1、隧道施工技術模塊1 建筑材料的基本性質0.3 公路隧道的特點0.1 隧道概述0.2公路隧道的結構組成0.4公路隧道設計的有關規(guī)定0.5 公路隧道常見的質量 問題0.1 隧 道 概 述 隧道是一種修建在地下的工程結構物。1970年，國際經濟合作與發(fā)展組織召開了隧道會議綜合了各種因素，對隧道下了定義：以某種用處、在地面下用任何方法按規(guī)定的形狀和尺寸修筑的斷面積大于2 m2的硐室。隧道被廣泛地應用于交通、礦山、水利及國防等領域，現(xiàn)已成為土木工程的一個重要分支。交通運輸類隧道與其他用途的隧道相比，不僅長度長、數(shù)量多，而且在施工中遇到的工程地質和水文地質條件也比較復雜，對其平面、縱斷面、橫斷面及形狀、尺

2、寸要求都較嚴格。目前，隧道的勘測、設計和施工體系已日趨成熟。我國隧道的發(fā)展歷程1.0.1 隧 道 概 述 截至目前，全國已運營的10 km以上（包括10 km）的公路山嶺隧道有8座（見表0-1）。表0-1全國已運營的10 km以上（包括10 km）的公路山嶺隧道0.1 隧 道 概 述 我國的水下隧道也得到了長足發(fā)展。水下隧道穿江過海，施工方法多樣化，有沉管法、盾構法及鉆爆法。例如，上海崇明長江隧道采用盾構法修建，南京緯三路長江隧道采用盾構法修建，武漢長江隧道采用盾構法修建，廈門翔安海底隧道采用鉆爆法修建，青島膠州灣海底隧道采用鉆爆法修建，港珠澳海底隧道采用沉管法（將矩形或圓形預制混凝土構件分段

3、沉埋至河底或海底而形成隧道的施工方法）修建，這些都是世界級工程。0.1 隧 道 概 述隧道的基本分類2. 公路隧道是指供汽車和行人通行的隧道，一般分為汽車專用隧道和汽車與行人混用的隧道。山嶺隧道是指貫穿山嶺或丘陵的隧道，是相對城市隧道和水下隧道而言的，它們表示的修建場所不同。本書所說的隧道一般是指山嶺公路隧道，與現(xiàn)行公路隧道的設計、施工規(guī)范一致。0.1 隧 道 概 述1）交通隧道的分類（1）公路隧道。（2）鐵路隧道。（3）水底隧道。（4）地下鐵道。（5） 航運隧道。（6）人行 地道。0.1 隧 道 概 述2）隧道按長度的分類 公路隧道設計規(guī)范（TG D702004）將公路隧道按其長度分為四類，

4、如表0-2所示。表0-2公路隧道按長度分類0.1 隧 道 概 述3）隧道的其他分類 （1）國際隧道協(xié)會（International Tunnelling Association,ITA）規(guī)定了按隧道橫斷面面積的大小劃分隧道，如表0-4所示。表0-4按隧道橫斷面面積的大小分類0.1 隧 道 概 述 （2）按埋深的深度來分，隧道可以分為淺埋隧道和深埋隧道。 （3）按所在的位置來分，隧道可以分為山嶺隧道、水底隧道和城市隧道。 （4）小凈距隧道。小凈距隧道是指上下行雙洞洞壁凈距較小，不能按獨立雙洞考慮的隧道結構。 （5）連拱隧道。連拱隧道指雙洞拱部襯砌結構通過中柱相連接的隧道結構。0.2 隧 道 概

5、述主體建筑物1. （1）洞身襯砌。洞身襯砌是幫助圍巖獲得穩(wěn)定的人工部分，分為初期支護（初襯）和二次支護（二次襯砌或二襯）。隧道在開挖后，除圍巖完全能夠自穩(wěn)而無須支護外，在圍巖穩(wěn)定能力不足時必須加以支護才能使其進入穩(wěn)定狀態(tài)，并將其作為永久承載結構的一部分，此項工作稱為初期支護。 （2）洞門。洞門是為保持洞口上方及兩側路塹邊坡的穩(wěn)定，在隧道洞口修筑的墻式構造物，是明暗交界處的結構部分。洞門結構主要起穩(wěn)定洞口邊坡、仰坡，防止洞口塌方落石，美化洞口的作用。0.2 隧 道 概 述0.2 隧 道 概 述附屬建筑物2. 公路隧道的附屬建筑物包括通風建筑物、避難救援通道、防排水設備、照明設施和電力及通信信號的

6、安放設備等。隧道的附屬建筑物是為了養(yǎng)護、維修工作的需要及通風、供電、消防、通信等方面的要求而修建的。隧道內設置何種附屬建筑物，應根據(jù)具體情況而定。 兩車道公路隧道的斷面面積可達8096 m2，三車道公路隧道的斷面面積遠超過 100 m2。公路隧道的圍巖受擾動范圍較大，開挖空間暴露的圍巖結構面較多，不利地質現(xiàn)象揭露更充分，圍巖內的拉伸區(qū)與塑性區(qū)范圍加大，導致施工難度增大。0.3 公路隧道的特點斷面大1.形狀扁平2. 在確定隧道斷面和開挖輪廓線時，為了盡可能降低拱頂高度，公路隧道的斷面常為扁平狀的馬蹄形或曲墻拱形斷面。扁平狀斷面容易導致在拱頂圍巖內出現(xiàn)拉伸區(qū)，在斷面面積相同的條件下，公路隧道施工較

7、一般鐵路隧道、水工隧洞和礦山巷道難度要大。0.3 公路隧道的特點圍巖條件的不確定性3.0.3 公路隧道的特點 公路隧道所面對的圍巖巖性多種多樣，不同巖性的圍巖具有不同的物理力學特性，不同地區(qū)大地構造運動及風化侵蝕作用不同，人類活動如礦山采空區(qū)等，更加劇了圍巖條件的復雜程度。公路隧道作為線狀構造物，不可避免地要遇到并穿越各種復雜圍巖條件。在公路隧道設計前期的勘察階段只能通過有限的鉆孔、地表物探、踏勘等工作，推斷隧道圍巖狀況，但這些工作并不能完全準確地反映實際的圍巖條件，而只有在隧道開挖后才能揭露出真實的圍巖情況。而對于圍巖穩(wěn)定性，需根據(jù)揭露的地質條件，結合事前的計算分析、施工過程中的監(jiān)控量測結果

8、和工程經驗來判斷，針對不同的圍巖條件，應采取不同的工程措施，須做出相應的調整，這將給工程設計和施工帶來很大的困難。0.3 公路隧道的特點隧道襯砌結構的受力不確定4. 隧道襯砌結構受力通常是根據(jù)經驗公式進行計算的，圍巖物理力學參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場取樣試驗和經驗取值。然而，由于隧道施工是在有原始應力場的介質內構筑結構，隧道開挖后將形成一定的臨空面，圍巖力學參數(shù)隨著受力條件的改變而有所變化；同時，由于臨空面的形成，圍巖會產生變形，并隨時間和支護條件變化。所以，隧道襯砌結構的受力除與地質條件有直接關系外，也與隧道的開挖方式、支護時間、支護剛度有很大關系。 隧道內照明亮度不足、空氣污濁、粉塵濃度高、噪聲大、一些

9、施工部位排水不良等，這些施工環(huán)境條件會對隧道施工作業(yè)的效率、施工質量、質量檢查與施工安全造成不良影響。0.3 公路隧道的特點施工環(huán)境差5.0.3 公路隧道的特點隱蔽工程多6. 除二次襯砌外，超前支護，噴錨網支護，剛架支護，防水層及縱向、環(huán)向排水盲溝，路面下排水暗溝，仰拱填充，預留預埋設施等都屬于隱蔽工程。需要在施工過程中對這些隱蔽工程進行嚴格的質量檢查和驗收，以保證隧道的整體質量。 隧道內一般實行24 h循環(huán)施工作業(yè)，施工監(jiān)理人員、施工技術人員、管理人員及施工監(jiān)控量測人員、超前地質預報人員等應配合隧道內的作業(yè)循環(huán)開展工作，配置要求高，管理難度大。0.3 公路隧道的特點24h不間斷施工7.0.3

10、 公路隧道的特點防水要求高8. 在高等級公路上，車輛行駛速度較快，如果隧道出現(xiàn)滲漏或路面溢水，則會造成路面濕滑，不利于安全行車，特別是在嚴寒地區(qū)，冬季隧道內的滲漏水會在隧道上部吊掛冰柱，或在路面形成冰湖，常常會誘發(fā)交通事故。此外，長期或大量的滲漏水，還會對隧道內的機電設備、動力及通信線路構成威脅。因此，公路隧道應有較高的防水要求。0.3 公路隧道的特點 機動車輛通過隧道時，會不斷地向隧道內排放廢氣。一般來說，由于受自然風和交通活塞風的作用，短隧道內有害氣體的濃度積聚不會太高，不會對駕乘人員的身體健康和行車安全構成威脅。但是對于長隧道和特長隧道就不同了，自然風和交通活塞風對隧道內空氣的置換作用相

11、對較小，如不采取措施，隧道內有害氣體的濃度就會逐漸升高，當達到一定濃度時，駕乘人員會感到不適，隧道內能見度降低。因此，必須根據(jù)隧道的具體條件，采用適當?shù)耐L方式，將新鮮空氣隨風流一起送入隧道，稀釋有害氣體，使其濃度降至安全指標以內。需要運營通風9.0.3 公路隧道的特點 高速行駛的車輛在白天接近并穿過隧道時，其行車環(huán)境要經歷一個“亮暗亮”的變化過程，駕駛員的視覺在此過程中也會發(fā)生微妙的變化以適應環(huán)境變化。為了減小駕駛員通過隧道時的生理和心理壓力，消除車輛進洞時的黑框或黑洞效應及出洞時的眩光現(xiàn)象，從有利于安全行車的角度考慮，公路隧道一般都需設照明設施。需要運營照明10. 公路隧道的縱坡形式一般宜

12、采用單向坡；地下水發(fā)育的長隧道、特長隧道可采用雙向坡。隧道縱坡不應小于03%，一般情況下不應大于3%；受地形限制時，高速公路、一級公路的中、短隧道可適當加大，但不宜大于4%；短于100 m的隧道，其縱坡可與該公路隧道外的縱坡相同。0.4 公路隧道設計的有關規(guī)定 高速公路、一級公路的隧道的長度大于100m 時，應設置照明設施；二級公路、三級公路、四級公路的隧道，其照明設施可根據(jù)具體情況設置。特長隧道和高速公路、一級公路的長隧道必須配置報警設施、消防設施、救助設施等；二級公路、三級公路的長隧道可根據(jù)需要設置報警設施、消防設施和救助設施等。0.4 公路隧道設計的有關規(guī)定0.5 公路隧道常見的質量問題

13、 與其他地下工程一樣，公路隧道在施工期間和建成后一直受地下水的影響。施工期間，地下水會給施工造成困難，影響工程質量；隧道建成后，隧道結構處于地下水的包圍之中，當?shù)叵滤枯^大，防水工程構造處理不當、質量欠佳時，地下水便會通過一定的渠道滲入或流入隧道內部，使襯砌結構受到侵蝕，路面濕滑、結冰，設備銹蝕，電路短路，影響美觀等，對行車安全及襯砌結構的穩(wěn)定構成威脅。特別是對于一些巖溶區(qū)隧道，在極端天氣下由于其瞬時排水能力不足，可能導致襯砌背后水壓增高，引發(fā)滲漏水或導致襯砌爆裂。隧道滲漏1.0.5 公路隧道常見的質量問題隧道滲漏2. 作用在隧道襯砌結構上的壓力與隧道圍巖的性質、地應力（存在于地殼中的未受工程

14、擾動的天然應力，也稱為巖體初始應力、絕對應力或原巖應力，廣義上也指地球體內的應力）的大小及施工方法等因素有關。由于受技術和資金條件的限制，一些不利因素在設計前是很難準確確定的，所以在隧道襯砌結構設計中常帶有一定的盲目性，導致結構強度不足或與圍巖壓力不協(xié)調，而成襯砌結構開裂、破壞。然而，工程上出現(xiàn)的襯砌開裂更多的則是由于初期支護不到位、工藝不合理，襯砌厚度不足，混凝土強度不夠，拆模時間不當?shù)仍蛟斐傻?。襯砌裂縫對結構的穩(wěn)定及建成后隧道的安全運營構成了潛在的威脅。因此，加強施工管理、提高隧道初期支護和襯砌混凝土質量已迫在眉睫。0.5 公路隧道常見的質量問題限界受侵3. 建筑限界是保證車輛安全通過隧

15、道的必要斷面。在公路隧道施工過程中，有時會遇到松軟地層。當?shù)貕狠^大時，圍巖的變形量也會很大，如果施工方法不當或支護形式欠妥、支護不及時，就容易導致塌方。另一種施工中的常見現(xiàn)象是在澆筑過程中襯砌混凝土模板強度、剛度不足，出現(xiàn)走模，從而導致限界受侵。為了保證施工安全和避免塌方，嚴禁在施工過程中倉促襯砌而忽視斷面界限，使建筑限界受侵。0.5 公路隧道常見的質量問題 支護結構同圍巖的緊密接觸是地下結構區(qū)別于地面結構的主要特征。所謂新奧法的出發(fā)點，正是支護結構同圍巖的共同作用。但是，在施工中由于超欠挖的存在，有的承包人為了經濟省事，通過鋼筋網在作為初期支護的噴射混凝土層背后填充石塊或其他異物，以取代噴混

16、凝土充填空間，造成圍巖與初期支護之間不密實，甚至存在大的空區(qū)（洞）。在二次襯砌施工過程中，由于泵送混凝土壓力不足、流動性不好、重力作用、抽拔泵送管過早過快等原因，拱頂混凝土往往難以飽滿，造成二次襯砌背后形成較大空區(qū)（洞），襯砌結構受力條件變差，誘發(fā)襯砌內緣壓裂、掉塊的現(xiàn)象。支護結構同圍巖結合不密實4.0.5 公路隧道常見的質量問題襯砌拱腳下沉或仰拱底鼓5. 隧道邊墻腳和仰拱施工是隧道工程質量較為突出的部位，由于邊墻腳欠挖、縱向排水盲管侵占二次襯砌空間，造成邊墻腳襯砌厚度嚴重不足；邊墻腳與仰拱的連接未達到設計要求的狀態(tài)，引起隧道襯砌拱腳下沉。仰拱未按設計曲率開挖、深度不足，仰拱及仰拱填充采用左右分幅施工，使仰拱沒有起到應有的作用，造成仰拱底鼓現(xiàn)象。0.5 公路隧道常見的質量問題路面開裂、冒水6. 在公路隧道常見的質量問題中，隧道路面開裂和冒水的現(xiàn)象也很突出。路面結構厚度不足、隧底虛渣填筑、仰拱及仰拱填充不符合設計