隧道整体介绍课件

隧道工程岩土与地下工程教研室隧道工程第一章绪论第十章典型隧道工程简介第二章隧道工程的勘测设计第三章隧道主体及附属建筑结构第四章隧道围岩分级及围岩压力第五章隧道支护结构计算第六章隧道施工方法第七章隧道工程设计中的有限元方法第八章隧道施工组织设计第九章隧道运营管理与养护第一章绪论11.1隧道工程的基本概念1.2隧道的分类及其作用1.3隧道工程的发展趋势隧道工程SUIDAOGONGCHENG隧道(tunnel)是一种修建在地下，两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线等通行的工程建筑物。1.1工程隧道工程的基本概念从技术方面定义隧道：以任何方式修建，最终使用于地表以下的条形建筑物，其空洞内部净空断面在2m2以上者均为隧道。一方面是指从事研究和建造各种隧道及地下工程的规划、勘测、设计、施工和养护的一门应用科学和工程技术，是土木工程的一个分支；另一方面是指在岩体或土层中修建的通道和各种类型的地下建筑物。隧道工程1.2隧道的分类及其作用按所处地层分土质隧道、石质隧道按埋置深度分浅埋隧道、深埋隧道按断面形式分圆形、马蹄形、矩形按所在位置分山岭、水底、城市隧道按断面数值分特大断面(100m2以上)大断面(50100m2)中等断面(1050m2)小断面(310m2)极小断面(3m2以下)隧道分类云桂高铁东风隧道全长11500m。双线，设计速度250Km/小时虎门某隧道，八车道，370m，跨度21m，247m21.交通隧道是隧道中为数最多的一种。作用是提供运输。(1)铁路隧道1888年我国台湾省修建第一条狮球岭铁路隧道。我国修建10km以上长度的隧道是从14.295km长的双线隧道大瑶山隧道开始。20世纪90年代末，在西（安）（安）康铁路上采用全断面掘进机等现代隧道施工机械修建18.456km长的秦岭隧道。该隧道的建成标志我国已经掌握现代隧道修建技术。秦岭铁路隧道,18.456公里,荣获鲁班奖、詹天佑大奖、国家科技进步一等奖 2000.056905水柏松河121969.107032京原驿马岭111995.127252横南分水关10轨距1067mm1979.127757台湾北回观音9双线，轨距1067mm1991.128070台湾南回中央81994.038144侯月云台山线71996.068178侯月云台山线6双线1988.088460大秦军都山51996.099392南昆米花岭42000.0312782朔黄长梁山3双线1987.1214294衡广复线大瑶山22000.0518456西康秦岭线1备 注建成年月隧道长度/m所在线路隧道名称序号表1-1 中国铁路5km以上隧道一览表竣工时长5592m，1995年为安设射流风机接建引风洞16.4m1973.125608焦柳彭莫山24双线1993.035804神朔蛇口峁231975.075848京通红旗22双线，竣工时长6060.33m1987.126062衡广复线南岭21位于贵昆线2000.046067株六复线大竹林201978.066152南疆奎先19竣工时长6107m，1973年昆明端接建明洞80m1966.056187成昆关村坝181971.076190京原平型关172000.116216神延寺则河161992.096340溪田八盘岭15竣工时长6379m1966.116383成昆沙马拉达14双线1999.106407朔黄寺铺尖13备 注建成年月隧道长度/m所在线路隧道名称序号表1-1 中国铁路5km以上隧道一览表(续)中国最长铁路隧道(双线)2006.0620050兰新乌鞘岭34单线，2005年10月开工2007.106381洛湛线长乐33双线1987.085058大秦白家湾321970.045140盘西支线平关312000.105194内昆朱嘎301973.055226襄渝武当山291994.125240宝中六盘山28轨距1067mm1979.125286台湾北回南澳272000.055306内昆黄莲坡261972.125334襄渝大巴山25备 注建成年月隧道长度/m所在线路隧道名称序号表1-1 中国铁路5km以上隧道一览表(续)(2)公路隧道公路的限制坡度和最小曲线半径都没有铁路那样严格。高速公路不断涌现。它要求线路顺直、平缓、路面宽敞，因此在穿越山区时，常采用隧道方案，缩短运行距离。城市附近，为避免平面交叉，利于高速行车，也常采用隧道方案。全球10km以上的部分公路隧道见表1-2。198610 926Kan-etsu日本199011 010Kan-etsu日本200111 130Folgefonn挪威199111 428Gudvanga挪威196511 660Mont-Blanc法国-意大利198012 895Frjus法国-意大利200612 900Xueshan中国台湾200618020Qinglin中国197813 972Arlberg奥地利198016 918St.Gotthard瑞士200024 510Laerdal挪威开通年代隧道长度/m隧道名称国家表1-2 世界上10km以上的公路隧道2004200610 000Le Tunnel Est法国199510 121Gran Sasso(西向)意大利198410 176Gran Sasso(东向)意大利201010 750Hida日本开通年代隧道长度/m隧道名称国家表1-2 世界上10km以上的公路隧道(续)铁路与公路隧道按长度分类按长度分类见表1-3。表1-3 铁路与公路隧道按长度分类2501000250300010003000公路隧道(m)500300050010000300010000铁路隧道(m)短隧道中隧道长隧道特长隧道隧道分类 秦岭终南山公路隧道，长度居世界第二、亚洲第一，建设规模世界第一，被誉为“天下第一隧”.(3)地下铁道1863年伦敦建成世界上第一条地下铁道。地下铁道是大量快速输送乘客的一种城市轨道交通运输设施，能缓解和解决大城市中交通拥挤、车辆堵塞问题。地下铁道是现代化的交通工具，具有运送能力大，运行速度快、准点、安全、成本低和环境污染小等优点，节省了乘车时间，便利了乘客的活动。迄今为止，我国内地已有北京、上海、广州、天津、深圳等多座城市有地下铁道在营运。北京地铁已成为北京交通重要的组成部分。(4)水底隧道交通线路横跨江、河道时，可以采用架桥、轮渡或修建海底隧道通过。但架桥受净空、战争的限制和约束，轮渡又受天气影响和通行量限制，采用水底隧道可以较好地解决上述问题。我国自上世纪60年代开始研究用盾构法修建黄浦江水底隧道，并于80年代建成通车。1993年建成的广州珠江水底隧道，是我国第一条采用沉埋法修建的隧道(地铁与公交、市政管道共用，长1.23km)，1995年又在宁波甬江建成了第二条沉管水底隧道(高速公路，长1.019km)，拟动工修建的京沪高速铁路在跨越长江时，亦准备采用长16.674km的沉管隧道方案。中国第一座海底隧道厦门翔安隧道，全长约9公里，其中海底隧道5.95公里，海域段4.2公里。隧道最深在海平面下约70米。(5)航运隧道当运河需要越过分水岭时，克服高程障碍成为十分困难的问题。修建航运隧道，可以把分水岭两边的河道沟通起来，减少绕行距离，既可以缩短航程，又可以省掉修建多级船闸的费用，河道顺直，大大改善航运条件。(6)人行地道在城市闹市区中，需要穿越车辆密集的街道、高速公路、高速铁路以及交通事故易发路段，通常采用修建人行地道的办法缓解地面交通压力，尽量避免或减少交通事故。2.市政隧道在城市中为规划安置的各种不同市政设施而在地面以下修建的各种地下孔道称为市政隧道。(1)给水隧道为满足城市自来水管网系统需要而修建的隧道。(2)污水隧道城市中每天需要排放大量的生活污水和工业废水，这些污废水需要排放到污水处理中心进行集中处理，这就需要有地下的排污隧道。(3)管路、线路隧道城市中的煤气、暖气、热水等地下管路隧道；输送电力的电缆以及通讯的电缆，都安置在地下孔道中，称为线路隧道。(4)人防隧道为了战时的防空目的，城市中需要建造人防隧道。在受到空袭威胁时，市民可以进入安全的庇护所。3.水工隧道(1)给水隧道是将河流或水库中的水引入带动水电站的发电机组运转产生动力资源的孔道。(2)尾水隧道水电站把发电机组排出的废水送出去的孔道。(3)排沙隧道用来冲刷水库中淤积的泥沙，把泥沙裹带送出水库大坝的孔道。(4)导流隧道或泄洪隧道是水利工程中的一个重要组成部分。由它疏导水流并补充溢洪道流量超限后的泄洪作用，如举世瞩目的三峡工程即建有导流隧道。4.矿山隧道在矿山开采中，从山体以外修建一些隧道（巷道）通向矿床而进行开采活动，达到采矿作业的目的。(1)运输巷道向山体开凿隧道通到矿床，并逐步开辟巷道，通往各个开采面。(2)给水隧道送入清洁水为采掘机械使用，并通过泵及时将废水及积水排出洞外的通道。(3)通风隧道采用通风机把矿山巷道中污浊空气抽出去，并把新鲜空气补进来的通道称通风隧道。通风隧道既可以利用原有巷道也可以单独修建。1.3隧道工程的发展趋势隧道工程是一门古老的学科：第一座隧道是用蒸汽机车牵引的铁路隧道是18261830年在英国利物浦至曼彻斯特的铁路线上，全长1190m。1898年建成了穿越阿尔卑斯山的辛普郎隧道。在该座隧道中，第一次应用了TNT炸药(硝化甘油)和凿岩机。1971年日本新干线上修建了大清水隧道，全长22,230m，是目前世界上最长的铁路山岭隧道。现代隧道设计、施工理念和方法发生了重大变化和改观。如新奥法施工理念的提出和应用，以可靠度理论为基础的概率极限状态设计法引入隧道结构计算，使得隧道设计施工理论不断得到补充和完善。在克服不良地质的困难条件方面，已经取得了丰富经验。如海拔46004900m的高原多年冻土地带的青藏线上修建昆仑山、风火山隧道；在零下40的严寒地区修建了枫叶岭隧道；在渝怀线上，克服了2000m3/h大量涌水的困难，修建了园梁山隧道(11068m)；在南昆线上，防止了瓦斯量达60m3/h的威胁，修成了家竹箐隧道。隧道工程又是一门快速发展中年轻的科学:进一步提高隧道施工机械化施工水平。20世纪80年代在大瑶山隧道中开始应用大型全液压的钻孔台车。衬砌已由砖石垒砌过渡到混凝土就地模筑，再到目前普遍推广使用双层复合式衬砌。开挖程序已由小导坑超前，进而采用少分块的大断面开挖；从木支撑、钢木支撑，进而采用锚杆支撑。施工方法上，从矿山法逐步过渡到新奥法。20世纪90年代中期，又引进全断面掘进机用于西康线的秦岭隧道(长18.5km)施工中。而在广州、上海、南京、深圳等城市的地下铁道建造中，已普遍开始使用机械化盾构。青藏铁路风火山隧道，是目前世界上海拔最高的铁路隧道。平均海拔青藏铁路风火山隧道，是目前世界上海拔最高的铁路隧道。平均海拔49004900米左右，年均气温零下米左右，年均气温零下77，最低，最低气温零下气温零下4141，隧道洞身全部位于冻土、冻岩中，地质岩层复杂，集饱冰冻土、富冰冻土、裂隙冰、泥砂岩等，隧道洞身全部位于冻土、冻岩中，地质岩层复杂，集饱冰冻土、富冰冻土、裂隙冰、泥砂岩等恶劣地质于一体。恶劣地质于一体。枫叶岭隧道位于吉林省白山市湾沟镇境内，全长枫叶岭隧道位于吉林省白山市湾沟镇境内，全长21882188米，设计净高米，设计净高 7.47.4米，净宽米，净宽10.510.5米，隧道地处长白米，隧道地处长白山高寒山区，最低气温达山高寒山区，最低气温达43.843.8；隧道穿越多处断层，地质复杂，施工难度大。；隧道穿越多处断层，地质复杂，施工难度大。家竹箐隧道是中国铁路瓦斯含量最高的长大隧道,据测算，隧道施工通过煤层时，瓦斯涌出量最多达到每小时349立方米。因此，家竹箐隧道属高瓦斯有突出危险的隧道，其施工难度和危险性，在我国铁路隧道建设史中还没有先例。完善和提高隧道工程的理论分析和计算水平。从结构力学计算转到以矩阵分析的方式用电子计算机计算，并进一步应用有限元、数值流形等方法进行分析；从把地层压力视为外力荷载，到把围岩和支护结构组成受力统一体系的共同作用理论；从过去认为地层岩体为松散介质，进而考虑岩体的弹性、塑性和粘性，以及各种性质的转变，拟出各种能进一步体现岩性的模型，进行受力的分析。隧道工程还要进一步做好地质勘测和发展完善地质超前预报技术。由于隧道工程地质条件复杂有许多不可预见的因素，其风险比地面工程大，使得地质勘测对隧道预算、选线极为重要。超前投入地质勘测资金是为了减少隧道工程建设阶段的资金投入和施工中的风险。地质雷达和TSP超前探测技术取得了良好的工程效果，今后不仅要完善超前探测仪器的性能，进一步提高超前预报地质条件的判释水平。参考文献1.1.彭立敏.交通隧道工程2.2.王毅才.隧道工程3.3.覃仁辉.隧道工程4.4.隧道工程设计规范(TJG D70-2004)(TJG D70-2004)5.5.公路隧道施工技术规范(JTGF60-(JTGF60-2009)2009)6.6.公路隧道勘测规程(JTJ063-85)(JTJ063-85)