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隧道工程简介 天堑总能变通途 人类的智慧除了建造大厦 很大程度上都体现在交通的开发中 遇水搭桥 遇山凿隧 面对高山阻挡 人们总能开山凿洞 缔造一个个令人惊叹的隧道奇观 隧道的定义及用途 隧道是埋置于地层内的一种地下建筑物 对于改善公路线型 节省占地 节省工程投资有着重要意义 特别是在山区高速公路隧道修建短隧道中 有着较大的优势 隧道大部分的功能 为提供行人 脚踏车 自行车 一般道路交通 机动车 铁路交通 或运河使用 而部分隧道只运送水 石油或其他特定服务 包括军事及商业物流等 隧道的组成 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和防排水设施 长大隧道还有专门的通风和照明设备 最长的双洞单向公路隧道 秦岭终南山公路隧道 北起西安市长安区青岔 南至商洛市所辖的柞水县营盘镇 全长18 02公里 设计时速80公里 在设计上也体现了人性化的理念 隧道里专门设置了特殊灯光带 通过不同的灯光和幻灯图案变化呈现出 蓝天 白云 彩虹 等景象 可以使驾驶员和乘客仿佛置身室外 有助于缓解驾驶和乘车的疲劳感 最长的单洞公路隧道 挪威洛达尔隧道 全长约24 5公里 它位于挪威中部地区 东起洛达尔城 西至艾于兰城 是连接首都奥斯陆与第二大城市卑尔根的咽喉要道 根据设计 洛达尔隧道每小时通车能力为400辆 但由于挪威人口较少 隧道每昼夜通过的轿车仅为1000辆 仅为设计流量的十分之一 最长的汽车专用隧道 瑞士圣哥达隧道 长16 32公里 隧道穿越苏黎世东南阿尔卑斯山脉圣哥达峰 是瑞士国有公路系统中连接南北干线的重要枢纽 在防火设计中 隧道顶部被分隔成进风道和排风道 一旦发生火灾 横向通风可分区段隔断而不影响其他通风区 隧道两端还设有计算机控制站 以监视和控制车流 并对空气清洁度变化 失火及照明亮度及时预警 隧道的分类 1 按照隧道所处的地质条件分类 分为土质隧道和石质隧道 2 按照隧道的长度分类 分为短隧道 铁路隧道规定 L 500m 公路隧道规定 L 500m 中长隧道 铁路隧道规定 50010000m 公路隧道规定 L 3000m 3 按照国际隧道协会 ITA 定义的隧道的横断面积的大小划分标准分类 分为极小断面隧道 2 3 小断面隧道 3 10 中等断面隧道 10 50 大断面隧道 50 100 和特大断面隧道 大于100 4 按照隧道所在的位置分类 分为山岭隧道 水底隧道和城市隧道 5 按照隧道埋置的深度分类 分为浅埋隧道和深埋隧道 6 按照隧道的用途分类 分为交通隧道 水工隧道 市政隧道和矿山隧道 特别要提出的是海底隧道 海峡像一道天堑将大陆与大陆 大陆与海岛 海岛与海岛之间隔开 这给人们的生活 旅行带来许多不便 于是 人们设计建造接通海峡两岸的海底隧道 海底隧道 是为了解决横跨海峡 海湾之间的交通 而又不妨碍船舶航运的条件下 建造在海底之下供人员及车辆通行的海底下的海洋建筑物 海底隧道不占地 不妨碍航行 不影响生态环境 是一种非常安全的全天候的海峡通道 海底隧道图示 南京海底世界 在南京市海底世界里 也有着一个小型的 海底隧道 海底隧道是一个半圆形的通道 使用玻璃建筑的 在玻璃后面 有着数以百计的海底生物 有小鲨鱼 八爪鱼 水母 热带鱼等许多品种 在这个隧道里 有300多种 10000多尾海洋生物 隧道施工方法分类 根据隧道穿越地层的不同情况和目前隧道施工方法的发展 隧道施工方法可按以下方式分类 1 山岭隧道 矿山法 钻爆法 和掘进机法 TBM 其中矿山法又分为传统矿山法和新奥法 2 浅埋及软土隧道 明挖法 盖挖法 浅埋暗挖法和盾构法 3 水底隧道 沉埋法和盾构法 1 钻爆法 主要用钻眼爆破方法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法 用钻爆法施工时 将整个断面分部开挖至设计轮廓 并随之修筑衬砌 2 沉管法 沉管法是在水底建筑隧道的一种施工方法 沉管隧道就是将若干个预制段分别浮运到海面 河面 现场 并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内 以此方法修建的水下隧道 香港多条海底隧道采用沉管法施工 3 盾构法 盾构法 ShieldMethod 是暗挖法施工中的一种全机械化施工方法 它是将盾构机械在地中推进 通过盾构外壳和管片支承四周围岩防止发生往隧道内的坍塌 同时在开挖面前方用切削装置进行土体开挖 通过出土机械运出洞外 靠千斤顶在后部加压顶进 并拼装预制混凝土管片 形成隧道结构的一种机械化施工方法 盾构法原理图 4 新奥法 新奥法是应用岩体力学的理论 也就是隧道开挖后采取锚杆和喷射混凝土为主要支护手段及时的支护 以维护和利用围岩自身承载能力为基点 控制围岩的变形和松弛 使围岩成为支护体系的组成部分 并通过对围岩和支护的量测 控制来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则 5 掘进机法 掘进机法是挖掘隧道 巷道及其它地下空间的一种方法 简称TBM tunnelboringmanchine 法 是用特制的大型切削设备 将岩石剪切挤压破碎 然后 通过配套的运输设备将碎石运出 连接英国及法国的英法海峡隧道就是采用掘进机法开挖 隧道掘进机 隧道掘进机是用机械破碎岩石 出碴和支护实行连续作业的一种综合设备 按掘进机在工作面上的切削过程 分为全断面掘进机和部分断面掘进机 按破碎岩石原理不同 又可分滚压式 盘形滚刀 掘进机和铣切式掘进机 隧道掘进机工作原理 中国产品多为滚压式全断面掘进机 适于中硬岩至硬岩 铣切式掘进机适用于煤层及软岩中 在推进油缸的轴向压力作用下 电动机驱动滚刀盘旋转 将岩石切压破碎 其周围有勺斗 随转动而卸到运输带上 硬岩不需支护 软岩支护时可喷射 浇灌混凝土或装配预制块 该机在岩性均匀 巷道超过一定长度时使用 经济合理 TBM面临的局限问题 随着TBM设备在近几年的兴起 以其简洁 快捷的施工技术特点广受欢迎 现在的应用非常广泛 然而在某些方面仍然能存在某些问题 TBM在一隧道掘进施工中 通过区域性大断层极大范围的破碎带 拱顶发生严重坍塌 大块岩体将刀盘和护盾卡住而被迫停机 采用固结掌子面 超前灌浆 开挖上导洞对拱顶岩层进行加固 清理刀盘前方塌落岩石等措施进行整理 对于TBM的新探索 最受关注的是其特殊性能 如TBM在不同地质条件下的可应用性 设备较易翻新以适用更大或更小的隧道直径 在同一工程中开挖直径的变化 使用扩孔副刀 这些已成为TBM制造商节工程技术人员的研究新课题探索方向 而使用方更希望希望制造商确定TBM和后配套系统 并选择后配套中的子系统如出碴 注浆和材料运输等 为使掘进机的工作效率更高 技术人员在很多方面对其做了改进 最新发展动态 在TBM前方进行非破坏性地层检查的最新发展是BEAM 隧道掘进前方电监测 技术 这是再次采用了测量地层中的电流这一老方法并加以改进 其创新之处是该系统在TB