绪论 建筑材料的基本性质

隧道施工技术模块1建筑材料的基本性质0.3公路隧道的特点0.1隧道概述0.2公路隧道的结构组成0.4公路隧道设计的有关规定0.5公路隧道常见的质量问题0.1隧道概述

隧道是一种修建在地下的工程结构物。1970年，国际经济合作与发展组织召开了隧道会议综合了各种因素，对隧道下了定义：以某种用处、在地面下用任何方法按规定的形状和尺寸修筑的断面积大于2m2的硐室。隧道被广泛地应用于交通、矿山、水利及国防等领域，现已成为土木工程的一个重要分支。交通运输类隧道与其他用途的隧道相比，不仅长度长、数量多，而且在施工中遇到的工程地质和水文地质条件也比较复杂，对其平面、纵断面、横断面及形状、尺寸要求都较严格。目前，隧道的勘测、设计和施工体系已日趋成熟。我国隧道的发展历程1.0.1隧道概述截至目前，全国已运营的10km以上（包括10km）的公路山岭隧道有8座（见表0-1）。表0-1全国已运营的10km以上（包括10km）的公路山岭隧道0.1隧道概述我国的水下隧道也得到了长足发展。水下隧道穿江过海，施工方法多样化，有沉管法、盾构法及钻爆法。例如，上海崇明长江隧道采用盾构法修建，南京纬三路长江隧道采用盾构法修建，武汉长江隧道采用盾构法修建，厦门翔安海底隧道采用钻爆法修建，青岛胶州湾海底隧道采用钻爆法修建，港珠澳海底隧道采用沉管法（将矩形或圆形预制混凝土构件分段沉埋至河底或海底而形成隧道的施工方法）修建，这些都是世界级工程。0.1隧道概述隧道的基本分类2.公路隧道是指供汽车和行人通行的隧道，一般分为汽车专用隧道和汽车与行人混用的隧道。山岭隧道是指贯穿山岭或丘陵的隧道，是相对城市隧道和水下隧道而言的，它们表示的修建场所不同。本书所说的隧道一般是指山岭公路隧道，与现行公路隧道的设计、施工规范一致。0.1隧道概述1）交通隧道的分类（1）公路隧道。（2）铁路隧道。（3）水底隧道。（4）地下铁道。（5）航运隧道。（6）人行地道。0.1隧道概述2）隧道按长度的分类

《公路隧道设计规范》（TGD70—2004）将公路隧道按其长度分为四类，如表0-2所示。表0-2公路隧道按长度分类0.1隧道概述3）隧道的其他分类（1）国际隧道协会（InternationalTunnellingAssociation,ITA）规定了按隧道横断面面积的大小划分隧道，如表0-4所示。表0-4按隧道横断面面积的大小分类0.1隧道概述

（2）按埋深的深度来分，隧道可以分为浅埋隧道和深埋隧道。（3）按所在的位置来分，隧道可以分为山岭隧道、水底隧道和城市隧道。（4）小净距隧道。小净距隧道是指上下行双洞洞壁净距较小，不能按独立双洞考虑的隧道结构。（5）连拱隧道。连拱隧道指双洞拱部衬砌结构通过中柱相连接的隧道结构。0.2隧道概述主体建筑物1.（1）洞身衬砌。洞身衬砌是帮助围岩获得稳定的人工部分，分为初期支护（初衬）和二次支护（二次衬砌或二衬）。隧道在开挖后，除围岩完全能够自稳而无须支护外，在围岩稳定能力不足时必须加以支护才能使其进入稳定状态，并将其作为永久承载结构的一部分，此项工作称为初期支护。

（2）洞门。洞门是为保持洞口上方及两侧路堑边坡的稳定，在隧道洞口修筑的墙式构造物，是明暗交界处的结构部分。洞门结构主要起稳定洞口边坡、仰坡，防止洞口塌方落石，美化洞口的作用。0.2隧道概述0.2隧道概述附属建筑物2.公路隧道的附属建筑物包括通风建筑物、避难救援通道、防排水设备、照明设施和电力及通信信号的安放设备等。隧道的附属建筑物是为了养护、维修工作的需要及通风、供电、消防、通信等方面的要求而修建的。隧道内设置何种附属建筑物，应根据具体情况而定。

两车道公路隧道的断面面积可达80～96m2，三车道公路隧道的断面面积远超过100m2。公路隧道的围岩受扰动范围较大，开挖空间暴露的围岩结构面较多，不利地质现象揭露更充分，围岩内的拉伸区与塑性区范围加大，导致施工难度增大。0.3公路隧道的特点断面大1.形状扁平2.在确定隧道断面和开挖轮廓线时，为了尽可能降低拱顶高度，公路隧道的断面常为扁平状的马蹄形或曲墙拱形断面。扁平状断面容易导致在拱顶围岩内出现拉伸区，在断面面积相同的条件下，公路隧道施工较一般铁路隧道、水工隧洞和矿山巷道难度要大。0.3公路隧道的特点围岩条件的不确定性3.0.3公路隧道的特点公路隧道所面对的围岩岩性多种多样，不同岩性的围岩具有不同的物理力学特性，不同地区大地构造运动及风化侵蚀作用不同，人类活动如矿山采空区等，更加剧了围岩条件的复杂程度。公路隧道作为线状构造物，不可避免地要遇到并穿越各种复杂围岩条件。在公路隧道设计前期的勘察阶段只能通过有限的钻孔、地表物探、踏勘等工作，推断隧道围岩状况，但这些工作并不能完全准确地反映实际的围岩条件，而只有在隧道开挖后才能揭露出真实的围岩情况。而对于围岩稳定性，需根据揭露的地质条件，结合事前的计算分析、施工过程中的监控量测结果和工程经验来判断，针对不同的围岩条件，应采取不同的工程措施，须做出相应的调整，这将给工程设计和施工带来很大的困难。0.3公路隧道的特点隧道衬砌结构的受力不确定4.隧道衬砌结构受力通常是根据经验公式进行计算的，围岩物理力学参数根据现场取样试验和经验取值。然而，由于隧道施工是在有原始应力场的介质内构筑结构，隧道开挖后将形成一定的临空面，围岩力学参数随着受力条件的改变而有所变化；同时，由于临空面的形成，围岩会产生变形，并随时间和支护条件变化。所以，隧道衬砌结构的受力除与地质条件有直接关系外，也与隧道的开挖方式、支护时间、支护刚度有很大关系。

隧道内照明亮度不足、空气污浊、粉尘浓度高、噪声大、一些施工部位排水不良等，这些施工环境条件会对隧道施工作业的效率、施工质量、质量检查与施工安全造成不良影响。0.3公路隧道的特点施工环境差5.0.3公路隧道的特点隐蔽工程多6.除二次衬砌外，超前支护，喷锚网支护，刚架支护，防水层及纵向、环向排水盲沟，路面下排水暗沟，仰拱填充，预留预埋设施等都属于隐蔽工程。需要在施工过程中对这些隐蔽工程进行严格的质量检查和验收，以保证隧道的整体质量。

隧道内一般实行24h循环施工作业，施工监理人员、施工技术人员、管理人员及施工监控量测人员、超前地质预报人员等应配合隧道内的作业循环开展工作，配置要求高，管理难度大。0.3公路隧道的特点24h不间断施工7.0.3残公清路隧道悲的特点防水要求奴高8.在高等级公路上，车辆行驶速度较快，如果隧道出现渗漏或路面溢水，则会造成路面湿滑，不利于安全行车，特别是在严寒地区，冬季隧道内的渗漏水会在隧道上部吊挂冰柱，或在路面形成冰湖，常常会诱发交通事故。此外，长期或大量的渗漏水，还会对隧道内的机电设备、动力及通信线路构成威胁。因此，公路隧道应有较高的防水要求。0.3踏公路隧箩道的特点机动车餐辆通过宜隧道时攀，会不填断地向芽隧道内眨排放废欠气。一魔般来说闻，由于盗受自然届风和交霜通活塞抗风的作朵用，短最隧道内佩有害气遗体的浓肆度积聚塔不会太声高，不则会对驾筛乘人员塑的身体订健康和两行车安月全构成惰威胁。以但是对返于长隧负道和特环长隧道捷就不同宁了，自算然风和缴交通活狱塞风对高隧道内拳空气的猫置换作熊用相对拖较小，义如不采张取措施柴，隧道桨内有害捎气体的条浓度就塔会逐渐志升高，描当达到懂一定浓割度时，磁驾乘人走员会感榴到不适伐，隧道庭内能见漆度降低倚。因此亦，必须皱根据隧糟道的具减体条件非，采用刷适当的盖通风方错式，将灾新鲜空汤气随风灿流一起望送入隧竹道，稀老释有害番气体，滩使其浓成度降至急安全指改标以内建。需要运蹦营通风9.0.3羊公哀路隧道禁的特点高速行驶的车辆在白天接近并穿过隧道时，其行车环境要经历一个“亮—暗—亮”的变化过程，驾驶员的视觉在此过程中也会发生微妙的变化以适应环境变化。为了减小驾驶员通过隧道时的生理和心理压力，消除车辆进洞时的黑框或黑洞效应及出洞时的眩光现象，从有利于安全行车的角度考虑，公路隧道一般都需设照明设施。需要运清营照明10.

公路隧道的纵坡形式一般宜采用单向坡；地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡。隧道纵坡不应小于03%，一般情况下不应大于3%；受地形限制时，高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大，但不宜大于4%；短于100m的隧道，其纵坡可与该公路隧道外的纵坡相同。0.4验公舞路隧道翁设计的欠有关规尤定高速公路、一级公路的隧道的长度大于100m时，应设置照明设施；二级公路、三级公路、四级公路的隧道，其照明设施可根据具体情况设置。特长隧道和高速公路、一级公路的长隧道必须配置报警设施、消防设施、救助设施等；二级公路、三级公路的长隧道可根据需要设置报警设施、消防设施和救助设施等。0.4堂公脉路隧道喷设计的魔有关规续定0.5愚公亿路隧道穗常见的南质量问来题与其他地呢下工程一验样，公路蓝隧道在施族工期间和鄙建成后一让直受地下拿水的影响玩。施工期侦间，地下犁水会给施忆工造成困怠难，影响暖工程质量计；隧道建翻成后，隧悠道结构处激于地下水扑的包围之旅中，当地拌下水量较茅大，防水龄工程构造班处理不当溉、质量欠观佳时，地觉下水便会芳通过一定崖的渠道渗珍入或流入瓶隧道内部含，使衬砌绑结构受到灾侵蚀，路猾面湿滑、欧结冰，设肤备锈蚀，么电路短路亭，影响美爱观等，对嚼行车安全达及衬砌结灯构的稳定组构成威胁能。特别是糖对于一些拉岩溶区隧火道，在极鹅端天气下霸由于其瞬悠时排水能命力不足，浩可能导致别衬砌背后俯水压增高德，引发渗缸漏水或导召致衬砌爆开裂。隧道渗漏1.0.5堡公路隧响道常见的抹质量问题隧道渗浸漏2.作用在细隧道衬可砌结构北上的压厚力与隧器道围岩驳的性质耗、地应雄力（存割在于地败壳中的曲未受工锣程扰动柄的天然孕应力，驻也称为骨岩体初肾始应力尘、绝对今应力或沉原岩应鼠力，广伙义上也梢指地球鉴体内的蔬应力）菠的大小侮及施工伴方法等帅因素有虎关。由请于受技本术和资余金条件泪的限制榜，一些其不利因途素在设散计前是术很难准促确确定炭的，所见以在隧咱道衬砌叼结构设狡计中常夺带有一菌定的盲扬目性，僻导致结锐构强度发不足或能与围岩她压力不款协调，泻而成衬含砌结构货开裂、级破坏。贸然而，弃工程上剩出现的局衬砌开铲裂更多拜的则是聋由于初卡期支护笑不到位氏、工艺阳不合理头，衬砌墓厚度不哲足，混左凝土强说度不够赌，拆模骗时间不描当等原牺因造成呢的。衬答砌裂缝士对结构侧的稳定即及建成含后隧道辰的安全螺运营构零成了潜信在的威嚼胁。因烛此，加醋强施工居管理、役提高隧确道初期接支护和并衬砌混势凝土质蹦量已迫贫在眉睫春。0.5步公然路隧道凝常见的粮质量问淡题限界受侵3.建筑限界是保证车辆安全通过隧道的必要断面。在公路隧道施工过程中，有时会遇到松软地层。当地压较大时，围岩的变形量也会很大，如果施工方法不当或支护形式欠妥、支护不及时，就容易导致塌方。另一种施工中的常见现象是在浇筑过程中衬砌混凝土模板强度、刚度不足，出现走模，从而导致限界受侵。为了保证施工安全和避免塌方，严禁在施工过程中仓促衬砌而忽视断面界限，使建筑限界受侵。0.5羊公尚路隧道番常见的煎质量问绸题支护结娱构同围按岩的紧联密接触壶是地下经结构区荣别于地遭面结构知的主要蛮特征。旧所谓新哈奥法的州出发点揉，正是绿支护结赵构同围贩岩的共随同作用搏。但是份，在施辽工中由敢于超欠顶挖的存田在，有负的承包汁人为了烛经济省隆事，通静过钢筋混网在作夫为初期化支护的厘喷射混被凝土层灰背后填葵充石块倒或其他及异物，夏以取代诱喷混凝堂土充填引空间，吓造成围宗岩与初坟期支护误之间不屯密实，鼠甚至存娘在大的坟空区（石洞）。捐在二次管衬砌施条工过程鞠中，由拣于泵送旺混凝土购压力不唤足、流映动性不椒好、重菠力作用亿、抽拔倍泵送管链过早过水快等原乡丰因，拱度顶混凝疲土往往激难以饱番满，造尚成二次会衬砌背忍后形成柱较大空火区（洞租），衬谨砌结构禁受力条航件变差厉