铁路隧道修建方法及其常见问题

隧道是铁路工程当中重要的技术方向，山区要修隧道，阶梯状台地要修隧道，甚至立交也少不了隧道。今天我们就来聊聊铁路隧道的修建和常见问题，话不多说，上干货吧！

背景知识

“愚公移山”大家都听过：愚公因为出门不方便，自己动手还不够，带着子子孙孙挖山不止，最终感动上苍，派来神仙移走两座山。现实生活中的神仙似乎没见过，但是一座座大山却着实难住了要修路的人们。古有大秦驰道，今有川藏铁路，“少绕路、走直线”一直是人类的心愿。

虽然走直线的理想很丰满，但现实却很骨感。比如湖南境内的雪峰山，湘黔铁路绕了一大圈绕出一个“几”字形还是免不了修一个2.5公里的隧道，而后来的沪昆高速、沪昆高铁、怀邵衡铁路直接以多个5至10公里的隧道，各自合计长达30公里左右的隧道群拉通。

山区常见地形地貌构成

上图是贵州某地卫星照片，可以联想到高中地理课的“等高线地形图”。基本上，山地地表各种褶皱不一而足，在各种卫星图里可以明显看到棱线的走向，有些地方走向近乎平行，蔓延数百、上千公里，构成山脉。地表下方一般有以下几种情况。

①一层薄沙土或者土壤辅以低矮植被覆盖基岩，多见于华南西南。

②基岩以褶皱、断层的形式直接裸露，但是内部断层多存水大，多见于喀斯特溶岩地形深度发育区。

③土壤层够厚，厚达几百上千米，多见于华北。

④沙土层够厚，基岩破碎情况较多，多见于青藏疆。

⑤山体完全是松垮土石，极易变形发生滑坡泥石流等地质灾害，常见于四川盆地与青藏高原结合部。

前两种情况大家一般见的比较多，后几种可能见的比较少。背景知识铺垫完了，下面再来讲讲隧道修筑的方法。

隧道的修筑方法

简单来说，隧道修筑其实就是打洞，两头打穿就是完工。荒郊野外的作业比城市区域作业受到的约束少，故而可以相对更放开手脚做事。常见的施工方法大致有如下几种。

1.明挖回填法：先在山体的鞍部或者突出部挖出一条适合车辆限界的沟槽深堑，再修筑隧道内壁，回填土石复垦复绿或者另做它用，一般也不会太长，有些地方称之为明峒。当然，有时候挖得宽了或者山体原本高度不是那么太够，那就只补强护坡，不用架顶。

京雄城际明挖隧道

2.矿山法：确定两个隧道出口，采用人工或机器凿石埋炸药炸松土石、人工或挖掘机清理土石、手推车或重型卡车运输土石等手段，以便直接挖通。这种方法最常用，多见于短隧道。由于人工用量大，容易在隧道坍塌等事故导致大量人身伤亡。西南三省很多建成的铁路旁都有烈士陵园，很多是为了纪念那些牺牲的铁道兵战士。现在机器用的多，因隧道修筑导致大量人身伤亡的事情很少发生了。

3.导坑法：由矿山法演进而来，分竖直导坑、平行导坑、斜井导坑3种。竖直导坑是在隧道顶部挖竖井至隧道面，然后两头开挖以增加掘进面缩短工期，挖出的土石由竖井排出，修筑好以后竖井可作为隧道通风口，方便蒸汽机车排烟。平行导坑则是在隧道口旁开一略小或等大的口，打进四分之一至三分之一处，再打横洞至隧道面，同样两头开挖增加掘进面。斜井导坑可以视为两种办法的折中，即选取山体最薄弱处斜插一条导洞进去，同样增大掘进面数量。三种方法可协同使用，只要最后正洞通畅就行。

竖直导坑其实很早就用于铁路隧道修筑，英国人用这种方法修筑了本土的很多长隧道。詹天佑在美国也学到这一手，修筑了八达岭这个埋深不算大（竖井深不到26米），但是比较长（1091.2米）的隧道。

八达岭隧道

平行导坑其实也是很早就摸索出来的技术，这种技术主要用来修筑长度超过1000米的的隧道。国内第一次规范化平行导坑施工作业，并作为未来常用隧道修筑法的隧道，是川黔线凉风垭隧道（4270米），两个隧道口旁边各修筑了总共约3400米的小洞作为导坑。当然，单线双洞隧道一样可以平行导坑，各种高速公路的隧道就是如此，互为导坑，优化空气流通、土石转运、衬砌浇筑等工序，以便更能缩短工期。有些预留复线的单线铁路也是如此，比如黔桂线定水坝隧道（8504米），导坑就是单线电气化隧道的轮廓，就等哪天广西想通了要搞黔桂复线就可以大干快上，毕竟中间就只有大约3公里没挖了。

凉风垭隧道

实践说明，采用平行导坑作为长隧道的辅助坑道，对出碴、进料、运输及排水，均可减少干扰取得良好效果，在地质不良地段还可超前探明情况，在一定程度上加速了施工进度，改善了劳动条件。凉风垭隧道的建设经验给贵昆、成昆、湘黔等线提供了借鉴。

斜井导坑用得更广，基本上是长隧道就会琢磨斜井法。比如雪峰山那几个隧道，还有关角隧道、新八达岭隧道什么的，实在不行了才平行导坑，而且也不是不能杂糅使用。

4.盾构/TBM（隧道建设机）法：这俩其实是把隧道掘进的流程高度自动化方法。通过一台巨型的机器，把挖掘、土石转运、衬砌浇筑等流程完全自动化，只需要几个人盯着机器随时观察故障代码并着手处理。盾构一般用于城市建成区的隧道，地质结构一般比较简单，使用预制水泥板按顺序铺设在隧道内壁上作为衬砌就行。TBM一般用于野外隧道。

穗莞深城际盾构机

建设常见问题

隧道建设当中，极易遇到断层、空腔、溶岩、地下水甚至地表水等棘手的问题。隧道通过断层时，极易因为断层处地质活动破坏隧道完整性，需要非常小心地对待。空腔、溶洞、地下水这三个问题多半伴生，由于前期未精确得知山体地表下的情况，挖到一些形如漏斗等稀奇古怪形状的空腔，里面存有泥浆土石、含有腐蚀性物质的地下水，甚至瓦斯之类的事情，不是什么新鲜事。这些东西漏出来，施工就进行不下去，不得不得先让这些东西漏完才能继续挖掘。

如果地下水源源不断，就得对地下水做出排水处理，如果地表水为风景区或者农田灌溉水利设施，则更要防止地表水流失。这些涌水地带是以每秒几个立方甚至更高的出水量涌出，处理起来耗时长、见效慢，所以几千米隧道工期都是以年为单位。因为近三十年隧道施工工艺长足进步，才能用更短的时间修筑更长更大的隧道。另外，为了排水，一般隧道会用一头高、一头低或者中间高、两头低的方式，让渗水经修筑的排水沟自然排出。如果不得不采用相反方式，那就要想办法加大隧道内最低处的排水力度，比如抽水机。

川黔线凉风垭4200多米的隧道在1957年开工，至1961年停工时基本完成，历时约4年。黔桂线定水坝8500多米无砟隧道2005年3月初开工，2007年7月末以具备铺轨能力的状态完工，历时约29个月。全长超过17公里的贵南高铁九万大山一号隧道预计工期4年，为双线单洞隧道。

使用常见问题

如果隧道修筑时处理不当，隧道壁或隧道顶就会产生渗漏，也就是工程人俗称的“水帘洞”现象。另外一种情况是隧道路基被流水侵蚀，路基泡得稀烂。

雨水较多地区经常遇到这些情况。例如贵州地区，隧道壁上流出形成带状水痕，或者直接是顶部滴落在轨枕上形成环状水痕，落在轨枕上跟溶岩一样形成溶岩柱。这些尚未危及行车，只能靠工务段职工多加巡查防止事故。例如，黔桂线另一长隧道，银洞坡隧道（8500米）内的排水设施，如下图。

还有一种问题是超长隧道，导致施工时间长。现在国内超过30公里铁路隧道代表是青藏线的关角隧道（复线），也修了7年多。国内考虑地理位置、地质情况、排水通风等问题，一般这种长隧道的工期要控制在7到8年以内，不然工期越长成本越高。

低海拔区暂时还不用修那么长的隧道，一般最长也就十公里左右。隧道太长导致施工不便，同时还有高埋深导致的隧道顶部压力过大问题。另外，长隧道使用风险主要是空气不足，哪怕是低海拔区的长隧道，如果处理不好导致车辆滞留，就很容易产生隧道内低氧致人伤亡的事故。

来源： 铁道知识局