隧道知识总结

隧道的种类：从所处地质条件分，土质隧道和石质隧道；从埋置深度分，深埋和浅埋隧道；从隧道所在位置分，山岭隧道、水底隧道和城市隧道；从用途分，交通隧道（铁路、公路隧道、地下铁道、水底隧道、人行地道）水工隧道、市政隧道、矿山隧道、军工与人防工程；按施工方法分，钻爆法隧道、明挖法隧道、机械法隧道、沉埋法隧道

铁路：特长隧道L＞10000 m ；长隧道10000＞L＞3000 m 中长隧道3000＞L＞500m 短隧道L＜500m 公路：特长隧道L＞3000m 长隧道3000＞L＞1000m中长隧道1000＞L＞500m 短隧道L＜500m

山岭交通隧道功能 克服高程障碍 缩短线路 避开不良地质地段 避开其他重要建筑或工程等 优点 缩短线路长度，减少能耗 节约地皮 有利于环境保护 应用范围广泛 缺点 造价较高 施工期限长 施工作业环境和条件较差

发展史 采用现代技术修建的第一座用蒸汽机车牵引的隧道是1826～1830年在英国利物浦至曼彻斯特的铁路线上，长1190m；18年建成了穿越阿尔卑斯山的辛普郎隧道。第一次应用了TNT炸药（油）和凿岩机 目前世界上最长的交通隧道：山岭铁路隧道:日本

的大清水隧道 22.23Km，交通(公路与铁路)隧道:日本的青函隧道 53.85Km 英法海峡隧道 50.4Km 公路隧道:挪威的Laerdal隧道 24.51Km。最早的隧道是：的狮球岭隧道 完全由中国人自行设计和修建的隧道是詹天佑负责设计的八达岭隧道 我国已建成的最长铁路隧道：秦岭隧道 18.456km 在建的最长铁路隧道：乌鞘岭隧道 20.050km 已建成的最长公路隧道：秦岭终南山隧道 18.4km

初测为初步设计提供资料，应完成的勘测工作有：隧道所在地区自然条件的调查、对周围环境影响调查、工程地质及水文地质勘查、地形测量、导线测量等。

定测是根据有关单位批准的初步设计文件及审核意见，在初测基础上进一步核对、落实、深化相关勘测资料，对复杂地质问题给出可靠性结论，为施工图设计提供资料。

隧道勘测的基本内容：隧道工程调查/勘察（自然地理概况调查 地形地质（工程地质特征水文地质特征不良地质现象地震裂度有害气体和放射性物质）（地形与地质的初步调查地质详查（钻探方法 电阻法与弹性波法 遥感技术））工程气象用地及环境灾害资料）隧道线路设计（线路越直越好 位于曲线上缺点：（1）铁路曲线隧道建筑界限需加宽（2）施工技术较复杂（3）通风差（4）测量精度低（5）维修养护工作条件不如直线隧道） 隧道洞口位置选择（原则 早进晚出）（对地形和地质条件的考虑（1）洞口设在山体稳定地质较好地下水不太丰富的地方（2）不要与水争路（3）尽可能设在线路与地形等高线相垂直的地方（4）洞口标高应在洪水位安全线以上（5）不刷动原生断面（6）考虑环境保护

隧道位置影响工期长短施工难易造价大小运营安全运输效率，影响隧道位置选择的因素很多，地质条件、水文地质条件、地形和地貌条件、投资条件、工期要求、当地环境控制要求，根本性因素地质和地形条件

克服地形条件带来的高程障碍有绕行方案路堑方案和隧道方案 隧道净空：隧道衬砌内轮廓线所包围的空间 隧道建筑界限：为了保护隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一点宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围

铁路隧道加宽原因：当列车在曲线上行驶时，由于车体内倾和平移，使得所需横断面积有所增加，为了保证列车在曲线隧道中安全通过，隧道中曲线段的净空必须加大

拟定衬砌结构尺寸需要考虑三个方面：选定结构的内轮廓；抽象出进行计算的几何体系；选

定各个截面的厚度

内轮廓线应最大限度地保证所确定的断面形式及尺寸安全、经济、合理。当衬砌主要承受径向分布的静水压力时，结构轴线以圆形合宜；当衬砌主要承受竖向荷载和不大的水平荷载时，结构轴线上部宜采用圆弧形或尖拱形，下部可以做成直线形（即直墙式）；当衬砌在承受竖向荷载的同时又承受较大的水平荷载时，衬砌结构的轴线上部宜采用圆弧形或平拱形，下部可采用凸向外方的圆弧形（即曲墙式）；如果还有底鼓压力，则结构底部应有凸向下方的仰拱为宜。

洞身支护的方式：外部支护（整体式混凝土衬砌 砌石衬砌 拼装式衬砌 喷射混凝土支护）内部支护（锚杆 注浆）混合支护（喷锚支护 复合式衬砌）

洞门作用：减少洞口土石方开挖量 稳定边坡 引离地表流水 装饰洞口 洞门类型及适用条件：洞口环框式洞门（适用于Ⅵ类或Ⅰ级围岩，地形陡峻而又无排水要求）（不承载，加固洞口、减少雨后洞口滴水、简单装饰）端墙式洞门（适于地形开阔，岩质基本稳定的Ⅰ ～ Ⅲ级围岩）（结构特点：能有效抵抗山体纵向推力）翼墙式洞门（适用于山体纵向推力较大,洞口地质较差的Ⅳ级及以上的围岩，增加洞门的抗滑动和抗倾覆能力）柱式洞门（适用于地形较陡，地质条件较差，仰坡可能下滑，而又受地形或地质条件，不能设置翼墙时）台阶式洞门（适于傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时）（作用：减小仰坡高度及外露坡长，减少开挖量）斜交洞门（适用于线路方向与地形等高线斜交时）削竹式洞门（适用于洞口段有较长的明洞衬砌）

明洞：明挖法修建的隧道 分为拱式明洞和棚式明洞

铁路隧道附属建筑:避车洞（列车通过隧道时，为保证洞内人员及维修设备安全，在隧道两侧边墙上交错均匀地修建了洞室，用于躲避列车，故称之为避车洞）电力及通讯设施 运营通风设施

公路隧道附属建筑

隧道防排水设施：隧道防排水应遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则 防（使隧道衬砌结构有一定的防水能力）：防水混凝土；防水层（内贴、外贴） 排（在衬砌与围岩之间组成纵横交错的排水管网）：暗管；盲沟 截（截断地表水和地下水流入隧道的通路）：截水天沟；裂缝堵塞 堵（将地下水堵在围岩中，不使其渗入隧道）：注浆 围岩:隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩(土)体

影响围岩稳定性的因素：地质因素（⑴ 岩体结构特征 ⑵ 结构面性质和空间的组合 ⑶ 岩石的力学性质 ⑷ 地下水的影响 ⑸ 围岩的初始应力状态）人为因素（⑴ 隧道形状和尺寸 ⑵ 支护结构类型 ⑶ 施工方法）

围岩分级3个基本因素①岩性：抗压强度、弹性模量、弹性波速等。②地质构造：岩体完整性或结构状态。③地下水：地下水发育时，围岩级别应降低。1个附加因素：④初始地应力：适当考虑。

以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级法 1.以岩石强度为基础的分级法 代表：土石分类法～坚石、次坚石、松石、土。 2.以岩石物性指标为基础的分级法 代表：岩石坚固性系数(f值)分级法～普氏法 f值：一个综合的物性指标值，如岩石的抗钻性、抗爆性、强度等。但核心还是岩石强度。

以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法 代表：泰沙基法～考虑围岩的完整状态和岩性，共9级。我国交通隧道围岩分级法～借鉴了泰沙基法，考虑岩体综合物性，共6级。

与地质勘探手段相联系的分级方法 弹性波速分级法 岩石质量指标～RQD指标也是反映岩性与岩体结构的一项综合指标。RQD指标的具体含义为岩芯复原率:单位长度钻孔中10cm以上的岩芯占有的比例

组合多种因素的分级方法 代表： 岩体质量—Q分级法

围岩压力：引起地下开挖空间周围岩体和支护变形或破坏的作用力 围岩压力分类：松动压力（由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结构上的压力）形变压力（围岩与支护结构共同变形过程中围岩对支护结构施加的接触压力） 膨胀压力（围岩吸水而膨胀崩解引起的压力） 冲击压力（由岩爆引起的压力） 隧道结构体系的计算模型：结构力学模型；岩体力学模型

结构力学方法的基本原理：将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载的主题，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支撑，与其对应的计算模式称为荷载-结构模式（主动荷载模式；主动荷载加被动荷载模式；实际荷载模式）

隧道衬砌受力变形的特点：拱顶变形背向地层，不受围岩的约束阻止其变形，称为脱离区，两侧及底部结构产生朝向地层的变形，并受到围岩的约束阻止其变形，称为抗力区。 围岩对衬砌变形起双重作用：围岩产生主动压力使衬砌变形，又产生被动压力阻止衬砌变形 隧道衬砌承受的荷载及分类：主动荷载（主动作用于结构并引起结构变形的荷载）（主要荷载和附加荷载）被动荷载（因结构变形压缩围岩而引起的围岩被动抵抗力，即弹性抗力，对结构变形起作用）（计算有两种理论 共同变形理论和局部变形理论（以温克尔假定为基础，认为围岩的弹性抗力与围岩在该点的变形成正比）

在选择隧道施工方案时考虑的因素：⑴ 工程的重要性（工期的重要性）⑵ 工程地质与水文地质条件⑶ 施工技术水平、机械设备情况⑷ 施工中动力和原材料供应情况⑸ 工程投资与运营后的社会效益和经济效益⑹ 对环境保护的要求⑺ 施工单位的习惯做法

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”

全断面法（全断面一次开挖法）适用条件 ⑴ Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ级围岩 ⑵ 大型施工机具(钻孔台车、模板台车等) ⑶ 经济性考虑：中长隧道。施工特点：⑴ 工序少，管理方便；⑵ 进度快～大型机械、爆破效果好；⑶ 对围岩扰动少～爆破1次；⑷ 要求地质条件较好。隧道机械化施工三条主要作业线：开挖作业线、喷锚作业线和模注混凝土衬砌作业线

台阶法 特点：将断面从上至下分成2个或3个台阶开挖；随着台阶长度的调整，它几乎可以用于所有的地层，因而是在现场使用的主导方法。种类长台阶法 短台阶法 超短台阶法 选择台阶长度的条件：(1) 初期支护闭合环的时间要求 围岩越差，则闭合时间要求越短，台阶必须缩短。 (2) 施工机械的效率 效率高，则可以缩短支护闭合时间，台阶可适当加长。原则：希望初期支护尽快闭合。⑴ 长台阶法 台阶长度L≥5B，B为洞室的宽度。甚至可以上半断面先贯通再进行下半断面施工，即为“半断面法”。特点：进度快，仅次于全断面法。适用于：Ⅲ～Ⅰ级围岩。(2) 短台阶法 台阶缩短：（1～1.5）B≤ L＜5B 特点：① 支护闭合时间加快，围岩稳定性增加；② 台阶缩短加大了对下台阶施工的干扰。适用于：Ⅴ、Ⅳ级围岩 ⑶ 超短台阶法 上台阶长度仅为3～5m。特点：更有利于控制围岩变形，但上下台阶相隔太近，施工干扰大。适用于：软弱破碎围岩(Ⅴ、Ⅵ级围岩) 短台阶施工注意：①下半断面开挖应在上半断面初期支护基本稳定后才能进行；②开挖后要及时喷砼，暴露时间愈长愈不安全；③量测要及时，当位移速度加快时，应立即采取措施。 台阶缩短对施工进度有何不利？答：上台阶存碴面积减小，往下台阶推碴次数增多。解决办法：增加平行作业的时间，有利于加快进度。① 皮带运输机② 过渡坡道 Ⅰ、钢结构跳板(仰拱先做)Ⅱ、石碴坡道(仰拱后做)

分部开挖法：1.环形开挖留核心土法特点：① 留核心土支顶工作面，稳定性优于超短台阶法：② 进度慢。适用于：土质或易坍塌的软弱围岩；小型施工机具。环形开挖留核心土法的变化方案：核心土留在下台阶，减少开挖工序 2.单侧壁导坑法特点：① 洞室开挖跨度减小，有利于围岩稳定；② 导坑要闭合，增加了材料用量；③ 进度慢。适用于：断面跨度大，对地表沉陷有控制要求的软弱。3.双侧壁导坑法(眼镜工法) 特点：①双导坑，使洞室最大开

挖跨度更小，稳定性增加；②耗材增加；③进度慢。适用于：对地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。

挖马口：在“先拱后墙法”施工中，开挖边墙的工序。

导坑：先行开挖，能为后续开挖提供施工便利的坑道。作用：① 为后续工作面创造临空面，提高爆破效果；② 查明前方地质情况；③ 排除地下水；④ 铺设“三管两线”～水管、压缩风管、通风管；电线、运输线；⑤ 改善施工通风条件。 洞口段：开挖可能给洞口地表造成不良影响的洞口范围

洞口段特点：1.覆盖浅、地质差， 地表水汇集。2.进洞顺利与否，对工程的展开影响甚大。 洞口段施工注意事项:ppt：⑴先清理洞口边仰坡有可能滑塌的表土及危石。⑵刷坡应自上而下逐段开挖。⑶不采用深眼大爆破开挖边仰坡。⑷洞门厚度内的衬砌应与洞身衬砌同时施工，连成整体。⑸端墙砌筑与回填应两侧对称同时进行，以防衬砌产生偏压。⑹洞口应设置加强衬砌段，其长度一般不小于10m。书;(1)先清理洞口边仰坡有可能滑塌的表土及危石(2)洞口施工避开雨季和融雪期（3）洞口的圬工基础必须置于稳固的地基上(4) 洞门拱墙应与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工，连成整体（5）洞口施工时应根据地质条件地表沉陷控制以及保障施工安全等因素选择开挖方法和支护方式（6）洞门完成后洞口上方的仰坡脚受破坏处应及时处理。

地质条件是确定施工方法的最重要条件

无限介质中的爆破作用：压缩粉碎区（它是指半径为R1范围的区域）抛掷区 （R1与R2之间的范围叫抛掷区，介质的结构仍然被破坏成碎块）破坏区（该区又叫松动区，是指R2与R3之间的区域）震动区（R3与R4之间的范围叫爆破震动区。在此范围内，爆破能量只能使介质发生弹性变形，不能产生破坏作用）

临空面：又叫自由面，是指暴露在大气中的开挖面

爆破漏斗：在有临空面的情况下，炸药爆破形成的一个圆锥形的爆破凹坑就叫爆破漏斗 光面爆破：光面爆破是通过正确确定周边眼的各爆破参数，使爆破后的围岩断面轮廓整齐，最大限度地减轻爆破对围岩的震动和破坏，尽可能维持围岩原有完整性和稳定性的爆破技术 预裂爆破：预裂爆破实质上是光面爆破的一种，其爆破原理与光面爆破相同，只是分区起爆顺序不同

辅助坑道的作用:增加作业面，以加快施工速度，缩短工期；改善施工条件、减少施工干扰； 有利于合理布置施工中的管路、线路。辅助坑道的形式:横洞、平行导坑、斜井和竖井

新奥法的全称是新奥地利隧道工程方法，即New Austrian Tunneling Method，缩写为NATM 新奥法：用薄层支护手段（主要是指柔性支护）来保持围岩强度，控制围岩变形，以发挥围岩的自承载能力，并通过施工监控量测来指导隧道工程的设计与施工。

新奥法的三大要素：控制爆破 喷锚支护 监控量测 三项作业：开挖 初次支护 二次支护 新奥法原理的要点：1. 承载体系：支护结构+围岩 2. 少扰动围岩3. 即允许又围岩的变形4. 复合式衬砌（初期支护和二次衬砌 ）5. 初期支护应尽量做成柔性的 6. 要尽可能使结构做得圆顺 7. 进行有效的监控量测 8. 通过“排堵措施”解决衬砌渗水 锚杆（利用金属或其他高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件，安设在围岩中形成能承受荷载阻止围岩变形的锚杆支护）的支护效应：悬吊效应；组合梁效应；加固效应 锚杆的种类：机械式锚固锚杆；粘结式锚固锚杆；（摩擦式锚固锚杆）；自进式中空注浆锚杆 新奥法监控量测目的：为设计和修正支护结构形式和参数提供依据；正确选择开挖方法和支护施作时间；为隧道施工和长期使用提供安全信息；是研究新奥法力学机理和设计理论的重要途径。

量测内容和方法：1）工程地质与支护状况的观察2）隧道地表沉降量测3) 隧道净空收敛量测4 ) 拱顶下沉量测5 ) 围岩内部位移量测