隧道的基本概念及发展简况课件PPT

4.3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
隧道结构基本构造
隧道结构的基本组成，如图4.1所示。
图4.1 隧道结构示意图

图中表示出了隧道结构的三大基本组成部分：
（1） 洞门结构：端墙、翼墙
（2） 洞身支护结构：衬砌 （3） 排水系统：各种排水沟及排水设施 隧道的主体支护结构是洞身衬砌和洞门，附属建筑物有 排水沟、通风设施、照明设施、电力设施等等。本节简要介 绍土体或岩体中隧道的衬砌和洞门。

（2）台阶法 将断面分成上下两层，留下一个台阶，台阶段长度根据 地质条件而定，地质条件好，则台阶长。留下的台阶效果是 可以尽快对围岩进行支护，提高了围岩的稳定性。该法对地 质条件的适用性很广，见图4.5。
1、2- 开挖 Ⅲ- 衬砌边墙 Ⅳ- 衬砌拱圈
图4.5
台阶法

（3）分步开挖法

将断面分成上下左右若干个断面，逐步开挖，更进一步
图4.2 洞门基本类型

4.3.2 洞身衬砌 隧道开挖后为了保持围岩的稳定性，一般需进行支护， 也就是进行衬砌。衬砌的基本类型如图4.3所示。
图4.3 衬砌结构类型


（1）整体式模筑砼衬砌 即就地灌注模筑砼衬砌，其工艺流程为立模－灌注－养 生－拆模。一般情况下衬砌材料为素混凝土，当围岩条件很 差时，可考虑用钢筋混凝土衬砌。其特点是衬砌整体性好， 抗渗性强，易于按需要成型。
4. 隧道工程
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 隧道的基本概念及发展简况 隧道工程特点 隧道结构基本构造 隧道施工方法 隧道类型简介
4.1

隧道工程的基本概念及其发展简况

隧道是建筑在岩体、水底或土体的，两端有出口的，供 车辆、行人、水流及管线等通过的通道，包括交通运输方面 的铁道、道路、水（海）底隧道和各种水工隧洞等。 世上第一条交通隧道是公元前2180～2160年在巴比伦 城中幼发拉底河下修建的人行通道。我国在公元前8世纪～ 前3世纪就有深达40m以上的铜矿矿井（竖井和斜井）。春 秋时代（公元前770～前476）就有“隧而相见”的史实。 今陕西大荔县铁镰山还发现古代修筑的水底隧道。19世纪20 年代蒸气机的出现，以及铁路和炼钢工业的发展，也促进了 隧道工程的发展，1826～1830年英国在利物浦硬岩中修建 了两座最早的铁路隧道。1843年在英国泰晤士河修建了第一 条水底道路隧道。直到20世纪50年代，人们才总结出各种类 型隧道工程规划、设计和施工的基本原理，在土木工程中逐 渐形成一个独立的工程领域。
（2）拼装式衬砌 将衬砌分成若干个环块，在预制厂或工地生产，然后运 到洞内拼装而成。环块一般为钢筋混凝土。其特点是衬砌承 载块、便于机械化施工。 （3）锚喷衬砌



模筑混凝土衬砌和拼装式衬砌均为被动地承受围岩压力 的支护结构，而锚喷衬砌则是一种主动地加强围岩稳定性的

支护结构，它采用的支护材料是喷射混凝土、锚杆、钢筋网， 其特点是可以提供围岩的自承能力。
增加了洞室的稳定性，适用于软弱地层施工。如图4.6所示。
1、2、3、5、6- 开挖 Ⅳ- 衬砌拱圈 Ⅶ- 衬砌边墙
图4.6
分步开挖法






4.4.2 盾构法 盾构是一种钢支护结构，也有半圆形、矩形、马蹄形等 非圆形盾构。盾构利用钢壳体支撑围岩，掘进和衬砌均在壳 体保护下进行。适用于软弱、含水层，如上海黄浦江隧道、 英、法海底隧道都是采用盾构施工的。根据盾构本身是否配 备掘进机械，可分为： （1）人工开挖式盾构 在盾构的保护下，用人工进行掘进。 （2）机械式盾构 在盾构前方装有开挖和装碴机械，掘进由机械进行，效 率高、大大节省了人力。如广州地铁一号线从公园前至黄沙 区间就是采用两台机械盾构施工的，见图4.7、4.8。 盾构施工的隧道一般采用拼装式衬砌。


4.4

隧道施工方法

在确定施工方法时，应强调安全第一，同时要考虑其它有关因素， 正确选择施工方法的前提是： （1）要尽量做到在开挖过程中不发生塌方以确保施工安全； （2）必须满足施工期限的要求； （3）要尽量减少施工投资。 现有的施工方法有： ⑴ 明挖法或围堤明挖法（敞口开挖基坑，修建隧道后覆填）； ⑵ 钻眼爆破法（适用于硬岩中开挖隧道）； ⑶ 盾构法（采用一个与隧道环同样形状的钢制圆筒即盾壳，以周边 设置的千斤顶推向前方，工人在盾壳前工作室里挖土，形成可将隧道环 推进的方向）； ⑷ 顶管法（将预制隧道环用顶进设备顶入已挖去土层的空间，构成 隧道的一节）； ⑸ 沉管法（制作隧道管段，拖运至设计位置，在管内加载使之下沉 在预先挖就的水底沟槽内，多用于水底隧道）等。
4.3.1 洞门




洞门的作用是减少洞口土石方开挖量、降低仰坡开挖高 度，承受山体推力并支撑边仰坡的稳定，确保洞口行车安全。 常见洞口类型有以下几种，如图4.2所示。 a. 端墙式洞口 适用于地质条件较好的洞口地段。 b. 翼墙式洞口 适用于地质条件较差的洞口地段。 c. 柱式洞口 适用于地质条件较差，且不便于设置翼墙的洞口地段。 d. 台阶式洞口 适用于地形等高线与线路中线斜交的洞口地段。 e. 明洞口 适用于明挖隧道的洞口地段。


下面简要介绍常用的施工方法。 4.4.1 钻眼爆破法，又称“钻爆法” 根据围岩的好坏和施工机具的配备情况可以采用不同 的开挖方式，具体的有如下几种： （1）全断面法 开挖断面大，洞室轮廓一次成形，掘进速度快。要求 地质条件好并配备有大型施工机具，见图4.4。
Ⅰ- 开挖 Ⅱ- 衬砌边墙 Ⅲ- 衬砌拱圈 图4.4 全断面开挖法
（4）复合式衬砌 采用两层衬砌组合而成，其靠近岩壁一侧的是锚喷衬砌， 洞内一侧的是模筑衬砌，在地下水发育的底层中，可以在两 层衬砌之间夹一层防水层用于放水。其特点是既有模筑衬砌 表面光滑、美观、抗渗性强的特点，又有锚喷衬砌能提高围 岩自承能力的特点，而且有防水效果好的优点。 （5）明洞衬砌 不同类型的隧道，其结构是不同的，如铁路隧道和公路 隧道断面多为马蹄形，水工隧道多为圆形。
4.2

隧道工程特点
（1）它是交通运输路线穿越天然障碍，包括山岭、丘陵、
土层、水（海）域等的有效方法；

（2）穿越的地质条件复杂多变，遇到意外情况较多，工 程定位、设计、施工方法都必须随时做相应的调整；

（3）施工作业面窄，可能容纳的劳动力和机械设备都受
到限制，对工业化、机械化施工要求高；

（4）造价昂贵。