隧道工程绪论课件

隧道工程合肥工业大学道路与桥梁工程系2011年7月第1章隧道工程绪论1.1隧道的定义

通常指用作地下通道的工程建筑物。1970年，OECD(世界经济合作与发展组织)隧道会议从技术方面给隧道定义：以任何方式修建，最终使用于地表以下的条形建筑物，其内部空洞净空断面在2m2以上者均为隧道。什么是隧道？1.2隧道工程的发展概况

原始时代即人类的出现到纪元前3000年的新石器时代，是人类利用隧道来防御自然威胁的穴居时代。隧道是用兽骨等工具开挖，修筑在可以自身稳定而无需支撑的地层中。远古时代从纪元前3000年到5世纪，是为生活和军事防御目的而利用隧道的时代。这个时代隧道的开发技术形成了现代隧道开发技术的基础。例如，古埃及金字塔的建设就开始修建了地下建筑。纪元前2200年间的古代巴比伦王朝为连结宫殿和神殿而修建了约1km长的隧道，断面为3.6×4.5m，施工期间将幼发拉底河水流改道，采用明挖法建造，该隧道是一种砖砌建筑。·中世纪时代约从5世纪到14世纪的1000年左右。这个时期正是欧洲文明的低潮期，建设技术发展缓慢，隧道技术没有值得一提的进步。但由于对地下矿产资源铜、铁等的需求，开始了矿石开采。·近代和现代即从16世纪以后的产业革命开始。这个时期由于炸药的发明和应用，加速了隧道技术的发展。如有益矿物的开采，灌溉、运河、公路和铁路隧道的修建以及随着城市的发展修建地下铁道、上下水道等，使得隧道的技术得到极大的发展，其应用范围迅速扩大。1.3隧道技术的发展与成就据现有资料记载，我国最早的交通隧道是位于今陕西汉中县的‘石门’隧道，建于公元66年，是供马车和行人通行的。世界上最早的隧道是公元前2200年，巴比伦国王为连结宫殿而修建的隧道。测量技术的出现，推动了隧道技术的进步。人们利用棚架支撑岩层和卷扬提升土石，从两端洞口开挖隧道，数量较多的各种用途的隧道和水工隧道开始增多。14世纪发明了火药，推动了隧道技术发展。1679年用于法国拉恩开得克运河隧道开挖，获得极大成功，隧道挖掘技术得到飞速的发展。19世纪的产业革命，隧道开挖出现了各种新方法，迎来了近代隧道开挖技术的新曙光。1818年布鲁内尔（Brune1）发明了盾构，意大利物理学家欧拉顿（Erardon）提出以压缩空气平衡软弱地层涌水压力。防止地层坍塌的方法后，英国的科克伦（Co-Chrane）利用这个原理发明用压缩空气开挖水底隧道的方法。·新中国成立以来，为改变国家的经济布局，发展内地和山区的经济，先后修建了数十条隧道比重较大的山区铁路。使得我国在铁路隧道的数量和施工技术上都有了较大发展，逐渐掌握了隧道建筑的近代技术，从人力为主体的施工转向以机械开挖为主体的施工，技术上有了质的飞跃。·1979年开始正式推广新奥法我国公路隧道的建设发展相对迟缓。近几年由于高速公路建设的加快，公路隧道的数量已开始成倍的增长，据不完全统计，到1999年底，我国已建成的公路隧道达1217座，单洞总延长超过406km。。隧道名称隧道长度（m）营运条件大溪岭隧道4100双向、双车道二郎山隧道4160单向、双车道华莹山隧道4770单向、双车道鹧鸪山隧道4400单向、双车道木鱼槽隧道3600双向、双车道八达岭隧道3455双向、双车道真武山隧道（重庆）3100单向、双车道中梁山隧道（重庆）3165单向、双车道牛郎河隧道3920单向、双车道猫狸岭隧道3600单向、双车道秦岭终南山隧道18100双洞、单向、双车道目前世界上已建成公路隧道，最长的瑞士16.918km的圣哥达隧道，而挪威正在修建的Aurland—Laerdal公路隧道，长度达24.5km。世界上长大公路隧道的概况列于表1.2。其中通过阿尔卑斯山最高峰下连接法国和意大利的勃朗峰(Mt.Blance)隧道，全长11.6km，道路宽7.0m，从顶板到路面高6m，断面呈马蹄形，衬砌厚80cm，法国侧入口标高为1274m，意大利侧标高为1381m，最大埋深约2500m，双车道相向运行，最高限速为80公里/小时。1959年开工，1965年开始运营表1.2

世界各国已建成和在建的长度大于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隧道的分类及其作用1、按用途分（常用分类方法）(1)交通隧道：提供运输的孔道和通道，主要有：铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道、人行地道。

什么是隧道？什么是隧道？

(2)水工隧道：是水利工程和水利发电枢纽的一个重要组成部分。主要包括：引水隧道：把水引入水电站发电机组产生动力资源。尾水隧道：把发电机组排出的废水送出去的隧道。导流隧道（泄洪隧道）：疏导水流排沙隧道：用于冲刷水库中淤积的泥沙而修建的隧道什么是隧道？水工隧道什么是隧道？

(3)市政隧道：是城市中为安置各种不同市政设施的地下孔道。主要有：给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。(例如：综合管网、海底设施隧道等)(4)矿山隧道：其作用主要是为采矿服务的。主要有：运输巷道、给水隧道、通风隧道。地下电缆隧洞隧洞开挖图什么是隧道？2、按隧道长度分（公路隧道规范）：(1)特长隧道：L>3000m(2)长隧道：3000m≥L>1000m(3)中长隧道：1000m≥L>500m(4)短隧道：L≤500m3、按断面面积分：

(1)特大断面隧道：断面积在100m2以上(2)大断面隧道：断面积在50~100m2之间(3)中等断面隧道：断面积在20~50m2之间(4)小断面隧道：断面积20m2以下4、按隧道所处的地理位置划分： 山岭隧道 水底隧道 城市隧道隧道是交通线上的重要组成部分，是国家重要的基础设施；重要性

1.5隧道在交通建设中有哪些作用？

快速畅通的交通网是经济发展的前提，低等级公路已不适应高速经济发展的需要；必要性隧道使公路里程大大缩短目前我国矛高速公路凤相对较少侮，与我国排人口、经茂济发展相轮比，太少帝。社会经筐济发展，愈交通必先醒行。紧迫性1.6隧般道的力学饿特点

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胀程的隐蔽性隧道的加特点隧道工程五的施工环境残差隧道的特本点隧道工程亚的大量涌婶水隧道的特崇点隧道结构糠构造主体构船造物附属构撇造物洞身衬砌洞门构斯造物洞身衬浊砌的平读、纵、父横断面肃的形状春由道路疮隧道的宣几何设川计确定衬砌断皱面的轴畜线形状筋和厚度由块衬砌计陷算决定明洞通风照明排水、播消防、努通讯等1.7秀洞身吃衬砌（1）洞联身衬砌的知类型（2）支归护结构衬砌结构杏形式，津主要根榨据地质训地形条击件，考团虑结构拜受力的款合理性倍、施工凭方法等绑因素来吊确定。1.7放.1衬砌结舰构的类显型(1)消直墙衬砌(2)仔曲墙式衬讯砌(3)呜喷锚衬砌(4)贴复合衬砌(5)些偏压没衬砌(6)奏喇叭谷口衬砌(7)惭圆形断面宰衬砌(8)冶矩形卵断面衬弄砌（1）恨直墙式鞋衬砌适用条件：垂直围衰岩压力激为大、法水平围猪岩压力丙小的情象况下；帐一般适越用于Ⅱ芦、Ⅲ级述围岩，孔有时也贸可用于蔽Ⅳ级否围岩.割圆拱爱：r1律=r2妥、坦三飞心圆拱缓:r1涂>r2挥、尖三属心圆拱梅:r般1<r灯2（2）妨曲墙式志衬砌适用条烦件：通常用在嫂Ⅳ级以裂下的围岩柄水平压力均较大的孟情况下（3）喷混懂凝土衬砌僵、喷锚衬内砌及复合嗓式衬砌(4)偏射压衬砌当山体吃地面坡升陡于l汽：2.情5，线舍路外侧幻玉山体覆扇盖较薄俗，或于边地质构晚造造成捎的偏压心，衬砌惊为承受束这种不最对称围绸岩压力涝而采用(5)醉喇叭当口隧道挖衬砌(6)宫圆形断面敌隧道为了抵御爬膨胀性围屋岩压力，役山岭隧道群也可以采绩用圆形或云近似圆臂形断面突;盾构法沉管法乓施工的吐隧道。(7)睁矩形断热面衬砌沉管法、览明挖法施家工时，广绪泛采用矩叛形断面衬厅砌▲初期支步护(一次仇支护):登木支撑、寄型钢支撑地、格栅支绞撑、锚喷梳支护等。▲永久化支护(这二次支叮护、二箩次衬砌驰):渗整体衬劲砌、复描合式衬渐砌、拼畏装衬砌轰及锚喷典衬砌等智4种。1.7哑.2斤支护结衰构初期支护掏结构永久支护切结构1.8.慌1洞门轰的概念及要其作用※洞另门的概虏念：洞门是红隧道两么端的外阵露部分德，也是淋联系洞钓内衬砌厅与洞口窃外路堑互的支护忠结构。※洞门灿的主要作退用①保阴证洞口句边坡的她安全和咐仰坡的越稳定；②汇闷集在洞蹄口附近淡的仰、智边坡上肿的地表峰水，并僻引离隧若道，减受少洞口敢土石方博开挖量漆；③作串为隧道停的标志葡性建筑茧物，应汽与隧道筑的规模窑、使用幅特性以怜及周围脏建筑物扎、地形肝条件等税要相协秒调。1.8缩慧洞塔门1.8.相2洞蠢门的形式（1）寄端墙式认洞门（2）抢翼墙式南洞门（3）首环框式震洞门（4）西台阶式卧洞门（5）跌遮光棚兴式洞门(1)端墙式洞鞠门(2)翼墙式洞腊门(3)环框式洞耻门－削竹纤式洞门(4)台琴阶式洞门(5)减遮熔光棚式愧洞门端墙式教洞门柱式洞门台阶洞当门翼墙式洞宫门柱式路寸堑明洞焦隧道门翼墙式肺路堑明黎洞隧道贴门半路堑偏诱压明洞隧勒道门半路堑讨单压式蚕明洞隧知道门削竹式妄隧道门啄图2高速公度路削竹棍式隧道刊门1．仰坡思坡脚至洞欣门端墙顶亚帽背的水锈平距离，竖一般不小栗于1.5住m。2．洞商门端墙摔顶宜高攀出仰坡衡坡脚不碧小于0棚.5m路。3．洞样门端墙拼与仰坡狱之间水诉沟沟底苗至衬砌倚拱顶外停缘的高坐度，一句般不小茂于1m雄。4．一英般隧道伸门端墙归、翼墙油、挡土洒墙设计刻为仰斜拜式墙身祝时，墙追背坡度破不宜缓叮于1:映0.映3。1.8臣.3筒洞门的世构造要叶求1.8.杨3洞门的枯构造要求5.横洞门端墙诞、翼墙和奇挡土墙截磨面厚度应无满足规范灯要求。6．洞门粮端墙、翼眠墙和挡土唐墙应根据偶情况设置孤伸缩缓和薯沉降缝。7．洞门闲翼墙和挡速土墙身应临设置泄水纯孔。洞门的构虑造要求1.8忌.4搁洞门的侍基础1、洞门端垃墙、翼踢墙、挡鼓土墙基纺础必须剥置于稳蓄固地基胖上，基底松飘碴应清除政干净，以锁防止滑动浇和不均匀粥沉陷。2、在松疾软地基上巾设置基础层，当地基婆承载力不编足时，可拢结合具体矿条件采取换填山。扩大基浸础、桩基诊、地基加牢固等措施。3．基端础埋置差深度(1)炒洞门端墙卖、翼墙、笨挡土墙基创础应埋入社路基面以展下一定深隐度。土质益地基埋置险深度不应钢小于1米短。且应符合赏基底应彩力的要典求。(2)叠洞门和端墙嵌弓入路堑找边坡的爷深度根括据坡度患不同取泡值30掩－50捕厘米。(3)在枪洞门端墙鹿厚度范围破内的洞口兵衬砌基础前埋置深度礼，应与端孟墙基础相崖同。(4)言为保证集洞门稳欺固和施遇工方便饥，衬砌关边墙外杀侧的洞影门端墙绳基础宽态度一般曾不小于失0.5屋m．(5)当沉墙基础砌烤筑在稳定境坚硬的基从岩斜坡上柳时．基础腹可切割成知台阶状。4．当座洞门挡朗(翼)格墙受滑亲动控制萄时．可火采用倾收斜基底相或凸形皱基底等煮防滑措杏施．基伯底倾斜腾度，土社质地基寸一般不挽大于0昆.2:竭1，稳扶定岩石盼地基不躺大于0许.3：纳1。5．检算拼倾斜基底昆稳定时，微除检算沿霉基底的滑欣动稳定外左，尚应检字算沿地基油上层的水术平剪切应旨力。1.8.区5洞门施工懒要求1．洞门性宜尽早修饺建，并尽凶可能避免眉在雨季施糖工．洞门殊修筑前应巡寿作好洞口始及仰坡周夏围的排水闹、截水设赖施，以保违护边、仰寺坡的稳定施。2．当贵洞口边迫、仰坡里土石有夺剥落可味能时，坚坡面应般清理并纠予以防戒护．3．洞门拿端墙厚度抛范围内的半结构，应作与洞口环肤节衬砌采稼用同一材塌料整体灌班筑。4．翼撇墙和洞持口挡土僚墙应与适端墙同岸时砌筑总．当翼崖墙需分学段修建歼时，其蠢墙身应慈留施工它缝，并模应检算得施工状竖态稳定捎性。5.洞讨门端墙,蛇翼墙,挡薪土墙墙身眼砌出地面针后,基坑督必须及时月回填夯实罪，顶面作怎成不小于距4%的排品水坡。1.8.缓6洞门的云结构计算隧道洞意门计算讽原理及朋方法洞门是蜜支挡洞歇口正面跌仰坡和腐路堑边谦坡的结地构物，胸洞门视镰为墙背发承受土政压力的扒挡土墙饺结构，讽根据挡科土墙理散论设计探。端墙式洞哪门可按计轻算挡土墙早的方法分援别核算如疮图所示A迷、B、C铲、D、E行、F、G怕各不同墙缠高截面的诞稳定性和线强度，以肉此决定端版墙的厚度批和尺寸。翼墙式洞湿门与端墙嫌式洞门一比样，也可留采用分条雨方法取条扮带计算。在计算端偏墙时，应智考虑翼墙贺对端墙的坊支撑作用僚。洞门墙辰的主要临检算规峰定墙身截面压应力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氧明洞1.9.速1概述什么是兆明洞？采用明授挖法修衔筑的隧莲道结构明洞特点扯：地面建筑奖地下建筑明洞要俩求：符合地演形、地腿质、经宣济、安袋全、施工难易用等条件(1)福路堑对吧称型适用于蚂洞顶地驰势平缓公,路哑堑两侧缘瑞地质条计件基本锡相同(2)楼路堑偏读压型适用于策两侧山呆坡高差嫂较大的肚路堑，楚高侧边资坡有坍瓣塌，落束石或泥厕石流。(3)松半路堑众偏压型适用于援半路堑籍靠山侧卫边坡较崇高，有怠坍塌、锡落石或总泥石流终等不良爹地质现屋象，而戚外侧地亲面较宽刷敞和稳吼定。(4)厕半路堑董单压型适用于姐靠山侧英边坡或北原山坡保有坍塌洒、落石搁等情况帽，外侧耽地形陡弄峻无法准填土地奖段。1.9颗.2话棚辛式明洞当山坡坍论方，山体补侧压力不廊大，或因阴受地质、松地形条件秘的限制，丹难以修建踪蝶拱形明洞钩时，可采粪用棚式明础洞。棚式明障洞顶板忙为梁式坑结构。棚式明订洞的类秧型主要贩取决于蒜外侧边壁墙的结妈构形式灾。通常机有墙式、腿刚架式盛，柱式影和悬臂售式等棚式明酸洞(1)墙湿式棚洞(2)刚摧架式栅洞外墙结何构为连冲续框架部，对地寇基承载看力要求迫较高(3)劫柱式棚跨洞外墙为炸独立柱假和纵梁屯方式，房诚结构简肾单，预棉制吊装嫩方便，谨但整体呜性较差叮。(4)悬臂见式棚洞当山坡泻较陡，绢坡面有脖少量落替石，且界外侧地浓基不良便或不宜刷设基础侍时，可杰采用悬尼臂式棚既洞1.9潜.3定明洞君基础明洞边雪墙基础棉必须置筛于稳固肃的地基令上，施怠工应符割合下列俱要求：（1）偏炒压和单压李明洞外边胸墙的基底掉，在垂直无路线方向胜宜向内挖鞭成0.1邀:1的斜杠坡，提高昌边墙抗滑袋力。（2）当动地基松软照时应采取鞠增加承载萝力的措施拉。（3）碰基础开废挖应核吩对地质某条件，阴当挖至能设计高厌程仍不分符合设锦计要求追时应上羊报有关址方面处逝理。（4）拨基础混零凝土灌始注前必惠须排除弓坑内积访水，并向对基底火进行固那化处理两。边墙团基础应贸采用与决边墙同茧级混凝鸭土一次推浇筑。1.9.症4明满洞填土明洞回誓填施工词应符合柄下列要怜求：1泥在拆除梯外模后扁应立即罪做好防电水层及基纵向盲察沟，保差证排水起通畅。2秤墙背回绿填应两犹侧对称培进行，蹈石质地西层中墙葱背与岩其壁空隙偏不大时洋，用与候墙身同尊级混凝铁土回填饶。3墙瓣后排水设律施应与回糕填同时施六工，并保宵证能使渗妇水顺畅排扯出。4鞋拱圈混井凝土达圾到设计武强度且泽由人工涉夯实回本填至拱柄顶以上关1m以西前，不艳得采用遮机械回网填。5拱互背回填应恢对称分层筹夯实，每蜓层厚度不磨得大于0臂.3m，拨两侧回填特的土面高费差不得大散于0.5陕m，回填租至拱顶齐迫平后应分给层满铺填慌筑。抗滑明洞支撑锚栋杆明洞1.10至竖井含与斜井为什么设绕置竖井或输斜井？作用1贵：增加猴开挖工先作面作用2：柜通风需要1.10礼.1竖井1虎竖井位勺置的选乓择竖井与主钱坑道的衔庭接方式3竖井断业面内部枯空间布内置竖井示意惑图竖井的花构成竖井断面省形式矩形竖井圆形竖井斜井设置1.1搭0.2上斜井1.1厨1隧怜道内装纤、噪声油消减、踪蝶路面及者防排水1、内追装修2、路面3、噪扫声消减4、防排我水1.1蹦1.1决隧道内井装修为确保赠行车安迫全，在兆隧道中勤必须采怀取措施蒸，使墙禽面亮度龟在长期离的运营没中保持粒较好水绪平，墙析面须用堵适当的黎材料加扒以内装搂处理，耻其作用跪如下：①改已善隧道暮内环境攀，起诱鸡导作用挑；②提助高墙面茫的反射屡率，增季强照明猪效果；③吸棉收噪音常用的隧瞧道内装修丙材料①较块状混网凝土材骄料；②凶饰面板支、镶板良等质地棵致密材夏料；③增瓷砖镶进面材料本；④油疑漆材料。隧道内装徐材料应具暗有如下性宜质：①耐丸火性，匠在高温行条件下远仍能维溪持原状恩，不燃艺烧、不锣分解有分害成分材等；②耐蚀题性，长薄期在油枯垢及有掩害气体讽下不变甲质；③不怕敬水，大础多数隧慎道都存软在漏水钱问题，去在水的蹈浸泡下裹，在潮繁湿环境障中不变守质、不候霉烂；④材茅料来源格广泛，么价格相品对便宜佩；⑤能吸煮收噪音；⑥颜磨色淡，慕易清洁遣；⑦具有挥阻燃性。1.11升.2隧道疮路面⑴路忧面材料撇主要有墓两种：砼和改性沥青绵；⑵路面习材料应具匀备如下性存能：①路面菠材料应具狠有抵御水卵冲刷和含杯有化学物使质的水的左浸蚀能力碍;②应具驰有较高的枕抗侧滑的研能力；③抗绞裂性、日耐久性网；④容晚易修补爷。⑶路面德与车道分圾隔线等交通标汗志之间应苏保证有明默显的亮度捧对比和鲜评明的颜色途对比⑷路基应旦具有足够崇的承载力，尤其要戴求在有丰拿富地下水卡的条件下服也能满足辆要求，要判求有良好泽的排水设宰施1.11左.3噪声旅消减※隧道内噪磁声水平应脾保持在6巧0分贝以耕下※隧道内蝇采取的哨措施：①内装蹦材料的制广作；②墙邀面材料果的制作舌；③路丈面材料验的制作别；※利用原理烟：声波的反影射原理※洞外防璃排水措耳施1.11营.4隧运道防排水※洞内防排粪水措施隧道防像排水应忘视水文欺地质条盈件因地丧制宜地草采取“以排寺为主，妖防、排斧、截、虽堵相结耽合”的综合治暖理原则，选达到排水蹦通畅、防堂水可靠、忆经济合理肤、不留后捞患的目的怠。隧道防近排水原普则对地表水沿、地下水乒应采取妥角善的处理瞧，使洞内蓝外形成一初个完整的仁畅通的防队排水系统训。隧道防框排水要惨求一般公呜路隧道现应做到疼：1、拱充部不摘丸水、边皮墙不滴践水。2、路面肺不冒水、习不积水、犬设备箱洞碰处不渗水速。3、冻蜘害地区蚂隧道衬循砌背后饿不积水紫，排水千沟不冻悲结。汽车专用熊公路隧道停则应达到谊：拱部、墙束部及设备幕箱洞处均最不渗水(1)雷、洞外建防排水刺措施A、地坊表处理B、洞顶换天沟截水C、明洞林顶防排水D、洞门疗排水E、洞到内外水松沟衔接(2)、煎洞内防排铸水措施排水措施a、洞内达排水沟b、衬舟砌背后腿盲沟c、泄水砌洞或洞外候井点降水d、中秃心排水鸽沟或路民侧排水往沟(2)袍、洞内诱防排水肆措施防水措这施a、防界水板b、喷隙膜防水枝层c、混线凝土自合防水(2)、陷洞内防排抹水措施堵水措果施a、喷鸦射混凝振土堵水b、塑殊料板堵航水c、注浆姐堵水d、模注加混凝土衬悟砌堵水无钉铺设巾塑料防水惜板铺设防水泛板时锚杆灾头部的处妻理隧道注魄浆施工缝蛋防水的迫构造形堵式见图纪4.1更.21凑。高聚物改解性沥青防颠水卷材的玩主要物理较性能铺设防水题板前应先枪铺缓冲层绿,应用攀暗钉圈固棵定在基层象上中埋式晓金属止挽水带结构变形叠时，穿墙亩管可采用艘主管直接丝式埋入混凝记土内的固呆定式防水数阀，并应攀预留凹槽沸，槽内用地嵌缝材料逆嵌填密实排水沟贱槽方法霞排水负压检荒查铺设好念的防水蜓板隧道的瓦产生与阴发展是花和人类则文明历舟史发展纯相呼应桂的。※古代：洞时间跨越药