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2023

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隧道工程怎么做?

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

  海滄隧道

  隧道根據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。

  鷹山隧道

  隧道工程從前期調研到施工,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、襯砌類(lèi)型等技術(shù)方案,對隧道地處范圍內的地形、地質(zhì)狀況,以及對地下水的分布和水量等水文情況要進(jìn)行勘測。

  在隧道勘測和開(kāi)挖過(guò)程中,須了解圍巖的類(lèi)別。圍巖是隧道開(kāi)挖后對隧道穩定性有影響的周邊巖體。圍巖分類(lèi)是依次表明周?chē)鷰r石的綜合強度。中國在1975年制定的鐵路隧道工程技術(shù)規范中將圍巖分為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年代以后在國際上應用較廣并為國際巖石力學(xué)學(xué)會(huì )推薦的為巴頓等各種分級系統。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,為隧道工程設計合理和施工順利提供了依據。

  2.隧道設計

  包括隧道選線(xiàn)、縱斷面設計、橫斷面設計、輔助坑道設計等。

  1)選線(xiàn):根據線(xiàn)路標準、地形、地質(zhì)等條件選定隧道位置和長(cháng)度。選線(xiàn)應作多種方案的比較。長(cháng)隧道要考慮輔助坑道和運營(yíng)通風(fēng)的設置。洞口位置的選擇要依據地質(zhì)情況。考慮邊坡和仰坡的穩定,避免塌方。

  2)縱斷面設計:沿隧道中線(xiàn)的縱向坡度要服從線(xiàn)路設計的限制坡度。因隧道內濕度大,輪軌間粘著(zhù)系數減小,列車(chē)空氣阻力增大,因此在較長(cháng)隧道內縱向坡度應加以折減。縱坡形狀以單坡和人字坡居多,單坡有利于爭取高程,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)橫斷面設計:隧道橫斷面即襯砌內輪廓,是根據不侵入隧道建筑限界而制定的。中國隧道建筑限界分為蒸汽及內燃機車(chē)牽引區段、電力機車(chē)牽引區段兩種,這兩種又各分為單線(xiàn)斷面和雙線(xiàn)斷面。襯砌內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(xiàn)隧道軌面以上內輪廓面積約為27~32平方米,雙線(xiàn)約為58~67平方米。在曲線(xiàn)地段由于外軌超高車(chē)輛傾斜等因素,斷面須適當加大。電氣化鐵路隧道因懸掛接觸網(wǎng)等應提高內輪廓高度。中、美、蘇三國所用輪廓尺寸為:?jiǎn)尉€(xiàn)隧道高度約為6.6~7.0米、寬度約為4.9~5.6米;雙線(xiàn)隧道高度約為7.2~8.0米,寬度約為8.8~10.6米。在雙線(xiàn)鐵路修建兩座單線(xiàn)隧道時(shí),其中線(xiàn)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)隧道應適當加寬。

  4)輔助坑道設計:輔助坑道有斜井、豎井、平行導坑及橫洞四種。斜井是在中線(xiàn)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機提升。斜井斷面一般為長(cháng)方形,面積約為8~14平方米。豎井是由山頂中線(xiàn)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(xiàn)上或在中線(xiàn)的一側(距中線(xiàn)約20米)。豎井斷面多為圓形,內徑約為4.5~6.0米。平行導坑是距隧道中線(xiàn)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)擴建為第二線(xiàn)的導洞。中國自1957年修建川黔鐵路涼風(fēng)埡鐵路隧道采用平行導坑以來(lái),在58座長(cháng)3公里以上的隧道中約有80%修建了平行導坑。橫洞是在傍山隧道靠河谷一側地形有利之處開(kāi)辟的小斷面坑道。

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

  目前,隨著(zhù)BIM技術(shù)的發(fā)展與應用的深入,在隧道設計階段,由于隧道設計的復雜性,業(yè)主一般會(huì )要求設計企業(yè),在完成二維設計后,進(jìn)行三維可視化建模。一方面,能利用BIM軟件進(jìn)行設計方案比選,另一方面,能對重大風(fēng)險源等施工難點(diǎn),進(jìn)行模型整合檢查,提前預知風(fēng)險點(diǎn)。

  隧道工程建模一般采用道路設計BIM軟件OpenRoads Designer,OpenRoads Designer提供以施工驅動(dòng)的工程設計,具有自動(dòng)出圖、創(chuàng )建縱斷面圖和橫斷面圖、對地形進(jìn)行建模和分析、土石方建模等功能,有助加快路網(wǎng)項目交付,統一從概念到竣工的設計和施工過(guò)程。

  3.控制測量

  隧道測量是為了保證測量的中線(xiàn)和高程在隧道貫通面處的偏差不超出規定的限值。

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

  在隧道進(jìn)行中線(xiàn)測量以前,就要考慮將來(lái)隧道打通后的偏差數值。根據隧道的長(cháng)度和平面形狀,在地形圖上先行布置測點(diǎn)的位置和預計的貫通點(diǎn),并在平面圖上量出必要的尺寸,再根據規范規定的極限誤差試算出測角和量距的必要精度,然后進(jìn)行測量。這個(gè)過(guò)程叫做測量設計或叫做隧道貫通誤差的預計4公里以下的隧道中線(xiàn)貫通極限誤差為±100毫米;4~8公里的隧道中線(xiàn)貫通極限誤差為±150毫米。

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

  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)機直接開(kāi)挖也逐漸推廣。