隧道工程—第0章.ppt

1、中南大学隧道与地下工程系中南大学隧道与地下工程系隧 道 工 程张运良张运良第0章 绪论12本节主要内容：隧道工程的有关定义隧道工程的分类3 是一种修建在地下的工程建筑物。 修建在地下、两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线等通过的通道(在保留上部地层的前提下开挖出能够提供某种用途的地下空间)。0.1 隧道工程的基本概念与分类4 从事研究和建造各种隧道及地下工程的规划、勘测、设计、施工和养护的一门应用科学和工程技术，是土木工程的一个分支。 也指在岩体或土层中修建的通道和各种类型的地下建筑物。 56 军工与人防工程：各种国防坑道，地下厂房和仓库、地下 核试验场、防空洞、核废料的储存等交通运输：铁路

2、、公路、地下铁道、水底隧道矿山工程：煤炭、有色金属等采矿、储存和生产等用途 的地下矿井和巷道工程市政工程：地下人行道、地下商场、给排水设施、 天然气管道、电缆管道水利与发电工程：地下发电厂以及其他各种水工隧道等0.1 隧道工程的基本概念与分类7铁路隧道铁路隧道公路隧道公路隧道地下铁道地下铁道人行通道人行通道交通类隧道交通类隧道引水隧道引水隧道尾水隧道尾水隧道导流隧道导流隧道泄洪隧道泄洪隧道水工隧道水工隧道给水隧道给水隧道排水隧道排水隧道管路隧道管路隧道市政隧道市政隧道采矿巷道采矿巷道运输巷道运输巷道矿山矿山隧道隧道人防隧道人防隧道8 山岭隧道 城市隧道 水底隧道 岩石(软、硬)隧道土质隧道9

3、圆形隧道 矩形隧道 马蹄形隧道 钻爆法隧道 明挖法隧道机械法隧道 沉埋法隧道 10 矩形隧道 马蹄形隧道 圆形隧道 11 特大断面（100m2） 大断面（50100m2） 中等断面（1050m2） 小断面（310m2） 极小断面（3m2） 这是按国际隧道协会(ITAInternational Tunnel Association)的定义数值划分的。12 公路：特长隧道L3000m 长隧道3000L1000m 中长隧道1000L500m 短隧道L500m 铁路：特长隧道L10000m 长隧道10000L3000m 中长隧道3000L500m 短隧道L 500m1314本节主要内容：交通隧道的功能

4、隧道工程的优点隧道工程的缺点15 在线路翻越山岭地段，通过修建隧道可减少展线长度，使线路平直。这是山岭交通隧道的最大功能。在设计上一般把这种隧道称为 交通隧道是指专供铁路或公路运输使用的地下工程结构物。它是铁路或公路的重要组成部分之一。1617 在线路沿河谷绕行时，为避免不良地质地段，如滑坡等，用隧道来裁弯取直时，可缩短线路长度这种隧道一般称为傍山隧道或河谷隧道18例如：（1）大瑶山隧道（铁路）19例如：（2）蕉溪岭隧道群（公路）20 对于容易发生塌方、掉石、泥石流、滑坡等病害地段，修建隧道可大大改善运营条件，保证行车安全，节省养护维修费用。 例如，当一条线路有可能是从滑坡地段上通过时，可把线

5、路往里挪动一些，用隧道通过。2122 与公路、城市主干道的交叉处 穿越城区重要建筑物 穿越城区重要风景、园林区域 绕避大型水利枢纽工程等 232425 长沙市湘江营盘路隧道26 长沙市湘江营盘路隧道27 随着人口的不断增长，土地越来越宝贵，尤其是在城市，地皮价格不断上涨，这便是现在世界上很多城市的建筑向底下发展的原因之一，目前世界上的科技发展正在开拓着两个新的领域：一个是宇宙空间，另一个是地下空间，也就是“上天入地”，因此，隧道工程将会起着越来越重要的作用。0.2 隧道工程的功能与特点28 既有利于国民经济的可持续发展。当今世界面临人口爆炸，土地退化，资源短缺，生态变坏，气候反常，环境恶化，人

6、类赖以生存的地球已不堪重负，各国都把地下发展当成一种新型国土资源来看待。 29 由于修建隧道时场地狭小，工作流程环节较多，施工工序多，工程量也比路基等大，往往成为一条线路中的关键工程。 一般是普通线路的810倍左右 铁路隧道：单线约23万元/m， 双线约34万元/m； 公路隧道大约与双线铁路隧道的相当。0.2 隧道工程的功能与特点30 因为隧道建筑是地下作业，工作面狭小，光线暗、空气潮湿、劳动条件差，因此，发展机械化施工是改善工人劳动条件、提高劳动生产率的唯一途径。视频：隧道工程的特点3132本节主要内容：历史发展技术发展发展趋势33 公元前21802160年，在古巴比伦城幼发拉底河下修筑的人

7、行隧道，是迄今已知的最早用于交通的隧道，长190m。 古罗马时代(公元前后)，利用棚架支护和卷扬提升方法，开挖了数量较多的军用隧道和水工隧道，开挖方法是火烧开挖面，烧热后急速波冷水使岩石开裂。（1）古代34 火药的改进和钻眼工具的创制，促使隧道修建技术显著提高，其中比较有影响的是1898年建成了穿越阿尔卑斯山的辛普郎隧道。第一次应用了TNT炸药（硝化甘油）和凿岩机。 （2）现代 现代隧道开挖技术是在火药的发明和19世纪产业革命后出现的，尤其铁路的出现对隧道起到了很大的推动作用； 采用现代技术修建的第一座用蒸汽机车牵引的隧道是18261830年在英国利物浦至曼彻斯特的铁路线上，长1190m。35

8、 山岭铁路隧道:日本的大清水隧道 22.23Km， 交通(公路与铁路)隧道:日本的青函隧道 53.85Km 英法海峡隧道 50.4Km 公路隧道:挪威的Laerdal隧道 24.51Km。（3）目前世界上最长的交通隧道 瑞士的圣哥达(st.GoHhard)隧道，全长16.3km。36日本青函隧道37英法海峡隧道38圣哥达隧道39辛普朗隧道40 春秋时代左传就有“隧而相见”的记载 三国时期的“官渡之战”，曹操掘地道 封建时期各个朝代的帝王坟墓陵寝均修在地下 17世纪初宋应星所著天工开物是我国有关地下工程方面的最早书籍，它详细记载了竖井采煤法。 最早用于交通的隧道为“石门”隧道，位于今陕西省汉中县

9、褒谷口内，建于东汉明帝永华九年。（1）古代 4142 最早的隧道是：台湾的狮球岭隧道(18871891，轨距1067mm，长261.4m)，位于台北基隆线上 完全由中国人自行设计和修建的隧道是詹天佑负责设计的八达岭隧道（2）近代 4344 八达岭隧道45 已建成的最长普通铁路隧道：乌鞘岭隧道 20.05km 已建成的最长高速铁路隧道：太行山隧道 27.84km 已建成的最长公路隧道：秦岭终南山隧道 18.40km (3)现代(截至2010年底止)46 第三代清水隧道：1972年为了修建上越新干线高速铁路而建，长22.222Km；线路更平顺，位置更低。 隧道工程的长度标志着一个国家发展的水平如日

10、本的三代清水隧道，穿越海拔2000m的谷川山脉第一代清水隧道：1929.12，9.702Km，东口仍有展线； 第二代清水隧道：19631967，13.490 Km，东口展线消除，但坡度较陡；0.3 隧道工程技术发展概况47日本三代清水隧道48 其他日本南朝鲜拟建海底隧道西班牙摩洛哥的直布罗陀海峡隧道意大利连接西西里岛的海底隧道正在建设之中49 设备：有了钻孔台车和装碴运输机 主要干线：成昆线、贵昆线、湘黔线 代表性的隧道：成昆线沙木拉打隧道，6383m 建造速度：52km/年（1）铁路隧道的建造20世纪50年代： 设备：开始使用风钻和小型装碴机 主要铁路干线：宝成线、川黔线 代表性的隧道：川黔

11、线凉风垭隧道，4270m 建造速度：25km/年20世纪60年代：5051 设备：因文化大革命，技术和设备基本保持现状 主要铁路干线：襄渝线、京原线、枝柳线 典型隧道：京原线的驿马岭隧道，7032m 建造速度：110Km/年（1）铁路隧道的建造20世纪70年代：5253 设备：出现了大型全液压钻孔台车、大型装碴机、模板台车、混凝土输送泵和运输车、喷锚支护等技术，以及采用信息化施工管理， 主要铁路干线：衡广复线、大同秦皇岛线， 典型隧道：大瑶山隧道(14295m) 军都山隧道(8460m)（1）铁路隧道的建造20世纪80年代：5455565758大秦铁路军都山隧道59 设备：引进隧道掘进机Tun

12、nel Boring machine TBM 主要铁路干线： 京九线、南昆线 典型隧道：秦岭隧道(18456m) 米花岭隧道(9392m)（1）铁路隧道的建造20世纪90年代：60秦岭隧道61 米花岭隧道62 建成了国内工期最短的超长隧道：乌鞘岭隧道，22.050km， 正在修建世界最长的高原隧道： 关角隧道，长32.645km，海拔高度3344m以上 建成了最长的高速铁路隧道：太行山隧道：27.839km 建成了我国首座水下盾构高铁隧道（广深港客运专线）： 狮子洋隧道：10.8km（1）铁路隧道的建造21世纪以来：63 乌鞘岭隧道64 关角隧道 太行山隧道65 狮子洋隧道66目前我国隧道比重

13、高的几条铁路干线 宜万线：58.0%,为世界最高 襄渝线：34.3% 成昆线：31.6%至2010年底：我国运营铁路隧道：8000多座 总延长超过：4500km其中10km以上铁路隧道如下表所示（1）铁路隧道的建造67 中国铁路10km以上隧道一览表序号隧道名称所在线路隧道长度/m建成年月备 注1太行山石太客专278402000.09 2吕梁山中太银线200702010.12 3乌鞘岭兰新线200502006.08双线4秦岭线西康184562000.05 5大瑶山衡广复线142941980.12双线6野山关线宜万线137982008.05 7霞浦温福专线130992008.01 8长梁山朔黄1

14、27822000.03 9东秦岭西安南京126682000.01 10园梁山渝怀线110682004.07 11鸡面山温福线100002009.05 68 公路隧道在文革前主要是一些短小隧道，总长不到100km 1960年，上海黄浦江打浦路水底公路隧道，以盾构法修建，直径10.2m，长1322m 改革开放以后随着高等级公路的修建，隧道才越来越长 近十多年来，公路隧道的建造也取得了迅猛发展，每年都有十座以上的隧道建成 （2）公路隧道的建造69 目前我国已建成400余座公路隧道，总长度已超过100km 隧道长1000m以上的有40多座 较著名的公路隧道有：二郎山隧道，4160m，海拔2200m 华

15、蓥山隧道，4705m、4686m(双洞) 中梁山隧道，3560多m 已建成的最长公路隧道：秦岭终南山隧道，18.4km 湖南省的最长公路隧道：雪峰山隧道，6950m （2）公路隧道的建造70 二郎山隧道 华蓥山隧道71 终南山隧道72 雪峰山隧道73 向超长发展 向大断面、多层发展 向水下发展 向城市发展 向机械化发展 向信息化发展0.3 隧道工程技术发展概况740.3 隧道工程技术发展概况7576本节主要内容：课程的特点课程的主要内容课程的学习77 是一门综合性较广的应用学科，需要用到的基础理论和技术基础理论知识有： 数学 工程力学(理论力学、材料力学、结构力学、弹性力学) 岩石(土)力学、

16、 工程地质 钢筋混凝土结构设计原理 建筑材料 计算机应用等0.4.1 课程特点78 围岩分级标准 围岩压力计算0.4.2 本门学科（课程）的主要内容1.隧道的规划与设计隧道位置的选择平纵断面设计等 2.隧道结构构造衬砌结构的特征 结构的几何形状与尺寸结构的类型与使用条件衬砌材料的基本知识3.岩体(或地层)即围岩的特征794.衬砌结构的设计与计算 衬砌结构的荷载计算衬砌结构的力学分析的基本原理和方法 5.隧道施工方法与施工工艺隧道的施工特点针对不同地质条件的施工方法施工过程中的基本作业循环施工组织与施工管理以及辅助施工0.4.2 本门学科（课程）的主要内容80 以上的第15部分内容将属于本课程的

17、重点重点：第112章6.隧道的运营管理与养护维护 隧道通风、照明 病害整治 隧道防灾 7.高速铁路隧道的基本知识 空气动力学效应 0.4.2 本门学科（课程）的主要内容810.4.3 课程的学习 参考书目： 参见教材最后页主要参考文献 学时紧，有些内容略讲，以自学为主 每章有作业、思考题 有堂课考核 上课纪律等0.4 课程的特点与主要内容82小 结83思考题： 1. 隧道按使用功能分类时有哪些？ 2. 铁路隧道与公路隧道在长度分类上有何异同？ 3交通山岭隧道的主要有哪些功能？ 4. 隧道工程的特点主要体现在哪几个方面？ 5. 试列举3座以上我国有代表性的隧道工程实例。 6. 隧道工程的未来发展可体现在哪些方面？84