隧道復(fù)習(xí)資料

1、第二章山嶺隧道的地質(zhì)調(diào)查與勘測(cè)二、隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測(cè)的內(nèi)容1、地形地貌主要是查明隧道通過(guò)地段的山體的自然情況，其中包括山坡的形態(tài)和坡度、河流 兩岸階地對(duì)稱(chēng)情況、山體埡口和鞍部的分水嶺的分布。分析上述自然情況與河流切割、 地質(zhì)構(gòu)造、巖層分布的關(guān)系。2、地層巖性要查明隧道通過(guò)地段的地層時(shí)代、地層程序、地層巖性及巖性變化，查明地層接 觸關(guān)系。要特別注意查明巖層的順序和厚度、巖性特征和物理力學(xué)性質(zhì)以及巖石的風(fēng) 化程度（表2-2-1）。調(diào)查中，要特別注意軟弱巖層的分布和厚度，如泥巖、煤層、鹽類(lèi)地層、膨脹性 地層和含大量黃鐵礦的地層等，因?yàn)樗鼈兪撬淼绹鷰r中的不穩(wěn)定巖層。在巖溶發(fā)育地 區(qū)，還要特別注意可

2、溶性巖層與不透水巖層接觸界面的分布，因?yàn)樗鼈兪菐r溶發(fā)育的 有力場(chǎng)所。3、水文地質(zhì)隧道通過(guò)地段的水文地質(zhì)工作包括下列內(nèi)容：（1）查明隧道通過(guò)地段的井、泉情況，分析水文地質(zhì)條件，判明地下水的類(lèi)型、 水質(zhì)、侵蝕性、補(bǔ)給來(lái)源等，預(yù)測(cè)洞身最大及正常分段涌水量，并取樣作水質(zhì)分析；（2）在巖溶發(fā)育區(qū)，應(yīng)分析突水、突泥的危險(xiǎn)，充分估計(jì)隧道施工誘發(fā)地面塌 陷和地表水漏失等破壞環(huán)境條件的問(wèn)題，并提出相應(yīng)工程措施意見(jiàn)；（3）特長(zhǎng)隧道與水文地質(zhì)條件復(fù)雜的中、長(zhǎng)隧道應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的水文地質(zhì)勘查與 評(píng)價(jià)工作。4、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造與隧道圍巖穩(wěn)定性和施工地質(zhì)災(zāi)害關(guān)系最密切，所以它是隧道工程地質(zhì) 勘察的核心工作。調(diào)查的重點(diǎn)是褶

3、皺、斷層、節(jié)理、侵入體或巖脈等。褶皺調(diào)查的主要內(nèi)容包括：褶皺的基本類(lèi)型、形態(tài)類(lèi)型、兩翼的地層時(shí)代和巖性、 褶皺核部的位置、褶皺軸線走向、軸面產(chǎn)狀等。斷層調(diào)查的主要內(nèi)容包括：斷層的存在和證據(jù)，斷層的位置和產(chǎn)狀，斷層的破碎 帶寬度和物質(zhì)組成，斷層的力學(xué)性質(zhì)等。節(jié)理調(diào)查的主要內(nèi)容包括：節(jié)理的組數(shù)和發(fā)育程度，主要節(jié)理的產(chǎn)狀（特別是節(jié) 理走向）和力學(xué)性質(zhì)，風(fēng)化裂隙的影響范圍和深度等。5、不良地質(zhì)不良地質(zhì)主要包括破碎帶、滑坡、泥石流、巖堆、巖溶、膨脹土等，地質(zhì)調(diào)查中 主要查明這些不良地質(zhì)是否存在及其性質(zhì)，存在的位置及其范圍，不良地質(zhì)的規(guī)模及 其對(duì)隧道施工和隧道本身的影響。特別地，地溫對(duì)深埋長(zhǎng)大隧道的施工有

4、很大影響。因?yàn)?，在地殼恒溫層（距地?035m)以下，深度每增加100m，溫度將增加3C,當(dāng)溫度超過(guò)38C時(shí)，在潮濕的隧 道內(nèi)施工將有很大困難，所以在高地溫地區(qū)要進(jìn)行地溫測(cè)試。五、勘探、測(cè)試工作要求勘探測(cè)試工作是隧道工程地質(zhì)勘測(cè)的重要內(nèi)容，特別是對(duì)復(fù)雜地質(zhì)、復(fù)雜地形條 件下施工的長(zhǎng)大、重點(diǎn)隧道更是如此。1、總體要求地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道宜采用綜合勘探方法。地質(zhì)條件復(fù)雜的深鉆孔應(yīng)綜合 利用。鉆孔位置和數(shù)量應(yīng)視地質(zhì)復(fù)雜程度而定。洞門(mén)附近覆土較厚時(shí)，應(yīng)布置勘 探孔；地質(zhì)復(fù)雜，長(zhǎng)度大于1000m的隧道，洞身應(yīng)按不同地貌及地質(zhì)單元布置勘探孔 查明地質(zhì)條件；主要的地質(zhì)界線，重要的不良地質(zhì)、特殊巖土地段，可能產(chǎn)

5、生突泥危 害地段等處應(yīng)有鉆孔控制；洞身地段的鉆孔位置宜布置在中線外側(cè)810m；鉆探完畢， 應(yīng)回填封孔。鉆探深度應(yīng)全路肩以下35m；遇溶洞、暗河及其他不良地質(zhì)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加 深至溶洞及暗河底以下5m。鉆探中應(yīng)作好水位觀測(cè)和記錄，探明含水層的位置和厚度，并取樣作水質(zhì) 分析。水文地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道，應(yīng)做水文地質(zhì)試驗(yàn)，測(cè)定地下水的流向、流速及巖 土的滲透性，計(jì)算涌水量，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)。應(yīng)取代表性巖土試樣進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。對(duì)有害礦體和氣體，應(yīng)取樣作定性、定量分析。2、探測(cè)的階段及其工作要求隧道工程地質(zhì)勘測(cè)的勘探工作分為初測(cè)階段和定測(cè)階段。第三節(jié)圍巖的基本工程性質(zhì)與圍巖分級(jí)一、巖體中的初始應(yīng)

6、力場(chǎng)初始地應(yīng)力場(chǎng)是指隧道開(kāi)挖前的圍巖的初始靜應(yīng)力場(chǎng)，它的形成與圍巖構(gòu)造、性 質(zhì)、埋藏條件以及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的歷史有密切關(guān)系，問(wèn)題比較復(fù)雜。圍巖的初始地應(yīng)力狀 態(tài)與施工引起的附加應(yīng)力狀態(tài)是不同的，它對(duì)坑道開(kāi)挖后圍巖應(yīng)力分布、變形和破壞 有著極其重要的影響?？梢哉f(shuō)，不了解圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)就無(wú)法對(duì)坑道開(kāi)挖后一系列 力學(xué)過(guò)程和現(xiàn)象做出正確評(píng)價(jià)。圍巖的初始應(yīng)力狀態(tài)一般受到兩類(lèi)因素的影響：第一類(lèi)因素有重力、溫度、圍巖 的物理力學(xué)性質(zhì)及構(gòu)造、地形等經(jīng)常性的因素；第二類(lèi)因素有地殼運(yùn)動(dòng)、地下水活動(dòng)、 人類(lèi)的長(zhǎng)期活動(dòng)等暫時(shí)性的或局部性的因素。因此，初始地應(yīng)力場(chǎng)由兩種力系構(gòu)成， 即b = b +b(2-3-1)式中：b自

7、重應(yīng)力分量；b t構(gòu)造應(yīng)力分量。自重應(yīng)力場(chǎng)這里以壓應(yīng)力為正；Y為巖體的重度；H為埋深。當(dāng)上覆巖體為多層不同的巖石時(shí)，則b =y H +y H + +y H =y Hz 1122n ni ii=1(2-3-2)式中：y i第i層巖體的重度；Hi 第i層巖體的厚度。該點(diǎn)的水平應(yīng)力b*、by主要是由巖體的泊松效應(yīng)引起的，按彈性理論應(yīng)為 寸 口.b=b= b= n L y H(2-3-3)式中：七一一計(jì)算應(yīng)力處巖體的泊松比。設(shè)X = /(1-r)，并謂之側(cè)壓力系數(shù)，則上式可以寫(xiě)成b =b = Xb(2-3-4)顯然，當(dāng)垂直應(yīng)力已知時(shí)，水平應(yīng)力的大小取決于圍巖的泊松比R。大多數(shù)圍巖 的泊松比在0.150

8、.35左右，因此，在自重應(yīng)力場(chǎng)中，水平應(yīng)力通常是小于垂直應(yīng)力 的。構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)由于形成構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的原因非常復(fù)雜，至今仍未被人類(lèi)完全認(rèn)識(shí)和解決，它在空 間的分布極不均勻，且隨時(shí)間的推移還不斷發(fā)生變化，是一個(gè)具有相對(duì)穩(wěn)定性的非穩(wěn) 定應(yīng)力場(chǎng)。因此，目前還很難用函數(shù)形式表達(dá)出構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)，它在整個(gè)初始應(yīng)力場(chǎng)中 的作用只能通過(guò)某些量測(cè)數(shù)據(jù)加以分析，找出一些規(guī)律性。據(jù)已發(fā)表的一些地應(yīng)力量 測(cè)資料表明：二、圍巖的基本工程性質(zhì)隧道圍巖是指地殼中受開(kāi)挖隧道影響的那一部分巖體。應(yīng)該指出，這里所定義的 圍巖并不具有尺寸大小的限制，它所包括的范圍是相對(duì)的，視研究對(duì)象而定。從力學(xué) 分析的角度來(lái)看，圍巖的邊界應(yīng)劃再因開(kāi)挖隧道

9、而引起的應(yīng)力變化可以忽略不計(jì)的地 方，或者說(shuō)在圍巖的邊界上因開(kāi)挖隧道而產(chǎn)生的位移應(yīng)該為零，這個(gè)范圍在橫斷面上 約為610倍的洞徑。若從區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的觀點(diǎn)來(lái)研究圍巖，其范圍要比上述數(shù)字大 得多。圍巖的工程性質(zhì)，一般包括三個(gè)方面：物理性質(zhì)、水理性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。而對(duì)圍 巖穩(wěn)定性最有影響的則是力學(xué)性質(zhì)，即圍巖抵抗變形和破壞的性能。圍巖既可以是巖 體，也可以是土體。有關(guān)巖體的力學(xué)性質(zhì)可參看巖石力學(xué)中有關(guān)內(nèi)容，有關(guān)土體 的力學(xué)性質(zhì)可參看土力學(xué)中有關(guān)內(nèi)容。本書(shū)就不做進(jìn)一步贅述。試驗(yàn)和實(shí)踐都已證明，巖體的變形、破壞以及應(yīng)力在巖體中的傳播途徑，除了受 結(jié)構(gòu)體巖石和結(jié)構(gòu)面控制外，還有一個(gè)重要因素，就是巖體的構(gòu)造特

10、征。和宇宙間一 切物體一樣，巖土體也是以它特有的結(jié)構(gòu)形式存在著，并彼此相區(qū)別。不同塊度、形 狀、產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)體構(gòu)成了各種巖體結(jié)構(gòu)類(lèi)型。巖體結(jié)構(gòu)與隧道開(kāi)挖空間以及后續(xù)襯砌結(jié)構(gòu)的組合，形成了一個(gè)嵌入人工建造的 圍巖結(jié)構(gòu)體系。所以隧道圍巖的變形、穩(wěn)定或失穩(wěn)與巖體結(jié)構(gòu)的關(guān)系十分密切，根據(jù) 工程實(shí)踐的觀察，圍巖破壞大致有以下五種情況。1、脆性破壞整體狀和塊狀結(jié)構(gòu)巖體，巖性堅(jiān)硬，在一般工程開(kāi)挖條件下表現(xiàn)穩(wěn)定，僅產(chǎn)生局 部掉塊。但再高應(yīng)力區(qū)，洞周應(yīng)力集中可引起“巖爆”，巖石成碎片射出并發(fā)出破裂 響聲，屬于脆性破裂。2、塊狀運(yùn)動(dòng)當(dāng)塊狀或?qū)訝顜r體受明顯的少數(shù)軟弱結(jié)構(gòu)面切割而形成塊體或數(shù)量有限的塊體 時(shí)，由于塊體間

11、的聯(lián)系很弱，在自重作用下，有向臨空面運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，逐漸形成塊體 塌落、滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、傾倒以及塊體擠出等失穩(wěn)破壞性態(tài)。塊體擠出是其受周?chē)鷰r體傳 來(lái)的應(yīng)力作用的結(jié)果。在支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖之間，如有較大孔隙而又未回填密實(shí)或根本 沒(méi)有回填，塊體運(yùn)動(dòng)可能對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊荷載，而使支護(hù)結(jié)構(gòu)破壞，見(jiàn)圖2-3-2 （a）。3、彎曲折斷破壞層狀巖體尤其是有軟弱夾層的互層巖體，由于層間結(jié)合力差，易于錯(cuò)動(dòng)，所以， 抗彎能力較低。洞頂巖體受重力作用易產(chǎn)生向下彎曲，進(jìn)而張裂、折斷形成塌落體， 見(jiàn)圖2-3-2（b）。邊墻巖體在側(cè)向水平力作用下彎曲變形而鼓出，也將對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn) 生壓力，嚴(yán)重時(shí)可使支護(hù)結(jié)構(gòu)折斷而坍塌。4、松動(dòng)解脫破

12、裂結(jié)構(gòu)巖體基本上是由碎塊組合而成的，在張拉力、單軸壓力、振動(dòng)力作用下 容易松動(dòng)，潰散（解脫）而成碎塊脫落。一般在洞頂表現(xiàn)為崩塌，在邊墻則為滑塌、 坍塌，見(jiàn)圖2-3-2（c）。5、塑性變形和剪切破壞散體結(jié)構(gòu)巖體（含土質(zhì)巖體）或破碎結(jié)構(gòu)巖體，若其中含有較多的軟弱結(jié)構(gòu)面，加之 地下水的作用，隧道開(kāi)挖后再?lài)鷰r應(yīng)力作用下，將產(chǎn)生塑性變形和剪切破壞。往往表 現(xiàn)為坍方、邊墻擠入、底鼓以及洞徑縮小等，而且變形的時(shí)間效應(yīng)比較明顯。有些含 蒙脫土或高嶺土等礦物的膨脹性巖體或結(jié)構(gòu)面，遇水膨脹并向洞內(nèi)擠入，也屬于塑性 變形性質(zhì)，見(jiàn)圖2-3-2（d）。三、圍巖的分級(jí)方法1、概述隧道圍巖的穩(wěn)定需要一定的條件，判定這個(gè)條件

13、，創(chuàng)造這個(gè)條件，就是隧道圍巖 分級(jí)研究的主要內(nèi)容。由于隧道工程所處的地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜，隧道的地質(zhì)條件從松散的流砂到堅(jiān)硬的 巖石，從完整的巖體到極破碎的斷裂構(gòu)造帶等，范圍極廣，人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)不夠 完善。根據(jù)長(zhǎng)期的工程實(shí)踐，人們認(rèn)識(shí)到在不同的巖體條件中開(kāi)挖隧道后巖體所表現(xiàn) 出的性態(tài)是不同的，可歸納為充分穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、暫時(shí)穩(wěn)定和不穩(wěn)定四種。同時(shí)各 種圍巖的物理性質(zhì)之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，依照這些聯(lián)系和規(guī)律，可將圍巖 劃分為若干級(jí)，這就是圍巖分級(jí)。圍巖分級(jí)的目的是：作為選擇施工方法的依據(jù)；進(jìn) 行科學(xué)管理及正確評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益；確定襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載（松散荷載）；給出襯砌結(jié) 構(gòu)的類(lèi)型及其尺寸；制定

14、勞動(dòng)定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)等。四、我國(guó)鐵路隧道圍巖分級(jí)方法我國(guó)鐵路隧道圍巖分級(jí)，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)圍巖主要工 程地質(zhì)條件的定性描述、巖體的抗壓強(qiáng)度、圍巖開(kāi)挖后的穩(wěn)定狀態(tài)及圍巖彈性的速度 Vp值作為輔助指標(biāo)，圍巖基本分級(jí)根據(jù)堅(jiān)硬程度和圍巖完整程度兩個(gè)因素確定，兩個(gè) 因素由定性劃分和定量劃分兩種方法確定。并指出圍巖級(jí)別應(yīng)在基本級(jí)別基礎(chǔ)上，考 慮地下水狀態(tài)和初始應(yīng)力狀態(tài)修正。第三章隧道與線路工程規(guī)劃第一節(jié)隧道位置的選擇要選擇好隧道線路位置，一般說(shuō)來(lái)，主要應(yīng)對(duì)沿線的地形、地質(zhì)作詳盡的了解， 充分掌握這兩方面的資料，認(rèn)識(shí)它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，分清主次，統(tǒng)籌研究，處理好 近期與遠(yuǎn)期、隧道工

15、程與其它工程的關(guān)系，就可選擇出較為理想的隧道線路位置和恰 當(dāng)?shù)乃淼肋M(jìn)出口位置。一、地形條件與隧道位置的選擇隧道是客服地形障礙的有利手段，隧道位置的選擇很大程度上受地形的制約。地 形障礙有高程障礙和平面障礙兩方面。1、高程障礙不管是鐵路還是公路，在前進(jìn)方向上如遇到高山，由于線路的坡度有嚴(yán)格的限制， 不能在一定距離內(nèi)拔起越過(guò)山峰，于是高山就成了線路上的高程障礙。要客服這種障 礙，可以有三種方案供選擇。（1）繞行方案當(dāng)附近地形開(kāi)闊，山坡地帶寬敞時(shí)，可以避開(kāi)前方的山峰，迂回繞行而過(guò)。若是 上述條件具備，這是一個(gè)比較簡(jiǎn)易的辦法。工程容易，工期較短，工程費(fèi)用也較少。 可是繞行勢(shì)必路線要延長(zhǎng)，今后長(zhǎng)期的運(yùn)程

16、必然增加；路線彎道增多，曲線半徑也可 能減少，使長(zhǎng)期的運(yùn)行條件惡化，行車(chē)速度和牽引能力都會(huì)有所降低。尤其對(duì)于高速 鐵路，或?qū)\(yùn)輸任務(wù)提出更高的要求時(shí)，就會(huì)給技術(shù)改造帶來(lái)困難。此外，繞行方案 靠近山坡，地質(zhì)條件復(fù)雜，易于產(chǎn)生塌方、滑坡等線路病害，工程難度較大。所以， 從長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益來(lái)看，這一方案是不可取的，只有具備條件相宜時(shí)，才宜采用。（2）深路塹方案當(dāng)?shù)匦伪容^開(kāi)闊，有山谷臺(tái)地可以展線時(shí)，就可以盡量地把線路展長(zhǎng)、坡度用足 以爭(zhēng)取把線路高程抬起到可能的高度。然而抬高高程尚有不足之處，需在山頂部位開(kāi) 鑿深路塹通過(guò)。這種展線比繞行方案略少一點(diǎn)，但前者的缺點(diǎn)依然存在。而且在山頂 開(kāi)挖深路塹，破壞植被和環(huán)境

17、，甚至對(duì)數(shù)百萬(wàn)年形成的生態(tài)平衡造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞， 這是最為嚴(yán)重的教訓(xùn)。另外往往工程量也很大，施工困難，邊坡穩(wěn)定性差，易引起塌 方落石，后期養(yǎng)護(hù)工程量也很大?，F(xiàn)在隨著隧道工程能力的增強(qiáng)，應(yīng)當(dāng)盡量避免深路 塹方案。（3）越嶺隧道方案當(dāng)?shù)匦尉o迫，山坡陡峭，不具備上述條件時(shí)，開(kāi)鑿隧道，穿山通過(guò)，就成為唯一 可行，而且是比較有利的方案。修建隧道可能工程量要大一些，工期也會(huì)長(zhǎng)一些，但 是，它能使線路平緩順直，不需要較大的坡度，不需設(shè)置太多、太急的曲線。今后在 長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)中，由于技術(shù)條件好，可以牽引更大的重量，可以提高行駛速度，縮短運(yùn) 程，還不受外界干擾，戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期將是良好的掩護(hù)所。因此，從全局和長(zhǎng)期考慮，

18、越嶺 隧道方案是比較合理的。二、地質(zhì)條件與隧道位置的選擇無(wú)論是越嶺線路或沿河傍山線路，在選擇隧道位置時(shí)，都應(yīng)力求選擇在地質(zhì)構(gòu)造 簡(jiǎn)單，巖性較好的穩(wěn)固地層中通過(guò)。盡量避免通過(guò)斷層、崩坍、滑坡、流砂、溶洞、 陷穴以及偏壓顯著、地下水豐富等地質(zhì)不良地段，當(dāng)繞避有困難時(shí)，應(yīng)盡量采取必要 的工程措施。1、單斜構(gòu)造與隧道位置的選擇按巖層的傾角不同，可分為三種情況：（1）水平或緩傾角巖層當(dāng)隧道通過(guò)堅(jiān)硬的厚層巖層時(shí)，單斜構(gòu)造是指成層的巖層向一個(gè)方向傾斜的地質(zhì) 構(gòu)造。常見(jiàn)的工程地質(zhì)問(wèn)題為不均勻的地層壓力、偏壓、順層滑動(dòng)等現(xiàn)象，故隧道中 線以垂直走向穿越最為有利。穩(wěn)定。若通過(guò)很薄的巖層，則施較為工時(shí)頂部易產(chǎn)生掉

19、塊現(xiàn)象，此時(shí)，以不透水的堅(jiān)硬巖層作頂板為最好。2、褶皺構(gòu)造與隧道位置的選擇褶皺構(gòu)造有向斜和背斜兩種基本類(lèi)型，當(dāng)隧道通過(guò)褶皺構(gòu)造時(shí)，應(yīng)盡量避免將隧 道置于向斜或背斜的軸部，而應(yīng)將隧道置于翼部，則隧道所處的地質(zhì)條件類(lèi)似于單斜 構(gòu)造。因背斜或向斜的軸部巖層均比翼部破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，施工時(shí)可能發(fā)生坍塌。 當(dāng)隧道通過(guò)向斜和背斜軸部作比較時(shí)，則背斜較向斜略好，若向斜軸部位于含水層中， 洞身開(kāi)挖所出現(xiàn)的涌水及坍塌將比背斜嚴(yán)重。三、不良地質(zhì)與特殊地質(zhì)地區(qū)隧道位置的選擇（4）巖溶地區(qū)隧道位置選擇當(dāng)隧道通過(guò)巖溶地區(qū)時(shí)，應(yīng)力求避免穿越巖溶?chē)?yán)重發(fā)育的網(wǎng)狀洞穴區(qū)、巨大空洞 區(qū)及有利于巖溶發(fā)育的構(gòu)造帶，盡量避開(kāi)洞身置于

20、碳酸鹽巖與非碳酸鹽巖（可溶巖與 非可溶巖）的接觸帶。當(dāng)不可能時(shí)，應(yīng)選擇在較狹窄地段，以垂直或大角度穿過(guò)，使 通過(guò)巖溶地段為最短。當(dāng)洞身不能避開(kāi)時(shí)，宜使隧道與巖溶間壁（特別是頂板與底板）有足夠的巖壁厚 度，或采取相應(yīng)的工程處理措施，如圖3-1-16所示，并要選擇在巖溶水不發(fā)育的地 帶通過(guò)，特別注意巖溶水突然襲擊的可能性。（6）地震區(qū)隧道位置的選擇地震對(duì)隧道影響的大小，與地形、地質(zhì)及隧道埋藏深度有著密切的關(guān)系，地震的 破壞作用，由地表向地下隧道深度增加而迅速減弱，故一般對(duì)深埋隧道影響較小、對(duì) 淺埋，偏壓的隧道及明洞和洞門(mén)等結(jié)構(gòu)的影響較大。另外，一般在松散的山坡堆積層 或滑坡地段、斷層破碎帶、泥石流

21、發(fā)育地區(qū)、不穩(wěn)定的懸崖深谷、易坍陷的地下空洞 等處，由于地震波的沖擊作用，對(duì)抗震均屬不利作用。一旦地震發(fā)生，將可能導(dǎo)致隧 道洞口地面塌陷、襯砌出現(xiàn)開(kāi)裂破損等病害，直接威脅行車(chē)安全。因此，在選擇隧道 位置和洞口位置時(shí)，應(yīng)特別注意地形、地質(zhì)及洞身埋藏深度等問(wèn)題。對(duì)土質(zhì)松散或地 層破碎及地質(zhì)構(gòu)造不利的傍山隧道，更應(yīng)注意采取必要措施，以保證洞身穩(wěn)定和洞口 工程的安全。第二節(jié) 隧道洞口位置的選擇洞口是隧道進(jìn)出的咽喉，又是隧道施工中的主要通道。洞口位置選擇是否合理， 將對(duì)隧道的施工工期、造價(jià)運(yùn)營(yíng)安全等產(chǎn)生重大的影響。所以在隧道線路設(shè)計(jì)中，洞 口位置的選擇是一項(xiàng)很重要的工作。隧道的進(jìn)出口是隧道建筑物唯一的暴

22、露部分，也是整個(gè)隧道的薄弱環(huán)節(jié)。由于洞 口處地質(zhì)條件差，多為嚴(yán)重風(fēng)化的堆積體；覆蓋層厚度較薄，若地形傾斜又易造成淺 埋測(cè)壓；還受地表水的沖刷，加上隧道一旦開(kāi)挖，山體受擾動(dòng)等原因，容易造成山體 失穩(wěn)，產(chǎn)生滑動(dòng)和坍塌。如洞口位置選擇不當(dāng)，可能導(dǎo)致洞口坍方而無(wú)法進(jìn)洞，或病 害整治工程量過(guò)大，甚至遺留后患。根據(jù)我國(guó)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出“早進(jìn)晚出”的原則。即在決定隧道洞口位置時(shí)， 為了確保施工、運(yùn)營(yíng)的安全，寧可早一點(diǎn)進(jìn)洞，晚一點(diǎn)出洞，這樣做，雖然隧道修長(zhǎng) 了一些，卻安全可靠。當(dāng)然，并不意味著進(jìn)洞越早越好，出洞越晚越好，而是應(yīng)當(dāng)從 安全等多方面比較確定。一、隧道洞口位置選擇原則理想的洞口位置應(yīng)選擇地質(zhì)條件

23、良好，地勢(shì)開(kāi)闊，施工方便，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)合理之 處。在選擇隧道洞口位置時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：1、洞口不宜設(shè)在埡口溝谷的中心或溝底低洼處，在一般情況下，埡口溝谷在地 質(zhì)構(gòu)造上是最薄弱的環(huán)節(jié)，常會(huì)遇到斷層帶、古坍方、沖積土等不良地質(zhì)。此外，地 表流水都匯集在溝底，再加上洞口路塹開(kāi)挖，破壞了山體原有的平衡，更容易引起坍 方，甚至不能進(jìn)洞。所以，洞口最好選在溝谷一側(cè)。2、洞口應(yīng)避開(kāi)不良地質(zhì)地段，如斷層、滑坡、巖堆、巖溶、流砂、泥石流、鹽 巖、多年凍土、雪崩、冰川等，以及避開(kāi)地表水匯集處。3、當(dāng)隧道線路通過(guò)巖壁陡立、基巖裸露處時(shí)，最好不刷動(dòng)或少刷動(dòng)原生地表， 以保持山體的天然平衡。此時(shí)，洞口位置應(yīng)根據(jù)具體情況

24、，采取貼壁進(jìn)洞或設(shè)置一段 明洞（當(dāng)山坡上有落石、掉塊而難以清除時(shí)）。4、減少洞口路塹段長(zhǎng)度，延長(zhǎng)隧道，提前進(jìn)洞。對(duì)處于漫坡地形的隧道，其洞 口位置變動(dòng)范圍較大，一般應(yīng)采取延長(zhǎng)隧道的辦法，以解決路塹棄土及排水的困難。5、洞口線路宜與等高線正交，使隧道正面進(jìn)入山體，洞口結(jié)構(gòu)物不致受到偏側(cè) 壓力；此時(shí)，一般情況下都會(huì)采用斜切式、斜切帽檐式或喇叭口斜切式洞門(mén)。6、對(duì)于傍山隧道因限于地形，有時(shí)無(wú)法與等高線正交，只能斜交進(jìn)洞時(shí)，其交 角不應(yīng)太?。ú恍∮?5），此時(shí)按隧道低側(cè)基礎(chǔ)不露空并有足夠的承載力及穩(wěn)定性、 高側(cè)邊坡挖方高度不超過(guò)15m確定洞口里程，洞門(mén)型式根據(jù)地面橫坡及仰坡情況采用 臺(tái)階式洞門(mén)或明洞門(mén)

25、。7、當(dāng)線路位于有可能被水淹沒(méi)的河灘或水庫(kù)回水影響范圍以?xún)?nèi)時(shí)，隧道洞口標(biāo) 高應(yīng)高出洪水位加波浪高度，以防洪水灌入隧道。8、為了確保洞口的穩(wěn)定和安全，邊坡及仰坡均不宜開(kāi)挖過(guò)高。過(guò)去，從單純的 經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，把隧道洞口位置選定在所謂與明挖的等價(jià)點(diǎn)上，即開(kāi)挖每米路塹的造 價(jià)和每延米隧道的造價(jià)相等的“經(jīng)濟(jì)洞口”位置上。此時(shí)，往往隧道定得偏短，路塹 挖得過(guò)深，邊、仰坡很高。這樣，不僅施工時(shí)容易發(fā)生坍方，行車(chē)后邊坡也常滾石掉 塊、失穩(wěn)，危及行車(chē)安全，最后不得不再修建接長(zhǎng)隧道。這不但增加了投資，還對(duì)施 工和運(yùn)營(yíng)造成后患，教訓(xùn)十分深亥U。例如，寶（雞）蘭（州）鐵路寶（雞）天（水） 段隧道共123座，修建明洞接

26、長(zhǎng)隧道的有59座，占隧道總數(shù)的48%；天（水）蘭（州） 段隧道共43座，修建接長(zhǎng)明洞的有18座，占隧道總數(shù)的42%；川黔線隧道共66座， 修建明洞接長(zhǎng)隧道的有27座，占隧道總數(shù)的41%。所以，應(yīng)根據(jù)開(kāi)挖控制高度即坡度 來(lái)決定洞口位置。9、當(dāng)洞口附近遇有水溝或水渠橫跨線路時(shí)，可設(shè)置拉槽開(kāi)溝的橋梁或涵洞，以 排泄水流。10、當(dāng)洞口地勢(shì)開(kāi)闊，有利于施工場(chǎng)地布置時(shí)，可利用棄碴有計(jì)劃、有目的地改 造洞口場(chǎng)地，以便布置運(yùn)輸便道、材料堆放場(chǎng)、生產(chǎn)設(shè)施用地及生產(chǎn)、生活用房等。 另外，在橋隧相連時(shí)，應(yīng)注意防止因棄碴亂堆造成橋孔堵塞或推壞橋梁墩臺(tái)建筑物。總之，隧道洞口位置的選擇，應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件，考慮邊坡、仰

27、坡的穩(wěn)定， 結(jié)合洞外有關(guān)工程及施工難易程度，本著“早今晚出”的指導(dǎo)思想，全面綜合地分析 確定。設(shè)計(jì)部分隧道平面設(shè)計(jì)，一般情況下隧道內(nèi)的線路最好采用直線，但是，當(dāng)因地形、地 質(zhì)等條件限制必須設(shè)計(jì)為曲線時(shí)，宜采用較大的曲線半徑。隧道縱斷面是中心線展直后在垂直面上的投影。縱斷面設(shè)計(jì)主要包括隧道內(nèi)線 路的坡道形式、坡度大小和折減、坡段長(zhǎng)度和坡段間的銜接等內(nèi)容。坡道形式一般采用：?jiǎn)蚊嫫潞腿俗制隆煞N不同的坡型適用于不同的隧道。對(duì) 位于緊坡地段，要爭(zhēng)取高程全段上的隧道、位于越嶺隧道兩端展線上的隧道，地下水 不大的隧道，或是可以單口掘進(jìn)的短隧道，可采用單面坡型；對(duì)于長(zhǎng)大隧道、越嶺隧 道、地下水豐富而抽水設(shè)備

28、不足的隧道，宜采用人字坡型。鐵路隧道內(nèi)允許最大坡度按下式計(jì)算：乙i允=m.i限i曲除了最大坡度的限制以外，還要限制最小坡度。因?yàn)樗淼纼?nèi)的水全靠排水溝向外 流出。鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，隧道內(nèi)線路不得設(shè)置平坡，最小的允許坡度不宜 小于3%。；隧道凈空是指隧道襯砌的內(nèi)輪廓線所包圍的空間。隧道凈空根據(jù)“隧道建筑限 界”確定，“隧道建筑限界”根據(jù)“基本建筑限界”制定，“基本建筑限界”根據(jù)“機(jī) 車(chē)車(chē)輛限界”制定。機(jī)車(chē)車(chē)輛限界：指機(jī)車(chē)車(chē)輛最外輪廓的限界尺寸。基本建筑限界：指線路上各種建筑物和設(shè)備均不得侵入的輪廓線。隧道建筑限界：指包圍“基本建筑限界”外部的輪廓線。即要比“基本建筑限界”大 一些,留出少許空間

29、，用于安裝通訊信號(hào)、照明、電力等設(shè)備。我國(guó)鐵路隧道襯砌主要有整體式襯砌、復(fù)合式襯砌和噴錨式襯砌；噴錨式襯砌 主要由噴射混凝土及錨桿組成，也可以和鋼筋網(wǎng)組成。其既是一種臨時(shí)支護(hù)，也是一 種永久支護(hù)；復(fù)合式襯砌由初期支護(hù)、防水層和二次襯砌組成。初期支護(hù)是由錨桿、 鋼筋網(wǎng)和噴射混凝土，必要時(shí)有鋼架構(gòu)成的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系；二次襯砌是初期支護(hù)的必 要補(bǔ)充。洞門(mén)作用：1減少土石方的開(kāi)挖；2穩(wěn)定邊、仰坡；3引離地表水流；4裝飾洞口。洞門(mén)形式及其適用條件洞口環(huán)框：適用于洞口石質(zhì)堅(jiān)硬穩(wěn)定，無(wú)排水要求的情況端墻式洞門(mén)：適用于地形開(kāi)闊、石質(zhì)較穩(wěn)定的地區(qū)翼墻式洞門(mén)：洞口地質(zhì)較差，山體縱向推力較大時(shí)，在端墻洞門(mén)的單側(cè)或雙側(cè)

30、設(shè)置翼 墻柱式洞門(mén)：地形較陡，仰坡有下滑的可能性，又受地形或地質(zhì)條件限制，不能設(shè)置翼 墻時(shí)，可在端墻中部設(shè)柱墩臺(tái)階式洞門(mén)：洞門(mén)位于傍山側(cè)坡地區(qū)，洞門(mén)一側(cè)邊仰坡較高時(shí)，為了提高靠山側(cè)仰坡 起坡點(diǎn)，減少仰坡高度，端墻頂部改為逐級(jí)升高的臺(tái)階式，以適應(yīng)地形的特點(diǎn)，減少 洞門(mén)圬土及仰拱的開(kāi)挖數(shù)量。斜交式洞門(mén)：隧道洞口線路與等高線斜交時(shí)，為減少挖方數(shù)量，采用平行于等高線與 線路呈斜交的洞口（規(guī)定端墻與線路中線的交角不應(yīng)小于45）。該洞門(mén)及襯砌斜口段 的受力及其復(fù)雜，施工也有較有難度，十分必要時(shí)才采用。明洞采用明挖法修筑。所謂明挖是指把巖體挖開(kāi)，在露天修筑襯砌，然后回填 土石。明洞一般修筑在隧道的進(jìn)出口處，

31、當(dāng)遇到地質(zhì)差且洞項(xiàng)覆蓋層較薄，用暗挖法難 以進(jìn)洞時(shí)，或洞口路塹邊坡上有落石而危及行車(chē)安全時(shí)，均需要修筑明洞。常用有拱 式明洞和棚式明洞。當(dāng)高速列車(chē)進(jìn)入隧道時(shí)，強(qiáng)烈沖擊處于隧道中的靜止空氣場(chǎng)，空氣的黏性以及 隧道壁面和列車(chē)表面的摩阻作用使得被排開(kāi)的空氣不能像在隧道外那樣及時(shí)、順暢地 沿列車(chē)兩側(cè)和上部形成擾流。于是列車(chē)前方的空氣受到壓縮，列車(chē)后方則形成一定的 負(fù)壓。這就產(chǎn)生一個(gè)壓力波動(dòng)過(guò)程。這種壓力波動(dòng)又以聲速傳播全隧道口形成反射波， 回傳，疊加，產(chǎn)生一系列復(fù)雜的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。影響瞬變壓力的因素包括隧道凈空有效面積、隧道長(zhǎng)度、輔助坑道、道床形式、 隧道地面壁面摩擦系數(shù)以及列車(chē)速度、列車(chē)長(zhǎng)度、車(chē)形

32、、列車(chē)橫斷面積、列車(chē)表面摩 擦系數(shù)等，但隧道有效凈空面積和列車(chē)速度是對(duì)瞬變壓力具有影響因素。阻塞比即用列車(chē)斷面積與隧道斷面積的比值。在隧道入口處設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)是緩解隧道出口微壓波最基本的一種方法。緩沖結(jié)構(gòu)形式：在原有洞口處加設(shè)緩沖期，如：日本；在正切洞門(mén)的基礎(chǔ)上加設(shè)帽檐形成類(lèi)似喇叭口形入口，如德國(guó)和韓國(guó)； 對(duì)隧道洞口緩沖段采取有頂面開(kāi)口的擴(kuò)大斷面正切形式，如中國(guó)臺(tái)灣。施工部分1.隧道施工常用的開(kāi)挖有鉆眼爆破、單臂掘進(jìn)機(jī)、人工三種方式，一般山嶺隧道 最常用的是鉆眼爆破。炸藥的爆炸反應(yīng)特征：爆速：約20008000m/s ；瞬間產(chǎn)生高溫:爆溫可達(dá)2000-40000；高壓爆生氣體：爆壓可達(dá)數(shù)十萬(wàn)個(gè)大

33、氣壓；反應(yīng)時(shí)間：十萬(wàn)-百萬(wàn)分之一秒。在原始中爆炸時(shí)，下列兩種作用形式。沖擊作用：動(dòng)力作用，為炸藥的猛度作功形式，大小取決于爆炸的速度。爆生氣體的膨脹作用：靜力作用，為炸藥的爆力作功形式，大小取決于炸藥產(chǎn)生的爆 熱。松軟巖層，破壞有爆生氣體起主要作用；堅(jiān)硬巖層，爆炸沖擊作用在巖石破壞中占主要地位。在應(yīng)力波以藥包為中心向外傳播的過(guò)程中，將迫使巖石質(zhì)點(diǎn)做徑向位移，巖石 屬于一種脆性材料，其抗拉強(qiáng)度是抗壓強(qiáng)度的1/15-1/20 ；當(dāng)大于巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)， 巖石被拉斷，因此藥包周?chē)鷮a(chǎn)生一系列的放射狀徑向裂縫。光面爆破：是一種控制硬巖質(zhì)體開(kāi)挖輪廓線，使之光滑、平整，通過(guò)一系列措 施對(duì)開(kāi)挖輪廓周邊實(shí)施正

34、確的鉆眼和裝藥，并使周邊眼最后起爆的爆破方法。6預(yù)裂爆破：是一種控制軟質(zhì)巖體開(kāi)挖輪廓線，使之光滑、平整，在整個(gè)爆破循環(huán) 中要最先起爆周邊眼，在巖體中沿著周邊炮眼之間要先炸出一道裂縫，減少對(duì)保留區(qū) 圍巖產(chǎn)生的擾動(dòng)和破壞。相同點(diǎn)：都是控制爆破，目的是使開(kāi)挖輪廓線光滑平整，減少欠超挖，減少對(duì)圍 巖擾動(dòng)；不同點(diǎn)：光面爆破適用于硬巖，預(yù)裂爆破適用于軟巖；光面爆破先起爆掏槽眼，其次輔助眼，最后周邊眼，預(yù)裂爆破最先起爆周邊眼，其次 他掏槽眼，最后輔助眼。隧道開(kāi)挖爆破是單臨空面的巖石爆破，其關(guān)鍵技術(shù)是掏槽，其次是周邊光面爆 破。隧道爆破開(kāi)挖成敗的關(guān)鍵是掏槽技術(shù)。掏槽的成功與否直接影響爆破效果，掏槽 的深度直接

35、影響隧道掘進(jìn)的循環(huán)進(jìn)尺。光面爆破起爆順序是：掏槽眼一輔助眼一周邊眼一底板眼。預(yù)裂爆破起爆順序是：周邊眼一掏槽眼一輔助眼一底板眼。隧道施工方法的選擇，主要取決于隧道的地質(zhì)條件、隧道長(zhǎng)度與工期要求，同 時(shí)應(yīng)結(jié)合機(jī)具設(shè)備情況、材料供應(yīng)情況以及施工技術(shù)水平等因素綜合考慮。隧道施工方法，按開(kāi)挖隧道的橫斷面分部情形來(lái)分，可分為全斷面法、臺(tái)階法、 分部開(kāi)挖法等。全斷面開(kāi)挖法：全斷面一次開(kāi)挖法就是按照隧道設(shè)計(jì)輪廓一次爆破成型，然后修 筑襯砌的施工方法。臺(tái)階法是指正臺(tái)階二步開(kāi)挖法，它是全斷面一次開(kāi)挖法的變化方法。這種方法對(duì) 地質(zhì)適應(yīng)性較強(qiáng)，也可以說(shuō)是全地質(zhì)型方法。目前，我國(guó)約70%的隧道開(kāi)挖采用此法， 它多用于

36、圍巖能在短期內(nèi)處于穩(wěn)定的地層中。臺(tái)階法根據(jù)長(zhǎng)度不同：長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法、超短臺(tái)階法三種。分部開(kāi)挖法：環(huán)形開(kāi)挖留核心土法、側(cè)壁導(dǎo)坑法、中壁法。隧道開(kāi)挖后，要把開(kāi)挖的石碴運(yùn)出洞外，還要把支護(hù)材料運(yùn)進(jìn)洞內(nèi)，這種作業(yè)叫 裝碴運(yùn)輸。裝碴運(yùn)輸作業(yè)按其采用的裝碴運(yùn)輸機(jī)具和設(shè)備的不同可分為三類(lèi)：有軌裝碴一有軌運(yùn)輸；無(wú)軌裝碴一無(wú)軌運(yùn)輸；無(wú)軌裝碴一有軌運(yùn)輸初期支護(hù)包括下列各個(gè)工序：一次噴射混凝土，打錨桿，設(shè)置鋼筋網(wǎng)，必要時(shí) 假設(shè)鋼架，二次噴射混凝土等。初期支護(hù)又稱(chēng)臨時(shí)支護(hù)，在隧道施工過(guò)程中，為確保 施工安全而設(shè)置的支護(hù)。近年來(lái)，多采用噴錨及鋼架支護(hù)等作為初期支護(hù)，同時(shí)也作為襯砌結(jié)構(gòu)的組成部 分，這種既保護(hù)了圍巖，

37、提高了隧道的穩(wěn)定性，方便了施工，由降低了初期支護(hù)的造 價(jià)。噴射混凝土作用：支撐圍巖、“卸載”作用、填平補(bǔ)強(qiáng)圍巖、覆蓋圍巖表面、阻止 圍巖松動(dòng)、分配外力。錨桿支護(hù)效應(yīng)：支承圍巖：錨桿能約束圍巖變形，并向圍巖施加壓力，使處于二軸應(yīng)力狀態(tài)的洞室 內(nèi)表面附近的圍巖保持三軸應(yīng)力狀態(tài)，制止圍巖強(qiáng)度惡化。加固作用：用錨桿將坑道周?chē)泄?jié)理、裂縫的破裂巖體或軟弱巖體壓緊在一起，以 增加巖體的強(qiáng)度。各錨桿所形成一個(gè)堅(jiān)固的巖石承載環(huán)（又叫加固帶），起到加固作用。組合梁作用：用錨桿把層狀巖體連接在一起，增大層間摩擦阻力，從而形成組合梁。懸吊作用：通過(guò)錨桿把欲脫落的巖塊懸吊在深部完整堅(jiān)硬的圍巖上。當(dāng)圍巖軟弱破碎嚴(yán)重其自

38、穩(wěn)性差，開(kāi)挖后要求早期支護(hù)具有較大的剛性，以阻止圍 巖的過(guò)度變形和承受部分松弛荷載。鋼拱架就具有這樣的力學(xué)性能。鋼拱架類(lèi)型：型 鋼格棚鋼架。二次襯砌施工工法：按照現(xiàn)代支護(hù)理論和新奧法施工原則，二次襯砌是在圍巖 與支護(hù)基本穩(wěn)定后施作的，此時(shí)隧道已成型，為保證襯砌質(zhì)量，襯砌施工按先仰拱、 后墻拱，即由下到上的順序連續(xù)灌筑。二次襯砌施工的主要工作有：準(zhǔn)備工作，混凝土的制備與運(yùn)送，灌筑作業(yè)，養(yǎng)護(hù) 和拆模。必要時(shí)還應(yīng)在成洞地段向襯砌背后壓漿。二次襯砌施工的準(zhǔn)備工作：在灌筑襯砌混凝土之前，要進(jìn)行隧道中線和水平 的測(cè)量，檢查開(kāi)挖斷面或放線定位，準(zhǔn)備混凝土制備和運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳌＿@些準(zhǔn)備工作，除應(yīng)按模筑混凝土工程的一般要求進(jìn)行外，還應(yīng)注意以下各點(diǎn)。1）斷面檢查：根據(jù)隧道中線和水平測(cè)量，檢查開(kāi)挖斷面是否符合設(shè)計(jì)要求，欠挖 部分按規(guī)定要求進(jìn)行修鑿。并作好斷面檢查記錄。2）放線定位：根據(jù)隧道中線和標(biāo)高及斷面設(shè)計(jì)尺寸，測(cè)量確定襯砌立模位置，并 放線定位。放線定位時(shí)，為了保證襯砌不侵入建筑限界，需預(yù)留誤差量和預(yù)留沉落量。 并注意曲線加寬。3）拱架模板整備：使用拼裝拱架模板時(shí)，立模前應(yīng)在洞外樣臺(tái)上將拱架和模板進(jìn) 行試拼，檢查