学习资料一 了解隧道常识

入门任务一了解隧道常识二郎山隧道常见的公路隧道常见的铁路隧道常见的地铁隧道常见的水下隧道一、隧道的定义隧道——建筑在地下的通道建筑物。工程中还常将未加支护的毛洞称为坑道。围岩——指坑道周围一定范围内，对坑道稳定有影响的那部分岩体。或表述为：坑道周围一定范围内，受隧道工程施工和车辆荷载影响的那部分岩体。支护——为维护围岩稳定而施作的人工结构。二、隧道的结构组成隧道1.围岩2.支护3.洞门4.附属设施天然结构部分，也是主体部分，不可替代。初期支护（外层衬砌）后期支护（内层衬砌）人工结构部分，也是辅助部分，可以选择。明暗交界处的结构部分。避车洞、下锚段、人行横洞（铁路）紧急停车带、人/车行横通道（公路）排水沟槽系统、电缆管槽系统通风巷道系统功能性构造部分三、隧道的种类隧道的种类按隧道的作用划分交通隧道按所处地质条件划分按埋置的深度划分按所在的位置划分输水隧道市政隧道矿山隧道行业习惯石质隧道土质隧道深埋隧道浅埋隧道山岭隧道水下隧道（地层中）水底隧道（河床上）地铁隧道专业性划分四、隧道的规模1、按长度划分，公路（铁路）长度在：短隧道500m及以下中长隧道500m~1000m（铁路隧道500m~3000m）长隧道1000m~3000m（铁路隧道3000m~10000m）特长隧道3000m以上（铁路隧道10000m以上）2、按断面划分，断面面积在：小断面10m2及以下中等断面10m2~50m2大断面50m2~100m2特大断面100m2以上五、隧道的工程特点1、主体结构埋设于地面以下因此，隧道周围区域的工程地质和水文地质条件对隧道施工是否能够顺利进行，起着重要的、甚至是决定性的作用。地质条件不同，则施工方案将有较大的差异。2、是一个狭长的建筑物作业面受限，施工速度比较慢，往往使一些长大隧道的工期也比较长，成为新建线路上控制工程。可提前开始施工。3、可以常年全天候稳定地安排施工与桥梁和线路工程相比，隧道施工受昼夜更替、季节变换、气候变化等自然条件的影响较小。4、地下工程施工环境较差，施工中还可能进一步恶化例如爆破产生有害气体、喷射混凝土产生粉尘等。必须采取有效措施加以改善，如人工通风、照明、防尘、排水等，使施工场地符合卫生条件，以保证施工人员的身体健康，提高劳动生产率。5、建成困难、建好困难、一旦建成要更改就更困难隧道是一种埋设于地下的大型隐蔽工程，所以在规划和设计中，应认真研究隧道与线路之间的关系、详细调查隧道区域地质等问题；在施工过程中，要每一道工序都严格按有关规定执行，确保隧道工程质量达到标准要求，当工期与质量发生冲突时，应优先保证工程质量。6、运输不便，物资供应困难隧道大多穿越崇山峻岭，工地一般都位于偏僻的深山峡谷之中，往往远离已有交通线，规划隧道工程时应予考虑的问题之一。六、几个相关概念1、隧道工程设计——工程规划活动隧道工程设计是出于开拓并持续安全应用地下通道空间的目的。勘察地形、地质、地物等环境条件，确定隧道位置，并根据隧道围岩自稳能力的强弱，选择确定为保持隧道稳定所需提供帮助的多少——即需要的加固范围，以及选择确定支护的材料种类、结构形式、力学性能，支护参与时机、施作方法、监测方法、质量标准等支护技术参数，并评估支护的有效性和经济性的一系列工程规划活动。隧道工程设计阶段可以分为：建筑设计、结构设计、施工设计三个阶段。2、隧道工程施工——建筑活动隧道工程施工是指按照规定的使用目的、规定设计要求、规定的技术标准，使用适当的人员、资金、机械、材料，运用适当的施工方法、施工技术和施工管理，在指定的地层中修建隧道及地下洞室建筑群的建筑活动。3、隧道施工方法——开挖和支护等工序的组合广义的讲，建筑工程施工方法是为达到规定的使用目的、规定设计要求、规定的技术标准，按照建筑物的结构组成将其建造过程分解为一系列工序（作业），然后将这些工序按照时间、空间、功能和技术关系进行适当的组合，使用一定的人员、资金、机械、材料，运用一定的技术措施和管理措施，使各项作业按照一定的程序完成，并最终建成建筑物的方法。不同地下建筑环境条件，采用的隧道及地下工程建筑形式不同，修建的方法也不同。隧道工程常用的施工方法有：新奥法（NATM）、明挖法、盖挖法、盾构法（Shield）、掘进机法、沉埋法。4、隧道施工技术——手段和措施隧道施工技术是指在各种建筑环境条件下隧道施工过程中，所需的各项技术手段和措施。如：开挖技术（方法）、掘进技术（方法）、出渣运输技术；初期支护（锚杆、喷射混凝土、钢拱架）技术、洞内模筑衬砌技术；隧道施工测量技术、围岩动态量测与监控技术；基坑围护技术；防水技术、供水排水技术、供电用电技术；地质勘探与超前地质预报技术；机械配套和联合作业技术；劳动力组织和各工种的协调技术；材料采购和质量检验技术；成品质量检验和控制技术；施工场地和生活设施规划技术；废水处理技术、防尘排烟技术、隔音降噪技术等环境保护技术；施工安全和职业安全技术等；塌方处理技术；隧道穿越膨胀土、黄土、软土、流砂、岩溶、涌水、瓦斯、高地温、高应力地层等特殊地质地段时所需的特殊技术，如：在软弱地层中的超前小导管注浆或长管棚帷幕注浆加固和堵水技术；在承压水地层中的防突水技术，在含瓦斯地层中的防突瓦斯和防爆技术；在高地温地层中的降温技术；在高应力地层中的应力释放技术等5、隧道施工管理——过程方法隧道施工管理是以履行施工合同为目的，建立和运行隧道施工管理体系，并在运行的过程中加以改进的过程方法。即对施工过程的计划、实施、检查、改进（PDCA）的程序和方法。管理工作的内容：施工方案选择、施工方法选择、施工技术选择；施工进度控制、施工质量控制、施工成本控制；施工场地布置；施工人员聘用和培训、工程材料和能源采购、供应、施工机械购置和配备；环境保护、职业健康和安全保护等项。施工管理对象：人事管理、材料管理、机械管理、技术管理、质量管理、经济管理、安全管理等方面。6、隧道工程理论——基本策略的核心表达隧道工程理论是人们对隧道及地下洞室工程问题的基本认识（即概念）、力学模型的模拟建立、工程措施的选择原则以及工艺流程的设计思想的总和或核心表述。它体现人们对工程问题的基本认识和解决工程问题的基本策略。七、隧道及地下工程理论简介1、两大理论的发展过程及其核心表述20世纪以来，在大量的地下工程实践中，人们普遍认识到：隧道及地下洞室工程的核心问题，都归结在两个关键工序上。既相互促进又相互制约围岩稳不稳，比岩体好不好挖更为重要两个关键工序开挖支护如何开挖，才能更有利于洞室的稳定和便于支护如何支护，才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖传统隧道工程理论——松弛荷载理论（20世纪20年代提出）核心内容表述：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支承。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。代表性人物：太沙基（K.Terzaghi）和普世等人。松弛荷载理论是在总结传统矿山法的原理的基础上提出来的，它类似于地面工程考虑问题的思路，已经发展到一个相当的水平，至今仍被广泛地应用着。现代隧道工程理论——围岩承载理论（20世纪50年代提出）核心内容表述：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力；不稳定的围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。代表性人物：腊布希维兹、米勒-菲切尔、芬纳-塔罗勃和卡斯特奈等人。围岩承载理论是在总结新奥法的原理的基础上提出来的，它已经脱离了地面工程考虑问题的思路，而更接近于地下该工程实际，近半个世纪以来已被广泛接受和推广应用，并且表现出了广阔的发展前景。2、两大工程理论的比较说明松弛荷载理论围岩承载理论认识围岩虽然有一定的承载能力，但极有可能因松弛的发展而致失稳，结果是对支护结构产生压力作用。视围岩为荷载的来源，采取直观的方法和结构来承受围岩压力，以期维持围岩的稳定。更注意结果和对结果的处理，不得不被动接受开挖坑道后围岩的任何变化结果。围岩虽然可能产生松弛破坏而致失稳，但在松弛的过程中围岩仍有一定的承载能力，具有三位一体特性。视围岩为结构的主题和承载的主体，对其承载能力不仅要尽可能地利用，而且应当保护和增强。更注重过程和对过程的控制，应主动控制开挖坑道后围岩的变化过程。理论比较项工程措施支护根据以往工程对围岩稳定性的经验判断，进行工程类比，确定临时支撑参数。考虑到隧道开挖后，围岩很可能松弛坍塌，常用型钢或木构件等刚度较大的构件进行临时支撑，盾构是临时支撑的最佳形式。待隧道开挖成型后，逐步将临时支撑撤换下来，而用单层衬砌作为永久性衬砌。根据量测数据提示的围岩动态发展趋势，确定初期支护参数。为了控制围岩松弛变形的过程，维护和增强围岩的自承能力，常用锚杆和喷射砼等柔性构件组合起来加固围岩，必要时可增加超前锚杆或钢筋网甚至钢拱架，称为初期支护。然后采用砼或钢筋砼内层衬砌承受后期围岩压力并提供安全储备。初期支护、内层衬砌与围岩共同构成隧道的复合式承载结构。开挖常用分布开挖，以便于构件支撑的施做。钻爆法或中小型机械掘进。常用大断面开挖，以减少对围岩的扰动。钻爆法或大中型机械掘进。优缺点1.临时支撑工艺简单，易于操作；2.当围岩松散破碎或有水时，需满铺背材，也能奏效；3.临时支撑拆除既麻烦又不安全，不能拆除时，既浪费又使衬砌受力条件不好；4.一般必须在开挖后再支撑，故一次开挖断面的大小受围岩稳定性好坏的限制，因而开挖与支护之间的相互干扰较大，施工速度较慢。1.锚喷初期支护按需设置，适应性强，工艺较复杂，对围岩的动态量测要求较高；2.当围岩松散破碎甚至有水时，需采用辅助方法（如超前锚杆、超前管棚、超前小导管注浆等）来支持，才能继续施工；3.初期支护无需拆除，施工较安全，支护结构受力状态较好；4.由于采取了初期支护措施，一次开挖断面可以加大，因而减少了开挖与支护间的相互制约，施工速度较快。八、隧道工程的发展方向1、加强隧道地质勘探和预报技术研究施工阶段应将超前地质预测、预报纳入正常的施工工序中，避免发生突水、突泥、坍方等重大工程事故。常用方法：地质素描、地质雷达、TSP探测法、红外探水、超前钻探（水平钻探、竖直钻探、导坑超前探）2、加强量测技术及预报分析技术研究准确判断围岩稳定程度和发展趋势，预报围岩动态和指导施工、保障安全，防治隧道施工发生重大工程事故。3、加强对隧道施工机械化与成本关系的研究在我国人力资源丰富的条件下，机械化达到什么程度，才是技术、经济、工期、投资、社会等各方面都可以接受的平衡点，机械化程度与隧道工程投资（或施工成本）的关系如何，是值得深入研究的问题。4、加强对山岭隧道掘进技术的研究山岭隧道钻爆掘进技术主要依赖凿岩机械和爆破材料。注重开发研究更安全、高效、环保的爆破器材，推广应用高效、节能的凿岩机械，总结出更为优化的爆破方法，提高钻爆掘进速度。5、加强对初期支护的有效性和耐久性的研究完善初期支护施工工艺、加强初期支护施工质量控制、提高初期支护的有效性，保证工程质量、保证施工安全；在隧道设计、施工中，如何保证支护结构（尤其是初期支护结构）的可靠度和耐久性，已经在我国高速铁路隧道工程技术讨论中明确提出，称为摆在我国隧道工作者面前的一个重要问题。6、加强对内层衬砌整体性、防水性能的研究在高速铁路和高速公路线上的隧道中，为增强衬砌的整体性，已经不再允许先做墙拱后作仰拱，也不再允许将仰拱分成左右两幅施做，而是明确要求“完全顺作”。“仰拱栈桥技术”的推广应用已势在必行。浙江省余杭市安吉县天荒坪抽水蓄能电站工程，输水隧道衬砌采用整体滑动模板技术取得成功；满铺塑料防水板、防水混凝土可形成多重结构防水，应注重提高其防水的有效性；“分区隔离防排水技术”，可区分地下水埋藏条件的不同，提高全隧道防水效果，降低防排水成本。7、加强对地层改良技术的应用研究在极度软弱破碎甚至富含有压地下水的围岩条件下，常规的锚喷支护技术或超前支护技术已不能奏效。应特别加强地层改良技术如注浆加固技术、冷冻固结技术、超前小导管或超前管棚注浆加固技术的应用及其有效性研究，提高在不良地质条件