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1、隧道工程,1.1隧道的定义 通常指用作地下通道的工程建筑物。 1970年，OECD(世界经济合作与发展组织)隧道会议从技术方面给隧道定义：以任何方式修建，最终使用于地表以下的条形建筑物，其内部空洞净空断面在2m2以上者均为隧道。,1.2隧道工程的发展概况,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。隧道是用兽骨等工具开挖，修筑在可以自身稳定而无需支撑的地层中。 远古时代 从纪元前3000年到5世纪，是为生活和军事防御目的而利用隧道的时代。这个时代隧道的开发技术形成了现代隧道开发技术的基础。例如，古埃及金字塔的建设就开始修建了地下建筑。纪元前22
2、00年间的古代巴比伦王朝为连结宫殿和神殿而修建了约1km长的隧道，断面为3.64.5m，施工期间将幼发拉底河水流改道，采用明挖法建造，该隧道是一种砖砌建筑。,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，隧道技术没有值得一提的进步。但由于对地下矿产资源铜、铁等的需求，开始了矿石开采。 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。,1.3隧道技术的发展
3、与成就,据现有资料记载，我国最早的交通隧道是位于今陕西汉中县的石门隧道，建于公元66年，是供马车和行人通行的。 世界上最早的隧道是公元前2200年，巴比伦国王为连结宫殿而修建的隧道。 测量技术的出现，推动了隧道技术的进步。人们利用棚架支撑岩层和卷扬提升土石，从两端洞口开挖隧道，数量较多的各种用途的隧道和水工隧道开始增多。 14世纪发明了火药，推动了隧道技术发展。1679年用于法国拉恩开得克运河隧道开挖，获得极大成功，隧道挖掘技术得到飞速的发展。 19世纪的产业革命，隧道开挖出现了各种新方法，迎来了近代隧道开挖技术的新曙光。1818年布鲁内尔（Brune1）发明了盾构，意大利物理学家欧拉顿（Er
4、ardon）提出以压缩空气平衡软弱地层涌水压力。防止地层坍塌的方法后，英国的科克伦（Co-Chrane）利用这个原理发明用压缩空气开挖水底隧道的方法。,新中国成立以来，为改变国家的经济布局，发展内地和山区的经济，先后修建了数十条隧道比重较大的山区铁路。使得我国在铁路隧道的数量和施工技术上都有了较大发展，逐渐掌握了隧道建筑的近代技术，从人力为主体的施工转向以机械开挖为主体的施工，技术上有了质的飞跃。 1979年开始正式推广新奥法,我国公路隧道的建设发展相对迟缓。近几年由于高速公路建设的加快，公路隧道的数量已开始成倍的增长，据不完全统计，到1999年底，我国已建成的公路隧道达1217座，单洞总延长
5、超过406km。 隧道名称隧道长度（m）营运条件大溪岭隧道4100双向、双车道二郎山隧道4160单向、双车道华莹山隧道4770单向、双车道鹧鸪山隧道4400单向、双车道木鱼槽隧道3600双向、双车道八达岭隧道3455双向、双车道真武山隧道（重庆）3100单向、双车道中梁山隧道（重庆）3165单向、双车道牛郎河隧道3920单向、双车道猫狸岭隧道3600单向、双车道 秦岭终南山隧道18100双洞、单向、双车道,目前世界上已建成公路隧道，最长的瑞士16.918km的圣哥达隧道，而挪威正在修建的AurlandLaerdal公路隧道，长度达24.5km。世界上长大公路隧道的概况列于表1.2。其中通过阿尔
6、卑斯山最高峰下连接法国和意大利的勃朗峰(Mt.Blance)隧道，全长11.6km，道路宽7.0m，从顶板到路面高6m，断面呈马蹄形，衬砌厚80cm，法国侧入口标高为1274m，意大利侧标高为1381m，最大埋深约2500m，双车道相向运行，最高限速为80公里/小时。1959年开工， 1965年开始运营 表1.2 世界各国已建成和在建的长度大于10km的公路隧道,1.4隧道的分类及其作用 1、按用途分（常用分类方法） (1)交通隧道：提供运输的孔道和通道，主要有：铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道、人行地道。,(2)水工隧道：是水利工程和水利发电枢纽的一个重要组成部分。主要包括： 引水隧道
7、：把水引入水电站发电机组产生动力资源。 尾水隧道：把发电机组排出的废水送出去的隧道。 导流隧道（泄洪隧道）：疏导水流 排沙隧道：用于冲刷水库中淤积的泥沙而修建的隧道,水工隧道,(3)市政隧道：是城市中为安置各种不同市政设施的地下孔道。主要有：给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。 (例如：综合管网、海底设施隧道等) (4)矿山隧道：其作用主要是为采矿服务的。主要有：运输巷道、给水隧道、通风隧道。,地下电缆隧洞,隧洞开挖图,2、按隧道长度分（公路隧道规范）： (1)特长隧道： L3000 m (2)长 隧 道：3000 m L1000 m (3)中长隧道：1000 m L500 m
8、(4)短 隧 道： L500 m,3、按断面面积分： (1)特大断面隧道：断面积在100m2 以上 (2)大断面 隧 道：断面积在50100m2 之间 (3)中等断面隧道：断面积在2050m2 之间 (4)小断 面 隧道：断面积20 m2 以下,4、按隧道所处的地理位置划分： 山岭隧道 水底隧道 城市隧道,隧道是交通线上的重要组成部分，是国家重要的基础设施； 重要性,1.5隧道在交通建设中有哪些作用？,快速畅通的交通网是经济发展的前提，低等级公路已不适应高速经济发展的需要； 必要性,隧道使公路里程大大缩短,目前我国高速公路相对较少，与我国人口、经济发展相比，太少。社会经济发展，交通必先行。 紧
9、迫性,1.6隧道的力学特点,隧道工程的 隐蔽性,隧道的特点,隧道工程的 施工环境差,隧道的特点,隧道工程的 大量涌水,隧道的特点,隧道结构构造,主体构造物,附属构造物,洞身衬砌,洞门构造物,洞身衬砌的平、纵、横断面的形状由道路隧道的几何设计确定,衬砌断面的轴线形状和 厚度由衬砌计算决定,明洞,通风,照明,排水、消防、通讯等,1.7 洞身衬砌,（1）洞身衬砌的类型,（2）支护结构,衬砌结构形式，主要根据地质地形条件，考虑结构受力的合理性、施工方法等因素来确定。,1.7.1 衬砌结构的类型,(1) 直墙衬砌 (2) 曲墙式衬砌 (3) 喷锚衬砌 (4) 复合衬砌,(5) 偏压衬砌 (6) 喇叭口衬
10、砌 (7) 圆形断面衬砌 (8) 矩形断面衬砌,（1）直墙式衬砌,适用条件：垂直围岩压力为大、水平围岩压力小的情况下；一般适用于、级围岩，有时也可用于 级围岩.,割圆拱：r1=r2、坦三心圆拱:r1r2、尖三心圆拱 :r1r2,（2）曲墙式衬砌,适用条件：通常用在 级以下的围岩水平压力较大 的情况下,（3）喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌,(4)偏压衬砌 当山体地面坡陡于l：2.5，线路外侧山体覆盖较薄，或于地质构造造成的偏压，衬砌为承受这种不对称围岩压力而采用,(5) 喇叭口隧道衬砌,(6) 圆形断面隧道,为了抵御膨胀性围岩压力，山岭隧道也可以采用圆形或近似圆形断面; 盾构法 沉管法施工的
11、隧道。,(7)矩形断面衬砌 沉管法、明挖法施工时，广泛采用矩形断面衬砌,初期支护(一次支护):木支撑、型钢支撑、格栅支撑、锚喷支护等。 永久支护(二次支护、二次衬砌) :整体衬砌、复合式衬砌、拼装衬砌及锚喷衬砌等4种。,1.7.2 支护结构,初期支护结构,永久支护结构,1.8.1 洞门的概念及其作用, 洞门的概念：洞门是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌与洞口外路堑的支护结构。 洞门的主要作用 保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定； 汇集在洞口附近的仰、边坡上的地表水，并引离隧道，减少洞口土石方开挖量； 作为隧道的标志性建筑物，应与隧道的规模、使用特性以及周围建筑物、地形条件等要相协调 。,1.8
12、 洞门,1.8.2 洞门的形式,（1）端墙式洞门 （2）翼墙式洞门 （3）环框式洞门 （4）台阶式洞门 （5）遮光棚式洞门,(1) 端墙式洞门,(2)翼墙式洞门,(3)环框式洞门削竹式洞门,(4)台阶式洞门,(5) 遮光棚式洞门,端墙式洞门,柱式洞门,台阶洞门,翼墙式洞门,柱式路堑明洞隧道门,翼墙式路堑明洞隧道门,半路堑偏压明洞隧道门,半路堑单压式明洞隧道门,削竹式隧道门图2,高速公路削竹式隧道门,1仰坡坡脚至洞门端墙顶帽背的水平距离，一般不小于1.5m。 2洞门端墙顶宜高出仰坡坡脚不小于0.5m。 3洞门端墙与仰坡之间水沟沟底至衬砌拱顶外缘的高度，一般不小于1m。 4一般隧道门端墙、翼墙、挡
13、土墙设计为仰斜式墙身时，墙背坡度不宜缓于1: 0.3。,1.8.3 洞门的构造要求,1.8.3洞门的构造要求,5. 洞门端墙、翼墙和挡土墙截面厚度应满足规范要求。 6洞门端墙、翼墙和挡土墙应根据情况设置伸缩缓和沉降缝。 7洞门翼墙和挡土墙身应设置泄水孔。,洞门的构造要求,1.8.4 洞门的基础,1、洞门端墙、翼墙、挡土墙基础必须置于稳固地基上，基底松碴应清除干净，以防止滑动和不均匀沉陷。 2、在松软地基上设置基础，当地基承载力不足时，可结合具体条件采取换填。扩大基础、桩基、地基加固等措施。,3基础埋置深度 (1) 洞门端墙、翼墙、挡土墙基础应埋入路基面以下一定深度。土质地基埋置深度不应小于1米
14、。且应符合基底应力的要求。 (2) 洞门端墙嵌入路堑边坡的深度根据坡度不同取值3050厘米。,(3)在洞门端墙厚度范围内的洞口衬砌基础埋置深度，应与端墙基础相同。 (4)为保证洞门稳固和施工方便，衬砌边墙外侧的洞门端墙基础宽度一般不小于0.5m (5)当墙基础砌筑在稳定坚硬的基岩斜坡上时基础可切割成台阶状。,4当洞门挡(翼)墙受滑动控制时可采用倾斜基底或凸形基底等防滑措施基底倾斜度，土质地基一般不大于0.2:1，稳定岩石地基不大于0.3：1。 5检算倾斜基底稳定时，除检算沿基底的滑动稳定外，尚应检算沿地基上层的水平剪切应力。,1.8.5洞门施工要求 1洞门宜尽早修建，并尽可能避免在雨季施工洞门
15、修筑前应作好洞口及仰坡周围的排水、截水设施，以保护边、仰坡的稳定。 2当洞口边、仰坡土石有剥落可能时，坡面应清理并予以防护 3洞门端墙厚度范围内的结构，应与洞口环节衬砌采用同一材料整体灌筑。,4翼墙和洞口挡土墙应与端墙同时砌筑当翼墙需分段修建时，其墙身应留施工缝，并应检算施工状态稳定性。 5. 洞门端墙,翼墙,挡土墙墙身砌出地面后,基坑必须及时回填夯实，顶面作成不小于4%的排水坡。,1.8.6洞门的结构计算 隧道洞门计算原理及方法,洞门是支挡洞口正面仰坡和路堑边坡的结构物，洞门视为墙背承受土压力的挡土墙结构，根据挡土墙理论设计。 端墙式洞门可按计算挡土墙的方法分别核算如图所示A、B、C、D、E
16、、F、G各不同墙高截面的稳定性和强度，以此决定端墙的厚度和尺寸。,翼墙式洞门与端墙式洞门一样，也可采用分条方法取条带计算。 在计算端墙时，应考虑翼墙对端墙的支撑作用。,洞门墙的主要检算规定,1.9 明 洞,1.9.1 概述 什么是明洞？采用明挖法修筑的隧道结构,明洞特点：地面建筑地下建筑,明洞要求：符合地形、地质、经济、安全、 施工难易等条件,(1) 路堑对称型,适用于洞顶地势平缓, 路堑两侧地质条件基本相同,(2)路堑偏压型,适用于两侧山坡高差较大的路堑，高侧边坡有坍塌，落石或泥石流。,(3)半路堑偏压型 适用于半路堑靠山侧边坡较高，有坍塌、落石或泥石流等不良地质现象，而外侧地面较宽敞和稳定。,(4)半路堑单压型 适用于靠山侧边坡或原山坡有坍塌、落石等情况，外侧地形陡峻无法填土地段 。,1.9.2 棚式明洞,当山坡坍方，山体侧压力不大，或因受地质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞。 棚式明洞顶板为梁式结构。 棚式明洞的类型主要
