1B414000隧道工程概论

隧道工程程1.1隧道的定定义通常指用用作地下下通道的的工程建建筑物。。1970年，OECD(世界经济济合作与与发展组组织)隧道会议议从技术术方面给给隧道定定义：以以任何方方式修建建，最终终使用于于地表以以下的条条形建筑筑物，其其内部空空洞净空空断面在在2m2以上者均为为隧道。1.2隧道工程的的发展概况况原始时代即即人类类的出现到到纪元前3000年的新石器器时代，是是人类利用用隧道来防防御自然威威胁的穴居居时代。隧隧道是用兽兽骨等工具具开挖，修修筑在可以以自身稳定定而无需支支撑的地层层中。远古时代从从纪元元前3000年到5世纪，是为为生活和军军事防御目目的而利用用隧道的时时代。这个个时代隧道道的开发技技术形成了了现代隧道道开发技术术的基础。。例如，古古埃及金字字塔的建设设就开始修修建了地下下建筑。纪纪元前2200年间的古代代巴比伦王王朝为连结结宫殿和神神殿而修建建了约1km长的隧道，，断面为3.6×4.5m，施工期间间将幼发拉拉底河水流流改道，采采用明挖法法建造，该该隧道是一一种砖砌建建筑。·中世纪时代代约从从5世纪到14世纪的1000年左右。这这个时期正正是欧洲文文明的低潮潮期，建设设技术发展展缓慢，隧隧道技术没没有值得一一提的进步步。但由于于对地下矿矿产资源铜铜、铁等的的需求，开开始了矿石石开采。·近代和现代代即从从16世纪以后的的产业革命命开始。这这个时期由由于炸药的的发明和应应用，加速速了隧道技技术的发展展。如有益益矿物的开开采，灌溉溉、运河、、公路和铁铁路隧道的的修建以及及随着城市市的发展修修建地下铁铁道、上下下水道等，，使得隧道道的技术得得到极大的的发展，其其应用范围围迅速扩大大。1.3隧道技术的的发展与成成就据现有资料料记载，我我国最早的的交通隧道道是位于今今陕西汉中中县的‘石石门’隧道道，建于公公元66年，是供马马车和行人人通行的。。世界上最早早的隧道是是公元前2200年，巴比伦伦国王为连连结宫殿而而修建的隧隧道。测量技术的的出现，推推动了隧道道技术的进进步。人们们利用棚架架支撑岩层层和卷扬提提升土石，，从两端洞洞口开挖隧隧道，数量量较多的各各种用途的的隧道和水水工隧道开开始增多。。14世纪纪发发明明了了火火药药，，推推动动了了隧隧道道技技术术发发展展。。1679年用用于于法法国国拉拉恩恩开开得得克克运运河河隧隧道道开开挖挖，，获获得得极极大大成成功功，，隧隧道道挖挖掘掘技技术术得得到到飞飞速速的的发发展展。。19世纪纪的的产产业业革革命命，，隧隧道道开开挖挖出出现现了了各各种种新新方方法法，，迎迎来来了了近近代代隧隧道道开开挖挖技技术术的的新新曙曙光光。。1818年布鲁内尔（（Brune1）发明了盾构构，意大利物物理学家欧拉拉顿（Erardon）提出以压压缩空气平平衡软弱地地层涌水压压力。防止止地层坍塌塌的方法后后，英国的的科克伦（（Co-Chrane）利用这个个原理发明明用压缩空空气开挖水水底隧道的的方法。·新中国成立立以来，为为改变国家家的经济布布局，发展展内地和山山区的经济济，先后修修建了数十十条隧道比比重较大的的山区铁路路。使得我我国在铁路路隧道的数数量和施工工技术上都都有了较大大发展，逐逐渐掌握了了隧道建筑筑的近代技技术，从人人力为主体体的施工转转向以机械械开挖为主主体的施工工，技术上上有了质的的飞跃。·1979年开始正式式推广新奥奥法我国公路隧隧道的建设设发展相对对迟缓。近近几年由于于高速公路路建设的加加快，公路路隧道的数数量已开始始成倍的增增长，据不不完全统计计，到1999年底，我我国已建建成的公公路隧道道达1217座，单洞洞总延长长超过406km。。隧道名称称隧道长长度（m）营运条条件大溪溪岭隧道道4100双向、双双车道二二郎山隧隧道4160单向、双双车道华华莹山隧隧道4770单向、双双车道鹧鹧鸪山隧隧道4400单向、双双车道木木鱼槽隧隧道3600双向、双双车道八八达岭隧隧道3455双向、双车道道真武山隧道道（重庆）3100单向、双车道道中梁山隧道道（重庆）3165单向、双车道道牛郎河隧道道3920单向、双车道道猫狸岭隧道道3600单向、双车道道秦岭岭终南山隧道道18100双洞、单向、、双车道目前世界上已已建成公路隧隧道，最长的的瑞士16.918km的圣哥达隧道道，而挪威正正在修建的Aurland—Laerdal公路隧道，长长度达24.5km。世界上长大大公路隧道的的概况列于表表1.2。其中通过阿阿尔卑斯山最最高峰下连接接法国和意大大利的勃朗峰峰(Mt.Blance)隧道，全长11.6km，道路宽7.0m，从顶板到路路面高6m，断面呈马蹄蹄形，衬砌厚厚80cm，法国侧入口口标高为1274m，意大利侧标标高为1381m，最大埋深约约2500m，双车道相向向运行，最高高限速为80公里/小时。1959年开工，1965年开始运营表1.2世界各国已建建成和在建的的长度大于10km的公路隧道隧道名称国家长度（m）勃朗峰（Mt.Blance）法国－意大利11600弗雷儒斯（Frejus）法国－意大利12901圣哥达（St.Gothard）瑞士16918阿尔贝格（Arlberg）奥地利13927格兰萨索（GranSasso）意大利10173关越I（Kan-Etsu）日本10920关越II（Kan-Etsu）日本11010居德旺恩（Gudvanga）挪威11400Folgefonn挪威11100AurlandLaerdal挪威24500坪林（Pinglin）中国台湾12900Hida日本10750秦岭终南山隧道中国181001.4隧道的分类及及其作用1、按用途分（常用分类类方法）(1)交通隧道：提提供运输的孔孔道和通道，，主要有：铁铁路隧道、公公路隧道、水水底隧道、地地下铁道、人人行地道。(2)水工隧道：是是水利工程和和水利发电枢枢纽的一个重重要组成部分分。主要包括括：引水隧道：把把水引入水电电站发电机组组产生动力资资源。尾水隧道：把把发电机组排排出的废水送送出去的隧道道。导流隧道（泄泄洪隧道）：：疏导水流排沙隧道：用用于冲刷水库库中淤积的泥泥沙而修建的的隧道水工隧道(3)市政隧道：是是城市中为安安置各种不同同市政设施的的地下孔道。。主要有：给给水隧道、污污水隧道、管管路隧道、线线路隧道、人人防隧道。(例如：综合管管网、海底设设施隧道等)(4)矿山隧道：其其作用主要是是为采矿服务务的。主要有有：运输巷道道、给水隧道道、通风隧道道。地下电电缆隧隧洞隧洞开开挖图图2、按隧隧道长度分（公公路隧隧道规规范））：(1)特长隧隧道：：L>3000m(2)长隧隧道道：：3000m≥≥L>1000m(3)中长长隧隧道道：：1000m≥≥L>500m(4)短隧隧道道：：L≤≤500m3、按按断断面面面积积分：：(1)特大大断断面面隧隧道道：：断断面面积积在在100m2以上上(2)大断断面面隧隧道道：：断断面面积积在在50~100m2之间间(3)中等等断断面面隧隧道道：：断断面面积积在在20~50m2之间间(4)小断断面面隧隧道道：：断断面面积积20m2以下下4、按按隧隧道道所所处处的的地理理位位置置划分分：：山岭岭隧隧道道水底底隧隧道道城市市隧隧道道隧道道是是交交通通线线上上的的重重要要组组成成部部分分，，是是国国家家重重要要的的基基础础设设施施；；重要性1.5隧道在交交通建设设中有哪哪些作用用？快速畅通通的交通通网是经经济发展展的前提提，低等级公公路已不适应应高速经经济发展展的需要要；必要性隧道使公公路里程程大大缩缩短目前我国国高速公公路相对对较少，，与我国国人口、、经济发发展相比比，太少少。社会会经济发发展，交交通必先先行。紧迫性1.6隧道的力力学特点点

隧道力学研究围岩体的强度、变形和渗流特性以及与此有关的工程问题连续介质力学的知识岩土力学的理论实验规律及工程实践经验隧道工程程的隐蔽性隧道的特特点隧道工程程的施工环境境差隧道的特特点隧道工程程的大量涌水水隧道的特特点隧道结构构构造主体构造造物附属构造造物洞身衬砌砌洞门构造造物洞身衬砌砌的平、、纵、横横断面的的形状由由道路隧隧道的几几何设计计确定衬砌断面面的轴线线形状和和厚度由衬衬砌计算算决定明洞通风照明排水、消消防、通通讯等1.7洞身衬砌砌（1）洞身衬衬砌的类类型（2）支护结结构衬砌结构形形式，主主要根据据地质地地形条件件，考虑虑结构受受力的合合理性、、施工方方法等因因素来确确定。1.7.1衬砌结构构的类型型(1)直墙衬砌砌(2)曲墙式衬衬砌(3)喷锚衬砌砌(4)复合衬砌砌(5)偏压衬砌砌(6)喇叭口衬衬砌(7)圆形断面面衬砌(8)矩形断面面衬砌（1）直墙式式衬砌适用条件件：垂直围岩岩压力为为大、水水平围岩岩压力小小的情况况下；一一般适用用于Ⅱ、Ⅲ级围岩，，有时也也可用于于Ⅳ级围岩.割圆拱：：r1=r2、坦三心心圆拱:r1>r2、尖三心心圆拱:r1<r2（2）曲墙式式衬砌适用条件件：通常用在在Ⅳ级以下的的围岩水水平压力力较大的的情况况下（3）喷混凝凝土衬砌砌、喷锚锚衬砌及及复合式式衬砌(4)偏压衬砌砌当山体地地面坡陡陡于l：2.5，线路外外侧山体体覆盖较较薄，或或于地质质构造造造成的偏偏压，衬衬砌为承承受这种种不对称称围岩压压力而采采用(5)喇叭口隧隧道衬砌砌(6)圆形断面面隧道为了抵御御膨胀性性围岩压压力，山山岭隧道道也可以以采用圆形或近近似圆形形断面;盾构法沉管法施施工的隧隧道。(7)矩形断面面衬砌沉管法、、明挖法法施工时时，广泛泛采用矩矩形断面面衬砌▲初期支护护(一次支护护):木支撑、、型钢支支撑、格格栅支撑撑、锚喷喷支护等等。▲永久支支护(二次支护护、二次次衬砌):整体衬砌砌、复合合式衬砌砌、拼装装衬砌及及锚喷衬衬砌等4种。1.7.2支护结构构初期支护护结构永久支护护结构1.8.1洞门的概概念及其其作用※洞门的概概念：洞门是隧隧道两端端的外露露部分，，也是联联系洞内内衬砌与与洞口外外路堑的的支护结结构。※洞门的主主要作用用①保证证洞口边边坡的安安全和仰仰坡的稳稳定；②汇集集在洞口口附近的的仰、边边坡上的的地表水水，并引引离隧道道，减少少洞口土土石方开开挖量；；③作为为隧道的的标志性性建筑物物，应与与隧道的的规模、、使用特特性以及及周围建建筑物、、地形条条件等要要相协调调。1.8洞门1.8.2洞门的形形式（1）端墙式式洞门（2）翼墙式式洞门（3）环框框式洞洞门（4）台阶阶式洞洞门（5）遮光光棚式式洞门门(1)端墙式式洞门门(2)翼墙式洞门门(3)环框式洞门门－削竹式式洞门(4)台阶式洞门门(5)遮光棚式洞洞门端墙式洞门门柱式洞门台阶洞门翼墙式洞门门柱式路堑明明洞隧道门门翼墙式路堑堑明洞隧道道门半路堑偏压压明洞隧道道门半路堑单压压式明洞隧隧道门削竹式隧道道门图2高速公路削削竹式隧道道门1．仰坡坡脚脚至洞门端端墙顶帽背背的水平距距离，一般般不小于1.5m。2．洞门端墙墙顶宜高出出仰坡坡脚脚不小于0.5m。3．洞门端墙墙与仰坡之之间水沟沟沟底至衬砌砌拱顶外缘缘的高度，，一般不小小于1m。4．一一般般隧隧道道门门端端墙墙、、翼翼墙墙、、挡挡土土墙墙设设计计为为仰仰斜斜式式墙墙身身时时，，墙墙背背坡坡度度不不宜宜缓缓于于1:0.3。1.8.3洞门门的的构构造造要要求求1.8.3洞门门的的构构造造要要求求5.洞门门端端墙墙、、翼翼墙墙和和挡挡土土墙墙截截面面厚厚度度应应满满足足规规范范要要求求。。6．洞洞门门端端墙墙、、翼翼墙墙和和挡挡土土墙墙应应根根据据情情况况设设置置伸伸缩缩缓缓和和沉沉降降缝缝。。7．洞洞门门翼翼墙墙和和挡挡土土墙墙身身应应设设置置泄泄水水孔孔。。洞门门的的构构造造要要求求1.8.4洞门的基础1、洞门端墙、翼翼墙、挡土墙墙基础必须置置于稳固地基基上，基底松碴应应清除干净，，以防止滑动动和不均匀沉沉陷。2、在松软地基基上设置基础础，当地基承承载力不足时时，可结合具具体条件采取换填。扩扩大基础、桩桩基、地基加加固等措施。3．基础埋置深深度(1)洞门端墙、翼翼墙、挡土墙墙基础应埋入入路基面以下下一定深度。。土质地基埋埋置深度不应应小于1米。且应符合基底应应力的要求。(2)洞门端墙嵌入入路堑边坡的的深度根据坡坡度不同取值值30－50厘米。(3)在洞门端墙厚厚度范围内的的洞口衬砌基基础埋置深度度，应与端墙墙基础相同。。(4)为保证洞门稳稳固和施工方方便，衬砌边边墙外侧的洞洞门端墙基础础宽度一般不不小于0.5m．(5)当墙基础砌筑筑在稳定坚硬硬的基岩斜坡坡上时．基础础可切割成台台阶状。4．当洞门挡(翼)墙受滑动控制制时．可采用用倾斜基底或或凸形基底等等防滑措施．．基底倾斜度度，土质地基基一般不大于于0.2:1，稳定岩石地地基不大于0.3：1。5．检检算算倾倾斜斜基基底底稳稳定定时时，，除除检检算算沿沿基基底底的的滑滑动动稳稳定定外外，，尚尚应应检检算算沿沿地地基基上上层层的的水水平平剪剪切切应应力力。。1.8.5洞门门施施工工要要求求1．洞洞门门宜宜尽尽早早修修建建，，并并尽尽可可能能避避免免在在雨雨季季施施工工．．洞洞门门修修筑筑前前应应作作好好洞洞口口及及仰仰坡坡周周围围的的排排水水、、截截水水设设施施，，以以保保护护边边、、仰仰坡坡的的稳稳定定。。2．当当洞洞口口边边、、仰仰坡坡土土石石有有剥剥落落可可能能时时，，坡坡面面应应清清理理并并予予以以防防护护．．3．洞门端端墙厚度度范围内内的结构构，应与与洞口环环节衬砌砌采用同同一材料料整体灌灌筑。4．翼墙和和洞口挡挡土墙应应与端墙墙同时砌砌筑．当当翼墙需需分段修修建时，，其墙身身应留施施工缝，，并应检检算施工工状态稳稳定性。。5.洞门端墙墙,翼墙,挡土墙墙墙身砌出出地面后后,基坑必须须及时回回填夯实实，顶面面作成不不小于4%的排水坡坡。1.8.6洞门的结结构计算算隧道洞门门计算原原理及方方法洞门是支支挡洞口口正面仰仰坡和路路堑边坡坡的结构构物，洞洞门视为为墙背承承受土压压力的挡挡土墙结结构，根根据挡土土墙理论论设计。。端墙式洞洞门可按按计算挡挡土墙的的方法分分别核算算如图所所示A、B、C、D、E、F、G各不同墙墙高截面面的稳定定性和强强度，以以此决定定端墙的的厚度和和尺寸。。翼墙式洞洞门与端端墙式洞洞门一样样，也可可采用分分条方法法取条带带计算。。在计算端端墙时，，应考虑虑翼墙对对端墙的的支撑作作用。洞门墙的的主要检检算规定定墙身截面压应力σ≤容许应力墙身截面偏心距e≤0.3倍截面厚度基底应力σ≤地基容许承载力基底偏心距e岩石地基≤B/4土质地基≤B/6（B——基底厚度）滑动稳定系数Kc≥1.3倾覆稳定系数Ko≥1.51.9明洞1.9.1概述什么是明明洞？采用明挖挖法修筑筑的隧道道结构明洞特点点：地面建筑筑地下建建筑明洞要求求：符合地形形、地质质、经济济、安全全、施工难易易等条件件(1)路堑对称称型适用于洞洞顶地势势平缓,路堑两侧侧地质条条件基本本相同(2)路堑偏压压型适用于两两侧山坡坡高差较较大的路路堑，高高侧边坡坡有坍塌塌，落石石或泥石石流。(3)半路堑偏偏压型适用于半半路堑靠靠山侧边边坡较高高，有坍坍塌、落落石或泥泥石流等等不良地地质现象象，而外外侧地面面较宽敞敞和稳定定。(4)半路堑单单压型适用于靠靠山侧边边坡或原原山坡有有坍塌、、落石等等情况，，外侧地地形陡峻峻无法填填土地段段。1.9.2棚式明洞洞当山坡坍坍方，山山体侧压压力不大大，或因因受地质质、地形形条件的的限制，，难以修修建拱形形明洞时时，可采采用棚式式明洞。。棚式明洞洞顶板为为梁式结结构。棚式明洞洞的类型型主要取取决于外外侧边墙墙的结构构形式。。通常有有墙式、刚刚架式，，柱式和和悬臂式式等棚式明明洞(1)墙式棚棚洞(2)刚架式式栅洞洞外墙结结构为为连续续框架架，对对地基基承载载力要要求较较高(3)柱式棚棚洞外墙为为独立立柱和和纵梁梁方式式，结结构简简单，，预制制吊装装方便便，但但整体体性较较差。。(4)悬臂式式棚洞洞当山坡坡较陡陡，坡坡面有有少量量落石石，且且外侧侧地基基不良良或不不宜设设基础础时，，可采采用悬悬臂式式棚洞洞1.9.3明洞基基础明洞边边墙基基础必必须置置于稳稳固的的地基基上，，施工工应符符合下下列要要求：：（1）偏压压和单单压明明洞外外边墙墙的基基底，，在垂垂直路路线方方向宜宜向内内挖成成0.1:1的斜坡坡，提提高边边墙抗抗滑力力。（2）当地地基松松软时时应采采取增增加承承载力力的措措施。。（3）基础础开挖挖应核核对地地质条条件，，当挖挖至设设计高高程仍仍不符符合设设计要要求时时应上上报有有关方方面处处理。。（4）基础础混凝凝土灌灌注前前必须须排除除坑内内积水水，并并对基基底进进行固固化处处理。。边墙墙基础础应采采用与与边墙墙同级级混凝凝土一一次浇浇筑。。1.9.4明洞填填土明洞回回填施施工应应符合合下列列要求求：1在拆除除外模模后应应立即即做好好防水水层及及纵向向盲沟沟，保保证排排水通通畅。。2墙背回回填应应两侧侧对称称进行行，石石质地地层中中墙背背与岩岩壁空空隙不不大时时，用用与墙墙身同同级混混凝土土回填填。3墙后排排水设设施应应与回回填同同时施施工，，并保保证能能使渗渗水顺顺畅排排出。。4拱圈混混凝土土达到到设计计强度度且由由人工工夯实实回填填至拱拱顶以以上1m以前，，不得得采用用机械械回填填。5拱背回回填应应对称称分层层夯实实，每每层厚厚度不不得大大于0.3m，两侧回填填的土面高高差不得大大于0.5m，回填至拱拱顶齐平后后应分层满满铺填筑。。抗滑明洞支撑锚杆明明洞1.10竖井与斜井井为什么设置置竖井或斜斜井？作用1：增加开挖挖工作面作用2：通风需要要1.10.1竖井1竖井位置的的选择竖井与主坑坑道的衔接接方式3竖井断面内内部空间布布置竖井示意图图竖井的构成成竖井断面形形式矩形竖井圆形竖井斜井设置1.10.2斜井1.11隧道内装、、噪声消减减、路面及及防排水1、内装修2、路面3、噪声消减减4、防排水1.11.1隧道内装修修为确保行车车安全，在在隧道中必必须采取措措施，使墙墙面亮度在在长期的运运营中保持持较好水平平，墙面须须用适当的的材料加以以内装处理理，其作用用如下：①改善隧隧道内环境境，起诱导导作用；②提高墙墙面的反射射率，增强强照明效果果；③吸收噪噪音常用的隧道道内装修材材料①块状状混凝土材材料；②饰面面板、镶板板等质地致致密材料；；③瓷瓷砖镶面面材料；；④油油漆材料料。隧道内装装材料应应具有如如下性质质：①耐火火性，在在高温条条件下仍仍能维持持原状，，不燃烧烧、不分分解有害害成分等等；②耐蚀性性，长期期在油垢垢及有害害气体下下不变质质；③不怕水水，大多多数隧道道都存在在漏水问问题，在在水的浸浸泡下，，在潮湿湿环境中中不变质质、不霉霉烂；④材料来源源广泛，价格格相对便宜；；⑤能吸收噪噪音；⑥颜色淡，，易清洁；⑦具有阻燃燃性。1.11.2隧道路面⑴路面材料主要要有两种：砼和改性沥青；⑵路面材料应具具备如下性能能：①路面材料料应具有抵御御水冲刷和含含有化学物质质的水的浸蚀蚀能力;②应具有较高的的抗侧滑的能能力；③抗裂性、、耐久性；④容易修补补。⑶路面与车道分分隔线等交通标志之之间应保证有有明显的亮度度对比和鲜明明的颜色对比比⑷路基应具有足足够的承载力力，尤其要求在在有丰富地下下水的条件下下也能满足要要求，要求有有良好的排水水设施1.11.3噪声消减※隧道内噪声水水平应保持在在60分贝以下※隧道内采取的的措施：①内装材料料的制作；②墙面材料料的制作；③路面材料料的制作；※利用原理：声波的反射原原理※洞外防排水措措施1.11.4隧道防排水※洞内防排水措措施隧道防排水应应视水文地质质条件因地制制宜地采取“以排为主，，防、排、截截、堵相结合合”的综合治理原原则，达到排排水通畅、防防水可靠、经经济合理、不不留后患的目目的。隧道防排水原原则对地表水、地地下水应采取取妥善的处理理，使洞内外外形成一个完完整的畅通的的防排水系统统。隧道防排水要要求一般公路隧道道应做到：1、拱部不摘水水、边墙不滴滴水。2、路面不冒水水、不积水、、设备箱洞处处不渗水。3、冻害地区隧隧道衬砌背后后不积水，排排水沟不冻结结。汽车专用公路路隧道则应达达到：拱部、墙部及及设备箱洞处处均不渗水(1)、洞外防排水水措施A、地表处理B、洞顶天沟截截水C、明洞顶防排排水D、洞门排水E、洞内外水沟沟衔接(2)、洞内防排水水措施排水措施a、洞内排水沟沟b、衬砌背后盲盲沟c、泄水洞或洞洞外井点降水水d、中心排水沟沟或路侧排水水沟(2)、洞内防排水水措施防水措施a、防水板b、喷膜防水层层c、混凝土自防防水(2)、洞内防排水水措施堵水措施a、喷射混凝土土堵水b、塑料板堵水水c、注浆堵水d、模注混凝土土衬砌堵水无钉铺设塑料料防水板铺设防水板时时锚杆头部的的处理隧道道注注浆浆施工工缝缝防防水水的的构构造造形形式式见见图图4.1.21。高聚聚物物改改性性沥沥青青防防水水卷卷材材的的主主要要物物理理性性能能铺设