La relación entre ingeniería geotécnica, ingeniería de túneles e ingeniería subterránea

Todo tipo de proyectos sobre tierra, bajo tierra y en agua se denominan colectivamente ingeniería civil. La parte de la ingeniería civil que involucra rocas, suelos y aguas subterráneas se llama ingeniería geotécnica.

La ingeniería geotécnica es una rama de la ingeniería civil, es una ciencia que utiliza la ingeniería geológica, la mecánica de suelos y la mecánica de rocas para resolver problemas técnicos y de ingeniería relacionados con rocas y suelos en diversos proyectos. Según la etapa de construcción del proyecto, el contenido del trabajo se puede dividir en: estudio de ingeniería geotécnica, diseño de ingeniería geotécnica, gestión de ingeniería geotécnica, monitoreo de ingeniería geotécnica e inspección de ingeniería geotécnica.

Clasificación de la roca circundante del túnel y presión de la roca circundante, métodos básicos y métodos especiales de construcción de túneles (método de máquina perforadora de sección completa, método de escudo, método de tubo sumergido), construcción de túneles enterrados a poca profundidad, geotecnia especial y Construcción de túneles en zonas desfavorables, operaciones auxiliares de construcción, nuevos métodos austriacos, organización de la construcción, túneles de autopistas

En el mundo actual, el hombre se desarrolla bajo tierra, en el océano y en el espacio. El desarrollo subterráneo se puede resumir en tres aspectos: desarrollo de recursos subterráneos, desarrollo de energía subterránea y desarrollo de espacios subterráneos. La utilización del espacio subterráneo también está progresando desde la utilización de "líneas" a la utilización de "espacios" con grandes secciones transversales y grandes distancias.

En la década de 1980, la Asociación Internacional de Túneles (ITA) propuso el lema de "desarrollar vigorosamente el espacio subterráneo y comenzar una nueva era cavernícola para la humanidad". Siguiendo la tendencia de la época, muchos países han adoptado el desarrollo subterráneo como política nacional. Por ejemplo, Japón ha propuesto la idea de desarrollarse subterráneamente y expandir su territorio diez veces. En cierto sentido, la historia del uso del espacio subterráneo se hace eco de la historia de la civilización humana. Se puede dividir en cuatro eras:

Túnel del Canal

La primera era comienza con La antigua. Período que va desde el surgimiento del ser humano hasta el año 3.000 a.C. Los humanos originalmente vivían en cuevas, y las cuevas naturales se han convertido en lugares donde los humanos pueden protegerse del frío y el calor, el viento y la lluvia, y esconderse de las bestias salvajes.

Segunda Edad Período antiguo comprendido entre el 3.000 a.C. y el siglo V a.C. Las pirámides de Egipto y el antiguo acueducto de Babilonia son ejemplos arquitectónicos de esta época. Los mausoleos y graneros subterráneos de las dinastías Qin y Han en mi país han alcanzado un nivel y una escala técnicos considerables.

La Tercera Edad es la época medieval comprendida entre el siglo V y el siglo XIV. El surgimiento de la tecnología de extracción de minerales en todo el mundo ha promovido el desarrollo de la ingeniería subterránea.

La cuarta era es la época moderna y moderna a partir del siglo XV. Durante la revolución industrial en Europa y Estados Unidos, Nobel inventó el explosivo amarillo, que se convirtió en un arma poderosa para el desarrollo del espacio subterráneo. Durante la era Meiji en Japón, se comenzó a introducir y desarrollar la tecnología de túneles y ferrocarriles.

El desarrollo y utilización del espacio subterráneo en mi país comenzó en la década de 1960. En 1965, Beijing construyó un ferrocarril subterráneo. La primera fase del proyecto va desde la estación de tren de Beijing hasta Apple Orchard, 24,17 km, y se construye utilizando el método de corte y cubierta. La segunda fase del proyecto es una línea circular, construida bajo la antigua muralla de la ciudad, de 16,1 km, y construida utilizando métodos de entierro poco profundo y excavación abierta. La estación de metro de Fuxingmen y la línea de retorno están ubicadas en un bloque con edificios densos y tuberías subterráneas, y para la construcción se utilizó el método enterrado poco profundo y a cielo abierto. En la década de 1960, Shanghai construyó el túnel submarino de la carretera Dapu Road. En la década de 1970, mi país construyó un gran número de proyectos subterráneos de defensa aérea civil, una parte considerable de los cuales se han desarrollado y convertido en calles subterráneas, centros comerciales subterráneos, fábricas subterráneas y almacenes. En la década de 1980, se construyó el túnel submarino de la carretera Yan'an East Road en Shanghai, con una longitud total de 2.261 m y una máquina perforadora de escudo mecánico hidráulico de rejilla súper grande con un diámetro de 11,3 m. La construcción comenzó en 1984 y se completó y abrió al tráfico en mayo de 1989. Fue el tercer túnel largo construido con el método de escudo en el mundo en ese momento. Durante el mismo período, Shanghai también construyó más de 20 túneles para cables y otros túneles públicos municipales, con una longitud total de más de 30 kilómetros. De 1985 a 1987, Shanghai completó la primera fase del proyecto del túnel de desvío de agua en el tramo superior del río Huangpu, con una capacidad de desvío diaria de 2,3 millones de toneladas y importantes beneficios sociales. El garaje subterráneo de la Plaza del Pueblo se construyó con un tamaño plano de 176×146 my una profundidad de 11 m. El metro de Guangzhou, el metro de Nanjing, etc. entraron en la etapa de preparación de diseño y construcción durante este período, y Ningbo comenzó la construcción de túneles submarinos para carreteras. Desde la década de 1990, la velocidad de construcción de transporte subterráneo e instalaciones municipales en las ciudades de mi país se ha acelerado. La Línea 1 y la Línea 2 del Metro de Shanghai se han abierto sucesivamente. El sistema de red para el desarrollo y utilización del espacio subterráneo en mi país ha comenzado a construirse, y la mayoría de los proyectos subterráneos se construyen a poca profundidad que van desde la superficie hasta -30 m. Se puede predecir que con el desarrollo de la economía, la ingeniería subterránea de mi país entrará en un período de vigoroso desarrollo.

La ingeniería subterránea moderna se está desarrollando rápidamente y son famosos varios proyectos típicos. Cientos de ciudades de todo el mundo han construido vías subterráneas. El túnel ferroviario Dayaoshan de mi país tiene 14.295 m de largo y tardó 6 años en completarse; el túnel Seikan de Japón tiene 53.850 m de largo y tardó medio siglo desde su planificación hasta su finalización; Francia tiene 50 kilómetros de largo y un fondo marino de 37 kilómetros. Se necesitaron 7 años para completarlo. El túnel Japón-Corea tiene 250 kilómetros de largo y adopta un plan de construcción segmentado. La investigación del pozo inclinado comenzó a finales de 1986. Los túneles de carretera famosos, como el túnel del Mont Blanc que atraviesa los Alpes y conecta Francia e Italia, y el túnel Kan-Etsu que conecta la prefectura de Gunma y la prefectura de Shinkai en Japón, tienen ambos más de 10 km de longitud. Varios tipos de centrales eléctricas subterráneas están creciendo rápidamente. Entre ellas, el número de centrales hidroeléctricas subterráneas ha superado las 400 en todo el mundo, con una capacidad de generación de energía de más de 4.500 millones de vatios. La construcción de centrales eléctricas subterráneas es un proyecto subterráneo de gran envergadura. La central hidroeléctrica de Rogo, en la antigua Unión Soviética, tenía un volumen de movimiento de tierras de 5,1 millones de metros cúbicos, un volumen de hormigón de 1,6 millones de metros cúbicos y 294 túneles y cámaras con una longitud total de 62 kilómetros.

Se han construido una gran cantidad de almacenes subterráneos en varios países del mundo y su tecnología de construcción se ha innovado constantemente. En la actualidad, el desarrollo y utilización del espacio subterráneo urbano se ha convertido en una parte importante de la construcción urbana. Algunos países industrialmente desarrollados han integrado gradualmente calles comerciales subterráneas, estacionamientos subterráneos, ferrocarriles subterráneos y tuberías subterráneas en complejos subterráneos multifuncionales.

Un túnel es un paso o espacio construido bajo tierra, excepto cuando la apertura es demasiado pequeña y entra en la categoría de las llamadas tuberías. La Conferencia de Túneles de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económico (OCDE) de 1970 definió los túneles como: túneles con un área de sección transversal superior a 2, construidos para un propósito determinado, utilizando cualquier método subterráneo con formas y tamaños específicos.

Túnel de la cuenca hidrográfica de Xitieshan de la línea Qinghai-Tíbet La construcción de túneles y la utilización del espacio subterráneo ha sido una forma de ganarse la vida para los humanos desde tiempos primitivos. Con el desarrollo de la civilización moderna, se convirtió en una disciplina de la ingeniería civil y muchos túneles se construyeron utilizando tecnología de ingeniería moderna.

La tecnología moderna de construcción de túneles ha avanzado mucho, por lo que se puede realizar de forma más precisa, más rápida y más económica. No sólo puede perforar rocas o estratos duros como antes, sino que también promueve la excavación de túneles en estratos blandos. y métodos de construcción de túneles bajo el agua. Estas tecnologías han sido desarrolladas para cumplir con los requerimientos del desarrollo social que requieren una gran cantidad y diversidad de túneles.

Además de seguir utilizándose para ferrocarriles, transporte por carretera, generación de energía hidroeléctrica, irrigación y otros túneles hidráulicos, los túneles también se utilizan para pasos de grandes tuberías como suministro de agua, alcantarillado y líneas de transmisión de energía. Además, en el pasado también se entienden los túneles subterráneos. El concepto de túnel como vía de acceso se ha ampliado a la utilización del espacio subterráneo, incluyendo edificios adecuados para la tecnología de ingeniería de túneles, como subestaciones subterráneas de generación de energía, aparcamientos subterráneos. grandes estaciones de metro, calles subterráneas, etc.

Además de clasificarse según los fines anteriores, los túneles también se pueden dividir geológicamente en túneles de roca y túneles de tierra y arena según los objetos de excavación, pudiendo dividirse en túneles de carretera, túneles urbanos y túneles submarinos. Túneles según diferentes obras de construcción. Además, el método de túnel de escudo o el método de tubo sumergido, que en el pasado se consideraban métodos de construcción especiales, se han vuelto populares hoy en día, por lo que estos métodos también pueden incluirse y clasificarse en detalle según el método y método de construcción.

La demanda de túneles en países de todo el mundo está creciendo con el desarrollo de la economía social. En el caso de ferrocarriles y carreteras, es necesario construir más túneles de montaña para ampliar el transporte de alta velocidad a largas distancias. Además, en las ciudades de alta densidad que se han desarrollado rápidamente en los últimos años, es necesario construir una gran cantidad de túneles para diversos fines a fin de dar cabida a vías férreas y carreteras subterráneas de alta velocidad, sistemas de agua y alcantarillado de gran capacidad, y Varias instalaciones urbanas que utilizan el espacio subterráneo en múltiples niveles. Según la encuesta antes mencionada de la Conferencia de Túneles de la OCDE, se puede predecir que la demanda futura será el doble que en el mismo período del pasado, especialmente las necesidades de los dos sectores de instalaciones de transporte y servicios públicos serán mayores, y en ciudades relacionadas con fines especiales El aumento en la utilización de diversos espacios subterráneos será aún más significativo.

La construcción de túneles requiere excavar el espacio requerido bajo tierra y construir una estructura de revestimiento que pueda soportar la presión externa durante mucho tiempo. Durante la construcción del proyecto, debido a la presión generada por la gravedad de la roca, suelo o suelo y arena circundante, no sólo es necesario prevenir posibles colapsos, sino también en ocasiones evitar efectos adversos causados ​​por el chorro de agua subterránea. Por lo tanto, para adaptarse a una amplia variedad de condiciones, la tecnología de túneles también es compleja y multifacética, y con el desarrollo de la tecnología, el alcance se amplía día a día.

La tecnología de túneles está estrechamente relacionada con departamentos de ciencia e ingeniería relevantes, como geología e hidrología, ciencias geotécnicas y mecánica de suelos, mecánica aplicada y mecánica de materiales. También aplica diversas disciplinas de ingeniería como medición, maquinaria de construcción, explosivos, iluminación, ventilación, comunicaciones, etc., y debido al uso eficaz de productos químicos como metales, cemento, hormigón, agentes de inyección, etc., va a la par. una amplia gama de campos relacionados. Por lo tanto, las teorías básicas y las aplicaciones prácticas de la tecnología de túneles no solo involucran la ingeniería civil y otras disciplinas relacionadas, sino que también están relacionadas con otras disciplinas de ingeniería y ciencia. A partir de esto, podemos prever las perspectivas de desarrollo de la ingeniería de túneles.

La tecnología del túnel de la autopista Badaling de Beijing corresponde a las distintas etapas del proceso de construcción del túnel y se puede dividir a grandes rasgos en:

Tecnología de planificación de estudios (encuestas, predicciones y mediciones relacionadas con geología, hidrología, etc.) etc.);

Tecnología de diseño (refiriéndose a mecánica de rocas, mecánica de suelos, mecánica estructural, materiales, etc.);

Tecnología de construcción (refiriéndose a excavación, transporte, construcción de revestimiento de soporte, mejora de cimientos, métodos de construcción especiales adoptados para mejorar las condiciones de construcción, seguridad y salud, etc.);

Aplicación de tecnología (refiriéndose a iluminación, ventilación, gestión de mantenimiento, prevención de desastres) , etc.).

El túnel más antiguo es el túnel peatonal que conecta el palacio real y el templo en la antigua Babilonia, que fue construido entre 2160 y 2180 a.C. El túnel tiene aproximadamente 1 km de largo y una sección transversal de 3,6 mx 4,5 m. Durante la construcción, el flujo de agua del río Éufrates se desvió y se construyó mediante el método a cielo abierto. El túnel es una estructura de ladrillo. El túnel ferroviario que atraviesa los Alpes, construido entre 1895 y 1906, tiene una longitud de 19,23 kilómetros. El túnel exclusivo para automóviles más largo del mundo es el túnel de San Gotardo, en el centro de Suiza, con una longitud total de 16,3 kilómetros. Durante la excavación del túnel se utilizó por primera vez un explosivo de nitroglicerina.

El túnel de tráfico más antiguo de mi país es el túnel "Shimen" ubicado en el condado de Hanzhong, hoy Shaanxi, que fue construido en el año 66 d.C.

Los túneles enterrados a poca profundidad generalmente se construyen utilizando el método de corte abierto, mientras que los túneles más profundos se construyen principalmente utilizando el método de corte de cubierta. En la antigüedad se utilizaban herramientas primitivas para excavar, y la más lenta utilizaba 30.000 esclavos para excavar, con sólo 75 mm de metraje por semana. La construcción de túneles no comenzó mediante operaciones de perforación y voladura hasta el siglo XIX. Después de un siglo de innovación, se ha convertido en las operaciones mecánicas a gran escala actuales.

Líneas del túnel de la autopista

La alineación plana del túnel de la autopista es la misma que la de las carreteras ordinarias y está diseñada de acuerdo con los requisitos de la normativa de carreteras. La alineación del plano del túnel generalmente adopta líneas rectas y evita curvas. Si se deben establecer curvas, se deben utilizar curvas de radio grande tanto como sea posible y se debe garantizar la distancia visual. La pendiente de la sección longitudinal de un túnel de carretera está determinada por factores como la ventilación, el drenaje y la construcción del túnel. Es adecuada una pendiente suave. La pendiente longitudinal del túnel normalmente no debe ser inferior al 0,3% ni superior al 3%. Si el túnel se excava a partir de dos aberturas opuestas, se puede utilizar una pendiente en forma de "espina de pescado" para facilitar la construcción y el drenaje. Cuando hay tráfico en un solo sentido, establecer una pendiente descendente es beneficioso para la ventilación.

El espacio encerrado por el contorno interior del revestimiento del túnel se denomina espacio libre del túnel. El espacio libre del túnel incluye los límites de construcción de la carretera, la ventilación y otras áreas transversales requeridas. El límite de un edificio es un límite que ningún edificio, como el revestimiento de un túnel, puede invadir. Los límites de construcción de túneles carreteros incluyen el ancho de carriles, arcenes, bordillos, aceras, etc., así como la altura libre de carriles y aceras. El espacio libre de la sección transversal de un túnel de carretera incluye, además de los límites de la construcción, el espacio requerido para equipos auxiliares como tuberías, iluminación, prevención de desastres, monitoreo y gestión de operaciones, así como las tolerancias y tolerancias de construcción.

La forma del tramo libre del túnel es la forma del contorno interior del revestimiento. La forma determinada debe garantizar una tensión razonable sobre el revestimiento y la roca circundante estable. La forma del revestimiento puede ser de paredes rectas con arcos de medio punto. La sección transversal circular favorece la construcción de escudos y soporte de presión. En túneles de carreteras poco profundos y profundamente enterrados se utilizan secciones transversales rectangulares o casi elípticas. En la siguiente figura se muestran las principales formas de las secciones transversales de los túneles de carretera.