隧道工程教案.doc

第1章 绪 论 1.1 隧道在交通事业中的地位及发展概况 1 什么是隧道？ 隧道是指一种修建在地层中的地下工程建筑物 公路隧道是指专供公路运输使用的地下工程结构物 2 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：目前我国高速公路总里程还很少（2001年底近2万公里），满足不了发展的需要，造成各种交通设施超负荷运转，交通事故、交通阻塞和交通公害等成为一大社会问题，阻碍了国家和地区经济的发展。因此，针对交通需求的高涨，解决好路面交通的规划和修建，是目前急需研究解决的课题。 3 隧道工程的发展概况 （1）隧道的发生和发展历史： 原始时代 即人类的出现到纪元前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。隧道是用兽骨等工具开挖，修筑在可以自身稳定而无需支撑的地层中。 远古时代 从纪元前3000年到5世纪，是为生活和军事防御目的而利用隧道的时代。这个时代隧道的开发技术形成了现代隧道开发技术的基础。例如，古埃及金字塔的建设就开始修建了地下建筑。纪元前2200年间的古代巴比伦王朝为连结宫殿和神殿而修建了约1km长的隧道，断面为3.6×4.5m，施工期间将幼发拉底河水流改道，采用明挖法建造，该隧道是一种砖砌建筑。 中世纪时代 约从5世纪到14世纪的1000年左右。这个时期正是欧洲文明的低潮期，建设技术发展缓慢，隧道技术没有值得一提的进步。但由于对地下矿产资源铜、铁等的需求，开始了矿石开采。 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。 隧道技术的发展与成就 据现有资料记载，我国最早的交通隧道是位于今陕西汉中县的‘石门’隧道，建于公元66年，是供马车和行人通行的。 世界上最早的隧道是公元前2200年，巴比伦国王为连结宫殿而修建的隧道。 测量技术的出现，推动了隧道技术的进步。人们利用棚架支撑岩层和卷扬提升土石，从两端洞口开挖隧道，数量较多的各种用途的隧道和水工隧道开始增多。 14世纪发明了火药，推动了隧道技术发展。1679年用于法国拉恩开得克运河隧道开挖，获得极大成功，隧道挖掘技术得到飞速的发展。 19世纪的产业革命，隧道开挖出现了各种新方法，迎来了近代隧道开挖技术的新曙光。1818年布鲁内尔（Brune1）发明了盾构，意大利物理学家欧拉顿（Erardon）提出以压缩空气平衡软弱地层涌水压力。防止地层坍塌的方法后，英国的科克伦（Co-Chrane）利用这个原理发明用压缩空气开挖水底隧道的方法。 新中国成立以来，为改变国家的经济布局，发展内地和山区的经济，先后修建了数十条隧道比重较大的山区铁路。使得我国在铁路隧道的数量和施工技术上都有了较大发展，逐渐掌握了隧道建筑的近代技术，从人力为主体的施工转向以机械开挖为主体的施工，技术上有了质的飞跃。 1979年开始正式推广新奥法 我国公路隧道的建设发展相对迟缓。近几年由于高速公路建设的加快，公路隧道的数量已开始成倍的增长，据不完全统计，到1999年底，我国已建成的公路隧道达1217座，单洞总延长超过406km。我国已建成和正在建设的长度超过3公里以上的公路道列表1.1。 表1.1已建成和正在建设的3公里以上的公路隧道概况 隧道名称 隧道长度（m） 营运条件 大溪岭隧道 4100 双向、双车道 二郎山隧道 4160 单向、双车道 华莹山隧道 4770 单向、双车道 鹧鸪山隧道 4400 单向、双车道 木鱼槽隧道 3600 双向、双车道 八达岭隧道 3455 双向、双车道 真武山隧道（重庆） 3100 单向、双车道 中梁山隧道（重庆） 3165 单向、双车道 牛郎河隧道 3920 单向、双车道 猫狸岭隧道 3600 单向、双车道 秦岭终南山隧道 18100 双洞、单向、双车道 重庆正在修建的重庆最长的隧道--通渝隧道（4280米），造价近2亿元 目前世界上已建成公路隧道，最长的瑞士16.918km的圣哥达隧道，而挪威正在修建的Aurland—Laerdal公路隧道，长度达24.5km。世界上长大公路隧道的概况列于表1.2。其中通过阿尔卑斯山最高峰下连接法国和意大利的勃朗峰(Mt.Blance)隧道，全长11.6km，道路宽7.0m，从顶板到路面高6m，断面呈马蹄形，衬砌厚80cm，法国侧入口标高为1274m，意大利侧标高为1381m，最大埋深约2500m，双车道相向运行，最高限速为80公里/小时。1959年开工， 1965年开始运营 表1.2 世界各国已建成和在建的长度大于10km的公路隧道 隧道名称 国家 长度（m） 勃朗峰（Mt.Blance） 法国－意大利 11600 弗雷儒斯（Frejus） 法国－意大利 12901 圣哥达（St.Gothard） 瑞士 16918 阿尔贝格（Arlberg） 奥地利 13927 格兰萨索（Gran Sasso） 意大利 10173 关越I（Kan-Etsu） 日本 10920 关越II（Kan-Etsu） 日本 11010 居德旺恩（Gudvanga） 挪威 11400 Folgefonn 挪威 11100 Aurland Laerdal 挪威 24500 坪林（Pinglin） 中国台湾 12900 Hida 日本 10750 秦岭终南山隧道 中国 18100 3 隧道工程的发展前景及需要解决的难题 隧道工程发展前景：我国是幅员辽阔、地质复杂、多山的发展中国家，随着我国市场经济的发展，高速公路已从沿海地区向西部山区延伸，公路隧道的数量和建筑规模越来越大。城市化交通尚处于起步阶段，大规模交通事业方兴未艾，隧道事业发展前景十分广阔。 隧道工程发展方向：合理规划与环境保护、非爆破的机械化施工、设计可靠合理、使用安全等方面。 隧道工程需要解决的难题： 隧道围岩力学性质与围岩破坏的关系； 计算模型和计算理论如何与实际相符； 施工技术水平与经济效益的提高； 隧道设计施工管理水平与经济效益的提高； 1.2 隧道的分类及其作用 隧道分类方法很多，这里介绍按照用途、长度、断面分类 1 按照用途分类：交通隧道、水工隧道、城市隧道和矿山隧道 （1）交通隧道 交通隧道是应用最广泛的一种隧道，其作用是提供交通运输和人行的通道，以满足交通线路畅通的要求，一般包括有以下几种。 1）公路隧道—专供汽车运输行驶的通道。 过去，在山区修建公路为节省工程造价，常常选择盘山绕行，宁愿延长距离而避开修建隧道昂贵的费用。随着社会经济和生产的发展，高速公路的大量出现，对道路的修建技术提出了较高的标准，要求线路顺直、坡度平缓、路面宽敞等。因此在道路穿越山区时，出现了大量的隧道方案。隧道的修建在改善公路技术状态、缩短运行距离、提高运输能力、减少事故等方面起到重要的作用。我国正在修建的秦岭终南山隧道长18.1km，它的建成将翻越秦岭的道路缩短约60km，时间减少2个多小时。 2）铁路隧道—-专供火车运输行驶的通道。 铁路穿越山岭地区时，需要克服高程障碍，由于铁路限坡平缓，最大限坡小于24‰（双机牵引），而这些山岭地区限于地形，无法绕行，常常不能通过展线获得所需的高程。此时，开挖隧道穿越山岭是一种合理的的选择，其作用可以使线路缩短，减小坡度，改善运营条件，提高牵引定数。如宝成线宝鸡至秦岭段线路密集地设有48座隧道，占线路总延长的37.75％。可见山区铁路隧道的作用了。 3）水底隧道—-修建于江、河、湖、海、洋下的隧道，供汽车和火车运输行驶的通道。 当交通线路跨越江、河、湖、海、洋下时，可以选择的方案有架桥、轮渡和隧道，但架桥受净空的限制，轮渡限制通行量，如果这些矛盾得不到有效的解决，水底隧道是一种很好的方案，其优点是不受气候影响，不影响通航，引道占地少，战时不暴露交通设施目标等优点；越来越受到人们青睐，在我国上海跨越黄浦江、广州穿越株江都修建跨江的水底隧道。缺点是造价较高。 4）地下铁道—-修建于城市地层中，为解决城市交通问题的火车运输的通道。 地下铁道是在大城市中解决交通拥挤、车辆堵塞的有效途径之一，由于能大量、快速、安全、准时输送乘客，成为大城市解决交通矛盾的有力手段。我国北京、上海、广州等城市已经建成的地下轨道交通系统，为改善城市的交通状况，减少交通事故起到了重要的作用。其它城市，如深圳、南京、青岛、大连、武汉、沈阳、重庆、哈尔滨、成都等已在规划和修建地下铁道。 5）航运隧道－-专供轮船运输行驶而修建的通道。 当运河需要跨越分水岭时，克服高程的有力手段是修建运河隧道，其优点是缩短航程，减少运营费用，河道顺直，航运条件大大改善。 6）人行隧道－专供行人通过的通道。 一般修建于城市闹区穿越