《隧道工程》教案

《隧道工程》教案（共8篇）

《隧道工程》教案 篇1

第1章 绪 论

1.1 隧道在交通事业中的地位及发展概况 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

（1）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。

（2）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。

（3）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。3 隧道工程的发展概况（1）隧道的发生和发展历史（2）隧道技术的发展与成就 隧道工程的发展前景及需要解决的难题（1）隧道工程发展前景：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。（2）（3）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、设计可靠隧道工程需要解决的难题： 合理、使用安全等方面。

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

公路隧道—专供汽车运输行驶的通道。铁路隧道—-专供火车运输行驶的通道。

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。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。航运隧道－-专供轮船运输行驶而修建的通道。人行隧道－专供行人通过的通道。（2）水工隧道

引水隧道－是将水引入水电站的发电机组或水资源的调动而修建的孔道。

尾水隧道—用将水电站发电机组排出的废水送出去而修建的隧道。

导流隧道或泄洪隧道—水利工程中疏导水流并补充溢洪道流量超限后的泄洪而修建的隧道。

排沙隧道——它是用来冲刷水库中淤积的泥沙而修建的隧道。（3）市政隧道

给水隧道一为城市自来水管网铺设系统修建的隧道。

污水隧道—为城市污水排送系统修建的隧道。

管路隧道一为城市能源供给（煤气、暖气、热水等）系统修建的隧道。线路隧道—为系统修建的隧道。

人防隧道一是为战时的防空目的而修建的防空避难隧道。（4）矿山隧道 公路隧道按照长度的分类（1）特长隧道：L3000m

（2）长 隧 道：3000mL1000m（3）中 隧 道：1000L500m（4）短 隧 道：L500m 3 按照隧道断面积

（1）特大断面隧道（100m2以上）（2）大断面隧道

（50～100m2）（3）中等断面隧道（10～50 m2）（4）小断面隧道

（3～10 m2）（5）极小断面隧道（3 m2 以下）思考题

1.什么叫隧道？试从隧道的广泛用途论述学习、研究与发展隧道技术的重要意义。2.在交通线路上修建隧道的意义？

第2章 隧道的勘察

隧道勘察的目的，是在于查明隧道所处位置的工程地质条件和水文地质条件以及隧道施工和运营对环境保护的影响。

2.1 隧道勘察的几个阶段

隧道勘察阶段的划分应与公路设计阶段相适应，一般分为（1）可行性研究勘察，（2）初步勘察，（3）详细勘察。1 可行性研究勘察 2 初步勘察

初勘是在批准的工程可行性研究报告推荐建设方案的基础上，在初步选定的路线内进行勘察，其任务是满足初步设计对资料要求。重点勘察不良地质地段，以明确隧道能否通过或如何通过。提供编制初步设计所需全部工程地质资料。3 详细勘察

（1）详勘的目的：是根据已批准的初步设计文件中所确定的修建原则、设计方案、技术指标等设计资料，通过详细工程地质勘察，为线位布设和编制施工图设计提供完整的工程地质资料。

（2）详勘的任务：是在初勘的基础上，进行补充校对，进一步查明沿线的工程地质条件，以及重点工程与不良地质区段的工程地质特征，并取得必需的工程地质的数据，为确定隧道位置的施工图设计提供详细的工程地质资料。

（3）详勘工作步骤：可按准备工作、沿线工程地质调绘勘探、试验、资料整理等顺序进行。

2.2 隧道勘察的主要方法

收集研究即有资料

收集的资料一般应包括以下几个方面的内容：

（1）地域地质资料，如地层、地质构造、岩性、土质等；

（2）地形、地貌资料，如区域地貌类型及主要特征，不同地貌单元与不同地貌部位的工程地质评价等；

（3）区域水文地质资料，如地下水的类型、分带及分布情况，埋藏深度、变化规律等；

（4）各种特殊地质地段及不良地质现象的分布情况，发育程度与活动特点等；

（5）地震资料，如沿线及其附近地区的历史地质情况，地震烈度、地震破坏情况及其与地貌、岩性、地质构造的关系等；

（6）气象资料：如气温、降水、蒸发、温度、积雪、冻积深度及风速、风向等；

（7）其它有关资料，如气候、水文、植被、土壤等；

（8）工程经验、区内已有公路、铁路等其它土建工程的工程地质问题及其防治措施等。2 调查与测绘

调查与测绘是工程地质勘察的主要方法。通过观察和访问，对隧道通过地区的工程地质条件进行综合性的全面研究，将查明的地质现象和获得的资料，填绘于有关的图表与记录本中，这种工作统称为调查测绘（调绘）。（1）工程地质调查

（2）工程地质测绘

测绘的比例尺可在以下范围内选用：可行性研究阶段1:5000—1:50000，初勘阶段 1:2000—1:10000，详勘阶段1:200—1:2000。下面分两种情况说明。

无航测资料时：工程地质测绘主要依靠野外工作，为此需要讲究测绘方法与量测精度，以求用较少的工作获得符合要求的结果。根据不同比例尺的精度要求，对观察点、地质构造及种地质界线等的标测方法有以下三种：

①目测法。②半仪器法。

③仪器法。

有航摄资料时：

a）主体镜判释

b）实地调查测绘

c）绘制工程地质图。（3）调查测绘内容

基本内容不外以下几个方面。

地形、地貌：地形、地貌的类型、成因、特征与发展过程：地形、地貌与岩性、构造等地质因素的关系；地形、地貌与工程地质条件的关系。

地层、岩性：地层的层序、厚度、时代、成因及分布情况；岩性、风化程度及风化层厚度；

地质构造：断裂、褶曲的位置、构造线走向，产状等形态特征和地质力学特征；岩层的产状和接触关系，软弱结构面的发育情况及其与路线的关系，对路基的稳定影响等。

第四纪地质：第四纪沉积物的成因类型，土的工程分类及其在水平与垂直方向上的变化规律；土的物理、水理、化学、力学性质；特殊土及地区性土的研究和评价。

地表水及地下水：特殊地质、不良地层

地震：根据沿线地震基本烈度的区域资料，结合岩性、构造、水文地质等条件，通过访问、确定≥7度的地震烈度界线。

工程经验：对所在地区既有地下工程及其它建筑物的稳定情况和工程措施进行调查访问，以便借鉴。

2.3 隧道勘察的主要手段

1挖探

坑探——用机械或人力垂直向下掘进的土坑，或者称为试坑，深者称为探井。

槽探——挖掘成狭长的槽形，其宽度一般为0.6—1.0米，长度视需要而定，2简易钻探

简易钻探是工程地质勘探中经常采用的方法。其优点是工具轻、体积小、操作方便，进尺较快，劳动强度较小。缺点是不能采取原状土样或不能取样，在密实或坚硬的地层内不易钻进。2钻探

根据钻进时破碎岩石的方法，钻探可分为:

1)冲击钻进

2)回转钻进

3)冲击回旋钻进

4)振动钻进 3地球物理勘探

凡是以各种岩土物理性质的差别为基础，采用专门的仪器，观测天然或人工的物理场 变化，来判断地下地质情况的方法，统称为物探。

2.4 地质勘察

山岭隧道是修建在天然地层中的建筑物，它从位置选择到具体设计，直到施工，均与地质条件有密切关系。

地质条件包括岩层性质、地质构造、岩层产状、裂隙发育程度及风化程度，隧道所处深度及其与地形起伏的关系、地层含水程度、地温及有害气体情况、有无不良地质现象及其影响等。1初步勘察

初勘应提交的资料

 隧道工程地质说明书，对地质工作作一扼要叙述，并作出评价。 提出对隧道初步设计的各项建议及以后详测应进行的工作。

 隧道工程地质平面图，图上应填绘物探、钻探等平面布置及挖探点位置，比例尺：1:2000～1:5000。

 隧道工程地质纵断面图，图中应标明勘探点，若进行震探时，则应标明岩层的弹性纵波波速，比例尺1:500～1:5000；竖1:200～1:1000。

 洞口、洞身工程地质横断面图，应标明勘探点，若进行震探，则应标明岩层的弹性纵波波速，比例尺为1:200～1:500。 提供钻孔地质柱状剖面图；试验资料汇总表；

 航空照片地质解释资料及工程地质照片、野外素描图等；

 严重影响隧道方案的特殊地质、不良地质地区，应编制专项资料。2详细勘察

详勘应提交的资料：

 详勘说明书，根据详勘提出对设计及施工方案的建议；

 地质详勘成果书，包括地质平面图及剖面图，重大地质问题的评介；  钻探、试验资料整编等。思考题

1.初步勘察和详细勘察在目的、任务、内容、方法、手段及提交的资料等方面有何要求？ 2.什么是物探，有何优、缺点？ 3.环境评价主要应完成哪些工作？

第3章 隧道总体设计

3.1 隧道选址

 根据地形图和调查资料，通常在多个路线方案中，进行技术经济比较确定一条线。 隧道方位选择。长大隧道通风、照明及养护管理费用较大。 隧道标高的选择。

 安全性、用地、建设投资、施工的难易、使用费以及与当地环境和景观相协调等。3.1.1

越岭隧道选址

通过山岭、重丘区的长大干线公路往往要翻越分水岭，线路为穿越分水岭而修建的隧道称为越岭隧道。

（一）越岭隧道平面位置的选择

越岭隧道平面位置选择:

1、采用直线或大半径曲线为好；

2、优选考虑在路线总方向上或其附近的低垭口，展线好，隧道较短；

3、虽远离线路总方向，但垭口两侧有良好的展线条件；

4、工程地质和水文地质条件良好的垭口。

（二）越岭隧道标高选择

在越岭位置选定后，越岭标高影响展线及越岭隧道方案：

1、隧道标高越高，隧道越短，施工期短，两端展线长度增加，运营条件差；

2、隧道标高低，隧道加长，施工期长，运营条件较好。

3、选择越岭隧道标高时，综合考虑施工、运营等多因素比较确定最优隧道标高。

（三）越岭隧道选址尚应考虑以下原则：

1、逢山穿洞，宁长勿短，早进晚出--避免洞口深挖；

2、宁里勿外，宁深勿浅，避软就硬--避免不良地质； 3.1.2

傍山隧道选址

为改善线形，提高车速，缩短里程，节省时间，常常修建傍山隧道。

傍山隧道一般埋藏较浅，容易造成各种病害；山坡亦常有滑坡，松散堆积，泥石流等不良地质现象，地质情况较为复杂。

选择傍山隧道时应注意：

（1）傍山隧道的洞身覆盖厚度问题。为保持山体稳定和避免偏压产生，隧道位置宜往山体内侧靠--宁里勿外

（2）要考虑河岸冲刷对山体和洞身稳定的影响

（3）应考虑施工便道设置和既有公路的位置，应注意既有公路边坡的可能坍塌和施工便道对洞身稳定的影响

（4）线路沿山嘴绕行应与直穿山嘴的隧道方案进行比较。3.1.3 不良地质地段隧道位置的选择

 研究地质条件的重要性

 常见不良地质条件有滑坡、崩坍、松散堆积、泥石流、岩溶及含盐、含煤、地下水发育等地质条件。

3.1.4

隧道洞口位置选择

洞口位置选择好坏，将直接影响隧道施工、造价、工期和运营安全。选择时要结合洞 口的地形，地质条件、施工、运营条件以及洞口的相关工程（桥涵、通风设施等）综合考虑。

（1）洞口部分在地质上通常是不稳定的。一般应设在山体稳定，地质条件好，排水有利的地方。隧道宜长不宜短，应“早进洞，晚出洞”，尽量避免大挖大刷，破坏山体稳定。

（2）洞口不宜设在沟谷低洼处和汇水沟处，一般宜将洞口移到沟谷地质条件较好的一侧有足够宽度的山嘴处。

（3）当洞口处为悬崖陡壁时，根据地质情况采用贴壁或采用接长明洞的办法，将洞口堆到坍方范围以外3—5m处

（4）洞口地形平缓时，一般也应早进洞晚出洞。这时洞口位置选择余地较大，应结合洞外路堑、填方、弃渣场地、工期等具体确定。需要时可接长明洞，以确保施工和运营安全。

（5）考虑洞口边仰坡不致开挖过高和洞口段衬砌结构受力，洞口位置宜与地形等高线大体上正交。特别是在土质松软、岩层破碎、构造不利的傍山隧道，更应注意。

（6）长大隧道在洞门附近应考虑施工场地、弃渣场以及便道等的位置。

（7）洞口附近有居民点时，考虑提前进洞，尽可能减少附近地上构筑物，地下埋设物与隧道的相互影响，及减少对环境（农业、交通、居民生活）的影响。

（8）洞口路肩应高出设计洪水位（包括浪高）以上0.5m，以免洪水浸入隧道。

（9）考虑通风设备排出的废气和噪声对周围环境的影响程度和解决办法。

（10）考虑设置防雪工程、防风工程和防路面冻害工程的必要性。

总之，隧道洞口和洞身是不可分的整体，在位置选择时不能顾此失彼，应该同样的重视。

3.2 隧道的几何设计

 隧道由主体建筑物和附属建筑物两部分组成。

 主体建筑物包括洞门和洞身衬砌，以及需要在洞口地段接长的明洞。 附属建筑物包括通风、照明、防排水、安全设备、电力、通信设备等。 隧道的几何设计主要是汽车行驶与隧道各个几何元素的关系，常把隧道中心线解剖为隧道的平面，纵断面及净空断面来分别研究。

3.2.1

隧道的平面设计

1、隧道平面设计：隧道平面是指隧道中心线在水平面上的投影。隧道是线路的一个组成部分，与公路一样，线形至少满足《公路工程技术标准》规定；

2、应适当提高线形标准。因隧道内运营和养护条件明显比洞外差。

3、具体原则：

（1）原则上采用直线，避免曲线；

（2）当必须设置曲线时，半径不宜小于不设超高的平面曲线半径。

4、曲线隧道的不利因素：（1）行车视距问题；

（2）加宽断面问题，造成变截面隧道，施工难度大；（3）曲线隧道内装修复杂；

（4）增加通风阻抗，对自然通风不利； 3.2.2

隧道纵断面设计

1、隧道纵断面：沿隧道中心线展开的垂直面上的投影。

2、纵坡类型：（1）人字坡隧道（2）上行单坡隧道（3）下行单坡隧道

3、控制隧道纵坡大小的主要因素

（1）通风问题（2）排水问题

4、纵坡坡度大小及其影响

（1）隧道纵坡坡度范围：0.3%--3%（2）纵坡坡度与通风的关系，要求1%以下，大于2%，排量迅速增加；（3）与排水的关系，纵坡越大水流越快；

（4）纵坡坡度与施工运营的关系，采用大竖曲线半径和竖曲线长度；（5）综合通风和排水考虑，纵坡为不防碍排水的缓坡为宜； 3.2.3

隧道横断面设计 3.2.4

隧道接线

1、保证有足够的视距和行驶安全

2、注视点和注视时间

3、隧道两端平面线形与道路线形相一致的最小长度有规定。

3.3 衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定

 什么是隧道衬砌：是一种超静定支护结构。

 衬砌断面设计：主要解决内轮廓线，轴线和厚度三个问题。

 设计内轮廓线的原则：衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，力求开挖和衬砌的数量最小。衬砌内表面力求平顺，还应考虑衬砌施工的简便。

 隧道衬砌断面的轴线：应当尽量与断面压力曲线重合，使各截面主要承受压应力。 隧道衬砌厚度：随所处地质条件和水文地质条件不同而有较大变化，并且与隧道的跨径，荷载大小，衬砌材料以及施工条件等有关。

3.3.1衬砌断面

(1)衬砌内轮廓线：是衬砌的完成线，在内轮廓线之内的空间，即为隧道的净空断面。

(2)衬砌外轮廓线：指为保持净空断面的形状，衬砌必须有足够的厚度(或称最小衬砌厚度)的外缘线。

(3)实际开挖线：为保证衬砌外轮廓，开挖时往往稍大，尤其用钻爆法开挖时，实际开挖线不可避免的成为不规则形状。3.3.2 公路隧道衬砌内轮廓线的求法

(1)圆形断面的作图

确定道路隧道内轮廓线时，以公路建筑限界为基准，并附加上通风所需要的断面。(2)直墙式衬砌断面

(3)曲墙式衬砌断面(顶板以上设置通风道时)3.3.3衬砌断面几何尺寸的拟定

3.4 道路隧道勘测设计文件的内容和组成

道路隧道勘测设计的成果是相应的设计文件，应按交通部颁发的《公路基本建设工程设计文件编制办法》和《公路隧道勘测规程》的要求进行。

定测结束后应提出隧道勘测说明书，其内容如下：

1．沿线隧道概况及自然概况；

2．工程地质(包括地震烈度资料)及水文地质情况；

3．气象、环境和有关政策法令情况；

4．施工条件；

5．隧道方案；

6．对运营通风、运营照明和防排水方式的选择建议；

7．存在问题以及解决办法的建议，有关协议、纪要等；

8.隧道线路方案平面图；

9．隧道线路地质平面图；

10．隧道纵断面图；

11．隧道洞口地形平面图；

12．洞口纵、横断面图；

13．辅助坑道及运营通风风道工程所需地形，纵横断面图；

14．明洞纵横断面图：

除上述资料外，对长大隧道或复杂的隧道应将工程地质及水文地质调查成果附于说明书之后。

思考题

1．不良地质地段隧道选址时，主要应考虑哪些问题？ 2．隧道平面、纵断面设计时应注意什么问题？ 3．什么是隧道建筑限界？

4．隧道接线的平面及纵断面线形有何要求？ 5．什么是衬砌内轮廓线，外轮廓线，实际开挖线？

第4章 隧道结构构造

公路隧道结构构造，由主体构造物和附属构造物两大类组成。主体构造物通常指洞身衬砌和洞门构造物。附属构造物是主体构造物以外的其它建筑物，是为了运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的构造物。

4.1 洞身衬砌

4.1.1

衬砌结构的类型

出现各种适应不同的地质条件的结构类型，大致有下列几类。1．直墙式衬砌 2．曲墙式衬砌

3．喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌 4．偏压衬砌 5.喇叭口隧道衬砌 6．圆形断面隧道 7．矩形断面衬砌 4.1.2

支护结构

在隧道及地下工程中，支护结构通常分为初期支护（一次支护）和永久支护（二次支护、二次衬砌）。一次支护是为了保证施工的安全、加固岩体和阻止围岩的变形。二次支护是为了保证隧道使用的净空和结构的安全而设置的永久性衬砌结构。

4.2 洞门

4.2.1

概述

洞门是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌与洞口外路堑的支护结构，其作用是保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定，引离地表流水，减少洞口土石方开挖量。洞门也是标志隧道的建筑物。

洞门附近的岩(土)体通常都比较破碎松软，易于失稳，形成崩塌。为了保护岩(土)体的稳定和使车辆不受崩塌、落石等威胁，确保行车安全，应该根据实际情况，选择合理的洞门型式。洞门是各类隧道的咽喉，在保障安全的同时，还应适当进行洞门的美化和环境的美化。

山岭隧道常用的洞门型式主要有端墙式、翼墙式和环框式；水底隧道的洞门通常与附属建筑物，如通风站，供、蓄、发电间，管理所等结合在一起修建，城市隧道既可能是山岭隧道，也可能是水底隧道，不过一般情况下交通量都比较大，对建筑艺术上的要求也较高。

道路隧道在照明上有相当高的要求，为了处理好司机在通过隧道时的一系列视觉上的变化，有时考虑在入口一侧设置减光棚等减光构造物，对洞外环境作某些减光处理。这样洞门位置上就不再设置洞门建筑，而是用明洞和减光建筑将衬砌接长，直至减光建筑物的端部，构成新的入口。4.2.2

洞门型式 1．端墙式洞门 2.翼墙式洞门 3.环框式洞门 4．遮光棚式洞门 4.2.3

隧道洞门构造

4.3 明洞

当隧道埋深较浅，上覆岩(土)体较薄，难采用暗挖法时，则应采用明挖法来开挖隧道。用这种明挖法修筑的隧道结构，通常称明洞。

明洞具有地面、地下建筑物的双重特点，既作为地面建筑物用以抵御边坡、仰坡的坍方、落石、滑坡、泥石流等病害。

明洞净空必须满足隧道建筑限界要求，洞门一般作成直立端墙式洞门。

明洞的结构形式应根据地形、地质、经济、运营安全及施工难易等条件进行选择，采用最多的是拱形明洞和棚式明洞； 4.3.1

拱形明洞

隧道进出口两端的接长明洞或在路堑边坡不稳定地段修建的独立明洞等，多采用拱形明洞的形式。拱形明洞整体性好，能承受较大的垂直压力和侧压力。其形式有以下四种：

(一)路堑对称型

(二)路堑偏压型

(三)半路堑偏压型

(四)半路堑单压型

4.3.2

棚式明洞

当山坡坍方，落石数量较少，山体侧压力不大，或因受地质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞。

4.3.3

明洞基础

明洞基础应置于稳固的地基上。当基岩埋深较浅时，基础可设置于基岩上；当基础位于软弱地基上时，基础可采用仰拱，整体式钢筋混凝土底板等结构。外墙基础趾部，应有一定的嵌入深度并应设在冻结线以下0.25m，且保证一定的护基宽度。

明洞基础应遵守隧道衬砌基础的有关规定。当两侧边墙地基软硬不均时，应采取措施加以处理，以免引起过大的沉降和不均匀沉陷，使明洞结构产生裂缝或破坏。可采取下述措施：(1)基岩不深时可加深基础，设置于基岩上；(2)采用钢筋混凝土或混凝土仰拱；(3)采用钢筋混凝土底板，修筑整体式基础；(4)亦可采用桩基或加固地层等措施。

4.3.4

明洞填土

明洞顶设计填土厚度，应根据山坡病害的情况，预计明洞顶可能出现的坍塌量及将来明洞所要起的作用来确定。

4.4 竖井、斜井

一般隧道开挖是从两洞口或从其中一个方向洞口进行。但在长大隧道因工期限制、经济、施工、地形、环境等条件，有必要分成几个工程区段进行施工，多数情况下要设工作坑道。

工作坑道按坡度区分为横洞、斜井、竖井和平行导坑。选择那种形式，决定于地形、地质、工期，运输能力，设置地点的当地条件。

竖井与斜井比较，当高差相同时，长度约为斜并的1/4左右，在遇不良地质和涌水等机率低时，是有利的。但是从运输效率方面比起斜井来，就需加大断面才能满足。而且对于大型机械进入也较困难。另外开挖中处理涌水也困难，开挖能力受地质和涌水状况变化影响大。除作业中的堕落，落石等外，在隧道主坑道开挖时万一出现大涌水，停电等事故时，安全度均较低。因此应考虑这些因素后，才决定采用斜井或是竖井。

竖井、斜井除作为施工作业坑道外，常使用于公路隧道的通风井；水底隧道的扬排水 和维修保养通道；扬水式发电站的调压水槽和压力管道闸门等。4.4.1 竖井

竖井的位置选择必须考虑地形、地质，与主坑道的衔接，完工后的处理等条件来决定。特别是设在山谷部分的竖井多数延长短，要研究防止井口附近地表水和泥沙的流入措施。4.4.2

斜井

确定斜井位置时，考虑以下因索：洞口设置在地形简单，地质良好，涌水量不大，能保证洞外碴罐、卷扬机安装等洞外设备布置的用地需要；与主坑道连接要合适，长度尽可能短，能提供适合运输方式的坡度。4.4.3 使用于通风的竖井

公路隧道通风设备的规模的决定，是以汽车排放的有害物质即对生理上有害的一氧化碳和走行上产生视觉障碍的烟雾为对象的，因此随着隧道长度和交通量的增加，所需通风设备的送风量也增加。

4.5 内装、顶棚及路面

4.5.1内

装

为了确保行车安全，在道路隧道中必须采取措施，使墙面亮度在长期的运营中保持在必要的水平以上，墙面须用适当的材料加以内装处理。以改善隧道内的环境，提高能见度和吸收噪声。

通常用于隧道的张贴内装材料有：

块状混凝土材料

其表面粗糙，容易污染而且不好清洗，但衬砌表面不需特殊处理即可设置，比较经济。

饰面板、镶板等质地致密材料

不容易污染，清洗效果好，洗净率高。板背后的渗漏水很隐蔽，既使外露也容易洗净。各种管线容易在板背后隐蔽设置。板背后的空间有利于吸收噪声。

瓷砖镶面材料

表面光滑，容易洗净且效果良好；要求衬砌平整，以便镶砌整齐；隧道漏水部位可以考虑用排水管道疏导；镶面后面可以埋设小管线；但这种材料没有任何吸声作用。

油漆材料

比块状混凝土材料容易清洗，但不及其它两种材料，对衬砌表面要求很高，需要压光、平整；隧道不能有漏水现象，浸湿的油漆损坏很快；这种材料也没有吸声作用。4.5.2

顶

棚

顶棚的反射率对提高照明效果有利，经过顶棚的反射光使路面产生二次反射，能明显的增加路面亮度。顶棚用漫反射材料可以避免产生眩光，其颜色的明亮程度直接影响到路面亮度，所以应该是浅色的，但是又应有别于墙面，在色调和饱和度上可以有所不同。4.5.3 路

面

对隧道内路面的讨沦是在其具有足够强度和耐久性的前提下进行的。作为特殊要求，有以下各点：

1.路面材料应具有抵御水的冲刷和含有化学物质的水的浸蚀能力。尤其地下水可能为承压水时，更为突出。路面的坡度应能迅速排除清洗用水。

2.因为车辆在隧道内的减速及制动次数较高，横向抗滑要求更高，以确保车体横向稳定。

3.容易修补。

4.路面漫反射率高，颜色明亮，才能获得良好的照明效果。路面作为发现障碍物的背景，比墙面和顶棚有更大的、关键性的作用。

路面材料主要有两种，即混凝土和沥青混凝土。由于混凝土的反射率较沥青混凝土路面高，横向抗滑性好，是过去广泛使用的材料。其最大缺点是产生裂缝时不容易修补，更换时要停止交通。在高寒地区还要受到防滑链的损害，必需考虑设置磨耗层。沥青路面的反射率较低，为了改善路面亮度，需要在面层加入石英和铝的混合物。有的加人浅色石子和氧化钛做填充料。

4.5.4 噪声的消减

隧道内的混响时间(噪声源发音瞬间的声能衰减到1/106。时所需时间，即衰减60分贝所需时间)为洞外的数千倍。而洞外仅为数百分之一秒。对于交通量大的重要隧道，往往需要设置应急电话等安全设备，这种隧道，噪声至少应当控制在可以用电话与管理所通话的程度。

噪声水平(SL)与汽车交通量(N)之间的关系可按下式计算； SL＝181gN十13(dB)

(4.5.1)

式中：N——小时交通量(辆／h)。

4.6 隧道的防水与排水

水，不仅是影响隧道正常施工的因素之一，也是影响隧道正常运营的重要因素之一。为避免和减少水的危害，我国隧道工作者已总结出“截、堵、排相结合”的综合治水原则，并以模筑混凝土衬砌作为防水(堵水)的基本措施。

截，就是在隧道以外将地表水和地下水疏导截流，使不进入隧道工程范围内。

堵，就是以衬砌混凝土为基本防水层，以其它防水材料为辅助防水层，阻隔地下水，使之不能进人隧道内的防水措施，必要时还可以采用注浆堵水措施。堵水措施可以较好地保护地下水环境。

排，就是人为设置排水系统，将地下水排出隧道。

思考题

1．整体衬砌，复合式及锚喷衬砌各适用于什么场合？

2．洞门有何作用，有哪些洞门形式，各适用于什么地质条件？ 3．什么是明洞？明洞有哪几种类型？ 4．明洞基础和顶土有些什么要求？ 5．什么情况下，要考虑采用斜井和竖井？ 6．如何做好隧道的防水与排水？ 第5章 隧道围岩分级与围岩压力

隧道工程所赋存的地质环境的内涵很广，包括地层特征、地下水状况、开挖隧道前就存在于地层中的原始地应力状态、地温梯度等。因此，隧道围岩的稳定性是反映地质环境的综合指标。

隧道围岩压力是指隧道开挖后，围岩作用在隧道支护上的压力，是隧道支撑或衬砌结构的主要荷载之一。

5.1 隧道围岩分级及其应用

隧道的破坏，主要取决于围岩的稳定性，而影响围岩稳定性的因素是多方面的，其中隧道围岩结构特征和完整状态，是影响围岩稳定性的主要因素。隧道围岩体的强度，对隧道的稳定性有着重要的影响，地下水、风化程度也是隧道围岩丧失稳定性的重要原因。5.1.1隧道围岩分级的因素指标及其选择

围岩分级的指标，主要考虑影响围岩稳定性的因素或其组合的因素，大体有以下几种： 1．单一的岩性指标 2．单一的综合岩性指标 3．复合指标 5.1.2隧道围岩分级的方法

国内外隧道围岩分级的方法较多，所采用的指标也不同，但都是在隧道工程的实践基础上逐步建立起来的，随着人们对隧道工程、地质环境之间相互关系的认识和理解，其围岩分级方法也在逐步深化和提高。发展过程大体有以下几类型：

1．按岩石强度为单一岩性指标的分级法

2．按岩体构造和岩性特征为代表的分级法

3．与地质勘察手段相联系的分级法

4．多种因素的组合分级法

5．以工程对象为代表的分类法

5.2 围岩压力的确定

5.2.1 围岩压力的概念

5.2.2围岩压力的产生

围岩压力的产生是隧道工程的一个重要的力学特征，隧道是在具有一定的应力历史和应力场的围岩中修建的。所以，围岩的初始应力场的状态极大地影响着在其中发生的一切力学现像，这是和地面工程极其不同的。

（一）围岩的初始地应力场

通常所指的初始应力场泛指隧道开挖前岩体的初始静应力场，它的形成与岩体构造、性质、埋藏条件以及构造运动的历史等有密切关系。在隧道开挖前是客观存在的，在这种应力场中修建隧道就必须了解它的状态及其影响。

（二）隧道开挖后的应力场

隧道的开挖，移走了隧道内原来受力的部分岩体，破坏了围岩初始应力场的平衡状态，围岩从相对静止的状态转变为变动的状态。围岩力图达到一个新的平衡，其应力和应变开始一个新的变化运动，运动的结果，使得围岩的应力重新分布并向开挖的隧道空间变形。隧道的开挖，破坏了围岩原有的平衡，产生了变形和应力重新分布。但是这种变化发展不 是无限的，它总是为了达到新的平衡而处在一种新的应力状态中。5.2.3围岩压力的确定方法

围岩压力的确定目前常用有下列三种方法： 1．直接量测法

2．经验法或工程类比法 3．理论估算法

（一）深埋隧道围岩压力的确定

（二）浅埋隧道围岩压力的计算

（三）围岩应力的现场量测

5.3 影响围岩稳定性的因素

隧道围岩分级的是对隧道开挖后，围岩稳定程度的分级和评价。构成围岩分级的前提是大量的隧道工程实践，在归纳、统计分析类似地质条件的基础，通过定量和定性确定影响隧道围岩稳定性的因素，就得到隧道围岩的分级。因此，围岩分级的因素，也就是影响隧道围岩稳定性的因素。

5.3.1地质因素的影响

5.3.2施工因素的影响

思考题

1．围岩的初始应力场的基本概念，如何评价初始应力场？ 2．围岩完整性包括什么内容？在围岩分级中的作用？

3．决定隧道围岩稳定性的因素有哪些？如何认识这些因素的影响？ 4．为什么要进行围岩分级和怎样进行围岩分级？ 5．隧道各阶段围岩分级考虑的因素有哪些不同？

第6章 隧道结构计算

6.1 概 述

6.1.1 引

言

局部变形理论是以温克尔（E.Winkler）假定为基础的。它认为应力（i）和变形（i）之间呈直线关系，即iki，k为围岩弹性抗力系数。这一假定，相当于认为围岩是一组各自独立的弹簧，每个弹簧表示一个小岩柱。虽然实际的弹性体变形是互相影响的，施加于一点的荷载会引起整个弹性体表面的变形，即共同变形。但温克尔假定能反映衬砌的应力与变形的主要因素，且计算简便实用，可以满足工程设计的需要。

共同变形理论把围岩视为弹性半无限体，考虑相邻质点之间变形的相互影响。它用纵向变形系数E和横向变形系数表示地层特征，并考虑粘结力C和内摩擦角的影响。但这种方法所需围岩物理力学参数较多，而且计算颇为繁杂，计算模型也有严重缺陷，另外还假定施工过程中对围岩不产生扰动等，更是与实际情况不符。因而，我国很少采用。6.1.2 隧道结构体系的计算模型

国际隧道协会(ITA)在1987年成立了隧道结构设计模型研究组，收集和汇总了各会员国目前采用的地下结构设计方法。经过总结，国际隧道协会认为，目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下4种设计模型：

（1）以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法；

（2）以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法。例如，以洞周位移量测值为根据的收敛约束法；

（3）作用与反作用模型，即荷载—结构模型。例如，弹性地基圆环计算和弹性地基框架计算等计算法；

（4）连续介质模型，包括解析法和数值法。数值计算法目前主要是有限单元法。从各国的地下结构设计实践看，目前，在设计隧道的结构体系时，主要采用两类计算模型，一类是以支护结构作为承载主体，围岩作为荷载同时考虑其对支护结构的变形约束作用的模型。另一类则相反，视围岩为承载主体，支护结构则为约束围岩变形的模型。

6.2 隧道衬砌上的荷载类型及其组合

围岩压力与结构自重力是隧道结构计算的基本荷载。明洞及明挖法施工的隧道，填土压力与结构自重力是结构的主要荷载。《公路隧道设计规范》（JTJ026-90）中在对隧道结构进行计算时，按其可能出现的最不利组合考虑。其他各种荷载除公路车辆荷载之外，在结构计算时考虑的机率很小，有的也很难准确的表达与定量，表中所列荷载不论机率大小，力求其全，是为了体现荷载体系的完整，也是为了在结构计算时荷载组合的安全系数取值，并与《铁路隧道设计规范》（JBJ3-85）的取值保持一致。同时又本着公路隧道荷载分类向公路荷载分类方法靠的原则，在形式上与《公路桥涵设计通用规范》（JTJ 021—89）保持一致，在取用荷载组合安全系数时又能与铁路隧道荷载分类相对应。

6.3半衬砌的计算

6.3.1 正则方程

建立如下正则方程式： X111X2121pa0

（6.3.1）X121X2222pfaua0

式中：ik是单位变位，即在基本结构上，因Xk1作用时，在Xi方向上所产生的变位；

ip为荷载变位，即基本结构因外荷载作用，在Xi方向的变位；f为拱圈的矢高；a,ua拱脚截面的最终转角和水平位移。6.3.2单位变位及荷载变位的计算

由结构力学求变位的方法（轴向力与剪力影响忽略不计）知道：

ik0MiMpMiMkEJds

（6.3.2）

ipEJds

式中：Mi是基本结构在Xi1作用下所产生的弯矩；Mk是基本结构在Xk1作用0下所产生的弯短；Mp是基本结构在外荷载作用下所产生的弯知，EJ是结构的刚度。

在进行具体计算时，由于结构对称、荷载对称，只需计算半个棋圈。在很多情况下，衬砌厚度是改变的，给积分带来不便，这时可将拱圈分成偶数段，用抛物线近似积分法代替，式（6.3.2）可以改写为：

ikMiMkS

（6.3.3）EJ0MiMpS ipEEJ

利用式（6.3.3），求得下列变位：

11SEJ12221pSyJ

(6.3.4)

ESy2J

EMpSEJ

E0 2pyMpSEJ

E0式中：S是半供弧长n等分后的每段弧长。

计算表明，当拱厚d＜l／10（l为拱的跨度）时，曲率和剪力的影响可以略去。当矢跨比f/l1/3时，轴向力影响可以略去。第7章 锚喷支护结构的设计与施工

7.1 概述

喷射混凝土是利用高压空气将掺有速凝剂的混凝土混合料通过混凝土喷射机与高压水混合喷射到岩面上迅速凝结而成的，锚喷支护是喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混凝土等结构组合起来的支护形式，可以根据不同围岩的稳定状况，采用锚喷支护中的一种或几种结构的组合。

7.2锚喷支护结构的受力与计算

7.2.1锚杆支护结构

1、锚杆类型（1）全长粘结型（2）端头锚固型（3）摩擦型（4）预应力型

2、锚杆的力学作用

锚杆对围岩所起的力学效应主要有以下作用：

（1）吊悬作用：将不稳定岩层悬吊在坚固岩层上，阻止围岩移动滑落。

（2）减跨作用：在隧道顶板岩层中大入锚杆，相当于在顶板上增加了支点，使隧道跨度减小，从而使顶板岩体应力减小。

（3）组合作用：在岩层中大入锚杆，将若干薄弱岩层锚固在一起，类似将叠合的板梁变成组合梁，提高岩层的承载力。

（4）挤压加固作用（整体加固作用）：预应力锚杆群锚入围岩后，其两端附近岩体形成圆锥形压缩区，按照一定间距排列的锚杆在预应力作用下构成一个均匀的压缩带，即承载环。压缩带中的岩体处于三向应力状态，显著提高围岩强度。

3、锚杆的设计与计算

（1）锚杆长度的确定：锚杆总长度LL1L2L3

（2）锚杆间距的确定：若等间距布置，每根锚杆所负担的岩体重量即为所受荷载。

PikL2bbd22d24Rg

Rg kL2其中，是岩体容重；b锚杆间距，一般L1>2b；k安全系数，2~3。（3）支护块状围岩：围岩塌落总是从危石开始，可能形成连锁反应。利用正弦定理：

sin(1)sin1NQG；NG；QG

sin(1)sin1sinsinsin 由此可确定锚杆直径：d2kN

（7.2.2）Rg砂浆锚杆的承载力：PsDL1(csttans)

（4）加固裂隙围岩：若在隧道顶部出现裂隙，为防止进一步扩展危及顶部岩体稳定，可采用预应力锚杆加固。

7.2.2喷混凝土支护结构

喷射混凝土结构通过局部稳定围岩和整体稳定围岩起支护作用。

1、局部稳定原理

2、整体稳定原理

三、锚喷联合支护

1、锚喷联合支护修建隧道的基本概念

锚杆是深层加固围岩，喷射混凝土是表层及局部加固围岩（1）围岩是隧道稳定的基本部分，尽量维护围岩体的强度特性（2）保证初期支护具有柔性，并与围岩密贴

（3）设计和施工中要正确估计围岩特性及其随时间的变化

2、支护与围岩共同作用的力学原理

（1）锚喷支护结构设计的力学原理

共同作用的弹塑性理论（2）弹塑性理论的基本概念 基于材料试验弹塑性曲线（3）均质围岩中圆形隧道的弹性解（4）均质围岩中圆形隧道的塑性解（5）弹性区与塑性区边界上的连续条件（6）塑性区半径与支护抗力的关系（7）由洞周位移计算围岩压力

3、锚喷支护结构承载力计算

4、隧道围岩位移量的容许值

5、二次衬砌支护时间选择原则

（1）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；（2）已产生的各项位移已达预计总位移量的80%~90%；

（3）周边位移速率小于0.1~0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于

0.07~0.15mm/d 7.3 锚喷支护施工原则

1、采取各种措施确保围岩不出现有害松动（1）采用控制爆破技术：减少对围岩的扰动强度

（2）减少对围岩的扰动次数：尽可能采用全断面一次开挖（3）初期支护及时快速：及时是抑制围岩变形的有害发展（4）合理利用开挖面空间效应抑制围岩变形：

什么是开挖面空间效应？由于开挖面的约束开挖面附近不能释放全部位移。如果在空间效应范围内支护就可以围岩有害变形。

（5）尽量减少其他外界因素（水、潮）对围岩的影响：对有地下水的裂隙岩体，要防止大的渗透压力。

2、使围岩变形适度发展，最大限度发挥围岩自承能力（1）初期支护采用分次施作的方法；（2）调节支护封底时间，控制围岩变形；（3）适当延迟支护时间，控制围岩变形；

3、保证锚喷支护与围岩形成共同体（1）施工方法和施工措施上保证；（2）列入施工质量检测项目；

4、选择合理支护类型和参数，并充分发挥其功效（1）综合考虑各种因素确定支护类型；

（2）合理选择锚杆类型和参数，在围岩中有效形成承载圈（3）合理选择喷层厚度，充分发挥喷层与围岩自身承载力

5、合理安排施工程序

6、依据现场监测数据指导施工

第8章 隧道通风

8.1 概述

1、隧道内污染的形成

2、改善隧道内污染的途径（1）消除污染源---改造汽车

（2）滤毒滤烟设备，还原被污染空气（3）将污染空气稀释到容许浓度值以下

（4）突发事件应急措施研究、隧道结构研究、路面结构研究

3、隧道通风设计要考虑的主要问题

（1）空气中有害物质的容许浓度：人的忍受程度、行车安全视距（2）需风量计算问题：考虑交通量、排放量（3）通风方式及通风设备选择：经济性和耐久性

8.2 空气中有害物质容许浓度

1、确定隧道内污染空气中有害物的设计浓度需要研究的问题

2、CO2设计浓度

8.3 需风量计算

1、按稀释CO2浓度计算新风量

2、按稀释烟雾浓度计算新风量

烟雾排放量是以柴油车作为计算依据，当交通流组成柴油车比例大到某一限度以后，烟雾危害超过CO危害，因此，根据烟雾排放量计算所需通风量成为重要问题。（1）烟雾排放量计算

烟雾排放量按下式计算：

nD1QVIqVIfa(VI)fdfh(VI)fIV(VI)(Nmfm(VI))

（8.3.3）

3.6106m13其中：QVI是隧道全长烟雾排放量（m/s）；

qVI为烟雾基准排放量(m3/辆km)，可取2.5(m3/辆km)；

对高速公路、一级公路取1.0，对二、三、四级公路取1.2~1.5；fa(VI)为考虑烟雾的车况系数，fh(VI)是考虑烟雾的海拔高度系数，按图8.3.2取值； fIV(VI)为考虑烟雾的纵坡-车速系数，按表8.3.4取值； fm(VI)是考虑烟雾的车型系数，按表8.3.5取值； nD是柴油车车型类别系数；

（2）稀释烟雾到容许浓度所需的新风量计算 所需新鲜风量按下式计算：

Qreq(VI)QVI

（8.3.4）KQreq(VI)为隧道全长稀释烟雾的需风量（m3/s）；

K为烟雾设计浓度（m1）。

第9章 隧道照明

9.1 概述

1、隧道照明的目的：把必要的视觉信息传递给司机，保证行车安全。

2、人对光强变化的视觉问题

3、我国隧道照明状况

9.2 隧道照明基础

1、光的度量

2、司机的视觉

3、影响视觉的主要因素

9.3 道路照明质量 9.4 隧道亮度曲线

9.5 隧道照明设计

思考与练习

汽车进入并通过隧道过程中，司机的视觉会出现哪些效应？ 2．说明以下常用照明术语的定义、单位：

（1）光通量（2）光强（3）照度（4）光出射度（5）亮度

说明材料反射系数、透射系数和吸收系数的含义，并说明它们之间的关系。简单说明光的几种反射状态。什么是明视觉、暗视觉和中介视觉？ 明适应和暗适应有何区别？

6．常用照明电光源分几类？各类的常见光源有哪些？

7．低压钠灯和高压钠灯各有哪些优点？隧道照明中常用在哪些场合？

8．照明器配光曲线的用途是什么？不对称的照明器光强在空间的分布如何表示？9．什么是等光强曲线？

10．什么是照明器的保护角？

第10章 隧道施工

10.1 概述

1、隧道施工的特点

（1）全部为隐蔽工程，地质和水文十分重要；

（2）隧道结构为一扁平结构物，施工工作面少，工期长；（3）施工环境差，应采取有效措施加以改善；（4）工程施工不受季节变换及气候变化的影响；

2、隧道施工应遵循的基本精神

少扰动，早喷锚，勤量测，紧封闭

3、隧道施工方法及其选择（1）隧道施工方法

 矿山法：传统方法、新奥法（钻暴法） 掘进机法：TBM法、盾构法

 明挖法：浅埋隧道，先开挖，做隧道结构后填土的方法； 沉管法：  顶管法

（2）施工方法选择需要考虑的因素

 工程的重要性  地质和水文条件  施工技术和设备条件  投资效益  施工安全状况

 环境污染及地面沉降要求等

4、隧道施工技术的发展（1）加强施工中地质勘探工作（2）加快隧道施工机械化（3）加强隧道施工新技术研究（4）加强隧道施工现代化管理

10.2 新奥法施工

1、全断面开挖方法：按隧道设计轮廓线一次爆破成型的施工方法

2、台阶法

3、分部开挖法（1）台阶分部开挖（2）单侧壁导坑法（3）双侧壁导坑法

4、施工中可能出现的问题及对策

思考与练习

1.公路隧道施工的特点? 2.全断面法、台阶法、分部开挖法的优缺点及适用条件？

3.试叙新奥法施工中喷混凝土、锚杆、钢支撑各自所起的作用。4.漏斗棚架法和上、下导坑先拱后墙法各自的优缺点及适用条件？ 5.简述隧道塌方处理的一般原则。

6.隧道的超前支护有哪几种？试述其原理。7.隧道的预加固一般采用的形式，

《隧道工程》教案 篇2

南京长江隧道工程与南京扬子江隧道工程(简称纬三路隧道工程)在很多方面极其类似,在国际同类工程中颇具影响力,是近年南京市政府重大基础设施投资项目,对改善南京市交通状况,尤其是对江北经济发展起到至关重要的作用。

南京长江隧道工程位于南京长江大桥与三桥之间,上距三桥9km,下距大桥10km,连接河西新城区~梅子洲~浦口区。整个工程通道总长约5.853km,按双向6车道快速通道规模建设,设计车速80公里/小时。隧道设计为双管盾构隧道,隧道单线长度3510m,其中盾构段长度为3015m。

选用两台开挖直径14.98m的混合式泥水盾构机同向掘进施工。南京长江隧道工程总投资33亿元,其中盾构隧道双线投资约22亿元。工程从2005年9月开工建设,到2009年8月全线贯通,2010年5月全线通车运营,建设历时近5年。

南京扬子江隧道工程位于南京长江大桥与纬七路南京长江隧道之间,设计方案为双管双层8车道X形隧道,线路全长约7.2km,两条隧道交叉,上下两层共8车道,其中车道宽3.5m,每层高度为4.5m,隧道外径15m,设计时速为全线80公里。隧道N线长度6930m,其中盾构段长度为3537m,隧道S线长度7636m,其中盾构段长度为4135m,选用两台开挖直径14.98m的混合式泥水盾构机同向掘进。扬子江隧道工程总投资52亿元,其中N线投资25亿元,S线投资27亿元,工程从2011年2月正式开工建设。2020年预测交通流量6万辆/日。

2 两项隧道工程的相同点

2.1 盾构基坑设计与施工

纬七路和扬子江隧道工程盾构始发与接收深基坑设计类型与施工工法基本相同:均采用地连墙防护设计,明挖法施工,但是基坑的宽度和深度存在一定的差异。

2.2 盾构隧道设计与施工

纬七路和扬子江隧道工程盾构隧道衬砌设计均采用外径:14.5m,宽2m,厚60cm的C60钢筋混凝土预制管片,管片分块采用“9+1”形式,抗渗等级为S12。

两项工程也均采用开挖直径14.98m级超大复合泥水盾构开挖,但由于两项工程隧道穿越的地质状况不同,则盾构刀盘在设计方面存在一定的差异。

纬七路长江隧道盾构设计刀具总共是233把,其中边缘铲刀6把,先行刀24把,183把正面切刀,有71把切刀可以在常压下更换(见图1)。由于纬七路盾构刀盘设计直径达到14.93m,刀盘的六条腹臂均为空腔,作业人员能从中心人闸进入到这六条腹臂的内腔中在常压下更换其中的71把刀具。

在南京长江隧道工程盾构刀盘设计时,为了能在常压下更换刀具,有六条刀盘腹壁设计为空腔,这样极大占用了刀具布置的空间,造成纬七路长江隧道盾构刀具设计数量偏少,而在实际工程施工中,能在常压下更换的71把切刀所能起到的作用很有限,但是却占用了大量的空间,无法设计更多刀具,这是本工程刀盘设计最失败的地方。

在扬子江隧道工程中盾构刀盘的设计上,采用的是“简化刀盘结构,增加刀具数量和类型,常压换刀的思想”,这是明智的,也可行的,符合实际要求的(见图2)。其中设计先行刀80把,正面滚刀80把,中心滚刀6把,切刀总共448把,其中正面切刀是392把,边缘切刀16把,中心切刀40把。扬子江隧道工程盾构刀具是南京长江隧道工程盾构刀具的3倍,同时刀具磨损采用视频化监控可靠性更高,这是确保工程成败的关键。

3 两项隧道工程的不同点

3.1 隧道设计断面形式的差异

纬七路隧道设计单层单线三车道,而扬子江隧道工程设计单线双层四车道,布局更加合理,有效利用隧道空间,设计更加科学合理,提高了单位时间的交通流量(详见图4)。

3.2 隧道地质条件的差异

南京长江隧道工程穿越的地层分布主要有淤泥、粉细沙、砾砂、卵石和风化岩层(图5);而扬子江隧道工程穿越的地层分布情况有淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉砂、细砂、中粗砾砂、卵砾石、及部分中风化砂岩等地层(图6),从比较中可以看出,扬子江隧道工程穿越的地质条件更复杂,更恶劣,主要是存在700多米强度达到80MPa的中风化砂岩硬岩地层,而且掌子面分布不均,对盾构掘进是很大挑战,尤其是盾构刀盘设计,刀具的要求更高。

4 两项工程施工技术难点分析

4.1 南京长江隧道工程难点分析

南京长江隧道工程具有“大、高、薄、长、险、深”等技术难点。

南京长江隧道工程水位地质条件复杂,盾构机开挖直径达到14.98m,是目前世界上最”大“的复合泥水平衡盾构机之一,盾构机在设计、制造、运输、安装难度都比较大。江中隧道在江底最“深”处达60m,承受的最高水土压力达到6.5kg/cm2,(即相当于65m的水头压力),是目前已建成超大直径盾构水下隧道项目之首,江底掘进风险很大。同时江底盾构覆土厚度超“薄”,江中长150m的冲槽地段,隧道上方覆土厚度不足1倍洞径(约10.8m,仅为开挖直径的0.72倍);隧道进出洞口段上方覆土厚度仅5.5m(约0.37倍开挖直径),对盾构开挖时开挖面稳定和地层沉降控制的技术要求极高。盾构水下一次独头掘进距离“长”达3500m,对刀具抗磨损,抗冲击能力要求高。同时在设计方面,超大直径水下盾构隧道的设计理论和经验在国内几乎是空白,国外经验也不足;施工方面,地质条件异常复杂,工程存在很大的建设风“险”。

4.2 扬子江隧道工程难点分析

除了具有纬七路长江隧道“大、高、薄、长、险、深”之难外。扬子江隧道工程同时还存在“多”、“挤”等施工难点。

南京扬子江隧道工程施工中承受的水土压力“高“达到7.7kg/cm2,(即相当于77m的水头压力),居目前超大直径盾构水下隧道项目之最。隧道最“深”度处到江底77m处,地层存在抗压强度达120MPa硬岩,对盾构掘进存在很大风险。盾构水下一次掘进距离长,地质条件复杂,在掘进过程中刀具更换极为困难,两条双向六车道的四千米长盾构段隧道掘进需一气呵成,对盾构刀具的设计要求极高。同时盾构始发和接收深基坑以及盾构隧道施工工法众“多”。

另外隧道内设计双层4车道结构,盾构掘进时,洞内空间狭小,拥“挤”,管线密布,运输繁忙,而内部结构必须紧跟盾构同步施工,前后上下多工序同时作业,狭小、拥挤的空间多工种施工,管理难度大。

扬子江隧道工程同时与纬七路长江隧道具有盾构超“大”,地质状况“险”恶,隧道穿越的覆土超“薄”等特点。

5 两项工程建设遇到的问题

5.1 南京长江隧道工程建设中出现的问题

南京长江隧道工程在建设中取得很多可喜的成绩,创造了超大直径泥水盾构在复合地层中设计与施工许多科技成果,但是由于建设经验的不足,也出现过诸多问题。

尽管工程前期也做了大量的模拟实验研究,但是因当时可借鉴的同类工程在国内几乎空白,再加之南京长江隧道工程地质比较复杂,在工程建设过程中,对工程水文地质状况的认识不足是从根本上制约纬七路长江隧道顺利贯通的原因,笔者把本工程建设重点暴露的几个问题作了总结。

1)没有充分的认识本工程的水文地质条件的复杂性,在盾构刀具设计上存在一些不足和缺陷,如刀具设计数量偏少,切刀总共为229把,先行刀仅为24把;刀具设计组合类型偏少,如没有安装滚刀,遇到复杂地质状况时,盾构无法适用,工程前期研究远远不够,也与没有同类工程经验有关。这是工程工期延误最关键的因素之一。

2)刀具磨损报警系统的失效,在盾构设计时,技术人员过分依赖刀具磨损报警系统,过分乐观该项不成熟的技术,不去总结分析盾构掘进中出现的问题,其实盾构开挖过程中,刀盘的扭矩是一个重要的判断刀具磨损程度的参数,在同样的地质条件和盾构推力下,当刀具完好时,进尺明显,而扭矩正常,而当刀具磨损严重时,刀盘扭矩异常偏大,盾构几乎无进尺,这是有经验的盾构技术人能判断出来的。因此,在今后工程中,盾构设计人员要加强研究刀具磨损系统的可靠性,可以采用视频化监控刀具的磨损状况;同时盾构施工人员也要加强研究,能通过掘进参数的比较判断刀具的磨损状况是很重要的。

3)没有及早的进行水下带压更换刀具作业模拟训练,培训能在高水压下作业的人员。当盾构刀具磨损严重,甚至刀盘都被损伤时,在常压下处理无法完成,才紧急采取水下带压作业,难度太大,耗时太长,很是失败。

4)施工过程中,盲目追求进度,而忽视对设备的维护和刀具的检查和维护工作,致使盾构刀盘被严重磨损还不为所知,直到盾构无法推进时才采取措施,这是盲目追求进度,未能制定科学合理的进度计划所造成的。如在淤泥质粘地层月进度可以达到400多米,创造了超大直径盾构掘进记录,但是在砂卵石地层盾构是很难达到这个进度的,但是施工人员盲目的推进,不去保护刀具和设备,只能造成严重后果,也给我们一个深刻教训。

5)在盾构掘进过程中,没制定严格的盾构刀具检查管理制度,不能根据实际情况定期和不定期的进行刀具检查,评估刀具磨损情况,针对实际情况制定切实可行的盾构掘进计划。而是盲目的进行施工,直到刀具磨损严重了才去检查,这时刀盘都已经被磨损了,工程管理制度的缺失也是教训之一。

5.2 纬七路长江隧道超浅埋冒顶处理措施

南京长江隧道工程水文地质条件比较复杂,江底浅覆土厚度仅为10.8m,0.7倍洞径,且该处主要为(8)、(9)粉细砂地层,其粘聚力差,盾构掘进中易发生隆馅事故,造成隧道冒顶,一旦发生泥水劈裂,造成江水倒灌,无法建立泥水平衡,危及整个工程建设的安全,在盾构推进中采取以下措施很好的规避冒顶风险的发生。

1)在江底浅覆土地层,通过准确勘探,精确掌握浅覆土厚度是计算盾构泥水压力的关键。

2)盾构推进中,严格控制泥水压力,通过复合式泥水盾构气垫调正,能把泥水压力精确的控制在±0.5bar,这样可以防止盾构开挖面泥水压力偏大,造成覆土上拱;或泥水压力偏小,造成塌方冒顶。

3)除控制泥水压力之外,要严格控制泥水质量,提高泥水的粘度,滤失量等各项指标,防止泥水损失,这也是控制泥水压力的有效措施。

4)要加强盾构同步注浆的浆液质量和数量,即保质保量的及时填充管片壁厚空间,防止盾构推进中浅覆土二次沉陷造成塌方冒顶。

5.3 扬子江隧道工程建设中的问题

南京长江隧道工程的建设经验对扬子江隧道工程有很好的借鉴作用,但是在扬子江隧道建设中依然出现了许多问题,尽管扬子江隧道工程对盾构的设计和施工管理方面做了很多充分的准备,但是在其建设过程出现的问题也值得我们反思。首先表现对工程地质的认识不足,造成盾构刀具设计不合理以及刀具配置无法适用超大断面隧道上软下硬地层的耐磨要求,致使刀具磨损严重,开挖速度慢,延误了工程工期。同时由于水压力大,盾构刀具带压作业尽管前期做了很多准备,但是工程技术人对实际情况的预判还有较大差别,造成盾构刀具更换缓慢,同时也延误了工期。

6 结语

南京长江隧道工程与南京扬子江隧道工程在地下工程领域内均为世界级难度的工程,本文对其施工技术特点尤其是盾构隧道施工技术的对比,无论是对国内甚至国际同类工程的建设都有一定的参考价值,其中南京长江隧道工程的建设取得了多项科研成果和国家专利,为中国水下工程在复合地层条件下建设积累了宝贵的经验。

在扬子江隧道工程建设中,因为汲取了南京长江隧工程建设成功的地方,也总结了其中失败之处,深入研究扬子江隧道工程技术难题,为该工程的顺利贯通奠定坚实的基础,两项超大直径盾构设计与施工取得的宝贵经验为国内以及国际同类工程的建设提供有益的参考。

摘要：通过对同类工程对比分析的方法,以南京长江隧道和杨子江隧道工程实例为基础,指出在高水压、超浅埋、长距离、高强度的卵石地层修建超大直径盾构隧道应掌握的关键技术。尤其是在恶劣的复合地质条件下,如何考虑设计盾构开挖刀具,延长盾构刀具的使用寿命,以及重视工程水文地质的研究并针对性的部署应对措施是大直径穿江盾构隧道工程成败的关键,寄希望能对国内外同类工程建设发挥一定的建设性作用。

关键词：长江隧道,扬子江隧道,技术对比

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高职《隧道工程》教学改革 篇3

关键词：高职；隧道工程；教学改革

中图分类号：G64 文献标识码：A文章编号：1673-9795(2012)01(B)-0000-00

《隧道工程》是目前高职院校土木工程类专业的一门专业必修课。掌握好这门课程的基础知识和施工过程，对高职学生以后进一步学习和能够很快的胜任未来的工作，将起到非常关键的作用。针对当前高职院校《隧道工程》教学中普遍存在的问题，结合实际教学经验，笔者从教学内容、方法、实践和考核方式等几方面进行了教学改革。

1 明确培养目标

高职院校土木工程类专业的培养目标是面向社会实际需求，培养面向铁路建设、维护、管理等一线需要的，掌握本专业领域基础技术知识，具备相应实践技能以及较强的实际工作能力，从事土建类施工、维护、管理的高级应用型人才。

目前，高职院校在《隧道工程》课程教学中普遍存在的问题有：课程所包含的内容庞杂，实践内容偏少，相应的教学学时较少；课程内容繁多滯后，与现场要求脱节；缺乏生动性、启发性的教学内容；在总学时的分配上，理论课时较多，实践课时较少；课程的考核方式上，理论比重较大，实践考核较少。传统的教学方式和内容不利于培养学生的实际应用能力，实践内容只是简单地训练本门课程必备的技能，内容综合性和连贯性较差，不利于学生综合能力的培养。

2 教学内容改革

2.1 拓展教学内容

根据课程培养目标要求，在总体课时不变的情况下，按具体专业的不同将《隧道工程》教学内容进行合理压缩和拓展。删减科目交叉的重复内容，简化繁琐的理论推导，在有限的课时资源下，重点讲解隧道的构造和施工的内容，尽量在相关章节引入本课程新知识、新技术和新成果，课程内容尽可能以重大、典型隧道工程案例为背景，做到现场实际工程案例与理论相配合，使各专业学生都能清晰地掌握隧道的构造和施工。

2.2加强与各基础课的衔接

《隧道工程》属于专业必修课，学生在学习的较早阶段便开始为学习这门课做准备，一般都学习了《工程地质》、《力学》、《工程制图》等专业基础课，这样我们在讲解《隧道工程》课程时，好多与这些课程有关的内容就可以一带而过了，可以省出时间来讲解隧道构造和施工的内容了。

2.3 采用项目制编写教材

教材在整个教学环节中占重要的位置，教材的质量直接会影响到教学的效果。我们为了更好的教学，重新以项目体例的形式重新编写了教材，每一章节都以项目的形式出现，要求学生完成。这样学生在完成项目的同时既加深了相关理论知识的学习，又完成了某一施工环节的学习。在平时授课中严格检查和评价项目教学进度和效果，作为日后教学检查和学生评价的主要内容。

3 教学方法改革和手段的革新

在教学过程中本着“以学生为主体、以学生发展为中心、以学生就业为导向”的教学理念，在教学中，培养学生主动学习、自主学习、终身学习的能力。着眼于突出学生的隧道工程施工应用能力。采用灵活多样的教学方式相结合。

3.1 课堂教学

课堂教学主要是老师通过板书或多媒体课件采用讲解式、启发式、讨论式讲解隧道基础知识和施工方法，在教学过程中插入大量的施工图片和施工动画，让学生有很好的感性认识。课堂教学，是其它教学方法的基础，有效坚实学生的隧道基础知识。

3.2 实践教学

学校为了方便教学，建立了土木工程实训中心、隧道工程实验室、材料实验室和土工实验室及隧道检测、仿真中心，拥有隧道施工机械模型、钢筋加工、混凝土及其他建材和土工试验设备、仪器设备，供实验教学使用。学生通过实验学习，掌握隧道工程检测和监测的基本理论知识、实验方法、实验手段，为分析和解决实际工程问题，打下了基础。

3.3 现场教学

现场教学，是整个教学体系中的重要组成部分。学院有校内、外的实习、实训基地。在施工现场，围绕隧道项目工程施工的各个环节，和施工企业的相关人员一起，结合课堂上的授课内容，对学生进行实地的教学，真正地做到理论和实际相结合。加强学生的直观性，有效地吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣。使学习更有目的性，为能更快的适应未来工作奠定基础，同时增强了学生的事业心、责任心。通过现场教学，强化了学生多方面能力，丰富了学生的专业知识和社会知识、提高了学生的综合能力和整体素质。

3.4 企业专家授课加强校内课堂

学校聘请了施工一线的一些总工程师为我校的兼职教授，定期来学校授课、做专题讲座，及时讲解国内外隧道施工的新问题、新难点，介绍一些最新的施工经验。此外学校每年不定期邀请隧道施工专家来我院做学术报告，介绍隧道工程的发展动向、科研成果和需要特别注意的问题，将隧道施工的新成果补充到教学活动中，并解答学生的一些提问，以拓展学生视野，开阔学生思路。

4 考核方式改革

根据教学内容对学生的成绩进行多层次、多角度的评定。既包括基本知识的考核，还要对每个项目的完成情况进行考核。对学生总成绩的考核可以由几部分组成。

4.1 课堂讨论和提问

课堂讨论和提问占25%。要求学生对每个知识点进行总结和汇报，并说出自己的一些见解和想法，认识自己的不足并确定今后学习的目标。

4.2 知识考试

知识考试占50%。改革传统的笔试形式，在试题的设计上和分数上尽量做到既考查学生基本知识的掌握，又考察学生对工程实际问题的解决能力。

4.3 实践技能

实践技能考试，占25%。对学生实际操作技能和动手能力的高低进行评价，促使学生提高自己的实践技能。

经过2年的改革实践，上述教学方法和考核方式的改革能够实现《隧道工程》的教学目标，并大大提高了我校学生的综合能力。

幼儿园大班体育教案 火车过隧道 篇4

活动目的

1．开火车通过不同难度的隧道，发展合作钻爬能力。

2．能与同伴动作协调地通过障碍，体验游戏快乐。

重点与难点 通过不同难度的隧道。

活动准备 竹梯、凳子、绳子等。

活动过程

一、热身活动

目的：幼儿的身体进入活动的状态。

1．教师与幼儿扮演成小火车。

2．念儿歌活动身体：小火车，跑得慢，一、二、三，跑得快，三、二、一，左跑跑，一、二、三，右跑跑，三、二、一，跑到很多地方去旅游。呜呜呜——，我们火车开到了北京，看到长城了吗？让我们一起来登一登，一、二、三。呜呜呜——，我们火车开到了海南，看到大海了吗？让我们来游游泳吧，一、二、三。呜呜呜——，我们变成一列长长的火车，呜呜呜——，我们变成两列火车。

二、基本活动

目的：三种不同的隧道．发展钻爬能力。

（一）直线钻爬（钻爬凳子）

1．指导语：你们试试看，你们通得过这些隧道吗！（自由尝试过凳子）

2．指导语：你们能开小火车通得过这些隧道吗？（以小火车形式钻爬过凳子）

3．重点提问：过这些隧道要注意些什么呢？

小结：小火车要注意安全，头和身体要低一些才能不撞到隧道。

（二）宽曲线钻爬（钻爬垂吊彩带）

1．指导语：你们能开小火车通过这些隧道吗？试试吧。（以小火车形式钻爬过垂吊彩带）

2．重点提问：小火车怎么样才能又快又好地钻爬过隧道呢？

小结：小火车的眼睛要看着前面的小火车，不能太近也不能太远，距离如果太近，要撞车的，不安全，如果太远，时间就浪费了。

（三）窄曲线钻爬（钻爬梯子）

1．指导语：让小火车试试能不能通过这些隧道吧！（以小火车形式钻爬过梯子）

2．重点提问：你们是怎么通过这些隧道的？

小结：通过这些狭窄的竹梯通道，要收缩身体才能顺利地通过。

三、放松活动

目的：紧张的身体得到放松，防止运动后的疲劳。

1．乘着小火车旅游去；小火车钻更有难度的山洞。

2．整理活动材料。（袁友帮）

编花篮（单脚跳）

活动目标：

1、学习两人用脚编花篮，练习单角跳，发展平衡、协调能力。

2、探索与同伴用身体各部分编花篮的方法，交流、迁移自己的经验。

3、努力完成游戏圈过程，克服困难，坚持到最后，体验合作成功带来的愉悦。活动准备：

1、编制的花篮一个，红花、黄花、兰花若干。

2、音乐磁带或CD，CD机一台

活动过程：

1、队列练习。

引导幼儿练习开花走、左右分队走，在队列变化中听口令或哨声提示走、跑交替。

2、探索用身体编花篮的方法。

——出示花篮，启发幼儿与同伴结伴，鼓励幼儿用我们的小手或小脚编花篮。——请幼儿交流编花篮的不同的方法。

3、游戏：编花篮

——两名教师示范用脚编花篮，观察将两只脚钩在一起编成花篮的动作以及单脚跳的方法。

——幼儿尝试双人钩脚编花篮，教师进行个别指导。

——教师出示花篮念儿歌，最后将红色的花朵放在花篮里，变成一个红花篮。——两名教师边拍手念儿歌边表演单脚跳编花篮，然后带领幼儿一起玩编花篮，练习有节奏地单脚跳。

——两人一组编花篮比赛，比一比哪一组小朋友能坚持单脚跳玩游戏。——出示黄花，引导幼儿仿编儿歌，玩编花篮的游戏。

4、音乐舞蹈：

师生随着音乐表演快乐的圆圈舞。活动反思：

编花篮这个游戏，我小时侯也很喜欢玩，我想幼儿也一定会喜欢的。于是在教师的示范后，大家都很感兴趣，很想学这个游戏。我先请幼儿两人为一组，自由探文档仅供参考

索，但我发现，孩子们都没有掌握其中的“窍门”：可能是衣服穿的太多了，前一个小朋友脚放好后，后一个小朋友的脚根本不能再弯下来，游戏没有成功。我想起小时侯玩的时候，人比较多，脚就好搭一些。于是，我再次示范了玩法后，请幼儿六个人一组，以小组为单位，进行编花篮游戏。本以为这样问题就能解决了，但是，新的问题又出现了：由于幼儿没有按次序一个接一个把脚搁在前一个小朋友的脚上，最后一个小朋友也没有把脚放下来，大家都倒在地上了，游戏再次失败了。最后，我只好采取最原始的办法，一组一组教，终于大家都掌握了这个方法，但玩起来还有的小朋友单脚的平衡能力有限，还没等编好花篮就倒下来了。虽然如此，孩子们还是玩得很开心，下课后还是一直在玩，看来这个传统游戏还是很吸引孩子们的。

隧道工程 篇5

绪论 基本知识

隧道：指修建在地层中断面面积不小于2平方米地下通道。

主要用途：交通运输通道、水流通道。

隧道分类

按穿越障碍或作用分：山岭隧道、水底隧道、地下铁道。

按深度：深埋隧道、浅埋隧道。

按地质：土质隧道、石质隧道。

隧道施工方法：明挖法、暗挖法。

暗挖法：矿山法、掘进机法、盾构法。

明挖法适用于浅埋。

我国相继修建的隧道基本是在“新奥法”原理指导下设计和施工。

第一章 隧道围岩分级与围岩压力

围岩

指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体或土体，或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体或土体。

我国围岩分级法

稳定性由好到差分6级。节理由不发育到很发育，风化程度由不风化到全风化，岩层厚度由厚到薄。

考虑3方面因素：围岩结构特征和完整状态、岩石强度、地下水。

围岩压力:指引起地下开挖空间周围的岩体和支护结构变形或破坏的作用力。

围岩压力分类：松动压力、变形压力、膨胀压力、冲击压力。

松动压力：由于开挖而松动或坍塌的岩体，以重力形式直接作用在支护结构上的压力。

围岩成拱作用

天然拱（平衡拱）：坑道开挖后，如果任由其变形、松动或坍塌，最后在坑道上形成一个相对稳定的拱形洞穴。

成拱作用：天然拱上方的一部分岩体承受着上覆地层的全部重力，并将重力向两侧传递下去。

影响围岩压力的因素

时间、支护、爆破、坑道埋深、坑道的尺寸与形状因素。

隧道深浅的判断原则

Hp=(2~2.5)ha Hp >H浅埋Hp

第二章 隧道构造

铁路隧道结构：主体建筑物、附属建筑物。

主体建筑物：洞身衬砌、洞门。

附属建筑物：避车洞、防排水设施、电力及通讯设施、运营通风建筑物。

隧道净空

隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。根据隧道建筑限界确定。

限界：一种规定的轮廓线，保证列车安全运行。

机车车辆限界：指机车车辆最外轮廓的限界尺寸。

基本建筑限界：指全国铁路线上所有的建筑物都不允许侵入的轮廓线，保证建筑物和设备不损坏。

隧道建筑限界：指包围基本建筑限界外部的轮廓线。

直线隧道净空：除了满足限界要求，还考虑压力作用等因素。

直线隧道净空>隧道建筑限界>基本建筑限界>机车车辆限界

曲线隧道净空加宽原因

1.车辆过曲线时本身不能随线路弯曲而保持矩形，因此车辆两端向外偏移，中间向内偏移。

2.由于曲线外轨超高，车辆向内弯曲。

W1=d1+d2=

W2=d3W=w1+w2

曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接方法

圆曲线按规定，缓和曲线分两段，自圆曲线起点至缓和曲线中点，并向直线方向延伸13米，采取全加宽（w），然后缓和曲线中点至缓和曲线终点，并向直线方向延伸22米，采用半加宽。

洞身衬砌结构类型：整体式混凝土衬砌、曲墙式衬砌、装配式衬砌、喷锚衬砌、复合式衬砌。

复合式衬砌：衬砌为两层或两层以上，最常用的外衬是喷锚支护，内衬是整体式混凝土衬砌。

洞门选择原则：早进晚出。

需注意：洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路；洞口应避开不良地质地段和地表水汇集处；不破坏或少破坏地表坡面；洞口线路宜与等高线正交，保证洞口结构物不致受到偏压。

洞门作用：减少洞口土石方开挖量；稳定边坡、仰坡；引地表流水；装饰洞口。

洞门形式：环框式、翼墙式、端墙式、柱式、台阶式、斜交式、喇叭式。

明洞：以明挖法施工修建的隧道，或在露天修建而有回填土覆盖的衬砌结构。适用于难以用暗挖法修建隧道时；中小滑坡、落石或泥石流等危害地段：线路间形成立体交叉，但又不宜做立交桥时。

棚洞：是一种框架结构。顶上不是拱圈而是平的梁板，内墙一般是重力式墩台结构，以抵挡山体的侧向压力。

运营隧道的通风分：自然通风、机械通风。

隧道工程论文 篇6

关键词：深埋隧道工程;灾害地质;高压涌水

1工程概况

太行山高速公路邯郸东坡隧道位于武安市岭底村南、七水岭村东、涉县东坡村东北处。隧道为分离式特长隧道，隧道工程总施工长度为3134m。左幅为ZK38+624~ZK41+740，长3116;右幅为K38+642~K41+776。最大埋深为176m。本文以此工程为例，对深埋隧道工程主要灾害地质问题进行分析和探讨。

2深埋隧道中的高地温难题

深埋地下隧道的工程中，地质问题是需要进行探索和研究的关键领域，最先要通过预测天然地温，一旦地温超过30℃一般将其称之为高地温。高地温不仅会恶化深埋隧道作业的环境，还会严重降低工人的劳动生产率，甚至会对现场施工人员的生命造成极大危害。此外，对深埋隧道施工材料选取的难度也相应增加[1]。然而，地温值是随着地下工程埋深在不断变化的，但地下工程的最大埋深和地温值的增加关系不是呈线性的，因为造成这种深埋隧道中的高地温问题的原因主要是地下水活动以及近期岩浆活动中放射性生热元素含量较高等。

3深埋隧道与岩爆的高地应力问题

在深埋地下隧道的工程中，其中一个突出的地质难题就是岩爆问题。地下隧道工程埋得越深，其地应力就会越高。深埋隧道工程和近地表工程的不同之处除了具有较高的水平构造应力外，最主要取决于围岩出现的高地应力。它不仅在硐侧壁引起高压应力，还导致硐顶部出现高拉应力，这样会导致硐室围岩不稳定，埋下隐患。由于高地应力的存在，一些黏性土含量较高，而硬岩含量较低的围岩就会产生被塑性挤出的可能。高地应力不断释放，地下隧洞就会发生变形，往往会出现隧洞短时间内突然变小的异常现象。就好比从掌子面距离正洞30m开始，洞身变形的长度有40m，起初的支架保护结构破坏就会非常严重，通过测量计算，隧洞拱顶的下沉在10~20cm之间，隧洞的拱脚和边墙也出现不同程度的挤压和移位，甚至还有混凝土开裂的情况[2]。这时就需设计一套科学有效、刚柔结合、综合治理的施工方案。为克制高地应力，考虑使用约1万根超长锚杆，要求总长超过11×104m，把地下隧洞中的断面改成环形成拱，做到先柔后刚、先放后抗的设计要求。岩爆受影响的原因有地震爆破，也有相邻岩爆或机械等外因动力的振动，但其中影响岩爆的最基本原因是岩石的结构特征。经过大量的数据分析发现，岩石颗粒排列呈定向排列还是随机排列，岩石是胶结连接还是结晶连接，是钙质胶结还是硅质胶结，这最终关系着岩爆烈度的强弱。例如：(1)随机排列的花岗岩、闪长岩等岩石的岩爆烈度，会比片麻岩、花岗片麻岩、糜棱岩等具有定向排列的围岩颗粒更强一些;(2)结晶连接的深层岩浆岩石中的岩爆烈度比胶结连接的沉积岩强;(3)具有硅质胶结岩石的天生桥二级水电站引水隧洞比关村坝的隧道中钙质胶结岩石的爆烈度强。

4深埋隧道中的高压涌水难题

深埋地下隧道的施工过程中，除了高地温以外，涌水问题也成为隧道运营中亟待解决的又一难题。由于地质条件复杂，隧道通过的地段会挖掘出很多水流量大的地质单元，一般就会出现涌水量大或水头压力高的情况。地下水水压在深部岩体中极高时，就会导致岩体水力劈裂。这就说明在高水头压力的作用下，在岩体的突水点附近，岩体断续裂隙、裂缝是朝着某个方向的，受网状交织的构造裂隙影响，经过融合后发生扩展的裂隙、空隙最终张裂开来。随着隧道深部岩体涌水量越来越大，地下水水压越来越高，会导致深埋隧道工程围岩水力劈裂。一旦出现水力劈裂的情况，就会迅速连通裂隙，空隙的张裂程度就会越来越大，涌水的渗透力会越来越强。再加上动水压力的影响，裂隙会再扩展，而使在裂隙面上的充填物发生剪切变形和位移。不论是在深埋隧道工程中还是在浅埋隧道中，容易发生的地质灾害主要表现为断层破碎带，岩体不整合接触面和结构不利组合段造成的塌方、地震，还有瓦斯爆炸、有害气体以及溶岩塌陷、泥屑流等[3]。其中，瓦斯爆炸主要指甲烷CH4在相对封闭的煤系构造地层中，由冲击波的产生、剧烈的氧化作用而导致的爆破，其灾害性极强。

5基岩裂隙水

5.1基岩裂隙水的含义

只有储存在坚硬岩石裂隙中的非可溶性地下水，才被统一归纳在基岩裂隙水的传统范畴中，根据含水介质的基础特征，可以将地下水分为空隙、裂隙、岩溶3种，但并非在地下水、岩石以及岩石中的空隙这3者之中产生对应关系。贮水空隙系统具有双重空隙介质，在地下水勘探中，关于贮水空隙类型还探索到了新的领域。基岩裂隙水主要存在于受符合地质构造条件的属坚硬或半坚硬的岩石所控制的以裂隙为主的贮水空间，是具有运动、富集规律的地下水。不管是溶蚀裂隙地下水在可溶性岩石中的部分，还是孔隙裂隙水中的半坚硬岩石，都属于基岩裂隙水，而它与其他类型地下水的基本区别，关键在于是不是受地质构造因素的严格控制。岩石含水的裂隙有成岩裂、构造裂和风化裂，主要是依照它的成因来划分的。如果非要与风化裂隙水和成岩裂隙水作比较，那么水源集中、水量较大的必定是构造裂隙。

5.2基岩裂隙水的特点

由于主控因素作用，不同的蓄水构造中分布、富集基岩裂隙水的基本规律和决定主控的因素也基本相同，具有独特的分布和运动规律。我国基岩裂隙水富集的基本特色理论就是蓄水构造系统，其主要特点如下。(1)基岩裂隙水具有复杂多样的埋藏和分布形态。将储存、运移基岩裂隙水的空间和通道，叫做岩石裂隙。基岩裂隙的大小和基岩裂隙的形状，以及控制埋藏和分布裂隙发育带的产状，都是受地质构造、地层岩性、地貌条件等影响的。埋藏、分布不均匀的基岩裂隙水，大多具有不规则的含水层、多种多样形态、分布呈带状的特点[4]。比如用脆性和塑性这两种地层做比较，会产生较强的赋水性。若裂隙发育在褶皱构造中，像褶皱轴、转折、背斜倾伏等处，富水段的形成就会比较容易，而压性断裂破碎带中的赋水性是比较差的。(2)复杂的基岩裂隙水中，由于储存空间中不均匀的介质，埋深程度不同的同一含水层，其地下水的运动状态也各有不同。对于岩石中所要形成和分布的空隙，最基础的因素是地质构造，主要表现在：岩石裂隙的发育和裂隙水的储存都是受地质构造和地层岩性所影响，其中，基岩裂隙水的运动规律也被地质构造所牵制。由于地下水面的不同，即便是在基岩相同的裂缝水中，也是有时而出现无压水，时而出现承压水的情况[5]。层流、管道流、紊流、明渠流水是在岩石裂隙、溶洞的特殊形态作用下形成水运动的不同状态，因此，基岩裂隙水的不均一性以及强烈的方向感，是导致裂隙岩体的透水复杂多样、不具有规律性的根本原因。

6结论

在深埋地下隧道的工程中，比较突出的几大地质难题包括高地应力及岩爆问题、高压涌水突水问题、高地温问题等。此外，还有像地震震害、瓦斯有害气体爆炸以及涌水突泥、围岩塌方、岩溶塌陷、泥屑流等。于是，在这个复杂的、系统的深埋隧道工程中，关于灾害地质的研究，对隧道工程能否顺利开展是关键的一步，在隧道工程施工前应按照隧道工程的各方面具体情况，采取有效、有针对性的防御措施。

参考文献：

[1]重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范：JTGD70—[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]上海市隧道工程轨道交通设计研究院，清华大学.隧道工程防水技术规范：CECS370—[S].北京：中国计划出版社，2014

[3]孙赤.锦屏二级深埋隧道大理岩段突水破坏机理研究[D].成都：成都理工大学，2014.

[4]王洪新.土压平衡盾构刀盘开口率选型及其对地层适应性研究[J].土木工程学报，(3)：88-92.

隧道工程施工塌方分析 篇7

1 容易发生塌方的部位及原因

(1) 边仰坡。因为隧道进、出口对地形、地质都有一定的要求, 一般隧道都设有明洞, 所以一般隧道施工都存在高边坡和高仰坡。而由于场地限制、施工需要等原因, 边仰坡坡度一般都比较陡, 植被被砍伐干净, 而且不设台阶, 所以容易引起塌方。

(2) 浅埋段。浅埋段是正式进洞后的第一个施工段落, 地质情况大多很差, 以硬土、软石为主。对于隧道施工这样的爆破开挖, 容易引发塌方事故。尤其是土、石交接面 (浅埋段土体与软弱围岩交接面) , 这里相当容易发生塌方。

(3) 断层破碎带及溶洞、暗河等特殊地质情况处。这种段落地质情况一般也比较差, 而且带有意外性与不确定性, 所以常引发塌方事故。

2 隧道施工塌方的预防措施

(1) 首先从主观方面来讲, 是从对施工理论的认知、从人员的思想上加以预防。现阶段隧道的开挖都以新奥法理论为指导, 但在实际施工中, 常存在未能按规定进行量测, 或信息反馈不及时, 导致决策失误、措施不力而造成塌方的现象。所以加强施工人员对施工理论的学习了解, 提高施工人员的质量安全意思与思想水平是预防措施的第一步。

新奥法基本要点是:

(1) 开挖作业宜采用对围岩扰动较少的控制爆破技术和较少的开挖步骤, 避免过度破坏岩体的稳定;

(2) 隧道的开挖应尽量利用围岩的自承能力, 充分发挥围岩自身的支护作用;

(3) 根据围岩特征, 采用不同的支护类型和参数, 及时施作密贴于围岩的柔性支护如钢拱架、喷射混凝土和锚杆等, 以控制围岩的变形和松弛;

(4) 在软弱破碎围岩地段, 使断面及早闭合, 以有效地发挥支护体系的作用, 保证隧道的稳定性;

(5) 二次衬砌原则上是在围岩和初期支护变形基本稳定的条件下修筑, 使围岩和支护结构形成一个整体, 从而提高了支护体系的安全度;

(6) 尽量使隧道断面周边轮廓圆顺, 避免棱角突变处应力集中;

(7) 通过施工中对围岩和支护结构的动态观测, 合理安排施工程序, 修正不合理的设计和进行日常施工管理[1]。

分析隧道塌方也即分析已支护围岩受破坏的原因, 就必须理解新奥法支护结构设计原理, 新奥法支护结构设计原则为:

(1) 隧道围岩形成塑性滑移楔体, 造成支护结构的剪力破坏;

(2) 支护结构与围岩粘结紧密, 两者共同工作, 形成无弯矩结构;

(3) 由锚杆、钢支撑、喷砼等所提供的支护抗力, 应与塑性滑移楔体的滑移力相平衡。

从 (2) 可知, 锚喷支护结构要成为无弯矩结构, 其前提是支护结构与围岩二者共同工作, 二者须粘结紧密, 而实际施工中往往因为超挖严重而进行回填, 这样支护结构就不能有效地与围岩粘结紧密或因为围岩表面光滑喷砼也无法有效与围岩粘结紧密, 由于上述原因, 锚喷支护结构违背设计原则, 存在塌方隐患;从 (3) 可知围岩在施工锚喷支护后不断收敛而最终趋于稳定的前提是支护抗力大于或等于滑移力。如果设计支护抗力小于滑移力或由于施工方法不当造成支护抗力小于滑移力皆可导致塌方。

施工管理到位, 增强质量意识、安全意识, 尽量减少如:锚杆长度不足、锚杆砂浆不饱满或强度尤其早期强度不足、喷砼强度厚度达不到设计要求、钢支撑未完全由喷射砼包围密实或钢支撑与围岩之间存在空隙、钢支撑未置于稳定坚固的基础上等施工质量问题。

(2) 从施工方法与施工工艺上预防

施工方法与地质条件相适应, 如果地质条件发生变化, 及时改变施工方法;施工支护及时;地层不能暴露过久, 避免引起围岩松动、风化;找准围岩的变形规律 (围岩的变形同时具有连续变形和突然变形的特征, 当开挖距离小于D (D为隧道开挖宽度) 时, 围岩两端由于受到二次衬砌砼和开挖掌子面支撑的约束作用, 连续变形很小, 主要是爆破后的受震动影响的突然变形, 而且在这个距离范围内由于衬砌和开挖面支承的“空间效应”的影响, 即使初期支护抗力不足围岩滑移力亦不至于失稳, 当这个距离为1.5D~3D时, “空间效应”的影响完全消失, 初期支护抗力小于滑移力的问题即刻暴露出来, 围岩急剧变形, 极易引起塌方) 。

施工工艺操作必须符合施工技术规范要求。

(3) 针对具体容易塌方的部位采取的预防措施

(1) 高边仰坡。

一般来说设计对高边仰坡都有严格的要求, 所以施工应主要根据设计进行。但有几点要特别注意, 一是边仰坡防护的防水性要保证到位, 以防雨水渗入浅埋段土体里, 软化土体结构;二是排水系统要完善, 除一般性的排水沟外, 在浅埋段顶部应适当埋设引水管, 把渗入土体中的雨水导流出来;三是对于地质情况特别差的段落, 要加打小导管注浆以加强土体结构稳定性。

(2) 浅埋段施工。

前苏联学者M·M普洛托雅克诺夫 (简称普氏) 以松散理论为基础, 认为在松散介质中开挖隧道后, 隧道上方将形成抛物线的平衡拱, 平衡拱高度h为:

式中:b平衡拱的半跨度 (m) , fm岩石坚固性系数。

土层:fm=tgφ;岩石:fm=R/10。

其中:φ土的摩擦角;

R岩石的抗压极限强度 (MPa) , 取值应考虑岩石天然层理、裂隙及节理的影响。

在隧道侧壁稳定时, 即拱部塌方时, 平衡拱宽度就是开挖宽度, 即b=bt;

当侧壁不稳定时, 平衡拱宽度为:

式中:Ht隧道净高 (m) ;bt隧道净宽之半 (m) 。

所以浅埋段开挖分上下台阶进行, 严格控制好开挖高度同时应严格遵循“短进尺、弱爆破、紧支护、勤量测”的指导方针。实践证明, 紧支护并及时初喷3cm厚砼的施工工序至关重要。

(3) 断层破碎带及溶洞、暗河等特殊地质情况处。隧道开挖是一个“设计-开挖-量测-反馈-设计-开挖”的过程, 所以开挖过程中应对各种围岩变形详细掌握, 对地质情况要紧跟施工现场加以把握, 以预防意外中出现的断层破碎带发生塌方事故。

某隧道主要工程地质问题分析 篇8

关键词：隧道；工程地质问题；评价

中图分类号：U412文献标识码：A文章编号：1006-8937（2012）05-0146-02

1工程概况

该隧道设计为单洞双车道，设计速度为40 km/h，隧道净宽为9.0 m，净高5.0 m。洞底标高637.03 m，洞底标高603.30 m，坡降-2.98%，全长1 132 m，属长隧道。新雷峰垭隧道的建设可改善该路段的平面线型，降低路线纵坡，提高公路技术标准。公路建设对拓宽经济干线，促进区域经济发展具有重要意义，同时该隧道作为南水北调工程的前期配套交通项目，对改善移民安置环境具有重要作用。

本次研究通过工程地质、水文地质测绘、钻探、物探及取样试验、压水试验等勘测工作，查明隧道的地形、地貌、地质、地震情况、进出口环境地质条件，对隧道工程地质条件和水文地质条件提供详细评价，根据控制隧道围岩稳定的各项因素，分段确定隧道围岩等级，为隧道施工布置、各段洞身掘进方法及程序、支护及衬砌类型或整治工程提供工程地质依据。

2自然地理

隧道地处白桑关镇境内，209国道穿境而过，是郧县江北六乡镇通郧县至十堰的唯一通道，又是郧县东出北上的咽喉要道。白桑关镇版图面积225 km2，呈“葫芦”状，辖区地形以二高山和低山丘陵为主，地势西高东低，平均海拔496 m。研究区属亚热带湿润季风气候，全年日照时数为1 984 h，年平均气温16℃，极端最高气温40.7℃，极端最低气温-13.5℃，年平均无霜期260 d，年平均降雨量1 167.4 mm, 年最大降雨量1 540.6 mm。

3地层岩性及地质构造

隧道所在区域主要出露地层为震旦系下统耀岭河群和上统陡山沱组、灯影组白云岩、白云质灰岩、钙质页岩等，河床及山坡上分布有第四系地层。区域大地构造环境属于秦岭褶皱系南秦岭印支褶皱带，秦岭断裂系北东向、北北东向断裂组。褶皱带为金鸡岭复向斜庙川—荆紫关褶皱束，褶皱束内褶皱和断裂均发育，拟建隧道位于天才岭倒转向斜（V117）的北翼，两翼地层为震旦系上统灯影组地层（Z2dn），其南面为鲍沟倒转背斜（V124），鲍沟倒转背斜（V124）的轴部距隧道约5 km。根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），研究区50年超越概率10%，地震峰值加速度为0.05 g，相应抗震设防烈度为6度。

4隧址区工程地质条件

隧道区属鄂西北构造剥蚀中低山区，山体地形起伏较大，冲沟发育，基岩大部分地段出露，区域山脊最高点位于雷峰垭的三堡寨，高程1 002.1 m，沟谷最低点高程约500 m，相对高差502.1 m。隧道所处山体植被较发育，大部分地段基岩出露，仅缓坡及沟谷地段分布第四系坡洪积（Q4pl+dl）碎石土，根据钻探揭露和工程地质调查，隧道区分布的岩层主要为震旦系上统灯影组地层（Z2dn），岩性为白云岩、钙质页岩等。

隧址位于天才岭倒转向斜（V117）的北翼，大部分地段基岩出露，仅坡麓及沟谷地段分布有第四系覆盖层。隧道地段整体上为单斜构造，出露的地层为震旦系上统灯影组（Z1dn）的白云岩、钙质页岩，岩层倾向283～304°，倾角35～40°，局部岩层产状变化较大。隧道区围岩受构造影响较重，岩层多见扭曲、错断及拖拽现象。受区域构造影响，隧道区岩层节理发育。

经调查，隧址区无滑坡、崩塌、泥石流等影响场地稳定的不良地质现象。隧道区白云岩可作建筑原料，在施工期间隧道进口左侧小规模露天开采白云岩作建筑砂外，未发现煤层、瓦斯和其它可供开采的矿产，附近无采空区分布。

隧址分布地层主要为震旦系上统白云岩等，该地层属可溶岩组。根据地表工程地质测绘，地面岩溶形态主要为细小的溶沟、溶槽及溶蚀裂隙，是受地表径流冲刷溶蚀的结果，根据钻探揭露浅部仅有少量的溶隙分布，深部无溶蚀痕迹。因此隧址区岩溶发育程度较弱，对隧道稳定性基本没有影响，不会出现岩溶突水、突泥现象。

5隧址区水文地质条件

隧道区属鄂西北构造剥蚀中低山区，山体地形起伏较大，冲沟发育。隧址区地下水类型主要为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水。

隧道进出口附近沟谷有地表水体流过，没有发现井泉分布。研究区内的地下水补给来源为大气降水及坳沟中季节性地表水。大气降水部分通过地表沿丘坡径流排出，部分通过岩层裂隙及下渗于岩体中。岩体中的地下水，大部分沿裂隙及破碎带运移，经短暂径流，向邻近山谷低洼处排泄。隧址区分布地层为白云岩和钙质页岩，洞身主要位于弱风化岩层中，进出口地段岩石风化强烈，岩石呈强风化。

6隧道主要工程地质问题分析

该隧道位于天才岭倒转向斜（V117）的北翼，白桑断裂（F116）从隧道东部斜交通过，隧道轴线与区域构造线方向相近，不利于隧道稳定。隧道工程地质条件较差，场地稳定性较差，在采取必要的工程措施下适宜修建隧道。

由于隧洞开挖，将在洞前一带形成人工路堑边坡，边坡最大高度约15.0 m，边坡岩层为强风化白云岩，岩体裂隙发育。人工形成的岩质边坡经赤平极射投影分析，进口仰坡为斜向坡，路堑右侧边坡为反向坡，边坡整体基本稳定，路堑左侧边坡为顺向坡，可能沿层面产生顺层滑坡。

隧道段分布构造碎裂岩体，围岩等级为Ⅴ级，围岩开挖易坍塌，侧壁易失稳变形，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌。基岩裂隙水易通过该断裂带导入隧道，可能引起小规模的突水等灾害。施工中应加强监测预报，加强支撑防护和采取必要的辅助施工措施。

挖掘隧道的弃渣方量大，隧道进出洞口交通较方便，处理较方便，然而隧道处于分水岭与冲沟相间地段，进出洞口位于冲沟地带，弃渣不能置于冲沟附近和冲沟内，故弃渣堆放地需占用农田或林地，可就近选择较开阔的地段设置拦碴坝予以拦截，工程结束后，平整地面，培土复耕。

7结论及建议

隧道地质条件较差，场地稳定性较差，在采取必要的工程措施下适宜修建隧道。隧道设计、施工应做好超前预报，大力推行信息化设计、施工和新奥法等先进的方法和施工工艺。Ⅳ～Ⅴ级围岩设置复合式衬砌，Ⅴ级围岩增设钢架。加强施工地质工作，对Ⅴ类围岩分布的易坍塌段作好超前预测的同时应推行迅速掘进、及时支护的施工方法，同时对支护方案的优化设计提供地质保证。作好涌、突水、突泥预测、预防工作，隧道施工要预设足够的排水断面。在可能出现涌、突水的地段一定要布置超前钻孔作好预测工作。且加强雨季施工的天气预报和强降雨过程的预报，并事先作好涌、突水的应急预案。

参考文献：

[1] 夏永旭,王文正,胡庆安.公路双连拱隧道施工过程中中隔

墙的变形及稳定性[J].中国公路学报,2007,(5).