第七章-隧道PPT课件.ppt

第一节隧道的定义 作用及组成 2 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 第七章隧道 隧道属于地下工程的一种 地下工程 在山体内或地面下修建的建筑物 一 定义 1 狭义定义 用于保持地下空间作为交通孔道的工程建筑物 二 作用 1 克服地形或高程障碍 改善线形 提高车速 缩短里程 节约燃料 节省时间 1 2 减少对植被的破坏 保护生态环境 还可用做克服落石 坍方 雪崩 雪堆等危害 3 在城市可减少用地 构成立体交叉 解决交叉路口的拥挤阻塞 疏导交通 4 水底隧道 可不影响水路通航 5 国防用途 三 隧道组成 隧道 主体建筑物 附属建筑物 洞身衬砌 洞门 明洞 通风 照明 防排水 安全设备 2 4 通风照明 防排水 安全设备等 确保行车安全 舒适 作用 防止洞口坍方落石 保持仰坡和边坡的稳定 作用 承受围岩压力 结构自重及其它荷载 防止围岩风化 崩塌和洞内的防水 防潮等 1 洞身衬砌 为控制和防止围岩的变形或坍落 确保围岩的稳定 或为处理涌水或漏水 或为隧道的内空整齐或美观等目的 将隧道的周边围岩被覆起来的结构体 2 洞门 在隧道的洞口部位 为挡土 坡面防护等而设置的隧道结构物 3 明洞 以明挖法施工修建的隧道 或在露天修建而有回填土予以遮盖的衬砌结构 5 超前导坑 因隧道断面较大或围岩条件复杂等 在开挖中采用全断面法有困难的情况下 往往在隧道的开挖断面内超前开挖小断面的隧道 这种小断面的隧道称为超前导坑 3 二 隧道的分类 隧道的种类繁多 分类方法不同的 1 按地质条件 土质隧道和石质隧道 2 按埋置深度 浅埋隧道和深埋隧道 3 所在位置 山岭隧道 水底隧道和城市隧道 4 按隧道长度 短隧道 中隧道 长隧道和特长隧道 注 隧道长度系指两端洞门墙墙面与路面的交线同路线交点之间的距离 5 按横断面积的大小 4 6 按用途可分为 交通隧道 水工隧道 市政隧道 矿山隧道 1 交通隧道 交通隧道是为数最多的一种 它的作用是提供交通运输和人行的通道 以满足交通线路畅通的要求 一般包括以下几种 铁路隧道 公路隧道 水底隧道 地下铁道 航运隧道和人行地道 1 铁路隧道 铁路纵坡 线形要求高 为避开山区高程或平面障碍而修建 川黔线上的凉风垭隧道 使越岭高度降低96m 线路长度缩短了14 7km 并避开了不良地质区域 宝成线宝鸡至秦岭一段线路上就设有48座隧道 总延长为17 1km 占线路总延长的37 75 万宜铁路隧道占总里程的52 5 2 公路隧道 公路的限制坡度和限制最小曲线半径都没有铁路那样严格 过去在山区修建公路时一般都是绕行 很少修建隧道 随着高速公路逐渐出现 纵坡及线形要求高 于是在穿越山区时 也常采用隧道方案 此外 在城市附近 为避免平面交叉 利于高速行车 也常采用隧道方式通过 3 水底隧道 当交通线跨越江 河 湖 海 洋时 一般可以选择的方案有架桥 轮渡和隧道 河道通航需要较高的净空 而桥梁受两端引线高程的限制 一时无法抬起必要的高度时 采用水底隧道 水底隧道方案优点是不受气候影响 不影响通航 引道占地少 战时不暴露交通设施目标等 越来越受到人们的青睐 6 4 地下铁道 地下铁道是解决大城市中交通拥挤 车辆堵塞问题 能大量快速运送乘客的一种城市交通设施 它可以使很大一部分地面客流转入地下 可以高速行车 且可缩短车次间隔时间 节省了乘车时间 便利了乘客的活动 在战时 还可以起到人防的功能 5 航运隧道 当运河需要越过分水岭时 克服高程障碍成为十分困难的问题 如果修建航运隧道 把分水岭两边的河道沟通起来 既可以缩短船只航程 又可以省掉船闸的费用 迅速而顺直地驶过 航运条件大为改善 6 人行地道 城市交叉口 为了提高交通运送能力及减少交通事故 除架设街心高跨桥以外 也可以修建人行地道来穿越街道或跨越铁路 高速公路等 这样可以缓解地面交通互相交叉 少占用地面空间 同时也大大减少了交通事故 7 2 水工隧道 水工隧道是水利工程和水力发电枢纽的一个重要组成部分 水工隧道包括以下几种 引水隧道 排水隧道 导流隧道或泄洪隧道 排沙隧道 1 引水隧道 进行水资源的调动或把水引入水电站的发电机组 产生动力资源 引水隧道有的内部充水因而内壁承压 有的只是部分过水 因而内部只受大气压力而无水压 分别称之为有压隧道和无压隧道 2 排水隧道 它是把发电机组排出的废水送出去的隧道 3 导流隧道或泄洪隧道 它是水利工程中的一个重要组成部分 由它疏导水流并补充溢洪道流量超限后的泄洪作用 4 排沙隧道 它是用来冲刷水库中淤积的泥沙 把泥沙裹带运出水库 有时也用来放空水库里的水 以便进行库身检查或修理建筑物 8 3 市政隧道 城市中 为安置各种不同市政设施的地下孔道 市政隧道有 给水隧道 污水隧道 管路隧道 线路隧道 人防隧道 在现代化的城市中 将前四种具有共性的市政隧道 按城市的布局和规划 合建一个大隧道 称之为 共同沟 共同沟是现代城市基础设施科学管理和规划的标志 也是合理利用城市地下空间的科学手段 是城市市政隧道规划与修建发展的方向 4 矿山隧道 在矿山开采中 常设一些为采矿服务的隧道 其中有 1 运输巷道 向山体开凿隧道通到矿床 并逐步开辟巷道 通往各个开采面 前者称为主巷道 为地下矿区的主要出入口和主要的运输干道 后者分布如树枝状 分向各个采掘面 2 给水隧道 送入清洁水为采掘机械使用 并将废水及积水通过泵抽 排出洞外 9 3 通风隧道 净化巷道中的空气 创造良好的工作环境 用通风机及时把有害气体和污浊空气排除出去 并把新鲜空气补充进来 三 世界及我国隧道工程发展简况 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 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 1 世界 10 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 据现有资料记载 世界上最早的隧道是公元前2200年 巴比伦国王为连结宫殿和神殿而修建的隧道 我国最早的交通隧道是位于陕西汉中县的 石门 隧道 建于公元66年 是供马车和行人通行的 我国第一座铁路隧道修建在台湾 是基隆到台南的铁路线上一座长仅261m的窄轨净空隧道 1907年在京包线上修建了八达岭隧道 这是由我国工程师詹天佑主持施工的 铁路 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 日本的青函隧道是目前世界最长的铁路隧道 全长53 9公里 海底长度23 3公里 此隧道跨越津轻海峡连接北海道和本州 11 英法海底隧道 世界第二长的铁路隧道 长度50 5公里 海底长度37 9公里 也是世界海底长度最长的海底隧道 跨越英吉利海峡连接英国和法国 公路隧道 A 秦岭终南山特长公路隧道 位于西安至柞水高速公路上 长18 02公里 西安至柞水高速公路全长65 2公里 桥隧占全长的50 7 全线设特大桥5座 大桥30座 特长隧道一座 一般隧道11座 互通式立交4处 分离式立交30处 世界双洞公路隧道长度前三名 日本关越隧道 长度10 9公里 奥地利普拉布什隧道 长度10 3公里 12 13 14 15 世界单洞公路隧道长度前三名 挪威2000年建成的洛达尔隧道 长度达24500m 意大利弗儒雷斯隧道 长度13 2公里 瑞士的圣哥达隧道 长度16 32公里 地下铁道 1863年 英国伦敦修建了第一条地铁 全世界共有43个国家有地铁 云南最长公路隧道 个屯公路隧道 个屯 一级公路是连接个旧到红河哈尼族彝族自治州州府蒙自的重要通道 该公路全长15 71702km 总投资8 25亿元 其中 明珠隧道全长6900m 施工方法与设计理论方面 施工方法 火焚法和铁锤钢钎等原始工具进行开挖 钻爆法 传统矿山法和新奥法 盾构法 TBM法 沉管法等 设计计算理论的发展 结构力学方法 荷载 结构理论 岩石力学方法 岩承理论 现场监控设计方法 16 2 我国隧道及地下工程的发展 目前我国隧道在数量 长度 设计及施工技术上在我国处于领先地位 截至2002年 中国有8600多座铁路 公路隧道 总长度约4370多公里 居世界第一 公路隧道方面 据交通运输部资料显示 到2008年底 我国共有公路隧道5426处 达到319万延米 而1979年仅有374处 5万延米 相继建成了全长5 4公里的雁门关隧道 全长7公里的雪峰山隧道 全长18公里 长度位居世界第二的陕西秦岭终南山隧道 随着公路的快速发展和技术水平的不断提高 山岭长大隧道 深水海底隧道不断涌现 施工及运营管理技术不断提升 运营服务不断完善 我国隧道建设技术能力迅速提升 水利水电隧洞 我国自20世纪70年代中期以后 先后建成了二滩 黄河小浪底 葛洲坝等大型水电站 还有在建的长江三峡工程 17 目前已有京 津 沪 穗 南京五市约80km正在运营 南京 重庆 青岛 沈阳 深圳 成都等约20个大中城市进行了地铁和轻轨交通系统规划 部分项目正在全面施工 地铁工程方面 城市地下工程 随着现代化城市不断发展 各种供给设施急剧增加 需要改造和增设的供管线愈来愈多 解决这一问题的最好对策是设置城市地下共同沟 城市地下公用事业综合隧道 1994年上海浦东建成了我国第一条规模较大的张扬路共同沟 发展前景 交通隧道 高速公路网的完善 高速铁路建设 西部山岭隧道 跨江隧道 东部跨江 海隧道 各城市地铁建设 18 四 我国隧道及地下工程设计施工中应注意的问题 3 进一步通过科学实验和计算 完善在动静荷载作用下 地下结构与围岩介质的共同作用理论 明确隧道和地下工程各阶段荷载分布 使结构内力分析 断面设计方法更符合实际 1 加强前期的工程地质勘察和可行性研究工作 加强从选择设计 施工单位 实行监理制度等各阶段的科学管理 管理体制应同国际接轨 2 进一步完善隧道及地下工程设计施工的法规和技术规程建设 做到有法可依 4 在准确理解的基础上 全面推广应用 新奥法 新奥法不能简单地理解为一种具体的施工方法 实际上它是一种新理念下的从设计 施工直到运营的隧道及地下工程建设的指导思想原则 再配合一些必要的工法 5 加强施工队伍技术素质的提高 加强经济技术管理 降低工程造价 19 6 先进施工机械的引进和研制 先进的各类工法和专家系统的提出 如隧道凿岩机 各种盾构机和微型自动导航地下施工机械等 7 加强环境保护意识 注意隧道和地下工程施工运营中的环保问题 应逐步建立 健全大型隧道及地下工程施工监测 监控 环境病害预测防治系统 第二节 道路隧道测设计 一 隧道勘测的阶段与内容 1 阶段 一般分两阶段进行 即初测阶段和定测阶段 2 工作内容 初测 自然条件的调查 周围环境影响的调查 工程地质及水文地质的勘察 地形测量 导线测量等 20 定测 是根据有关单位批准的初步设计文件及审核意见 在初测基础上进一步核对 落实 深化相关勘测资料 对复杂地质问题给出可靠性结论 为施工图设计提供资料 二 隧道位置的选择 隧道位置的选择与当地的工程地质条件 水文地质条件 地形地貌条件 工程难易程度 投资数额 工期要求及现有的施工技术水平和今后运营条件等因素有关 但最根本是 地质条件和地形条件 1 按地形条件选择隧道位置 1 隧道方案与其它方案的比较 要克服地形条件带来的高程障碍 有三种方案 绕行方案 路堑方案 隧道方案 绕行方案 可避开山岭地形 不修隧道或将长大隧道改为傍山短隧道 因而技术要求低 投资省 工期短 但是线路延长 弯道增多 运营条件差 21 路堑方案 初期投资比隧道低 但边坡整治费用高 开挖范围大 不利于环保 边坡高差不大时 可考虑采用 但对于高边坡 宜考虑隧道 隧道方案 初期投资大 工期长 但运营条件好 对地表植被破坏少 结论 从现代的观点出发 当线路遇到较大的地形高程障碍时 应优先考虑隧道方案 只有在不具备修建隧道的条件时 主要是投资条件 才考虑采用其它方案 2 长隧道方案与短隧道群的比较 长隧道方案 投资大 技术难度较高 施工时工作面少 工期长 可能需要机械通风 施工时不存在偏压 运营条件更好 22 短隧道群方案 投资小 但后期维护费用大 技术难度低 工作面多 施工进度快 一般采用自然通风 地质条件更复杂 易造成偏压 洞口 明洞多 易发生落石 塌方事故 运营条件较差 结论 尽量选择长隧道 避免采用短隧道群 例 大瑶山隧道复线为长隧道 全长14 295km 而解放前修的京广线 是典型的靠河线路 最小半径只有229m 沿线除了数座短隧道和明洞外 上挡下支 雨季病害不断 23 是以车道数来确定隧道断面的 高速 一级公路 4车道 双洞隧道 二级及以下 2车道 单洞双向隧道 但应注意单车道四级公路隧道应按双车道四级公路标准修建 两座平行隧道在施工时 由于爆破 存在相互影响 故采用常规钻爆作业时 应保证最小安全距离 或设计为连拱隧道 或小净距隧道 或者混合型 如分岔式隧道 或者小净距隧道 分离式独立双洞隧道的长大隧道 表1分离式独立双洞间的最小净距 3 两座单线隧道方案与一座双线隧道方案的比较 24 2 按地质条件选择隧道位置 影响隧道工程的地质情况主要有 地质构造 包括岩层的构造特征 节理裂隙发育程度 结构面的性状 岩石的块状大小与完整状态 岩体强度 水文地质条件 不良地质 三 隧道洞口位置的选择 1 隧道洞口位置选择的原则 过去 隧道与路堑造价等价点 现在 早进洞 晚出洞 25 2 洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处 A线 不要与水争路 洞口最好选在沟谷一侧 B线 沟底附近洞口平面位置示意图 2 隧道洞口位置选择的要点 1 洞口应设在山体稳定 地质条件好 排水有利的地方 做到 早进晚出 隧道施工 怕软不怕硬 洞口处围岩较差 埋深浅 边 仰坡不易稳定 3 洞口应避开不良地质地段 如断层 滑坡 岩堆 岩溶 流砂 泥石流 等 避开地表水汇集处 4 位于悬崖陡壁下的隧道 不宜切削原山坡 可采取贴壁进洞或设置一段明洞 山坡上有落石 掉块 26 贴壁进洞洞口纵断面示意图陡壁下接长明洞纵断面示意图 5 减少路堑段长度 延长隧道提前进洞 缓坡地形 洞口位置变动范围较大 一般应延长隧道 以免路堑弃土及排水困难 6 隧道中线宜与等高线正交或接近正交 否则尽量大角度斜交 交角不应小于45 斜交洞门 台阶式正交洞门或明洞 7 当线路位于河滩或水库回水影响范围以内时 隧道洞口标高应高出洪水位加波浪高度 8 为确保洞口稳定和安全 边坡及仰坡均不宜开挖过高 9 当洞口地势开阔 有利于施工场地布置时 可利用弃碴有计划 有目的地改造洞口场地 另外 桥隧相连时 应注意防止因弃碴乱堆造成堵塞桥孔或推坏桥梁墩台建筑物 27 一 平面线形设计 1 直线与曲线 四 隧道几何设计 隧道的平面线形设计和路线一样 要按 公路工程技术标准 规定进行 应结合地形 地质条件及接线情况综合考虑 曲线的利与弊 利 容易避开某些地质不良地段 与引道接线较平顺 在出口处设置合适的曲线 有利于驾驶者的 亮适应 弊 平曲线半径过小 会出现超高和加宽 增大施工难度 曲线隧道在测量 全站仪出现 二者并无明显区别 衬砌 内装和吊顶等方面稍显复杂 增加通风阻抗 对自然通风不利 28 设置曲线时 其半径不宜小于不设超高的平面曲线半径 并应符合停车视距的要求 隧道内一般禁止超车 特殊条件限制 隧道平面线形设计为需设超高的曲线时 其超高值不宜大于4 0 不设超高的圆曲线最小半径 m 其间距与围岩级别直接相关 与隧道长度间接相关 应满足下表的要求 2 独立双洞隧道 分离式独立双洞间的最小净距 注 B为开挖断