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隧道工程怎么做？

聚焦行業(yè)熱點(diǎn)資訊走在新基建建設(shè)前沿

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隧道工程怎么做？

2022/05/30

隧道是修建在地下或水下或者在山體中，鋪設(shè)鐵路或修筑公路供機(jī)動(dòng)車(chē)輛通行的建筑物。隧道的結(jié)構(gòu)包括主體建筑物和附屬設(shè)備兩部分。主體建筑物由洞身和洞門(mén)組成，附屬設(shè)備包括避車(chē)洞、消防設(shè)施、應(yīng)急通訊和防排水設(shè)施，長(zhǎng)的隧道還有專(zhuān)門(mén)的通風(fēng)和照明設(shè)備。

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海滄隧道

隧道根據(jù)其所在位置可分為山嶺隧道、水下隧道和城市隧道三大類(lèi)。為縮短距離和避免大坡道而從山嶺或丘陵下穿越的稱(chēng)為山嶺隧道；為穿越河流或海峽而從河下或海底通過(guò)的稱(chēng)為水下隧道；為適應(yīng)鐵路通過(guò)大城市的需要而在城市地下穿越的稱(chēng)為城市隧道。這三類(lèi)隧道中修建最多的是山嶺隧道。

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鷹山隧道

隧道工程從前期調(diào)研到施工，包含以下流程：
1.隧道勘察
為確定隧道位置、施工方法和支護(hù)、襯砌類(lèi)型等技術(shù)方案，對(duì)隧道地處范圍內(nèi)的地形、地質(zhì)狀況，以及對(duì)地下水的分布和水量等水文情況要進(jìn)行勘測(cè)。
在隧道勘測(cè)和開(kāi)挖過(guò)程中，須了解圍巖的類(lèi)別。圍巖是隧道開(kāi)挖后對(duì)隧道穩(wěn)定性有影響的周邊巖體。圍巖分類(lèi)是依次表明周?chē)鷰r石的綜合強(qiáng)度。中國(guó)在1975年制定的鐵路隧道工程技術(shù)規(guī)范中將圍巖分為6類(lèi)。關(guān)于巖石分類(lèi)70年代以前常用泰沙基及普氏等巖石分類(lèi)方法。70年代以后在國(guó)際上應(yīng)用較廣并為國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)推薦的為巴頓等各種分級(jí)系統(tǒng)。此外，還有日本以彈性波速為主的分類(lèi)法。圍巖的類(lèi)別的確定，為隧道工程設(shè)計(jì)合理和施工順利提供了依據(jù)。

2.隧道設(shè)計(jì)
包括隧道選線、縱斷面設(shè)計(jì)、橫斷面設(shè)計(jì)、輔助坑道設(shè)計(jì)等。
1）選線：根據(jù)線路標(biāo)準(zhǔn)、地形、地質(zhì)等條件選定隧道位置和長(zhǎng)度。選線應(yīng)作多種方案的比較。長(zhǎng)隧道要考慮輔助坑道和運(yùn)營(yíng)通風(fēng)的設(shè)置。洞口位置的選擇要依據(jù)地質(zhì)情況?？紤]邊坡和仰坡的穩(wěn)定，避免塌方。

2）縱斷面設(shè)計(jì)：沿隧道中線的縱向坡度要服從線路設(shè)計(jì)的限制坡度。因隧道內(nèi)濕度大，輪軌間粘著系數(shù)減小，列車(chē)空氣阻力增大，因此在較長(zhǎng)隧道內(nèi)縱向坡度應(yīng)加以折減。縱坡形狀以單坡和人字坡居多，單坡有利于爭(zhēng)取高程，人字坡便于施工排水和出碴。為利于排水，最小縱坡一般為2‰～3‰。

3）橫斷面設(shè)計(jì)：隧道橫斷面即襯砌內(nèi)輪廓，是根據(jù)不侵入隧道建筑限界而制定的。中國(guó)隧道建筑限界分為蒸汽及內(nèi)燃機(jī)車(chē)牽引區(qū)段、電力機(jī)車(chē)牽引區(qū)段兩種，這兩種又各分為單線斷面和雙線斷面。襯砌內(nèi)輪廓一般由單心圓或三心圓形成的拱部和直邊墻或曲邊墻所組成。在地質(zhì)松軟地帶另加仰拱。單線隧道軌面以上內(nèi)輪廓面積約為27～32平方米，雙線約為58～67平方米。在曲線地段由于外軌超高車(chē)輛傾斜等因素，斷面須適當(dāng)加大。電氣化鐵路隧道因懸掛接觸網(wǎng)等應(yīng)提高內(nèi)輪廓高度。中、美、蘇三國(guó)所用輪廓尺寸為：?jiǎn)尉€隧道高度約為 6.6～7.0米、寬度約為4.9～5.6米；雙線隧道高度約為7.2～8.0米，寬度約為8.8～10.6米。在雙線鐵路修建兩座單線隧道時(shí)，其中線間距離須考慮地層壓力分布的影響,石質(zhì)隧道約為20～25米，土質(zhì)隧道應(yīng)適當(dāng)加寬。

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4）輔助坑道設(shè)計(jì)：輔助坑道有斜井、豎井、平行導(dǎo)坑及橫洞四種。斜井是在中線附近的山上有利地點(diǎn)開(kāi)鑿的斜向正洞的坑道。斜井傾角一般在18°～27°之間，采用卷?yè)P(yáng)機(jī)提升。斜井?dāng)嗝嬉话銥殚L(zhǎng)方形，面積約為8～14平方米。豎井是由山頂中線附近垂直開(kāi)挖的坑道，通向正洞。其平面位置可在鐵路中線上或在中線的一側(cè)（距中線約20米）。豎井?dāng)嗝娑酁閳A形，內(nèi)徑約為4.5～6.0米。平行導(dǎo)坑是距隧道中線17～25米開(kāi)挖的平行小坑道，以斜向通道與隧道連接，亦可作將來(lái)擴(kuò)建為第二線的導(dǎo)洞。中國(guó)自1957年修建川黔鐵路涼風(fēng)埡鐵路隧道采用平行導(dǎo)坑以來(lái)，在58座長(zhǎng)3公里以上的隧道中約有80%修建了平行導(dǎo)坑。橫洞是在傍山隧道靠河谷一側(cè)地形有利之處開(kāi)辟的小斷面坑道。

此外，隧道設(shè)計(jì)還包括洞門(mén)設(shè)計(jì)、開(kāi)挖方法和襯砌類(lèi)型的選擇等。

目前，隨著B(niǎo)IM技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用的深入，在隧道設(shè)計(jì)階段，由于隧道設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，業(yè)主一般會(huì)要求設(shè)計(jì)企業(yè)，在完成二維設(shè)計(jì)后，進(jìn)行三維可視化建模。一方面，能利用BIM軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)方案比選，另一方面，能對(duì)重大風(fēng)險(xiǎn)源等施工難點(diǎn)，進(jìn)行模型整合檢查，提前預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。
隧道工程建模一般采用道路設(shè)計(jì)BIM軟件OpenRoads Designer，OpenRoads Designer提供以施工驅(qū)動(dòng)的工程設(shè)計(jì)，具有自動(dòng)出圖、創(chuàng)建縱斷面圖和橫斷面圖、對(duì)地形進(jìn)行建模和分析、土石方建模等功能，有助加快路網(wǎng)項(xiàng)目交付，統(tǒng)一從概念到竣工的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程。
道路設(shè)計(jì)軟件OpenRoads Designer軟件詳情：http://www.shanyixuan.cn/Products/dlsjbi.html

3.控制測(cè)量
隧道測(cè)量是為了保證測(cè)量的中線和高程在隧道貫通面處的偏差不超出規(guī)定的限值。

中線平面控制：長(zhǎng)隧道以往多用三角網(wǎng)，短隧道多用導(dǎo)線法，借以控制中線的偏差。自50年代以來(lái)，中國(guó)在1公里以上長(zhǎng)度的隧道測(cè)量中采用導(dǎo)線法也能控制隧道的貫通誤差。光電測(cè)距儀的出現(xiàn)和發(fā)展，解決了量距的困難。山嶺隧道洞外及洞內(nèi)都采用主副閉合導(dǎo)線法，即在主導(dǎo)線上測(cè)角并用光電測(cè)距儀量距，在副導(dǎo)線上只測(cè)角不量距。由主副導(dǎo)線所組成的多邊形，只平差其角度，不平差其長(zhǎng)度。這樣主副導(dǎo)線法比三角網(wǎng)法簡(jiǎn)單實(shí)用，比單一導(dǎo)線法可靠。中國(guó)大瑤山雙線隧道即采用主副閉合導(dǎo)線法作為中線平面控制。

在隧道進(jìn)行中線測(cè)量以前，就要考慮將來(lái)隧道打通后的偏差數(shù)值。根據(jù)隧道的長(zhǎng)度和平面形狀，在地形圖上先行布置測(cè)點(diǎn)的位置和預(yù)計(jì)的貫通點(diǎn)，并在平面圖上量出必要的尺寸，再根據(jù)規(guī)范規(guī)定的極限誤差試算出測(cè)角和量距的必要精度，然后進(jìn)行測(cè)量。這個(gè)過(guò)程叫做測(cè)量設(shè)計(jì)或叫做隧道貫通誤差的預(yù)計(jì)4公里以下的隧道中線貫通極限誤差為±100毫米；4～8公里的隧道中線貫通極限誤差為±150毫米。

高程控制短隧道應(yīng)用普通水平儀，長(zhǎng)隧道應(yīng)用精密水平儀即能保證需要達(dá)到的精度。高程貫通極限誤差為±50毫米。

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4.隧道開(kāi)挖
開(kāi)挖方法分為明挖法和暗挖法。明挖法多用于淺埋隧道或城市鐵路隧道，而山嶺鐵路隧道多用暗挖法。按開(kāi)挖斷面大小、位置分，有分部開(kāi)挖法和全斷面開(kāi)挖法。在石質(zhì)巖層中采用鉆爆法最為廣泛，采用掘進(jìn)機(jī)直接開(kāi)挖也逐漸推廣。在松軟地質(zhì)中采用盾構(gòu)法開(kāi)挖較多。

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1）鉆爆法
鉆爆法：是指在隧道巖面上鉆眼，并裝填炸藥爆破，用全斷面開(kāi)挖或分部開(kāi)挖等將隧道開(kāi)挖成型的施工方法。
鉆爆法開(kāi)挖作業(yè)程序包括測(cè)量、鉆孔、裝藥、爆破、通風(fēng)、出碴、錨桿、立架、掛網(wǎng)、噴錨等工序。
鉆爆法開(kāi)挖采用的方法有全斷面開(kāi)挖法和分部開(kāi)挖法。

①全斷面開(kāi)挖法：一次開(kāi)挖成型的方法。一般采用帶有鑿巖機(jī)的臺(tái)車(chē)鉆孔，用毫秒爆破，噴錨支護(hù)。還要有大型裝碴運(yùn)輸機(jī)械和通風(fēng)設(shè)備。全斷面開(kāi)挖法又演變?yōu)榘霐嗝娣?。半斷面法是弧形上半部領(lǐng)先，下半部隔一段距離施工。

②分部開(kāi)挖法：先用小斷面超前開(kāi)挖導(dǎo)坑，然后，將導(dǎo)坑擴(kuò)大到半斷面或全斷面的開(kāi)挖方法。這種方法主要優(yōu)點(diǎn)是可采用輕型機(jī)械施工，多開(kāi)工作面，各工序間拉開(kāi)一定的安全距離。缺點(diǎn)是工序多，有干擾，用人多。根據(jù)導(dǎo)坑在隧道斷面的位置分為：上導(dǎo)坑法、中央導(dǎo)坑法、下導(dǎo)坑法以及由上下導(dǎo)坑互相配合的各種方法，另有把全斷面縱向分為臺(tái)階進(jìn)行開(kāi)挖，而各層臺(tái)階距離較短的臺(tái)階法。
全斷面開(kāi)挖法和分部開(kāi)挖法是鉆爆法開(kāi)挖常用的方法，但隧道施工很復(fù)雜，時(shí)常遇到各種困難情況，如大斷層、流沙、膨脹地層、溶洞、大量涌水等，尚需采取相應(yīng)措施。

2）盾構(gòu)法
盾構(gòu)法：是指采用盾構(gòu)作為施工機(jī)具的隧道施工方法。
松軟地質(zhì)多采用盾構(gòu)法開(kāi)挖。盾構(gòu)是一種圓形鋼結(jié)構(gòu)開(kāi)挖機(jī)械，其前端為切口環(huán)，中間為支撐環(huán)，后端為盾尾。開(kāi)挖時(shí)，切口環(huán)首先切入地層并能掩護(hù)工人安全地工作；支撐環(huán)是承受荷載的主要部分，其中安設(shè)多臺(tái)推進(jìn)盾構(gòu)的千斤頂及其他機(jī)械；盾尾隨著上述兩部分前進(jìn)，保護(hù)工人安裝鑄鐵管片或鋼筋混凝土管片。盾構(gòu)法適用于松軟地層，施工安全，對(duì)地層擾動(dòng)少，控制圍巖周邊準(zhǔn)確，極少超挖。

3）掘進(jìn)機(jī)法
掘進(jìn)機(jī)法：是指在整個(gè)隧道斷面上，用連續(xù)掘進(jìn)的聯(lián)動(dòng)機(jī)施工的方法。
掘進(jìn)機(jī)是一種用強(qiáng)力切割地層的圓形鋼結(jié)構(gòu)機(jī)械，有多種類(lèi)型。普通型的掘進(jìn)機(jī)的前端是一個(gè)金屬圓盤(pán)，以強(qiáng)大的旋轉(zhuǎn)和推進(jìn)力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，圓盤(pán)上裝有數(shù)十把特制刀具，切割地層，圓盤(pán)周邊裝有若干鏟斗將切割的碎石傾入皮帶運(yùn)輸機(jī)，自后部運(yùn)出。機(jī)身中部有數(shù)對(duì)可伸縮的支撐機(jī)構(gòu)，當(dāng)?shù)毒咔懈畹貙訒r(shí)，它先外伸撐緊在周?chē)鷰r壁上，以平衡強(qiáng)大的扭矩和推力。掘進(jìn)機(jī)法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)圍巖擾動(dòng)少,控制斷面準(zhǔn)確，無(wú)超挖,速度快，操作人員少。

4）隧道襯砌
隧道開(kāi)挖后，為使圍巖穩(wěn)定，確保運(yùn)營(yíng)安全，需按一定輪廓尺寸建造一層具有足夠強(qiáng)度的支護(hù)結(jié)構(gòu)，這種隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)稱(chēng)為隧道襯砌。常用的襯砌種類(lèi)有就地灌注混凝土類(lèi)、預(yù)制塊拼裝、噴錨或單噴混凝土、復(fù)合式襯砌。復(fù)合式襯砌是在噴錨或單噴支護(hù)之后，再就地灌注一層混凝土，形成噴錨支護(hù)同混凝土襯砌結(jié)合的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。如遇有水地段可在兩層支護(hù)間加掛一層塑料板或做其他防水層。

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