隧道与地下工程概论

LOGO年代后期，国际隧协提出“大力开发地下空间，开始人类新的穴居时代”的倡仪；1991年通过的《东京宣言》，提出“21世纪是地下工程的世纪”；2007年世界隧道大会主题：“地下空间—城市的第4维”；2011年世界隧道大会主题：“地下空间服务于可持续社会”。LOGO当今世界人类生活环境，尤其以城市面临的主要问题：人口急剧膨胀，资源枯竭，环境污染，交通拥堵，人类的地面生存空间进一步压缩，“城市病”突出。例如：北京市区人口密度平均是3万人/平方公里；上海市区人口密度平均是4.5万人/平方公里，部分地区是16万人/平方公里。拥挤、超饱和状态！！北京市干道的平均车速比10年前降低了50%以上，而且目前市区道路的车速还在以每年2千米的速度下降；上海市一些重要路段的平均车速仅8km/h雾霾是当下中国环境问题的关键词，其中京津冀地区是雾霾最为严重的地区。此外水污染也是城市最为严峻的环境问题。LOGO那么,城市的出路在哪里?很多科学家都在提出各种不同的建议。归结起来主要有：向宇宙要空间向海洋要空间开发地下空间遥远、抽象现实、可行（宇宙城）（填海造地，悬浮隧道，马尔代夫的水下餐厅，水下内阁会议）LOGO地下工程定义和分类地下工程：指水底和地面以下土层或岩体中修建各种类型的地下建筑物或结构的工程。它包括：交通运输方面的地下铁道、隧道、停车场、通道等；军事方面和野战军事的地下指挥所、通讯枢纽、掩蔽所、军火库等；工业与民用方面的地下车间、电站、库房、商店、人防与市政地下工程；文化、体育、娱乐与生活等方面的联合建筑体。一地下空间利用LOGO根据使用目的，地下设施主要有以下8类：1.居住设施：指各种地下或半地下住宅，我国窑洞及北美等地的覆土式房屋就是典型的地下住宅。地下住宅有着显著的节能和改善微气候的功能。2.公共设施：城市的发展需要开发地下空间，形成商业街、停车场、下沉式广场、地下过街人行道等。3.功能设施：为改善城市功能的各项设施，包括埋在地下的各类管线、变电站、水厂、污水处理系统、地下垃圾处理系统、管沟等。4.生产设施：在城市人口密集区，将有噪声污染、振动污染的工业厂房、变电站等迁至地下，改善城市环境、提高市民生活质量。5.交通设施：指运送物资或人员的各种地下铁路、公路、管线等。交通功能是大多数城市开发利用地下空间的主要目的。6.贮藏设施：地下空间是有恒温性及防盗性好、鼠害轻等优点，因此节能、安全、低成本的地下仓库广泛应用于储存食品、水资源、石油、城市垃圾等。7.防灾、人防设施：地下空间对各种自然、人为灾害具有较强的综合防灾能力，地下人防设施战争时承担人防功能，而和平时期仍可用于其他事业。8.军事设施：指各种永久的和野战的军事、屯兵和作战坑道、指挥所、通信枢纽部、掩蔽所、军用油库、军用物资仓库、导弹发射井等。2地下工程分类LOGO自从人类出现以来，已有300万年以上的历史。在这段漫长的时期内，地下空间作为人类防御自然和外敌侵袭的防御设施而被利用。随着科学技术和人类文明的发展，这种利用也从自然洞穴的利用向人工洞室方向发展。到现在地下空间利用的形态已千姿百态，远远超出为个人生活服务的利用领域，而扩大到为了保持作为集团的居民的生活藉要空间。尤其是现代，人口向城市集中，使城市人口密集、城市功能恶化，为了保持城市功能及交通所需的空间，也开始求助于地下空间。预计地下空间，作为人类在地球上安全而舒适生活的补助空间，在经济可持续发展中，将占据重要地位，其利用程度和规模，将会日益扩展。科学预测指出—21世纪将是大力开发地下空间的世纪。从某种意义上来讲，地下空间的利用历史是与人类文明史相呼应的，大致分为四个时代：2国内外地下空间发展历程LOGO年的远古时期。人类原始穴居，天然洞窟成为人类防寒暑、避风雨、躲野兽的处所。如：北京周口店的北京猿人洞穴是迄今所知世界上最早的与岩土工程有关的遗址。LOGO年至5世纪的古代时期。埃及金字塔、古代巴比伦引水隧道以及罗马时代的隧道工程，均为此时代的建筑典范。我国秦汉时期的陵墓和地下粮仓，已具有相当技术水准和规模。公元前2180～前2160年左右，在幼发拉底河下修建的一条约900米长的砖衬砌人行通道，是迄今已知的最早用于交通的隧道，它是在旱季将河流改道后用明挖法建成，乃是隧道工程的鼻祖。古代最大的隧道建筑物历史可以继续追溯到公元前36，在那不勒斯和普佐里之间开凿的婆西里勃道路隧道，长约1500米，宽8米，高9米，是在凝灰岩中凿成的一条长隧道，其伟大之处在于，至今仍可以使用，作为人类古代工程瑰宝的同时，依旧造福着世人。远来君子到此庄，休笑土窑无厦房，虽然不是神仙洞，可爱冬暖夏天凉坎儿井LOGO世纪至中世纪时代。世界范围矿石开采技术出现，推进了地下工程的发展。LOGO第四时代从中世纪后开始的近代与现代。欧美产业革命，诺贝尔发明黄色炸药，成为开发地下空间的有力武器。日本明治时代，隧道及铁路技术开始引进并得到发展。——日本60年代建造地下工程总量近1亿立方米，70年代为3亿立方米。——法国巴黎地下交通规划为上下两层。——美国已建成4000多座人防指挥所。——瑞典建成埋在地下210m深的地下岩石中的热水库。我国自50年代初开始，修建了大量的防空地下建筑工程。这些工程可作为地下餐厅、商店、医院等。战争时期则可改建为人防指挥所和民房掩蔽所。LOGO巴黎改造前、施工中及改造后的LesHALLES地区LOGO夏延山军事基地是世界上防备最森严的洞穴军事基地，成立于1958年5月12日。夏延山军事基地的隧道上有厚达300米的花岗岩山体，迷宫般的指挥所下面有巨大的弹簧和橡胶垫，能抗击核弹头的直接命中。内有供6000人用的全套三防生存体系，能在核大战环境下生存数月。这里号称美军的“神经中枢”。夏延山下的北美防空司令部备用指挥中心的核掩体入口夏延山下的北美防空司令部备用指挥中心的核掩体内部指挥室LOGO英里（110公里）的瑞典斯德哥尔摩地铁不但是全球最美的地铁，同时也是全球最长的艺术展览“长廊”。LOGO“石门”隧道建于东汉明帝永平九年（公元66年），位于今陕西省汉中县褒谷口内，用我国古代原始攻凿山石的办法火烧水激”凿成的，是我国最早的人工隧道。20世纪70年代初国家修建石门水库，深埋于水库之下。狮球岭隧道是中国最早建成的铁路隧道，位于台湾省基隆经台北至新竹窄轨铁路的基隆与七堵之间，全长261米。这座隧道通过页岩、砂岩及粘土地层，最大埋深61米。在地层压力较大处，拱部用砖作衬砌，边墙用石料作衬砌；在岩层较好处，则用木料作衬砌。隧道于1887年从南北两端同时开工，由外国工程师定出线路方向及中心桩的开挖高度，由清朝政府的军队负责施工，于在1890年建成。国内隧道修建历程石门隧道淹没了褒姒道的石门水库狮球岭隧道狮球岭隧道支护LOGO～1904年修建了长度为3078米的兴安岭隧道，这是当时亚洲最长的宽轨铁路隧道。兴安岭隧道是东清铁路（民国后改称“中国东省铁路”，简称“中东铁路”）的咽喉工程，位于今内蒙古自治区牙克石市境内，全长3077.2米，是由一位俄国女工程师设计的。这条隧道始凿于1901年，1903年凿通后，东清铁路全线通车。这一时期最具代表性的隧道工程是由我国杰出工程师詹天佑亲自规划和督造的京张铁路八达岭隧道，全长1091米，工期仅用了18个月，于1908年建成。这也是我国自行修建的第一座越岭铁路隧道。1911年10月清王朝覆灭，到1949年10月中华人民共和国成立的38年中，我国共在40余条总长度约7000公里的铁路干线和支线上修建了总长度约100公里的370余座铁路隧道。其中有当时我国最长的滨绥铁路第二线上长度为3840米的杜草隧道，建于1939～1941年，所穿过的地层为花岗岩，采用上下导坑法施工，混凝土衬砌。LOGO～60年代。50年代至60年代初，是新中国第一代隧道建设工程。该阶段采用钻爆法施工，以人工和小型机械凿岩、装载为主，临时支护采用原木支架和扇形支撑。隧道施工基本无通风，由于技术水平落后，人工伤亡事故时有发生。该阶段的主要标志性工程有位于川黔铁路上的凉风垭隧道，该隧道长度4270米，于1959年6月贯通。1965年北京建设地下铁道。一期工程采用明挖法施工。二期工程采用浅埋明挖法施工。60年代上海修建打浦路水底公路隧道。70年代，我国修建了大量地下人防工程，其中相当一部分目前已得到开发利用，改建为地下街、地下商场、地下工厂和贮藏库。凉风垭隧道1969年10月1日，北京地铁一号线开通北京地铁一号线施工现场北京地铁一号线混凝土浇筑现场长沙建于60——70年代的人防工程扬州“七八二”人防工程哈尔滨“7381”工程LOGO年代上海建成延安东路水底公路隧道，全长2,261m，采用直径11.3m的超大型网格水力机械盾构掘进机施工，建成了当时世界第三条盾构法施工的长大隧道。衡广铁路复线的大瑶山双线隧道是80～90年代最典型的代表，隧道全长14295米，于1987年建成。这是我国20世纪最长的双线铁路隧道，名列世界第十。大瑶山隧道实现了大断面施工，并逐渐成为我国长大隧道的修建模式。该成果1992年获国家科技进步特等奖。进入90年代中期，我国隧道修建技术达到了新的水平，已与世界接轨。这一时期的标志性工程是位于西康铁路的秦岭隧道，全长18460米。在该隧道施工中，采用了目前最先进的全断面隧道掘进机技术，即TBM技术。以该隧道技术的发展为代表，证明了我国隧道修建技术已达到世界先进水平，这是一个新的里程碑延安东路水底公路隧道施工延安东路水底公路隧道大瑶山隧道大瑶山隧道凿岩台车秦岭铁路隧道秦岭铁路隧道TBMLOGO近十余年来，为了满足人们日益增长的出行需求，特别是随着我国经济社会发展取得巨大进步。我国交通基础设施建设规模逐渐扩大，尤其是随着西部大开发和中部崛起战略的逐步实施，高速公路、高速铁路以及城市地铁建设迅猛发展。据不完全统计，截止到2010年底，我国已经建成的铁路隧道总长度已经超过7000km，在建铁路隧道总长度已超过7500km，正在设计和规划建设的隧道总长度超过10000km；中国公路隧道正以年均350km的速度递增，截至2010年底，中国有公路隧道7384座、5122.6km，其中，特长隧道265座、1138km，长隧道1218座、2020.8km；目前城市地铁已建成1000公里，从隧道的数量、规模和建设速度来看，我国已成为世界上隧道和地下工程最多，最复杂和发展速度最快的国家，我国已经成为名副其实的隧道大国。LOGO