隧道工程课件1绪论.ppt

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隧道工程,鲁东大学土木工程学院,主讲：

宋克志（工学博士、教授）,电话：

13225457691QQ：

850213807,孟子：

生于忧患，死于安乐,故天将降大任于斯人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为，所以动心忍性，曾益其所不能。

隧道工程,参考书籍,隧道工程,直观印象,怎样定义？

有那些内容值得学习？

从我们身边的隧道开始,对隧道的认识？

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（1）要求掌握有关公路隧道的勘查、设计、构造原理和有关计算方法；,

（2）理解公路隧道围岩稳定性的影响因素及其与施工方法的关系；,（3）了解公路隧道工程施工组织管理与养护。

隧道工程,相关课程及体系,隧道工程,岩体力学,材料力学,混凝土结构,土力学,结构力学,工程地质,施工机械,在岩体或土体中构筑结构,原理,结构设计,施工设计,隧道施工,隧道工程,0绪论1隧道勘测及隧道位置的选择2隧道平纵断面设计3隧道构造设计4隧道工程的地质环境5隧道结构体系设计原理与方法6隧道施工方法7隧道施工组织设计与施工管理8隧道养护,教材内容：

隧道工程,一、隧道的基本概念及组成,绪论,二、隧道的分类及其作用,三、隧道在交通事业中的地位,本章主要内容：

四、隧道的发展历程及成就,五、存在的问题,隧道:

通常将为达到某种使用目的，在山体内或地面下或水下修建的建筑物，统称为地下工程。

用以作为运输通道的地下工程。

一、隧道的基本概念及组成,1.隧道的定义,1970年，OECD（世界经济合作与发展组织）隧道会议从技术方面给隧道定义：

以任何方式修建，最终使用于地表以下的条形建筑物，其内部空洞净空断面在2m2以上者均为隧道。

绪论,导坑:

隧道总是先在地下开挖出一个洞穴并延伸成为一个长条形孔道，称为导坑。

然后以导坑为基础逐步扩大到所需空间。

2.隧道的相关概念重点,衬砌：

地层开挖后容易变形、塌落或是有水涌入，所以除了在极为稳固的地层中且没有地下水的地方外，大都要在坑道周围修建支护结构。

绪论,洞门:

以交通为用途的隧道，两端都从地面引入，隧道端部外露面，一般都修筑的为保护洞口和排放流水的挡土墙式结构。

明洞：

如果洞口容易坍塌或有落石危险时，还要在洞门和洞身间修筑明洞。

3.衬砌的设计原则,衬砌内轮廓以满足使用要求为准，不必无谓放大。

衬砌形状：

圆形、椭圆形、马蹄形和卵形等。

衬砌形状和尺寸，应能使结构受力状态最为合理，既不浪费又能稳固。

衬砌材料的选用应满足施工和养护的需要，一般应坚固、耐久、耐腐蚀，并且能防水、防火、廉价，便于就地取材。

绪论,洞身衬砌、洞门和明洞组成了隧道的主体支护结构，来保持岩体的稳定和行车安全。

绪论,4.隧道的主体支护结构,构成：

避车洞；边仰坡；排水天沟；防水排水设备；通风系统等。

目的：

为了运营管理、维护养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等修建的建筑物。

5.隧道附属建筑物,主体支护结构、附属建筑,6.隧道的组成,绪论,6.隧道的组成,洞门施工,绪论,洞门形式,绪论,洞门形式,绪论,梅坎铁路松南隧道,绪论,株六复线凉风坳隧道,绪论,西安南京铁路磨沟岭隧道,绪论,徽杭高速公路三阳隧道,绪论,二、隧道的分类及其作用,绪论,绪论,二、隧道的分类及其作用,绪论,

（1）交通隧道：

提供运输的孔道和通道，主要有：

铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道、航运隧道、人行地道。

1.按用途分（常用分类方法）,绪论,绪论,绪论,南京长江隧道工程方案设计,绪论,上海崇明越江隧道工程方案设计,绪论,绪论,上海翔殷路隧道,绪论,承德祥云隧道,绪论,重庆沙坪坝隧道,绪论,秦岭终南山公路隧道内景,公路隧道洞门施工,绪论,北京地铁隧道,重庆临江门车站,绪论,绪论,

（2）水工隧道：

是水利工程和水利发电枢纽的一个重要组成部分。

包括：

绪论,1.按用途分（常用分类方法）,引水隧道：

把水引入水电站发电机组，产生动力资源。

排水隧道：

把发电机组排出的废水送出去的隧道。

尾水隧道：

把发电机组排出的废水送出去的隧道。

导流隧道（泄洪隧道）：

疏导水流。

排沙隧道：

用于冲刷水库中淤积的泥沙而修建的隧道。

二滩电站的大坝：

高240米,绪论,二滩电站的引水隧道,绪论,二滩电站的尾水隧道,绪论,绪论,水电站地下厂房,水工输水隧道,绪论,（3）市政隧道：

是城市中为安置各种不同市政设施的地下孔道。

主要有：

给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。

（例如：

综合管网、海底设施隧道等）,绪论,（4）矿山隧道：

其作用主要是为采矿服务的。

主要有：

运输巷道、给水隧道、通风隧道。

1.按用途分（常用分类方法）,地下电缆隧洞,绪论,某人防工程平时作出租车侯客厅,绪论,杭州市八0三地下粮库,绪论,利用人防工程改建的射击靶场,绪论,2.按隧道长度分（公路隧道规范）,绪论,

（1）特长隧道：

L3000m

（2）长隧道：

3000mL1000m（3）中长隧道：

1000mL250m（4）短隧道：

L250m,3.按断面面积分,绪论,

（1）特大断面隧道：

断面积在100m2以上

（2）大断面隧道：

断面积在50100m2之间（3）中等断面隧道：

断面积在1050m2之间（4）小断面隧道：

断面积在310m2之间（5）极小断面隧道：

断面积为23m2,4.按隧道所处的地理位置划分,山岭隧道水底隧道城市隧道,5.其他分类方式,绪论,1）按地质条件分类：

土质隧道岩质隧道2）按埋藏深度分类：

浅埋隧道深埋隧道,绪论,三、隧道在交通事业中的地位,重要性：

交通是国家基础建设重要的设施，在国民经济发展中占有十分重要的地位。

我国公路隧道随着交通建设的高速发展而不断增加，目前国家将建设重点向我国西部地区转移，是高速公路网建设的重要组成部分。

必要性：

世界各国的经济发展经验表明，快速畅通交通网是经济发展的必不可少的条件。

近年来随着我国社会经济快速发展（年增长超过7%），地面交通增长十分迅猛，低等级公路已不适应发展要求，高速公路网建设，隧道桥梁不可缺少。

紧迫性：

目前我国高速公路相对较少，与我国人口、经济发展相比，太少。

经济要发展，交通必先行。

为了解决好路面交通的规划和修建，隧道工程显示着重要而紧迫的作用。

绪论,三、隧道在交通事业中的地位,在山岭：

可以克服地形或高程障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料及时间，减少对植被的破坏，保护生态环境，还可以克服落石，塌方，雪崩等灾害在城市：

可减少用地，构成立体交叉，解决交叉路口的拥挤阻塞，疏导交通。

在江河、海峡、港湾地区：

可以不影响水路通航。

绪论,三、隧道在交通事业中的地位,隧道的好处：

绪论,绪论,穿越山岭隧道捷径,绪论,城市地下工程改善拥挤,绪论,城市地下工程改善拥挤,绪论,城市地下工程施工,绪论,绪论,绪论,绪论,绪论,四、隧道的发展历程及成就,

（一）隧道工程的发展历程,绪论,

（二）我国隧道工程的发展成就,（三）我国隧道工程技术概况,（四）我国隧道工程前景展望,（五）国外隧道的发展情况,四、隧道的发展历程及成就,

（一）隧道工程的发展历程,绪论,4个时代：

1原始时代人类出现到纪元前3000年的新石器时代，是人类利用隧道来防御自然威胁的穴居时代。

2远古时代从纪元前3000年到5世纪，即所谓的文明黎明时代，是为生活和军事防御目的而利用隧道的时代。

3中世纪时代约从5世纪到14世纪的1000年左右。

由于对地下铜、铁等矿产资源的需要，开始了矿石开采。

4近代和现代即从16世纪以后的产业革命开始。

这个时期由于炸药的发明和应用，加速了隧道技术的发展。

如有益矿物的开采、灌溉、运河、公路和铁路隧道的修建，以及随着城市的发展修建地下铁道、上下水道等，使得隧道的技术得到极大的发展，其应用范围迅速扩大。

（一）隧道工程的发展历程,绪论,隧道的产生与发展和人类的文明历史发展相呼应：

人类出现到纪元前3000年,纪元前3000年到5世纪,5世纪到14世纪,隧道技术没有显著进步，开始了矿山开采,绪论,古代：

时间跨越较长,近代：

从16世纪产业革命开始，隧道技术得到了较快发展,

（1）测量技术的出现，产生了如棚架支撑岩层，卷扬提升土石,两端洞口开挖隧道等等，促进了隧道的发展。

（2）火药的发明，促进了隧道开挖掘进技术发展。

绪论,现代：

我国公路隧道发展相对较慢。

随着高速公路的发展，近几年公路隧道有了较快的发展。

人力为主体的施工,机械开挖为主体的施工,爆破施工（光面）,绪论,盾构和TBM,隧道施工技术发生了质的飞跃！

绪论,凿岩台车施工,

（二）我国隧道工程的发展成就,我国第一座铁路隧道修建在台湾，是基隆到台南的铁路线线上一座长仅261m的窄轨净空隧道。

1907年在京包线上修建了八达岭隧道。

这是由我国工程师詹天佑主持施工的。

建国之初，在短短的三年之内，在成渝线上修复了13座隧道，在宝天线上改建了136座隧道，并完成了天兰线上的48座隧道，使当时支离破碎，断断续续的铁路完全修整好，全国铁路畅通无阻。

绪论,四、隧道的发展历程及成就,修建隧道的技术逐步进步。

宝成线上的秦岭隧道长达2363m；成昆线上的沙木拉达隧道长为6379m；京广线上大瑶山隧道长为14295m；秦岭终南山公路隧道（双洞、单向、双车道）长为18100m（是目前我国最长的公路隧道）；兰武二线上的乌鞘岭隧道长达20050m。

绪论,

（二）我国隧道工程的发展成就,近期，除了以交通为目的的隧道以外，又扩大到其它多方面用途的地下工程。

在工业方面建成了许多地下工厂、地下电站、地下武器库、地下停车场等。

在人民生活方面，建造了形成网络的防空洞、地下影院、地下体育中心、地下街、地下会堂、地下战备医院等。

因此，地下工程已经发展到国民经济的各个部门中去。

绪论,

（二）我国隧道工程的发展成就,1.我国铁路隧道成就,运营隧道6800多座，长3667km，居世界第一。

隧道集中的线路:

襄渝线:

隧道占线路总长的30成昆线:

隧道占线路总长的31.6西康线:

隧道占线路总长的50.42南昆线:

隧道258座，桥隧占24宜万线:

隧道159座，桥隧占74，桥隧博物馆,10km以上的长大隧道秦岭隧道:

18.4km大遥山隧道:

14.29km东秦岭隧道:

12.67km乌稍岭隧道:

20.2km；太行山隧道27.8km（在建）梁山隧道20.8km（在建双洞）野三关隧道:

13.83km齐岳山隧道:

10.53km关角隧道：

32.6km,绪论,

（二）我国隧道工程的发展成就,http:

/,衡广复线大瑶山隧道,绪论,2.我国公路隧道成就,运营隧道1684多座，长628km。

10km以上的长大隧道:

秦岭公路隧道：

18.02km（双座）锦萍隧道：

14.7km（双座）西山隧道13.68km（在建太原古交高速）,绪论,3.我国地铁发展及规划简介,60年代北京地铁用盾构掘进试验1990年上海开始建设地铁1号线1996年上海开始建设地铁2号线，后开始建设3号线、4号线、M8线、6号线1996年广州开始建设地铁1号线，后2号线、3号线、5号线1999年北京地铁5号线试验段采用盾构法设计施工2001年深圳地铁1号线,南京地铁1号线2002年北京开始建设地铁5号线2004年北京开始建设地铁4号线，10号线，机场线、奥运支线2002年天津地铁1号线开工建设,开工建设的还有：

杭州、沈阳、哈尔滨、成都、武汉、西安、青岛、苏州,绪论,我国地铁成就简介,北京规划了20条线路，共700km上海规划了17条线路，共450km天津规划了4条线路，共248km广州规划了7条线路，共207km深圳规划了9条线路，共254km南京,初步预测2005-2015年间至少要建设500-1000公里，需要投资3000多亿元。

全国每年建成20km的地铁投入运营。

目前，已有30多个城市开展了城市轨道交通的前期工作。

绪论,中国地铁建设计划,绪论,4.我国水底隧道,中国江河湖海众多，海岸线绵延万余公里，越江、跨海隧道大有前景。

绪论,修建在江河、湖泊、海港或海峡底下的隧道。

它为铁路、城市道路、公路、地下铁道以及各种市政公用或专用管线提供穿越水域的通道，有的水底道路隧道还设有自行车道和人行通道。

世界著名的跨海工程,绪论,绪论,渤海海峡隧道与世界其它海底隧道若干比较,跨海隧道远景,绪论,胶州湾海底隧道,绪论,港珠澳跨海工程,武汉长江公路隧道、双向4车道,上中路公路隧道,上海崇明越江公路隧道（双向6车道）,绪论,绪论,南京长江越江公路隧道（双向6车道）,国内外已建10km以上的水工隧道达90多座，中国占11座。

国内已建成5km以上的引水隧道20座。

已建成的由青海大通河引水至甘肃的调水工程总干线全长168.9km，其中隧道33座，总长75.11km。

山西万家寨引黄工程，隧道最长超过200km。

辽宁东水西调工程引水隧道长86km。

5.我国水工隧道,绪论,（三）我国隧道工程技术概况,1.长大隧道

（1）钻爆法施工（大遥山隧道、秦岭铁路隧道、秦岭公路隧道）快速掘进（月进尺500m，已达世界先进水平）出渣运输系统通风系统

（2）TBM施工（秦岭隧道、在建大伙房隧道）TBM快速施工掘进对不良地质条件的适应性出渣运输系统,绪论,2.不良地质隧道富水断层破碎地质流砂地质岩溶地质高地应力岩爆高地应力挤压大变形煤系地层湿陷性黄土,绪论,（三）我国隧道工程技术概况,3.设计理论隧道或地下结构处于地下或山内（统称围岩），既受围压荷载作用，又受围压的约束有利作用荷载结构地层结构收敛约束经验类比针对不同的条件采用不同的设计理论,绪论,（三）我国隧道工程技术概况,4.施工方法明挖法暗挖法盾构法掘进机法盖挖法顶进法沉埋法,绪论,（三）我国隧道工程技术概况,1.交通类隧道经济发展，交通先行交通标准不断提高国力增强，技术进步需建设更多、标准更高的隧道,（四）我国隧道工程前景展望,绪论,2.城市隧道解决城市交通拥挤问题快捷、大运量的交通系统（地铁）城市发展要求包括地下空间的开发各类市政设施发展趋势隧道管沟化（集中）继19世纪的桥梁、20世纪的摩天大楼，21世纪是隧道及地下工程开发与利用的世纪。

绪论,（四）我国隧道工程前景展望,3.水利工程南水北调工程东线中线西线,绪论,（四）我国隧道工程前景展望,隧道掘进机TBM,绪论,（五）国外隧道的发展情况,绪论,在国外，最早的地下工程是矿山的开采。

铁路事业兴起以后，出现了山区铁路隧道、水底隧道及公路隧道。

自从城市发展以来，城区交通繁忙，车辆拥挤，安全难保。

又因新开挖工具盾构的出现，地下铁道随之兴起。

近期以来，隧道工程的科学技术得到了相应的发展。

在原有的技术基础上，采用钢拱支撑、喷射混凝土衬砌，锚杆加固围岩，已是普遍使用。

引进新奥法来指导并调整施工，也已大量推广。

用有限元的方法来分析地下结构的受力状态，也已为人们所乐于使用。

尽管近年来隧道工程已经取得了一定的成就和相应的发展，但是还存在着许多问题和缺点：

隧道结构还比较粗大厚实；施工环境还很恶劣，工人劳动强度还很大；工程进度不快和工程造价较高；对围岩的性质还没有深入地摸清楚；计算模型的选用和计算的理论还不完全符合实际；施工技术水平和管理方法还比较落后；人力和物力的消耗和浪费都较大。

五、存在的问题,绪论,隧道的概念及组成隧道的分类及其作用隧道在交通事业中的地位及发展历史隧道的发展及主要成就存在的问题,小节,绪论,隧道设计规范,铁路隧道设计规范（TB10003-2005）,公路隧道设计规范（JTGD70-2004）,地铁设计规范（GB50157-2003）,绪论,武广222座172.152km广深24座32.016km郑西38座76.876km石太32座74.904km合武37座64.706km甬温59座88.115km温福59座149.423km福厦37座40.406km广珠4座4.172km,在建客运专线隧道,太行山隧道,太行山特长隧道位于石太客运专线孤山车站和盂县车站之间，是本线的重点控制工程，隧道通过该段太行山山脉的主峰越宵山，越宵山最高高程为1320m，隧道最大埋深445m，太行山隧道设计为双洞单线隧道，两线线间距35m。

隧道左线进口里程为DK69+276，出口里程为DK97+168，隧道全长27892m；隧道右线进口里程为右DK69+286，出口里程为右DK97+163，隧道全长27877m。

大瑶山隧道群,大瑶山一号隧道、二号隧道和三号隧道共3座隧道组成，长度分别为10081m、6024m和8387m。

双线隧道，线间距5m，最高时速350km/h，有效断面积100m2。

总工期40个月。

一号隧道右侧设置2268m的平导，出口左侧设置885m的横洞；二号隧道进出口左侧分别设置长约340和320m的横洞；三号隧道进出口左侧分别设置长约256m和1272m的平导。

狮子洋隧道,位于广深港客运专线东涌站至虎门站区间，穿越珠江口狮子洋河段，是中国第一座水下铁路隧道，行车目标值350km/h。

工程范围全长10800m，隧道长度10490m，引道敞开段长310m。

明、暗挖加盾构法施工。

隧道采用双洞单线结构，断面净空有效面积约65m2。

盾构段结构内径9.8m，外径10.8m，管片厚度50cm，采用7+1分块方式，单层钢筋混凝土衬砌。

左右线之间的联络横通道23处。

盾构段采用4台泥水平衡式盾构施工，总工期41个月。

函谷关隧道,郑西客运专线，全长7851m，最大埋深220m，中国最长及断面最大的黄土隧道。

设计为单洞双线，线间距5m，行车目标值350km/h。

断面净空有效面积约165m2。

设计施工工期34个月，设置1个横洞和三个斜井。

浏阳河隧道,武广客运专线，全长10100m。

下穿京珠高速公路、星沙开发区、浏阳河与长沙市机场高速公路。

设计为单洞双线，线间距5m，行车目标值350km/h。

断面净空有效面积约100m2。

设计施工工期27个月，设置3座竖井和1个斜井。

竖井采用矩形结构，位于隧道顶；斜井采用无轨运输。

宜万线岩溶隧道,全长正线378km，隧道长度所占比例高达60%，全线隧道总数为161座，总长约33延长km，其中岩溶隧道有92座，总长为247km。

级风险的隧道8座，施工中曾多次发生突水、突泥，采用综合超前地质预报、注浆堵水、限量排水等措施，确保施工安全。

吕梁山隧道,全长20780m，设计为双洞单线，线间距30m，设计行车速度200km/h，并满足通行双层集装箱列车的条件。

设5个斜井，采用无轨运输方式。

关角隧道,青藏线西宁至格尔木段增建第二线穿越青海南山的隧道，设计全长32600m，为目前国内规划最长的铁路隧道。

设计为双洞单线，线间距40m，行车目标值160km/h，预留200km/h的条件。

拟采用掘进机法施工，采用2台全断面掘进机相向施工线隧道，采用2台小断面掘进机施工线隧道，线隧道超前。

向莆铁路隧道,向莆铁路从向塘至莆田，正线全长607km，全线共有隧道114座，总长约290km，其中福建境内90座，长约274km，占该段线路的66.4%，尤其以福建建宁至永泰段隧道比重最大，在277km的线路长度内有74座隧道，长约209.8km，隧线比高达75.6%。

大于10km的特长隧道有11座，总长度约176km，大于20km的隧道有3座，最长隧道为戴云山隧道，长度约27.8km。

长度大于15km的戴云山、高盖山、青云山和雪峰山隧道采用双洞单线隧道方案，其余均采用单洞双线隧道方案，行车目标值250km/h。

计划6座特长隧道采用10台全断面掘进机和2台小断面掘进机施工，其余隧道采用钻爆法施工。

兰渝铁路隧道,可研方案共有隧道117座，总长约480km，其中兰州至广元段共有隧道66座，长约370km。

特长隧道有12座，总长度约190km，最长隧道为西秦岭隧道，长度约29.71km。

对于有条件的特长隧道将优先采用掘进机法施工。

TheEnd,