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隧道是埋置于地层内的工程建筑物，是人类利用地下空间的一种形式。隧道可分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道、军事隧道。 古代美索不达米亚人早已开挖隧道，但水下隧道却到19世纪才开挖成功。在土壤松软处挖隧道，要防止因泥和水渗入而坍塌。1818年，英国工程师布伦诺尔设计出挖掘机，在泰晤士河底下挖掘隧道。 他观察过一种名叫凿船虫的蛀木软体动物，发现这种虫子利用圆硬壳支撑孔洞四周的特朵铖，继续向前钻进。于是受到启发，制造了一个箱形铁壳（称为盾构），利用千斤顶在松软的土壤中向前推进。挖掘工人则在铁壳内一面挖掘，一面在隧道内壁衬砖。 1825年至1841年间，利用布仑诺尔设计的盾构凿通韦平到罗瑟海斯的世界第一条水下隧道，长约1100米。 1865年，英国桥梁工程师巴洛发明一种盾构，并注册了专利，这种盾构是圆筒形，直径较布仑诺尔设计的为小，不用砖铺砌隧道内壁，而用铁块砌块。巴洛和工程师格雷特黑德利用这种盾盾构在一年之内凿通泰晤士河下的第二条隧道。 格雷特黑德还改进挖隧道技术，以压缩空气抵消外面的水压，1890年，伦敦用这种技术建成世界第一条地下铁道。 科技发展： 越来越多便捷的出行方式出现在我们面前。 以上内容参考：百度百科-隧道 
第一部分 隧道与地下工程第一节 概述隧道和地下工程随着我国经济和人民生活水平的提高而进一步发展和推广。隧道和地下工程已经是解决我国交通和工业的和很有前景的一门科学。隧道是一种地下工程结构物，通常是指修筑在地下或山体内部，两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线通过的通道。隧道一般包括交通运输方面的铁路、公路、航运和人行隧道；城市地下铁路和海底、水底隧道；军事工程方面的各种国防坑道；水利发电工程方面的各种水工隧道或隧洞等。隧道工程是指从事研究和建造各种隧道的规划、勘测、设计、施工和养护的一门应用科学和工程技术，它是土木工程的一个分支。目前，大部分隧道的设置以交通运输为主要目的，穿越山岭、河流、港湾等障碍，修建地下铁道，缩短交通线路，改善线形，可提到车辆行驶速度，以获得良好的经济效益和社会效益。除此之外，在水电工程中设置各类水工隧道可实现引水、排水、通风等目的；在市政工程中，设置各类公共隧道可实现污水排放、管线铺设等目的。隧道的这些功能，决定了其一般在长度方向上有较大的尺寸，多数长度为几千米道几十千米，有的甚至更长。而横断面的尺寸则相对较小，一般仅几米到几十米。断面较小的隧道，一般不作为交通设施，仅用于污水排放和水、气管道、电缆、通讯线路等敷设用途，这些通道常常也被称为隧硐、导沟、管沟等。断面较大、长度较短的隧道所形成的地下空间，一般有其专用功能，如作为地下变电站、地下停车场、地下仓库、地下广场等。隧道之所以在近几年迅猛的发展，是因为它有独特的优点：首先，利用隧道可以实现各种运输线路直线等穿越山岭而不必盘山绕岭。其次，隧道还可以改善线路中的车辆运行情况和提高线路的运行能力。其三，隧道是一项隐蔽在地下、水下或山体内部的重要结构。其四，隧道在具有以上功能的同时，还存在有另一重要特点就是它不占据地面空间，这等于无形中增加了城市的有效面积，对于人口拥挤、道路密集、交通繁忙的城市来说，无疑是十分重要的。最后，城市地下隧道的兴起，也带动了整个城市地下工程的发展。隧道是地下工程的一种，而矿井和巷道同样是地下工程的重要组成部分。矿井的建设和施工比隧道更困难，因为它位于较深的地下，地质条件更复杂和施工技术不完善！我们这次实习，主要是焦晋高速隧道工程和赵固煤矿的矿井建设。第二节 隧道工程我们这次实习地点是焦晋高速的隧道工程，特别是牛郎河隧道，它是焦晋隧道中工程量最大，地质条件最复杂，施工最困难的最长的隧道。 1、焦晋高速 1、概况焦作至晋城高速公路（焦作境），是经国家计委批准立项的河南省重点工程，也是国内第一条由地、市级公路局自筹资金、自行建设、自主管理的跨省高速公路。焦晋高速（焦作境）穿梭在太行山崇山峻岭之中，悬挂于县崖峭壁之上，地质条件复杂，施工场地狭小，施工难度前所未有。去年年底全线通车的河南焦作至晋城高速公路，由于采用了多项诸如煤炭采空区注浆加固等先进技术，使这条穿越太行山的高速公路成为国内先进筑路技术的实验示范基地。 焦作至晋城高速公路（焦作至省界段）虽然只有短短的036公里，但因穿越太行山，地形复杂，地质条件十分恶劣，全线从起点到终点总落差达566米，有大中型桥梁22座，隧道7座，并有多处穿越孤峰的桥隧工程，施工难度极大。具体表现为桥墩高、挡墙高，其中最高的桥墩达83米，有“河南第一墩”之称；最高的挡墙高达30米，接近工程规范极限，技术要求极高。省界至晋城段有隧道10座，其中牛郎河隧道是焦晋高速最长的隧道，约为3900米。 2、成果为了优质完成工程建设，工程业主单位———焦作市公路局在设计过程中，先后采取了红外遥感、卫星导航摄像技术对地质构造、岩石进行科学分析，并普遍采用计算机辅助设计线路、桥隧、挡墙，使所有工程设计都达到了科学化和标准化。开工以后，工程指挥部相继聘请了省内外8名筑路工程专家成立了工程技术专家组，针对工程建设中出现的技术难题，定期召开科研论证例会进行技术攻关。 在治理大面积煤矿采空区时，工程施工单位在有关专家的帮助下，采用最先进的钻孔注浆施工方法实施治理，共钻孔912个，注浆近12万立方米，从根本上解决了采空区地表不规则沉降这一难题。其他如桥梁高墩滑模顶升、隧道浅埋偏压和膨胀土路基处理等高新技术的相继采用，使该工程的各分项工程合格率达到100％，优良率达到90％。 2、牛郎河隧道 1、概况牛郎河隧道进口位于张庄河附近，出口位于牛郎河村，属越岭特长隧道，为双线、双洞、双车道、双侧电缆槽和排水沟的隧道。其中左线起讫里程LK26+415～LK30+370，全长3955m;右线里程RK26+405～RK30+300，全长3895m。牛郎河隧道地处太行山中低山区，海拔高度介于724m～1046m之间，隧址区地形起伏较大。地势陡峭，相对高差320m。隧道最大埋深280m。区内沟谷发育，多呈“U”及“V”型谷。 2、工程地质条件隧道进口隧址区主要穿越中奥陶统上马家沟组第三岩性段中厚层灰岩及第四薄层泥灰岩，岩层产状平缓，近于水平。地表覆盖薄层第四系残坡积地层。进口80m属Ⅲ类围岩，薄泥层灰岩，强～弱风化，硬质岩组。发育两组节理，岩体较破碎，呈碎石状镶嵌结构，围岩稳定性差。中间Ⅳ围岩，中厚层灰岩，微风化～新鲜岩石，硬质岩组， 单斜构造，产状平缓。受构造影响较重，节理较发育，呈X型张性节理，节理走向分别5°～7°和290°，节理宽度约1～5cm，贯通性良好，由黄粘土残积物充填，层间结合性差。岩体呈块碎石状镶嵌结构块状砌体结构，围岩稳定性一般。地下水主要为岩溶水和基岩裂隙水，呈滴水状或涌水状。 3、施工概况根据隧址区地形、地貌及地质条件，两端接线工程量和隧道照明的需求，隧道进、出口段平面线形分别设置为半径R-2500m、R-1500m的不设超高的平曲线，洞身段均为直线，主要是考虑减少隧道长度和有利于通风而为之。左洞纵坡为-90%的单坡，右洞纵坡为-654%和-89%的合成坡。依救援逃逸的需求，隧道内布设车行横洞3道、人行横洞3道。另外，左、右洞内各设置4处应急停车带。牛郎河隧道采用分离式断面，两洞净间距约30m，其建筑限界为：净宽75m(75+25+50+75×2+50+25)，净高5m。洞内设单侧检修道，高40m，隧道内轮廓为单心圆。应急停车带处的内轮廓为三心圆。除明洞外，隧道衬砌结构系按NATM原理，采用以柔性支护体系为主要受力结构的复合式衬砌，即以喷、锚、网、格栅或型钢钢架等为初期支护，模筑混凝土或模筑钢筋混凝土为二次衬砌，并在两者之间敷设防水板。这种支护方式既能充分维护和利用围岩的自承能力，减薄衬砌厚度，又便于机械化快速施工有利于保证施工安全和工程质量。隧道内设置有电光照明、全射流风机纵向式通风、消防、监控通讯以及配套的养管设施。牛郎河隧道采用分离式、双洞、双车道布置，两洞净距30m。隧道净宽75m，净高8m。隧道内轮廊为R=527cm单心圆。本标段左、右线各设紧急停车带两处，行车方向右侧加宽5m，净宽25m，内轮廊为三心圆。车行横洞、人行横洞各两处，洞门为端墙式。隧道以柔性支护体系结构的复合式衬砌为主要受力结构，即以喷锚，钢筋网，钢格栅支撑、喷25#防水混凝土为初期支护，模注混凝土为二次支护，并敷设防水层防水;路面为25cm厚35#混凝土，上铺7cm沥青混凝土作为上路面。隧道采用新奥法施工技术，利用大型配套施工机械施工作业生产线。Ⅲ类围岩采用上半断面开挖法作业，Ⅳ围岩采用全断面光面爆破法开挖，洞口段采用上半断面弧形导坑开挖先拱后墙法施工，并且打入间距为50cm、长度为5m锚杆三排;明洞采用明挖方法施工。不良地质采用短循环、弱爆破、超前锚杆、强支撑方法。Ⅲ类围岩开挖循环进尺5m～0m，Ⅳ类围岩循环进尺5m～0m。装碴运输采用无轨装碴，无轨运输方案。二次衬砌采用自行全液压整体模板台车施工方案。
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摘要：本文重点介绍上海隧道施工技术研究所对城市交通矩形地下通道掘进机及矩形隧道的研究与用。以供异型断面隧道研究、设计、施工参考。 关键词：城市地下交通矩形隧道顶管机设计中间试验工程应用 城市建设发展速度越来越陕，交通运输对城市建设发展的作用更加凸现。发展与建设的推进求城市解决更多的地下人行通道，如地铁车站的进出口的过街人行隧道、城市地下管线共同沟等类地下隧道工程以矩形最为经济。因此城市交通矩形地下通道掘进机的研究与应用十分必要。 1、矩形隧道的发展与应用世界最早的盾构法隧道是1826年开始建造的英国伦敦穿越泰晤士问底的公俏隧道，其隧道断面为8m的矩形，由于采用人工开挖和施工中涌水淹没事故，长458m的矩形隧道掘进了18年才完工。 20世纪70年代以来，随着经济的发展，盾构掘进机施工技术有了新的飞跃。尤其是日本，地下空间的开发和利用的需求，促进了盾构隧道技术的进—步发展。20世纪80钢代后，世界各国掀起了开发异形断面盾构掘进机的高潮，先后进行了矩形隧道、椭圆形隧道、双圆形隧道、多圆形隧道盾构掘进机及施工技术的试验研究和工程应用。从隧道的使用功能来分析，城市交通人行地道、地下共同沟、地铁隧道的断面形式以矩形最为合适，最为经济，因而矩形盾构掘进机的重新研究开发和应用意义十分分重大。 日本对大断面矩形盾构工法开展了研究，主要解决穿越铁路的车行下立交工程施工，用钢管片拼装后再浇筑混凝土内衬，盾构施工最浅覆土仅1981年，名古屋和东京都采用29mx 09m手掘式矩形盾构掘进2条长534m和298m的共同沟。名古屋还采用38m的手掘式矩形盾构掘进1条长374m矩形隧道。总之，矩形隧道和矩形盾构技术的应用方兴未艾，其优点日益体现，其技术也日趋成熟。 上海隧道施工技术研究所于1995年起，开始启动矩形隧道研究并通过立题论迅1995年完成5m可变网格矩形顶管机设计、矩形隧道试验工程方案和工程设计。1999年4月，上海地铁三号线五号出入口矩形通道施工采用上海隧道施工技术研究所自行研制的8mx 8m矩形刀盘式土压平衡顶管机。矩形隧道于4月中旬始发推进，6月初完成第2条矩形隧道工程，工程质量优良，施工中确保了上海延安东路隧道的正常运营和陆家嘴路地下管线的安全。国内首次施工矩形盾构隧道仅花了40天完成了两条隧道的推进，矩形隧道研究和推广应用取得了成功。 2、城市交通矩形地下通道掘进机的研究1矩形隧道应用的经济跬矩形断面与圆形断面相比，其有效使用面积比圆形增大20％以上。城市交通过街人行通道要求埋深浅，因此矩形隧道更能满足人行通道的施工要求。 城市交通过街人行通道作为地铁车站的进出口日益增多，城市地下管线共同沟也将在我国得到发展，而这类地下隧道工程以矩形最为经济，因此矩形隧道的研究和应用可直接为工程建设的需求服务，并有广泛的应用前景。 2矩形隧道的研究方法矩形隧道的可行性研究力祛和技术路线如下： （1）对国外有关矩形盾构和矩形隧道工程的消化吸收； （2）矩形顶管试验工程的设想和设计； （3）矩形顶管机机型的技术经济比较，机型方案设计和选择； （4）试验用矩形顶管机的研制，在试验机的基础研制工程用矩形顶管机； （5）矩形钢筋混凝土管节通过结构试验了解结构受力分布，改进管节设计节设计优化提供依据； （6）通过5m矩形隧道试验工程，了解矩形隧道顶进的施工参数和掌握规律，为工程应用提供依据； （7）进行工程应用方案设计、施工设计，完成工程应用，进行施工工法研究。 3矩形顶管机的研制由于可变网格式矩形顶管机具有加工相对简单、造价低、上马快的优点，在试验中同样可以获取有价值的各类数据，所以选择了这一方案。 1研发设计原则矩形网格式顶管机采用网格切割土体，并挡住开挖面土体有效防止正面土体坍塌，以人工出土方法进行开挖。它由主顶进推动机头向前运动，机头分成前后两段，中间由纠偏油缸连接，在壳体二侧装有纠转装置，切口环处安装变角切口，可进行一定量的超挖，有利于机头的姿态控制，保证隧道轴线的偏差在设计范围内。网格中包含四个可变网格，可以调整机头正面的进土量，有利于控制正面土体的稳定性。 2设计基本情况为了保证管节和土体之间有一定的间隙，有利于泥浆套成环，设计中将机头的截面尺寸设计得大于管节的截面尺寸。顶管机主机可分成前后两段，中间由纠偏油缸连接。前后段之间的密封采用一道唇形密封和一道支承橡胶圈，切口环处装有变角切口。网格中装有可调节开口率的可变网格，在壳体两侧装有纠转装置。上述装置可对机头姿态进行控制。 主顶进装置由8台油缸及u形顶铁、顶环、垫铁、底架、钢后靠等组成，8台油缸分成二组，各4台叠加呈对称分布，并用分体式结构的支座固定，工作行程为每台油缸可单独控制。纠偏装置主要用于机头左右、上下轴线偏差的控制，总纠偏力为752t，纠偏角度为±2度。注浆纠转系统（翅板+压浆）主要用于机头旋转后的纠正，纠转力矩可达210x2——420kN 4矩形隧道工程试验 1试验工程概况试验工程位于上海南汇县航头地区，顶进距离为60m，覆土深度为距离顶进轴线北侧10m处有条小河，南侧10m处是场内钢筋混凝土主干道路，见图顶管机所穿越的土层分别为：进出洞段是灰色淤泥质粘土和灰色淤泥质粉质粘土；区间段是灰色淤泥质粘土和灰色砂质粉土，通过工程试验，验证了矩形顶管机的设计选型、矩形管节选型、接头型式和止水带设计选型；通过采集的各种施工参数和工况记录，研究了矩形顶管施工工法。工程试验完成了对矩形顶管机的技术关键进行试验研究，收集了第一手的资料和数据，积累了矩形断面隧道掘进的实际施工经验。 3、矩形在城市地铁地下人行通道的应用1998年2月，课题组提出地铁陆家嘴站五号出入口地道矩形顶管施工方案。上海地铁二号线陆家嘴车站二号出入口通道需建立2条62m，内净尺寸3mx 3m胡矩形隧道。 1组合刀盘式土压平衡顶管机的研制8mx 8m组合刀盘式土压平衡顶管机是在5m矩形顶管机研制、试验成功的基础上，针对上海地铁二号线陆家嘴车站五号出入口地下通道工程而研制的。 毕业论文搜集整理：毕业论文网1矩形地下通道掘进机的选型结合工程情况，通过方案比选，考虑到大刀盘加仿形刀具有结构紧凑、可靠性好、操作简便等特点，一致认为工程应采用全断面切削土压平衡顶管机进行施工。组合刀盘式土压平衡顶管机采用大刀盘及仿形刀切割土体。并挡住开挖面土体，有效防止正面土体倒塌，利用调整螺旋机的转速及顶进速度来控制土仓的土压力，以保持开挖面的稳定。为了保证管节和土体之间有一定的间隙，有利于泥浆套成环，设计中将机头的截面尺寸设计得大于管节的截面尺寸。（机头的外包截面尺寸828m，管节外包截面尺寸8m）。 2组合刀盘式土压平衡矩形顶管机的特点顶管机主机可分成前后两段，中间由16台纠偏油缸连接。前后段之间的密封采用二道唇形橡胶密封圈。正面由大刀盘及四把仿形刀对土体进行全断面切削。由螺旋输送机出土，调整螺旋输送机的转速可保持土仓内的土压平衡，维持开挖面的稳定． 1矩形顶管机全断面切削问题矩形顶管机若只有一个 大刀盘进行回转切削，只能做到90％左右的截面切削率，矩形顶管帆断面内的四个角就无法切削。针对陆家嘴地区复杂的地质条件、管线、环境保护和机头进出洞时需穿越SMW加固层等情况，采用大刀盘对大部分的正面土体进行切削，利用设置在刀盘后侧的仿形刀切削四个角上的土体． 2矩形顶管机机头旋转问题对矩形顶管机机头旋转现象，采用压浆纠转技术措施，盘正转或反转的办法实现纠转。 3矩形顶管机机头轴线偏差控制方法根据轴线偏差方位以及偏差量，对纠偏油缸进行编组及控制油缸伸缩量，使前、后壳体形成一夹角，从而改变机头方向，以达到纠偏目的。此外还可采用压浆纠偏的办法，达到纠偏的目的，也可将两者结合起来进行纠偏。 3矩形隧道工程施工上海市地铁二号线陆家嘴五号出入口顶管工程，位于浦东陆家嘴金融贸易中心区。其五号出入口始发井，四号出入口为接收井，位置分布于延安东路隧道引道段南北两侧。通道由硼张度各为25m的平行管道组成，两条管道净间距为2m，管道坡度均为2％，管道顶平均覆土厚度约3m-通道结构全部采用预制矩形钢筋混凝土管节。管节外形尺寸为3 800x 3 800，壁厚为40cm，管节长度为工程管节总用量为64节。 1顶进轴线的控制轴线控制是矩形顶管顶进的一大难题。顶管在正常顶进施工过程中，必须密切注意顶进轴线的控制。在每节管节顶进结束后，必须进行机头的姿态测量，并做到随偏随纠，且纠偏量不宜过大，以避免土体出现较大的扰动及管节间出现张角。 2环境保护和沉降控制由于工程沿线将穿越陆家嘴路、延安东路隧道浦东引道段及上水管、煤气管、雨水管、污水管、市话线、电力线等管线。其中管道顶与中450污水管、中1 000而r欠管、小800雨水管底净距均为1m，与延安东路隧道引道段结构底净距为564m，见图5，在顶进过程中的地面沉降控制、实施环境保护将极为重要。 当顶管法施工引起隧道周围地表沉降，采用仿形刀装置：对矩形顶管机的四个死角内的土体切削配合大刀盘对正面土体进行充分切削。进行设置沉降监测，数据反馈，调整施工参数，实施信息化施工。 控制好地面沉降，实际已形成和达到环境保护。但本工程对延安东路隧道引道段提出的沉降量控制在+10mm~-30mm之间，故必须采取保证措施控制沉降，在特定的条件下，确保隧道引道段安全。 3矩形顶管机顶进中的控制技术（1）严格控制顶管的施工参数，防止超挖；（2）严格控制顶管顶进的纠偏量，把“勤纠、缓纠”控制好顶进辆线的原则，贯穿于顶进的全过程；（3）顶进速度不宜过陕，尽量做到均衡施工，顶进速度控制在15mm/min左右。 （4）顶进施工中，必须保证持续、均匀压浆，使出现的建筑空隙能迅速得到填充，确保顶管管道上部土体的稳定。 （5）克服“背土”现象，除在机头处道过压注触变泥浆，避免机头“背土”现象发生外，还须在 顶进过程中专门对出洞段管节上部进行注浆，随时填堵由于管节“背土”而出现的建筑空隙。 （6）监测控制顶管机机头后部已建成管道的高程出现的“下沉”或“上浮”。当出现管道下沉较严重时，应对下沉部位进行底部注浆，防止由此导致地面沉降。 4结束语 矩形盾构隧道是国外在20世纪90年代开发应用的新颖盾构隧道技术，由于其断面利用率大、覆土浅、施工成本低等优点，该项技术可用于城市交通人行地道、车行地道、地下管线共同沟、引水和排水管道工程。矩形隧道工程试验的成功，标志着我国该项技术应用已进入实质性启动阶段，它填补了我国矩形顶管施工技术的空白，为该项技术的工程应用提供了设计依据和施工经验，必将具有广阔的应用前景。毕业论文搜集整理：毕业论文网
