第8章 隧道工程

TunnelEngineering土木建筑與力學學院第8章隧道工程第8章隧道工程學習提示【教學要求】了解隧道工程的種類、特點及基本構(gòu)造;【教學重點】隧道工程的種類、特點及基本構(gòu)造?！窘虒W難點】隧道工程的特點及基本構(gòu)造。第8章隧道工程

8.1隧道工程的基本概念

什么是隧道？隧道通常指用作地下通道的工程建筑物。1970年國際經(jīng)濟合作與發(fā)展組織召開的隧道會議綜合了各種因素，對隧道下的定義為：“以某種用途、在地面下用任何方法按規(guī)定形狀和尺寸修筑的斷面積大于2m2的洞室。”第8章隧道工程

8.2隧道的種類

8.2.1交通隧道1.鐵路隧道烏鞘嶺隧道從1829年1990年的160年間，在世界各國已建成超過12000km的鐵路隧道，約占世界鐵路總長的1%左右。修建鐵路隧道可大幅度縮短線路長度，降低線路標高，改善通過不良地質(zhì)地段的條件，降低鐵路造價等。第8章隧道工程

8.2隧道的種類

8.2.1交通隧道1.鐵路隧道大瑤山隧道軍都山隧道第8章隧道工程

8.2隧道的種類

8.2.1交通隧道2.公路隧道隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展，高速公路的出現(xiàn)，要求線路順直、平緩、路面寬敞，于是在穿越山區(qū)時，也常采用隧道方案。此外，在城市附近，為避免平面交叉，利于高速行車，也常采用隧道方式通過。第8章隧道工程

8.2隧道的種類

8.2.1交通隧道2.公路隧道第8章隧道工程

8.2隧道的種類

8.2.1交通隧道3.水底隧道

當交通線橫跨河道時，采用水底隧道，既不影響河道通航，也避免了風暴天氣輪渡中斷的情況，而且在戰(zhàn)時不致暴露交通設(shè)施的目標，防護層厚，是國防上的較好選擇。為橫跨黃浦江，上海已修建了全長2793m的水底隧道，廣州地鐵穿越珠江，武漢地鐵穿越長江都修建了水底隧道。

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8.2隧道的種類

8.2.1交通隧道水底隧道一般分水底段和河岸段，后者又有暗埋、敞開及出口部分。第8章隧道工程

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8.2.1交通隧道4.地下鐵道地下鐵道是解決大城市交通擁擠、車輛堵塞等問題，且能大量快速運送乘客的一種城市交通設(shè)施。它可以使很大一部分地面客流轉(zhuǎn)入地下，可以高速行車，且可縮短車次間隔時間，節(jié)省了乘車時間，便利了乘客的活動。在戰(zhàn)時，起到人防的功能。第8章隧道工程

8.2隧道的種類

8.2.1交通隧道6.人行地道城市鬧市區(qū)行人眾多，而且與車輛混行，偶有不慎便會發(fā)生交通事故。為了提高交通運送能力及減少交通事故，除架設(shè)街心高架橋外，也可以修建人行地道和地下立交車道。第8章隧道工程

8.2隧道的種類

8.2.2水工隧道水工隧道：是水利工程和水利發(fā)電樞紐的一個重要組成部分。主要包括：引水隧道：把水引入水電站發(fā)電機組產(chǎn)生動力資源。尾水隧道：把發(fā)電機組排出的廢水送出去的隧道。導流隧道（泄洪隧道）：疏導水流排沙隧道：用于沖刷水庫中淤積的泥沙而修建的隧道清江水布埡引水隧道二灘電站尾水隧道二灘電站導流隧道第8章隧道工程

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8.2.2水工隧道人工塑造異重流排沙兩種流體之間容重的差異是形成異重流的根本原因。第8章隧道工程

8.2隧道的種類

8.2.2水工隧道異重流的概念:兩種密度(比重)相差不大、可以相混的流體，在條件適宜時因密度差異產(chǎn)生的相對運動，但在運動過程中不發(fā)生全局性紊動摻混的相對運動。水庫中的異重流3.清水，2.異重流，3.潛入點，4.飄浮物，5.渾水明流異重流超越障礙物及爬高a)超越障礙物;b)爬高1.清水;2.異重流第8章隧道工程

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8.2.3市政隧道市政隧道：是城市中為安置各種不同市政設(shè)施的地下孔道。主要有：給水隧道、污水隧道、管路隧道、線路隧道、人防隧道。(例如：綜合管網(wǎng)、海底設(shè)施隧道等)第8章隧道工程

8.2隧道的種類

8.2.4礦山隧道礦山隧道：其作用主要是為采礦服務的。主要有：運輸巷道、給水隧道、通風隧道。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.1隧道結(jié)構(gòu)的組成隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造，由主體構(gòu)造物和附屬構(gòu)造物兩大類組成。主體構(gòu)造物通常指洞身襯砌和洞門構(gòu)造物。洞身襯砌的平、縱、橫斷面的形狀由道路隧道的幾何設(shè)計確定，襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌計算決定。附屬構(gòu)造物是主體構(gòu)造物以外的其它建筑物，是為了運營管理、維修養(yǎng)護、給水排水、供蓄發(fā)電、通風、照明、通訊、安全等而修建的構(gòu)造物。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.1隧道結(jié)構(gòu)的組成第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)開挖后的隧道，為了保持圍巖的穩(wěn)定性，一般需要進行支護和襯砌。

支護的主要方式有：錨桿、鋼架、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土及其組合；

襯砌的主要方式有：整體式混凝土襯砌、拼裝式襯砌、噴射混凝土襯砌和復合式襯砌等。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)（一）錨桿錨桿是將破碎或不穩(wěn)定巖體(塊)與牢固穩(wěn)定的巖體連結(jié)在一起以提高整體穩(wěn)定性的一種支護措施。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)噴錨支護流程：開挖－噴混凝土－打錨桿第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)（二）鋼架當圍巖軟弱、破碎嚴重且自穩(wěn)性差時，隧道開挖后，需要及時提供足夠強的支護約束圍巖變形。在初期支護內(nèi)設(shè)置鋼拱架將增大支護結(jié)構(gòu)早期的剛度，阻止圍巖的過度變形并承受部分的松弛荷載。鋼架分為型鋼和格柵鋼架兩種。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)鋼拱架第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)（三）鋼筋網(wǎng)鋼筋網(wǎng)噴射混凝土是在噴射混凝土之前，在巖面上掛設(shè)鋼筋網(wǎng)，然后再噴射混凝土。目前，我國在各類隧道工程中應用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護的比較多，主要用于軟弱破碎圍巖，而更多的是與錨桿或者鋼拱架構(gòu)成聯(lián)合支護。鋼筋網(wǎng)通常作環(huán)向和縱向布置。環(huán)向筋一般為受力筋，由設(shè)計確定，直徑12mm左右；縱向筋一般為構(gòu)造筋，直徑6~10mm；網(wǎng)格尺寸一般為20cmx20cm,20cmx25cm,25cmx25cm,25cmx30cm或30cmx30cm。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)（四）噴混凝土噴射混凝土既是一種新型的支護結(jié)構(gòu)，又是一種新的施工工藝。它是使用混凝土噴射機，按一定的混合程序，將摻有速凝劑的細石混凝土，噴射到巖壁表面上，并迅速固結(jié)成一層支護結(jié)構(gòu)，從而對圍巖起到支護作用。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)（1）整體式混凝土襯砌直墻式襯砌：適用于地質(zhì)條件比較好，以垂直圍巖壓力為主而水平圍巖壓力較小的情況。主要適用于Ⅰ~Ⅲ級圍巖，直墻式襯砌由上部拱圈、兩側(cè)豎直邊墻和下部鋪底三部分組合而成。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)曲墻式襯砌曲墻式襯砌適用于地質(zhì)較差，有較大水平圍巖壓力的情況。主要適用于Ⅳ級及以上的圍巖，或Ⅲ級圍巖雙線隧道；多線隧道也采用曲墻有仰拱的襯砌。曲墻式襯砌由頂部拱圈、側(cè)面曲邊墻和仰拱/底板(或鋪底)組成。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)在Ⅳ級圍巖無地下水，且基礎(chǔ)不產(chǎn)生沉降的情況下可不設(shè)仰拱，只做鋪底；一般均需設(shè)仰拱，以抵御隧道底部的圍巖壓力和防止襯砌沉降，并使襯砌形成一個環(huán)狀的封閉整體結(jié)構(gòu)，以提高襯砌的承載能力。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)（2）復合式襯砌

復合式襯砌是指把襯砌分成兩層或兩層以上，可以是同一種形式、方法和材料施作的，也可以是不同形式、方法、時間和材料施作的。目前大都采用內(nèi)外兩層襯砌。按內(nèi)外襯砌的組合情況可分為：初期支護與二次襯砌。根據(jù)圍巖條件不同，分別采用不同的斷面形式和支護、襯砌參數(shù)。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)（2）復合式襯砌復合式襯砌是先在開挖好的洞壁表面噴射一層早強的混凝土(有時也同時施作錨桿)，凝固后形成薄層柔性支護結(jié)構(gòu)(稱初期支護)。它既能容許圍巖有一定的變形，又能限制圍巖產(chǎn)生有害變形，其厚度多在5~20cm之間。一般待初期支護與圍巖變形基本穩(wěn)定后再施作內(nèi)襯。為了防止地下水流入或滲入隧道內(nèi)，可以在外襯和內(nèi)襯之間設(shè)防水層，其材料可采用軟聚氯乙烯薄膜、聚異丁烯片、聚乙烯等防水卷材，或用噴涂防水涂料等。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)（2）復合式襯砌第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)（2）復合式襯砌復合式襯砌可以滿足初期支護施作及時、剛度小、易變形的要求，且與圍巖密貼，從而能保護和加固圍巖，充分發(fā)揮圍巖的自承作用。二次襯砌后，襯砌內(nèi)表面光滑平整，可以防止外層風化，裝飾內(nèi)壁，增強安全感，是一種合理的結(jié)構(gòu)形式，也是目前公路、鐵路隧道主要的結(jié)構(gòu)形式。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)（2）復合式襯砌第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.2隧道洞身襯砌結(jié)構(gòu)（3）裝配式襯砌裝配式襯砌是將襯砌分成若干塊構(gòu)件，這些構(gòu)件在現(xiàn)場或工廠預制，然后運到坑道內(nèi)用機械將它們拼裝成一環(huán)接著一環(huán)的襯砌。這種襯砌的特點是：拼裝成環(huán)后立即受力，便于機械化施工，改善勞動條件，節(jié)省勞力。目前多在使用盾構(gòu)法施工的城市地下鐵道和水底隧道中采用。在鐵路、公路隧道中由于裝配式襯砌要求有一定的機械化設(shè)備，施工工藝復雜，襯砌的整體性及抗?jié)B性差而未能推廣使用。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.3隧道洞門洞門的作用減小洞口土石方開挖量穩(wěn)定邊、仰坡引離地表水流裝飾洞口（1）環(huán)框洞口洞口石質(zhì)堅硬穩(wěn)定，地形陡峻無排水要求；第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.3隧道洞門（2）端墻式（一字式）洞門適用于地形開闊，石質(zhì)較穩(wěn)定的地區(qū)；第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.3隧道洞門（3）翼墻式（八字式）洞門洞口地質(zhì)較差（Ⅳ級及以上圍巖），山體縱向推力較大時，在端墻式洞門的單側(cè)或雙側(cè)設(shè)置翼墻。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.3隧道洞門（4）柱式洞門地形較陡（Ⅳ級圍巖），仰拱有下滑的可能性，又受地形或地質(zhì)條件限制，不能設(shè)置翼墻時，可在端墻中部設(shè)置2個（或4個）斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩(wěn)定性。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.3隧道洞門（5）臺階式洞門當洞門位于傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門一側(cè)邊仰坡較高時，為了提高靠山側(cè)仰坡起拔點，減少仰拱高度，將端墻頂部改為逐級升高的臺階形式。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.3隧道洞門（6）斜交式洞門當隧道洞口地面等高線斜交時，為了縮短隧道度度、減少挖方數(shù)量，可采用平行于等高線與線路呈斜交的洞口。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.3隧道洞門（7）喇叭口式洞門高速鐵路隧道，為了減緩高速列車的空氣動力學效應，對單線隧道，一般設(shè)喇叭口緩沖段，同時兼作隧道洞門。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.4隧道明洞明洞是隧道的一種變化形式，它用明挖法修筑。所謂明挖是指把巖體挖開，在露天修筑襯砌，然后回填土石。這樣修筑的構(gòu)筑物，外形幾乎與隧道無異，有拱圈、邊墻和底板，凈空與隧道相同，和地表相連處，也設(shè)有洞門、排水設(shè)施等。明洞一般修筑在隧道的進出口處，當遇到地質(zhì)差且洞頂覆蓋層較薄，用暗挖法難以進洞時，或洞口路塹邊坡上有落石而危及行車安全時，均需要修建明洞。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.4隧道明洞地質(zhì)差且洞頂覆蓋層較薄，用暗挖法難以進洞第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.5附屬建筑物附屬建筑物為了使隧道正常使用，保證列車安全運營，除主體建筑物外，還必須修筑一些附屬建筑物。其中包括：防排水設(shè)施，電力及通信信號的安放設(shè)施等。（1）防排水設(shè)施堵：向支護背后壓注水泥砂漿，用以充填支護與圍巖間的空隙，以堵住地下水的通道，并使支護與圍巖形成整體，改善支護受力條件；排：將地下水排入隧道內(nèi)，再經(jīng)由洞內(nèi)排水溝（排水溝及盲溝）排走。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.5附屬建筑物第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.5附屬建筑物（2）鐵路隧道附屬建筑物避車洞當列車通過隧道時，為了保證洞內(nèi)行人、維修人員及維修設(shè)備(小車、料具)的安全，在隧道兩側(cè)邊墻上交錯均勻修建的人員躲避及放置車輛、料具的洞室叫避車洞。避車洞根據(jù)其斷面尺寸的大小分為大避車洞及小避車洞兩種。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.5附屬建筑物第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.5附屬建筑物電力及通信設(shè)施電纜槽：電纜槽用混凝土澆筑，可與水溝同側(cè)并與水溝并行，或設(shè)置在水溝的異側(cè)。槽內(nèi)鋪以細砂做墊層，低壓電纜可直接放在墊層面上，高壓電纜則吊在槽邊預埋的托架上。槽頂設(shè)有蓋板防護。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.6隧道主要建造方法（1）礦山法因最早應用于礦石開采而得名，它包括上面已經(jīng)提到的傳統(tǒng)方法和新奧法。由于在這種方法中，多數(shù)情況下都需要采用鉆眼爆破進行開挖，故又稱為鉆爆法。有時為了強調(diào)新奧法與傳統(tǒng)礦山法的區(qū)別，而將新奧法從礦山法中分出另立系統(tǒng)。第8章隧道工程

8.3隧道結(jié)構(gòu)組成及建造方法

8.3.6隧道主要建造方法

傳統(tǒng)礦山法與新奧法施工的區(qū)別

新奧法

傳統(tǒng)礦山法

臨時支護

噴錨支護

木支撐為主、鋼支撐

永久支護

復合式襯砌

單層模注混凝土襯砌

支

護

閉合支護

強調(diào)

不強調(diào)

控制爆破

必須采用

可采用

量測

必須采用

無

施工方法

分塊較少

分塊較多