隧道工程

土木工程概论第10讲隧道工程(1)第10讲隧道工程(1)9.1隧道的定义9.2隧道的发展9.3隧道的分类土木工程概论第10讲隧道工程(1)10.1.1隧道的概念狭义定义：用以保持地下空间作为交通孔道的工程建筑物。广义定义：以某种用途，在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2m2的洞室。（1970年国际经济合作与发展组织的隧道会议）10.1隧道的定义土木工程概论第10讲隧道工程(1)10.1.2隧道的特点●是交通运输线路穿越天然障碍的有效方法●穿越的地质条件复杂多变，工程定位、设计、施工方法要随时作相应调整。●施工作业面窄，劳力设备受到限制，工业化、机械化施工要求高●造价昂贵土木工程概论第10讲隧道工程(1)随着人口的不断增长，土地越来越宝贵，尤其是在城市，地皮价格不断上涨，这便是现在世界上很多城市的建筑向底下发展的原因之一，目前世界上的科技发展正在开拓着两个新的领域：一个是宇宙空间，另一个是地下空间，也就是“上天入地”，因此，隧道工程将会起着越来越重要的作用。10.1.2.1优点1.缩短线路长度，减少能耗2.节约地皮10.1.2隧道工程的特点土木工程概论第10讲隧道工程(1)既有利于国民经济的可持续发展。当今世界面临人口爆炸，土地退化，资源短缺，生态变坏，气候反常，环境恶化，人类赖以生存的地球已不堪重负，各国都把地下发展当成一种新型国土资源来看待。3.有利于环境保护4.应用范围广泛土木工程概论第10讲隧道工程(1)由于修建隧道时场地狭小，工作流程环节较多，施工工序多，工程量也比路基等大，往往成为一条线路中的关键工程。10.1.2.2缺点1.造价较高●一般是普通线路的8～10倍左右●铁路隧道：单线约2～3万元/m，双线约3～4万元/m；●公路隧道大约与双线铁路隧道的相当。2.施工期限长土木工程概论第10讲隧道工程(1)因为隧道建筑是地下作业，工作面狭小，光线暗、空气潮湿、劳动条件差，因此，发展机械化施工是改善工人劳动条件、提高劳动生产率的唯一途径。3.施工作业环境和条件较差土木工程概论第10讲隧道工程(1)10.1.3隧道的结构土木工程概论第10讲隧道工程(1)隧道的产生和发展是和人类的文明历史发展相呼应的，大致可以分为如下4个时代：1．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。2．远古时代——从纪元前3000年到5世纪，即所谓的文明黎明时代，是为生活和军事防御目的而利用隧道的时代。10.2隧道工程的历史土木工程概论第10讲隧道工程(1)3．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，隧道技术没有显著的进步，但由于对地下铜、铁等矿产资源的需要，开始了矿石开采。4．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。土木工程概论第10讲隧道工程(1)人类很早就知道利用自然洞穴作为住处。当社会发展到能制造挖掘工具时，就出现了人工挖掘的隧道。在我国最早有文字记载的地下人工建筑物，出现在东周初期（公元前七百年）。《左传》中有“…掘地及泉，隧而相见…”的记载。最早用于交通的隧道为“石门”隧道，位于今天陕西省汉中县褒谷口内，建于东汉明帝永平九年（公元66年）。用作通道的还有安徽毫县城内的古地下道，建于宋末元初（约十三世纪），是我国最早的城市地下道。土木工程概论第10讲隧道工程(1)在其他古代文明地区有很多著名的古隧道，如公元前2180～2160年前后，在古巴比伦幼发拉底河下修筑的人行隧道，是迄今已知的最早用于交通的隧道，为砖砌构造物。古代最大的隧道建筑物可能是拿不勒司与普佐利（今意大利境内）之间的婆西里勃隧道，完成于公元前36年，至今仍可使用，它是在凝灰岩中凿成的垂直边墙无衬砌隧道。土木工程概论第10讲隧道工程(1)约于公元七世纪，我国隋末唐初时的孙思邈在《丹经》一书中记载勒黑火药的制法。1225年以后传入伊斯兰国家，十三世纪后期传到欧洲，十七世纪初（1627年），奥地利的工业家首先开始用于开矿。1866年瑞典人诺贝尔发明黄色炸药达纳马特，为开凿坚硬岩石提供了条件。土木工程概论第10讲隧道工程(1)近代隧道兴起于运河时代，从十七世纪，欧洲陆续修建了许多运河隧道。其中法国的兰葵达克（languedoc）运河隧道，建于1666～1681年，长157m，它可能是最早用火药开凿的公用隧道。1830年前后，铁路成为新的运输手段。随着铁路运输事业的发展，隧道也越来越多。1895～1906年已出现了长19.73km穿越阿尔卑斯山的最大铁路隧道。目前最长的铁路隧道已达53.85km。较为完善的水底道路隧道建于1927年，位于纽约哈德逊河底（Holland隧道）。现在世界上的长大隧道（2km以上）和长大水底隧道（0.5～2.0km）将近百条。土木工程概论第10讲隧道工程(1)隧道开发技术发展概况14世纪火药的发明用于隧道开挖1818年布鲁塞尔发明盾构1896年英国人Greothead第一次应用压缩空气和盾构修建水底隧道1906年建成通车的贯穿阿尔卑斯山的新普伦隧道最先开始应用凿岩机和硝化甘油炸药土木工程概论第10讲隧道工程(1)◆公元前180～2160年，在古巴比伦城幼发拉底河下修筑的人行隧道，是迄今已知的最早用于交通的隧道，长190m。◆古罗马时代(公元前后)，利用棚架支护和卷扬提升方法，开挖了数量较多的军用隧道和水工隧道，开挖方法是火烧开挖面，烧热后急速波冷水使岩石开裂……。1.国际上（1）古代10.2国内外隧道发展概况10.2.1历史发展土木工程概论第10讲隧道工程(1)◆火药的改进和钻眼工具的创制，促使隧道修建技术显著提高，其中比较有影响的是1898年建成了穿越阿尔卑斯山的辛普郎隧道。第一次应用了TNT炸药（硝化甘油）和凿岩机。（2）现代◆现代隧道开挖技术是在火药的发明和19世纪产业革命后出现的，尤其铁路的出现对隧道起到了很大的推动作用；◆采用现代技术修建的第一座用蒸汽机车牵引的隧道是1826～1830年在英国利物浦至曼彻斯特的铁路线上，长1190m。土木工程概论第10讲隧道工程(1)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。（3）目前世界上最长的交通隧道瑞士的圣哥达(st.GoHhard)隧道，全长16.3km。土木工程概论第10讲隧道工程(1)◆春秋时代《左传》就有“隧而相见”的记载◆三国时期的“官度之战”，曹操掘地道…◆封建时期各个朝代的帝王坟墓陵寝均修在地下◆17世纪初宋应星所著《天工开物》是我国有关地下工程方面的最早书籍，它详细记载了竖井采煤法。◆最早用于交通的隧道为“石门”隧道，位于今陕西省汉中县褒谷口内，建于东汉明帝永华九年。2.国内（1）古代土木工程概论第10讲隧道工程(1)◆最早的隧道是：台湾的狮球岭隧道(1887~1891，轨距1067mm，长261.4m)，位于台北——基隆线上（2）近代土木工程概论第10讲隧道工程(1)◆完全由中国人自行设计和修建的隧道是詹天佑负责设计的八达岭隧道土木工程概论第10讲隧道工程(1)土木工程概论第10讲隧道工程(1)◆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(3)现代(截至2006年底止)土木工程概论第10讲隧道工程(1)第三代清水隧道：1972年为了修建上越新干线高速铁路而建，长22.222Km；线路更平顺，位置更低。1.国际上隧道工程的长度标志着一个国家发展的水平如日本的三代清水隧道，穿越海拔2000m的谷川山脉第一代清水隧道：1929.12，9.702Km，东口仍有展线；第二代清水隧道：1963～1967，13.490Km，东口展线消除，但坡度较陡；10.2.2技术发展土木工程概论第10讲隧道工程(1)它们可望在本世纪实现。其他日本——南朝鲜拟建海底隧道西班牙——摩洛哥的直布罗陀海峡隧道意大利连接西西里岛的海底隧道正在建设之中土木工程概论第10讲隧道工程(1)2.我国（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/年土木工程概论第10讲隧道工程(1)20世纪60年代：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/年土木工程概论第10讲隧道工程(1)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：土木工程概论第10讲隧道工程(1)土木工程概论第10讲隧道工程(1)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：土木工程概论第10讲隧道工程(1)土木工程概论第10讲隧道工程(1)大秦铁路军都山隧道土木工程概论第10讲隧道工程(1)土木工程概论第10讲隧道工程(1)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：土木工程概论第10讲隧道工程(1)土木工程概论第10讲隧道工程(1)土木工程概论第10讲隧道工程(1)◆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土木工程概论第10讲隧道工程(1)◆公路隧道在文革前主要是一些短小隧道，总长不到100km◆1960年，上海黄浦江打浦路水底公路隧道，以盾构法修建，直径10.2m，长1322m◆改革开放以后随着高等级公路的修建，隧道才越来越长◆近十多年来，公路隧道的建造也取得了迅猛发展，每年都有十座以上的隧道建成（2）公路隧道的建造土木工程概论第10讲隧道工程(1)◆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◆湖南省目前刚完工的：雪峰山隧道，6.95km土木工程概论第10讲隧道工程(1)土木工程概论第10讲隧道工程(1)土木工程概论第10讲隧道工程(1)土木工程概论第10讲隧道工程(1)土木工程概论第10讲隧道工程(1)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、特点10.2.3隧道工程课程的特点与主要内容土木工程概论第10讲隧道工程(1)围岩分类围岩压力2、本门学科（课程）的主要内容1.隧道的规划与设计隧道位置的选择平纵断面设计等2.隧道结构构造——衬砌结构的特征结构的几何形状与尺寸结构的类型与使用条件衬砌材料的基本知识3.岩体(或地层)——即围岩的特征土木工程概论第10讲隧道工程(1)4.衬砌结构的设计与计算衬砌结构的荷载计算衬砌结构的力学分析的基本原理和方法5.隧道施工方法与施工工艺隧道的施工特点针对不同地质条件的施工方法施工过程中的基本作业循环施工组织与施工管理以及辅助施工土木工程概论第10讲隧道工程