1B414000隧道工程概論ppt課件

1、隧道工程.1.1隧道的定義 通常指用作地下通道的工程建筑物。 1970年，OECD(世界經(jīng)濟協(xié)作與開展組織)隧道會議從技術(shù)方面給隧道定義：以任何方式建筑，最終運用于地表以下的條形建筑物，其內(nèi)部空洞凈空斷面在2m2以上者均為隧道。.1.2隧道工程的開展概略 原始時代 即人類的出現(xiàn)到紀元前3000年的新石器時代，是人類利用隧道來防御自然要挾的穴居時代。隧道是用獸骨等工具開挖，修筑在可以本身穩(wěn)定而無需支撐的地層中。遠古時代 從紀元前3000年到5世紀，是為生活和軍事防御目的而利用隧道的時代。這個時代隧道的開發(fā)技術(shù)構(gòu)成了現(xiàn)代隧道開發(fā)技術(shù)的根底。例如，古埃及金字塔的建立就開場建筑了地下建筑。紀元前220

2、0年間的古代巴比倫王朝為連結(jié)宮殿和神殿而建筑了約1km長的隧道，斷面為3.64.5m，施工期間將幼發(fā)拉底河水流改道，采用明挖法建造，該隧道是一種磚砌建筑。.中世紀時代 約從5世紀到14世紀的1000年左右。這個時期正是歐洲文明的低潮期，建立技術(shù)開展緩慢，隧道技術(shù)沒有值得一提的提高。但由于對地下礦產(chǎn)資源銅、鐵等的需求，開場了礦石開采。近代和現(xiàn)代 即從16世紀以后的產(chǎn)業(yè)革命開場。這個時期由于炸藥的發(fā)明和運用，加速了隧道技術(shù)的開展。如有益礦物的開采，灌溉、運河、公路和鐵路隧道的建筑以及隨著城市的開展建筑地下鐵道、上下水道等，使得隧道的技術(shù)得到極大的開展，其運用范圍迅速擴展。.1.3隧道技術(shù)的開展與成

3、就據(jù)現(xiàn)有資料記載，我國最早的交通隧道是位于今陜西漢中縣的石門隧道，建于公元66年，是供馬車和行人通行的。世界上最早的隧道是公元前2200年，巴比倫國王為連結(jié)宮殿而建筑的隧道。丈量技術(shù)的出現(xiàn)，推進了隧道技術(shù)的提高。人們利用棚架支撐巖層和卷揚提升土石，從兩端洞口開挖隧道，數(shù)量較多的各種用途的隧道和水工隧道開場增多。14世紀發(fā)明了火藥，推進了隧道技術(shù)開展。1679年用于法國拉恩開得克運河隧道開挖，獲得極大勝利，隧道發(fā)掘技術(shù)得到飛速的開展。19世紀的產(chǎn)業(yè)革命，隧道開挖出現(xiàn)了各種新方法，迎來了近代隧道開挖技術(shù)的新曙光。1818年布魯內(nèi)爾Brune1發(fā)明了盾構(gòu)，意大利物理學(xué)家歐拉頓Erardon提出以緊縮

4、空氣平衡脆弱地層涌水壓力。防止地層坍塌的方法后，英國的科克倫Co-Chrane利用這個原理發(fā)明用緊縮空氣開挖水底隧道的方法。.新中國成立以來，為改動國家的經(jīng)濟規(guī)劃，開展內(nèi)地和山區(qū)的經(jīng)濟，先后建筑了數(shù)十條隧道比重較大的山區(qū)鐵路。使得我國在鐵路隧道的數(shù)量和施工技術(shù)上都有了較大開展，逐漸掌握了隧道建筑的近代技術(shù)，從人力為主體的施工轉(zhuǎn)向以機械開挖為主體的施工，技術(shù)上有了質(zhì)的飛躍。1979年開場正式推行新奧法.我國公路隧道的建立開展相對緩慢。近幾年由于高速公路建立的加快，公路隧道的數(shù)量已開場成倍的增長，據(jù)不完全統(tǒng)計，到1999年底，我國已建成的公路隧道達1217座，單洞總延伸超越406km。隧道稱號隧道

5、長度m營運條件大溪嶺隧道4100雙向、雙車道二郎山隧道4160單向、雙車道華瑩山隧道4770單向、雙車道鷓鴣山隧道4400單向、雙車道木魚槽隧道3600雙向、雙車道八達嶺隧道3455雙向、雙車道真武山隧道重慶3100單向、雙車道中梁山隧道重慶3165單向、雙車道牛郎河隧道3920單向、雙車道貓貍嶺隧道3600單向、雙車道 秦嶺終南山隧道18100雙洞、單向、雙車道.目前世界上已建成公路隧道，最長的瑞士16.918km的圣哥達隧道，而挪威正在建筑的AurlandLaerdal公路隧道，長度達24.5km。世界上長大公路隧道的概略列于表1.2。其中經(jīng)過阿爾卑斯山最頂峰下銜接法國和意大利的勃朗峰(M

6、t.Blance)隧道，全長11.6km，道路寬7.0m，從頂板到路面高6m，斷面呈馬蹄形，襯砌厚80cm，法國側(cè)入口標高為1274m，意大利側(cè)標高為1m，最大埋深約2500m，雙車道相向運轉(zhuǎn)，最高限速為80公里/小時。1959年開工， 1965年開場運營 表1.2 世界各國已建成和在建的長度大于10km的公路隧道隧道名稱國家長度（m）勃朗峰（Mt.Blance）法國意大利11600弗雷儒斯（Frejus）法國意大利12901圣哥達（St.Gothard）瑞士16918阿爾貝格（Arlberg）奧地利13927格蘭薩索（Gran Sasso）意大利10173關(guān)越I（Kan-Etsu）日本109

7、20關(guān)越II（Kan-Etsu）日本11010居德旺恩（Gudvanga）挪威11400Folgefonn挪威11100Aurland Laerdal挪威24500坪林（Pinglin）中國臺灣12900Hida日本10750秦嶺終南山隧道中國18100.1.4隧道的分類及其作用1、按用途分常用分類方法 (1)交通隧道：提供運輸?shù)目椎篮屯ǖ?，主要有：鐵路隧道、公路隧道、水底隧道、地下鐵道、人行地道。 . (2)水工隧道：是水利工程和水利發(fā)電樞紐的一個重要組成部分。主要包括： 引水隧道：把水引入水電站發(fā)電機組產(chǎn)生動力資源。 尾水隧道：把發(fā)電機組排出的廢水送出去的隧道。 導(dǎo)流隧道泄洪隧道：引導(dǎo)水流

8、 排沙隧道：用于沖刷水庫中淤積的泥沙而建筑的隧道.水工隧道. (3)市政隧道：是城市中為安頓各種不同市政設(shè)備的地下孔道。主要有：給水隧道、污水隧道、管路隧道、線路隧道、人防隧道。 (例如：綜合管網(wǎng)、海底設(shè)備隧道等) (4)礦山隧道：其作用主要是為采礦效力的。主要有：運輸巷道、給水隧道、通風隧道。.地下電纜隧洞.隧洞開挖圖.2、按隧道長度分公路隧道規(guī)范： (1)專長隧道： L3000 m (2)長 隧 道：3000 m L1000 m (3)中長隧道：1000 m L500 m (4)短 隧 道： L500 m.3、按斷面面積分： (1)特大斷面隧道：斷面積在100m2 以上 (2)大斷面 隧

9、道：斷面積在50100m2 之間 (3)中等斷面隧道：斷面積在2050m2 之間 (4)小斷 面 隧道：斷面積20 m2 以下 .4、按隧道所處的地理位置劃分： 山嶺隧道 水底隧道 城市隧道. 隧道是交通線上的重要組成部分，是國家重要的根底設(shè)備；重要性 1.5隧道在交通建立中有哪些作用？. 快速暢通的交通網(wǎng)是經(jīng)濟開展的前提，低等級公路已不順應(yīng)高速經(jīng)濟開展的需求；必要性隧道使公路里程大大縮短. 目前我國高速公路相對較少，與我國人口、經(jīng)濟開展相比，太少。社會經(jīng)濟開展，交通必先行。緊迫性.1.6隧道的力學(xué)特點 隧道力學(xué)研討圍巖體的強度、變形和滲流特性以及與此有關(guān)的工程問題延續(xù)介質(zhì)力學(xué)的知識巖土力學(xué)的

10、實際實驗規(guī)律及工程實際閱歷.隧道工程的隱蔽性隧道的特點.隧道工程的施工環(huán)境差隧道的特點.隧道工程的大量涌水隧道的特點.隧道構(gòu)造構(gòu)造主體構(gòu)造物附屬構(gòu)造物洞身襯砌洞門構(gòu)造物洞身襯砌的平、縱、橫斷面的外形由道路隧道的幾何設(shè)計確定 襯砌斷面的軸線外形和厚度由襯砌計算決議 明洞通風照明排水、消防、通訊等.1.7 洞身襯砌1洞身襯砌的類型2支護構(gòu)造. 襯砌構(gòu)造方式，主要根據(jù)地質(zhì)地形條件，思索構(gòu)造受力的合理性、施工方法等要素來確定。 1.7.1 襯砌構(gòu)造的類型(1) 直墻襯砌(2) 曲墻式襯砌(3) 噴錨襯砌(4) 復(fù)合襯砌(5) 偏壓襯砌(6) 喇叭口襯砌(7) 圓形斷面襯砌(8) 矩形斷面襯砌.1直墻式

11、襯砌適用條件：垂直圍巖壓力為大、程度圍巖壓力小的情況下；普通適用于、級圍巖，有時也可用于 級圍巖. 割圓拱：r1=r2、坦三心圓拱:r1r2、尖三心圓拱 :r1r2.2曲墻式襯砌 適用條件：通常用在 級以下的圍巖程度壓力較大 的情況下.3噴混凝土襯砌、噴錨襯砌及復(fù)合式襯砌 . (4)偏壓襯砌 當山體地面坡陡于l：2.5，線路外側(cè)山體覆蓋較薄，或于地質(zhì)構(gòu)造呵斥的偏壓，襯砌為接受這種不對稱圍巖壓力而采用.(5) 喇叭口隧道襯砌 .(6) 圓形斷面隧道 為了抵御膨脹性圍巖壓力，山嶺隧道也可以采用圓形或近似圓形斷面; 盾構(gòu)法 沉管法施工的隧道。.(7)矩形斷面襯砌 沉管法、明挖法施工時，廣泛采用矩形斷

12、面襯砌 .初期支護(一次支護):木支撐、型鋼支撐、格柵支撐、錨噴支護等。永久支護(二次支護、二次襯砌) :整體襯砌、復(fù)合式襯砌、拼裝襯砌及錨噴襯砌等4種。 1.7.2 支護構(gòu)造.初期支護構(gòu)造.永久支護構(gòu)造.1.8.1 洞門的概念及其作用 洞門的概念：洞門是隧道兩端的外露部分，也是聯(lián)絡(luò)洞內(nèi)襯砌與洞口外路塹的支護構(gòu)造。 洞門的主要作用 保證洞口邊坡的平安和仰坡的穩(wěn)定； 聚集在洞口附近的仰、邊坡上的地表水，并引離隧道，減少洞口土石方開挖量； 作為隧道的標志性建筑物，應(yīng)與隧道的規(guī)模、運用特性以及周圍建筑物、地形條件等要相協(xié)調(diào) 。1.8 洞門.1.8.2 洞門的方式1端墻式洞門2翼墻式洞門3環(huán)框式洞門4

13、臺階式洞門5遮光棚式洞門.(1) 端墻式洞門.(2)翼墻式洞門.(3)環(huán)框式洞門削竹式洞門.(4)臺階式洞門.(5) 遮光棚式洞門.端墻式洞門.柱式洞門.臺階洞門.翼墻式洞門.柱式路塹明洞隧道門.翼墻式路塹明洞隧道門.半路塹偏壓明洞隧道門.半路塹單壓式明洞隧道門.削竹式隧道門圖2高速公路削竹式隧道門.1仰坡坡腳至洞門端墻頂帽背的程度間隔，普通不小于1.5m。2洞門端墻頂宜高出仰坡坡腳不小于0.5m。3洞門端墻與仰坡之間水溝溝底至襯砌拱頂外緣的高度，普通不小于1m。4普通隧道門端墻、翼墻、擋土墻設(shè)計為仰斜式墻身時，墻背坡度不宜緩于1: 0.3。1.8.3 洞門的構(gòu)造要求.1.8.3洞門的構(gòu)造要求

14、5. 洞門端墻、翼墻和擋土墻截面厚度應(yīng)滿足規(guī)范要求。6洞門端墻、翼墻和擋土墻應(yīng)根據(jù)情況設(shè)置伸縮緩和沉降縫。7洞門翼墻和擋土墻身應(yīng)設(shè)置泄水孔。.洞門的構(gòu)造要求.1.8.4 洞門的根底1、洞門端墻、翼墻、擋土墻根底必需置于穩(wěn)定地基上，基底松碴應(yīng)去除干凈，以防止滑動和不均勻沉陷。2、在松軟地基上設(shè)置根底，當?shù)鼗休d力缺乏時，可結(jié)合詳細條件采取換填。擴展根底、樁基、地基加固等措施。.3根底埋置深度 (1) 洞門端墻、翼墻、擋土墻根底應(yīng)埋入路基面以下一定深度。土質(zhì)地基埋置深度不應(yīng)小于1米。且應(yīng)符合基底應(yīng)力的要求。 (2) 洞門端墻嵌入路塹邊坡的深度根據(jù)坡度不同取值3050厘米。.(3)在洞門端墻厚度范圍

15、內(nèi)的洞口襯砌根底埋置深度，應(yīng)與端墻根底一樣。(4)為保證洞門穩(wěn)定和施工方便，襯砌邊墻外側(cè)的洞門端墻根底寬度普通不小于0.5m(5)當墻根底砌筑在穩(wěn)定鞏固的基巖斜坡上時根底可切割成臺階狀。.4當洞門擋(翼)墻受滑動控制時可采用傾斜基底或凸形基底等防滑措施基底傾斜度，土質(zhì)地基普通不大于0.2:1，穩(wěn)定巖石地基不大于0.3：1。5檢算傾斜基底穩(wěn)定時，除檢算沿基底的滑動穩(wěn)定外，尚應(yīng)檢算沿地基上層的程度剪切應(yīng)力。.1.8.5洞門施工要求1洞門宜盡早建筑，并盡能夠防止在雨季施工洞門修筑前應(yīng)作好洞口及仰坡周圍的排水、截水設(shè)備，以維護邊、仰坡的穩(wěn)定。2當洞口邊、仰坡土石有剝落能夠時，坡面應(yīng)清理并予以防護3洞門

16、端墻厚度范圍內(nèi)的構(gòu)造，應(yīng)與洞口環(huán)節(jié)襯砌采用同一資料整體灌筑。.4翼墻和洞口擋土墻應(yīng)與端墻同時砌筑當翼墻需分段建筑時，其墻身應(yīng)留施工縫，并應(yīng)檢算施工形狀穩(wěn)定性。5. 洞門端墻,翼墻,擋土墻墻身砌出地面后,基坑必需及時回填夯實，頂面作成不小于4%的排水坡。 .1.8.6洞門的構(gòu)造計算 隧道洞門計算原理及方法 洞門是支擋洞口正面仰坡和路塹邊坡的構(gòu)造物，洞門視為墻背接受土壓力的擋土墻構(gòu)造，根據(jù)擋土墻實際設(shè)計。 端墻式洞門可按計算擋土墻的方法分別核算如下圖A、B、C、D、E、F、G各不同墻高截面的穩(wěn)定性和強度，以此決議端墻的厚度和尺寸。. 翼墻式洞門與端墻式洞門一樣，也可采用分條方法取條帶計算。 在計算

17、端墻時，應(yīng)思索翼墻對端墻的支撐作用。 . 洞門墻的主要檢算規(guī)定墻身截面壓應(yīng)力允許應(yīng)力墻身截面偏心距e0.3倍截面厚度基底應(yīng)力地基允許承載力基底偏心距e巖石地基B/4土質(zhì)地基B/6B基底厚度滑動穩(wěn)定系數(shù)Kc1.3傾覆穩(wěn)定系數(shù)Ko1.5. 1.9 明 洞1.9.1 概述什么是明洞？采用明挖法修筑的隧道構(gòu)造明洞特點：地面建筑地下建筑明洞要求：符合地形、地質(zhì)、經(jīng)濟、平安、 施工難易等條件.(1) 路塹對稱型適用于洞頂?shù)貏萜骄? 路塹兩側(cè)地質(zhì)條件根本一樣.(2)路塹偏壓型 適用于兩側(cè)山坡高差較大的路塹，高側(cè)邊坡有坍塌，落石或泥石流。. (3)半路塹偏壓型 適用于半路塹靠山側(cè)邊坡較高，有坍塌、落石或泥石流

18、等不良地質(zhì)景象，而外側(cè)地面較寬闊和穩(wěn)定。.(4)半路塹單壓型 適用于靠山側(cè)邊坡或原山坡有坍塌、落石等情況，外側(cè)地形陡峻無法填土地段 。.1.9.2 棚式明洞 當山坡坍方，山體側(cè)壓力不大，或因受地質(zhì)、地形條件的限制，難以建筑拱形明洞時，可采用棚式明洞。 棚式明洞頂板為梁式構(gòu)造。 棚式明洞的類型主要取決于外側(cè)邊墻的構(gòu)造方式。通常有墻式、剛架式，柱式和懸臂式等棚式明洞.(1)墻式棚洞.(2)剛架式柵洞 外墻構(gòu)造為延續(xù)框架，對地基承載力要求較高 .(3)柱式棚洞 外墻為獨立柱和縱梁方式，構(gòu)造簡單，預(yù)制吊裝方便，但整體性較差。.(4)懸臂式棚洞 當山坡較陡，坡面有少量落石，且外側(cè)地基不良或不宜設(shè)根底時，

19、可采用懸臂式棚洞.1.9.3 明洞根底明洞邊墻根底必需置于穩(wěn)定的地基上，施工應(yīng)符合以下要求：1偏壓和單壓明洞外邊墻的基底，在垂直道路方向宜向內(nèi)挖成0.1:1的斜坡，提高邊墻抗滑力。2當?shù)鼗绍洉r應(yīng)采取添加承載力的措施。.3根底開挖應(yīng)核對地質(zhì)條件，當挖至設(shè)計高程仍不符合設(shè)計要求時應(yīng)上報有關(guān)方面處置。4根底混凝土灌注前必需排除坑內(nèi)積水，并對基底進展固化處置。邊墻根底應(yīng)采用與邊墻同級混凝土一次澆筑。 .1.9.4 明洞填土 明洞回填施工應(yīng)符合以下要求：1 在撤除外模后應(yīng)立刻做好防水層及縱向盲溝，保證排水通暢。2 墻背回填應(yīng)兩側(cè)對稱進展，石質(zhì)地層中墻背與巖壁空隙不大時，用與墻身同級混凝土回填。3 墻后

20、排水設(shè)備應(yīng)與回填同時施工，并保證能使?jié)B水順暢排出。4 拱圈混凝土到達設(shè)計強度且由人工夯實回填至拱頂以上1m以前，不得采用機械回填。.5 拱背回填應(yīng)對稱分層夯實，每層厚度不得大于0.3m，兩側(cè)回填的土面高差不得大于0.5m，回填至拱頂齊平后應(yīng)分層滿鋪填筑。.抗滑明洞.支撐錨桿明洞.1.10 豎井與斜井為什么設(shè)置豎井或斜井？作用1：添加開挖任務(wù)面作用2：通風需求.1.10.1豎井1 豎井位置的選擇豎井與主坑道的銜接方式3 豎井斷面內(nèi)部空間布置. 豎井表示圖豎井的構(gòu)成豎井斷面方式.矩形豎井.圓形豎井.斜井設(shè)置1.10.2斜井.1.11 隧道內(nèi)裝、噪聲消減、路面及防排水 1、內(nèi)裝修 2、路面 3、噪聲

21、消減 4、防排水 .1.11.1隧道內(nèi)裝修 為確保行車平安，在隧道中必需采取措施，使墻面亮度在長期的運營中堅持較好程度，墻面須用適當?shù)馁Y料加以內(nèi)裝處置，其作用如下： 改善隧道內(nèi)環(huán)境，起誘導(dǎo)作用； 提高墻面的反射率，加強照明效果； 吸收噪音.常用的隧道內(nèi)裝修資料 塊狀混凝土資料； 飾面板、鑲板等質(zhì)地致密資料； 瓷磚鑲面資料； 油漆資料。.隧道內(nèi)裝資料應(yīng)具有如下性質(zhì)： 耐火性，在高溫條件下仍能維持原狀，不熄滅、不分解有害成分等；耐蝕性，長期在油垢及有害氣體下不蛻變；不怕水，大多數(shù)隧道都存在漏水問題，在水的浸泡下，在潮濕環(huán)境中不蛻變、不霉爛； 資料來源廣泛，價錢相對廉價； 能吸收噪音； 顏色淡，易清

22、潔； 具有阻燃性。.1.11.2隧道路面 路面資料主要有兩種：砼和改性瀝青； 路面資料應(yīng)具備如下性能： 路面資料應(yīng)具有抵御水沖刷和含有化學(xué)物質(zhì)的水的浸蝕才干 ; 應(yīng)具有較高的抗側(cè)滑的才干； 抗裂性、耐久性； 容易修補。. 路面與車道分隔線等交通標志之間應(yīng)保證有明顯的亮度對比和鮮明的顏色對比 路基應(yīng)具有足夠的承載力，尤其要求在有豐富地下水的條件下也能滿足要求，要求有良好的排水設(shè)備 .1.11.3噪聲消減 隧道內(nèi)噪聲程度應(yīng)堅持在60分貝以下 隧道內(nèi)采取的措施： 內(nèi)裝資料的制造； 墻面資料的制造； 路面資料的制造； 利用原理： 聲波的反射原理. 洞外防排水措施 1.11.4 隧道防排水 洞內(nèi)防排水措

23、施 . 隧道防排水應(yīng)視水文地質(zhì)條件因地制宜地采取“以排為主，防、排、截、堵相結(jié)合的綜合治理原那么，到達排水通暢、防水可靠、經(jīng)濟合理、不留后患的目的。隧道防排水原那么. 對地表水、地下水應(yīng)采取妥善的處置，使洞內(nèi)外構(gòu)成一個完好的暢通的防排水系統(tǒng)。隧道防排水要求普通公路隧道應(yīng)做到： 1、拱部不摘水、邊墻不滴水。 2、路面不冒水、不積水、設(shè)備箱洞處不滲水。 3、凍害地域隧道襯砌背后不積水，排水溝不凍結(jié)。汽車公用公路隧道那么應(yīng)到達： 拱部、墻部及設(shè)備箱洞處均不滲水.(1)、洞外防排水措施A、地表處置B、洞頂天溝截水C、明洞頂防排水D、洞門排水E、洞內(nèi)外水溝銜接.(2)、洞內(nèi)防排水措施排水措施a、洞內(nèi)排水溝b、襯砌背后盲溝c、泄水洞或洞外井點降水d、中心排水溝或路側(cè)排水溝.(2)、洞內(nèi)防排水措施防水措施a、防水板b、噴膜防水層c、混凝土自防水.(2)、洞內(nèi)防排水措施堵水措施a、放射混凝土堵水b、塑料板堵水c、注漿堵水d、模注混凝土襯砌堵水.無釘鋪設(shè)塑料防水板.鋪設(shè)防水板時錨桿頭部的處置.隧道注漿.施工縫防水的構(gòu)造方式見圖4.1.21。 .高聚物改性瀝青防水卷材的主要物理性能.鋪設(shè)防水板前應(yīng)先鋪緩沖層