第五章 交通土建工程

本章内容 5.1 道路工程 5.2 铁路工程 5.3 飞机场工程 5.4 隧道工程

5.1 道路工程 道路工程的基本体系组成 道路工程基本体系组成图

5.1 道路工程 2010年的目标：总里程达230×104km，高速公路达3.4×104km，其里程长度仅次于美国而跃居世界第二。从20世纪90年代开始，每年以3000km的速度增长，其建设规模和速度为世界罕见。

5.1 道路工程 泸嘉高速公路：中国第一条高速公路。沪嘉高速公路的高速路段南起上海市区祁连山路，北至嘉定南门，全长18.5公里。加上两端入城道路，全长20.5公里，宽45米，4车道，设计时速为120公里。这是一条全立交、全封闭、设施齐全的高等级公路。

5.1.1 道路的分类 道路按其使用特点可以分为：公路、城市道路、厂矿道路、林区道路以及乡村道路。

5.1.1 道路的分类 城市道路 公路

5.1.1 道路的分类 林区道路 厂矿道路 乡村道路

5.1.2 公路建设 一、公路的线形组成 路线方案是路线设计最根本的问题。方案是否合理，不但直接关系公路本身的工程投资和运输效率，更重要的是影响到路线在公路网中是否能起到应有的作用，是否满足国家的政治、经济、国防的要求和长远利益。 二、设计需考虑的参数

5.1.2 公路建设 1.直线、圆曲线和缓和曲线是平面线形的主要组成要素。 2.最小纵坡：为保证地面的排泄畅通，道路应具有一定的最小坡度。若满足不了最小纵坡度，要采用其他的排水措施。 3.最大纵坡：指在纵断面设计中，各级道路允许采用的最大坡度值。它是道路设计中的一项重要指标。

5.1.2 公路建设 二、公路的结构建设 路堤示意图

5.1.2 公路建设 三、路面结构图 低、中级路面 高级路面

5.1.2 公路建设 四、路面分类（按力学性质分） 柔性路面：主要有碎石路面和各种沥青路面，它的刚度较小，抗拉强度较低，荷载作用下变形较大，路面弹性较好，无接缝，行车舒适性好。 刚性路面：是指水泥混凝土路面，它一般强度高，刚性大，板体性好，在车轮的作用下路面的变形较小。

5.1.3 高速公路 定义: 具有四条以上车道，路中央设有中央隔离带，分隔双向车辆行驶，互不干扰，全封闭，全立交，控制出入口，严禁产生横向干扰，为汽车专用，设有自动化监控系统，以及沿线设有必要服务设施的道路。 1988年上海至嘉定高速公路建成通车→1998年年均通车里程超过4000公里→2004年底，中国高速公路通车里程已超过3.4万公里

5.1.3 高速公路 连霍高速公路 连霍高速公路（045国道）横贯中国大陆的东、中、西部。连接江苏连云港和新疆霍尔果斯，全长4395千米，途经6个省，目前有41%的部分为高速公路，其它为一级公路，是中国建设的最长的横向快速陆上交通通道，最终将成为中国高速公路网的横向骨干。

5.1.3 高速公路 高速公路里程世界排名（至2006年底）： 1.美国，8.8万公里 2.中国，4.5万公里 3.加拿大，1.65万公里 4.德国，1.1万公里 5.法国，1万公里

5.1.3 高速公路 一、高速公路的线形设计标准 高速公路的几何设计标准比其它等级的公路要求高，具体规定各国有所不同。 （1）最下平曲线半径及超高横坡限制 普通公路与高速公路的转弯线形的比较

5.1.3 高速公路 对于设计车速为120km/h的高速公路，平曲线的一般最小半径为1000m，极限最小半径为650m，超高横坡限值为10％。 （2）最大纵坡和竖曲线 高速公路的最大纵坡限为3％～5％，竖曲线极限最小半径凹型为4000m，凸型为11000m。 （3）线性要求 线性要保持连续、调和和顺畅。 （4）横断面 行车带的每一行驶方向至少两个车道，便于超车。

5.1.3 高速公路 二、高速公路的优势 1、行车速度快、通行能力大 2、物资周转快、经济效益高 3、交通事故少、安全舒适好 4、带动沿线地方的经济发展 高速公路

5.1.3 高速公路 三、高速公路建设存在的问题 1、投资大、资金来源困难 2、占地多 3、与普通公路和地方交通贯通问题 4、密集型的管理问题 5、环境保护问题

5.2 铁路工程 在我国，铁路建设自1876年英国商人在上海修建淞沪铁路已经开始，1949年，我国共有铁路营运里程2.18万公里，集中分布在东北和东部沿海地区，截至2002年底，全国铁路营业里程达到7.2万公里，形成延伸祖国东南西北的全国铁路网。 上海的磁悬浮铁路兴建运行成功，标志着我国铁路建设已逐步迈上国际先进水平。

5.2 铁路工程 詹天佑出生于1861年3月17日，于1919年4月24日逝世，享年58岁。字眷诚，号达朝，汉族，广东南海人，居住在湖南省。英文名：Jeme Tien Yow；他是中国首位杰出的爱国铁路工程师，负责修建了京张铁路（北京——张家口）等铁路工程，有“中国铁路之父”“中国近代工程之父”之称。 另有中国詹天佑土木工程大奖、小学课文、电影等以詹天佑为名。

5.2 铁路工程 京张铁路连接北京丰台，经八达岭、居庸关、沙城、宣化至河北张家口，全长约200千米，是中国首条不使用外国资金及人员，由中国人自行完成，投入营运的铁路。这条铁路工程艰巨。现为北京至包头铁路线的首段。京张铁路是清政府排除英国、俄国等殖民主义者的阻挠，委派詹天佑为京张铁路局总工程师（后兼任京张铁路局总办）。2009年是京张铁路一百年纪念，现代京张铁路沿线围绕旅游主题开发，有关方面还将京张铁路的申报文物保护单位，京张铁路在1905年9月4日开工，1909年8月11日建成，10月2日通车，施工时间比原定缩短了两年；而建造成本亦比原来预算（729万两白银）节省了三十五万两白银（也有一说是节约了二十八万两白银）。这是中国人的一次飞跃。

5.2 铁路工程 世界铁路里程排名（至2006年底）： 1.美国，23万公里 2.俄罗斯，8.6万公里 3.中国，7.7万公里 5.2 铁路工程 世界铁路里程排名（至2006年底）： 1.美国，23万公里 2.俄罗斯，8.6万公里 3.中国，7.7万公里 4.印度，6.3万公里 5.加拿大，4.9万公里

5.2.1 铁路选线设计与路基 一、铁路选线设计 眼镜线 螺旋线

5.2.1 铁路选线设计与路基 二、铁路路基设计 1、横断面形式有：路堤、半路堤、路堑、半路堑、不填不挖等，同公路工程。 5.2.1 铁路选线设计与路基 二、铁路路基设计 1、横断面形式有：路堤、半路堤、路堑、半路堑、不填不挖等，同公路工程。 2、路基稳定性：设计中要对路基的稳定性进行验算。

5.2.2 高速铁路 铁路速度的分档为： 时速100～120 km称为常速； 时速120～160 km称为中速； 5.2.2 高速铁路 铁路速度的分档为： 时速100～120 km称为常速； 时速120～160 km称为中速； 时速160～200 km称为准高速或快速； 时速200～400 km称为高速； 时速400 km以上称为特高速。 日本、法国、德国英国等是当今世界高速铁路技术发展水平最高的几个国家

5.2.2 高速铁路 日本的高速列车 德国的高速列车 英国的高速摆式列车 法国的TGV高速列车

5.2.2 高速铁路 铁道部部长刘志军在2009年11月17日对来访的美国商务部部长骆家辉表示，到2012年，中国将有1.3万公里高速铁路投入运营。      有专家预计，提前在2012年建成的中国铁路快速客运网络将辐射全国70%的50万以上人口城市，覆盖7亿多人口，以较大程度地满足人们便捷出行的要求。按照铁道部2008年年底调整的《中长期铁路网规划》，铁道部将铺设一个巨大的四纵四横、时速在200公里以上的客运专线网络，里程增至1.6万公里，其中1.3万公里将于2012年便可投入运营，届时将形成以北京为中心，到全国绝大部分省会城市的1小时至8小时交通圈，给人们出行带来极大便利。 高铁每公里投入达1.3亿。

5.2.3 城市轻轨与地下铁道 城市轻轨和地下铁道一般具有如下特点： 1、线路多经过居民区，对噪声和振动的控制较严； 2、行车密度大，运营时间长； 3、一般采用直流电机牵引，以轨道作为供电回路； 4、曲线段占的比例大，曲线半径比常规铁路小。 伦敦地铁视频

5.2.3 城市轻轨与地下铁道 地下铁道 城市轻轨(上海明珠线)

5.2.3 城市轻轨与地下铁道 京津城际铁路：京津城际铁路是中国最早开工建设并最先建成的第一条高标准铁路客运专线，全长约120公里，铁路设计最高时速为350公里。连接首都北京和天津两大直辖市。该线路采用高新技术的系统集成。于2005年7月4日开工建设，2007年12月15日全线铺通。2008年8月1日运营。全程直达运行时间约为30分钟

5.2.3 城市轻轨与地下铁道 小知识： （1）全球只有纽约地铁全天24小时运行。 （2）韩国首尔地铁是世界最繁忙的地铁，每天运送旅客超过800万人次。 （3）巴西地铁是世界上最干净和最安全的。 （4）俄罗斯莫斯科地铁是世界上最大和最快的地铁，列车速度可达120Km/h。

5.2.3 城市轻轨与地下铁道 注意： 地铁有建于地下的、地面的、高架的；而轻轨铁路同样有建于地下、地面、高架的。两者区分主要视其单向最大高峰小时。客流量地铁能适宜的单向最大高峰小时客流量3～6万人次，轻轨能适应的单向最大高峰小时客流量为1～3万人次。

世界著名地铁排名： 5.2.3 城市轻轨与地下铁道 （1）英国伦敦 （2）法国巴黎 （3）俄罗斯莫斯科 （4）西班牙马德里 （5）日本东京 （6）韩国首尔 （7）美国纽约 （8）加拿大蒙特利尔 （9）中国北京 （10）中国香港

5.2.4 磁悬浮铁路 一、磁悬浮铁路的由来 1、磁悬浮铁路上运行的列车，是利用电磁系统产生的吸引力和排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在线路上，利用电磁力进行导向，并利用直流电机将电能直接转换成推进力来推动列车前进。 2、轮轨粘着式→非粘着式超高速铁路 3、常规磁铁吸引式悬浮系统（EMS系统）与排斥式悬浮系统（EDS系统）

5.2.4 磁悬浮铁路 二、磁悬浮列车的组成 分为三部分：悬浮系统、推进系统和导向系统 磁悬浮列车的组成

5.2.4 磁悬浮铁路 磁悬浮列车悬浮系统的组成示意图

5.2.4 磁悬浮铁路 磁悬浮列车推进系统的组成示意图

5.2.4 磁悬浮铁路 导向系统是一种测向力来保证悬浮的机车能够沿着导轨的方向运动。必要的推力与悬浮力相类似，也可以分为引力和斥力。在机车底板上的同一块电磁铁可以同时为导向系统和悬浮系统提供动力，也可以采用独立的导向系统电磁铁。

5.2.4 磁悬浮铁路 日本的磁悬浮列车

5.2.4 磁悬浮铁路 日本于1962年开始研究常导磁悬浮铁路。2003年7月31日，在日本山梨县的一处山野中，时速高达500km/h的磁悬浮列车首次进行了试验。

5.2.4 磁悬浮铁路 德国的磁悬浮列

5.2.4 磁悬浮铁路 1922年，德国的赫尔肯珀提出了电磁悬浮原理，并在1934年申请了磁悬浮列车的专利。 德国从1968年开始研究磁悬浮列车，目前，德国在常导磁悬浮铁路研究方面的技术已趋于成熟。

5.2.4 磁悬浮铁路 我国对磁悬浮铁路铁路的研究起步较晚，1989年我国第一台磁悬浮试验列车，在湖南长沙的国防科技大学建成，试验运行速度为10m/s。

5.2.4 磁悬浮铁路 中国上海的磁悬浮列车

5.2.4 磁悬浮铁路 上海磁悬浮列车由中德两国合作开发的世界第一条磁悬浮商运线，2001年3月1日在浦东挖下第一铲，2002年12月31日全线试运行，2003年1月4日正式开始商业运营。

5.2.4 磁悬浮铁路 三、磁浮铁路的优缺点 优点： 1、克服了传统轮轨铁路提高速度的主要障碍，发展前景广阔。 2、速度高，可达400 ～ 600 km/h 3、列车能耗低

5.2.4 磁悬浮铁路 缺点： 1、由于磁悬浮系统是以电磁力完成悬浮、导向和驱动功能的，断电后磁悬浮的安全保障措施，尤其是列车停电后的制动问题仍然是要解决的问题。其高速稳定性和可靠性还需很长时间的运行考验。 2、常导磁悬浮技术的悬浮高度较低，因此对线路的平整度、路基下沉量及道岔结构方面的要求较超导技术更高。 3、超导磁悬浮技术由于涡流效应悬浮能耗较常导技术更大，冷却系统重，强磁场对人体与环境都有影响。 4、造价昂贵、不能利用既有线路以及速度优势不明显 。

5.3 飞机场工程 5.3.1 机场概况 一、民航运输机 1、干线运输机：载客量>100人，航程>3000km 莱特兄弟飞机视频

5.3.1 机场概况 Boeing777 空中客车380 协和超音速客机 MD90 各类民航飞机

5.3.1 机场概况 二、民航机场分类和组成 1、机场分类:国际机场、干线机场、支线机场 国际机场：指供国际航线用，并设有海关、边防检查、卫生防疫、动植物检疫和商品检验等联检机构的机场。 干线机场：指省会、自治区首府及重要旅游、开发城市的机场。 支线机场：指各省、自治区内地面交通不便的地方所建的机场，其规模通常较小。 2、机场的组成:主要由飞行区、旅客航站区、货运区、机务维修设施、供油设施、空中交通管制设施、安全保卫设施、救援和消防设施、行政办公区。生活区、生成辅助设施、后勤保障设施、地面交通设施及机场空域等组成。

(a)单条跑道 (b)平行跑道 (c)端部错位的平行的跑道 (d)增加垂直向的跑道(e)四条平行跑道 5.3.2 机场的跑道方案 机场跑道方案 (a)单条跑道 (b)平行跑道 (c)端部错位的平行的跑道 (d)增加垂直向的跑道(e)四条平行跑道

5.3.2 机场的跑道方案 一、跑道的分类与构成 跑道按其作用可分为：主要跑道、辅助跑道、起飞跑道等三种。 跑道的作用与构成包括：跑道道肩、停止道、跑道端的安全区 、净空道 、滑行道等

5.3.2 机场的跑道方案 二、机场跑道长度的限制条件

5.3.2 机场的跑道方案 三、机坪与机场净空区 机坪：等待坪和掉头坪 机场净空区：指飞机起飞着陆涉及的范围，沿着机场周围要有一个没有影响飞行安全的障碍物的区域。 国际民航组织对机场的净空区专门的要求如下图所示：

5.3.2 机场的跑道方案 机场净空区要求

5.3.3 航站区布局 航站区主要有航站楼、站坪及停车场所等组成。 上海浦东国际机场

5.3.3 航站区布局 一、航站楼 1、布局：平面布局和竖向布局 2、主要型式：线型、廊道型(上海浦东国际机场)、卫星型(原北京国际机场)、转运型 二、站坪、机场停车场与货运区

5.3.4 机场维护区及环境 一、机场维护区 机场维护区是飞机维修，供油设施、空中交通管制设施、安全保卫设施、救援和消防设施、行政办公区等设置的地方。

5.3.4 机场维护区及环境 二、机场环境问题 1、机场周围环境：声环境 、空气环境 、水环境 5.3.4 机场维护区及环境 二、机场环境问题 1、机场周围环境：声环境 、空气环境 、水环境 2、机场营运环境：净空环境 、电磁环境、预防鸟击飞机 3、机场内部环境：机场的内部环境保护重点是声环境 ， 机场建筑物要进行合理的声学设计 。

5.4 隧道工程 世界经济发展合作组织（OECD）对隧道所下的定义为：以某种用途，在地面下用任何方法按规定形状和尺寸，修筑的断面积大于2m2的洞室。 隧道的种类很多，按用途分,有铁路隧道、公路隧道、公铁两用隧道等；按断面形状分,有圆形隧道、拱形隧道、卵形隧道、矩形隧道等；按位置分，有傍山隧道、越岭隧道、水底隧道和地下隧道等；按衬砌结构分，有之墙式衬砌隧洞、曲墙式衬砌隧道、曲边墙叫仰拱衬砌隧道等；按隧道内铁路线路数分，有单线隧道、双线隧道和多线隧道等。

5.4 隧道工程 隧道结构： 洞身：隧道结构的主体部分。 衬砌：承受地层压力，维持岩体稳定，阻止坑道周围地层变形的永久性支撑物。它由拱圈、边墙、托梁和仰拱组成。 洞门——位于隧道出入口处，用来保护洞口土体和边坡稳定，排除仰坡流下的水。它由端墙、翼墙及端墙背部的排水系统所组成。 英吉利海峡隧道视频

5.4.1 公路隧道 一、公路隧道线路 公路隧道的各种主要断面形状

5.4.1 公路隧道 公路建筑限界 公路隧道横断面净空

5.4.1 公路隧道 二、公路隧道通风 公路隧道空气污染造成危害的主要原因是一氧化碳。 通风方式的种类：

5.4.1 公路隧道 三、公路隧道施工 施工的主要程序:

5.4.1 公路隧道 施工方法： 新奥法(NATM):新奥法的概念是奥地利学者拉布西维兹教授于1948年提出的，它是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法。 挪威法（NMT）：是20世纪90年代在西北欧隧道工程中发展起来的一种新方法，该法根据隧道质量指标Q值进行围岩分类并选定支护，是对新奥法的完善、补充和发展。

5.4.2 铁路隧道 一、地铁车站的站台型式： 岛式站台、侧式站台和岛侧混合式站台。

5.4.2 铁路隧道 二、地铁隧道施工 地下铁道的施工方法概括起来有两大施工方式：明挖法和暗挖法。 明挖法(基坑法)：从地面向下开挖，并在欲建地下铁道结构的位置进行结构的修建，然后在结构上部回填土及恢复路面。

5.4.2 铁路隧道 暗挖法 主要方法：盾构法、注浆法、沉管法和顶管法 盾构施工法的示意图

5.4.2 铁路隧道 盾构拼装出洞的顺序

5.4.3 水底隧道 在有大吨位船舶航行的水域，或穿越水域的铁路运量和输密度很大，或在城市内河流两岸建筑物密集区，经过技术经济比较，可考虑修建水底隧道。 水底隧道一般由岸边敞口段，岸边暗挖段和水底暗埋段三部分组成。

5.4.3 水底隧道

5.4.3 水底隧道 一、水底隧道埋置深度的影响因素 1、地质及水文地质条件 2、施工方法要求 3、抗浮稳定的需要 4、防护要求 二、水底隧道的断面形式 圆形断面、拱形断面、矩形断面

5.4.3 水底隧道 三、隧道防水 1、防水混凝土 2、壁后回填 3、围岩注浆 4、双层衬砌

5.4.3 水底隧道 四、世界著名的隧道工程 日本青函海底隧道 世界上最长的隧道

5.4.3 水底隧道 英吉利海峡隧道

5.4.3 水底隧道 仙尼斯隧道：连接法国、意大利两国，长12900米，双线，建于1857—1871年。 圣哥达隧道：位于瑞士境内，长15000米，双线，建于1872—1882年。 辛普伦隧道：连接瑞士意大利的一座铁路长隧道，长19800米。第一号隧道建于1896—1906年，第二号隧道建于1912—1921年。 美国最长的隧道是1925—1928年修建的长12540米的喀斯喀特隧道。 世界上最长的山岭隧道是位于日本上越新干线的大清水隧道，长22280米。

课外检索 1、查阅中国公路网，了解我国公路现状。 2、检索国内里程长度最长的前五条铁路。 3、任选一国家的首都机场和我国首都机场作定性 比较。 4、列举隧道开挖中的安全防范措施。