世界著名巖石隧道

1、世界著名巖石隧道世界著名巖石隧道 巖體力學(xué)在其中的應(yīng)用巖體力學(xué)在其中的應(yīng)用THE WORLD FAMOUS ROCK TUNNELTHE WORLD FAMOUS ROCK TUNNEL何為隧道？隧道是埋置于地層內(nèi)的工程建筑物，是人類(lèi)利用地下空間的一種形式。隧道可分為交通隧道，水工隧道，市政隧道，礦山隧道。1970年國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織召開(kāi)的隧道會(huì)議綜合了各種因素，對(duì)隧道所下的定義為：“以某種用途、在地面下作用任何方法規(guī)定形狀和尺寸修筑的斷面積大于2的洞室。”隧道的組成 隧道的結(jié)構(gòu)包括主體建筑物和附屬設(shè)備兩部分。主體建筑物由洞身和洞門(mén)組成，附屬設(shè)備包括避車(chē)洞、消防設(shè)施、應(yīng)急通訊和防排水設(shè)施，

2、長(zhǎng)大隧道還有專(zhuān)門(mén)的通風(fēng)和照明設(shè)備。隧道施工隧道施工方法 礦山法新奧法淺埋暗挖法盾構(gòu)法蓋挖法圣哥達(dá)隧道英吉利海底隧道秦嶺隧道國(guó)外國(guó)內(nèi)煙大海底隧道世界著名巖石隧道之巖體力學(xué)問(wèn)題陸路水底報(bào)告心得世界最長(zhǎng)鐵路隧道 56公里 挖了16年穿越瑞士阿爾卑斯山的圣哥達(dá)隧道近日完工，全長(zhǎng)56.3公里，是目前世界上最長(zhǎng)的隧道。圣哥達(dá)隧道自1999年開(kāi)建，至今已歷經(jīng)了16個(gè)年頭，期間2000多名工人參與到隧道的挖掘工作中，夜以繼日地將3100萬(wàn)噸山石挖出。據(jù)悉，整條圣哥達(dá)隧道的建造花費(fèi)約為103億美元（約合661.5億人民幣）。按計(jì)劃，圣哥達(dá)隧道的運(yùn)行測(cè)試將于10月1日啟動(dòng)。隧道途徑歐洲人口最稠密的地帶，這一地區(qū)形

3、似香蕉，因而被人們稱(chēng)作“藍(lán)香蕉”。該區(qū)域從英格蘭北部起、經(jīng)瑞士、法國(guó)、德國(guó)、蔓延至意大利北部。隧道通車(chē)后，火車(chē)在隧道中的最快時(shí)速可以達(dá)到150英里（約合241公里）。蘇黎世、盧加諾至米蘭的車(chē)程將縮短1個(gè)小時(shí)。相關(guān)巖體力學(xué)上的問(wèn)題隧道的修筑使用到鉆掘和爆破法，以及巨型全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(TBMs)，后者完成了大約60%的工作。例如，利用水循環(huán)系統(tǒng)解決了高溫問(wèn)題，將攝氏45度的氣溫下降到28度，從而改善了鉆掘工人的工作條件。項(xiàng)目威脅阿爾卑斯山脈的地質(zhì)條件多種多樣，巖層硬度從硬如花崗巖到軟如黃油，這也造成了難題?！拔覀冎浪淼赖拈_(kāi)鑿會(huì)穿過(guò)某些非常困難的區(qū)域，”艾爾巴指出。有人懷疑隧道掘進(jìn)機(jī)是否能穿過(guò)皮

4、奧拉斷層帶(Piora Fault Zone)，這一帶的最初探測(cè)結(jié)果為“松軟土質(zhì)”-一種夾雜著水的顆粒狀白云巖。工程不得不中斷-整個(gè)項(xiàng)目受到威脅-而工程師們則在討論該做什么。經(jīng)要求又進(jìn)行了額外鉆孔，結(jié)果顯示這種惡劣地層并沒(méi)有像擔(dān)心的那樣延伸到更深的隧道層。工程得以繼續(xù)開(kāi)展。就在塞德龍北面還有一片困難區(qū)域，那里的巖石很易碎，受很?chē)?yán)重的壓力影響。這要求超越常規(guī)的思維。礦井技術(shù)專(zhuān)家利用礦井技術(shù)解決了這個(gè)問(wèn)題，包括使用鋼拱來(lái)支撐開(kāi)鑿工作，這在地下隧道中還是首次。軟巖的影響關(guān)于軟巖的定義，總括起來(lái)，大體上可分為描述性定義、指標(biāo)化定義和工程定義3類(lèi)。1984年12月在昆明召開(kāi)的煤礦礦山壓力名詞討論會(huì)，將軟

5、巖界定為“強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)程度差、受構(gòu)造面切割及風(fēng)化影響顯著或含有大量膨脹性粘土礦物的松、散、軟、弱巖層”，并從地質(zhì)巖體分類(lèi)的角度指出該類(lèi)巖石的常見(jiàn)種類(lèi)多為泥巖、頁(yè)巖、粉砂巖和泥質(zhì)礦巖，是天然形成的復(fù)雜的地質(zhì)介質(zhì)。這是一種典型的描述性定義方式。而到了1990年至1993年間，國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)逐步將軟巖明確定義為單軸抗壓強(qiáng)度（sc）在0.525MPa之間的一類(lèi)巖石。雖然此種包含具體指標(biāo)的定義方式考慮了巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，但這種分類(lèi)仍然屬于從地質(zhì)角度定義軟巖的范疇，未考慮施工條件和使用環(huán)境的差異，將該定義用于工程實(shí)踐中會(huì)出現(xiàn)一些矛盾。如地下硐室所處深度足夠的淺，地應(yīng)力水平足夠的低，則單軸抗壓

6、強(qiáng)度小于25MPa的巖石也不會(huì)產(chǎn)生軟巖的特征，工程實(shí)踐中，采用比較經(jīng)濟(jì)的一般支護(hù)技術(shù)即可奏效；相反，單軸抗壓強(qiáng)度大于25MPa的巖石，當(dāng)其工程部位所處的深度足夠的深、地應(yīng)力水平足夠的高，也可以產(chǎn)生軟巖的大變形、大地壓和難支護(hù)的現(xiàn)象。因此，地質(zhì)軟巖的定義用于工程實(shí)踐時(shí)往往產(chǎn)生歧義。近些年，工程軟巖的概念被提了出來(lái)，它是指在工程力作用下能產(chǎn)生顯著塑性變形的工程巖體。如果說(shuō)目前流行的軟巖定義強(qiáng)調(diào)了軟巖的軟、弱、松、散等低強(qiáng)度的特點(diǎn)，那么工程軟巖的定義不僅重視軟巖的強(qiáng)度特性，而且強(qiáng)調(diào)軟巖所承受的工程力荷載的大小，強(qiáng)調(diào)從軟巖的強(qiáng)度和工程力荷載的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系中分析、把握軟巖的相對(duì)性實(shí)質(zhì)。工程軟巖要滿(mǎn)足的條

7、件是： （1-1）式中，為工程荷載，MPa；為工程巖體強(qiáng)度，MPa；U為巖體變形，mm；U為允許變形，mm。此定義揭示了軟巖的相對(duì)性實(shí)質(zhì)，即取決于工程力與巖體強(qiáng)度的相互關(guān)系。其中，工程力包括重力、構(gòu)造應(yīng)力、滲透力、工程擾動(dòng)力以及溫度應(yīng)力等等。而定義中的“顯著塑性變形”則是指以塑性變形為主體，變形量超過(guò)了工程設(shè)計(jì)的允許變形值并影響了工程的正常使用。對(duì)同種巖體，在較低工程力的作用下，表現(xiàn)為硬巖的小變形特性，而在較高工程力作用下則可能表現(xiàn)為軟巖的大變形特性。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)工程荷載相對(duì)于工程巖體（如泥頁(yè)巖等）的強(qiáng)度足夠小時(shí)，地質(zhì)軟巖不產(chǎn)生軟巖顯著塑性變形力學(xué)特征，不作為工程軟巖，只有在工程力作用下發(fā)生了

8、顯著變形的地質(zhì)軟巖，才作為工程軟巖。返回秦嶺隧道 秦嶺隧道是中國(guó)最長(zhǎng)的鐵路隧道，位于西(安)(安)康鐵路青岔車(chē)站和營(yíng)盤(pán)車(chē)站之間，由兩座基本平行的單線(xiàn)隧道組成，兩線(xiàn)間距為30米，其中線(xiàn)隧道全長(zhǎng)18460米;線(xiàn)隧道全長(zhǎng)18456米。隧道通過(guò)地區(qū)巖性主要為混合片麻巖、混合花崗巖、含綠色礦物混合花崗巖;洞身穿過(guò)13條斷層，其中大的斷層有 F、F、F等區(qū)域斷層。隧道北洞口高程約870米，南洞口高程約1025米，隧道兩端高差約155米。衛(wèi)星拍攝的秦嶺隧道位置圖、 線(xiàn)隧道縱坡基本相同，由西安端進(jìn)洞后約14.7公里范圍為11上坡，然后以3.2公里、3的下坡出洞。隧道最大埋深約1600米，埋深超過(guò)1000 米地

9、段長(zhǎng)約3.8公里。秦嶺隧道穿越地段地質(zhì)條件十分復(fù)雜，經(jīng)多種手段測(cè)試，施工時(shí)有高地應(yīng)力、巖爆、地墊、斷裂帶涌水、圍巖失穩(wěn)等不良地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，工程建設(shè)任務(wù)十分艱巨。高地應(yīng)力的支護(hù)基于高地應(yīng)力軟巖隧道明顯流變效應(yīng)的特點(diǎn)，提出在噴錨網(wǎng)支護(hù)的基礎(chǔ)上增設(shè) U 型鋼可壓縮支架和泡沫混凝土填充層的支護(hù)方案。利用建立的 U 型鋼連接件力學(xué)模型和圍巖與支架接觸模型，分析 2 種支護(hù)方案下，宜昌巴東(宜巴)高速公路峽口高地應(yīng)力軟巖隧道的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。研究表明：(1) 建立的 U 型鋼可壓縮支架的連接件力學(xué)模型和圍巖與支架之間的接觸模型可以很好地反映支架縮動(dòng)性與摩阻力之間的關(guān)系；(2) U 型鋼可壓縮支架和泡沫混凝土填

10、充層的聯(lián)合支護(hù)既可以吸收圍巖的流變變形，減小二次襯砌上的形變壓力，又可以提供穩(wěn)定的支護(hù)力，有利于高地應(yīng)力軟巖隧道的長(zhǎng)期穩(wěn)定。(1. 中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所 巖土力學(xué)與工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢430071；2. 山東大學(xué) 巖土與結(jié)構(gòu)工程研究中心，山東 濟(jì)南250061)返回英吉利海底隧道巖體力學(xué)的應(yīng)用地質(zhì)鉆探工作從58年做到87年，重要的鉆孔達(dá)94個(gè)。淺層勘探在海底以下150m之內(nèi)，考慮隧道布置的范圍；深層勘探在海底以下800m之內(nèi)，主要為評(píng)價(jià)地震風(fēng)險(xiǎn)提供數(shù)據(jù)。海底鉆探曾采用大型北海石油鉆機(jī)，每個(gè)鉆孔平均費(fèi)用約為50萬(wàn)英鎊?？碧桨l(fā)現(xiàn)海底有一層泥灰質(zhì)白堊巖(Chalk Marl)，厚度

11、約30m，飽和容重約23KN/m3，抗壓強(qiáng)度69MPa，變形模量8001600MPa，蠕變系數(shù)=1.5，滲透系數(shù)(12)10-7m/s。該巖層抗?jié)B性好，硬度不大，裂隙也較少，易于掘進(jìn)，隧道線(xiàn)路就布置在它的下部，距海底2540m。由于巖層的起伏，而隧道要求一定的運(yùn)行坡度，所以隧道軸線(xiàn)在平面和立面上均呈平坦的W形。工程專(zhuān)家們認(rèn)為，充分的地質(zhì)資料和正確的判斷，使歐洲隧道找到了理想的巖層。返回?zé)煷蠛５姿淼罒煷蠛５姿淼兰礋熍_(tái)至大連海底隧道，目前已經(jīng)將原來(lái)的北隧道，南大橋方案否決，最終確定建全封閉的鐵路海底隧道。2015年11月份，國(guó)務(wù)院正式審議2016年重點(diǎn)工程,其中煙臺(tái)到大連海底隧道施工方案正式出爐。

12、隧道開(kāi)通后,從煙臺(tái)到大連最多只需要40分鐘。煙臺(tái)到大連的海底隧道是指煙臺(tái)蓬萊至旅順之間的海底隧道,歸屬鐵路總公司管理,整條隧道全長(zhǎng)123公里,火車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)速為250公里,運(yùn)行速度能達(dá)到220公里/小時(shí),屆時(shí)從煙臺(tái)到大連最多只需要40分鐘。據(jù)了解,工程方案將采納全海底隧道方案,以火車(chē)載運(yùn)汽車(chē)通行,南北兩端的接駁點(diǎn)、工程規(guī)模也已確定。海底隧道的關(guān)鍵性問(wèn)題最小巖石覆蓋的確定水壓力設(shè)計(jì)值的確定襯砌結(jié)構(gòu)斷面優(yōu)化與排水方案穿越海底不良地質(zhì)段的施工措施服務(wù)隧道設(shè)置的必要性 應(yīng)從圍巖穩(wěn)定性和隧道漏水量的大小兩方面綜合考慮，合理確定海底隧道最小巖石覆蓋層厚度。 海底隧道水壓力設(shè)計(jì)值的確定與地下水的處理方式有關(guān)，采用限量排放的防水措施，可有效地降低作用于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的水壓力。 隧道襯砌結(jié)構(gòu)與防排水方式、隧道