國內(nèi)外長大隧道施工技術(shù)的綜述與展

1、國內(nèi)外長大隧道施工技術(shù)的現(xiàn)狀和展望113國內(nèi)外長大隧道施工技術(shù)的綜述與展望國內(nèi)外長大隧道施工技術(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向自然界要空間、進(jìn)行資源開發(fā)的主要方向之一，“上天入地”是人類向立體空間發(fā)展的必然趨勢。21世紀(jì)世界隧道與地下空間的開發(fā)必將出現(xiàn)大量的長大隧道工程。本文對國內(nèi)外長大隧道工程及長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，長大山嶺隧道的施工開挖技術(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)合我國山嶺隧道施工技術(shù)現(xiàn)狀，展望了對21世紀(jì)長大山嶺隧道的施工技術(shù)的發(fā)展趨勢。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向自然界要空間、進(jìn)行資源開發(fā)的主要方向之一，“上天入地”是人類向立

3、體空間發(fā)展的必然趨勢。中國是一個(gè)多山的國家，高速、準(zhǔn)高速鐵路、公路的發(fā)展和建設(shè)是中國21世紀(jì)的特色；21世紀(jì)的中國必然將出現(xiàn)大量的隧道工程，長大隧道的建設(shè)勢在必行。長大隧道的修建給我們帶來了無限的機(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，提高我局長大隧道施工技術(shù)水平，以便在今后的長大隧道施工中能更好地、全面開發(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，深入了解當(dāng)前國內(nèi)外長大隧道施工技

4、術(shù)現(xiàn)狀，把握國內(nèi)外長大隧道施工技術(shù)發(fā)展是十分必要的。1國內(nèi)外長大隧道建設(shè)國內(nèi)外長大隧道建設(shè)1.1國外長大隧道建設(shè)國外長大隧道建設(shè)隧道是一種修建在地下，兩端有出入口，供車輛、行人、水流及管線等通行的工程建筑物。OECD（國際經(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?！本Q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、法國等歐洲，然后是美國和明治維新后的日本先后開始修建鐵路隧道。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年修建美國胡薩克鐵路隧道時(shí)，開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家鐵路形成鐵路網(wǎng)，建成的5公里以上長隧道有20座。20世紀(jì)60年代以來，隧道機(jī)械化施工水平有很大提高，全斷面液壓鑿巖臺(tái)車和其他大型施全斷面液壓鑿巖臺(tái)車和其他大型施工機(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挖的鉆爆方式掘

7、進(jìn)機(jī)的采用則徹底改變了隧道開挖的鉆爆方式。據(jù)2000年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，世界隧道主要分布在中國、日本、意大利、法國、美國、英國、挪威、國內(nèi)外長大隧道施工技術(shù)的現(xiàn)狀和展望3132.1隧道分類及相關(guān)概念隧道分類及相關(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。為縮短距離和避免大坡道而從山嶺或丘陵下穿越的稱為山嶺隧道；為穿越河流或海峽而從河下或海底通過的稱為水下隧道；為適應(yīng)鐵路通過大城市的需要而在城市地下穿越的稱為城市隧道。這三類隧

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

9、于長大隧道。這類隧道不但長度大，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。因此長大隧道的生產(chǎn)系統(tǒng)十分復(fù)雜，包含了開挖、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長大隧道施工理念及相關(guān)問題長大隧道施工理念及相關(guān)問題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)行開挖，故又稱為鉆爆法。從隧道工程的發(fā)展趨勢來看，鉆爆法仍將是今后山嶺隧道最常用的開挖方法。在礦山法中，坑道開挖后的支護(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。作為施工方法，人們習(xí)慣上將采用鉆爆開挖加鋼木構(gòu)件支撐的施工方法稱為“傳統(tǒng)的礦山法”；而將采用鉆爆開挖加錨噴支護(hù)的施工方法稱之為“新奧法”。我國從20世紀(jì)60年代開始引用錨桿和噴射混凝土技術(shù)，近幾十年來，通過工

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)簡稱“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，通過監(jiān)測控制圍巖的變形，便于充分發(fā)揮圍巖的自承能力的施工方法。經(jīng)過奧地利、瑞典、意大利等國的許多隧

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年代取得專利權(quán)并正式命名為新奧法（NATM）。之后新奧法在歐洲、美國、日本等國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)測圍巖動(dòng)態(tài)，根據(jù)監(jiān)測到的信息，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挖、支護(hù)的方法和順序，而是按照實(shí)際觀察到的圍

13、巖動(dòng)態(tài)的各項(xiàng)指標(biāo)來指導(dǎo)開挖隧道的方法，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)測要點(diǎn)為控制爆破、錨噴支護(hù)和施工監(jiān)測，其實(shí)施方法為設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測為設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測三位一體的動(dòng)態(tài)模式。中國在20世紀(jì)70年代末開始了解和接受新奧法的概念，從20世紀(jì)80年代開