一级建造师继续教育隧道讲稿

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1、公路隧道工程的发展及 安全质量案例分析,长沙理工大学吴从师 二一二年十月,一、公路隧道工程发展趋势,1、我国隧道工程发展状况目前，我国大陆已经开通运行轨道交通通车线路总计30多条，通车里程775.6km。据规划，至2015年规划线路长度是2400km，投资规模近7000亿元。 “十五”期间，我国铁路、公路等领域合计约有总长3000km的隧道工程已修建，隧道长度大于10km的约占10%左右。据规划，中国在21世纪前20年要建设6000km隧道，10年内建设155km长的城市公路隧道，其中许多是长、大和深埋隧道。 我国已成为世界上隧道最多的国家。,特大断面隧道,二车道隧道断面 开挖断面积90m21

2、10m2,三车道隧道断面 开挖断面积120m2160m2,四车道隧道断面 开挖断面积230 m2,一、公路隧道工程发展趋势,2、 公路隧道类型：按长度分为短隧道（全长500 m及以下）、中隧道（500 m以上至1000 m）、长隧道（10003000 m）和特长隧道（3000 m以上）四种；（铁路隧道）按长度分为短隧道（全长500 m及以下）、中隧道（500 m以上至3000 m）、长隧道（300010000 m）和特长隧道（10000 m以上）四种；按位置分为傍山隧道、越岭隧道、水底隧道和地下隧道；此外按隧道等级、隧道跨度、横断面布置形式等分类如下：,公路隧道等级分类,单向行车双洞隧道,公路

3、隧道跨度分类,公路隧道横断面布置型式分类,连拱隧道,分岔隧道,小净距隧道,一、公路隧道工程发展趋势,3、近年来发展起来的新型公路隧道修筑技术：围岩动态量测反馈分析技术 ；组合式通风技术 ；运营交通监控技术 ；新型防水、排水、堵水技术 ；围岩稳定技术 ；支护及衬砌结构技术 。,一、公路隧道工程发展趋势,4、发展的一些趋势 1）越修越长、越修越宽；如秦岭终南山隧道18.02km，大伙房输水工程隧道85.32km，列世界第一；此外六车道隧道大量出现，少量八车道隧道也开始出现。 2）洞口越来越美化，越来越重视洞口与周边环境的景观设计； 3）洞门形式多样化，越来越多采用削竹式； 4）由分离式隧道向小净距

4、隧道发展； 5）越来越重视综合超前地质预报，特别是岩溶地区； 6）由形式设计向功能设计转变，如长沙营盘路湘江隧道设计。 7）施工技术越来越难、越来越复杂。,削竹式洞门,二、 公路隧道施工新方法,1、 公路隧道盾构新技术,1）我国盾构技术的发展：1995年，只有上海、广州约十台盾构；2000年，北京、上海、广州和深圳约二十台盾构，当时展望盾构技术会在21世纪有爆发式发展；2010年，中国不仅有近300余台盾构，而且在长、大、深、难等方面取得突破。,二、 公路隧道施工新方法,长：跨江河湖海隧道掘进距离超长,水下隧道9.5公里,中间的人工岛,东京湾14.14m盾构川崎的盾构机,东京湾盾构隧道海底对接

5、,二、 公路隧道施工新方法,大：公路隧道要求超大断面,大直径公路盾构隧道长江崇明岛隧道,世界最大的泥水盾构， 15.3m直径盾构机,大直径公路盾构隧道M30项目,法国和西班牙采用盾构施工环城公路 马德里M30环线工程示意图，计划展开隧道掘进（26km），力求缓解马德里M30环路的拥挤情况,二、 公路隧道施工新方法,武汉长江隧道盾构机直径11.38m,南京长江隧道盾构直径14.93m,二、 公路隧道施工新方法,深：跨海、跨河穿越隧道，地下空间开发向深层发展,二、 公路隧道施工新方法,地质复杂：随着掘进距离增加，各种复杂的地质情况不断挑战盾构工法,广州地铁二、三、五、九号线穿越石灰岩溶洞地层,广深

6、港铁路狮子洋隧道穿越上软下硬地层,盾构刀具损坏的“骨排效应”，面板和刀具都发生磨损,硅质地层中盾构刀具的磨损,二、 公路隧道施工新方法,2）盾构施工的经济效益 直径6.23米的盾构一台6000万元，资金沉积，周转太慢，要3.54年才可收回6000万元，第五年开始盈利，每年最多赚1000万元。直径15米每台33.5亿元，价格昂贵且风险大。 盾构搬家，一般城市之间每次要300400万元； 与钻爆法、浅埋暗挖法相比，经济效益要低10倍左右，所以要合理慎重用盾构。,二、 公路隧道施工新方法,2、水下公路隧道施工沉管法 沉管法：即按照隧道的设计形状和尺寸，先在隧址以外的干坞中或船台上预制隧道管段，并在两

7、端用临时隔墙封闭，然后舾装好拖运、定位、沉放等设备，将其拖运至隧址位置，沉放到江河中预先浚挖好的沟槽中，并连接起来，最后充填基础和回填砂石将管段埋入原河床中。用这种方法修建的隧道又称水下隧道或沉管隧道。,沉管隧道,二、 公路隧道施工新方法,1）沉管隧道的发展 沉管法最早于1810年在伦敦的泰晤士河修筑水底隧道时进行了试验研究，1894年利用沉管法在美国波士顿正式建成一条城市排水隧道。1910年，底特律水底铁路隧道的建成，标志着沉管法修建水底隧道技术的成熟。1959年，加拿大迪斯（Deas）隧道采用水下压接法进行管段连接成功后，沉管隧道施工方法逐步在世界范围内得到应用，已建成隧道150多座。 目

8、前世界上最长的沉管隧道是美国（1970年）旧金山海湾地区快速交通隧道，全长5825米，由58节管段组成。管段最宽的隧道是比利时亚珀尔隧道，宽达53.1m，全长336m。单节管段最长的隧道是荷兰海姆斯普尔隧道，最长一节管段长268m，宽21.5m重50000KN。日本第一座沉管隧道于1944年修建。,二、 公路隧道施工新方法,我国应用沉管法修建水底隧道虽然起步较晚，但发展较快。1972年，香港修建了我国第一条跨港沉管隧道，1984年台湾修建了高雄海底隧道，1993年在广州珠江下建成了大陆第一条沉管隧道，1996年在浙江宁波成功修建了甬江沉管隧道，这两条隧道都是我国自行设计和施工的，标志着我国在这

9、一领域进入一个新的发展阶段。到1997年，全国建成有8条沉管隧道（其中香港5座，台湾1座）。进入21世纪，我国内地又有宁波、杭州湾、上海外环路三条沉管隧道相继建成，其中2003年建成的上海外环路沉管隧道2880m，结构为3孔、双向8车道（左右孔分别为单向3车道，中间一孔为两车道，这2条车道并不固定 ），宽44m、高9.55m（有3层楼高）、最大节长108m（共7节），单节管重达到4.5万吨，当时号称亚洲第一世界第二沉管隧道。目前在广州、浙江等地有多座沉管隧道正在建设之中，初步估算，我国（含港台）已建和在建的沉管隧道至少在15座以上。另外，琼州海峡、长江流域等有多座隧道规划采用沉管法施工。,二、

10、 公路隧道施工新方法,上海外环沉管隧道断面图,二、 公路隧道施工新方法,2）干坞 干坞是坞底低于水面的水池式建筑物，是修建矩形沉管隧道的必需场所。通常是在隧址附近开挖一块低洼场地用于预制隧道管段。干坞是一项临时性工程，隧道施工结束后便完成其使命。,干坞,沉管隧道内部,二、 公路隧道施工新方法,3）管段的制作 沉管管段是在地面预制的，所以其基本工艺与地上制作其它大型钢筋混凝土构件类似。由于沉管预制管段采用浮运沉放的施工方式，而且最终是埋设在河底水中，因此对预制管段的对称均匀性和水密性要求很高。为保证浮运和下沉，管段上还要设置端封墙和压载设施。,管段预制,二、 公路隧道施工新方法,4）沉管隧道的浚

11、挖沉管隧道的浚挖工作一般有沉管的基槽浚挖、航道临时改线浚挖、出坞航道浚挖、浮运管段线路浚挖、舾装泊位浚挖。其中沉管基槽的浚挖最重要，其挖深和土方量都最大。,防锚层施工,二、 公路隧道施工新方法,5）管段沉放与连接管段在干坞中预制好、沉管基槽开挖及基础处理好后便可进行管段的出坞、浮运、沉放与水下连接工作，是沉管隧道难度最大的一道工序。,二、 公路隧道施工新方法,6）基础处理及回填 尽管沉管隧道基础所承受的荷载通常较低，对地质条件的适应性比较强，但由于在基槽开挖过程中，不论使用哪一种挖槽方法，槽底表面都不会太平整，槽底表面与沉管底面之间必将存在很多不规则的空隙，导致地基土受力不均匀而局部破坏，从而

12、引起不均匀沉降，使沉管结构受到局部应力而开裂，故必须进行基础处理（基础填平）。,二、 公路隧道施工新方法,3、公路隧道施工的人工冻结法 地下隧道之间的连接通道冻结法施工是利用人工制冷技术，使地层中的水变冰，把天然土变成冻土，增加其强度和稳定性，隔绝地下水与地下结构的联系，以便在冻结壁的保护下进行联络通道施工的一种特殊辅助施工方法。,二、 公路隧道施工新方法,制冷技术是用氟里昂作制冷剂的三大循环系统完成的。三大循环系统分别为氟里昂循环系统、盐水循环系统和冷却水循环系统。制冷三大循环系统构成热泵，将地热通过冻结孔由低温盐水传给氟里昂循环系统，再由氟里昂循环系统传给冷却水循环系统，最后由冷却水循环系

13、统排入大气。,二、 公路隧道施工新方法,随着低温盐水在地层中的不断流动，地层中的水逐渐结冰，形成以冻结管为中心的冻土圆柱，冻土圆柱不断扩展，最后相邻的冻结圆柱连为一体并形成具有一定厚度和强度的冻土墙或冻土帷幕。下图为冻结管安装实例图。,二、 公路隧道施工新方法,4、顶管法 顶管法与盾构法都是修建地下管道和隧道的重要方法。 1）简介 采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备，以顶管工作井作承压壁，将管子按设计高程、方位、坡度逐根顶入土层直至达到目的地。,二、 公路隧道施工新方法,2）适用情况 特殊地质条件下的管道工程中 ： 穿越江河、湖泊、港湾水体下的供水、输气、输油管道工程； 穿越城市建筑群、

14、繁华街道地下的上下水、煤气管道工程； 穿越重要公路、铁路路基下的通讯、电力电缆管道工程； 水库坝体涵管重建工程等。,二、 公路隧道施工新方法,3）发展趋势 中继环接力顶推装置、触变泥浆减阻顶进技术，自动测斜纠偏技术、泥水平衡技术、土压平衡技术、气压保护技术和曲线顶管技术 。,二、 公路隧道施工新方法,4）关键技术 方向控制：与设计轴线一致，对顶力的影响，保证中继环正常工作 ； 顶力大小及方向：管尾顶进方式，顶进距离必然受到限制 ，一般采用中继环接力； 工具管开挖面正面土体的稳定性； 承压壁后靠结构及土体的稳定性。,泥水平衡式顶管工具管,大刀盘土压平衡顶管机,主顶设备,三 、国内外典型公路隧道,

15、1、简介秦岭终南山特长隧道位于西康公路西安至柞水段，隧道全长18.020km，为东线、西线双洞四车道，中线间距30m。隧道建筑限界净高5m，净宽10.50m。隧道横穿秦岭东西向构造带，地质构造和地层岩性复杂。通过的区域大断层3条，地区性断层15条，次级的小断层41条。预测全隧道正常总涌水量为8604.28m3/d，最大总涌水量约15695.32m3/d。可能发生的地质灾害主要为岩爆、突涌水及围岩失稳。,（一）秦岭终南山特长公路隧道工程,三 、国内外典型公路隧道,（一）秦岭终南山特长公路隧道工程 1、简介（续） 几个首次： （1）是世界上第一座最长的双洞高速公路隧道。 （2）是目前世界口径最大、

16、深度最高的竖井通风工程。 （3）拥有全世界高速公路隧道最完备的监控技术。隧道每125米设置一台视频监控摄像机，两洞共有摄像机288台，每250米设置一台视频事件检测器和火灾报警系统，对突发事件采用双系统全方位自动跟踪监控，并根据事件类型提供最有效的救援方案。 （4）拥有目前世界上高速公路隧道最先进的特殊灯光带。缓解驾驶员视觉疲劳，保证行车安全。通过不同的灯光和图案变化，可以将特长隧道演化成几个短隧道，从而消除驾驶员的焦虑情绪和压抑心理， （5）首次创造性提出策略管理理论，并运用了首套策略自动生成软件，在高速公路隧道管理理念中处于国际领先水平。对火灾、交通事故、养护等方面发生事件进行自动监测和管

17、理，只要发生一个事件，策略自动生成软件就会自动生成相应的策略程序进行全方位联动指导，保证秦岭终南山高速公路隧道运营管理的准确性和可靠性。,三 、国内外典型公路隧道,（一）秦岭终南山特长公路隧道工程该隧道是一座世界级的超长隧道，在山岭公路隧道中，其工程规模、主洞长度、主洞埋深、分段通风长度、竖井深度及直径均列全国第一位。施工组织安排：利用铁路II线平导辅助1号公路隧道（下行线）施工，2号公路隧道（上行线）同时用全断面法施工，待1号公路隧道贯通后，再辅助2号公 路隧道施工。两隧道由两端洞口相向同时施工，下行线利用铁路II线平导增开6个横通道作施工工作面，下行线贯通约需26.6个月，上行线开挖利用下行线行车横通道增加4个工作面施工，两座隧道全部贯通时间为47.6个月；竣工建成约5.6年。,