隧道的基本概念及發(fā)展簡況課件

4.隧道工程

4.1隧道的基本概念及發(fā)展簡況

4.2隧道工程特點

4.3隧道結(jié)構(gòu)基本構(gòu)造

4.4隧道施工方法

4.5隧道類型簡介4.1隧道工程的基本概念及其發(fā)展簡況

隧道是建筑在巖體、水底或土體的，兩端有出口的，供車輛、行人、水流及管線等通過的通道，包括交通運輸方面的鐵道、道路、水（海）底隧道和各種水工隧洞等。

世上第一條交通隧道是公元前2180～2160年在巴比倫城中幼發(fā)拉底河下修建的人行通道。我國在公元前8世紀～前3世紀就有深達40m以上的銅礦礦井（豎井和斜井）。春秋時代（公元前770～前476）就有“隧而相見”的史實。今陜西大荔縣鐵鐮山還發(fā)現(xiàn)古代修筑的水底隧道。19世紀20年代蒸氣機的出現(xiàn)，以及鐵路和煉鋼工業(yè)的發(fā)展，也促進了隧道工程的發(fā)展，1826～1830年英國在利物浦硬巖中修建了兩座最早的鐵路隧道。1843年在英國泰晤士河修建了第一條水底道路隧道。直到20世紀50年代，人們才總結(jié)出各種類型隧道工程規(guī)劃、設(shè)計和施工的基本原理，在土木工程中逐漸形成一個獨立的工程領(lǐng)域。4.2隧道工程特點

（1）它是交通運輸路線穿越天然障礙，包括山嶺、丘陵、土層、水（海）域等的有效方法；（2）穿越的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，遇到意外情況較多，工程定位、設(shè)計、施工方法都必須隨時做相應(yīng)的調(diào)整；（3）施工作業(yè)面窄，可能容納的勞動力和機械設(shè)備都受到限制，對工業(yè)化、機械化施工要求高；（4）造價昂貴。4.3隧道結(jié)構(gòu)基本構(gòu)造

隧道結(jié)構(gòu)的基本組成，如圖4.1所示。圖4.1隧道結(jié)構(gòu)示意圖

圖中表示出了隧道結(jié)構(gòu)的三大基本組成部分：（1）洞門結(jié)構(gòu)：端墻、翼墻（2）洞身支護結(jié)構(gòu)：襯砌（3）排水系統(tǒng)：各種排水溝及排水設(shè)施隧道的主體支護結(jié)構(gòu)是洞身襯砌和洞門，附屬建筑物有排水溝、通風(fēng)設(shè)施、照明設(shè)施、電力設(shè)施等等。本節(jié)簡要介紹土體或巖體中隧道的襯砌和洞門。

4.3.1洞門

洞門的作用是減少洞口土石方開挖量、降低仰坡開挖高度，承受山體推力并支撐邊仰坡的穩(wěn)定，確保洞口行車安全。常見洞口類型有以下幾種，如圖4.2所示。a.端墻式洞口適用于地質(zhì)條件較好的洞口地段。b.翼墻式洞口適用于地質(zhì)條件較差的洞口地段。c.柱式洞口適用于地質(zhì)條件較差，且不便于設(shè)置翼墻的洞口地段。d.臺階式洞口適用于地形等高線與線路中線斜交的洞口地段。e.明洞口適用于明挖隧道的洞口地段。圖4.2洞門基本類型4.3.2洞身襯砌

隧道開挖后為了保持圍巖的穩(wěn)定性，一般需進行支護，也就是進行襯砌。襯砌的基本類型如圖4.3所示。圖4.3襯砌結(jié)構(gòu)類型（1）整體式模筑砼襯砌即就地灌注模筑砼襯砌，其工藝流程為立模－灌注－養(yǎng)生－拆模。一般情況下襯砌材料為素混凝土，當(dāng)圍巖條件很差時，可考慮用鋼筋混凝土襯砌。其特點是襯砌整體性好，抗?jié)B性強，易于按需要成型。

（2）拼裝式襯砌將襯砌分成若干個環(huán)塊，在預(yù)制廠或工地生產(chǎn)，然后運到洞內(nèi)拼裝而成。環(huán)塊一般為鋼筋混凝土。其特點是襯砌承載塊、便于機械化施工。（3）錨噴襯砌

模筑混凝土襯砌和拼裝式襯砌均為被動地承受圍巖壓力的支護結(jié)構(gòu)，而錨噴襯砌則是一種主動地加強圍巖穩(wěn)定性的支護結(jié)構(gòu)，它采用的支護材料是噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)，其特點是可以提供圍巖的自承能力。

（4）復(fù)合式襯砌采用兩層襯砌組合而成，其靠近巖壁一側(cè)的是錨噴襯砌，洞內(nèi)一側(cè)的是模筑襯砌，在地下水發(fā)育的底層中，可以在兩層襯砌之間夾一層防水層用于放水。其特點是既有模筑襯砌表面光滑、美觀、抗?jié)B性強的特點，又有錨噴襯砌能提高圍巖自承能力的特點，而且有防水效果好的優(yōu)點。

（5）明洞襯砌不同類型的隧道，其結(jié)構(gòu)是不同的，如鐵路隧道和公路隧道斷面多為馬蹄形，水工隧道多為圓形。4.4隧道施工方法

在確定施工方法時，應(yīng)強調(diào)安全第一，同時要考慮其它有關(guān)因素，正確選擇施工方法的前提是：

（1）要盡量做到在開挖過程中不發(fā)生塌方以確保施工安全；（2）必須滿足施工期限的要求；（3）要盡量減少施工投資。

現(xiàn)有的施工方法有：⑴明挖法或圍堤明挖法（敞口開挖基坑，修建隧道后覆填）；⑵鉆眼爆破法（適用于硬巖中開挖隧道）；⑶盾構(gòu)法（采用一個與隧道環(huán)同樣形狀的鋼制圓筒即盾殼，以周邊設(shè)置的千斤頂推向前方，工人在盾殼前工作室里挖土，形成可將隧道環(huán)推進的方向）；⑷頂管法（將預(yù)制隧道環(huán)用頂進設(shè)備頂入已挖去土層的空間，構(gòu)成隧道的一節(jié)）；⑸沉管法（制作隧道管段，拖運至設(shè)計位置，在管內(nèi)加載使之下沉在預(yù)先挖就的水底溝槽內(nèi)，多用于水底隧道）等。

下面簡要介紹常用的施工方法。

4.4.1鉆眼爆破法，又稱“鉆爆法”

根據(jù)圍巖的好壞和施工機具的配備情況可以采用不同的開挖方式，具體的有如下幾種：（1）全斷面法開挖斷面大，洞室輪廓一次成形，掘進速度快。要求地質(zhì)條件好并配備有大型施工機具，見圖4.4。Ⅰ-開挖Ⅱ-襯砌邊墻Ⅲ-襯砌拱圈圖4.4全斷面開挖法

（2）臺階法

將斷面分成上下兩層，留下一個臺階，臺階段長度根據(jù)地質(zhì)條件而定，地質(zhì)條件好，則臺階長。留下的臺階效果是可以盡快對圍巖進行支護，提高了圍巖的穩(wěn)定性。該法對地質(zhì)條件的適用性很廣，見圖4.5。

1、2-開挖Ⅲ-襯砌邊墻Ⅳ-襯砌拱圈圖4.5臺階法（3）分步開挖法

將斷面分成上下左右若干個斷面，逐步開挖，更進一步增加了洞室的穩(wěn)定性，適用于軟弱地層施工。如圖4.6所示。1、2、3、5、6-開挖Ⅳ-襯砌拱圈Ⅶ-襯砌邊墻圖4.6分步開挖法

4.4.2盾構(gòu)法

盾構(gòu)是一種鋼支護結(jié)構(gòu)，也有半圓形、矩形、馬蹄形等非圓形盾構(gòu)。盾構(gòu)利用鋼殼體支撐圍巖，掘進和襯砌均在殼體保護下進行。適用于軟弱、含水層，如上海黃浦江隧道、英、法海底隧道都是采用盾構(gòu)施工的。根據(jù)盾構(gòu)本身是否配備掘進機械，可分為：（1）人工開挖式盾構(gòu)在盾構(gòu)的保護下，用人工進行掘進。（2）機械式盾構(gòu)

在盾構(gòu)前方裝有開挖和裝碴機械，掘進由機械進行，效率高、大大節(jié)省了人力。如廣州地鐵一號線從公園前至黃沙區(qū)間就是采用兩臺機械盾構(gòu)施工的，見圖4.7、4.8。盾構(gòu)施工的隧道一般采用拼裝式襯砌。圖4.7盾構(gòu)示意圖圖中，A-前檐；B-盾構(gòu)上部長度；C-切口環(huán)長；D-支承環(huán)長；E-盾尾長；F-開挖面千斤頂；K-盾構(gòu)千斤頂；L-平臺千斤頂；R-盾尾千斤頂；S-盾構(gòu)外徑；G-盾構(gòu)垂直隔板；H-盾構(gòu)水平隔板；O-盾構(gòu)下部長。圖4窩.8寸盾構(gòu)鞏施工誤示意隙圖4.消5丸隧陵道類追型簡檢介隧道兵按功床能分緒類，弄有：（1構(gòu)）交荷通隧忠道：朽山嶺豈隧道倉、水綿底隧箏道與謹?shù)罔F徒隧道縫。（2簡）水終工隧輛道：晶與水鑼底隧舅道概快念不訓(xùn)同，杠不用嚷于交魚通，膝而是片用來蓋發(fā)電洋、供曾水或青農(nóng)田暑灌溉缺的隧少道，慘像黃狀河小適浪底句的導(dǎo)梳流隧革道等帳。按澤功能雹分類灰有：搜引水第隧道春、尾曠水隧無道、隸泄洪榮隧道桶和排徑沙隧瘡道等妨。（3強）礦桌山巷縮慧道：錦礦山姓的各石種平滿巷、唯豎井勸、斜蟲井。（4墊）市測政隧次道：忍給排皺水管洞道、鄉(xiāng)豐電力削管線進、煤遲氣管侍道等受。下面賣展開駐介紹洋交通稿隧道紛。4.魄5.追1晌山平嶺隧瘋道（1塌）鐵健路隧遲道我國何現(xiàn)在熔(2本00笑3年婆)有疾鐵路河隧道佳６８壁７６釣座，樸總長嘆度為戴３６岔７０宇公里液，為荒世界投第一紋。20剝02狐年1麥0月產(chǎn)建成埋的青仆藏鐵重路風(fēng)溉火山纏隧道位于綿青藏淋高原誼可可糧西里莖“無混人區(qū)管”邊照緣，全長扇１３堅３８誦米，艙軌面切標(biāo)高齊４９偏０５嘗米，要是目干前世志界上下海拔時最高括的高珍原凍溪土隧吐道。該隧匪道地麥質(zhì)構(gòu)泄造特淺殊，稀集含航土冰現(xiàn)層、沙飽冰桂凍土決、富鼻冰凍農(nóng)土、臣薄冰業(yè)凍土宵、砂宅巖、伯泥巖柱及互僚層于匪一體軟，其叔中含回土冰春層帶避的土若質(zhì)含縮慧量僅磨為童１態(tài)５％饅至２葡０％睛，這蓄樣的姜構(gòu)造揉極易當(dāng)因為虧凍土潮在開警挖時獸融化放成泥足漿水飾而導(dǎo)必致隧燦道坍憲塌。她風(fēng)火敗山因聲此被憤世界兇隧道那專家匙稱為橡“隧孝道禁心區(qū)”劈燕。隧道分類特長隧道長隧道中隧道短隧道隧道長度L(km)L＞1010≥L＞33≥L＞0.5L≤0.5鐵路話隧道千按長句度分秩為四稈類，麻一般餃規(guī)定匆如表4.掏1。表4掏.1飯鐵穗路隧充道按愧長度橋分類注：曾隧道餐長度遭系指曉進出菜口洞腔門端鞏墻墻太面之握間的職距離痛，即撇兩端多墻墻癢面與亂路面雹的交造線同路線誦中線瓦交點宮間的路距離亡。15焰km器以上罩的鐵醋路隧蜓道牙表4狐.2（2鍋）公俗路隧畢道我國反公路投隧道賴總數(shù)躍(20副03年)固已達糠１７拒８２捏座，建總長章度７０雄４公緣瑞里，尸分別邪是改瓶革開算放之啄初的落４．鄉(xiāng)豐７倍誰和１草３．燃５倍減，是按世界兼上公惑路隧膊道最屬多的斗國家。１０雞年內(nèi)憐，我圍國將玻再建上設(shè)總攻長１煩５５俊公里遲以上衣的公躬路隧潑道。正建咬設(shè)的阻終南拘山隧轎道全滋長１旋８.勝４公萄里，情長度皺居亞剛洲第鞭一，屋世界歸第二誼；湖滾南雪改峰山茅隧道竄長７饅公里揀多；格西安償漢中熱高速說公路艘上穿毛越秦貴嶺的愉三座陸特長尸隧道嶄群總同長３秘４公傅里，暗全線局隧道傲總長騰１０蜻０公虜里。近１者０年恢來，沒我國驕已修不建了禿不少碧長隧鮮道、顯特長源隧道軟以及扮隧道添群。燥其中旅，主公要有爪：１漿９９鴨５年寇建成塌的成循渝高餅速公贊路上住的中昏梁山龜隧道腥，長棗３公俊里多倉，解梨決了肅我國梢長大伯公路周隧道統(tǒng)的通糕風(fēng)問另題；論１９運９９聚年通鹿車的封四川執(zhí)省川至藏公忍路上桃二郎閘山隧睛道，員長４釀公里傘多，谷是連刮接西侮藏與云內(nèi)地紋的重靈點工脊程擦等。公路彈隧道棵按長組度分慈為四輪類，誕一般最規(guī)定食如表解4.障2。表4夠.2鴉公產(chǎn)路隧化道按益長度摩分類隧道分類特長隧道長隧道中隧道短隧道隧道長度L(m)L＞30003000≥L≥10001000＞L＞250L≤250注：沒隧道撞長度叢系指鍬進出伴口洞矩門端芬墻墻雙面之兄間的亂距離躺，即野兩端議墻墻向面與政路面咬的交仿線同炎路線中線獵交點款間的介距離。下面裳有一劑些公乏路隧叉道的房誠圖片，見丟圖4蝴.9另、4嗚.1毫0、碌4.尊11揉、4疊.1為2等乏以及發(fā)附圖堪中的巴隧道熄，采物用了吊不同磨的洞擁口形疑式。圖4群.9富岵岫興嶺隧菠道工虹程（雙潔連拱輕整體驢式隧稀道鍬）圖4究.1熔0湖南奇雪峰售山隧脹道（隧唇道長戲度7鉆公里玩，為截我國碧最長咳的公原路隧醋道）圖4雖.1香1綠竹覆子寮編隧道圖4含.1承2曬蓮花愧山隧嫂道附圖漆1互南京咬中山旁門隧肢道(歷蔽史文梅物保嚼護與紀現(xiàn)代傘工程僻建設(shè)怖相結(jié)焦合的蘋典范)附圖宴2脫虎背能山隧陰道(廣掠深高勉速公疼路虎舞背山袍隧道結(jié)洞內(nèi)醬照明伶與洞訊外遮匆光設(shè)廢計)附圖尚3數(shù)柚費樹下騎隧道4.僑5.搏2咸水袋底隧壇道至今紙（20訪03年）反，全指球的互水底庭隧道栽有百聯(lián)余座潑，包弦括我尺國已稅經(jīng)建雹成的姐廣東搶珠江撐、寧傅波甬投江、射上海關(guān)黃埔促江等8座禍水底培隧道振。計紅劃中請的京依滬高旨速鐵災(zāi)路將春考慮咽修建兇南京漏越江咸隧道喘，長居6.著18絞km壤。武求漢和遲上海陽崇明急島將賭建設(shè)輩大型瞇過江乳通道滲工程。20烤10年以屠前，壓廈門訴將建畫成一陪個可艦以全部天候仇進出哈廈門妖島的滑海底壯隧道腿。這俯將是鑄祖國須大陸甩的第騰一條剛海底非(暗米挖)伏隧道，并銀將成訊為廈時門島權(quán)重要而的第串三條眠進出拳島通布道。結(jié)該工毒程總使長度約衣9公差里，其夕中隧往道全夏長59餃00米，爺是一旺座兼驅(qū)有公巴路和音城市魚道路筍功能觸的隧水道。流兩岸亞引道識將在駕今年（2誰00逼3年題）9月期繞間開摧工。用盾旋構(gòu)法末建造柳的水胖底隧顯道，吊自兩欠端至京洞口扒，一互般為疼槽形籮敞開宅式引椅道段沿。穿屯越水釀底的壤暗埋捉段，奧斷面償大多仔為圓宋形。修路建的兼隧道序除個紀別為益單車裁道外類，均他為雙很車道娘[見紐奉圖4刪.1拆3(氏b)悟]。在圓茅形隧沃道中黃，一爭般在北路面隙以下茂是送陷風(fēng)道斯；在枝吊頂橋以上堡是排抖風(fēng)道城。送由排風(fēng)很道與葉隧道扒兩岸敢的通殖風(fēng)機允房連迷通，禮多采賣用橫梅向通慘風(fēng)。用沉軟管法思建造抱的水乒底隧找道，棗除兩爛端引存道段鄉(xiāng)豐與前醋述相床同外圣，穿千越水濫底的究沉管檔有時撞是由健幾個蔑通道充組成谷的矩末形管絕段，橡包括靈車行芬道、被人行糧或巡乒邏通稱道及奸管線煤通道跡等。痰每個利行車綱通道件中有涉兩個瞎以上喘同向筋行駛野的車但道。決水底施隧道應(yīng)較典鍵型的替矩形巴管段磚橫斷土面示父意如權(quán)圖4拿.1摧3(弟a)蔑所示供。據(jù)統(tǒng)衰計，鬼全世夢界采藏用沉妄管法糞修建櫻的水影下鐵沈路和杰道路捉隧道棒已有騎68潤座，福其中握道路謎隧道脆46臟座，矩鐵路勤隧道隔21暴座，其道路明、鐵脅路兩揮用的以隧道腔l座洗。從贈沉管疲結(jié)構(gòu)括來看鈔，鋼炕結(jié)構(gòu)馳32掀座，友鋼筋電混凝親土結(jié)總構(gòu)3挨5座涉。鋼鬼結(jié)構(gòu)術(shù)以美糠國采瓦用的拿最多舅，歐猾洲各摸國則帥以鋼皇筋混池凝土貓結(jié)構(gòu)逼為主祖，日垂本則脆以鋼紫為主念，二腹者兼厭有。圖4曬.1拼3霜水皂底隧姥道橫刮斷面（a跌）鐵肚路隧話道；慈（b筍）道啟路隧聯(lián)道19疲93散年建回成的英法著海峽獵隧道，見局圖4蓮.1譯4，全長缸4匆8.傅5k夾m，海底桌段廟37撕.5芹km軋，隧沖道最允大埋咽深1皺00事m。海路峽隧測道由真2條惡外徑曉8.順6m呈的鐵糟路隧引道和門1條殃外徑右5.位6m天的服務(wù)竭隧道陽組成競。隧蟻道掘煤進施日工共裕采用11臺盾艇構(gòu)掘亦進機苦。英班法海免峽隧黎道的領(lǐng)建成秤，亦是融繁英、自美、毀法、鳴日、戚德等荒先進欠國家遵盾構(gòu)南施工球技術(shù)季于一鞠體的麻最高浪成就售。丹麥香斯多踢貝爾特大坡海峽常隧道嘴是跨猾海工甩程的羨一部積分，姑長7冒.9曉km，由熱2饑條外辟徑8巾.5水m的畫鐵路繡隧道冬組成林，隧夢道最培大埋括深乞75釀m，敵采用套4團臺直內(nèi)徑歸8.彼78稀m的姥混合鉛型土圍壓平撞衡盾吉構(gòu)掘炎進機繩施工慢。工程姐中曾歸發(fā)生弦涌水奇險情，采用筍了海奶底井歪管降陡水、翠凍結(jié)漠、氣哭壓等躬輔助段施工步法解反決了帖困難聞。隧拉道施懇工歷禾經(jīng)艱劉險，撿為隧賤道建潔設(shè)史艙提供肢了寶博貴的殊經(jīng)驗。日本欣東京墻灣橫丈斷公礙路隧備道是張目前趙世界稿上最雁長的孔海底螞公路機隧道，長9霜.4血km，由倍2條惕外徑走13糾.9海m的酬單向張公路規(guī)隧道緞組成動，最屋大埋呆深5精0m辨，采聚用8沫臺直統(tǒng)徑1歐4.壯14輩m的泥罩水平欠衡盾米構(gòu)掘都進機緞施工迷。盾場構(gòu)設(shè)綢計采冬用最鎖先進存的自彈動掘云進管矩理系侄統(tǒng)、友自動商測量蹈管理紫系統(tǒng)沙和管枝片自悅動拼吼裝系談統(tǒng)，熱8臺偉盾構(gòu)編在海僅底實握現(xiàn)了蠟對接建，體趁現(xiàn)了爹高新喂技術(shù)漸在隧村道工海程中糠的應(yīng)思用。東京炕灣橫敞斷公罪路隧慨道已祖在19秒98年建采成通比車，扇標(biāo)志須著盾危構(gòu)隧勿道施妹工最夫先進士的技斑術(shù)水分平。圖4嫂.1色4英吉銳利海悟峽隧跪道斷疑面示霜意（a枯）縱愧斷面解；（部b）次橫斷潛面中國粉與意椒大利突專家慕目前鐘正在釋論證沃建要要一種欺截然洋不同衣的隧蔽道，己專家票們稱篇它為其阿基歉米德頂橋，皺即水膽下懸爬浮隧剖道。阿基寨米德我橋是報利用積懸浮歷隧道銷技術(shù)蠻，通續(xù)過錨庸來固遭定的倚水下行隧道葛，因走此不待需要佛大規(guī)繞模的兇挖掘夾或基局礎(chǔ)建槳設(shè)工軋作。有關(guān)冊專家買指出奮，阿猜基米堂德橋溝已成碑為穿迎越海來峽和足內(nèi)陸庸湖泊袋等永柜久性軟水道為設(shè)施玩的一失個極準(zhǔn)具前獎途的仆概念勢，其所絲式采用章的懸巷浮隧埋道技化術(shù)具劇有經(jīng)紙濟、脆環(huán)保扇等優(yōu)頭點，餡因而太為海蔑峽及寺湖泊株之間尺的交嘉通設(shè)盈施建腦設(shè)，澡提供賞了一比種富哲有吸鳳引力汽與競