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隧道工程

作者:倪桂军    部门:南京理工大学紫金学院机械工程系05级土木工程二班    发表日期:2007-07-02    浏览次数:19487

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摘要:隧道工程属于土木工程,不仅利用于铁路、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等等。不同隧道的线路设计,通风,照明,施工方法等。
关键词:隧道工程 隧道技术 隧道线路 隧道净空 隧道通风 隧道照明 隧道施工方法
TunnelingEngineering
Author:   Unit:Nanjing University of Science and Technology purple gold institute mechanical engineering department 05 level of civil engineering two classes
Abstract:The tunneling belongs to the civil engineering,Not only uses outside hydraulic tunnels and so on the railroad, highway traffic and hydraulic electrogenerating, irrigation,also uses in the water supply and sewerage, the transmission line and so on large-scale pipeline channel and so on. Different tunnel line design,Well ventilated,Illumination,Job practice and so on.
Key word:The tunneling tunnel technology tunnel line tunnel clearance tunnel ventilates the tunnel illumination tunnel job practice
隧道工程(Tunnel engineering),隧道(Tunnel)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.经合组织(OECD)的隧道会议所定下的定义为: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。
隧道工程是土木工程的分支,随着人类社会的发展,它不仅利用于铁路、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,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。
隧道除了按照用途分为上述几类外,还可以从地质上按开挖对象划分为岩石隧道和沙土隧道,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。隧道工程要在地下挖掘所需要的空间,并修建能长期经受外部压力的衬砌结构。工程进行时由于承受周围岩土或土砂的重力而产生的压力,不但要防止可能发生的崩塌,有时还要避免由于地下水的涌出等所产生的不良影响。因此,为了适应多种多样的条件隧道技术也是复杂而多方面的并且随着技术的发展,范围正在日益扩大。
隧道技术
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(与地质、水文等的调查和预测、测量等有关);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、基地改良、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(照明、通风、维修管理防灾等)。隧道技术是与地质学、水文学、沿途学和土力学、应用力学和材料力学等有关理工科各部门有着密切的联系。它同时应用测量、施工机械、炸药、照明、通风、通讯等各类工程学科,并因对水泥、金属、混凝土、压注药剂等之类化学品的有效利用,而使其与广泛的领域保持着关联。因此,有关隧道技术的基础理论和实际应用,不但涉及土木工程等有关学科,还联系到其他工科、理科的范围。
公路隧道
世界上最长的公路隧道是挪威西部的24.5km长的拉达尔隧道,2001年初正式投入运营。该隧道建成使挪威西部到首都奥斯陆的公路交通大为改观。该隧道拥有完善的通风照明、安全防火、通讯监控等设施。阿尔卑斯山是中欧和南欧的天然屏障。100多年前就分别在瑞士和意大利之间修了长14.99km的圣哥达隧道和长19.8km的辛普伦隧道。20世纪末,长57km的新圣哥达隧道又已开工,由于隧道太长,单靠从两头掘进将拉长工期,要从中间增加工作面。2001年800m深的一座竖井已经挖到底部,即可向南北方向开挖正洞。
⑴公路隧道线路
高速公路、一级公路上的隧道和二级、三级、四级公路上的短隧道的线形及其与公路的衔接应符合路线布设的规定。二级、三级、四级公路上的特长及长、中隧道位置,原则上应服从路线走向,路、隧综合考虑。当隧道线形为曲线时,其各项技术指标应符合路线布设的规定。隧道洞口的连接线应与隧道线形相配合。隧道平面形,一般采用直线,避免曲线,如必须设置曲线时,应尽量采用大半径曲线,并确保视距当隧道线形为曲线时,其各项技术指标应符合路线布设的规定。隧道洞口的连接线应与隧道线形相配合。隧道内的纵坡一般应大于0.3%并小于3%;时洞和短于50m的隧道其纵坡不受此限。
隧道净空:隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间称为隧道净空。隧道净空包括公路的建筑界限,通风及其他需要的断面积。建筑界限是指隧道衬砌等任何建筑物不得侵入的一种限界。公路隧道的限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度;以及车道、人行道的净高。公路隧道的横断面净空除了包括建筑限界之外,还包括通过管道、照明、防灾、监控、运行管理等附属设备所需要的空间,以及施工允许误差和富裕量等。高速公路、一级公路和二级公路平原微丘区的隧道,其侧向宽度可适当减小。三级公路山岭重丘区及四级公路上隧道的行车道宽度一般采用7m,仅在路基宽度为4.5m的路段上采用4.5m。高速公路、一级公路上的隧道,一般应设计为上、下行两座独立隧道。特长、长及中隧道,应根据需要设置应急停车带。单车道隧道可视隧道长短在隧道内或两端设错车道。隧道内人行道的宽度,应按标准的规定采用。不设人行道的隧道应设避车洞。
隧道净空断面的形状和衬砌的内轮廓形状相同。形状关系到衬砌受力是否合理、围岩是否稳定。
⑵公路隧道通风
①自然通风。汽车会排出含有多种有害物质的尾气,而通风的方法从洞外引进新鲜的空气冲淡汽车尾气中的有害成分,使有害物质浓度降低到安全浓度。
隧道通风方式的种类很多,按接送风形态、空气流动状态、送风原理等划分可分为:
自然通风。这种通风方式不设置专门的通风设备,利用洞口间的自然压力差或汽车行使时产生的交通风力,达到通风目的。但双向交通的隧道适用的隧道长度受到限制,对于单向行使的隧道长度影响不大,即使隧道很长也有足够的通风能力。

②横向式通风。美国纽约市的荷兰隧道,采用盾构法施工,圆形断面,所以车道下面作为送风道,上部作为排风道,气流从下往上横向流动。世界上首次采用全横向通风方式。
③半横向式通风为了对于除圆形断面之外的其他断面形式的隧道换风便利,1934年,英国人在修建莫尔西隧道(长3226米)时,对尽量减少管道断面的方式做了研究,首次采用半横向通风系统。取得了很好的效果。全横向和半横向通风方式,需要隔离较大的隧道断面空间作为风道,需要大功率的轴流风机通过斜(竖)井排出洞内废气,因此需要花费较大的工程费用和营运费用。纵向通风方式浮出水面。对于纵向通风的研究,日本人一直走在世界的前列。
④竖井式纵向通风。1976年,日本在修建关越隧道(长10855米),首次将纵向通风应用10km以上的隧道。
⑥混合式通风。根据隧道的具体条件和特殊需要,由竖井与上述各种方式组成最为合理的通风系统。
⑶公路隧道照明
隧道照明的显著特点是昼间需要照明,防止司机因视觉信息不足而引发交通事故。应保证白天习惯外界明亮宽阔的司机进入隧道后仍能认清行使方向,正常驾驶。隧道照明主要由入口照明、基本部照明和出口照明与持续道路照明构成。隧道照明遵守的设计原则可以归纳为以下几点:

  ①隧道内不管是白天或夜间均需设基本照明;
  ②白天车辆进入隧道时,路面亮度应逐渐下降,使司机的视觉有一个适应过程,将入口段分为引入段、适应段和过渡段;
    ③确定引入段、适应段和过渡段的长度(S),通常按车速(V)以T=2s的适应时间来确定,可用S=VT/3.6(m)来估算;
  ④出口段也应设过度照明,在双向交通情况下和入口段相同;
  ⑤夜间出入口不设加强照明,洞外应设路灯照明,亮度不低于洞内基本亮度的1/2;隧道内应设应急照明,其亮度不低于基本亮度的1/10。
2.铁路隧道
地下铁道是地下工程的一种综合体。地下铁道建设涉及众多技术领域,包括路网规划、线路设计、土建工程、建筑造型和装修、机电运营设备等系统,要作好地下铁道建设工作,不但要掌握各个系统的专门知识,而且还要能对名处系统进行全面协调。地下铁道路网规划作为城市总体规划的重要组成部分,就一定要适应城市的发展。地下铁道线路走向、埋深,车站站位与城市规划、工程地质和水文地质条件有关,尤其是和准备采用的施工方法关系密切。地铁车站建筑造型既要充分体现公共交通建筑的特点,又要考虑如何与本地城市建筑风格相协调,反映城市建筑特色。
⑴地铁隧道结构:包括深埋区间隧道和浅买埋区间隧道
①浅埋区间隧道浅埋的区间隧道,部分采用盾构法施工;部分采用矿山法暗挖,矿山法施工运用"新奥法"基本原理,采用锚喷初期支护,充分利用围岩的自承能力,以保证隧道的施工安全。
②深埋区间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不小于盾构直径。
⑵站台形式按其与正线之间的位置关系可分为:岛式站台、侧式站台和岛侧混合式站台。
3.隧道施工方法:
在我国,九十年代前公路隧道工程施工以矿山法为主,目前公路隧道施工以新奥法为主。新奥法施工更符合地下工程实际,是一种科学合理的、经济的隧道设计施工方法。公路隧道的施工方法还有挪威法(挪威隧道公法)。
地铁施工主要有明挖法和暗挖法(有时也称矿山法)。暗挖法又包括盾构法、注浆法、沉管法、顶管法。顶管法在深埋情况下的各种最不利工况,如水、土压力增大,特殊顶管接头设计等,而且特别重视顶管管节之间的防水设计,结构设计。

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