國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道施工技術(shù)的綜述與展

1、國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道施工技術(shù)的現(xiàn)狀和展望113國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道施工技術(shù)的綜述與展望國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道施工技術(shù)的綜述與展望宋戰(zhàn)平吳煥通二〇〇九年三月摘要：摘要：當(dāng)前，山嶺隧道和其他地下工程是人類(lèi)向自然界要空間、進(jìn)行資源開(kāi)發(fā)的主要方向之一，“上天入地”是人類(lèi)向立體空間發(fā)展的必然趨勢(shì)。21世紀(jì)世界隧道與地下空間的開(kāi)發(fā)必將出現(xiàn)大量的長(zhǎng)大隧道工程。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道工程及長(zhǎng)大隧道工程的施工技術(shù)現(xiàn)狀、取得的成就及發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了綜合分析。系統(tǒng)介紹了山嶺隧道施工

2、理念和山嶺隧道防排水指導(dǎo)原則，長(zhǎng)大山嶺隧道的施工開(kāi)挖技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展和山嶺隧道支護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展；討論了長(zhǎng)大隧道通風(fēng)技術(shù)現(xiàn)狀和山嶺隧道的施工機(jī)械配置，指出了山嶺隧道施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀；基于以上的分析，結(jié)合我國(guó)山嶺隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀，展望了對(duì)21世紀(jì)長(zhǎng)大山嶺隧道的施工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：隧道工程；山嶺隧道；施工技術(shù)；發(fā)展和展望0前言當(dāng)前，山嶺隧道和其他地下工程是人類(lèi)向自然界要空間、進(jìn)行資源開(kāi)發(fā)的主要方向之一，“上天入地”是人類(lèi)向立

3、體空間發(fā)展的必然趨勢(shì)。中國(guó)是一個(gè)多山的國(guó)家，高速、準(zhǔn)高速鐵路、公路的發(fā)展和建設(shè)是中國(guó)21世紀(jì)的特色；21世紀(jì)的中國(guó)必然將出現(xiàn)大量的隧道工程，長(zhǎng)大隧道的建設(shè)勢(shì)在必行。長(zhǎng)大隧道的修建給我們帶來(lái)了無(wú)限的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，為能更好地適應(yīng)當(dāng)前隧道施工技術(shù)的發(fā)展，提高我局長(zhǎng)大隧道施工技術(shù)水平，以便在今后的長(zhǎng)大隧道施工中能更好地、全面開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新原理、新技術(shù)、新設(shè)備、新方法、新工藝、新材料，迎接21世紀(jì)山嶺隧道大發(fā)展的到來(lái)，深入了解當(dāng)前國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道施工技

4、術(shù)現(xiàn)狀，把握國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道施工技術(shù)發(fā)展是十分必要的。1國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道建設(shè)國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道建設(shè)1.1國(guó)外長(zhǎng)大隧道建設(shè)國(guó)外長(zhǎng)大隧道建設(shè)隧道是一種修建在地下，兩端有出入口，供車(chē)輛、行人、水流及管線(xiàn)等通行的工程建筑物。OECD（國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）1970年隧道會(huì)議綜合各種因素對(duì)隧道所下的定義：“以某種用途、在地面下用任何方法按規(guī)定形狀和尺寸修筑的斷面積大于2m2的洞室。”均稱(chēng)之為隧道。近代隧道興起于十七世紀(jì)的運(yùn)河時(shí)代，從這一時(shí)期起，歐洲陸續(xù)

5、修建了許多運(yùn)河隧道。1820年前后，隨著鐵路運(yùn)輸?shù)呐d起，英國(guó)、法國(guó)等歐洲，然后是美國(guó)和明治維新后的日本先后開(kāi)始修建鐵路隧道。在19世紀(jì)世紀(jì)60年代以前，修建的隧道都用人工鑿孔和黑火藥爆破方法施工年代以前，修建的隧道都用人工鑿孔和黑火藥爆破方法施工。1861年修建穿越阿爾卑斯山脈的仙尼斯峰鐵路隧道時(shí)，首次應(yīng)用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)代替人工鑿孔首次應(yīng)用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)代替人工鑿孔。1867年修建美國(guó)胡薩克鐵路隧道時(shí)，開(kāi)始采用硝化甘油炸藥代替黑火藥采用硝化甘油

6、炸藥代替黑火藥，使隧道施工技術(shù)及速度得到進(jìn)一步發(fā)展。在20世紀(jì)初期，歐洲和北美洲一些國(guó)家鐵路形成鐵路網(wǎng)，建成的5公里以上長(zhǎng)隧道有20座。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隧道機(jī)械化施工水平有很大提高，全斷面液壓鑿巖臺(tái)車(chē)和其他大型施全斷面液壓鑿巖臺(tái)車(chē)和其他大型施工機(jī)具相繼用于隧道施工工機(jī)具相繼用于隧道施工。其后，噴錨技術(shù)的發(fā)展和新奧法的應(yīng)用更是噴錨技術(shù)的發(fā)展和新奧法的應(yīng)用更是為隧道工程開(kāi)辟了新的途徑，而隧道掘進(jìn)機(jī)的采用則徹底改變了隧道開(kāi)挖的鉆爆方式掘

7、進(jìn)機(jī)的采用則徹底改變了隧道開(kāi)挖的鉆爆方式。據(jù)2000年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，世界隧道主要分布在中國(guó)、日本、意大利、法國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、挪威、國(guó)內(nèi)外長(zhǎng)大隧道施工技術(shù)的現(xiàn)狀和展望3132.1隧道分類(lèi)及相關(guān)概念隧道分類(lèi)及相關(guān)概念根據(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

8、道中修建最多的是山嶺隧道。對(duì)山嶺隧道，根據(jù)隧道長(zhǎng)度將隧道區(qū)分為特長(zhǎng)隧道(長(zhǎng)度大于10Km)、長(zhǎng)隧道(長(zhǎng)度大于3Km)、中長(zhǎng)隧道（長(zhǎng)度大于500m）和短（長(zhǎng)度小于500）；根據(jù)隧道開(kāi)挖斷面面積，以國(guó)際隧協(xié)建議標(biāo)準(zhǔn)將隧道分為特大斷面隧道（開(kāi)挖面積大于100m2）、大斷面隧道（開(kāi)挖面積50－100m2）、中等斷面隧道（開(kāi)挖面積1050m2）、極小斷面隧道（開(kāi)挖面積小于3m2）。根據(jù)以上概念，我國(guó)當(dāng)前在建的長(zhǎng)度大于3km的鐵路、公路雙線(xiàn)隧道均屬

9、于長(zhǎng)大隧道。這類(lèi)隧道不但長(zhǎng)度大，而且一般埋深也較大，且常常要穿越斷層、涌水、高溫、瓦斯、溶洞、暗河、巖爆、泥石流等水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜而多變的地層。因此長(zhǎng)大隧道的生產(chǎn)系統(tǒng)十分復(fù)雜，包含了開(kāi)挖、運(yùn)輸、襯砌、通風(fēng)、風(fēng)水管、供電、通訊、災(zāi)害防治和預(yù)警等子系統(tǒng)。2.2長(zhǎng)大隧道施工理念及相關(guān)問(wèn)題長(zhǎng)大隧道施工理念及相關(guān)問(wèn)題2.2.1礦山法隧道施工概念山法隧道施工概念山嶺隧道的常規(guī)施工方法又稱(chēng)為礦山法，因最早應(yīng)用于采礦坑道而得名。在礦山法中

10、，多數(shù)情況下都需要采用鉆眼爆破進(jìn)行開(kāi)挖，故又稱(chēng)為鉆爆法。從隧道工程的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，鉆爆法仍將是今后山嶺隧道最常用的開(kāi)挖方法。在礦山法中，坑道開(kāi)挖后的支護(hù)方法，大致可以分為鋼木構(gòu)件支撐（傳統(tǒng)礦山法）和錨桿噴射混凝土支護(hù)（新奧法）兩類(lèi)。作為施工方法，人們習(xí)慣上將采用鉆爆開(kāi)挖加鋼木構(gòu)件支撐的施工方法稱(chēng)為“傳統(tǒng)的礦山法”；而將采用鉆爆開(kāi)挖加錨噴支護(hù)的施工方法稱(chēng)之為“新奧法”。我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始引用錨桿和噴射混凝土技術(shù)，近幾十年來(lái)，通過(guò)工

11、程實(shí)踐積累了豐富的在不良地質(zhì)等困難條件下用新奧法修建隧道工程的成功經(jīng)驗(yàn)。2.2.2新奧法基本原理新奧法基本原理“新奧地利隧道修建方法”(NATM)簡(jiǎn)稱(chēng)“新奧法”的概念是奧地利學(xué)者臘布希維茲（L.V.Rabcewicz）教授于20世紀(jì)50年代首先提出的。它是以既有隧道工程經(jīng)驗(yàn)和巖體力學(xué)理論為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土組合在一起作為主要支護(hù)手段，通過(guò)監(jiān)測(cè)控制圍巖的變形，便于充分發(fā)揮圍巖的自承能力的施工方法。經(jīng)過(guò)奧地利、瑞典、意大利等國(guó)的許多隧

12、道與地下工程實(shí)踐和理論研究及科學(xué)論證，于20世紀(jì)60年代取得專(zhuān)利權(quán)并正式命名為新奧法（NATM）。之后新奧法在歐洲、美國(guó)、日本等國(guó)家的隧道和地下工程中獲得了快速發(fā)展，已成為現(xiàn)代隧道工程新技術(shù)的標(biāo)志之一。新奧法的核心是充分利用圍巖的自承與自穩(wěn)能力，開(kāi)挖后及時(shí)錨噴(網(wǎng))支護(hù)，封閉圍巖，控制圍巖變形。同時(shí)在施工中連續(xù)監(jiān)測(cè)圍巖動(dòng)態(tài)，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的信息，隨時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)、施工參數(shù)。因此，所謂新奧法不是單純的開(kāi)挖、支護(hù)的方法和順序，而是按照實(shí)際觀(guān)察到的圍

13、巖動(dòng)態(tài)的各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)指導(dǎo)開(kāi)挖隧道的方法，因此，新奧法應(yīng)該理解為新奧法原則而不能將其片面理解為施工的一種方法。基于以上的理解，可歸納新奧法的原則為充分保護(hù)、利用圍巖自身的承載能力新奧法的原則為充分保護(hù)、利用圍巖自身的承載能力；其施工施工要點(diǎn)為控制爆破、錨噴支護(hù)和施工監(jiān)測(cè)要點(diǎn)為控制爆破、錨噴支護(hù)和施工監(jiān)測(cè)，其實(shí)施方法為設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)為設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)三位一體的動(dòng)態(tài)模式。中國(guó)在20世紀(jì)70年代末開(kāi)始了解和接受新奧法的概念，從20世紀(jì)80年代開(kāi)