1、第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程 从从18631863英英国伦敦建成世国伦敦建成世界上第一条地界上第一条地铁开始，地下铁开始，地下空间开始逐步空间开始逐步被人类利用。被人类利用。图图10-1 10-1 英国第一条地铁英国第一条地铁地下空间的发展历史大致分为下列四个阶段地下空间的发展历史大致分为下列四个阶段第一时代第一时代：从人类出现至公元前：从人类出现至公元前30003000年的远古时期，原始年的远古时期，原始人类利用洞穴居住。人类利用洞穴居住。第二时代第二时代：从公元前：从公元前30003000年至年至5 5世纪的古代时期，埃及金字世纪的古代时期，埃及金字塔、古巴比伦引水隧
2、道等均为此时代的经典建筑。我国东塔、古巴比伦引水隧道等均为此时代的经典建筑。我国东周及秦汉时期的陵墓和地下粮仓，已经初具规模。周及秦汉时期的陵墓和地下粮仓，已经初具规模。第三时代第三时代：从：从5 5世纪到世纪到1414世纪的中世纪的古代时期。约于公世纪的中世纪的古代时期。约于公元元7 7世纪，我国隋末唐初时的孙思邈在世纪，我国隋末唐初时的孙思邈在丹经丹经一书中记载一书中记载了黑火药的制法，公了黑火药的制法，公12251225年以后传入伊斯兰国家，年以后传入伊斯兰国家，1313世纪世纪后期传到欧洲，世界范围矿石开采技术出现，推动了地下后期传到欧洲，世界范围矿石开采技术出现，推动了地下工程的发展
3、。工程的发展。 第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程第四时代第四时代：从：从1515世纪开始世纪开始的近代与现代。近代隧道的近代与现代。近代隧道兴起于运河时期，从兴起于运河时期，从1717世世纪起，欧洲陆续修建了许纪起，欧洲陆续修建了许多运河隧道。法国的兰葵多运河隧道。法国的兰葵达克运河隧道，建于达克运河隧道，建于16661666一一16811681年，长年，长157m157m，它可，它可能是最早用火药开凿的隧能是最早用火药开凿的隧道。道。18301830年前后，铁路成年前后，铁路成为新的运输手段。为新的运输手段。18661866年年瑞典人诺贝尔发明了黄色瑞典人诺贝尔发明了黄色炸
4、药，为开凿坚硬岩石创炸药，为开凿坚硬岩石创造了条件。造了条件。第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程图图10-2 10-2 现代铁路隧道现代铁路隧道10.1 10.1 隧道隧道图图10-3 10-3 石门隧道石门隧道第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程 世界上最古老的隧道世界上最古老的隧道是古代巴比伦城连接皇宫是古代巴比伦城连接皇宫与神庙间的人行隧道，建与神庙间的人行隧道，建在公元前在公元前21602160一公元前一公元前21802180年。年。 我国最早的交通隧道我国最早的交通隧道 是位于今陕西汉中县的是位于今陕西汉中县的“石门石门”隧道，建于公元隧道，建于公元66
5、66年。年。10.1.1 10.1.1 公路隧道公路隧道第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程1.1.公路隧道线行和净空公路隧道线行和净空 根据公路设计规范要求，公路隧道平根据公路设计规范要求，公路隧道平面尽可能采用直线。在必须采用曲线时，面尽可能采用直线。在必须采用曲线时，应尽可能采用大半径曲线。应尽可能采用大半径曲线。 隧道净空隧道净空(Clearance of Tunnel)(Clearance of Tunnel)是是指隧道内轮廓线所包围的空间，包括公路指隧道内轮廓线所包围的空间，包括公路隧道建筑限界、通风及其他功能所需的断隧道建筑限界、通风及其他功能所需的断面积。面积。2
6、.2.公路隧道通风公路隧道通风 公路隧道的通风是保证公路隧道正常公路隧道的通风是保证公路隧道正常安全使用的重要条件。按照隧道通风的方安全使用的重要条件。按照隧道通风的方式可以分为以下两大类式可以分为以下两大类(1)(1)自然通风自然通风(2)(2)机械通风机械通风图图10-4 10-4 公路隧道线性公路隧道线性 图图10-5 10-5 公路隧道通风公路隧道通风 10.1.1 10.1.1 公路隧道公路隧道一、自然通风一、自然通风二、机械通风二、机械通风1.1.纵向式纵向式 射流式射流式风道式和喷嘴式风道式和喷嘴式竖井式竖井式2.2.半横向式半横向式3.3.横向式横向式4.4.混合式混合式表表1
7、0-1 10-1 隧道通风方式隧道通风方式第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.1.1 10.1.1 公路隧道公路隧道3.3.隧道照明隧道照明 隧道照明是为了防隧道照明是为了防止驾驶员因视觉信息不止驾驶员因视觉信息不足引发交通事故。其显足引发交通事故。其显著特点是昼夜间均需要著特点是昼夜间均需要照明，隧道照明的设计照明，隧道照明的设计应保证驾驶人由明亮宽应保证驾驶人由明亮宽阔的外界进人隧道后仍阔的外界进人隧道后仍能认清行车方向，正常能认清行车方向，正常驾驶。隧道照明主要由驾驶。隧道照明主要由入口照明、基本照明、入口照明、基本照明、出口照明与接续道路照出口照明与接续道路照明构成
8、。明构成。图图10-6 10-6 公路隧道照明公路隧道照明第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.1.2 10.1.2 铁路隧道铁路隧道1.1.地铁隧道结构地铁隧道结构地铁隧道分为两种：浅埋区间隧道和深埋区间隧道。地铁隧道分为两种：浅埋区间隧道和深埋区间隧道。图图10-7 10-7 隧道结构形式隧道结构形式a a单跨矩形单跨矩形 b b双跨矩形双跨矩形 c c单跨双层单跨双层 d d单供形单供形第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.1.2 10.1.2 铁路隧道铁路隧道第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程2.2.铁路隧道施工铁路隧道施工 铁路隧道
9、是修建在地下或水下并铺铁路隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车车辆通行的建筑物。根据设铁路供机车车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。其施工方法有两类和城市隧道三大类。其施工方法有两类(1)(1)明挖法明挖法 常用的明挖法有三种：敞口放坡明常用的明挖法有三种：敞口放坡明挖、板桩法、地下连续墙施工法。挖、板桩法、地下连续墙施工法。(2)(2)暗挖法暗挖法 暗挖法有时也称为矿山法，是指不暗挖法有时也称为矿山法，是指不挖开地面，采用在地下挖洞的方式施工。挖开地面，采用在地下挖洞的方式施工。常用的暗挖法有：盾构法、注浆法、沉常用的
10、暗挖法有：盾构法、注浆法、沉管法、顶管法等。管法、顶管法等。图图10-8 10-8 隧道施工方法隧道施工方法10.1.3 10.1.3 水底隧道水底隧道1.1.水底隧道的埋置深度水底隧道的埋置深度 水底隧道的埋置深度与以下几个因素有关：地质及水文地水底隧道的埋置深度与以下几个因素有关：地质及水文地质条件、施工方法要求、抗浮稳定的需求、防护要求、断面形质条件、施工方法要求、抗浮稳定的需求、防护要求、断面形式等。式等。2.2.隧道防水隧道防水 水底隧道防水的主要措施有水底隧道防水的主要措施有: :采用防水混凝土、壁厚回填、采用防水混凝土、壁厚回填、围岩注浆、双层衬砌等。围岩注浆、双层衬砌等。3.3
11、.海底隧道海底隧道 海底隧道是为了解决横跨海峡、海湾之间的交通，而又不海底隧道是为了解决横跨海峡、海湾之间的交通，而又不妨碍船舶航运的条件下，建造在海底之下供人员及车辆通行的妨碍船舶航运的条件下，建造在海底之下供人员及车辆通行的海底下的海洋建筑物。海底下的海洋建筑物。第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.1.3 10.1.3 水底隧道水底隧道图图10-9 10-9 日本青函海底隧道和英吉利海峡隧道日本青函海底隧道和英吉利海峡隧道第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2 10.2 地下工程地下工程 在地面以下土层或岩体中修建各种类型的在地面以下土层或岩体中修建
12、各种类型的地下建筑物或结构的工程，称为地下工程。它地下建筑物或结构的工程，称为地下工程。它包括交通运输方面的地下铁道、公路隧道、地包括交通运输方面的地下铁道、公路隧道、地下停车场、过街或穿越障碍的各种地下通道等，下停车场、过街或穿越障碍的各种地下通道等，军事方面的野战工事、地下指挥所、通信枢纽、军事方面的野战工事、地下指挥所、通信枢纽、掩蔽所、军火库等，工业与民用方面的各种地掩蔽所、军火库等，工业与民用方面的各种地下车间、电站、各种储存库房、商店、人防与下车间、电站、各种储存库房、商店、人防与市政地下工程，以及文化、体育、娱乐与生活市政地下工程，以及文化、体育、娱乐与生活等方面的联合建筑体等。
13、等方面的联合建筑体等。第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2.1 10.2.1 地下电站地下电站1.1.地下水电站地下水电站 地下水电站可以划分为两种主要地下水电站可以划分为两种主要类型，即利用江河水源的地下水力发类型，即利用江河水源的地下水力发电站和循环使用地下水的抽水蓄能水电站和循环使用地下水的抽水蓄能水电站。地下水电站可以充分利用地形、电站。地下水电站可以充分利用地形、地势，尤其在山谷狭窄地带，在地下地势，尤其在山谷狭窄地带，在地下建站，布置发电机组，十分经济有效。建站，布置发电机组，十分经济有效。电站建于地下，可获得更大水头压力，电站建于地下，可获得更大水头压力，并
14、且在枯水季节，水位较低时也能发并且在枯水季节，水位较低时也能发电。一般水电站的压力隧道，选建于电。一般水电站的压力隧道，选建于坚硬、完整的岩石中，可简化衬砌结坚硬、完整的岩石中，可简化衬砌结构。地下水电站在我国的东北和西南构。地下水电站在我国的东北和西南地区建设较多。地区建设较多。图图10-10 10-10 地下水电站布置图地下水电站布置图第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2.1 10.2.1 地下电站地下电站2.2.地下抽水蓄能水电站地下抽水蓄能水电站 地下抽水蓄能水电站，有时也称地下扬水水电站。这种水电站地下抽水蓄能水电站，有时也称地下扬水水电站。这种水电站通常设于千
15、米左右的地下深处，具有地上、地下两个水库。供电时，通常设于千米左右的地下深处，具有地上、地下两个水库。供电时，水由地上水库、经水轮发电机发电后流人地下水库水由地上水库、经水轮发电机发电后流人地下水库; ;供电低峰时，供电低峰时，用多余的电力反过来将地下水库的水抽回原地面水库，以便循环使用多余的电力反过来将地下水库的水抽回原地面水库，以便循环使用。用。3.3.核电站核电站 地下核电站有地下核电站有半地下式半地下式和和完全地下式完全地下式两类。两类。 半地下式核电站，关键设备进入地下。地下核电站的优点表现半地下式核电站，关键设备进入地下。地下核电站的优点表现在在: :不需要宽阔的平坦地，在海岸和山
16、区均可修建，选址容易不需要宽阔的平坦地，在海岸和山区均可修建，选址容易; ;岩体岩体对地下放射物质有良好的遮蔽效果对地下放射物质有良好的遮蔽效果; ;耐震，并具有良好的防护性。耐震，并具有良好的防护性。 通常，地下核电站，除了需开凿发电大厅以装备发电机和原子通常，地下核电站，除了需开凿发电大厅以装备发电机和原子炉之外，尚须开发一系列隧道，以供人员通行、物质运输等用。炉之外，尚须开发一系列隧道，以供人员通行、物质运输等用。第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程图图10-11 10-11 地下核电站示意图地下核电站示意图10.2.2 10.2.2 地下仓库地下仓库 由于地下环境对于许多
17、物质的由于地下环境对于许多物质的储存有突出的优越性，地下环境的储存有突出的优越性，地下环境的热稳定性、密闭性和地下建筑良好热稳定性、密闭性和地下建筑良好的防护性能，为在地下建造各种储的防护性能，为在地下建造各种储库提供了十分有利的条件。由于人库提供了十分有利的条件。由于人口的增长、集中和都市化，世界各口的增长、集中和都市化，世界各国都面临能源、粮食、水的供应和国都面临能源、粮食、水的供应和放射性及其他废弃物的处理问题。放射性及其他废弃物的处理问题。目前各种类型的地下储藏设施，在目前各种类型的地下储藏设施，在地下工程的建造总量中已占据很大地下工程的建造总量中已占据很大的比重。在地下空间开发利用的
18、储的比重。在地下空间开发利用的储能、节能方面，北欧、美国、英国、能、节能方面，北欧、美国、英国、法国和日本成效显著。法国和日本成效显著。图图10-12 10-12 地下仓库地下仓库第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2.3 10.2.3 地下城市综合体地下城市综合体 城市地下空间的开发利用，已经成为城市地下空间的开发利用，已经成为现代城市规划和建设的重要内容之一。一现代城市规划和建设的重要内容之一。一些大城市从建造地下街、地下商场、地下些大城市从建造地下街、地下商场、地下车库等建筑开始，逐渐发展为将地下商业车库等建筑开始，逐渐发展为将地下商业街、地下停车场和地下铁道、管线设
19、施等街、地下停车场和地下铁道、管线设施等结为一体，形成与城市建设有机结合的多结为一体，形成与城市建设有机结合的多功能的地下综合体。因此，地下综合体可功能的地下综合体。因此，地下综合体可以考虑定义为建设沿三维空间发展的，地以考虑定义为建设沿三维空间发展的，地面地下连通的，结合交通、商业储存、娱面地下连通的，结合交通、商业储存、娱乐、市政等多用途的大型公共地下建筑。乐、市政等多用途的大型公共地下建筑。地下综合体具有多重功能、空间重叠、设地下综合体具有多重功能、空间重叠、设施综合的特点，与城市的发展应统筹规划、施综合的特点，与城市的发展应统筹规划、联合开发和同步建设。联合开发和同步建设。图图10-1
20、3 10-13 地铁站地铁站第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2.3 10.2.3 地下城市综合体地下城市综合体图图10-14 10-14 东京八重州地下街交通图东京八重州地下街交通图第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程10.2.3 10.2.3 地下城市综合体地下城市综合体图图10-15 10-15 地下商场地下商场第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程思考题思考题1.1.隧道为什么要设置通风设备隧道为什么要设置通风设备? ?隧道通风方式按送风形隧道通风方式按送风形态、空气流动状态和送风原理分为哪几种态、空气流动状态和送风原理分为哪几种? ?2.2.隧道的施工方法大体分为哪几种隧道的施工方法大体分为哪几种? ?各有何特点各有何特点? ?3.3.简述设计水底隧道的理置深度时应考虑的因素。简述设计水底隧道的理置深度时应考虑的因素。4.4.简述各种地下工程及其功能和特点。简述各种地下工程及其功能和特点。第十章第十章 隧道工程及地下工程隧道工程及地下工程
