中国隧道及地下工程修建技术.ppt.ppt

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1、中国隧道及地下工程修建技术目 录v第一章 总论开创性地提出中国隧道及地下工程设计施工的基本原则，形成较完整的中国隧道修建法。v第二章 钻爆法隧道施工技术系统论述了钻爆法隧道施工的新理念及四条主要作业线（钻爆开挖、运输、初期支护、二次衬砌作业线）和三条辅助作业线（施工通风、防水、测量量测作业线）。v第三章 特殊围岩隧道施工与地质灾害防治要点针对各种不良地质条件，提出针对性的施工措施，同时强调应开展综合超前地质预报。v第四章 浅埋暗挖施工技术进一步完善拓展了其应用范围，尤其是特殊条件下的浅埋暗挖隧道施工，包括邻近既有线、桩基托换、有水条件下等复杂条件。v第五章 明挖法设计与施工针对近年施工中出现的

2、安全风险，优化了围护结构、支撑体系设计参数，提出了开挖支护、主体结构施工的关键控制技术。v第六章 开敞式岩石掘进机与复合衬砌施工明确了山岭隧道施工应优先采用开敞式掘进机，不宜采用双护盾掘进机。v第七章 盾构法设计与施工对盾构机选型及设计关键点、设计的主要理念和方法、施工关键技术进行全面论述。v第八章 沉埋管段隧道修建技术论述了干坞工程、管节制作、基槽开挖与回填、管节浮运、沉放、对接、基础处理等施工关键技术。v第九章 辅助施工方法对注浆法、降水法、岩溶地区释能降压法等进行论述，首次提出先注浆后冷冻法、释能降压法。v第十章 水下隧道分析了选择水下隧道的优势，对各种条件下的水下隧道施工方法进行了对比

3、分析。v第十一章 隧道及地下工程建设风险管理分析了建设工程各阶段的风险及现阶段风险管理存在的问题，提出了隧道及地下工程安全风险管理需进一步研究的问题。重点提出了明挖法、浅埋暗挖法、盾构法及水下隧道钻爆法施工风险管理的要点。第一章 总论人类正面临着人口、土地、能源、水资源、环境、气候六大挑战。我们必须把控制人口，节约能源，保护环境放在重要位置。为此，我们必须优化经济结构，合理利用资源、协调地区发展、提高人口素质，彻底清除贫困。地下工程建设是最符合上述可持续发展要求的建设领域之一。随着城市规模不断扩大，人口增多，有大量的交通、房屋要建，我们每天都看到大片良田被钢筋混凝土所取代。这种摊煎饼扩大城市发

4、展模式是与可持续发展目标相违背的落后的发展模式。能否把地面沃土多留点给农业生产和居住环境，把地下岩土多开发点给道路交通、工厂和仓库，从而将城市向地下空间发展成为人类在地球上做为安全舒适生活的第二个空间，地下空间作为人类唾手可得的资源已摆在我们面前，这个问题是值得我们重视的。第一节 中国将是引领世界隧道及地下工程中国将是引领世界隧道及地下工程修建技术的国家修建技术的国家今天，中国已是世界上隧道及地下工程规模大、数量最多、地质条件和结构形式最复杂、修建技术发展速度最快的国家，技术水平与建设成就必将走在世界前列：首先，随着我国经济建设的高速发展，高速增长的资源流动性和速度需求，使得全国交通路网建设呈

5、现迅猛的发展态势。路网设计中出现了大量的深埋长大山岭隧道和浅埋城市地下铁道，隧道穿越地层的复杂程度加剧，建设难度更大；大量高速路网的兴建，对隧道设计标准有了大幅提高，隧道修建技术面临新的挑战，需要大量的研究与创新；其次，改革开放政策使得国际交流广泛增长，我国与世界各国间的交通联系也在加强。拟建的我国西大门的欧亚大陆桥（图1-1），将使我们与东南亚、中东、欧洲的距离大大缩短，而泛亚铁路（图1-2）则是昆明至新加坡境内的一条国际通道，是我国通往东南亚各国的铁路通道。这些联接邻国的国际大通道需要大量的隧道穿越。图1-1 欧亚大陆桥规划示意图图1-2 泛亚铁路国际通道隧道既是铁路、公路、城市地铁等交通

6、路网的重要组成部分，也是地下空间利用的基本形式。由于其占地少，无污染、使用可再生能源等优点，隧道与地下工程被誉为“绿色工程”。1996年4月在美国华盛顿召开的“国际隧协第22届年会和学术讨论会”，重点讨论了隧道及地下工程在可持续发展战略中的重要性。会上，确定了隧道及地下工程在国民经济发展中的重要地位，确定了二十一世纪地下工程是作为资源开发的世纪，地下空间是人类生存活动的第二个空间。一些有识之士已把对地下空间开发利用作为解决城市资源与环境危机的重要措施，作为解决我国可持续性发展的重要途径。可以预测，21世纪末将有1/3的世界人口将工作、生活在地下空间中。大量隧道及地下工程项目的建设，为多种施工方

7、法的应用提供了广阔的舞台。建设过程将广泛吸纳世界各国先进的建设理念、方法与技术；引进大量先进的机械设备，并在此基础上实现自主创新、设计与制造。今后通过在工程建设实践的过程中不断创新，必将逐步形成具有我国特色的隧道与地下工程修建的许多方法与技术体系，使我国隧道与地下工程修建技术进入跨越性发展的轨道，成为引领世界隧道及地下工程修建技术的国家。一、我国隧道及地下工程建设成就与发展自1888年我国修建的第一条隧道狮球岭隧道以来，经过120余年艰难曲折的发展历程，中国隧道修建技术从大瑶山双线铁路隧道开始采用新原理、新方法、新结构、新技术、新设备、新工艺全面建成开始，已步入了世界先进水平的行列，在勘测设计

8、、施工、运营、科研等方面取得了许多重大的成就和创新。经济建设的快速发展为地下工程描绘了广阔的发展前景。随着城市人口密度的加大和工业化进程的加快，为缓解或从根本上解决由此带来的城市交通压力，修建公路、铁路、地下铁道等交通工程，已成为世界各国解决上述问题的主要途径。秦岭隧道、乌鞘岭隧道、秦岭终南山隧道、太行山隧道等一批越岭特长交通隧道已经建成；跨越水域的武汉长江隧道、上海崇明岛隧道、南京长江隧道、厦门翔安海底隧道、青岛海底隧道等内陆水域及海域隧道也已建成，琼州海峡隧道、港珠奥桥隧大通道、渤海湾桥隧工程正在规划；北京、南京、西安、成都、深圳、广州、郑州、青岛等30多个城市的地铁正处在建设与规划的热潮

9、中；辽宁省直径8米的大伙房水库输水隧道长度达到85.32km，已建成投入使用，这条隧道已成为目前世界上已经建成的最长隧道。规模宏大的葛州坝、三峡、溪洛渡等水电站的建成，说明我国在修建大型复杂地下工程中的技术水平已位居国际前列。可以自豪地说，中国已经跻身世界隧道大国的行列。而且，大量工程的修建已证明：我国已经成为世界上隧道数量最多、发展速度最快、地质条件与施工环境最复杂、隧道结构型式多样的国家。二、几个值得思考与探索的问题 埋深大、隧道长、修建难度加大是目前及今后较长时期隧道及地下工程建设普遍面临的问题，有众多的新难题需要攻克。隧道及地下工程作为一个学科，已由大量的工程实践奠定了其牢固的学科发展

10、基础，在实践的基础上，目前已发展成为横跨多学科领域的大学科。“中国隧道及地下工程修建技术”的理论、技术和方法正在逐步形成。但是，在其发展的过程中，还需要解决一系列认识和实践中的问题。目前，在城市地下空间利用与交通隧道修建范畴，有必要对以下问题进行研究与探索：1、城市地下空间利用的规划问题；2、城市地下空间规划的评价方法与评价标准问题；3、地质调查经费投入比例与地质调查技术研究问题；4、建设方案评价及动态设计理念问题；5、降低工程造价的途径问题。第二节 隧道及地下工程的种类隧道及地下工程的种类地下工程的类型是多种多样的，依照地下工程的功能不同，可将地下工程分为交通运输、城市地下空间开发、能源开发

11、与储藏、防御减灾四大类。根据所处地域位置及功用不同归纳起来有以下九种：山岭隧道；城市地下铁路；城市地铁、城际铁路；水下隧道；城市地下空间利用；地下环境工程；地下油气库；水利工程；地下军工设施。第三节 隧道与地下工程建设特点及研究方法隧道与地下工程建设特点及研究方法 隧道与地下工程的建设特点主要表现为建设工程构筑体处于地质体中、建筑基础理论研究尚不成熟，处于以经验设计和工程类比法为主的建筑现状，建设过程复杂，影响因素多、涉及范围广、建设过程不确定因素多，建设过程需与建设环境相谐调等特点。这些特点使得其对工程问题的研究方法涉及领域广泛，方法层次更多，更复杂。总结一切科学技术资料和一切发明创造所取得

12、的成功经验，继承前人关于方法论研究的成果，建立起各门具体科学和工程技术的方法论系统，才能推进科学技术的发展。当这些传统的方法、理论还指导不了复杂的现场时，我们突出“工程类比法”，做为新建工程的参考坐标，比模拟试验要强上百倍，可信度要高上百倍。地下工程的研究方法包含了地理学、地质学、物理学、化学、数学、机械学、系统科学、复杂性科学的方法。各方法间依据宿体问题的不同，处于不同的方法层次，在同一问题系统中是相互关联的有机整体。了解研究地下工程问题的方法及历史，有助于我们开阔思路，在解决实际工程问题时能灵活运用、合理选择、有效总结。第四节 围岩强度及压力理论研究围岩强度及压力理论研究 任何技术领域的发

13、展水平和速度均与其基础理论的研究水平密切相关，隧道与地下工程岩体相关的基础理论的研究与发展紧密相关，在很大程度上制约着工程建设和地学研究的水平。在长期的工程实践中人们逐渐认识到，工程岩体的组成和结构的多变性、复杂性远没有被认识。关于围岩强度理论的研究可分为以下两个阶段：第一阶段：岩土基本力学特征研究阶段；第二阶段：岩体结构力学特征研究阶段岩体力学学科建立。围岩压力理论是隧道与地下工程进行支护结构设计计算的基础理论之一，是确定支护结构荷载的理论依据。隧道与地下工程建设历史始终伴随着对围岩压力理论的研究，一些来源于工程实践与试验的经验公式，在以往的工程建设中发挥了重要的作用，有的经验公式至今仍在使

14、用，但时至今日，对围岩压力的研究仍未达到理论的高度，需要深入研究，以建立起隧道与地下工程建设围岩压力理论，完善其理论体系。常用的确定围岩压力的方法主要为：1、软弱松散体压力理论；2、围岩垂直压力理论；3、围岩侧压力理论；4、现行设计围岩压力的计算。第五节 隧道与地下工程设计理论与方法隧道与地下工程设计理论与方法 隧道与地下工程结构设计理论的发展至今已有百余年的历史，它与岩、土力学的发展有着密切关系。土力学的发展促使着松散地层围岩稳定和围岩压力理论的发展，而岩石力学的发展促使围岩压力和地下工程结构设计理论的进一步飞跃。随着新型地下结构的出现，岩土力学、测试仪器及计算机技术和数值分析方法的发展，地

15、下工程结构设计理论正在逐步形成一门完善的学科理论。目前为止，地下工程结构设计理论的发展大概经历了三个阶段：第一阶段第一阶段，古典设计理论阶段；第二阶段第二阶段，荷载结构理论(散体压力理论)阶段；第三阶段第三阶段，连续介质理论阶段(共同作用理论阶段)。在地下工程结构计算理论研究的发展过程中，后期提出的计算方法一般并不否定前期的研究成果。鉴于岩土介质的复杂多变性，这些计算方法一般都有各自的适用场合，但都带有一定的局限性。目前，我国在地下工程的结构计算中，采用较多的仍是以散体压力理论为基础的荷载-结构法，原因是，一方面该理论发展时间较长，应用中有较多经验，另一方面，该计算理论形式简单，比较容易为工程

16、设计人员所掌握。一、设计理论目前，地下工程结构设计及计算方法中主要有两种理论体系：一是传统的结构-荷载理论，它是延用地表工程建筑的成熟理论，主要观点是将围岩视为荷载，人工的建筑结构作为支撑体，用以承受围岩荷载。这种观点的典型代表有：土压力理论、承载拱理论；二是围岩-结构理论，主要观点是视围岩为工程结构的一部分，具有承担部分荷载的能力。两种理论体系由于其产生的社会基础不同，各自在特定的历史时期为我国的经济建设发挥了应有的作用，直到目前，工程界尚未对地下工程的设计理论有如地面建筑工程设计理论那样高的认同度，呈现出多种设计理论并存的地下工程结构设计格局，这一事实也从另一个角度说明了地下工程所处的复杂环境，促使设计理论仍处于培育与生长阶段，远未达到成熟的程度，处于多种理论和方法共存的局面。随着大量地下工程的兴建，人们对地下工程的认识也在不断深化。涌现出以岩体力学、工程地质力学、弹性力学等为基础的综合性的现代工程力学的重要分支，具代表性的有地下结构力学、隧道围岩稳定分析理论、开挖系统控制论等各个方面。二、设计方法隧道及地下工程结构的设计方法主要有：工程类比法、荷载-结构法、地层结构法、信息反馈法