隧道工程论文

研究生课程论文(2009-2010学年第一学期)隧道工程课程论文研究生：周森提交日期：2010年2月1日研究生签名：周森学号200920105032学院土木与交通学院课程编号S0813083课程名称隧道工程学位类别硕士任课教师刘庭金教师评语：成绩评定：分任课教师签名：年月日隧道工程课程论文2隧道洞门设计原则及门洞设计形式比较周森摘要：探讨了隧道洞门设计原则和设计思路，对不同门洞设计形式进行比较，并指出了它们的适用范围。关键词：隧道洞门；设计原则；设计形式0前言随着基础设施建设步伐的逐步加快，隧道建设规模正日益扩大，人们不但重视隧道施工技术水平的提高，还不断追求它的艺术性，尤其注重隧道洞门的美学效应，使隧道不单成为交通通道，同时又起着点缀周围环境的作用。隧道洞门的外墙设计，应与城市周围的景观相协调，洞门的形式在研究建筑的现象学基础上，结合当地的特色，设计成既美观又经济的隧道洞门。（图1隧道洞门与景观）隧道工程课程论文3（图2隧道洞门与景观）（图3、4隧道洞门与周围环境）（图5赋予隧道洞门文化内涵）洞门是连接隧道和路基的建筑物，是实现大地绿化的装饰点，广大设计者对洞门形式进行了探索和追求。铁路隧道根据地形将门洞分为洞口环框式、端墙式、翼墙式、株式、台阶式、斜交式、喇叭口式等类型。公路隧道洞门根据工程特点则大有突破和创新，如削竹式、城堡式、欧式等风格。洞门设计是隧道设计的重要组成部分，属于主体工程隧道工程课程论文4范围，对其结构形式、外观造型进行多方案比较是非常有必要的。1洞门的作用隧道洞门的作用体现在以下几个方面：（1）隧道洞门可以减少洞口土石方开挖量。洞口段范围内的路堑是根据地质条件以一定坡率开挖的，当隧道埋至较深时，开挖量较大，设置隧道洞门可以起到挡土墙的作用，减少土石方开挖量。（2）稳定边坡、仰坡。修建洞门可以减小引线路堑的边坡高度，缩小正面仰坡的坡面长度，使边坡及仰坡得以稳定。（3）引离地表水流。地表水流往往汇集在洞口，如不排除，将会侵害路线，妨碍行车安全。修建洞门可以把水流引入侧沟排走，确保运营安全。（4）装饰洞口。洞口时隧道唯一外露部分，是隧道的正面外观。修建洞门可以起到装饰作用，特别在城市附近、风景区及旅游区内的隧道更应配合当地的环境，给予艺术处理，进行美化。2隧道洞门设计原则隧道洞门位置应该根据地形、地质水文等条件，着重考虑仰坡及边坡的稳定，同时应该结合洞外有关工程及施工条件、运营要求，同时还要满足有关规范的要求，不能随心所欲，但我们可以利用这些因素进行巧妙的结合，使洞门建筑融汇于自然环境当中，达到所需之目的。因此，在洞门设计构思时应考虑若干主要原则。2.1建筑与结构相结合的原则洞门是隧道工程的门墙，其总体作用分为结构和美化两个方面。前者具有支持山体，稳定边坡并承受该处地层上的压力的作用，后者起到美化隧道的作用。前者是受力所需，后者是审美和艺术的需要。研究隧道洞门设计是研究建筑物的现象学，建筑物的外观在人们头脑中产生一种直觉，使他们意识受到影响并转变为感受理解。公众通常认为隧道洞门设计是类似于挡土墙，其实隧道洞门外墙的作用要比公众认为的大一些，其外部形式不仅仅是赏心悦目，从实用角度而言，它有着更深远的意义，它成为一种环境的隔膜，把外部自然环境与内部人工环境分开，并可将隧道与周围环境连接起来。建筑设计的艺术和科学就是把各种元素组合成一个建筑物的整体，将建筑与结构设计有机地结合起来，使之既美观又符合功能要求。（图6隧道洞门与周围结构相结合）2.2环境与意境相结合的原则隧道工程课程论文5隧道洞门位置或在丛林之中，或在岩石之壁，或依山傍水，洞门所处的自然环境是得天独厚的。通过隧道所处的地理特点进行构思，它可丰富我们在洞门设计中意境构思的素材，将环境和意境结合起来就会构思出优美的洞门形式。2.3洞门形式与洞口地形相协调的原则一座隧道采用什么形式的洞门，应结合隧道所处的地理位置、地形地貌情况、洞口场地的宽阔程度来确定，使之协调统一。（图7隧道洞门与洞口地形相结合）2.4外墙装饰与相邻建筑物相协调的原则洞门外墙装饰对隧道建筑的美观效果和功能发挥起着很大的作用。一幢建筑物的设计效果除了它的立面造型、比例尺寸和功能分区等设计手法和风格有关外，还与其饰面材质的选用有关。外墙的装饰效果是通过对材料的色调、质感和线条三方面来体现。隧道洞口又称之为“洞脸”，脸是要装饰和打扮的，否则会失去应有的美丽。3隧道洞门设计形式根据隧道洞口所处的地形、地质条件，洞门形式也有所不同，主要有如下几种：3.1洞口环框当洞口石质坚硬稳定（I-II级围岩），且地形陡峻无排水要求时，可仅修建洞口环框，以起到加固洞口和减少洞口雨后滴水的作用。隧道工程课程论文6（图8环框式洞口）（图9框式洞门）3.2端墙式（一字式）洞门端墙式（一字式）洞门是最常见的洞门。它适用于地形开阔、石质较为稳定（II-III级围岩）的地区，由端墙和洞门顶排水沟组成。端墙的作用是抵抗山体纵向推力及支持洞口正面上的仰坡，保持其稳定。洞门顶排水沟用来将仰坡流下来的地表水汇集后排走。隧道工程课程论文7（图10端墙式洞门）3.3翼墙式（八字式）洞门当洞口地质较差（IV级及以上围岩），山体纵向推力较大时，可以在端墙式洞门的单侧或双侧设置翼墙。翼墙在正面起到抵抗山体纵向推力，增加洞门的抗滑及抗倾覆能力的作用。两侧面保护路堑边坡，起挡土墙作用。翼墙顶面与仰坡的延长面相一致，其上设置水沟，将洞门顶水沟汇集的地表水引至路堑侧沟内排走。隧道工程课程论文8（图11、12、13翼墙式洞门）隧道工程课程论文93.4柱式洞门当地形较陡（IV级围岩），仰坡有下滑的可能性，又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可在端墙中部设置2个（或4个）断面较大的柱墩，以增加端墙的稳定性。柱式洞门比较美观，适用于城市附近、风景区或长大隧道的洞口。（图14、15柱式洞门）3.5台阶式洞门当洞门位于傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时，为了提高靠山侧仰坡起坡点，减少仰坡高度，将端墙顶部改为逐级升高的台阶形式，以适应地形的特点，减少洞门圬工隧道工程课程论文10及仰坡开挖数量，也能起到一定的美化作用。（图16台阶式洞口）3.6斜交式洞门当隧道洞口线路与地面等高线斜交时，为了缩短隧道长度，减少挖方数量，可采用平行于等高线与线路呈斜交的洞口（洞门与线路中线的交角不应小于45°）。一般斜交式洞门与衬砌斜口段应整体灌注。由于斜交式洞口及衬砌斜口段的受力复杂，施工也不方便，所以只有在十分必要时才采用它。隧道工程课程论文11（图17、18、19、20斜交式洞门）3.7喇叭口式洞门高速铁路隧道，为减缓高速列车的空气动力学效应，对单线隧道，一般设喇叭口洞口缓冲段，同时兼作隧道洞门。隧道工程课程论文12（图21、22喇叭口式洞门）3.8明洞式洞门当基岩完整，坡面较陡，地面水不大，采用重力式内墙开挖量较大时，可采用钢筋混凝土锚杆式内墙。外墙只承受由盖板传来的垂直压力，厚度较薄，要求地基承载力较小。当地形狭窄，山坡较陡，基岩埋至较深而上部地基稳定性较差时，为了使基础置于隧道工程课程论文13基岩上且减小基础工程，可采用钢架式外墙。（图23、24、25明洞式洞门）4小结由于隧道洞口段受力复杂，除了受有横向的垂直及水平荷载外，还受有纵向的推力，所以《铁路隧道设计规范》规定：单线铁路隧道洞口应设置不小于5m长的模筑混凝土加强衬砌，双线和多线隧道应适当加长。洞门宜与洞身整体砌筑。综上所述，洞门的形式较多，选择洞门形式应根据洞口的地形、地质条件、隧道长度和所处的位置等确定，特别要注意洞口施工后地形改变的特点。参考文献[1]朱勇全、宋玉香.隧道工程.中国铁道出版社，2005，北京.[2]俞汝法.论隧道洞口设计的构想和表现形式.隧道及地下工程.1985年4期.[3]张浪.中国园林建筑艺术,安徽科学技术出版社.1996.[4]谢君泰.城市隧道洞门设计方案构思.国际隧道研讨会.隧道工程课程论文14杭州地铁基坑事故调查分析周森摘要：描述了杭州地铁基坑塌陷事故情况，并对其塌陷原因进行分析，并总结出相关的经验和教训。关键词：杭州地铁；基坑塌陷；原因；经验教训1杭州地铁基坑塌陷情况2008年11月15日下午3点15分，浙江省杭州市萧山风情大道地铁一号线出口附近发生大面积地面塌陷事故。塌方现场长120米、宽21米、深16米；公路塌方长50米、宽20米、深2米；工地结构性坍塌造成自来水钢管断裂，大量水涌出淹没事故现场。事故发生时，多辆小汽车包括一辆公共汽车坠入塌陷处。事故发生时地下有50多名施工人员，20多名地铁工作人员从坍塌处逃脱，有30多人生死未卜。杭州风情大道地铁施工工地地面大面积塌陷事故，共造成21人死亡。（图1杭州地铁塌陷事故现场）隧道工程课程论文15（图2塌陷现场模拟）（图3、4事故造成的路面坍塌）（图5、6事故造成支撑倒塌）2地铁站点施工及事故发展过程2.1正确的地铁站点土建施工流程挖基坑——四面浇注混凝土连续墙——每挖3到5米的土层，以钢管支撑，形成重隧道工程课程论文16叠的钢管支撑层——挖到基坑底部，要作土质硬化，铺钢筋、打底板——地铁站点建筑，由下往上搭建——钢支撑逐层撤走——混凝土浇好后28天，结构基本稳定。本次事故，发生在基坑底部打底板阶段，这也是地铁建设中最难、最危险的阶段之一。2.2事故发生过程地面裂开塌陷——两边土层向基坑内挤压——钢支撑受力过大，发生断裂——西侧连续墙倒塌——地下自来水管断裂，附近河流发生渗水——基坑内迅速积水，继续变形位移。（这一切，都发生在几分钟之内，基坑最深处有16米，坑底的施工人员，没有足够的逃生时间）基坑呈长方形，坑内所有的钢支撑全部断裂，形成犬牙交错的平面。坑底的土层，在两侧的挤压下，向上抬高，坑深已不足16米。西侧的连续墙已经坍塌，形成一个斜坡，土层的巨大压力，将基坑挤压变形。东侧的连续墙下沉了9米，勉强支撑，地质结构发生变化，导致东侧的三幢民居成为危房，必须拆除。（图7事故使周围建筑物成为危楼）（图8围护结构倾塌）3杭州地铁坍塌原因3.1设计方案不合理隧道工程课程论文17地下连续墙设置深度不足，插入深度不到1倍。据西南交大地质专家曹教授分析，杭州地区土层软，水量丰富，地下连续墙设置至少要达1.5倍或2倍以上。他说，这样的隐患问题在东南沿海城市地铁建设中早已暴露出来了，并发生了惨重事故。遗憾的是承担此次设计任务的北方某设计院对南方地铁、尤其杭州复杂地质条件下如何设计还没有足够的认识，这是导致隐患发生的一个原因。3.1.1施工范围的地质条件杭州的地质较为复杂，其地下水含量比较丰富，绝大多数土层皆为软土，地铁基坑开挖、地铁盾构推进等工程作业如同在蛋糕里打洞，施工风险极大。塌陷的工地位于杭州萧山区，这里靠近钱塘江，地下水位比较高，沙下面的水容易进入沙里，形成流沙地质，这样的地质条件，当土挖到一定程度，一旦压力够大，就可能塌陷。遗憾的是，杭州地铁却没有在事故中吸取教训，最终导致悲剧再次重演。3.1.2掘进范围土体总特征该线路掘进范围内各土层的总体特征是：高含水量和大孔隙比、高压缩性、低强度、淤泥质软粘性土具有高灵敏度、弱透水性，粉土、粘性土透水性较好，易产生流沙、管涌现象。3.2风情大道汽车荷载超标严重据杭州市交通部门透露的信息，原道路设计车流量为3000辆，因附近几条道路整修，所有车辆绕至风情大道通过，预计达30000辆/日，荷载超标10倍之多，且有大量超重车辆通行，而设计单位根本没有预料到这样的情况，造成地铁承受超得多得多的荷载，从而发生重大事故。3.3地方政绩工程思想严重据一名不愿透露姓名的中铁四局人士称，杭州地铁是为某些企业、少数大款、官老爷服务的工程。这表现在急功近利、贪图虚名，不坚持科学发展观，不按经济规律办事，靠拍脑袋、靠谁官大谁就说了算办事。据调查，杭州地铁至少存在以下三点严重问题：（1）好大喜功，盲目求快杭州地铁1号线国家发改委批复完工日期为2010年，而该线的主管部门的部分领导，不顾在拆迁滞后一年、于今年6月才实际开工的客观情况，仍要求工期提前至2009年完成，实际工期仅1年半，并向施工方中铁四局所属企业“压担子