土木工程基礎(chǔ)探究地下工程與隧道工程

土木工程概論第十章隧道工程及地下工程20世紀(jì)80年代國際隧道協(xié)會(huì)(ITA)提出“大力開發(fā)地下空間，開始人類新的穴居時(shí)代”的口號(hào)。順應(yīng)于第一時(shí)代從出現(xiàn)人類至公元前3,023年的遠(yuǎn)古時(shí)期。人類原始穴居，天然洞窟成為人類防寒暑、避風(fēng)雨、第二時(shí)代從公元前3,023年至5世紀(jì)的古代時(shí)期。埃及金字塔、古代巴比倫引水隧道，均為此時(shí)代的建筑第三時(shí)代從5世紀(jì)至14世紀(jì)的中世紀(jì)時(shí)代。世界范圍礦石開采技術(shù)出現(xiàn)，推進(jìn)了地下工程的發(fā)展。第四時(shí)代從15世紀(jì)開始的近代與現(xiàn)代。歐美產(chǎn)業(yè)革命，諾貝爾發(fā)明黃色炸藥，成為開發(fā)地下空間的有力武筑物與地下管線密集的街區(qū)，采用了淺埋明挖法施工。60年代上海修建打浦路水底公路隧道。70年代，我國修80年代上海建成延安東路水底公路隧道，全長2,261m,采用直徑11.3m的超大型網(wǎng)格水力機(jī)械盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)施工。自1984年動(dòng)工，1989年5月竣工通車，建成了當(dāng)時(shí)世界第三條盾構(gòu)法施工的長大隧道。同一時(shí)期，上海還建成電纜隧道及其他市政公用隧道等20余條，總長達(dá)30余km。1985年至1987年，上海建成黃浦江上游引水隧道一期工程，日引用量達(dá)230萬t,社會(huì)效益十分明顯。人民廣場(chǎng)地下車庫的建成，其平面尺寸達(dá)176×146m,深11m。廣州地鐵、南京地鐵等在此一時(shí)期進(jìn)入設(shè)計(jì)與施工準(zhǔn)備階段，寧波開始了水底公路隧道的修建工作。90年代以來，我國都市地下的交通與市政設(shè)施加緊了修建速度。上海地鐵1號(hào)線，地鐵2號(hào)線已相繼開通。我國地下空間開發(fā)運(yùn)用的網(wǎng)絡(luò)體系已開始建設(shè)，多在地表至-30m以內(nèi)的淺層修筑地下工程?？梢灶A(yù)見伴隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國路隧道，長14,295m,歷時(shí)6年建成；日本青函隧道，長53,850m,從規(guī)劃到建成，歷時(shí)半個(gè)世紀(jì)；英法海峽隧道，長50km,海底長度37km,歷時(shí)7年建成；日韓隧道，長250km,采用分段施工方案，其調(diào)查斜井已于1986關(guān)越隧道，它們的長度均超過10km。各類地下電站迅速增長，其中地下水力發(fā)電的數(shù)目，全世界已超過400座，其發(fā)電量達(dá)45億瓦以上。地下電站的建設(shè)是個(gè)十分龐大的地下工程。原蘇聯(lián)的羅戈水電站，土石方量510萬立方米，混凝土用量160萬立方米，開鑿的隧道、硐室294個(gè)，總長度達(dá)62km。世界各國修建了大量的地下貯藏第一節(jié)隧道工程調(diào)查計(jì)劃技術(shù)(有關(guān)地質(zhì)、水文等的調(diào)查和預(yù)測(cè)、測(cè)量等);設(shè)計(jì)技術(shù)(指巖石力學(xué)、土力學(xué)和構(gòu)造力學(xué)、材料等);施工技術(shù)(指開挖、運(yùn)送、支撐襯砌的施工、地基改良、為改善施工條件而采用的特生等);運(yùn)用技術(shù)(指照明、通風(fēng)、維修管理、防災(zāi)等)。最古老的隧道是古代巴比倫城連接皇宮與神廟間的人行隧道，建在公元前2160-2180年間。該斷面為3.6m×4.5m,施工期間將幼發(fā)拉底河水流改道，用明挖法建造。該隧道是一種磚砌建筑物。1895-1923年修建的穿越阿爾卑斯山鐵道隧道長19.23km。目前世界最長的汽車專用隧道是瑞士中部的圣哥達(dá)(St.Gotthard)隧道，全長16.3km,隧道開鑿時(shí)，第一次使用了硝化甘油我國最早的交通隧道是位于今陜西漢中縣的“石門”隧道，建于公元66年。是驅(qū)使3萬奴隸挖掘，每周進(jìn)尺僅75mm。隧道施工直到19世紀(jì)才開始采用鉆爆作業(yè)。通過一種世紀(jì)的革新，發(fā)原因確定，采用緩坡為宜。隧道的縱坡一般應(yīng)不不不小于0.3%,并不不小于3%。隧道如從兩個(gè)洞口對(duì)頭掘進(jìn)，汽車排出的廢氣具有多種有害物質(zhì)，如一氧化碳CO、氮氧化合物NOx、碳?xì)浠衔颒C,亞硫酸氣體SO?和煙二.機(jī)械通風(fēng)地鐵隧道構(gòu)造淺埋區(qū)間隧道多采用明挖施工，常用鋼筋混凝土矩形框架構(gòu)造。下圖顯示的是淺埋明挖施工的區(qū)間隧道構(gòu)造型式。(a)單跨矩形(b)雙跨矩形(c)單跨雙層(d)單拱形深埋區(qū)間隧道深埋隧道多采用暗挖施工，用圓形盾構(gòu)開挖和鋼筋混凝土管片支護(hù)。構(gòu)造上覆土的深度規(guī)定應(yīng)不不不小于盾構(gòu)直徑。從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)分析，暗挖施工時(shí)，建造兩個(gè)單線隧道比建造將雙線放在一種大斷面的隧道里的作法合理，由于單線隧道斷面運(yùn)用率高，且便于施工。莫斯科初期地下鐵道適應(yīng)備戰(zhàn)規(guī)定采用深埋形式，有的路段深達(dá)40～50m。倫敦地鐵有的建在30m深左右的粘土層中，運(yùn)用其不滲水的特點(diǎn)以便施工。站臺(tái)是地鐵車站的最重要部分，是分散上下車人流、供乘客乘降的場(chǎng)地。如下是三種車站斷面形式：鐵路隧道施工地下鐵道沿都市重要街道布置，在市區(qū)或市郊修建。因此，施工方案的選用應(yīng)充足考慮地鐵對(duì)都市交通、建明挖法是淺埋地下通道最常用的措施，也稱作基坑法。它是一種用垂直開挖方式修建隧道的措方向掘進(jìn)隧道而言)?；臃ㄊ┕な侵笍牡孛嫦蛳麻_挖，并在欲建地下鐵道構(gòu)造的位置來路面的交通運(yùn)行。后一種基坑法也稱為路面覆蓋式基坑法或稱開壕被覆法(Cutand(1)敞口放坡明挖(2)板樁法(3)地下持續(xù)墻施工法混凝土持續(xù)墻作為擋土墻起支護(hù)基坑作用，有的持續(xù)墻的頂上(或鋼板樁的頂上)加蓋鋼構(gòu)造或鋼筋混凝土(1)盾構(gòu)法(2)注漿法(3)沉管法(4)頂管法頂管法施工是在作好的工作坑內(nèi)預(yù)制鋼筋混凝土隧道構(gòu)造，待其到達(dá)強(qiáng)度后用千斤頂將構(gòu)造推頂至設(shè)計(jì)位17世紀(jì)起，歐洲修建了許多運(yùn)河隧道，其中法國魁達(dá)克運(yùn)河隧道長157km。1927年美國紐約于哈德遜河底建成霍蘭(Holland)隧道，我國自20世紀(jì)60年代開始研究用盾構(gòu)法修建黃浦江水底隧道。上海第一條越江隧道——打浦路隧道于1965年開始施工，并于1981年建成通車。第一座沉管隧道也于70年代初期在上海建成。1982年臺(tái)灣高雄建成一條沉管水底公路隧道。80年代后期，我國都市水底隧道的修建已進(jìn)入發(fā)展時(shí)期。礦山法施工，埋深的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)依圍巖的強(qiáng)弱程度取毛洞跨徑的1.5～3倍。沉管法施工，只要滿足船舶的拋錨規(guī)定即可，約1.5m左右。盾構(gòu)法施工，經(jīng)國內(nèi)外專家數(shù)年研究，認(rèn)為最小覆蓋層厚度應(yīng)為盾構(gòu)直徑的1倍。但衡。為保險(xiǎn)起見，該平衡力應(yīng)是浮力的1.10～1.15倍。檢查抗浮穩(wěn)定期，為偏于安全不計(jì)摩擦力的作用。國內(nèi)外水底隧道，尤其是河底段，多采用沉管圣比得堡卡諾尼爾水下隧道，為雙車道公路隧道，具有旁側(cè)的人行道1和通風(fēng)道2,用沉管法施工。加拿青函海底隧道是一條鐵路隧道。它穿越津輕海峽，將日本的本州和北海道連接起來海底部分23.3km,其他為陸地部分。本州與北海道之間的運(yùn)送，過去是靠船舶和飛機(jī)進(jìn)行。由于海峽氣候條件1954年9月臺(tái)風(fēng)致使5艘鐵道聯(lián)船翻船沉沒，導(dǎo)致1,400人死亡。事故使人們深刻認(rèn)識(shí)到修建青函隧道以貫穿南北鐵路的緊迫性。1964年開始施工，1972年進(jìn)入海底段施工，歷經(jīng)23年，于1983年1月完畢貫穿。1985年建成隧道，1988年3月正式通車運(yùn)行。英國英古海峽桑加特法國英國和法國于1986年11月簽訂協(xié)議建設(shè)英吉利海峽隧道。該隧道連接英國多維爾市與法國加來市。該鐵路隧道建成后可使倫敦到巴黎的時(shí)間縮短3小時(shí)，使鐵路可與航空競(jìng)爭(zhēng)。海峽在此的寬度為36.8km,隧道長度約為第二節(jié)地下工程地下電站在地面如下土層或巖體中修建多種類型的地下建筑物或構(gòu)造的工程，可稱為地下工程。它包括交通運(yùn)送方面的地下鐵道、公路隧道、地下停車場(chǎng)、過街或穿越障礙的多種地下通道等；軍事方面和野戰(zhàn)工事、地下指揮所、通訊樞紐、掩蔽所、軍火庫等；工業(yè)與民用方面的多種地下車間、電站、多種儲(chǔ)存庫房、商店、人防與市政地下工程，地下水電站布置成效明顯。某些能源短缺國家的專家提出了建造地下燃料貯庫為主的戰(zhàn)略儲(chǔ)