隧道工程-第3講

1、隧道工程 第第3 3講講 隧道工程的規(guī)劃與勘察隧道工程的規(guī)劃與勘察邵邵 鵬鵬 中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院20222022年年3 3月月8 8日星期二日星期二III 隧道工程的規(guī)劃與勘察隧道工程的規(guī)劃與勘察l3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測l3.2 隧道圍巖分級隧道圍巖分級l3.3 隧道工程線路規(guī)劃隧道工程線路規(guī)劃l3.4 洞口位置及洞門形式選擇洞口位置及洞門形式選擇3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測l1. 地質(zhì)調(diào)查測繪的總體要求地質(zhì)調(diào)查測繪的總體要求l 查查明明預(yù)測預(yù)測地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造等地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造等煤層、氣田、采

2、空區(qū)；不良地層、特殊巖土煤層、氣田、采空區(qū)；不良地層、特殊巖土橫洞、豎井、斜井、導(dǎo)坑等的地質(zhì)條件橫洞、豎井、斜井、導(dǎo)坑等的地質(zhì)條件淺埋及洞口段覆蓋層厚度、風(fēng)化破碎、水淺埋及洞口段覆蓋層厚度、風(fēng)化破碎、水接長明洞地段明洞基地的工程地質(zhì)接長明洞地段明洞基地的工程地質(zhì)偏壓；地溫；巖爆、大變形的可能性偏壓；地溫；巖爆、大變形的可能性確定確定分段確定隧道圍巖分級分段確定隧道圍巖分級評評價價l2. 工程地質(zhì)調(diào)查與勘察的內(nèi)容工程地質(zhì)調(diào)查與勘察的內(nèi)容地形地貌地形地貌地層巖性地層巖性水文地質(zhì)水文地質(zhì)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造不良地層不良地層崩塌崩塌巖溶巖溶土洞土洞滑坡滑坡泥石流泥石流3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測

3、隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測5l施工前三階段勘察的目標(biāo)內(nèi)容施工前三階段勘察的目標(biāo)內(nèi)容l1）可行性勘察階段）可行性勘察階段l預(yù)可研究預(yù)可研究：重點(diǎn)收集研究既有文獻(xiàn)資料：重點(diǎn)收集研究既有文獻(xiàn)資料l工可研究工可研究：確定隧道路線走向比選方案：確定隧道路線走向比選方案3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測6l2）初步勘察）初步勘察l目的目的：選擇隧道位置和初步確定圍巖類別：選擇隧道位置和初步確定圍巖類別l實(shí)施實(shí)施：巖土工程勘察單位，地質(zhì)工程師：巖土工程勘察單位，地質(zhì)工程師l內(nèi)容內(nèi)容：地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、特：地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、特殊地質(zhì)、不良地質(zhì)、地下水等殊地質(zhì)、不良地質(zhì)

4、、地下水等l方法：方法：踏勘、測繪、勘探踏勘、測繪、勘探l范圍：范圍：線路中線兩側(cè)線路中線兩側(cè)500-2000米米3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測7l成果成果：l隧道工程地質(zhì)說明書；隧道工程地質(zhì)說明書；l地質(zhì)平面圖、地質(zhì)柱狀圖；地質(zhì)平面圖、地質(zhì)柱狀圖；l地質(zhì)縱斷面圖、試驗(yàn)資料匯總表、航空地質(zhì)縱斷面圖、試驗(yàn)資料匯總表、航空照片、工程地質(zhì)照片、野外素描圖。照片、工程地質(zhì)照片、野外素描圖。3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測8地質(zhì)縱斷面圖9地質(zhì)柱狀圖10l3）詳細(xì)勘察）詳細(xì)勘察l目的目的：為隧道位置最終確定、技術(shù)設(shè)計(jì)：為隧道位置最終確定、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工計(jì)劃和預(yù)算提

5、供資料、施工計(jì)劃和預(yù)算提供資料l實(shí)施實(shí)施：巖土工程勘察設(shè)計(jì)單位：巖土工程勘察設(shè)計(jì)單位l內(nèi)容內(nèi)容：巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地表水及地下：巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地表水及地下水、地下資源水、地下資源3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測11l【巖性調(diào)查巖性調(diào)查】巖石種類、巖石特征、松散堆積物、巖巖石種類、巖石特征、松散堆積物、巖石物理力學(xué)性質(zhì)、風(fēng)化變質(zhì)情況石物理力學(xué)性質(zhì)、風(fēng)化變質(zhì)情況l【構(gòu)造調(diào)查構(gòu)造調(diào)查】地層、巖層產(chǎn)狀、褶皺、斷層、破碎帶地層、巖層產(chǎn)狀、褶皺、斷層、破碎帶、解理、圍巖完整性、解理、圍巖完整性l【水的調(diào)查水的調(diào)查】涌水與枯水狀態(tài)、含水層與隔水層、補(bǔ)涌水與枯水狀態(tài)、含水層與隔水層、補(bǔ)給來

6、源給來源l【資源調(diào)查資源調(diào)查】礦物資源、天然氣、溫泉、地?zé)岬鹊V物資源、天然氣、溫泉、地?zé)岬萳【調(diào)查范圍調(diào)查范圍】隧道中線兩側(cè)各隧道中線兩側(cè)各200-500m，洞口外延，洞口外延100m3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測12l詳細(xì)勘察應(yīng)提供的資料詳細(xì)勘察應(yīng)提供的資料l概況概況：目的、場所、范圍、內(nèi)容、方法、時間：目的、場所、范圍、內(nèi)容、方法、時間及人員及人員l地形地質(zhì)概況及巖石種類地形地質(zhì)概況及巖石種類：地形、地貌概況、：地形、地貌概況、區(qū)域地質(zhì)、氣象及周邊環(huán)境、物理力學(xué)性質(zhì)及區(qū)域地質(zhì)、氣象及周邊環(huán)境、物理力學(xué)性質(zhì)及地層分布，褶皺、斷層、破碎帶等及其影響。地層分布，褶皺、斷層、

7、破碎帶等及其影響。3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測13l相關(guān)圖樣相關(guān)圖樣：l 地形地質(zhì)平面圖、地質(zhì)縱斷面圖、洞口地形地質(zhì)平面圖、地質(zhì)縱斷面圖、洞口附近地形圖及地質(zhì)縱斷面圖和橫斷面圖附近地形圖及地質(zhì)縱斷面圖和橫斷面圖l圍巖分級圍巖分級、重大地質(zhì)評價，鉆探、試驗(yàn)、重大地質(zhì)評價，鉆探、試驗(yàn)資料整編資料整編l隧道選線、設(shè)計(jì)、施工隧道選線、設(shè)計(jì)、施工注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)及進(jìn)一及進(jìn)一步調(diào)查步調(diào)查建議建議3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測14氣象調(diào)查（補(bǔ)充）氣象調(diào)查（補(bǔ)充）l目的目的：氣象與洞口車輛安全行駛有很大影響；氣象條氣象與洞口車輛安全行駛有很大影響；氣象條件對施工建

8、筑材料和構(gòu)造物有很大影響。件對施工建筑材料和構(gòu)造物有很大影響。l內(nèi)容內(nèi)容： 降雨與降雪降雨與降雪 氣溫與地溫氣溫與地溫 風(fēng)向與風(fēng)速風(fēng)向與風(fēng)速 霧霧 雪崩雪崩 洪水洪水15工程環(huán)境調(diào)查（補(bǔ)充）工程環(huán)境調(diào)查（補(bǔ)充）l目的目的：周邊環(huán)境與隧道修建營運(yùn)相互影響：周邊環(huán)境與隧道修建營運(yùn)相互影響l內(nèi)容內(nèi)容：l（1）自然環(huán)境）自然環(huán)境：水、泉、澤、湖、植、礦、：水、泉、澤、湖、植、礦、動植物動植物;l（2）社會環(huán)境）社會環(huán)境：農(nóng)田、水利、建筑物、地下：農(nóng)田、水利、建筑物、地下管線、文物、遺址管線、文物、遺址;16工程環(huán)境調(diào)查（補(bǔ)充）工程環(huán)境調(diào)查（補(bǔ)充）l（3）生活環(huán)境）生活環(huán)境：用水、交通、噪聲、振動；：用

9、水、交通、噪聲、振動；地下水流失、地層塌陷、廢棄排放與民眾生活地下水流失、地層塌陷、廢棄排放與民眾生活l（4）施工條件）施工條件：便道、施工場地、棄渣場地：便道、施工場地、棄渣場地、供水、供電、通信、建材來源品質(zhì)數(shù)量、供水、供電、通信、建材來源品質(zhì)數(shù)量l（5）工程環(huán)境評價）工程環(huán)境評價：現(xiàn)狀、預(yù)測、評價和保：現(xiàn)狀、預(yù)測、評價和保護(hù)措施護(hù)措施l實(shí)例：敘嶺關(guān)隧道實(shí)例：敘嶺關(guān)隧道l隧道隧道1/31/3段穿越可溶段穿越可溶巖碳酸鹽巖類地質(zhì)巖碳酸鹽巖類地質(zhì)區(qū)。最大一處溶洞長區(qū)。最大一處溶洞長寬高分別約寬高分別約200m200m、60m60m、30m30m。直徑。直徑5m5m以下的溶以下的溶槽、溶穴、溶縫

10、就在槽、溶穴、溶縫就在30003000個以上。個以上。4646個大個大溶洞、溶洞、6 6條暗河外加漏條暗河外加漏斗、涌突水、低瓦斯斗、涌突水、低瓦斯等復(fù)雜地貌。等復(fù)雜地貌。3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 王迎超王迎超 3. 3. 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)（1 1）意義）意義（2 2）方法）方法 常規(guī)地質(zhì)法常規(guī)地質(zhì)法 超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法 超前鉆探預(yù)報(bào)法超前鉆探預(yù)報(bào)法 物探方法（物探方法（地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)技術(shù)、地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)技術(shù)、TSPTSP預(yù)報(bào)技預(yù)報(bào)技術(shù)術(shù)） 3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測192021

11、223.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測（3）地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報(bào)技術(shù)）地質(zhì)雷達(dá)超前預(yù)報(bào)技術(shù)1）地質(zhì)雷達(dá)探測系統(tǒng)）地質(zhì)雷達(dá)探測系統(tǒng)3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測2）探測原理）探測原理發(fā)射機(jī)通過天線發(fā)射發(fā)射機(jī)通過天線發(fā)射脈沖電脈沖電磁波磁波訊號。當(dāng)這一訊號在介訊號。當(dāng)這一訊號在介質(zhì)中遇到有物性差異的探測質(zhì)中遇到有物性差異的探測目標(biāo)時，電磁波在不同物性目標(biāo)時，電磁波在不同物性界面發(fā)生界面發(fā)生反射反射，產(chǎn)生一個反，產(chǎn)生一個反射訊號。訊號通過接收天線射訊號。訊號通過接收天線輸入到接收機(jī)，放大后由示輸入到接收機(jī)，放大后由示波器顯示出來。根據(jù)示波器波器顯示出來。根據(jù)示波器

12、窗口顯示的目標(biāo)物體反射波窗口顯示的目標(biāo)物體反射波雙程時間雙程時間多少和探測點(diǎn)平均多少和探測點(diǎn)平均介質(zhì)速度，可以計(jì)算出探測介質(zhì)速度，可以計(jì)算出探測目標(biāo)（反射界面）的深度。目標(biāo)（反射界面）的深度。3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測3）應(yīng)用）應(yīng)用彭武高速長灘隧道3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測含大量水的巖溶彭武高速長灘隧道3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測上部巖溶下部溶隙（4）TSP超前預(yù)報(bào)技術(shù)超前預(yù)報(bào)技術(shù)1）TSP測試系統(tǒng)測試系統(tǒng)3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測l（2）探測原理）探測原理3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工

13、程地質(zhì)調(diào)查與勘測l3）探測流程）探測流程3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測l l 3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測l4）應(yīng)用）應(yīng)用l l 3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測l l 3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測l（5）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分級（）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分級（P57）l 3.1 隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測3.2 隧道圍巖分級隧道圍巖分級l1. 基本概念基本概念l圍巖圍巖：隧道周圍一定范圍內(nèi)，對其穩(wěn)定性產(chǎn)生隧道周圍一定范圍內(nèi)，對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的巖體影響的巖體。（巖塊。（巖塊+ +結(jié)構(gòu)面結(jié)構(gòu)面+ +地質(zhì)環(huán)

14、境）地質(zhì)環(huán)境）l圍巖分級：圍巖分級：是指根據(jù)巖體完整程度和巖石強(qiáng)度是指根據(jù)巖體完整程度和巖石強(qiáng)度等指標(biāo)將無限的巖體序列劃分為具有不同穩(wěn)定等指標(biāo)將無限的巖體序列劃分為具有不同穩(wěn)定程度的有限個類別，即將穩(wěn)定性相似的一些圍程度的有限個類別，即將穩(wěn)定性相似的一些圍巖劃歸為一類，將全部的圍巖劃分為若干類。巖劃歸為一類，將全部的圍巖劃分為若干類。 3.2 隧道圍巖分級隧道圍巖分級l2. 圍巖的基本工程性質(zhì)圍巖的基本工程性質(zhì)l 物理性質(zhì)、水理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)物理性質(zhì)、水理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)3.2 隧道圍巖分級隧道圍巖分級l破壞形式破壞形式 塊狀運(yùn)動塊狀運(yùn)動 彎曲折斷破壞彎曲折斷破壞 脆性破壞脆性破壞 松動解脫松動

15、解脫塑性變形和剪切變形塑性變形和剪切變形l3. 隧道圍巖分級方法隧道圍巖分級方法l（1）分級的基本要素）分級的基本要素第第I I類：類：與巖性有關(guān)的要素。分類指標(biāo)采用巖石強(qiáng)度和與巖性有關(guān)的要素。分類指標(biāo)采用巖石強(qiáng)度和變形性質(zhì)等。變形性質(zhì)等。 第第IIII類：類：與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素。在劃分圍巖級別中占與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素。在劃分圍巖級別中占有重要地位。有重要地位。第第IIIIII類：類：與地下水有關(guān)的要素。與地下水有關(guān)的要素。第第IVIV類：與隧道跨度和施工方法有關(guān)的因素。類：與隧道跨度和施工方法有關(guān)的因素。3.2 隧道圍巖分級隧道圍巖分級（2）分級方法）分級方法1）以巖石強(qiáng)度或物性指標(biāo)分級法

16、）以巖石強(qiáng)度或物性指標(biāo)分級法 巖石堅(jiān)固性系數(shù)分級法巖石堅(jiān)固性系數(shù)分級法2）以巖石構(gòu)造、巖性特征分級法）以巖石構(gòu)造、巖性特征分級法 巖體綜合分級法（巖體綜合分級法（20世紀(jì)世紀(jì)60年代）年代）3.2 隧道圍巖分級隧道圍巖分級3）與地質(zhì)勘探聯(lián)系的分級法）與地質(zhì)勘探聯(lián)系的分級法 彈性波速度分級、巖石質(zhì)量分級（彈性波速度分級、巖石質(zhì)量分級（RQD）4）組合量化多種因素的分級法）組合量化多種因素的分級法 巴頓巖體質(zhì)量巴頓巖體質(zhì)量Q分級法分級法3.2 隧道圍巖分級隧道圍巖分級（3）我國鐵路隧道圍巖分級方法（表）我國鐵路隧道圍巖分級方法（表3.2.2） 特點(diǎn)：給出了單線隧道開挖后的穩(wěn)定狀態(tài)特點(diǎn)：給出了單線隧

17、道開挖后的穩(wěn)定狀態(tài) 尚未考慮地下水和地應(yīng)力尚未考慮地下水和地應(yīng)力修正分級修正分級：1）分級時按無水考慮，根據(jù)地下水）分級時按無水考慮，根據(jù)地下水狀態(tài)適當(dāng)降低狀態(tài)適當(dāng)降低12級；級； 2）高應(yīng)力巖體按類似方法處理。）高應(yīng)力巖體按類似方法處理。3.2 隧道圍巖分級隧道圍巖分級1. 地形條件與隧道位置的選擇地形條件與隧道位置的選擇（1）高程障礙）高程障礙 3.3 隧道工程線路規(guī)劃隧道工程線路規(guī)劃繞行方案繞行方案深路塹方案深路塹方案隧道越嶺方隧道越嶺方案案（2）平面障礙）平面障礙沿河傍山繞行方案沿河傍山繞行方案 隧道直穿方案隧道直穿方案3.3 隧道工程線路規(guī)劃隧道工程線路規(guī)劃解放前修解放前修的京廣線的

18、京廣線目前的大瑤山隧道目前的大瑤山隧道上檔下支上檔下支病害不斷病害不斷武水河武水河2. 地質(zhì)條件與隧道位置的選擇地質(zhì)條件與隧道位置的選擇（1）單斜構(gòu)造）單斜構(gòu)造 水平或緩傾角巖層水平或緩傾角巖層 陡傾角巖層陡傾角巖層 直立巖層直立巖層3.3 隧道工程線路規(guī)劃隧道工程線路規(guī)劃（2）褶皺構(gòu)造）褶皺構(gòu)造 避開軸部，布置于翼部避開軸部，布置于翼部（3）斷層、接觸帶）斷層、接觸帶 盡量避開，不能避開則使線路與斷層正交盡量避開，不能避開則使線路與斷層正交3.3 隧道工程線路規(guī)劃隧道工程線路規(guī)劃3. 不良地質(zhì)與特殊地質(zhì)區(qū)隧道位置的選擇不良地質(zhì)與特殊地質(zhì)區(qū)隧道位置的選擇（1）不良地質(zhì)）不良地質(zhì)不良地質(zhì)不良地質(zhì)

19、：指滑坡、錯落、坍塌、巖錐、危巖、：指滑坡、錯落、坍塌、巖錐、危巖、落石、巖溶、陷穴、泥石流、流砂、斷層、褶落石、巖溶、陷穴、泥石流、流砂、斷層、褶皺、涌水及第四紀(jì)堆積層等不良地段。皺、涌水及第四紀(jì)堆積層等不良地段。 盡量避開，或最小穿越盡量避開，或最小穿越3.3 隧道工程線路規(guī)劃隧道工程線路規(guī)劃（2）特殊地質(zhì)）特殊地質(zhì)特殊地質(zhì)特殊地質(zhì)：指膨脹巖（土）、含鹽地層、煤系地：指膨脹巖（土）、含鹽地層、煤系地層、黃土、多年凍土、地震地區(qū)以及水庫塌岸層、黃土、多年凍土、地震地區(qū)以及水庫塌岸區(qū)等。區(qū)等。3.3 隧道工程線路規(guī)劃隧道工程線路規(guī)劃盡量避開，或最小穿越盡量避開，或最小穿越1. 洞口位置選擇原則

20、（早進(jìn)晚出原則）洞口位置選擇原則（早進(jìn)晚出原則）1）不宜設(shè)在埡口溝谷中心或溝底低洼處，選溝谷一側(cè)）不宜設(shè)在埡口溝谷中心或溝底低洼處，選溝谷一側(cè)3.4 洞門位置與洞口形式選擇洞門位置與洞口形式選擇中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 邵鵬邵鵬2）洞口應(yīng)盡量避開不良地層段）洞口應(yīng)盡量避開不良地層段3）通過巖壁陡立、基巖裸露處，最好不刷動或少刷動）通過巖壁陡立、基巖裸露處，最好不刷動或少刷動原生地表，保持山體的自然平衡。原生地表，保持山體的自然平衡。 3.4 洞門位置與洞口形式選擇洞門位置與洞口形式選擇中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院 邵鵬邵鵬4 4）漫坡地形減少路塹長度，延長隧道，提前進(jìn)洞。）漫坡地形減少路塹長度，延長隧道，提前進(jìn)洞。5 5）隧道洞口中線宜與地形等高線正交或近正交）隧道洞口中線宜與地形等高線正交或近正交6 6）傍山隧道洞口中線與等高線夾角不宜小于）傍山隧道洞口中線與等高線夾角不宜小于4545。洞。洞口根據(jù)橫坡或仰坡采用臺階式或明洞門口根據(jù)橫坡或仰坡采用臺階式或明洞門3.4 洞門位置與洞口形式選擇洞門位置與洞口形式選擇中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院中國