中南大学隧道工程第0章绪论

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1、 隧道工程 0 4隧道工程课程的特点与主要内容 绪论 0 3隧道工程的发展 0 1隧道工程的基本概念与功能 0 2隧道工程的特点 绪论 是一种修建在地下的工程建筑物 修建在地下 两端有出入口 供车辆 行人 水流及管线等通过的通道 在保留上部地层的前提下开挖出能够提供某种用途的地下空间 0 1 1有关定义 0 1隧道工程的基本概念与功能 1 隧道 tunnel 从事研究和建造各种隧道及地下工程的规划 勘测 设计 施工和养护的一门应用科学和工程技术 是土木工程的一个分支 也指在岩体或土层中修建的通道和各种类型的地下建筑物 绪论 2 隧道及地下工程 tunnelandundergroundengin

2、eering 0 1隧道工程的基本概念与功能 0 1 1有关定义 绪论 军工与人防工程 各种国防坑道 地下厂房和仓库 地下核试验场 防空洞 核废料的储存等 绪论 0 1 2隧道及地下工程的类型 1 按用途分 交通运输 铁路 道路 地下铁道 水底隧道 矿山 煤炭 有色金属等采矿 储存和生产等用途的地下矿井和巷道工程 市政工程 地下人行道 地下商场 给排水设施 天然气管道 电缆管道 水利发电工程 地下发电厂以及其他各种水工隧道等 0 1隧道工程的基本概念与功能 山岭隧道城市隧道水底隧道 绪论 2 按地层分 经过的地层 岩石 软 硬 隧道土质隧道 3 按所处位置分 0 1隧道工程的基本概念与功能 0

3、 1 2隧道及地下工程的类型 圆形隧道矩形隧道马蹄形隧道 绪论 4 按施工方法分 钻爆法隧道明挖法隧道机械法隧道沉埋法隧道 5 按断面形状分 0 1隧道工程的基本概念与功能 0 1 2隧道及地下工程的类型 特大断面 100m2 大断面 50 100m2 中等断面 10 50m2 小断面 3 10m2 极小断面 3m2 这是按国际隧道协会 ITA InternationalTunnelAssociation 的定义数值划分的 绪论 6 按开挖断面大小分 0 1隧道工程的基本概念与功能 0 1 2隧道及地下工程的类型 公路 特长隧道L 3000m长隧道3000 L 1000m中长隧道1000 L

4、500m短隧道L 500m 绪论 7 按隧道长度分 山岭隧道 铁路 特长隧道L 10000m长隧道10000 L 3000m中长隧道3000 L 500m短隧道L 500m 0 1隧道工程的基本概念与功能 0 1 2隧道及地下工程的类型 在线路翻越山岭地段 通过修建隧道可减少展线长度 使线路平直 这是山岭交通隧道的最大功能 在设计上一般把这种隧道称为 0 1 3山岭交通隧道的类型与功能 绪论 山岭交通隧道是指专供铁路或公路运输使用的地下工程结构物 它是铁路或公路的重要组成部分之一 越岭隧道 1 克服高程障碍 0 1隧道工程的基本概念与功能 绪论 在线路沿河谷绕行时 为避免不良地质地段 如滑坡等

5、 用隧道来裁弯取直时 可缩短线路长度这种隧道一般称为 绪论 2 裁弯取自 缩短线路 傍山隧道或河谷隧道 0 1隧道工程的基本概念与功能 0 1 3山岭交通隧道的类型与功能 绪论 例如 1 大瑶山隧道 铁路 例如 2 蕉溪岭隧道群 公路 对于容易发生塌方 掉石 泥石流 滑坡等病害地段 修建隧道可大大改善运营条件 保证行车安全 节省养护维修费用 绪论 3 避开不良地质地段 例如 当一条线路有可能是从滑坡地段上通过时 可把线路往里挪动一些 用隧道通过 0 1隧道工程的基本概念与功能 0 1 3山岭交通隧道的类型与功能 绪论 绪论 4 避开其他重要建筑或工程等 与公路 城市主干道的交叉处 穿越城区重要

6、建筑物 穿越城区重要风景 园林区域 绕避大型水利枢纽工程等 0 1隧道工程的基本概念与功能 0 1 3山岭交通隧道的类型与功能 绪论 绪论 绪论 0 4隧道工程课程的特点与主要内容 绪论 0 3隧道工程的发展 0 1隧道工程的基本概念与功能 0 2隧道工程的特点 随着人口的不断增长 土地越来越宝贵 尤其是在城市 地皮价格不断上涨 这便是现在世界上很多城市的建筑向底下发展的原因之一 目前世界上的科技发展正在开拓着两个新的领域 一个是宇宙空间 另一个是地下空间 也就是 上天入地 因此 隧道工程将会起着越来越重要的作用 绪论 0 2 1优点 1 缩短线路长度 减少能耗 2 节约地皮 0 2隧道工程的

7、特点 既有利于国民经济的可持续发展 当今世界面临人口爆炸 土地退化 资源短缺 生态变坏 气候反常 环境恶化 人类赖以生存的地球已不堪重负 各国都把地下发展当成一种新型国土资源来看待 绪论 3 有利于环境保护 4 应用范围广泛 0 2隧道工程的特点 0 2 1优点 由于修建隧道时场地狭小 工作流程环节较多 施工工序多 工程量也比路基等大 往往成为一条线路中的关键工程 绪论 0 2 2缺点 1 造价较高 一般是普通线路的8 10倍左右 铁路隧道 单线约2 3万元 m 双线约3 4万元 m 公路隧道大约与双线铁路隧道的相当 2 施工期限长 0 2隧道工程的特点 因为隧道建筑是地下作业 工作面狭小 光

8、线暗 空气潮湿 劳动条件差 因此 发展机械化施工是改善工人劳动条件 提高劳动生产率的唯一途径 绪论 3 施工作业环境和条件较差 0 2隧道工程的特点 0 2 2缺点 0 4隧道工程课程的特点与主要内容 绪论 0 3隧道工程的发展 0 1隧道工程的基本概念与功能 0 2隧道工程的特点 公元前180 2160年 在古巴比伦城幼发拉底河下修筑的人行隧道 是迄今已知的最早用于交通的隧道 长190m 古罗马时代 公元前后 利用棚架支护和卷扬提升方法 开挖了数量较多的军用隧道和水工隧道 开挖方法是火烧开挖面 烧热后急速波冷水使岩石开裂 绪论 0 3 1历史发展 1 国际上 1 古代 0 3隧道工程的发展

9、火药的改进和钻眼工具的创制 促使隧道修建技术显著提高 其中比较有影响的是1898年建成了穿越阿尔卑斯山的辛普郎隧道 第一次应用了TNT炸药 硝化甘油 和凿岩机 1 国际上 2 现代 现代隧道开挖技术是在火药的发明和19世纪产业革命后出现的 尤其铁路的出现对隧道起到了很大的推动作用 采用现代技术修建的第一座用蒸汽机车牵引的隧道是1826 1830年在英国利物浦至曼彻斯特的铁路线上 长1190m 绪论 0 3隧道工程的发展 0 3 1历史发展 山岭铁路隧道 日本的大清水隧道22 23Km 交通 公路与铁路 隧道 日本的青函隧道53 85Km英法海峡隧道50 4Km公路隧道 挪威的Laerdal隧道

10、24 51Km 1 国际上 3 目前世界上最长的交通隧道 瑞士的圣哥达 st GoHhard 隧道 全长16 3km 绪论 0 3隧道工程的发展 0 3 1历史发展 春秋时代 左传 就有 隧而相见 的记载 三国时期的 官度之战 曹操掘地道 封建时期各个朝代的帝王坟墓陵寝均修在地下 17世纪初宋应星所著 天工开物 是我国有关地下工程方面的最早书籍 它详细记载了竖井采煤法 最早用于交通的隧道为 石门 隧道 位于今陕西省汉中县褒谷口内 建于东汉明帝永华九年 2 国内 1 古代 绪论 0 3隧道工程的发展 0 3 1历史发展 最早的隧道是 台湾的狮球岭隧道 1887 1891 轨距1067mm 长26

11、1 4m 位于台北 基隆线上 完全由中国人自行设计和修建的隧道是詹天佑负责设计的八达岭隧道 2 国内 2 近代 绪论 0 3隧道工程的发展 0 3 1历史发展 绪论 已建成的最长铁路隧道 秦岭隧道18 456km 在建的最长铁路隧道 乌鞘岭隧道20 050km 已建成的最长公路隧道 秦岭终南山隧道18 4km 2 国内 3 现代 截至2006年底止 绪论 0 3隧道工程的发展 0 3 1历史发展 第三代清水隧道 1972年为了修建上越新干线高速铁路而建 长22 222Km 线路更平顺 位置更低 0 3 2技术发展 1 国际上 隧道工程的长度标志着一个国家发展的水平 如日本的三代清水隧道 穿越海

12、拔2000m的谷川山脉 第一代清水隧道 1929 12 9 702Km 东口仍有展线 第二代清水隧道 1963 1967 13 490Km 东口展线消除 但坡度较陡 绪论 0 3隧道工程的发展 它们可望在本世纪实现 1 国际上 其他 日本 南朝鲜拟建海底隧道 西班牙 摩洛哥的直布罗陀海峡隧道 意大利连接西西里岛的海底隧道正在建设之中 绪论 0 3隧道工程的发展 0 3 2技术发展 设备 有了钻孔台车和装碴运输机主要干线 成昆线 贵昆线 湘黔线代表性的隧道 成昆线沙木拉打隧道 6383m建造速度 52km 年 绪论 2 我国 1 铁路隧道的建造 20世纪50年代 设备 开始使用风钻和小型装碴机主

13、要铁路干线 宝成线 川黔线代表性的隧道 川黔线凉风垭隧道 4270m建造速度 25km 年 20世纪60年代 0 3隧道工程的发展 0 3 2技术发展 设备 因文化大革命 技术和设备基本保持现状主要铁路干线 襄渝线 京原线 枝柳线典型隧道 京原线的驿马岭隧道 7032m建造速度 110Km 年 1 铁路隧道的建造 2 我国 20世纪70年代 0 3隧道工程的发展 绪论 0 3 2技术发展 设备 出现了大型全液压钻孔台车 大型装碴机 模板台车 砼输送泵和运输车 喷锚支护等技术 以及采用信息化施工管理 主要铁路干线 衡广复线 大同 秦皇岛线 典型隧道 大瑶山隧道 14295m 军都山隧道 8460

14、m 1 铁路隧道的建造 2 我国 20世纪80年代 0 3隧道工程的发展 绪论 0 3 2技术发展 大秦铁路军都山隧道 设备 引进隧道掘进机 TunnelBoringmachineTBM主要铁路干线 京九线 南昆线典型隧道 秦岭隧道 18456m 米花岭隧道 9392m 1 铁路隧道的建造 2 我国 20世纪90年代 0 3隧道工程的发展 绪论 0 3 2技术发展 目前我国隧道比重高的几条铁路干线宜万线 58 0 为世界最高襄渝线 34 3 成昆线 31 6 至2000年底 我国运营铁路隧道 6880多座总延长 3700Km 其中5km以上铁路隧道如教材的表0 3所示 2 我国 1 铁路隧道的

15、建造 0 3隧道工程的发展 绪论 0 3 2技术发展 公路隧道在文革前主要是一些短小隧道 总长不到100km 1960年 上海黄浦江打浦路水底公路隧道 以盾构法修建 直径10 2m 长1322m 改革开放以后随着高等级公路的修建 隧道才越来越长 近十多年来 公路隧道的建造也取得了迅猛发展 每年都有十座以上的隧道建成 2 我国 2 公路隧道的建造 0 3隧道工程的发展 绪论 0 3 2技术发展 目前我国已建成400余座公路隧道 总长度已超过100km 隧道长1000m以上的有40多座 较著名的公路隧道有 二郎山隧道 4160m 海拔2200m华蓥山隧道 4705m 4686m 双洞 中梁山隧道

16、3000多m 已建成的最长公路隧道 秦岭终南山隧道 18 4km 湖南省目前刚完工的 雪峰山隧道 6 95km 2 我国 2 公路隧道的建造 0 3隧道工程的发展 绪论 0 3 2技术发展 绪论 绪论 0 4隧道工程课程的特点与主要内容 绪论 0 3隧道工程的发展 0 1隧道工程的基本概念与功能 0 2隧道工程的特点 是一门综合性较广的应用学科 需要用到的基础理论和技术基础理论知识有 数学 工程力学 理论力学 材料力学 结构力学 弹性力学 岩石 土 力学 工程地质 钢筋混凝土结构设计原理 建筑材料 计算机应用等 绪论 0 4 1特点 0 4隧道工程课程的特点与主要内容 围岩分类围岩压力 0 4 2本门学科 课程 的主要内容 绪论 1 隧道的规划与设计 隧道位置的选择平纵断面设计等 2 隧道结构构造 衬砌结构的特征 结构的几何形状与尺寸结构的类型与使用条件衬砌材料的基本知识 3 岩体 或地层 即围岩的特征 0 4隧道工程课程的特点与主要内容 绪论 4 衬砌结构的设计与计算 衬砌结构的荷载计算衬砌结构的力学分析的基本原理和方法 5 隧道施工方法与施工工艺 隧道的施工特点针对不同地质条件的施