]也在我国发布，故项目采用极限状态法进行验算，采用分项系数进行荷载组合。按照火山堆积岩土性质，将支护结构分为岩质和土质2个大类。考虑到项目整体埋深较浅(90 m以内)，地应力等构造应力较小，围岩压力计算上，针对岩质围岩，对于深埋采用以《隧规》塌方统计为理论基础的深埋荷载计算方法；对于浅埋，采用以《隧规》剪切滑移破坏为理论基础的浅埋荷载计算方法。同时，限量排水型半包防水隧道，按照《隧规》不考虑外水压力；全包防水及盾构隧道，按照水土合算、分算理论计算。在二次衬砌荷载分配上，火山堆积岩以泥岩、页岩和砂质泥岩等软质岩为主，按照二次衬砌能够承担70%围岩荷载进行考虑；浅埋及断层破碎带等地段需要考虑抗震时，按照二次衬砌承担100%地震荷载考虑；对于有下穿要求的地面荷载，按30 kPa取值。

3.1.2 土质隧道计算

国内铁路土质隧道大部分以浅埋为主，以松弛土压力理论来计算围岩荷载。对于松弛土压力理论，根据不同情况又分为《隧规》浅埋隧道计算公式、太沙基理论和黄土隧道计算公式，优缺点比较见表4。基于各种计算方法的优缺点，考虑到隧址火山堆积土层具有一定骨架强度和半胶结的特性，结合抗震工况进行综合试算比较。对于浅埋隧道，黄土隧道计算公式更加保守，但是综合考虑抗震工况后，由于《隧规》浅埋荷载计算方法得到的侧压力比其他2种方法大，与反应位移法的地震位移效应和荷载效应组合后，《隧规》方法略趋于安全。由于缺乏项目所在地区浅埋土质隧道土压力的实测数据，确定土质浅埋隧道荷载计算方法采用《隧规》推荐方法。

对于土质深埋铁路隧道垂直土压力，国内计算方法有《隧规》的塌方统计理论公式法及黄土隧道深埋弹塑性区半径公式法。由于黄土隧道深埋弹塑性区压力计算公式主要取决于土质的黏聚力和内摩擦角，理论基础与太沙基理论基本类似，都适用于有一定黏聚力和成拱效应的黏性土。考虑到本项目火山堆积深层土大部分具有一定骨架结构和弱胶结作用，理论上黄土隧道深埋土压力公式对本项目适应性更强。输入本项目半胶结粉质黏土土层指标(见表1)，分别采用《隧规》深埋公式和黄土隧道深埋公式在同等条件下计算，得出垂直土压力分别为262 kN/m和121 kN/m，差距比较明显，基本为2倍关系，说明计算方法的选取对结构设计影响较为明显。结合先期对该地区深挖路堑岩土体的调查，发现虽然火山灰深层土体具有一定结构性和胶结性，但均一性较差，大部分为多种岩土性质夹杂，角砾块、砂层、碎石土层、饱水粉土层等呈无规律的侵入互层较为明显，层间结合较差，成为潜在滑面。鉴于此，如果按照理想的均一模型不加比较，直接采用弹塑性形变压力的黄土隧道土压力计算公式，设计结果很可能存在安全隐患。鉴于不均匀深埋土层更具有塌方统计理论的特性，确定本项目深埋土质隧道以采用《隧规》深埋土压力计算公式为主进行设计，采用黄土隧道土压力计算公式和太沙基土压力计算公式作为校核。

表4 土质隧道计算方法比较

注：ha为深埋隧道垂直荷载计算高度；D为隧道跨度；N为标贯击数。

3.1.3 深浅埋标准问题

《隧规》里按照围岩分级推荐了深浅埋的标准，大致是按2.5倍塌方高度，该标准来自于我国隧道的统计资料，更多的是针对非特殊岩土隧道，对于本项目的火山成因岩质隧道适用性问题不大。但对于火山成因土质隧道，Ⅴ级大跨隧道覆盖厚度按此标准为37～42 m。考虑到深浅埋也是界定是否抗震验算的重要标准，选取此标准时应慎重。考虑到火山堆积土层与我国的华北、西北黄土同为第四系最新地质时期形成的土状堆积物，同样具有大孔隙、有一定结构性、遇水力学性质急剧变差的特性，黄土大断面隧道的理论体系具有较大的借鉴作用。针对郑西客运专线黄土大断面隧道的特点和难点,原铁道部组织科研设计单位进行了多项相关科研。其中关于深浅埋分界深度问题，通过地表裂缝现场调查分析拟定深浅埋分界范围、基于剪切滑移破坏模式进行理论计算与分析验证、现场试验测试围岩与初期支护间接触压力进行综合分析验证，确定了深浅埋分界标准[14]： 1)埋深小于11.0 m为超浅埋隧道；2)老黄土(Q1、Q2)隧道分界为40～50 m；新黄土(Q3、Q4)隧道分界为55～60 m。

本项目火山灰堆积土层与我国黄土具有风成沉积相似性，均存在大孔隙、具有土体颗粒骨架结构、饱和度高、深层较老土层具有一定胶结性、遇水及扰动后性质明显变差等相似特点。我国黄土隧道围岩的主要物理力学指标见表5，对比火山土指标(见表1—3)可以看出，火山土物理性能指标较黄土差，抗剪力学指标较黄土略优，大孔隙比和高液性指数、高含水量反映了亲水性能明显强于黄土，不具有湿陷性，但灵敏度和触变性又较高，这与火山灰的矿物成分和火山灰热成沉积土特有的土体骨架结构有关。从当地既有公路路堑边坡开裂滑移病害调研的结论可知，总体而言，该土层服从土体抗剪强度理论，采用坡体滑移理论计算分析基本能够与实际吻合。综上所述，项目设计阶段，在缺乏相关隧道工程实践的情况下，采用土质隧道剪切滑移破坏模式理论，参照我国黄土隧道理论计算的方式来确定深浅埋标准是可行的。基于文献[14]，隧道开挖滑动体破坏计算图式如图2所示，深浅埋分界点

(1)

式中：B为隧道跨度，取15 m；β为楔形土体破裂角；θ为顶部土柱两侧摩擦角，经验值，Ⅴ级为(0.5～0.7)φc，Ⅵ级为(0.3～0.5)φc；φc为围岩计算内摩擦角；h=ha+d，d为隧道高度，取13 m，ha可由迭代计算得出。

表5 黄土隧道围岩物理力学指标表

注： 表中数值范围可根据含水率大小选取，一般含水率高时密度取较大值,力学参数取较小值。

图2 浅埋隧道滑动体计算图式

根据谢家烋理论，β计算式如下：

(2)

为了便于计算，计算内摩擦角φc(即等效内摩擦角)常用式(3)进行粗略换算：

φc=arctan(tanφ+C/γh)。

(3)

式中：C为洞顶土柱分层取土试验黏聚力的加权平均值；φ为围岩内摩擦角；γ为围岩重度；h为埋深。

按照以上理论计算公式，输入本项目典型岩土参数(见表1)试算，计算结果见表6。由表可知，除了软黏土临界深度过大以外，其他土层与文献[14-15]结论基本一致；同时也可以看出，火山堆积土层计算临界深度大于《隧规》的临界深度。考虑到本项目热带雨季持续降雨对土体力学性能不利影响较大，《隧规》临界深度偏不安全，结合表6计算结论，将火山灰全土层Ⅴ级围岩的深浅埋界线确定为60 m；当隧道位于Ⅵ软塑围岩时，按计算厚度确定深浅埋。

表6 火山堆积土层临界深度计算列表

3.2 岩土膨胀性问题

根据地质勘察结果，本项目湖积、火山堆积等形成的凝灰质黏土及泥岩具有弱—中膨胀性，自由膨胀率为40%～80%，膨胀力试验值为28～80 kPa。由于试验受样品扰动、取样位置、取样数量等因素影响，隧道围岩膨胀性试验结果具有一定离散性，难以直接作为荷载取用，需要采用理论方法进行一定的校核。由于膨胀围岩隧道为在约束条件下的岩土-结构模型，同时又与地下水渗流、接触时间等因素有关，对于膨胀力的取值，很难通过一个有效的计算方法进行确定。设计阶段可以通过一种相对合理的方式将膨胀力作为附加荷载即膨胀荷载施加在结构之上。有学者结合日本膨胀性岩质隧道工程建设实践，通过隧道净空位移曲线预测公式来估算附加膨胀荷载[16]。初期支护闭合后，将隧道膨胀净空位移曲线用指数函数(见式(4))近似预测，用反分析方法把膨胀附加荷载增量以全开挖释放力的比率表示。

δc=-35.5×[1-exp(-0.07t)]+δe。

(4)

式中：δe为闭合时的净空位移值，mm；t为闭合后经历的天数。

根据该预测，结构附加膨胀荷载的最终极限状态为隧道承受的岩土压力荷载的15%～25%。同等膨胀等级土质的自由膨胀率为岩质的1.2～2倍，考虑一定的安全系数(按1.3考虑)，土质附加膨胀荷载为原始土压力荷载的30%～40%，这与实验室测得的膨胀力基本相当。无试验数据设计时，可依据上述原则进行结构预设计；在有试验数据的情况下，应与试验实测数据进行校核，且以实测数据为基本依据。

3.3 抗震设计问题

3.3.1 国内外抗震计算方法调研

关于铁路隧道抗震计算方法，目前美国尚未制定专门的隧道抗震设计标准；日本是针对地下结构抗震最早提出反应位移法的国家，并陆续在输气管、地铁区间隧道、车站、地下式储槽、公用沟、地下停车场等多个领域进行了推广。在中国，根据《铁路工程抗震设计规范(2009年版)》和《铁路工程设计技术手册(隧道)》，地震系数法是铁路隧道常用的计算方法，能够适应国内大部分大埋深岩质山岭隧道和局部浅埋土质隧道的实际情况，但是在埋深较大的破碎软弱地层中计算精度不足。《城市轨道交通结构抗震设计规范》[17](简称《城轨震规》)针对浅埋城市土质地层地铁，采用了分级设防的抗震技术标准和反应位移法、反应加速度法的计算方法，反映了近年来最新的抗震研究成果能够与国际接轨，目前在城市地铁领域已得到推广应用。

3.3.2 抗震计算方法对比

为了分析计算方法对项目隧道设计的影响，选取某代表性隧道，分别采用地震系数法和反应位移法进行抗震计算，并对其适应性进行对比分析。对埋深10、30、50 m，Ⅴ级泥岩0.2g和0.4g地震加速度峰值情况下E2地震作用(设防地震)的最大结构弯矩进行对比，如图3所示。由图可知，相同条件下地震系数法计算结果比反应位移法计算结果要大，且埋深越大，两者差异越明显；只有在埋深较浅时，2种计算方法所得内力结果相近。这与国内研究反应位移法的文献[18-19]结论基本一致，反映了地震系数法在埋深较大时的弊病。根据相关学者[18]的时程分析和震害调查研究，反应位移法有较好的计算精度，同时在日本各专业协会的隧道设计指南中已经被作为一种常用方法广泛推广使用。考虑到本项目隧道大部分处于埋深10～60 m土层中，属于较大埋深的抗震设防隧道，如果采用地震系数法，会导致计算结果过于保守；同时，考虑到印尼隧道审查的专业协会机构主要也是采用一些日本相关隧道技术标准，因此，中国铁路隧道抗震计算标准不太适用于目标项目的抗震设计。最终确定本项目抗震分析采用《城轨震规》的反应位移法，应用概率极限状态法进行结构设计。抗震技术标准为： 结构安全等级一级，抗震等级二级，抗震设防类别为重点设防类，在E2地震作用(设防地震)下满足抗震性能Ⅰ的要求；在E3地震作用(罕遇地震)下满足抗震性能Ⅱ的要求；假设结构处于弹性工作状态，对结构进行设防地震下的内力和变形分析。隧道抗震计算荷载如图4所示。

图3 2种计算方法最大弯矩对比

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

图4 隧道反应位移法计算图示

3.3.3 设防区段确定

考虑到本项目隧道整体埋深较浅(埋深均未超过100 m)，土质隧道段落长，确定抗震设防区段原则如下： 对于土质隧道(以覆土60 m作为深浅埋界限)，均进行抗震验算；对于岩质隧道，按深浅埋区分，Ⅳ级围岩覆盖40 m以下、Ⅴ级覆盖50 m以下进行抗震验算；深埋段对于断层破碎带影响带内的Ⅳ、Ⅴ级围岩进行抗震验算；其余段落不考虑抗震验算，仅考虑构造性配筋加强等措施，即使围岩较好，也全部采用钢筋混凝土，全线隧道无素混凝土结构。

3.4 防灾疏散救援土建标准问题

3.4.1 国内外设计理念对比

关于铁路隧道防灾疏散救援的设计，中国充分研究了欧美、日、韩等的设计理念和标准，结合国情和大规模高铁隧道的建设实践，形成了TB 10020—2017《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》[20]。国外对于铁路隧道防灾疏散，基本理念都是对列车热事故(火灾)和冷事故(非火灾)进行人员的疏散和救援，具体到高铁来说，主要为欧洲和日本2种有差异的标准(美国及澳洲等国家没有高铁，相关标准更多地针对普速铁路或者城市轨道交通)。隧道土建标准的主要差异见表7。由表可知，日本、中国与欧美标准的根本差异在于火灾列车的定点停车和任意点停车救援的问题，以及紧急出口的间距问题。在理念上，日本与中国的理念基本一致，即都在设计中考虑了列车在着火状态下仍然能够以残余速度行驶一定时间，停靠至洞外或长隧道的某一定点实施救援，且中国标准较日本标准略高，在紧急出口间距上与韩国高铁隧道相当。

3.4.2 防灾疏散标准选取分析

根据研究，中国动车组4组动车和4组拖车在火灾时丧失1/4动力情况下，在20‰大坡度仍然能够维持100 km/h以上速度，保守速度约为80 km/h。依据瑞士圣哥达隧道着火列车残余运行能力的模拟，保守考虑着火列车可以运行15 min，列车残余运行能力为20 km，且不能到达的概率为0.01%(万分之一)。而欧洲紧急出口间距1 km的标准是基于火灾情况下列车不能驶出隧道而在短隧道内紧急出口附近停靠的情况设定的，属于0.01%的小概率事件。对于小概率事件采取的永久设施设备投入，实质上是花费建设资金预防小概率事件的问题，这与工程的重要程度和国家的财力国力相关，需要结合各国的实际情况因地制宜、合理设置，而不是直接照搬欧洲标准。中国和日本的运营实践证明，定点救援的理念适应绝大部分亚洲国家的实际国情，因此，可以采用中国高铁隧道的防灾疏散救援标准设置隧道土建结构。雅万高铁大部分为1 km上下的隧道，最长隧道4.4 km，按中国高铁标准可不用设置专门的永久紧急出口和火灾救援站系统，仅在隧道双侧各设置1.5 m的疏散通道和疏散标识以及应急照明系统即可，极端情况因为机械故障列车停靠在隧道内，人员可以通过两侧1.5 m的疏散通道疏散至隧道外，动车段的预备内燃机车可以将故障列车拖走。

表7 各国铁路隧道主要防灾疏散标准对比表

3.5 材料本地化问题

3.5.1 材料标准差异问题

对于国外工程，从贸易法律和成本方面考虑，建筑材料应本地化设计。隧道混凝土工程的水泥砂石料由于是建筑通用材料，本地化问题均不大，仅仅是一些配合比等方面的调整问题，本文不展开；防水板、止水带等专用防水材料，目标国无法生产，整体概算占比相对较小，以中国进口形式考虑，可以直接采用中国标准。但是，隧道初期支护钢拱架、超前小导管、锁脚锚管、钢筋等属于大宗钢材建材，目标国生产相关产品，但是由于标准和行业习惯，与中国隧道材料规格标准有较大的出入，必须寻求本地化的解决方案。隧道常用钢材的标准对比见表8，由表可知，目标国隧道工程较少，钢材大多应用于工民建，可直接适用于隧道的并不多，品质略差。

3.5.2 材料本地化替代方案

对于结构用钢筋，因为涉及到结构承载能力抗震性能和耐久性、可靠性等重要因素，以强度为基础，通过开展拉伸、弯曲、接头性能等试验，确定可靠的替代方案。对于钢管，鉴于隧道工程采用钢管管材以完成施工过程中临时超前支护、锚固等目的，以管材尺寸相当为基本准则，选取接近的管材使用即可。对于工字钢，当地型钢冷弯性能差，同型号的截面惯性矩比中国的小，如果按等强度替换本地型钢，只能采用更大尺寸型号或加密型钢间距，这就带来初期支护喷混凝土厚度随之变大，或者拱架过密死角增多导致喷混凝土密实度变差，带来投资和质量上的新问题。根据支护分类，将钢架问题分为2类处理，考虑到软弱土质围岩控制松动快挖快支对钢架早期刚度要求高的特性，用量较大的Ⅰ25型钢(5 000 t以上)采用当地钢厂引进中国轧钢生产线定制生产，以量大优势来摊销生产线成本；其余Ⅰ22及以下的型钢用于围岩稳定性略优的地层，采用当地钢筋加工格栅钢架代替型钢钢架。格栅钢架代替型钢对于支护结构承载能力的安全性和可靠性，在蒙华铁路隧道建设中已经被证实。考虑到当地数控机床和工业技术操作水平，将工艺要求较高的“8”字结型格栅调整为易于操作控制的“Z”字结格栅，解决了钢架的本地化问题。

表8 隧道用主要钢材标准对比

3.6 隧道修建的环保人文问题

3.6.1 红线用地问题

国内土地基本为国有或集体所有，铁路作为重大工程，征地相对容易；国外大多数国家土地私有，土地价格相对较高，征地问题往往成为控制性问题。隧道工程用地应有尽量节约土地的原则。一般隧道洞口等工程结构占用的部分，用地原则与国内差别不大，不同的是用地红线与结构关系较国内紧凑，以决不多占一分为原则，不惜采取支挡结构措施。对于隧道下穿的洞身地段，应根据项目所在国的土地法律权属，尤其是地下空间的权属，与地主协商协议解决。根据目标国政府部门相关法令，私人对地下土地的权属空间规定为地下30 m，即隧道结构位于地下30 m以下时，可不征用地表土地，否则需要征用地表土地。经过论证协商，暗挖隧道工程土地征用考虑为结构外侧6 m范围条带内均按照铁路用地范围征用。隧道弃渣尽量按照国外相关部门要求统一消纳处理，若需堆弃处理时，可参考国内环水保设计标准实施，但是临时用地的属性应与地主协商一致。

3.6.2 红线外房屋拆迁问题

山岭隧道浅埋下穿房屋，由于沉降、失水、爆破振动等因素，从经济、工期、社会风险等因素比较，拆迁往往是较为适宜的解决办法。国内一般山岭隧道经常采取埋深50 m以内线路两侧各50 m左右的地表房屋只拆迁不征地原则(红线外拆迁)，这与我国集体土地制度相适应。但在私有制国家，房屋与私有土地绑定，只要拆迁就需要征地，使得私有土地的征用面积大为扩大，工程成本显著增大，项目业主方提出了不拆或少拆的要求，把拆迁或还建作为备选的预案。对于监测控制，结合国内城市区隧道地表建筑物分类评估和保护的经验，根据红线外房屋与隧道工程的关系，将其分为Ⅰ类及Ⅱ类建筑： Ⅰ类——隧道结构顶覆土≤40 m，线路两侧各50 m范围内的建筑物，作为敏感建筑物纳入评估和洞内外联测的目标范畴；Ⅱ类——除Ⅰ类以外的建筑物，不纳入洞内外联测目标。根据当地房屋砖混或砌体结构形式，拟定洞内外联测的变形控制初始标准见表9，以作为房屋评估鉴定和制定预警标准的基础。对于下穿房屋段落的施工方法，根据铁建设[2008]14号《改建既有线和增建第二线铁路工程施工技术暂行规定》和中铁二院在重庆地区的设计经验拟定如下： 岩质隧道，掌子面25 m以内有建(构)筑物时，隧道采用非爆方案；距掌子面25～50 m有建(构)筑物时，采用控爆方案；大于50 m范围有建筑物时，采用弱爆破开挖；控制爆破参数执行我国《爆破安全规程》相关规定。软岩及土质隧道，采用机械开挖；软岩采用3台阶临时横撑(仰拱)工法，土质采用CRD工法。下穿控制标准需与项目业主协商一致，并取得相关许可。

表9隧道下穿房屋监测项目及控制值

Table 9 Monitoring objects and control values for undercrossing buildings

监测对象监测项目及控制值初期支护结构拱顶沉降测点S≤20 mm; v≤3 mm/d净空收敛测点S≤10 mm; v≤2 mm/d底板竖向位移测点S≤10 mm; v≤2 mm/d地面沉降测点S≤40 mm; v≤3 mm/d建筑物 竖向位移测点;倾斜测点;裂缝宽度测点 S≤30 mm;v≤3 mm/d,Δ≤0.002l(l为相邻基础的中心距离),d≤0.2 mm

注：S为累计变化量；v为变化速率；Δ为差异沉降；d为裂缝宽度。

4 结论与建议

本文基于印尼雅万高铁的技术特性，通过对当地和中国国内外铁路隧道设计技术标准的分析比较，主要得出以下结论：

1)项目目标国的铁路隧道技术标准较为概化，并未有明显与中国标准相冲突的技术壁垒，可以以中国铁路隧道技术体系为基础，结合项目技术特性合理选择使用。

2)火山堆积岩土的围岩压力计算，对于土质浅埋隧道，《隧规》浅埋隧道计算公式更加适宜；对于土质深埋隧道，以《隧规》深埋隧道计算公式为主，黄土深埋隧道计算公式和太沙基理论公式作为校核；对于火山土Ⅴ级深浅埋的标准，可按60 m进行界定。火山土膨胀力可依据位移发展反分析比率理论测算和结合土工测试校核确定。

3)对于抗震计算标准，采用反应位移法和《城市轨道交通结构抗震设计规范》标准较为适宜。

4)对于隧道防灾疏散救援标准，可采用中国铁路隧道标准。隧道用钢材设计可在试验对比和结合当地工艺技术水平基础上，制定本地化设计材料替代标准。隧道的红线用地和房屋拆迁应着重考虑私有制国家的社会特性，建筑物保护技术标准可采用中国经验。

通过对本项目实际特点和采用技术标准的比较和分析，除抗震设计标准采用了《城市轨道交通结构抗震设计规范》、结构计算采用了极限状态法及钢材建材采用了本地化外，其余标准均可以采用中国铁路隧道技术标准。需要说明的是，本文进行的比选是在设计阶段进行的一些探索，火山土隧道力学的设计理论需要进一步的现场试验和计算研究，一些设计标准随着外部审查的推进，会有局部相关本地化适应性的调整。

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