土木工程认识实习报告——隧道方向2.doc

土木1108班 张正士 11231233土木工程认识实习报告隧道方向 姓名：班级： 学号：背景 自英国于1826年起在蒸汽机车牵引的铁路上开始修建长770米的泰勒山单线隧道和长 2474米的维多利亚双线隧道以来，英、美、法等国相继修建了大量铁路隧道。19世纪共建成长度超过 5公里的铁路隧道11座，有3座超过10公里,其中最长的为瑞士的圣哥达铁路隧道，长 14998米。1892年通车的秘鲁加莱拉铁路隧道，海拔4782米，是现今世界最高的标准轨距铁路隧道。在19世纪60年代以前，修建的隧道都用人工凿孔和黑火药爆破方法施工。1861年修建穿越阿尔卑斯山脉的仙尼斯峰铁路隧道时，首次应用风动凿岩机代替人工凿孔。 1867年修建美国胡萨克铁路隧道时，开始采用硝化甘油炸药代替黑火药，使隧道施工技术及速度得到进一步发展。 在20世纪初期，欧洲和北美洲一些国家铁路形成铁路网，建成的5公里以上长隧道有 20座，其中最长的瑞士和意大利间的辛普朗铁路隧道长19.8公里。美国长约12.5公里的新喀斯喀特铁路隧道和加拿大长约 8.1公里的康诺特铁路隧道都采用中央导坑法施工。其施工平均年进度分别为4.1和4.5公里，是当时最高的施工进度。至1950年，世界铁路隧道最多的国家有意大利、日本、法国和美国。日本至20世纪70年代末共建成铁路隧道约3800座，总延长约1850公里,其中5公里以上的长隧道达60座，为世界上铁路长隧道最多的国家。1974年建成的新关门双线隧道，长18675米,为当时世界最长的海底铁路隧道。1981年建成的大清水双线隧道，长22228米,为世界最长的山岭铁路隧道。连接本州和北海道的青函海底隧道，长达53850米,为当今世界最长的海底铁路隧道。 20世纪60年代以来，隧道机械化施工水平有很大提高。全断面液压凿岩台车和其他大型施工机具相继用于隧道施工。喷锚技术的发展和新奥法的应用为隧道工程开辟了新的途径。掘进机的采用彻底改变了隧道开挖的钻爆方式。盾构构造不断完善，已成为松软、含水地层修建隧道最有效的工具。 中国于18871889年在台湾省台北至基隆窄轨铁路上修建的狮球岭隧道，是中国的第一座铁路隧道,长261米。此后，又在京汉、中东、正太等铁路修建了一些隧道。京张铁路关沟段修建的4座隧道,是用中国自己技术力量修建的第一批铁路隧道。其中最长的八达岭铁路隧道长为1091米，于1908年建成。中国在1950年以前，仅建成标准轨距铁路隧道238座,总延长89公里。自20世纪50年代以来，隧道修建数量大幅度增加，19501984年期间共建成标准轨距铁路隧道4247座，总延长2014.5公里，成为世界上铁路隧道最多的国家之一。此外，中国还建有窄轨距铁路隧道191座,总延长23公里。截至1984年,中国共建成5公里以上长隧道10座，最长者为京原铁路的驿马岭铁路隧道，长7032米。现正在施工的京广铁路衡韶段大瑶山双线隧道，长14.3公里。中国最高的铁路隧道是青藏铁路关角铁路隧道,长4010米,海拔3690米。中国铁路隧道约有半数以上分布在川、陕、云、贵4省。成昆、襄渝两条铁路干线隧道总延长分别为342及282公里，占线路总长的比率分别为31.6和34.3。 隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车动车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。 1、 实习目的本次实习的目的主要在于通过教师的讲解全面而详细的了解相关材料工艺过程。实习的过程中，学会从技术人员和工人们那里获得直接的和间接地生产实践经验，积累相关的生产知识。通过实习，学习本专业方面的生产实践知识，为专业课学习打下坚实的基础，同时也能够为毕业后走向工作岗位积累有用的经验。二、实习地点1.此次实习的线路选择为野溪斜河涧地质路线。野溪斜河涧属于北京门头沟区、妙峰山镇，位于门头沟区东北部，东距北京市中心仅30公里。永定河、109国道穿镇而过，斜河涧位于永定河边的山上，丰沙铁路线正好从村子与永定河之间横穿而过。野溪桥头有大台线、丰沙线。2. 北京交通大学隧道中心3. 潮河关二号隧道及周围废弃隧道三、实习内容隧道根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。而此次我们实习的就是山岭隧道。我们在斜河涧观察的是铁路隧道一个是没有衬砌的接近天然的隧道，另一个是有衬砌的隧道。下面就实习时所参观的两个隧道，并结合查找资料所得从隧道的勘测、设计、开挖方法以及施工来完成实习报告。1、实习参观隧道简介（1）大台线2号隧道2号隧道洞口为马蹄形隧道，并且没有任何支护。该隧道修建在斜河涧妙峰山中建造的，隧道口处于一个向斜的核部。这个隧道没有支护，且边坡岩体也没有保护措施，却能够正常运营，这与其围岩特征有很大关系。由于隧道围岩为奥陶系中统马家沟组的厚层灰岩，隐晶结构，岩层完整、坚硬、致密，抗压强度大，抗风化能力强，该段山体非常稳定，而且从图中可以看出岩层的倾向和坡体的坡向相反，即岩层反倾，由受力分析便可知改工程是稳定的，因此无需支护即可满足条件。若岩层倾向与坡体坡向相同，则为不稳定结构，此时必须不能开挖隧道。综合考虑岩层情况和植被的环境的影响，此隧道洞口不必过多修筑，以节省成本。2号隧道的另一个洞口形状规则，且有衬砌堆积，表明其围岩特征与前一个洞口有不同之处。该处围岩上有很多植被，说明此处的岩体较为破碎，有疏松的土质存在，因此其稳定性和完整性差。同时植被的存在也会加速岩体的风化作用（生物风化作用），植被截留的地表水也会加速水对可溶性岩体的溶蚀作用。该隧道口两边都有导流堤。听老师说这座山是由千枚岩为主要组成的，由于千枚岩的强度很差所以需要对隧道进行加固才行。所以基于对铁道的保护，铁路沿线根据不同情况做出保护。特别是在隧道建在各种强烈地质作用过的地形处时，应采用各种砌墙在顶层和两侧做足够的保护。我们所观察的隧道口因地下水、风化和岩性不得不进行加固，相比之下马蹄形隧道就坚固的多。综合考虑以上原因，此处洞口要进行支护。（2）丰沙线2号隧道丰沙线2号隧道修建之处有一条宽约20m的破碎带，带内节理非常发育，风化严重，用榔头轻轻敲打，岩石即为破碎，还可以看到糜棱石和断层的擦痕。隧道外侧的岩体有出露的千枚岩，因风华颜色呈蜡黄色，结构的定向性明显，与灰白色、厚层灰岩的外观截然不同。由此可见，该处的山体极不稳定，基于以上原因，在此处进行了多次的挡墙防护，以保证隧道的稳定性与安全性。1、 隧道选线根据线路标准、地形、地质等条件选定隧道位置和长度。选线应作多种方案的比较。长隧道要考虑辅助坑道和运营通风的设置。洞口位置的选择要依据地质情况。考虑边坡和仰坡的稳定，避免塌方。 纵断面设计 沿隧道中线的纵向坡度要服从线路设计的限制坡度。因隧道内湿度大，轮轨间粘着系数减小，列车空气阻力增大，因此在较长隧道内纵向坡度应加以折减。纵坡形状以单坡和人字坡居多，单坡有利于争取高程，人字坡便于施工排水和出碴。为利于排水，最小纵坡一般为23。 横断面设计 隧道横断面即衬砌内轮廓，是根据不侵入隧道建筑限界而制定的。中国隧道建筑限界分为蒸汽及内燃机车牵引区段、电力机车牵引区段两种，这两种又各分为单线断面和双线断面。衬砌内轮廓一般由单心圆或三心圆形成的拱部和直边墙或曲边墙所组成。在地质松软地带另加仰拱。单线隧道轨面以上内轮廓面积约为2732平方米，双线约为5867平方米。在曲线地段由于外轨超高车辆倾斜等因素，断面须适当加大。电气化铁路隧道因悬挂接触网等应提高内轮廓高度。中、美、苏三国所用轮廓尺寸为：单线隧道高度约为 6.67.0米、宽度约为4.95.6米；双线隧道高度约为7.28.0米，宽度约为8.810.6米。在双线铁路修建两座单线隧道时,其中线间距离须考虑地层压力分布的影响,石质隧道约为2025米，土质隧道应适当加宽。 辅助坑道设计 辅助坑道有斜井、竖井、平行导坑及横洞四种。斜井是在中线附近的山上有利地点开凿的斜向正洞的坑道。斜井倾角一般在1827之间，采用卷扬机提升。斜井断面一般为长方形,面积约为814平方米。竖井是由山顶中线附近垂直开挖的坑道，通向正洞。其平面位置可在铁路中线上或在中线的一侧（距中线约20米）。竖井断面多为圆形，内径约为4.56.0米。平行导坑是距隧道中线1725米开挖的平行小坑道，以斜向通道与隧道连接，亦可作将来扩建为第二线的导洞。中国自1957年修建川黔铁路凉风垭铁路隧道采用平行导坑以来,在58座长3公里以上的隧道中约有80修建了平行导坑。横洞是在傍山隧道靠河谷一侧地形有利之处开辟的小断面坑道。 此外，隧道设计还包括洞门设计，以及开挖方法和衬砌类型的选择等。2、隧道勘测为确定隧道位置、施工方法和支护、衬砌类型等技术方案，对隧道地处范围内的地形、地质状况，以及对地下水的分布和水量等水文情况要进行勘测。在隧道勘测和开挖过程中，须了解围岩的类别。围岩是隧道开挖后对隧道稳定性有影响的周边岩体。围岩分类是依次表明周围岩石的综合强度。在实习过程中听老师讲到我国有的地方由于隧道勘测工作没有做好，导致隧道开挖过程中遇到了很棘手的问题，比如开挖过程中隧道渗水，以至于整个工程停滞不前；在有的地区还会有岩溶问题，在开挖隧道桥必须要勘测清楚岩溶的发育区，将隧道设计在岩溶发育区之外。实习所参观的大台线某个隧道就经过了岩溶发育的地区，但是由于避开了岩溶发育区，所以整个隧道还是很安全的。3、隧道设计隧道设计包括隧道选线、纵断面设计、横断面设计、辅助坑道设计等。u 隧道选线根据线路标准、地形、地质等条件选定隧道位置和长度。选线应作多种方案的比较。长隧道要考虑辅助坑道和运营通风的设置。洞口位置的选择要依据地质情况。考虑边坡和仰坡的稳定，避免塌方。当前我国铁路隧道位置选择的基本原则是：隧道应选择在稳定的地层中,不宜穿越工程地质、水文地质极为复杂和严重不良地质地段,当必需通过时,应有充分的理由和可靠的工程措施；长隧道、特长隧道、地质条件复杂的隧道,其平面位置的选择应在大面积地质测绘和综合地质勘探的基础上,根据合理工期、施工方案、施工方法进行多方案比选确定线路走向；越岭线路的长隧道和特长隧道,应进行大面积的方案研究,通过区域工程地质调查测绘,经全面技术经济比选确定隧道位置；河谷线路沿河傍山地段,应优先采用长隧道方案。在实际隧道位置选择的过程中,对于一般隧道考虑最多的还是线路走向,长及特长隧道、地质条件复杂的隧道,尽管强调了区域地质调查、测绘,但还要通过技术经济比较才能确定。可见对线路的走向考虑的多,而对工程地质、水文地质情况考虑的少,对环境保护重视程度则远远不够,该绕避的没有绕避,造成了一系列的环境问题,同时也对隧道工程的安全、质量带来极为不利的影响。如有的隧道施工中遇到的地下水压力达到415MPa,极端值可以达到9MPa,对环境、安全、质量的影响可想而知。经查阅有关资料，建议今后在隧道勘测中要以工程地质、水文地质条件作为确定隧道位置的前提条件,毫不犹豫地绕避地质复杂和严重不良地质地段,避免对环境造成不可挽回的影响。u 纵断面设计沿隧道中线的纵向坡度要服从线路设计的限制坡度。因隧道内湿度大，轮轨间粘着系数减小，列车空气阻力增大，因此在较长隧道内纵向坡度应加以折减。纵坡形状以单坡和人字坡居多，单坡有利于争取高程，人字坡便于施工排水和出碴。为利于排水，最小纵坡一般为23。u 横断面设计隧道横断面设计主要是指隧道内轮廓线形状及尺寸的确定, 隧道内轮廓线是指二次衬砌和基底围岩或仰拱所包围的内侧部分的大小和形状。二次衬砌是拱部、边墙及仰拱的总称。显然, 一座隧道的横断面设计, 关键是确定其含仰拱的隧道节段的内轮廓形状及尺寸, 使确定的断面形状及尺寸符合安全、经济、合理的原则。隧道内轮廓线设计首先要符合机动车、非机动车、行人通行的建筑限界的要求, 同时还要满足洞内路面、排水设施、装饰的要求, 并为通风、照明、消防、监控、营运管理等设施提供安装空间, 同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量。这些均可归为隧道横断面设计应考虑的几何因素。隧道内轮廓线形状, 也就是说所确定的二次衬砌的形状应具有适应应力流和变形的合理形状, 应使二次衬砌产生尽可能小的弯矩并且能有效地传递轴力。这可认为是隧道横断面设计应考虑的力学因素。u 辅助坑道设计为了缩短工程建设周期，隧道一般需要设置辅助坑道。通常采用的辅助坑道有横洞、平行导坑、斜井和竖井四种型式。铁路隧道辅助坑道的设置, 应根据隧道长度、施工期限、地形、地质、水文等条件, 结合施工、通风、排水、防灾和运营服务等方面的服务综合考虑, 通过技术经济比较确定。各类辅助坑道的净空必须满足运输提升、设备进洞、通风、排水和安全间隙等要求。合理有效利用辅助坑道可以实现“长隧短打、快速施工”的目的。斜井倾角一般在1827之间，采用卷扬机提升。斜井断面一般为长方形，面积约为814平方米。竖井是由山顶中线附近垂直开挖的坑道，通向正洞。其平面位置可在铁路中线上或在中线的一侧（距中线约20米）。竖井断面多为圆形，内径约为4.56.0米。平行导坑是距隧道中线1725米开挖的平行小坑道，以斜向通道与隧道连接，亦可作将来扩建为第二线的导洞。横洞是在傍山隧道靠河谷一侧地形有利之处开辟的小断面坑道。4、隧道开挖开挖方法分为明挖法和暗挖法。明挖法多用于浅埋隧道或城市铁路隧道，而山岭铁路隧道多用暗挖法。按开挖断面大小、位置分，有分部开挖法和全断面开挖法。在石质岩层中采用钻爆法最为广泛，采用掘进机直接开挖也逐渐推广。在松软地质中采用盾构法开挖较多。 钻爆法 在隧道岩面上钻眼，并装填炸药爆破，用全断面开挖或分部开挖等将隧道开挖成型的施工方法。钻爆法开挖作业程序包括测量、钻孔、装药、爆破、通风、出碴、锚杆、立架、挂网、喷锚等工序。 钻孔：要先设计炮孔方案，然后按设计的炮孔位置、方向和深度严格钻孔。单线隧道全断面开挖，采用钻孔台车配备中型凿岩机，钻孔深度约为2.54.0米。双线隧道全断面开挖采用大型凿岩台车配备重型凿岩机，钻孔深度可达5.0米。炮孔直径约为 45厘米。炮孔分为掏槽孔（开辟临空面）、掘进孔（保证进度）和周边孔（控制轮廓）。 装药：在掘进孔、掏槽孔和周边孔内装填炸药。一般装填硝胺炸药，有时也用胶质炸药。装填炸药率约为炮眼长度的6080，周边孔的装药量要少些。为缩短装药时间,可把硝胺炸药制成长的管状药卷,以便填入炮眼；也可利用特制的装药机械把细粒状药粉射入炮孔中。 爆破：19世纪上半期以前用明火起爆。1867年美国胡萨克铁路隧道开始采用电力起爆。此后，电力起爆逐渐推广。在全断面掘进中，为了减低爆破对围岩的震动和破坏，并保证爆破的效果，多采用分时间阶段爆破的电雷管或毫秒雷管起爆。一般拱部采用光面爆破，边墙采用预裂爆破。近期发展的非电引爆的导爆索应用日益广泛。 施工通风：排出或稀释爆破后产生的有害气体和由内燃机产生的氮氧化物及一氧化碳,同时排除烟尘,供给新鲜空气，借以保证隧道施工人员的安全和改善工作环境。通风可分主要系统和局部系统。主要系统可利用管道（直径一般为11.5米，也有更大的）或巷道（平行导坑等），配以大型或中型通风机；局部系统多用小型管道及小型通风机。巷道通风多采用吸出式，将污浊空气吸出洞外，新鲜空气由正洞流入。新鲜空气不易达到的工作面，须采用局部通风机补充压入。 施工支护：隧道开挖必须及时支护，以减少围岩松动，防止塌方。施工支护分为构件支撑和喷锚支护。构件支撑一般有木料、金属、钢木混合构件等，现在使用钢支撑者逐渐加多。喷锚支护是20世纪50年代发展起来的一种支护方法，其特点是支护及时、稳固可靠，具有一定柔性，与围岩密贴，能给施工场地提供较大活动空间。中国在一些老黄土隧道中应用喷锚支护也获得成功。喷射混凝土工艺分为干喷和湿喷。现多采用干喷法，即将干拌混凝土内掺入一定数量的速凝剂，用压缩空气将混凝土由管内喷出。在喷口加水射到岩石面上，一次可喷35厘米厚度。在喷射混凝土中掺入一些钢纤维，或在岩面挂钢丝网可提高喷锚支护的强度。钢锚杆安设在岩层面上的钻孔内,其长度和间距视围岩性质而定,一般长度为25米，通常用树胶和水泥浆沿杆体全长锚固。在岩层较好地段仅喷混凝土即可得到足够的支护强度。在围岩坚硬稳定的地段也可不加支撑。在软弱围岩地段喷锚可以联合使用，锚杆应加长，以加强支护力。 装碴与运输：在开挖作业中，装碴机可采用多种类型，如后翻式、装载式、扒斗式、蟹爪式和大铲斗内燃装载机等。运输机车有内燃牵引车、电瓶车等，运输车辆有大斗车、槽式列车、梭式矿车及大型自卸汽车等。运输线分有轨和无轨两种。 由钻孔直到出碴完毕称为一个开挖循环。根据中国的经验，在单线全断面开挖中24小时能作两个循环，每个循环能进3.5米深度，每日单口进度可达7米。然而在开挖中难免遇到断层或松软石质以及涌水等，不易保持每日的预计循环，所以每月单口实际进度多低于200米。中国成昆线蜜蜂箐单线隧道单口最高月进度曾达到 200米。日本大清水双线隧道单口最高月进度曾达到 160米。开挖循环作业的特点是一个工序接一个工序必须逐项按时完成，否则前一工序推迟就会影响下一工序，因而拖长全部时间。其中最主要的工序为钻孔及出碴，所用时间占全部作业时间比例较大。 钻爆法开挖采用的方法有全断面开挖法和分部开挖法。 全断面开挖法：一次开挖成型的方法。一般采用带有凿岩机的台车钻孔，用毫秒爆破，喷锚支护。还要有大型装碴运输机械和通风设备。全断面开挖法又演变为半断面法。半断面法是弧形上半部领先，下半部隔一段距离施工。 分部开挖法：先用小断面超前开挖导坑,然后,将导坑扩大到半断面或全断面的开挖方法。这种方法主要优点是可采用轻型机械施工，多开工作面，各工序间拉开一定的安全距离。缺点是工序多,有干扰,用人多。 此外还有上导坑法、中央导坑法、下导坑法、台阶法、盾构法和掘进机法等。5、隧道施工长期以来为降低建设投资,我国铁路隧道的施工方法基本采用钻爆法,钻爆法施工进度慢、安全性差、对围岩扰动大、对环境影响大、对作业人员身体危害大。而掘进机法施工进度快、安全性好、作业人员劳动强度低、对身体危害小,优点很鲜明。根据目前初步分析,长度10 km以上隧道,采用掘进机法施工要比采用钻爆法施工增加建设投资约20%。可以说钻爆法的经济性是以牺牲职工健康、施工安全和环境利益带来的,尤其是对职工健康的危害,将长期存在,目前很难用简单的数字进行衡量。因此,从国家和社会层面看,钻爆法不见得是经济的。国外隧道多采用掘进机法施工,尽管有其人工成本高的原因,但笔者认为主要还是考虑了对人的保护、对环境的重视,对进度的要求。铁道部提出今后隧道施工要大规模采用全断面岩石掘进机法,这是一个利国利民的决定。建议在隧道施工方法选择上,应进一步强调以人为本的理念, 10 km以上隧道应采用掘进机法施工, 510 km的隧道也要优先考虑采用掘进机法的可能性。最大限度改善隧道内作业环境,保障作业人员健康,符合人性化设计的要求。隧道的施工就包括一下几点问题：隧道施工的质量问题，主要表现在两个方面：一个是对围岩的损伤到什么程度；一个是支护和衬砌支护效果发挥到什么程度。这两个问题是我们在整个施工过程中一点都不能忽视的问题。作为工程技术人员的主要任务，就是要千方百计地把围岩的损伤程度控制在最小限度之内，同时，关注支护和衬砌的质量，充分发挥其支护效果。隧道结构的防排水问题，无疑是目前争论最多的一个问题：是以“堵”为主，还是以“排”为主，是以“自防水”为主，还是以“外防水”为主，围岩中，即衬砌背后的地下水要不要从隧道内排出，隧道内的排水沟的作用是什么等一系列的问题，都还在争论之中。2. 隧道中心 在隧道中心我们看到用于实验的隧道。隧道的结构包括主体建筑物和附属设备两部分。主体建筑物由洞身和洞门组成，附属设备包括避车洞、消防设施、应急通讯和防排水设施，长大隧道还有专门的通风和照明设备。3.潮河关隧道及周围废弃隧道 在这里我们看到一个完整的隧道和一个完成一半的废旧隧道，通过废旧隧道我们了解到隧道的建造是先上后下，先完成顶部的拱然后建造隧道壁。工程方法建造隧道方法多样。按开挖断面形式不同分为全断面法和分步开挖发法。深度浅的隧道可先开挖后覆盖，称为明挖回填式隧道；先兴建从地表通往地下施工区的竖井，再直接从地下持续开挖称为钻挖式隧道；建造海底隧道可用沉管式隧道。隧道常用支护类型1.喷射混凝土支护 2.锚杆 3.金属网 4.钢拱架隧道内之液体流动隧道之流体力学主要以隧道内之流体分为液体之隧道及气体之隧道。液体之隧道又以