1、土木工程概論隧道工程和地下工程構造隧道工程 1970年經合組織（OECD）的隧道會議對隧道所下的定義為： 以某種用途，在地面下用任何方法按規定形狀和尺寸，修筑的斷面積 大于2m2的硐室。隧道技術，對應于修筑隧道過程的各個階段，可以大致分為：調查計劃技術（有關地質、水文等的調查和預測、測量等）；設計技術（指巖石力學、土力學和結構力學、材料等）；施工技術（指開挖、運輸、支撐襯砌的施工、地基改良、為改善施工條 件而采用的特殊施工方法、安全衛生等）；運用技術（指照明、通風、維修管理、防災等）。隧道工程-公路隧道 公路隧道線路：公路隧道的平面線形和普通道路一樣，根據公路規范 要求進行設計。隧道平面線形，

2、一般采用直線、避免曲線，如必須設 置曲線時，應盡量采用大半徑曲線，并確保視距。 隧道凈空斷面的形狀，即是襯砌的內輪廓形狀。隧道工程-公路隧道通風 隧道通風方式的種類很多，按送風形態、空氣流動狀態、送風原理等劃分如下： 一.自然通風二.機械通風1.縱向式 1)射流式 2)風道式和噴嘴式 3)豎井式2.半橫向式3.橫向式4.混合式 隧道工程-公路隧道照明 隧道照明主要由入口部照明、基本部 照明和出口部照明與接續道路照明構 成。入口照明是指司機從適應野外的高照 度到適應隧道內明亮度，所必須保證 視覺的照明。它由臨界部、變動部和 緩和部的三個部分的照明組成。出口照明是指汽車從較暗的隧道駛出 至明亮的隧

3、道外時，為防止視覺降低 而設的照明。應消除“白洞效應”，即 防止汽車在白天穿過較長隧道后，由 于外部亮度極高、引起司機因眩光作 用而感不適。 隧道工程-地鐵隧道結構 地下鐵道是地下工程的一種綜合體。其組成包 括區間隧道、地鐵車站和區間設備段等設施。 地下鐵道所用設備涉及到各種不同的技術領域。地鐵的區間隧道是連接相鄰車站之間的建筑物。 它在地鐵線路的長度與工程量方面均占有較大 比重。區間隧道襯砌結構內應具有足夠空間， 以供車輛通行和鋪設軌道、供電線路、通訊和信號、電纜和消防、排水與照明裝置。 鐵路隧道施工 地下鐵道的修建方法很多，概括起來有 兩大施工方式，即明挖法和暗挖法。 常用的明挖法有三種：

4、（1）敞口放坡明挖（2）板樁法（3）地下連續墻施工法暗 挖 法（1）盾構法（2）注漿法（3）沉管法（4）頂管法水底隧道 水底隧道的埋置深度是指隧道在河床下的巖土的覆蓋厚度埋深的大小，關系到隧道長短、工程造價和工期的確定。 尤其重要的是覆蓋層厚度關系到水下施工的安全問題。設 計水底隧道的埋置深度需考慮以下幾個主要因素：1、地質及水文地質條件2、施工方法要求3、抗浮穩定的需要4、防護要求水底隧道的斷面形式：圓形斷面、拱形斷面、矩形斷面 隧道防水 1、采用防水混凝土，2、壁后回填，3、圍巖注漿，4、雙層襯砌 地球上由于海洋的存在，陸地被分割，形成不同條件下的若干區域，并造成交通障礙及文化差異。工程界

5、認為：十九世紀和二十世紀是長大橋梁、高層建筑發展的時代，而二十一世紀將是長大隧道工程發展的時代。 海底隧道的歷史可以說是從1802年提出英法海底隧道設想開始的 1944年建成日本關門鐵路隧道，是世界上第一條海底隧道； 日本青函隧道及英法海峽隧道是20世紀最宏偉的隧道建設壯舉。 海底隧道1936年動工，1944年建成，是世界上第一條海底隧道 。 總長3.6km ，最深點 -40m，最小埋深，斷面積 76.9 m2日本關門（鐵路）隧道世界上第一條海底隧道 海底隧道的特點（1） 通過深水進行地質勘測比在地面的地質勘測更困難，造價更高，而且準確性較低 ；（2）沿海底隧道線路布置施工豎井困難很大 ；（3

6、）很高的孔隙水壓力會降低隧道圍巖的有效應力，造成較低的成拱作用和地層穩定性較低；（4）很高的滲水壓力，災難性的涌水與塌方 ； （5）高水頭造成襯砌承受較大的荷載 ；（6）海水對鋼筋及混凝土的腐蝕作用；（7）縱剖面呈V形或W形，不能自然排水。海底隧道施工方法 （1）鉆爆法；（2）沉管法；（3）掘進機法（TBM） （4）盾構法（4）懸浮隧道（SFT，研究中）鉆爆法（Drilling and Blasting ）是指采用傳統爆破技術進行隧道開挖的施工方法，其程序 包括：鉆孔、爆破、通風及巖石裝運等；鉆爆法通常可適用于各類巖石地層的隧道施工；采用鉆爆法進行洞室開挖通常可分為全斷面開挖法、臺階 開挖法、

7、導洞開挖法和分部開挖法四類。通常根據具體地 質條件、洞室斷面大小、支護形式、裝運條件以及施工隊 伍與設備條件等因素綜合選擇合理經濟的開挖方法 。鉆爆法關鍵技術：必須采取有效措施預防塌方、涌水、突泥等地 質災害 ；海底隧道都是處于水系之下，隨時都 有可能給工程帶來淹沒、塌通、涌水，或形成 泥石流的危險。關鍵是斷層破碎帶的支撐和加固堵水。目前國 內外通常采用的方法是強行穿越法、注漿法、 冷凍法和其他輔助方法 。采用鉆爆法施工的海底隧道主要有：日本的關門鐵路隧道、關門公路隧道、新關門 隧道青函隧道（）英國的墨爾西隧道冰島的畢爾海峽隧道挪威的各海底隧道日本關門公路隧道（鉆爆法）陸地段斷面 海底段斷面

8、1958年，最深點；最小埋深： ，斷面：95m2 日本新關門鐵路隧道（鉆爆法）1974年，最深點-50m；最小埋深： ，斷面：74m2 標準斷面 海底松軟地段特殊斷面 掘進機法（Tunnel Boring Mechine 簡稱TBM）TBM是一種將機械破巖和出渣各工序聯合作業，并連續掘進的大型工程 機械TBM通常由電動機驅動主軸旋轉，對刀盤施加一定壓力，使其貼近巖 壁，通過刀盤上裝設的盤形滾刀破碎巖石，使隧道斷面一次成型；隧道掘進機有兩種基本類型：部分斷面掘進機和全斷面掘進機；美國羅賓斯公司1952年生產 第一臺TBM；目前最大直徑的TBM 是美國Robbins公司制造 的，機體重約300t，

9、功率 880kW。TBM已成為掘進巖 石隧道最有發展潛力的機械 之一 。TBM掘進機法（TBM） TBM法適用范圍： 通常可適用于中硬以下巖石的隧道掘進施工。北歐幾國在硬巖中也采用全斷面掘進機，但需采用優質切刀；TBM法的優點： 具有掘進快速、經濟、安全、巖層適應性好等技術特點； 可精確地切割地層，超挖量一般不超過5%； 不擾動地層，可提高作業面的穩定性。采用TBM法施工的海底隧道： 英法海峽隧道（49Km） 香港地鐵中環線海底隧道，地鐵將軍澳線海底隧道 掘進機法（TBM）關鍵技術：（1）掘進機的定制 ；應根據海底的地質條件，主要是掘進工作面前方的不良地質情況以及涌水、巖石穩定性等，斷面形式、

10、TBM的配套設備等因素來定制掘進機。 （2）超前地質鉆探；（3）局部降水；（4）測量定向的準確性；（5）隧道襯砌：必須能抵抗地層和水的荷載以及隧道掘進機 推力，便于機械手裝配襯砌 ，抗海水侵蝕 耐久性； 英法海峽隧道的建成向人們展示了TBM技術發展所取得的顯著成就。 盾構法(Shield Mechine）盾構機是在軟土、軟巖和破碎含水地層中修建隧道時，進行開挖和襯砌 的一種專用機械設備；盾構機主體部分是一可移動的高強度鋼套殼。在隧道掘進時，鋼套殼插入土內，在永久襯砌施作之前用以支撐隧道四周的地層，以保證永久襯砌的施工而免去臨時支撐。盾構外殼斷面一般為圓筒形，也有按隧道實際需要作成異形斷面的；盾

11、構法盾構法適用范圍： 盾構法一般限制在港灣下的淺水區和沿海地帶的軟土地層施工，在深堆積層等軟弱的不透水粘土中最為適用；盾構法的優點：在盾構機械內進行開挖和襯砌（安裝預制管片），作業安全；機械化程度高，施工人員少，進度快。盾構法關鍵技術：(1)盾構機的選擇； (2)掌子面的穩定； (3)防水技術：包括地層及襯砌壁后壓漿防水，襯砌結構本身及其接縫的防水，內襯防水；(4)隧道襯砌安裝：初襯一般為裝配式鋼筋混凝土管片，二襯一般是用于補強、加強防水或裝飾等目的；(5)背襯注漿：目的是防止圍巖松動并提高防水性；施工時應控制好注漿壓力、注漿量和注漿材料質量。 盾構法國外盾構已有180余年的發展歷史，19世紀

12、初，世界上第一次 用盾構法修建了倫敦泰晤士河下的一條高、寬的 矩形隧道。采用盾構法施工的海底隧道： 日本德山港海底隧道 東京灣橫斷公路隧道 丹麥大海峽隧道日本東京灣橫斷公路隧道（盾構法），1998年建成，是目前世界上最長的海底公路隧道； 該隧道共設三孔，每孔外徑、三車道，其中二孔于1996年修建完 成，第三孔留待將來施工 ； 隧道由8臺直徑的超大型泥水式土壓平衡盾構在海底地層中穿越 和對接。該盾構機長，重3200t； 地質：隧道區段主要是軟弱的沖積、洪積粘性土層（N值僅在012） 丹麥斯多貝爾特大海峽隧道 （盾構法）海底鐵路隧道（）斯多貝爾特橋海底隧道主航道丹麥斯多貝爾特大海峽隧道是跨海工程的

13、一部分丹麥斯多貝爾特大海峽隧道 （盾構法）7.9Km，由兩條外徑的鐵路隧道組成，采用4臺直徑的混合 型土壓平衡盾構機施工；隧道最大埋深75m，穿越的地層為冰磧和泥灰巖，均為含水層，滲透水 量大，工程中曾發生了涌水險情，采用了海底井管降水、冷凍、氣壓等 輔助施工方法加以處理；1996年建成，積累了寶貴的海底隧道施工經驗 。冰磧和泥灰巖地層，均為含水層丹麥斯多貝爾特大海峽隧道 盾構法施工4臺混合型土壓平衡盾構機，直徑8.78 m，長10m管片裝配式襯砌沉管法將若干個預制管段分別浮運到海面現場，并一節接一節地沉放安裝在已疏浚好的基槽內；自1910年美國在底特律河修建第一座沉管隧道，至今已建成100多

14、座，最長的；預制單元開槽沉放單元沉管法 沉管隧道的結構形式有鋼結構和鋼筋混凝土結構兩大類，鋼 結構一般為圓形斷面，鋼筋混凝土一般為矩形斷面； 我國修建沉管隧道起步較晚，已建成有廣州珠江隧道、寧波 甬江隧道、上海黃埔江隧道、香港維多利亞港2座海底沉管 隧道等 混凝土沉管歐洲日本還修建了復合斷面的沉管隧道鋼套沉管美國沉管法修建工序沉管拖運開挖基槽預制管段沉管沉放沉管聯結沉管填埋隧道內部工程沉管法修建工序1.1 開挖江底/海底沉槽Dredging 挖槽運輸沉放聯結填埋內部工程挖槽預制沉管法修建工序：1.2 沉管單元預制預制單元Element Fabrication 預制場（干船塢）Casting B

15、asin拖運沉放聯結填埋內部工程挖槽預制沉管法修建工序：2.沉管單元拖運至隧道現場暫時密封單元兩端 成可漂浮體駁船浮運沉管單元 拖運沉放聯結填埋內部工程挖槽預制沉管法修建工序：3. 沉管單元沉放拖運沉放聯結填埋內部工程挖槽預制沉放單元 Immersion人孔沉管法修建工序：4. 聯結沉管單元單元聯結 Element connectionGINA橡膠伸縮縫抽干水平衡水箱拆除臨時隔板沉管法修建工序：5. 填埋沉管單元填埋沉管 Bedding and Backfilling拖運沉放聯結填埋內部工程挖槽預制沉管法修建工序：6. 隧道內部工程路面鋪裝機電附屬設施。 沉管法的優點： 其對地質條件的適應性強

16、；隧道的覆蓋層薄，從而使隧道總長度減小，隧道斷面利用率高；防水可靠度高；施工周期短等。沉管法施工有以下限制： 緩平潮必須有足夠有持續時間借以沉放管段，最好潮流速 小于1m/s和持續時間超過2小時。 受潛水作業限制，極限深度在水面以下30m；底部不應軟弱和不穩定到不能斷續開挖基槽。工地必須合理地避免被流動的淤泥迅速地淤積，淤泥能改 變基槽中水的密度并在沉放管段時影響浮力的平衡。目前沉管隧道的設計施工正向大型化方向發展。為適應城市交通發展，隧道的車道數已由最初的雙車道發展到目前城市隧道通用的六車道，甚至八車道 沉管法的發展方向： 水中懸浮隧道（Submerged Floating Tunnel，簡

17、稱SFT）SFT是一種懸浮在水中的管段聯結隧道，而不是被埋置或固定支 撐的結構，它代表了一種跨越深水域的新概念；這種隧道和傳統的 沉埋或掘進隧道的 區別是，懸浮的隧 道結構被水圍著， 隧道既不是位于地 層也不是穿過地 層，而是其結構主要靠它本身的結構浮力來保持在其位置上；水中懸浮隧道（SFT）通過輔助支撐系統來幫助隧道結構懸浮位置的穩定。這種輔助支撐系統 可采取浮筒懸吊、海（河）床拉索錨系等方式 ；通過浮力和輔助支撐系統使得整個隧道穩定的懸浮于水面之下，船只可 從其上面毫無阻礙地通過。從使用的角度看，這種結構具有通常隧道的 所有特點，因為它是密封的，所以被認為是隧道而不是橋梁 水面浮筒懸吊 拉

18、索錨固 支撐柱錨固 水平錨固 橋臺錨固橋臺錨固 橋臺錨固 輔助支撐系統水中懸浮隧道的特點：（1） 坡度小，原則上表面水道運輸不受干擾； ；（2）在對付諸如深水、兩岸之間的距離或對環境的考慮等難題情況 下，SFT可能是唯一可能的、可行的和可接受的固定跨越結構形 式；SFT為在以前認為絕對不可能修建跨越通道的地方提供了新 的機會；（3）SFT可以是其它固定跨越通道如橋梁、浮舟橋梁、懸浮橋梁、 掘進隧道、沉管隧道的比選方案，并且SFT對這些方案可能有很 大的競爭性；（4）SFT的跨越結構淹沒在水中是不可不見，從環境影響的角度看 更具有吸引力；（5）SFT的概念可應用于其它目的，如：連接大陸和深水湖的

19、人工 島嶼的人行隧道，用于安裝各種管路和電線服務隧道 水中懸浮隧道目前還只是一種構想懸浮隧道（SFT）概念從提出到研究深化成為一個比較可行的方 案，已延續了近40年目前懸浮隧道在國內外正在進行深入研究論證中；其中研究的重點之一是如何把結構位移限制在人們可察覺到的程 度之下，事實上，人們對這種位移在心理上所理解的安全限度比 技術上的安全限度更為關鍵；這些研究已經表明SFT在技術上和經濟上都是可行的，在安全上 也是可保障的，增加了人們對修建水中懸浮隧道可行性的信心。 但是因為懸浮隧道（SFT）是一個全新的隧道建設概念，迄今為 止世界上尚未開始建設任何懸浮隧道，可以說距離真正的工程實 踐還需要一段時

20、間。 水中懸浮隧道（SFT）研究實例（一） 挪威赫格峽灣SFT試驗工程： 水面寬度：1400m 水深：150m 平均水流速度：1987年開始有關這項工程情況的調查和研究，包括： 設計荷載問題 結構分析與設計理論問題 主要構筑物問題 深水施工問題 其他特殊問題 ：環境負載的現場量測，水工模型試驗等 水中懸浮隧道（SFT）研究實例（二）墨西拿海峽SFT工程 ： 水深：350m 水面寬度：3000m 平均水流速度：12 m/s 隧道上方水深：35m國外著名海底隧道工程簡介 3.1.日本青函隧道鉆爆法3.2.英法海峽隧道TBM法3.3. 丹麥鄂爾森通道卓戈登隧道沉管隧道日本青函隧道鉆爆法日本青函隧道，

21、穿過津青海峽，全長，海底段長，采用鉆爆法施工；1972年正式開工，1983年導坑貫通，1988年3月全線通車。3.1.日本青函隧道鉆爆法隧道在海面下最大埋深240m，其中水深140m左右，隧道頂部巖層平均厚度100m，最大縱坡為12% 。地質條件十分復雜：隧道通過地層主要為受到很大擾動的火山質巖和中新流沉積巖，地下水為基巖裂隙水，突然涌水與斷層有關，并與海水有一定水力聯系，水壓力值為。沿線海底段有9條較大斷層。其它小斷層每千米約13處。日本青函海底隧道1988年建成英法海峽隧道TBM法1802年提出設想，1993年實現，全長50 Km，其中海底段長度37 Km，總投資約128億美元。采用TBM

22、法施工，工程于1987年9月開工，1991年6月全部鑿通，1993年6月投入運營。 隧道縱線位選擇在一不透水白堊質泥灰巖層中隧道海底段長，覆蓋層厚2170m，平均埋深40m。隧道沿線有三個主要巖層，按從上到下為中白堊、晚白堊和泥灰質粘土。晚白堊下部為白堊質泥灰巖，表現為中等強度，均質、稍具塑性，且一般沒有張開斷裂，使它成為實際上不透水的巖層，對開挖隧道十分理想。海峽隧道工程的線路就設置在這一地層中，十分成功。但隧道工程在海峽英法兩側的地質地形相差很大，英國側較平坦，法國側多起伏。隧道斷面設計設3條平行的隧道，線間距15m，兩側為內徑的單軌鐵路隧道，中間是一條內徑的輔助隧道；沿線有若干橫貫通道使

23、隧道相通，每隔375m設置一條與服務隧道相通的橫通道，每隔250m設置一條連接兩條鐵路隧道的橫向活塞式泄壓風道，每隔750m設置一個電力控制室或變電站；設立了四個交叉轉線段，火車可從一條鐵路隧道駛入另一條鐵路隧道，有利于火車編組和往復行駛。其中兩個交叉轉線段設在海底 丹麥卓戈登（Drogden）海底沉管隧道是“鄂爾森越海通道工程（Oresund Fixed Link）”的一部分 2000年完工丹麥鄂爾森通道卓戈登沉管隧道丹麥-哥本哈根瑞典-馬爾墨4050m海底隧道（其中3510m沉管）人工島（4Km）鳥類生態保護島橋 卓戈登沉管隧道地質剖面 人工島橋人工半島Drogden航道人工島上層石灰巖中

24、層石灰巖下層石灰巖第四紀沉積層Bryozoan石灰巖水深一般為之間，局部最深達12m；航道控制水深為，寬300m；工程場址基巖主要為石灰巖地層；表層510米有擠壓和破碎 ，大致呈水平分布。沉管總長3510m；兩端洞口連接段各270m ，隧道全長4050m； 共20節段沉管，每節段長約176m，重約55000噸；橫斷面為38；橫向分割為5室，公路和鐵路各占2室，另外1室用于服務通道、逃生通道和市政管廊；隧道全線公路按雙向4車道加緊急停車帶設計，鐵路按復線設計。 卓戈登沉管隧道 人工島橋電纜溝逃生通道服務通道石料覆蓋層射風機代表了歐洲混凝土沉管隧道的最新進展，是目前世界最長的用于交通的混凝土沉管隧

25、道；在陸地上工廠條件下以工業化的方式生產沉管節段單元；采用無裂縫混凝土防水，通過全斷面無施工縫連續澆注實現無裂縫混凝土。 首次采用砂礫基床作為如此大尺寸的混凝土沉管單元的基礎；卓戈登沉管隧道工程技術特點：人工島橋國內外海底隧道展望 國內海底隧道概況（1）香港地區于上個世紀7080年代修建了5座海底交通隧道，長度都在左右，具體包括： 公路隧道（雙向三車道，沉管）： 香港西區海底隧道 香港紅磡海底隧道 香港東區海底隧道 軌道交通隧道（雙管TBM法）： 香港地鐵中環線海底隧道， 香港地鐵將軍澳線海底隧道國內海底隧道概況（2）廈門翔安隧道 ：05年4月30日動工修建，將是我國大陸第一條海底隧道 ，海底隧道長約，采用鉆爆法施工，設計為三孔隧