隧道工程绪论

绪论1、掌握隧道的概念及分类2、熟悉隧道的结构构造3、熟悉隧道设计应遵循的国家规范、规定与要求4、了解隧道工程优点、施工方法、发展简史及发展前景 隧道的概念及作用1、概念（1）用作地下通道的工程建筑物。（2）1970年世界经济合作与发展组织从技术方面将隧道定义为：以任何方式修建，最终使用于地表面以下的条形建筑物，其空洞内部净空断面在2m2以上者均为隧道。 隧道的概念及作用2、分类（1）按地层划分：岩石隧道（山岭隧道），软土隧道（2）按施工方法分：矿山法（钻爆法）、明挖法、盾构法、沉埋法、掘进机法等（3）按埋置深度分：深埋隧道、浅埋隧道、超浅埋隧道。三种埋置深度隧道的设计和施工方法有很大区别。通常深埋隧道荷载按塌落拱计算，浅埋隧道按全土柱重量计算，超浅埋隧道则按全土柱加地面动、静换算荷载计算。 隧道的概念及作用（3）按断面形状分：圆形、马蹄形、矩形隧道、直墙拱顶隧道等（4）按断面面积分（国际隧道协会）：特大断面（100m2以上）、大断面（50～100m2）、中等断面（10～50m2），小断面（3～10m2），极小断面（3m2以下）（5）按车道数分：单车道、双车道、多车道（6）按其长度分（设计规范）：特长隧道（大于3000m）、长隧道（1000～3000m）、中隧道（500～1000m）、短隧道（小于500m） 隧道的概念及作用（7）按隧道的用途进行分类交通隧道（公路隧道、铁路隧道、水底隧道、地下铁道、航运隧道、航运隧道、人行隧道），水工隧道（引水隧道、尾水隧道、泄洪隧道等）、市政隧道（给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道）、矿山隧道 隧道的概念及作用3、地下工程结构（隧道）与地面结构的区别与联系（1）结构构造（2）结构计算（设计）：荷载（3）施工：方法、工作环境（4）勘测设计 隧道的概念及作用（1）结构构造隧道:主体构造物（洞身衬砌、洞门）与附属构造物(通风、照明、防排水、安全设备等)（2）结构计算：力学模型的简化、荷载的计算、围岩与衬砌的相互作用。梁桥与隧道设计的对比（3）施工：方法；施工环境（隧道施工空间有限、光线暗、劳动条件差）（4）勘测设计：地质调查和水文地质调查 隧道的概念及作用4、隧道的作用（1）缩短行车里程、提高交通效率（基本目的）（2）从根本免除落石、坍方、雪崩等危害（3）减少对植被的破坏，保护生态环境（4）在城市，节约土地，构成立体交叉，解决交叉路口的拥挤堵塞（5）在江河、海峡、港湾地区，可不影响水运（6）增加隐蔽性，提高防护能力、不受气候影响 隧道的概念及作用5、隧道各结构构造的作用保证隧道岩体的稳定性，保证行车安全（1）洞身衬砌：承受围岩压力、结构自重及其他荷载，防止围岩风化、崩塌和洞内的防水、防潮 隧道的概念及作用（2）洞门：防止洞口塌方落石，保持仰坡和边坡的稳定性（3）通风、照明、防排水、安全设备：确保行车安全、舒适6、隧道衬砌的设计和施工（1）设计：荷载复杂、衬砌与围岩的相互作用（2）施工方法 隧道的概念及作用（3）公路隧道设计时应遵循的国家规范、规定与要求A、《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)B、《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)C、《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)D、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)E、《工程岩体分级标准》(GB50218-94) 隧道的概念及作用F、《地下工程防水技术规范》(GB50108－2001)G、《公路隧道施工技术规范》(JTJ042-94)H、《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1-1999)I、《公路隧道交通工程设计规范》(JTG/TD71-2004)J、遵循能充分发挥隧道功能、安全且经济地建设隧道的基本原则。 隧道的概念及作用K、隧道主体结构必须按永久性建筑设计，具有规定的强度、稳定性和耐久性，建成的隧道应能适应长期运营的需要，方便维修作业。主体结构物：洞门、支护衬砌、各附属风道、风井、洞室、防排水设施、路面板及隧底填充等。耐久性：一般指所使用的建筑材料具有必要的抗渗性、抗冻性和抗侵蚀性。L、加强隧道支护衬砌、防排水、路面等主体结构设计与通风、照明、供配电、消防、交通监控等 隧道的概念及作用营运设施设计之间的协调，形成合理的综合设计。M、隧道土建设计应体现动态设计与信息化施工的思想，制定地质观察和监控量测的总体方案；地质条件复杂的隧道，应制定地质预测方案，以及时评判设计的合理性，调整支护参数和施工方案。通过动态设计使支护结构适应于围岩实际情况，更加安全、经济。本构关系，力学参数、岩土的非连续性动态（信息化）设计：在施工现场开挖过程中不 隧道的概念及作用断地对围岩变形进行量测，然后以这些位移量测信息为依据，反算围岩物理力学参数，在此基础上重新评价隧道结构的事前设计（预设计），确定更符合围岩动态的支护参数。地质超前预报N、隧道设计应贯彻国家有关技术经济政策，积极慎重地采用新技术、新材料、新设备、新工艺。新奥法：以充分发挥山体围岩自撑能力为基本原理，以锚喷支护及复合式衬砌为主要特征。 隧道的概念及作用O、隧道设计必须符合国家有关土地管理、环境保护、水土保持等法规要求。应注意节约用地，保护农田水利设施，尽量保护原有植被，妥善处理弃渣和污水。生态平衡、保护环境 本教材的主要内容1、道路隧道的勘测设计原则、内容和要领2、结构构造、运营通风和运营照明3、道路隧道的经济分析4、荷载计算5、常用衬砌的设计与计算6、主要施工方法7、运营管理与养护 隧道工程的发展简况1、隧道产生和发展的4个时代（1）原始时代：公元前3000年的新石器时代，防御自然威胁，工具：兽骨和石器，地层较好，无需支撑（2）远古时代：从公元前3000年到5世纪，生活和军事防御，明挖法，砖砌（3）中世纪时代：5世纪到14世纪，建造技术发展缓慢，矿石开采（4）近代和现代：16世纪产业革命开始，黑火药 隧道工程发展简况黄色炸药，瑞典人诺贝尔2、我国最早用于交通的隧道“石门”隧道，公元66年，供马车和行人通行的3、世界上最早的隧道公元前2200年，巴比伦国王为连接宫殿和神殿而在幼发拉底河下修建的行人隧道，砖砌构造物 隧道工程的发展简况3、隧道工程的发展趋势（1）两个新的领域，宇宙空间与地下空间。（2）地下空间开发与利用的优势技术比较成熟，可持续发展的客观要求，城市综合症的解决（3）21世纪是地下空间大开发利用的年代（4）发达国家的规划：日本：10个日本；美国：21世纪1/3人口要居住在地下 隧道工程的发展简况4、隧道工程施工方法的发展简况（1）古代“火焚法”，石器，铁锤和钢钎（2）钻爆法：炸药，凿岩机（3）机械开挖方法：盾构法（盾构机、软土地层），掘进机法（中硬岩石地层，秦岭隧道，是国内外用TBM施工的第3座长隧道） 隧道工程的发展简况4、隧道工程相关理论的研究进展（1）地压力：开始于14世纪，随着采矿和隧道工程的发展，地层压力理论也在相应的发展。两个研究方向：松散体理论（把地层视为松散构造，普式理论），弹塑性理论（把地层视为连续介质）（2）岩石力学的发展陈宗基，1958，首次把岩石力学作为一门边缘学科来发展。用力学的观念，以地质为基础来解决 隧道工程的发展简况工程实践问题，首次运用流变理论来研究岩石的流变特性，指出即使在坚硬岩石中修建地下洞室，也要考虑流变对长期稳定性的影响。（3）新奥法新奥地利隧道施工方法（NewAustrianTunnelingMethod，NATM），奥地利拉布西维兹教授等在长期从事隧道工程的实践中，从岩石力学的观念出发而提出的一种合理的施工方法。以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，理论、量测和经验相结合。 隧道工程的发展简况并不单纯是一种施工方法，更不能认为喷锚支护就是新奥法，新奥法应该是修建隧道的指导原则和积极思路。 我国隧道工程的发展前景1、我国是一个多山的国家。75％左右的国土是山地，地形起伏较大2、交通建设的高速发展3、建设重点向西部和偏远山区发展