隧道工程教案01

2024年2月10日發(fā)(作者：背叛歌詞)

重慶交通大學(xué)教案

第1章 緒 論

1.1 隧道在交通事業(yè)中的地位及發(fā)展概況

1 什么是隧道？

隧道是指一種修建在地層中的地下工程建筑物

公路隧道是指專供公路運(yùn)輸使用的地下工程結(jié)構(gòu)物

2 隧道在交通事業(yè)中的地位

（1） 重要性：交通是國家基礎(chǔ)建設(shè)重要的設(shè)施，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有十分重要的地位。我國公路隧道隨著交通建設(shè)的高速發(fā)展而不斷增加，目前國家將建設(shè)重點(diǎn)向我國西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，是高速公路網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。

（2） 必要性：世界各國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)表明，快速暢通交通網(wǎng)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必不可少的條件。近年來隨著我國社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展（年增長超過7%），地面交通增長十分迅猛，低等級公路已不適應(yīng)發(fā)展要求，高速公路網(wǎng)建設(shè)，隧道橋梁不可缺少。

（3） 緊迫性：目前我國高速公路總里程還很少（2001年底近2萬公里），滿足不了發(fā)展的需要，造成各種交通設(shè)施超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，交通事故、交通阻塞和交通公害等成為一大社會問題，阻礙了國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，針對交通需求的高漲，解決好路面交通的規(guī)劃和修建，是目前急需研究解決的課題。

3 隧道工程的發(fā)展概況

（1）隧道的發(fā)生和發(fā)展歷史：

? 原始時(shí)代 即人類的出現(xiàn)到紀(jì)元前3000年的新石器時(shí)代，是人類利用隧道來防御自然威脅的穴居時(shí)代。隧道是用獸骨等工具開挖，修筑在可以自身穩(wěn)定而無需支撐的地層中。

? 遠(yuǎn)古時(shí)代 從紀(jì)元前3000年到5世紀(jì)，是為生活和軍事防御目的而利用隧道的時(shí)代。這個(gè)時(shí)代隧道的開發(fā)技術(shù)形成了現(xiàn)代隧道開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)。例如，古埃及金字塔的建設(shè)就開始修建了地下建筑。紀(jì)元前2200年間的古代巴比倫王朝為連結(jié)宮殿和神殿而修建了約1km長的隧道，斷面為3.6×4.5m，施工期間將幼發(fā)拉底河水流改道，采用明挖法建造，該隧道是一種磚砌建筑。

? 中世紀(jì)時(shí)代 約從5世紀(jì)到14世紀(jì)的1000年左右。這個(gè)時(shí)期正是歐洲文明的低潮期，建設(shè)技術(shù)發(fā)展緩慢，隧道技術(shù)沒有值得一提的進(jìn)步。但由于對地下礦產(chǎn)資源銅、鐵等的需求，開始了礦石開采。

? 近代和現(xiàn)代 即從16世紀(jì)以后的產(chǎn)業(yè)革命開始。這個(gè)時(shí)期由于炸藥的發(fā)明和應(yīng)用，加速了隧道技術(shù)的發(fā)展。如有益礦物的開采，灌溉、運(yùn)河、公路和鐵路隧道的修建以及隨著城市的發(fā)展修建地下鐵道、上下水道等，使得隧道的技術(shù)得到極大的發(fā)展，其應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。

（2） 隧道技術(shù)的發(fā)展與成就

? 據(jù)現(xiàn)有資料記載，我國最早的交通隧道是位于今陜西漢中縣的‘石門’隧道，建

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于公元66年，是供馬車和行人通行的。

? 世界上最早的隧道是公元前2200年，巴比倫國王為連結(jié)宮殿而修建的隧道。

? 測量技術(shù)的出現(xiàn)，推動了隧道技術(shù)的進(jìn)步。人們利用棚架支撐巖層和卷揚(yáng)提升土石，從兩端洞口開挖隧道，數(shù)量較多的各種用途的隧道和水工隧道開始增多。

? 14世紀(jì)發(fā)明了火藥，推動了隧道技術(shù)發(fā)展。1679年用于法國拉恩開得克運(yùn)河隧道開挖，獲得極大成功，隧道挖掘技術(shù)得到飛速的發(fā)展。

? 19世紀(jì)的產(chǎn)業(yè)革命，隧道開挖出現(xiàn)了各種新方法，迎來了近代隧道開挖技術(shù)的新曙光。1818年布魯內(nèi)爾（Brune1）發(fā)明了盾構(gòu)，意大利物理學(xué)家歐拉頓（Erardon）提出以壓縮空氣平衡軟弱地層涌水壓力。防止地層坍塌的方法后，英國的科克倫（Co-Chrane）利用這個(gè)原理發(fā)明用壓縮空氣開挖水底隧道的方法。

? 新中國成立以來，為改變國家的經(jīng)濟(jì)布局，發(fā)展內(nèi)地和山區(qū)的經(jīng)濟(jì)，先后修建了數(shù)十條隧道比重較大的山區(qū)鐵路。使得我國在鐵路隧道的數(shù)量和施工技術(shù)上都有了較大發(fā)展，逐漸掌握了隧道建筑的近代技術(shù)，從人力為主體的施工轉(zhuǎn)向以機(jī)械開挖為主體的施工，技術(shù)上有了質(zhì)的飛躍。

? 1979年開始正式推廣新奧法

? 我國公路隧道的建設(shè)發(fā)展相對遲緩。近幾年由于高速公路建設(shè)的加快，公路隧道的數(shù)量已開始成倍的增長，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到1999年底，我國已建成的公路隧道達(dá)1217座，單洞總延長超過406km。我國已建成和正在建設(shè)的長度超過3公里以上的公路道列表1.1。

表1.1已建成和正在建設(shè)的3公里以上的公路隧道概況

隧道名稱 隧道長度（m） 營運(yùn)條件

大溪嶺隧道 4100 雙向、雙車道

二郎山隧道 4160 單向、雙車道

華瑩山隧道 4770 單向、雙車道

鷓鴣山隧道 4400 單向、雙車道

木魚槽隧道 3600 雙向、雙車道

八達(dá)嶺隧道 3455 雙向、雙車道

真武山隧道（重慶） 3100 單向、雙車道

中梁山隧道（重慶） 3165 單向、雙車道

牛郎河隧道 3920 單向、雙車道

貓貍嶺隧道 3600 單向、雙車道

秦嶺終南山隧道 18100 雙洞、單向、雙車道

重慶正在修建的重慶最長的隧道--通渝隧道（4280米），造價(jià)近2億元

? 目前世界上已建成公路隧道，最長的瑞士16.918km的圣哥達(dá)隧道，而挪威正在修建的Aurland—Laerdal公路隧道，長度達(dá)24.5km。世界上長大公路隧道的概況列于表1.2。其中通過阿爾卑斯山最高峰下連接法國和意大利的勃朗峰

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()隧道，全長11.6km，道路寬7.0m，從頂板到路面高6m，斷面呈馬蹄形，襯砌厚80cm，法國側(cè)入口標(biāo)高為1274m，意大利側(cè)標(biāo)高為1381m，最大埋深約2500m，雙車道相向運(yùn)行，最高限速為80公里/小時(shí)。1959年開工， 1965年開始運(yùn)營

表1.2 世界各國已建成和在建的長度大于10km的公路隧道

隧道名稱 國家 長度（m）

勃朗峰（） 法國－意大利 11600

弗雷儒斯（Frejus） 法國－意大利 12901

圣哥達(dá)（d） 瑞士 16918

阿爾貝格（Arlberg） 奧地利 13927

格蘭薩索（Gran Sasso） 意大利 10173

關(guān)越I（Kan-Etsu） 日本 10920

關(guān)越II（Kan-Etsu） 日本 11010

居德旺恩（Gudvanga） 挪威 11400

Folgefonn 挪威 11100

Aurland Laerdal 挪威 24500

坪林（Pinglin） 中國臺灣 12900

Hida 日本 10750

秦嶺終南山隧道 中國 18100

3 隧道工程的發(fā)展前景及需要解決的難題

（1） 隧道工程發(fā)展前景：我國是幅員遼闊、地質(zhì)復(fù)雜、多山的發(fā)展中國家，隨著我國市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路已從沿海地區(qū)向西部山區(qū)延伸，公路隧道的數(shù)量和建筑規(guī)模越來越大。城市化交通尚處于起步階段，大規(guī)模交通事業(yè)方興未艾，隧道事業(yè)發(fā)展前景十分廣闊。

（2） 隧道工程發(fā)展方向：合理規(guī)劃與環(huán)境保護(hù)、非爆破的機(jī)械化施工、設(shè)計(jì)可靠合理、使用安全等方面。

（3） 隧道工程需要解決的難題：

? 隧道圍巖力學(xué)性質(zhì)與圍巖破壞的關(guān)系；

? 計(jì)算模型和計(jì)算理論如何與實(shí)際相符；

? 施工技術(shù)水平與經(jīng)濟(jì)效益的提高；

? 隧道設(shè)計(jì)施工管理水平與經(jīng)濟(jì)效益的提高；

1.2 隧道的分類及其作用

隧道分類方法很多，這里介紹按照用途、長度、斷面分類

1 按照用途分類：交通隧道、水工隧道、城市隧道和礦山隧道

（1）交通隧道

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交通隧道是應(yīng)用最廣泛的一種隧道，其作用是提供交通運(yùn)輸和人行的通道，以滿足交通線路暢通的要求，一般包括有以下幾種。

1）公路隧道—專供汽車運(yùn)輸行駛的通道。

過去，在山區(qū)修建公路為節(jié)省工程造價(jià)，常常選擇盤山繞行，寧愿延長距離而避開修建隧道昂貴的費(fèi)用。隨著社會經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)的發(fā)展，高速公路的大量出現(xiàn)，對道路的修建技術(shù)提出了較高的標(biāo)準(zhǔn)，要求線路順直、坡度平緩、路面寬敞等。因此在道路穿越山區(qū)時(shí)，出現(xiàn)了大量的隧道方案。隧道的修建在改善公路技術(shù)狀態(tài)、縮短運(yùn)行距離、提高運(yùn)輸能力、減少事故等方面起到重要的作用。我國正在修建的秦嶺終南山隧道長18.1km，它的建成將翻越秦嶺的道路縮短約60km，時(shí)間減少2個(gè)多小時(shí)。

2）鐵路隧道—-專供火車運(yùn)輸行駛的通道。

鐵路穿越山嶺地區(qū)時(shí)，需要克服高程障礙，由于鐵路限坡平緩，最大限坡小于24‰（雙機(jī)牽引），而這些山嶺地區(qū)限于地形，無法繞行，常常不能通過展線獲得所需的高程。此時(shí)，開挖隧道穿越山嶺是一種合理的的選擇，其作用可以使線路縮短，減小坡度，改善運(yùn)營條件，提高牽引定數(shù)。如寶成線寶雞至秦嶺段線路密集地設(shè)有48座隧道，占線路總延長的37.75％。可見山區(qū)鐵路隧道的作用了。

3）水底隧道—-修建于江、河、湖、海、洋下的隧道，供汽車和火車運(yùn)輸行駛的通道。

當(dāng)交通線路跨越江、河、湖、海、洋下時(shí)，可以選擇的方案有架橋、輪渡和隧道，但架橋受凈空的限制，輪渡限制通行量，如果這些矛盾得不到有效的解決，水底隧道是一種很好的方案，其優(yōu)點(diǎn)是不受氣候影響，不影響通航，引道占地少，戰(zhàn)時(shí)不暴露交通設(shè)施目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)；越來越受到人們青睞，在我國上海跨越黃浦江、廣州穿越株江都修建跨江的水底隧道。缺點(diǎn)是造價(jià)較高。

4）地下鐵道—-修建于城市地層中，為解決城市交通問題的火車運(yùn)輸?shù)耐ǖ馈?

地下鐵道是在大城市中解決交通擁擠、車輛堵塞的有效途徑之一，由于能大量、快速、安全、準(zhǔn)時(shí)輸送乘客，成為大城市解決交通矛盾的有力手段。我國北京、上海、廣州等城市已經(jīng)建成的地下軌道交通系統(tǒng)，為改善城市的交通狀況，減少交通事故起到了重要的作用。其它城市，如深圳、南京、青島、大連、武漢、沈陽、重慶、哈爾濱、成都等已在規(guī)劃和修建地下鐵道。

5）航運(yùn)隧道－-專供輪船運(yùn)輸行駛而修建的通道。

當(dāng)運(yùn)河需要跨越分水嶺時(shí)，克服高程的有力手段是修建運(yùn)河隧道，其優(yōu)點(diǎn)是縮短航程，減少運(yùn)營費(fèi)用，河道順直，航運(yùn)條件大大改善。

6）人行隧道－專供行人通過的通道。

一般修建于城市鬧區(qū)穿越街道或跨越鐵路、高速公路等行人眾多，往來交錯(cuò)，車輛密集，偶有不慎便會發(fā)生交通事故的場合。人行隧道的作用是緩解地面交通壓力，減少交通事故，方便行人。

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（2）水工隧道

是水利工程和水力發(fā)電樞紐的一個(gè)重要組成部分。水工隧道包括以下幾種。

1）引水隧道－是將水引入水電站的發(fā)電機(jī)組或水資源的調(diào)動而修建的孔道。

引水隧道引入的水是水電站的發(fā)電機(jī)組的動力資源，作為因此，引水隧道作為引水的建筑工程，一般是要求內(nèi)壁承壓，但有時(shí)只是部分過水，內(nèi)壁受大氣壓力而水壓較小，甚至無水壓，故有有壓隧道和無壓隧道之分。

2）尾水隧道—用將水電站發(fā)電機(jī)組排出的廢水送出去而修建的隧道。

3）導(dǎo)流隧道或泄洪隧道—水利工程中疏導(dǎo)水流并補(bǔ)充溢洪道流量超限后的泄洪而修建的隧道。

是水利工程的的一個(gè)重要建筑，其作用主要是泄洪。

4）排沙隧道——它是用來沖刷水庫中淤積的泥沙而修建的隧道。

是水庫建筑物的一個(gè)組成部分，其作用是利于排沙隧道把泥沙裹帶送出水庫。同時(shí)也用來檢查或修理時(shí)，放空水庫里的水。

（3）市政隧道

在城市的建設(shè)和規(guī)劃中，充分利用地下空間，將各種不同市政設(shè)施安臵在地下，而修建的地下孔道，稱為市政隧道。市政隧道與城市中人們的生活、工作和生產(chǎn)關(guān)系十分密切，對保障城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著重要的作用。其類型主要有：

1）給水隧道一為城市自來水管網(wǎng)鋪設(shè)系統(tǒng)修建的隧道。

在城市中，有序合理的規(guī)劃和布臵與人們生活和生產(chǎn)息息相關(guān)給水管路，是城市市政基礎(chǔ)設(shè)施的重要任務(wù)，要求不破壞市容景觀，不占用地面，避免遭受人為的損壞。因此，修建地下孔道來容納安臵這些管道是一種合理的選擇。

2）污水隧道—為城市污水排送系統(tǒng)修建的隧道。

城市的污水，除部分對環(huán)境污染嚴(yán)重的采用凈化返用或排放外，大部分的污水需要排放到城市以外的河流中去。這就需要有地下的排污隧道。這種隧道一般采用本身導(dǎo)流排送，此時(shí)隧道的形狀多采用卵形，也可能是在孔道中安放排污管，由管道排污。排污隧道的進(jìn)口處，多設(shè)有攔碴隔柵，把漂浮的雜物攔在隧道之外，不致涌入造成堵塞。

3）管路隧道一為城市能源供給（煤氣、暖氣、熱水等）系統(tǒng)修建的隧道。

城市中的管路隧道是把輸送能源的管路放臵在修建的地下的孔道中。經(jīng)過防漏及保溫措施處理。能源就能安全地輸送到生產(chǎn)和居家的目的地。

4）線路隧道—為系統(tǒng)修建的隧道。

在城市中，為了保證電力電纜和通訊電纜不被人們的活動所損傷或破壞，避免懸掛高空影響市容景觀。都修建專門的地下孔道安臵它們。

在現(xiàn)代化的城市中，將以上四種具有共性的市政隧道，按城市的布局和規(guī)劃，建成一個(gè)共用隧道，稱為?共同管溝?。共同管溝是現(xiàn)代城市基礎(chǔ)設(shè)施科學(xué)管理和規(guī)劃的標(biāo)志，也是合理利用城市地下空間的科學(xué)手段。是城市市政隧道規(guī)劃與修建發(fā)

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展的方向。

5）人防隧道一是為戰(zhàn)時(shí)的防空目的而修建的防空避難隧道。

城市中建造人防工程，是為了預(yù)防戰(zhàn)爭空襲的需要。人防工程是在緊急情況下，人們避難所用的，因此，在修建時(shí)應(yīng)考慮人生活環(huán)境的一般要求，除應(yīng)設(shè)有排水、通風(fēng)、照明和通訊設(shè)備以外，還應(yīng)考慮貯備飲水、糧食和必要救護(hù)設(shè)備。在洞口處還需設(shè)臵防爆、防沖擊波裝臵等。

（4）礦山隧道

在礦山開采中，為了能從山體以外通向礦床和將開采到的礦石運(yùn)輸出來。是通過修建隧道來實(shí)現(xiàn)的，其作用主要是為采礦服務(wù)的，有下列幾種。

1）運(yùn)輸巷道

向山體開鑿隧道通到礦床，并逐步開辟巷道，通往各個(gè)開采面。前者稱為主巷道，為地下礦區(qū)的主要出人口和主要的運(yùn)輸于道。后者分布如樹枝狀，分向各個(gè)采掘面。此種巷道多用臨時(shí)支撐，僅供作業(yè)人員進(jìn)行開采工作的需要。

2）給水隧道

送入清潔水為采掘機(jī)械使用，并將廢水及積水通過泵抽排出洞外。

3）通風(fēng)隧道

礦山地下巷道穿過的地層，一般都有地下有害氣體涌出，采掘機(jī)械業(yè)要排出廢氣，工作人員呼出氣體，使得巷道內(nèi)空氣變得污濁。如果地層中的氣體含有瓦斯，將會危及人身安全。因此，凈化巷道的空氣，創(chuàng)造好的工作環(huán)境，必設(shè)臵通風(fēng)巷道，把有害氣體排除出去，補(bǔ)充新鮮空氣。

2 公路隧道按照長度的分類

（1） 特長隧道：L?3000m

（2） 長 隧 道：3000m?L?1000m

（3） 中 隧 道：1000?L?500m

（4） 短 隧 道：L?500m

3 按照隧道斷面積

（1） 特大斷面隧道（100m2以上）

（2） 大斷面隧道 （50～100m2）

（3） 中等斷面隧道（10～50 m2）

（4） 小斷面隧道 （3～10 m2）

（5） 極小斷面隧道（3 m2

以下）

思考題

1. 什么叫隧道？試從隧道的廣泛用途論述學(xué)習(xí)、研究與發(fā)展隧道技術(shù)的重要意義。

2. 在交通線路上修建隧道的意義？

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