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隧道工程

作者:高玮
出版社:科学出版社出版时间:2022-02-01
开本: 16开 页数: 375
本类榜单:工业技术销量榜
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隧道工程 版权信息

隧道工程 本书特色

适读人群 :土木建筑工程、交通工程、矿业工程、水利水电工程及国防工程等涉及隧道与地下工程方向的本科生及研究生,上述领域的工程技术人员和科研人员广泛参考国内外相关教材和**研究成果,结合编写团队多年的教学经验和科研成果,参考**行业规范,融入**隧道发展技术及典型工程案例

隧道工程 内容简介

本书详细介绍了隧道工程从勘察到设计、施工及运营等多个方面的基本内容。全书分为12章,主要内容包括绪论、隧道勘察、隧道围岩环境及其分级、隧道总体设计、隧道结构构造、隧道防排水、隧道结构设计、隧道钻爆法施工、隧道掘进机施工、隧道通风、隧道照明及隧道养护。每章后附有思考题供学生学习时参考。

隧道工程 目录

目录
第1章 绪论 1
1.1 隧道的概念及其分类 1
1.1.1 隧道的概念 1
1.1.2 隧道的分类 1
1.2 隧道工程发展概况 6
1.2.1 国外隧道工程建设简史 7
1.2.2 我国隧道工程建设简史 8
1.2.3 我国隧道工程发展现状及前景 9
1.3 我国隧道工程取得的成就及发展展望 14
1.3.1 取得的成就 14
1.3.2 发展展望 17
思考题 18
第2章 隧道勘察 19
2.1 勘察的主要方法 19
2.1.1 收集与研究既有资料 19
2.1.2 调查与测绘 20
2.1.3 勘探 23
2.2 地质及水文勘察 25
2.2.1 地质勘察 25
2.2.2 水文勘察 29
2.3 建筑环境评价 32
2.3.1 环境保护项目 32
2.3.2 环境现状调查 34
2.3.3 环境影响预测及评价 34
2.3.4 环境保护措施 36
2.3.5 环境评价报告 37
思考题 37
第3章 隧道围岩环境及其分级 38
3.1 围岩及其评价 38
3.2 围岩分级 39
3.2.1 围岩分级指标及其选择 40
3.2.2 围岩分级方法 42
3.2.3 我国现行公路隧道围岩分级方法 45
3.2.4 我国现行铁路隧道围岩分级方法 53
思考题 59
第4章 隧道总体设计 60
4.1 总体设计的原则 60
4.2 隧道选址 60
4.2.1 按地形条件进行选择 61
4.2.2 按地质条件进行选择 63
4.2.3 按隧道线路类别进行选择 69
4.2.4 洞口位置选择 73
4.2.5 地下铁道选址 75
4.3 隧道线形设计 77
4.3.1 平面线形设计 77
4.3.2 纵断面线形设计 80
4.3.3 地下铁道线形设计 85
4.4 隧道横断面设计 88
4.4.1 铁路隧道横断面设计 88
4.4.2 公路隧道横断面设计 94
4.4.3 隧道衬砌横断面的初步拟定 97
思考题 99
第5章 隧道结构构造 100
5.1 洞身衬砌 100
5.1.1 衬砌形式 100
5.1.2 衬砌结构 103
5.1.3 衬砌结构的构造要求 109
5.2 洞门 110
5.2.1 洞口段 111
5.2.2 洞门形式 112
5.2.3 洞门的构造要求 116
5.3 明洞 117
5.3.1 明洞形式 117
5.3.2 明洞基础 121
5.3.3 明洞填土 122
5.4 附属构造物 122
5.4.1 铁路隧道附属构造物 122
5.4.2 公路隧道附属构造物 126
思考题 130
第6章 隧道防排水 131
6.1 防排水原则 131
6.2 防排水措施 132
6.2.1 主要防排水措施 132
6.2.2 常用治水方法 134
6.3 防排水系统 138
6.3.1 密封防水系统 138
6.3.2 排水系统 141
思考题 144
第7章 隧道结构设计 145
7.1 隧道结构设计理论及发展 145
7.1.1 计算模型 145
7.1.2 计算理论发展 146
7.2 隧道设计荷载确定 148
7.2.1 荷载类型及其组合 148
7.2.2 荷载的来源 149
7.2.3 荷载确定的计算理论 150
7.2.4 铁路、公路隧道规范推荐方法 156
7.2.5 常用深浅埋的判别方法 157
7.3 土体盾构隧道结构设计(装配式衬砌结构) 158
7.3.1 盾构管片形式及其拼装方式 158
7.3.2 盾构管片设计方法 159
7.3.3 作用在管片上的荷载 163
7.3.4 盾构隧道衬砌设计的结构力学法 168
7.4 岩体隧道结构设计(整体式衬砌结构) 173
7.4.1 半衬砌结构的计算 173
7.4.2 曲墙结构的计算 178
7.4.3 直墙拱结构的计算 182
7.4.4 衬砌截面强度验算 187
思考题 189
第8章 隧道钻爆法施工 190
8.1 施工方法及其选择 190
8.1.1 影响因素及选择原则 190
8.1.2 主要施工方法 191
8.2 新奥法常用开挖方法 199
8.2.1 全断面法 200
8.2.2 台阶法 200
8.2.3 分部开挖法 202
8.3 主要施工作业 205
8.3.1 开挖 205
8.3.2 支护 219
8.3.3 出渣运输 236
8.4 特殊地段施工 242
8.4.1 膨胀土围岩 243
8.4.2 黄土围岩 245
8.4.3 溶洞 246
8.4.4 松散地层及流沙 249
8.4.5 岩爆及高地温 251
8.4.6 瓦斯地层 252
8.4.7 塌方 254
8.5 辅助坑道 256
8.5.1 横洞 256
8.5.2 平行导坑 257
8.5.3 竖井 258
8.5.4 斜井 259
思考题 263
第9章 隧道掘进机施工 264
9.1 盾构施工 264
9.1.1 盾构端头井加固 264
9.1.2 盾构始发洞门破除 265
9.1.3 盾构施工流程 266
9.1.4 盾尾壁后注浆 275
9.1.5 盾构施工辅助措施 278
9.2 岩石掘进机施工 279
9.2.1 岩石掘进机的分类 280
9.2.2 全断面岩石掘进机的构造 282
9.2.3 全断面岩石掘进机的施工方法 285
思考题 290
第10章 隧道通风 291
10.1 施工期通风 291
10.1.1 隧道施工作业环境 291
10.1.2 通风方式 292
10.1.3 通风计算 293
10.2 运营期通风 300
10.2.1 铁路隧道运营通风 300
10.2.2 公路隧道运营通风 305
思考题 321
第11章 隧道照明 322
11.1 照明基本知识 322
11.1.1 光的度量 322
11.1.2 人眼的视觉 324
11.2 施工期照明 325
11.2.1 普通光源施工照明 325
11.2.2 新光源照明 326
11.3 运营期照明 326
11.3.1 隧道照明相关概念 327
11.3.2 隧道亮度曲线 332
11.3.3 隧道照明设计 338
思考题 347
第12章 隧道养护 349
12.1 概述 349
12.1.1 我国隧道工程病害及养护问题 350
12.1.2 隧道病害检查 351
12.1.3 隧道病害原因 353
12.1.4 隧道病害养护原则及措施 355
12.2 隧道档案的建立 356
12.3 隧道水害及其整治措施 358
12.3.1 水害的种类及其危害 359
12.3.2 水害产生的原因 359
12.3.3 水害的整治措施 360
12.4 衬砌裂损及其整治措施 361
12.4.1 衬砌裂损的类型 361
12.4.2 衬砌裂损的特点 365
12.4.3 衬砌裂损的整治措施 366
12.5 衬砌侵蚀及其整治措施 370
12.5.1 衬砌侵蚀的种类及危害 370
12.5.2 衬砌侵蚀的整治措施 371
12.6 隧道冻害及其整治措施 372
思考题 375
主要参考文献 376
展开全部

隧道工程 节选

第1章 绪论 1.1 隧道的概念及其分类 1.1.1 隧道的概念 隧道是埋置于地层中的工程建筑物,是人类利用地下空间的一种形式,也是一种地下人工建筑结构。一般情况下,当地下建筑结构为空间封闭结构形式、宽度在10m以内时,称为洞室;宽度在10~35m时,称为地下厅;大于35m时,称为地下广场。当其结构沿长度方向的尺寸大于宽度和高度并具有连通功能时,可称为地道。当地道的断面面积较小(通常认为在30m2以内)时,称为坑道;当断面面积较大时,称为隧道。 为了规范隧道的定义,1970年,经济合作与发展组织(OECD)召开的隧道会议综合了各种因素,将隧道定义为:“以某种用途、在地面下以任何方法按规定形状和尺寸修筑的断面面积大于2m2的洞室均称为隧道。” 1.1.2 隧道的分类 隧道的种类繁多,从不同角度有不同的分类方法,下面给出常见的分类方法。 1. 按隧道所处地质条件分类 隧道按所处地质条件可以分为土质隧道和石质隧道两类。 2. 按隧道埋置的深度分类 隧道按埋置深度可以分为浅埋隧道和深埋隧道。由于深和浅是相对的概念,因此具体定义在各种规范中有明确规定,一般以载荷等效高度(hq)为原则进行确定,参见7.2.4节。近来随着特大山岭隧道增多,也可以把山岭隧道划分为浅埋隧道、深埋隧道和超深隧道三大类,具体见表1.1。 表1.1 山岭隧道埋深分类 (单位:m) 3. 按隧道断面面积分类 按国际隧道协会(ITA)定义的隧道断面面积划分标准,隧道可以分为极小断面隧道(2~3m2)、小断面隧道(3~10m2)、中等断面隧道(10~50m2)、大断面隧道(50~100m2)和特大断面隧道(>100m2)。 4. 按隧道长度分类 隧道按长度一般可以分为四类,具体为短隧道(铁路隧道规定长度L≤500m,公路隧道规定L≤500m)、中长隧道(铁路隧道规定500m3000m)。 5. 按隧道所在位置分类 隧道按所在位置可以分为山岭隧道、水底隧道和城市隧道三类。 6. 按隧道施工方法分类 隧道施工方法有很多,按其可把隧道分为矿山法隧道、明挖法隧道、盾构隧道、沉埋隧道、掘进机法隧道等。 7. 按隧道断面形式分类 隧道按断面形式可以分为圆形隧道(图1.1(a))、椭圆形隧道(图1.1(b))、马蹄形隧道(图1.1(c))、直墙拱隧道(图1.1(d))、矩形隧道(图1.1(e))、梯形隧道(图1.1(f))、双孔隧道(图1.1(g))、孪生隧道(图1.1(h))和双层隧道(图1.1(i))等。 图1.1 隧道按断面形式分类 8. 按隧道跨度分类 公路隧道按跨度可以分为四类,见表1.2;铁路隧道按跨度同样也分为四类,见表1.3。 表1.2 公路隧道按跨度分类 9. 按隧道用途分类 1) 交通隧道 交通隧道是应用*广泛的一种隧道,其作用是提供交通运输和人行的通道,以满足交通线路畅通的要求,一般包括以下几种: (1) 铁路隧道。 铁路隧道是专供火车运输行驶的通道。当铁路穿越山岭地区时,需要克服高程障碍,由于铁路限坡平缓,*大限坡小于2.4%(双机牵引),无法上升到越岭所需要的高度,同时,铁路还有*小半径限制,山岭地区限于地形而无法绕行,常常不能通过展线获得所需的高程。此时,开挖隧道穿越山岭是一种合理的选择。它既可使线路顺直,避免许多无谓的展线,使线路缩短,又可以减小坡度,使运营条件改善,从而提高牵引定数,多拉快跑。所以,在铁路线上,尤其是在山区铁路线上,隧道方案常为人们所选用。 (2) 公路隧道。 公路隧道是专供汽车运输行驶的通道。公路的限制坡度和限制*小曲线半径都没有铁路那样严格,以前在山区为节省工程造价,常常选择盘山修建公路,宁愿延长距离而避开修建隧道昂贵的费用。因此,过去公路隧道为数不多。但是,随着社会经济和生产的发展,高速公路的大量出现,对道路的修建技术提出了较高的标准,要求线路顺直、坡度平缓、路面宽敞等,因此在道路穿越山区时,出现了大量隧道方案。例如,穿越秦岭终南山的隧道将翻越秦岭的道路缩短了60km,时间减少了两个多小时。隧道的修建在改善公路技术状态、缩短运行距离、提高运输能力以及减少事故等方面起到了重要的作用。 (3) 水底隧道。 水底隧道是修建于江、河、湖、海等水体下,供汽车和火车运输行驶的通道。当交通线路需要跨越水体时,一般可以选择的方案有架桥、轮渡和隧道。当采用架桥方案时,考虑到河道通航需要较高的净空,而桥梁受两端引线高程的限制,一时无法抬起必要的高度,难以克服净空限制这一矛盾。而轮渡方案的通行量有限。此时,采用水底隧道方案可以解决净空限制和通行量小的矛盾。水底隧道方案的优点是不受气候影响,不影响通航,引道占地少,战时不暴露交通设施目标等,因此其越来越受到人们的青睐。例如,横跨黄浦江、全长2793m的上海延安东路南线越江水底隧道,把黄浦江两岸的交通连接起来,在一定程度上改变了遇水架桥的思维定式。但水底隧道方案的缺点是造价较高。 (4) 地下铁道。 地下铁道是修建于城市地层中,为解决城市交通问题而修建的火车运输通道。地下铁道可以解决大城市中交通拥挤、车辆堵塞问题,而且能大量快速运送乘客。它可以使很大一部分地面客流转入地下而不占用地面面积。地下铁道没有平面交叉,而各走上、下行线,因而可以高速行车,且可缩短车次间隔时间,节省乘车时间,便利了乘客的活动;另外,地下铁道在战时还可以起到人防的作用。世界上的大城市基本都建有成熟的地下铁路系统,我国北京、上海、广州等城市的地下轨道交通系统为改善城市交通状况、减少交通事故起到了重要的作用。 (5) 航运隧道。 航运隧道是专供轮船运输行驶而修建的通道。当运河需要越过分水岭时,克服高程障碍成为十分困难的问题,一般需要绕行很长的路程。若层层设立船闸,则建设投资很大,运转和维修的费用也很高,而且过往船只会延误大量时间。如果修建航运隧道,把分水岭两边的河道沟通起来,既可以缩短航程,又可以省掉船闸的费用,使船只迅速而顺直地驶过,航运条件大大改善。 (6) 人行隧道。 人行隧道是专供行人通过的通道。其一般修建于城市闹区穿越街道,或跨越铁路、高速公路等,行人众多,往来交错,车辆密集,以及偶有不慎便会发生交通事故的场合。人行隧道的作用是缓解地面交通互相交叉带来的压力,既能少占用地面空间,又能减少交通事故,方便行人。 2) 水工隧道 水工隧道是水利工程和水力发电枢纽的一个重要组成部分,一般包括以下几种: (1) 引水隧道。 引水隧道是将水引入水电站的发电机组或为水资源的调动而修建的孔道。引水隧道引入的水是水电站发电机组的动力资源。 (2) 尾水隧道。 尾水隧道是把水电站发电机组排出的废水输送出去而修建的孔道。 (3) 导流隧道或泄洪隧道。 导流隧道或泄洪隧道是为水利工程中疏导水流并补充溢洪道流量超限后的泄洪而修建的孔道。它是水利工程的一个重要建筑,其作用主要是泄洪。 (4) 排沙隧道。 排沙隧道是用来冲刷水库中淤积的泥沙而修建的孔道。其为水库建筑物的一个组成部分,其作用是把泥沙裹带送出水库。同时也用来在进行库身检查或修理建筑物时放空水库里的水。 3) 市政隧道 在城市建设和规划中,充分利用地下空间,将各种不同市政设施安置在地下而修建的地下孔道,称为市政隧道。市政隧道与城市中人们的生活、工作和生产关系十分密切,对保障城市的正常运转起着重要的作用,可分为如下几种: (1) 给水隧道。 给水隧道是为铺设城市自来水管网系统而修建的隧道。在城市中,有序合理地规划和布置与人们生活和生产息息相关的给水管路,是城市市政基础设施的重要任务,要求不破坏市容景观,不占用地面,避免遭受人为的损坏。因此,修建地下孔道来容纳安置这些管道是一种合理的选择。 (2) 污水隧道。 污水隧道是为城市污水排送系统修建的隧道。城市污水除一部分可以净化返用,大部分需要排放到城市以外的河流中,这就需要有地下的排污隧道。这种隧道可能是本身导流排送,也可能是在孔道中安放排污管,由管道排污。污水隧道的进口处多设有拦渣隔栅,把漂浮的杂物拦在隧道之外,不致涌入造成堵塞。 (3) 管路隧道。 管路隧道是为城市能源供给(煤气、暖气、热水等)系统修建的隧道。城市供给煤气、暖气、热水等的管路都放置在地下孔道中,经过防漏及保温措施处理,能源就能安全地输送到目的地。 (4) 线路隧道。 线路隧道是为电力、通信系统修建的隧道。城市中输送电力的电缆以及通信电缆都安置在地下孔道中。这既可以保证电缆不被人为活动所损伤或破坏,又免得悬挂高空,有碍市容景观。这些地下孔道多半沿街道两侧敷设。 在现代城市中,将以上四种具有共性的市政隧道,按城市的布局和规划,合建为一个大隧道,称为共同管沟。共同管沟是现代城市基础设施科学管理和规划的标志,也是合理利用城市地下空间的科学手段,是城市市政隧道规划与修建的发展方向。 (5) 人防隧道。 人防隧道是为战时防空目的而修建的防空避难隧道。城市中建造人防工程,是为了预防战争空袭的需要。人防工程是在紧急情况下人们避难所用的,因此在修建时应考虑人生活环境的一般要求,除应设有排水、通风、照明和通信设备,还应考虑储备饮水、粮食和必要的救护设备。在洞口处还需设置防爆、防冲击波装置等,同时要做到多口连通、互相贯穿,在紧急时刻可以随时找到出口。 4) 矿山隧道 在矿山开采中,为了能从山体以外通向矿床和将开采到的矿石运输出来,通过修建隧道(也称为巷道)来实现,其作用主要是为采矿服务,可以分为下列几种: (1) 运输巷道。 在矿山开采中,常设一些巷道从山体以外通向矿床,并逐步开辟巷道,通往各个开采面。前者称为主巷道,为地下矿区的主要出入口和运输干道;后者分布如树枝状,分向各个采掘面,此种巷道多用临时支撑,仅供作业人员进行开采工作。 (2) 给水巷道。 给水巷道的作用是送入清洁水为采掘机械使用,并将废水及积水通过泵抽排出洞外。 (3) 通风巷道。 矿山地下巷道穿过许多地层,将会有多种地下气体涌入巷道,再加上采掘机械不断排出废气,以及工作人员呼出气体,使得巷道内的空气变得污浊。如果地层中的气体含有瓦斯,在含量达到一定浓度后,将会发生危险,轻则令人窒息,重则引起爆炸。因此,要净化巷道中的空气,创造良好的工作环境,必须设置通风巷道,用通风机及时把有害气体和污浊空气排除出去,并把新鲜空气补充进来。 需要说明的是,以上所有分类方法中,按用途分类是*常用的一种方法。 1.2 隧道工程发展概况 隧道工程的发展历程与人们生活的水平和生产能力密切相关。人类*早在远古时代就学会了把洞穴作为住处,当社会发展到能制造挖掘机具后,出现了人工挖掘的隧道。古代隧道修建在自身稳定而无须支撑的岩层内,靠人的双手和简单工具开挖。火药的发明,使得隧道的开挖进入快速发展阶段。机械钻孔出现后,用机械开挖取代了人工开挖。混凝土建筑材料的出现,将支护坑道的方法由砌筑的砖石结构改为混凝土衬砌结构。铁路、公路、城市地铁等的发展,更是推动了隧道工程的发展建设。 纵

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