陇桥学院隧道工程

第7章隧道工程,陇桥学院土木工程系,一、隧道的基本概念及工程概述,为达到各种不同的使用目的，在山体内或地面下修建的建筑物，统称之为“地下工程”。在地下工程的广泛范围中，用以保持地下空间作为运输孔道的，称之为“隧道”。一般来说，隧道的修建总是首先在地下开挖出一个洞穴并延伸成为一个长形的孔道，称之为“导坑”。,由于地层被挖开后，容易变形、塌落或是有水涌入，所以除了在极为稳固地层中而且没有地下水的地方以外，大都要在坑道的周围修建支护结构，或称之为“衬砌”。隧道端部外露面，一般都修筑为保护洞口和排放流水的挡土墙式结构，称为“洞门”。有时，如果洞口容易坍塌或有落石的危险时，还要在洞门与洞身间修筑明洞。洞身衬砌、洞门和明洞就组成了隧道的主体支护结构，作用是保持岩体的稳定和行车安全。隧道的附属建筑物是为了运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的建筑物，包括有：大小避车洞、边仰坡、排水天沟、防水设备及排水设备、通风系统等。隧道的主体支护结构和隧道的附属建筑物组成了隧道建筑物。,用作地下通道的工程建筑物,什么是隧道？,隧道的分类及其作用1、按用途分（常用分类方法）(1)交通隧道：提供运输的孔道和通道，主要有：铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道、人行地道。,什么是隧道？,什么是隧道？,什么是隧道？,什么是隧道？,什么是隧道？,什么是隧道？,2、按隧道长度分（公路隧道规范）：(1)特长隧道：L3000m(2)长隧道：3000mL1000m(3)中长隧道：1000mL500m(4)短隧道：L500m,什么是隧道？,3、按断面面积分：(1)特大断面隧道：断面积在100m2以上(2)大断面隧道：断面积在50100m2之间(3)中等断面隧道：断面积在2050m2之间(4)小断面隧道：断面积20m2以下,什么是隧道？,4、按隧道所处的地理位置划分：山岭隧道水底隧道城市隧道,什么是隧道？,隧道在交通建设中有哪些作用？隧道是交通线上的重要组成部分，是国家重要的基础设施；重要性,隧道在交通建设中有哪些作用？快速畅通的交通网是经济发展的前提，低等级公路已不适应高速经济发展的需要；必要性,隧道使公路里程大大缩短,隧道在交通建设中有哪些作用？目前我国高速公路相对较少，与我国人口、经济发展相比，太少。社会经济发展，交通必先行。紧迫性,隧道工程的隐蔽性,隧道的特点,隧道工程的施工环境差,隧道的特点,隧道工程的大量涌水,隧道的特点,梅坎铁路松南隧道,几种隧道洞门图：,西安南京铁路磨沟岭隧道,京珠高速公路洋碰隧道,徽杭高速公路三阳隧道,北碚隧道,厦门仙岳山市政隧道,乌鞘岭特长隧道洞门,乌鞘岭隧道洞门（1）,乌鞘岭隧道洞门（2）,二、隧道的种类及其作用,（一）交通隧道交通线上的隧道（交通隧道）是隧道中为数最多的一种。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，一般包括有以下几种：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。（二）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：饮水隧道、排水隧道、导流隧道或泄洪隧道，排沙隧道。,（三）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。（四）矿山隧道在矿山开采中，常设一些为采矿服务的隧道，从山体以外通向矿床，并将开采到的矿石运输出来。其中有：运输巷道、给水隧道、通风隧道。,三、隧道的发展历程,（一）隧道工程的历史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。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。,（二）我国隧道工程的发展和成就,我国第一座铁路隧道修建在台湾，是基隆到台南的铁路线线上一座长仅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。建国之初，在短短的三年之内，在成渝线上修复了13座隧道，在宝天线上改建了136座隧道，并完成了天兰线上的48座隧道，使当时支离破碎，断断续续的铁路完全修整好，全国铁路畅通无阻。,以后，修建隧道的技术又有进步。宝成线上的秦岭隧道长达2363m；成昆线上的沙木拉达隧道长为6379m；京广线上大瑶山隧道长为14295m；秦岭终南山公路隧道（双洞、单向、双车道）长为18100m（是目前我国最长的公路隧道）；兰武二线上的乌鞘岭隧道长达20050m。一个比一个长，一个比一个质量好。近期，除了以交通为目的的隧道以外，又扩大到其它多方面用途的地下工程。在工业方面建成了许多地下工厂、地下电站、地下武器库、地下停车场等。在人民生活方面，建造了形成网络的防空洞、地下影院、地下体育中心、地下街、地下会堂、地下战备医院等。因此，地下工程已经发展到国民经济的各个部门中去，成为人们活动的又一层世界。,衡广复线大瑶山隧道,（三）国外隧道的发展情况在国外，最早的地下工程是矿山的开采。铁路事业兴起以后，出现了山区铁路隧道、水底隧道及公路隧道。自从城市发展以来，城区交通繁忙，车辆拥挤，安全难保。又因新开挖工具盾构的出现，地下铁道随之兴起。近期以来，隧道工程的科学技术得到了相应的发展。在原有的技术基础上，采用钢拱支撑、喷射混凝土衬砌，锚杆加固围岩，已是普遍使用。引进新奥法来指导并调整施工，也已大量推广。用有限元的方法来分析地下结构的受力状态，也已为人们所乐于使用。,最后应该指出，尽管近年来隧道工程已经取得了一定的成就和相应的发展，但是还存在着许多问题和缺点。从总体来看，隧道结构还比较粗大厚实，施工环境还很恶劣，工人劳动强度还很大，工程进度不快和工程造价较高。具体说，截止到目前，我们对围岩的性质还没有深入地摸清楚，对计算模型的选用和计算的理论还不完全符合实际，施工技术水平和管理方法还比较落后，人力和物力的消耗和浪费都较大，所有这些都有待隧道工作者去研究和解决。总之，认识事物并改造事物使之为人类服务是我们责无旁贷的任务，只要我们不断地实践，不停地向前探索，一定会把隧道的建设事业推向前进的。,掘进机法包括隧道掘进机(TunnelBoringMachine，简写为(T.B.M.)法和盾构掘进机法。前者应用于岩石地层，后者则主要应用于土质围岩，尤其适用于软土、流砂、淤泥等特殊地层。沉管法、明挖法等则是用来修建水底隧道、地下铁道、城市市政隧道等，以及埋深很浅的山岭隧道。,隧道施工过程和方法是多种多样的，目前在我们经常采用的矿山法中大致有全断面法、台阶法和分部开挖法三大类。在当前的施工实践中，采用最多的方法是台阶法，其次是全断面法。在大断面隧道中，单侧壁导坑(中隔壁法)和双侧壁导坑(眼镜法)采用较多。,1、三台阶七步开挖法概况,三台阶七步开挖法施工立体效果图,三台阶七步开挖法适用于开挖断面为100180平方米，具备一定自稳条件的IV，V级围岩地段隧道的施工，主要表现包括：黄土，强风化岩层（强风化岩层，强风化泥质粉砂岩等），不适用于围岩地质为流塑状态，洞口浅埋偏压段（但反压处理或施做超前大管棚后可采用）。,3、三台阶七步开挖法施工步骤,拱部超前小导管预注浆支护,第1步，上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度宜为35米，宽度宜为隧道开挖宽度的1/31/2。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5米，开挖后立即初喷35cm砼。上台阶开挖失跨比应大于0.3，开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30搭设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。,第2、3步，左右侧中台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为33.5m，左右侧台阶错开23m，开挖后立即初喷35cm砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30搭设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。,第4、5步，左右侧下台阶开挖：开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定，最大不得超过1.5m，开挖高度一般为33.5m，左右侧台阶错开23m，开挖后立即初喷35cm砼，及时进行喷、锚、网系统支护，接长钢架，在钢架拱脚以上30cm高度处，紧贴钢架两侧边沿按下倾角30搭设锁脚锚杆，拱脚锚杆和钢架牢固焊接，复喷砼至设计厚度。,第6步，上中下台阶预留核心土：各台阶开挖分别开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧道开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为46m。,第7步，隧底开挖：每循环开挖进尺长度宜为23m开挖后及时施作仰拱初期支护，完成两个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为46m。,三线大跨隧道双侧壁导坑法施工,CRD工法超浅埋大跨度施工技术,大跨隧道软弱围岩施工,新型凿岩台车,大型运输车辆,凿岩台车作业,以凿岩台车为龙头的单线隧道快速施工机械化作业线,机械化出渣作业线,机械化衬砌作业线,大吨位龙门吊,管片生产,管片养生,第七节隧道施工过程中的通风与防尘,一、通风(一)施工通风的目的及有关规定(二)通风方式隧道施工通风，主要采用机械通风。按照风道类型和通风机安装位置的不同，机械通风可分为风管式和巷道式两类。1风管式通风风管式通风是用软管作风道，根据隧道内空气流向的不同，又可分为压入式、抽出式、混合式三种型式。（1）压入式如图6-82所示，通风机和局部扇风机把新鲜空气经风筒压入工作面，污浊空气沿隧道流出。,（2）抽出式如图6-83所示，通风机或局部扇风机经风筒把工作面的污浊空气抽出，新鲜风流沿隧洞流入。（3）混合式通风混合式通风系统如图6-84所示。这种方式综合了前两种方式的优点，适合于大断面长距离隧道通风，在机械化作业时更为有利。采用喷锚支护的隧道，喷浆地点的粉尘浓度很高，采用混合式通风，降尘效果十分明显。,图6-82压入式通风图6-83抽出式通风,图6-84混合式通风,2巷道式通风适用于有平行导坑的长隧道。其特点是通过最前面的横通道，使正洞和平行导坑组成一个循环风流系统，在平导洞口附近安装通风机，将污浊空气由平导抽出，新鲜空气由正洞流入，形成循环风流(图6-85)。,图6-85巷道式通风,(三)施工通风的风量掘进工作面所需风量可分别按下列方法计算，并取其最大者作为供风标准。按排除炮烟计算风量；按排出粉尘计算风量；按施工隧洞内的最多人数计算风量；按规范规定的最低允许风速计算风量。,朔黄线寺铺尖隧道通风设计（左上）,内昆线青山隧道施工通风（右下）,渝怀线圆梁山隧道施工通风（右上）,广渝高速公路华山隧道施工通风