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1、第五章 交通土建工程（三）隧道工程,5.4隧道工程 隧道是修筑在地面下的通路或空间，1970年经合组织的隧道会议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平方米的硐室。,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、地下街道等适用隧道工程技术的建筑物。,隧道工程要在地下挖掘所需要的空间，并修建能长期经受外部压力的衬砌结构。工程进行时由于承受周围岩土或土砂等重力而产生的压力，不但要
2、防止可能发生的崩坍，有时还要避免由于地下水涌出等所产生的不良影响。因此，为了适应多种多样的条件，隧道技术也是复杂而多方面的，并且随着技术的发展，范围正在日益扩大。,3.2 公路隧道截面 隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间称为隧道净空。隧道净空包括公路的建筑限界，通风及其它需要的断面积。公路隧道的建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度，以及车道、人行道的净高。 公路隧道的横断面净空，除了包括建筑限界之外，还包括通过管道、照明、防灾、监控、运行管理等附属设备所需要的空间，以及富裕量和施工允许误差等,衬砌台,隧道净空断面的形状，即是衬砌的内轮廓形状。确定衬砌的形状应使衬砌受力合理、围岩稳定。 衬
3、砌的形状可采用圆拱直墙。圆形断面利于承压和盾构施工。在浅埋、深埋公路隧道采用矩形或近椭圆形断面。,3.3 公路隧道通风 汽车排出的废气含有多种有害物质，如一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物，亚硫酸气体和烟雾粉尘，造成隧道内空气的污染。 公路隧道空气污染造成危害的主要原因是一氧化碳，用通风的方法从洞外引进新鲜空气冲淡一氧化碳的浓度至卫生标准，即可使其它因素处于安全浓度。 隧道通风方式的种类很多，按送风形态、空气流动状态、送风原理等划分成： 自然通风： 这种通风方式不设置专门的通风设备，利用存在于洞口间的自然压力差或汽车行驶时活塞作用产生的交通风力，达到通风目的。, 射流式纵向通风 纵向式通风是从一
4、个洞口直接引进新鲜空气，由另一洞口排出污染空气的方式。射流式纵向通风是将射流式风机设置于车道的吊顶部，吸入隧道内的部分空气，并以30m/s左右的速度喷射吹出，用以升压，使空气加速，达到通风的目的。射流式通风经济，设备费少，但噪声较大。, 竖井式纵向通风 机械通风所需动力与隧道长度的立方成正比，因此在长隧道中，常常设置竖井进行分段通风。竖井用于排气，有烟囱作用，效果良好。对向交通的隧道，因新风是从两侧洞口进入，竖井宜设于中间。单向交通时，由于新风主要自入口一侧进入，竖井应靠近出口侧设置。,3.4 公路隧道照明 隧道照明与一般道路的照明不同，其显著特点是昼间也需要照明，防止司机视觉信息不足引发交通
5、事故。故而应保证白天习惯于外界明亮环境的司机进入隧道后仍能认清行车方向，正常驾驶。,隧道照明主要由入口部照明、基本部照明和出口部照明与接续道路照明构成。 入口照明是指司机从适应野外的高照度到适应隧道内明亮度，所必须保证视觉的照明。它由临界部、变动部和缓和部的三个部分的照明组成。 临界部是为消除司机在接近隧道时产生的黑洞效应所采取的照明措施。变动部是照度逐渐下降的区间。缓和部为司机进入隧道到习惯基本照明的亮度，适应亮度逐渐下降的区间。 出口照明是指汽车从较暗的隧道驶出至明亮的隧道外时，为防止视觉降低而设的照明。,隧道施工的工序包括开挖、出渣、支护和衬砌。人们在实际中已创造出多种隧道施工方法，主要
6、有：矿山法、盾构法、沉管法、顶进法等。,暗挖法的一种，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。因借鉴矿山开拓巷道的方法，故称为矿山法。,2.矿山法,隧道施工,1.明挖法或围堤明挖法（敞口开挖基坑，修建隧道后覆填）；,2.新奥法(New Austrian Tunneling Method),新奥法是新奥地利隧道修建方法的简称，原文为“New Aust-rian Tunneling Method（简称为NATM）”，在我国也称为“喷锚构筑法”。,NATM断面例,3.盾构法 采用盾构为施工机具，在地层中修建隧道和大型管道的一种暗挖式施工方法。施工时在盾构前端切口环的掩护下开挖土体，
7、在盾尾的掩护下拼装衬砌（管片或砌块）。,4 沉管法 预制管段沉放法的简称，其施工顺序是先在船台上或干坞中制作隧道管段，管段两端用临时封墙密封后滑移下水，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，并用水力压接法将相邻管段连接。最后拆除封墙，使各节管段连通成为整体的隧道。,5.4.2 铁路隧道 地下铁道是地下工程的一种综合体，其组成包括区间隧道、地铁车站和区间设备段等设施。 区间隧道是连接相邻车站之间的建筑物，它在地铁线路的长度与工程量方面均占有较大比重。区间隧道衬砌结构内应具有足够空间，以供车辆通行和铺设轨道、供电线路、通讯和信号、电
8、缆和消防、排水与照明装置。,4.1 地铁隧道结构 浅埋区间隧道：多采用明挖施工，常用钢筋混凝土矩形框架结构。, 深埋区间隧道：深埋隧道多采取暗挖施工，用圆形盾构开挖和钢筋混凝土管片支护。结构上覆土的深度要求应不小于盾构直径。从技术和经济观点分析，暗挖施工时，建造两个单线隧道比建造将双线放在一个大断面的隧道里的作法合理，因为单线隧道断面利用率高，且便于施工。,4.2 站台形式 站台是地铁车站的最主要部分，是分散上下车人流、供乘客乘降的场地。根据站台与正线之间的位置关系可分为：岛式站台、侧式站台和岛侧混合式站台。,5.4.3水底隧道 水底隧道与桥梁工程相比，具有隐蔽性好，可保证平时与战时的畅通，抗
9、自然灾害能力强，并对水面航行无任何妨碍的优点，但其造价较高。 水底隧道可以作为铁路、公路、地下铁道、航运、行人隧道，也可作为管道输送给排水隧道。,5.1 水底隧道的埋置深度 水底隧道的埋置深度是指隧道在河床下的岩土的覆盖厚度。埋深的大小关系到隧道长短、工程造价和工期的确定。尤其重要的是覆盖层厚度关系到水下施工的安全问题。设计水底隧道的埋置深度需考虑以下几个主要因素： 地质及水文地质条件, 施工方法要求 抗浮稳定的需要 埋在流砂、淤泥中的隧道，受到地下水的浮力作用。此浮力该由隧道自重和隧道上部覆盖土体的重量加以平衡。为保险起见，该平衡力应是浮力的1.101.15倍。检验抗浮稳定时，为偏于安全不计
10、摩擦力的作用。 防护要求 水底隧道应具备一定的抵御常规武器和核武器的破坏能力。根据在常规武器攻击中非直接命中、减少损失和早期核辐射的防护要求，覆盖层应有适当的厚度。,2.水底隧道的断面形式,（1）圆形 （2）拱形 （3）矩形断面,5.2 水底隧道防水 水底隧道的主要部分处于河、海床下的岩土层中。常年在地下水位以下，承受着自水面开始至隧道埋深的全水头压力，因此水底隧道自施工到运营均有一个防水问题。 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。 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。, 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。通过注浆可以固结隧道周边的块状岩石，以形成一定厚度的止水带，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。 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。,
