隧道工程认识实习报告
摘要：本文通过对隧道工程进行简单介绍并结合实习对隧道的认知做出总结，主要以古北口潮河关隧道和土木地下工程实验室隧道为代表，对隧道选线、结构、施工时的注意事项及多年时间的经验教训进行阐述。
关键词：隧道工程 隧道勘测 隧道设计
前言
21世纪是地下空间大开发的世纪，当前中国已经成为全球发展最快的隧道与地下工程建设市场。一批越江跨海隧道工程拟建、在建或已投入运营。武汉长江隧道、上海长江隧桥已相继投入运营；南京长江隧道今年将建成运营。我国城市最大的土压平衡盾构法地下道路——上海外滩通道工程已于今年3月底建成通车。铁路隧道更是飞跃发展，据不完全统计，截止到20##年底，我国建成的铁路隧道总长度已经超过7000公里，在建铁路隧道约2500座，总长约4600公里,到20##年前规划建设5000座隧道，长度超过9000公里。我国铁路隧道建设的总量已经远远超过世界其他国家。中国城市地铁工程建设也进入了新高潮。我国目前已批复25个城市近期（20##年）建设规划，总计87条线路，总里程2529.62公里，总投资10043.16亿元。
隧道和地下工程无疑将会成为新的发展点，尤其是我国铁路和公路建设的高速增长，隧道的应用将会越来越多，另一方面大中城市地铁修建的兴起，也使隧道的发展前景更加开阔。所以，作为土木的学生，隧道与地下工程的选择符合我国人才的需要。
实习目的：
1、通过参观各类隧道，加强对隧道的认识，了解隧道的总体设计、选线布置等特点 。
2、通过实习，了解隧道施工技术，熟悉隧道构造，了解各类隧道支撑结构的特性及应用。
3、通过实习,将所学理论知识与实践知识相结合，同时为以后的专业知识的学习打下基础。
实习地点：古北口潮河关隧道 土建地下工程实验室隧道
实习时间：20##年5月25日
实习内容
1、隧道工程简介：
隧道是修建在地下或水下并铺设铁路供机车动车辆通行的建筑物。根据其所在位置可分为山岭隧道、水下隧道和城市隧道三大类。为缩短距离和避免大坡道而从山岭或丘陵下穿越的称为山岭隧道；为穿越河流或海峡而从河下或海底通过的称为水下隧道；为适应铁路通过大城市的需要而在城市地下穿越的称为城市隧道。这三类隧道中修建最多的是山岭隧道。
发展历史
自英国于1826年起在蒸汽机车牵引的铁路上开始修建长770米的泰勒山单线隧道和长 2474米的维多利亚双线隧道以来，英、美、法等国相继修建了大量铁路隧道。19世纪共建成长度超过 5公里的铁路隧道11座，有3座超过10公里,其中最长的为瑞士的圣哥达铁路隧道，长 14998米。1892年通车的秘鲁加莱拉铁路隧道，海拔4782米，是现今世界最高的标准轨距铁路隧道。在19世纪60年代以前，修建的隧道都用人工凿孔和黑火药爆破方法施工。1861年修建穿越阿尔卑斯山脉的仙尼斯峰铁路隧道时，首次应用风动凿岩机代替人工凿孔。1867年修建美国胡萨克铁路隧道时，开始采用硝化甘油炸药代替黑火药，使隧道施工技术及速度得到进一步发展。
在20世纪初期，欧洲和北美洲一些国家铁路形成铁路网，建成的5公里以上长隧道有 20座，其中最长的瑞士和意大利间的辛普朗铁路隧道长19.8公里。美国长约12.5公里的新喀斯喀特铁路隧道和加拿大长约 8.1公里的康诺特铁路隧道都采用中央导坑法施工。其施工平均年进度分别为4.1和4.5公里，是当时最高的施工进度。至1950年，世界铁路隧道最多的国家有意大利、日本、法国和美国。日本至20世纪70年代末共建成铁路隧道约3800座，总延长约1850公里,其中5公里以上的长隧道达60座，为世界上铁路长隧道最多的国家。1974年建成的新关门双线隧道，长18675米,为当时世界最长的海底铁路隧道。1981年建成的大清水双线隧道，长22228米,为世界最长的山岭铁路隧道。连接本州和北海道的青函海底隧道，长达53850米,为当今世界最长的海底铁路隧道。
20世纪60年代以来，隧道机械化施工水平有很大提高。全断面液压凿岩台车和其他大型施工机具相继用于隧道施工。喷锚技术的发展和新奥法的应用为隧道工程开辟了新的途径。掘进机的采用彻底改变了隧道开挖的钻爆方式。盾构构造不断完善，已成为松软、含水地层修建隧道最有效的工具。
中国于1887～1889年在台湾省台北至基隆窄轨铁路上修建的狮球岭隧道，是中国的第一座铁路隧道,长261米。此后，又在京汉、中东、正太等铁路修建了一些隧道。京张铁路关沟段修建的4座隧道,是用中国自己技术力量修建的第一批铁路隧道。其中最长的八达岭铁路隧道长为1091米，于1908年建成。中国在1950年以前，仅建成标准轨距铁路隧道238座,总延长89公里。自20世纪50年代以来，隧道修建数量大幅度增加，1950～1984年期间共建成标准轨距铁路隧道4247座，总延长2014.5公里，成为世界上铁路隧道最多的国家之一。中国标准轨距铁路隧道修建数量如表1[ 中国标准轨距铁路隧道修建数量]。此外，中国还建有窄轨距铁路隧道191座,总延长23公里。截至1984年,中国共建成5公里以上长隧道10座（表2[中国5公里以上的铁路隧道]），最长者为京原铁路的驿马岭铁路隧道，长7032米。现正在施工的京广铁路衡韶段大瑶山双线隧道，长14.3公里。中国最高的铁路隧道是青藏铁路关角铁路隧道,长4010米,海拔3690米。
中国铁路隧道约有半数以上分布在川、陕、云、贵4省。成昆、襄渝两条铁路干线隧道总延长分别为342及282公里，占线路总长的比率分别为31.6％和34.3％。
隧道勘测
为确定隧道位置、施工方法和支护、衬砌类型等技术方案，对隧道地处范围内的地形、地质状况，以及对地下水的分布和水量等水文情况要进行勘测。
在隧道勘测和开挖过程中，须了解围岩的类别。围岩是隧道开挖后对隧道稳定性有影响的周边岩体。围岩分类是依次表明周围岩石的综合强度。中国在1975年制定的铁路隧道工程技术规范中将围岩分为 6类。关于岩石分类70年代以前常用泰沙基及普氏等岩石分类方法。70年代以后在国际上应用较广并为国际岩石力学学会推荐的为巴顿等各种分级系统。此外，还有日本以弹性波速为主的分类法。围岩的类别的确定，为隧道工程设计合理和施工顺利提供了依据。
隧道设计
包括隧道选线、纵断面设计、横断面设计、辅助坑道设计等。
选线
根据线路标准、地形、地质等条件选定隧道位置和长度。选线应作多种方案的比较。长隧道要考虑辅助坑道和运营通风的设置。洞口位置的选择要依据地质情况。考虑边坡和仰坡的稳定，避免塌方。
纵断面设计
沿隧道中线的纵向坡度要服从线路设计的限制坡度。因隧道内湿度大，轮轨间粘着系数减小，列车空气阻力增大，因此在较长隧道内纵向坡度应加以折减。纵坡形状以单坡和人字坡居多，单坡有利于争取高程，人字坡便于施工排水和出碴。为利于排水，最小纵坡一般为2‰～3‰。
横断面设计
隧道横断面即衬砌内轮廓，是根据不侵入隧道建筑限界而制定的。中国隧道建筑限界分为蒸汽及内燃机车牵引区段、电力机车牵引区段两种，这两种又各分为单线断面和双线断面。衬砌内轮廓一般由单心圆或三心圆形成的拱部和直边墙或曲边墙所组成。在地质松软地带另加仰拱。单线隧道轨面以上内轮廓面积约为27～32平方米，双线约为58～67平方米。在曲线地段由于外轨超高车辆倾斜等因素，断面须适当加大。电气化铁路隧道因悬挂接触网等应提高内轮廓高度。中、美、苏三国所用轮廓尺寸为：单线隧道高度约为 6.6～7.0米、宽度约为4.9～5.6米；双线隧道高度约为7.2～8.0米，宽度约为8.8～10.6米。在双线铁路修建两座单线隧道时,其中线间距离须考虑地层压力分布的影响,石质隧道约为20～25米，土质隧道应适当加宽。
辅助坑道设计
辅助坑道有斜井、竖井、平行导坑及横洞四种。斜井是在中线附近的山上有利地点开凿的斜向正洞的坑道。斜井倾角一般在18°～27°之间，采用卷扬机提升。斜井断面一般为长方形,面积约为8～14平方米。竖井是由山顶中线附近垂直开挖的坑道，通向正洞。其平面位置可在铁路中线上或在中线的一侧（距中线约20米）。竖井断面多为圆形，内径约为4.5～6.0米。平行导坑是距隧道中线17～25米开挖的平行小坑道，以斜向通道与隧道连接，亦可作将来扩建为第二线的导洞。中国自1957年修建川黔铁路凉风垭铁路隧道采用平行导坑以来,在58座长3公里以上的隧道中约有80％修建了平行导坑。横洞是在傍山隧道靠河谷一侧地形有利之处开辟的小断面坑道。
此外，隧道设计还包括洞门设计，以及开挖方法和衬砌类型的选择等。
隧道贯通控制测量
隧道测量是为了保证测量的中线和高程在隧道贯通面处的偏差不超出规定的限值。
中线平面控制
长隧道以往多用三角网，短隧道多用导线法，借以控制中线的偏差。自50年代以来，中国在 1公里以上长度的隧道测量中采用导线法也能控制隧道的贯通误差。光电测距仪的出现和发展，解决了量距的困难。山岭隧道洞外及洞内都采用主副闭合导线法，即在主导线上测角并用光电测距仪量距，在副导线上只测角不量距。由主副导线所组成的多边形，只平差其角度，不平差其长度。这样主副导线法比三角网法简单实用，比单一导线法可靠。中国大瑶山双线隧道即采用主副闭合导线法作为中线平面控制。
在隧道进行中线测量以前，就要考虑将来隧道打通后的偏差数值。根据隧道的长度和平面形状，在地形图上先行布置测点的位置和预计的贯通点，并在平面图上量出必要的尺寸，再根据规范规定的极限误差试算出测角和量距的必要精度，然后进行测量。这个过程叫做测量设计或叫做隧道贯通误差的预计4公里以下的隧道中线贯通极限误差为±100毫米;4～8公里的隧道中线贯通极限误差为±150毫米。
高程控制
短隧道应用普通水平仪，长隧道应用精密水平仪即能保证需要达到的精度。高程贯通极限误差为±50毫米。
隧道开挖
开挖方法分为明挖法和暗挖法。明挖法多用于浅埋隧道或城市铁路隧道，而山岭铁路隧道多用暗挖法。按开挖断面大小、位置分，有分部开挖法和全断面开挖法。在石质岩层中采用钻爆法最为广泛，采用掘进机直接开挖也逐渐推广。在松软地质中采用盾构法开挖较多。
2、隧道的优点
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！
本次实习我们参观了古北口潮河关隧道，并倾听了老师给我们讲解了潮河关隧道的工程问题及选线所考虑的工程问题。这次实习中感觉收获颇多!
2、古北口潮河关隧道
潮河关隧道周边地貌特征
潮河经古北口后，蛇曲发育，在地貌上形成∩形，在古北口镇南，潮河由东向西流，对沿岸山坡进行猛烈冲刷，洪水季节侵蚀更为强烈，山坡坡脚被掏空，造成山体崩塌，山坡后退变陡不稳定。
滑坡
铁路旧线南端有几个古滑坡连在一起，形成滑坡群。
崩塌与岩堆
沿河山体陡立而破碎，不断崩塌下来的物质堆积起来。
洪积扇
岩体坍塌下来的物质被洪水冲到沟口外堆积下来，形成洪积扇。
潮河关隧道旧线围岩问题
潮河关隧道进口设置在断层带的滑动体上，施工方法采用全断面开挖，先拱后墙，拱厚45cm，围岩为风化破碎的片麻岩，在沟边可见糜棱岩化片岩。由于岩层破碎，施工方法不当，再加上隧道所在的岩体倾斜方向与斜坡的倾斜方向相同，导致隧道围岩受力不均，从拱顶向左侧受力大，从拱顶向右侧受力小，导致已经做好的拱圈压裂，两边围岩向隧道涌进，使隧道存在安全隐患，最终不得不废弃。
3.土建地下工程实验室的地下隧道
地点：北京交通大学土建地下工程实验室
性质：实验用的隧道
土建地下工程实验隧道始建于1998年，建成于20##年，分上下两层，最下层埋深19米。在这里，老师给我们介绍了地下深层隧道修建过程中的问题，深层地下隧道的修建，最主要问题是地下水渗漏问题，由于向下深挖后隧道低于地下水位，会引起地下水向隧道突涌。所以在修建时，要降低地下水位，地下水降得越充分，隧道施工就越容易，所修的隧道质量就越有保证。等到隧道竣工后，在回填地下水，使其恢复原来水位，以保持底层结构的稳定。
土建的地下工程实验室的隧道，是用于实验的，隧道里有分频震动机器，可以模拟地铁运行时产生的震动，通过仪器检测后再加以分析寻找其规律，从而寻找适当的材料和设计适当的结构，已达到减震的效果。这一研究成果，为北京地铁4号线修建时通过北京大学，清华大学等高校的精密物理实验室提供了可靠地技术支持。地下隧道的四壁有的涂有减噪涂层材料，用于研究地铁运行时产生的噪音，从而为地铁噪音的防控提供可靠地技术手段。老师说：“中国与欧洲合作的许多地下项目，很多实验都是在这完成的。现在北京所在建设的地铁项目，只有在这里实验，满足实验要求后方可上线，否在按技术不符合要求而要求整改。”
隧道选线与工程地质的关系
影响隧道的选线的因素主要有两个：安全与经济，其中安全应该放在第一位。我们要根据不同地质构造特征和岩体的特性，以及周围的环境因素来选址，之后再综合衡量经济等各种因素选择最为合适的路线和地址。我们不要因为开始时的节约财力而选择地质很差的路线而像关沟隧道那样进行改线，或是像斜河涧隧道那样再花更多的钱进行维护，在山体上打隧道时，为使隧道周围的围岩稳定，具备较好的工程性质，在山周围有河谷的地方应坚持“靠里不靠外”的原则，也就是说根据山体岩层的横断面图，我们尽量选择从靠近岩层中央处打隧道，尽量避免使隧道靠近岩层两翼。
实习总结：
通过本次实习，我对隧道工程有了较为全面的认识，对于隧道的总体设计、施工方法及其注意事项有了感性的认识，同时对隧道技术的发展趋势也有了一定的了解。
支撑结构方面，喷锚支护有可能取代构件支撑。喷锚支护的主要优点是支护及时,安全可靠,并能大量节约木材和钢材。欧洲一些国家在较弱地层的大断面爆破后，采用长锚杆结合喷混凝土做支护，已获得成功。中国亦曾在老黄土隧道开挖中使用喷锚支护。自喷锚支护发展后，对较弱岩层也可进行全断面开挖，以全断面开挖取代分部开挖。
施工方法上，在岩石地层中采用全断面开挖及喷混凝土衬砌，其质量好坏首先取决于光面爆破。运用新奥法原理，考虑围岩自身承载能力，可在坑道爆破后尽早采用单喷或喷锚作初期支护，随即连续量测位移，判定围岩基本稳定时间，再进行二次支护，这样可以建成较经济的衬砌结构。
在施工机器方面，掘进机开挖法正在不断研究改进，并生产出各种新机械,其应用有广阔前景。液压凿岩机不断更新完善,使隧道开挖进度大大提高。光电测量仪器和激光导向设备的使用，使长隧道施工精确程度有所提高。目前，航空勘测、遥感技术、物探技术、岩层中应力应变的量测技术、电子计算机技术等的广泛应用，使隧道勘测设计技术水平也有很大提高。精确爆破技术，水平钻探技术和预灌浆技术的不断提高，有可能提高隧道开挖过程的安全性，并能保证隧道工程的质量。
本次实习已经结束，但我们的学习并不会停止，随着接触专业的深入，我们会对隧道工程有更进一步的认识，我相信这次实习将为我们打开土木工程专业的大门。