隧道工程1隧道的產(chǎn)生和發(fā)展概況2隧道的分類及現(xiàn)狀3隧道工程的特點(diǎn)和一般設(shè)計(jì)原則4現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點(diǎn)和趨勢第一章

緒論學(xué)習(xí)要求及重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容及要求：隧道的由來和發(fā)展、分類、特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原則,以及現(xiàn)代隧道建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀。通過本章的學(xué)習(xí),了解隧道的產(chǎn)生和發(fā)展概況;熟悉隧道的分類和現(xiàn)狀;掌握隧道工程的特點(diǎn)和一般設(shè)計(jì)原則以及現(xiàn)代隧道發(fā)展的趨勢。重點(diǎn)：隧道的分類、隧道工程的特點(diǎn)和隧道工程的一般設(shè)計(jì)原則。難點(diǎn)：充分認(rèn)識隧道這一隱蔽工程結(jié)構(gòu)與一般地面工程結(jié)構(gòu)的差異。隧道的產(chǎn)生和發(fā)展概況1.11.1.1歷史演進(jìn)方面（1）隧道的定義以任何方式修建，最終使用于地表以下的條形建筑物，其內(nèi)部空洞凈空斷面在2㎡以上稱均為隧道。陜西秦嶺終南山公路隧道：18.02千米山西太古高速公路西山特長隧道：13.6千米歷史演進(jìn)方面人類出現(xiàn)到紀(jì)元前3000年隧道用于抵御自然威脅用獸骨、石器等工具開挖紀(jì)元前3000年到4世紀(jì)隧道用于生活及軍事抵御形成了現(xiàn)代隧道開挖技術(shù)的基礎(chǔ)(明挖法等)近古時(shí)期中世紀(jì)4世紀(jì)到16世紀(jì)隧道開挖技術(shù)已有顯著進(jìn)步，開始采用礦山法掘進(jìn)原始時(shí)期

17世紀(jì)直到現(xiàn)在隧道理論初步形成，隧道開挖技術(shù)有顯著進(jìn)步近代和現(xiàn)代1.1.1歷史演進(jìn)方面原始時(shí)代的隧道遠(yuǎn)古時(shí)代北京直立人的洞穴便是隧道的雛形。人類或棲居于天然的洞穴,或利用獸骨、石器等工具在自身穩(wěn)定的地層中開挖洞穴,防御自然威脅,以及食肉動物和部落戰(zhàn)爭的侵襲原始時(shí)代的洞穴1.1.1歷史演進(jìn)方面近古時(shí)代的隧道這一時(shí)代修建的隧道主要包括兩類類似隧道的地下工程：體現(xiàn)于統(tǒng)治者“靈魂永在”的地下墓道和墓室。出于生活和軍事防御目的的早期隧道結(jié)構(gòu)物。石門隧道胡夫金字塔秦始皇陵新疆坎兒井1.1.1歷史演進(jìn)方面中世紀(jì)時(shí)代的隧道這一時(shí)期修建的隧道主要以疆域開拓和資源開發(fā)為主要特征：體現(xiàn)為資源開發(fā)的礦山巷道這一類隧道工程。體現(xiàn)為軍事作用的地下防護(hù)工程。湖北大冶銅綠山銅礦江西上饒包家金礦曹操運(yùn)兵通道1.1.1歷史演進(jìn)方面近代和現(xiàn)代隧道(1)動力機(jī)械和火藥的發(fā)明，促進(jìn)了隧道開挖掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展。(2)除采礦外，隧道還用于灌溉、運(yùn)河、公路和鐵路等工程以及因城市發(fā)展而修建的地鐵、輸水工程等迄今世界上最長的海底沉管隧道：港珠澳大橋沉管隧道（5.66km）第一座用于現(xiàn)代交通的水底隧道：1807年倫敦泰晤士河下公路隧道目前世界最長的公路隧道：拉達(dá)爾隧道長（24.5km）世界海拔第二高的隧道：大坂山隧道（海拔3792米）1.1.2施工方法（1）原始開挖方法對于硬巖地層的開挖,古代一直使用前述所說的“火焚法”和鐵錘、鋼釬等工具進(jìn)行開挖,即先錘擊巖石,然后根據(jù)熱脹冷縮的原理,用木材燒熱巖石,隨后再用冷水澆淋,造成巖石碎裂。通過火焚法開挖的漢中棧道通過鐵錘鋼釬開挖的杜家灣隧道1.1.2施工方法（2）爆破技術(shù)爆破技術(shù)也在不斷發(fā)展，從早期的導(dǎo)火索雷管引爆，到點(diǎn)雷管毫秒引爆和導(dǎo)爆管非電雷管起爆，到現(xiàn)在的光面爆破，預(yù)裂爆破等。點(diǎn)雷管毫秒引爆導(dǎo)火索引爆光面引爆預(yù)裂爆破1.1.2施工方法（3）盾構(gòu)機(jī)法曾用于軟土地層開挖的盾構(gòu)機(jī)，現(xiàn)已能廣泛用于各種復(fù)雜的軟土地層的掘進(jìn)。首臺國產(chǎn)復(fù)合盾構(gòu)：中國中鐵1號國內(nèi)第一次批量生產(chǎn)的盾構(gòu)：先行2號國內(nèi)首臺的大直徑泥水盾構(gòu)：進(jìn)越號國內(nèi)自主設(shè)計(jì)最大直徑泥水平衡盾構(gòu)：春風(fēng)號1.1.3有關(guān)地層穩(wěn)定分析理論和隧道設(shè)計(jì)方法（1）地層穩(wěn)定分析理論地層壓力理論：把地層視為松散構(gòu)造的散粒體理論或者把地層視為連續(xù)彈性體的彈塑性理論。自然平衡拱理論：將圍巖視為具有一定黏結(jié)力的松散體,洞室開挖后能夠在其頂部形成穩(wěn)定的壓力拱,作用在支護(hù)上的壓力僅為壓力拱與支護(hù)之間松散巖體的質(zhì)量。松散介質(zhì)平衡理論：巖體為有一定黏結(jié)力的松散介質(zhì),當(dāng)隧道或坑道開挖后,圍巖下沉?xí)r由于側(cè)壓力的作用,在土層破裂面拱頂上方的垂直面上對下沉圍巖產(chǎn)生摩阻力。1.1.3有關(guān)地層穩(wěn)定分析理論和隧道設(shè)計(jì)方法（2）隧道設(shè)計(jì)方法礦山法：在地層中開挖坑道必然要引起圍巖坍塌掉落,開挖的斷面越大,坍塌的范圍也越大,因此開挖過程中需要及時(shí)跟進(jìn)并滿堂的大剛度支護(hù)。新奧法：在巖體或土體中設(shè)置的使地下空間的周圍巖體形成一個(gè)中空筒狀支承環(huán)結(jié)構(gòu)為目的的設(shè)計(jì)施工方法。保護(hù)傘法：預(yù)先改良、加強(qiáng)工作面前方的地層,把工作面的穩(wěn)定性提高到與敞開式盾構(gòu)法施工時(shí)的同等程度。中國特色隧道修建方法：主要依靠圍巖,充分利用圍巖自承能力,并在圍巖穩(wěn)定性評價(jià)及分級、圍巖變形控制設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，形成了以主動控制圍巖變形為主的中國特色隧道修建方法。隧道的分類及現(xiàn)狀1.21.2.1隧道分類從不同角度區(qū)分，有不同的隧道分類方法，一般認(rèn)為按隧道的用途分類比較明確：交通隧道：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。水工隧道：水利工程和水力發(fā)電樞紐的一個(gè)重要組成部分。市政隧道：城市中為安置各種不同市政設(shè)施的地下孔道。礦山隧道：礦山中為開采和運(yùn)輸?shù)V石而修建的隧道。（1）交通隧道：公路隧道專供汽車運(yùn)輸行駛的通道。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。1.2.1隧道分類（1）交通隧道：鐵路隧道專供火車運(yùn)輸行駛的通道。開挖隧道穿越山嶺是一種合理的選擇，其作用可以使線路縮短，減小坡度，改善運(yùn)營條件，提高牽引能力。1.2.1隧道分類（1）交通隧道：水下隧道修建于江、河、湖、海、洋下的隧道，供汽車和火車運(yùn)輸行駛的通道。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)。1.2.1隧道分類（1）交通隧道：地鐵隧道修建于城市地層中，為解決城市交通問題的軌道運(yùn)輸通道。其快速、安全、大運(yùn)量、更準(zhǔn)時(shí)等特點(diǎn)，是目前全球大力倡導(dǎo)的重要公共交通形式。1.2.1隧道分類（1）交通隧道：航運(yùn)隧道航運(yùn)隧道是專供輪船運(yùn)輸行駛而修建的通道。當(dāng)運(yùn)河跨越分水嶺時(shí),為克服高程需要修建運(yùn)河隧道,其優(yōu)點(diǎn)是能縮短航程,減少運(yùn)營費(fèi)用,河道順直,使航運(yùn)條件大大改善。1.2.1隧道分類（1）交通隧道：人行隧道專供行人通過的通道。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。1.2.1隧道分類（2）水工隧道：引水隧道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。引水隧道作為引水的建筑工程，有過水承壓的工程特性。1.2.1隧道分類（2）水工隧道：尾水隧道將水電站發(fā)電機(jī)組排出的廢水送出去而修建的隧道。1.2.1隧道分類（2）水工隧道：導(dǎo)流隧道或泄洪隧道為水利工程中疏導(dǎo)水流并補(bǔ)充溢洪道流量超限后的泄洪而修建的隧道。1.2.1隧道分類（2）水工隧道：排沙隧道用于沖刷水庫中淤積的泥沙而修建的隧道,其作用是利用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。1.2.1隧道分類（3）市政隧道：給水隧道為城市自來水管網(wǎng)系統(tǒng)鋪設(shè)修建的隧道。1.2.1隧道分類（3）市政隧道：污水隧道為城市污水排送系統(tǒng)修建的隧道。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。1.2.1隧道分類（3）市政隧道：管路隧道為城市能源供給(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置在修建的地下孔道中,需進(jìn)行防漏及保溫措施處理。1.2.1隧道分類（3）市政隧道：線路隧道為電力和通信系統(tǒng)修建的隧道。在城市中,線路隧道的作用是保證電力電纜和通信電纜不被人為活動損傷或破壞,避免懸掛在高空影響市容景觀。1.2.1隧道分類（3）市政隧道：人防隧道為戰(zhàn)時(shí)防空目的而修建的防空避難隧道。1.2.1隧道分類（4）礦山隧道：運(yùn)輸巷道為開采和運(yùn)輸?shù)V石而修建的隧道,其作用主要是為采礦服務(wù)。1.2.1隧道分類（4）礦山隧道：給水隧道為送入清潔水供采掘機(jī)械使用的隧道，并將廢水及積水通過泵抽排出洞外。1.2.1隧道分類（4）礦山隧道：通風(fēng)隧道為把有害氣體排除出去、補(bǔ)充新鮮空氣而修建的巷道。1.2.1隧道分類1.2.2隧道工程發(fā)展現(xiàn)狀“十四五”末期(2020年),中國公路隧道21316處、2199.93萬延米,比“十一五”末增加13932處、1687.67萬延米。其中特長隧道1394處、623.55萬延米,長隧道5541處、963.32萬延米。截至“十四五”末期,中國投入運(yùn)營的鐵路隧道共計(jì)16798座,總長約1963萬延米。其中,高速鐵路隧道共計(jì)3631座,總長約600.3萬延米。1.2.2隧道工程發(fā)展現(xiàn)狀目前,世界最長的鐵路隧道是2016年開通的瑞士中部阿爾卑斯地區(qū)新圣哥達(dá)基線鐵路隧道,全長57km。1.2.2隧道工程發(fā)展現(xiàn)狀在隧道修建長度方面,我國已經(jīng)成功修建了9座20km以上的交通隧道。新關(guān)角隧道西秦嶺隧道太行山隧道中天山隧道烏鞘嶺隧道呂梁山隧道燕山隧道青云山隧道南呂梁山隧道隧道工程的特點(diǎn)和一般設(shè)計(jì)原則1.31.3.1隧道工程的特點(diǎn)（1）提高路線標(biāo)準(zhǔn)，縮短行車?yán)锍?，提高交通效率終南山盤山公路群二郎山隧道二郎山隧道全長4176米，不僅縮短了線路里程25公里，更避開了原來翻越二郎山時(shí)經(jīng)常遇到的雨、霧、冰、雪、凍、滑坡、坍塌及泥石流地段，結(jié)束了該路段延續(xù)幾十年的單向管制通車，保證了全天候通車。1.3.1隧道工程的特點(diǎn)（2）護(hù)生態(tài)環(huán)境,減少對植被的破壞,實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排以前：植被破壞，水土流失現(xiàn)在：生態(tài)環(huán)保，節(jié)能減排1.3.1隧道工程的特點(diǎn)（3）開發(fā)地下空間,節(jié)約表土資源,構(gòu)建地下空間綜合體地下空間綜合體青島國際郵輪港地下空間1.3.1隧道工程的特點(diǎn)（4）增加隱蔽性、提高防護(hù)能力海底隧道斷面圖浙江建德203人防隧道1.3.1隧道工程的特點(diǎn)（5）有利于江河、海峽、海灣地區(qū)通航和全天候交通運(yùn)輸瓊州海峽隧道路線圖汕頭海灣隧道1.3.1隧道工程的特點(diǎn)（6）充分發(fā)揮圍巖約束作用,抗震減災(zāi)效果明顯實(shí)時(shí)監(jiān)測隧道結(jié)構(gòu)情況1.3.1隧道工程的特點(diǎn)（7）改善生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展大連海底隧道廣州沙埔隧道1.3.2隧道一般設(shè)計(jì)原則（1）隧道設(shè)計(jì)應(yīng)從全局出發(fā),貫徹“以人為本”的交通服務(wù)宗旨,堅(jiān)持安全至上的設(shè)計(jì)原則,樹立全壽命周期的設(shè)計(jì)理念。（2）隧道設(shè)計(jì)?應(yīng)符合交通規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)和自然景觀的要求,滿足公路或鐵路交通服務(wù)功能。（3）隧道設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行多方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保比選。（4）隧道設(shè)計(jì)應(yīng)?綜合比選各軸線方案的走向、平縱線形、洞口位置等因素后確定。（5）?隧道內(nèi)外平、縱線形應(yīng)協(xié)調(diào),以滿足行車的安全、舒適要求。（6）合理確定斷面設(shè)置形式和適應(yīng)于地層特性及環(huán)境要求的施工方法。（7）??隧道設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿于整個(gè)道路建設(shè)工作的全過程。（8）通風(fēng)、防災(zāi)等與交通量有關(guān)的設(shè)施,應(yīng)按隧道的設(shè)計(jì)通行能力控制設(shè)計(jì)。（9）?結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控量測實(shí)現(xiàn)信息化設(shè)計(jì)和動態(tài)設(shè)計(jì)。（10）??隧道設(shè)計(jì)應(yīng)貫徹國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策,積極推廣新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工藝,應(yīng)在設(shè)計(jì)中提出保障施工作業(yè)人員安全和預(yù)防生產(chǎn)安全事故的措施建議。現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點(diǎn)和趨勢1.4現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點(diǎn)和趨勢根據(jù)上述理念,結(jié)合現(xiàn)代隧道建設(shè)和運(yùn)營的具體工程實(shí)踐,其特點(diǎn)和趨勢具體可歸納為以下幾方面。（1）隧道越建越長，越建越高瑞士圣哥達(dá)基線隧道，主隧道長度超過57公里，隧道群總長151.8公里。青海風(fēng)火山隧道，進(jìn)口軌面海拔4905米，軌面標(biāo)高海拔4905米，全部位于永久凍土層以內(nèi)。現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點(diǎn)和趨勢（2）曲線隧道越來越多新晉高速位于河南與山西兩省交界處，連接河南新鄉(xiāng)與山西晉城，盤旋穿過太行山脈內(nèi)部，形成了28公里的螺旋隧道群?，F(xiàn)代隧道建設(shè)的特點(diǎn)和趨勢（3）隧道跨度越來越大廣東龍頭山隧道國內(nèi)最長大跨度公路隧道現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點(diǎn)和趨勢（4）隧道建設(shè)的機(jī)械化及智能化和BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)代隧道建造的機(jī)械化和智能化體現(xiàn)現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點(diǎn)和趨勢（5）以盾構(gòu)/TBM制造及再制造技術(shù)使大斷面隧道機(jī)械化掘進(jìn)成為現(xiàn)實(shí)國產(chǎn)首臺大直徑全斷面硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點(diǎn)和趨勢（6）?地下立交正在成為現(xiàn)實(shí)深圳海濱大道地下立交南京鼓樓地下立交現(xiàn)代隧