隧道工程與城市軌道

交通工程7.1隧道工程概況7.2隧道工程分類與特點7.3隧道的結構、通風、照明和防水與排水7.4隧道工程的發展趨勢7.5城市軌道交通工程思考題

7.1隧道工程概況

隧道是修筑在巖體、土體和水底，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，包括交通運輸方面的鐵路、道路、水(海)底隧道和各種水工隧道等(如圖7-1所示)。圖7-1隧道工程

地下人工建筑的結構形式，根據其不同用途有多種多樣。當地下結構為空間封閉結構形式，寬度在10

m內時，通常稱為“洞室”；寬度在10～35?m之間時，稱為“地下廳”；寬度大于35?m時，稱為“地下廣場”。當地下結構垂直地層表面時(a

=

90°)，稱為“豎井”；當傾斜角a

>

45°時，稱為“井道”，如圖7-2所示。當人工建筑處于地表下，結構沿長度方向的尺寸大于寬度和高度并具有聯通A、B兩點的功能時，稱為“地道”，如圖7-3所示；當地道的橫截面積較小，通常認為截面積在30?m2以內時，稱為“坑道”；當截面積較大時，稱為“隧道”。

1970年，OECD(世界經濟合作與發展組織)隧道會議從技術方面將隧道定義為：以任何方式修建，最終使用于地表以下的條形建筑物，其空洞內部凈空斷面在2?m2以上者均為隧道。隧道工程包含兩方面的含義，一方面是指從事研究和建造各種隧道及地下工程的規劃、勘測、設計、施工和養護的一門應用科學和工程技術，是土木工程的一個分支；另一方面是指在巖體或土層中修建的通道和各種類型的地下建筑物。圖7-2豎井及井道圖7-3地道

以交通為用途的隧道，其兩端自地面引入。隧道端部外露面，一般都修筑為保護洞口和排放流水的擋土墻式結構，稱為“洞門”。此外，為了保證隧道的正常使用，還需設置一些附屬建筑物：如為工作人員在隧道內進行維修或檢查時，能及時避讓駛來的列車而在隧道兩側開辟的“避車洞”；為了保證車輛正常運行而設置的照明設施；為了排除隧道內滲入的地下水而設置的防水設備及排水設備；為了凈化隧道內車輛所排出的煙塵和有害氣體而設置的通風系統；為防止車輛在隧道內發生火災而設置的消防與報警設備等。

7.2隧道工程分類與特點

隧道是鐵路、道路、水渠、各類管道等遇到巖、土、水體障礙時開鑿的穿過山體或水底的內部通道，是“生命線”工程。鐵路隧道、公路隧道和地鐵隧道屬交通隧道，是主要的隧道類型。以交通為目的的隧道，可根據其用途、所處地理位置及隧道的橫截面的形狀等進行分類。

1．按隧道用途分類

按隧道用途可分為：交通隧道、水工隧道、市政隧道、礦山隧道等。

1)交通隧道

交通隧道是隧道中數量最多的一種。它的作用是提供交通運輸和人行的通道，以滿足交通線路暢通的要求。一般包括以下幾種：鐵路隧道、公路隧道、水底隧道、地下鐵道、航運隧道和人行隧道。人行隧道常被稱為“人行通道”。

(1)鐵路隧道。

從1888年我國臺灣省修建第一條獅球嶺鐵路隧道至今，隧道建設有近130年的歷史。20世紀50年代初，限于當時技術水平，采用迂回展線來克服地形障礙，寶成鐵路翻越秦嶺的一段線路采用短小隧道群，在該段路上有34座隧道，最長的秦嶺隧道長僅2363?m。我國修建10?km以上長度的隧道是從14.295?km長的雙線隧道——大瑤山隧道開始的，施工中采用鑿巖臺車、襯砌模板臺車和高效能的裝運工具等機具配套作業，實現全斷面開挖。

20世紀90年代末，在西(安)(安)康鐵路上采用全斷面掘進機(即盾構機)等現代化高科技隧道施工機械修建了18.456?km長的秦嶺隧道。該隧道的建成標志著我國已經掌握現代隧道修建技術。

近10年來我國修建了大量的鐵路工程，南昆鐵路全長898.7?km，隧道263座，總長195.363?km，占線路總長的21.7%；渝懷鐵路全長625?km，橋隧562座，其中隧道長241?km，占線路總長的38.56%。

(2)公路隧道。

公路的限制坡度和最小曲線半徑都沒有鐵路那樣嚴格，在經濟不發達年代，為節省工程造價，山區公路多修建盤山公路穿越山嶺，延長公路距離，而不愿修建費用高昂的隧道。隨著經濟的高速發展，高速公路不斷涌現。它要求線路順直、平緩、路面寬敞，因此在穿越山區時，常采用隧道方案，縮短運行距離。此外，在城市附近，為避免平面交叉，利于高速行車，也常采用隧道方案。這類隧道在改善公路技術狀態和提高運輸能力方面起到了很好的作用。

(3)地下鐵道。

自1863年倫敦建成世界上第一條地下鐵道以來，世界各大城市的地下鐵道有了很大發展，特別是近40年來，地下鐵道已經成為城市交通的重要組成部分。地下鐵道是大量快速輸送乘客的一種城市軌道交通運輸設施，能緩解和解決大城市中交通擁擠、車輛堵塞問題。它可以使很大一部分地面客流轉入地下而不占用地面面積。地下鐵道是現代化的交通工具，具有運送能力大，運行速度快、準點、安全、成本低和環境污染小等優點，節省了乘車時間，便利了乘客的活動。地下鐵道在地下構成獨立的線路圖，不受地面交通干擾。

在戰爭時期，地下鐵道還可兼做防空掩護的作用，因此許多大城市都在大力的推進地鐵的建設。1965年7月1日，北京市開始修建第一條地鐵，截止到目前北京共有17條線路，地鐵線路總里程突破456公里；而天津市于1970年4月7日開始修建第一條地鐵線路，截止到2012年10月1日，天津市地鐵線路總里程達131公里；上海是中國大陸第三個修建地鐵的城市，截止2012年年底，上海軌道交通總里程超過400公里；廣州市于1997年6月28日第一條地鐵線路正式開通運營，截止2012年底地鐵線路總里程達236公里。

除了上述四個城市外，國內已經建成并投入運營使用的地鐵城市有很多，諸如深圳、南京、佛山、重慶、武漢、西安、沈陽、杭州、大連、成都、哈爾濱、太原、鄭州、南寧、福州、廈門、南昌、烏魯木齊等城市正在積極興建或計劃修建地鐵。它們為改善城市交通狀況、減少交通事故起了重要作用。

(4)水底隧道。

交通線路橫跨江、河道時，可以采用架橋、輪渡或修建海底隧道通過。但架橋受凈空、戰爭的限制和約束，輪渡又受天氣影響和通行量限制，采用水底隧道可以較好地解決上述問題。它不但避免了風暴天氣輪渡中斷的情況，而且在戰爭時代不致暴露交通設施的目標，是國防上的較好選擇。我國自20世紀60年代開始研究用盾構法修建黃浦江水底隧道，并于80年代建成通車。1993年建成的廣州珠江水底隧道，是我國第一條采用沉埋法修建的隧道(地鐵與公交、市政管道共用，長1.23?km)；1995年又在寧波甬江建成了第二條沉管水底隧道(高速公路，長1.019?km)。2011年6月30日，中國最長海底隧道——全長7.8公里的膠州灣隧道竣工通車。

(5)航運隧道。

當運河需要越過分水嶺時，克服高程障礙成為十分困難的問題。修建航運隧道，可以把分水嶺兩邊的河道溝通起來，減少繞行距離，既可以縮短航程，又可以節省修建多級船閘的費用，河道順直，大大改善了航運條件。

(6)人行隧道。

在城市鬧市區中，需要穿越車輛密集的街道、高速公路、高速鐵路以及交通事故易發路段，通常采用修建人行隧道的辦法緩解地面交通壓力，盡量避免或減少交通事故。

2)水工隧道

水工隧道是水利工程和水力發電樞紐的一個重要組成部分。水工隧道包括以下幾種：引水隧道、尾水隧道、導流隧道或泄洪隧道、排沙隧道。

(1)引水隧道。

引水隧道是將河流或水庫中的水引入帶動水電站的發電機組運轉產生動力資源的孔道。引水隧道有內壁承壓的稱有壓隧道；有的只是部分過水，內部水壓小只受大氣壓力的稱無壓隧道。

(2)尾水隧道。

尾水隧道是水電站把發電機組排出的廢水送出去的孔道。

(3)排沙隧道。

排沙隧道是用來沖刷水庫中淤積的泥沙，把泥沙裹帶送出水庫大壩的孔道。有時也用來放空水庫里的水，以便進行庫身檢查或修理建筑物。

(4)導流隧道或泄洪隧道。

導流隧道或泄洪隧道是水利工程中的一個重要組成部分。由它疏導水流并補充溢洪道流量超限后的泄洪作用，如舉世矚目的三峽工程即建有導流隧道。

3)礦山隧道(巷道)

在礦山開采中，從山體以外修建一些隧道(巷道)通向礦床而進行開采活動，達到采礦作業的目的。

(1)運輸巷道。

向山體開鑿隧道通到礦床，并逐步開辟巷道，通往各個開采面。前者稱為主巷道，為地下礦區的主要出入口和主要的運輸干道。后者分布如樹枝狀，分向各個采掘面。此種巷道多用臨時支撐，僅供作業人員進行開采工作的需要。

(2)給水隧道。

給水隧道指送入清潔水為采掘機械使用，并通過泵及時將廢水及積水排出洞外的通道。

(3)通風隧道。

礦山地下巷道穿過各種地層，將會有多種地下氣體涌入巷道中來，再加上采掘機械不斷排出廢氣，還有工作人員呼出氣體，使得巷道內空氣變得污濁。如果地下氣體含有瓦斯或其他可燃氣體，在達到一定數值含量后，將會發生很大危險，輕者致人窒息，重則引起爆炸、燃燒。因此，必須及時把有害氣體排除出去。通常采用通風機把礦山下巷道中污濁空氣抽排出去，并把新鮮空氣補送進來的通道稱為通風隧道。通風隧道既可以利用原有巷道，也可以單獨修建。

4)市政隧道

在城市中為規劃安置的各種不同市政設施而在地面以下修建的各種地下孔道稱為市政隧道。它與城鎮居民的工作、生產和生活有著密切聯系，是城市的生命線工程。它既可以充分利用地下空間，又不致擾亂高空位置和破壞市容的整齊。市政隧道包括以下幾種：給水隧道、污水隧道、管路隧道、線路隧道、人防隧道等。

(1)給水隧道。

為滿足城市自來水管網系統需要而修建的隧道，它既不占用地面，也避免遭受人為的損壞。

(2)污水隧道。

城市中有大量的人口和工廠，每天需要排放大量的生活污水和工業廢水，這些污廢水需要排放到污水處理中心進行集中處理，這就需要有地下的排污隧道。這種隧道可能是本身導流排送，此時隧道的形狀多采用卵形；也可能是在孔道中安放排污管，由管道排污。

(3)管路、線路隧道。

城市中的煤氣、暖氣、熱水等都是通過埋在地下的管路隧道，經過防漏及保溫措施處理，把這些能源送到城市居民家中去，確保居民生活正常進行。輸送電力的電纜以及通信的電纜，都安置在地下孔道中，稱為線路隧道，這樣既可以保證電纜不為人們的活動所損傷或破壞，又免得高空懸掛，有礙市容市貌。線路多半是沿著街道兩側附設的。

在當今現代化的城市中，把上述四種具有共性的地下管道(隧道)，按城市規劃總體要求，建成一個共用地下孔道，簡稱“城市共同管溝”。

(4)人防隧道。

為了戰時的防空目的，城市中需要建造人防隧道，即在受到空襲威脅時，市民可以進入的安全庇護所。人防隧道除應設有排水、通風、照明和通信設備以外，在洞口處還需設置各種防爆裝置，以阻止沖擊波的侵入。

同時，要做到多口聯通、互相貫穿，在緊急時刻，可以隨時找到出口。

2．按隧道周圍介質的不同分類

按隧道周圍介質的不同可分為：巖石隧道和土層隧道。巖石隧道通常修建在山體中間，因而也將其稱為山嶺隧道；而土層隧道常常修筑在距地面較淺的軟土層中，如城市中的交通隧道和穿越河流或庫區的水底隧道。

3．按截面形狀不同分類

按截面形狀不同可分為：圓形截面隧道、橢圓形截面隧道、馬蹄形隧道、矩形截面隧道、雙孔隧道、孿生隧道、雙層隧道等。

4．公路隧道按其長度不同分類

公路隧道按其長度可分為四類，如表7-1所示。隧道長度是指進出口洞門端墻墻面之間的距離，即兩端洞門墻面與路面的交線同路線中線交點的距離。

公路隧道是交通隧道的一個重要分支，是指用于穿越公路路線障礙物(山體、河流等)的交通隧道，常見的連接山體兩側公路的山嶺隧道、連接水體兩側公路的水底隧道以及城市中心的人行通道都屬于公路隧道。

與鐵路隧道、水工隧道相比，公路隧道有其自身的特點，主要表現為：

(1)斷面形狀復雜。

公路隧道與鐵路隧道、水工隧道相比，斷面寬而扁，這主要是由于公路車輛的行駛要求決定的。另外公路隧道中還常有岔洞、緊急停車帶、回轉區以及雙連拱隧道、小間距隧道、雙層隧道等，這些在鐵路隧道、水工隧洞中是很少見的。

(2)荷載形式單一。

公路隧道所承受的主要荷載來自于隧道周圍的圍巖壓力，汽車的行車荷載對隧道的影響與圍巖壓力相比，完全可以忽略。通常圍巖壓力方向一般不會改變，不存在水工隧道中那種雙向受壓情況。另外由于汽車的行駛速度一般不超過120

km/h，所以公路隧道也不會像高速鐵路隧道那樣在洞口及洞中受到復雜的空氣壓力變化的影響。

(3)附屬設施多。

和鐵路隧道、水工隧道相比，為了滿足行車的要求，公路隧道中有許多附屬設施，主要包括通風設施、照明設施、交通信息設施、通信設施、消防設施以及監控設施等。

7.3隧道的結構、通風、照明和防水與排水

隧道分為主體建筑物和附屬建筑物兩部分。主體建筑物是為了保持隧道的穩定，保證隧道正常使用而修建的，由洞身襯砌和洞門建筑兩部分組成，如圖7-4所示。在隧道洞口附近容易坍塌或有落石危險時則需加筑明洞。附屬建筑物是指保證隧道正常使用所需的各種輔助措施，例如鐵路隧道中供過往行人及維修人員避讓列車而設的避車洞、長大隧道中為加強內外空氣更換而設的機械通風設施以及必要的消防、報警裝置等。圖7-4隧道的組成

7.3.1隧道的結構

1．隧道襯砌材料

隧道襯砌的作用是承受圍巖壓力、地下水壓力和支護結構自身重力，阻止圍巖向隧道內變形和防止隧道圍巖的風化，有時還要承受化學物質的侵蝕，地處高寒地區的隧道還要承受凍害的影響等。因此，隧道襯砌材料應具有足夠的強度、耐久性、抗滲性、耐腐蝕性、抗風化性及抗凍性等；此外，還要滿足經濟、就地取材、易于機械化施工等要求。隧道襯砌材料主要有以下幾種：

(1)混凝土與鋼筋混凝土。

混凝土的優點是整體性和抗滲性較好，既能在現場澆筑，也可以在加工場預制，而且能采用機械化施工。若在水泥中摻入密實性的附加劑，可以提高混凝土的強度，從而提高混凝土的抗滲性和防水性能等。此外，混凝土根據使用和施工上的需要可加入其他外加劑，如低溫早強劑、常溫早強劑、速凝劑、緩凝劑、塑化劑、加氣劑和減水劑等?，F澆混凝土的缺點是：混凝土澆筑后需要養生而不能立即承受何載，需要達到一定強度才能拆模，占用和耗用較多的拱架及模板、化學穩定性(耐侵蝕性能)較差，但其優點是主要的，所以目前混凝土仍然是隧道襯砌的主要建筑材料。鋼筋混凝土主要在明洞襯砌及地震區、偏壓、通過斷層破碎帶或淤泥、流砂等不良地質地段的隧道襯砌中使用，隧道襯砌所用的混凝土強度等級，對于直墻式襯砌不低于C20，曲墻式襯砌及Ⅳ級圍巖直墻式襯砌不低于C20。

(2)噴射混凝土。

采用混凝土噴射機，將摻有速凝劑的混凝土干拌混合料和水高速噴射到清洗干凈的巖石表面上并充填圍巖裂隙而凝結成的混凝土保護層，能很快起到支護圍巖的作用。噴射混凝土早期強度和密實性較高，其施工過程可以全部機械化，且不需要拱架和模板。在石質較軟的圍巖，還可以與錨桿、鋼絲網等配合使用，是一種理想的襯砌材料。噴混凝土的水泥標號不得低于325號，并優先選用普通硅酸鹽水泥。集料級配宜采用連續級配，細集料應采用堅硬耐久的中、粗砂，細度模數宜大于2.5，砂的含水率宜控制在5%～7%。粗骨料采用堅硬耐久的卵石或礫石，不得使用堿活性集料。噴射混凝土中的石子粒徑不宜大于16

mm，噴射鋼纖維混凝土中的石子粒徑不宜大于10?mm?；炷翉姸鹊燃壊坏陀贑20。

(3)錨桿和鋼架。

錨桿是用專門機械施工加固圍巖的一種材料，種類很多，通?？煞譃闄C械型錨桿和粘結型錨桿，或分為非預應力錨桿和預應力錨桿。錨桿的主要類型有：縫、脹殼式錨桿、爆固式錨桿、樹脂式錨桿、開縫式錨桿和自鉆式錨桿等。錨桿的桿體直徑宜為20～32?mm。錨桿用的各種水泥砂漿強度不應低于M20。鋼架是為了加強支護剛度而在初期支護或二次襯砌中放置的型鋼(如H形、工字形、U形型鋼等)支撐或格柵鋼支撐，也可用鋼管和鋼軌制成。鋼筋網材料可采用HPB235鋼，直徑宜為6～12?mm。

(4)片石混凝土。

在巖層較好地段的邊墻襯砌，為了節省水泥，可采用片石混凝土(片石的摻量不應超過總體積的30%)。此外，當起拱線以上1?m以外部位有超挖時，其超挖部分也可用片石混凝土進行回填。選用的石料要堅硬，其抗壓強度不應低于30?MPa，嚴禁使用風化和有裂隙的片石，以保證其質量。

(5)塊石或混凝土塊。

塊石強度等級不低于MU60，混凝土塊強度等級不低于MU20。其優點是：能就地取材，大量節約水泥和模板，可保證襯砌厚度并能較早地承受荷載；缺點是：整體性和防水性差，施工進度慢，要求砌筑技術高。

(6)裝配式材料。

對于軟土地區的地鐵隧道，常用盾構法施工，襯砌可采用裝配式材料，如鋼筋混凝土大型預制塊、加筋肋鑄鐵預制塊等。另外，為了提高洞內照明、防水、通風、美觀、視線誘導或減少噪聲等，可在襯砌內表面粘貼各種各樣的裝修材料。

2．隧道洞身襯砌結構

隧道開挖后，為了保證圍巖的穩定性，需適時建造支護(襯砌)結構，以穩定巖石，防止塌落，保證孔洞的穩定。以往的支護結構，常為木材或型鋼構成的臨時支撐。在礦山中開挖的坑道，常為臨時性的，其截面根據不同的情況而變化。因此，木框架或鋼管架常被用來作為臨時性支撐結構，通常被稱為“安全支撐”。

襯砌結構類型大致可分為四類，即整體式混凝土襯砌、裝配式襯砌、錨噴支護襯砌、復合式襯砌和連拱襯砌。

1)整體式混凝土襯砌

整體式混凝土是指就地灌注混凝土襯砌，也稱模筑混凝土襯砌，其施工工藝流程為：立模—澆筑—養護—拆模。模筑襯砌的特點是：對各種地質條件的適應性較強，易于按需要成型，整體性好，抗滲性好，并適用于各種施工條件，可用木模板、鋼模板或襯砌臺車等，在我國隧道工程中廣泛采用。

整體式混凝土襯砌，又可根據隧道圍巖地質的特點，分為半襯砌、厚拱薄墻襯砌、直墻拱形襯砌和曲墻拱形襯砌。

(1)半襯砌。所謂半襯砌，就是根據圍巖的壓力情況，有時只對拱頂部分進行襯砌，而對邊墻不進行襯砌；有時正好反過來，即只對邊墻進行襯砌，而對拱頂只作噴漿處理。這種襯砌形式適用于巖層較堅硬并且整體穩定或基本穩定的圍巖。而對于一些側壓力很大的較軟的巖層或土層，為了避免直墻承受較大的壓應力，可采用落地拱形結構形式。

(2)厚拱薄墻襯砌。厚拱薄墻襯砌結構形式，拱腳較厚，而邊墻較薄，適用于水平壓力很小的狀況。

(3)直墻式襯砌。

直墻式襯砌適用于地質條件較好，圍巖壓力以豎向為主，凡乎沒有或僅有很小的水平側向壓力的情況。該襯砌主要適用于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級圍巖，有時也可用于Ⅳ級圍巖。襯砌由上部拱圈、兩側直墻和下部鋪底三部分組合而成，如圖7-5所示，拱部內輪廓線是由三心圓曲線組成的。即拱圈以大小兩種不同半徑分別做成三心圓弧線，中間左右45°內用較小的半徑，兩邊用較大的半徑。

拱圈是等厚的，所以外弧的半徑是各自增加了一個拱圈厚度的尺寸。由于它們是同心圓弧，所以內外半徑的圓心是重合的。兩側邊墻是與拱圈等厚的豎直墻，與拱圈平齊銜接。洞內一側設有排出洞內積水的排水溝，所以有水溝一側的邊墻深度要大一些。整個結構是敞口的，并不閉合，只是以貧混凝土作成平槽，稱之為鋪底，以便安放線路的道碴。圖7-5直墻式襯砌斷面圖

(4)曲墻式襯砌。

曲墻式襯砌適用于地質條件較差，巖體松散破碎，強度不高，又有地下水，且有較大水平圍巖壓力的情況。該襯砌主要適用于Ⅳ級圍巖及Ⅳ級以上的圍巖。它由頂部拱圈、側面曲邊墻和底部仰拱(或鋪底)組成，如圖7-6所示，其內部輪廓線由五心圓曲線組成。頂部拱圈的內輪廓與直邊墻襯砌的拱部一樣，但它的拱圈截面是變厚度的，拱頂處薄而拱腳處厚。因而不但拱部的外弧與內弧的半徑不同，而且它們各自的圓心位置也是相互不重合的。側墻內輪廓也是一段圓弧，圓心在水平直徑的高度上，半徑是另一個較大的尺度。

側墻外側，在水平直徑以上的部分，也是一個圓弧，圓心也在水平直徑高度上，但半徑不同。水平直徑以下部分為直線形，稍稍向內偏斜。對于Ⅳ級圍巖，有地下水，可能會產生基礎下沉的情況，則曲墻應予加寬，且必須設置仰拱，以抵抗上鼓力，也防止了整個結構的下沉。仰拱是用另一個半徑做出的弧段。對于Ⅴ級或Ⅵ級圍巖，壓力很大，則側墻外輪廓自水平直徑以下的部分，做成豎直直線形狀，不再向內傾斜，使側墻底寬度更大，以阻止受壓下沉。仰拱雖然是圓弧形，但由于洞內一側需設排水溝，因而仰拱對中軸線也不是對稱的，而是偏向有水溝的一邊。

2)裝配式襯砌

就地模筑的整體式混凝土襯砌雖然在我國被廣泛地采用，但是，它在灌注以后不能立即承受荷載，必須經過一個養生的時期，因而施工進度受到一定的限制。隨著社會不斷地向著工業化和機械化發展，隧道施工也提出向工業化和機械化改進。于是出現了裝配式的隧道襯砌。裝配式襯砌不影響施工進度。這種襯砌由工廠或現場預先成批生產運入坑道內，用機械將它們拼裝成一環接著一環的襯砌。這種襯砌具備下列優點：

(1)一經裝配成環，不需養生時間，即可承受圍巖壓力；

(2)預制的構件可以在工廠成批生產，在洞內可以機械化拼裝，從而改善了勞動條件；

(3)拼裝時，不需要臨時支撐如拱架、模板等，從而節省大量的支撐材料及勞力；

(4)拼裝速度因機械化而提高，縮短了工期，還有可能降低造價。

但裝配式襯砌需要坑道內有足夠的拼裝空間，制備構件尺寸上要求一定的精度，它的接縫多，防水較困難等。所以拼裝式襯砌的構造應滿足下列條件：

(1)強度足夠而且耐久；

(2)能立即承受荷載；

(3)裝配簡便，構件類型少，形式簡單，尺寸統一，便于工業化制作和機械化拼裝；

(4)構件尺寸大小和重量適合拼裝機械的能力；

(5)有防水的設施。

3)噴錨支護

噴錨支護是噴射混凝土加錨桿兩種支護方式的統稱，是目前常用的一種圍巖支護手段。噴射混凝土是利用空壓機的高壓空氣作動力，將拌和好并加有速凝劑的混凝土料直接噴射到隧道圍巖表面上的支護方法。噴射混凝土支護可以起到封閉巖面，防止風化松動，填充坑凹及裂隙，維護和提高圍巖的整體性，發揮圍巖自身的承載作用和調整圍巖應力分布，防止應力集中，控制圍巖變形，防止掉塊、坍塌的作用。

錨桿支護是噴錨支護的主要組成部分。錨桿是一種錨固在巖體內部的桿狀體鋼筋，與巖體融為一體，以實現加固圍巖、維護圍巖穩定的目的。根據大量試驗和工程實踐表明，錨桿對保持隧道圍巖穩定、抑制圍巖變形發揮很好的作用。利用錨桿的懸吊作用、組合拱作用、減跨作用、擠壓加固作用，將圍巖中的節理、裂隙串成一體，提高圍巖的整體性，改善圍巖的力學性能，從而發揮圍巖的自承能力。錨桿支護不僅對硬質圍巖，而且對軟質圍巖也能起到良好的支護效果。

采用噴錨支護可充分發揮圍巖的自承能力，并有效地利用凈空，提高作業安全性和作業效率，并能適應軟弱和膨脹性地層中的隧道開挖，還能用于整治坍方和隧道襯砌的裂損。

噴錨支護包括錨桿支護、噴射混凝土支護、噴射混凝土錨桿聯合支護、噴射混凝土網聯合支護、噴射混凝土與錨桿及鋼筋網聯合支護、噴射鋼纖維混凝土支護、噴射鋼纖維混凝土錨桿聯合支護，以及上述幾種類型加設型鋼支撐(或格柵支撐)而成的聯合支護等。

4)復合式襯砌

復合式襯砌是由初期支護和二次襯砌及中間防水層組合而成的襯砌形式。復合式襯砌不同于單層厚壁的模筑混凝土襯砌，它是把襯砌結構分成不止一層，在不同的時間上先后施作的。顧名思義，它可以是兩層、三層或更多的層，但是目前實踐的都是外襯和內襯兩層，所以也有人叫它為“雙層襯砌”。我國高速公路、一級公路、二級公路隧道已全部采用復合式襯砌，三級公路隧道也大量采用。

其結構穩定，防水和襯砌外觀均能滿足公路隧道使用的基本要求，適合多種地質條件，技術較為成熟，是目前公路隧道最好的襯砌結構形式。復合式襯砌已成為公路隧道襯砌的標準結構形式。因此，一般情況下，應采用復合式襯砌。圖7-7為目前在公路隧道Ⅳ級圍巖中比較常見的復合式襯砌結構。

按內、外襯的組合情況可分為：噴錨支護與混凝土襯砌；噴錨支護與噴射混凝土襯砌；格柵鋼構拱架噴射混凝土與混凝土襯砌；裝配式襯砌與混凝土襯砌等多種組合形式。最通用的是外襯噴錨支護，內襯為整體式混凝土襯砌。

圖7-7復合式襯砌

關于復合式襯砌內外層結構的受力狀態，一種看法認為：圍巖具有自承能力，它與初期支護組合能起到永久建筑物的作用，故二次襯砌只是用來提高安全度的；另一種看法認為：二次襯砌的承載是主要的，它不僅穩定圍巖的變形且在整個襯砌結構中占主導地位；還有一種看法認為內、外襯砌是共同承載受力的。根據模型試驗和理論分析的結果表明：復合式襯砌的極限承載能力比同等厚度的單層模筑混凝土襯砌可提高20%～30%，如能調整好內襯的施作時間，還可以改善結構的受力條件。

總之，復合式襯砌可以滿足初期支護施作及時、剛度小、易變形的要求，且與圍巖密貼，從而保護和加固圍巖，充分發揮圍巖的作用。二次襯砌后，襯砌內表面光滑平整，可以防止外層風化，裝飾內壁，增強安全感，是一種合理的結構形式，有其廣闊的發展前途。

5)連拱式襯砌

連拱隧道就是將兩隧道之間的巖體用混凝土代替，或者說是將兩隧道相鄰的邊墻連成一個整體，形成雙洞拱墻相連的一種結構形式，如圖7-8所示。

圖7-8連拱式襯砌

3．隧道洞門結構

1)洞門的作用

隧道兩端洞口處應設置洞門。洞門是各類隧道的咽喉，洞門的作用有以下幾方面：

(1)減少洞口土石方開挖量。

洞口段范圍內的路塹是依照地形與地質條件以一定的邊坡來開挖的。當隧道埋深較大時，開挖量就很大。設置隧道洞門，起到擋土墻的作用，可以減少土石開挖量。

(2)穩定邊坡。

由于邊坡上的巖體不斷受到風化，坡面松石極易脫落滾下。邊坡太高，難于自身穩定。仰坡上的石塊也會沿著坡面向下滾落。有時會堵塞洞口，甚至破壞線路軌道，對行車造成威脅。設置了洞門就可以減少引線路塹的邊坡高度，縮小正面仰坡的坡面長度，從而使邊坡及仰坡得以穩定。另外洞門附近的巖土體通常都比較破碎松散，易于失穩，產生滑坡或崩塌現象。為了保護巖土體的穩定性和使車輛不受崩塌、落石等威脅，確保行車安全，應根據實際情況，選擇恰當合理的洞門形式。

(3)引離地表流水。

地表流水往往匯集在洞口，如不予以排除，將會浸及線路，妨礙行車安全。修建洞門，可以攔截、匯集地表水，并沿排水渠道排離洞門進入道路兩側的排水溝，防止地表水沿洞門漫流，保證了洞口的正常干燥狀態。

(4)裝飾洞口。

洞口是隧道唯一的外露部分，是隧道正面的外觀。修建洞門也可以算是一種裝飾。在城市附近的隧道，尤其應當配合城市的美化，予以藝術處理，并注意環保要求，如圖7-9所示。另外，洞門上方女兒墻應有一定高度。

圖7-9人文景觀型隧道洞門設計

2)洞門的形式

山嶺隧道、城市道路隧道與水底公路隧道等的洞門構造形式各有特點。山嶺公路隧道洞門形式主要有：環框式洞門、翼墻式洞口、柱式洞門及臺階式洞門等。水底隧道的洞門通常與附屬建筑物(如通風、供電、發電間、管理所、監控室等)結合在一起修建。城市道路隧道無論是山嶺隧道還是水底隧道，其交通量都比較大，對洞門建筑藝術的要求比較高。當洞口的山體巖(土)體若有滾落碎石塊可能時，一般應接長明洞，以減少對仰坡、邊坡的擾動，使洞門離開仰坡底部有一段距離，確保落石不會滾落在行車道上。

(1)環框式洞門。

當洞口是巖層堅硬而穩定的Ⅰ級圍巖，地形陡峻而又無排水要求時，可以設置一種不承載的簡單洞口環框。它能起到加固洞口和減少雨后洞口滴水的作用。環框微向后傾，其傾斜度與頂上的仰坡一致。環框的寬度與洞口外觀相匹配，一般不小于70?cm，突出仰坡坡面不少于30?cm，使仰坡上流下的水從洞口正面淌下，如圖7-10所示。環框式洞門可用混凝土整體灌筑。

圖7-10環框式洞門

(2)端墻式(一字墻式)洞門。

在地形開闊、石質較穩定的Ⅰ～Ⅲ級圍巖地區，邊坡仰坡不高時，常采用端墻式洞門，如圖7-11所示。端墻式洞門由端墻和洞門頂排水溝組成。邊墻的作用是抵抗縱向推力及支持洞口正面上的仰坡，保持其穩定，洞門頂水溝用來將仰坡流下來的地表水匯集后，向兩側排走。端墻構造一般是采用等厚的直墻，直墻圬工體積比其他形式都小，且施工方便。墻身略向后傾斜，斜度約為1∶0.1。

圖7-11端墻式洞門

(3)翼墻式洞門。

當洞口地質較差，山體水平推力較大時，可以在端墻式洞門以外，增加單側或雙側的翼墻，稱為翼墻式洞門，如圖7-12所示，翼墻與端墻共同作用，以抵抗山體水平向推力，增加洞門的抗滑動和抗傾覆的能力，翼墻式洞門適用于Ⅳ級及以下的圍巖。翼墻的正面端墻一般采用等厚的直墻，向后方傾斜，斜度為1∶0.1。翼墻前面與端墻垂直，頂面斜度與仰坡坡度一致。墻頂上設有流水凹槽，將洞頂上的水從凹槽引至路塹邊溝內。翼墻基礎應設在穩固的地基上，其埋深與端墻基礎相同。

圖7-12翼墻式洞門

(4)柱式洞門。

當地形較陡，地質條件較差，仰坡有下滑的可能性，而又受地形或地質條件限制，不能設置翼墻時，可以在端墻中部設置兩個斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩定性，如圖7-13所示。這種洞門墻面有凸出線條，較為美觀，適宜在城市附近或風景區內采用。對于較長大的隧道，采用柱式洞門比較壯觀。

圖7-13柱式洞門

(5)臺階式洞門。

當洞門處于傍山側坡地區，洞門一側邊坡較高時，為減小仰坡高度及外露坡長，可以將端墻一側頂部改為逐步升級的臺階形式，以適應地形的特點，減少仰坡土石方開挖量，這種洞門也有一定的美化作用，如圖7-14所示。

圖7-14臺階式洞門

(6)斜交式洞門。

當線路方向與地形等高線斜交時，也可將洞門做成與地形等高線一致，使洞門左右可以仍保持近似對稱，但如此將使襯砌洞口段和洞門相對于線路呈斜交形式，如圖7-15所示。斜洞門與線路中線的交角不應小于45°，一般斜洞門與襯砌斜口段是整體砌筑的。由于斜洞門及襯砌斜口段的受力情況復雜，施工也不方便，所以，只有在十分必要時才采用它。

圖7-15斜交式洞門

(7)削竹式洞門。

當隧道洞口段有一節較長的明洞襯砌時，由于洞門背后一定范圍內是以回填土為主，山體的推滑力不大時，可采用削竹式洞門，其名稱是由于結構形式類似竹筒被斜向削斷的樣子，故得其名，如圖7-16所示。這種洞門結構近些年在公路隧道的建造中被普遍使用。

圖7-16削竹式洞門

削竹式洞門的特點是：洞口邊仰坡開挖量少，有利于山體的穩定，減少對植被的破壞和有利于保護環境；各種圍巖類別均能適用，但僅適用于地形相對比較對稱和不太陡峻的情況下。

洞口的地形是各種各樣的，地質條件也是千差萬別的，所以具體洞門的形式多在上述基本形式基礎上，按照具體情況適當地予以設置。

(8)遮光棚式洞門。

當洞外需要設置遮光棚時，其入口通常外伸很遠。遮光構造物有開放式和封閉式之分，前者遮光板之間是透空的，后者則用透光材料將前者透空部分封閉。但由于透光材料上面容易沾染塵垢油污，養護困難，因此很少使用后者。形狀上又有喇叭式與棚式之分。

4．隧道明洞結構

當隧道頂部覆蓋層較薄難以用暗挖法修建時，或隧道洞口、路塹地段受塌方、落石、泥石流、雪害等危害時，或道路之間、公路與鐵路之間形成立體交叉，但又不宜修建立交橋或涵渠時，通常修建明洞。它是隧道洞口或線路上起防護作用的重要建筑物，使用較多。明洞是隧道的一種變化形式，它用明挖法修筑。明挖是指把巖體挖開，在露天修筑襯勻，然后回填土石。這樣修筑的構筑物，外形幾乎與隧道無異，有拱圈、邊墻和底板，凈空與隧道相同，和地表相連處，也設有洞門、排水設施等。

1)拱式明洞

拱式明洞的內外墻身用混凝土結構，拱頂用鋼筋混凝土結構，整體性較好，能承受較大的垂直壓力和單向側壓力。必要時加設仰拱。通常，用作洞口接長襯砌的明洞，多選用拱式明洞。拱式明洞結構堅固，可以抵抗較大的推力，其適用的范圍較廣。例如，洞口附近埋深很淺，施工時不能保證上方覆蓋層的穩定，或是深路塹、高邊坡上有較多的崩塌落石對行車有威脅時，常常修筑拱式明洞來防護。按其所在的位置可以分為：

(1)路塹式拱形明洞。

它位于兩側都有高邊坡的路塹中。在挖出路塹的基面上，先修建與隧道襯砌相似的結構，兩側墻外填以漿砌片石，使其密實。上面填以土石，夯緊并覆蓋防水粘土層，層上留有排水的溝槽，以防止地面水的滲入，它又可分為對稱式(見圖7-17)和偏壓式(見圖7-18)兩種。路塹式對稱型明洞適用于對稱或接近對稱的路塹邊坡，邊坡巖層基本穩定，僅防止邊坡有少量坍塌、落石，或用于隧道洞口巖層破碎，覆蓋層較薄而難以用暗挖法修建隧道時。

圖7-17路塹式對稱式拱形明洞圖7-18路塹式偏壓式拱形明洞

(2)半路塹式拱形明洞。

在傍山隧道的洞口或傍山線路上，一側邊坡陡立且有塌方、落石的可能，對行車安全有威脅時，或隧道必須通過不良地質地段急需提前進洞時，都宜修建半路塹式拱形明洞。由于它受到單側的壓力，雖然它的結構內輪廓與隧道一致，仍是左右對稱的，但結構截面卻是左右不同的，外墻需要相對地加大，而且必須把基礎放在穩固的基巖上。這類明洞又可分為偏壓斜墻式(見圖7-19)和單壓耳墻式(見圖7-20)兩種。

圖7-19半路塹式偏壓斜墻型拱形明洞圖7-20半路塹式單壓耳墻型拱形明洞

2)棚式明洞

棚式明洞，簡稱棚洞。有些傍山隧道，當線路外側地基承載力不足，且受地形條件限制，難以修建拱式明洞時，可采用棚式明洞。棚式明洞由頂蓋和內外邊墻組成。頂蓋通常為鋼筋混凝土梁式結構(板梁或T形橫梁)，內邊墻一般采用重力式結構，并應置于基巖或穩固的地基與基礎上。當巖層堅實完整，干燥無水或少水時，為減少開挖和節約圬工，可采用錨桿式內邊墻。外邊墻可以采用墻式、剛架式、柱式結構，但鋼筋耗用較多。

棚式明洞常見的結構形式有墻式、柱式、剛架式和懸臂式四種，如圖7-21所示。

圖7-21棚式明洞的結構形式

(1)墻式、柱式明洞。

如圖7-21(a)、(c)所示，墻式或柱式明洞由內墻、外墻(或柱子)及鋼筋混凝土蓋板組成的簡支結構，其上回填土石，以保護蓋板受山體落石的沖擊。這種明洞的內側應置于基巖或穩定的地基上，一般為重力式墩臺結構，厚度較大，以抵抗山體的側向壓力。當基巖層完整，坡面較陡，地面水不多，采用重力式內墻開挖量較大時，可采用鋼筋混凝土錨桿式內墻。外墻只承受由蓋板傳來的垂直壓力，厚度較薄，要求的地基承載力較小。外墻也可做成梁式(即中間留有側洞)以適應地形和節省圬工。

(2)剛架式明洞。

如圖7-21(b)所示，剛架式明洞主要由外側剛架、內側重力式墩臺結構、橫頂梁、底橫撐及鋼筋混凝土蓋板組成，并做防水層及回填土石處理。

當地形較窄，山坡陡峻，基巖埋置較深，且上部地基穩定性較差時，為了使基礎置于基巖上且減小基礎工程，可采用剛架式外墻，此時的明洞為剛架式明洞(有時也采用長腿式明洞)。

(3)懸臂式明洞。

對穩定而陡峻的山坡，外側地形難以滿足一般明洞的地基要求，且落石不太嚴重的情況，可修建懸臂式明洞。如圖7-21(d)所示，懸臂式明洞的內墻為重力式，上端接懸臂式橫梁，其上鋪以蓋板，在蓋板的內端設平衡重來維持結構受外荷載作用下的穩定性，同時為了保證明洞的穩定性，要求懸臂必須伸入穩定的基巖內。

3)箱形明洞

箱形結構建筑高度較小，對地基要求較低。所以在明洞凈高、建筑高度受到限制，地基軟弱的地方，可采用箱形明洞。圖7-22為一方形剛構明洞，全部用鋼筋混凝土制成。若右側巖層順層滑動，利用上部回填土石的壓力及底層的彈性抗力，平衡側向巖層滑動的推力，并傳于左側巖層上。

回填土高度根據兩側巖層滑動力的大小決定。需要分段施工，兩側緊貼巖層，保持原巖層不致因施工開挖而產生滑動，超挖回填片石的強度不低于該處巖石的抗壓強度等。

圖7-22箱形明洞

7.3.2隧道的通風

隧道通風是一項環境保護工程，包括隧道內環境的保護和隧道外環境的保護，公路一般地處野外，故以隧道內的環境保護為重點。通風主要是對一氧化碳(CO)、煙霧和異味進行稀釋。對CO進行稀釋的目的是保證衛生條件；對煙霧進行稀釋的目的是保證行車安全；對異味進行稀釋的目的是提高隧道內行車的舒適性。

1．通風方式

隧道通風系統分為運營過程中的通風系統和施工過程中的通風系統，施工過程中的通風系統為臨時性的通風系統，運營通風系統與隧道的承重結構一樣，是隧道整體設計中的一個不可缺少的部分。

隧道通風方式的種類很多，選擇時主要考慮隧道長度和交通條件，同時還要考慮氣象、環境、地形及地質條件等因素，選擇既有效又經濟的通風方式。運營通風系統主要有自然通風和機械通風兩種通風方式。

2．交通條件

交通條件是指交通方向、交通量、交通流組成、車速及交通密度等。

單向交通時，車速越大，活塞作用越顯著，例如車速為50～60?km/h，大約有6?m/s的交通風(活塞風)，這種情況以縱向通風方式為宜，不過速度和交通量有密切關系，隨著交通量的增大，車速會降低，也會影響活塞作用的效果。因為交通量大，往往容易發生交通阻滯，這時交通風處于不穩定狀態，所以最好采用全橫向式或半橫向式通風，活塞作用相對較大。對向交通的隧道沒有活塞作用。

對于通風方式的選擇，應從不同方案的工程費用、維持管理費用上進行經濟比較。進行方案比較時，不應局限于成本的比較，而是包括通風質量在內的綜合性比較。

在選擇通風方式時，首先需要決定隧道內所需通風量，然后討論自然通風和交通風能否滿足需要，如果不能滿足需要或者缺乏可靠性(自然風和交通風是否穩定)，就應當采用機械通風。

7.3.3隧道的照明

1．隧道照明的必要性

公路隧道的照明是為了把必要的視覺信息傳遞給司機，防止因視覺信息不足而出現交通事故，提高駕駛上的安全性和增加舒適感。隧道照明與道路照明的顯著不同是白天也需要照明，而且白天照明問題比夜間更加復雜。從理論上講隧道照明與道路照明一樣，也需要考慮路面應具有一定的亮度水平，同時還應進一步考慮設計速度、交通量、線性等影響因素，并從駕駛上的安全性和舒適性等方面綜合確定照明水平，特別是在隧道入口及其相應區段需要考慮人的視覺適應過程。

汽車司機在白天從明亮的環境接近、進入和通過隧道過程中，將產生種種視覺問題：

(1)進入隧道前的視覺問題(白天)。由于隧道內外的亮度差別極大，所以從隧道外部去看照明很不充分的隧道入口，會看到黑洞(長隧道)及黑框(短隧道)現象。

(2)進入隧道立即出現的視覺問題(白天)。汽車由明亮的外部進入即使是不太暗的隧道以后，要經過一定時間才能看清楚隧道內部的情況，這稱為“適應的滯后現象”，這是因為急劇的亮度變化，使人的視覺不能迅速適應所致。

(3)隧道內部的視覺問題(白天、夜間)。隧道內部與一般道路不同，主要在于隧道內部汽車排出的廢氣無法迅速消散，形成煙霧，它可以將汽車頭燈和道路照明器發出的光吸收和散射，降低能見度。

(4)隧道出口處的視覺問題。白天汽車穿過較長的隧道接近出口時，由于通過出口看到的外部亮度極高，出口看上去是個亮洞，出現極強的眩光，司機在這種極強的眩光效應下會感到十分不舒服；夜間與白天正好相反，隧道出口看到的不是亮洞而是黑洞，這樣就看不出外部道路的線型及路上的障礙物。

2．照明區段的劃分

(1)接近段

公路隧道各照明區段中，在洞口(設有光過渡建筑時，則為其入口)前，從注視點到適應點之間的一段道路，在照明上稱為接近段。通常情況下，當汽車駛近隧道時，司機的注意力會自然地集中在觀察洞口附近情況上，開始注視之點稱為注視點。繼續接近洞口時，司機視野中外界景物會逐漸減少，當行駛至某位置時，外界景物會全部消失，在司機眼前看到的就是洞口，這時距洞口的距離約為10?m，這點稱為適應點。在注視點至適應點之間的距離就稱為接近段。

(2)入口段。

入口段指進入隧道洞口的第一段，如設置了遮陽棚等光過渡建筑，則其入口為該段的開始點。設置此段的目的是使司機的視力開始適應隧道內的照明光線。

(3)過渡段。

介于入口段和中間段之間的照明區段為過渡段，可解決從入口段的高亮度到中間段的低亮度之間的的劇烈變化(可差數十倍)給司機造成的不適應現象，使之有充分的適應時間。

(4)中間段。

過了過渡段，司機已基本適應洞內的照明光線，中間段的基本任務就是保證行車照明，使司機能保證停車視距。

(5)出口段。

在單向交通隧道中，應設置出口段照明，以便緩和白洞效應帶來的不利影響。出口段長度宜取60

m。在雙向交通隧道中，隧道的兩端均為入口，同時也均為出口，照明情況完全相同，可不設出口段照明，都可采用入口段的照明標準設計。

7.3.4隧道的防水與排水

保持隧道干燥是使其能夠正常運營的重要條件之一，但隧道內經常有一些地下水滲漏進來，且維修工作也會帶來一些廢水。隧道漏水將使隧道和各種附屬設施霉爛、銹蝕、變質、失效。公路隧道內路面積水將改變路面反光條件，引起眩光，使車輛打滑，影響正常行駛；在嚴寒地區，冬季滲入洞內的水結成冰凌，倒掛在襯砌拱頂上，侵入凈空限界，危及行車安全。因此，隧道的防排水設計是隧道設計、施工和運營中的一個重要問題。

1．隧道防排水原則

水對隧道的危害是多方面的，漏水的長期作用，可能造成隧道侵蝕破壞，危害隧道結構的耐久性；寒冷地區，尤其是嚴寒地區，隧道襯砌滲水反復的凍融循環，在襯砌內部造成襯砌混凝土凍脹開裂破壞；隧道漏水還使隧道拱部和側墻產生冰凌侵入凈空；隧道滴水使路面結冰，降低輪胎與路面的附著力，惡化隧道的營運條件，危及行車安全；隧道滲漏水還將極大地降低隧道內各種設施的使用功能和壽命。地表水與地下水經常存在聯系。因此，隧道防排水設計應對地表水、地下水進行要善處理，結合隧道支護襯砌采取可靠的防水、排水措施，使洞內外形成一個完整的通暢的防排水系統。

隧道主要防水設施為防水層(含無紡布)、防水襯砌、止水帶等；主要排水設施為中心水管(溝)、縱向盲管、豎向盲管、環向盲管、路側邊溝等；主要堵水措施有圍巖體內壓注水泥漿或其他化學漿液、設止水墻等。

隧道的水害是由洞內、洞外的多種因素引起的，所以不可能靠單一的辦法就能得到很好的解決。根據多年來隧道治水的經驗，防排水應遵循“防、排、截、堵相結合，因地制宜，綜合治理”的原則。

(1)“防”。即在隧道襯砌結構本身上下工夫，使其具有一定的防水能力。如采用防水混凝土使襯砌本身達到一定的抗滲強度，采用止水帶封閉襯砌變形縫，設置防水層等。在所有防水措施中，防水層的作用最為突出。用于隧道的防水層大致可分為兩類：一類為外貼式防水層，如將防水卷材粘貼在襯砌的外表面(適用于明挖修建的地下結構)；另一類為內貼式防水層，如復合式襯砌在初期支護與二次模筑襯砌之間設置防水板。還有噴涂式防水層，如各種涂膜防水膠等，內、外噴涂均可。

(2)“排”。采用彈塑軟式透水管、打孔波紋管等暗管在襯砌與圍巖之間組成縱橫交錯的排水管網，然后將水經由暗管引入隧道內，再從洞內水溝排走。通過排水可以減少滲水壓力和滲水量。但大量排水也可能引起負面效果，如將襯砌背后的砂礫淘空，形成空洞，還可能造成當地農田灌溉和生活用水困難等。因此在落實過程中，務必對可能產生的負面影響調查清楚。

(3)“截”。截是指截斷地表水和地下水流入隧道的通路。為了防止地表水滲入地層內，主要措施有：

①在洞口邊、仰坡開挖線5?m以外，設置排水溝(稱為“截水天溝”)，并加以鋪砌，將地表水攔截在邊、仰坡范圍之外。

②對洞頂地表的陷穴、深坑加以回填，對裂縫進行堵塞。處理隧道地表水時，要有全局觀點，不應妨害當地農田水利規劃，做到因地制宜，一改多利，各方滿意。

(4)“堵”。堵是指將地下水堵在圍巖層中，不使其滲入隧道。普遍采用的方法是壓漿，即向襯砌背后壓注止水材料(水泥漿液、化學漿液等)，用以充填襯砌與圍巖之間的空隙，以堵住地下水的通路，并使襯砌與圍巖形成整體，改善襯砌受力條件。還可采用壓漿分段堵水，使地下水集中在一處或幾處后再引入隧道內排出。

2．隧道防水措施

常用的防水措施有噴射混凝土防水、塑料防水板防水、模筑混凝土襯砌防水、防水涂料防水。當水量大、壓力大時，則可采用注漿堵水，注漿既可以堵水也可以起到加固圍巖的作用。

(1)噴射混凝土防水。當圍巖有大面積裂隙滲水，且水量、壓力較小時，可結合初期支護采用噴射混凝土堵水。但應注意此時需加大速凝劑用量，進行連續噴射，且在主裂隙處不噴射混凝土，使水流能集中于主裂隙流入盲溝，通過盲溝排出。

(2)塑料防水板防水。當圍巖有大面積裂隙滴水、流水，且水量壓力不太大時，可于噴射混凝土等初期支護施作完畢后，二次襯砌施作前，在巖壁全斷面鋪設塑料防水板防水。塑料板防水層具有優良的防水，耐腐蝕性能，目前在隧道及地下工程中得到了廣泛的應用。

(3)模筑混凝土襯砌防水。模筑混凝土本身就具有一定的抗滲阻水性能，但普通混凝土的抗滲性較差，尤其是在施工質量不高的情況下，如振搗不密實，施工縫、沉降縫、伸縮縫處理不好、配比不當等，則更易形成水的滲漏、漫流。當地下水有侵蝕性時，對混凝土的腐蝕就更為嚴重。如果能保證混凝土襯砌的抗滲防水性能，則不需要另外增加其他防水、堵水措施。因此，充分利用混凝土襯砌的防水性能，是經濟合算的和最基本的防水

措施。

(4)涂料防水。涂料防水是在隧道內表面噴涂或涂刷防水涂料，如乳化瀝青、環氧焦油等，使在隧道內表面形成不透水的薄膜。涂料的粘結力要強、抗滲性要好、無毒、施工方便。涂料防水目前在地下工程結構中已得到應用，但在一般山嶺隧道中，應用還不是很廣泛。

(5)防水砂漿抹面。防水砂漿是在普通水泥砂漿中摻加各種防水劑，以提高抹面的防水性能。目前使用的防水砂漿種類較多，效果較好的有氯化鐵防水砂漿和氯化鈣防水砂漿。氯化鐵防水砂漿的配合比可采用1∶(2～2.5)：0.3∶(0.5～0.55)(水泥∶砂∶防水劑∶水)。氯化鈣防水砂漿中的防水劑摻量為水泥用量的12%～16%。兩種砂漿在硬化過程中的收縮量都較大，應注意保持潮濕養生。防水砂漿是一種剛性防水層，在隧道內產生較大變形的部位，不能使用。

(6)注漿堵水。圍巖破碎、含水、易坍塌地段，宜采用注漿加固圍巖和防水措施。注漿堵水有化學注漿和壓注水泥砂漿兩類。壓注水泥砂漿防水消耗水泥過多，而防水效果不高。向圍巖進行化學壓漿，是一種有效的堵水措施?；瘜W壓漿材料種類也頗多，比較有效的材料為丙凝漿液、聚氨脂漿液、水泥-水玻璃漿液等。

(7)防止地表水的下滲。當隧道地表的溝谷、坑洼積水對隧道有影響時，采取疏導、勾補、鋪砌和填平等措施，對廢棄的坑穴、鉆孔等應填實封閉，防止地表水下滲。隧道附近水庫、池沼、溪流、井泉的水，當有可能滲入隧道，影響農田灌溉及生活用水時，應采取措施處理。

(8)有侵蝕性地下水時，應針對侵蝕類型，采用抗侵蝕性混凝土以及壓注抗侵蝕漿液，敷設防水、防蝕層等措施。

(9)最冷月平均氣溫低于?-15℃的地區和高海拔地區，對地下水的處理應以堵為主。

隧道防水工作，應結合水文地質條件、施工技術水平、材料來源和成本等，因地制宜，選擇適宜的方法，以滿足保證使用期內結構和設備的“正常使用和行車安全”的目的。

3．隧道的防水系統

密封防水又可稱為阻水，即阻止地下水進入隧道內，以防止隧道結構被地下水侵蝕，使其強度降低、壽命縮短，同時保證洞內的貨物、儀器不被水侵蝕。人們已逐步認識到，隧道的密封對提高隧道的經濟效益具有重大意義。

在隧道建造中，一般均需采取密封措施，只是密封程度不一，主要視隧道的用處而定。如通行有軌車輛的隧道，密封的目的是保護隧道結構物本身；而對于通行行人、放置貨物和儀器的隧道，則密封要求較高；對于排廢水、飲用水的過水隧道則需絕對密封。

密封通過建造不透水層來實現，根據不透水層所處的位置，又可分為外層密封、中層密封和內層密封三種形式。這里所指的密封系統為隧道結構的組成部分，為永久性的結構。有時在施工作業過程中，需要建造防排水措施。

4．排水措施

排水與防水是緊密結合的，只防不排很難達到治水的效果。因此，給水一個通道或出路是必要的，當然這種通道和出路應當是有組織的。

(1)隧道內縱向應設排水溝。

(2)遇圍巖地下水出露處所，在襯砌背后設豎向盲溝或排水管(槽)、集水鉆孔等予以引排，對于顆粒易流失的圍巖，不宜采用集中疏導排水。

(3)根據工程地質和水文地質條件，應在襯砌外設環向盲溝、縱向盲溝和隧道排水盲溝、組成完整的排水系統，保證路基不積水。

(4)當地下水發育，含水層明顯，又有長期補給來源，洞內水量較大時，可利用輔助坑道或設置泄水洞等作為截、排水設施。

(5)采用盲溝-泄水孔-排水溝排水。其排水過程是：水從圍巖裂隙進入襯砌背后的盲溝，盲溝下接泄水孔(泄水孔穿過襯砌邊墻下部)，水從泄水孔泄出后，進入隧道內的縱向排水溝，并經縱向排水溝排出洞外。

(6)在洞口仰坡外緣5?m以外，設置天溝，并加以鋪砌。當巖石外露，地面坡度較陡時可不設天溝。仰坡上可種植草皮、噴抹灰漿或加以鋪砌。

(7)對洞頂天然溝槽加以整治，使山洪宣泄暢通。

(8)對洞頂地表的陷穴、深坑加以回填，對裂縫進行堵塞。處理隧道地表水時，要有全局觀點，不應妨害當地農田水利規劃，做到因地制宜，一改多利，各方滿意。

(9)在地表水上游設截水導流溝，地下水上游設泄水洞，洞外井點降水或洞內井點降水。

5．隧道的排水系統

隧道排水系統的設置，應結合隧道具體情況，既要有利于隧道上部的疏水、截水、引水，將地面水引排于隧道以外，減少對隧道的影響，同時要考慮當地農田灌溉、水利設施及人民生活上的需要，要因地制宜，采用行之有效的排水系統。

排水系統的功能包括兩個方面：

(1)排走進入隧道的地下水；

(2)排走洞內運營的內部水。

1)排水溝

除常年干燥無水的隧道以外，一般的隧道都應設置縱向排水溝，以便將滲漏到洞內的地下水和公路路基內的積水，順著線路方向排出洞外。排水溝的斷面按排水量計算確定，但一般溝底寬不應小于40

cm，溝深不應小于35?cm。水溝應用預制的鋼筋混凝土蓋板遮蓋。排水溝在一定長度上應設檢查井，以便隨時清理淤渣。水溝邊墻上應預留足夠的泄水孔。

2)盲溝

在襯砌背后砌筑片石盲溝或埋置彈簧軟管盲溝。盲溝沿隧道環向設置，間距視水量大小而定，一般為4～10?m。環向盲溝之間用縱向盲溝相連，匯集襯砌周圍的地下水，引入隧道側溝排出。

盲溝的作用是在襯砌與圍巖之間提供過水通道，并使之匯入泄水孔。它主要用于引導較為集中的局部滲流水。

柔性盲溝通常由工廠加工制造。它具有現場安裝方便，布置靈活，連接容易，接頭不易被混凝土堵塞，過水效果良好，成本也不太高等優點。

由上可知，防排水措施應當充分考慮實際的滲流水情形來選擇，不求一次解決。噴射混凝土時要盡量將滲漏范圍壓縮為局部出水，然后再結合模筑混凝土襯砌施作有組織的排水設施，實現徹底治水。

3)泄水孔

泄水孔是設于襯砌邊墻下部的出水孔道，它是將盲溝流出的水直接泄入隧道內的縱向排水溝。

(1)在立邊墻模板時，安設泄水管，并特別注意使其里端與盲溝接通，外端穿過模板。泄水管可用鋼管、竹管、塑料管等。這種方法主要用于水量較大的排水情況。

(2)當水量較小時，則可以待模筑邊墻混凝土拆模后，再根據記錄的盲溝位置鉆泄水孔。

7.4隧道工程的發展趨勢

城市是現代文明的標志和社會進步的標志，是經濟和社會發展的主要載體。伴隨著我國城市化的加快，城市建設快速發展，城市規模不斷的擴大，城市人口急劇膨脹，許多城市不同程度地出現了用地緊張、生存空間擁擠、交通堵塞、基礎設施落后、生態失衡、環境惡化等問題，被稱之為“城市病”，給人類居住條件帶來很大影響，也制約了經濟和社會的進一步發展，成為現代城市可持續發展的障礙。如何治理“城市病”，提高居民的生活質量，達到經濟與社會、環境的協調發展，成為函待解決的重要社會課題。

隧道工程是一門古老的學科，幾千年前人類就掌握了開挖隧道的技術?，F代隧道開挖技術的產生是在火藥的發明和19世紀的產業革命后出現的，尤其是鐵路的出現對隧道建造起到了很大的推動作用。

隧道工程又是一門快速發展中年輕的科學，因為近40多年來隨著長大隧道和特殊地質狀況隧道的增多、綜合化機械化施工技術的采用和相關學科的發展，現代隧道設計、施工理念和方法發生了重大變化和改觀。

在克服不良地質的困難條件方面，已經取得了修建各種隧道的豐富經驗。如已經通車的海拔4600～4900?m的高原多年凍土地帶的青藏線上修建昆侖山、風火山隧道；在零下40℃的嚴寒地區修建了楓葉嶺隧道；在渝懷線上，克服了2000?m3/h大量涌水的困難，修建了園梁山隧道(11068?m)；在南昆線上，防止了瓦斯量達60?m3/h的威脅，修成了家竹箐隧道。實踐證明，我國已經能夠在各種不良地質條件下修建隧道。

進一步提高隧道機械化施工水平。20世紀80年代在大瑤山隧道施工中開始應用大型全液壓的鉆孔臺車。修建襯砌已由磚石壘砌，進而用混凝土就地模筑，混凝土泵送，又進而采用噴射混凝土的柔性襯砌，目前已普遍推廣使用雙層復合式襯砌。開挖程序已由小導坑超前，進而采用少分塊的大斷面開挖；從木支撐、鋼木支撐，進而采用錨桿支撐。施工方法上，從礦山法逐步過渡到新奧法，以量測信息指導并調整施工。20世紀90年代中期，又引進全斷面掘進機(TunnelBoringMachine，TBM)用于西康線的秦嶺隧道(長18.5?km)施工中。而在廣州、上海、南京、深圳等城市的地下鐵道建造中，已普遍開始使用機械化盾構。

隧道工程還要進一步做好地質勘測和發展完善地質超前預報技術。由于隧道工程穿越的地質條件復雜，有許多不可預見的因素，其建筑風險比地面工程大，使得地質勘測對隧道預算、選線極為重要。超前投入地質勘測資金是為了減少隧道工程建設階段的資金投入和施工中的風險。地質雷達和TSP超前探測技術取得了良好的工程效果，今后不僅要完善超前探測儀器的性能，而且要進一步提高超前預報地質條件的判釋水平。

7.5城市軌道交通工程

1．基本概況城市中使用車輛在固定導軌上運行并主要用于城市客運的交通系統稱為城市軌道交通，如圖7-23所示。在中國國家標準《城市公共交通常用名詞術語》中，將城市軌道交通定義為“通常以電能為動力，采取輪軌運輸方式的快速大運量公共交通的總稱”。城市軌道交通是具有固定線路，鋪設固定軌道，配備運輸車輛及服務設施等的公共交通設施。

“城市軌道交通”是一個包含范圍較大的概念，在國際上沒有統一的定義。一般而言，廣義的城市軌道交通是指以軌道運輸方式為主要技術特征，是城市公共客運交通系統中具有中等以上運量的軌道交通系統(有別于道路交通)，主要為城市內(有別于城際鐵路，但可涵蓋郊區及城市圈范圍)公共客運服務，是一種在城市公共客運交通中起骨干作用的現代化立體交通系統。常見的主要類型有有軌電車、市郊鐵路、地鐵、輕軌、懸浮列車等。圖7-23城市軌道交通

2．城市軌道交通在城市公共交通的地位與作用

(1)城市軌道交通是城市公共交通的主干線，客流運送的大動脈，是城市的生命線工程。建成運營后，將直接關系到城市居民的出行、工作、購物和生活。

(2)