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隧道工程
隧道工程使许多重要的水下和地下设施成为可能。由于必须保护这些设施的构造者和用户免受外来环境的影响，因此涉及独特的设计和构造技术。必须建造这些设施以排除它们通过的材料，包括水。通常，他们必须承受高压。当用于运输或人类占用时，隧道必须提供足够的照明和安全的气氛，并具有去除污染物的手段。
隧道采用多种方法建造，取决于它们将通过的土壤和或岩石的种类，它们的大小，它们需要的深度以及沿着路线可能遇到的障碍物。这些方法包括切割和覆盖构造，钻孔和爆破，隧道掘进机（TBM），预制隧道的浸没和顺序挖掘方法（SEM）。更常用的方法，例如地面冻结和隧道顶升，使用频率较低，而且经常在非常困难的条件下使用。压缩空气工作已经变得不经济，因为工作时间的限制，高工作压力导致的减压时间（超过40 psi并不罕见），压缩空气下工作的工会劳动协议，以及高工人的补偿和健康效益率。可能仍然需要在压缩空气下偶尔进入，例如清除隧道掘进机前面的障碍物，或者对这种机器的部件进行必要的维护。
地下和水下结构的设计方法与大多数其他结构的设计方法不同。必须首先定义内部空间，设计寿命和隧道的其他要求。然后必须收集地质和环境数据。然后必须建立关键设计装载条件，包括极端事件后隧道的可接受条件（例如，隧道可重复使用的时间）。 然后评估适当的施工方法以确定最适合满足既定标准，条件和成本的方法。 考虑的方法应包括临时和永久性挖掘支持系统以及结构本身。 设计标准和操作规范主要适用于地上结构，因此在应用于地下和水下结构时应小心使用。
20.1术语表
入口：平行隧道之间的短横向隧道或侧坡隧道中的斜坡面。
气锁：一种隔间，其中空气压力可以在盾构隧道中使用的压缩空气的压力与外部空气的压缩空气的压力之间变化，以允许工人或材料通过。
工作台：隧道部分的顶部，水平或接近水平的上表面，暂时未挖掘。
井喷：隧道顶部突然失去大量压缩空气。
挡土板：木板在松散的土壤中举行隧道挖掘工作。
干装填充法：用坚硬的砂浆填充空隙，以小的增量放置，每个都夯实到位。
渐张氏通风管：一种排气烟囱，其横截面在空气流动方向上以一定的速率增加，以恢复压力。
面层： 隧道挖掘头部的表面。 混合面是具有多种类型材料的条件，例如粘土，沙子，砾石，鹅卵石或岩石。
索环：一个可压缩材料环插在螺栓的头部和螺母下面，连接隧道衬垫以密封螺栓孔。
导坑：在大型隧道横截面内挖掘的小型隧道或隧道，将扩大到整个区域。
钻车：框架在轨道或橡胶轮上滚动并带有钻孔用于挖掘岩石隧道。
横挡板：木板或钢板插在隧道支撑肋上方以阻挡岩石或土壤。
衬板：支撑隧道挖掘内部的钢段。
衬砌：由混凝土或其他材料制成的临时或永久性结构，用于固定和完成隧道内部或支撑挖掘。
清理塌方：从隧道面去除挖掘或爆破的材料。
试点隧道： 在整个部分或全长处挖掘出一条小型隧道，以探索地质条件并协助进行最终挖掘。
先锋钻孔。 （见导航隧道）
隧道矢板：木板在木材支撑上进入软土，在挖掘过程中阻挡材料。
剥落：爆破后去除隧道表面松散的岩石。
盾构：直径与隧道直径相同的钢瓶，用于挖掘软材料隧道，在隧道面提供支撑，为竖立支撑提供空间，保护工人挖掘和架设支撑。
桩。（见隧道矢板）
20.2隧道的清理
隧道中的间隙是隧道内表面之间的最小距离，该距离是在最接近的车辆或其货物或行人交通与这些表面之间提供空间所必需的。 最小隧道尺寸是通过将为隧道确定的最小间隙添加到为隧道中容纳的交通类型选择的尺寸以及其他要求所需的空间（例如通风管道和管道）来确定的。
铁路隧道通行许可证：个人铁路有不同的标准，以适应他们的设备。但在切线轨道上，单轨和双轨隧道的间隙不应小于图20.1所示的间隙。（显示的清单是“AREMA手册”美国铁路工程和维护协会，8201 Corporate Drive，Suite 1125，Landover，MD 20785，（www.AREMA.org）中的清除。
在铁路隧道中，在没有提供壁龛的两侧都需要人员间隙。这些间隙应至少为6英尺8英寸或2米高，车辆间隙图每侧30英寸宽，尽管某些线路允许最小24英寸。在公路隧道中，在提供人行道的地方使用距离路缘3英尺或0.9米的间隙。 在公路和铁路隧道中，通常的做法是沿相邻管道之间的公共墙提供人行道，以便于管道之间的紧急疏散，并防止人们直接进入迎面而来的交通路径。
在弯曲的轨道上，间隙应该增加，以允许85英尺长的汽车，60英尺到c的卡车以及15英尺1英寸高度的悬挂和倾斜。（从导轨顶部到扎带顶部的距离应取为8英寸。）
根据AREMA标准，轨道应在曲线上超高。
受电弓，三轨或链式结构的间隙应符合美国铁路公路协会工程部电气部门公布的图表。
AREMA的最新清关标准应检查新建筑。如果超出这些标准，应以当地法律要求为准。
圆形隧道应安装在间隙图上，并允许进行修改。
快速通道通行清关
快速隧道的通关没有通用标准。 要求因系统中使用的机车车辆的大小而异。
图20.2显示了纽约市BMT和IND部门267英尺汽车的正常清关图。 图20.3给出了旧金山湾区Rapid的间隙
图20.1 AREMA规定的铁路隧道切线间隙
图20.2 670辆汽车（BMT＆IND部门）的清关图。 纽约市地铁系统
公交系统：在5英尺6英寸的轨道上有10英尺宽，75英尺长的车。这些间隙不仅允许汽车悬伸，由于超高而倾斜，还可以摆动，但是对于破损的弹簧或有缺陷的汽车悬架。
公路隧道的清理n美国国家公路和运输官员协会（AASHTO）已为各类公路建立了标准的水平和垂直间隙。 对联邦公路管理局（FHWA）管辖的州际公路系统进行了修改和扩展（图20.4）。
对于州际公路系统的农村和大多数城市部分，需要16英尺的垂直间隙。
由于隧道的建造成本很高，因此间隙要求通常会有所降低。虽然一些较旧的双车道隧道在单向交通的路缘之间使用了21英尺的道路宽度，而对于双向交通则使用了23英尺，通常在速度限制下，这些宽度不再符合12英尺或3.6米车道的现行标准。由于成本的原因，很少提供全宽肩部，但在每个路缘附近至少增加1英尺。水平曲线周围可能需要更宽的肩部或观察架，以符合视距要求。墙壁之间的最小距离为30英尺是常见的要求。在没有先拆除旧的铺面的情况下很少允许在隧道内进行表面修复，因此不需要为顶部间隙进行表面重修。通常在隧道中提供架空车道信号以显示哪些车道在行驶方向上对交通开放，因此需要额外的上方余量，并且在适当时还需要用于照明，架空标志，用于通风的喷气式风扇以及任何其他天花板挂件。最小间接交通间隙取决于可用于超高车辆的哪些替代路线和高速公路的分类，但是可接受的值通常在14英尺到5.1米之间。垂直曲线可能需要额外的高度以允许长卡车。通风，通风设备和通风管道可能需要额外的空间。
图20.3 旧金山湾区快速运输系统的清关图
图20.4 州际高速隧道的清理图
20.3隧道的排列和等级
水平和垂直隧道的对齐通常由通过曲线连接的直线组成。建立最低等级以确保充分排水。最高等级取决于隧道的用途。尽可能优选在升级方向上构造隧道，因为这允许水从建筑物的表面排出。
铁路隧道的对齐和等级:对于列车运行来说，需要尽可能低的直线对准和等级，同时提供良好的排水, 但必须考虑总体建设成本。弯曲隧道中的等级应该补偿曲率，就像开放线一样。一般而言，隧道的最高等级不应超过该线路的统治等级的约75％。该等级应延伸至隧道下方约3000英尺和1000英尺处。短（低于2500英尺），不通风的隧道应始终具有恒定等级。如果从两个标题开始工作，长而通风的隧道可能需要在中心附近的高点以便在施工期间更好地排水。
曲线的半径和轨道的超高由最大列车速度决定（第19.9条）。
快速公交隧道的线形和等级：曲率半径和极限等级由操作要求决定。纽约IND地铁最低350英尺半径，半径小于2300英尺的过渡曲线。该系统的最大等级在站间为3％，道岔和交叉为1.5％。旧金山BART系统专为80英里/小时的列车速度而设计。水平曲线的速度与半径和轨道超高的关系由下式确定：
E=超高，in
R=半径，英尺
V=火车速度，m/h
U=不平衡的超高，最佳值不应超过23/4，绝对最大值不应超过4 in
对于80英里/小时的设计速度，具有最佳超高的半径为5000英尺。对于最大允许超高81/4英寸，最小半径为3600英尺。码数和道岔的绝对最小半径为500英尺。站点的最大线路等级为3.0％和1.0％。为确保良好的排水，等级应优选不低于0.50％。
公路隧道的线形和等级：对于通行水量较大的隧道，升级通常限制在3.5％; 降级4％是可以接受的。对于较轻的交通量，为了经济起见，已使用高达5％的等级。在管理航行间隙之间，等级被减少到适合排水的最小值，优选纵向不小于0.25％，横坡为1.0％。对于双向交通的长岩隧道，最高等级为3％，以保持合理的卡车速度。当等级超过4％时，可能需要额外的攀爬车道以减缓交通。
曲率半径应与隧道设计速度相匹配。短半径需要超高和一些加宽的道路以提供悬垂和视距。
20.4公路隧道的路面和设备
巷道基础是钢筋混凝土板; 在这上面放置了可再生的路面。精心设计的沥青混凝土具有良好的服务和良好的骑行品质。
双车道双向隧道的平均每日交通容量约为20,000辆，每小时每小时最多1200至1500辆。对于两条车道的单向交通，容量高出10％至15％。
红琥珀绿交通灯以大约1000英尺的间隔安装，或者以这样的间距安装，即驾驶员总能看到至少一盏灯。电话被放置在相距约500英尺的凹处，用于服务和紧急呼叫。
大多数隧道，特别是水下隧道，每300英尺配备一个消防总管和软管出口。通风建筑物中的增压泵将供应压力提高到120 psi，以便使用泡沫。灭火器安装在软管出口的凹槽中。火警站和电话位于同一地点。每个门户都准备好装有重型起重机，消防水带，泡沫设备和应急工具的紧急卡车。
20.5初步调查
应进行调查以确定所有地形特征，并找到可能受隧道施工影响的所有表面和次表面结构。对于水下隧道，应进行探测以绘制床层。
地质条件的知识对于所有隧道施工都是必不可少的，但对于岩石隧道来说是最重要的。在必要的范围内，很容易进行软土地基和水下隧道的钻孔和地震反射勘探。然而，对于岩石隧道，特别是长隧道，钻孔的可能性通常是有限的。熟悉该地区的地质学家应该进行彻底的调查。本研究应基于对所有可用记录的仔细表面调查和检查，包括附近其他建筑的记录，如以前的隧道，矿山，采石场，露天矿，竖井和钻孔。地质学家应准备一份综合报告，以指导设计师和承包商。
对于软土地基和水下隧道，应定期钻孔。它们应相隔500至1000英尺，具体取决于当地条件。应在特殊结构区域使用更紧密的间距，例如通风建筑物，门户和切割和覆盖部分。应采用勺子样品进行土壤分类，并尽可能采用未受干扰的样品进行实验室测试。实验室不需要的样品，钻孔原木和实验室报告应保留供承包商检查。密度，剪切和压缩强度以及土壤的可塑性是特别令人感兴趣的。
所有钻孔应在隧道反转下方进行。对于压力面隧道，钻孔应位于隧道横截面之外。
对于岩石隧道，应尽可能多地钻孔。孔可以倾斜，以尽可能多地切割层。孔应在倒置下方承载，并且可以在中心线的两侧交错，但优选在隧道横截面之外，以防止恼人的漏水。如果穿越隧道的地层陡倾，水平钻孔可能会提供更多信息;钻孔长度为2000英尺并不罕见。应仔细编目并保存所有核心，以备将来检查。
核心回收率与核心长度的比率称为岩石质量指定（RQD），是岩石问题的一个指标。
所有钻孔都应记录地下水位。 应注意存在任何有毒，易爆或其他气体。
如果在陆地上的切割和覆盖隧道施工期间可以采用降低地下水的方式，则应通过在选定位置的深井进行抽水试验来测试地下渗透率。应记录在不同距离的观察井中检查的抽水和抽水速率; 以及停止泵后恢复水位。
确定土壤或岩石表面的独特层的高度，土壤的密度和弹性常数的地球物理勘探可用于初步研究。在最终设计和施工之前，应通过完整的钻孔程序验证这些发现。
20.6隧道通风
隧道需要通风以稀释或去除污染物，控制温度，提高能见度，并在隧道发生火灾时控制烟雾和加热的气体。
20.6.1施工通风要求
职业安全与健康管理局（OSHA）制定了维护建筑工地所有工
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资料编号：[2901]
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