第七章 隧道工程

1、土木工程概論土木工程概論第七章第七章隧道工程隧道工程本章內(nèi)容本章內(nèi)容7.1 7.1 引言引言7.2 7.2 隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構7.3 7.3 隧道施工隧道施工7.4 7.4 未來發(fā)展展望未來發(fā)展展望引言引言 隧道隧道是人類利用地下空間的一種形式，是埋置于地層中的工程建筑物，1970年國際經(jīng)濟合作與發(fā)展組織的隧道會議綜合了各種因素對隧道所下的定義為： “以某種用途、在地面下用任何方法按規(guī)定形狀和尺 寸修筑的斷面積大于2的洞室?！?隧道工程是一種規(guī)模巨大且投資昂貴的工程類型，因此在施工前期需要進行詳細的規(guī)劃與設計。7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構7.2.17.2.

2、1隧道類型隧道類型由開挖引起的地層響應復雜多變，在隧道所處地層類型由開挖引起的地層響應復雜多變，在隧道所處地層類型的基礎上，可以將隧道分為四種主要類型：的基礎上，可以將隧道分為四種主要類型： 1、明挖法隧道 2、軟土隧道 3、中硬巖石隧道 4、硬巖隧道 7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構1、明挖法隧道明挖法隧道 明挖法【open cut method】指的是先將隧道部位的巖（土）體全部挖除，然后修建洞身、洞門，再進行回填的施工方法。 優(yōu)點：明挖法具有施工簡單、快捷、經(jīng)濟、安全的優(yōu)點，城市地下隧道式工程發(fā)展初期都把它作為首選的開挖技術。 缺點:是對周圍環(huán)境的影響較大。 7.27.2

3、隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構1、明挖法隧道明挖法隧道 明挖法【open cut method】指的是先將隧道部位的巖（土）體全部挖除，然后修建洞身、洞門，再進行回填的施工方法。 優(yōu)點：明挖法具有施工簡單、快捷、經(jīng)濟、安全的優(yōu)點，城市地下隧道式工程發(fā)展初期都把它作為首選的開挖技術。 缺點:是對周圍環(huán)境的影響較大。 7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構 基坑開挖法施工工序：基坑開挖法施工工序： 打樁（護坡樁）打樁（護坡樁） 路面開挖路面開挖 埋設支撐防護與開挖埋設支撐防護與開挖 地下結構施工地下結構施工 撤撐回填撤撐回填 恢復路面

4、恢復路面 其中邊坡支護是確保安全施工的關鍵技術。其中邊坡支護是確保安全施工的關鍵技術。 7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構 (1)放坡開挖技術放坡開挖技術 適用于地面開闊和地下地質(zhì)條件較好的情況?；m用于地面開闊和地下地質(zhì)條件較好的情況?；討陨隙路謱?、分段依次開挖，隨挖隨刷邊坡，坑應自上而下分層、分段依次開挖，隨挖隨刷邊坡，必要時采用水泥粘土護坡。必要時采用水泥粘土護坡。 7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構 (2)型鋼支護技術型鋼支護技術 一般使用單排工字鋼或鋼板樁，基坑較深時可采用雙排樁，一般使用單排工字鋼或鋼板樁，基坑較深時可采用雙排樁，由拉桿或連梁連結共

5、同受，也可采用多層鋼橫撐支護或單層、多由拉桿或連梁連結共同受，也可采用多層鋼橫撐支護或單層、多層錨桿與型鋼共同形成支護結構。層錨桿與型鋼共同形成支護結構。 7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構 (3)土釘墻支護技術土釘墻支護技術 在原位土體中用機械鉆孔或洛陽鏟人工成孔，加入較密間距在原位土體中用機械鉆孔或洛陽鏟人工成孔，加入較密間距排列的鋼筋或鋼管，外注水泥砂漿或注漿，并噴射混凝土，使土排列的鋼筋或鋼管，外注水泥砂漿或注漿，并噴射混凝土，使土體、鋼筋、噴射混凝土板面結合成土釘支護體系。體、鋼筋、噴射混凝土板面結合成土釘支護體系。7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構 (4

6、)混凝土灌注樁支護技術混凝土灌注樁支護技術 一般有人工挖孔或機械鉆孔兩種方式。鉆孔中灌注普通混凝一般有人工挖孔或機械鉆孔兩種方式。鉆孔中灌注普通混凝土和水下混凝土成樁。支護可采用雙排樁加混凝土連梁，還可用土和水下混凝土成樁。支護可采用雙排樁加混凝土連梁，還可用樁加橫撐或錨桿形成受力體系。樁加橫撐或錨桿形成受力體系。 7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構 （5）連續(xù)墻支護技術連續(xù)墻支護技術 一般采用鋼絲繩和液壓抓斗成槽。連續(xù)墻不僅能承受較大載一般采用鋼絲繩和液壓抓斗成槽。連續(xù)墻不僅能承受較大載荷，同時具有隔水效果，適用于軟土和松散含水地層。荷，同時具有隔水效果，適用于軟土和松散含水地

7、層。 7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構導墻放線7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構導墻放線導墻開挖7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構導墻鋼筋綁扎7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構導墻模板支撐 7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構導墻混凝土澆筑 7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構導墻澆筑完畢要注意養(yǎng)護，中間要架設木支撐或者磚支撐 7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構鋼筋籠平臺及鋼筋對焊 7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構鋼筋籠制作 7.27.

8、2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構鋼筋籠起吊 鋼筋籠入槽 鎖口管吊放，兩邊即為鎖口管 混凝土澆筑中間的為澆筑設備，兩邊是鎖口管 鎖口管起拔 7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構 2、軟土隧道、軟土隧道在該類隧道的施工中，地層開挖后需立即施筑剛性支護。地層通常主動提供彈性抗力以約束襯砌結構的向外變形。 3、中硬巖石隧道、中硬巖石隧道修建于中等堅硬的巖石或內(nèi)聚力很大的土層中，其圍巖具有足夠的自穩(wěn)能力，允許開挖后暴露一定的時間。一部分地層應力在支護結構有效地發(fā)揮作用前可以得到永久性的釋放，將只有小部分原始的應力作用于襯砌結構之上。 4、硬巖隧道、硬巖隧道該類隧道由于 堅硬，具有很強的

9、自穩(wěn)能力，只需要施筑薄層襯砌即可7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構7.2.2 隧道結構巖體處于一定的天然應力環(huán)境中，工程開挖前是處于相對平衡狀態(tài)的，由于修建工程開挖巖體(如地下 洞室、邊坡、基坑等)，便破壞了原始巖體應力的平衡狀態(tài)，因而引起巖體中的應力重新調(diào)整，導致巖體的變形和破壞。1.圓形結構圓形結構為了抵御膨脹性圍巖壓力，山嶺隧道采用圓形或者近似圓形斷面。盾構法和沉管法施工的隧道。7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構2.矩形和馬蹄形結構矩形和馬蹄形結構該結構形式不如圓形結構應用廣泛，主要原因是結構形式復雜且造價昂貴，并且受力情況十分復雜。3.雙圓盾構形式雙圓盾構形

10、式雙圓盾構技術在國內(nèi)還屬于新興的施工工法，雖然通過幾個雙圓盾構隧道的施工及施工過程中對雙圓盾構施工技術的研究探索，在雙圓盾構規(guī)律摸索和施工經(jīng)驗方面有了一定的掌控，但還是存在許多技術難題 還有待于我們通過后續(xù)的工程進一步研究，以達到全面推廣雙圓盾構施工技術，真正體現(xiàn)雙圓盾構節(jié)約地下空間資源的優(yōu)勢，更好地服務上海乃至全國的軌道交通建設7.27.2隧道類型與隧道結構隧道類型與隧道結構7.3 7.3 隧道施工隧道施工 7.3.1新奧法（新奧法（NATM）是充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用,采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段,對圍巖進行加固,約束圍巖的松弛和變形,并通過對圍巖和支護的量測、監(jiān)

11、控,指導地下工程的設計施工。 新奧法（NATM）是新奧地利隧道施工方法的簡稱, 在我國常把新奧法稱為“錨噴構筑法”。 采用該方法修建地下隧道時，對地面干擾小，工程投資也相對較小，已經(jīng)積累了比較成熟的施工經(jīng)驗，工程質(zhì)量也可以得到較好的保證。使用此方法進行施工時，對于巖石地層，可采用分步或全斷面一次開挖，錨噴支護和錨噴支護復合襯砌，必要時可做二次襯砌；對于土質(zhì)地層，一般需對地層進行加固后再開挖支護、襯砌，在有地下水的條件下必須降水后方可施工。新奧法廣泛應用于山嶺隧道、城市地鐵、地下貯庫、地下廠房、礦山巷道等地下工程。 7.3 7.3 隧道施工隧道施工盾構法盾構法施工是以盾構這種施工機械在地面以下暗

12、挖隧道的一種施工方法。盾構（shield ）是一個既可以支承地層壓力又可以在地層中推進的活動鋼筒結構。鋼筒的前端設置有支撐和開挖土體的裝置，鋼筒的中段安裝有頂進所需的千斤頂；鋼筒的尾部可以拼裝預制或現(xiàn)澆隧道襯砌環(huán)。盾構每推進一環(huán)距離，就在盾尾支護下拼裝（或現(xiàn)澆）一環(huán)襯砌，并向襯砌環(huán)外圍的空隙中壓注水泥砂漿，以防止隧道及地面下沉。盾構推進的反力由襯砌環(huán)承擔。盾構施工前應先修建一豎井，在豎井內(nèi)安裝盾構，盾構開挖出的土體由豎井通道送出地面。按盾構斷面形狀不同可將其分為：圓形、拱形、矩形、馬蹄形4種。圓形因其抵抗地層中的土壓力和水壓力較好，襯砌拼裝簡便，可采用通用構件，易于更換，因而應用較為廣泛；按開

13、挖方式不同可將盾構分為：手工挖掘式、半機械挖掘式和機械挖掘式3種； 盾構法的主要優(yōu)點：除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進行，既不影響地面交通，又可減少對附近居民的噪聲和振動影響；盾構推進、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進行，施工易于管理，施工人員也比較少；土方量少；穿越河道時不影響航運；施工不受風雨等氣候條件的影響；在地質(zhì)條件差、地下水位高的地方建設埋深較大的隧道，盾構法有較高的技術經(jīng)濟優(yōu)越性。 7.3 7.3 隧道施工隧道施工沉管隧道施工沉管隧道施工 沉管法是預制管段沉放法的簡稱，是在水底建筑隧道的一種施工方法。其施工順序是先在船臺上或干塢中制作隧道管段（用鋼板和混凝土或鋼筋混凝土），管段兩端用

14、臨時封墻密封后滑移下水（或在塢內(nèi)放水），使其浮在水中，再拖運到隧道設計位置。定位后，向管段內(nèi)加載，使其下沉至預先挖好的水底溝槽內(nèi)。管段逐節(jié)沉放，相鄰管段連接。最后拆除封墻，使各節(jié)管段連通成為整體的隧道。在其頂部和外側(cè)用塊石覆蓋，以保安全。水底隧道的水下段，采用沉管法施工具有較多的優(yōu)點。7.3 7.3 隧道施工隧道施工采用沉管法施工的水下段隧道，比用盾構法施工具有較多優(yōu)點。主要有：容易保證隧道施工質(zhì)量。因管段為預制，混凝土施工質(zhì)量高，易于做好防水措施；管段較長，接縫很少，漏水機會大為減少，而且采用水力壓接法可以實現(xiàn)接縫不漏水。工程造價較低。因水下挖土單價比河底下挖土低；管段的整體制作，浮運費用比

15、制造、運送大量的管片低得多；又因接縫少而使隧道每米單價降低；再因隧道頂部覆蓋層厚度可以很小，隧道長度可縮短很多，工程總價大為降低。在隧道現(xiàn)場的施工期短。因預制管段（包括修筑臨時干塢）等大量工作均不在現(xiàn)場進行。操作條件好、施工安全。因除極少量水下作業(yè)外，基本上無地下作業(yè)，更不用氣壓作業(yè)。適用水深范圍較大。因大多作業(yè)在水上操作，水下作業(yè)極少，故幾乎不受水深限制，如以潛水作業(yè)實用深度范圍，則可達70米。斷面形狀、大小可自由選擇，斷面空間可充分利用。大型的矩形斷面的管段可容納48車道，而盾構法施工的圓形斷面利用率不高，且只能設雙車道。7.3 7.3 隧道施工隧道施工蓋挖法：當?shù)叵鹿こ堂髯鰰r需要穿越公路

16、、建筑等障礙物而采取的新型工程施工方法。 蓋挖法是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進行施工。主體結構可以順作，也可以逆作。在城市繁忙地帶修建地鐵車站時，往往占用道路，影響交通當?shù)罔F車站設在主干道上，而交通不能中斷，且需要確保一定交通流量要求時，可選用蓋挖法。7.3 7.3 隧道施工隧道施工一、地下綜合體定義一、地下綜合體定義 為建設沿三維空間發(fā)展的，地面地下連通的，結合交通、商業(yè)貯存、娛樂、市政等多用途的大型公共地下建筑。二、地下綜合體特點二、地下綜合體特點 多重功能、空間重疊、設施綜合上海人民廣場地下綜合體8.3.18.3.1地下街地下街一、地下街定義一、

17、地下街定義 在各種建筑物的地下層之間建立地下連通道，或獨立單建，形成總體形態(tài)狹長的旁邊設店鋪、事務所、停車等設施的地下道路。 日本東京車站八重州地下街7.3 7.3 隧道施工隧道施工二、地下街在我國的城市建設中起著多方面的積極作用：二、地下街在我國的城市建設中起著多方面的積極作用：1、有效利用地下空間，改善城市交通。2、地下街與商業(yè)開發(fā)相結合，活躍市場，繁榮了城市經(jīng)濟。3、改善城市環(huán)境，豐富了人民物質(zhì)與文化生活。 7.3 7.3 隧道施工隧道施工 中國式的大中型地下綜合體、地下商場在一些城市建成，以下是開封相國寺地下商場平、剖面圖：開封相國寺地下商場平剖面圖7.3 7.3 隧道施工隧道施工 我

18、國若干大城市的停車問題已日益尖銳，對有組織的公共停車的需求已十分迫切。 以下所示為城市地下停車庫的形式之一： 附建在高層住宅樓的裝配式地下停車庫7.4 7.4 開發(fā)和利用地下空間開發(fā)和利用地下空間 7.4.17.4.1開發(fā)和利用地下空間是城市建設開發(fā)和利用地下空間是城市建設的迫切需求的迫切需求 合理開發(fā)和利用地下空間是解決城市有限土地資源和改善城市生態(tài)環(huán)境的有效途徑。 以下列舉美國波士頓地下空間開發(fā)利用對城市的發(fā)展所起到的積極作用。7.4.17.4.1開發(fā)和利用地下空間是城市建設的迫切需求開發(fā)和利用地下空間是城市建設的迫切需求中央大街規(guī)劃方案線路圖及已建成的通向波士頓地下空間開發(fā)利用7.4.17.4.1開發(fā)和利用地下空間是城市建設的迫切需求開發(fā)和利用地下空間是城市建設的迫切需求1959年中央大街建成時交通狀況與現(xiàn)在的比較波士頓地下空間開發(fā)利用7.4.17.4.1開發(fā)和利用地下空間是城市建設的迫切需求開發(fā)和利用地下空間是城市建設的迫切需求穿越波士