隧道工程

张鹏交通学院地下空间系Mobile-Tel:[phone]E-mail:[e-mail]:41195886隧道工程考核方法考核内容平时到课+论文大作业+考试成绩=总成绩20%70%100%考核方式平时成绩—论文与到课情况考试方式—闭卷课程设计围岩分类+隧道结构设计10%隧道工程结构计算隧道主体建筑结构隧道工程的勘测设计隧道工程概述目录隧道工程施工技术隧道工程量测技术隧道工程的维修养护与管理隧道工程概述地下工程的定义交通工程：公路、铁路隧道；地铁；跨海隧道；城市地下交通等建筑工程：地下室、地下停车场、地下商场等市政工程：地下管网（下水道、电网、供热）等人防工程：人防避难工程等能源工程：地下电厂（水电、核能、火电）、地下水利设施、核能废料的存储等军事工程：地下防护工程；地下武器储库；地下飞机场功能应用地下工程——修建在地层中提供某种用途的地下空间的建筑结构物1.1概念与定义隧道工程的定义从事研究和建造各种隧道及地下工程的规划、勘测、设计、施工和养护的一门应用科学和工程技术，是土木工程的一个分支。隧道(tunnel)的定义隧道工程——以交通、运输为主要功能用途的一种地下工程岩石隧道（硬岩软岩）土质隧道山岭隧道城市隧道水底隧道圆形隧道椭圆形隧道马蹄形隧道矩形隧道双线隧道连拱隧道双层隧道地层位置形状1.2隧道的分类交通隧道水工隧道市政隧道矿山隧道钻爆法隧道明挖法隧道机械法隧道深埋法隧道用途施工方法特大断面（100m2)大断面（50~100m2)中等断面（10~50m2)小断面（3~10m2)极小断面（3m2)断面1.3隧道的优缺点克服高程障碍裁弯取直避开不良地质地带避开其它重要建筑物与工程节约地皮有利于环境保护应用范围广泛优点造价较高施工期限长施工作业与环境差施工风险较大缺点对比类别隧道工程地面工程地质条件地层深，线式，复杂多变，随机性大，地质勘察全程性、工作量大；地层浅，点式，简单明确，确定性强，地质勘察阶段性、工作量较小；材料特性天然材料，非均质、非连续、非线性人工材料，均质、连续、可控、线弹性；荷载条件荷载复杂，受力分析复杂荷载明确承载构件力学概念模糊，构件承载机制复杂力学概念明确，构件承载机制清晰计算参数室内实验、现场试验、工程经验判断并重主要室内实验与局部现场试验设计方法在规范指导下多手段（经验、规范法、数值法）相互验证综合评判统一标准与规范计算精度较差较高施工复杂、技术性高，危险性高一般，工种单一造价高较低1.4隧道工程与地面工程比较1.5隧道工程的发展目前世界上最长的交通隧道山岭铁路隧道:日本的大清水隧道22.23Km交通(公路与铁路)隧道:日本的青函隧道53.85Km英法海峡隧道50.4Km公路隧道:挪威的Laerdal隧道24.51Km瑞士的圣哥达(st.GoHhard)隧道16.3km已建成的最长铁路隧道：秦岭隧道18.456km在建的最长铁路隧道：乌鞘岭隧道20.050km已建成的最长公路隧道：秦岭终南山隧道18.4km国内(截至2006年底止)1.6隧道建设技术的发展设备：有了钻孔台车和装碴运输机主要干线：成昆线、贵昆线、湘黔线代表性的隧道：成昆线沙木拉打隧道，6383m建造速度：52km/年（1）铁路隧道的建造20世纪50年代：设备：开始使用风钻和小型装碴机主要铁路干线：宝成线、川黔线代表性的隧道：川黔线凉风垭隧道，4270m建造速度：25km/年20世纪60年代：设备：因文化大革命，技术和设备基本保持现状主要铁路干线：襄渝线、京原线、枝柳线典型隧道：京原线的驿马岭隧道，7032m建造速度：110Km/年20世纪70年代：设备：出现了大型全液压钻孔台车、大型装碴机、模板台车、砼输送泵和运输车、喷锚支护等技术，以及采用信息化施工管理，主要铁路干线：衡广复线、大同——秦皇岛线，典型隧道：大瑶山隧道(14295m)军都山隧道(8460m)20世纪80年代：设备：引进隧道掘进机——TunnelBoringmachineTBM主要铁路干线：京九线、南昆线典型隧道：秦岭隧道(18456m)米花岭隧道(9392m)20世纪90年代：◆目前我国隧道比重高的几条铁路干线宜万线：58.0%,为世界最高襄渝线：34.3%成昆线：31.6%◆至2000年底：我国运营铁路隧道：6880多座总延长：3700Km◆目前我国已建成400余座公路隧道，总长度已超过100km◆隧道长1000m以上的有40多座◆较著名的公路隧道有：二郎山隧道，4160m，海拔2200m华蓥山隧道，4705m、4686m(双洞)中梁山隧道，3000多m◆已建成的最长公路隧道：秦岭终南山隧道，18.4km（2）公路隧道的建造是一门综合性较广的应用学科，需要用到的基础理论和技术基础理论知识有：◆数学◆工程力学(理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学)◆岩石(土)力学、工程地质◆钢筋混凝土结构设计原理◆建筑材料◆计算机应用等1.7隧道工程课程的特点1.8隧道建造流程与课程内容的安排隧道工程勘测设计通过多种方案的比选，确定隧道的平面、纵断面线形；隧道勘测设计的基本内容1.隧道工程调查调查隧道穿越地段的地质、地貌、环境生态等自然条件，它们与隧道工程有着密切的关系；2.隧道线路确定3.隧道洞口位置选择自然地理概况调查1.地形资料2.地质资料地形图1/50000～1/25000主要用于线路规划1/5000～1/1000主要用于隧道方案的比选重要的长大隧道也可以考虑采用航空照片或卫星照片地质图和说明书。1/200000～1/50000比例尺的地质图长大隧道还应参考航空照片以及遥感资料2.1隧道工程调查3.工程资料4.气象资料以往的施工记录和工程报告总结气温、气压、降水、水温、地温等从气象台站和各种资料期刊、汇编、年鉴等处获得5.用地及环境资料6.灾害资料用地：工程用地和施工用地调查既有建筑：居民住宅、通讯设施、排水设施、交通设施等环境资料：自然环境，文物古迹、自然保护区、居民环境等，隧道所在地区历史上的暴雨、台风、地震、滑坡等发生的规模、频度地质调查(1)工程地质特征(2)水文地质特征(3)不良地质和特殊地质现象(4)地震烈度(5)有害气体和放射性物质1.调查内容2.调查步骤(1)地形地质的初步调查(2)地质详查以初步查明地形条件、地质状况，为分析线路线形和隧道的走向、洞口位置、长度提供依据，同时对施工的难易程度，投资的大致规模作出判断。调查应查明陡崖、滑坡、断层、破碎带、地下水等该地区的地形地质全貌；调查范围为线路两侧500～2000m。成果：调查报告书，调查线路图、地质平面图、地质剖面图采用钻探、物探等手段；详查项目有岩性、地质结构、地下水状态、以及地下资源；3.调查手段(1)传统手段：钻探法(2)物探：电阻与弹性波法(3)其他技术：遥感4.地下水调查地下水对隧道施工与运营都会产生较大的影响和危害(3)设计及施工时应注意的问题及对进一步调查的建议5.应提供的资料(1)概述(2)地形地质说明(4)相关图纸6.应交付的相关图纸⑴线路地形图(比例1/2000～1/5000)；⑵洞口附近地形图(比例1/500)，沿线路中线每侧各100米的范围进行；⑶地质平面图；⑷地质纵断面图(比例1/500～1/2000)；⑸洞口附近地质纵断面图(比例1/200)以及洞口附近地质横断面图若干。环境调查1.自然环境调查2.地物调查3.生活环境调查动、植物的生态状况：种类、密度、分布、季节性变化地表水、地下水状况土地利用状况：用途、面积范围等文物古迹、风景区等已有构建物：通讯设施、民房、地下管网等废气、噪声、振动、地面下沉等，对居住环境、自然资源和已有地物的影响气象调查◆降雨:年、月平均、日最大、小时最大降雨量◆降雪:最大降雪日、最大积雪量、积雪期、最大日降雪量、雪密度、雪温◆气温、地温：年平均气温、绝对最高最低气温、日温差；冻结期、冻结深度、多年冻土深度、水温◆风向、风速：频率分布(年间、月间、日间)◆雾：发生日数(频度、滞留时间及其能见度)◆洪水：洪水量、水位、时期在山区修建铁路或高等级公路时，隧道的比重往往是很大的，因此，选择合理的隧道位置不仅是选线的重要组成部分，同时也关系着施工难易、工期长短、造价大小、运营安全和运输效率。2.2隧道位置选择概述1.隧道位置选择的重要性2.隧道位置选择的原则对于一般的中、短隧道，原则上应依从于线路的位置，并根据具体的地质、地形等条件作些小幅度的调整，以利于隧道施工。调整过程中，应密切注意与洞外线形的相互关系，不能与相关线路规定有所冲突。长大隧道是线路上的重点控制性工程，在线路方案比选时，线路就得依从于隧道最优方案。影响隧道位置选择的因素：地质条件、水文地质条件、地形和地貌条件、投资条件、工期要求、环境控制等等。其中根本性因素是地质条件与地形条件。主导因素：◆工程地质和水文地质条件，因为它往往控制着线路方案的取舍和隧道位置的选择3.选择隧道位置时考虑的主要因素（1）社会条件：政治、经济、国防、对自然环境的影响◆例如:新龙门隧道（2）自然条件：工程地质、水文地质、地形、地貌等◆地形条件也是选定隧道位置的重要条件之一。进行全面的政治、经济、技术的综合比较来确定在隧道位置选择时，首先应◆查清：工程地质及水文地质情况◆根据：不同地形特点◆结合：线路技术标准通车期限工程造价施工及运营条件节省土地等因素按地形条件选择隧道位置1.地形条件平原微丘：微小起伏的地形重丘：起伏较多、高差不大的地形，相对高差不超过200m。山岭：相对高差大于200m的地形2.线路方案绕行方案路堑方案隧道方案长、短隧道比较单、双线隧道比较越岭隧道地段，一般山峦起伏，地形陡峻，工程地质和水文地质条件均较复杂，交通运输条件也比较困难，施工及弃碴场地狭窄，隧道施工往往控制全线或部分地段的工期。越岭隧道位置的选择1.越岭隧道的概念通过山区的交通干线往往要翻越分水岭，从一个水系进入另一个水系，这段线路称之为越岭线，线路为穿越分水岭而修建的隧道称为越岭隧道。用于缩短线路，克服高程障碍。垭口的概念：当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上高程较低处，即称垭口。2.选择越岭隧道的两大要素平面位置与立面位置的选择平面位置的选择——选择垭口◆垭口两侧沟谷引线工程大小、展线难易情况、线路顺直与否，也是方案综合比选的一个重要方面。(1)考虑重点◆垭口的地形和地质条件的好坏和隧道的长短。因为二者关系到施工的难易、工期的长短和运营的安全等问题。◆然后进行可能通过的垭口、沟谷的比选。(2)选择垭口的方法◆利用小比例尺地形图(如军用地图)、航空照片、卫星照片等；◆根据线路的航空线方向和克服越岭高程的不同要求进行大面积选线，录求可供越岭的几个垭口位置；◆隧道位置高，隧道长度短，施工工期短，但两端展线长，线路拔起高度大，通过能力小，运营条件差；◆隧道位置低，则与前者相反，但施工难度增加。◆宜采用低位置方案，但必须进行多种因素综合比选。立面位置的选择——选择高程越岭隧道立面位置的选择是指隧道越岭标高的选择。垭口不同，越岭标高，就会出现不同长度的隧道方案。山区铁路（或公路）除越岭地段以外，线路大多是沿河傍山而行，在地势陡峻的峡谷地段，常需修建的隧道即为傍山隧道，也有称之为河谷线隧道。傍山(河谷)隧道位置的选择1.傍山隧道的概念(4)河道狭窄，水流湍急冲刷力强，对山坡稳定和隧道安全威胁较大。2.傍山隧道的特点(1)依山傍水修建时，施工中容易破坏山体平衡，造成各种病害；(2)因是在山体表层范围内修建隧道，常常遇到崩塌、滑坡、错落、松散堆积及泥石流等不良地质现象，地质情况较为复杂；(3)一般埋深较浅，属浅埋隧道和短隧道群，洞身覆盖薄、易产生不对称的偏压情况；傍山隧道在浅埋地段，要注意洞身覆盖厚度问题。为保持山体稳定和避免冲刷偏压、隧道位置宜往山体内侧靠，一般要求隧道外侧最小覆盖厚度应不小于表1-2中(p.17)的数值。3.傍山隧道的位置选择要点(1)保证最小覆盖层厚•按偏压设计•坡面需另行加固河岸存在中冲刷现象或河道窄、水流急，冲刷力强的地段，要考虑河岸受冲刷对