國(guó)內(nèi)地下工程現(xiàn)狀與未來

國(guó)內(nèi)地下工程現(xiàn)狀與未來第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四一、隧道及地下工程發(fā)展概述

世界問題（地球現(xiàn)狀）土地退化（荒漠化）人口爆炸、物種滅絕資源短缺、環(huán)境惡化全球每年損失土地－愛爾蘭國(guó)土中國(guó)每年減少耕地：300～400萬畝發(fā)展中國(guó)家每年有2000～3000萬人口進(jìn)入城市第一部分：引言第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四土木工程應(yīng)對(duì)世界問題的對(duì)策上天：入地：

地下空間－新型國(guó)土資源，造福人類（日本－擴(kuò)大國(guó)土10倍）

19世界－橋的世紀(jì)

20世紀(jì)－高樓大廈的世紀(jì)

21世紀(jì)－地下空間的世紀(jì)（地下工業(yè)）第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四地下工程是指深入地面以下為開發(fā)利用地下空間資源所建造的地下土木工程：它包括地下房屋和地下構(gòu)筑物，地下鐵道，公路隧道、水下隧道、地下和過街地下通道等。何為地下工程？第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四隧道工程及地下工程發(fā)展歷程最古老的隧道是古代巴比倫城連接皇宮與神廟間的人行隧道，建在公元前2160-2180年間。古代使用原始工具挖掘，速度最慢者是驅(qū)使3萬奴隸挖掘，每周進(jìn)尺僅75mm。我國(guó)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。第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四古希臘薩摩斯隧道第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四當(dāng)今人類正在向地下、海洋和宇宙開發(fā)。向地下開發(fā)可歸結(jié)為：地下資源開發(fā)、地下能源開發(fā)和地下空間開發(fā)三個(gè)方面。地下空間的利用也正由“線”的利用向大斷面、大距離的“空間”利用進(jìn)展。20世紀(jì)80年代國(guó)際隧道協(xié)會(huì)（ITA）提出“大力開發(fā)地下空間，開始人類新的穴居時(shí)代”的口號(hào)。順應(yīng)于時(shí)代的潮流，許多國(guó)家將地下開發(fā)作為一種國(guó)策，如日本提出了向地下發(fā)展，將國(guó)土擴(kuò)大十倍的設(shè)想。從某種意義上來講，地下空間的利用歷史是與人類文明史相呼應(yīng)的，它可以分為四個(gè)時(shí)代：第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四第一時(shí)代從出現(xiàn)人類至公元前3000年的遠(yuǎn)古時(shí)期。人類原始穴居，天然洞窟成為人類防寒暑、避風(fēng)雨、躲野獸的處所。第二時(shí)代從公元前3000年至5世紀(jì)(魏晉南北朝)的古代時(shí)期。埃及金字塔、古代巴比倫引水隧道，均為此時(shí)代的建筑典范。我國(guó)秦漢時(shí)期的陵墓和地下糧倉，已具有相當(dāng)技術(shù)水準(zhǔn)和規(guī)模。第三時(shí)代從5世紀(jì)至14（元）世紀(jì)的中世紀(jì)時(shí)代。世界范圍礦石開采技術(shù)出現(xiàn)，推進(jìn)了地下工程的發(fā)展。第四時(shí)代從15（明）世紀(jì)開始的近代與現(xiàn)代。歐美產(chǎn)業(yè)革命，諾貝爾發(fā)明黃色炸藥，成為開發(fā)地下空間的有力武器。第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四我國(guó)地下空間的開發(fā)和利用始于60年代。1965年北京建設(shè)地下鐵道。70年代，我國(guó)修建了大量地下人防工程，其中相當(dāng)一部分目前已改建為地下街、地下商場(chǎng)、地下工廠和貯藏庫。80年代上海建成延安東路水底公路隧道。1985年至1987年，上海建成黃浦江上游引水隧洞一期工程。90年代以來，上海地鐵1號(hào)線，地鐵2號(hào)線已相繼開通。第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四90年代后期至今，廣州、深圳、南京等地相繼地鐵開通。南京、杭州、福州瑯岐等正計(jì)劃修建過江隧道。第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四現(xiàn)代地下工程發(fā)展迅速，各種典型工程著名浩瀚。世界已有數(shù)百個(gè)城市修建了地下鐵路；英法海峽隧道，長(zhǎng)50km，海底長(zhǎng)度37km，歷時(shí)7年建成；著名的公路隧道，如穿越阿爾卑斯山、連接法國(guó)和意大利的勃朗峰隧道和連通日本群馬縣和新泄縣的關(guān)越隧道，它們的長(zhǎng)度均超過10km各類地下電站迅速增長(zhǎng)，其中地下水力發(fā)電的數(shù)目，全世界已超過400座，其發(fā)電量達(dá)45億瓦以上。第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四修筑隧道和利用地下空間從原始時(shí)代起就已成為人類營(yíng)生的一種方式。隨著近代文明的發(fā)展，才使它成為土木工程學(xué)的一個(gè)學(xué)科，并應(yīng)用近代工程技術(shù)修筑了很多隧道。隧道是修筑在地面下的通路或空間，但孔徑太小，屬于所謂管道范疇的除外。1970年經(jīng)合組織（OECD）的隧道會(huì)議對(duì)隧道所下的定義為：以某種用途，在地面下用任何方法按規(guī)定形狀和尺寸，修筑的斷面積大于2.0m2

的洞室。第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四當(dāng)前隧道除仍用于鐵路、公路交通和水力發(fā)電、灌溉等水工隧洞外，也用于上下水道、輸電線路等大型管路的通道，另外還將過去理解為地下通路的隧道概念，擴(kuò)大到地下空間的利用方面，包括諸如地下發(fā)電變電所、地下汽車停車場(chǎng)、大型地下車站、地下街道等適用隧道工程技術(shù)的建筑物。

第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四二、地下工程的優(yōu)點(diǎn)利于環(huán)境保護(hù)利于生態(tài)平衡節(jié)約土地節(jié)約能源抗震與防護(hù)性能好運(yùn)行費(fèi)用低－效益好第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四三、地下工業(yè)的范圍（類型）開挖工程：地鐵、隧道、地下電站、地下儲(chǔ)庫、水利工程、礦業(yè)工程、國(guó)防工程、地下商業(yè)街、地下停車場(chǎng)、核廢料處理。利用廢棄礦井（美國(guó)、法國(guó)）利用天然洞室開發(fā)地?zé)幔履茉茨芰浚剑ǖ厍蛉渴?、天然氣、煤）?0第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四四、世界上已建成著名工程英吉利海峽隧道海底40～50m（3條長(zhǎng)51km的平行隧洞組成

）三條總長(zhǎng)153km鐵路隧道挪威地下體育場(chǎng)

91m×61m×25m澳大利亞悉尼歌劇院地下停車場(chǎng)共12層（螺旋形結(jié)構(gòu)）日本北海道－本州青函隧道

53.85km，鐵路，海底100m，三條，1988年第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四通風(fēng)和應(yīng)急管道電氣往返列車雙管海峽隧道第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四五、規(guī)劃的著名工程法國(guó)里昂－意大利米蘭穿越阿爾卑斯山鐵路隧道54km俄羅斯－日本海底鐵路隧道50km美國(guó)－俄羅斯白令海峽隧道90km歐洲－非洲直布羅陀海峽隧道日本－地下飛機(jī)場(chǎng)：建在市中心地表下50～150m深處。第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四六、我國(guó)地下工程概況地鐵（輕軌）－現(xiàn)代大都市的標(biāo)志（1）特點(diǎn)：容量大、快、準(zhǔn)、能耗低環(huán)保好、戰(zhàn)備倫敦400km

1863年巴黎260km

1900年柏林180km

1902年紐約443km

1904年棋盤式4層，埋深40m東京250km

1927年莫斯科200km

1935年蛛網(wǎng)式3層美國(guó)（2000年）現(xiàn)有1230km，占世界的21%第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四六、我國(guó)地下工程概況（2）中國(guó)地鐵

1965年始建，北京、天津、上海、廣州、深圳等共運(yùn)營(yíng)200km在建、將建城市：南京、重慶、沈陽、青島、蘇州、杭州、武漢、成都、西安、大連、長(zhǎng)春共22個(gè)城市，2010年全國(guó)達(dá)1200km城市人口300萬以上國(guó)家規(guī)定：GDP

1000億以上可建地鐵年財(cái)政收入100億以上第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四六、我國(guó)地下工程概況地鐵（輕軌）－現(xiàn)代大都市的標(biāo)志（2）中國(guó)地鐵京、滬、穗地鐵平均造價(jià)6～8億/km我國(guó)十五期間地鐵投資2000億城市規(guī)劃：北京1000km，上海780km，天津223km，重慶300km，廣州553km地鐵建設(shè)：早規(guī)劃，早主動(dòng)；早籌備，早成功；早動(dòng)工，早見效第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四六、我國(guó)地下工程概況鐵路隧道（穿山）

1888年～1999年共建成6877條，3667km平均120條/年，70km/年豐沙、成昆、襄渝線隧道占27%、31.5%、34.5%

80年代大瑤山隧道14.295km

90年代安康線秦嶺隧道18.45km，最大埋深1600m

20世紀(jì)蘭新線烏鞘嶺隧道20.05km高速鐵路：太原－石家莊時(shí)速200km，1小時(shí)到達(dá)武漢－廣州980km時(shí)速200～300km，4小時(shí)臺(tái)北－高雄300km，時(shí)速300km，80分鐘

第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四六、我國(guó)地下工程概況公路隧道（高速公路）山西太舊、大運(yùn)（雁門關(guān)隧道6.5km）太原－古交亞洲第一長(zhǎng)公路隧道秦嶺終南山隧道18.02km過江隧道廣州珠江雙向四車道上海黃浦江雙向八車道，19億，亞洲第一武漢長(zhǎng)江雙向四車道，漢口－武昌7分鐘南京長(zhǎng)江雙向六車道，過江5分鐘，80億南京長(zhǎng)江，京滬高速鐵路武漢長(zhǎng)江，地鐵隧道第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四六、我國(guó)地下工程概況海底隧道瓊州海峽隧道（15～30km埋深80m）臺(tái)灣海峽隧道（已召開兩次研討會(huì)）渤海海峽隧道（57km）水利工程我國(guó)水資源人均為世界1/4，山西為全國(guó)的1/6（1）南水北調(diào)（西線工程）145～195億m3

建庫、隧洞，壩高150～350m，單洞最長(zhǎng)131km（2）引黃工程壩高90m，引水12億m3，隧洞200km，單洞43km第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四六、我國(guó)地下工程概況地下電站（1）火電站：戰(zhàn)備才建（2）水電站：全世界500余座，挪威200余座每年掘水電隧道125km前蘇聯(lián)羅戈水電站開鑿隧道、硐室總長(zhǎng)62km云南某水電站－大廠房，橫斷山脈，亞洲第一（3）抽水蓄能電站：全世界200余座，調(diào)峰增加地下水庫第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四六、我國(guó)地下工程概況地下電站（4）核電站：（半地下、完全地下）世界大發(fā)展，法國(guó)占75%

我國(guó)浙江秦山核發(fā)電站，自力更生廣東大亞灣核電站，法國(guó)技術(shù)200萬千瓦嶺澳核電站，近期890萬千瓦，遠(yuǎn)期2000萬千瓦江蘇連云港核電站，俄羅斯技術(shù)計(jì)劃20座核電站核能－潔凈能源：大亞灣200萬千瓦，僅需50噸/年核燃料如煤600萬噸/年CO2、煙塵、粉煤灰、運(yùn)輸電力三分天下（化學(xué)能、水能、核能）第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四六、我國(guó)地下工程概況地下儲(chǔ)庫巖石中開鑿：美國(guó)珍珠港20個(gè)φ33m×80m，90萬m3巖鹽洞庫：NaCl巨厚，幾百米，單個(gè)容量50～100萬m3美國(guó)庫容8000萬m3

德國(guó)庫容1700萬m3

英國(guó)庫容1500萬m3法國(guó)庫容1600萬m3加拿大庫容1400萬m3西氣東輸：新疆－上海3900km，管徑φ1016mm隧道斷面3.2×3.1m第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四

第一期1600萬噸；共四個(gè)基地，分別在沿海的浙江鎮(zhèn)海、舟山、遼寧大連、山東黃島。全部為國(guó)家投資的地面鋼罐，其中鎮(zhèn)?；?20萬噸在2006年底即可竣工吸儲(chǔ)。其它三個(gè)基地陸續(xù)在2007、2008年竣工。第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四地下水封洞庫儲(chǔ)油原理第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四固定水床水位法變動(dòng)水床水位法第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四城市地下綜合體地下街：日本東京：長(zhǎng)6km，商店141個(gè)與地面51座大樓連通，每天活動(dòng)人數(shù)300萬人中國(guó)：戰(zhàn)備改造（北京地下城）新建－大連廣場(chǎng)地下三層大型商場(chǎng)地下停車場(chǎng)：澳大利亞12層香港地下室3層上海人民廣場(chǎng)地下176m×146m，深11m形式：馬路式、公園式、廣場(chǎng)式、地下式、隧道式市政地下管線：集中布置，現(xiàn)代化城市最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，24小時(shí)監(jiān)控六、我國(guó)地下工程概況第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四六、我國(guó)地下工程概況國(guó)防工程：導(dǎo)彈發(fā)射井、地下飛機(jī)場(chǎng)、潛艇基地、軍用裝備庫、軍用物資庫、戰(zhàn)時(shí)指揮所礦山工程核廢料處理場(chǎng)所第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四第二部分：地下工程修建技術(shù)第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四地下工程施工技術(shù)

明挖法軟土蓋挖法盾構(gòu)法Vmax＝400m/月

V平＝200m/月礦山法（鉆眼爆破）

TBM（掘進(jìn)機(jī)）

凍結(jié)法沉箱法連續(xù)墻法管棚法輔助方法巖石第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四1、盾構(gòu)法－軟土現(xiàn)代化施工技術(shù)

英國(guó)1818年發(fā)明，190年歷史中國(guó)1956年開始，50年歷史，上海最發(fā)達(dá)

1984年，上海延安東路公路隧道φ11.3m長(zhǎng)2261m，當(dāng)時(shí)世界第三武漢長(zhǎng)江公路隧道日本φ14m歐洲φ15m（英吉利海峽公路隧道，單孔雙層）微型盾構(gòu)（φ25～300cm），全世界達(dá)6000公里第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四揚(yáng)州（江蘇），2012年12月28日,揚(yáng)州瘦西湖隧道開始盾構(gòu)施工.12月28日，“瘦西湖號(hào)”大型盾構(gòu)機(jī)開始作業(yè)。當(dāng)日，命名為“瘦西湖號(hào)”的大型盾構(gòu)機(jī)從江蘇揚(yáng)州瘦西湖東側(cè)始發(fā)井正式開始作業(yè)，這標(biāo)志著橫穿古城揚(yáng)州著名風(fēng)景區(qū)瘦西湖的隧道開始地下盾構(gòu)施工。據(jù)了解，“瘦西湖號(hào)”盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)134米，重約4000噸，由三萬多個(gè)零部件拼裝而成，直徑達(dá)14.93米，相當(dāng)于五層樓高，是目前世界上直徑最大、功能最先進(jìn)的泥水平衡盾構(gòu)機(jī)之一。瘦西湖隧道地處揚(yáng)州市中心城區(qū)，是揚(yáng)州城建史上開建的投資最大、建設(shè)周期最長(zhǎng)、施工難度較大的市政建設(shè)項(xiàng)目。隧道主線總長(zhǎng)3.6公里，設(shè)計(jì)為雙層雙向四車道，主體采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)段長(zhǎng)1275米。第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四2、TBM－長(zhǎng)距離硬巖現(xiàn)代化施工技術(shù)

特點(diǎn)：快（鉆爆法3－10倍）、優(yōu)質(zhì)、安全環(huán)保、節(jié)力、經(jīng)濟(jì)英吉利海峽隧道：11臺(tái)TBM，3年完成，φ8.6m，

Vmax＝1719.10m/月美國(guó)超導(dǎo)對(duì)撞機(jī)：地下30m，環(huán)形隧道長(zhǎng)87km，φ4.6m，Vmax＝2418.2.10m/月荷蘭最大的TBMφ14.9m法國(guó)生產(chǎn)，8km高速雙線鐵路隧道中國(guó)70年代開始：引黃工程6臺(tái)TBM，Vmax＝1821.51m/月總干φ6.125m

陜西秦嶺鐵路隧道：Vmax＝508.96m/月V平＝301.06m/月Vmax＝35.254m/日，共掘5720.118m第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期四3、沉管法（沉管隧道）－江、湖底現(xiàn)代化施工技術(shù)

美國(guó)－1910年，底特律河下第一座荷蘭－發(fā)展快，最多12座，美國(guó)后來居上26座，全世界100余座中國(guó)－廣州1992年過珠江，總長(zhǎng)1238m，沉管435m，雙向四車道上海外環(huán)過黃浦，總長(zhǎng)5765m，沉管724m，雙向八車道，寬43m，高9.55m（100～

108）m×7節(jié)，亞洲第一，世界第二南京長(zhǎng)江高鐵隧道，總長(zhǎng)5765m，沉管

1930m，七