隧道与地下工程

第7章 隧道及地下工程

当今世界，人类正在向地下、海洋和宇宙开发。向地下开发可归结为地下资源开发、地下能源开发和地下空间开发三个方面。地下空间的利用也正由局部“点”、“线”的利用向大范围、大距离的“空间”利用进展。

20世纪80年代，国际隧道协会（ITA）提出“大力开发地下空间，开始人类新的穴居时代”的口号。许多国家更是将地下开发作为一种国策，如日本提出了向地下发展，将国土扩大十倍的设想。从某种意义上来讲，地下空间的利用历史是与人类文明史相对应的，它大致可以分为四个时代：

第一时代，即原始时代，从出现人类至公元前3000年的远古时期。人类原始穴居，天然洞窟成为人类防寒暑、避风雨、躲野兽的处所。

第二时代，即古代时期，从公元前3000年至5世纪的古代时期。埃及的金字塔、古代巴比伦的引水隧道，均为此时代的建筑典范。我国秦汉时期的陵墓和地下粮仓，已具有相当的技术水平和规模。

第三时代，即中世纪时代，从5世纪至14世纪的中世纪时代。世界范围内的矿石开采技术出现，推进了地下工程的进一步发展。

第四时代，即近代和现代，从15世纪开始的近代至今。欧美的产业，诺贝尔发明了黄色炸药，成为开发地下空间的有力武器。日本明治维新时代，隧道及铁路技术开始引进日本并得到大力发展。

现代地下工程发展迅速，各种典型工程不胜枚举。世界已有数百个城市修建了地下铁路。我国大瑶山铁路隧道（图7-1），长14 295 m，历时6年建成；日本青函隧道，长53 850 m，从规划到建成，历时半个世纪；英法海峡隧道，长50 km，海底长度37 km，历

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时7年建成；日韩隧道，长250 km，采用分段施工方案，其调查斜井已于1986年底动工。著名的公路隧道，如穿越阿尔卑斯山、连接法国和意大利的勃朗峰隧道和连通日本群马县和新泄县的关越隧道，它们的长度均超过10 km。各类地下电站迅速增长，其中地下水力发电站的数目，全世界已超过400座，其发电总量达45亿W以上。地下电站的建设是个十分庞大的地下工程。苏联的罗戈水电站，土石方量510万m3，混凝土用量160万m3，开凿的隧道、碉室294个，总长度达62 km。世界各国修建了大量的地下储藏室，其建造技术得到不断革新。目前城市地下空间的开发利用，已经成为城市建设的一项重要内容。一些工业发达国家，逐渐将地下商业街、地下停车场、地下铁道及地下管线等融为一体，成为多功能的地下综合体。

图7-1 大瑶山隧道 图7-2 北京地铁

我国地下空间的开发和利用始于20世纪60年代，1965年北京建设地下铁道（图7-2），一期工程由北京站至苹果园，全长24.17 km，采用明挖法施工。二期工程为环线，在老城墙下修建，全长16.1 km。复兴门地铁车站及折返线，位于建筑物与地下管线密集的街区，采用了浅埋明挖法施工。20世纪60年代上海修建打浦路水底公路隧道。70年代，我国修建了大量地下人防工程，其中相当一部分目前已得到开发利用，改建为地下街、地下商场、地下工厂和储藏库。20世纪80年代上海建成延安东路水底公路隧道，全长2 261 m，采用直径为11.3 m的超大型网格水力机械盾构掘进机施工。1984年开工，19年5月竣工通车，建成了当时世界第三条盾构法施工的隧道。同一时期，上海还建成

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电缆隧道及其他市政公用隧道等20余条，总长达30 km以上。1985—1987年，上海建成黄浦江上游引水隧道一期工程，日引用量达230万t，社会效益十分显著。上海人民广场地下车库，其平面尺寸达176 m×146 m，深11 m。广州地铁、南京地铁等在此时期也相继进入设计与施工准备阶段，宁波开始了水底公路隧道的修建工作。20世纪90年代以来，我国城市的地下交通与市政设施加快了修建速度。上海地铁1号线、地铁2号线已相继开通。我国地下空间开发利用的网络体系已开始建设，目前多在地表以下30 m内的浅层中修筑地下工程。可以预见随着经济的发展，我国地下工程将进入蓬勃发展的时期。

7.1 隧道工程

7.1.1 隧道工程概述

1.隧道的定义

狭义定义：用以保持地下空间作为交通孔道的工程建筑物。

广义定义：以某种用途在地面以下以任何方法．按规定形状和尺寸修筑的断面面积大于2m2的洞室。按国际隧道协会(1TA)定义隧道的横断面积的大小，划分标准可以分为：极小断面隧道(2~3m2)、小断面隧道(3~10m2)、中等断面隧道(10~50 m2)、大断面隧道(50~100m2)和特大断面隧道(大于100m2)。

2.隧道的分类

隧道的种类很多，从不同的角度来区分，有不同的分类方法。按隧道所处地质条件来分，可以分为土质隧道和石质隧道；按埋置深度来分，可以分为浅埋隧道和深埋隧道；按隧道所在位置来分，可以分为山岭隧道、水底隧道、水下隧道和地铁隧道等。

习惯上常按隧道的作用将其划分为交通隧道、输水隧道、市政隧道、矿山隧道4类。 （1）交通隧道

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①公路隧道。高速公路对道路的修建技术提出了较高的标准，要求线路顺直、坡度平缓、路面宽敞等。隧道的修建在改善公路技术状态．缩短运行距离，提高运输能力，以及减少事故等方而起到了重要的作用。

②铁路隧道。开挖隧道直接穿山而过，既可使线路顺宜，避免许多无谓的展线，使线路缩短坡度，使运营条件得以改善，从而提高牵引定数，多拉快跑。

③水底隧道。当交通线路需要跨越江、河、湖、海、洋时，一般可以选择的方案有架桥、轮渡和隧道。河道通航需要较高的净空，而桥梁受两端引线高程的，一时无法拾起必要的高度时，采用水底隧道。水底隧道方案的优点是不受气候影响，不影响通航标等．越来越受到人们的青睐。

④地下铁道。地下铁道是解决大城市中交通拥挤、车辆堵塞问题，而能大量快速运送乘客的一种城市交通设施。地下铁道可以使很大一部分地面容流转入地下而不占用地面面积。它没有平面交叉，而各走上下行线，因而可以高速行车，且可缩短车次间隔时间，节省了乘车时间．便利了乘客的活动。在战时，还可以起到人防的功能。

⑤航运隧道。当运河需要越过分水岭时，克服高程障碍成为十分困难的问题。如果修建航运隧道，把分水岭两边的河道沟通起来，既可以缩短船只航程，又可以省掉船闸的费用、迅速而顺直地驶过，航运条件就大为改善了。

⑥人行地道。为了提高交通运送能力及减少交通事故，除架设街心高跨桥以外，也可以修建人行地道来穿越街道或跨越铁路、高速公路等。这样可以缓解地面交通互相交叉的繁忙景象，少占用地面空间，同时也大大减少了交通事故。

（2）输水隧道

输水隧道是水利工程和水力发电枢纽的一个重要组成部分。水工隧道包括以下几种： ①引水隧道——进行水资源的调动或把水引入水电站的发电机组，产生动力资源。

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②排水隧道——它是把发电机组排出的废水送出去的隧道。

③导流隧道或泄洪隧道——它是水利工程中的一个重要组成部分。由他疏导水流并补充溢洪道流量超限后的泄洪作。

④排沙隧道——它是用来冲刷水库中淤积的泥沙，把泥沙裹带运出水库。有时也用来放空水库里的水，以便进行库身检查或修理建筑物。

（3）市政隧道

①给排水隧道：给水隧道是用于城市供水的隧道；排水隧道是用于引流排放城市污水的隧道。

②管路隧道：供给煤气、瞪气、热水等。

③线路隧道：输送电力的电缆以及通讯的电缆．都安置在地下孔道中。在现代化的城市中，将以上四种具有共性的市政隧道，按城市的布局和规划，合建一个大隧道，称之为“共同管沟”。共同管沟是现代城市基础设施科学管理和规划的标志，也是合理利用城市地下空间的科学手段，是城市市政隧道规划与修建发展的方向。

④人行地道。是建筑在城市地下专供人员通行的隧道，也称为过街地道。它主要是在城市交通繁忙地区，为改变车辆人车混行状况，保证行人安全、提高车辆通过能力而修建的立体交叉地下人行通道。

⑤人防隧道：为战时的防空目的而修建的防空避难隧道。人防隧道内除应设有徘水、通风、照明和通讯设备以外，还应考虑储备饮水、粮食和必要的救护设备，此外在洞口处还需设置各种防爆装置，以阻止冲击被的侵入。同时，要做到多口联通、互相贯穿，在紧急时刻，可以随时找到出口。

(4)矿山隧道。矿山隧道又称为矿山坑道或巷道，是用于穿越地层通向矿床，以便开采矿体的隧道。

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①运输巷道。是从地面向地下开凿的通到矿床的运输通道，通过运输巷道到达矿体后再开辟采掘工作面。运输巷道不仅是主要的运输通道，通常情况下也将给排水管道安装在运输巷道中，以便送入稿沾水供采掘机械使用，并将废水和地下水排出洞外。同时运输巷道还可以与通风巷道或与通风机加管道构成空气对流的回路。

②通风巷道。通风巷道是为了补充新鲜空气，排除废气、工作人员呼出的气体，以及地层中释放的各种易燃、易爆、有意、有害气体，防止燃烧、爆炸、窒息，保证坑道工作环境条件和人员设备安全面而设置的巷道，通风巷道应与运输巷道或与通风机加管道构成空气对流的回路。

7.1.1 公路隧道

最古老的隧道是古代巴比伦城连接皇宫与神庙间的人行隧道，建于公元前2180—2160年间。该隧道长约1 km，断面面积为3.6 m×4.5 m，施工期间将幼发拉底河水流改道，用明挖法建造。该隧道是一种砖砌建筑物。15—1906年修建的穿越阿尔卑斯山的铁道隧道长19.23 km。目前世界上最长的汽车专用隧道是瑞士中部的圣哥达（St.ktthard）隧道，全长16.3 km。隧道开凿时，第一次使用了油炸药。

我国最早的交通隧道是位于今陕西汉中县的“石门”隧道，建于公元66年。 1.公路隧道线路

公路隧道的平面线形和普通道路一样，根据公路规范要求进行设计。隧道平面线形，一般采用直线，避免曲线，如必须设置曲线时，应尽量采用大半径曲线，并确保视距。公路隧道的纵断面坡度，由隧道通风、排水和施工等因素确定，采用缓坡为宜。隧道的纵坡通常应不小于0.3%，并不大于3%。隧道如从两个洞口对头掘进，为便于施工排水，可采用“人”字坡。单向通行时，设置向下的单坡对通风有利。

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隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间称为隧道净空。公路隧道净空包括公路建筑限界（见图7-3）、通风及其他所需的断面积。断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。公路隧道的公路建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道的宽度，以及车道、人行道的净高。公路隧道净空除包括公路建筑限界以外，还包括通风管道、照明设备、防灾设备、监控设备、运行管理设备等附属设施所需的空间以及富裕量和施工允许误差等，如图7-4所示。

图7-3 公路建筑限界（单位：m） 图7-4 公路隧道横断面净空（单位：mm）

高速公路和一级公路隧道应设置检修道。其他公路应根据隧道所处地区的行人密度、隧道长度、交通量及交通安全等因素确定人行道的设置。检修道或人行道的高度可按20~80cm取值，并综合考虑检修人员步行时的安全、紧急情况时驾乘人员取拿消防设备安全、满足其下放置电缆和给水管等的空间尺寸的要求。公路隧道横断面示例如图7-5所示。

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图7-5 公路隧道横断面示例

2.公路隧道通风

汽车排出的废气含有多种有害物质，如一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、亚硫酸气体和烟雾粉尘等，造成隧道内空气的污染。一氧化碳浓度很大时，人体会产生中毒症状，危及生命。烟雾会恶化视野，降低车辆安全行驶的视距。公路隧道空气污染造成危害的主要原因是一氧化碳，用通风的方法从洞外引进新鲜空气冲淡一氧化碳的浓度至卫生标准，即可使其他因素处于安全浓度。

（1）自然通风

这种通风方式不设置专门的通风设备，是利用存在于洞口间的自然压力差或汽车行驶时活塞作用产生的交通风力，达到通风目的。

（2）机械通风 ①纵向式

基本特征：通风风流沿隧道纵向流动。 主要形式：

射流式纵向通风是将射流式风机设置于车道的吊顶部，吸入隧道内的部分空气，并以30 m/s左右的速度喷射吹出，用以升压，使空气加速，达到通风的目的，如图7-6所示。射流式通风比较经济，设备费用少，但噪声较大。

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图7-6 射流式纵向通风

竖井式纵向通风。机械通风所需动力与隧道长度的立方成正比，因此在长隧道中常常设置竖井进行分段通风，如图7-7所示。竖井用于排气，有烟囱作用，效果良好。

图7-7 竖井式纵向通风

②横向式通风

分别设有排风道，通风风流在隧道内做横向流动，如图7-8所示。该通风方式有利于防止火势蔓延和处理烟雾。但需设置送风道和排风道，增加了建设费用和运营费用。

图7-8 横向式通风

③半横向式通风

由隧道通风道送风或排风，由洞口沿隧道纵向排风或抽风，新鲜空气经送风道直接吹向汽车的排气孔高度附近，直接稀释排气，污染空气在隧道上部扩散，经过两端洞门排出

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洞外。半横向式通风，因仅设置排风道，所以较为经济。

④混合式通风

根据隧道的具体条件和特殊需要，由竖井与上述各种通风方式组合成为最合理的通风系统。例如，有纵向式和半横向式的组合，以及横向式与半横向式的组合等各种方式。

3.公路隧道照明

隧道照明与一般部位的道路照明不同，其显著特点是昼间需要照明，防止司机视觉信息不足引发交通事故。应保证白天习惯于外界明亮宽阔的司机进入隧道后仍能看清行车方向，正常驾驶。隧道照明主要由入口部照明、基本部照明和出口部照明与接续道路照明构成。入口照明是为司机从适应野外的高照度到适应隧道内明亮度的照明，所必须保证视觉的照明。它由临界部、变动部和缓和部三个部分的照明组成。

临界部是为消除司机在接近隧道时产生黑洞效应所采取的照明措施。所谓“黑洞效应”是指司机在驶近隧道，从洞外看隧道内时，因周围明亮而隧道像一个黑洞，以致发生辨认困难，难以发现障碍物。变动部是照度逐渐下降的区间。缓和部为司机进入隧道到习惯基本照明的亮度，适应亮度逐渐下降的区间。

出口照明是指汽车从较暗的隧道驶出至明亮的隧道外时，为防止视觉降低而设的照明。应消除“白洞效应”，即防止汽车在白天穿过较长隧道后，由于外部亮度极高，引起司机因眩光作用而感不适。

4.隧道附属设施构造

为了使隧道能够正常使用，保证列车通过的安全。除主体建筑外，隧道内还要设置一些附属建筑物，如设置紧急停车带、排水设施和电力通信信号设施等。

紧急停车带就是专供紧急停车使用的停车位置。在隧道中尤其在长达隧道中，当车辆发生故障时，必须尽快离开干道，避让至紧急停车带，以减少交通阻塞，避免发生交通事

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故。我国目前参照国际道路常设委员会的隧道委员会推荐值来确定紧急停车带的有关参数，即超过2km的隧道必须考虑设置宽2.5m、长25~40m、间隔约750m的紧急停车带。对于10km以上的特长隧道，还应考虑设置方向转换场地，使车辆能够在发生火灾时避难或退避。平面布置如图7-9所示。

图7-9 紧急停车带及方向转换场设置示意图

7.1.2 铁路隧道

1.概 述

为提供容纳铁路交通空间需要而修建的隧道称为铁路隧道。随着铁路建设向山区发展，隧道越来越显示出其优越性，如大幅度地缩短线路长度，降低线路高程，改善通过不良地质地段的条件，降低铁路造价等。

世界上第一座铁路隧道是1826—1830年在英国利物浦至曼彻斯特铁路上修筑的长1 190 m的双线隧道。随着铁路的发展，从19世纪30年代起，各国都相继修建铁路隧道。目前世界上最长的山岭铁路隧道是瑞士勒奇山隧道，该隧道穿越阿尔卑斯山，全长34.6 km。勒奇山隧道1994年开凿，2005年4月28日贯通，2007年正式通车。

我国最早建成的铁路隧道是位于省基隆与七堵之间的狮球岭隧道，隧道全长261 m。于1887年从南北两端同时开工，由外国工程师定出线路方向及中心桩的开挖高度，由清朝的负责施工，10年建成。我国自主建成的第一座铁路隧道是京张铁路八达

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岭隧道。它是中国杰出的工程师詹天佑亲自规划督造，依靠中国人自己的力量建成的。这座单线越岭隧道全长1 091 m，工期仅用了18个月，于1908年建成。它与京张铁路的建成，至今仍为世人称道。

最近几年，我国铁路隧道的一个重要发展是隧道的“长大化”，例如西（安）（安）康铁路青岔车站和营盘车站之间的秦岭隧道，由两座基本平行的单线隧道组成，两线间距为30 m，其中Ⅰ线隧道全长18 460 m，Ⅱ线隧道全长18 456 m。秦岭隧道Ⅰ、Ⅱ线均为单线电气化铁路隧道。兰新铁路兰武段复线上的乌鞘岭特长隧道，全长20.05 km，该隧道具有海拔高、自然环境恶劣、地质情况复杂、施工条件艰苦等特点。石太客运专线的太行山特长隧道通过太行山山脉的山峰越宵山，最大埋深445m，为双洞单线隧道，线间距35m，左线隧道长27.84km，右线隧道长27.85km，是我国目前最长的铁路山岭隧道。

1998年我国引进全断面掘进机，修建长达18.4 km的秦岭特长隧道，开始了采用机械开挖施工的新纪元。可以说我国铁路隧道的兴建迈出了新的一步。

截至2009年底，我国已运营铁路隧道00多座，总长度6000km，在建2500座，总长超过4700m，即将开工或规划建设的有5000余座，总长超9000公里，均为世界第一，成为名副其实的“铁路隧道大国”。

2.铁路隧道的几个技术问题 （1）隧道勘测

隧道勘测前应制定勘测计划，做好一切必要的准备，勘测分为初勘和详勘两个阶段。调查的内容及其深度细度可根据各个阶段的勘测设计要求和隧道规模去确定，使其能满足各个阶段的设计和施工的需要，最后形成系统的完整的资料。调查内容主要包括：自然概况、工程地质特征、水文地质特征、不良地质地段、地震基本烈度等级、气象资料、施工条件等。

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（2）隧道位置选择

隧道位置一般按地形条件和地质条件进行比选。

受不同地形条件的影响，可能采取不同的方案。比如对于高程障碍，可以采取绕行方案、深堑方案及隧道方案。从全局和长期考虑，经过比选，隧道方案往往是比较合理的。对于平面障碍，可以采取沿河傍山的绕行方案或隧道直穿方案。从长远的利益看，隧道方案也往往是比较合理的。

隧道是埋置在地层内的结构物，受地层岩体的包围。如何避开不良地质区域，或是如何拟定客服不良地质的措施，对于不同地质情况应采取何种措施方案，是选择隧道位置时，必须慎重考虑的问题。

（3）隧道洞口位置选择

隧道位置确定后，隧道长度由隧道洞口的位置确定。通过实践总结出以下几点：洞口位置的选择应遵循“早今晚出”的原则；洞口应尽可能地设在山体稳定、地质较好的地方；水不太丰富的地方；洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路；洞口应尽可能设在线路与地形等高线相垂宣的地方，使隧道正面进入山体．洞门结构物不致受到偏侧压力；当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响范围以内时，隧道洞口标高应在洪水位以上，并加上波浪的高度，以防洪水倒灌到隧道中去；为了保证洞口的稳定和安全．边坡及仰坡均不宜开挖过高，不使山体扰动太甚，也不使新开出的暴露面太大。

（4）隧道平面设计

铁路的线路是越直越好。线路越直，列车通过约快速，走形的距离也相对越短。在隧道内，这种需求更加强烈。因此，在可能的情况下，隧道平面线形应尽量采用直线或大半径曲线，避免小半径曲线。这是因为曲线隧道建筑限界需加宽，坑道尺寸相应加大，增加了土石方开挖和衬砌的工程量；曲线隧道断面是变化的，导致支护和衬砌的尺寸也是变化

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的，技术难度大；列车在曲线隧道内运行，空气阻力加大，抵消了部分机车牵引力，同时，洞内通风条件恶化；列车在曲线隧道行驶，产生的离心力使钢轨磨耗严重，增加了线路养护工作量；曲线隧道的洞内施工测量操作复杂，精度相对降低。但是，受到某些地形的，或受地质的原因，往往不得不采用曲线。

（5）隧道纵断面设计

隧道纵断面设计主要是对坡度的设计，具体地说，包括隧道内线路的坡道形式、坡度大小和折减、坡段长度和坡段间的衔接等内容。隧道出于岩层之中，除了地质变化外，线路走向不受任何，不必采用复杂多变的形式，一般采用单面坡和人字坡两种形式，如图7-10所示。

考虑隧道排水需要，不宜采用平坡，坡度一般不小于3%，在严寒地区的隧道为防止冻害，还应考虑适当增大排水坡。列车在隧道内运行时，其作用犹如一个活塞，空气阻力远远大于明线地段，削弱了列车的牵引力。另外，隧道内环境潮湿，机车轮与钢轨间的黏着系数减小，当列车在上坡方向以最小计算速度运行时，机车牵引力因黏着系数降低而不能充分发挥。基于上述原因，隧道坡度设计时应尽量采用较缓的坡度，不宜用足坡度。按现行规范，当隧道长度小于400 m时，上述影响不甚显著，隧道纵断面坡度，仍按明线地段标准设计；隧道长度大于400 m时，隧道内坡度应考虑折减。

（a）单面坡 （b）人字坡

图7-10 隧道纵断面形式示意图

（6）铁路隧道净空

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铁路隧道衬砌内轮廓所包络的空间称为隧道净空。新建铁路隧道的净空是根据国家标准规定的铁路隧道建筑限界，并考虑远期隧道内轨道的类型确定的。建筑限界是指隧道衬砌不得侵入的一种限界，确定的依据是根据机车和车辆限界在横断面外轮廓线上的最大尺寸需要，再考虑洞内通信、信号、照明等其他设备设置的尺寸要求，并考虑一定的富裕度拟订的。隧道净空比隧道建筑限界要大，这是因为净空除必须满足建筑限界的要求外，还应考虑列车运行的摆动和衬砌结构受力合理等因素。

对于新建和改建的蒸汽及内燃牵引的单线和双线铁路隧道的建筑限界形状和尺寸，采用“隧限-1A”和“隧限-1B”,如图7-11（a）所示。

对于新建和改建电力牵引的单线和双线隧道的建筑限界形状和尺寸，采用“隧限-2A”和“隧限-2B”,如图7-11（b）所示。

（a）蒸汽及内燃机牵引 （b）电力牵引

图7-11 铁路隧道建筑限界（单位：mm）

对于曲线隧道，为保证列车在曲线隧道内运行安全，净空必须进行适当的加大。 对于高速铁路隧道，由于行车速度高引起的空气动力学效应对乘车的舒适度和周围环境有较大的影响。一方面，隧道建筑物按满足100年正常使用的永久结构物设计；另一方面，客运专线上通行的列车全部为客车，列车一旦在隧道内发生事故、失去动力或无法及时将列车拉出洞外时，车上人员的紧急疏散、逃生和救援将成为非常关键和重要的问题。

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所以，高速铁路隧道净空断面设计时需要预留各种空间，如安全空间、救援通道及技术作业空间等。

（7）隧道内附属建筑物

为使铁路隧道能正常使用，确保列车运营的安全，在隧道内还需要修建一些附属建筑物来配合主体建筑物，如安全避让设备（避车洞）、排水设施、通信与信号设备、供电与通风设备等。

7.1.3 水底隧道

水底隧道与桥梁工程相比，具有隐蔽性好、可保证平时与战时的畅通、抗自然灾害能力强、对水面航行无任何妨碍的优点，但其造价较高。水底隧道可以作为铁路、公路、地下铁道、航运、行人隧道，也可作为管道输送给排水隧道。

从17世纪起，欧洲修建了许多运河隧道，其中法国魁达克运河隧道长157 km。1927年美国纽约在哈德逊河底建成霍兰（Holland）隧道，次年又建成世界上第一条沉管法水底隧道—— 博赛（Bosey）隧道。目前世界上最长的铁路隧道是在海底穿越津轻海峡的日本青函隧道，全长53.85 km，采用矿山法施工技术。软土中水底隧道则多用沉管法和盾构法施工。通常认为沉管法造价低、工期短、施工条件好，因此更为经济合理。

我国自20世纪60年始研究用盾构法修建黄浦江水底隧道。上海第一条越江隧道——打浦路隧道于1965年开始施工，并于1981年建成通车。第一条沉管隧道也于20世纪70年代初期在上海建成。1982年高雄建成一条沉管水底公路隧道。20世纪80年代后期，我国城市水底隧道的修建已进入发展时期。

1.水底隧道的埋置深度

水底隧道的埋置深度是指隧道在河床下岩土的覆盖厚度。埋深的大小，关系到隧道长

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短、工程造价和工期的确定。尤其重要的是覆盖层厚度关系到水下施工的安全问题。设计水底隧道的埋置深度需考虑以下几个主要因素：

（1）地质及水文地质条件。

隧道穿越河床的地质特征、河床的冲刷和疏浚状况。 （2）施工方法要求。

不同的隧道施工方法，对其顶部的覆盖厚度有不同的要求，如沉管法施工，只要满足船舶抛锚要求即可。

（3）抗浮稳定的需要。

埋在流砂、淤泥中的隧道，受到地下水的浮力作用。此浮力应由隧道自重和隧道上部覆盖土体的重力加以平衡。为保险起见，该平衡力应是浮力的1.10～1.15倍。检验抗浮稳定时，为偏于安全不计摩擦力的作用。

（4）防护要求。

水底隧道应具备一定的抵御常规武器和核武器的破坏能力。根据在常规武器攻击中非直接命中、减少损失和早期核辐射的防护要求，覆盖层应有适当的厚度。

2.水底隧道的断面形式 （1）圆形断面。

国内外水底隧道，特别是河底段，多采用沉管法和盾构法施工，其断面多为圆形，如图7.12所示。

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（a）盾构法施工圆形断面 （b）隧道纵断面

图7-12 上海延安东路越江隧道

（2）拱形断面。

采用矿山法施工时，一般有拱形断面。采用该断面形式，受力与断面利用率均好。 （3）矩形断面。

圣彼得堡卡诺尼尔水下隧道（见图7-13）为双车道公路隧道，矩形断面，具有旁侧的人行道和通风道，用沉管法施工。加拿大蒙特利尔市劳伦河下的拉封基隧道也为矩形断面（见图7-14），也采用沉管法施工。

图7-13 圣彼得堡卡诺尼尔水下隧道（单位：mm）

1—人行道；2—通风道

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（a）隧道纵断面（单位：mm）

（b）总剖面图（单位：m） 图7-14 蒙特利尔拉封基隧道

3.隧道防水

水底隧道的主要部分处于河、海床下的岩土层中。常年在地下水位以下，承受着自水面开始至隧道埋深的全水头压力。因此水底隧道从施工到运营均有一个防水问题。防水的主要措施有：采用防水混凝土、壁后回填、围岩注浆和双层衬砌等。

壁后回填是对隧道围岩之间的空隙进行充填灌浆，以使衬砌与围岩紧密结合，减少围岩变形，使衬砌均匀受压，提高衬砌的防水能力。

围岩注浆是使水底隧道围岩提高承载力、减少透水性，在围岩中进行预注浆的一种方法。通过注浆可以固结隧道周边的块状岩石，以形成一定厚度的止水带，并且填塞块状岩石的裂缝和裂隙，进而消除和减少水压力对衬砌的作用。

水下隧道采用双层衬砌可以达到两个目的。其一是防护上的需要，在爆炸荷载作用下围岩可能开裂破坏，只要衬砌防水层完好，隧道内就不会大量涌水而影响交通。其二是防止高水压力。有时虽采用了防水混凝土回填注浆，在高水压下仍难免发生衬砌渗水。在此

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情况下，双层衬砌可作为水底隧道过河段的防水措施。

4.海底隧道

全世界已建成、在建中的跨海隧道有20多条，主要分布在欧洲、日本、。2010年建成通车的厦门翔安隧道是中国内地第一条海底隧道，全长8.695公里，从厦门岛到达对岸的端，比原来整整节省了82分钟，双向六车道的厦门翔安海底隧道通道是厦门岛第五条出入岛通道，兼具公路和城市道路双重功能，它的建成通车使厦门出入岛形成了从海上到海底的全天候立体交通格局。如图7.15所示。

从结构上看，翔安隧道和海底隧道最大的区别在于前者有服务隧道而后者没有，其主要考虑的是市政管线的需要，隧道分上下部分，上部费检修车通道、逃生通道；下部为市政管廊，用于布排供水管、高压电缆、通信电缆等。服务通道与两个行车主动之间有12个人行横向通道，5个车行横向通道，在抢险救援时，发挥着重要作用。

从施工方法看，隧道采用的是沉管法，翔安隧道考虑对水域环境的保护，采用的是钻爆法暗挖施工，其是目前世界上最大断面的钻爆法海底隧道，开挖宽度13.5m、高5m，最大断面积达170.7平方米。如图7-16所示。

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图7-15 厦门翔安海底隧道平面位置图

图7-16 厦门翔安海底隧道断面

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7.2 地下工程

7.2.1 地下工程概述

1.地下工程的定义

地下工程是一个较为广阔的范畴，它泛指修建在地面以下岩层或土层中的各种工程空间与设施，是地层中所建工程的总称，通常包括矿山井巷工程、城市地铁隧道工程、水工隧洞工程、交通隧道工程、水电地下硐室工程、地下空间工程、军事国防工程、建筑基坑工程。

2.地下工程的特性

地下工程的特性包含构造特性、物理特性、化学特性三种特性，分别包括如下的特性：

构造特性：空间性、密闭性、隔离性、耐压性、耐寒性、抗震性； 物理特性：隔热性、恒温性、恒湿性、遮光性、难透性、隔声性； 化学特性：反应性。

地下工程的这些特性对于不同的使用目的，有的是有利的，而有的却是不利的。因此，在规划和利用地下空间时，应结合地下空间的特点，充分理解这些特性而加以针对性的利用，扬长避短。

地下工程根据其通向地面开口部的形式可分为四类：密闭型、天窗型、侧面开口型及半地下型（见图7-17）。在实际工程中，开挖空间一般都是密闭型的；天窗型具有自然采光的开放感；侧面开口型能从一个侧面向室外眺望；半地下型可以从室内全方位地眺望。侧面开口型适合于倾斜地层，其他形式则适合平坦地层。

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（a）密室 （b）开天窗

（c）一侧开口 （d）半地下

图7-17 开口部与地表的关系

3.地下工程的优缺点 （1）地下工程的优点

①限定视觉。对于许多场合，诸如动物园建筑、需要保护历史遗迹的地区，部分或全部在地下的建筑物，与通常的建筑物相比，外观较为隐蔽，限定视觉，不受外界影响，这是一个很明显的优点。

②土地的高效利用。在地下修建空间，是地面空间得到开放，作为其他用途，进行高密度的开发。对于希望尽可能多地保留开放空间的城市商业区和大学内非常密集的场所，在地下工程的地面上修筑广场或公园，保留一些开放空间是一种有效途径。另外，的地下工程还起到了保护自然资源、协调环境的作用。

③地下流通和输送。为了对高密度地区进行有效流通和输送服务，地下空间工程起到了极大的作用，其能够在地下形成大量有效的流通和输送系统，将地表面的障碍减小到最小。

④节约能源、控制气候。地下结构具有潜在的节约能源的效益。一般来讲，与大地接触的地表面的面积比例越大，兴建的结构越深，能源保护的效益越大。其效益主要表现在冬季热损失少，夏季冷却能减少，气温的日变动量少等几个方面。

⑤具有防御灾害的功能。

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用土覆盖或围筑的结构，与通常的结构相比，更能够防护各种灾害的影响。在强风或龙卷风地区，覆土结构在防御功能上得到了极高的评价；设计合理的地下结构比地面结构的抗震能力强得多；地下空间与地表面隔离，实质上是一个防火结构；地下结构物本身具有保护人们免受自然灾害侵害的特性，人类更期待地下人防工程能够抵御破坏、攻击、核战争等威胁。

另外，地下空间还具有相对稳定的温湿度、噪声和震动的隔离及维修管理量少等优点。

（2）地下工程的缺点

①获得眺望和自然采光的机会有限。由于建筑物全部或部分设在地下，几乎所有外壁表面都被土覆盖，供给的自然光和向屋外的眺望受到了。地下建筑物的这种，可以利用中庭和天窗等接近地表的开口部，得到一定的解决。但对开挖空间，这个问题更为严重。利用自然光和眺望，具有心理学和心理社会学的效益。但采光和眺望并不是所有的活动都要求的：对于不具有方向性活动的大空间，如人们滞留时间很短的商店和图书馆等，一般不必要设置窗户；剧场以及仓库等完全可以不设置窗户。

②进入和往来不便。人和车进入和往来地下空间，不如在地表面上多方向任意的进行，是受到一定的，只能根据地下空间的形态和方式进入和往来。

③环境能源利用上的。地下结构物在环境能源利用上能追求效益是很难定量的，是有的。如通风对热、冷效益的影响，开口位置和大小对环境能源利用上的影响等。

④一般来说，地下空间通风条件差，会出现潮湿、结露等现象。 4.地下工程的利用形态

城市现代化建设的要求，使得地下工程的利用形态多样化，归纳起来大致有以下几种：

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（1）伴随着城市现代化交通系统的发展而对地下空间的利用，如城市地铁等。 （2）伴随城市的现代化发展和科学技术的发展而对地下空间的利用，如地下办公楼、地下街、地下停车场、能源供给设施、通信设施、上下水道、地下水力发电站、地下能源发电站以及地下工厂等。

（3）防御和减少灾害而利用的地下工程，如人防工程，各种储备设施，防御洪水灾害的地下河、地下坝等。

下面对常见的地下工程进行介绍。

7.2.2 地下储藏设施

地下储藏设施的修建是地下空间利用的一个重要方面，主要包括能源储藏、粮食储藏、用水储藏及放射性废弃物处理等方面。下面进行简单介绍。

1.能源储藏

利用地下空间进行储藏的能源有石油、液化天然气、压缩空气、超导能等。作为其储藏设施主要有：埋入地下的金属贮槽、利用废弃坑道、天然的地下空洞、用开挖方法修建地下空洞等。而目前多采用开挖修建地下空洞形成储藏空间，并经过防渗处理，例如竖型地下贮槽、水封式贮槽等。

（1）竖型地下贮槽

竖型地下贮槽，一般是以圆筒形混凝土壁和底板作为贮槽壁，内部设有保证液密性的钢板，储藏对象为常温下的石油类和低湿下（-160～40 C）的液化石油及液化天然气。贮藏基地各种设施的布置必须遵守消防等法规，并依安全、操作、经济等观点决定。这些设施包括：贮藏设施、服务设施、出入荷载设施、排水处理设施、军务管理设施等。

和地面贮槽相比，在同样大的用地范围内，可以多储藏2～3倍的容量，其安全性、环

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境保护性等都较优越，因而发展迅速。例如内径83 m、液深48 m的日本水岛的石油贮槽及内径90 m、液深48 m的秋田储藏基地等均属该形式（见图7-18）。

图7-18 地下式贮槽构造图

（2）水封式贮槽

瑞典在第二次世界大战中首先开始修建横行地下贮槽，用以贮藏石油等。开始时在空洞内放入钢罐，这种方式不仅成本高，而且钢板易腐蚀，有时造成不能继续使用的状态。之后，改为张挂钢板并在钢板和岩壁之间充填混凝土，并进一步开发了无衬砌的岩洞贮藏方式，即水封式岩洞贮藏方式。在北欧这种贮藏方式非常盛行，尤其是瑞典，储藏设施的80% 都是采用这种方式。有用钢、混凝土、合成树脂做衬砌的，也有不做衬砌而利用地下水防止储藏物泄漏的水封油库。图7-19为水封式贮槽系统示意，地面的雨水渗透到土中，成为层间地下水。层间地下水的一部分，通过节理渗入岩体深处，充满岩体内的空隙。这种含在岩体内的水称为岩体内地下水。在这种岩体内开挖空洞，空洞中充满地下水。而在这样的空洞中储藏石油类的物质，由于地下水的压力比石油压力大，可防止石油的泄漏。这就是水封的优点。

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图7-19 水封式贮槽系统示意图

（3）其他能源储藏

图7-20 压缩能源储藏系统

①压缩能源储藏。这里指把原子能发电站等多余的夜间电力以压缩空气形态加以储藏的方式。储藏压缩空气的容器可以是岩盐空洞、岩体空洞等。目前，世界上只有极少数的压缩空气储藏系统（见图7-20）。如：德国建造在岩盐层中的29万kW系统，空洞量约30万m3；美国修建在岩洞中的22万kW的储藏系统。

②热水储藏。热水储藏是把发电站的剩余电力、太阳能以及其他排热等以热水形态加以储藏的系统。在北欧等国多用于地区暖房等供热。热水储藏有地上型和地下型之分，但地下型对环境影响小，而且造价低，故多被采用。图7-21为利用含水层进行热能贮藏的设

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计概念。

图7-21 热能贮藏的设计概念图

2.用水储藏设施

由于生产和生活的需要，用水量逐年增加，除对河川进行开发利用之外，用水贮藏成为一个重要的研究课题。主要包括贮藏农业用水的地下储水坝、贮藏饮用水的地下贮槽等。

在一些透水性岩石的下盘有不透水性基岩时，可做一屏障形成地下坝蓄水，如日本在西南诸岛曾提出摄像，西南诸岛的降雨量超过2000mm，透水系数约在10%，多数由厚约30m左右的石灰岩构成，在一些透水性岩石的下盘有不透水性基岩时，可做一屏障形成地下坝。例如宫古岛的皆福地下坝，高约16.5 m，长500 m，总储水量约70万m3。

一般在干燥半干燥、季节性缺水地区可以建造地下饮用水库。如挪威等国曾在岩体中建造饮用水储藏设施，并设有集水竖井、钢管井等取水、放水设施。

3.放射性废弃物处理设施

一般，放射性废弃物视其放射性水平的高低，在处理方式上各不相同。原子能发电站的放射性废弃物在进行在处理提取残余元素后，会对人体产生不良影响。这类再处理的废弃物属于高放射性废弃物，常采用图7-22几种形式的处理设施。其中以地下方式最好，地面开挖竖井达到良好岩体后，修建水平的隧道群，放入废弃物后加以埋设，一般都设在地

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下500～1 000 m深处。

图7-22 高放射性废弃物处理形式

7.2.3 城市地下综合体

城市地下空间的开发利用，已经成为现代城市规划和建设的重要内容之一。一些大城市从建造地下街、地下商场、地下车库等建筑开始，逐渐发展为将地下商业街、地下停车场和地下铁道、管线设施等结合为一体，形成与城市建设有机结合的多功能地下综合体。因此，地下综合体可以考虑定义为建设沿三维空间发展的，地下连通的，结合交通、商业储存、娱乐、市政等多种用途的大型公共地下建筑。地下综合体具有多重功能、空间重叠、设施综合的特点，应与城市的发展统筹规划、联合开发和同步建设。图7-23是日本东京都城市地下空间利用的构想图。

我国不少城市建有城市地下综合体。南京市依托地铁建设，将建成5个大型的地下中心，工程预计在2010年完成。规划建设中鼓楼地下中心，面积为60 hm2（公顷），其中的鼓楼市民广场地下空间长200 m、宽110 m，层数为2～3层，这里将以文化设施为主，并串联周边的原乐客多地下超市、省电视台影视中心、南京信息中心等私有空间，规模约5万m2。鼓楼交通广场为下沉式广场，地下空间长80 m，宽110 m，层数为1层，西接地铁车站售票厅，东与鼓楼市民广场“地下街”相衔接，并串联鼓楼医院急诊楼、病房楼等

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私有空间。

图7-23 东京都城市地下空间利用构想

1.地下街

地下街是城市的一种地下通道。不论是联系各个建筑物的，还是修建的，均可称之为地下街。其形式可以是实体或附属于某些建筑物。地下街在我国的城市建设中起着多方面的积极作用，其具体表现为：

➢ 改善城市交通，减少地面人员的交叉流动，实现人车分流；

➢ 地下街与商业开发相结合，解决地面购物及服务设施等的不足，繁荣城市经济； ➢ 改善城市环境，建立交通枢纽及各建筑物之间的联络通道，满足战备要求。 地下街在国土小、人口多的日本最为发达。1930年，日本东京上野火车站地下步行通道两侧，开设的商业柜台形成了“地下街之端”。在20世纪50年始大规模发展，到目前为止，已有20多个城市修建了各种规模的地下街150多处，约120多万平方米，其中超过2/3分布在东京、名古屋、大阪三个城市。见图7-24所示。日本地下街在多年的发展中形成了自己的特点，即功能明确、布置简单、使用方便、重视安全等。在规模上不追求过

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大，目前单个地下街面积最大的不超过8万平方米，一些新建的地下街面积多在3~4万平方米。

欧美一些国家也在积极修建地下街，如德国、法国、英国等的一些大城市，在战后的重建和改建中，在发展高速道路系统和快速轨道交通的同时，结合交通换乘枢纽的建设发展了多种类型的地下街。例如加拿大的蒙特利尔，提出以地铁车站为中心，建造联络城市2/3设施的地下街网的宏伟计划，目前已经有六个大型的地下综合体，总面积80多万平方米，目前还在扩展中。

近些年，我国地下街也有了较大的发展，目前，在全国大中城市大多开发了商业性质的地下街，如哈尔滨、桂林、成都、大连、武汉、石家庄、上海等都建有相当规模的地下街。在上海，20世纪90年代以来，结合地铁一号线建设了人民广场，并利用地铁折返站的上部空间建设了徐家汇“地铁商城”，前者不仅利用商业区的区位优势为公众提供了商业空间，同时也为公交与地铁的换乘人流提供了舒适的换乘通道，后者则是一种以商业为主要功能的地下商业设施。

图7-24 日本大阪地下街断面图

地下街的基本类型有广场型、街道型和复合型三种。

（1）广场型。广场型地下街多修建在火车站的站前广场或附近广场的下面，与交通枢纽连通。这种地下街的特点是规模大、客流量大、停车面积大。如日本车站的八重州地下

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街分为上、下两层，上层为人行通道及商业区，下层为交通通道，有高速铁路和地下铁道。八重州地下街总面积达68 000 m2，总长度为6.0 km，拥有141个商店，与51座大楼连通，每天利用人数达300万人以上。

（2）街道型。街道型地下街一般修建在城市中心区较宽广的主干道之下，出入口多与地面街道和地面商场相连，也兼做地下人行道或过街人行道。如我国成都市顺城街地下商业街，该地下街位于成都市中心繁华商业区，全长1 300 m，分单、双两层，总建筑面积41 000 ㎡，宽为18.4～29.0 m，中间步行道宽7.0 m，两边为店铺。有30个出入口，另有设备（通风、排水等）和生活设施房间、火灾监控中心办公室等。

（3）复合型。复合型为上述两种类型的综合，具有两者的特点，一些大型的地下街多属此类。从表面上看，地下街中繁华的商业区还似乎给人以商业为主要功能的印象，其实不然，地下街应是一个综合体，在不同的城市以及不同的位置，其主要功能并不一样。因此在规划地下街时，应明确其主要功能，以便合理地确定各组成部分的相应比例。从日本修建的地下街的组成情况看，在地下街的总面积中，通道占29.6%，停车场占30.5%，商店占25.6%，机房等设施占14.4%。其中通道和停车场占了总面积的60%，这说明日本地下街的主要功能和作用在于交通。

2.地下停车场

在城市用地日趋紧张的情况下，将停车场放在地下，是解决城市中心地区停车的主要途径之一。近几年长沙、上海、沈阳等城市建造了几座地面多层停车场，但由于规划不当和、管理等方面的原因，效果都不理想，综合效益较差。因此，鉴于我国城市用地十分紧张的情况，跨越在地面上建设多层停车场的发展阶段（国外在20世纪60年代曾经历过这一阶段），结合城市再开发和地下空间综合利用的规划设计，直接进入以发展地下公共停车设施为主的阶段，是合理和可行的。目前上海、北京、沈阳等大城市结合地下综合

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体的建设，正在建造和准备建造地下公共停车场，容量从几十辆到几百辆不等，这种发展方向目前已逐渐为人们所接受。

地下停车场的类型按使用性质、设置场所和与地面的连接等有各种不同的分类。 （1）按使用性质分类

①公共停车场。客服城市路边违章停车、改善城市静态交通环境而设置的这两战士停放的公共使用场所。

②专用停车库。为特殊用途的车辆及载重车得停放而专门建造的停车库。 （2）按设置场所分类

①道路地下停车场。占用公路的地下部分而设置停车场，多为细长形。

②公园式地下停车场。占用公园地下空间而设置停车场，因为能利用较大的地下空间，平面规划容易，而且可以采用一层或多层。

③广场型地下停车场。这是利用城市广场的地下空间，从广场的立体利用看，与地下商业街、地下铁道、地下通道等一起规划的比较常见。

④建筑物地下停车场。这是修建在建筑物地下的停车场，图7-25为某地下停车场入口。

图7-25 某地下停车库出入口

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（3）按与地面的连接分类。地下停车场大多数是用升降道与地面连接。按升降道的形式，又可分为自行式和机械式两类。

3.地下铁道 （1）地铁发展现状

国际隧道协会定义地铁为轴重相对较重、单向输送能力在3万人次/时以上的城市轨道交通系统。线路通畅设在地下隧道内，也有的在城市郊外地区从地下转到地面或高架上。目前，地下铁道已成为发达国家大城市公共交通的重要手段。一些大城市如纽约、芝加哥、伦敦、巴黎、东京、莫斯科等地下铁道运营里程都超过100 km以上。其中纽约地铁里程达1142 km，是世界上最长的城市地铁；伦敦地铁共9条线，总长500km，共273个车站，可日运300万人次，足够解决40%的出行人员的需要。首尔1974 年才开始修建地铁, 现已建成干线，地铁总长286.9千米，平均车速40千米，日运载量350万人次，地铁运量达城市居民出行量的33.8%。于2005 年建成总长度120千米的第三期工程。除进行地铁建设外，首尔还在郊外地区开发，建设了7条首都圈电铁，总长171.3千米。

地铁在缓解城市道路交通压力方面具有越来越重要的作用，其优越性主要表现在： ➢ 运量大，其运量为公共汽车的6～8倍，完善的地下铁道系统可承担市内公共交通

运量的50% 左右；

➢ 行车速度快，地下铁道不受行车路线的干扰，其行驶速度为地面公共交通工具行

车速度的2～4倍； ➢ 运输成本低； ➢ 安全、可靠、舒适；

➢ 地下铁道的大部分线路修在地下，能合理地利用城市的地下空间，保护城市景

观。

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城市学家认为，人口超过100万的城市，为适应未来的交通需求和城市空间的合理利用，都宜修建地下铁道。

（2）地铁规划

地铁规划主要研究内容包括：

①预测交通量。作为城市地铁路网规划的基础资料，首先要对城市交通圈总体交通量发生和需求进行预测；另外作为地铁线路走向规划和建设规模的重要依据要对地铁线路建设营运吸引客流量进行预测。一般的预测流程大致按客流的发生量、集中程度、分布状况及交通分配等的现状和发展来进行推求。

②路网规划。路网规划时主要考虑其要与客流预测相适应且符合城市发展的规划，贯通城市中心及其他主要地点，并均匀布置；与周围地区和城市业务地区以最短时间联络；力求多设换乘地点，方便出行客流；合理布置车间间距，提高列车的运行效率；为了最大限度吸引沿线路面交通量，应沿干线道设置；应与周围地区已建铁路相联络。路网的主要类型见图7-26所示。

图7-26 路网类型

③线路规划。地铁线路包括正线、辅助线、车场线。正线为运营线路，行车密度大、速度高，必须保证行车安全和舒适标准要求高‘辅助线是为保证正线运营而配置的线路，标准要求也较低；车场线是场区作业的线路，行车速度低，故线路标准只要是满足场区作业需要即可。线路的选定需要综合研究路线的经济性、运行的通畅、线路的维修管理、防

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火、与沿线环境的配合等进行比选。

（3）地铁区间隧道及车站

地下铁道是地下工程的一种综合体。其组成包括区间隧道、地铁车站和区间设备段等设施。地下铁道所用设备涉及各种不同的技术领域。

地铁的区间隧道是连接相邻车站之间的建筑物。它在地铁线路的长度与工程量方面均占有较大比重。区间隧道衬砌结构内应具有足够空间，以满足车辆通行和铺设轨道、供电线路、通信和信号、电缆和消防、排水及照明等装置的要求。

1）地铁隧道结构

①浅埋区间隧道。多采用明挖法施工，常用钢筋混凝土矩形框架结构。图7-27是浅埋明挖法施工的区间隧道结构形式。

（a）单跨矩形 （b）双跨矩形 （c）单跨双层 （d）单拱形

图7-27 浅埋区间隧道结构形式

②深埋区间隧道。深埋隧道多采取暗挖法施工，用圆形盾构开挖和钢筋混凝土管片支护。结构上覆土的深度要求应不小于盾构直径。从技术和经济观点分析，暗挖法施工时，建造两个单线隧道比建造时将双线放在一个大断面隧道里的做法合理，因为单线隧道断面利用率高，且便于施工。

莫斯科早期地下铁道为适应备战要求采用深埋形式，有的路段深达40～50 m。伦敦地铁有的建在30 m深左右的黏土层中，利用其不渗水的特点方便施工。

2）站台形式

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站台是地铁车站的最主要部分，是分散上下车人流、供乘客乘降的场地。

世界各地车站站台断面形式各异，归纳起来主要形式如图7-28所示。但站台形式按其与正线之间的位置关系可分为：岛式站台、侧式站台和岛侧混合式站台。

图7-28 地铁车站形式

（4）通风空调设备

在隧道内，乘客的体温、建筑的照明、列车用的电力都散发出热量而使温度上升，清洗水和地下工程特性使湿度增加，乘客和各种设备散发出的一氧化碳和臭气使空气污染。因此，要净化空气、调节温湿度、创造一个舒适干净的环境就需要进行通风。地铁通风空调系统一般分为开式系统、闭式系统和屏蔽门式系统。

①开式系统。即应用机械或“活塞效应”的方法使地铁内部与外界交换空气，利用外界空气冷却车站和隧道。这种系统多用于当地最热月的月均温度低于25℃且运量较小的地铁系统。

②闭式系统。即使地铁内部基本上与外界大气隔断，仅供给满足乘客所需新鲜空气量。车站一般采用空调系统，而区间随到的冷却是借助于列车运行的“活塞效应”携带一定部分车站空调冷风来实现。这种系统多用于当地最热月月均温度高于25℃且运量大、高峰小时的列车运行对数和每列车车厢节数的乘积大于180节的地铁系统。

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图7-29 地铁车站屏蔽门

③屏蔽门式系统。即在车站站台边缘安装屏蔽门（如图7-29所示），将车站公共区域与列车运行区域隔开，车站采用空调系统，区间随到采用通风系统。

（5）防灾设施。防灾设施包括防止灾害发生、灾害救援和阻止灾害扩大等设施。对地铁的车站、隧道、变电站等设备均要考虑防灾、灭火等设施。对旅客流通量大的车站，应该考虑设置防灾中心，其可以在火灾早期进行有效的观测和通报、综合指挥以及诱导避难等。

7.2.4 地下工业设施

1.地下生产工厂

充分利用地下空间的特性建立地下工厂是近年来地下工程的一个发展方向。例如大规模矿山中将机械修理车间设在地下，可大大节省地面搬运的时间，随着坑道的延长，深度的增加，其经济效果更显著。在美国，利用地下埋深在3~5m时的恒温和恒湿物理特性栽培苗木，所需光线由电灯供给，因温度管理成本低，故成绩斐然。

2.地下电站

地下水力、核能、火力发电站和压缩空气站，均属于动力类地下厂房。无论在平时或

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战时，都是国民经济的核心部门。

（1）地下水电站

地下水电站可以划分为两种主要类型，即利用江河水源的地下水力发电站和循环使用地下水的抽水蓄能水电站。地下水电站可以充分利用地形、地势，尤其在山谷狭窄地带，在地下建站、布置发电机组，十分经济有效。近几十年发展很快，我国葛洲坝水电站，二滩水电站三峡水电站都修建了不同规模的地下水电站。

位于松花江上的白山发电站年均发电量23.6亿千瓦时，以220千伏输电线路并入东北电网，是目前全国最大的地下水电站。1997年建成的日本新高濑川地下水电站装机容量1287万千瓦，开挖量21.2万立方米，布置如图7-30所示。

地下水电站包括地上和地下一系列建筑物和构筑物，可概括为水坝和电站两大部分。水坝属于大型水工建筑，电站主要包括主厂房、副厂房、变配电间和开关站等。

图7-30 日本新高濑川地下水电站布置

（2）地下抽水蓄能水电站

地下抽水蓄能水电站，有时也称地下扬水水电站。这种水电站通常设于地下深处，具

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有地上、地下两个水库。供电时，水由地上水库经水轮发电机发电后流入地下水库；供电低峰时，用多余的电力反过来将地下水库的水抽回原地面水库，以便循环使用。

深部电站和地下蓄水水库的建设，施工比较困难，而且造价高。但是由于蓄能电站在电力负荷高峰时供电，低峰时抽水，对解决电网负荷不均问题十分有利。同时其耗水量少，且又不受水库存量变化的影响，生产平稳、成本低、不占土地、不污染环境，因此在水力资源丰富、工业发达的国家得到应用和发展。

近十几年来，地下发电站发展很快，世界各国修建的地下发电站，多采用扬水式。1999年3月，世界上第一座海水抽水蓄能电站Okinawa Yambaru在日本建成投产。这是一座以海水为工作介质的真机试验电站，装机容量30 MW，最大工作水头152 m，最大泄流量26 m3。日本抽水蓄能电站除了上库外，电站厂房、输水管道等均采用地下施工方式，厂房和外部的联系是通过垂直升降设备完成的。如此一来，除了蓄水部分外，植被没有遭到任何破坏，从电站鸟瞰图看，上库像一颗明珠镶嵌在郁郁葱葱的山坳中。图7-31为该电站的鸟瞰图。

图7-31 日本抽水蓄能电站全景图

（3）原子能发电站

地下原子能发电站有半地下式和全地下式两类，如图7-32所示。

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图7-32 地下原子能发电站形式

地下式原子能发电站的主要优点有：选址条件的范围大，海岸或山区均可修建；修建在地下，对自然景观影响小；地下空洞围岩对放射性具有良好的屏蔽效果；抗震性好。但相对的，也有一些不利因素，比如：开挖量大，费用高，工期长，扩建、改建难。

3.废弃物地下处理设施

废弃物处理设施包括废弃物的排除、收集、运输、处理、处置等一系列作业设施。废弃物地下输送设施与车辆运输系统完全不同，它是利用气流将排出场所的废弃物通过地下埋设的管道输送到处理场，如图7-33所示。利用废弃物地下管道输送设施，主要方式有以水和空气为媒介两种类型，前者多采用矿石和砂土的输送，废弃物主要采用后者。

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图7-33 废弃物地下处理系统示意图

7.3 隧道及地下工程的施工方法

隧道及地下工程的施工就是要在地下挖掘所需要的空间，并修建能长期经受外部压力的衬砌结构。工程进行时由于要承受周围岩土或土砂等重力而产生的压力，不但要防止可能发生的崩坍，有时还要避免由于地下水涌出等所产生的不良影响。因此，为了适应多种多样的条件，隧道施工技术也是复杂而多方面的，隧道及地下工程的施工方法从大的方面分为明挖法和暗挖法两类。明挖法又有基坑开挖、盖挖、沉管三种；暗挖法分为钻爆法（又称为矿山法）、盾构法、掘进机法和顶进法。下面就常见的施工方法进行介绍。

7.3.1 明挖法

所谓明挖法，是指地下结构工程施工时，从地面向下分层、分段一次开挖，直至达到结构要求的尺寸和高程，然后再基坑中进行主体结构施工和防水作业，最后回填恢复地面。实际工程施工中，根据工程地质条件、开挖工程规模、地面环境条件、交通状况等确定。

1950年前后，日本东京、大阪重新开始的地铁建设全部采用明挖法施工。目前在国内外地下工程修建中，明挖法主要应用于大型浅埋地下建筑物的修建和郊区地下建筑的修建，且逐渐演化成盖挖和明暗挖结合的施工方法，但总体来讲明挖法在地下工程建设中仍是主要施工方法。以北京地铁的修建为例，在早期由于施工方法的，地铁1、2号线基本采用明挖法修建。

明挖法的关键工序是：降低地下水位，边坡支护，土方开挖，结构施工，防水工程等。目前，我国在大面积深基坑降水和边坡支护等方面取得了进步，明挖法也在许多地下

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工程中得到了更好的应用。明挖法隧道采用的结构形式是多种多样的，但以箱形结构为主。箱形结构的侧壁多采用连续墙作为主体结构的一部分。箱形结构的断面形状，视隧道的使用目的不同而有各种各样的形式，如图7-34所示。

图7-34 箱形结构的典型形式

7.3.2 传统矿山法

“传统矿山法”是采用木构件或钢构件作为临时支撑，抵抗围岩变形．承受围岩压力，获得坑道的临时稳定，待隧道开挖成形后，再远步地将临时支撑撤换下来，而代之以整体式单层衬砌作为永久性支护的施工方法。它是人们在长期的施工实践中逐步自然发展起来的。日本隧道界将以钢构件作为临时支撑的矿山法称为“背板法”。

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早期的传统矿山法主要采用木构件作为临时支撑，施作后的木构件支撑只是作为维护围岩稳定的临时措施，持隧道开挖成形后，再逐步地将其拆除，并代之以整体式单层衬砌。木构件支撑由于其耐久性差和对坑道形状的适应性差，支撑撤换工作既麻烦又不安全，且对围岩有进一步扰动，因此目前已很少采用。

由于材料的进步和钢材产量的增加，传统矿山法已发展为主要采用钢构件承受早期围岩压力，以维护围岩的临时稳定，然后在此基础上再施作内层衬砌以承受后期围岩压力并提供安全储备。钢构件支撑具有较好的耐久性和对坑道形状的适应性等优点，施作后的钢构件支撑不予拆除和撤换，也更为安全。至今这种方法也时有采用。

7.3.3 新奥法

新奥法，又称为暗挖法，是在传统矿山法修建隧道方法的基础上发展而来。其主要采用锚杆和喷射混凝土作为维护围岩稳定的初期支护，以帮助围岩获得初步稳定，施作后的锚喷支护即成为永久性承载结构的一部分而不予拆除，然后再此基础上再施作内层衬砌作为安全储备。初期支护、内层衬砌和围岩三者共同构成了永久的隧道结构承载体系。

施工原则是“少扰动、早锚喷、勤量测、紧封闭”。当隧道围岩坚硬完整时，或者围岩虽然比较软弱破碎，但地应力不很大，埋深较大时，隧道上覆土的自然成拱作用较好，工作面稳定既不易受地面条件的影响，围岩松弛变形也不至于波及地表，采取常规支护，并按“先开挖后支护”的顺作程序施工。但当隧道围岩破碎，而地应力也较大时，无论是浅埋还是深埋，围岩都表现为较强的流变性，随时会发生坍塌，应采取“先支护后开挖”的逆作程序施工，及特殊的稳定措施，如“超前支护”或“注浆加固”处理，然后再开挖。

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7.3.4 盖挖法

盖挖法是在隧道浅埋时，由地面向下开挖至一定深度后，将结构顶板施作封闭，并恢复地面原状，其余的绝大部分土体的挖除和主体结构的施作则在封闭的顶板掩盖下完成的施工方法。由于优先安排盖板施作，可以快速恢复地面原状，从而最大限度的减少施工对地面交通的影响，又由于有盖板的保护，从而使地下施工更为安全。

盖挖法主要适用于城市地铁特浅埋隧道及地下工程中，尤其适用于地铁车站等地下硐室建筑物的施工。盖挖法目前已在上海地铁的常熟路、陕西南路车站，北京的永安里、大北窑、天安门东站，南京的三山街车站，广州的一些车站以及哈尔滨、长春、石家庄等城市的地下商场、地下商业街等许多工程的施工中得到广泛应用，为我国地下工程施工又创造了一种简单、快速、安全的施工方法。同时，盖挖法还在高层建筑施工中得到推广。上海、深圳、天津的一些高层建筑采用盖挖逆作法施工，同时向地下和地上做结构施工，取得了较好的技术经济效益。

7.3.5 盾构法

盾构法（Shield Method）是使用所谓的“盾构”机械，在围岩中推进，一边防止土砂的崩坍，一边在其内部进行开挖、衬砌作业修建隧道的方法。用盾构法修建的隧道称为盾构隧道。盾构法是软土隧道掘进施工的一种有效方法，在城市地铁施工中已经得到了广泛的应用。盾构机如图7-35所示。

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图7-35 盾构机

盾构施工首先要修建预备竖井，在竖井内安装盾构，然后边推进，边衬砌。盾构推进的反力开始时是由竖井后背墙提供，进入正洞后则由依拼装好的衬砌环提供。盾构挖出的土体由竖井通道送出洞外。盾构每推进一环的距离，就在盾尾支护下拼装或现浇一环衬砌，并向衬砌与围岩之间的空隙中压注豆砾石及水泥砂浆，使衬砌与围岩保持紧密接触，既阻止了地面的沉陷，又可起到防水的作用，见图7-36所示。

盾构施工技术在国际上起步较晚，但近年来发展较快。我国的盾构研究起步于20世纪60年代。1963年，上海开始用盾构做试验隧道，为盾构在软土中施工提供了宝贵经验，对地上和江面航运无影响。这种工法的安全性比较高，适合在软土或者砂土地层中使用。盾构技术在近十多年来有了飞跃发展，可适用于多种地层。我国广深港客运专线狮子洋隧道、天津站与天津西站地下直径线就是采用盾构法施工的隧道。

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图7-36 盾构法施工示意图

1—盾构；2—盾构千斤顶；3—盾构正面网格；4—出土转盘；5—出土皮带运输机；6—管片拼装机；7—管片；8—压浆泵；9—压浆孔；10—出土机；11—由管片组成的隧

道衬砌结构；12—在盾尾空隙中的压浆；13—后盾管片；14—竖井

盾构的类型很多，选择适合土质条件并确保工作面稳定的盾构机类型及合理辅助工法是盾构施工的关键。此外，盾构的外径、覆土厚度、线性、掘进距离、工期、竖井用地、路线附近的重要构筑物等地域环境条件的考虑也至关重要，当然还应考虑安全性和成本。通常要求按上述综合考虑选定合适的盾构，诸如半机械式盾构、机械式盾构、挤压式盾构、泥水加压式盾构、土压平衡式盾构、泥土式盾构等。

7.3.6 掘进机法

隧道掘进机（Tunnel Boring Machine，TBM）是一种利用回转刀具开挖（同时破碎和掘进）隧道的机械装置，通常是指岩石隧道全断面掘进机，她是一种集掘进、出渣、支护和通风防尘等多种功能为一体的大型高效隧道施工机械。TBM适用于中硬岩地质的隧道施工，采用机械破碎岩石的方法进行开挖。

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目前，隧道掘进机正朝着机械、电气、液压和自动一体化、智能化的方向发展。隧道掘进机法具有快速、优质、经济和安全等优点，但掘进机法对具有坍塌、岩爆、软弱地层、涌水及膨胀岩等不良地质情况的地段适应性较差。从19年第一台TBM投入施工以后，到目前为止，世界上各种地下工程（铁路、公路、上下水道、水工隧洞、矿山等）中约有700项以上的工程采用了TBM。其中日本约有近100项工程采用了TBM。高速掘进是TBM的最大优点，国内外最大月洞超过1 000 m的例子很多。著名的英吉利海峡隧道就是采用隧道掘进机法施工的，在英法海峡隧道中，1991年在英国一侧，创月掘进1 719 m的纪录。我国的1999年9月全部贯通、2000年8月通车的秦岭铁路隧道Ⅰ线采用掘进机施工，在我国铁路隧道施工中尚属首次。Ⅰ线（左线）隧道使用直径达到8.8 m的2台敞开式掘进机（TBM），由隧道两端相向施工。图7-37为掘进机。

图7-37 掘进机

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7.3.7 沉管法

所谓沉管法（Immersed Tunneling Method）又称沉埋法，即先在隧址附近修建的临时干坞或利用船厂的船台预制管段，预制管段用临时隔墙封闭起来；同时在设计的隧道位置挖好水底基槽，然后将管段浮运至隧道位置的上方，定位并向管段内灌水压载，使其下沉到水底基槽内，将相邻管段在水下连接起来并做防水处理；最后进行基础处理并回填土，打通临时隔墙即成为水底隧道。

由于管段是预制的，因此质量好，水密性好，断面形状无特殊要求，可自由选择。沉管隧道由于受水浮力作用，对基础的要求不高，在砂上、淤泥质软土中都可以施工。其最主要的缺点是在沉管阶段对于河道上的船舶交通会造成影响。沉管法施工见图7-38。

图7-38 沉管法施工

采用沉埋法修筑水底隧道，最早是英国在1810年在伦敦进行了施工试验，该试验隧道的两个孔道由砖石圬工砌成，外径3.4m，沉于泰晤士河河底，但由于未能解决好管段防水

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问题，试验并未取得成功。沉埋法的首次成功的标志性事件是14年美国波士顿建成了一条城市水底污水隧道。我国1995年通车的宁波甬江水底沉管隧道采取了这种方法，该隧道为单孔双车道汽车隧道，全长1 019 m，其中水下段420 m，是采用5节8 m×11.9 m的钢筋混凝土大型沉管水底对接而成，主体沉管段分五节，即85 m＋80 m＋3×85 m。

2003年6月，规模居亚洲第一的上海外环沉管隧道（8车道）的建成通车，标志着我国沉管隧道设计与施工水平均已达到国际先进水平。2008年12月，武汉长江水底隧道正式通车运行，隧道全长约3 200 m，其中沉埋段长约1 300 m。除此外，还有正在建设中的京沪高速铁路穿越长江的南京上元门隧道（沉埋段长1 930 m，全长5 765 m）。

7.3.8 顶管法

顶管法（Pipe Jacking Method）施工是指隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。在施工时，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土。当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，作好接口，建成涵管。顶管法特别适于修建穿过已成建筑物、交通线下面的涵管或河流、湖泊。顶管按挖土方式的不同分为机械开挖顶进、挤压顶进、水力机械开挖和人工开挖顶进等。如图7.39所示。

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图7-39 顶管法施工

顶管法施工是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法；最早于16年美国北太平洋铁路铺设工程中应用，已有百年历史；20世纪60年代在世界各国推广应用；近20年，日本研究开发土压平衡、水压平衡顶管机等先进顶管机头和工法。

中国从50年代从北京、上海开始试用。1986年上海穿越黄浦江输水钢质管道，应用计算机控制，激光导向等先进技术，单向顶进距离1120m，顶进轴线精度：左右﹤±150mm，上下﹤±50mm。1981年浙江镇海穿越甬江管道，直径2.6m，单向顶进581m，采用5只中继环，上下左右偏差﹤10mm。

7.3.9 辅助工法

1.冻结法

冻结法（Freezing Method）是通过钻孔，埋入钢管，在钢管中加盐水或液氮，经循

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环使周围地层冻结而形成保护层的方法，这不仅能保证地层稳定，还能起隔水作用，确保施工安全。作为一种成熟的施工方法，冻结法在国际上已有100多年的历史，我国采用此法已有40多年的历史，冻结最大深度达435 m，冻结表土层最大厚度达375 m，冻土强度可达5～10 MPa。确切地说，冻结法不是一种开挖方法，而是面向含水地层的一种处理方法，常配合其他开挖方法使用。上海地铁2号线共9个旁通道，其中4个是使用水平冻结技术完成的。此外，北京、广州、南京等许多大中城市的地铁工程和市政基础等多项工程建设中都曾用到过冻结法。一般来说，冻结法造价相对较高，在其他方法施工困难时是一种好办法，但应在施工中注意冻胀引起的变形，以采取相应对策。

2.管棚工法

管棚超前支护作为地下工程辅助施工方法，是在地质条件恶劣和特殊条件下作为安全开挖预先提供增强地层承载力的临时支护方法，对控制塌方和抑制地表沉陷有明显的效果，是防止地中及地面结构物开裂、倒塌的有效方法之一。由于其施工精度要求高、要求专门的设备、造价高、速度慢、纵向搭接设置第二排管棚的难度大等原因，一般只在特殊地段采用。诸如隧道洞口、浅埋段、拱顶地质松软易塌落、下穿公路与建（构）筑物、地表沉降要求严格的地段，沿着隧道断面周边的一部分或全部，以一定的间距环向布设，以形成管棚群。

3.注浆工法

注浆是将注浆材料按一定配合比例制成的浆液，通过一定的方式压入隧道围岩或衬砌背后的空隙中，经凝结、硬化后起到堵水和加固围岩作用的一种辅助施工方法。围岩注浆是隧道通过软弱围岩地段的常用的过程手段， 其作用有：加固围岩，增强围岩的自身强度、承载能力、自稳能力；提高围岩的密实性，减少地下水的渗透量，承担外水压力；减轻初期支护喷射混凝土层承受的外荷载，降低其刚度，增强其柔性，提高其抗渗能力。注

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浆方法主要包括小导管预注浆工法、帷幕注浆工法、径向局部注浆工法、地表旋喷桩加固工法等。

4.降水工法

在隧道出于富水地层时，为了保持开挖工作面的干燥或少水状态，以便安全、快速施工，当地层渗透性较好、不会因降水引起地表过大沉陷时，可采用降低地下水位法。常采用的降水方法包括洞内轻型井点降水及地表深孔井点降水、洞内水平井点降水法等。

5.预切槽法

机械预切槽法是用专门的预切槽机沿隧道横断面周边预先切割或钻一条有限宽度的沟槽。在硬岩中，切槽可作为爆破的临空面，气爆顺序与传统爆破相反，不是由里向外而是由外向里逐层起爆，这种方法可以显著降低钻爆法施工的爆破振动速度。在松散地层中，切槽后立即向槽内喷入混凝土，在开挖面前方形成一个预筑拱，随后才将切槽所界定的开挖面开挖出来，这样就能有效的减少因开挖面开挖而产生的围岩变形与地表沉降，并使开挖工作面能在预筑拱保护下安全高效的进行。

7.4 我国隧道及地下工程的发展前景

7.4.1 21世纪是我国隧道及地下工程大发展的时期

我国地域辽阔，南北长约4 000 km，东西长约4 500 km，地势海拔高差达5 000 m左右，地表起伏很大，峡谷、丘陵、高山遍布在2/3的国土上，平面投影面积达960万k㎡，立体面积超过2 000万km3，居住着56个民族，近13亿人口。铁路、公路一直是我国人民出行的主要交通方式。随着人们生活节奏的加快和科学技术的进步，要求安全、舒适、快速、方便、经济的运输方式已提到议事日程上来了。过去采用的盘山绕行、挖深路堑等方法不仅增加了里程，破坏了环境，而且行车很不安全，尤其是公路，赶上冬季，线

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路多在冰冻线以上，因山高、路滑、坡陡而翻车、封路的事件屡屡发生。深挖路堑形成高边坡，不仅损失了许多土地，也破坏了自然环境，常常发生大的滑坡、坍方等病害。所以，从实施可持续发展战略出发，在今后几十年中，交通隧道将如雨后春笋一样迅猛发展。我国将建设一批新铁路，其中包括为数众多的山区铁路。例如：内江—昆明铁路，水富—梅花山段，正线全长357.6 km，含隧道127座，累计长144.5 km，占正线的40%，其中3 km以上的长隧道15座；西安—南京铁路西段位于山区，有隧道74座，累计长77.6 km，其中3 km以上的长隧道6座，最长的是12.31 km的东秦岭隧道；重庆—怀化铁路的鱼嘴—怀化段，正线长584.3 km，含隧道169座，累计长214.4 km，占全长36.796%，其中3 km以上的长隧道21座。

21世纪，水下交通隧道在沿江、沿海城市进入建设高潮，以上海为例，根据上海城市总体规划，到2020年黄浦江上越江设施的总体规模将达到99个车道。其中外环线以内的越江设施中，隧道车道数将占到70% 左右。2006年在北京举行的中俄工程科技研讨会上，权威人士介绍，我国在最近20～30年内考虑建造5条跨海隧道，它们是大连到烟台的渤海湾跨海隧道，由上海到宁波的杭州海湾工程，连接、与广州、深圳和珠海的伶仃洋跨海工程，连接广东和海南两省的琼州海峡的跨海工程，连接福建和的海峡跨海工程。这些工程方案可能是桥隧结合，其中海底隧道将是主要的部分。

当今世界各国都极为重视地下空间资源的开发利用，这已成为世界性发展趋势和衡量城市现代化的重要标志。对于我国这样一个人口庞大、资源相对贫乏的国家来说，拓展新的城市发展空间，走集约化城市发展道路势在必行。向地下要空间，开发城市第二空间—— 地下空间资源是我国城市发展的必由之路，是解决城市发展面临的人口、环境、资源危机的重要措施和医治城市综合征的重要途径。自1969年国内第一条地铁—— 北京地铁1号线建成通车以来，已有上海、广州、天津、大连、南京、深圳、台北、高雄、等

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城市先后建成地铁并投入运营，并有郑州、杭州、西安、成都等城市在建中，21世纪地铁建设将进入高潮期，既有新建的也有扩建的。以北京为例，在建地铁有4、5、10、奥运支线、机场特铁，2008年长度达200 km。到2020年，北京地铁将达到850 km。上海地铁现在通车的有五条线路，正在建设的有13条线路，2010年世博会之前达到1地铁线路，上海轨道交通近期建设规划总里程为510 km。与此同时，以地铁网络为地下空间开发利用的骨架体系，建设地下城市综合体、地下生产设施及其他设施等也在规划实施中。在广州市的规划蓝图中，到2010年将新增99座地道，另外还将有7条地铁线建成，大量给排水管、煤气管、输、动力电缆和通信电缆的管道工程也在不断地新建、扩建或维修中。深圳地下空间的规划范围包括了特区内的327.5 km2，首期中心区地下空间建筑面积14万m2，并适当考虑了服务于特区但有必要建在特区外的大型城市基础设施（如地下储气库、地下水库等）的地下空间。

7.4.2 发展趋势

隧道和城市地下空间开发利用及其技术的发展趋势如下： （1）隧道工程的长大化和微型化。

20世纪80年代之前，受技术条件，我国隧道工程规模都不大，直到1987年长14.3 km的大瑶山隧道建成，标志着我国长大隧道建设的开始，之后长大隧道在我国如雨后春笋般地发展起来。2000年建成的西康复线秦岭隧道18.46 km，2005年建成秦岭公路隧道18.00 km，2006年建成的兰新复线新乌鞘岭隧道20.05 km，2007年建成的终南山隧道18.02 km，2007年12月贯通的石太客专太行山隧道27.84 km。另有规划建设中的西格复线新关角隧道32.6 km（2012年通车）、兰渝铁路西秦岭隧道28.1 km（2011年通车）、向莆铁路戴云山隧道27.79 km（2010年通车）、向莆铁路青云山隧道22.06 km

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（2010年通车）、向莆铁路高盖山隧道21.05 km（2010年通车）、向莆铁路雪峰山隧道17.92 km（2010年通车）、兰渝铁路石门隧道23 km（2011年通车）、大瑞铁路高黎贡山隧道18.73 km（2010年通车）、大瑞铁路石羊山隧道17.59 km（2010年通车）、太中铁路吕梁山隧道20.75 km（2009年通车），兰渝铁路秦峪隧道19.9 km（2011年通车）。2008年通车的中国东北伙房水库输水工程隧洞长85.32 km，开挖洞径8.00 m，隧道穿越50余座山峰，50多条河谷，29条断层。地表到隧道顶端距离最大为630 m，最小60 m。

微型隧道工程将加速发展，微型隧道是人进不去的隧道，直径一般在25～30 cm，最大可达2 m。在隧道表面入口处采用遥控进行开挖和支护，这种方法快速、准确、经济、安全，适用于在高层建筑、历史名胜古迹、高速公路和铁路以及河道的下边安设管道。目前世界上采用微型隧道技术已修建了5 000 km管道，由于地下管线不断增多，这种工程的应用将越来越广泛。

（2）城市地下空间利用的综合化、分层化与深层化。21世纪城市地下综合体将会大量出现，如地下步行道系统、地下快速轨道系统、地下高速道路系统相结合，以及地下综合体与地下交通换乘枢纽的结合。地上、地下空间功能既有区分更有协调发展，会成为地下空间利用的一个趋势。

随着先进城市的地下浅层空间基本开发完毕，以及深层开挖技术和装备的逐步完善，为了综合利用地下空间资源，地下空间开发正逐步向深层发展。在这种分层面的地下空间内，以人及其服务的功能区为中心，实施人、车分流，市政管线、污水和垃圾处理分置于不同的层次，各种地下交通也分层设置，以减少相互干扰，保证地下空间利用的充分性和完整性。

（3）快速施工将是21世纪隧道修建的主攻方向。隧道机械化施工是快速施工的主要措施，各种隧道掘进机（TBM）和盾构将成为地下隧道快速开挖的普遍工艺。随着地下空

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间开发利用程度的不断扩展，长大隧道的开挖以及遇到不良地层机会的增多，对隧道开挖速度及开挖安全的要求越来越高，预计在硬岩中采用隧道掘进机（TBM）开挖、软岩中采用各种盾构的趋势将更加明显。同时，消除施工中的塌方是快速施工的前提，实施超前地质预报，在不良地质的隧道施工中推广辅助工法的技术开发与应用，提高施工队伍的技术水平，以使之具有较强的应变能力。

（4）市政管线公用隧道（共同沟）在21世纪将得到更广泛的应用和发展。随着城市和生活现代化程度的提高，各种管线的种类和密度、长度将快速增加，易于维护检查的共同沟的发展将成为必然，从而可大大减少管线被破坏而引发的事故。

（5）大力发展浅埋暗挖技术、沉管技术、沉井技术、非开挖技术，促进中小口径顶管掘进的标准化、系列化和推广应用。

（6）3S技术在地下空间开发中的应用将得到加强。由于地下空间开挖中定位和对地质地理信息的需要，GPS（全球定位系统）、RS（遥感）和GIS（地理信息系统）技术在地下空间开发中将会得到越来越广泛的应用。

（7）勘察、设计和施工的信息化整合。现代地下空间的勘察、设计和施工阶段将被整合成为一个统一的过程，这个过程的各个阶段的相互联系将借助于信息技术实施统一管理。

（8）加强环保意识。注意隧道及地下工程施工与运营时对环境的不良影响，评估好并采取有效的方法和措施，将影响减少到可接受的程度。应逐步建立大型隧道及地下工程施工监测、监控、环境病害预测防治系统。

（9）制定相应的有关城市地下工程规划、勘察、设计、施工等技术和经济方面的法规、标准等，以保证有法可依，有章可循；引进消化吸收国外先进管理方法和经验，进行本土化改造和自主创新研发，从制度上基于科学合理的保证。

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