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第9章 隧道

隧道是指在岩体或土层中修建的通道和地下建筑物,包括铁路、道路、运河隧道,地下铁道,水底隧道。世界上第一座交通隧道是公元前2180~前2160年在巴比伦城中的幼发拉底河下修筑的人行通道。各文明古国曾修建过地下墓室,灌溉、给水、排水隧洞,采矿巷道及地下粮仓等。中国汉代在今陕西褒城修隧道时,曾用火煅石法(用柴烧炙岩石,然后泼以水或醋,使之粉碎)开通了长14米、宽3.95~4.25米、高4~4.75米的石门隧洞。19世纪20年代,蒸汽机的出现及铁路和炼钢工业的发展,促进了隧道的发展。1826~1830年英国修建了长770米的泰勒山单线铁路隧道和长2474米的维多利亚双线铁路隧道;1860年开始修建伦敦地下铁道。19世纪60年代以前,修建隧道都是用人工凿孔和黑火药爆破施工。1861年修建仙尼斯峰铁路隧道时,首次使用风动凿岩机。1867年修建胡萨克铁路隧道时用硝化甘油炸药。20世纪初采用中央导坑法施工,年平均进度达4.5千米。中国第一座铁路隧道是1887~1889年台湾省台北至基隆窄轨铁路上的狮球岭隧道,长261米。因地制宜,开拓地下空间资源和发展其经济效益,是当前各国在隧道及地下工程领域中总的发展趋势。

八达岭隧道

八达岭隧道是中国自行修建的第一座单线铁路隧道。位于北京市延庆县,京包铁路北京至张家口段(原京张铁路)的青龙桥车站附近。1907~1908年,由土木工程师詹天佑亲自规划督造。隧道从长城之下穿越燕山山脉八达岭,全长1091米。是中国自力修建的第一座越岭铁路隧道。八达岭铁路隧道1907年开工,1908年竣工,工期仅用18个月。北京端隧道外线路坡度为32.3‰,隧道内线路最大坡度为21.5‰。这座隧道穿过的岩层主要为石质较坚硬的片麻岩。此外,还有风化呈破碎和泥质状态的角闪岩、页岩、砂岩等。施工时曾遇地下水干扰。为增加工作面,在隧道中部设置一座深约25米的竖井。井上建有通风楼,以供通车后排烟和通风用。隧道衬砌的拱圈采用预制混凝土砖砌筑,边墙用混凝土就地灌筑,隧道底部用厚约10厘米的石灰三合土铺筑。这座隧道曾数次遭受战争破坏,勉强修复通车。还长期存在净空不足、排水不畅等问题。1968年曾对它进行大修改造,采取的措施主要是:降低轨道标高;用混凝土封闭基底;加深和改造双侧排水沟;换铺预应力混凝土宽枕和焊接长钢轨。大修改造后,运营条件有所改善。但由于扩建较难,净空仍未达到铁路隧道建筑限界标准的要求。

青藏铁路风火山隧道

风火山隧道是世界上海拔第一高的铁路隧道,位于青藏铁路青海境内青藏高原可可西里“无人区”边缘,全长1338米,轨面海拔4905米,是世界上海拔最高的隧道。隧道所在区域地质复杂,主要为含土冰层、饱冰冻土、富冰冻土,还有裂隙冰、融冻泥岩等病害性地质。这里年均气温零下7℃,寒季最低气温达零下41℃,大气压只有55千帕(仅为平原的50%),氧分压低于生命极限(11千帕),空气含氧量比人类生存的最低极限还低,被喻为“生命禁区”。隧道冻土层最厚达150米、覆盖层最薄处仅有8米,工程难度之大前所未遇。在青藏铁路,工程建设遇到的高寒、低压、缺氧、多年冻土和生态脆弱三大世界性难题主要集中在这里。全长1338米的风火山隧道,轨面海拔高度4905米,是世界海拔最高的多年冻土隧道,自然环境十分恶劣,西方媒体曾预言,青藏铁路过不了风火山。中国铁建公司在被称作“生命禁区”的环境中修建隧道,创造性地应用和发展了我国独特的冻土隧道施工技术成果,带领职工提前10个月贯通了风火山隧道,使世界海拔最高的多年冻土隧道不渗不漏,成为精品工程,创造了人类铁路建设史上的奇迹,被载入“世界吉尼斯”纪录。风火山隧道于2001年10月18日开工建设,2002年10月19日胜利贯通。

雪山隧道

雪山隧道旧称坪林隧道,是台湾最长的公路隧道,位于蒋渭水高速公路坪林至头城段之间。由三座独立的隧道组成:导坑、西行线及东行线,全长共12.9公里。雪山隧道是亚洲第二长的公路隧道,仅次于陕西的西康高速公路上的秦岭终南山特长公路隧道,同时在世界的公路隧道中排行第5名。雪山隧道为完成蒋渭水高速公路建设的关键工程。施工期间遭遇未曾面对的困难,造成工程严重受阻且进度大幅落后,并使得通车时程比预估的1998年足足晚了8年。雪山隧道工程艰难之处,主要因素在于行经极度恶劣的地质。其中包括了6处断层、98处剪裂带及36处地下涌泉。此隧道施工难度之高,被列入了《大英百科全书》。雪山隧道不仅只有两座主隧道,还包括中间的导坑。两座主隧道中间,有28座横向的人行联络隧道,8座车行联络道,加上抽排风系统所挖掘的竖井、通风孔道(包括三处通风站,三座通风中继站合计12处横向通风隧道,六座通风竖井,一号竖井顶部排风用横向排气隧道)等等,大大小小长长短短共58组隧道,是全世界规模最大的双孔公路隧道群。

仙尼斯峰隧道

仙尼斯峰隧道位于法国里昂至意大利都灵的铁路上,在法国莫丹和意大利巴尔多内基亚车站间穿越阿尔卑斯山的双线隧道,又称弗雷儒斯铁路隧道。它原长12.9千米,建于1857~1871年;后因地层移动,于1881年加长到13.7千米。隧道穿过片麻岩、砂岩、石灰岩、片岩等地层,用下导坑法修建,由两端掘进,人工凿孔,火药爆破,手工装碴,畜力运输,通风和降温条件很差。1861年开始使用风动凿岩机,加快了施工进度。通车后,由于未采取必要的通风措施,曾发生司机窒息致死的事故。1915年改用电力机车牵引。隧道附近有穿越阿尔卑斯山的弗雷儒斯公路隧道,长12.9千米,建于1974~1979年。

圣哥达隧道

圣哥达隧道是世界上最长的汽车专用隧道。穿过苏黎世东南阿尔卑斯山脉圣哥达峰,是瑞士国有公路系统中连接南北干线的重要环节,长16.32千米,建于1970年5月~1980年9月。隧道通过花岗岩、片麻岩和片岩等地层,也遇到其他不良岩层,最坏地段为风化的砂砾和滑石。施工时,在隧道一侧30米处开挖平行导坑,每隔250米设一个横向联络通道与隧道联通,以便于通风、排水和出碴,加快施工速度,以后还可用于修建第二线隧道。隧道衬砌为10米宽的马蹄形断面,顶部分隔成进风道和排风道,一旦发生火灾,横向通风可分区段隔断而不影响其他通风区。隧道中每隔800米加宽一段断面,为出故障的汽车提供避车道;设两座竖井和两座斜井作通风井。隧道内车速限制在80千米/小时以内,交通量1800辆/小时。隧道两端设有计算机控制站,通过电视录相机和传感器提供数据,以监视和控制车流,并对空气清洁度变化、失火及照明亮度也能及时察觉和报警。

日本上越新干线大清水隧道

大清水铁路隧道是上越新干线上的一个铁路隧道,大清水铁路隧道为双线铁路隧道,采用下导坑先进上部半断面法施工。在施工中曾出现涌水,每分钟涌水量达90吨,有岩爆,工程异常艰巨,于1971年开工,1981年完工,长22.2米,海拔538米。隧道内线路坡度(自南向北)为+6‰、+3‰、-12‰,线路限制坡度为15‰,轨距为1435毫米。隧道内设有6座斜井和1座横洞。这两座隧道同清水铁路隧道穿过的地层基本相同。大清水铁路隧道是目前世界上最长的山岭铁路隧道。隧道开通后,产生巨大的经济效益,运输线路大大缩短。

青函海底隧道

青函海底隧道是日本穿越津轻海峡连接本州(青森)与北海道(函馆)的海底铁路隧道。全长53.85千米,是世界上最长的隧道。1964年5月动工,1985年3月正洞凿通。青函隧道由3条隧道组成。主隧道全长53.9千米,其中海底部分23.3千米,陆上部分本州一侧为13.6千米,北海道一侧为17千米。主坑道宽11.9米,高9米,断面80平方米。除主隧道外,还有两条辅助坑道:一是调查海底地质用的先导坑道;二是搬运器材和运出砂石的作业坑道。这两条坑道高4米、宽5米,均处在海底。现在,先导坑道用于换气和排水。漏到隧道的海水会被引到先导坑道的水槽,然后再用高压泵排出地面。作业坑道则用作列车修理和轨道维修的场所。青函隧道是一条十分重要的通道,目前日本铁路当局打算在隧道里铺设具有大容量的光纤通讯电缆、高压输电线、天然气管道等,以对隧道加以综合利用,提高经济效益。

英法海底隧道

英法海底隧道,又称海峡隧道或欧洲隧道,它西起英国的福克斯通,东到法国的加来,全长50千米,水下长度38千米,为世界最长的海底隧道。是一条把英国英伦三岛连接往欧洲法国的铁路隧道,1994年5月6日开通。隧道横跨英伦海峡,使由欧洲往返英国的时间大大缩短。隧道长度50千米,仅次于日本青函隧道。单程需35分钟。通过隧道的火车有长途火车、专载公路货车的区间火车、载运其他公路车辆(像是大客车、一般汽车、摩托车、自行车)的区间火车。英法海底隧道由三条隧道和两个终点站组成。三条隧道由北向南平行排列,南北两隧道相距30米,是单线单向的铁路隧道,隧道直径为7.6米;中间隧道为辅助隧道,用于上述两隧道的维修和救援工作,直径为4.8米。在辅助隧道的1/3和2/3处,分别为两运营隧道修建了横向联接隧道。当铁路出现故障时,可把在一侧隧道内运行的列车转入另一隧道继续运行,而不中断整个隧道的运营业务。在辅助隧道线上,每隔375米,都有通道与两主隧道相连,以便维修人员工作和在紧急情况下疏散人员。隧道启用后,把伦敦至巴黎的陆上旅行时间缩短了一半,3小时即可到达。从伦敦飞到巴黎,航程一般需要3小时左右。而事先还要订票,经隧道乘火车,不仅时间一样,而且省去不少麻烦。据英国铁路当局估算,每年通过隧道的旅客人数可达1800万人,货运可达800万吨。

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