1B414000隧道工程概论

隧道工程 1.1隧道的定义通常指用作地下通道的工程建筑物。1970年，OECD(世界经济合作与发展组织)隧道会议从技术方面给隧道定义：以任何方式修建，最终使用于地表以下的条形建筑物，其内部空洞净空断面在2m2以上者均为隧道。 1.2隧道工程的发展概况原始时代即人类的出现到纪元前3000年的新石器时代，是人类利用隧道来防御自然威胁的穴居时代。隧道是用兽骨等工具开挖，修筑在可以自身稳定而无需支撑的地层中。远古时代从纪元前3000年到5世纪，是为生活和军事防御目的而利用隧道的时代。这个时代隧道的开发技术形成了现代隧道开发技术的基础。例如，古埃及金字塔的建设就开始修建了地下建筑。纪元前2200年间的古代巴比伦王朝为连结宫殿和神殿而修建了约1km长的隧道，断面为3.6×4.5m，施工期间将幼发拉底河水流改道，采用明挖法建造，该隧道是一种砖砌建筑。 ·中世纪时代约从5世纪到14世纪的1000年左右。这个时期正是欧洲文明的低潮期，建设技术发展缓慢，隧道技术没有值得一提的进步。但由于对地下矿产资源铜、铁等的需求，开始了矿石开采。·近代和现代即从16世纪以后的产业革命开始。这个时期由于炸药的发明和应用，加速了隧道技术的发展。如有益矿物的开采，灌溉、运河、公路和铁路隧道的修建以及随着城市的发展修建地下铁道、上下水道等，使得隧道的技术得到极大的发展，其应用范围迅速扩大。 1.3隧道技术的发展与成就据现有资料记载，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，是供马车和行人通行的。世界上最早的隧道是公元前2200年，巴比伦国王为连结宫殿而修建的隧道。测量技术的出现，推动了隧道技术的进步。人们利用棚架支撑岩层和卷扬提升土石，从两端洞口开挖隧道，数量较多的各种用途的隧道和水工隧道开始增多。14世纪发明了火药，推动了隧道技术发展。1679年用于法国拉恩开得克运河隧道开挖，获得极大成功，隧道挖掘技术得到飞速的发展。19世纪的产业革命，隧道开挖出现了各种新方法，迎来了近代隧道开挖技术的新曙光。1818年布鲁内尔（Brune1）发明了盾构，意大利物理学家欧拉顿（Erardon）提出以压缩空气平衡软弱地层涌水压力。防止地层坍塌的方法后，英国的科克伦（Co-Chrane）利用这个原理发明用压缩空气开挖水底隧道的方法。 ·新中国成立以来，为改变国家的经济布局，发展内地和山区的经济，先后修建了数十条隧道比重较大的山区铁路。使得我国在铁路隧道的数量和施工技术上都有了较大发展，逐渐掌握了隧道建筑的近代技术，从人力为主体的施工转向以机械开挖为主体的施工，技术上有了质的飞跃。·1979年开始正式推广新奥法 我国公路隧道的建设发展相对迟缓。近几年由于高速公路建设的加快，公路隧道的数量已开始成倍的增长，据不完全统计，到1999年底，我国已建成的公路隧道达1217座，单洞总延长超过406km。。隧道名称隧道长度（m）营运条件大溪岭隧道4100双向、双车道二郎山隧道4160单向、双车道华莹山隧道4770单向、双车道鹧鸪山隧道4400单向、双车道木鱼槽隧道3600双向、双车道八达岭隧道3455双向、双车道真武山隧道（重庆）3100单向、双车道中梁山隧道（重庆）3165单向、双车道牛郎河隧道3920单向、双车道猫狸岭隧道3600单向、双车道秦岭终南山隧道18100双洞、单向、双车道 目前世界上已建成公路隧道，最长的瑞士16.918km的圣哥达隧道，而挪威正在修建的Aurland—Laerdal公路隧道，长度达24.5km。世界上长大公路隧道的概况列于表1.2。其中通过阿尔卑斯山最高峰下连接法国和意大利的勃朗峰(Mt.Blance)隧道，全长11.6km，道路宽7.0m，从顶板到路面高6m，断面呈马蹄形，衬砌厚80cm，法国侧入口标高为1274m，意大利侧标高为1381m，最大埋深约2500m，双车道相向运行，最高限速为80公里/小时。1959年开工，1965年开始运营表1.2世界各国已建成和在建的长度大于10km的公路隧道隧道名称国家长度（m）勃朗峰（Mt.Blance）法国－意大利11600弗雷儒斯（Frejus）法国－意大利12901圣哥达（St.Gothard）瑞士16918阿尔贝格（Arlberg）奥地利13927格兰萨索（GranSasso）意大利10173关越I（Kan-Etsu）日本10920关越II（Kan-Etsu）日本11010居德旺恩（Gudvanga）挪威11400Folgefonn挪威11100AurlandLaerdal挪威24500坪林（Pinglin）中国台湾12900Hida日本10750秦岭终南山隧道中国18100 1.4隧道的分类及其作用1、按用途分（常用分类方法）(1)交通隧道：提供运输的孔道和通道，主要有：铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道、人行地道。 (2)水工隧道：是水利工程和水利发电枢纽的一个重要组成部分。主要包括：引水隧道：把水引入水电站发电机组产生动力资源。尾水隧道：把发电机组排出的废水送出去的隧道。导流隧道（泄洪隧道）：疏导水流排沙隧道：用于冲刷水库中淤积的泥沙而修建的隧道 水工隧道 (3)市政隧道：是城市中为安置各种不同市政设施的地下孔道。主要有：给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。(例如：综合管网、海底设施隧道等)(4)矿山隧道：其作用主要是为采矿服务的。主要有：运输巷道、给水隧道、通风隧道。 地下电缆隧洞 隧洞开挖图 2、按隧道长度分（公路隧道规范）：(1)特长隧道：L>3000m(2)长隧道：3000m≥L>1000m(3)中长隧道：1000m≥L>500m(4)短隧道：L≤500m 3、按断面面积分：(1)特大断面隧道：断面积在100m2以上(2)大断面隧道：断面积在50~100m2之间(3)中等断面隧道：断面积在20~50m2之间(4)小断面隧道：断面积20m2以下 4、按隧道所处的地理位置划分：山岭隧道水底隧道城市隧道 隧道是交通线上的重要组成部分，是国家重要的基础设施；重要性1.5隧道在交通建设中有哪些作用？ 快速畅通的交通网是经济发展的前提，低等级公路已不适应高速经济发展的需要；必要性隧道使公路里程大大缩短 目前我国高速公路相对较少，与我国人口、经济发展相比，太少。社会经济发展，交通必先行。紧迫性 1.6隧道的力学特点隧道力学研究围岩体的强度、变形和渗流特性以及与此有关的工程问题连续介质力学的知识岩土力学的理论实验规律及工程实践经验 隧道工程的隐蔽性隧道的特点 隧道工程的施工环境差隧道的特点 隧道工程的大量涌水隧道的特点 隧道结构构造主体构造物附属构造物洞身衬砌洞门构造物洞身衬砌的平、纵、横断面的形状由道路隧道的几何设计确定衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定明洞通风照明排水、消防、通讯等 1.7洞身衬砌（1）洞身衬砌的类型（2）支护结构 衬砌结构形式，主要根据地质地形条件，考虑结构受力的合理性、施工方法等因素来确定。1.7.1衬砌结构的类型(1)直墙衬砌(2)曲墙式衬砌(3)喷锚衬砌(4)复合衬砌(5)偏压衬砌(6)喇叭口衬砌(7)圆形断面衬砌(8)矩形断面衬砌 （1）直墙式衬砌适用条件：垂直围岩压力为大、水平围岩压力小的情况下；一般适用于Ⅱ、Ⅲ级围岩，有时也可用于Ⅳ级围岩.割圆拱：r1=r2、坦三心圆拱:r1>r2、尖三心圆拱:r1