隧道工程的优缺点

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隧道工程的优缺点范文第1篇

隧道工程是交通土建学科隧道与地下工程方向的核心专业课程，其理论性、实践性及应用性强，涵盖的知识面广而深，且更新较快，给教学带来一定的难度。为了满足新时期创新型工程技术人才培养的迫切需要，结合笔者近年来在教学一线所积累的经验及深切体会，从课程教学特点及存在问题出发，对教学模式、教学方法等方面对隧道工程课程的教学改革问题进行探讨，以期进一步提高教学质量与效果。

关键词：

隧道工程；教学改革；教学模式；教学方法

一、引言

我国是一个多山的国家，尤其是西部地区，山地面积更是占到了国土面积的一半以上。近年来，随着国家西部大开发战略的实施以及拉动内需的需要，在西部山区修建了大量的高速公路、铁路以及水电工程，相应的隧道工程数量也日益增多。隧道工程的大发展，遇到的岩土及地下工程灾害问题也越来越多。对各种复杂工程灾害问题的处置，需要工程技术人员具有一定的理论基础、实践经验和从事科研的能力，这同时也对目前高等院校隧道工程专业的教学培养模式提出更为严格的要求。作为交通工程与土木工程专业必须具备的重要专业基础课，《隧道工程》是一门实践性、综合性和针对性很强的课程。该课程的教学目的和教学任务就是使学生掌握隧道工程的基本概念、基本构造、设计理念、施工方法以及行业规范等，初步具备从事隧道工程设计、施工和监管的行业从业能力。如果继续沿用传统的单纯课程教学，对发展技能、培养能力等方面的作用有限，不能完全适应新形势下学生全面发展的需要。有鉴于此，部分学者从教学模式[1，2]、教学方法[3-6]和教学手段[7-9]等方面对隧道工程的教学改革进行了研究，力图在提高隧道工程的课堂教学质量的同时，培养学生的专业素质以及工程实践和创新能力。这些研究大大促进隧道工程教学的改革，但是从实际教学效果来看，还有继续提升的空间。本文结合《隧道工程》实践性强的特点，继续探索更为适用的教学模式和教学方法。

二、隧道工程教学特点

1.隧道工程课程涵盖的知识面广，是工程地质、建筑材料、建筑结构和力学等诸多基础课程的综合应用。

例如，在讲解隧道围岩压力计算时，就必须用到土力学中的侧向压力计算理论和弹性力学中的圆环受均布压力计算理论，而在讲解衬砌结构设计方法时，就要用到结构力学和材料力学知识。

2.课程教学内容具有实践性强的特点，但学生往往缺乏对实际工程的了解，故而在课程学习时对有些知识难以理解和消化。

例如，在讲解隧道钻爆法施工时，需要对钻孔深度、钻孔间距、钻孔深度、钻孔布置、雷管类型、起爆药量等进行设计，对于从未到过施工现场的学生而言，理解起来有一定难度。

3.隧道工程涉及到的行业规范、规程或标准有很多种，不同规范之间既有区别又相互联系[10]。

仅就隧道设计规范而言，既有《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005），也有《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）以及《地铁设计规范》（GB50157-2003），更有水利、矿山和能源地下工程等行业相应的隧道设计规范。因此，在教学过程中既要讲解隧道工程的基本概念、基本原理，也要对不同行业规范加以对比分析，增强学生毕业后对所从事行业的适应能力。

三、教学存在问题分析

1.教材结构体系混乱、主线不明。

现有的隧道工程教材有几十种之多，但其侧重点又不完全一致。对于交通土建专业学生的来说，隧道工程的教学内容不仅要有勘察、设计、施工、管理等方面的知识结构，而且还有铁路、公路、城市地铁的功能区分。面对种类繁多的教材，以及错综复杂的教学内容，容易给学生造成结构体系松散、主线不明的感觉。

2.教学学时偏少，往往难于满足教学需求。

教学学时少与教学内容多是当前高等学校本科课程教学的一个突出矛盾，这就很难在规定的时间内把课程内容讲透、讲通、讲精，也使得学生对课程内容的掌握和熟练应用的难度加大。

3.教学模式单一，学生被动接受知识传播。

现有的教学方式，大多采取“板书+多媒体”的形式，再配以必要的图片和说明，通过教师的灌输和学生的被动接收，实现知识的传播，这就导致学生的主观能动性差，缺乏独立思考，无法掌握课堂教学的精髓。

4.课程教学与实践脱节严重，影响对所学知识的理解与掌握。

隧道工程实践性、应用性强，很多施工技术和施工工艺只有在现场亲眼所见，才能知其所以然。现实情况是很多学校由于资金限制或缺少能够实习的场地，学生只能靠课堂上的想象，难以深入理解隧道工程的设计方法与施工工艺。

四、教学改革探索与实践

1.教学模式改革。

传统的教学模式是教师先根据开课内容选定教材，根据教材内容制定教学大纲和教学计划，再编写教案和进行教学活动[11]。这种单一的以教定学和因教材而施教的模式，一方面不能适应学生毕业后所从事的实际工作对其能力培养的需求，另一方面学生对这种宣教式的教学模式容易产生视觉、听觉上的疲劳，因此隧道工程教学模式急需向多元化的方向发展。

（1）研究性教学模式。研究性教学起源于20世纪欧美国家，建构主义和人本主义是研究性教学的理论基础，基本要求是师生共同参与，实现“教”与“学”的互动[12-14]。在《隧道工程》实际教学过程中，可结合教师当前正在开展的科研活动创设具有前沿科学命题的问题情境，如针对隧道衬砌结构的建养一体化自修复问题，可引导学生通过查阅文献、搜集资料、调查等方式来思考、分析并解决问题，让学生在探索过程中体验学习的乐趣。

（2）讨论式教学模式。传统教学的一个特点就是教师讲、学生记，双方缺少互动，教学过程枯燥，为更好地教学，可采取讨论式教学模式。例如，在教学过程中，可适当布置一些小任务让学生分组讨论，如针对隧道围岩塌方问题，让不同组的学生分别提供一个各自的加固方案，然后各组之间展开辩论，分析各自的优缺点。这样既掌握学生对问题的理解能力，以便更好地教学，又能最大限度地调动其学习积极性和参与意识[15]。

（3）案例式教学模式。案例式教学往往围绕某个真实工程，利用当前学习的理论知识，对其进行分析，以求学生在解决疑难问题时做出相应的决策[16]。例如，在讲解盾构隧道联络通道冻结法施工时，可结合上海地铁4号线穿越黄浦江段的施工事故案例，让学生在进行软土冻结帷幕设计计算的同时，分析事故发生的根源，并提出防控措施，加深其对基本原理和概念的理解，进而提高分析问题和解决问题能力。

（4）实践式教学模式。课堂讲授与工程实践相结合是完成隧道工程教学内容的必要环节[17]。例如，在讲解隧道围岩破坏和支护设计时，带领学生参观本校现有的试验室和仪器设备，通过观摩模拟隧道开挖和结构支护的模型试验，加深对隧道工程理论知识的理解与认识。此外，利用暑假短学期，带领学生到隧道施工单位进行认识实习，增强学生对隧道施工的感性认识。

2.教学方法改革。

（1）手写板书与多媒体相结合教学。《隧道工程》课程教学内容较多，也比较枯燥，如果单凭教师板书和图片展示，还是很难让学生对真正理解实际施工过程和施工工艺的。为解决这一问题，在教学过程中辅之以多媒体技术，通过预录现场施工视频和动画演示的方式，向学生展现隧道施工的各过程，便于其理解和掌握，使原本枯燥、平面的教学变得生动、立体起来。采用多媒体教学，不仅增强了学生的感官认识，而且还有利于让学生了解国内外先进的设计理念和施工技术，激发学生的学习兴趣，起到事半功倍的效果。

（2）结合工程实例讲解基本理论。隧道工程理论性和实践性都很强，仅凭文字描述或简单的几幅图片难以提高学生对问题的理解，只有结合工程案例才能讲得生动、形象，有利于提高学生的兴趣。例如，在讲解隧道围岩塌方破坏机理时，如图1所示，以作者参与过的科研项目———江西武宁至吉安段高速公路上奉隧道塌方事故为例，详细分析了围岩变形以致塌方破坏的机理，并据此介绍了相关处治措施。通过案例教学，不仅活跃了学生的思维，增强学生对相关理论知识的认识水平，而且也大大提高学生的工程实践能力。

（3）采用模型试验实现教学内容直观化。在讲解隧道围岩稳定性及其破坏模式时，仅凭教师口头描述和解释，仍难以说明地下工程失稳、破坏等相关问题。作者向学生演示的围岩渐进性破坏模型试验，可以直观地再现围岩破坏过程，从而让学生对所学的基础理论知识有深刻的理解。

（4）采用仿真模拟展示隧道力学问题。隧道工程设计涉及到围岩压力计算、支护结构选型和结构内力计算，因而其中的力学问题颇为复杂。为此，教学过程中，结合数值模拟方法对地下工程变形和破坏进行数值模拟，不仅简单易懂，适用性强、经济型、可操作性和可重复性，而且能得到许多在常规实验中难以观测到的重要信息[17]。作者结合自身研究经历和积累的相关研究成果，在教学中想学生展示如何利用数值分析软件模拟不同类型的围岩变形破坏形式及不同支护方案对应的支护效果，并引导部分兴趣浓厚的学生进行实际操作训练。

（5）采用虚拟现实技术增强学习兴趣。虚拟现实技术是运用计算机技术对现实世界进行全面仿真，能解决学习媒体的情景化及自然交互性要求，在教育领域内有着极其广阔的应用前景[18]。如图4所示，作者通过与校内其他院系教师合作，利用自行开发的软件，实现沉浸式三维环境中的体验式教学，有利于加深学生对地下工程的施工环境、施工过程和健康诊断等问题的理解，增强进一步学习兴趣。

（6）通过专题讲座拓展学生视野。为进一步调动学生学习的主动性，在教学过程中适当地引导学生参与一些专题讲座。同济大学每年会定期和不定期地邀请一些国内外专家学者和有经验的技术人员来开展学术交流，介绍隧道工程的最新发展动态和研究成果，在这些活动中，不仅能解答学生的一些疑惑，而且还拓展了学生视野和思路，并加深学生对隧道基本概念和基本原理的理解，进而提高对实际工程问题的分析与解决能力。

五、结语

《隧道工程》课程的教学内容涉及岩土与地下工程的勘查、设计、施工和养护等多方面的专业知识，是一门理论性、实践性和应用性均较强的课程。结合作者自身的教学经历，从该门课程教学特点和存在的问题出发，对课程教学模式和教学方法的改革做了初步的探索，从而适应新形势下对卓越工程师能力和技能培养的需要。

作者：徐前卫 程盼盼 杨新安 丁春林 王婉婷 单位：同济大学交通运输工程学院

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[16]李晓龙，郭成超.“隧道工程”课程教学模式探讨[J].中国电力教育，2011，29（3）：96-98.

隧道工程的优缺点范文第2篇

【关键词】：隧道管片通缝和错缝拼装高精度管片钢模钢模测量样板

Abstract: This article introduces segment categories of shield driven tunnel lining， types of steel shuttering for casting high precision RC segment， steel shuttering design & manufacturing technology of high precision segments and fine tolerance requirements measurement methods for steel shutterings. In the light of steel shuttering manufacture of high precision segments by machinery plant under STEC， it could be proved that design and manufacturing technology for steel shuttering of segment casting has reached the international advanced level.

Keywords: tunnel segments， through joint and staggered joint segment erection， high precision steel shuttering for segment， measurement gauge for steel shuttering.

1　前言

近年来，我国城市中的地下建设正飞速发展，与国外大城市隧道建设相比，其规模和速度都是罕见的，采用盾构法技术施工已在隧道建设中占了主导地位，盾构掘进机的制造和施工技术也在不断地发展。“钢筋混凝土衬砌钢模（以下简称钢模）”在盾构法施工中是整个隧道工程质量的主要关键技术之一。

我国引进了日本隧道管片钢模的先进技术，上海隧道工程股份有限公司机械厂在大连路隧道工程的钢模上获得很大成功后，消化吸收了日本钢模的技术，结合我国钢模的生产实际，研制开发出新一代高精度管片钢模，自行设计和制造了上海地铁隧道、复兴路隧道、天津地铁隧道等管片钢模，生产出了一批又一批国产的高精度精品钢模。掌握了高精度钢筋混凝土管片钢模的设计和制造技术。

2　隧道管片的型式

在盾构隧道中，由于隧道的断面形状、施工方法等的不同，其力学行为也不相同。所以，衬砌设计必须以对应这些条件为原则。根据隧道的断面形状可分为圆形、椭圆形、矩形、复圆形等多种断面，那么管片的形状也就根据各种断面的形状来设计。我国的地下隧道通常为单圆隧道，因此管片的型式大多为圆形的钢筋混凝土管片。随着我国第一台双圆盾构在上海隧道机械厂诞生，双圆型管片和钢模也相继制造成功。

2.1　隧道管片的分类

隧道管片按制作的材料不同还可分为钢制管片、铸铁制管片、复合管片和钢筋混凝土管片等。按直线段隧道和曲线段隧道的需要，管片可分为直线段管片和曲线段管片，曲线段管片又分为左曲管片和右曲管片。另外，还有既能用于直线段又能用于曲线段的通用管片，通过对通用管片的有序旋转，可完成直线段和不同半径的曲线段以及空间曲线段的拼装。

2.2　圆形隧道的钢筋混凝土管片

目前在我国的盾构法隧道中，管片的型式以圆形的钢筋混凝土管片为主。圆形管片的分块数：圆形管片一般是根据隧道的直径大小来分块，可分为4块～8块。按照管片在隧道内的位置，我们将它们分别取名为：标准块（B）、拱底块(G)、邻接块(L1，L2)、封顶块(F)。

2.3　管片的拼装形式

管片的拼装形式：可分为通缝拼装（图1）和错缝拼装（图2）以及通用管片的拼装。按封顶块的插入形式又可分为沿径向插入型和沿轴向插入型。

从管片的通缝和错缝两种拼装形式来看，各有各的优缺点。通缝拼装的优点是：盾构掘进时，管片拼装机的操作较简单，每环管片的拼装角度都相同，不需变换角度；盾构中推进千斤顶位置的布置较方便，而且长行程千斤顶只需按封顶块的大小来布置，数量较少。从通缝拼装的受力情况分析，当盾构千斤顶的顶力作用于管片上时，如果管片的宽度差异较大，对于管片的受力也不会产生大的影响，在正常的顶力下，管片不会被顶坏。缺点是：从整个隧道的受力情况分析，通缝拼装的管片成环后的整体受力情况不是最好。

错缝拼装的管片优点是整体受力情况好。但是，盾构中管片拼装机的操作较复杂；长行程千斤顶的数量增多。当盾构千斤顶的顶力作用于管片上时，如果管片的宽度误差较大，会使管片因受力不均引起应力集中而导致被顶坏。因此要避免管片被顶坏，必须提高管片的精度要求，特别是管片的宽度精度要求大大提高。

3　高精度钢筋混凝土管片钢模

目前，对于成型后隧道的结构性能、防水性能和耐久性的要求越来越高，由于错缝拼装的管片整体受力情况好，故越来越多的隧道衬砌设计为错缝拼装的管片。错缝拼装需要高精度的管片，而高精度的管片是由高精度的钢模来保证的。随着隧道工程的快速发展，高精度的管片需求量大大增加，因此高精度的钢模需求量也大幅上升。世界上生产钢模的厂家不多，相比较日本钢模的精度较高，堪称世界一流。为了满足不断增长的高精度钢模需求，为了科技进步和赶超世界先进水平，上海隧道工程股份有限公司机械厂在大连路隧道管片钢模的制造上率先引进了日本的先进技术，首次制造出了高精度精品钢模。从大连路隧道工程的实际运用情况可以证明，该管片钢模达到了世界一流的先进水平。上海隧道工程股份有限公司机械厂在上海大连路隧道管片钢模的制造基础上，消化吸收了日本钢模的先进技术，并在生产实践中不断探索、不断总结经验，研制开发出新一代高精度管片钢模，使管片钢模的设计和制造技术有了一个新的飞跃，形成了自己的知识产权。该厂自行设计和制造了上海地铁隧道的高精度管片钢模，获得了很大成功。接着，他们又相继设计和制造了上海复兴路双层隧道的带牛腿的管片钢模、天津地铁隧道管片钢模等国产高精度精品钢模。同时他们还与日本都筑公司继续合作，生产了上海地铁双圆隧道管片钢模、广州地铁管片钢模等，通过一系列高精度管片钢模的设计制造，积累了丰富的实践经验，掌握了具有世界先进水平的、独特的高精度管片钢模的设计和制造技术，成为我国唯一的自行设计和制造高精度管片钢模的生产企业。由于我国尚无高精度管片钢模的国家标准和企业标准，为了使高精度管片钢模的设计和制造标准化、规范化，确保钢模的制造质量，该厂还编制了相应的高精度钢筋混凝土管片钢模的企业标准，并通过了上海市质量技术监督局的批准，现已。

3.1　高精度钢筋混凝土管片钢模的精度

高精度钢筋混凝土管片钢模的精度要求主要为表1中的五项检测项目：钢模宽度、钢模高度、钢模内外径弧弦长、纵向环向芯棒中心距、纵向环向芯棒孔径。从表1中的数据可以看出，它的精度已相当高，比老标准的精度提高了近一倍。例如，以往外径≤11.0m钢模的宽度允差为 ±0.4mm，现高精度钢模的宽度允差为±0.25mm。

3.2　高精度管片钢模的设计

高精度管片钢模的设计已形成多种流派：日本的、法国的、瑞士的、意大利的等等，各有特点。从国外的现状看，钢模振捣形式可分为两大类型：人工插入式振捣和附着式整体振捣，需根据不同的振捣方式来设计不同形式的钢模。欧洲的钢模大多采用附着式整体振捣，而日本和上海的钢模多为人工插入式振捣。附着式整体振捣的优点是快速、省力，自动化程度高。但开动时会产生高分贝的噪音，必须采取严格的隔音措施；且高能量振动对钢模的材料及强度和刚度要求很高，势必要设计较笨重的钢模，增加了钢模的成本；由于整体振捣的能量极高，还将影响钢模的使用寿命。人工插入式振捣方式降低了管片厂的设备、场地要求，可节省投资。而且只要通过简单培训，工人很快能掌握振捣技巧，并能人工控制每一处的振捣质量，使管片质量稳定；还可减轻钢模的重量，节省钢材，同时能增加钢模的使用寿命。日本钢模和上海钢模主要采用了人工插入式振捣方式。

钢模的结构形式：主要由三大件（底座、两块侧板、两块端板）和相关构件组成。钢模的设计主要是围绕三大件的设计。从三大件的设计着手，需考虑它们的定位方式和开启方式等。端、侧板的开启方式有多种：有采用底座弧面少量变形方式开启的端板；有采用铰链翻合式开启的端、侧板；有采用滚轮式平移开启的端、侧板。有采用铰链翻合式开启的端板和采用滚轮式平移开启的侧板相结合的方式。现分析一下铰链翻合式开启和滚轮平移式开启的优缺点：

（1） 从钢模的端、侧板的定位精度分析：铰链翻合式开启的端、侧板在底座上的定位为固定定位，它的重复定位误差取决于铰链上销孔的配合精度，而滚轮平移式开启的端、侧板在底座上的定位采用圆锥销孔定位。定位不固定，故它的轴向定位精度没有铰链式的定位精度高。

（2） 从钢模的脱摸情况来看，铰链翻合式开模时，因为有一个转动角度，如果脱模斜度不够，容易造成混凝土管片止水条槽处的啃边现象。滚轮平移式开启的端、侧板开模时，由于是平开式就不会造成管片啃边，而且开模后侧板与底座间的空隙较大，管片起模时操作方便。

（3） 从开合钢模的操作上看，滚轮平移式与铰链翻合式相比，操作简便、省力，可降低工人的劳动强度，提高工作效率。

（4） 端板为铰链开启、侧板为滚轮式平移开启的两种不同开启方式相结合的方法。它们的优点是：由于端板与垂直方向成一斜角，采用铰链翻合式开启钢模时，对管片止水槽处的脱模斜度影响很小，不会造成管片的损坏；况且端板的体积和重量都不是很大，开启和闭合不会太费力。并且，铰链式的安装精度和定位精度比较高，而且安装时定位较方便。对于侧板，由于侧板的体积和重量比较大，为了减轻劳动强度，便于操作，又由于侧板与底座的夹角成直角，如采用铰链式开启，受铰链开启转动时的角度影响，容易造成砼“啃边”而损坏管片，故采用滚轮平移式的开启方式。综上所述，这样的开启方式可以说是优化组合式。从大连路隧道钢模和上海地铁钢模的使用情况来看，这种设计是比较合理的，效果令人满意。见图3的钢模组装图。

3.3　高精度钢筋混凝土管片钢模的制造

制造高精度的钢筋混凝土管片钢模，关键在于先进的制造工艺。必须摒弃传统的制造工艺，采用先进的结构件工艺、金加工工艺和装配工艺，才能制造出国产的精品钢模。

3.3.1　采用先进的结构件工艺

（1） 按传统的工艺，结构件成型后，必定要先退火，消除内应力，再进行机加工。上海大连路隧道的管片钢模首创了结构件不退火工艺，降低了成本、提高了经济效益。采用不退火工艺，必须要减少结构件成型后内应力的积聚，需设计合理的焊缝形式和焊缝位置；从结构件的放样、下料到装搭成型，都应严格按照工艺要求执行，以减少结构件的焊接变形。

（2） 在保证钢模的加工精度前提下，取消某些面的金加工，以取得事半功倍的效果。如底座的弧面加工，有采用金加工的；也有结构件一次成型，不采用金加工的。但取消了弧面的金加工后，必须提高结构件的精度，弧面的面轮廓度须控制在1mm以下，因此需设计制造结构件的制作胎架和测量样板，制定控制结构件焊接变形的措施等。

3.3.2　采用先进的金加工工艺，以确保钢模的高精度

高精度钢模的金加工也完全不同于传统的加工方法，采用了最先进的高精度设备和计算机编程，保证了钢模零部件的高加工精度。底座、侧板和端板三大件的金加工，由于采用了数控加工中心，都是通过计算机编程来加工的，因此精度相当高，为钢模的装配提供了保证。

3.3.3　有了高精度的零部件，还需确保高质量的装配精度

设计和制造高精度的安装模具，制定一套先进的安装工艺，是制造高精度钢模必不可少的。钢模的三大件全部采用在模具上定位，使定位精确度大大提高，而且简化了装配工艺，减轻了工人的劳动强度。同时，在钢模的装配过程中，采用高精度的测量模板，保证了高精度钢模的装配质量。

3.4　高精度钢筋混凝土管片钢模的检测

高精度的钢模必须要有高精度的测量工具和检测手段，才能制造出符合质量要求的一流钢模。因此，只有改变过去的传统检测方法，采用高精度的样板作为检测工具，才能达到这一目的。设计和制造高精度的样板，用以钢模的制造过程及钢模和管片的检测。采用样板法，可控制钢模制造过程中的误差，使装配尺寸容易控制，提高了精度；还能使模芯定位更为精确，不再产生摇摆，使管片拼装变得简易。在钢模检验及管片厂生产管片过程中，使钢模的检测变得更精确、直接和简易。改变过去钢模的弧长尺寸不能直接测量，只能由加工机床保证的老方法。确保了高精度钢模的制造质量。

高精度钢模的测量方法，按以下的方法进行，见图4。

图4　测量示意图

3.4.1　钢模宽度测量

在钢模内腔，按图4中六点的位置测量宽度，使用内径千分尺直接测量。

3.4.2　钢模外径和内径弧、弦长的测量

将测量样板放入钢模内，插入检查销，固定好测量样板，用塞尺测出样板和钢模端面的间隙，通过计算得出钢模的弧、弦长。

3.4.3　钢模高度测量

使用深度千分尺量具直接测量

3.4.4　纵向、环向芯棒中心距及芯棒孔距的测量

在钢模内调整测量样板，插入检查销检查。

隧道工程的优缺点范文第3篇

钻爆法施工对山岭隧道来说，是一项非常成熟的施工方法，在比较复杂的条件下，有许多成功的先例。该技术扩展到城市地下工程，形成了我国特有的浅埋暗挖施工法。同时，用于水底隧道工程，也成功地修建了多条越江（河）隧道，例如南水北调越江隧道和湖底隧道。挪威已建成的约100km的水下隧道均采用钻爆法施工。

钻爆法水下隧道

中国目前也在积极修建水下隧道，以缓解交通压力。基于多年山岭隧道和城市浅埋暗挖地铁隧道施工的经验以及国外水下隧道成功经验，目前已修建成的钻爆法水下隧道有6.05km厦门翔安隧道、6.17km青岛胶州湾湾口海底隧道，以及正在建设的厦门第二西通道等，还有些隧道正在商议拟建当中。

已建成通车的厦门翔安隧道为六车道高速公路隧道，长2*6050m，跨越海域长约4200m，是我国大陆第一座海底隧道，也是目前世界上采用钻爆法施工的建设规模最大的海底隧道。厦门翔安隧道位于厦门岛东北侧，左右行车隧道间距为50m，两行车隧道之间另设一服务隧道。行车隧道建筑限界净宽14.0m，净高5.0m，服务隧道上方预留检修车辆兼逃生空间3.0m（宽）×2.5m（高），下方内设置供水管道预留空间2.6m（宽）×2.15m（高）和高压电缆预留空间3.0m（宽）×2.15m（高）。而正在建设的厦门第二西通道，起于海沧吴冠采石场与海沧疏港快速路相接，经马青路与海沧大道平交口，在海警三支队北侧进入厦门西海域，穿西海域后在象屿码头14号泊位附近至本岛，过疏港路，沿兴湖路前行，下穿石鼓山立交后至本项目终点，与拟建的厦门第二东通道对接。路线长约7.8km。跨海域宽度为2km。

隧道建筑限界

厦门第二西通道工程按照双向六车道城市快速路的标准进行设计，计算行车速度取80km/h，标准如下：隧道建筑限界净宽：0.5+0.25+0.5+3.5+2×3.75+0.5+0.25+0.5=13.50m；隧道建筑限界净高：5.0m。

钻爆法水下隧道方案断面布置形式

钻爆方案海底隧道可采用的横断面形式有：A.两管三车道并设置服务隧道；B.两管三车道不设置服务隧道。

设置服务隧道优缺点

设置服务隧道的双管三车道隧道方案，主要有以下优缺点：

优点：可利用服务隧道超前掘进来探明地质情况和取得对局部不良地质地段处理的方法和工艺经验，为大断面主洞的掘进提供较准确的地质情况及施工安全保障。可利用服务隧道为主隧道开辟多个工作面。同时对于局部不良地质地段，可借助服务隧道先行处理，不影响其余地段的施工，加快隧道施工进度，保证隧道建设工期。服务隧道可作为紧急避难通道，解决隧道运营期间突发灾害时，人员的避难、逃生和救援。服务隧道可作为管线通道，适当减小主隧道断面，并在行车隧道发生火灾情况下，可保证运营管理系统的安全有效；同时便于管理人员的日常维护，尤其是便于抽排水管路的巡z。

缺点：由于设置服务隧道，在海域段施工时也增加了临海工作面及洞室交叉，导致发生坍塌涌水事故的风险也相对增大。设置服务隧道将造成洞口横断面布置宽度、用地有一定增加，隧道净距较小。费用会一定程度增加。

不设置服务隧道的双管三车道隧道方案，主要有以下优缺点：

优点：中间不设置服务隧道，洞口横断面布置间距相对灵活，有利于隧道平、纵面的布置；两主洞之间的开挖相互影响较小。相对设置服务隧道方案，在海域段施工时减少了临海工作面，发生坍塌涌水事故的风险也相对较低。

缺点：不设服务隧道，缺少探明地质情况的先导洞，缺少为主隧道开辟工作面的条件。不设服务隧道，则全线隧道都必须在隧道下部增加布置隧道供配电电缆、通讯电缆及水电管线的空间，进一步扩大了隧道的断面，同时，施工期间的组织较为困难。不设服务隧道，日常检修车辆的进出对隧道正常的交通会造成一定的影响。

综合分析

本隧道在厦门岛内从兴湖路下穿过，当设置服务隧道，洞口段隧道断面的布置可按16.0（主洞开挖宽度）+5.8（中间岩宽度）+7.7（服务隧道宽度）+5.8（中间岩宽度）+16.0（主洞开挖宽度）=51.3m。兴湖路道路宽50m，两侧建筑之间宽约75m，因此，如设置服务隧道，基本不影响地面建筑。（2）为保障隧道敞口段地面交通的连接，可将服务隧道在暗洞出头后即以较大纵坡爬升（

隧道工程的优缺点范文第4篇

关键词：隧道工程 “零开挖”进洞 施工技术

中图分类号：U45文献标识码： A

一、工程概况

梧柳高速六付隧道属于分离式隧道，设计为左、右线平行双洞，左洞长1128m，右洞长1124m。隧道穿越Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩，进出口段均为浅埋段Ⅴ级围岩，左右线设计均有明洞，梧州端洞门形式为削竹式，柳州端洞门形式为端墙式。

二、隧道”零开挖”进洞原理

为了减少因大刷、大挖、大范围回填对原山体及植被的自然平衡体系造成破坏，施工中将套拱外移，提前施做套拱，并利用管棚及注浆对洞口软弱围岩进行加固，必要时对地表进行注浆加固，套拱完成后再按照暗洞施工方法进行开挖支护施工。

三、隧道”零开挖”进洞的优缺点

隧道采用“零开挖”进洞施工技术，优点是减少了洞口土石方开挖量，减少了人力物力资源的投入，最大限度的保持了洞口的原平衡体系，实现了利用自然自身平衡来减少工程量的目的，同时也保护了环境。

隧道“零开挖”进洞施工由于洞口顶覆盖层比较薄，开挖过程中拱部易出现掉土块，非常容易出现冒顶，施工过程中存在较大的塌方风险是“零开挖”进洞施工的缺点。

四、施工方法及技术要点

1、 施工总体方案

本施工方法遵循了“早进洞，晚出洞”的设计施工原则，是理论与实践的很好结合。本公司承建的六付隧道就采用“零开挖”进洞施工技术。

根据实际地面线首先确定明暗洞交接点，在明暗洞交接点外不开挖山脚土体的情况下，采用两侧开槽施作四榀I18钢拱架作为套拱，逐渐靠向山体明暗洞交接点，拱架间以纵向钢筋连接为整体，并在钢拱架上预设超前管棚导向管，浇注混凝土封闭钢拱架形成套拱衬砌，然后施作超前大管棚作为超前支护，管棚完毕后，检验支护效果后再进行进洞施工。

2 、各工序施工方法

2.1“零开挖”进洞位置的确定

经过对六付隧道梧州端左右线洞口纵断面的测量，根据测量横断面高程确定隧道左右线明暗交接点里程分别为ZK102+893、YK102+900，左右线“零开挖”进洞位置里程确定为ZK102+891、YK35+898。

2.2 洞口套拱施工方法

(1)套拱两侧拱脚基坑采用人工开挖，基底经人工整平后浇注C20片石砼作为套拱基础。基础沿纵向长度2.2m，片石混凝土厚度120cm，宽度至开挖基坑边线。

(2)套拱纵向长度为2.0m，共设四榀I18工字钢拱架，间距0.5m。工字钢拱架由钢筋加工场制作后现场安装，安装时根据测量人员测定的高程和拱架安装控制线准确定位，并严格检查拱架的垂直度，严格将拱架控制在同一平面。

(3)导向管施工：I18工字钢拱架安装后，精确测量导向管位置，导向管采用φ127×4mm热轧钢管，环向间距40cm，长2m，拱部120º范围布置，使用Φ16钢筋固定在型钢拱架上。 并将导向管管口封堵，防止砼进入钢管。

2.3 φ108超前大管棚施工

当套拱混凝土达到一定强度后进行拱脚两侧的基坑回填，并进行超前大管棚施工准备工作。为了保证注浆效果和减少注浆对周围水系的影响，管棚注浆采用小剂量注浆，注浆时严格控制注浆扩散半径。

(1)管棚设计参数

①管棚规格：采用φ108热轧无缝钢管，壁厚4mm，每节长度6m,每节之间采用丝扣连接。

②管棚数量及长度：本隧道设计为每洞37根长20m的φ108超前管棚，为了保证洞口施工安全，实际管棚长度比原设计长度增加6m。

③间距：环向间距40cm。

④外插角：沿线路方向1º～3º，长管棚投影线平行于中线。

(2)长管棚施工工艺流程

①钻孔：钻头通过导向拱向内钻进，水平钻机钻进严格按照操作规程进行，钻进过程中根据地层的变化及时调整操作参数。

②顶管施工：管棚前端加工成15cm长锥形便于顶进，管棚内安装4根Φ16主筋，利用每20cm一道的φ10加劲箍与钢管焊接，管丝口接头预先用车床加工成型，管棚上钻φ12注浆孔，间距为15cm梅花型布置，在管棚底端预留3米不钻孔的止浆段。

③清孔：钢管顶进前，检查钻孔孔道是否干净，可用岩芯管再一次扫孔，同时用高压风清孔，清除孔道内岩渣、碎石等。

④顶进：将钻机用两台5t的手拉葫芦拉紧固定在护拱上，通过钻机将管棚顶入孔内,钻机加压时不可过大，发现顶进时阻力大时，可以旋转顶进，或者借冲洗液协助顶进。

⑤φ108管棚注浆：注浆浆液在灰浆搅拌桶内搅拌均匀，由注浆机经管路注入到钢管中，注浆压力为0.5～1.0MPa，注浆完成后，用M20水泥砂浆进行充填。

⑥进洞开挖：按照“预探测、管超前、严注浆、小断面、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，采用短台阶上断面弧形导坑法开挖，进洞施工的超前小导管应该与超前管棚保持5米的搭接，以保证洞口段的施工安全，其他按照常规的暗洞开挖施工工艺进行。

五、施工过程中的监控

监控量测是隧道进洞阶段的重要组成部分，是验证“零开挖”进洞支护参数的合理性、支护效果的重要手段，如果岩层未达到稳定，应采取地表注浆加固、搭接管棚施工等措施进行补强加固，保证进洞安全。本工程主要进行的监测项目如表1所示：

结束语

采用“零开挖”进洞施工技术在确保洞口进洞安全的前提下，能将隧道口周边的植被得到最好的保护，维护了原有的生态地貌。该施工方法充分的尊重和利用了自然，隧道建成后能与周边自然环境相协调，减少了建筑痕迹。本项目采用的“零开挖”进洞施工技术也为今后类似的隧道工程进洞施工提供了参考性。

参考文献

1、张健明，杨军，韩江伟浅埋偏压隧道进洞技术研究田公路 ，2011（06）

2、李明，刘强，相翟等隧道“零开挖”进出洞施工方法的探讨口公路交通科技应用技术阂 , 一 一2012（03）

3、易震宇 ,钟放平浅谈隧道环保进洞新理念在常吉高速公路的设计应用田公路工程2008（06）

隧道工程的优缺点范文第5篇

【关键词】：隧道工程，盾构姿态，自动测量，系统开发

1引言

盾构机姿态实时正确测定，是隧道顺利推进和确保工程质量的前提，其重要性不言而喻。在盾构机自动化程度越来越高的今天，甚至日掘进量超过二十米，可想而知，测量工作的压力是相当大的。这不仅要求精度高，不出错；还必须速度快，对工作面交叉影响尽可能小。因此，为了能够在隧道施工过程中及时准确给出方向偏差，并予以指导纠偏，国内外均有研制的精密自动导向系统用于隧道工程中，对工程起到了很好的保证作用。

1.1国内使用简况

国内隧道施工中测量盾构机姿态所采用的自动监测系统有：德国VMT公司的SLS—T方向引导系统；英国的ZED系统；日本TOKIMEC的TMG—32B（陀螺仪）方向检测装置等等。所采用的设备都是由国外进口来的。据了解，目前有些地铁工程中（如广州、南京）在用SLS—T系统，应用效果尚好。

总的来看，工程中使用自动系统的较少。究其原因：一是设备费或租赁费较昂贵；二是对使用者要求高，普通技术人员不易掌握；三是有些系统的操作和维护较人工方法复杂，在精度可靠性上要辅助其它方法来保证。

1.2国外系统简况

国外现有系统其依据的测量原理，是把盾构机各个姿态量（包括：坐标量—X.Y.Z，方位偏角、坡度差、轴向转角）分别进行测定，准确性和时效性受系统构架原理和测量方法限制，其系统或者很复杂而降低了系统的运行稳定性，加大了投入的成本，或者精度偏低，或者功能不足，需配合其他手段才能完成。

国外生产的盾构设备一般备有可选各自成套的测量与控制系统，作业方式主要以单点测距定位、辅以激光方向指向接收靶来检测横向与垂向偏移量的形式为主。另外要有纵、横两个精密测倾仪辅助[7]。有些（日本）盾构机厂商提供的测控装置中包括陀螺定向仪，采用角度与距离积分的计算方法[1][2]，对较长距离和较长时间推进后的盾构机方位进行校核，但精度偏低，对推进只起到有限的参考作用。

2系统开发思路与功能特点

2.1开发思路

基于对已有同类系统优缺点的分析，为达到更好的实用效果，我们就此从新进行整体设计，理论原理和方法同过去有所不同，主要体现在：其一，系统运行不采用直接激光指向接收靶的引导方式，而是根据测点精确坐标值来对盾构机刚体进行独立解算，计算盾构姿态元素的精确值，摈弃以往积分推算方法，防止误差积累；其二，选用具有自主开发功能的高精度全自动化的测量机器人，测量过程达到完全自动化和计算机智能控制；其三，在理论上将平面加高程的传统概念，按空间向量归算，在理论上以三维向量表达，简化测量设置方式和计算过程。

目前全站仪具备了过去所没有的自动搜索、自动瞄准、自动测量等多种高级功能，还具有再开发的能力，这为我们得以找到另外的测量盾构机姿态的方法，提供了思路上和技术上的新途径。

系统开发着眼于克服传统测控方式的缺点，提高观测可靠性和测量的及时性，减少时间占用，最大限度降低人工测量劳动强度，避免大的偏差出现，有利于盾构施工进度，提高施工质量，在总体上提高盾构法隧道施工水平。系统设计上改进其他方式的缺点，在盾构推进过程中无需人工干预，实现全自动盾构姿态测量。

2.2原理与功能特点

盾构机能够按照设计线路正确推进，其前提是及时测量、得到其准确的空间位置和姿态方向，并以此为依据来控制盾构机的推进，及时进行纠正。系统功能特点与以往方式不同，主要表现在：

(1)独特的同步跟进方式：本系统采用同步跟进测量方式，较好克服了随着掘进面推进测点越来越远造成的观测困难和不便。

(2)免除辅助传感器设备，六要素一次给出（六自由度）。

(3)三维向量导线计算：系统充分利用测量机器人(LeicaTCA全站仪)的已有功能，直接测量点的三维坐标（X，Y，Z）,采用新算方法——“空间向量”进行严密的姿态要素求解。

(4)运行稳定精度高：能充分满足隧道工程施工对精度控制的要求以及对运行稳定性的要求。

(5)适用性强：能耐高低温，适于条件较差的施工环境中的正常运行（温度变化大，湿度高，有震动的施工环境）。

图1系统主信息界面示意

系统连续跟踪测定当前盾构机的三维空间位置、姿态，和设计轴线进行比较获得偏差信息。在计算机屏幕上显示的主要信息如图一所示。包括：盾构机两端（切口中心和盾尾中心）的水平偏差和垂直偏差及盾构机刚体三个姿态转角：1)盾购机水平方向偏转角（方位角偏差）、2)盾构机轴向旋转角、3)盾构机纵向坡度差（倾斜角差），以及测量时间和盾构机切口的当前里程，并显示盾构机切口所处位置的线路设计要素。

2.3运行流程

系统采用跟踪式全自动全站仪（测量机器人），在计算机的遥控下完成盾构实时姿态跟踪测量。测量方式如图二所示：由固定在吊篮（或隧道壁）上的一台自动全站仪[T2]和固定于隧道内的一个后视点Ba，组成支导线的基准点与基准线。按连续导线形式沿盾构推进方向，向前延伸传递给在同步跟进的车架顶上安置的另一台自动全站仪[T1]及棱镜，由测站[T1]测量安置于盾构机内的固定点{P1}、{P2}、{P3}，得到三点的坐标。盾构机本体上只设定三个目标测点。该方式能较好地解决激光指向式测量系统的痼疾——对曲线段推进时基准站设置与变迁频繁的问题。

2.4刚体原理

盾构机体作为刚体，理论上不难理解，刚体上三个不共线的点唯一地确定其空间位置与姿态。由三测点的实时坐标值，按向量归算方法（另文），解算得出盾构机特征点坐标与姿态角度精确值。即通过三维向量归算直接求得盾构机切口和盾尾特征部位中心点O1和O2当前的三维坐标（X01、Y01、Z01和X02、Y02、Z02）。同时根据里程得到设计所对应的理论值，两者比较得出偏差量。

2.5系统初始化操作

系统初始化包括四项内容：

1)设置盾构机目标测点和后视基准点；

2)固定站和动态站上全站仪安置；

3)盾构控制室内计算机与全站仪通讯缆连接；

4)系统运行初态数据测定和输入。

在固定站[T2]换位时，相关的初态数据须重测重设，而其他几项只在首次安装时完成即可。

F1键启动系统。固定的[T2]全站仪后视隧道壁上的Ba后视点（棱镜）进行系统的测量定向。[T2]和安装于盾构机车架顶上的[T1]全站仪（随车架整体移动）以及固定于盾构机内的测量目标（反射镜）P1、P2、P3构成支导线进行导线自动测量。

2.6运行操作与控制

本系统在两个测站点[T1]、[T2]安装自动全站仪，由通信线与计算机连接，除计算机“开”与“关”外，运行中无须人员操作和干予，计算机启动后直接进入自动测量状态界面，当系统周而复始连续循环运行时，能够智能分析工作状态来调整循环周期（延迟时间），直到命令停止测量或退出。

3系统软件与设备构成

3.1软件开发依据的基础

测量要素获得是系统工作的基础，选用瑞士Leica公司TCA自动全站仪（测量机器人）及相应的配件，构成运行硬件基础框架。基于TCA自动全站仪系列的接口软件GeoCom和空间向量理论及定位计算方法，实现即时空间定位，这在设计原理上不同于现有同类系统。系统通过启动自动测量运行程序，让IPC机和通讯设备遥控全站仪自动进行测量，完成全部跟踪跟进测量任务。

3.2系统硬件组成的五个部分

全自动全站仪

测量主机采用瑞士徕卡公司的TCA1800自动测量全站仪，它是目前同类仪器中性能最完善可靠的仪器之一。TCA1800的测角精度为±1”、测距精度为1mm+2ppm；仪器可以在同视场范围内安装二个棱镜并实现精密测量，使观测点设置自由灵活，大大提高了系统测量的精度。

测量附属设备

包括棱镜和反射片等。

自动整平基座

德国原装设备，纠平范围大(10o48’)，反应快速灵敏(±32”)。

工业计算机

系统控制采用日本的CONTECIPCRT/L600S计算机，它能在震动状态、5。~50。C及80%相对湿度环境中正常运行，工矿环境下能够防尘、防震、防潮。其配置如下：

——Pentiun(r)-MMX233HZ处理器

——32M内存

——10G硬盘或更高

——3.5英寸软驱

——SuperVGA1024*768液晶显示器

——PC/AT（101/102键）键盘接口

——标准PS/2鼠标接口

——8串口多功能卡（内置于计算机扩展槽）

双向通讯（全站仪D计算机）设备

系统长距离双向数据通讯设备采用国内先进的元器件，性能优良，使得本系统通讯距离允许长达1000米（通常200米以内即满足系统使用要求），故障率较国外同类系统低得多，约减少90％以上。通讯原理如图三所示。

3.3系统硬件组成简单的优势

从设备构成可知，系统不使用陀螺仪，也不必配装激光发射接收装置，并舍去其他许多系统所依赖的传感设备或测倾仪设备，从而最大限度地简化了系统构成，系统简化提高了其健壮性，系统实现最简和最优。

带来上述优点的原因，在于机器人良好的性能和高精度以及定位原理上直接采用三维框架，通过在计算理论和方法上突破过去传统方式的框框，使之能够高精度直接给出盾构机上任意（特征）点的三维坐标（X，Y，Z）以及三个方向的（偏转）角度（α，β，γ），这样在盾构机定位定向中，即使是结构复杂的盾构机也能够简单地同时确定任意多个特征点。比如DOT式双圆盾构需解决双轴中心线位或其他盾构更多轴心、以及铰接式变角等问题，可通过向量和坐标转换计算解出而不必增加必要观测。

由此可知，本构架组成系统的硬件部件少，运行更加可靠，较其他形式的姿态测量方式优点明显。实际上本系统的最大特点就是由测量点的坐标直接解算来直接给定测量对象（刚体）的空间姿态。

另外特别说明一点：本系统由两台仪器联测时，每次测量都从隧道基准导线点开始，测量运行过程中每点和每条边在检验通过之后才进行下步。得到的姿态结果均相互独立，无累积计算，故系统求解计算中无累计性误差存在。因此，每次结果之间可以相互起到检核作用，从而避免产生人为的或系统数据的运行错误。这种每次直接给出独立盾构机姿态六要素（X，Y，Z，α，β，γ）的测算模式，在同类系统中是首次采用。

冗余观测能够避免差错，也是提高精度的有效方法。最短可设置每三分钟测定一次盾构机姿态，由此产生足量冗余，不仅确保了结果的准确，也保证了提供指导信息的及时性，同时替代了隧道不良环境中的人工作业，改善了盾构隧道施工信息化中的一个重要但较薄弱的环节。

4工程应用及结论

4.1工程应用

上海市共和新路高架工程中山北路站～延长路站区间盾构推进工程，本系统在该隧道的盾构掘进中成功应用，实现实时自动测量，通过了贯通检验。该工程包括上行线和下行线二条隧道，单线全长1267米。每条隧道包含15段平曲线（直线、缓和曲线、圆曲线）和17段竖曲线（坡度线、圆曲线），线型复杂。

盾构姿态自动监测系统于2001年12月11日至2002年3月7日在盾构推进施工中调试应用。首先在下行线（里程SK15+804～SK16+103）安装自动监测系统，调试获得成功，由于下行线推进前方遇到灌注桩障碍被迫停工，自动监测系统转移安装到上行线的盾构推进施工中使用，直到上行线于2002年3月7日准确贯通，取得满意结果。

4.2系统运行结果精度分析

盾构机非推进状态的实测数据精度估计分析

通过实验调试和施工运行引导推进表明，系统在盾构推进过程中连续跟踪测量盾构机姿态运行状况良好。测量一次大约2~3分钟。在“停止”状态测得数据中，里程是不变的，此时的偏差变化，直接反映出系统在低度干扰状态下的内符合稳定性，其数据——偏差量用来指导盾构机的掘进和纠偏。盾构不推进所测定盾构机偏差的较差<±1cm，盾构推进时测定盾构机偏差的误差<±2cm。表三中和人工测量的结果对比，考虑对盾构机特征点预置是独立操作的，从而存在的不共点误差，由此推估测量结果和人工测量是一致的，在盾构机贯通进洞时得到验证。

4.3开发与应用小结

经数据随机抽样统计计算得出中误差（表一、表二）表明：以两倍中误差为限值，盾构机停止和推进两种状态偏差结果的中误差均小于±20毫米，满足规范要求。

为了检核盾构姿态自动监测系统的实测精度，仍采用常规的人工测量方法，测定切口和盾尾的水平偏差和垂直偏差，并与同里程的自动测量记录相比较（表三），求得二者的较差()。由于二者各自确定的切口中心点O1和盾尾中心点O2不一致偏差约为2cm，所以各自测定的偏差不是相对于同一中心点的，即二者之间先期存在着系统性差值。

通过工程实用运行，对多种困难条件适应性检验，系统表现出良好的性能：

1)实时性——系统自动测量反映当前盾构机空间(六自由度)状态；

2)动态性——系统自动跟踪跟进，较好解决了弯道转向问题；

3)简易性——系统结构简单合理，操作和维护方便，易于推广使用；

4)快速性——系统测量一次仅需约两分钟；

5)准确性——结果准确精度高，满足规范要求，在各种工况状态都小于±20毫米；

6)稳定性——适应震动潮湿的地下隧道环境，系统可以长期连续运行。

本系统已成功用于上海市复兴东路越江隧道?11.22米大型泥水平衡盾构推进中。我们相信对于结构简单，运行稳定，精确度高，维护方便的盾构姿态自动监测系统，在盾构施工中将发挥其应有作用。

[参考文献]

[1]隧道工程，上海科学技术出版社，1999年7月，刘建航主编

[2]地铁一号线工程，上海科学技术出版社，1999年7月，刘建航主编

[3]TPS1000经纬仪定位系统使用手册，Leica仪器有限公司

[4]盾构姿态自动监测系统研究与开发报告，2002年4月，上海市政二公司

[5]杭州湾交通通道数据信息管理系统设计与开发，华东公路，1998.3，岳秀平

[6]GeoCOMReferenceManualVersion2.20，LeicaAG，CH-9435Heerbrugg(Switzerland)