隧道工程基本内容讲解

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1、第10讲隧道工程 1 9 1隧道的定义9 2隧道的发展9 3隧道的分类 10 1 1隧道的概念狭义定义 用以保持地下空间作为交通孔道的工程建筑物 广义定义 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2m2的洞室 1970年国际经济合作与发展组织的隧道会议 10 1隧道的定义 10 1 2隧道的特点 是交通运输线路穿越天然障碍的有效方法 穿越的地质条件复杂多变 工程定位 设计 施工方法要随时作相应调整 施工作业面窄 劳力设备受到限制 工业化 机械化施工要求高 造价昂贵 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

2、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 10 1 2 1优点 1 缩短线路长度 减少能耗 2 节约地皮 10 1 2隧道工程的特点 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 3 有利于环境保护 4 应用范围广泛 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 10 1 2 2缺点 1 造价较高 一般是

3、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 因为隧道建筑是地下作业 工作面狭小 光线暗 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 3 施工作业环境和条件较差 10 1 3隧道的结构 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 10 2隧

4、道工程的历史 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 人类很早就知道利用自然洞穴作为住处 当社会发展到能制造挖掘工具时 就出现了人工挖掘的隧道 在我国最早有文字记载的地下人工建筑物 出现在东周初期 公元前七百年 左传

5、 中有 掘地及泉 隧而相见 的记载 最早用于交通的隧道为 石门 隧道 位于今天陕西省汉中县褒谷口内 建于东汉明帝永平九年 公元66年 用作通道的还有安徽毫县城内的古地下道 建于宋末元初 约十三世纪 是我国最早的城市地下道 在其他古代文明地区有很多著名的古隧道 如公元前2180 2160年前后 在古巴比伦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 为砖砌构造物 古代最大的隧道建筑物可能是拿不勒司与普佐利 今意大利境内 之间的婆西里勃隧道 完成于公元前36年 至今仍可使用 它是在凝灰岩中凿成的垂直边墙无衬砌隧道 约于公元七世纪 我国隋末唐初时的孙思邈在 丹经 一书中记载勒黑火药的制

6、法 1225年以后传入伊斯兰国家 十三世纪后期传到欧洲 十七世纪初 1627年 奥地利的工业家首先开始用于开矿 1866年瑞典人诺贝尔发明黄色炸药达纳马特 为开凿坚硬岩石提供了条件 近代隧道兴起于运河时代 从十七世纪 欧洲陆续修建了许多运河隧道 其中法国的兰葵达克 languedoc 运河隧道 建于1666 1681年 长157m 它可能是最早用火药开凿的公用隧道 1830年前后 铁路成为新的运输手段 随着铁路运输事业的发展 隧道也越来越多 1895 1906年已出现了长19 73km穿越阿尔卑斯山的最大铁路隧道 目前最长的铁路隧道已达53 85km 较为完善的水底道路隧道建于1927年 位于

7、纽约哈德逊河底 Holland隧道 现在世界上的长大隧道 2km以上 和长大水底隧道 0 5 2 0km 将近百条 隧道开发技术发展概况 14世纪火药的发明用于隧道开挖1818年布鲁塞尔发明盾构1896年英国人Greothead第一次应用压缩空气和盾构修建水底隧道1906年建成通车的贯穿阿尔卑斯山的新普伦隧道最先开始应用凿岩机和硝化甘油炸药 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 1 国际上

8、 1 古代 10 2国内外隧道发展概况 10 2 1历史发展 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 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 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

9、道24 51Km 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 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 最早的隧道是 台湾的狮球岭隧道 1887 1891 轨距1067mm 长261 4m 位于台北 基隆线上 2 近代 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 已建

10、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 3 现代 截至2006年底止 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 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 10 2 2技术发展 它们可望在本世纪实现 其他 日本 南朝鲜拟建海底隧道 西班牙

11、 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 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 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 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 20世纪70年代 设备 出现了大型全液压钻孔台车 大型装碴机 模板

12、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 8460m 20世纪80年代 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 20世纪90年代 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 公路隧道在文革前主要是一些短小隧道 总长不到100km 1960

13、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 公路隧道的建造 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 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 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

14、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 1 特点 10 2 3隧道工程课程的特点与主要内容 围岩分类围岩压力 2 本门学科 课程 的主要内容 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 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工方法施工过程中的基本作业循环施工组织与施工

15、管理以及辅助施工 6 隧道的运营管理与养护维护 隧道通风 照明病害整治隧道防灾 7 高速铁路隧道的基本知识 空气动力学效应 10 3隧道的分类 1 按施工方法 矿山法 明挖法 盾构法 深埋法 掘进机法2 按断面形式 圆形 马蹄形 矩形3 按车道数 单车道 双车道 多车道隧道 4 定义的断面数值 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 公路 特长隧道L 3000m长隧道3000 L 1000m中长隧道1000 L 5

16、00m短隧道L 500m 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 10 按隧道长度分 山岭隧道 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 10 3 1山岭交通隧道的类型与功能 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 越岭隧道 在线路沿河谷绕行时 为避免不良地质地段 如滑坡等 用隧道来裁弯取直时 可缩短线路长度这种隧道一般称为 2 裁弯取自 缩短线路 傍山隧道或河谷隧道 傍山隧道或河谷隧道 大瑶山隧道 铁路 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 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 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 10 3 2公路隧道 St G