隧道及地下工程(概况类)

• 修筑隧道和利用地下空间从原始时代起就 已成为人类营生的一种方式。 • 随着近代文明的发展，才使它成为土木工 程学的一个学科，并应用近代工程技术修 筑了很多隧道。 • 隧道是修筑在地面下的通路或空间，但孔 径太小，属于所谓管道范畴的除外。1970 年经合组织（OECD）的隧道会议对隧道所 下的定义为：以某种用途，在地面下用任 何方法按规定形状和尺寸，修筑的断面积 大于2 的洞室。
• 第一时代 从出现人类至公元前3,000年的远古时 期。人类原始穴居，天然洞窟成为人类防寒暑、 避风雨、躲野兽的处所。 • 第二时代 从公元前3,000年至5世纪的古代时期。 埃及金字塔、古代巴比伦引水隧道，均为此时代 的建筑典范。我国秦汉时期的陵墓和地下粮仓， 已具有相当技术水准和规模。 • 第三时代 从5世纪至14世纪的中世纪时代。世界 范围矿石开采技术出现，推进了地下工程的发展。 • 第四时代 从15世纪开始的近代与现代。欧美产业 革命，诺贝尔发明黄色炸药，成为开发地下空间 的有力武器。日本明治时代，隧道及铁路技术开 始引进并得到发展。
青函海底隧道：
日本穿越津轻海峡连接本州（青 森）与北海道（函馆）的海底铁路 隧道。全长53.85公里，是世界上最 长的隧道。1964年5月动工，1985年 3月正洞凿通。隧道的海底部分长 23.3公里，本州端陆上部分13.55公 里，北海道端陆上部分长17公里。
宽度为36.8km，隧道 长度约为51km
缺点： √ 见不到阳光、温差小、 湿度大； √ 空气封闭压抑，不易 流通； √ 人员活动不自在； √ 环境噪音级增强； √ 微生物繁殖快。
• 从地质上还可按开挖对象划分为岩石隧道和土砂 隧道，并可根据施工场所的不同区分为公路隧道、 城市隧道和水下隧道等 • 按施工方式、方法进行详细的分类有盾构法、沉 管法、明挖法等等 • 隧道技术，对应于修筑隧道过程的各个阶段，可 以大致分为： 调查计划技术（有关地质、水文等的调查和预 测、测量等）； 设计技术（指岩石力学、土力学和结构力学、 材料等）； 施工技术（指开挖、运输、支撑衬砌的施工、 地基改良、为改善施工条件而采用的特殊施工方 法、安全卫生等）； 运用技术（指照明、通风、维修管理、防灾 等）。
• 90年代后期至今，广州、深圳、南京等地 相继地铁开通 • 南京、杭州、福州琅岐等正计划修建过江 隧道
• 现代地下工程发展迅速，各种典型工程著 名浩瀚。世界已有数百个城市修建了地下 铁路 ；英法海峡隧道，长50km，海底长度 37km，历时7年建成；著名的公路隧道， 如穿越阿尔卑斯山、连接法国和意大利的 勃朗峰隧道和连通日本群马县和新泄县的 关越隧道，它们的长度均超过10km • 各类地下电站迅速增长，其中地下水力发 电的数目，全世界已超过400座，其发电量 达45亿瓦以上。
古希腊萨摩斯隧道
定陵地下宫殿
• 当今人类正在向地下、海洋和宇宙开发。 向地下开发可归结为：地下资源开发、地 下能源开发和地下空间开发三个方面。地 下空间的利用也正由“线”的利用向大断 面、大距离的“空间”利用进展。 • 20世纪80年代国际隧道协会（ITA）提出 “大力开发地下空间，开始人类新的穴居 时代”的口号。顺应于时代的潮流，许多 国家将地下开发作为一种国策，如日本提 出了向地下发展，将国土扩大十倍的设想。 从某种意义上来讲，地下空间的利用历史 是与人类文明史相呼应的，它可以分为四 个时代：
• 当前隧道除仍用于铁路、公路交通和水力 发电、灌溉等水工隧洞外，也用于上下水 道、输电线路等大型管路的通道，另外还 将过去理解为地下通路的隧道概念，扩大 到地下空间的利用方面，包括诸如地下发 电变电所、地下汽车停车场、大型地下车 站、地下街道等适用隧道工程技术的建筑 物。
优点： √ 恒温，能较好地绝 热和蓄热； √ 抗震性能强； √ 隐蔽性好，能经受和 抗御武器的破坏； √ 气密性、遮蔽性、隔 音性均良 好； √ 具有良好的地下水保 持性； √ 节约用地； √ 空间开挖有很大的灵 活性； √ 可综合利用。
• 站台是地铁车站的最主要部分，是分散上 下车人流、供乘客乘降的场地。
铁路隧道施工
• 地下铁道沿城市主要街道布臵，在市区或 市郊修建。因此，施工方案的选取应充分 考虑地铁对城市交通、建筑物拆迁以及对 地面上下管线的影响，从技术、经济等方 面加以权衡比较。地下铁道的修建方法很 多，概括起来有两大施工方式，即明挖法 和暗挖法。
• 我国地下空间的开发和利用始于60年代。 1965年北京建设地下铁道。 • 70年代，我国修建了大量地下人防工程， 其中相当一部分目前已得到开发利用，改 建为地下街、地下商场、地下工厂和贮藏 库。 • 80年代上海建成延安东路水底公路隧道 • 1985年至1987年，上海建成黄浦江上游引 水隧道一期工程 • 90年代以来，上海地铁1号线，地铁2号线 已相继开通
罗沃运河隧道：
当代世界上最大的运河隧道。位于法国马赛至 罗讷水路干线上，1920年修建，长7公里多，水深 4米，可供排水量达1000吨的内河航船双向通行。
城市外围快速干道的建设(沉管式隧道)
地下工程
• 在地面以下土层或岩体中修建各种类型的 地下建筑物或结构的工程，可称为地下工 程。它包括交通运输方面的地下铁道、公 路隧道、地下停车场、过街或穿越障碍的 各种地下通道等；军事方面和野战工事、 地下指挥所、通讯枢纽、掩蔽所、军火库 等；工业与民用方面的各种地下车间、电 站、各种储存库房、商店、人防与市政地 下工程，以及文化、体育、娱乐与生活等 方面的联合建筑体等等。
公路隧道
• 公路隧道的平面线形和普通道路一样，根 据公路规范要求进行设计。隧道平面线形， 一般采用直线、避免曲线，如必须设臵曲 线时，应尽量采用大半径曲线，并确保视 距。公路隧道的纵断面坡度，由隧道通风、 排水和施工等因素确定，采用缓坡为宜。 隧道的纵坡通常应不小于0.3％，并不大于3 ％。隧道如从两个洞口对头掘进，为便于 施工排水，可采用"人"字坡。单向通行时， 设臵向下的单坡对通风有利。
• 水底隧道主要断面形式，圆形、方形、拱 形。 • 隧道防水 水底隧道的主要部分处于河、海床下 的岩土层中。常年在地下水位以下，承受 着自水面开始至隧道埋深的全水头压力。 因此水底隧道自施工到运营均有一个防水 问题。防水的主要措施有： 防水混凝土、壁后回填、围浆注岩、双层 衬体
玄武湖隧道
厦门跨海 半桥半隧 道方案
铁路隧道
• 地铁的区间隧道是连接相邻车站之间的建 筑物。它在地铁线路的长度与工程量方面 均占有较大比重。区间隧道衬砌结构内应 具有足够空间，以供车辆通行和铺设轨道、 供电线路、通讯和信号、电缆和消防、排 水与照明装臵。
地铁隧道结构
浅埋区间隧道 多采用明挖施工，常用钢筋混凝土矩形框架 结构。下图显示的是浅埋明挖施工的区间隧道结 构型式。
a单跨矩形 b双跨矩形 c单层双跨 d单拱形
• 深埋区间隧道 深埋隧道多采取暗挖施工，用圆形盾 构开挖和钢筋混凝土管片支护。结构上覆 土的深度要求应不小于盾构直径。从技术 和经济观点分析，暗挖施工时，建造两个 单线隧道比建造将双线放在一个大断面的 隧道里的作法合理，因为单线隧道断面利 用率高，且便于施工。 莫斯科早期地下铁道适应备战要求采 用深埋形式，有的路段深达40～50m。伦 敦地铁有的建在30m深左右的粘土层中，利 用其不渗水的特点方便施工。
海底观光隧道
辛普朗隧道：
世界最长的山岭 铁路隧道。从瑞士通 往意大利的铁路线穿 越阿尔卑斯山底部的 两座单线铁路隧道。 其 长 度 分 别 为 19803 米 （ 一 号 ） 和 19323 米（二号）。辛普朗 一号隧道建于1898－ 1906年，二号隧道建 于1912－1922年。两 条隧道的中线相距20 米左右。
• 隧道净空断面的形状，即是衬砌的内轮廓形状。 确定的形状应使衬砌受力合理、围岩稳定。衬砌 的形状可采用圆拱直墙。圆形断面利于承压和盾 构施工。在浅埋、深埋公路隧道采用矩形或近椭 圆形断面。公路隧道的各种主要断面形状如下图 所示。
北京八达岭公路隧道
• 隧道通风方式的种类很多，按送风形态、 空气流动状态、送风原理等划分如下： 1）自然通风 2）机械通风 纵向式：射流式 、风道式和喷嘴式 、竖 井式 3）半横向式 4）横向式 5）混合式
横向式通风
半横向式通风
混合式通风
根据隧道的具体条件和特殊需要，由 竖井与上述各种通风方式组合成为最合理 的通风系统。例如，有纵向式和半横向式 的组合，以及横向式与半横向式的组合等 各种方式。
• 隧道照明与一般部位的道路照明不同，其 显著特点是昼间需要照明。防止司机视觉 信息不足引发交通事故。应保证白天习惯 于外界明亮宽阔的司机进入隧道后仍能认 清行车方向，正常驾驶。隧道照明主要由 入口部照明、基本部照明和出口部照明与 接续道路照明构成。 • 入口照明是指司机从适应野外的高照度到 适应隧道内明亮度，所必须保证视觉的照 明。它由临界部、变动部和缓和部的三个 部分的照明组成。

• 水底隧道的埋臵深度 水底隧道的埋臵深度是指隧道在河床 下的岩土的覆盖厚度。埋深的大小，关系 到隧道长短、工程造价和工期的确定。尤 其重要的是覆盖层厚度关系到水下施工的 安全问题。设计水底隧道的埋臵深度需考 虑以下几个主要因素： 1、地质及水文地质条件 2、施工方法要求 3、抗浮稳定的需要 4、防护要求
明挖法
• 明挖法也称作基坑法,是一种用垂直开挖方 式修建隧道的方法（对应于水平方向掘进 隧道而言）,指从地面向下开挖，并在欲建 地下铁道结构的位臵进行结构的修建，然 后在结构上部回填土及恢复路面的施工方 法。或者从地面向下开挖，用大号型钢架 于两侧钢桩或连续墙上，以维持原来路面 的交通运行。后一种基坑法也称为路面覆 盖式基坑法或称开壕被覆法（Cut and Cover），我国称为盖板法
• 自然通风 这种通风方式不设臵专门的通风设备， 是利用存在于洞口间的自然压力差或汽车 行驶时活塞作用产生的交通风力，达到通 风目的。但在双向交通的隧道，交通风力 有相互抵消的情形，适用的隧道长度受到 限制。由于交通风的作用较自然风大，因 此单向交通隧道，即使隧道相当长，也有 足够的通风能力。