第二章隧道.doc

第二章 隧道
2.1 隧道概述
2.1.1 隧道的概念及作用

隧道：修建在地层中，断面面积不小于2m²的地下通道。
主要用途：
一、交通运输通道和水流通道。如铁路隧道、公路隧道、农田灌溉、水力发电隧道
二、国防及市政工程。如人防工程、城市地铁、过街地道
作用：（除了书本上的概念外，定义隧道还有一个说法：穿越障碍的建筑物）克服平面或高程的障碍，可以缩短线路，避开不良地质和人口密集的地方，改善线路质量，提高运输能力，降低运营成本。
2.1.2 隧道分类
①按照穿越障碍或作用的不同进行分类：
山岭隧道：线路穿越山岭时所修建的隧道。山岭隧道可以避开线路绕道，缩短线路，减小线 路坡度，从而改善线路运营条件。
水底隧道：穿越江河、海湾水流障碍二修建的隧道。
地铁隧道：（现在交通发展飞速，私家车越来越多，所以现在地面交通以及越来越繁忙，堵车的情况大家也应该深有体会，所以随着社会的发展，地铁应运而生。）地铁隧道是为了缓解地面交通压力而修建的隧道，现在地铁发展比较快，是大城市缓解交通压力的重要手段之一。由于地铁不占地面空间，而且比较安全、快捷、方便、运客量大，但是造价比较高。
②按长度分类
短隧道（L≤500m）
中长隧道（500＜L≤3000m）
长隧道（3000＜L≤10000m）
特长隧道（L＞10000m）
L是指进出洞口端墙墙面之间的距离，以端墙墙面与内轨顶面的交线同线路中线的交点计算。双线隧道以下行线为准，位于车站上的以正线为准。
※按照横断面积大小进行分类：
极小断面隧道（2~3m²）
小断面隧道（3~10m²）
中等断面隧道（10~50m²）
大断面隧道（50~100m²）
特大断面隧道（＞1000m²）
按埋置深度分类：
浅埋隧道
深埋隧道

按所处的地质条件：
土质隧道
石质隧道
2.1.3 隧道施工方法简介
隧道施工方法，一般可以分为明挖法和暗挖法两大类。
明挖法主要适用于浅埋隧道。明挖法首先从地面将隧道上方以及内部地层挖开，然后再进行修筑衬砌，衬砌之后进行土石回填。明挖法常用的方法有：桩基坑开挖法、盖挖法、沉管法。
暗挖法：先在地层中按需要的形状和尺寸开挖出一个孔洞，然后再修建衬砌。常用方法：矿山法、掘进机法、盾构法、顶进法。
矿山法是用一般地下开挖的方法进行施工。当隧道穿越岩石地区的时候，通常用的是钻爆发进行施工，然后进行临时支护和清渣，最后进行永久性支护，也就是衬砌。矿山法又分为传统矿山法和新奥法。
掘进机法是采用掘进机进行隧道开挖。在石质地层中修建圆形断面的隧道时，通常用全断面隧道掘进机法。只能适用于长洞的开挖，并且机器直径不能调整，对地质条件及岩性变化的适应性差，使用有局限性。不过掘进机除了具有掘进功能外还可以进行出渣和自动推进。
掘进机主要有壁式掘进机和全断面隧道掘进机，壁式掘进机又有单水平支撑掘进机和双水平支撑掘进机；全断面隧道掘进机分为单护盾掘进机和双护盾掘进机，稍微了解其构造。
盾构法：适用于软质地基或破碎岩层。按功能分为：普通盾构、机械化盾构、气压盾构、泥水加压盾构。
2.1.4 隧道围岩分级与围岩压力
围岩的概念
围岩：隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩(土)体。
说明：围岩既指岩体也指土体。
围岩压力：引起地下室开挖空间周围的岩体和支护结构变形或破坏的作用力。也就是说地层对洞室的作用力，广义上包括无支护和有支护时候的压力，我们通常说的围岩压力是狭义的围岩压力，只包括有支护时候的压力。
2.2 铁路隧道的构造
铁路隧道结构由主体建筑物和附属建筑物两部分组成。
隧道的主体结构是为了保持隧道的稳定以及列车安全而建的，由洞身衬砌和洞门组成。如果洞口围岩比较差的话，还需要增加明洞。
隧道的附属结构包括防排水设施，大小避车洞，电缆槽；通风照明设施以及横洞等，根据隧道具体情况而定。
2.2.1 铁路隧道净空
隧道净空（clearance of tunnel）是指隧道内轮廓线所包围的空间，包括隧道建筑限界、通风、照明及其他所需面积。
基本建筑限界 — 它是指线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线
隧道建筑限界 — 它是指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线
直线隧道净空— 要比“隧道建筑限界”稍大一些，还考虑了在不同的围岩压力作用下，衬砌结构的合理受力形状（拱部采用三心圆，边墙采用直墙式或曲墙式）以及施工方便等因素。
由于车辆通过曲线时，车辆是一个刚体不能随线路弯曲而弯曲，且在曲线处设计有外轨超高，车辆会产生向内倾斜，所以为了车辆能够安全顺利通过曲线部分，曲线部分净宽必须增加。
《铁路隧道设计规范》规定：位于曲线地段的隧道，其缓和曲线部分可分两段加宽，①自圆曲线至缓和曲线中点，并向直线方向延长13m，采用圆曲线加宽断面（按W值加宽）；②缓和曲线，并自直缓分界点向直线段延长22m，采用缓和曲线中点加宽断面，其加宽值取圆曲线之半（按W/2值加宽）。
第五节 隧道施工辅助作业
修建隧道时，为配合开挖、运输、支护以及衬砌等基本作业而进行的其他作业，称为隧道施工辅助作业。
包括：
压缩空气的供应
施工供水与排水
施工通风与防尘
施工供电与照明
2.5.1 压缩空气的供应
常用的风动机械：凿岩机、装渣机、喷射混凝土机、锻钎机、压浆机。
风动机械所需的压缩空气由空气压缩机（空压机）生产，通过高压风输送给风动机具。
1、风量与风压
风量应能满足同时工作的各种风动机具的最大耗风量，国产空压机排气压力一般为0.7~0.8MPa，要求达到最前面的工作面风压不小于0.5MPa。
2、高压风管管路铺设要求
2.5.2 施工供水与排水
1、 水质要求
施工用水：无臭味、无有害矿物质
饮用水：新鲜清洁
2、 用水量估算
根据相关手册估算一天的用量，再加一定的储备量
3、 供水方式
A． 蓄水池
B． 水泵与泵房
4、 供水管道布置
(1)管道敷设要求平顺、短直且弯头少，干路管径尽可能一致，接头严密不漏水。
(2)管道沿山顺坡敷设悬空跨距大时，应根据计算来设立支柱承托，支撑点与水管之间加木垫；严寒地区应采用埋置或包扎等防冻措施，以防水管冻裂。
(3)水池的输出管应设总闸阀，干路管道每隔300—500 m应安装闸阀一个，以便维修和控制管道。管道闸阀布置还应考虑一旦发生管道故障（如断管）能够暂时由水池或水泵供水的布置方案。
(4)给水管道应安设在电线路的异侧，不应妨碍运输和行人，并设专人负责检查养护（可与压风管道共同组织一个维修、养护工班）。
(5)管道前端至开挖面，一般保持的距离为30 m,用直径50 mm高压软管接分水器，中间预留异径三通，至其他工作面供水使用软管（φ13 mm）连接，其长度不宜超过50 m.
(6)如利用高山水池，其自然压头超过所需水压时，应进行减压，一般是在管路中段设中间水池作过渡站，也可直接利用减压阀来降低管道中水流的压力。
5、洞外排水
施工期间的洞外排水，主要是做好洞口的防洪和排水设施，防止雨季到来时山洪或地面水倒流入洞。对于斜井、竖井尤应多加注意。其次是将与地下水有补给关系的洼地、沟缝用粘土回填密实，并施作截水沟截流导排。
1)平整洞顶地表，排除积水。所有坑洼、陷穴、探坑、钻孔等，应用不透水土壤回填夯实；湿陷性陷穴和岩溶孔洞等特殊地质应按设计认真处理。
2)整理对隧道有危害的流水沟渠，必要时以圬工铺砌，防止下渗，并使水流畅通、远离洞口；洞顶设有高压水池时，必须防渗漏、防溢；避免在洞顶安置生活区。
3）洞口边、仰坡坡顶外天沟应确保截水引流，路堑纵坡向隧道内为下坡时应在洞口设置横向盲沟，路基边沟应挖成反坡排水。如为临时水沟须用防水砂浆抹面封闭。
4）隧道洞口、辅助坑道口或井口的排水系统必须尽早完成并应妥善处理出水口，防止冲刷废碴危害农田和水利设施。
6、洞内排水
洞内水主要来源于地下水和施工用水。对于有污染性的施工用水，还应按环境保护要求经净化处理后方能排入河流。
1） 顺坡排水
即进洞上坡，一般只需按路线设计坡度（不小于0.5%），在坑道一侧挖出纵向排水沟。水即可以沿沟顺坡排出洞外。若利用平行导坑排水时，则平导应较正洞低0.2—0.6 m，使横通道（联系洞）也有一个顺坡利于排水。应当注意的是，一般将施工排水沟挖在结构排水沟的位置上。
2） 反坡排水
即进洞下坡，不能自流排水，如涌水量较大并有长期补给来源时，此时水向工作面汇集，需用抽水机排水。
①其一是分段开挖反坡侧沟，在侧沟每一分段上设一集水坑，用抽水机把水排出洞外。

②另外一种是隔较长距离开挖集水坑。开挖面的积水用小水泵抽到最近的集水坑内，再用主抽水机将水抽出洞外。

2.5.3 隧道施工通风与防尘
隧道通风的目的是供给洞内足够的新鲜空气，稀释并排除有害气体和降低粉尘浓度，以改善劳动条件，保障作业人员的身体健康。

3、风机及风管布置
1)通风机应安装于稳固的基础或台架上，基础或台架要能承受机体重量及其运行时产生的振动。风机进气口应安装喇叭口，以提高吸入的效率。注意风机进气口附近不要放置液体和固体物品，以免被吸入造成风机损坏。
2)隧道内的风管，应布设在不妨碍运输作业、衬砌作业的空间处。如隧道拱顶中央、隧道中部或靠边墙墙角等处。一般在拱顶中央处通风效果较佳。在衬砌模板台车附近，不要使风管急剧弯曲，以减少风压损失。
风管安装要牢固，以免受到冲击振动而发生移动、掉落。一般采用夹具将其固定在锚杆或钢拱架等构件上。若无锚杆或钢拱架，可设置小型膨胀螺栓，并悬挂承力索，然后用吊钩将风管悬挂在承力索上。
风管的连接应密贴，以减少漏风，一般硬管用密封带或垫圈，软管则用紧固件连接。
4、防尘
1）防尘的必要性
2）主要的防尘措施
①湿式作业：湿式凿岩 、水封爆破 、洒水喷雾 、喷雾捕尘
②机械通风
③个人防护
2.5.4 施工供电及照明
1、 线路电压等级
隧道供电电压，一般是三相四线400/230(V）。长大隧道可用6—10 kV，动力机械的电压标准是380 V;成洞地段照明采用220 V，工作地段照明和手持电动工具按规定选安全电压供电。
2、 照明
①普通光源施工照明
②新光源照明
③安全用电
第六节 新奥法
新奥法与传统矿山法的关键异同点：
相同： 均采用钻爆法施工。
不同： 对围岩的处理不同。
新奥法施工的基本原则：
“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。
12字口诀，务必理解渗透！
在实际施工过程中，这些原则也不是一成不变的，应该结合实际情况进行完善和提高。
新奥法的施工工序可用以下框图表示：

三、新奥法的分类及施工工序

新奥法施工，按其开挖断面的大小及位置，基本上又可分为以下几种：
全断面开挖法
台阶法
其中包括：(1) 长台阶法 (2) 短台阶法 (3) 超短台阶法
分部开挖法
(1) 台阶分部开挖法(环形开挖留核心土法)
(2) 中隔壁法(单侧壁导坑法、CD法)
(3) 双侧壁导坑法(眼镜法)等
四、监控测量
作为了解围岩变化动态的重要手段—施工监测是直接为支护设计和施工决策服务的。但能否达到这个目的，就要看施工监测的设计和安排是否合理。它包括：选择和确定量测手段和项目；测点布置；量测频率；制定实施计划等。
（一）洞内状态观察
①未支护地段
②已支护地段
（二）地面下沉测量
（三）拱顶下沉测量
（四）净空变形测量

第七节 铁路客运专线隧道简介
讨论：
1、 隧道空气压力波是怎样形成的？空气压力波对隧道运行有哪些影响？
2、 针对空气压力波一般采取什么样的措施？
3、 铁路隧道设计的时候应考虑哪些因素？
4、 铁路隧道施工中有哪些问题需要解决？
5、 铁路隧道有哪些特点？
6、 在隧道施工中，针对一些不良地质一般采取什么样的措施？