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1、3野外地下工程硕士研究生教案(2005版)野外地下工程设计国外隧道简介国外隧道简介作为地下通道的隧道有公路隧道、水底隧道、地下铁道、铁道隧道和航运隧道。以其建筑环境分为岩石隧道和软土隧道。l瑞士耗费巨资修建的庞大“世纪工程”之一的勒奇山隧道全部打通。该隧道穿越阿尔卑斯山，沟通南北欧，是阿尔卑斯地区最长的铁路隧道，也是目前世界上第三长陆上隧道。l勒奇山铁路隧道总长34公里，目的是使来自欧盟的载重卡车在瑞士境内能用火车运送，从而减轻瑞士高速公路的交通压力。隧道打通阿尔卑斯山，使德国与意大利之间的旅行时间缩短一个小时。l勒奇山隧道预计在2007年正式通车，届时将使货运列车和客运列车达到每小时160公
2、里和240公里的速度。野外地下工程设计第三章第三章 公路隧道公路隧道l公路隧道，通常需要修筑主体建筑物主体建筑物和附属建筑物附属建筑物。l公路隧道主体建筑物包括隧道洞身和洞门结构。l公路隧道附属建筑物包括通风、照明、防排水、安全设备及附属建筑。l本章内容:隧道防水野外地下工程设计横断面设计隧道横断面净空和建筑限界野外地下工程设计公路隧道通风方式公路隧道通风方式1.自自然然通通风风对向交通隧道，长度在200500m以下，可以采用自然通风。隧道长度与设计交通量的乘积大于600，必须采用机械通风。单向交通隧道，由于交通风作用，即使隧道相当长，不需要机械通风。2.射射流流式式纵纵向向通通风风从一个洞口
3、吸进新鲜空气，由另一洞口排除污染空气的方式。适用于1000m以下的对向交通隧道和2000m的单向交通隧道。3.竖竖井井式式纵纵向向通通风风对向交通隧道的竖井设在隧道中间；单向隧道的竖井设置在出口一侧。适用于3000m以下的对向交通隧道和1500m以下的单向交通隧道。4.横横向向式式通通风风新鲜风流在汽车排气孔高度吹入，隧道顶排风道抽出污风。有利于防止火灾蔓延，但是两条风道增加了基建费用何运营费用。5.半半横横向向式式通通风风新鲜风流在汽车排气孔高度吹入，污染空气在隧道顶扩散，经洞口排出。6.混合式通风混合式通风由竖井与各种通风方式的组合形式。野外地下工程设计横断面布置隧道横断面布置A.法意勃朗
4、峰隧道，横向通风B.瑞士大伯纳尔隧道C.英国铸铁衬砌隧道,上下通风D.德国双层车道隧道野外地下工程设计公路隧道通风方式（公路隧道通风方式（2）射流式纵向通风射流式纵向通风竖井式纵向通风A对向交通B单向交通野外地下工程设计公路隧道通风方式（公路隧道通风方式（3）横向式通风半横向式通风野外地下工程设计3.4 公路隧道的施工方法公路隧道的施工方法l浅埋隧道一般用明挖法施工，l深埋隧道多采用暗挖法施工。野外地下工程设计隧道防渗现状l西部地区山岭重丘多，山区隧道在公路和铁路中所占比例很大。公路隧道所处自然环境一般较为复杂，国内在建和已建部分公路隧道都不同程度地出现一些质量问题。衬砌漏水就是其中的一个普遍
5、的病害。l山东长吉高速公路小盘岭隧道、密江隧道、五虎岭隧道，安徽省港口湾水库公路隧道等都因为渗漏水而发生衬砌破坏，不得不工后加固。成昆铁路有22座隧道由于渗漏水严重，喷射混凝土达不到耐久性要求，均已回做内衬。l隧道漏水、渗水，不只限于降低衬砌混凝土的耐久性，减少隧道使用寿命，而且将会引起隧道内设备机能降低、失效，路面基层软化、底鼓，恶化隧道内的环境，在冰冻季节发生路面冰冻和冰挂，甚至造成安全事故的发生。野外地下工程设计典型隧道地质条件（1）l我省常吉高速公路地处我省西部山区，为了避免大填大挖的边坡病灾害，设计了大量的浅埋隧道。浅埋隧道离地表近，一个重大通病就是隧道渗漏水。根据地质勘探报告，常吉
6、路一期工程从芦溪县至吉首（K176+395.48k220+908）的岩门界隧道、小陂流隧道、度龙田隧道的地质条件就存在严重渗漏水可能性，设计文件也提出要进行小导管注浆试验和防裂隙渗水试验。野外地下工程设计隧道地质条件（2）l岩岩 门门 界界 隧隧 道道 （ kz182+300kz186+085， ky182+365ky186+070）,左线长3785m，右行线长3705m,属于特长隧道。l洞口附近岩石风化强烈，为强弱风化砂质板岩。强风化岩的岩体多为碎石状松散结构，为类围岩。弱风化岩为类围岩，除剪节理，陡倾角节理裂隙发育外，风化裂隙、卸荷裂隙发育。l特别是右洞进洞后约40m在下下界界溪溪下下通通
7、过过，且且隧隧道道顶顶板板埋埋深深仅仅6m6m左左右右。设计文件提出，由于地表水的渗入，很可能产生较较大大的的涌涌水水并并出出现现冒冒顶顶事事故故。在线路经过的向斜核部（k182+400-+800、k184+080-+160、k185+265-+335）岩石以韧性变形为主，存在脆性破坏（岩石较破碎，导水性较好），根据隧道压水试验，预测隧道涌水量为3097m3/d。野外地下工程设计隧道地质条件（3）l小小陂陂流流隧隧道道（kz200+660kz201+555，ky200+755ky201+540）两端洞口段围岩为类，具碎石状、块石状结构，稳定性差，顶板薄，成洞困难，存存在在地地表表水水渗渗透透，
8、还应严防ky200+940-ky200+960洞身段地表水沿陡倾斜裂隙渗入洞室内。 l度度 龙龙 田田 隧隧 道道 （ kz206+416-207+600， ky206+370-ky207+438）左线长1184m，右线长1068m。洞身顶板围岩厚度左线70117m；右线38115m。并且Kz206+966-kz206+986及ky206+900-ky206+960洞身段地处近南北向的冲冲沟沟下下部部，地地表表水水及及地地下下水水渗渗入入洞洞室室内内。在常德段隧道进口端第一组张性裂隙发育，裂隙面呈宽张性，地表水沿该组裂隙下渗较快。 野外地下工程设计国内外隧道的防水方法国内外对于隧道的防水方法主
9、要有三种类型，一是从围岩、结构和附加防水层入手，以防为主的全包式防水，适用于对保护地下水环境，限制地层沉降要求高的工程。该方法为隧道结构的耐久性和隧道安全运营提供极为重要的环境条件；但是直接造价较高，并且在很多条件下是技术不可行的。二是从疏水、泄水着手，以排为主的引流自排型防水，又称半包式防水，适用于对保护地下水环境，限制地层沉降没有严格要求的工程。三是防排结合的控制型防排水，适用于保护地下水环境和限制地层沉降的工程，其优点是可根据对水位和地层变形的监测数据，及时地自动或半自动地调整排水量，既降低造价，又维护地下水平衡。野外地下工程设计国内外隧道的防水方法目前世界上比较流行的防水技术有复合衬砌
10、法、二次衬砌法、单一衬砌法、排水法、注浆法。 野外地下工程设计国内外隧道的防水方法（复合衬砌法）复合衬砌法防水是应用最普遍的方法。复合式衬砌防水存在的问题是初期支护难以保护；施工工艺复杂，工期长；角隅处焊接工艺要求高，难以保证不漏水；当前国内凡采用浅埋暗挖或矿山法修建的隧道，防水板在隧道壁上的固定方式难以保障；二次衬砌施工时易将防水板撞坏。奥地利、法国、德国等欧洲国家上世纪60年代、日本、韩国等国家70年代开始应用，我国上世纪90年代在红山隧道防排水施工中首先使用。 野外地下工程设计国内外隧道的防水方法（二次衬砌法）二次衬砌法曾经在上海延安东路盾构法施工的越江隧道中成功使用。存在的问题是很难做
11、到在管片接头处不漏水；使用的防水混凝土的技术要求高。一般使用在防水要求高的盾构法和沉管法施工的城市地铁隧道和水下隧道。 野外地下工程设计国内外隧道的防水方法（单一衬砌法）单一衬砌法采用不设伸缩缝和施工缝的内外两层喷射混凝土，层间接触面排水。当前北欧许多国家推广的喷锚支护可达68Mpa的抗压强度，几乎没有渗水，厚度一次成型，没有施工缝，不需设沉降缝，已达到了很高的防水和结构效果。我国喷层强度不超过C30，几乎没有防水作用。 野外地下工程设计国内外隧道的防水方法（排水法）排水法采用钻孔、衬砌内的排水沟槽防水。法国就采用衬砌前钻孔、排水沟槽、围岩伞型排水等方式防水，存在的问题是会破坏地表水的平衡，浪
12、费地下水资源，该法不能单独使用。 注浆防水法常用化学浆液和微细粒水泥浆液注浆，主要用于盾构法施工隧道、填缝堵漏和变形缝的处理。存在的问题是施工费用高，注浆量难控制；不能做到完全不透水；化学注浆对环境有污染。我国八达岭隧道围岩采用了全断面围岩预注浆和背后围岩环向注浆。 野外地下工程设计我国隧道防水规定我国公路隧道设计规范（JTJ02690）第8.1.2条规定，采取“以排为主，防、排、截、堵相结合”的综合治理原则，在2001年从事了公路隧道复合衬砌法防水技术科研成果鉴定和粉煤灰高性能砼盾构法施工公路隧道二次衬砌防渗技术应用研究成果鉴定。我国参照国外做法，普遍采用“三道防线”：第一道在围岩表面设弹簧
13、透水管和排水板排水；第二道是喷混层表面铺土工布和防水板防水；第三道是使用防水混凝土和在裂缝及变形缝设环向止水带止水。 野外地下工程设计国外隧道防水技术现状l一种趋势是研究复合防水层材料改进，主要研究刷式、喷涂式和喷膜三种防水材料取代粘贴式防水板。刷式防水层尚处于工业试用阶段。喷涂式防水层在我国成渝铁路金家岩隧道，北京地铁西单车站取得了良好效果。喷射成膜防水技术有代替目前防水板的趋势。l第二种趋势是力求在防水方法上谋求创新。方法一是在岩层破碎、水压高、涌水量大的条件下采用深孔封闭双液预注浆措施，既堵住涌水又加固围岩。八达岭高速公路潭浴沟隧道遇到泥石流，在防水层与二次衬砌之间通过预留的注浆孔控制注
14、浆措施；昆阳至玉溪铁路的刺桐关三号隧道超前预注双液浆堵水处理富水软弱围岩隧道；京珠高速公路粤境北段乌坑坝隧道采用预注双液浆堵水处理富水软弱围岩浅埋偏压隧道。方法二是导引衬砌外围的地下水，使衬砌外围成为无水压力区。吉林省长吉高速公路小盘岭隧道、陕西省秦岭等14条隧道、福建省漳龙高速公路隧道都是采用围岩导水的无压防排水法，至今无渗漏。 野外地下工程设计推荐的隧道防渗方法l本项目计划在常吉高速公路裂隙发育的富水地层洞口段和溪沟下方采用超前、环向或帷幕等注浆方法在一定位置的围岩中注一定厚度的浆层，进行堵水及加固围岩，在注浆圈内安装泄水管导引裂隙水，在一次支护后有渗水的部位采用复合衬砌排水。本项目的目的
15、是处理好堵与排的关系，实现有限排水法，实现隧道无滴水。野外地下工程设计推荐方法的优点本项目的防排水方法对比国内目前的防排水方法有如下优点：l第一，隧道注浆层有助于保护地表水。隧道洞口是浅地表工程，洞内直接排水会破坏地下水的原有平衡，造成地下水资源的浪费；同时地表植被的破坏将给洞口边坡稳定性、景观美感带来损失。l第二，外围注浆堵水能防止隧道强弱风化板岩节理裂隙、松散岩块的充填物流失，保护围岩的稳定性。直接排水孔内渗流携带泥沙和岩层中的微细充填物，对围岩稳定和排水通畅不利。l第三，注浆圈内的截水孔，可以防止节理裂隙水沿裂隙面流动。溪沟底的和洞口的围岩都是板岩，板岩本身是隔水层，排水板无法截水。钻孔
16、穿透节理裂隙面才能引水出洞，防止沿裂隙面渗透。l第四，地下水泄压后可以防止渗水高压从防水板接头、止水带和施工缝的缝隙渗出。 野外地下工程设计地下水电站选修内容野外地下工程设计4.3 地下水电站隧道水电站隧道受力状态分三类：1、压力隧道将满隧道流量的水直接送至涡轮机的隧道，如输水隧道。此类隧道陡斜、或垂直，高差大，隧道内压力大。2、无压隧道涡轮机发电后的水经此隧道排入江河下游，如尾水隧道。3、辅助隧道为电站建设开凿的辅助隧道，或修坝、河流改道的分水隧道。野外地下工程设计地下电站隧道（2）2。无压隧道围岩。无压隧道围岩与衬砌方式关系与衬砌方式关系野外地下工程设计4.3 地下水电站隧道1、压力隧道与衬砌野外地下工程设计地下电站隧道（3）无压隧道与衬砌无压隧道与衬砌A金属拱锚杆支护B锚喷支护野外地下工程设计野外地下工程设计
