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1、隧道工程隧道工程路隧道的勘测、设计、贯通控制测量和施工等工作。隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车动车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。沿革自英国于1826年起在蒸汽机车牵引的铁路上开始修建长770米的泰勒山单线隧道和长 2474米的维多利亚双线隧道以来，英、美、法等国相继修建了大量铁路隧道。19世纪共建成长度超过 5公里的铁路隧道11座，有3座超过10公里
2、,其中最长的为瑞士的圣哥达铁路隧道，长 14998米。1892年通车的秘鲁加莱拉铁路隧道，海拔4782米，是现今世界最高的标准轨距铁路隧道。在19世纪60年代以前，修建的隧道都用人工凿孔和黑火药爆破方法施工。1861年修建穿越阿尔卑斯山脉的仙尼斯峰铁路隧道时，首次应用风动凿岩机代替人工凿孔。1867年修建美国胡萨克铁路隧道时，开始采用硝化甘油炸药代替黑火药，使隧道施工技术及速度得到进一步发展。在20世纪初期，欧洲和北美洲一些国家铁路形成铁路网，建成的5公里以上长隧道有 20座，其中最长的瑞士和意大利间的辛普朗铁路隧道长19.8公里。美国长约12.5公里的新喀斯喀特铁路隧道和加拿大长约 8.1公
3、里的康诺特铁路隧道都采用中央导坑法施工。其施工平均年进度分别为4.1和4.5公里，是当时最高的施工进度。至1950年，世界铁路隧道最多的国家有意大利、日本、法国和美国。日本至20世纪70年代末共建成铁路隧道约3800座，总延长约1850公里,其中5公里以上的长隧道达60座，为世界上铁路长隧道最多的国家。1974年建成的新关门双线隧道，长18675米,为当时世界最长的海底铁路隧道。1981年建成的大清水双线隧道，长22228米,为世界最长的山岭铁路隧道。连接本州和北海道的青函海底隧道，长达53850米,为当今世界最长的海底铁路隧道。20世纪60年代以来，隧道机械化施工水平有很大提高。全断面液压凿
4、岩台车和其他大型施工机具相继用于隧道施工。喷锚技术的发展和新奥法的应用为隧道工程开辟了新的途径。掘进机的采用彻底改变了隧道开挖的钻爆方式。盾构构造不断完善，已成为松软、含水地层修建隧道最有效的工具。中国于18871889年在台湾省台北至基隆窄轨铁路上修建的狮球岭隧道，是中国的第一座铁路隧道,长261米。此后，又在京汉、中东、正太等铁路修建了一些隧道。京张铁路关沟段修建的4座隧道,是用中国自己技术力量修建的第一批铁路隧道。其中最长的八达岭铁路隧道长为1091米，于1908年建成。中国在1950年以前，仅建成标准轨距铁路隧道238座,总延长89公里。自20世纪50年代以来，隧道修建数量大幅度增加，
5、19501984年期间共建成标准轨距铁路隧道4247座，总延长2014.5公里，成为世界上铁路隧道最多的国家之一。中国标准轨距铁路隧道修建数量如表1 中国标准轨距铁路隧道修建数量。此外，中国还建有窄轨距铁路隧道191座,总延长23公里。截至1984年,中国共建成5公里以上长隧道10座（表2中国5公里以上的铁路隧道），最长者为京原铁路的驿马岭铁路隧道，长7032米。现正在施工的京广铁路衡韶段大瑶山双线隧道，长14.3公里。中国最高的铁路隧道是青藏铁路关角铁路隧道,长4010米,海拔3690米。(见彩图大瑶山铁路隧道施工)中国铁路隧道约有半数以上分布在川、陕、云、贵4省。成昆、襄渝两条铁路干线隧道
6、总延长分别为342及282公里，占线路总长的比率分别为31.6和34.3。隧道勘测为确定隧道位置、施工方法和支护、衬砌类型等技术方案，对隧道地处范围内的地形、地质状况，以及对地下水的分布和水量等水文情况要进行勘测。在隧道勘测和开挖过程中，须了解围岩的类别。围岩是隧道开挖后对隧道稳定性有影响的周边岩体。围岩分类是依次表明周围岩石的综合强度。中国在1975年制定的铁路隧道工程技术规范中将围岩分为 6类。关于岩石分类70年代以前常用泰沙基及普氏等岩石分类方法。70年代以后在国际上应用较广并为国际岩石力学学会推荐的为巴顿等各种分级系统。此外，还有日本以弹性波速为主的分类法。围岩的类别的确定，为隧道工程
7、设计合理和施工顺利提供了依据。隧道设计包括隧道选线、纵断面设计、横断面设计、辅助坑道设计等。选线根据线路标准、地形、地质等条件选定隧道位置和长度。选线应作多种方案的比较。长隧道要考虑辅助坑道和运营通风的设置。洞口位置的选择要依据地质情况。考虑边坡和仰坡的稳定，避免塌方。纵断面设计沿隧道中线的纵向坡度要服从线路设计的限制坡度。因隧道内湿度大，轮轨间粘着系数减小，列车空气阻力增大，因此在较长隧道内纵向坡度应加以折减。纵坡形状以单坡和人字坡居多，单坡有利于争取高程，人字坡便于施工排水和出碴。为利于排水，最小纵坡一般为23。横断面设计隧道横断面即衬砌内轮廓，是根据不侵入隧道建筑限界而制定的。中国隧道建
8、筑限界分为蒸汽及内燃机车牵引区段、电力机车牵引区段两种，这两种又各分为单线断面和双线断面。衬砌内轮廓一般由单心圆或三心圆形成的拱部和直边墙或曲边墙所组成。在地质松软地带另加仰拱。单线隧道轨面以上内轮廓面积约为2732平方米，双线约为5867平方米。在曲线地段由于外轨超高车辆倾斜等因素，断面须适当加大。电气化铁路隧道因悬挂接触网等应提高内轮廓高度。中、美、苏三国所用轮廓尺寸为：单线隧道高度约为 6.67.0米、宽度约为4.95.6米；双线隧道高度约为7.28.0米，宽度约为8.810.6米。在双线铁路修建两座单线隧道时,其中线间距离须考虑地层压力分布的影响,石质隧道约为2025米，土质隧道应适当
9、加宽。辅助坑道设计辅助坑道有斜井、竖井、平行导坑及横洞四种。斜井是在中线附近的山上有利地点开凿的斜向正洞的坑道。斜井倾角一般在1827之间，采用卷扬机提升。斜井断面一般为长方形,面积约为814平方米。竖井是由山顶中线附近垂直开挖的坑道，通向正洞。其平面位置可在铁路中线上或在中线的一侧（距中线约20米）。竖井断面多为圆形，内径约为4.56.0米。平行导坑是距隧道中线1725米开挖的平行小坑道，以斜向通道与隧道连接，亦可作将来扩建为第二线的导洞。中国自1957年修建川黔铁路凉风垭铁路隧道采用平行导坑以来,在58座长3公里以上的隧道中约有80修建了平行导坑。横洞是在傍山隧道靠河谷一侧地形有利之处开辟
10、的小断面坑道。此外，隧道设计还包括洞门设计，以及开挖方法和衬砌类型的选择等。隧道贯通控制测量隧道测量是为了保证测量的中线和高程在隧道贯通面处的偏差不超出规定的限值。中线平面控制长隧道以往多用三角网，短隧道多用导线法，借以控制中线的偏差。自50年代以来，中国在 1公里以上长度的隧道测量中采用导线法也能控制隧道的贯通误差。光电测距仪的出现和发展，解决了量距的困难。山岭隧道洞外及洞内都采用主副闭合导线法，即在主导线上测角并用光电测距仪量距，在副导线上只测角不量距。由主副导线所组成的多边形，只平差其角度，不平差其长度。这样主副导线法比三角网法简单实用，比单一导线法可靠。中国大瑶山双线隧道即采用主副闭合
11、导线法作为中线平面控制。在隧道进行中线测量以前，就要考虑将来隧道打通后的偏差数值。根据隧道的长度和平面形状，在地形图上先行布置测点的位置和预计的贯通点，并在平面图上量出必要的尺寸，再根据规范规定的极限误差试算出测角和量距的必要精度，然后进行测量。这个过程叫做测量设计或叫做隧道贯通误差的预计4公里以下的隧道中线贯通极限误差为100毫米;48公里的隧道中线贯通极限误差为150毫米。高程控制短隧道应用普通水平仪，长隧道应用精密水平仪即能保证需要达到的精度。高程贯通极限误差为50毫米。隧道开挖开挖方法分为明挖法和暗挖法。明挖法多用于浅埋隧道或城市铁路隧道，而山岭铁路隧道多用暗挖法。按开挖断面大小、位置
12、分，有分部开挖法和全断面开挖法。在石质岩层中采用钻爆法最为广泛，采用掘进机直接开挖也逐渐推广。在松软地质中采用盾构法开挖较多。钻爆法在隧道岩面上钻眼，并装填炸药爆破，用全断面开挖或分部开挖等将隧道开挖成型的施工方法。钻爆法开挖作业程序包括钻孔、装药、爆破、通风、支护、装碴、运输等工序。钻孔：要先设计炮孔方案，然后按设计的炮孔位置、方向和深度严格钻孔。单线隧道全断面开挖，采用钻孔台车配备中型凿岩机，钻孔深度约为2.54.0米。双线隧道全断面开挖采用大型凿岩台车配备重型凿岩机，钻孔深度可达5.0米。炮孔直径约为 45厘米。炮孔分为掏槽孔（开辟临空面）、掘进孔（保证进度）和周边孔（控制轮廓）。装药：
13、在掘进孔、掏槽孔和周边孔内装填炸药。一般装填硝胺炸药，有时也用胶质炸药。装填炸药率约为炮眼长度的6080，周边孔的装药量要少些。为缩短装药时间,可把硝胺炸药制成长的管状药卷,以便填入炮眼；也可利用特制的装药机械把细粒状药粉射入炮孔中。爆破：19世纪上半期以前用明火起爆。1867年美国胡萨克铁路隧道开始采用电力起爆。此后，电力起爆逐渐推广。在全断面掘进中，为了减低爆破对围岩的震动和破坏，并保证爆破的效果，多采用分时间阶段爆破的电雷管或毫秒雷管起爆。一般拱部采用光面爆破，边墙采用预裂爆破。近期发展的非电引爆的导爆索应用日益广泛。施工通风：排出或稀释爆破后产生的有害气体和由内燃机产生的氮氧化物及一氧
14、化碳,同时排除烟尘,供给新鲜空气，借以保证隧道施工人员的安全和改善工作环境。通风可分主要系统和局部系统。主要系统可利用管道（直径一般为11.5米，也有更大的）或巷道（平行导坑等），配以大型或中型通风机；局部系统多用小型管道及小型通风机。巷道通风多采用吸出式，将污浊空气吸出洞外，新鲜空气由正洞流入。新鲜空气不易达到的工作面，须采用局部通风机补充压入。施工支护：隧道开挖必须及时支护，以减少围岩松动，防止塌方。施工支护分为构件支撑和喷锚支护。构件支撑一般有木料、金属、钢木混合构件等，现在使用钢支撑者逐渐加多。喷锚支护是20世纪50年代发展起来的一种支护方法，其特点是支护及时、稳固可靠，具有一定柔性，
15、与围岩密贴，能给施工场地提供较大活动空间。中国在一些老黄土隧道中应用喷锚支护也获得成功。喷射混凝土工艺分为干喷和湿喷。现多采用干喷法，即将干拌混凝土内掺入一定数量的速凝剂，用压缩空气将混凝土由管内喷出。在喷口加水射到岩石面上，一次可喷35厘米厚度。在喷射混凝土中掺入一些钢纤维，或在岩面挂钢丝网可提高喷锚支护的强度。钢锚杆安设在岩层面上的钻孔内,其长度和间距视围岩性质而定,一般长度为25米，通常用树胶和水泥浆沿杆体全长锚固。在岩层较好地段仅喷混凝土即可得到足够的支护强度。在围岩坚硬稳定的地段也可不加支撑。在软弱围岩地段喷锚可以联合使用，锚杆应加长，以加强支护力。装碴与运输：在开挖作业中，装碴机可
16、采用多种类型，如后翻式、装载式、扒斗式、蟹爪式和大铲斗内燃装载机等。运输机车有内燃牵引车、电瓶车等，运输车辆有大斗车、槽式列车、梭式矿车及大型自卸汽车等。运输线分有轨和无轨两种。由钻孔直到出碴完毕称为一个开挖循环。根据中国的经验，在单线全断面开挖中24小时能作两个循环，每个循环能进3.5米深度，每日单口进度可达7米。然而在开挖中难免遇到断层或松软石质以及涌水等，不易保持每日的预计循环，所以每月单口实际进度多低于200米。中国成昆线蜜蜂箐单线隧道单口最高月进度曾达到 200米。日本大清水双线隧道单口最高月进度曾达到 160米。开挖循环作业的特点是一个工序接一个工序必须逐项按时完成，否则前一工序推迟就会影响下一工序，因而拖长全部时间。其中最主
