土木工程概论第10章-隧道工程及地下工程课件

第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程 从从18631863英英国伦敦建成世国伦敦建成世界上第一条地界上第一条地铁开始，地下铁开始，地下空间开始逐步空间开始逐步被人类利用。被人类利用。图图10-1 10-1 英国第一条地铁英国第一条地铁第十章 隧道工程及地下工程 从1863英国伦敦建成世地下空间的发展历史大致分为下列四个阶段地下空间的发展历史大致分为下列四个阶段第第一一时时代代：从从人人类类出出现现至至公公元元前前30003000年年的的远远古古时时期期，原原始始人类利用洞穴居住。人类利用洞穴居住。第第二二时时代代：从从公公元元前前30003000年年至至5 5世世纪纪的的古古代代时时期期，埃埃及及金金字字塔塔、古古巴巴比比伦伦引引水水隧隧道道等等均均为为此此时时代代的的经经典典建建筑筑。我我国国东东周及秦汉时期的陵墓和地下粮仓，已经初具规模。周及秦汉时期的陵墓和地下粮仓，已经初具规模。第第三三时时代代：从从5 5世世纪纪到到1414世世纪纪的的中中世世纪纪的的古古代代时时期期。约约于于公公元元7 7世世纪纪，我我国国隋隋末末唐唐初初时时的的孙孙思思邈邈在在丹丹经经一一书书中中记记载载了了黑黑火火药药的的制制法法，公公12251225年年以以后后传传入入伊伊斯斯兰兰国国家家，1313世世纪纪后后期期传传到到欧欧洲洲，世世界界范范围围矿矿石石开开采采技技术术出出现现，推推动动了了地地下下工程的发展。工程的发展。第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程地下空间的发展历史大致分为下列四个阶段第一时代：从人类出现至第四时代第四时代：从：从1515世纪开始世纪开始的近代与现代。近代隧道的近代与现代。近代隧道兴起于运河时期，从兴起于运河时期，从1717世世纪起，欧洲陆续修建了许纪起，欧洲陆续修建了许多运河隧道。法国的兰葵多运河隧道。法国的兰葵达克运河隧道，建于达克运河隧道，建于16661666一一16811681年，长年，长157m157m，它可，它可能是最早用火药开凿的隧能是最早用火药开凿的隧道。道。18301830年前后，铁路成年前后，铁路成为新的运输手段。为新的运输手段。18661866年年瑞典人诺贝尔发明了黄色瑞典人诺贝尔发明了黄色炸药，为开凿坚硬岩石创炸药，为开凿坚硬岩石创造了条件。造了条件。第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程图图10-2 10-2 现代铁路隧道现代铁路隧道第四时代：从15世纪开始的近代与现代。近代隧道兴起于运河时期10.1 10.1 隧道隧道图图10-3 10-3 石门隧道石门隧道第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程 世世界界上上最最古古老老的的隧隧道道是是古古代代巴巴比比伦伦城城连连接接皇皇宫宫与与神神庙庙间间的的人人行行隧隧道道，建建在在公公元元前前21602160一一公公元元前前21802180年。年。我我国国最最早早的的交交通通隧隧道道 是是位位于于今今陕陕西西汉汉中中县县的的“石石门门”隧隧道道，建建于于公公元元6666年。年。10.1 隧道图10-3 石门隧道第十章 隧道工程及地下10.1.1 10.1.1 公路隧道公路隧道第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程1.1.公路隧道线行和净空公路隧道线行和净空 根根据据公公路路设设计计规规范范要要求求，公公路路隧隧道道平平面面尽尽可可能能采采用用直直线线。在在必必须须采采用用曲曲线线时时，应尽可能采用大半径曲线。应尽可能采用大半径曲线。隧隧道道净净空空(Clearance(Clearance of of Tunnel)Tunnel)是是指指隧隧道道内内轮轮廓廓线线所所包包围围的的空空间间，包包括括公公路路隧隧道道建建筑筑限限界界、通通风风及及其其他他功功能能所所需需的的断断面面积。积。2.2.公路隧道通风公路隧道通风 公公路路隧隧道道的的通通风风是是保保证证公公路路隧隧道道正正常常安安全全使使用用的的重重要要条条件件。按按照照隧隧道道通通风风的的方方式可以分为以下两大类式可以分为以下两大类(1)(1)自然通风自然通风(2)(2)机械通风机械通风图图10-4 10-4 公路隧道线性公路隧道线性 图图10-5 10-5 公路隧道通风公路隧道通风 10.1.1 公路隧道第十章 隧道工程及地下工程1.公路隧10.1.1 10.1.1 公路隧道公路隧道表表10-1 10-1 隧道通风方式隧道通风方式第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.1.1 公路隧道表10-1 隧道通风方式第十章 隧10.1.1 10.1.1 公路隧道公路隧道3.3.隧道照明隧道照明 隧隧道道照照明明是是为为了了防防止止驾驾驶驶员员因因视视觉觉信信息息不不足足引引发发交交通通事事故故。其其显显著著特特点点是是昼昼夜夜间间均均需需要要照照明明，隧隧道道照照明明的的设设计计应应保保证证驾驾驶驶人人由由明明亮亮宽宽阔阔的的外外界界进进人人隧隧道道后后仍仍能能认认清清行行车车方方向向，正正常常驾驾驶驶。隧隧道道照照明明主主要要由由入入口口照照明明、基基本本照照明明、出出口口照照明明与与接接续续道道路路照照明构成。明构成。图图10-6 10-6 公路隧道照明公路隧道照明第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.1.1 公路隧道3.隧道照明图10-6 公路隧道照明10.1.2 10.1.2 铁路隧道铁路隧道1.1.地铁隧道结构地铁隧道结构地铁隧道分为两种：浅埋区间隧道和深埋区间隧道。地铁隧道分为两种：浅埋区间隧道和深埋区间隧道。图图10-7 10-7 隧道结构形式隧道结构形式a a单跨矩形单跨矩形 b b双跨矩形双跨矩形 c c单跨双层单跨双层 d d单供形单供形第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.1.2 铁路隧道1.地铁隧道结构图10-7 隧道结构10.1.2 10.1.2 铁路隧道铁路隧道第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程2.2.铁路隧道施工铁路隧道施工 铁铁路路隧隧道道是是修修建建在在地地下下或或水水下下并并铺铺设设铁铁路路供供机机车车车车辆辆通通行行的的建建筑筑物物。根根据据其其所所在在位位置置可可分分为为山山岭岭隧隧道道、水水下下隧隧道道和城市隧道三大类。其施工方法有两类和城市隧道三大类。其施工方法有两类(1)(1)明挖法明挖法 常常用用的的明明挖挖法法有有三三种种：敞敞口口放放坡坡明明挖、板桩法、地下连续墙施工法。挖、板桩法、地下连续墙施工法。(2)(2)暗挖法暗挖法 暗暗挖挖法法有有时时也也称称为为矿矿山山法法，是是指指不不挖开地面，采用在地下挖洞的方式施工。挖开地面，采用在地下挖洞的方式施工。常常用用的的暗暗挖挖法法有有：盾盾构构法法、注注浆浆法法、沉沉管法、顶管法等。管法、顶管法等。图图10-8 10-8 隧道施工方法隧道施工方法10.1.2 铁路隧道第十章 隧道工程及地下工程2.铁路隧10.1.3 10.1.3 水底隧道水底隧道1.1.水底隧道的埋置深度水底隧道的埋置深度 水水底底隧隧道道的的埋埋置置深深度度与与以以下下几几个个因因素素有有关关：地地质质及及水水文文地地质质条条件件、施施工工方方法法要要求求、抗抗浮浮稳稳定定的的需需求求、防防护护要要求求、断断面面形形式等。式等。2.2.隧道防水隧道防水 水水底底隧隧道道防防水水的的主主要要措措施施有有:采采用用防防水水混混凝凝土土、壁壁厚厚回回填填、围岩注浆、双层衬砌等。围岩注浆、双层衬砌等。3.3.海底隧道海底隧道 海海底底隧隧道道是是为为了了解解决决横横跨跨海海峡峡、海海湾湾之之间间的的交交通通，而而又又不不妨妨碍碍船船舶舶航航运运的的条条件件下下，建建造造在在海海底底之之下下供供人人员员及及车车辆辆通通行行的的海底下的海洋建筑物。海底下的海洋建筑物。第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.1.3 水底隧道1.水底隧道的埋置深度第十章 隧道工10.1.3 10.1.3 水底隧道水底隧道图图10-9 10-9 日本青函海底隧道和英吉利海峡隧道日本青函海底隧道和英吉利海峡隧道第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.1.3 水底隧道图10-9 日本青函海底隧道和英吉利10.2 10.2 地下工程地下工程 在在地地面面以以下下土土层层或或岩岩体体中中修修建建各各种种类类型型的的地地下下建建筑筑物物或或结结构构的的工工程程，称称为为地地下下工工程程。它它包包括括交交通通运运输输方方面面的的地地下下铁铁道道、公公路路隧隧道道、地地下下停停车车场场、过过街街或或穿穿越越障障碍碍的的各各种种地地下下通通道道等等，军军事事方方面面的的野野战战工工事事、地地下下指指挥挥所所、通通信信枢枢纽纽、掩掩蔽蔽所所、军军火火库库等等，工工业业与与民民用用方方面面的的各各种种地地下下车车间间、电电站站、各各种种储储存存库库房房、商商店店、人人防防与与市市政政地地下下工工程程，以以及及文文化化、体体育育、娱娱乐乐与与生生活活等方面的联合建筑体等。等方面的联合建筑体等。第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2 地下工程 在地面以下土层或岩体中修建各种10.2.1 10.2.1 地下电站地下电站1.1.地下水电站地下水电站 地地下下水水电电站站可可以以划划分分为为两两种种主主要要类类型型，即即利利用用江江河河水水源源的的地地下下水水力力发发电电站站和和循循环环使使用用地地下下水水的的抽抽水水蓄蓄能能水水电电站站。地地下下水水电电站站可可以以充充分分利利用用地地形形、地地势势，尤尤其其在在山山谷谷狭狭窄窄地地带带，在在地地下下建建站站，布布置置发发电电机机组组，十十分分经经济济有有效效。电电站站建建于于地地下下，可可获获得得更更大大水水头头压压力力，并并且且在在枯枯水水季季节节，水水位位较较低低时时也也能能发发电电。一一般般水水电电站站的的压压力力隧隧道道，选选建建于于坚坚硬硬、完完整整的的岩岩石石中中，可可简简化化衬衬砌砌结结构构。地地下下水水电电站站在在我我国国的的东东北北和和西西南南地区建设较多。地区建设较多。图图10-10 10-10 地下水电站布置图地下水电站布置图第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2.1 地下电站1.地下水电站图10-10 地下水电10.2.1 10.2.1 地下电站地下电站2.2.地下抽水蓄能水电站地下抽水蓄能水电站 地下抽水蓄能水电站，有时也称地下扬水水电站。这种水电站地下抽水蓄能水电站，有时也称地下扬水水电站。这种水电站通常设于千米左右的地下深处，具有地上、地下两个水库。供电时，通常设于千米左右的地下深处，具有地上、地下两个水库。供电时，水由地上水库、经水轮发电机发电后流人地下水库水由地上水库、经水轮发电机发电后流人地下水库;供电低峰时，供电低峰时，用多余的电力反过来将地下水库的水抽回原地面水库，以便循环使用多余的电力反过来将地下水库的水抽回原地面水库，以便循环使用。用。3.3.核电站核电站 地下核电站有地下核电站有半地下式半地下式和和完全地下式完全地下式两类。两类。半地下式核电站，关键设备进入地下。地下核电站的优点表现半地下式核电站，关键设备进入地下。地下核电站的优点表现在在:不需要宽阔的平坦地，在海岸和山区均可修建，选址容易不需要宽阔的平坦地，在海岸和山区均可修建，选址容易;岩体岩体对地下放射物质有良好的遮蔽效果对地下放射物质有良好的遮蔽效果;耐震，并具有良好的防护性。耐震，并具有良好的防护性。通常，地下核电站，除了需开凿发电大厅以装备发电机和原子通常，地下核电站，除了需开凿发电大厅以装备发电机和原子炉之外，尚须开发一系列隧道，以供人员通行、物质运输等用。炉之外，尚须开发一系列隧道，以供人员通行、物质运输等用。第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2.1 地下电站2.地下抽水蓄能水电站第十章 隧道工图图10-11 10-11 地下核电站示意图地下核电站示意图图10-11 地下核电站示意图10.2.2 10.2.2 地下仓库地下仓库 由由于于地地下下环环境境对对于于许许多多物物质质的的储储存存有有突突出出的的优优越越性性，地地下下环环境境的的热热稳稳定定性性、密密闭闭性性和和地地下下建建筑筑良良好好的的防防护护性性能能，为为在在地地下下建建造造各各种种储储库库提提供供了了十十分分有有利利的的条条件件。由由于于人人口口的的增增长长、集集中中和和都都市市化化，世世界界各各国国都都面面临临能能源源、粮粮食食、水水的的供供应应和和放放射射性性及及其其他他废废弃弃物物的的处处理理问问题题。目目前前各各种种类类型型的的地地下下储储藏藏设设施施，在在地地下下工工程程的的建建造造总总量量中中已已占占据据很很大大的的比比重重。在在地地下下空空间间开开发发利利用用的的储储能能、节节能能方方面面，北北欧欧、美美国国、英英国国、法国和日本成效显著。法国和日本成效显著。图图10-12 10-12 地下仓库地下仓库第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2.2 地下仓库 由于地下环境对于许多物质的储存10.2.3 10.2.3 地下城市综合体地下城市综合体 城市地下空间的开发利用，已经成为城市地下空间的开发利用，已经成为现代城市规划和建设的重要内容之一。一现代城市规划和建设的重要内容之一。一些大城市从建造地下街、地下商场、地下些大城市从建造地下街、地下商场、地下车库等建筑开始，逐渐发展为将地下商业车库等建筑开始，逐渐发展为将地下商业街、地下停车场和地下铁道、管线设施等街、地下停车场和地下铁道、管线设施等结为一体，形成与城市建设有机结合的多结为一体，形成与城市建设有机结合的多功能的地下综合体。因此，地下综合体可功能的地下综合体。因此，地下综合体可以考虑定义为建设沿三维空间发展的，地以考虑定义为建设沿三维空间发展的，地面地下连通的，结合交通、商业储存、娱面地下连通的，结合交通、商业储存、娱乐、市政等多用途的大型公共地下建筑。乐、市政等多用途的大型公共地下建筑。地下综合体具有多重功能、空间重叠、设地下综合体具有多重功能、空间重叠、设施综合的特点，与城市的发展应统筹规划、施综合的特点，与城市的发展应统筹规划、联合开发和同步建设。联合开发和同步建设。图图10-13 10-13 地铁站地铁站第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2.3 地下城市综合体 城市地下空间的开发利用，10.2.3 10.2.3 地下城市综合体地下城市综合体图图10-14 10-14 东京八重州地下街交通图东京八重州地下街交通图第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2.3 地下城市综合体图10-14 东京八重州地下街10.2.3 10.2.3 地下城市综合体地下城市综合体图图10-15 10-15 地下商场地下商场第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2.3 地下城市综合体图10-15 地下商场第十章思考题思考题1.1.隧道为什么要设置通风设备隧道为什么要设置通风设备?隧道通风方式按送风形隧道通风方式按送风形态、空气流动状态和送风原理分为哪几种态、空气流动状态和送风原理分为哪几种?2.2.隧道的施工方法大体分为哪几种隧道的施工方法大体分为哪几种?各有何特点各有何特点?3.3.简述设计水底隧道的理置深度时应考虑的因素。简述设计水底隧道的理置深度时应考虑的因素。4.4.简述各种地下工程及其功能和特点。简述各种地下工程及其功能和特点。第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程思考题第十章 隧道工程及地下工程