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土木工程概论第五章交通土建工程本章内容5.1道路工程5.2铁路工程5.3机场工程5.4隧道工程5.1道路工程5.1.1道路工程的基本体系组成道路工程基本体系组成图公路城市道路5.1.1道路工程的基本体系组成5.1.2公路建设一、公路的线形组成路线方案是路线设计最根本的问题。方案是否合理，不但直接关系公路本身的工程投资和运输效率，更重要的是影响到路线在公路网中是否能起到应有的作用，是否满足国家的政治、经济、国防的要求和长远利益。二、公路的结构建设路堤示意图5.1.2公路建设三、路面结构图低、中级路面高级路面5.1.2公路建设5.1.3高速公路定义:具有四条以上车道，路中央设有中央隔离带，分隔双向车辆行驶，互不干扰，全封闭，全立交，控制出入口，严禁产生横向干扰，为汽车专用，设有自动化监控系统，以及沿线设有必要服务设施的道路。1988年上海至嘉定高速公路建成通车→1998年年均通车里程超过4000公里→2004年底，中国高速公路通车里程已超过3.4万公里一、高速公路的线形设计标准高速公路的几何设计标准比其它等级的公路要求高，具体规定各国有所不同。普通公路与高速公路的转弯线形的比较5.1.3高速公路二、高速公路的优势1.行车速度快、通行能力大2.物资周转快、经济效益高3.交通事故少、安全舒适好4.带动沿线地方的经济发展高速公路5.1.3高速公路三、高速公路建设存在的问题1.投资大、资金来源困难2.占地多3.与普通公路和地方交通贯通问题4.密集型的管理问题5.环境保护问题5.1.3高速公路5.2铁路工程在我国，铁路建设自1876年英国商人在上海修建淞沪铁路已经开始，1949年，我国共有铁路营运里程2.18万公里，集中分布在东北和东部沿海地区，截至2002年底，全国铁路营业里程达到7.2万公里，形成延伸祖国东南西北的全国铁路网。上海的磁悬浮铁路兴建运行成功，标志着我国铁路建设已逐步迈上国际先进水平。5.2.1铁路选线设计与路基一、铁路选线设计眼镜线螺旋线二、铁路路基设计1.横断面形式包括：路堤、半路堤、路堑、半路堑、不填不挖等2.路基稳定性5.2.1铁路选线设计与路基5.2.2高速铁路铁路速度的分档为：时速100～120km称为常速；时速120～160km称为中速；时速160～200km称为准高速或快速；时速200～400km称为高速；时速400km以上称为特高速。日本、法国、德国英国等是当今世界高速铁路技术发展水平最高的几个国家日本的高速列车德国的高速列车英国的高速摆式列车法国的TGV高速列车5.2.2高速铁路5.2.3城市轻轨与地下铁道城市轻轨和地下铁道一般具有如下特点：(1)线路多经过居民区，对噪声和振动的控制较严；(2)行车密度大，运营时间长；(3)一般采用直流电机牵引，以轨道作为供电回路；(4)曲线段占的比例大，曲线半径比常规铁路小。伦敦地铁视频城市轻轨(上海明珠线)地下铁道5.2.3城市轻轨与地下铁道5.2.4磁悬浮铁路一、磁悬浮铁路的由来(1)磁悬浮铁路上运行的列车，是利用电磁系统产生的吸引力和排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在线路上，利用电磁力进行导向，并利用直流电机将电能直接转换成推进力来推动列车前进。(2)轮轨粘着式非粘着式超高速铁路；(3)常规磁铁吸引式悬浮系统（EMS系统）与排斥式悬浮系统（EDS系统）。二、磁悬浮列车的组成分为三部分：悬浮系统、推进系统和导向系统5.2.4磁悬浮铁路磁悬浮列车的组成磁悬浮列车悬浮系统的组成示意图5.2.4磁悬浮铁路磁悬浮列车推进系统的组成示意图5.2.4磁悬浮铁路导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的推力与悬浮力相类似，也可以分为引力和斥力。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力，也可以采用独立的导向系统电磁铁。5.2.4磁悬浮铁路日本的磁悬浮列车5.2.4磁悬浮铁路德国的磁悬浮列5.2.4磁悬浮铁路中国上海的磁悬浮列车5.2.4磁悬浮铁路三、磁浮铁路的优缺点优点：(1)克服了传统轮轨铁路提高速度的主要障碍，发展前景广阔。(2)速度高，可达400～600km/h；(3)列车能耗低。5.2.4磁悬浮铁路缺点：(1)由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。(2)常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。(3)超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。(4)造价昂贵、不能利用既有线路以及速度优势不明显。5.2.4磁悬浮铁路5.3机场工程5.3.1机场概况一、民航运输机(1)干线运输机：载客量100人，航程3000km(2)支线运输机：载客量100人，航程200～400km莱特兄弟飞机视频各类民航飞机Boeing777空中客车380协和超音速客机MD905.3.1机场概况二、民航机场分类和组成(1)机场分类:国际机场、干线机场、支线机场。(2)机场的组成:主要由飞行区、旅客航站区、货运区、机务维修设施、供油设施、空中交通管制设施、安全保卫设施、救援和消防设施、行政办公区。生活区、生成辅助设施、后勤保障设施、地面交通设施及机场空域等组成。5.3.1机场概况5.3.2机场的跑道方案机场跑道方案一、跑道的分类与构成跑道按其作用可分为：主要跑道、辅助跑道、起飞跑道等三种。跑道的作用与构成包括：跑道道肩、停止道、跑道端的安全区、净空道、滑行道等5.3.2机场的跑道方案二、机场跑道长度的限制条件5.3.2机场的跑道方案三、机坪与机场净空区机坪：等待坪和掉头坪机场净空区：指飞机起飞着陆涉及的范围，沿着机场周围要有一个没有影响飞行安全的障碍物的区域。国际民航组织对机场的净空区专门的要求如下图所示：5.3.2机场的跑道方案机场净空区要求5.3.2机场的跑道方案5.3.3航站区布局航站区主要有航站楼、站坪及停车场所等组成。上海浦东国际机场一、航站楼(1)布局：平面布局和竖向布局；(2)主要型式：线型、廊道型(上海浦东国际机场)、卫星型(原北京国际机场)、转运型。二、站坪、机场停车场5.3.3航站区布局5.3.4机场维护区及环境一、机场维护区机场维护区是飞机维修，供油设施、空中交通管制设施、安全保卫设施、救援和消防设施、行政办公区等设置的地方。二、机场环境问题(1)机场周围环境：声环境、空气环境、水环境(2)机场营运环境：净空环境、电磁环境、预防鸟击飞机(3)机场内部环境：机场的内部环境保护重点是声环境，机场建筑物要进行合理的声学设计。5.3.4机场维护区及环境5.4隧道工程世界经济发展合作组织（OECD）对隧道所下的定义为：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。隧道的种类很多，按用途分,有铁路隧道、公路隧道、公铁两用隧道等；按断面形状分,有圆形隧道、拱形隧道、卵形隧道、矩形隧道等；按位置分，有傍山隧道、越岭隧道、水底隧道和地下隧道等；按衬砌结构分，有之墙式衬砌隧洞、曲墙式衬砌隧道、曲边墙叫仰拱衬砌隧道等；按隧道内铁路线路数分，有单线隧道、双线隧道和多线隧道等。隧道结构：洞身：隧道结构的主体部分。衬砌：承受地层压力，维持岩体稳定，阻止坑道周围地层变形的永久性支撑物。它由拱圈、边墙、托梁和仰拱组成。洞门——位于隧道出入口处，用来保护洞口土体和边坡稳定，排除仰坡流下的水。它由端墙、翼墙及端墙背部的排水系统所组成。5.4隧道工程英吉利海峡隧道视频5.4.1公路隧道一、公路隧道线路公路隧道的各种主要断面形状公路建筑限界公路隧道横断面净空5.4.1公路隧道二、公路隧道通风公路隧道空气污染造成危害的主要原因是一氧化碳。通风方式的种类：混合式横向式半横向式竖井式风道式和喷嘴式射流式纵向式机械通风自然通风通风方式5.4.1公路隧道三、公路隧道施工施工的主要程序:5.4.1公路隧道施工方法：新奥法(NATM):新奥法的概念是奥地利学者拉布西维兹教授于1948年提出的，它是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法。挪威法（NMT）：是20世纪90年代在西北欧隧道工程中发展起来的一种新方法，该法根据隧道质量指标Q值进行围岩分类并选定支护，是对新奥法的完善、补充和发展。5.4.1公路隧道5.4.2铁路隧道一、地铁车站的站台型式：岛式站台、侧式站台和岛侧混合式站台。二、地铁隧道施工地下铁道的施工方法概括起来有两大施工方式：明挖法和暗挖法。明挖法(基坑法)：从地面向下开挖，并在欲建地下铁道结构的位置进行结构的修建，然后在结构上部回填土及恢复路面。5.4.2铁路隧道暗挖法主要方法：盾构法、注浆法、沉管法和顶管法盾构施工法的示意图5.4.2铁路隧道盾构拼装出洞的顺序5.4.2铁路隧道5.4.3水底隧道在有大吨位船舶航行的水域，或穿越水域的铁路运量和输密度很大，或在城市内河流两岸建筑物密集区，经过技术经济比较，可考虑修建水底隧道。水底隧道一般由岸边敞口段，岸边暗挖段和水底暗埋段三部分组成。5.4.3水底隧道一、水底隧道埋置深度的影响因素1.地质及水文地质条件2.施工方法要求3.抗浮稳定的需要4.防护要求二、水底隧道的断面形式圆形断面、拱形断面、矩形断面5.4.3水底隧道三、隧道防水1.防水混凝土2.壁后回填3.围岩注浆4.双层衬砌5.4.3水底隧道四、世界著名的隧道工程日本青函海底隧道世界上最长的隧道5.4.3水底隧道英吉利海峡隧道5.4.3水底隧道仙尼斯隧道：连接法国、意大利两国，长12900米，双线，建于1857—1871年。圣哥达隧道：位于瑞士境内，长15000米，双线，建于1872—1882年。辛普伦隧道：连接瑞士意大利的一座铁路长隧道，长19800米。第一号隧道建于1896—1906年，第二号隧道建于1912—1921年。美国最长的隧道是1925—1928年修建的长12540米的喀斯喀特隧道。世界上最长的山岭隧道是位于日本上越新干线的大清水隧道，长22280米。5.4.3水底隧道课外检索(1)查阅中国公路网，了解我国公路现状。(2)检索国内里程长度最长的前五条铁路。(3)任选一国家的首都机场和我国首都机场作定性比较。(4)列举隧道开挖中的安全防范措施。