隧道及地下工程、道路与铁道工程.ppt

第五讲隧道及地下工程 道路与铁道工程 隧道及地下工程 最古老的隧道是古代巴比伦城连接皇宫与神庙间的人行隧道 建在公元前2160 2180年间 古代使用原始工具挖掘 速度最慢者是驱使3万奴隶挖掘 每周进尺仅75mm 目前世界最长的汽车专用隧道是瑞士中部的圣哥达 St Gotthard 隧道 全长16 3km 隧道开凿时 第一次使用了硝化甘油炸药 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 古希腊萨摩斯隧道 定陵地下宫殿 当今人类正在向地下 海洋和宇宙开发 向地下开发可归结为 地下资源开发 地下能源开发和地下空间开发三个方面 地下空间的利用也正由 线 的利用向大断面 大距离的 空间 利用进展 20世纪80年代国际隧道协会 ITA 提出 大力开发地下空间 开始人类新的穴居时代 的口号 顺应于时代的潮流 许多国家将地下开发作为一种国策 如日本提出了向地下发展 将国土扩大十倍的设想 从某种意义上来讲 地下空间的利用历史是与人类文明史相呼应的 它可以分为四个时代 第一时代从出现人类至公元前3 000年的远古时期 人类原始穴居 天然洞窟成为人类防寒暑 避风雨 躲野兽的处所 第二时代从公元前3 000年至5世纪的古代时期 埃及金字塔 古代巴比伦引水隧道 均为此时代的建筑典范 我国秦汉时期的陵墓和地下粮仓 已具有相当技术水准和规模 第三时代从5世纪至14世纪的中世纪时代 世界范围矿石开采技术出现 推进了地下工程的发展 第四时代从15世纪开始的近代与现代 欧美产业革命 诺贝尔发明黄色炸药 成为开发地下空间的有力武器 日本明治时代 隧道及铁路技术开始引进并得到发展 我国地下空间的开发和利用始于60年代 1965年北京建设地下铁道 70年代 我国修建了大量地下人防工程 其中相当一部分目前已得到开发利用 改建为地下街 地下商场 地下工厂和贮藏库 80年代上海建成延安东路水底公路隧道1985年至1987年 上海建成黄浦江上游引水隧道一期工程90年代以来 上海地铁1号线 地铁2号线已相继开通 90年代后期至今 广州 深圳 南京等地相继地铁开通南京 杭州 福州琅岐等正计划修建过江隧道 现代地下工程发展迅速 各种典型工程著名浩瀚 世界已有数百个城市修建了地下铁路 英法海峡隧道 长50km 海底长度37km 历时7年建成 著名的公路隧道 如穿越阿尔卑斯山 连接法国和意大利的勃朗峰隧道和连通日本群马县和新泄县的关越隧道 它们的长度均超过10km各类地下电站迅速增长 其中地下水力发电的数目 全世界已超过400座 其发电量达45亿瓦以上 修筑隧道和利用地下空间从原始时代起就已成为人类营生的一种方式 随着近代文明的发展 才使它成为土木工程学的一个学科 并应用近代工程技术修筑了很多隧道 隧道是修筑在地面下的通路或空间 但孔径太小 属于所谓管道范畴的除外 1970年经合组织 OECD 的隧道会议对隧道所下的定义为 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2的洞室 当前隧道除仍用于铁路 公路交通和水力发电 灌溉等水工隧洞外 也用于上下水道 输电线路等大型管路的通道 另外还将过去理解为地下通路的隧道概念 扩大到地下空间的利用方面 包括诸如地下发电变电所 地下汽车停车场 大型地下车站 地下街道等适用隧道工程技术的建筑物 优点 恒温 能较好地绝热和蓄热 抗震性能强 隐蔽性好 能经受和抗御武器的破坏 气密性 遮蔽性 隔音性均良好 具有良好的地下水保持性 节约用地 空间开挖有很大的灵活性 可综合利用 缺点 见不到阳光 温差小 湿度大 空气封闭压抑 不易流通 人员活动不自在 环境噪音级增强 微生物繁殖快 从地质上还可按开挖对象划分为岩石隧道和土砂隧道 并可根据施工场所的不同区分为公路隧道 城市隧道和水下隧道等按施工方式 方法进行详细的分类有盾构法 沉管法 明挖法等等隧道技术 对应于修筑隧道过程的各个阶段 可以大致分为 调查计划技术 有关地质 水文等的调查和预测 测量等 设计技术 指岩石力学 土力学和结构力学 材料等 施工技术 指开挖 运输 支撑衬砌的施工 地基改良 为改善施工条件而采用的特殊施工方法 安全卫生等 运用技术 指照明 通风 维修管理 防灾等 公路隧道 公路隧道的平面线形和普通道路一样 根据公路规范要求进行设计 隧道平面线形 一般采用直线 避免曲线 如必须设置曲线时 应尽量采用大半径曲线 并确保视距 公路隧道的纵断面坡度 由隧道通风 排水和施工等因素确定 采用缓坡为宜 隧道的纵坡通常应不小于0 3 并不大于3 隧道如从两个洞口对头掘进 为便于施工排水 可采用 人 字坡 单向通行时 设置向下的单坡对通风有利 隧道净空断面的形状 即是衬砌的内轮廓形状 确定的形状应使衬砌受力合理 围岩稳定 衬砌的形状可采用圆拱直墙 圆形断面利于承压和盾构施工 在浅埋 深埋公路隧道采用矩形或近椭圆形断面 公路隧道的各种主要断面形状如下图所示 北京八达岭公路隧道 隧道通风方式的种类很多 按送风形态 空气流动状态 送风原理等划分如下 1 自然通风2 机械通风纵向式 射流式 风道式和喷嘴式 竖井式3 半横向式4 横向式5 混合式 自然通风这种通风方式不设置专门的通风设备 是利用存在于洞口间的自然压力差或汽车行驶时活塞作用产生的交通风力 达到通风目的 但在双向交通的隧道 交通风力有相互抵消的情形 适用的隧道长度受到限制 由于交通风的作用较自然风大 因此单向交通隧道 即使隧道相当长 也有足够的通风能力 射流式纵向通风 竖井纵向通风 横向式通风 半横向式通风 混合式通风 根据隧道的具体条件和特殊需要 由竖井与上述各种通风方式组合成为最合理的通风系统 例如 有纵向式和半横向式的组合 以及横向式与半横向式的组合等各种方式 隧道照明与一般部位的道路照明不同 其显著特点是昼间需要照明 防止司机视觉信息不足引发交通事故 应保证