第五章交通土建工程（三）隧道工程5.4隧道工程隧道是修筑在地面下的通路或空間，1970年經合組織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2平方米的硐室。當前隧道除仍用于鐵路、公路交通和水力發電、灌溉等水工隧洞外，也用于上下水道、輸電線路等大型管路的通道，另外還將過去理解為地下通路的隧道概念，擴大到地下空間的利用方面，包括諸如地下發電變電所、地下汽車停車場、大型地下車站、地下街道等適用隧道工程技術的建筑物。隧道工程要在地下挖掘所需要的空間，并修建能長期經受外部壓力的襯砌結構。工程進行時由于承受周圍巖土或土砂等重力而產生的壓力，不但要防止可能發生的崩坍，有時還要避免由于地下水涌出等所產生的不良影響。因此，為了適應多種多樣的條件，隧道技術也是復雜而多方面的，并且隨著技術的發展，范圍正在日益擴大。3.2公路隧道截面隧道襯砌的內輪廓線所包圍的空間稱為隧道凈空。隧道凈空包括公路的建筑限界，通風及其它需要的斷面積。公路隧道的建筑限界包括車道、路肩、路緣帶、人行道等的寬度，以及車道、人行道的凈高。公路隧道的橫斷面凈空，除了包括建筑限界之外，還包括通過管道、照明、防災、監控、運行管理等附屬設備所需要的空間，以及富裕量和施工允許誤差等襯砌臺隧道凈空斷面的形狀，即是襯砌的內輪廓形狀。確定襯砌的形狀應使襯砌受力合理、圍巖穩定。襯砌的形狀可采用圓拱直墻。圓形斷面利于承壓和盾構施工。在淺埋、深埋公路隧道采用矩形或近橢圓形斷面。3.3公路隧道通風汽車排出的廢氣含有多種有害物質，如一氧化碳、氮氧化合物、碳氫化合物，亞硫酸氣體和煙霧粉塵，造成隧道內空氣的污染。公路隧道空氣污染造成危害的主要原因是一氧化碳，用通風的方法從洞外引進新鮮空氣沖淡一氧化碳的濃度至衛生標準，即可使其它因素處于安全濃度。隧道通風方式的種類很多，按送風形態、空氣流動狀態、送風原理等劃分成：①自然通風：這種通風方式不設置專門的通風設備，利用存在于洞口間的自然壓力差或汽車行駛時活塞作用產生的交通風力，達到通風目的。②射流式縱向通風縱向式通風是從一個洞口直接引進新鮮空氣，由另一洞口排出污染空氣的方式。射流式縱向通風是將射流式風機設置于車道的吊頂部，吸入隧道內的部分空氣，并以30m/s左右的速度噴射吹出，用以升壓，使空氣加速，達到通風的目的。射流式通風經濟，設備費少，但噪聲較大。③豎井式縱向通風機械通風所需動力與隧道長度的立方成正比，因此在長隧道中，常常設置豎井進行分段通風。豎井用于排氣，有煙囪作用，效果良好。對向交通的隧道，因新風是從兩側洞口進入，豎井宜設于中間。單向交通時，由于新風主要自入口一側進入，豎井應靠近出口側設置。3.4公路隧道照明隧道照明與一般道路的照明不同，其顯著特點是晝間也需要照明，防止司機視覺信息不足引發交通事故。故而應保證白天習慣于外界明亮環境的司機進入隧道后仍能認清行車方向，正常駕駛。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。臨界部是為消除司機在接近隧道時產生的黑洞效應所采取的照明措施。變動部是照度逐漸下降的區間。緩和部為司機進入隧道到習慣基本照明的亮度，適應亮度逐漸下降的區間。出口照明是指汽車從較暗的隧道駛出至明亮的隧道外時，為防止視覺降低而設的照明。

隧道施工的工序包括開挖、出渣、支護和襯砌。人們在實際中已創造出多種隧道施工方法，主要有：礦山法、盾構法、沉管法、頂進法等。

暗挖法的一種，主要用鉆眼爆破方法開挖斷面而修筑隧道及地下工程的施工方法。因借鑒礦山開拓巷道的方法，故稱為礦山法。2.礦山法隧道施工1.明挖法或圍堤明挖法（敞口開挖基坑，修建隧道后覆填）；2.新奧法(NewAustrianTunnelingMethod)

新奧法是新奧地利隧道修建方法的簡稱，原文為“NewAust-rianTunnelingMethod（簡稱為NATM）”，在我國也稱為“噴錨構筑法”。NATM斷面例3.盾構法采用盾構為施工機具，在地層中修建隧道和大型管道的一種暗挖式施工方法。施工時在盾構前端切口環的掩護下開挖土體，在盾尾的掩護下拼裝襯砌（管片或砌塊）。4沉管法預制管段沉放法的簡稱，其施工順序是先在船臺上或干塢中制作隧道管段，管段兩端用臨時封墻密封后滑移下水，使其浮在水中，再拖運到隧道設計位置。定位后,向管段內加載,使其下沉至預先挖好的水底溝槽內。管段逐節沉放，并用水力壓接法將相鄰管段連接。最后拆除封墻，使各節管段連通成為整體的隧道。5.4.2

鐵路隧道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。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。4.1地鐵隧道結構①淺埋區間隧道：多采用明挖施工，常用鋼筋混凝土矩形框架結構。②深埋區間隧道：深埋隧道多采取暗挖施工，用圓形盾構開挖和鋼筋混凝土管片支護。結構上覆土的深度要求應不小于盾構直徑。從技術和經濟觀點分析，暗挖施工時，建造兩個單線隧道比建造將雙線放在一個大斷面的隧道里的作法合理，因為單線隧道斷面利用率高，且便于施工。4.2站臺形式站臺是地鐵車站的最主要部分，是分散上下車人流、供乘客乘降的場地。根據站臺與正線之間的位置關系可分為：島式站臺、側式站臺和島側混合式站臺。5.4.3水底隧道水底隧道與橋梁工程相比，具有隱蔽性好，可保證平時與戰時的暢通，抗自然災害能力強，并對水面航行無任何妨礙的優點，但其造價較高。水底隧道可以作為鐵路、公路、地下鐵道、航運、行人隧道，也可作為管道輸送給排水隧道。5.1水底隧道的埋置深度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抗浮穩定的需要埋在流砂、淤泥中的隧道，受到地下水的浮力作用。此浮力該由隧道自重和隧道上部覆蓋土體的重量加以平衡。為保險起見，該平衡力應是浮力的1.10～1.15倍。檢驗抗浮穩定時，為偏于安全不計摩擦力的作用。④防護要求水底隧道應具備一定的抵御常規武器和核武器的破壞能力。根據在常規武器攻擊中非直接命中、減少損失和早期核輻射的防護要求，覆蓋層應有適當的厚度。2.水底隧道的斷面形式（1）圓形（2）拱形（3）矩形斷面5.2水底隧道防水水底隧道的主要部分處于河、海床下的巖土層中。常年在地下水位以下，承受著自水面開始至隧道埋深的全水頭壓力，因此水底隧道自施工到運營均有一個防水問題。①采用防水混凝土防水混凝土的制作，主要靠調整級配、增加水泥量和提高砂率，以便在粗骨料周圍形成一定厚度的包裹層、切斷毛細滲水沿粗骨料表面的通道，達到防水抗水的效果。②壁后回填壁后回填是對隧道與圍巖之間的空隙進行充填灌漿，以使襯砌與圍巖緊密結合，減少圍巖變形，使襯砌均勻受壓，提高襯砌的防水能力。③圍巖注漿為使水底隧道圍巖提高承載力、減少透水性，可以在圍巖中進行預注漿。通過注漿可以固結隧道周邊的塊狀巖石，以形成一定厚度的止水帶，并且填塞塊狀巖石的