地下隧道（精选十篇）
地下隧道 篇1
迄今为止, 以工程类比法为主、量测为辅的现场监控设计仍然是隧道和地下洞室设计的主要方法。由于隧道工程环境条件数量化表达方面的困难, 常常会使得力学家们所提出的一些理论和计算方法, 难以对具体工程起到指导作用。隧道与地下工程设计与分析方法主要有地层结构法和荷载结构法两种。地层结构法是基于现代支护结构原理, 建立在围岩与支护共同作用的基础上的设计模型, 显然, 比支护单独承载是一种技术进步, 但由于理论缺陷, 其作用机理, 围岩与支护相互作用以及复合式衬砌设计施工等方面, 尚存在诸多问题。特别是大量原始参数准确测试问题没有解决, 目前只能达到定量计算而定性使用的水平。有的工程应变实测值为理论计算的5～10倍, 甚至有些规律还不同。特别是计算得到的收敛值与实测所得的规律不符。因此, 地层结构法一般作为定性参考或校核。
荷载结构法因具有明确的受力概念及清楚的安全系数评价方法, 而被许多国家普遍使用。但也存在若干问题, 一是荷载确定方法还不可靠, 至今处于经验统计分析阶段, 特别是侧压力系数与实测相差甚大。二是荷载结构模型虽然考虑了围岩的粘聚力、摩擦力、弹性抗力的承载作用, 但未考虑围岩承载拱的承载作用, 因此不能正确解释围岩自稳等问题。三是缺乏可行的优化设计方法。传统做法是由工程类比初步选定断面几何形状及尺寸, 用反复试算或大比例作图试凑的办法进行设计优化, 不仅费工费时, 难以最优, 影响安全或经济性。四是设计计算过程比较烦琐, 优化计算周期较长, 而且容易出错, 不能满足快速设计和动态设计的要求。
本系统在解决存在问题的基础上, 使隧道与地下工程衬砌设计分析, 向科学、可靠、安全、经济和方便实用的新境界前进了一大步。
2 系统编制依据和创新点
系统根据现行《公路隧道设计规范》、《铁路隧道设计规范》、《人民防空工程设计规范》荷载结构法计算规定和具有国际先进水平的科研成果《隧道及地下洞室设计施工新法》编制, 经与朱-布法、纳氏法、链杆法、矩阵力法、能量法等等计算范例对比验证无误后, 考虑了各种不利的极限情况, 在确保安全前提下, 完成了隧道及地下洞室优化的智能系统编制、测试以及著作权报批工作。其创新点如下。
2.1 立体极限地压理论使荷载计算走向实用阶段
《隧道工程设计要点集》指出:“隧道设计时, 掌握支护结构上的围岩压力是非常必要的。遗憾的是, 在这个问题上我们还存在许多不清楚的地方”。《公路隧道施工》写道:“在设计中由于荷载不明, 围岩参数不清楚及设计理论尚不完善;喷锚支护和二次衬砌设计参数只能参考经验或套用规范。这样做对每座隧道来讲具有较大的主观性, 往往与实际山体地质及围岩应力状态出入较大”立体极限地压理论在泰沙基理论的基础上有四项新突破:一用立体计算取代了传统的平面计算, 考虑了进深对荷载的影响;二是考虑了围岩的层理、裂隙、节理、水害、施工震动及暴露时间对c值的影响, c值折减系数在0.3～1之间变化;三是考虑了不同施工条件下, 垂直荷载传递引起的侧压力系数增加的变化;四是考虑了深埋隧道极限压力问题, 使深、浅埋隧道设计荷载都接近于实际。从而使计算围岩压力与实测围岩垂直压力基本符合。立体极限地压理论的计算值, 与我国的40项工程实测地压十分接近。误差在±20%占93.5%;误差在±20%至±34.5%占6.5%。误差最大的洛河东坡单线铁路隧道, 实测地压是20kPa, 计算地压是26.9kPa, 优化后衬砌厚度影响不超过2cm。鉴定委员会专家对深埋、浅埋、模筑支护、喷锚支护四座不同隧道的计算围岩压力测试结果, 其误差均小于10%, 见表1。
与357个铁路单线隧道实测平均坍塌荷载相一致, 也与铁路、公路隧道最新规范深埋隧道的计算经验公式计算结果相一致, 见表2, 而且, 立体极限地压理论计算荷载与铁路隧道实测平均坍塌荷载最为接近, 说明垂直压力计算值是符合实际的。
水平侧压力计算值虽然普遍比规范值高, 但与实测值比较接近, 有利于工程安全。这样, 把长期以来凭经验设计提高到理论分析走出了新的一步。使荷载计算走向了实用阶段。
2.2 用荷载结构法计算围岩承载, 促进了荷载结构法的发展
荷载-结构模型是地下工程结构设计使用得最多一种, 前苏联、美国、澳大利亚、英国、意大利、德国、日本等国家普遍使用这种设计方法, 我国现行的《地铁设计规范》和《铁路隧道设计规范》中也均推荐采用。采用这种设计模型, 具有明确的受力概念及清楚的安全系数评价方法。但是, 现代支护理论认为:传统的荷载结构法只考虑围岩产生荷载而不能承载, 是有悖于地下结构的本质特征的。实际上, 荷载-结构法也考虑了围岩的粘聚力、摩擦力的承载作用, 使实际设计荷载远比整个围岩自重低。唯一欠缺的是没有考虑围岩承载拱的承载作用。本系统考虑了围岩承载拱的作用, 不仅可以计算无衬砌自稳洞室的尺寸和形状;可以计算围岩承载;也可计算衬砌承载或共同承载。从而, 使荷载结构法得到了新发展。它不仅可以用于深埋、浅埋隧道整体式衬砌设计, 也可应用于复合式衬砌设计, 还可用于自稳洞室设计。而且, 其计算结果, 比地层结构法清晰、可靠和节约, 可以对具体隧道工程起到指导作用。
2.3 系统通过智能选择合理拱轴, 使受力优化, 显著提高了围岩自承能力和衬砌承载能力
“新奥法的理论基础是围岩具有自承能力, 经济合理的隧道工程建设的关键是充分发挥围岩的自承能力。围岩自承能力源于围岩强度, 因此基本维持围岩原始状态, 既是为了保持原有的围岩强度, 又是发挥围岩自承能力的充分必要条件”但是, 尽可能保持原有的围岩强度是必要的, 但不是充分的。围岩强度有抗压、抗拉、抗弯、抗剪强度之分, 如何利用其抗压强度高的优势, 尽量避免受弯拉剪破坏, 仍是关键之举。这样, 可以不用额外投入, 就能获得显著提高围岩的自承能力的效果。
在同样围岩和洞室尺寸的情况下, 通过智能优化系统计算, 发挥抗压优势可衬砌厚度显著减薄, 已在不同的试验工程中得到验证。按照本方法设计施工的不同围岩、不同跨度、不同埋深的9个可比的优化工程对比证明, 所有优化工程, 经过13～29年的长时间考验, 不仅全部安全无事故, 解决了裂缝、净空不足、渗漏等影响使用问题, 工程质量至今完好。实际平均节约混凝土41.1%, 节约钢材50%, 节约木材90%, 节约建设资金28.6%, 见表3。部分优化工程见图1～3。
2.4 双曲优化整体组合衬砌, 为保障隧道全过程稳定平衡创造了有利条件
系统推荐的双曲优化组合衬砌, 是由6cm厚、30cm宽、100cm长的多功能预制拱片和泵送防水混凝土组成的立体受力结构, 由于已达设计强度的预制拱片与现浇混凝土的组合衬砌具有立即受力、合理受力、立体受力、共同受力、稳定受力的特性, 且其强度与围岩压力同步增长, 保证了施工全过程处于稳定平衡状态。加之, 双曲优化组合衬砌在绝大多数情况下, 无须喷射混凝土、锚杆加固和钢筋网加强, 也无须支撑和模板, 减少了工序、节约了施工时间、减轻了围岩扰动, 因此能有效保护围岩和减少围岩变形, 并使衬砌施工人员始终在承载拱保护下工作, 确保了施工安全。不仅具有简化工序;节约材料;成洞迅速等优势, 而且, 有利于施工环境改善, 便于发展工业化施工。同时, 还实现了临时支护和永久支护合一;柔性支护与刚性支护合一;自动应力调整或人工应力调整结合;合理受力与共同承载结合。是一条经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥新路子。
3 系统的基本功能
本系统采用了荷载—结构模型, 适用于铁路、公路、冶金、煤炭、水电、水利、人防、国防等隧道、巷道、坑道、地道以及城市地铁、窑洞民居等地下拱形工程。主要有以下五种用途。
3.1 用于围岩压力计算
系统除包括按公路隧道设计规范公式计算、按铁路工程技术规范直接荷载确定法计算、按普式压力拱理论计算外, 特别推荐按立体极限地压理论公式计算围岩压力。这种方法考虑了洞室埋深、毛洞跨度、与洞形有关的毛洞计算高度, 毛洞长度、地层内摩擦角、粘聚力、重度、侧压力系数、考虑地层两侧地层物理力学性质、洞宽、洞高、洞形及施工方法影响的侧荷载系数以及考虑岩体构造状况、施工方法、支护时间、施工爆破情况、地面地下水影响、毛洞风化程度、施工环境、风化程度等对c值影响的折减系数等影响因素, 计算结果与实测十分接近, 有利于隧道设计安全可靠, 防止因荷载偏离过大引起的设计失误和浪费。而且, 可以自动传输数据进行优化设计, 准确方便, 立等可取。
3.2 用于常规衬砌设计
在已知荷载和轴线尺寸条件下, 设定断面厚度, 进行内力计算, 绘制弯矩、轴力图, 进行强度校核、工程量计算, 净空校核、绘制施工图等。其荷载可以是垂直、水平荷载按均布、马鞍形、山形、梯形、三角形分布的25种不同组合。
拱形可包含直墙或曲墙, 单心圆、三心圆、五心圆、七心圆等各种不同形式的拱形。截面厚度可以是等截面、直线变截面、余弦变截面和任意变截面。同时, 还可以考虑弹性抗力或不考虑弹性抗力、考虑地层与衬砌间摩擦力或不考虑摩擦力等情况。计算要求灵活, 计算结果准确。与多种计算方法的典型范例比较, 计算结果都很接近。其计算精度比经典设计范例提高100倍。
3.3 用于优化衬砌设计
(1单优化设计:根据已定结构尺寸和拱形进行截面厚度优化设计。系统自动按规范要求, 选择既符合安全强度要求、又经济节约的混凝土衬砌截面厚度。不仅节约了反复试算的时间, 而且, 较常规设计明显节约。对经典算例, 一般已经单优化, 节约混凝土较少, 但对多数设计仍有潜力可挖。如同济曙光软件计算地处Ⅲ类围岩、净宽9.5m的二级公路隧道算例, 衬砌厚度为c25混凝土60cm, 经单优化其最小厚度为56cm, 说明该设计在该设定拱形不变情况下已经优化, 节约余地较小。而新庄岭黄土公路隧道, 原设计为11×8m的直墙单心圆双车道隧道, 采用80～100cm厚的c25混凝土衬砌, 最小安全系数是5.2, 偏于保守;在拱形不变情况下, 单优化衬砌厚度为65cm, 最小安全系数是3.22, 即可满足规范要求。这与实测结果"一次衬砌厚度45～65cm, 实际承载89.5%, 二次衬砌35cm, 实际承载10.5%"的结论十分接近。
(2) 双优化设计:根据荷载和洞室尺寸, 系统自动选择优化拱形和优化衬砌厚度。可在满足净空要求的条件下, 设计出更适用、经济的衬砌截面来。所有选择 (包括决定拱形的各半径大小、圆心位置、各段圆弧对应圆心角等和决定最佳衬砌厚度) 计算、校核, 全部智能自动确定, 无须人工干涉。使过去二十天的工作量在一分钟左右精确完成, 为又好又快地进行方案对比、动态设计创造了条件。上述两例如果采用拱形优化, 在满足净空、强度和偏心的要求下, 其衬砌厚度仅需36cm, 说明拱形优化能充分发挥混凝土抗压优势, 是大有潜力可挖的, 而且已经得到了实践证实。1986年建成的西关地下商场工程, 净跨10m, 荷载也基本相似, 其优化设计仅需21～35cm素混凝土衬砌, 在地面公交通道车附加荷载作用下, 至今已完好安全使用二十余年。由此可见, 拱形优化是提高衬砌承载力的主要因素。对比计算表明:双优化较权威著作典型设计范例平均节约混凝土30.53%。比现代支护理论推荐的复合式衬砌标准设计平均节约混凝土39.05%;比日本单双线隧道和新干线平均减少混凝土31.76%。
3.4 用于围岩稳定分析
如果将承载主体由衬砌材料变成围岩, 系统就能进行洞室自稳计算。黄土洞室的稳定计算与黄土地下建筑技术条例调查结果完全一致;各级围岩的自稳计算与公路隧道设计规范的各级围岩自稳能力判断表基本符合。判断表中的稳定跨度与围岩物理力学参数平均值计算结果相同, 一般偏于安全或保守。本系统能分析任何实际洞室的稳定性, 因此具有普遍意义。例如, 规范判断表中:Ⅰ级围岩跨度20m可长期稳定, 计算检验是正确的。但对于跨度115m稳定了150多年的中洞苗寨是否能够长期稳定呢?计算表明:当围岩物理力学指标达到Ⅰ级时, 该洞室可以长期稳定, 而且稳定的形状与实际洞形十分接近, 见图4。判断表认为Ⅵ级围岩无自稳能力, 这对于公路隧道来说是对的, 但是, 计算结果, Ⅵ级围岩1.5m跨度也能暂时自稳。所以, 任何围岩都有一定的自稳能力, 只不过是自稳洞室的尺寸不同而已。这样通过围岩自稳计算, 合理控制毛洞开挖尺寸和进尺, 以有利施工安全。
3.5 用于复合式衬砌设计
如果将承载主体由衬砌材料变成围岩, 并选择设置注浆锚杆, 系统会自动考虑围岩的强度, 这样计算出的围岩厚度加锚杆锚固长度就是设计的锚杆长度。如承载主体选择某种标号的喷射混凝土或模筑混凝土, 计算出的厚度即为初期支护设计厚度或二次衬砌厚度。同样, 可以按照已定拱形不优化;衬砌厚度单优化;衬砌厚度及拱形双优化进行设计。
3.6 用于反推地压和动态设计
原铁道部黄土双线隧道设计研究组对陇海线13座黄土双线隧道裂缝问题调查研究发现:“黄土隧道开裂与结构形式有密切关系。尖拱型单线隧道, 则拱腰部分出现纵向裂缝;双线隧道均属尖拱型, 拱腰普遍出现裂缝。因此, 得出结论:裂缝的主要原因是尖拱型衬砌不适应实际土压力大小及分布”。为弄清土压力大小及分布, 原国家建委某工程黄土洞室科研组在山西进行了近二年的《黄土洞室稳定性的野外试验》 (表4) , 测得109洞垂直荷载为86kPa, 水平荷载按侧压力系数0.3计算是25.8kPa, 其按此分析结果得出计算变形与实际变形完全相反;原国家建委五局建筑科学研究所据此试验实测数据, 认为平均垂直荷载是86kPa, 推断其拱顶至拱脚的垂直荷载按2.7～172.1kPa直线变化, 呈马鞍形分布, 但这种荷载的计算结果与实际变形也不完全相符;本系统反推侧压力系数为0.6099, 完全符合拱顶向上位移, 两侧向内位移的实际情况, 得到了理论计算与实际破坏完全一致的结果。对保证动态设计的安全、经济性有重要作用。
3.7 用于隧道施工安全计算
静宁隧道是位于松软、潮湿、饱和新黄土地段的双车道隧道, 2007年发生的大塌方事故, 除遇连续降雨, 渗水使黄土强度急剧降低, 粘聚力显著折减等不利条件影响外, 其重要原因之一就是为抢工期, 一次衬砌太长、二次衬砌没有跟上, 造成冒顶坍塌事故。该隧道在松软黄土地层中构筑, 勘测确定为Ⅵ级围岩。系统计算:一次衬砌承载长度在3m以下, 安全系数>2, 可保安全;一次衬砌承载长度在3m～10m, 安全系数>1, 暂时安全;一次衬砌承载长度>10m, 安全系数<1, 不安全。实际一次衬砌承载长度控制30m, 安全系数在0.72以下, 事故难以避免。本系统可按照实际拱形, 计算最大掘进进尺长度、计算一次衬砌最大承载长度、校核二次衬砌允许拆模强度等, 对隧道安全施工具有一定指导意义。
3.8 用于围岩破坏机理研究
围岩自承载能力决定于围岩物理力学性质、隧道断面尺寸和形状以及掘进长度等。毛洞的破坏主要因素是荷载大小、分布与围岩强度、挖掘洞形不相适应、承载拱以内的地层失稳造成的。洞室破坏后形成新的优化拱形而暂时稳定, 但随着垂直和侧向水平荷载的相互变化, 又会形成新的失稳, 以新的优化拱形暂时稳定。每次暂时稳定的优化拱形和尺寸, 可以通过系统算出。其计算结果与陕西省建工局建筑科学研究所, 西安冶金建筑学院地下结构专业八孔土窑失稳破坏全过程调查结果相同, 见图5, 也与西安冶金建筑学院采矿系模拟试验研究小组黄土峒库模拟试验结论相似。不仅片帮、冒顶的形状、尺寸与实测接近, 而且片帮、冒顶的顺序也与实际相同。
4 结语
本系统针对当前隧道与地下工程衬砌设计存在的问题, 解决了地下工程荷载计算、用荷载结构法计算围岩承载、智能确定优化拱形和最佳衬砌厚度等问题, 并经过理论与实践的长期检验, 证明是可用于指导隧道具体工程的实用设计系统, 除了能精确、快速地进行衬砌优化设计外, 还能用于围岩稳定分析、复合式衬砌设计、反推围岩压力分布、动态设计、隧道施工安全计算和围岩破坏机理研究等工作。但其试验工程还局限于部分地区的少量工程, 缺乏普适性验证。隧道及地下工程量大面广, 地质条件工程情况千变万化, 还需要广大同行通力协作, 在不同条件下进行试验和检测, 以通过大量工程实践, 进一步发现问题, 完善补充, 扩大应用, 为我国乃至世界隧道及地下工程发展作出贡献。
5 后记与致谢
本系统在继承和发扬太沙基理论、荷载结构法、合理拱轴原理的基础上, 进行了创新、论证、检验、试验等工作, 于2007年通过省级鉴定, 与会专家一致认为:该研究成果在地下洞室优化设计方面达到国际先进水平;2008年获得甘肃省科技进步奖;2009年取得国家知识产权局批准公布的三项国家发明专利。这些工作, 单靠我们的力量是难以完成。其取得进展, 离不开广大隧道及地下工程工作者的辛勤劳动和无私奉献。因为, 从室内模拟试验、围岩压力的测试、优化工程的实践以及理论问题的探讨等, 广大隧道工作者都做了大量工作, 为成果完成起了很大作用。例如:清华大学、同济大学、哈尔滨建筑工程学院、重庆建筑工程学院、天津大学、淮南煤炭学院、山东矿业学院、西安冶金建筑学院、兰州铁道学院、铁道科学院、铁路专业设计院、北京市政设计院、中华人民共和国交通部、中国人民解放军工程兵司令部等编著的曲墙或直墙拱结构计算实例, 为理论上验证系统计算的精确性和优化效果提供了条件;长安大学公路学院、原国家建委某工程黄土洞室科研组、原铁道部黄土双线隧道设计研究组、广州铁路局科学技术研究所等众多单位的40项工程围岩压力测试和裂缝隧道调查统计以及357个铁路单线隧道塌方统计分析, 为对比计算与实测结果、检验系统的正确性和可行性提供了依据;国内外173项隧道与地下工程实践, 为检验设计的安全性、经济性对比提供了条件;甘肃省人防、兰州市人防、原甘肃省建委、兰州市建委提供的9项隧道与地下工程优化试验工程, 为进一步长期实践考验优化工程的安全、质量、速度、节约性能作出了最有力的证明。
摘要：为解决隧道与地下工程衬砌设计存在的问题, 根据国际先进水平的《隧道与地下工程设计施工新法》编制, 用立体极限地压理论、优化承载主体、自动确定合理拱轴线等方法, 解决了正确计算地下工程荷载、智能确定最佳拱形和最佳衬砌厚度等问题, 使隧道与地下工程设计进入了新高度。利用本系统不仅可以在几分钟时间内完成隧道衬砌设计分析工作, 计算精度较经典范例提高100倍, 工程经济技术指标显著提高。经过大量实测数据与多项工程试验证明, 是可靠、实用、经济的方法。比复合式衬砌总厚度平均减薄30%以上。按本系统设计和施工的不同试验工程, 经过长期考验, 全部获得成功。不仅实现了安全无事故、优质、快速, 而且节约水泥、钢材、木材40%以上。
关键词：地下工程,隧道,优化设计,智能分析
参考文献
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地下工程与隧道工程要点 篇2
1、新奥法隧道施工的基本原则是什么？
答：（1）因为岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，所以在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏
岩体的强度；
（2）为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形；
（3）为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快使之闭合，而成为封闭的筒形结构；
（4）在施工的各个阶段，应进行现场量测监视，及时提出可靠的、数量足够的量测信息，如坑道周边的唯一或收敛、接触
应力等，并及时反馈用来指导施工和修改设计；
（5）为保证二次衬砌的质量和整体性，应采用先墙后拱的施工顺序；
（6）在隧道施工过程中，必须建立设计—施工检测—地质预测—量测反馈—修正设计的一体化的施工管理系统，以不断地
提高和完善隧道施工技术。
2、锚杆的支护作用有哪些作用？
答：联结作用、组合作用、整体加固作用。
3、盾构机的基本构造有哪几部分组成？
答：由盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统等四大部分组成。
4、大开挖基坑工程竖直开挖适用于哪些场地？
答：该法适用于开挖深度不大、无地下水、基坑土质条件较好的场地。
5、顶管顶进阻力的方法有哪些？
答：顶管的顶进阻力主要由迎面阻力和管壁外摩擦阻力两部分组成。为了充分发挥顶力的作用，达到尽可能长的顶进距离，除
了在管道中间设置若干个中继环以外，更为重要的是尽可能降低顶进中的管壁外周摩擦阻力。目前常用的顶管减阻措施为触变
泥浆碱阻。
6、常用的沉管设计方法有哪些？
答：分吊法、扛吊法、骑吊法、拉沉法。
7、隧道施工中暗挖法按断面的开挖方式可分为哪些，分别适用于那种地质条件？
答：（1）全断面开挖法，适用于Ⅰ~Ⅲ级岩质较完整的硬质岩中；
（2）台阶开挖法，适用于
（3）分部开挖法，适用于
8、盾构推进的动力是什么？
答：千斤顶和液压设备
9、棚式明洞常见的结构有哪些？
答：有墙式棚洞、刚架式棚洞、柱式棚洞、悬臂式棚洞。
10、台阶法有哪几种？
答：有长台阶法、短台阶法、超短台阶法三种。
11、洞门的类型及使用条件？
答：（1）端墙式洞门，适用于岩质较好的稳定的围岩，以及地形开阔的地区；
（2）翼墙式洞门，适用于地质较差的围岩，以及需要开挖路堑的地方；
（3）削竹式洞门，当洞口岩层坚硬、整体性好、节理不发育、且不易风化，路堑开挖后仰坡极为稳定，并且没有较大的排
水要求时采用；
（4）遮光棚式洞门，当洞外需要设置遮光棚时采用；
（5）柱式洞门，适用于城镇、乡村、风景区附近的隧道。
12、新奥法的理论依据及核心内容是什么？
答：（1）理论依据：在新奥法中，支护结构的设计原理是围岩和柔性支护结构共同变形、破坏的弹塑性理论；
（2）核心内容：新奥法不同于传统的开挖、支撑、模注衬砌的施工方法，它以及时的锚喷作为临时支护，称为第一次衬砌。
第一次衬砌可以起到稳定围岩，控制围岩应力和变形，防止围岩松弛、坍塌等作用。待其基本稳定后，再加做模注混凝土二次
衬砌。此时，原来的临时支护（锚喷支护）称为永久衬砌的一个组成部分。而二次衬砌基本上不承受荷载或承受很小的荷载，主要是为了满足隧道结构物的安全、耐久、防水和饰面等的需要。
13、隧道设计的基本要求是什么？
答：隧道主体结构物应按永久性建筑设计，具有规定的强度、稳定性和耐久性；在建筑界限内，不得有任何部件侵入；洞口的边坡及仰坡必须保证稳定，避免大挖大刷。
14、全断面开挖方法适用于较碎的，软质围岩，如Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩？
答：全断面法适用于Ⅰ~Ⅲ级岩质较完整的硬质岩中，必须具备大型施工机械。
15、公路隧道净空、公路隧道建筑限界、喷射混凝土、锚喷支护、围岩压力、单斜构造、顶管法、隧道净空、公路隧道、明洞、围岩、隧道门、搅拌桩挡墙、隧道建筑限界、装配式衬砌、衬砌、地下结构、光面爆破、断层、盾构分别指什么？
答：公路隧道净空：指公路隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间；
公路隧道建筑限界：是为保证公路隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界；
喷射混凝土：借助喷射机械，利用压缩空气或其他动力，将按一定配比的拌和料，通过管道运输并以高速喷射到受喷面上，迅速凝结固化而成的混凝土。
锚喷支护：是将喷射混凝土与锚杆作为利用和加强围岩自身支承能力的手段。
围岩压力：地下结构所承受的荷载主要是结构体系的本身——地层，称为地层压力或围岩压力；
单斜构造：是指成层的岩层向一个方向倾斜的地质构造。
顶管法：顶管法主要是采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备，以顶管工作井作承压壁，将管子按设计高程、方位、坡度逐根顶入土层直至达到目的地，是修建隧道和地下管道的一种重要方法。
隧道净空：指隧道衬砌的 内轮廓线所包围的空间；
公路隧道：专供汽车运输行驶的通道；
明洞：用明挖法修筑的隧道结构称为明洞；
围岩：指隧道（坑道）周围一定范围内，对隧道（坑道）稳定性能产生影响的岩土体；
隧道门：是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌与洞口外路堑的支护结构。
搅拌桩挡墙：是用水泥和地基土相拌和，达到加固土体的目的，具有优良的抗渗性。
隧道建筑限界：是为保证隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限
界；
装配式衬砌：是由称为管片的多块弧形预制构件拼装而成，是建成隧道后的永久性支撑结构。
衬砌：是为防止围岩变形或坍塌，沿隧道洞身周边用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。
复合式衬砌：是指型钢拱架或格栅拱架、锚杆、初期喷射混凝土、二衬混凝土组成的一种组合支护结构。
地下结构：是指保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修建的结构物。
光面爆破：是控制爆破的一种，是通过合理确定轮廓面炮眼的各项爆破参数，使爆破后轮廓面整齐，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。在起爆顺序上为最后引爆。
断层：是指岩层在层理垂直方向受挤压或拉伸作用类似剪切破坏而形成的一种地质构造。
盾构：是一种钢制的活动防护装置获活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海底以及城市居民区修建隧道时使用的一种施工机械。
16、详细勘察的目的任务和基本内容是什么？
答：目的：是根据批准的初步设计，对已选定的隧道位置进行详细的工程地质勘察，为编制隧道的施工图提供的工程地质资料。任务：是对隧道所在区的地形、地貌（包括洞外接线）、工程地质特征及水文地质条件作出正确的评价；根据控制围岩稳定的诸因素及地层弹性纵波的波速，分段确定隧道洞身的围岩级别；由于隧道地质情况千变万化，施工时各段洞身掘进、支护及衬砌类型也不尽相当，要求详勘时根据地质 变化提供相应的施工设计地质资料及建议。
基本内容：在初勘的基础上进一步开展深入细致的工作，着重查明和解决初勘时未能查明解决的地质问题，补充、核对初勘时的地质资料。对初勘时建议深入调查，勘探的重大复杂地质问题应作出可靠的结论。隧道进、出洞口地段是地质复杂地段及不良地质地段，加之边、仰坡较陡，因此洞口边、仰坡稳定性较差。应根据地质特征，着重分析隧道围岩的稳定性及洞口斜坡的稳定性。正确评价和预测隧道区的工程地质、水文地质条件及其发展趋势，提供设计、施工所需的定量指标，以及设计施工应注意的事项和政治措施意见。
17、沉灌隧道的基础处理措施有哪些？
答：沉管隧道的基础处理方法，大体上分为先铺法、后填法两、桩基法三大类。先铺法有刮砂法，刮石法等；后填法有灌囊法，压浆法，压砂法等。
18、什么是干式喷射混凝土？什么是湿式喷射混凝土？
答：干喷法：是将砂、石、水泥在干燥状态下拌合均匀，用压缩空气送至嘴并与压力水混合后进行喷射的方法。
湿喷法：是将水泥、砂、石和水在按比例拌合均匀，用湿喷机压送至喷嘴并与压力水混合后进行喷射的方法。
19、公路隧道的选址的基本原则包括哪些内容？
答：（1）必须与公路总体设计相协调适应(交通量、公路等级等)；（2）隧道位置应选择在稳定的地层中；（3）越岭隧道应进行较大范围的方案选择，进行全面的技术、经济比较，选择在地质条件较好的地段穿越；（4）沿河傍山隧道，其位置宜向山侧内移，避免一侧洞壁过薄产生偏压；（5）选择隧道位置时，应注意洞口位置和有关工程的处理，一般宜采取“早进洞，晚出洞”原则。
20、常见的明洞结构有哪几种形式？
答：拱形明洞和棚式明洞。
拱形明洞包括路堑对称型、路堑偏压型、半路堑偏压型、半路堑单压型；
棚式明洞包括墙式棚洞、刚架式棚洞、柱式棚洞、悬臂式棚洞。
21、隧道衬砌横断面结构的设计，主要步骤包括哪些？
答：（1）确定隧道类型，选定相应建筑限界；
（2）根据围岩类别初步拟定截面形状和衬砌厚度；
（3）编制计算机程序，对拟定的各种衬砌断面方案分别进行优化计算比较，得出它们最优解时所对对应的断面几何参数；
（4）应用结构分析程序，对得出的衬砌结构断面最优解进行力学检算，并对有关结果作出评价。
22、浅埋隧道的施工方法一般有哪些？
答：有盖挖法和明挖法。
23、新奥法设计施工的特点和优点？
答：特点：（1）及时性；（2）封闭性；（3）粘结性；（4）柔性。
优点：（1）经济、快速；（2）安全、适应性强；（3）可有效控制地表沉限量；（4）施工有较大的灵活性；（5）可有效保证防水层的防水效果。
24、常见的洞身衬砌结构类型有哪些？
答：有直墙式衬砌、曲墙式衬砌、圆形断面衬砌、矩形断面衬砌、偏压衬砌、喇叭口隧道衬砌。
25、隧道防排水治理的原则是什么？
答：我国隧道工作者已经总结出“截、堵、排相结合”的综合治水原则。
（1）截，就是在隧道以外将地表水和地下水疏导截流，使之不进入隧道工程范围内；
（2）堵，就是以衬砌混凝土为基本防水层，以其他防水材料为辅助防水层，阻隔地下水，使之不进入隧道内的防水措施，必要时还可以采用注浆堵水措施；
（3）排，就是认为设置排水系统，将地下水排除隧道；
（4）结合，就是因地制宜，综合考虑，适当选择治水方案，做到技术可行，费用经济，效果良好，保护环境。
总之，隧道和地下工程结构防排水是一项综合工程，要贯彻“防、排、截、堵相结合，刚柔并济，因地制宜，综合治理”。
26、目前用于稳定隧道开挖面的辅助施工方法有哪些？
答：超前支护、超前小导管预注浆、降水和堵水。
27、隧道轴线与地形的关系有哪几种？
答：坡面正交型、坡面斜交型、坡面平行型、尾部进入型、深入谷地型。
28、明洞拱背和墙背的回填应符合什么要求？
答：拱背的回填是为了保护拱背及拱脚，增强拱脚的固结，增加其稳定性，起加强的作用。墙背回填质量的好坏，直接影响到墙背岩土的稳定，侧压力的大小，也影响到墙背抗压力的大小。实际采用回填措施时，应根据明洞类型、山坡岩土类别、设计要求、施工方法确定。一般Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩其回填要求用片石混凝土或浆切片石回填密实，并于围岩面的接合良好。对Ⅴ、Ⅵ级围岩，墙背回填料的内摩擦角也应高于围岩的内摩擦角，如浆砌片石、干砌片石回填。
(1)拱脚用贫混凝土或浆砌片石回填。
(2)边墙背后超挖部分，宜用片石混凝土或水泥砂浆砌片石密实回填。
纽约地下隧道中的行为艺术 篇3
Exhibition at a Glance
科布伦茨的浪漫主义/持续/德国科布伦茨Romanticum艺术中心/在德国的科布伦茨，一个新的艺术展览中心从6月20日正式对外开放了。这个名为Romanticum的艺术中心占地800平方米，围绕着莱茵河的历史，文化和艺术展开，并充满高科技的互动元素。参观者可以乘着仿中世纪的木舟，一同回顾莱茵河上的神话。
艺术无处不在/8月12日—8月25日/英国各地/最近，英国人在网上选出了最受欢迎的57件艺术品，它们将在“艺术无处不在”的活动中被安放在英国国内大街小巷展出，覆盖站点、超市、广告牌等2.2万个可以宣传的地方。
欧文·佩恩的100件作品/持续/史密斯森美国艺术博物馆/史密斯森美国艺术博物馆在8月10日获赠了来自传奇摄影师欧文·佩恩的100张摄影作品，这些藏品由佩恩生前亲自冲印，并且多数都未曾发布过。佩恩的创作算得上20世纪美国最有代表性的摄影作品，他为《时尚》杂志创作的时尚、静物与肖像摄影作品为他在艺术界与商界赢得了赞誉。
地下河道与地铁共用隧道的设想 篇4
特大暴雨是指24小时内, 降水量超过250毫米。而我国北方的不少地区一年的降水量大多只有700~800毫米, 一天的降水量相当于4个月的降水量, 甚至半年的降水量!为了对付暴雨的袭击, 我国已经在很多城市推进“海绵城市”的建设。因为在中心城区没有办法修建水库, 又不能扩展河道, 未来北京在城区内建设大小不等的73个滨河公园, 这73个蓄洪蓄涝区能够存储1 000万立方米的雨水, 应付一般的中雨没有问题, 但是要对付特大暴雨还是力不从心的。
对付特大暴雨, 关键是给暴雨有出路, 要有足够宽的河道, 有排入水的地方, 如水库、湖泊、或者大江和大海。现在大城市极高的地价, 已经没有扩展河道的余地, 中心城区也没有地方可以建设水库。随着特大型盾构挖掘机技术的不断突破, 建设地下河道与地铁共用隧道成为一条可行的途径。
上海目前已经能够建造最大直径为15.75米的盾构挖掘机, 下一个台阶是研发直径为16米至18米的盾构挖掘机。只要直径超过16米, 就能够建造地下河道与地铁的共用隧道。共用隧道的外径为16米, 在技术许可的条件下, 尺寸尽可能大一些。隧道内部分为上下两部分, 上部为复线地铁慢车线路, 下部为地下河道, 上下部分的隔离均为密封结构, 上下部的中心垂直面为连续的垂直墙。垂直墙的作用是设置了支撑河道上部的地铁快车一侧轨道线路, 同时加强了隧道的整体刚性。每年特大暴雨发生的概率不高, 南方城市不会超过一年的时间1%, 而北方城市则不会超过一年时间的0.3%!地下河道的使用时间的比例是极小的, 因此要设法提高地下河道的利用率, 在地下河道的上部设置了超大型的地铁快车线路。
地铁快车线路的社会效果很好。目前全世界只有纽约的地铁有多条快车线路, 在运行时候, 快车线路的乘客流量比同一线路上的慢车线路乘客流量高出三至四倍之多!地铁快车是很受群众欢迎的, 尤其是在长距离的线路上!地下河道上部的地铁快车轨距为5 200毫米, 车厢的外侧宽度为5 600毫米, 每节车可以载客750位, 8节编组, 每列地铁可以载客6 000人。地铁快车的设计区间运行速度为时速140公里, 一条30公里长的线路, 设置7个车站, 平均站距5公里, 全程仅需要运行20分钟, 全线实行无人驾驶。如果发车间隔为90秒, 其单向的运送能力高达每小时24万人次!远远高于普通地铁的运送能力。
为了使地铁快车高速度运行时候不发生脱轨事故, 在地铁快车的下部两侧设置侧向的防脱轨轨道, 快车运行时候, 侧向车轮与侧向轨道保持10~20毫米的间隙, 一旦车辆发生侧向运动, 侧向的轨道可以导向, 能有效防止列车脱轨事故。
所有的地铁车辆均采用轻质材料制造, 以最大限度地减少运行时候的能源消耗。车厢与结构的材料使用铝合金为主体材料, 要比钢质材料至少轻30%以上, 运行时候的单位能源消耗可降低20%以上。
地铁快车线路的车厢及其运行时候所需要的空间, 大约占了地下河道的截面60%以上。在快车运行的时候, 地下河道可利用的截面为30%, 一般大雨的排水不成问题, 遇到特大暴雨, 下了5、6个小时以后, 确定要全部使用地下河道, 地铁快车能够在半小时内退出线路, 此时关闭水密门, 关闭所有的快车线路电源, 屏蔽门向上收起, 地下河道可以全部投入使用。
地下河道与地铁共用隧道有一个很重要的参数:隧道的比降。河水要流动, 流动慢了需要的隧道截面很大, 共用隧道的比降设计的比较大, 其设计比降为1∶10 000, (南水北调的主干渠的设计比降为1∶20 000) 河水在正常运行时候, 流动的速度为每秒4米左右, 当暴雨下大了, 还可以把使用比降提高为1∶5 000的运行方式, 使水流速度提高到每秒8米, 从而达到每小时排水能力400万立方米, 提高比降是依靠加大泵站的排水量实现的。当暴雨停止了, 要恢复使用快车线路, 马上排水, 使水位下降到通车要求以下, 然后检查电器设备, 大约需要花费两个小时可以恢复运行了。
地下河道与地铁共用隧道是大城市和特大城市的一项重大市政工程, 其线路的选择十分重要。线路选择的制约因素是排水的方向, 往哪里排水?这一点上海有独特的优势, 北靠长江, 东临大海, 又不缺淡水, 把雨水排入大江大海都没有问题。上海的大虹桥到大杨浦是一条比较完美的线路, 再向东北排入长江口。对于武汉而言, 武汉的周边湖泊甚多, 最好是在其附近改造一个10平方公里左右的湖泊, 封闭其湖泊, 加大深度, 使其达到有1亿~3亿立方米的蓄洪储水能力, 在汛期来临前排空湖水, 使其能够应付两场特大暴雨, 只要做到这一点, 武汉的观海景观永远成为历史。对于靠近山区的城市, 最好还是利用山区的水库, 北京的蓄水点在北郊的水库群, 共用隧道是南北走向, 向北, 离开了五环、六环后, 把水引向沙河水库、十三陵水库、沙峪口水库和怀柔水库等多座水库, 宝贵的雨水对于北京而言, 太重要了!北京北郊的燕山脚下的山谷中多座水库群如果作加深扩容改造, 其储水能力还能够大幅度提高, 至少能够达到3亿~5亿立方米, 对付特大暴雨的能力绰绰有余了!
地下河道与地铁共用隧道仅仅是一条排水的主要干道, 还需要有很多支线把现有的雨水管道与主干道连接起来, 才能发挥它巨大的作用。建设共用隧道与支线管道需要巨大的投资, 不过从日后减少的损失来计算, 其回收期并不长, 这是一项造福于民的工程, 一项养兵千日用兵一时的工程, 值得大城市建设的!
隧道与地下工程施工技术与管理 篇5
——土木工程施工论文
姓名：学号：
摘要：简要介绍我国现行的隧道及地铁的施工工艺，并简介我国自行研究开发的地下结构工程的施工的新型工艺技术。展望我国未来的地下结构建筑发展方向并提出施工技术方面的需求和注意。
关键词：隧道；地下建筑；施工技术
一、简介
随着科学技术和经济的发展，在地上建筑高度比拼的同时，地下空间的开发也成了建筑师们钟爱的方向。近年来我国一批大型基础设施建设工程的落成为地下工程的设计施工提供了大量实验基础和施工经验，如青藏铁路的开工建设和顺利实施,为解决高原冻土区地下工程的施工提供了良好的试验基础；同时，城市地铁工程的建设也对解决复杂城市地质环境条件下地下工程施工提出了新的挑战；而大型桥梁、跨江隧道和海上设施的建设使水下的地下工程施工面临更高的技术要求。一系列大型基础设施的建设并完工极大地促进了地下工程施工技术水平，及时总结和完善这些地下工程施工新工艺和其他技术成果将为今后的地下工程施工提供良好的技术支持和保证，对推动我国地下工程的施工带来巨大的促进作用。
二、施工方法
我国现行的地下隧道的施工方法主要以下几种：
（1）、新奥法
新奥法是新奥地利隧道施工方法的简称, 在我国常把新奥法称为“锚喷构筑法”。采用该方法修建地下隧道时，对地面干扰小，工程投资也相对 较小，已经积累了比较成熟的施工经验，工程质量也可以得到较好的保证。使用此方法进行施工时，对于岩石地层，可采用分步或全断面一次开挖，锚喷支护和锚喷支护复合衬砌，必要时可做二次衬砌；对于土质地层，一般需对地层进行加固后再开挖支护、衬砌，在有地下水的条件下必须降水后方可施工。新奥法广泛应用于山 岭隧道、城市地铁、地下贮库、地下厂房、矿山巷道等地下工程，是我国目前矿石隧道施工的主要施工方法。
当前,世界范围内应用新奥法设计与施工城市地铁工程取得了相当大的发展。智利的圣地亚哥新地铁线采用新奥法施工地铁车站,车站位于城市道路下7～9m, 开挖面积230m2,相当于17m(宽)×14m(高)。针对我国城市地下工程的特点和地质条件, 新奥法经过多年的完善
与 发展,又开发了“浅埋暗挖法”这一新方法,与明挖法、盾构法相比较,由于它可以避免明挖法对地表的干扰性,而又较盾构法具有对地层较强的适应性和高度灵活性,因此目前广泛应用于城市地铁区间隧道、车站、地下过街道、地下停车场等工程,如根据新奥法的基本原理,采用“群洞”方案修建的广州地铁二号线越秀公园站及南京地铁一期工程南京火车站站,断面复杂多变的折返线工程、联络线工程也多采用新奥法。
在我国利用新奥法原理修建地铁已成为一种主要施工方法，尤其在施工场地受限制、地层条件复杂多变、地下工程结构形式复杂等情况下用新奥法施工尤为重要。
（2）、盾构法
我国应用盾构法修建隧道始于20世纪50～60年代的上海。最初是用于修建城市地下排水隧道，采用的是比较老式的盾构机（如网格式、压气式、插板式等），80年代末、90年代初开始采用土压式、泥水式等现代盾构修筑地铁区间隧道。盾构法具有安全、可靠、快速、环保等优点。目前，该方法已经在我国的地、铁建设中得到了迅速的发展，也是我国目前城市隧道施工的主要施工方法。
随着盾构法研究的深入、工程应用的增多，盾构法施工技术以及盾构机修造配套技术也得到了发展提高：上海地铁隧道基本全部采用盾构法修建，除区间单圆盾构外，还使用双圆盾构一次施工两条平行的区间隧道，此外还试验采用了方形断面盾构修建地下通道；采用直径 11.2m的泥水盾构建成了大连路越江道路隧道，这也是目前我国最大直径的盾构机。广州地铁采用具有土压平衡、气压平衡和半土压平衡模式的新型复合式盾构机成功应用于既有软土、又有坚硬岩石以及断裂破碎带的复杂地层的地铁区间隧道修筑，大大拓展了盾构法的应用范围。深圳、南京、北京、天津等城市虽然地质、水文条件各不相同，但采用盾构法修建区间隧道均取得了成功。
除了上述几点外，我国盾构技术的进步还表现在以下4个方面：①掌握了盾构机的选型和配套技术，与外国合作设计生产盾构机，配套施工设备包括管片模具完全能够自行设计制造；②掌握了盾构隧道的设计和结构计算技术以及防水技术；③掌握了盾构掘进控制技术，如盾构掘进参数选择控制、碴土和压力管理、地表沉降控制、盾构机姿态和隧道轴线控制、管片防裂、同步注浆等，实现了信息化施工，可以确保盾构施工的安全、优质、高效和环保；④掌握了不同地质条件和复杂环境条件下的施工及相关的施工技术。但同时我们也 应看到自己的不足。
（3）、浅埋暗挖法
经新奥法多年施工总结发展而成的浅埋暗挖法又称矿山法，起源于1986年北京地铁复兴门折返线工程，是国人自创的适合中国国情的一种隧道修建方法。该法是在借鉴新奥法的理论基础上，针对中国的具体工程条件开发出来的一整套完善的地铁隧道修建理论和操作方法。与新奥法的不同之处在于，它是适合于城市地区松散土介质围岩条件下，隧道埋深小于或等于隧道直径，以很小的地表沉降修筑隧道的技术方法。它的突出优势在于不影响城市交通，无污染、无噪声，而且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。它是一项边开挖边浇注的施工技术。其原理是：利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采取适当的支护措施，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构的不开槽施工方法，主要适用于粘性土层、砂层、砂卵层等地质。由于浅埋暗挖法省去了许多报批、拆迁、掘路等程序，现被施工单位普遍采纳。
浅埋暗挖法的核心技术被概括为 18字方针：管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。其主要的技术特点为：动态设计、动态施工的信息化施工方法，建立了一整套变位、应力监测系统；强调小导管超前支护在稳定工作面中的作用；研究、创新了劈裂注浆方法加固地层；发展了复合式衬砌技术，并开创性地设计应用了钢筋网构拱架支护。
由于该工法在有水条件的地层中可广泛运用，加之国内丰富的劳动力资源，在北京、广州、深圳、南京等地的地铁区间隧道修建中得到推广，已成功建成许多各具特点的地铁区间隧道，而且在大跨度车站的修筑中有相当的应用。此外，该方法也广泛应用于地下车库、过街人行道和城市道路隧道等工程的修筑。
（4）、钻爆法
我国地域广大、地质类型多样，重庆、青岛等城市处于坚硬岩石地层中，广州地铁也有部分区段处于坚硬岩石地层中，这种地质条件下修建地铁通常采用钻爆法开挖、喷锚支护。钻爆法施工的全过程可以概括为：钻爆、装运出碴，喷锚支护，灌注衬砌，再辅以通风、排水、供电等措施。在通过不良地质地段时，常采用注浆、钢架、管棚等一系列初期支护手段。根据隧道工程地质水文条件和断面尺寸，钻爆法隧道开挖可采用各种不同的开挖方法，例如：上导坑先拱后墙法、下导坑先墙后拱法、正台阶法、反台阶法、全断面开挖法、半断面开挖法、侧壁导坑法、CD法、CRD法等。对于爆破，有光面爆破、预裂爆破等技术。对于隧道初期支护，有锚杆、喷混凝土、挂网、钢拱架、管棚等支护方法。及时的测量和信息反馈常用来监测施工安全并验证岩石支护措施是否合理。防水基本采用截、堵、排等几种方法，其中在喷射混凝土内表面张挂聚乙烯或聚氯乙烯板，然后再灌注二次混凝土衬砌被认为是一种效果良好的防渗漏措施。
同时，经多年的施工总结和发展，我国也研究开发出一批自己的地下施工新技术，包括在青藏铁路建设中大量运用的多年冻土区钻孔灌注桩施工工艺、地铁施工中的桩基托换技术、过江隧道施工中的水平冻结法、地铁车站三拱两柱结构暗挖中洞施工工艺、海上基础工程施工工艺等。
三、发展方向
我国已有近40年的地下空间开发修建史，尤其是今年来的各种地下空间的开发利用更加丰富了我国在包括地铁、隧道、地下商城等地下空间部分的规划、设计、施工管理与防灾救治设备维修等技术丰富和管理制度。由于我国地域广大、地质情况复杂多样，地下部分的开发利用也必然存在着极大的难度。就目前看来，我国已有的技术手段可以应付除西部和东北地区以外的大部分城市的地下建设需求。
为了使我国的地下建筑开发日趋完备，更快的完成经济、适用、安全等要求，我们仍需努力。
1、尽早统一地下建筑的设计、施工规范，以保证其有法可依。
2、组织力量对地下建筑施工技术及设备进行研究开发，寻找更为经济环保的施工工艺。
3、加大地下建筑防水材料、工艺及设备的研究力度。目前我国地下建筑的防水问题仍是一大空白，地下部分建筑的防水因其地理位置的特殊性，常用的工程防水技术难以满足防水要求或者后期维修复杂繁琐。故对地下防水新型防水材料和防水工艺的开发利用是刻不容缓的。
地下隧道 篇6
关键词：隧道 地下工程 发展概况 前景
中圖分类号：TU92文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-01
1 隧道及地下工程的发展的必要性及概况
我国正处于社会主义经济发展的重要时期，而基础建设在国民经济的结构中一直占有举足轻重的地位。近年来，由于我国经济的迅速发展以及人口的城市化，为从根本上缓解并解决人口的增长给城市交通、环境等带来的压力，修建各种各样的地下隧道、地下商城及其他形式的地下构建物趋势的增长是必然的。
在我国现代化进程中，离开了地下设施，城市是无法正常运转的。就一般规模的城市而言，其供水供气、排污通讯以及供热都是不可或缺的地下设施，而对于那些人口过50万甚至过百万的大型城市，则地下购物商店，地下文化设施（博物馆等）、地下住宅、地下办公室、地下停车场、地下行人通道、储藏室及废物处置地等集生活、储存、运输及废物处置的地下设施更是极为重要的减轻人口压力的方法。
综上所述，就我国地下工程发展状况来看，我国的修建技术水平不但能够满足国家基本建设的需要，而且进步速度快，发展势头良好。但是我们也应该看到发展中所存在的问题和不足。尤其是我国目前地下工程的技术水平和运用程度与先进国家相比较仍有较大的差距。所以我们更需要进一步对地下工程进行深入的技术研究，对施工大型设备进行制造创新，来促进我国地下工程更好的进步发展。
2 隧道及地下工程基础技术的发展
状况
目前，我国的地下工程建设已经拥有较大的规模，并且由于我国地域广阔、地质条件复杂多变，因此地下工程的技术发展迅速并且种类繁多，几乎囊括了世界上各种技术。地下工程较其它工程技术有它的独特性：历史悠久、业绩辉煌、为人类扩展了无限的生存空间以及它的科学与神秘。作为一门科学，也是一门学科，主要包括以下三个方面：设计技术、施工技术以及管理技术。
2.1 隧道及地下工程的进步
70年代末以来，我国引进和推广了“新奥法”，使得我国地下工程技术有了显著的进步。其实际意义有两点：1、通过数值计算等方法详细了解围岩的力学性能，并充分利用围岩的自承能力，尽量减少施工等人为因素对围岩的扰动，在必要时可以采取一定的加固措施。2、在施工现场要进行切实有效的管理，包括对施工进程的实时把握以及对施工现场的监测、控制。在实践和创新中，我国对“新奥法”的改进和创新也做了大量工作，并建立了具有我国特色的工程技术系统，如浅埋暗挖、盾构
法等。
近年来，我国在地下工程施工设备也在飞速进步。从五十年代初的手工工具到六七十年代的小型施工设备，以化整为零的方法来逐步施工；八十年代的大型机械设备时期，逐步采用全断面开挖方法，大大的提高了地下工程的施工进度，并且实现了围岩的低扰动；九十年代则是以大型掘进机和盾构机为代表的现代化施工，是我国的特长隧道修建能力有了突破性进展。
2.2 隧道及地下工程技术的发展差距
我国地下工程在近几年有着飞速的进步，但仍与地下工程技术强国有着不少差距，主要有：
从地下工程技术层面看，地下工程在我国有着悠久的历史，虽然我国有不少先进技术是引进于国外，但更多的是我们自己的发展与创新。但仍没有形成我们自己的体系，成功经验相对于技术强国仍有不足。
从地质勘察层面看，我国地质勘查无法满足实际需求，我国地域广阔，地质条件复杂，使我国对复杂地质情况无法充足认识，致使地下工程的设计及施工水平也难以提高，并为安全事故埋下隐患。我国优秀地质勘察人员也严重稀缺，同样制约着我国地下工程的发展。
从管理层面看，我国管理技术现对落后，施工过程中没有有效进行施工进程的监测和管理，不能有效的进行信息的采集、处理及反馈，以致酿成事故。
3 隧道及地下工程的发展前景
随着我国综合实力的不断提高，新技术的不断研发，我国的隧道工程的前景是非常广阔的。而交通、水利的发展，特别是西部地区的交通发展与隧道工程的发展有着千丝万缕的联系，逐渐成为了制约交通、水利工程发展的瓶颈所在。随着近年来，我国高速公路网以及铁路网在全国范围内铺开，特别是向着我国多山区地带的西部地区不断的延伸，越来越体现出隧道工程发展的重要性和迫
切性。
近年来，我国城市经济的发展非常迅速，但是随着经济的发展，城市发展与土地资源紧张的矛盾就凸显了出来。而地下工程的大力发展，正是有效解决这一矛盾的方法之一。充分利用地下资源，建设各种城市地下设施，减少地上土地资源的占用量，也是城市经济发展的客观需要和必经之路。
参考文献
[1] 黄宏伟.城市隧道与地下工程的发展与展望[J].地下空间，2001.
[2] 戴文亭，白宝玉.我国隧道及地下工程发展现状和前景展望[J].东北公路，2000.
浅析地下工程隧道防水的综合措施 篇7
综上工程慨述情况, 在路基开挖填筑、排水管道施工、路基防护、及结构防水都要做到更加详细的规划。本文浅析在工程中主要应用的防水措施。
1 结构防水
1.1 选用合理的结构形式
以结构自防水 (含外加剂) 为主的防水主导思想, 在《地下工程防水技术规范》中得到了充分体现, 结构自防水法是利用结构本身的密实性、憎水性以及刚度, 提高结构本身的抗渗性能, 通常被称为刚性防水。它要求结构本身必须具备一定的刚度, 而合理的结构形式恰恰是提高结构整体刚度的关键。因此, 设计中在结构选型方面, 应根据防护要求、平时和战时使用功能、工程地质和水文地质条件等因素综合确定, 能方的不长、能整的不散, 避免结构突变 (或断面突变) , 尽量使结构选型规则、整齐, 借以提升结构的整体刚度, 减少裂缝开展及变形缝的设置。
1.2 主体结构材料的选材及施工
(1) 结构自防水采用抗渗等级为S8的C3防水混凝土, 微膨胀高效防水剂的具体掺量根据厂家具体品牌、型号、材料的技术要求, 按所要求膨胀砼限制膨胀率, 遵守《混凝土外加剂技术规范》的相关规定, 通过混凝土试配确定。主体结构采用全外包柔性防水卷材。自粘防水卷材的尺寸、外观等需要符合规范和产品说明要求, 配套产品等配套进场并分开码放, 配中文标志牌, 以免工人混用。 (2) 试铺:在基层上按规范要求排铺卷材。 (3) 铺贴大面卷材:自粘卷材铺贴时, 先将卷材对准基准线全幅铺开。从一头将卷材 (连同隔离纸) 揭起, 沿卷材幅长中线对折, 用裁纸刀将卷材背面隔离纸轻轻划开, 小心撕开一小段 (约500mm长) , 两人合力将揭掉了隔离纸的这段卷材对准基准线粘铺定位。再将揭起的半幅卷材重新铺开就位, 拉住揭下的隔离纸均匀用力向后拉, 慢慢将该半幅卷材的隔离纸全部拉出, 将卷材粘铺压实。依上述方法粘铺另半幅卷材。拉铺时随时注意隔离纸的完整性, 发现撕裂, 断裂, 立即停止拉铺, 将撕断的残余隔离纸清理干净后, 再继续拉铺, 在这个铺设过程中一定要随时注意与基准线对齐, 不得有偏差。 (4) 卷材连接和密封:采用搭接方式, 铺贴卷材时, 卷材搭接宽度为120mm, 搭接缝不需要做任何处理。 (5) 卷材预留:底板卷材伸出侧墙75cm, 便于与侧墙上的卷材搭接。从底面折向立面的卷材与临时性保护墙接触的部位, 临时贴附在该墙上, 卷材铺好后, 其顶端预留15cm临时固定。
2 结构自防水
本工程防水原则是“结构自防水为主辅助防水措施为辅, 刚柔并济、多道线”。结构自防水施工质量的控制是隧道防水的关键。
(1) 在正式施工前, 针对工程特点与施工条件, 会同设计、施工、监理及砼供等各方, 共同制定施工全过程和各个施工环节的质量控制与保证措施以及相关的施工技术条列商定质量检验和合格验收方法。 (2) 需要重点保证质量并采取专门措施的内容都有:结构表层砼的振捣密实与均匀性, 砼的良好保护, 砼保护层厚度及钢筋定位的准确性, 砼裂缝控制。为限制的早期开裂, 要求12小时抗压强度不大于8MPa或24小时不大于12MPa。当使用一般的细石砼垫块时, 满足保护层厚度和定位的允差要求, 垫块的强度高于构件本体, 水胶比不大于0.4, 垫块数量至少4个/m2, 绑扎垫块和钢筋的铁丝头不得伸入保护层。砼入模后的内部最高温度不高于70℃, 构件任一截面在任一时间内的内部最高温度与表面温度之差不大于20℃, 淋注于砼表面的养护水温度低于砼表面温度的差值不大于15℃, 降温速率最大不宜超过2℃/每天。
3 结构细部构造防水
(1) 沉降缝 (也即变形缝) :根据设计图纸所示隧道主体按各段结构类型及长度设置变形缝, 每个主体结构区段之间的需设置变形缝。变形缝防水, 由中埋式橡胶腻子止水带+迎水面外贴式复合型橡胶止水带+变形缝局部防水卷材加固。 (1) 止水带宽度和材质的物理性能均符合设计要求, 且无裂纹和气泡, 接头斜面采用热接接缝平整牢固, 变形缝处的端头模板钉填缝板, 填缝板采用聚苯板。填缝板与嵌入式止水带中心线和变形缝中心线重合, 并用模板固定牢固, 止水带不得打孔或用铁钉固定, 填缝板支撑牢固。 (2) 在铺设变形缝处的防水层时, 在变形缝两侧范围内的基面进行特殊处理, 平整度要求同其他部位, 在变形缝两侧尽量不出现焊缝。止水带展平固定在结构钢筋上, 采用中间预留凹槽的箱形挡头板平保证止水带的正确位和不受破坏。 (2) 施工缝:按设计, 施工缝采取二道防水措施, 这二道防水措施分别为: (1) 防水卷材, 设置在迎水面的结构表面; (2) 镀锌钢板止带水, 设置在结构宽度 (或高度) 中间。施工缝是防水薄弱之一, 少留施工缝。垂直方向如需留施工缝尽量与变形缝结合, 并按变形缝处理。即除满足防水要求外, 还能适接缝两端结构产生的差异沉降及纵向伸缩。而水平施工缝采用铜板腻子止带水形式。在施工缝上浇筑砼前, 将施工缝处的砼表面凿毛, 清除浮粒和杂物, 再按设计涂刷刚性防水界面剂。为确保止水带安装准确, 在模板制作时, 按如下结构施工, 可确保止水带在施工中不走位、变形。镀锌钢板止水带的连接采用贴合边满焊, 两段钢板搭接长度≥5cm立柱在底板、顶板处防水处理:立柱封口前将柱内的泥砂掏出至管口面下60cm, 浇筑素混凝土后, 再将封口钢板焊至柱口截面。
4 结语
地下工程的防水是多方面的, 涉及的领域和专业非常广泛, 它需要各专业密切配合;同时对于整个工程的建设前期准备、设计、施工及使用, 各单位都应该密切关注地下工程的防水问题, 一旦发现问题立即采取措施, 在这里作者只是结合了自己在实际工作中的一些关于防水的简要论述, 并提出在结构自防水中应注意的几个问题: (1) 合理确定工程的防水等级是确保工程使用功能的前提。 (2) 优先采用水化热低的矿渣水泥配置大体积混凝土, 合理布置钢筋和拉结筋。 (3) 选择规整的结构形式, 做好构造节点的防水设计。
摘要：随着地下工程的形式不断增多、越来越多的地下隧道工程在翻新, 其中在防水方面也有了不断的突破, 本文结合了笔者近期在建的一个工程做了关于结构防水的相关问题探讨及处理措施, 从而使得地下工程防水做得更加合理。
城市地下公路隧道自然排烟竖井设置 篇8
1 模型设定
使用FDS 5.0模拟采用竖井自然排烟的隧道发生火灾时的烟气运动。模型隧道长150 m,宽10 m,高5 m;竖井高5 m。火源功率(以下简称“HRR”)参考普通小轿车和货车的火灾分别设为3 MW和15 MW。火源设置在距离隧道左侧开口50 m处。模型网格尺寸为0.167 m。竖井数量分别为1、2、3、4和6。在每种工况下,所有竖井横截面的总面积为12 m2。多个竖井排烟的工况为竖井在火源下游均匀布置。为了对比,对无竖井自然排烟时的工况也进行了模拟。
2 模拟结果与讨论
2.1 HRR为3 MW的工况
首先从烟气在隧道和竖井中的蔓延情况开始研究。图1给出了HRR=3 MW、无竖井排烟的工况下,火灾烟气在隧道中的蔓延过程。隧道火灾发生后,火源燃烧产生的热烟气在浮力的作用下竖直上升,当烟气撞击到隧道顶棚后沿顶棚壁面向四周扩散。烟气在扩散到隧道侧壁处时,由于侧壁的阻挡形成一定的向火源方向的回流。总体而言,隧道火灾烟气主要是纵向蔓延,这也是重点关注的问题。由图1可知,烟气在蔓延到隧道右侧开口之前整体上保持一定的速度均匀地纵向扩散。在火灾发生100 s左右时,热烟气从隧道右侧出口溢出。火灾发生100 s和120 s时隧道内的烟气扩散形态整体上十分接近。
图2给出了HRR=3 MW、单个竖井排烟的工况下火灾烟气在隧道中的蔓延过程。火灾发生40 s后,火源右侧的烟气已经蔓延到竖井左侧,但未进入竖井。火灾发生60 s后,火源右侧的烟气已经蔓延到竖井右侧,同时竖井已经开始排出部分热烟气。在火灾发生后的20～100 s,烟气在蔓延到竖井之前每20 s的扩散距离明显大于烟气蔓延到竖井之后每20 s的扩散距离,显然烟气蔓延到竖井之后扩散速度减小。这是由于竖井的排烟作用会对隧道内部整个烟气层的纵向扩散产生抑制作用。火灾发生120 s左右热烟气从隧道右侧出口溢出。
对比图1和图2发现,无竖井排烟时,火灾发生100 s左右热烟气从隧道右侧出口溢出。单个竖井排烟时,火灾发生120 s左右热烟气从隧道右侧出口溢出。这说明利用竖井排烟确实能产生比较好的抑制火灾烟气纵向蔓延的效果,对隧道火灾发生后人员疏散有利。
图3给出了HRR=3 MW、稳态条件下隧道和竖井中烟气的温度场。无竖井排烟时,隧道内的烟气能够保持稳定的分层。而在有竖井排烟的工况下,竖井下方的烟气层出现明显的凹陷。这是因为热烟气在竖井中形成了较强的烟囱效应,导致烟气层下方的冷空气直接吸入竖井,严重降低排烟效率。对于多个竖井排烟的工况,距离火源较远的竖井中的烟气的温度小于距离火源较近的竖井中的烟气的温度。这是因为烟气在隧道中纵向蔓延的过程中会不断与隧道壁面和冷空气进行热量交换,烟气温度随着远离火源而衰减,以致进入距离火源较远的竖井中的烟气的温度比较低。
图4给出了 HRR=3 MW、1个竖井和6个竖井工况下竖井下方的温度分布情况(1-1代表1个竖井排烟时的距离火源最近的竖井,6-6代表6个竖井排烟时距离火源最远的竖井,以此类推)。单个竖井排烟时,竖井下方的温度随着距地面的高度变化保持不变,等于环境温度(20 ℃),说明测点附近都是冷空气,竖井排出了较多的冷空气。6个竖井排烟时,竖井下方距地面4 m以下的位置的温度为环境温度,而高于4 m的位置温度略有上升。
在隧道火灾中,利用竖井进行自然排烟的目的是排出火灾产生的高温烟气,减弱烟气对隧道中人员疏散的不利影响。因此,竖井排出的烟气量可作对比不同竖井设置情况排烟效果的重要参数。图5给出了HRR=3 MW、不同竖井数量工况下各竖井排出的烟气质量流量。总体看来,随着竖井数量的增多,各个竖井排出的总烟气量有增大的趋势。竖井数量较多时(4个和6个)各竖井排出的总的烟气量明显高于竖井数量较少的工况。
2.2 HRR为15 MW的工况
图6给出了HRR=15 MW、无竖井排烟的工况下火灾烟气在隧道中的蔓延过程。烟气在蔓延到隧道右侧开口之前整体上保持一定的速度均匀地纵向扩散。火灾发生后60 s之内热烟气已经蔓延到隧道右测开口,从隧道溢出。对比HRR=3 MW时的工况发现,随着火源功率的增大,热烟气的纵向扩散速度增大。由于烟气在隧道内部的纵向蔓延主要是浮力驱动的,火源功率越大,产生的烟气的温度越高,因而纵向扩散速度就比较大。火灾发生后60～120 s,隧道内的烟气扩散形态整体上十分接近,这说明在HRR=15 MW的工况下,无竖井排烟时,火灾发生约60 s后或烟气从隧道右侧开口溢出后隧道内的烟气扩散已经进入了稳态。
图7给出了HRR=15 MW、1个竖井排烟的工况下火灾烟气在隧道中的蔓延过程。火灾发生40 s后,火源右侧的烟气已经蔓延到竖井右侧,同时竖井已经开始排出部分热烟气。火灾发生80 s后热烟气已从隧道右侧出口溢出。火灾发生100 s和120 s时隧道内的烟气扩散形态整体上十分接近,同时隧道右侧开口附近的烟气已经沉降到距离地面比较近的位置。
对比图6和图7发现,无竖井排烟时,火灾发生后60 s左右热烟气从隧道右侧出口溢出;而在单个竖井排烟时,在火灾发生后80 s左右热烟气从隧道右侧出口溢出。这说明火源功率较大时利用竖井排烟同样能产生比较好的抑制火灾烟气纵向蔓延的效果。
图8给出了HRR=15 MW、稳态条件下隧道和竖井中烟气的温度场。通过与图3(HRR=3 MW时的工况)对比发现,不同火源功率下的烟气运动特征相似。无竖井自然排烟时隧道内的烟气同样能够保持稳定的分层。有竖井排烟的工况下竖井下方的烟气层出现明显的凹陷,即竖井排出了一定量的冷空气。
图9给出了HRR=15 MW、不同竖井数量工况下各竖井排出的烟气量。由图9可知,在保持竖井总的横截面面积不变的情况下,随着竖井数量的不断增多,竖井排出的总的烟气量呈增大趋势。竖井数量较多(4个或6个)时各竖井排出的总的烟气量明显高于竖井数量较少的工况。火源功率不同时,竖井排烟量随着竖井数量的变化而呈现的趋势是一致的。因此,在保持竖井总截面面积不变的情况下,均匀设置较多小竖井的排烟效果优于设置单个或较少的大竖井。
3 结 论
笔者运用FDS数值模拟软件对隧道火灾发生后的自然排烟问题进行了研究,对不同火源功率、不同竖井设置情况的火灾工况进行了分析,获得了不同工况下隧道和竖井中的温度场和竖井的排烟量,为隧道竖井设置的进一步研究提供了参考。
参考文献
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特长公路隧道地下风机房设计探讨 篇9
1 风机房布置形式及原则
根据JTJ 026.1-1999公路隧道通风照明设计规范规定, 风机房应从功能要求、位置选择、外观协调、环境保护、养护维修及营运管理等方面综合考虑, 作出合理规划与设计。风机房可设置于地面以上或地面以下。风机房平面布置应综合考虑其与隧道主洞、竖 (斜) 井之间的位置关系, 布局应尽可能减少风流损失, 提高通风效率, 降低工程造价。结构设计应充分考虑风机设备安装、保养、维修、更换的必要空间, 对于地下风机房, 还应结合地质条件和结构验算, 合理设计断面形式, 减少无用空间的浪费。当隧道通风井井口具有良好的地形条件、气候条件和交通条件时, 可考虑采用地面风机房, 该方式的优点是结构形式较简单, 造价低, 维护管理方便。但井口位置一般海拔较高, 气候条件较差, 机房值守人员需长期在山上工作, 生活及工作条件较差, 交通不便, 且设置地面风机房占地面积较大, 周边植被环境破坏严重, 电力线路架设及维护较为困难。采用地下风机房, 避免了山上占地建房, 有利于保护环境, 同时便于工作人员日常工作和生活。风机房处于地下, 隐蔽性好, 避免来自自然或人为因素的破坏, 且缩短了供电、通信线路, 有利于管线敷设和维护, 方便管理。但由于地下风机房防湿、防尘、降噪、温度调节、通风等要求较高, 需配备一定的专用设备。
2 地下风机房功能分区
根据国内特长公路隧道地下风机房工程设计实例以及隧道风机房运营需要, 风机房空间主要需要布置轴流风机、控制设备、机电设备和其他辅助电气设备, 并连接有大型设备运输通道和工作人员通道等。根据以上要求, 风机房一般可划分为四个功能区域, 分别为风机区、营运操作区、设备区和维修区。1) 风机区。风机区面积范围根据轴流风机型号、数量及布置形式而定, 空间尺寸应便于风机的吊装、维修和运输。2) 设备区。设备区主要用于设置供配电系统、通信系统等, 各设备按系统线路功能综合考虑布置, 力求便于安装、运行、操作及维修。设备之间连线尽量简捷, 且不宜外露电线电缆, 确保线路安全无干扰。设备区根据功能需求可进一步分为变配电室、补偿室及信号屏蔽室等。3) 营运操作区。营运操作区用于在运营期间对风机房进行监视、控制及管理, 一般与设备区相邻布置, 以减少管线敷设长度。区域设置必要的监控系统及操作终端, 以便对通风系统运行情况进行实时监控和安全管理。营运操作区根据功能需求可进一步分为监控室、值班室、休息室等。4) 维修区。维修区主要用于存放各种调试维修工具, 设备元件等, 同时满足小型设备的更换、保养和维修等工作。维修区根据功能需求可进一步分为调试维修室、工具室等。
3 工程实例
3.1 隧道概况
明堂山特长隧道为岳西至武汉高速公路安徽段中的控制性工程, 设计行车速度为80 km/h, 双洞单向行车, 其中隧道左洞长7 548 m, 右洞长7 531 m。隧道主要穿越全、强、中风化片麻岩、花岗岩地层, 结合现场地质地形条件, 并根据通风计算, 设计采用单竖井送排式纵向通风方案。右洞主要位于上坡段, 采用单竖井送排+射流风机组合纵向通风;左洞主要位于下坡段, 采用全射流纵向式通风, 同时考虑到防灾救援需要, 自右洞引入一处排烟通道。
3.2 风机房布置
本项目明堂山隧道所穿越山体沟谷纵横、起伏较大, 竖井井口位置海拔较高, 气候条件差, 机房值守人员生活及工作条件较差, 设置地面风机房需占用大面积耕地, 周边植被环境破坏较大, 且电力线路架设及维护较为困难。综合以上因素, 设计将风机房设置于地下, 风机房与隧道主洞相连通, 车辆和人员进出方便, 同时有利于风机房内供电及通信线路的敷设和维护, 方便监控管理, 降低运营费用, 机房设备隐蔽性好, 避免了人为或自然破坏。本次设计中竖井位置距隧道较远, 考虑风机房位置宜尽量靠近隧道主洞, 缩短与主洞联络通道距离, 且便于供电, 地下风机房中轴流风机方向与主洞垂直, 风道顺直, 风机房采用长条形结构且平行于隧道主洞, 二者之间设置送排风道、运输通道、逃生通道等进行垂直连接。风机房与主洞间距为25 m, 满足结构安全净距, 并保证各风道交叉口处必要的过渡及风流缓冲距离。主要方案如图1所示。
3.3 风机房设计
地下风机房作为隧道通风系统的重要组成部分, 具有跨度大、洞室交叉多、结构复杂等特点。
风机房横断面设计时充分考虑了轴流风机尺寸、台数、布置方式、起吊安装等因素, 同时满足轴流风机送排时风流顺畅, 减少由空间突变引起的局部损失, 并保证了设备检修保养所需空间 (见图2) 。风机房设计净高9.8 m, 净宽10.0 m。风机房所处围岩地质条件较好, 为便于风机设备垂直起吊和维修时的整体移动, 拱部设计为扁平拱的形式, 可提供有轨系统。
在隧道运营通风过程中, 风机房内多台大型轴流风机同时运转工作, 振动荷载对地下洞室群的结构安全影响较大。风机房衬砌结构采用了钢筋混凝土衬砌, 以确保安全。
3.4 联络通道
1) 运输通道。
运输通道主要用于风机房内各设备的安装及工作人员出入通道。断面设计时考虑便于车辆的通行并满足错车要求, 设计内轮廓净宽为8.0 m, 净高6.0 m。施工期间, 亦可作为出渣、进料的运输通道, 加快施工进度。
2) 逃生通道。
逃生通道作为运营期间风道检修及发生意外事故时的逃生通道, 设计为将风机房与主隧道相连, 考虑了地下风机房设计必须有两个以上出口的要求。由于逃生通道主要考虑作为工作人员出入, 包括小型设备及材料的搬运, 设计中主要参考了人行横洞的尺寸要求进行设计, 内轮廓净宽2.2 m, 净高3.2 m。
3) 联络风道。
风道断面面积的大小是根据通风所需送、排风量的计算来确定, 同时风道内设计风速宜控制在13 m/s~18 m/s的范围内, 为便于风道与其他洞室连接及节约工程量, 断面采用直墙半圆拱形式。
竖井与联络风道采用90°角连接, 该处结构受力较复杂, 风道连接处采用了钢筋混凝土衬砌予以加强。同时, 为减少转角处局部损失, 考虑设置导流叶片。
送风口设置于隧道拱部, 采用吊顶横隔板的形式, 送风口设计风速为25 m/s~30 m/s, 送风方向与隧道轴线一致, 送风道断面与隧道拱部以渐缩的方式平顺过渡。
排风口设置于隧道侧部, 排风方向与隧道轴线垂直, 排风风速不宜过大, 控制在5 m/s~6 m/s, 风道与主洞以渐扩的方式平顺过渡。
4) 排烟通道。
隧道左洞排烟通道设计为上跨隧道右洞, 并根据地质情况确定出主洞隧道与上方排烟通道的围岩安全净距。
4 结语
1) 地下风机房与通风竖 (斜) 井、联络风道、主风道和主隧道构成了一套完整的通风系统。地下风机房作为该系统的核心部分, 它的规划理念与设计思路尤为重要, 因此要求风机房设计一定要满足通风功能需求, 布局合适, 结构安全, 便于日常运营管理及养护维修。
2) 地下风机房洞室结构群的断面形式需充分考虑安全性、经济性及施工方便性, 特别是对于大断面的地下风机房, 各洞室间的施工相互影响大、难度大。
摘要：从特长公路隧道斜竖井分段式纵向通风系统的特点入手, 着重论述了地下风机房布置原则及功能分区, 并结合相关工程实例, 进一步分析了地下风机房的设计思路, 对类似工程具有一定的借鉴意义。
关键词：斜竖井,纵向通风,风机房
参考文献
[1]JTJ 026.1-1999, 公路隧道通风照明设计规范[S].
[2]吕康成.公路隧道运营设施[M].北京:人民交通出版社, 1999.
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大断面黄土隧道地下水渗流分析 篇10
通过理论计算, 分析随着时间的推移引起的地下水位变化情况, 为进行地下水位改变后围岩对隧道结构影响的分析提供依据。
2计算程序及计算内容
采用大型岩土工程有限元分析软件PLAXIS系列的2D-FLOW渗流模块进行分析。用6节点的三角形单元对连续的土体进行离散化, 模拟复杂工程地质条件下的渗流情况, 模拟随着时间的推移地下水孔隙水压力和水位的变化。
3计算模型建立及结果分析
3.1 研究对象
隧道排水条件下, 地下水位随之降低, 此处选取隧道某处断面为研究对象, 该断面隧道埋深为96 m, 原地下水位距隧顶为21 m。
3.2 基本假定
1) 土层各向同性;2) 地下水渗流符合达西定律;3) 假定隧道衬砌为完全不透水材料;4) 为了模拟实际工程中的降水措施, 在隧道两侧设置了2个排水管, 其排水量是根据现场实测数据而来。
3.3 几何模型及边界
根据降水影响半径确定渗流计算的几何模型及边界。边界左侧为 (-100;-7.65) ～ (-100;130) , 右侧边界为 (200;-7.65) ～ (200;130) 。
模型几何尺寸:高×宽=137.65 m×300 m。
根据隧道纵断面图可以得到土层分布及隧道布置。
计算几何模型和网格剖分见图1, 图2。
3.4 土层粒径级配和材料参数
根据试验报告, 围岩范围内土层为粘质黄土 (Q2) 。其孔隙比e=0.67, 有效粒径d10=0.001 9 mm, 限制粒径d60=0.019 mm, 不均匀系数
3.5 渗透系数
计算中渗透系数的确定, 主要根据地勘报告和经验估算法, 并认为kx=ky。
1) 根据隧道地勘报告, 推荐值为:
k=0.013 m/d=1.5×10-7 m/s。
2) 根据HAZEN提出的用有效粒径d10估算的经验公式, 可得:
k= (1-1.5) d
3) 根据U.Smoltczyk在《Grundbau-Taschenbuch》中的推荐, 结合土层性质和粒径级配, 利用土的不均匀系数, 进行内插确定。
当Cu=10时, 得到k=1.8×10-6m/s。
综合考虑后, 渗透系数k取为1×10-7m/s, 即0.008 64 m/d。
3.6 排水量和降水影响半径
山体内渗水通过衬砌后面纵向排水管汇集, 再通过横向排水管流入路面下中央主排水管排走。根据施工现场的实测数据, 中央主排水管的排水量为0.78 m3/ (d·m) 。
有限元分析中的几何边界, 必须建立在降水影响半径的基础上。对于降水影响半径的确定:根据综合考虑, 降水的有效影响半径确定应小于150 m, 因此确定计算模型横向几何边界尺寸为300 m。
3.7 排水管布置
排水管位于 (42;23) 及 (58;23) 处, 对称布置在隧道两侧, 见图2。
3.8 有限元计算方案
根据试算和类比工程的经验, 可以认为, 抽水时间五年后地下水渗流基本处于稳定状态, 由此确定了有限元计算方案, 见表2。
3.9 初始地下水位
初始地下水位位于y=54.9处, 即距隧道顶部为21 m, 初始地下水位状态及孔隙水压力分布见图3。
3.10 降水一年
计算结果见图4, 图5。
3.11 降水两年
计算结果见图6, 图7。
3.12 降水五年
计算结果见图8, 图9。
4结语
1) 通过计算, 给出了地下水位在降水后一年、两年和五年地下水位曲线分布图, 从而为进行地下水位改变后围岩及地面的沉降和对隧道结构影响的分析提供依据。
2) 由模拟可知, 在降水过程中, 地下水位线不断在降低, 由在隧道顶部以上, 降到隧道底部以下。由于采取了降水措施, 地下水位降低, 围岩含水量变化, 土层的物理参数和力学参数发生改变, 使围岩和隧道支护结构产生附加应力和变形, 在施工和设计中, 应该充分考虑。
3) 由于降水, 在降水前, 最大孔隙水压力为606.72 kPa;降水一年后, 最大孔隙水压力为587.20 kPa;降水两年后, 最大孔隙水压力为586.19 kPa;降水五年后, 最大孔隙水压力为583.97 kPa。由模拟可知, 在降水过程中, 孔隙水压力并没有发生太大的变化。
4) 由于降水, 可能对周围居民的生活和生产带来一定的影响, 在隧道设计和施工过程中要做考虑, 并在施工中注意环保。
5) 在对上述结果的引用时, 应注意到上述计算结果中出现的排水点附近区域中“负水压”情况。
6) 由于富水黄土特有的亲水性和实际渗透系数的各向异性, 最终出现降水曲线和影响范围可能应该小于上述计算结果。建议通过现场实测来检验上述结果的正确性。
摘要：指出地下水对黄土隧道的施工质量、工程进度和运营阶段长期安全稳定起着举足轻重的作用, 鉴于客运专线对线下结构沉降/变形的特别要求, 对施工阶段和运营阶段过程中地下水的变化对隧道结构稳定性影响进行了预见性研究, 得出了相关变化规律。
关键词：黄土隧道,有限元分析,渗流
参考文献
