地下建筑結構(中國地質大學孫金山)4-1

礦山法隧道結構---公路隧道設計規(guī)范

礦山法隧道結構--公路隧道設計

1

總則

2主要術語與符號

3隧道調查及圍巖分級

4總體設計

5建筑材料

6荷載

7洞口及洞門

8襯砌結構設計

9結構計算

10防水與排水

11小凈距及連拱隧道

12輔助通道

13輔助工程措施

14特殊地質地段

15隧道內路基與路面

16機電及其它設施

附錄A圍巖分級有關規(guī)定……………60附錄B隧道標準內輪廓…………………63附錄C型鋼特性參數(shù)表………………65附錄D釋放荷載的計算方法……………69附錄E淺埋隧道荷載的計算方法………71附錄F偏壓隧道襯砌荷載的計算方法………………74附錄G明洞設計荷載的計算方法………75附錄H洞門土壓力荷載的計算方法…………………77附錄I荷載結構法……………………78附錄J地層結構法……………………80附錄K鋼筋混凝土受彎和受壓構件配筋量計算方法……………88附錄L本規(guī)范用詞說明……………941總則1.0.3

隧道規(guī)劃和設計應遵循：“能充分發(fā)揮隧道功能、安全且經(jīng)濟地建設隧道”的基本原則。隧道設計應有完整的勘測、調查資料，綜合考慮地形、地質、水文、氣象、地震和交通量及其構成，以及營運和施工條件，進行多方案的技術、經(jīng)濟、環(huán)保比較，使隧道設計符合安全實用，質量可靠，經(jīng)濟合理，技術先進的要求。為什么修建隧道，隧道建在何處才能有效發(fā)揮其功能，并且安全、經(jīng)濟，這是公路隧道規(guī)劃和設計者必須回答的首要問題。為縮短行車里程，提高交通便捷，這是修建公路隧道的基本目的；同時，隧道可從根本上免除公路路線上的土石方坍塌、泥石流、雪崩等道路病害；隧道不改變地形自然原貌，保護了環(huán)境，還利用地下空間，節(jié)省了公路建設用地。因此，隧道是路線上非常有價值的一種構造形式。然而，隧道尤其是長隧道的造價不低，如何在保證功能的前提下，安全且經(jīng)濟地建設隧道至關重要。隧道設計采取的手法不同于一般構造物，預設計主要依靠基于過去工程實例的經(jīng)驗性方法或者計算，實驗等，主觀上力圖達到合理設計，但設計成的斷面形狀、支護襯砌結構等是否適應于所處的地層，其穩(wěn)定性程度如何，很難量化把握，而隧道的形狀或支護結構一旦建成很難改變，因此，在規(guī)劃、設計階段就要充分考慮隧道的合理性與耐久性問題。1總則1.0.4公路隧道按其長度可分為四類，如表1.0.4所示。表1.0.4公路隧道長度分類注：隧道長度系指兩端洞門墻墻面與路面的交線同路線中線交點間的距離。1.0.5隧道主體結構必須按永久性建筑設計，具有規(guī)定的強度、穩(wěn)定性和耐久性；建成的隧道應能適應長期營運的需要，方便維修作業(yè)。

為滿足營運正常使用，隧道主體結構物應設計為永久性建筑，這里所說的主體結構物指洞門、支護襯砌、各附屬風道、風井、洞室、防排水設施、路面板及隧底填充等。洞內一般要求設置襯砌。這些結構設計必須具有規(guī)定的強度、穩(wěn)定性和耐久性。所謂耐久性，一般指所使用的建筑材料具有必要的抗?jié)B性、抗凍性和抗侵蝕性。1總則1.0.6應加強隧道支護襯砌、防排水、路面等主體結構設計與通風、照明、供配電、消防、交通監(jiān)控等營運設施設計之間的協(xié)調，形成合理的綜合設計。必要時應對有關的技術問題開展專項設計和研究。

一般來講，公路隧道設計由支護襯砌、防排水、路面和各類洞室等土建主體結構與通風、照明、供配電、防災與減災、交通監(jiān)控等營運設置兩大部分構成，是多項專業(yè)的總成，屬復合型技術，因此要求各專業(yè)設計之間密切配合。譬如，根據(jù)交通量和隧道長度需要設置通風豎井（或斜井）時，首先由通風專業(yè)工程師通過計算分析初步確定出豎井位置，然后應征求地質和結構專業(yè)工程師的意見，如果初定的豎井位于斷層破碎帶等不良地質地層，豎井結構處理非常復雜，工程費上揚，豎井就應適當挪位，再計算分析新井位條件下的隧道通風狀態(tài)及風機容量。同時，豎井及其風道位置還應征求路線工程師的意見，以使豎井口盡快鉆出地面，同時風道又要最短?？傊诖_定風井、風道、風口時，上述3個專業(yè)應相互“磨合”，反復推敲，綜合分析通風費用和結構費用，使設計達到最好、最省的綜合效果。對于高速公路特長隧道或者地質情況非常復雜的長隧道，必要時應針對其中的技術難題如大跨扁平斷面、不良地質、大涌量地下水、通風、防災等進行專項研究和技術設計。

1總則1.0.7隧道土建設計應體現(xiàn)動態(tài)設計與信息化施工的思想，制定地質觀察和監(jiān)控量測的總體方案；地質條件復雜的隧道，應制定地質預測方案，以及時評判設計的合理性，調整支護參數(shù)和施工方案。通過動態(tài)設計使支護結構適應于圍巖實際情況，更加安全、經(jīng)濟。1.0.8

隧道設計應貫徹國家有關技術經(jīng)濟政策，積極慎重地采用新技術、新材料、新設備、新工藝。1.0.9

隧道設計必須符合國家有關國土管理、環(huán)境保護、水土保持等法規(guī)的要求。應注意節(jié)約用地，保護農(nóng)田水利，盡量保護原有植被，妥善處理棄渣和污水。1.0.10

公路隧道設計除應符合本規(guī)范外，尚應符合國家現(xiàn)行的有關標準和規(guī)范。2主要術語與符號

2.1術語

2.1.1公路隧道roadtunnel供汽車和行人通行的隧道，一般分為汽車專用和汽車與行人混用的隧道。2.1.2山嶺隧道m(xù)ountaintunnel貫穿山嶺或丘陵的隧道。是相對于城市隧道和水下隧道，表示修建場所不同的名稱。2.1.3巖石質量指標RockQualityDesignation（RQD）指10cm以上長度的巖心累計的鉆孔長度百分比。2.1.4巖體分級rockmassclassification以土木工程為對象，將巖石集合體（巖體）分成穩(wěn)定程度不同的若干級別。2.1.5環(huán)境調查environmentalsurvey因修建隧道而對路線周圍的環(huán)境影響進行的調查。2.1.6水文調查hydrologicalsurvey對隧道工程及周邊環(huán)境有影響的地表水和地下水所進行的調查。2主要術語與符號

2.1術語

2.1.7地質調查geologicalsurvey為了解巖體或地層的分布、形成年代、風化程度或地質構造等而進行的調查。2.1.8隧道涌水waterinflowintotunnel伴隨隧道開挖，從隧道周邊圍巖流入隧道內的地下水。2.1.9荷載load指作用于結構物而使結構產(chǎn)生應力的力量。2.1.10圍巖壓力surroundingrockpressure隧道開挖后，因圍巖變形或松散等原因，作用于洞室周邊巖體或支護結構上的壓力。2.1.11偏壓unsymmetricalpressure作用于隧道的壓力左右不對稱，一側壓力特大的情況。作用于隧道結構上的不對稱荷載2.1.12松散壓力looseningpressure指因隧道的開挖爆破、支護的下沉以及襯砌背后的空隙等原因，致使隧道周邊的圍巖產(chǎn)生松動，以相當于一定高度的圍巖重量，作為直接荷載作用于隧道支護和襯砌上的土壓2主要術語與符號

2.1術語

2.1.13新奧法NATM(NewAustrianTunnelingMethod)新奧法是應用巖體力學的理論，以維護和利用圍巖的自承能力為基點，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，及時地進行支護，控制圍巖的變形和松弛，使圍巖成為支護體系的組成部分，并通過對圍巖和支護的量測、監(jiān)控來指導隧道和地下工程設計施工的方法和原則。2.1.14凈空斷面（內輪廓）innersection隧道襯砌內側的斷面面積、形狀。2.1.15洞門portal在隧道的洞口部位，為擋土、坡面防護等而設置的隧道結構物。2.1.16襯砌lining為控制和防止圍巖的變形或坍落，確保圍巖的穩(wěn)定，或為處理涌水和漏水，或為隧道的內空整齊或美觀等目的，將隧道的周邊圍巖被覆起來的結構體。2.1.17仰拱invert為改善隧道上部支護結構受力條件而設置在隧道底部的反向拱型結構。2.1.18小凈距隧道neighburhoodtunnel指上下行雙洞洞壁凈距較小，不能按獨立雙洞考慮的隧道結構。2.1.19連拱隧道m(xù)ultiarchtunnel指兩洞拱部襯砌結構通過中柱相連接的隧道結構。2主要術語與符號

2.1術語

2.1.20豎井verticalshaft為改善營運通風或施工條件而豎向設置的坑道。2.1.21斜井incline,inclinedshaft為改善營運通風或施工條件按一定傾斜角度設置的坑道。2.1.22橫通道horizontaladit將隧道劃分成幾個工區(qū)進行施工時，為搬入材料和出渣等而設置的大體上接近水平的作業(yè)坑道。橫通道有時也可用于營運通風。2.1.23超前導坑advancingdrift因隧道斷面較大或圍巖條件復雜等，在開挖中采用全斷面法困難的情況下，往往在隧道的開挖斷面內超前開挖小斷面的隧道，這種小斷面的隧道稱為超前導坑。2.1.24通風ventilation將隧道內有害氣體排出洞外的一種換氣行為。2.1.25照明lighting通過在隧道內設置燈具，達到行車安全所要求的亮度。

2主要術語與符號

2.2符號

BQ——巖體基本質量指標[BQ]——巖體基本質量指標修正值Rc——巖石單軸飽和抗壓強度Ra--——混凝土或砌體的抗壓強度Rl——混凝土的抗拉極限強度IS（50）——實測的巖石點荷載強度指數(shù)K1——地下水影響修正系數(shù)K2——主要軟弱結構面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)K3——初始應力狀態(tài)影響修正系數(shù)Kv——巖體完整性系數(shù)Jv——巖體體積節(jié)理數(shù)Sn——第n組節(jié)理每米長測線上的條數(shù)Sk——每立方米巖體非成組節(jié)理條數(shù)Vpm——巖體彈性縱波速度Vpr——巖石彈性縱波速度σmax——垂直洞軸線方向的最大初始應力γ——圍巖重度k——彈性抗力系數(shù)E——變形模量μ——泊松比φ——計算摩擦角B——隧道開挖斷面寬度W——行車道寬度LL——左側向寬度LR——右側向寬度L——側向寬度C——余寬J——檢修道寬度h——檢修道或人行道高度R——人行道寬度H——隧道建筑限界高度K——圍巖彈性抗力系數(shù)；δ——襯砌位移值；n——開挖邊坡坡率；m——回填土石面坡率；3隧道的勘察/圍巖分級

3.1隧道勘察的幾個階段

3.2隧道勘察的主要方法

3.3隧道勘察的主要手段

3.4建筑環(huán)境評價

3.5圍巖分級

隧道勘察的目的

是在于查明隧道所處位置的工程地質條件和水文地質條件以及隧道施工和運營對環(huán)境保護的影響。為規(guī)劃、設計、施工提供所需的勘察資料，并對存在的巖土工程問題、環(huán)境問題進行分析評價提出合理的設計方案和施工措施，從而使隧道工程經(jīng)濟合理和安全可靠。3.1隧道勘察的幾個階段:

可行性研究勘察預可行性研究工程可行性研究側重于是收集與研究已有的文獻資料

在分析已有資料的基礎上，通過踏勘，實地調查，大致查明地質情況

初步勘察收集資料取得隧道所在位置的初步總平面布置地形圖及有關工程性質，規(guī)模的文件工程地質選定隧道線位初勘工作的任務是選擇經(jīng)濟合理、技術可行的最優(yōu)隧道位置方案

初勘資料整理工程地質勘察的原始資料，包括調查、測繪、勘探、試驗等資料詳細勘察目的任務步驟工程地質勘察的原始資料，包括調查、測繪、勘探、試驗等資料通過詳細工程地質勘察，為線位布設和編制施工圖設計提供完整的工程地質資料在初勘的基礎上，進一步查明隧道沿線地質特征和不良地質規(guī)模、大小范圍(1)前期的準備工作；(2)沿線地質勘察；(3)試驗；(4)資料整理；(5)編寫詳勘報告3.2隧道勘察的主要方法3.2.1收集研究即有資料

不僅是外業(yè)工作之前準備工作的重要內容，也是隧道勘察的一個主要方法。

地形地貌地質情況區(qū)域水文氣象情況特殊地質及不良地質植被及環(huán)境類似工程經(jīng)驗3.2.2調查和測繪1、工程地質調查

*直接觀察*訪問群眾2、工程地質測繪：范圍較大，并且要求把調查研究結果填繪在一定的比例尺的地形圖上，以編制工程地質圖

*目測*儀器3、調查測繪內容

地質、地貌；地層、巖性；地質構造；地表水和地下水；特殊地質、不良地層；地震；工程經(jīng)驗等4、工程評價及處理措施

(1)圍巖的自穩(wěn)性

(2)隧道涌水量、涌水壓力、突然涌水量等

(3)巖土膨脹壓力

(4)滑坡、偏壓

(5)圍巖狀態(tài)和土壓特性

(6)高地應力區(qū)應力場

(7)瓦斯、巖溶及人為坑洞等3.3隧道勘察的主要手段1、挖探：2～3米優(yōu)點：能取得詳盡直觀資料和原狀土樣；缺點：勘探深度有限，勞動強度較大。2、簡易鉆探：3～10米優(yōu)點：工具輕、體積小、操作方便、進尺較快、勞動強度較小；缺點：不能采取原狀土樣或不能取樣，在密實或堅硬的地層中不易鉆進或不能使用。

3、鉆探：

沖擊鉆進回轉鉆進沖擊回轉鉆進；振動鉆進

4、地球物理勘探（物探）：

利用巖土體材料的導電性和導磁性等，根據(jù)接收信號判斷地層缺陷及力學性質。主要有：電法勘探(利用巖層介電常數(shù)、導電性差異)；地震勘探(利用巖體彈性性質差異)；