中国隧道及地下工程修建技术.pdfVIP

一、前言

今天，中国已是世界上隧道及地下工程规模大、数量最多、地质条件和结构

形式最复杂、修建技术发展速度最快的国家。今后通过在工程建设实践的过程中

不断创新，必将逐步形成具有我国特色的隧道与地下工程修建的方法和技术体系，

使我国隧道与地下工程修建技术进入跨越性发展的轨道，成为引领世界隧道及地

下工程修建技术的国家。

自1888年我国修建的第一条隧道——狮球岭隧道以来，经过120余年艰

难曲折的发展历程，中国隧道修建技术从大瑶山双线铁路隧道采用新原理、新方

法、新结构、新技术、新设备、新工艺全面建成开始，已步入了世界先进水平的

行列，在勘测设计、施工、运营、科研等方面取得了许多重大的成就和创新。

秦岭隧道、乌鞘岭隧道、太行山隧道等一批越岭特长交通隧道已经建成；跨

越水域的武汉长江隧道、上海崇明岛隧道、南京长江隧道、厦门翔安海底隧道、

青岛海底隧道等内陆水域及海域隧道也已建成，琼州海峡隧道、港珠澳桥隧大通

道、渤海湾桥隧工程正在规划；北京、南京、深圳、广州等30多个城市的地铁

正处在建设与规划的热潮中；辽宁省直径8m的大伙房水库输水隧道长度达到

85.32km，已建成投入使用，这条隧道已成为目前世界上已建成的最长隧道。规

模宏大的葛洲坝、三峡、溪洛渡等水电站的建成，说明我国在修建大型复杂地下

工程中的技术水平已位居国际前列。大量工程的修建已证明：我国已经成为世界

上隧道数量最多、发展速度最快、地质条件与施工环境最复杂、隧道结构形式

多样的国家。

二、隧道与地下工程设计理论与方法

（一）设计理论

目前，地下工程结构设计理论的发展大概经历了三个阶段：第一阶段，古典

设计理论阶段；第二阶段，荷载结构理论(散体压力理论)阶段；第三阶段，连续

介质理论阶段(共同作用理论阶段)。

在地下工程结构计算理论研究的发展过程中，后期提出的计算方法一般并不

否定前期的研究成果。鉴于岩土介质的复杂多变性，这些计算方法一般都有各自

的适用场合，但都带有一定的局限性。目前，我国在地下工程的结构计算中，采

用较多的仍是以散体压力理论为基础的荷载－结构法，原因是：一方面该理论

发展时间较长，应用中有较多经验；另一方面，该计算理论形式简单，比较容易

为工程设计人员所掌握。

（二）设计方法

隧道及地下工程结构的设计方法主要有工程类比法、荷载－结构法、地

层结构法、信息反馈法、综合设计法和针对地震荷载的动力设计法6种类型。

国际隧道协会于1978年曾成立结构设计模型研究组(workinggroupon

structuraldesignmodels)，收集和汇总了各国会员目前采用的地下结构设计方法。

经过总结，国际隧道协会认为，目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下4

种设计模型。

（1)工程类比法：以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比设计的方法。

（2)收敛－约束法：也称特征曲线法。以现场量测和室内试验为主的实

用设计方法。

（3)荷载－结构法：以作用、反作用模型，采用结构力学理论进行设计

的方法，例如，弹性地基圆环计算、弹性地基框架计算、温克尔假定的链杆法等

计算方法。

（4)连续介质模型：包括解析法和数值法。数值计算法目前主要是有限单

元法。

每种设计模型或方法各有其适用的场合，也各有自身的局限性。由于地下结

构的设计受各种复杂因素的影响，围岩变形破坏机制与相应理论还不成熟，因此，

工程类比法和链杆法是目前主要的设计方法。

（三）盾构管片设计计算方法

作为盾构隧道支护的管片衬砌，不管是在单层衬砌形式下作为唯一的永久结

构承载或双层衬砌形式下与二衬复合承载，都是隧道的主要承载结构，直接关系

到结构的使用功能、安全性和耐久性。现阶段国内已经有了大量工程实践经验，

在此基础上，有必要对其受力形态和相关的计算方法进行评述和思考。

首先，盾构隧道和常见的地下工程一样，也涉及结构本体和地层之间相互作

用关系的拟合问题，常用的有两种模型：地层－结构模型和荷载－结构模型。

另外，在盾构隧道中管片作为一个多接头的预制拼装混凝土构件(极少数为

钢构件或铸铁构件)，拼装是其施工工艺和结构受力的一个最主要特征。其结构

形式不同于我们常见的矿山法隧道或明挖法隧道，结构既不是均质的，也不是连

续体，这就造成计算模型和方法的复杂化。具体说来，管片衬砌环