北京交通大学隧道认识实习报告

隧道地下认识实习报告-18-姓名:学号:班级:土木1101班隧道方向认识实习报告

姓名:学号:班级:土木1101班隧道方向认识实习报告前言工程实习，是作为未来工程技术人员必不可少、十分重要的环节。而对于才刚踏入土木工程的领域大门的我们来说，工程认知实习显得尤为重要。一方面，它使我们更加深入全面的了解各个土木工程专业方向的基本情况，包括工程项目内容、知识结构体系、技术要求等，为自己的即将面临的专业方向选择具有重要意义，另一方面，通过对工程的实地考察、认知、了解，看清工程领域的行业动态、发展现状及趋势，以便以后自身在工程专业领域取得更快、更好地发展。2013年5月25日，在老师的带领下,我们土木工程专业的学生前往古北口潮河关2号隧道进行隧道方向专业认知实习，通过对隧道的实地考察，了解隧道选线及隧道开挖的基本知识与技术要求，明白地质基础是隧道工程的基础,并且作为一名土木工程师我们要善于观察、发现、分析与总结，才能真正地了解隧道工程，了解土木工程。

目录前言 -1-摘要 -3-第一部分 -4-一、隧道地下工程简介 -4-二、实习目的 -4-三、实习时间 -5-四、实习地点 -5-第二部分专论 -5-一、综述 -5-二、隧道组成 -5-三、勘察设计 -6-四、施工方法 -8-第三部分实习线路 -13-一、潮关河隧道 -13-二、潮河关3号隧道后入口 -14-三、隧道中心 -14-第四部分课外拓展 -15-一、隧道分类 -15-二、隧道发展趋势 -15-第五部分实习总结 -16-隧道认识实习报告摘要本文以我们隧道实习所参观的古北口潮河关2号隧道为例，重点介绍了隧道的选线要求以及隧道的构造组成部分，主要包括洞身、洞门、衬砌、辅助坑道、辅助设施等,及其他相关知识,阐述隧道的开挖方式以及隧道衬砌的基本类型，涉及中国隧道的发展现状,以及目前新型的隧道开挖泥水盾构的相关知识。深化对隧道基本知识的了解,引领我们主动的探索工程隧道知识，为中国未来的隧道行业发展做出自己的贡献。关键词:隧道选线盾构衬砌发展

第一部分一、隧道地下工程简介地下工程，广义上来讲，是指建造在地下（岩体或土体中）的所有建筑物，但是一般把矿井和矿山巷道等地下构筑物排除，单指建造在地下的工业、交通、民用和军事建筑物,它包括地下房屋和地下构筑物,地下铁道,公路隧道、水下隧道、地下共同沟和过街地下通道等；隧道，严格来说，只是地下工程的一大类，但因其在地下工程中占有绝对多的数量和特殊的重要性，往往将其与地下工程并列而称为隧道与地下工程。隧道及地下工程是从事研究和建造各种隧道及地下工程的规划、勘测、设计、施工和养护的一门应用科学和工程技术，是土木工程的一个分支。隧道及地下工程也指在岩体或土层中修建的通道和各种类型的地下建筑物，包括交通运输方面的铁路、道路、运河隧道，以及地下铁道和水底隧道等；工业和民用方面的市政、防空、采矿、储存和生产等用途的地下工程；军用方面的各种国防坑道；水利发电工程方面的地下发电厂房以及其他各种水工隧洞等。二、实习目的 通过参观古北口潮河关2号隧道以及附近废弃隧道，初步了解隧道的选线、初步构造与开挖方法，培养学生对隧道工程的兴趣，同时让同学掌握跟隧道相关知识，为以后的隧道与地下工程专业打下良好基础。以及培养同学自我学习能力。三、实习时间2013年5月25日四、实习地点古北口潮河关2号隧道、及附近废弃隧道第二部分专论一、综述隧道及地下工程一般分为勘测设计和施工两大阶段。①勘测设计。隧道位置的选择一般应服从路线走向。由于隧道工程数量、造价、工期控制等因素，隧道位置在选线方案中是经济技术比较的重要组成部分。对不良地质地段的隧道，特别是长大复杂隧道线及全线或局部线路方案的成立与否，必须精心勘测设计。通过对隧道位置所处的地形、地质、水文等要素的测绘、勘测、测试及综合评定，设计正洞和明洞的长度和结构，决定施工方法，设计辅助坑道、排水系统和附属工程。②施工。按设计图纸实施隧道掘进、衬砌和安装作业的过程。施工方法分明挖法和暗挖法。前者多用于浅埋隧道和地下建筑。对于大多数隧道和地下工程，多用暗挖法施工，并按开挖方法和所用机具分为矿山法、盾构法和地下连续墙法。此外，修筑水底隧道时，可用沉管法；穿越铁路、道路、河流或建筑物时，可用顶管法；修建地下的池槽、厂房、仓库和地下井时，还可使用沉井法。二、隧道组成隧道的结构包括主体建筑物和附属设备两部分。主体建筑物由洞身和洞门组成，附属设备包括避车洞、消防设施、应急通讯和防排水设施、通风和照明设备。主体建筑物洞身洞身是隧道结构的主体部分，是列车通行的通道，其净空应符合国家规定的铁路隧道建筑限界（GB146.2一83的有电化（隧限—2）和非电化（隧限—2））的要求。其长度由两端洞门的位置来决定。洞门位于隧道出入口处，用来保护洞口土体和边坡稳定，排除仰坡流下的水。它由端墙、翼墙及端墙背部的排水系统所组成。附属设备 为工作人员、行人及运料小车避让列车而修建的避人洞和避车洞；为防止和排除隧道漏水或结冰而设置的排水沟和盲沟；为机车排出有害气体的通风设备；电气化铁道的接触网、电缆槽等。三、勘察设计选线根据线路标准、地形、地质等条件选定隧道位置和长度。选线应作多种方案的比较。长隧道要考虑辅助坑道和运营通风的设置。洞口位置的选择要依据地质情况。考虑边坡和仰坡的稳定，避免塌方。选线基本准则一、埋藏较浅时，线路宜向内移，以避免隧道偏压过大。

二、应避开岩堆、滑坡等不良地质以及河岸冲刷、水库坍岸范围。

三、可结合当地的地形、地质情况和工程大小，进行裁弯取直的长隧道方案和沿河绕行方案的比较。

四、地形曲折、地质复杂时，河谷线常出现隧道群。

在决定线路平面位置与高程时，要充分注意到隧道施工期间的弃碴、排水和便道运输之间的相互干扰，并尽量减少对现有的水利、道路等设施的影响。纵断面设计沿隧道中线的纵向坡度要服从线路设计的限制坡度。因隧道内湿度大，轮轨间粘着系数减小，列车空气阻力增大，因此在较长隧道内纵向坡度应加以折减。纵坡形状以单坡和人字坡居多，单坡有利于争取高程，人字坡便于施工排水和出碴。为利于排水，最小纵坡一般为2‰～3‰。横断面设计隧道横断面即衬砌内轮廓，是根据不侵入隧道建筑限界而制定的。中国隧道建筑限界分为蒸汽及内燃机车牵引区段、电力机车牵引区段两种，这两种又各分为单线断面和双线断面。衬砌内轮廓一般由单心圆或三心圆形成的拱部和直边墙或曲边墙所组成。在地质松软地带另加仰拱。单线隧道轨面以上内轮廓面积约为27～32平方米，双线约为58～67平方米。在曲线地段由于外轨超高车辆倾斜等因素，断面须适当加大。电气化铁路隧道因悬挂接触网等应提高内轮廓高度。中、美、苏三国所用轮廓尺寸为：单线隧道高度约为6.6～7.0米、宽度约为4.9～5.6米；双线隧道高度约为7.2～8.0米，宽度约为8.8～10.6米。在双线铁路修建两座单线隧道时,其中线间距离须考虑地层压力分布的影响,石质隧道约为20～25米，土质隧道应适当加宽。辅助坑道设计辅助坑道有斜井、竖井、平行导坑及横洞四种。斜井是在中线附近的山上有利地点开凿的斜向正洞的坑道。斜井倾角一般在18°～27°之间，采用卷扬机提升。斜井断面一般为长方形,面积约为8～14平方米。竖井是由山顶中线附近垂直开挖的坑道，通向正洞。其平面位置可在铁路中线上或在中线的一侧（距中线约20米）。竖井断面多为圆形，内径约为4.5～6.0米。平行导坑是距隧道中线17～25米开挖的平行小坑道，以斜向通道与隧道连接，亦可作将来扩建为第二线的导洞。中国自1957年修建川黔铁路凉风垭铁路隧道采用平行导坑以来,在58座长3公里以上的隧道中约有80%修建了平行导坑。横洞是在傍山隧道靠河谷一侧地形有利之处开辟的小断面坑道。洞门设计洞门设计准则1洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、营运要求，通过经济、技术比较确定。2隧道应遵循“早进洞、晚出洞”的原则，不得大挖大刷，确保边坡及仰坡的稳定。3洞口边坡、仰坡顶面及其周围，应根据情况设置排水沟及截水沟，并和路基排水系统综合考虑布置。4洞门设计应与自然环境相协调。洞门的形式很多，从构造形式、建筑材料以及相对位置等可以划分许多类型。目前，我国公路隧道的洞门形式有:端墙式洞门翼墙式洞门、环框式洞门、台阶式洞门、柱式洞门、削竹式洞门、遮光棚式洞门等四、施工方法隧道开挖方法开挖方法分为明挖法和暗挖法。明挖法多用于浅埋隧道或城市铁路隧道，而山岭铁路隧道多用暗挖法。按开挖断面大小、位置分，有分部开挖法和全断面开挖法。在石质岩层中采用钻爆法最为广泛，采用掘进机直接开挖也逐渐推广。在松软地质中采用盾构法开挖较多。(1)钻爆法在隧道岩面上钻眼，并装填炸药爆破，用全断面开挖或分部开挖等将隧道开挖成型的施工方法。钻爆法开挖作业程序包括测量、钻孔、装药、爆破、通风、出碴、锚杆、立架、挂网、喷锚等工序。①钻孔：要先设计炮孔方案，然后按设计的炮孔位置、方向和深度严格钻孔。单线隧道全断面开挖，采用钻孔台车配备中型凿岩机，钻孔深度约为2.5～4.0米。双线隧道全断面开挖采用大型凿岩台车配备重型凿岩机，钻孔深度可达5.0米。炮孔直径约为4～5厘米。炮孔分为掏槽孔（开辟临空面）、掘进孔（保证进度）和周边孔（控制轮廓）。②装药：在掘进孔、掏槽孔和周边孔内装填炸药。一般装填硝胺炸药，有时也用胶质炸药。装填炸药率约为炮眼长度的60%～80%，周边孔的装药量要少些。为缩短装药时间,可把硝胺炸药制成长的管状药卷,以便填入炮眼；也可利用特制的装药机械把细粒状药粉射入炮孔中。③爆破：19世纪上半期以前用明火起爆。1867年美国胡萨克铁路隧道开始采用电力起爆。此后，电力起爆逐渐推广。在全断面掘进中，为了减低爆破对围岩的震动和破坏，并保证爆破的效果，多采用分时间阶段爆破的电雷管或毫秒雷管起爆。一般拱部采用光面爆破，边墙采用预裂爆破。近期发展的非电引爆的导爆索应用日益广泛。④施工通风：排出或稀释爆破后产生的有害气体和由内燃机产生的氮氧化物及一氧化碳,同时排除烟尘,供给新鲜空气，借以保证隧道施工人员的安全和改善工作环境。通风可分主要系统和局部系统。主要系统可利用管道（直径一般为1～1.5米，也有更大的）或巷道（平行导坑等），配以大型或中型通风机；局部系统多用小型管道及小型通风机。巷道通风多采用吸出式，将污浊空气吸出洞外，新鲜空气由正洞流入。新鲜空气不易达到的工作面，须采用局部通风机补充压入。⑤施工支护：隧道开挖必须及时支护，以减少围岩松动，防止塌方。施工支护分为构件支撑和喷锚支护。构件支撑一般有木料、金属、钢木混合构件等，现在使用钢支撑者逐渐加多。喷锚支护是20世纪50年代发展起来的一种支护方法，其特点是支护及时、稳固可靠，具有一定柔性，与围岩密贴，能给施工场地提供较大活动空间。中国在一些老黄土隧道中应用喷锚支护也获得成功。喷射混凝土工艺分为干喷和湿喷。现多采用干喷法，即将干拌混凝土内掺入一定数量的速凝剂，用压缩空气将混凝土由管内喷出。在喷口加水射到岩石面上，一次可喷3～5厘米厚度。在喷射混凝土中掺入一些钢纤维，或在岩面挂钢丝网可提高喷锚支护的强度。钢锚杆安设在岩层面上的钻孔内,其长度和间距视围岩性质而定,一般长度为2～5米，通常用树胶和水泥浆沿杆体全长锚固。在岩层较好地段仅喷混凝土即可得到足够的支护强度。在围岩坚硬稳定的地段也可不加支撑。在软弱围岩地段喷锚可以联合使用，锚杆应加长，以加强支护力。⑥装碴与运输：在开挖作业中，装碴机可采用多种类型，如后翻式、装载式、扒斗式、蟹爪式和大铲斗内燃装载机等。运输机车有内燃牵引车、电瓶车等，运输车辆有大斗车、槽式列车、梭式矿车及大型自卸汽车等。运输线分有轨和无轨两种。钻爆法开挖采用的方法有全断面开挖法和分部开挖法。①全断面开挖法：一次开挖成型的方法。一般采用带有凿岩机的台车钻孔，用毫秒爆破，喷锚支护。还要有大型装碴运输机械和通风设备。全断面开挖法又演变为半断面法。半断面法是弧形上半部领先，下半部隔一段距离施工。②分部开挖法：先用小断面超前开挖导坑,然后,将导坑扩大到半断面或全断面的开挖方法。这种方法主要优点是可采用轻型机械施工，多开工作面，各工序间拉开一定的安全距离。缺点是工序多,有干扰,用人多。根据导坑在隧道断面的位置分为：上导坑法、中央导坑法、下导坑法以及由上下导坑互相配合的各种方法，另有把全断面纵向分为台阶进行开挖，而各层台阶距离较短的台阶法。（2)盾构法采用盾构作为施工机具的隧道施工方法。盾构是一种圆形钢结构开挖机械，其前端为切口环，中间为支撑环，后端为盾尾。开挖时，切口环首先切入地层并能掩护工人安全地工作;支撑环是承受荷载的主要部分,其中安设多台推进盾构的千斤顶及其他机械；盾尾随着上述两部分前进，保护工人安装铸铁管片或钢筋混凝土管片。盾构法适用于松软地层，施工安全，对地层扰动少，控制围岩周边准确，极少超挖。日本丹那铁路隧道曾采用盾构法施工。(3)掘进机法在整个隧道断面上，用连续掘进的联动机施工的方法。早在19世纪50年代初，美国胡萨克隧道就试用过掘进机，但未成功。直到20世纪50年代以后才逐渐发展起来。掘进机是一种用强力切割地层的圆形钢结构机械，有多种类型。普通型的掘进机的前端是一个金属圆盘，以强大的旋转和推进力驱动旋转，圆盘上装有数十把特制刀具，切割地层，圆盘周边装有若干铲斗将切割的碎石倾入皮带运输机，自后部运出。机身中部有数对可伸缩的支撑机构，当刀具切割地层时，它先外伸撑紧在周围岩壁上，以平衡强大的扭矩和推力。掘进机法的优点是对围岩扰动少,控制断面准确，无超挖,速度快，操作人员少。（4）预裂爆破：进行石方开挖时，在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝，以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓，此种爆破技术为预裂爆破。预裂爆破不仅在垂直、倾斜开挖壁面上得到广泛应用；在规则的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也采用预裂爆破。支护类型锚杆指的是借高压喷射水泥混凝土和打入岩层中的金属锚杆的联合作用（根据地质情况也可分别单独采用）加固岩层，分为临时性支护结构和永久性支护结构。喷混凝土可以作为洞室围岩的初期支护，也可以作为永久性支护。喷锚支护是使锚杆、混凝土喷层和围岩形成共同作用的体系，防止岩体松动、分离。把一定厚度的围岩转变成自承拱，有效地稳定围岩。当岩体比较破碎时，还可以利用丝网拉挡锚杆之间的小岩块，增强混凝土喷层，辅助喷锚支护。钢架当围岩软弱、破碎严重且自稳性差时，隧道开挖后，需要及时提供足够强的支护约束围岩变形。在初期支护内设置钢拱架将增大支护结构早期的刚度，阻止围岩的过度变形并承受部分的松弛荷载。钢架分为型钢和格栅钢架两种钢筋网钢筋网喷射混凝土是在喷射混凝土之前，在岩面上挂设钢筋网，然后再喷射混凝土。目前，我国在各类隧道工程中应用钢筋网喷射混凝土支护的比较多，主要用于软弱破碎围岩，而更多的是与锚杆或者钢拱架构成联合支护。钢筋网通常作环向和纵向布置。环向筋一般为受力筋，由设计确定，直径12mm左右；纵向筋一般为构造筋，直径6~10mm；网格尺寸一般为20cmx20cm,20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx30cm。喷射混凝土喷射混凝土既是一种新型的支护结构，又是一种新的施工工艺。它是使用混凝土喷射机，按一定的混合程序，将掺有速凝剂的细石混凝土，喷射到岩壁表面上，并迅速固结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。喷射混凝土可以作为隧道工程的永久性或临时性支护，也可以与各种形式的锚杆、钢拱架、钢筋网等构成组合式支护结构。它的灵活性也很大，可以根据需要分次追加厚度。多种方式组合支护隧道衬砌整体式混凝土衬砌隧道开挖后，以较大厚度和刚度的整体模筑混凝土作为隧道的结构。整体式衬砌按照工程类比、不同围岩级别采用不同的衬砌厚度。其形式有直墙式和曲墙式两种，而曲墙式又分为有仰拱和无仰拱两种1）直墙式衬砌适用于地质条件比较好，以垂直围岩压力为主而水平围岩压力较小的情况。主要适用于Ⅰ~Ⅲ级围岩，直墙式衬砌由上部拱圈、两侧竖直边墙和下部铺底三部分组合而成2）曲墙式衬砌曲墙式衬砌适用于地质较差，有较大水平围岩压力的情况。主要适用于Ⅳ级及以上的围岩，或Ⅲ级围岩双线隧道；多线隧道也采用曲墙有仰拱的衬砌。曲墙式衬砌由顶部拱圈、侧面曲边墙和仰拱/底板(或铺底)组成。复合式衬砌复合式衬砌是指把衬砌分成两层或两层以上，可以是同一种形式、方法和材料施作的，也可以是不同形式、方法、时间和材料施作的。目前大都采用内外两层衬砌。按内外衬砌的组合情况可分为：初期支护与二次衬砌。根据围岩条件不同，分别采用不同的断面形式和支护、衬砌参数。锚喷式衬砌锚喷式衬砌是指锚喷结构既作为隧道临时支护，又作为隧道永久结构（单层衬砌）的形式。它具有隧道开挖后衬砌及时、施工方便和经济的显著特点。锚喷式衬砌在围岩整体性较好的军事工程、各类用途的使用期较短及重要性较低的隧道中广泛使用。在公路、铁路隧道设计规范中，都有根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用要求可采用锚喷衬砌的规定装配式衬砌装配式衬砌是将衬砌分成若干块构件，这些构件在现场或工厂预制，然后运到坑道内用机械将它们拼装成一环接着一环的衬砌。这种衬砌的特点是：拼装成环后立即受力，便于机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道和水底隧道中采用。在铁路、公路隧道中由于装配式衬砌要求有一定的机械化设备，施工工艺复杂，衬砌的整体性及抗渗性差而未能推广使用。隧道防水措施隧道结构防排水，应遵循“防、堵、截、排，因地制宜，综合治理”的原则，并对地表水和地下水做妥善处理，使洞内外形成一个完整的防排水系统。隧道结构防水应重视初期支护的防水，并辅以注浆防水和防水层加强防水，满足结构设计和使用要求。隧道结构防水应以施工缝、变形缝为重点，采取可靠的防水措施。隧道结构应提高衬砌混凝土的自防水性能，二次衬砌混凝土抗渗等级不得低于P6，设计采用的防水混凝土抗渗等级不得低于P8。第三部分实习线路潮关河隧道潮河关2号隧道在1985年采用矿山法修建，采用单独衬砌，为铁路隧道，通过此隧道包括客运货运列车。由于附近的3号隧道选线问题，出现隧道工程地质问题，导致隧道还未建成，隧道的衬砌就严重遭到破坏。因此在此处修建潮河关2号隧道。潮河关3号隧道后入口观察此观测点，可见隧道顶部有纵向裂缝，严重影响隧道工程的质量，故遭废弃。由于岩层的朝向刚好是顺坡，导致此隧道顶部的左侧压力过大，右侧偏小，此围岩应力分布不均引起偏压，导致隧道顶部出现裂缝。同时由于当时经济的原因，建设一些工程以最经济为最好建设方案，故一般选短隧道方案。此废弃隧道例子：告诉我们隧道选线是隧道工程最基础也最重要的组成部分，隧道选线原则应充分考虑地层岩性的诸多因素，同时因遵守宁里勿外的原则，早进晚出的原则修建隧道。隧道中心北京交通大学隧道中心是国家重点实验室，2001年建成。本实验室主要研究地铁轨道减噪，在实验室有全世界最先进的P式轨道以及设备，同时地铁引起的地面沉降问题。隧道建设过程中，防水一直是最头疼的问题，包括施工前降水与施工后防水保水。第四部分课外拓展一、隧道分类按照隧道所处的地质条件分类：分为土质隧道和石质隧道。按照隧道的长度分类：分为短隧道（铁路隧道规定：L≤500m；公路隧道规定：L≤500m）、中长隧道（铁路隧道规定：500＜L≤3000m；公路隧道规定500＜L＜1000m）、长隧道（铁路隧道规定：3000＜L≤10000m；公路隧道规定1000≤L≤3000m）和特长隧道（铁路隧道规定：L＞10000m；公路隧道规定：L＞3000m）。横断面积的大小划分标准分类：分为极小断面隧道（2～3㎡）、小断面隧道（3～10㎡）、中等断面隧道（10～50㎡）、大断面隧道（50～100㎡）和特大断面隧道（大于100㎡）。按照隧道所在的位置分类：分为山岭隧道、水底隧道和城市隧道。5、按照隧道埋置的深度分类：分为浅埋隧道和深埋隧道。按照隧道的用途分类：分为交通隧道、水工隧道、市政隧道和矿山隧道。隧道发展趋势铁路隧道随着综合国力的增强和施工技术的不断进步，我国单个铁路隧道的长度则有增加的趋势。解放前最长的铁路隧道才3公里，而现在我国在建的最长的关角隧道长度达32．6公里，将于2012年完工。在隧道施工方面，我国已拥有了世界上所有的先进设备，并掌握了其施工操作方法和技术，隧道修建的长度、速度、质量、科研理论均己接近世界先进水平，但管理方面还比较薄弱，表现在计划性不足、管理方式相对落后等。所以，我国虽已是隧道修建的大国，还不能说是这方面的强国。中国经济的高速增长产生了对铁路运输行业不断增长的需求，而铁路运输行业的发展对于铁路隧道行业的发展也产生了极大的促进作用，国内铁路隧道的长度也在不断地高速增长。年份1999200520092020长度(公里)3670430077009000(规划)公路隧道作为现代经济和社会发展重要的基础设施，公路隧道也不断向山区延伸并飞速发展，秦岭终南山公路隧道创造了高速公路隧道建设史上的六项之最：世界第一座最长的双洞高速公路隧道；第一座由我国自行设计、自行施工、自行监理、自行管理，综合技术水平最高的高速公路特长隧道；目前世界口径最大、深度最高的竖井通风工程；拥有全世界高速公路隧道最完备的监控技术；拥有目前世界上高速公路隧道最先进的特殊灯光带：首次创造性提出策略管理理论，并运用首套策略自动生成软件。应该说，经过20年的飞速发展，中国已由世界隧道大国走向隧道强国。虽然近十年来，我国公路隧道建设取得了长足进步，但不