第九章隧道工程绪论

第九章隧道工程一、隧道的概念及种类1．隧道的概念狭义定义：用以保持地下空间作为交通孔道的工程建筑物。广义定义：以某种用途，在地面下用任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面积大于2m2的洞室。2．隧道的种类按不同的分类方式不同的分类方法：土质隧道石质隧道按所处的地质条件浅埋隧道深埋隧道按隧道的埋置深度h≥(2~2.5)hq山岭隧道城市隧道按所处的地理位置水底隧道铁路隧道公路隧道地下铁道人行通道交通类隧道引水隧道尾水隧道导流隧道泄洪隧道水工隧道给水隧道排水隧道管路隧道市政隧道采矿巷道运输巷道矿山隧道按隧道的用途人防隧道二、我国隧道及地下工程发展的现状(一)规模1．交通类隧道(1)铁路隧道已建、在建和拟建铁路隧道数量截止到2005年12月已建隧道6874座，4158km49年以前664座156km,共7538座4314km。长度大于5km的53座。2006年在建的1758座，2164km。即将开工的高速铁路隧道146座，184km。规划建设客货共线铁路隧道2100km，10km以上隧道760km。•武广222座172.152km•广深24座32.016km•郑西38座76.876km•石太32座74.904km•合武37座64.706km•甬温59座88.115km•温福59座149.423km•福厦37座40.406km•广珠4座4.172km在建客运专线隧道10km以上的长大铁路隧道：秦岭隧道18.4km大瑶山隧道14.295km乌鞘岭隧道20.05km太行山隧道27.8km（在建）吕梁山隧道20.8km（在建双洞）东秦岭铁路隧道12.26km(2)公路隧道运营隧道1684座以上，总长628km以上。其中10km以上的长大隧道：秦岭终南山特长公路隧道18.02km(双座)锦屏隧道14.7km(双座)西山隧道13.68km（在建太原～古交高速）(3)地下铁道目前有北京、天津、上海、广州等城市运营地铁。而在建工程则很多：有南京、重庆、青岛、深圳、杭州、武汉等。北京：规划了20条线路共700km；上海：规划了17条线路共450km；天津：规划了4条线路共248km；广州：规划了7条线路共206.5km；深圳：规划了9条线路共254km；完成规划的城市：大连、长春、哈尔滨、鞍山、乌鲁木齐、合肥、成都、佛山、桂林、昆明、西安、济南、福州、宁波。2．水利水电国内外已建成的10km以上的水工隧洞达90座，中国占11座。国内已建成长度5km以上的引水发电隧道20座。小浪底水利枢纽三条导流隧洞；清江隔河岩水利枢纽导流隧洞；李家峡水电站导流隧洞；公伯峡水电站导流隧洞；水布垭水利枢纽导流隧洞。已建成的由青海大通河引水至甘肃的调水工程总干线全长168.9km，其中隧道33座，总长75.11km；万家寨水利枢纽引黄河水穿过海河流域至太原的引水工程，隧洞总长超过200km；辽宁省东水西调工程输水隧洞长85km。(二)技术状况1．长大隧道钻爆法施工(大瑶山隧道、秦岭铁路隧道平导、秦岭公路隧道)快速掘进(月进尺500m，已达世界水平)出碴运输系统通风系统TBM施工(秦岭隧道、在建大伙房隧道)TBM快速掘进与对不良地层的适应性出碴运输系统TBM（TunnelBoringMachine）隧道掘进机，是利用回转刀具开挖，同时破碎洞内围岩及掘进，形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械；相对于目前常用的方法，TBM集钻、掘进、支护于一体，使用电子、信息、遥测、遥控等高新技术对全部作业进行制导和监控，使掘进过程始终处于最佳状态。在国际上，现已广泛应用于水利水电、矿山开采、交通、市政、国防等工程中。大瑶山隧道标志性工程位于京广铁路广东省北部大瑶山的坪石至乐昌间目前建成的最长双线铁路隧道•新奥法成功应用•施工进度全隧道最高年成洞4245m,月成洞521m单口月成洞218m，开挖205m，衬砌303m秦岭隧道标志性工程•20世纪建成的最长铁路隧道•TBM成功应用•施工进度最高日进尺40.5m,月进尺528.1m钻爆法施工最高月进尺456m乌鞘岭隧道标志性工程•通过4条区域性大断层和3000m千枚岩地层•创造了单线隧道施工进度最快纪录Ⅳ级围岩单工作面436m/月Ⅴ级围岩连续5个月进度200mⅣ、Ⅴ级围岩交错情况下平均月掘进324mⅢ、Ⅳ级围岩交错情况下单工作面最高成洞271.8m/月，连续6个月成洞超过200m乌鞘岭隧道标志性工程•软岩深埋复杂应力隧道的修建技术取得突破高地应力软岩大变形富水风火山和昆仑山隧道标志性工程•高海拔4995m•冻土•设计施工双层模筑混凝土多道防水措施保温隔热措施低温早强耐久性防水混凝土洞内空调2．不良地质隧道施工技术富水断层破碎地质流砂地质岩溶地质高地应力岩爆高地应力挤压大变形煤系地层湿陷性黄土3．设计理论隧道结构或地下结构与地面结构所处环境不同，它是处在岩土地层或通称为围岩中，既受到围岩的荷载作用，又受到围岩的约束有利作用。荷载—结构地层—结构目前的设计理论收敛—约束经验类比针对不同条件采用不同的设计理论。水平压力e竖直压力q脱离区拱棚边墙变形后外轮廓线仰拱抗力区底压力弹性抗力4．施工方法明挖法暗挖法盾构法掘进机法盖挖法顶进法沉埋法盖挖逆作法施工步骤构筑顶板步骤3回填土，恢复路面步骤4构筑围护结构步骤1构筑主体结构中间桩柱步骤2开挖下层土步骤7构筑下层主体结构步骤8构筑上层结构步骤6开挖中层土步骤5三、发展前景1．交通类隧道•经济发展，交通建设先行•交通标准不断提高•国力增强，技术进步需建设更多，可以建设更多、标准更高的隧道，前景美好。2．城市隧道解决城市交通拥挤问题的唯一途径是采用快捷、大运量公共交通系统—地铁城市发展要求包括地下空间的开发各类市政设施趋势——隧道管沟化继十九世纪的城市桥梁、二十世纪的摩天大楼，二十一世纪是地下空间的开发和利用。太行山隧道四长大隧道工程概况太行山特长隧道位于石太客运专线孤山车站和盂县车站之间，是本线的重点控制工程，隧道通过该段太行山山脉的主峰越宵山，越宵山最高高程为1320m，隧道最大埋深445m，太行山隧道设计为双洞单线隧道，两线线间距35m。隧道左线进口里程为DK69+276，出口里程为DK97+168，隧道全长27892m；隧道右线进口里程为右DK69+286，出口里程为右DK97+163，隧道全长27877m。太行山隧道右线进口里程：DK69+280太行山隧道右线出口里程：DK97+1604号斜井右DK80+901.368=DK85+401.803=DK87+301.994=DK89+782.248=DK92+302.512=DK96+802.580=2号斜井太行山隧道左线进口里程：DK97+1659号斜井8号斜井6号斜井7号斜井斜80+00斜90+00斜70+005号斜井3号斜井斜40+00斜60+00斜50+00DK75+800.899=DK78+801.171=斜30+00斜20+00太行山隧道左线进口里程：DK69+2701号斜井斜10+00DK73+200.672=太行山隧道平面示意图大瑶山隧道群大瑶山一号隧道、二号隧道和三号隧道共3座隧道组成，长度分别为10081m、6024m和8387m。双线隧道，线间距5m，最高时速350km/h，有效断面积100m2。总工期40个月。一号隧道右侧设置2268m的平导，出口左侧设置885m的横洞；二号隧道进出口左侧分别设置长约340和320m的横洞；三号隧道进出口左侧分别设置长约256m和1272m的平导。狮子洋隧道位于广深港客运专线东涌站至虎门站区间，穿越珠江口狮子洋河段，是中国第一座水下铁路隧道，行车目标值350km/h。工程范围全长10800m，隧道长度10490m，引道敞开段长310m。明、暗挖加盾构法施工。隧道采用双洞单线结构，断面净空有效面积约65m2。盾构段结构内径9.8m，外径10.8m，管片厚度50cm，采用7+1分块方式，单层钢筋混凝土衬砌。左右线之间的联络横通道23处。盾构段采用4台泥水平衡式盾构施工，总工期41个月。函谷关隧道郑西客运专线，全长7851m，最大埋深220m，中国最长及断面最大的黄土隧道。设计为单洞双线，线间距5m，行车目标值350km/h。断面净空有效面积约165m2。设计施工工期34个月，设置1个横洞和三个斜井。浏阳河隧道武广客运专线，全长10100m。下穿京珠高速公路、星沙开发区、浏阳河与长沙市机场高速公路。设计为单洞双线，线间距5m，行车目标值350km/h。断面净空有效面积约100m2。设计施工工期27个月，设置3座竖井和1个斜井。竖井采用矩形结构，位于隧道顶；斜井采用无轨运输。宜万线岩溶隧道全长正线378km，隧道长度所占比例高达60%，全线隧道总数为161座，总长约33延长km，其中岩溶隧道有92座，总长为247km。Ⅰ级风险的隧道8座，施工中曾多次发生突水、突泥，采用综合超前地质预报、注浆堵水、限量排水等措施，确保施工安全。吕梁山隧道全长20780m，设计为双洞单线，线间距30m，设计行车速度200km/h，并满足通行双层集装箱列车的条件。设5个斜井，采用无轨运输方式。关角隧道青藏线西宁至格尔木段增建第二线穿越青海南山的隧道，设计全长32600m，为目前国内规划最长的铁路隧道。设计为双洞单线，线间距40m，行车目标值160km/h，预留200km/h的条件。拟采用掘进机法施工，采用2台全断面掘进机相向施工Ⅰ线隧道，采用2台小断面掘进机施工Ⅱ线隧道，Ⅱ线隧道超前。向莆铁路隧道向莆铁路从向塘至莆田，正线全长607km，全线共有隧道114座，总长约290km，其中福建境内90座，长约274km，占该段线路的66.4%，尤其以福建建宁至永泰段隧道比重最大，在277km的线路长度内有74座隧道，长约209.8km，隧线比高达75.6%。大于10km的特长隧道有11座，总长度约176km，大于20km的隧道有3座，最长隧道为戴云山隧道，长度约27.8km。向莆铁路隧道长度大于15km的戴云山、高盖山、青云山和雪峰山隧道采用双洞单线隧道方案，其余均采用单洞双线隧道方案，行车目标值250km/h。计划6座特长隧道采用10台全断面掘进机和2台小断面掘进机施工，其余隧道采用钻爆法施工。兰渝铁路隧道可研方案共有隧道117座，总长约480km，其中兰州至广元段共有隧道66座，长约370km。特长隧道有12座，总长度约190km，最长隧道为西秦岭隧道，长度约29.71km。对于有条件的特长隧道将优先采用掘进机法施工。