地下空间与地下工程

8　隧道及地下工程

本章导读：

●基本要求 了解隧道及地下工程的专业含义及其地位和作用；了解隧道及地下工程分类、构造及主要施工方法。

●重点　隧道及地下工程主要施工方法。

●难点　隧道的结构形式和适用范围。

8.1　隧道工程

8.1.1　隧道发展概述

隧道属于修建在地层中的结构物，属于地下工程，被广泛应用于公路、铁路、矿山、水力、市政和国防等工程。隧道的产生和发展与人类的发展密切相关，大致分为如下4个时代：

①从人类的出现到公元前3000年的新石器时代，隧道被人类用来防御自然灾害的威胁，主要借助兽骨、石器等工具在自身稳定的地层中开挖成，属于隧道的原始时代。

②从公元前3000年到5世纪的文明黎明时代，隧道主要是为生活和军事防御而修建，并为现代隧道开挖技术奠定了基础，被认为是隧道的远古时代。

③从5世纪到14世纪的1 000年左右的欧洲文明低潮期，建设技术发展缓慢，隧道处于技术没有显著进步的中世纪时代。

④从16世纪以后的产业革命开始，并随着炸药的发明和应用，加速了隧道技术的发展，其应用范围也迅速扩大，隧道进入近、现代发展时期。

据资料记载，世界上最早的隧道是公元前2200年，巴比伦国王为连接宫殿和神殿而修建的隧道。我国最早的交通隧道是位于陕西汉中县的“石门”隧道，建于公元66年，供马车和行人通行。

公元14世纪，火药的发明并用于隧道开挖，获得极大成功。1818年，布鲁塞尔（Brunel）发明了盾构。意大利物理学家欧拉顿（Erardon）提出了以压缩空气平衡软弱地层涌水压力防止地层坍塌的方法后，英国的科克伦（Co-Chrane）利用这个原理，发明了用压缩空气开挖水底隧道的方法。第一次应用压缩空气和盾构修建水底隧道是1896年由英国人格雷特黑德（Greothead）实现的。在欧洲自贯穿阿尔卑斯山的新普伦隧道建设开始，最先开始应用凿岩机和硝化甘油（TNT）炸药来开挖岩石隧道。

我国古代在地下工程方面具有悠久的历史和辉煌的成就，是世界上采矿工业发展最早的国家。公元1271—1368年就有深达数百米的盐井，为封建统治者修建的墓穴，如长沙的楚墓、洛阳的汉墓、西安的唐墓、明十三陵之一的定陵等都是规模较大的地下工程。这些历史古迹显示出我国古代在隧道建筑方面的卓越水平。

随着社会的不断进步，隧道的用途不断扩展，成为供公路、铁路及城市交通、地下通道、越江及过海管道运输、电缆地下化、水利等不可缺少的土建结构工程。

目前，世界上已建成和在建的长度在10 km以上的隧道超过40座，最长隧道为在建的瑞士新圣哥达St Gotthard隧道，长度近58 km。截至2010年，我国长度超过3 km的公路隧道超过200座，最长为秦岭终南山隧道，长度为18.4 km；铁路隧道则更多，在建的西（宁）格（尔木）复线新关角隧道长度超过32 km，为国内最长铁路隧道；随着过江、跨海通道建设发展，水下隧道不断增多，在建的胶州湾海底隧道长度已达7.8 km。

8.1.2　隧道的分类及其作用

按地层不同分为岩石隧道（软岩、硬岩）、土质隧道；

按所处位置分为山岭隧道、城市隧道、水下隧道；

按埋置深度分为浅埋隧道和深埋隧道；

按断面形式分为圆形、马蹄形、矩形等隧道；

按国际隧道协会（ITA）定义的断面标准分为特大断面（100 m2以上）隧道、大断面（50～100 m2）隧道、中等断面（10～50 m2）隧道、小断面（3～10 m2）隧道、极小断面（3 m2以下）隧道；

按车道数分为单车道隧道、双车道隧道、多车道隧道；

按跨度分为特大跨度（18 m以上）隧道、大跨度（14～18 m）隧道、中等跨度（9～14 m）隧道、小跨度（9 m以下）隧道；

按用途分为交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道。

（1）交通隧道

交通隧道应用最为广泛，用于提供交通运输和行人通道，以满足交通线路畅通的要求，包括：①公路隧道（见图8.1），专供汽车通行的隧道；②铁路隧道，专供列车通行的隧道；③水下隧道（见图8.2），修建于江、河、湖、海、洋下的隧道，供汽车或火车使用，如我国上海跨越黄浦江的水下隧道；④地下铁道，修建于城市地层中，为解决城市交通问题的列车运输的通道，如城市地下铁道；⑤航运隧道，专供轮船通行的隧道；⑥人行隧道，专供行人通行的隧道。

图8.1　公路隧道

图8.2　水下隧道

（2）水工隧道

水工隧道是水利工程和水力发电枢纽的一个重要组成部分，包括：①引水隧道，将水引入水电站的发电机组或水资源调动需要而修建的孔道，其中又分为有压隧道和无压隧道；②尾水隧道，用于排出水电站发电机组排出的废水而修建的隧道；③导流隧道或泄洪隧道，为水利工程中疏导水流并补充溢洪道流量超限后的泄洪需要而修建的隧道。

（3）市政隧道

在城市建设和规划中，为充分利用地下空间，为将各种不同市政设施设置在地下而修建的地下孔道，称为市政隧道，包括：①为城市自来水管网铺设系统修建的给水隧道；②为城市污水排送系统修建的污水隧道；③为城市能源供给（煤气、暖气、热水等）系统修建的管路隧道；④为线路系统修建的线路隧道；⑤为战时的防空目的而修建的防空避难的人防隧道。

（4）矿山隧道

矿山隧道主要包括：①作为地下矿区的主要出入口和主要的运输干道及用于临时支撑的运输巷道；②为送入供掘机使用的清洁水，并将废水及积水通过泵排出洞外的给水隧道；③用于净化巷道的空气，将巷道内废气、浊气等有害气体排出，补充新鲜空气的通风隧道。

综上所述，隧道工程应用于诸多领域，已经成为经济社会发展不可缺少的部分。近年来，虽然我国隧道工程建设取得长足发展，但在隧道设计分析理论、施工及监测技术和使用管理等方面还存在一些需要不断深入研究的问题。

8.1.3　公路与铁路隧道

1）隧道的勘测设计

（1）工程调查

公路隧道勘察设计前需开展地形、地质、气象、环境、施工条件以及与工程有关的法规调查以及地质勘察。

（2）位置确定

隧道位置需符合总体路线要求，并考虑地形地质状况、建设投资、施工难易、使用性能、维护费用、环境协调等因素。根据所处的空间位置，公路隧道分为：

①越岭隧道：山岭地区公路从一个水系进入另一个水系要翻越其间的分水岭，为缩短里程，克服高度或地形障碍，往往要设置越岭隧道。

②傍山隧道：山区公路通常傍山沿河而行，为改善线形，提高车速、缩短里程、节省时间，常需修建傍山隧道，或称为河谷线隧道。

③城市水底隧道：城市港湾和河川有航运要求时，为沟通水域两岸而修建的隧道。

与公路隧道一样，铁路隧道位置在很大程度上受到地形制约，需要克服高程障碍与平面障碍。对于铁路线前进方向的高山带来的高程障碍，可通过绕行展线或开挖路堑方式克服；平面障碍则需采用沿河傍山绕行或隧道直穿方式解决，而隧道直穿方式可以实现线路顺直平缓，行程最短。隧道周围地层的地质条件对构造形式、施工方法起着决定性作用，如何避开不良地质区域或克服不良地质，是隧道位置选择时必须充分考虑的问题。铁路隧道空间位置上也需考虑越岭线与河谷线的不同要求。越岭隧道通常选择在垭口，同时需要从技术经济合理性考虑隧道高程。

其他隧道位置根据具体环境条件确定。

（3）隧道平纵断面设计

●平面设计

隧道平面宜为直线，若不可避免地出现曲线时，需尽可能采用较短的曲线，或是半径较大的曲线。在一座隧道内不宜设置反向曲线或复合曲线。

●纵断面设计

隧道纵断面设计主要包括选定隧道内线路的坡道形式、坡度大小、坡段长度和坡段间的衔接等。

①坡道形式：包括单坡型和人字形坡。单坡型多用于线路的紧坡地段或展线的地区，以争取高程；人字形坡道多用于长隧道，尤其是越岭隧道，以便于施工，水自然流向洞外。

②坡度大小：线路的坡度以平坡为最好。为了能适应天然地形，减少工程量，需设置与之相适应的纵面坡度。

③坡段长度：隧道内坡段不宜太长，否则会使机械疲劳或长时间超负荷，容易发生事故。

④坡段连接：为了行车平顺，两个相邻坡段的坡度代数差值不宜太大，以免影响行车安全（特别是铁路车辆之间仰俯不一引起的断钩）。

（4）净空断面确定

隧道应根据用途的不同，按照安全、经济、适用的原则确定，并考虑通风、照明、安全设施与隧道的相互关系，而且应易于养护管理。

以公路隧道为例，其净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，包括公路建筑限界、通风及其他所需的断面积。建筑限界是指建筑物不得侵入的一种限界。公路隧道的建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度以及车道、人行道的净高。公路隧道的净空除建筑限界以外，还包括通风管道、照明设备、防灾设备、监控设备等附属设备所需要的足够空间，以及富余量等，如图8.3所示。

2）围岩分类与围岩压力

（1）围岩分类

影响隧道围岩稳定的因素很多，《公路隧道设计规范》根据围岩的结构特征和完整状态、岩石的物理力学性质、地下水的影响三个分类指标，将围岩分为Ⅰ～Ⅵ级，级别越高，围岩越稳定。

图8.3　公路隧道净空断面

（2）围岩的初始应力场

围岩的初始应力场又称原始地应力场。围岩初始应力场根据地应力的成因分为自重应力场和构造应力场。围岩的自重应力场是地心引力和离心惯性力共同作用的结果。围岩的构造应力场按其形成的时间，可分为构造残余应力和新构造应力。构造残余应力是由于过去地质构造运动和岩石形成过程中形成的残存在岩体中的应力；新构造应力是由现在正在活动和变化的构造运动所引起的应力。围岩初始应力场可采用实地量测和地质力学分析相结合的方法确定。

（3）围岩压力

隧道开挖时，被扰动的围岩产生移动和变形，阻止围岩移动或变形的支护结构需承受围岩压力的作用。围岩压力一部分由岩体自重产生，另一部分则是岩体在构造运动中残留的构造应力。

3）隧道结构设计荷载

作用在衬砌结构上的荷载分为主动荷载和被动荷载两类。主动荷载是主动作用在结构并引起结构变形的荷载，包括长期作用的围岩压力、回填土荷载、衬砌自重、地下净水压力以及车辆载重等与非经常作用的灌浆压力、冻胀压力、混凝土收缩应力、温度应力以及地震力等；被动荷载是因为结构变形压缩围岩而引起的围岩被动抵抗力，即弹性抗力，它对结构变形起限制作用。设计中需根据上述两类荷载同时存在的可能性进行组合，进行结构受力分析，选用相应的安全系数验算结构强度。

4）隧道结构构造

隧道由主体构造物和附属构造物两大类组成。主体构造物是为了保持岩体的稳定和通行安全而修建的人工永久构造物，通常是指洞身衬砌和洞门构造物。附属构造物是主体构造物以外的为了运营管理、维修养护、供蓄发电、通风照明等修建的构造物。

隧道衬砌通常要承受较大的围岩压力、地下水压力，有时还要受到化学物质的侵蚀，高寒地区的隧道还要受到冻害等，所以，衬砌材料应有足够的强度、耐久性、抗渗性、耐腐蚀性和抗冻性等。通常采用混凝土、钢筋混凝土、锚杆与喷锚支护等。洞身衬砌分为直墙式衬砌（见图8.4）、曲墙式衬砌（见图8.5）、矩形断面隧道等。

5）隧道施工

隧道施工的关键在于开挖与开挖后的支护。隧道施工方法需根据水文地质条件、埋深、断面形状及尺寸、施工手段、工期等因素综合研究确定。从大类来看，隧道施工分为明挖法、暗挖法、沉管法等。明挖法适用于浅埋隧道施工，其工序为先地面挖开，然后修筑支护结构，最后回填。暗挖法适用于深埋隧道施工，分为钻爆法、掘进机以及掘进机辅助钻爆法等。沉管法适用于水底隧道施工，它是将若干预制段分别浮运到海面（河面）现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，形成水下隧道，港珠澳大桥工程中的隧道部分就采用沉管法施工。

在钻爆暗挖法施工，坑道开挖后的支护可以采用钢木构件支护，也可采用锚杆喷射混凝土支护。工程上将钻爆开挖加钢木构件支护的施工方法称为“矿山法”，而将钻爆开挖加锚杆喷射混凝土支护的施工方法称为“新奥法”（即奥地利隧道施工新方法）。

图8.4　直墙式衬砌

图8.5　曲墙式衬砌

矿山法又分为全断面法、台阶法、侧壁导坑法、漏斗棚架法、上下导坑先拱后墙法等。新奥法也有全断面法、台阶法、部分开挖法之分。

掘进机暗挖施工是指采用机械全断面开挖、支护一体化施工。隧道掘进机（Tunnel Boring Machine）的缩写“TBM”已成为岩石隧道全断面掘进机施工的代名词，而用于土层的全断面掘进机施工法通常被称为盾构施工法。“TBM”是以岩石地层为掘进对象，适用于中厚埋深、中高强度岩层中的长大隧道施工。目前常用的有敞开式硬岩掘进机（如长度18.4 km的西安-安康铁路秦岭隧道，平均月进尺310 m，见图8.6）、单护盾式掘进机（如重庆轨道交通六号线铜锣山隧道采用直径6.28 m的单护盾硬岩掘进施工，见图8.7）、双护盾式掘进机。适用于长度大于6 km的硬岩隧道施工，采用盘型滚刀刀具，敞开式“TBM”支护方式与新奥法相似，双护盾、单护盾支护方式和盾构基本相同，即预制管片同步衬砌成型。盾构则适应于长度为1～2 km的软土夹杂砾石隧道施工，采用合金切刀、刮刀等刀具，预制管片同步衬砌支护，背后压浆。

图8.6　敞开式硬岩掘进机（双支撑）

图8.7　单护盾硬岩掘进机

8.1.4　水下隧道

早在公元前2180—前2160年巴比伦就修建了一条穿越幼发拉底河，从王宫到朱庇特庙的长约900 m的水下人行隧道。近代水下隧道始建于英国。目前，水下隧道是道路跨越江河、海峡（湾）的重要措施之一。英吉利海峡隧道（The Channel Tunnel）又称英法海底隧道，为铁路隧道，全长50.5 km，于1994年5月6日开通，其海底段的隧洞长度达38 km。1996年8月建成的日本东京湾海底公路隧道，全长15.1 km，其中海底盾构隧道长9. 12 km，是世界上最长的海底公路隧道。我国的胶州湾海底隧道长度达到7.8 km。长度在120 km以上的台湾海峡海底隧道前期研究已在人们的关注之中。

1）水文调查分析

水下隧道设计中需根据主河道设计洪水频率提出水下隧道洞口及风井口等的标高，以防洪水淹没。

水下隧道纵断面一般成V形坡（见图8.8）或W形坡。在水下隧道洞口选位时，若洞口标高定得过低，洪水灌进隧道内将造成极大危害，若定得过高，就需要增加隧道长度、增加工程量和延长工期。因此，水文调查计算必须力求准确、可靠，以求隧道各洞口标高定得安全合理。

水下隧道水文计算，首先应在隧道所在地区选择基准水文控制断面，进行水文测绘和计算。然后根据控制断面与隧道各洞口及河底段位置的关系，推算隧道各洞口要求百年一遇或三百年一遇洪水频率防洪标高及河底段的理论外水压力（水头高度）。

2）隧道结构形式与设计荷载

水下隧道的横断面形状一般有圆形（见图8.9）、卵形、马蹄形、似马蹄形、直墙拱形和矩形等，需根据地质条件、水压大小、荷载条件、通风方式和施工方法等综合对比确定。

图8.8　日本青函隧道纵断面图

隧道围岩分类和围岩压力确定与公路、铁路隧道类似，不同之处是水下隧道还承受外水压力，且隧道衬砌设计中必须考虑的主要荷载。外水压力大小取决于隧道洞顶以上的水头高度，地下水的埋藏条件，补给和径流排泄条件，地层隔水效果以及节理裂隙发育程度，岩石渗漏水性能等。

图8.9　南京长江隧道横断面图

3）隧道防水

水下隧道衬砌70%～80%地段终年在地下水位以下，因而水下隧道防水问题，从开工到整个服役期都必须考虑。一旦隧道衬砌存在微小孔洞和缝隙，地下水都会渗涌进隧道，造成灾害。因此，解决好水下隧道的防水问题是水下隧道成功建成与长期安全使用的关键。

需要从水文地质条件、施工技术水平及投资等方面综合考虑防水措施，常用措施包括：采用防水混凝土、回填注浆、固结注浆，采用高分子化学浆，采用外排水，对伸缩缝、施工缝、衬砌裂缝做防水处理等。

8.1.5　日本青函隧道简介

长久以来，日本本州的青森与北海道的函馆两地隔海相望，中间横着水深流急的津轻海峡。两地的旅客往返和货运，除了飞机以外，就只能靠海上轮渡。从青森到海峡对岸的函馆，海上航行要4.5 h，到了台风季节，每年至少要中断海运80次。于是，人们迫切希望海峡两岸除飞机和轮渡之外，能有更经济、更方便的交通把两岸联系起来。青函隧道工程的设想也就应运而生。

1964年5月，青函隧道开始挖调查坑道。经过7年的各种海底科学考察，专家们才最终选定了安全的隧道位置，并于1971年4月正式动工开挖主坑道。经过12年的施工，1983年1月27日，南起青森县今别町滨名，北至北海道知内町汤里，世界上最长的海底隧道——青函隧道的先导坑道终于打通了。1988年3月13日，青函隧道正式通车，从而结束了日本本州与北海道之间只靠海上运输的历史。3月13日清晨，首班电气化列车满载乘客从青森站和函馆站相对发出。

隧道为双线，全长为53.8 km，其中海底部分为23.3 km，北海道端陆上部分长1 700 m。最小曲线半径（见铁路线路平面）为6 500 m，最大纵坡为12‰。海底段最大水深为140 m。最小覆盖层厚度为100 m。隧道横断面按双线设计，标准断面为宽11.9 m、高9 m的马蹄形，地层压力特大的区段采用内径9.6 m的圆形断面，如图8.10所示。

图8.10　青函海底隧道

8.2　地下工程

8.2.1　地下空间与地下工程

在岩层或土层中天然形成或经人工开发形成的空间称为地下空间。天然形成的地下空间，例如在石灰岩山体中由于水的冲蚀作用而形成的空间，称为天然溶洞，在土层中存在地下水的空间称为含水层。人工开发的地下空间包括利用开采后废弃的矿坑和使用各种技术挖掘出来的空间。

地下空间的开发利用可为人类开拓新的生存空间，并能满足地面上无法实现的对空间的要求，因而被认为是一种宝贵的自然资源。在有需要并具备开发条件时，应当进行合理开发与综合利用；暂不需要或条件不具备时，也应妥善加以保护，避免滥用和浪费。

城市是现代文明和社会进步的标志，是经济和社会发展的主要载体。伴随着我国城市化的加快，城市建设快速发展，城市规模不断扩大，城市人口急剧膨胀，许多城市不同程度地出现了建筑用地紧张，生存空间拥挤，交通堵塞，基础设施落后，生态失衡，环境恶化的问题，被称之为“城市病”，给人类居住条件带来很大影响，也制约了经济和社会的进一步发展，成为现代城市可持续发展的障碍。所以，城市人口、生态失衡、地域规模、城市的生存环境和21世纪城市可持续发展的战略是当今世界普遍关注的问题。

城市地下空间是不可多得的宝贵资源，应进行系统科学的规划，不仅要适应当前的发展，还要适应未来长远的发展。城市地下空间开发利用是城市建设的有机组成部分，与地面建筑紧密相连成为不可分割的整体，地下空间规划要做到与地面规划的协调性与系统性，形成一个完整的体系，地上地下协同发展。城市地下空间开发利用，是城市经济高速发展和空间容量上迫切需要的客观需要。

8.2.2　地下工程特点与分类

1）地下工程的特点

地下工程与地面工程相比较，有许多优势，且直接或间接地与地下工程在某种程度上隔绝于地面有关，包括：有效利用土地，提高交通通行率，节约能源，对抵抗自然灾害的能力强，环境效益好，隔音、隔振，维护管理简单等。同时，地下建筑也存在不足，如：观景和自然采光受限，出入和通行受限，可视性受限，存在不良心理反应，受到场地限制，防水难度大，节能有限，施工较困难等。随着科学技术的进步，上述不足将逐步得到克服。

2）地下工程的分类

所有地表以下的建筑物和构筑物统称为地下工程，也称为岩土工程。

（1）按使用功能分类

地下工程分为交通工程、市政管道工程、地下工业建筑、地下民用建筑、地下军事工程、地下仓储工程、地下娱乐体育设施、地下商场、人防工程等。

（2）按四周围岩介质分类

地下工程分为软土地下工程、硬土（岩石）地下工程、海（河、湖）底或悬浮工程。根据所处围岩介质的覆盖层厚度不同，又分为深埋、浅埋、中埋等地下工程。

（3）按施工方法分类

地下工程可分为浅埋明挖法与盖挖逆作法地下工程，矿山法、TBM或盾构法、顶管法以及沉管法隧道，沉井（箱）基础工程等。

（4）按结构形式分类

地下建筑和地面建筑结合在一起的称为附建式，独立修建的地下工程称为单建式。地下工程结构形式可以为隧道形式，横断面尺寸远远小于纵向长度尺寸，即廊道式。平面布局上也可以构成棋盘式或者如地面房间布置，可以为单跨、多跨，也可以单层或多层，常见的浅埋地下结构为多跨多层框架结构。地下工程横断面可根据所处部位地质条件和使用要求，选用不同的形状，最常见的有圆形、口形、马蹄形、直墙拱形、曲墙拱形、落地拱、联拱（塔拱）、弯顶直墙等。

（5）按衬砌材料和构造分类

主要有砖、石、砌块混凝土、钢筋混凝土、钢轨（型钢、格栅拱）、锚杆、喷射混凝土、铸铁、钢纤维混凝土、聚合物钢纤维混凝土等。根据现场浇筑施工方法不同，衬砌构造形式有：模筑式衬砌、离壁式衬砌、装配式衬砌和锚喷支护衬砌等。

8.2.3　地下工程的发展趋势

随着城市人口急剧膨胀所带来的生存空间拥挤、交通阻塞、环境恶化等已经是很多城市面临的重大问题，如果听任城市无限制地蔓延扩张，将会严重危害我国土地资源。所以，城市共同沟、地下铁道、地下停车场、地下仓库、地下商业街、娱乐场所等都在进行设计施工。

综观当今世界，有识之士已把对地下空间开发利用作为解决城市资源与环境危机的重要措施，是解决我国可持续性发展的重要途径。可以预测21世纪末将有1/3的世界人口工作、生活在地下空间中。

8.3　共同沟工程

8.3.1　共同沟的概念

“共同沟”来自日语，英文名称为“utility tunnel”，指的是将设置在地面、地下或架空的各类公用类管线集中容纳于一体并留有供检修人员行走通道的隧道结构，主要适用于交通流量大、地下管线多的重要路段，尤其是高速公路、城市主干道。共同沟犹如一个大口袋，袋口露出地面，人可在“袋”内直立行走、定期检查，防止重大事故发生；维修或增加排管只需从“口袋”进入，路人丝毫不觉。如图8.11所示。

图8.11　共同沟

8.3.2　共同沟建设的必要性

国外大城市已普遍采用共同沟、地下污水处理场、地下电厂、地下河川以及其他地下工程，其总趋势是将有碍城市景观与城市环境的各种城市基础设施全部地下化。共同沟的作用在于：

①由于共同沟将各类管线均集中设置在一条隧道内，消除了通讯、电力等系统在城市上空布下的道道蛛网及地面上竖立的电线杆、高压塔等，避免了路面的反复开挖、降低了路面的维护保养费用、确保了道路交通功能的充分发挥。

②由于道路的附属设施集中设置于共同沟内，使得道路的地下空间得到综合利用，腾出了大量宝贵的城市地面空间，增强了道路空间的有效利用，并且可以美化城市环境，创造良好的市民生活环境。

③城市各种管线设施由于设置在共同沟内，即使受到强烈的台风、地震等灾害，也可以避免过去由于电线杆折断、倾倒、电线折断而造成的二次灾害。发生火灾时，由于不存在架空电线，有利于灭火活动迅速进行，将灾害控制在最小范围内，从而有效增强城市的防灾抗灾能力。

8.3.3　国外共同沟建设的现状和趋势

在国外，铺设地下管线共同沟是综合利用地下空间的一种手段和开端，某些发达国家已实现了将市政设施的地下供、排水管网发展到地下大型供水系统，地下大型能源供应系统，地下大型排水及污水处理系统，地下生活垃圾的清除、处理和回收系统，与地下轨道交通和地下街、城相结合，构成一个完整的地下空间综合利用系统。目前，法国、英国、德国、俄罗斯、日本、美国等国都建有共同沟。

巴黎是共同沟发源地。第一次工业革命初期，迅速的城市化导致城市人口大量增加，同时原有的城市基础设施根本无法适应城市化水平的迅速提高，进而在工业化较早的伦敦和巴黎等城市产生了一系列的城市问题。19世纪80年代，巴黎为防止霍乱首次设置了简陋的共同沟，使其与下水道分离。后来，共同沟开始发展起来。长期的使用结果证明了共同沟具有管线直埋方式所无法具有的优点，并很快在世界各国得到了推广和普及，目前巴黎有共同沟一百多千米，并且共同沟中收容的管线也越来越多。

日本是世界上地下管线共同沟兴建数量居于前列的国家之一。1992年末，日本全国地下共同沟总长达310 km。按规划，到20世纪初，日本将在80个重要城市的干线公路下建成地下共同沟约100 km。共同沟不仅成为日本城市基础设施先进性的代表，而且为日本这个地震多发国家的抗震减灾做出了卓越的贡献。日本在阪神地震后调查发现，在共同沟中铺管抗震性能良好，凡是埋设在共同沟内的管子损坏均较少。

另外，瑞典斯德哥尔摩市有共同沟30 km长；俄罗斯的共同沟也相当发达，莫斯科地下有130 km长的共同沟。

8.3.4　我国的共同沟建设现状

自1994年上海浦东新区建成国内首条城市地下综合管线共同沟后，北京中关村西区市政基础设施建设首次在开发区中采用地下城市综合管廊（共同沟）的新型建设方式，用于集中铺设自来水、雨水、污水、中水、供电、通讯和天然气七条市政管线。目前，济南、杭州、嘉兴等城市也正在建设或把建设共同沟列入城市规划。有资料表明，共同沟正逐渐成为未来城市建设的热点。它较好地解决了城市发展过程中的马路反复刨掘问题，也为城市上空通讯线路“蛛网”密布现象提供了一种有效的解决方案；是解决地上空间过密、实现城市基础设施功能集聚、创造和谐的城市生态环境的有效途径。

目前，我国在设计规范、设计手册及建设、管理经验上都非常缺乏，在共同沟的建设过程中不可避免地会遇到各种各样困难和阻力。因此，我国急需建立必要的法规体系，才能促进共同沟的有序发展和顺利实施。

8.3.5　共同沟的基本组成

共同沟除地下通道结构（隧道）外，还需诸多辅助设施。

（1）排水设备

共同沟内部水管、结构壁面以及各接缝处都可能造成渗水、漏水，应及时排出。排水方式原则上采用纵向排水沟，并于共同沟较低点或交叉口设集水井。每一集水井配备两台潜水泵自动交替或同时运转将集水井内积水抽至路面侧沟内排放。为便于共同沟管理，集水井与抽水泵应纳入共同沟的自动监控系统，井内应设集水井水位探测设备，且抽水机应具备自启动能力。

（2）通风照明设备

共同沟内需要维持正常通风，当共同沟内有毒气体浓度超标时，应进行强制通风，以降低有毒气体的浓度。一般通风设备利用共同沟本身作为通风管，再交错配置强制排气通风口与自然进气通风口。另外，共同沟内应有足够的照明。

（3）电力设备

共同沟内需设置电源以及发电机备用电源，并设不间断供电装置（UPS）作应急电源，以保证计算机、防火、通信系统、事故照明、电话等特别重要一级负荷可靠性的要求。

（4）通信设备

为使共同沟检修及管理人员与控制中心联络方便，共同沟内应配备相应的通讯设备：有线通讯系统、无线对讲系统、广播设备、路电视系统。

（5）监控系统

对纳入煤气管线的共同沟，需对煤气进行实时探测，以确保安全。设置水位自动探测设备则是为防止集水井内的积水溢出。为此，在共同沟内设置监控系统。

（6）防灾设备

共同沟按防火等级分类应为特级保护对象。共同沟内应设火灾探测器、火灾报警装置、火灾应急广播等，而且应设置消火栓系统联动控制系统。火灾报警和消防联动控制系统，应包括自动和手动两种触发装置。

思考讨论题

1.简述隧道的发展、分类及主要施工方法。

2.简述地下工程的分类与特点。

3.什么叫共同沟工程，起什么作用？