土木工程基础探究地下工程与隧道工程

土木工程概论第十章隧道工程及地下工程20世纪80年代国际隧道协会(ITA)提出“大力开发地下空间，开始人类新的穴居时代”的口号。顺应于第一时代从出现人类至公元前3,023年的远古时期。人类原始穴居，天然洞窟成为人类防寒暑、避风雨、第二时代从公元前3,023年至5世纪的古代时期。埃及金字塔、古代巴比伦引水隧道，均为此时代的建筑第三时代从5世纪至14世纪的中世纪时代。世界范围矿石开采技术出现，推进了地下工程的发展。第四时代从15世纪开始的近代与现代。欧美产业革命，诺贝尔发明黄色炸药，成为开发地下空间的有力武筑物与地下管线密集的街区，采用了浅埋明挖法施工。60年代上海修建打浦路水底公路隧道。70年代，我国修80年代上海建成延安东路水底公路隧道，全长2,261m,采用直径11.3m的超大型网格水力机械盾构掘进机施工。自1984年动工，1989年5月竣工通车，建成了当时世界第三条盾构法施工的长大隧道。同一时期，上海还建成电缆隧道及其他市政公用隧道等20余条，总长达30余km。1985年至1987年，上海建成黄浦江上游引水隧道一期工程，日引用量达230万t,社会效益十分明显。人民广场地下车库的建成，其平面尺寸达176×146m,深11m。广州地铁、南京地铁等在此一时期进入设计与施工准备阶段，宁波开始了水底公路隧道的修建工作。90年代以来，我国都市地下的交通与市政设施加紧了修建速度。上海地铁1号线，地铁2号线已相继开通。我国地下空间开发运用的网络体系已开始建设，多在地表至-30m以内的浅层修筑地下工程。可以预见伴随经济的发展，我国路隧道，长14,295m,历时6年建成；日本青函隧道，长53,850m,从规划到建成，历时半个世纪；英法海峡隧道，长50km,海底长度37km,历时7年建成；日韩隧道，长250km,采用分段施工方案，其调查斜井已于1986关越隧道，它们的长度均超过10km。各类地下电站迅速增长，其中地下水力发电的数目，全世界已超过400座，其发电量达45亿瓦以上。地下电站的建设是个十分庞大的地下工程。原苏联的罗戈水电站，土石方量510万立方米，混凝土用量160万立方米，开凿的隧道、硐室294个，总长度达62km。世界各国修建了大量的地下贮藏第一节隧道工程调查计划技术(有关地质、水文等的调查和预测、测量等);设计技术(指岩石力学、土力学和构造力学、材料等);施工技术(指开挖、运送、支撑衬砌的施工、地基改良、为改善施工条件而采用的特生等);运用技术(指照明、通风、维修管理、防灾等)。最古老的隧道是古代巴比伦城连接皇宫与神庙间的人行隧道，建在公元前2160-2180年间。该断面为3.6m×4.5m,施工期间将幼发拉底河水流改道，用明挖法建造。该隧道是一种砖砌建筑物。1895-1923年修建的穿越阿尔卑斯山铁道隧道长19.23km。目前世界最长的汽车专用隧道是瑞士中部的圣哥达(St.Gotthard)隧道，全长16.3km,隧道开凿时，第一次使用了硝化甘油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。是驱使3万奴隶挖掘，每周进尺仅75mm。隧道施工直到19世纪才开始采用钻爆作业。通过一种世纪的革新，发原因确定，采用缓坡为宜。隧道的纵坡一般应不不不小于0.3%,并不不小于3%。隧道如从两个洞口对头掘进，汽车排出的废气具有多种有害物质，如一氧化碳CO、氮氧化合物NOx、碳氢化合物HC,亚硫酸气体SO₂和烟二.机械通风地铁隧道构造浅埋区间隧道多采用明挖施工，常用钢筋混凝土矩形框架构造。下图显示的是浅埋明挖施工的区间隧道构造型式。(a)单跨矩形(b)双跨矩形(c)单跨双层(d)单拱形深埋区间隧道深埋隧道多采用暗挖施工，用圆形盾构开挖和钢筋混凝土管片支护。构造上覆土的深度规定应不不不小于盾构直径。从技术和经济观点分析，暗挖施工时，建造两个单线隧道比建造将双线放在一种大断面的隧道里的作法合理，由于单线隧道断面运用率高，且便于施工。莫斯科初期地下铁道适应备战规定采用深埋形式，有的路段深达40～50m。伦敦地铁有的建在30m深左右的粘土层中，运用其不渗水的特点以便施工。站台是地铁车站的最重要部分，是分散上下车人流、供乘客乘降的场地。如下是三种车站断面形式：铁路隧道施工地下铁道沿都市重要街道布置，在市区或市郊修建。因此，施工方案的选用应充足考虑地铁对都市交通、建明挖法是浅埋地下通道最常用的措施，也称作基坑法。它是一种用垂直开挖方式修建隧道的措方向掘进隧道而言)。基坑法施工是指从地面向下开挖，并在欲建地下铁道构造的位置来路面的交通运行。后一种基坑法也称为路面覆盖式基坑法或称开壕被覆法(Cutand(1)敞口放坡明挖(2)板桩法(3)地下持续墙施工法混凝土持续墙作为挡土墙起支护基坑作用，有的持续墙的顶上(或钢板桩的顶上)加盖钢构造或钢筋混凝土(1)盾构法(2)注浆法(3)沉管法(4)顶管法顶管法施工是在作好的工作坑内预制钢筋混凝土隧道构造，待其到达强度后用千斤顶将构造推顶至设计位17世纪起，欧洲修建了许多运河隧道，其中法国魁达克运河隧道长157km。1927年美国纽约于哈德逊河底建成霍兰(Holland)隧道，我国自20世纪60年代开始研究用盾构法修建黄浦江水底隧道。上海第一条越江隧道——打浦路隧道于1965年开始施工，并于1981年建成通车。第一座沉管隧道也于70年代初期在上海建成。1982年台湾高雄建成一条沉管水底公路隧道。80年代后期，我国都市水底隧道的修建已进入发展时期。矿山法施工，埋深的经验数据依围岩的强弱程度取毛洞跨径的1.5～3倍。沉管法施工，只要满足船舶的抛锚规定即可，约1.5m左右。盾构法施工，经国内外专家数年研究，认为最小覆盖层厚度应为盾构直径的1倍。但衡。为保险起见，该平衡力应是浮力的1.10～1.15倍。检查抗浮稳定期，为偏于安全不计摩擦力的作用。国内外水底隧道，尤其是河底段，多采用沉管圣比得堡卡诺尼尔水下隧道，为双车道公路隧道，具有旁侧的人行道1和通风道2,用沉管法施工。加拿青函海底隧道是一条铁路隧道。它穿越津轻海峡，将日本的本州和北海道连接起来海底部分23.3km,其他为陆地部分。本州与北海道之间的运送，过去是靠船舶和飞机进行。由于海峡气候条件1954年9月台风致使5艘铁道联船翻船沉没，导致1,400人死亡。事故使人们深刻认识到修建青函隧道以贯穿南北铁路的紧迫性。1964年开始施工，1972年进入海底段施工，历经23年，于1983年1月完毕贯穿。1985年建成隧道，1988年3月正式通车运行。英国英古海峡桑加特法国英国和法国于1986年11月签订协议建设英吉利海峡隧道。该隧道连接英国多维尔市与法国加来市。该铁路隧道建成后可使伦敦到巴黎的时间缩短3小时，使铁路可与航空竞争。海峡在此的宽度为36.8km,隧道长度约为第二节地下工程地下电站在地面如下土层或岩体中修建多种类型的地下建筑物或构造的工程，可称为地下工程。它包括交通运送方面的地下铁道、公路隧道、地下停车场、过街或穿越障碍的多种地下通道等；军事方面和野战工事、地下指挥所、通讯枢纽、掩蔽所、军火库等；工业与民用方面的多种地下车间、电站、多种储存库房、商店、人防与市政地下工程，地下水电站布置成效明显。某些能源短缺国家的专家提出了建造地下燃料贮库为主的战略储