第二章 土木工程的对象与范畴-隧道、水利、港口、海洋工程

1、第二章 土木工程的对象和范畴土木工程概论地下工程与隧道工程地下空间：在地下岩层和土层中天然形成或人工开发形成的空间。隧道：修筑在地面下的通路或空间。隧道的完整定义：以某种用途，在地面下用任何方法按照规定形状和尺寸，修筑的横断面积大于2m2的洞室。隧道与地下空间的设计与施工涉及的学科：结构防水排水岩土工程地质工程地下水空气动力学光学消防交通工程自动控制环境保护工程机械地下工程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

2、街道等适用隧道工程技术的建筑物。地下空间的特点：热稳定性密闭性抗灾能力强防护性能高不占用地面地下工程的分类按使用功能分交通娱乐设施仓储工程军事工程民用建筑工业建筑市政管道地下工程地下工程的分类按围岩介质分水下工程硬土岩石工程软土工程地下工程地下工程的分类按施工方法地下工程明挖法盖挖法矿山法盾构法顶管法沉管法明挖法也称作基坑法。它是一种用垂直开挖方式修建隧道的方法（对应于水平方向掘进隧道而言）。基坑法施工是指从地面向下开挖，并在欲建地下铁道结构的位置进行结构的修建，然后在结构上部回填土及恢复路面的施工方法。基本顺序为：打桩（护坡桩）路面开挖路面开挖埋设埋设支撑防护与开挖支撑防护与开挖地下结构物的

3、施工地下结构物的施工回填回填拔桩拔桩恢复地面（或路面）恢复地面（或路面） 盖挖法也称为路面覆盖式基坑法或称开壕被覆法（Cut and Cover），我国称为盖板法。从地面向下开挖，用大号型钢架于两侧钢桩或连续墙上，以维持原来路面的交通运行。矿山法矿山法有时也称为暗挖法，尤其是指在坚硬的岩石层中采用的矿山巷道掘砌技术的开凿方式。盾构法通常利用地铁车站或通风口等位置开凿竖井，盾构在井内进行拼装，盾构由此沿着地铁路线推进施工，以形成地铁区间隧道。沉管法 当地下铁道处于航道或河流中时，可采用沉管法。这是水底隧道建设的一种主要方法。该法施工是在船台上或船坞中分段预制隧道结构，然后经水中浮运或拖运办法将节

4、段结构运到设计位置，再以水或砂土将其进行压载下沉，当各节段沉至水底预先开挖的沟槽后，进行节段间接缝处理，待全部节段连接完毕，进行沟槽回填，遂建成整体贯通的隧道顶管法当浅埋地铁隧道穿越地面铁路、城市交通干线、交岔路口或地面建筑物密集、地下管线纵横地区，为保证交通不致中断和行车安全，可采用顶管法施工。顶管法施工是在作好的工作坑内预制钢筋混凝土隧道结构，待其达到强度后用千斤顶将结构推顶至设计位 置。在施工时，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土。当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，作好接口，建成涵

5、管。 这种施工技术不仅用于浅埋地铁，还可用于城市供排水管道工程、城市道路与地面铁路立叉点以及铁路桥涵等工程。大刀盘土压平衡顶管机 主顶设备 隧道防水（1）采用防水混凝土防水混凝土的制作，主要靠调整级配、增加水泥量和提高砂率，以便在粗骨料周围形成一定厚度的包裹层、切断毛细渗水沿粗骨料表面的通道，达到防水抗水的效果。（2）壁后回填壁后回填是对隧道与围岩之间的空隙进行充填灌浆，以使衬砌与围岩紧密结合，减少围岩变形，使衬砌均匀受压，提高衬砌的防水能力。（3）围岩注浆为使水底隧道围岩提高承载力、减少透水性，可以在围岩中进行预注浆。特别是采用钻眼爆破作业的隧道，通过注浆可以固结隧道周边的块状岩石，以形成一

6、定厚度的止水带，并且填塞块状岩石的裂缝和裂隙，进而消除和减少水压力对衬砌的作用。（4）双层衬砌水下隧道采用双层衬砌可以达到两个目的。其一是防护上的需要，在爆炸载荷作用下，围岩可能开裂破坏，只要衬砌防水层完好，隧道内就不致大量涌水、影响交通。其二是防范高水压力，有时虽采用了防水混凝土回填注浆、在高水压下仍难免发生衬砌渗水。在此情况下，双层衬砌可作为水底隧道过河段的防水措施。水利水电工程水利工程：用于控制和调配自然界的地表水和地下水，以达到除害兴利目的而修建的各项工程的总称水资源现状：水资源拥有量居世界第六，人均为世界人均的1/4水能资源世界第一时间和空间分布不合理，汛期易爆发水灾，枯水期存在旱灾

7、南北方水资源不平衡水利工程的建设目的：控制调整水资源在时间空间上的分布水利工程的特点系统性和综合性强。对环境影响大工作条件复杂效益随机性较大规模大，技术复杂，工期长，投资多水利工程的作用 防洪 农业灌溉 发电 河道整治 水路交通我国的水利工程水利在中国有着重要地位和悠久历史。历代有为的统治者，都把兴修水利作为治国安邦的大计。传说早在公元前21世纪，禹即主持治水,平治水土，疏导江河,三过家门而不入，一直为后人所崇敬。至春秋战国时期，中国已先后建成一些相当规模的水利工程。其中如淮河的期思陂和芍陂等蓄水灌溉工程，华北的引漳十二渠灌溉工程，沟通江淮和黄淮的邗沟和鸿沟运河工程，以及赵、魏、齐等国修建的黄

8、河堤防工程，都是这一时期的代表性水利建设。我国的水利工程都江堰秦昭襄王五十一年（公元前256年），秦国蜀郡太守李冰和他的儿子，吸取前人的治水经验，率领当地人民，主持修建了著名的都江堰水利工程。都江堰的整体规划是将岷江水流分成两条，其中一条水流引入成都平原，这样既可以分洪减灾，又可以引水灌田、变害为利。主体工程包括鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道和宝瓶口进水口。我国的水利工程南水北调南水北调工程的根本目标是改善和修复北方地区的生态环境。由于黄淮海流域的缺水量分布在黄淮海平原和胶东地区，因而优先实施东线和中线工程势在必行；在黄淮海平原和胶东地区的缺水量中，又有集中在城市，城市人口和工业产值集中，缺水所造成

9、的经济社会影响巨大。因此，确定南水北调工程近期的供水目标为：解决城市缺水为主，兼顾生态和农业用水。南水北调东线和中线工程涉及省、直辖市、的座地级以上城市，受水区为京、津、冀、鲁、豫、苏的座地级及其以上城市、座县级市（区、县城）和个工业园区。 从五十年代提出“南水北调”的设想后，经过几十年研究，南水北调的总体布局确定为：分别从长江上、中、下游调水，以适应西北、华北各地的发展需要，即南水北调西线工程、南水北调中线工程和南水北调东线工程。 南水北调工程分东、中、西三条调水线路。建成后与长江、淮河、黄河、海河相互联接，将构成我国水资源“四横三纵、南北调配、东西互济”的总体格局。我国的水利工程三峡工程三

10、峡工程全称为长江三峡水利枢纽工程。1992年4月3日，七届人大五次会议审议并通过了关于兴建长江三峡工程决议。1994年12月14日，三峡工程在前期准备的基础上正式开工。工期：三峡工程分三期，总工期17年。一期工程5年（19931997年），除准备工程外，主要进行一期围堰填筑，导流明渠开挖等。二期工程6年（19972003年），工程主要任务是修筑二期围堰，左岸大坝的电站设施建设及机组安装等。导流明渠截流是二期工程转向三期工程建设的重要标志。三期工程6年（20032009年），本期进行的右岸大坝和电站的施工，并继续完成全部机组安装。届时，三峡水库将是一座长达600公里，最宽处达2000米，面积达1

11、0000平方公里，水面平静的峡谷型水库。三峡工程是中国，也是世界上最大的水利枢纽工程，是治理和开发长江的关键性骨干工程。它具有防洪、发电、航运等综合效益。防洪：兴建三峡工程的首要目标是防洪，可有效地控制长江上游洪水。经三峡水库调蓄，可使荆江河段防洪标准由现在的约10年一遇提高到100年一遇。发电：三峡水电站总装机容量1820万千瓦，年平均发电量8468亿千瓦时。它将对华东、华中和华南地区的经济发展和减少环境污染起到重大的作用。航运：三峡水库将显著改善宜昌至重庆660公里的长江航道，万吨级船队可直达重庆港。航道单向年通过能力可由现在的约1000万吨提高到5000万吨，运输成本可降低3537。水利

12、工程中的关键问题 基础稳定性问题 结构稳定性问题 气候、水文 水利工程维护管理港口工程是兴建港口所需工程及其设施的总称，是供船舶安全进出和停泊的运输枢纽已独立成一门学科，但与土木工程联系紧密按照港口工程的用途：商港：客货运输港口。停靠、上下客货、补给、维修船舶。军港：停泊、补给、防御、修理渔港：停泊、卸货、保鲜、冷藏加工、修补渔网渔船、补给工业港：大型工矿企业运输港避风港：船舶躲避风浪、补给、修理港口的组成 分为水域、陆域 水域：船舶航行、运转、停泊。适当的水深、面积，水流平缓、水面稳静。日常维护：港口水深维护（疏浚）、航道维护 陆域：客货上下、客货暂存、运输设施、装卸设施。日常维护：港口码头

13、维护、运输设备维护、附属建筑维护、交通设施维护等港口的规划与布置港口建设：规划、设计、施工三个主要阶段港口建设要执行的基本准则港口建设必须符合国民经济发展需要，应与当地经济布局、城市规划、交通运输系统发展相适应港口建设应统一规划、远近结合、合理布局，重视老港口改造港口建设应贯彻节约用地方针，少占良田因地制宜、就地取材，积极慎重地采用符合国情的新技术、新结构、新工艺、新材料、新设备保护环境、防止污染节能减排港口建筑物等级要根据港口政治经济国防等方面重要性和主要作用划分等级海洋工程 以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，并且工程主体在海上的新建、改建、扩建工程 包括： 围填海、海上堤坝工程、人工

14、岛、海上资源开发、海上和海底物资储藏、海上电站、跨海桥梁、海底隧道、海底管道、海底电（光）缆等工程，大型海水养殖场、人工鱼礁、景观开发等海洋工程的分类海岸工程、近海工程、深海工程海岸工程：海岸防护、围海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、沿海渔业设施、环境保护设施等近海工程：大陆架或较浅水域的海上平台、人工岛、石油天然气开采平台等、浮式飞机场等工程深海工程：海底采矿采油设施等海洋工程的主要结构形式海洋工程的结构型式很多，常用的有重力式建筑物、透空式建筑物和浮式结构物。重力式建筑物适用于海岸带及近岸浅海水域，如海提、护岸、码头、防波堤、人工岛等，以土、石、混凝土等材料筑成斜坡式、直墙式或混成式的结构。透空式建筑物适用于软土地基的浅海，也可用于水深较大的水域，如高桩码头、岛式码头、浅海海上平台等。其中海上平台以钢材、钢筋混凝土等建成,可以是固定式的，也可以是活动式的。浮