第七章 隧道工程

1、土木工程概论土木工程概论第七章第七章隧道工程隧道工程本章内容本章内容7.1 7.1 引言引言7.2 7.2 隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构7.3 7.3 隧道施工隧道施工7.4 7.4 未来发展展望未来发展展望引言引言 隧道隧道是人类利用地下空间的一种形式，是埋置于地层中的工程建筑物，1970年国际经济合作与发展组织的隧道会议综合了各种因素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。” 隧道工程是一种规模巨大且投资昂贵的工程类型，因此在施工前期需要进行详细的规划与设计。7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构7.2.17.2.

2、1隧道类型隧道类型由开挖引起的地层响应复杂多变，在隧道所处地层类型由开挖引起的地层响应复杂多变，在隧道所处地层类型的基础上，可以将隧道分为四种主要类型：的基础上，可以将隧道分为四种主要类型： 1、明挖法隧道 2、软土隧道 3、中硬岩石隧道 4、硬岩隧道 7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构1、明挖法隧道明挖法隧道 明挖法【open cut method】指的是先将隧道部位的岩（土）体全部挖除，然后修建洞身、洞门，再进行回填的施工方法。 优点：明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。 缺点:是对周围环境的影响较大。 7.27.2

3、隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构1、明挖法隧道明挖法隧道 明挖法【open cut method】指的是先将隧道部位的岩（土）体全部挖除，然后修建洞身、洞门，再进行回填的施工方法。 优点：明挖法具有施工简单、快捷、经济、安全的优点，城市地下隧道式工程发展初期都把它作为首选的开挖技术。 缺点:是对周围环境的影响较大。 7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构 基坑开挖法施工工序：基坑开挖法施工工序： 打桩（护坡桩）打桩（护坡桩） 路面开挖路面开挖 埋设支撑防护与开挖埋设支撑防护与开挖 地下结构施工地下结构施工 撤撑回填撤撑回填 恢复路面

4、恢复路面 其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。其中边坡支护是确保安全施工的关键技术。 7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构 (1)放坡开挖技术放坡开挖技术 适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基适用于地面开阔和地下地质条件较好的情况。基坑应自上而下分层、分段依次开挖，随挖随刷边坡，坑应自上而下分层、分段依次开挖，随挖随刷边坡，必要时采用水泥粘土护坡。必要时采用水泥粘土护坡。 7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构 (2)型钢支护技术型钢支护技术 一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双排桩，一般使用单排工字钢或钢板桩，基坑较深时可采用双排桩，由拉杆或连梁连结共

5、同受，也可采用多层钢横撑支护或单层、多由拉杆或连梁连结共同受，也可采用多层钢横撑支护或单层、多层锚杆与型钢共同形成支护结构。层锚杆与型钢共同形成支护结构。 7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构 (3)土钉墙支护技术土钉墙支护技术 在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔，加入较密间距在原位土体中用机械钻孔或洛阳铲人工成孔，加入较密间距排列的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土排列的钢筋或钢管，外注水泥砂浆或注浆，并喷射混凝土，使土体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。体、钢筋、喷射混凝土板面结合成土钉支护体系。7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构 (4

6、)混凝土灌注桩支护技术混凝土灌注桩支护技术 一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混凝一般有人工挖孔或机械钻孔两种方式。钻孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成桩。支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用土和水下混凝土成桩。支护可采用双排桩加混凝土连梁，还可用桩加横撑或锚杆形成受力体系。桩加横撑或锚杆形成受力体系。 7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构 （5）连续墙支护技术连续墙支护技术 一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽。连续墙不仅能承受较大载一般采用钢丝绳和液压抓斗成槽。连续墙不仅能承受较大载荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地层。荷，同时具有隔水效果，适用于软土和松散含水地

7、层。 7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构导墙放线7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构导墙放线导墙开挖7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构导墙钢筋绑扎7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构导墙模板支撑 7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构导墙混凝土浇筑 7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构导墙浇筑完毕要注意养护，中间要架设木支撑或者砖支撑 7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构钢筋笼平台及钢筋对焊 7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构钢筋笼制作 7.27.

8、2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构钢筋笼起吊 钢筋笼入槽 锁口管吊放，两边即为锁口管 混凝土浇筑中间的为浇筑设备，两边是锁口管 锁口管起拔 7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构 2、软土隧道、软土隧道在该类隧道的施工中，地层开挖后需立即施筑刚性支护。地层通常主动提供弹性抗力以约束衬砌结构的向外变形。 3、中硬岩石隧道、中硬岩石隧道修建于中等坚硬的岩石或内聚力很大的土层中，其围岩具有足够的自稳能力，允许开挖后暴露一定的时间。一部分地层应力在支护结构有效地发挥作用前可以得到永久性的释放，将只有小部分原始的应力作用于衬砌结构之上。 4、硬岩隧道、硬岩隧道该类隧道由于 坚硬，具有很强的

9、自稳能力，只需要施筑薄层衬砌即可7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构7.2.2 隧道结构岩体处于一定的天然应力环境中，工程开挖前是处于相对平衡状态的，由于修建工程开挖岩体(如地下 洞室、边坡、基坑等)，便破坏了原始岩体应力的平衡状态，因而引起岩体中的应力重新调整，导致岩体的变形和破坏。1.圆形结构圆形结构为了抵御膨胀性围岩压力，山岭隧道采用圆形或者近似圆形断面。盾构法和沉管法施工的隧道。7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构2.矩形和马蹄形结构矩形和马蹄形结构该结构形式不如圆形结构应用广泛，主要原因是结构形式复杂且造价昂贵，并且受力情况十分复杂。3.双圆盾构形式双圆盾构形

10、式双圆盾构技术在国内还属于新兴的施工工法，虽然通过几个双圆盾构隧道的施工及施工过程中对双圆盾构施工技术的研究探索，在双圆盾构规律摸索和施工经验方面有了一定的掌控，但还是存在许多技术难题 还有待于我们通过后续的工程进一步研究，以达到全面推广双圆盾构施工技术，真正体现双圆盾构节约地下空间资源的优势，更好地服务上海乃至全国的轨道交通建设7.27.2隧道类型与隧道结构隧道类型与隧道结构7.3 7.3 隧道施工隧道施工 7.3.1新奥法（新奥法（NATM）是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,对围岩进行加固,约束围岩的松弛和变形,并通过对围岩和支护的量测、监

11、控,指导地下工程的设计施工。 新奥法（NATM）是新奥地利隧道施工方法的简称, 在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。 采用该方法修建地下隧道时，对地面干扰小，工程投资也相对较小，已经积累了比较成熟的施工经验，工程质量也可以得到较好的保证。使用此方法进行施工时，对于岩石地层，可采用分步或全断面一次开挖，锚喷支护和锚喷支护复合衬砌，必要时可做二次衬砌；对于土质地层，一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌，在有地下水的条件下必须降水后方可施工。新奥法广泛应用于山岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程。 7.3 7.3 隧道施工隧道施工盾构法盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗

12、挖隧道的一种施工方法。盾构（shield ）是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶；钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的反力由衬砌环承担。盾构施工前应先修建一竖井，在竖井内安装盾构，盾构开挖出的土体由竖井通道送出地面。按盾构断面形状不同可将其分为：圆形、拱形、矩形、马蹄形4种。圆形因其抵抗地层中的土压力和水压力较好，衬砌拼装简便，可采用通用构件，易于更换，因而应用较为广泛；按开

13、挖方式不同可将盾构分为：手工挖掘式、半机械挖掘式和机械挖掘式3种； 盾构法的主要优点：除竖井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响；盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也比较少；土方量少；穿越河道时不影响航运；施工不受风雨等气候条件的影响；在地质条件差、地下水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较高的技术经济优越性。 7.3 7.3 隧道施工隧道施工沉管隧道施工沉管隧道施工 沉管法是预制管段沉放法的简称，是在水底建筑隧道的一种施工方法。其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段（用钢板和混凝土或钢筋混凝土），管段两端用

14、临时封墙密封后滑移下水（或在坞内放水），使其浮在水中，再拖运到隧道设计位置。定位后，向管段内加载，使其下沉至预先挖好的水底沟槽内。管段逐节沉放，相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。在其顶部和外侧用块石覆盖，以保安全。水底隧道的水下段，采用沉管法施工具有较多的优点。7.3 7.3 隧道施工隧道施工采用沉管法施工的水下段隧道，比用盾构法施工具有较多优点。主要有：容易保证隧道施工质量。因管段为预制，混凝土施工质量高，易于做好防水措施；管段较长，接缝很少，漏水机会大为减少，而且采用水力压接法可以实现接缝不漏水。工程造价较低。因水下挖土单价比河底下挖土低；管段的整体制作，浮运费用比

15、制造、运送大量的管片低得多；又因接缝少而使隧道每米单价降低；再因隧道顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短很多，工程总价大为降低。在隧道现场的施工期短。因预制管段（包括修筑临时干坞）等大量工作均不在现场进行。操作条件好、施工安全。因除极少量水下作业外，基本上无地下作业，更不用气压作业。适用水深范围较大。因大多作业在水上操作，水下作业极少，故几乎不受水深限制，如以潜水作业实用深度范围，则可达70米。断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用。大型的矩形断面的管段可容纳48车道，而盾构法施工的圆形断面利用率不高，且只能设双车道。7.3 7.3 隧道施工隧道施工盖挖法：当地下工程明做时需要穿越公路

16、、建筑等障碍物而采取的新型工程施工方法。 盖挖法是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。主体结构可以顺作，也可以逆作。在城市繁忙地带修建地铁车站时，往往占用道路，影响交通当地铁车站设在主干道上，而交通不能中断，且需要确保一定交通流量要求时，可选用盖挖法。7.3 7.3 隧道施工隧道施工一、地下综合体定义一、地下综合体定义 为建设沿三维空间发展的，地面地下连通的，结合交通、商业贮存、娱乐、市政等多用途的大型公共地下建筑。二、地下综合体特点二、地下综合体特点 多重功能、空间重叠、设施综合上海人民广场地下综合体8.3.18.3.1地下街地下街一、地下街定义一、

17、地下街定义 在各种建筑物的地下层之间建立地下连通道，或独立单建，形成总体形态狭长的旁边设店铺、事务所、停车等设施的地下道路。 日本东京车站八重州地下街7.3 7.3 隧道施工隧道施工二、地下街在我国的城市建设中起着多方面的积极作用：二、地下街在我国的城市建设中起着多方面的积极作用：1、有效利用地下空间，改善城市交通。2、地下街与商业开发相结合，活跃市场，繁荣了城市经济。3、改善城市环境，丰富了人民物质与文化生活。 7.3 7.3 隧道施工隧道施工 中国式的大中型地下综合体、地下商场在一些城市建成，以下是开封相国寺地下商场平、剖面图：开封相国寺地下商场平剖面图7.3 7.3 隧道施工隧道施工 我

18、国若干大城市的停车问题已日益尖锐，对有组织的公共停车的需求已十分迫切。 以下所示为城市地下停车库的形式之一： 附建在高层住宅楼的装配式地下停车库7.4 7.4 开发和利用地下空间开发和利用地下空间 7.4.17.4.1开发和利用地下空间是城市建设开发和利用地下空间是城市建设的迫切需求的迫切需求 合理开发和利用地下空间是解决城市有限土地资源和改善城市生态环境的有效途径。 以下列举美国波士顿地下空间开发利用对城市的发展所起到的积极作用。7.4.17.4.1开发和利用地下空间是城市建设的迫切需求开发和利用地下空间是城市建设的迫切需求中央大街规划方案线路图及已建成的通向波士顿地下空间开发利用7.4.17.4.1开发和利用地下空间是城市建设的迫切需求开发和利用地下空间是城市建设的迫切需求1959年中央大街建成时交通状况与现在的比较波士顿地下空间开发利用7.4.17.4.1开发和利用地下空间是城市建设的迫切需求开发和利用地下空间是城市建设的迫切需求穿越波士