隧道工程设计与施工讲义

隧道隧道隧道隧道工程工程工程工程设计设计设计设计与施工与施工与施工与施工概述概述一、隧道建设的发展一、隧道建设的发展1、清末时期（、清末时期（1888年年1911年）年）共共修修建建隧隧道道238238座座，总总延延长长42km42km，其其中中1000m1000m以以上上的的隧隧道道有有4 4座，最长为兴安岭隧道座，最长为兴安岭隧道3077m3077m。标志性隧道有：。标志性隧道有：18881888年年我我国国在在台台湾湾基基隆隆至至台台北北铁铁路路线线(全全长长28km)28km)上上修修建建第第一一座座铁铁路路隧隧道道（狮狮球球岭岭隧隧道道），长长261m261m。19851985年年台台湾湾当当局局定定为三级古迹，并拨款整修。为三级古迹，并拨款整修。19031903年年在在滨滨洲洲线线建建成成兴兴安安岭岭隧隧道道，按按双双线线断断面面施施工工，铺铺设单线，长设单线，长3077m3077m，是我国第一座长度超过，是我国第一座长度超过3km3km的铁路隧道。的铁路隧道。兴安岭隧道兴安岭隧道(双线单铺，长双线单铺，长3077m)3077m)八达岭隧道八达岭隧道(单线，长单线，长1091m)1091m)19081908年年詹詹天天佑佑主主持持修修建建京京张张铁铁路路，是是我我国国自自行行设设计计、施施工工的的第第一一条条铁铁路路，在在关关沟沟地地段段建建有有4 4座座隧隧道道，总总延延长长1645m1645m，其其中中最最长长的的八八达达岭岭隧隧道道为为1091m1091m，是是我我国国自自力力修修建建的的第第一一座座越越岭岭铁铁路隧道。路隧道。2、中华民国时期（、中华民国时期（1912年年1949年）年）共共修修建建隧隧道道427427座座，总总延延长长114km114km，其其中中1000m1000m以以上上的的隧隧道道有有1818座，最长为杜草隧道座，最长为杜草隧道3840m3840m。标志性隧道有：。标志性隧道有：19391939年年为为增增建建滨滨绥绥二二线线修修建建的的杜杜草草隧隧道道，长长3840m3840m，是是中中华华人人民民共共和和国国成成立立前前最最长长的的铁铁路路隧隧道道，采采用用上上下下导导坑坑法法开开挖挖，混凝土衬砌。混凝土衬砌。3、20世纪世纪50年代（年代（1950年年1959年）年）建建成成隧隧道道多多的的铁铁路路线线主主要要有有：宝宝成成、天天兰兰、丰丰沙沙线线、石石太太复复线线、鹰鹰厦厦、川川黔黔、太太焦焦等等线线。共共建建成成隧隧道道1005座座，总总延延长长306km，其其中中1000m以以上上的的隧隧道道有有46座座，最最长长为为凉凉风风垭垭隧隧道道4270m。标志性隧道有：。标志性隧道有：19571957年年川川黔黔线线凉凉风风垭垭隧隧道道，是是我我国国建建国国后后修修建建的的第第一一座座最最长长的的隧隧道道，也也是是首首次次采采用用平平行行导导坑坑施施工工，也也是是由由人人工工施施工工到到轻型机械化施工的转折点。轻型机械化施工的转折点。凉风垭隧道（单线，长凉风垭隧道（单线，长4270m4270m）1966年年成成昆昆线线上上长长度度最最长长、埋埋深深最最大大的的沙沙木木拉拉打打隧隧道道，长长6379m，埋埋深深600m，主主要要地地质质为为砂砂页页岩岩。59年年3月月开开工工，采采用用上上下下导导坑坑法法施施工工，63年年4月月停停工工，64年年12月月复复工工，采采用用蘑蘑菇菇形形开开挖挖。出出现现过过4次次大大涌涌水水，最最大大达达12000m3/d；发发生生过过瓦瓦斯斯喷喷出。出。4、20世纪世纪60年代（年代（1960年年1969年）年）建建成成一一批批隧隧道道多多的的山山区区铁铁路路，相相继继建建成成：贵贵昆昆、成成昆昆、京京原原以以及及东东川川、镜镜铁铁山山、嫩嫩林林、盘盘西西、水水大大、渡渡口口等等干干支支线线，这这一一时时期期共共修修建建隧隧道道1113座座，总总延延长长660km，其其中中3000m以以上上的的隧隧道道有有20座座，最最长长为为京京原原线线的的驿驿马马岭岭隧隧道道7032m。标标志志性性隧隧道道有：有：沙木拉打隧道（单线，长沙木拉打隧道（单线，长6379m6379m）关村坝隧道（单线，长关村坝隧道（单线，长6107m，使线路缩短，使线路缩短10.1km）1966年年成成昆昆线线上上的的关关村村坝坝隧隧道道，长长6107m，使使线线路路缩缩短短了了10.1km，地地质质为为灰灰岩岩，采采用用上上下下导导坑坑漏漏斗斗棚棚架架法法施施工工，组组织织均均衡衡生生产产，快快速速施施工工，创创双双口口月月成成洞洞672.71m的的最最快快隧隧道道施施工工记记录。中共中央录。中共中央1965年年3月月9日特发电报祝贺。发生过日特发电报祝贺。发生过7次岩爆。次岩爆。1965年年贵贵昆昆线线上上关关寨寨隧隧道道，三三线线大大跨跨车车站站隧隧道道，65年年11月邓小平给隧道题名。月邓小平给隧道题名。三三线线车车站站 1969年年京京原原线线上上的的驿驿马马岭岭隧隧道道，长长7032m，是是我我国国60年年代代修修建建的的最最长长的的隧隧道道。地地质质为为灰灰岩岩，两两端端软软弱弱地地质质采采用用上上下下导导坑施工，硬岩段采用正台阶先墙后拱法施工。坑施工，硬岩段采用正台阶先墙后拱法施工。驿马岭隧道（单线，长驿马岭隧道（单线，长7032m7032m）长沙隧道（双线，长长沙隧道（双线，长714m714m）1965年年京京广广线线上上的的长长沙沙隧隧道道，长长714m714m，埋埋深深15m15m，是是我我国国6060年年代代地地质质最最坏坏，塌塌方方事事故故最最多多，施施工工方方案案多多次次变变更更，施施工工时时限限最最长长的的双双线线隧隧道道，塌塌方方199199次次，工工期期5 5年年半半。地地质质为为砂砂页页岩岩、粘粘土土砂砂层层、砂砂卵卵石石层层、红红粘粘土土等等，地地下下水水丰丰富富。采采用用上上下下导导坑坑先拱后墙法施工。先拱后墙法施工。5、20世纪世纪70年代（年代（1970年年1979年）年）主主要要是是会会战战：焦焦枝枝、枝枝柳柳、襄襄渝渝、京京通通、阳阳安安、湘湘黔黔等等线线，这这一一时时期期共共建建成成隧隧道道1954座座，总总延延长长1034Km，是是铁铁路路隧隧道道史史上上隧隧道道最最多多的的时时期期。其其中中3000m以以上上的的隧隧道道有有33座座，最最长长为为南南疆疆线的奎先隧道线的奎先隧道6152m。标志性隧道有：。标志性隧道有：1977年年青青藏藏铁铁路路西西宁宁格格尔尔木木段段的的关关脚脚隧隧道道，长长4010m，路路肩肩海海拔拔3690m，是是当当时时我我国国海海拔拔最最高高的的隧隧道道。地地质质为为片片岩岩和和石石灰灰岩岩，地地下下水水发发育育，最最大大涌涌水水量量10000m3/d，最最低低气气温温-40 C，最最大大冻冻结结深深度度3m。58年年8月月开开工工，61年年3月月停停工工，74年年复工，采用上下导坑先拱后墙法施工。复工，采用上下导坑先拱后墙法施工。1977年年南南疆疆线线的的奎奎先先隧隧道道，长长6152m，海海拔拔3470m，是是当当时时我我国国海海拔拔第第二二座座高高海海拔拔隧隧道道，也也是是70年年代代最最长长的的隧隧道道。地地质为花岗岩、片麻岩，最低气温质为花岗岩、片麻岩，最低气温-37关脚隧道（单线，长关脚隧道（单线，长4010m4010m，路肩海拔，路肩海拔3690m3690m）1972年年襄襄渝渝线线的的中中梁梁山山隧隧道道，长长3984m，地地质质为为石石灰灰岩岩、砂砂页页岩岩，岩岩溶溶发发育育，穿穿越越8处处煤煤层层，采采用用上上下下导导坑坑先先拱拱后后墙墙法法施施工。施工与运营过程中少见的病害工。施工与运营过程中少见的病害(主要水害主要水害)较多隧道。较多隧道。1972年年襄襄渝渝线线的的大大巴巴山山隧隧道道，长长5334m，最最大大埋埋深深800m，地地质质极极为为复复杂杂，主主要要为为石石灰灰岩岩，岩岩溶溶发发育育，地地下下水水极极为为丰丰富富，最最大大涌涌水水量量110000m3/d，采采用用弧弧形形导导坑坑正正台台阶阶大大断断面面开开挖挖，先先墙后拱法衬砌。墙后拱法衬砌。1979年年皖皖赣赣线线的的下下坑坑隧隧道道，长长65m，岩岩层层为为破破碎碎的的千千枚枚岩岩，为为科科研研试试验验隧隧道道，科科研研试试验验内内容容：软软弱弱围围岩岩大大断断面面光光面面爆爆破破和和锚锚喷喷支支护护技技术术。取取得得了了预预期期效效果果，为为软软弱弱围围岩岩隧隧道道修修建建方方法积累了经验，也为新奥法的推广应用起到示范作用。法积累了经验，也为新奥法的推广应用起到示范作用。6、20世纪世纪80年代（年代（1980年年1989年）年）共共建建成成隧隧道道319座座，总总延延长长199km，从从数数量量上上看看虽虽然然比比60、70年年度度大大为为减减少少，但但建建成成的的长长大大隧隧道道特特别别是是双双线线隧隧道道增增多多。其其中中3000m以以上上的的隧隧道道有有10座座，其其中中衡衡广广复复线线大大瑶瑶山山隧隧道道（14.29km）是是我我国国已已建建成成最最长长的的双双线线隧隧道道；大大秦秦铁铁路路的的军军都都山山（8.46km）、白家湾（）、白家湾（5.06km）等隧道都是在这一时期建成。）等隧道都是在这一时期建成。1987年年京京广广铁铁路路衡衡广广段段复复线线的的大大瑶瑶山山隧隧道道，双双线线隧隧道道，长长14.29km。地地质质为为白白云云质质灰灰岩岩、泥泥灰灰岩岩及及砂砂岩岩，断断层层14条条，涌涌水水量量高高达达51000m3/d。设设计计、施施工工均均按按新新奥奥法法原原则则进进行行，大大断断面面机机械械化化作作业业，首首次次采采用用复复合合衬衬砌砌。获获国国家家科科技技进进步步特特等等奖奖，是是隧道发展史上的里程碑工程。隧道发展史上的里程碑工程。1988年年大大秦秦线线的的军军都都山山隧隧道道，电电气气化化双双线线隧隧道道，长长8.46km。地地质质为为花花岗岗岩岩和和安安山山岩岩为为主主。按按新新奥奥法法原原则则进进行行施施工工，IV、V类类采采用用钻钻爆爆法法全全断断面面掘掘进进，II、III类类采采用用台台阶阶法法开开挖挖。针针对对地地质质复复杂杂多多变变的的特特点点，实实行行以以地地质质素素描描为为主主的的超超前前地地质质预预报。施工中在岩层交界面处出现过大量的突水突泥现象。报。施工中在岩层交界面处出现过大量的突水突泥现象。大瑶山隧道（双线，长大瑶山隧道（双线，长14.29km，缩短，缩短11km）7、20世纪世纪90年代（年代（1990年年1999年）年）建建设设的的铁铁路路干干线线有有：侯侯月月、宝宝中中、京京九九、南南昆昆、神神朔朔、朔朔黄黄、达达成成、横横南南、广广大大、西西康康、神神延延、内内昆昆等等线线，同同时时还还对对宝宝成成、兰兰新新、宝宝天天、株株六六等等线线增增建建第第二二线线。南南昆昆线线米米花花岭岭和和家家竹竹菁菁隧隧道道、西西康康线线秦秦岭岭线线隧隧道道、京京九九线线的的五五指指山山隧隧道道以以及及朔朔黄黄线线的的长长梁梁山山隧隧道道等等均均在在这这一一时时期期建建成成。90年年代代共共建建成成隧隧道道1822座座，总总延延长长1311km，其其中中3km以以上上的的隧隧道道66座座。是是我我国国建建成成铁路隧道总延长最多、隧道平均长度最长的时期。铁路隧道总延长最多、隧道平均长度最长的时期。军都山隧道军都山隧道 （双线，长（双线，长8.46km）秦岭隧道（双洞单线，长秦岭隧道（双洞单线，长18.46km18.46km）1999年年西西安安安安康康铁铁路路的的秦秦岭岭隧隧道道，双双洞洞单单线线隧隧道道，长长18.46km。地地质质为为混混合合片片麻麻岩岩和和混混合合花花岗岗岩岩。I线线两两端端采采用用TBM掘掘进进，中中间间由由II线线平平导导及及横横洞洞进进入入I线线正正洞洞采采用用钻钻爆爆法法开开挖挖；II线线等等平平导导贯贯通通后