第五章 交通土建工程.

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1 第五章 交通土建工程

2 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

3 引言 铁路：运输能力大，运输成本和能耗低，通用性好，自然条件影响小。但“建设投资大，建设周期长”
航空：长距离客运及边远地区高档和急需物资的运输，但“运输成本高，能耗大” 管道：用于原油、成品油、煤炭的运输。 水路：以低廉的运价显示其明显的经济效益。 道路：可承担其他运输形式的客货集散与联系，承担铁路、水运、空运固线外的延伸任务。投资少，机动灵活。 趋势：铁路比重下降、公路运输比重上升，航空旅客运输量迅速增长。

4 5.1 道路工程 年代 总通车里程/km 高速公路/km 2002 110万 2.5万 2004 185万 3.4万 2010 230万
5.5万 道路是一种带状的三维空间人间构造物，包括路基、路面、桥梁 涵洞、隧道； 设计包括几何和构造 设计原则：最小的投资，荷载作用下保持良好状态和使用要求。

5 5.1 道路工程 5.1.1 道路工程的基本体系组成 道路工程基本体系组成图

6 5.1.1 道路工程的基本体系组成 城市道路 公路

7 5.1.1 道路工程的基本体系组成 分类： 高速公路，昼夜交通量在2.5万辆以上，全立交 一级公路，昼夜交通量在0.5~2.5万辆，部分立交
按通行量 二级公路，昼夜交通量在0.2~0.5万辆 三级公路，昼夜交通量在0.25万辆以下 四级公路，昼夜交通量在0.02万辆以下 按使用性质：分为国道、省道、县道、乡道和专用公路 我国秦朝已修驿道通马车。 罗马帝国以罗马为中心向外修建了29条道路，并划分为国道、地方道和乡村道。条条道路通罗马由此而来。 我国的国道编号规则：从北京起始的第一个数字为“1”；南北走向的第一个数字为“2”；东西走向的第一个数字为“3”。

8 国道网由１２条首都放射线、２８条南北线和３０条东西线组成；其中五纵七横构成骨干网，约3.5万公里。
五纵： 同江—三亚 北京—福州 北京—珠海 二连呼特—河口 重庆—湛江 七横： 绥芬河—满州里 丹东—拉萨 青岛—银川 连云港—霍尔果斯 上海—成都 上海—瑞利 衡阳—昆明

9 首都放射线 编号 路线名称及走向 里程(km) 101 北京—承德—沈阳 858 102 北京—山海关—沈阳—长春—哈尔滨 1231 103
北京—天津—唐沽 142 104 北京—南京—杭州—福州 2284 105 北京—南昌—广州—珠海 2361 106 北京—兰考—黄冈—广州 2497 107 北京—郑州—武汉—广州—深圳 2449 108 北京—太原—西安—成都—昆明 3356 109 北京—银川—兰州—西宁—拉萨 3763 110 北京—呼和浩特—银川 1063 111 北京—通辽—乌兰浩特—加格达奇 2034 112 北京环线［宣化—唐山(北) 天津—涞源(南)］ 942

10 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。

11 5.1.2 公路建设 二、公路的结构建设 路堤示意图

12 （1）公路路基建设 路基横断面形式：路堤、路堑和半填半挖三种 确定线路纵断面考虑的因素：土方量最小;满足坡长要求 由边坡稳定性确定
由线路纵断面设计确定 根据交通量和等级确定 路堑边坡 路基面宽度 天沟 设计高度 路堤边坡 路基面宽度 填土 设计高度 侧沟 侧沟 护道 自然地面 路堑示意图 自然地面 路堤示意图 确定线路纵断面考虑的因素：土方量最小;满足坡长要求

13 （1）公路路基建设 各级公路最小坡长 设计时速km/h 120 100 80 60 40 30 20 400 350 250 200 160
一般值 400 350 250 200 160 130 80 最小值 300 250 200 150 120 100 60 各级公路最长坡长 设计时速 120 100 80 60 40 30 20  纵 坡 度 % 3 900 1000 1100 1200 4 700 800 900 1000 1100 1100 1200 5 600 700 800 900 900 1000 6 500 600 700 700 800 7 500 500 600 8 300 400 9 200

14 （1）公路路基建设 路面宽度的确定依据 高速公路、一级公路 120、100 80 60 车道数 8 6 4 2×15.0 2×11.25
公路等级 高速公路、一级公路 设计速度 120、100 80 60 车道数 8 6 4 车道宽度 2×15.0 2×11.25 2×7.5 2×7.0 公路等级 二、三、四级公路 设计速度 80 60 40 30 20 车道数 2 1或2 车道宽度 7.5 7.0 6.5 3.5或6.0

15 5.1.2 公路建设 （2）公路路面建设 公路路面是用各种坚硬材料分层铺筑而成的路基顶面的结构物，保证汽车安全、迅速、舒适地行车，必须保证力学强度、稳定性、表面平整、抗滑能力。 低、中级路面 高级路面

16 （2）公路路面建设 柔性路面 碎石路面、各种沥青路面，刚度较小，抗拉强度低，荷载作用下变形大，路面弹性较好，无接缝，行车舒适性好；
柔性路面 碎石路面、各种沥青路面，刚度较小，抗拉强度低，荷载作用下变形大，路面弹性较好，无接缝，行车舒适性好； 刚性路面：水泥混凝土路面，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。 半刚性路面：无机结合料（水泥石灰）、水硬性材料（稳定土、砂）和工业废料（粉煤灰、矿渣）。后期强度增长较大。强度介于上述两者之间。不耐磨耗。

17 （3）公路排水结构物建设 纵向排水： 边沟、截水沟和排水沟； 横向排水：桥梁、涵洞、路拱、过水路面、透水路堤和渡水槽。

18 （4）公路特殊结构物建设 包括：隧道、悬出路台、防石廊、挡土墙、防护工程 （5）公路沿线附属结构建设
包括：交通管理设施、交通安全设施、服务设施和环境美化设施。

19 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

20 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。
普通公路与高速公路的转弯线形的比较

21 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

22 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

23 京津塘高速公路 属“五纵七横”国道主干 线组成部分，全 长142．69公里，工程竣工决算为22．52亿元。公路土木工程 于1987年12月23日开工，1993年9月竣工；电子与机电工程于1992年11月 28 日开工，1995年3月竣工。

24 沪宁高速1996年9月15日建成通车，1997年11月通过国家竣工验收。全长２７４km,总投资62. 1亿元，比概算节省8
2005年又投资３４亿扩建成八车道。

25 高速公路记录 世界最早的高速公路：波恩至科隆公路，1951年。 我国最早通车：沪嘉线，88年10月31日。
我国最早开工：沈大公路，84~90，375公里。 高速公路最多的国家：美国，8.9万公里。 我国现有高速公路总长度：41000公里。

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28 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。

29 5.2.1 铁路选线设计与路基 1、铁路选线设计 根据国家政治、经济、国防需要、自然条件、资源分布等 根据沿线地形、地质、水文条件
铁路选线设计与路基 1、铁路选线设计 根据国家政治、经济、国防需要、自然条件、资源分布等 根据沿线地形、地质、水文条件 研究布置线路上的各种建筑物如车站、桥梁、隧道、涵 洞、路基 设计包括线路平面与纵断面设计； 平面设计：铁路中心线在水平面上的投影，直线和曲线段 断面设计：铁路中心线在立面上的投影

30 铁路选线设计与路基 1、铁路选线设计 眼镜线 螺旋线

31 5.2.1 铁路选线设计与路基 路基是承受并传递轨道重力及列车动态作用的结构，是轨道的基础，土石结构 2、铁路路基设计
铁路选线设计与路基 2、铁路路基设计 路基是承受并传递轨道重力及列车动态作用的结构，是轨道的基础，土石结构 1、横断面形式有：路堤、半路堤、路堑、半路堑、不填不挖等 2、路基稳定性

32 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；
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

33 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

34 5.2.2 高速铁路 高速公路的线路设计应能保证列车按规定的最高车速，安全 平稳和不间断地运行，铁路曲线是决定行车速度的关键之一
高速铁路 高速公路的线路设计应能保证列车按规定的最高车速，安全 平稳和不间断地运行，铁路曲线是决定行车速度的关键之一 轨道的平顺性事解决列车提速的至关重要的问题； 高速列车的牵引动力是实现高速行驶的重要技术关键之一； 高速铁路的信号与控制系统是高速列车安全、高密度运行的 基本保证；

35 高速列车： 我国最早的准高速轮轨铁路：广—深线，183km/h。 世界运行最早：日本东海道新干线，64年10月，时速210km/h
日本于1872年修建第一条铁路 中国于1876年修建了第一条铁路 (上海——吴淞） 世界运行最快：法国大西洋铁路，时速300km/h。

36 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

37 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)

38 地铁： 世界运行最早：英国伦敦，1863年1月10日，长度6.2公里。 世界最多：美国纽约，30条线，总长432.4公里，498个车站。 客运量最大：莫斯科，总长255公里，25亿人次/年。 我国最早：北京，69年10月1日，30个车站。规划12条，300公里。

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40 南京地铁： 1号线，即南北线，共长24.8公里，由小行至新生圩和火车南站至安德门。线路为主城区中轴主干线，穿越市中心并向西端工业区放射。

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42 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）

43 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

44 5.2.4 磁悬浮铁路 磁悬浮列车悬浮系统的组成示意图

45 5.2.4 磁悬浮铁路 磁悬浮列车推进系统的组成示意图

46 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。

47 5.2.4 磁悬浮铁路 日本的磁悬浮列车

48 5.2.4 磁悬浮铁路 德国的磁悬浮列

49 5.2.4 磁悬浮铁路 中国上海的磁悬浮列车

50 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

51 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 。

52 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

53 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

54 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
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。

55 5.3.2 机场的跑道方案 机场跑道方案

56 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

57 5.3.2 机场的跑道方案 二、机场跑道长度的限制条件

58 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：

59 5.3.2 机场的跑道方案 机场净空区要求

60 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

61 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

62 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。

63 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
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 。

64 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。

65 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

66 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

67 5.4.1 公路隧道 公路建筑限界 公路隧道横断面净空

68 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：

69 5.4.1 公路隧道 三、公路隧道施工 施工的主要程序:

70 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。

71 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。

72 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。

73 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

74 5.4.2 铁路隧道 盾构拼装出洞的顺序

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76 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。

77 5.4.3 水底隧道

78 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

79 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

80 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

81 5.4.3 水底隧道 英吉利海峡隧道

82 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。

83 隧道记录 世界最大航运隧道： 法国罗浮隧道，7公里， 1920年建成。 世界最长隧道： 日本青函海底隧道，53.85公里，88.3.13建成
英吉利海底隧道：50公里，其中水下37.2公里，投资1000亿 英镑，87.7月开工，94年5月通车（原计划93年完工），施工 过程死10人，伤1千多人。 国内最长隧道：秦岭隧道，18.4公里，1999年11月建成。 我国内地已建成铁路隧道七千四百多座、总延长四千二百公里；公路隧道一七百九十余座、总长度近一千公里。

84 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。