隧道工程-第1章 隧道工程勘測設計

1、隧 道 工 程第 1 章 隧道工程勘測設計1第 1 章 隧道工程勘測設計 隧道工程的勘測設計一般分為兩階段進行： 初測階段：初步設計提供資料，應完成的勘測工作有：隧道所在地區(qū)自然條件的調(diào)查、隧道工程對周圍環(huán)境影響的調(diào)查、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)的勘查、地形測量、導線測量等。 定測階段：是根據(jù)有關單位批準的初步設計文件及審核意見，在初測基礎上進一步核對、落實、深化相關勘測資料，對復雜地質(zhì)問題給出可靠性結(jié)論，為施工圖設計提供資料。 對于長大隧道或地形、地質(zhì)條件復雜的隧道，應采用兩階段勘測；對于地形及地質(zhì)條件較簡單的中、短隧道可以考慮采用一階段勘測。2第 1 章 隧道工程勘測設計1.1 隧道工程勘察1.2

2、 隧道位置選擇1.3 隧道洞口位置的選定1.4 隧道線路設計3本節(jié)主要內(nèi)容：隧道勘測的基本內(nèi)容自然地理概況調(diào)查地質(zhì)調(diào)查環(huán)境調(diào)查氣象調(diào)查1.1 隧道工程勘察4 通過多種方案的比選，確定隧道的平面、縱斷面線形。1.1.1 隧道勘測的基本內(nèi)容1.隧道工程調(diào)查 調(diào)查隧道穿越地段的地質(zhì)、地貌、環(huán)境生態(tài)等自然條件，它們與隧道工程有著密切的關系。2.隧道線路確定3.隧道洞口位置選擇1.1 隧道工程勘察51.1.2 自然地理概況調(diào)查1.地形資料2.地質(zhì)資料地形圖 1/500001/25000 主要用于線路規(guī)劃 1/50001/1000 主要用于隧道方案的比選重要的長大隧道也可以考慮采用航空照片或衛(wèi)星照片地質(zhì)圖

3、和說明書。1/2000001/50000比例尺的地質(zhì)圖長大隧道還應參考航空照片以及遙感資料1.1 隧道工程勘察63.工程資料4.氣象資料1.1.2 自然地理概況調(diào)查 在隧道附近的土建工程往往可以提供不少資料，如道路邊坡的巖石露頭和其它土木工程所記錄的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)資料。這些資料可以由施工記錄和工程報告總結(jié)等文件中得到。 氣溫、氣壓、降水、水溫、地溫等從氣象臺站和各種資料期刊、匯編、年鑒等處獲得75.用地及環(huán)境資料6.災害資料1.1.2 自然地理概況調(diào)查用地：工程用地和施工用地 調(diào)查既有建筑：居民住宅、通訊設施、 排水設施、交通設施等環(huán)境資料：自然環(huán)境，文物古跡、 自然保護區(qū)、居民環(huán)境等，

4、隧道所在地區(qū)歷史上的暴雨、臺風、地震、滑坡等發(fā)生的規(guī)模、頻度81.1.3 地質(zhì)調(diào)查(1)工程地質(zhì)特征(2)水文地質(zhì)特征(3)不良地質(zhì)和特殊地質(zhì)現(xiàn)象(4)地震烈度(5)有害氣體和放射性物質(zhì)1. 調(diào)查內(nèi)容1.1 隧道工程勘察91.1.3 地質(zhì)調(diào)查2.調(diào)查步驟(1)地形地質(zhì)的初步調(diào)查 (2)地質(zhì)詳查 3.調(diào)查手段(1)傳統(tǒng)手段：鉆探法 (2)物探：電阻與彈性波法 (3)其他技術：遙感 10數(shù)字實時成像地質(zhì)雷達 地質(zhì)鉆探 1112(3)設計及施工時應注意的問題及對進一步調(diào)查的 建議1.1.3 地質(zhì)調(diào)查4.地下水調(diào)查5.應提供的資料(1)概述 地下水對隧道施工與運營都會產(chǎn)生較大的影響和危害 (2)地形地

5、質(zhì)說明 (4)相關圖紙 131.1.3 地質(zhì)調(diào)查6.應交付的相關圖紙線路地形圖 (比例1/20001/5000)；洞口附近地形圖(比例1/500)，沿線路中線每側(cè)各 100米的范圍進行；地質(zhì)平面圖；地質(zhì)縱斷面圖(比例1/5001/2000)；洞口附近地質(zhì)縱斷面圖(比例1/200)以及洞口附近 地質(zhì)橫斷面圖若干。 14隧道線路平面圖實例15隧道縱斷面圖實例16隧道洞口位置地形平面圖實例17181.1.4 環(huán)境調(diào)查 1.自然環(huán)境調(diào)查 2.地物調(diào)查 3.生活環(huán)境調(diào)查 動、植物的生態(tài)狀況：種類、密度、分布、季節(jié)性變化地表水、地下水狀況 土地利用狀況：用途、面積范圍等 文物古跡、風景區(qū)等 已有構(gòu)建物：通

6、訊設施、民房、地下管網(wǎng)等 廢氣、噪聲、振動、地面下沉等，對居住環(huán)境、自然資源和已有地物的影響1.1 隧道工程勘察191.1.5 氣象調(diào)查 降雨: 年、月平均、日最大、小時最大降雨量 降雪: 最大降雪日、最大積雪量、積雪期、 最大日降雪量、雪密度、雪溫 氣溫、地溫：年平均氣溫、絕對最高最低氣溫、日溫差； 凍結(jié)期、凍結(jié)深度、多年凍土深度、水溫 風向、風速：頻率分布(年間、月間、日間) 霧：發(fā)生日數(shù)(頻度、滯留時間及其能見度) 洪水：洪水量、水位、時期 1.1 隧道工程勘察20第 1 章 隧道工程勘測設計1.1 隧道工程勘察1.2 隧道位置選擇1.3 隧道洞口位置的選定1.4 隧道線路設計21本節(jié)主

7、要內(nèi)容：概述越嶺隧道位置的選擇傍山(河谷)隧道位置的選擇不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇1.2 隧道位置選擇22 在山區(qū)修建鐵路或高等級公路時，隧道的比重往往是很大的，因此，選擇合理的隧道位置不僅是選線的重要組成部分，同時也關系著施工難易、工期長短、造價大小、運營安全和運輸效率。1.2.1 概述 1.隧道位置選擇的重要性1.2 隧道位置選擇23 主導因素： 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，因為它往往控制著線路方案的取舍和隧道位置的選擇 地形條件也是選定隧道位置的重要條件之一。1.2.1 概述 2.選擇隧道位置時考慮的主要因素（1）社會條件：政治、經(jīng)濟、國防對自然環(huán)境的影響（2）自然條件：工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、

8、地形、地貌等24進行全面的政治、經(jīng)濟、技術的綜合比較來確定在隧道位置選擇時，首先應查清：工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況 根據(jù)：不同地形特點結(jié)合：線路技術標準 通車期限 工程造價 施工及運營條件 節(jié)省土地等因素1.2.1 概述25 越嶺隧道地段，一般山巒起伏，地形陡峻，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件均較復雜，交通運輸條件也比較困難，施工及棄碴場地狹窄，隧道施工往往控制全線或部分地段的工期。1.2.2 越嶺隧道位置的選擇1.越嶺隧道的概念 通過山區(qū)的交通干線往往要翻越分水嶺，從一個水系進入另一個水系，這段線路稱之為越嶺線，線路為穿越分水嶺而修建的隧道稱為越嶺隧道。用于縮短線路，克服高程障礙。1.2 隧道位置選擇2

9、6 埡口的概念：當線路必須跨越分水嶺時，分水嶺的山脊線上高程較低處，即稱埡口。1.2.2 越嶺隧道位置的選擇2.選擇越嶺隧道的兩大要素平面位置與立面位置的選擇(1)平面位置的選擇 選擇埡口2728 埡口兩側(cè)溝谷引線工程大小、展線難易情況、線路順直與否，也是方案綜合比選的一個重要方面。1.2.2 越嶺隧道位置的選擇2.選擇越嶺隧道的兩大要素1)考慮重點 埡口的地形和地質(zhì)條件的好壞和隧道的長短。因為二者關系到施工的難易、工期的長短和運營的安全等問題。(1)平面位置的選擇29 然后進行可能通過的埡口、溝谷的比選。1.2.2 越嶺隧道位置的選擇 2)選擇埡口的方法 利用小比例尺地形圖(如軍用地圖)、航

10、空照片、 衛(wèi)星照片等； 根據(jù)線路的航空線方向和克服越嶺高程的不同要求 進行大面積選線，錄求可供越嶺的幾個埡口位置；2.選擇越嶺隧道的兩大要素(1)平面位置的選擇301.2.2 越嶺隧道位置的選擇31 成昆線從大渡河水系的牛日河進入安寧河水系的孫水河，需穿越小涼山分水嶺，該嶺與兩側(cè)高差約900余米，線路需克服越嶺的巨大高差，越嶺地段計有沙木拉打、瓦吉木、小相嶺、陽糯雪山四個埡口。1.2.2 越嶺隧道位置的選擇2.選擇越嶺隧道的兩大要素例如：成昆線沙木拉打隧道的比選線路方案隧道長（km）高程（m）線路長（km）沙木拉打6.421882243141.5瓦 吉 木14.519502077109.3小

11、相 嶺19.517821815109.3陽糯雪山25.81760180083.5321.2.2 越嶺隧道位置的選擇331.2.2 越嶺隧道位置的選擇34 隧道位置高，隧道長度短，施工工期短，但兩端展線長，線路拔起高度大，通過能力小，運營條件差； 隧道位置低，則與前者相反，但施工難度增加。 宜采用低位置方案，但必須進行多種因素綜合比選。2.選擇越嶺隧道的兩大要素 (2)立面位置的選擇選擇高程 越嶺隧道立面位置的選擇是指隧道越嶺標高的選擇。 埡口不同，越嶺標高，就會出現(xiàn)不同長度的隧道方案。1.2.2 越嶺隧道位置的選擇35 涼風埡方案(采用方案)：在雷神坡方案的基礎上，進一步壓低越嶺位置的較好方案

12、。越嶺隧道長4270米，拔起高度小、展線短、線路較順直。1.2.2 越嶺隧道位置的選擇2.選擇越嶺隧道的兩大要素 (2)立面位置的選擇選擇高程 例如：川黔線上的涼風埡隧道即為較為典型的例子。為穿越婁山山脈分水嶺的越嶺隧道，根據(jù)地形特點，選擇了三個主要方案進行比較： 馬鞍山方案：越嶺隧道長2810米，位置較高，線路需克服較大高差。 雷神坡方案：越嶺隧道長3490米，位置較馬鞍山方案較低，線路狀況大為改善，但該處為一大斷層，地質(zhì)條件不利；361.2.2 越嶺隧道位置的選擇371.2.2 越嶺隧道位置的選擇38 山區(qū)鐵路（或公路）除越嶺地段以外，線路大多是沿河傍山而行，在地勢陡峻的峽谷地段，常需修建

13、的隧道即為傍山隧道，也有稱之為河谷線隧道。1.2.3 傍山(河谷)隧道位置的選擇1.傍山隧道的概念 1.2 隧道位置選擇39傍山(河谷)隧道實例402.傍山隧道的特點 (1)依山傍水修建時，施工中容易破壞山體平衡，造成各種病害； (2)是在山體表層范圍內(nèi)修建隧道，常常遇到崩塌、滑坡、錯落、松散堆積及泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，地質(zhì)情況較為復雜； (3)一般埋深較淺，屬淺埋隧道和短隧道群，洞身覆蓋薄、易產(chǎn)生不對稱的偏壓情況； (4)河道狹窄，水流湍急沖刷力強，對山坡穩(wěn)定和隧道安全威脅較大。1.2.3 傍山(河谷)隧道位置的選擇41 傍山隧道在淺埋地段，要注意洞身覆蓋厚度問題。為保持山體穩(wěn)定和避免沖刷偏

14、壓、隧道位置宜往山體內(nèi)側(cè)靠，一般要求隧道外側(cè)最小覆蓋厚度應不小于下表中的數(shù)值。3.傍山隧道的位置選擇要點 (1)保證最小覆蓋層厚1.2.3 傍山(河谷)隧道位置的選擇42偏壓隧道外側(cè)拱肩山體最小覆蓋厚度t(m)地面坡1：m線別圍巖級別示意圖石土1；0.75雙線7.0*1：1單線*5.010.018.0雙線7.0*1：1.25雙線*18.0*1：1.5單線*4.08.016.0雙線7.011.016.030.01：2單線*4.06.012.0雙線*10.014.025.01：2.5單線*5.510.0雙線*13.020.0注：1. 級圍巖的t值可通過計算確定； 2. 、級圍巖的t值應扣除表面風化

15、破碎層和坡積層厚度； 3.“*”表示缺少統(tǒng)計資料，設計時可通過工程類比或經(jīng)驗設計取值。43 河岸存在中沖刷現(xiàn)象或河道窄、水流急，沖刷力強的地段，要考慮河岸受沖刷對山體和洞身穩(wěn)定的影響，隧道位置宜往山體內(nèi)側(cè)靠一些，有可能時，最好設在穩(wěn)定的巖層中。3.傍山隧道的位置選擇要點 (2)盡量內(nèi)靠1.2.3 傍山(河谷)隧道位置的選擇44 傍山隧道位置應考慮施工便道設置和既有公路的位置，應注意既有公路邊坡可能坍塌和便道施工對洞身穩(wěn)定的影響。3.傍山隧道的位置選擇要點 (3)注意周圍既有建筑對隧道穩(wěn)定的影響 1.2.3 傍山(河谷)隧道位置的選擇45 線路沿山嘴繞行應與直穿山嘴的隧道方案進行比較。如山嘴地段

16、地形陡峻、地質(zhì)復雜，河岸沖刷嚴重，以路塹或短隧道通過難以長期保證運營安全時，應盡可能用“裁彎取直”，以較長隧道方案通過。3.傍山隧道的位置選擇要點 (4)盡可能“裁彎取直” 1.2.3 傍山(河谷)隧道位置的選擇461.2.3 傍山(河谷)隧道位置的選擇471.2.3 傍山(河谷)隧道位置的選擇48 常見的不良地質(zhì)條件主要是指： 滑坡、崩坍、松散堆積、泥石流、巖溶及含鹽、含煤地層、地下水發(fā)育等地質(zhì)現(xiàn)象。1.2.4 不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇 大量工程實踐表明：不論是河谷線還是越嶺線。在具體選定隧道位置時都必須詳細研究地質(zhì)條件的影響，力求使隧道在較好的地質(zhì)條件下通過，盡量減少不良地質(zhì)條件的影響是

17、極力重要的。1.2 隧道位置選擇491.2.4 不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇1.滑坡地區(qū)50（2）層狀傾斜巖層沿某個軟弱面滑動1.2.4 不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇1.滑坡地區(qū)（1）山體可能沿某軟弱面滑動5152 懸崖陡壁地區(qū)，日久風化、產(chǎn)生張開節(jié)理和裂隙，不要把隧道置于地表不厚的傍山位置。1.2.4 不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇2.崩塌地區(qū) 53 巖石經(jīng)風化作用，分解和剝離成為大小不一的塊體，從山坡上方滾下，或沖刷夾持而堆積在山坡坡腳處，形成松散堆積體。隧道通過這類地區(qū)，開挖時極易發(fā)生坍方，給施工帶來困難。這時宜把隧道位置放在巖堆以下的穩(wěn)定巖體之中。1.2.4 不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇3.巖堆

18、地區(qū) 54 應避免把隧道放在沖積扇范圍以內(nèi)，以免堵塞隧道洞口，或建明洞，使泥石流在明洞頂通過。4.泥石流 1.2.4 不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇551.2.4 不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇5.溶洞地區(qū) 盡量避免或要有足夠的安全距離。56 （1）地下水 不宜從多水地區(qū)通過（隧道內(nèi)建橋）； （2）高地溫1.2.4 不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇6.瓦斯地區(qū) 隧道在通過煤層時會遇到甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)等有害氣體，容易引起火災、爆炸、最好避開，不得已時作好通風。7.其他 57第 1 章 隧道工程勘測設計1.1 隧道工程勘察1.2 隧道位置選擇1.3 隧道洞口位置的選定1.4 隧道線路設計58本

19、節(jié)主要內(nèi)容：洞口位置選定的重要性洞口位置選定的原則和要求1.3 隧道洞口位置的選定591.3.1 洞口位置選定的重要性 是隧道勘測設計的重要環(huán)節(jié)之一。洞口位置選擇好壞，將直接影響隧道施工、造價工期和運營安全。 選擇時要結(jié)合洞口的地形、地質(zhì)條件、施工、運營條件以及洞口的相關工程(橋涵、通風設施)綜合考慮。1.3 隧道洞口位置的選定 要避免單純經(jīng)濟觀點(所謂“等價點”)來選定隧道洞口 等價點的概念：每米路塹的造價是隨著路塹的挖深增大而顯著增大的，當路塹挖深達到某一程度時，其每米造價就會與每米隧道的造價相等，甚至超過。因此認為在二者造價相等的點就是路塹轉(zhuǎn)入隧道最經(jīng)濟合理的地方。 60 1.洞口應盡可

20、能設在山體穩(wěn)定、地質(zhì)較好處，不應設在排水困難的溝谷低洼中心。1.3.2 洞口位置選定的原則和要求總的原則：早進洞、晚出洞目的：確保施工、運營的安全 理由： (1)溝谷地勢狹窄，不利施工； (2)不利防洪、排水； (3)洼地一般地質(zhì)條件較差。1.3 隧道洞口位置的選定61 線路與等高線斜交無法避免時： 可采用斜交洞門，但圍巖類別應不小于級。且斜交角度一般不小于45 接長明洞 采用臺階式洞門1.3.2 洞口位置選定的原則和要求2.洞口應盡可能設在線路與地形等高線正交處62 理由：不使山體受擾動太甚，不使新開出的暴露面太大1.3.2 洞口位置選定的原則和要求3.隧道洞口的路肩設計標高，應高于洪水設計

21、標高、級鐵路、高速公路為100年一遇級與其他公路為50年一遇 設計標高=水位+0.5(壅水+波浪)4.邊坡、仰坡不宜開挖過高，以保證洞口安全 教材中表1-3列出了隧道設計規(guī)范允許的各級圍巖洞口最大開挖高度與邊仰坡坡率（見下表）63仰坡邊坡641.3.2 洞口位置選定的原則和要求隧道 洞口邊、仰坡控制高度圍巖分級 邊、仰坡坡率貼壁1:0.31:0.51:0.51:0.751:0.751:11:1.251:1.251:1.5高度(m)15202520251518201518注：設計開挖高度系從路基邊緣算起。651.3.2 洞口位置選定的原則和要求5.當隧道穿過懸崖陡壁時，可貼壁進洞 當隧道穿過懸崖

22、陡壁時，巖壁穩(wěn)定且落石或坍塌不可能時，一般不宜刷動原坡面，破壞地表植被，暴露風化破碎巖層，使洞口處于不利地位。66 若洞頂危巖活石難以清除，或支護上有落石掉塊危機行車安全時，應延伸洞口接長明洞至能坍落影響范圍以外35m。1.3.2 洞口位置選定的原則和要求5.當隧道穿過懸崖陡壁時，可貼壁進洞676.當洞口地形平緩時1.3.2 洞口位置選定的原則和要求 由于選定洞口位置有較大的伸縮范圍此時，此時應結(jié)合洞外填方路塹施工難易、路塹排水支農(nóng)要求、棄碴場地、施工力量及機械設備等情況全面考慮。7.注重環(huán)境保護6869第 1 章 隧道工程勘測設計1.1 隧道工程勘察1.2 隧道位置選擇1.3 隧道洞口位置的

23、選定1.4 隧道線路設計70本節(jié)主要內(nèi)容：隧道線路平面設計隧道線路縱斷面設計1.4 隧道線路設計71 隧道長度(起迄點)的計算 鐵路：洞門外表面與內(nèi)軌頂面的交點 公路：洞門外表面與路線中線的交點 概念：隧道平面是指隧道中心線在水平面的投影 隧道縱斷面是中心線展直后在垂直面的投影1.4 隧道線路設計72 (3)當洞外明線出現(xiàn)曲線時，最好要使曲線的緩直點(或直緩點)距洞口一定距離(如公路隧道應保證停車視距)。1.4.1 隧道線路平面設計 設計要點 (1)在地形地質(zhì)條件可能的情況下，應盡可能采用直線或大半徑曲線，避免小半徑曲線(曲線的缺點見教材)。 (2)隧道應盡量避免設反向曲線或復曲線，以利于運營施工。 1.4 隧道線路設計73 (4)公路隧道線路平面 公路隧道因為行駛的車輛不同。必須設置曲線時，要求曲線半徑不能太小，因為小半徑曲線會產(chǎn)生視距問題，即司機的通視不好，容易出交通事故。 隧道內(nèi)是禁止超車的，故不考慮超車視距要求；高速公路隧道和一級公路隧道應滿足停車視距要求；其他各級公路隧道應滿足會車視距要求。同時，從方便施工的角度考慮，也不宜采用設超高的平曲線(見下表)。 1.4.1 隧道線路平面設計 設計要點 74公路隧道不設超高的圓曲線最小半徑(m) 設計速度 (km/h)路拱1201008060403