第6章 隧道洞口與洞門設(shè)計(jì)

第六章隧道洞口與洞門設(shè)計(jì)《隧道工程勘察設(shè)計(jì)》本章知識(shí)點(diǎn)隧道洞口與洞門的基礎(chǔ)知識(shí)01隧道洞口邊、仰坡高度擬定及景觀設(shè)計(jì)03隧道洞門的設(shè)計(jì)要求05隧道洞口位置的選擇方法02隧道洞門的分類及典型洞門介紹041隧道洞口與洞門的基礎(chǔ)知識(shí)掌握隧道洞口段的組成01掌握隧道洞門的概念及作用02學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉隧道洞口位置選擇的原則03萬事開頭難，隧道工程也是如此，進(jìn)洞難、出洞難是隧道工程建設(shè)的常識(shí)，為什么隧道洞口段施工難度高、風(fēng)險(xiǎn)大？思考

隧道洞口段是洞門、洞口明洞、暗洞洞口段和洞外附屬工程地段的統(tǒng)稱。其中，暗洞洞口段是指隧道洞口暗挖進(jìn)洞后上覆地層厚度H小于1~2倍隧道開挖跨度的區(qū)段，是對(duì)隧道施工及運(yùn)營安全影響最大的部分。隧道洞口段的組成

隧道洞口段由于存在地形復(fù)雜、地質(zhì)條件差、地表水匯集、埋深淺等問題，其圍巖穩(wěn)定性一般較差，設(shè)計(jì)及施工控制不當(dāng)極易引發(fā)隧道塌方及邊、仰坡垮塌等安全事故。因此，洞口段施工往往成為整條隧道施工難度最大、風(fēng)險(xiǎn)最高的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。隧道洞口段的特點(diǎn)隧道洞門是標(biāo)志隧道進(jìn)出口并對(duì)洞口巖土體進(jìn)行支擋以保持其穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)物，兼具一定的建筑裝飾效果。隧道洞門的概念作用：（1）保護(hù)洞口段的邊、仰坡巖土體穩(wěn)定性，使車輛、行人不受崩塌、落石等威脅，確保隧道運(yùn)營安全。（2）減少洞口土石方的開挖量。（3）引離地表水。（4）洞口視覺照明環(huán)境調(diào)節(jié)。（5）裝飾作用。隧道洞門的作用

隧道洞口設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”（簡稱為“早進(jìn)晚出”）的原則，洞口不得大挖大刷?！霸邕M(jìn)洞，晚出洞”最先是由當(dāng)時(shí)鐵道兵司令員呂正操將軍提出。隧道洞口位置選擇的原則

“早進(jìn)洞、晚出洞”可避免在洞口形成高邊坡和高仰坡，防止滑坡、崩塌、危巖落石等地質(zhì)災(zāi)害，減少對(duì)原有地表形態(tài)的破壞，保護(hù)自然環(huán)境?！霸邕M(jìn)洞、晚出洞”的意義1隧道洞口段的組成與特點(diǎn)；2隧道洞門的概念與作用；總結(jié)3隧道洞口位置選擇的“早進(jìn)洞、晚出洞”原則。2隧道洞口位置的選擇方法掌握按地形條件選擇隧道洞口位置的方法01掌握按地質(zhì)條件選擇隧道洞口位置的方法02學(xué)習(xí)目標(biāo)熟悉根據(jù)周邊環(huán)境選擇隧道洞口位置的方法03在進(jìn)行隧道洞口位置選擇時(shí)，應(yīng)該考慮哪些影響因素？如何選擇洞口？如何評(píng)價(jià)一個(gè)隧道洞口位置的優(yōu)劣？思考大量的隧道工程建設(shè)案例表明，“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則是合理可行的。為貫徹這一原則，隧道洞口位置選擇必須充分考慮洞口地形、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境條件等因素，通過綜合比選來確定。隧道洞口位置的選擇方法

隧道進(jìn)出口線路中線應(yīng)力求與地形等高線相垂直或接近垂直，這可降低洞口開挖量，對(duì)施工也較為有利。當(dāng)?shù)匦蔚雀呔€與線路中線斜交角度較大，巖層整體性較好，無不良地質(zhì)現(xiàn)象時(shí)，也可以采用斜交進(jìn)洞，但應(yīng)盡量避免與等高線平行進(jìn)洞。在地質(zhì)條件較差的區(qū)段，如松散地層等，不建議采用斜交洞口，以采取其他工程措施為宜。按地形條件選擇隧道洞口位置根據(jù)隧道洞口軸線與地形等高線的相對(duì)位置關(guān)系，隧道洞口位置選擇主要有如下5種形式：①坡面正交型；②坡面斜交型；③坡面平行型；④山脊突出部進(jìn)入型；⑤溝谷部進(jìn)入型。按地形條件選擇隧道洞口位置

傍山隧道洞口當(dāng)靠山一側(cè)邊坡較高時(shí)，常有坍方、落石等病害發(fā)生，故宜早進(jìn)洞或加接明洞。要特別重視洞口段的地層情況及覆蓋厚度，對(duì)形成偏壓地段的襯砌，應(yīng)采取必要的措施以防止坍頂和破壞山體的穩(wěn)定。按地形條件選擇隧道洞口位置

位于陡崖下的洞口，陡崖一般整體穩(wěn)定，通常不采用切坡的方式處理，避免對(duì)陡崖產(chǎn)生擾動(dòng)。如崖壁穩(wěn)定，則可貼壁進(jìn)洞。如陡崖存在危石，需先進(jìn)行清理，必要時(shí)采用噴錨或設(shè)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)，同時(shí)接長明洞，使洞口外移或設(shè)防護(hù)棚。按地形條件選擇隧道洞口位置

在溝谷和山凹處，往往是地表水和地下水的匯集處，地質(zhì)構(gòu)造也多較為軟弱。因此，當(dāng)線路沿溝谷、山凹行進(jìn)時(shí)，洞口位置應(yīng)避開溝谷、山凹中心，盡量在凸出的山坡附近進(jìn)洞。當(dāng)溝底高程較高或橫跨線路等情況時(shí)，應(yīng)對(duì)地表涇流作妥善處理，并加強(qiáng)洞口段的防水、排水措施。按地形條件選擇隧道洞口位置

洞口地段巖層構(gòu)造、巖性特征、風(fēng)化程度、地下水及其他不良地質(zhì)等地質(zhì)條件對(duì)洞口位置有著重要甚至是決定性的影響。具體要求如下：①洞口位置應(yīng)選擇在坡面穩(wěn)定、地質(zhì)條件較好、無不良地質(zhì)現(xiàn)象處，不應(yīng)在山體不穩(wěn)或有明顯偏壓、滑坡、崩坍、松散堆積體、泥石流溝等地段進(jìn)洞。②當(dāng)傾斜巖層、層理、片理結(jié)合很差或存在軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)，不宜大挖，避免斬?cái)鄮r腳。為防止順層滑動(dòng)或坍方，應(yīng)盡量早進(jìn)洞或設(shè)明洞進(jìn)洞。按地質(zhì)條件選擇隧道洞口位置③當(dāng)隧道避開堆積層進(jìn)洞有困難時(shí)，不宜采取清方措施縮短洞口，必要時(shí)，應(yīng)適當(dāng)接長明洞或采取其它工程措施，以維護(hù)山體穩(wěn)定和洞口工程的安全。④黃土地區(qū)選擇隧道洞口，當(dāng)遇干燥無水、密實(shí)、穩(wěn)定的老黃土地層時(shí)，可按一定的挖深進(jìn)洞；對(duì)有水或新黃土地層則不宜大挖。洞口應(yīng)避開沖溝，以防止洞口坡面沖蝕產(chǎn)生泥石流等災(zāi)害。按地質(zhì)條件選擇隧道洞口位置⑤當(dāng)洞口為軟巖或軟硬巖互層（如頁巖灰?guī)r互層等），要考慮風(fēng)化及自然營力的作用。軟巖易受侵蝕而剝落凹陷，導(dǎo)致掉塊落石，危及洞口安全，故在選定隧道洞口位置時(shí)，應(yīng)適當(dāng)降低邊、仰坡高度，以減小風(fēng)化暴露面，同時(shí)對(duì)軟巖坡面可作適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)。⑥洪水、泥石流地段，采用隧道或明洞等方式繞避。洞頂有沖溝通過時(shí)，宜采取接長明洞并在明洞頂做渡槽引渡的工程措施。設(shè)在山凹、溝谷處的洞口，除考慮一般排水溝、截水溝以外，要根據(jù)暴雨洪水情況與匯水條件，設(shè)置滿足洪水排泄要求的溝渠。按地質(zhì)條件選擇隧道洞口位置

與周邊自然環(huán)境相協(xié)調(diào)也是隧道洞口位置選擇應(yīng)考慮的一項(xiàng)重要因素。保護(hù)環(huán)境是選擇洞口的重要條件之一，但在早期隧道設(shè)計(jì)中多有所忽視。在現(xiàn)代的隧道工程設(shè)計(jì)中，相關(guān)法律和規(guī)范在保護(hù)自然景觀、減少破壞植被、保護(hù)自然資源等方面都提出了明確的要求。根據(jù)周邊環(huán)境選擇隧道洞口位置1按地形條件選擇隧道洞口位置的方法；2掌握按地質(zhì)條件選擇隧道洞口位置的方法；總結(jié)3根據(jù)周邊環(huán)境選擇隧道洞口位置的方法。

3隧道洞口邊、仰坡高度擬定及景觀設(shè)計(jì)掌握隧道洞口邊、仰坡高度的擬定方法01熟悉隧道洞口景觀設(shè)計(jì)的原則及要求02學(xué)習(xí)目標(biāo)“早進(jìn)洞、晚出洞”的理念倡導(dǎo)隧道宜長不宜短，是不是意味著進(jìn)洞越早越好、出洞越晚越好？如何把握這個(gè)“度”？思考

隧道洞口邊、仰坡高度的擬定主要是確定邊、仰坡的坡率和刷坡高度。我國隧道工作者們從理論分析和長期的工程實(shí)踐中總結(jié)出了合理的邊、仰坡控制坡率和刷坡控制高度。下表給出了公路隧道各級(jí)圍巖洞口邊、仰坡不同坡率下的控制高度建議值，設(shè)計(jì)時(shí)可參照?qǐng)?zhí)行。隧道洞口邊、仰坡高度的擬定隧道洞口邊、仰坡高度的擬定

隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)隧道工程的需求已不僅僅停留在功能層面，對(duì)美學(xué)層面的要求也越來越高，隧道洞口的景觀設(shè)計(jì)逐步被工程技術(shù)人員所接受，在我國，隧道洞口的景觀設(shè)計(jì)是從20世紀(jì)90年代末開始的。隧道洞口景觀是一個(gè)綜合概念，不僅包括視覺上的含義，還應(yīng)包括結(jié)構(gòu)的合理性、形象設(shè)計(jì)的藝術(shù)性、生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性等。隧道洞口景觀設(shè)計(jì)隧道洞口景觀設(shè)計(jì)的原則：1）應(yīng)簡潔實(shí)用，與隧道洞口周圍的地形、植被及洞口接線線形相協(xié)調(diào)，有利于環(huán)境保護(hù)。2）應(yīng)盡可能降低洞口亮度，改善駕乘人員的視覺適應(yīng)條件，為駕乘人員提供安全舒適的行車環(huán)境。3）在滿足使用功能的情況下，宜在造型上適當(dāng)反映洞口所在地區(qū)的人文環(huán)境與文化傳統(tǒng)等因素。隧道洞口景觀設(shè)計(jì)-原則

洞口景觀設(shè)計(jì)的環(huán)境調(diào)查內(nèi)容：1）隧道洞口所處的地理位置及朝向。2）洞口所處的地形類型，如山鼻、山凹、臺(tái)地、溝底等。3）洞口周邊植被的種類、高矮、疏密程度、地表徑流的流向和流量等。4）常年主導(dǎo)風(fēng)向、最低最高氣溫、日照、年降雨情況以及霧天等氣候情況。5）洞口周邊的構(gòu)造物、居民點(diǎn)及人文環(huán)境。隧道洞口景觀設(shè)計(jì)-環(huán)境調(diào)查

1）在公路路線平縱面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)將隧道洞口的景觀作為設(shè)計(jì)要素，使洞口景觀設(shè)計(jì)融入路線的總體設(shè)計(jì)中。2）洞口景觀設(shè)計(jì)應(yīng)與結(jié)構(gòu)使用功能設(shè)計(jì)相結(jié)合。景觀設(shè)計(jì)時(shí)，可利用景觀構(gòu)造物實(shí)現(xiàn)減少洞口亮度、洞口防廢氣串流及支護(hù)邊坡等功能設(shè)計(jì)目標(biāo)，洞口植樹綠化、人工減光措施、廢氣防串隔離結(jié)構(gòu)、支擋結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)，也應(yīng)納入景觀設(shè)計(jì)總體規(guī)劃之中。隧道洞口景觀設(shè)計(jì)-基本要求3）應(yīng)將洞口區(qū)域周邊一定范圍內(nèi)的地形、地質(zhì)、植被等條件，以及人工構(gòu)造物和人文環(huán)境等因素，納入景觀設(shè)計(jì)規(guī)劃，避免破壞原有自然景觀或人文景觀。4）洞口景觀設(shè)計(jì)應(yīng)力求簡潔明快，與周圍的自然環(huán)境融為一體，綠化工程應(yīng)盡量采用原地植被的樹種或相近的樹種。5）洞口景觀設(shè)計(jì)應(yīng)與洞門結(jié)構(gòu)形式相協(xié)調(diào)。隧道洞口景觀設(shè)計(jì)-基本要求1隧道洞口邊、仰坡高度的擬定方法；2隧道洞口景觀設(shè)計(jì)的原則、環(huán)境調(diào)查內(nèi)容及基本要求?？偨Y(jié)4隧道洞門的分類及典型洞門介紹熟悉隧道洞門的分類01熟悉典型隧道洞門的適用范圍及特點(diǎn)02學(xué)習(xí)目標(biāo)洞門是隧道唯一的外露部分，是聯(lián)系洞內(nèi)襯砌與洞外路基的結(jié)構(gòu)，也是標(biāo)志隧道的建筑物。隧道洞門應(yīng)根據(jù)隧道跨度、地形地質(zhì)條件、水文條件、周圍建（構(gòu)）筑物以及當(dāng)?shù)刈匀痪坝^和人文景觀等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。前言隧道洞門形式有多種，如何選擇？思考

公路隧道的洞門形式主要有兩類：端墻式洞門和明洞式洞門。隧道洞門的分類

端墻式洞門通常有墻式洞門、翼墻式洞門、臺(tái)階式洞門、柱式洞門和拱翼式洞門等形式，一般垂直于隧道軸線設(shè)置。端墻式洞門適用于仰坡陡峻地形、山凹地形、斜交地形的狹窄地帶。翼墻是隧道洞口平行于路線的路基邊坡支擋結(jié)構(gòu)，與洞門端墻相連，形成整體，以穩(wěn)定隧道洞口的邊坡及仰坡。隧道洞門的分類

明洞式洞門通常有直削式洞門、削竹式洞門、倒削竹式洞門、喇叭口式洞門、棚洞式洞門和框架式洞門等形式。明洞式洞門適用于地形開闊、邊、仰坡不高、仰坡較平緩、隧道軸線與地形等高線正交或接近正交的地帶。明洞式洞門（除棚洞式洞門和框架式洞門外）是隧道洞口段明洞襯砌突出于山體坡面的結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于襯砌的洞外延伸部分。隧道洞門的分類

洞門墻起擋土墻的作用，主要抵抗山體縱向推力，保證仰坡坡面穩(wěn)定。適用于地形較為平坦開闊時(shí)，石質(zhì)坡面并較為穩(wěn)定，低烈度地震區(qū)的情況。具有結(jié)構(gòu)簡單、工程量小、施工簡便等優(yōu)點(diǎn)，但洞門頂部排水條件略差，需在山坡上開挖溝槽向較低側(cè)或兩側(cè)橫向引排。

典型隧道洞門-墻式洞門

翼墻式洞門是在端墻式洞門的兩側(cè)或一側(cè)加設(shè)翼墻而成。①適用于地質(zhì)條件較差、山體坡面縱向推力較大的情況，翼端是為增加端墻的穩(wěn)定性而設(shè)置，起到抵抗山體坡面縱向推力、增加洞門的抗滑及抗傾覆能力的作用。②還可用于洞口設(shè)置深挖路塹之處，翼墻可保護(hù)兩側(cè)面路塹邊坡，起擋上墻作用。翼墻頂面通常與仰坡坡面一致，其頂部設(shè)置縱向排水溝，將洞門端墻頂水溝匯集的地表水引排至路塹側(cè)溝。

典型隧道洞門-翼墻式洞門當(dāng)洞口段為傍山地形，地面線橫坡較陡時(shí)，為了適應(yīng)原地形，可在翼墻式洞門的基礎(chǔ)上，采用兩側(cè)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱、高度不對(duì)等的臺(tái)階式洞門形式。一般隧道兩側(cè)均需開挖設(shè)置擋土墻，端墻依然存在，洞門頂水溝收集的地表匯水排向遠(yuǎn)山側(cè)。該洞門形式對(duì)洞頂排水較為有利。

典型隧道洞門-臺(tái)階式洞門柱式洞門實(shí)際也是一種端墻形式的洞門。當(dāng)?shù)匦屋^陡，地質(zhì)條件較差，仰坡有下滑的可能，而又受地形或地質(zhì)條件限制不能設(shè)置翼墻時(shí)，可在端墻中部設(shè)置2個(gè)斷面較大的柱墩，以增加端墻的穩(wěn)定性，這種洞門墻面有突出線條，外觀優(yōu)美，氣勢(shì)宏偉，適宜在城市附近或風(fēng)景區(qū)內(nèi)使用。值得注意的是，在仰坡存在滑坡可能時(shí)，洞門中的柱墩往往還應(yīng)兼具抗滑樁的作用。另外，實(shí)際工程中也有部分洞門的柱墩僅是為了起到裝飾作用，柱墩本身并不起承載作用。

典型隧道洞門-柱式洞門該種切削形式適用于地形開闊、邊、仰坡不高且平緩、隧道軸線與地形等高線正交或接近正交的地帶。直削式洞門實(shí)際就是明洞延伸至隧道口位置形成的洞門，這種洞門可以直接采用明洞的模板施作，施工工藝較為簡單。

典型隧道洞門-直削竹式洞門該種切削形式適用于洞口山體坡度較緩、場(chǎng)地開闊，或距離城市較近，或有景觀要求，或橋隧相連的隧道（消除短路基），但不適用于存在危巖落石及洞頂有道路、水渠的情況。削竹式洞門具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、工程造價(jià)低等特點(diǎn)，可通過洞頂回填土恢復(fù)至原地貌，綠化效果好，在景觀上能起到修飾周圍景觀的作用，與周圍環(huán)境有機(jī)融合。

典型隧道洞門-削竹式洞門該種切削形式適用于洞口巖石基礎(chǔ)穩(wěn)定、整體性好、洞口山體坡度很陡或峭壁巖體處的隧道。已采用常規(guī)基礎(chǔ)形式外延洞門但仍長度不足時(shí)，可通過設(shè)置倒削竹式洞門來延長洞門防護(hù)結(jié)構(gòu)，以便在高陡邊坡處起到可有效的防落石作用。為增加防落石的效果，必要時(shí)還應(yīng)擴(kuò)切削面斜率。

典型隧道洞門-倒削竹式洞門1隧道洞門分類：端墻式洞門和明洞式洞門；2典型洞門的適用范圍及特點(diǎn)?？偨Y(jié)5隧道洞門的設(shè)計(jì)要求熟悉端墻式洞門的設(shè)計(jì)要求01熟悉明洞式洞門的設(shè)計(jì)要求02學(xué)習(xí)目標(biāo)不同類型的洞門設(shè)計(jì)有哪些要求？思考端墻式洞門設(shè)計(jì)要求端墻式洞門設(shè)計(jì)要求①洞門端墻和翼墻應(yīng)具有抵抗來自仰坡、邊坡土壓力的能力，應(yīng)按擋土墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。洞門墻、翼墻墻身結(jié)構(gòu)尺寸按墻體強(qiáng)度、穩(wěn)定性和抗傾覆計(jì)算結(jié)果確定，或按工程類比確定，必要時(shí)進(jìn)行墻身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗傾覆驗(yàn)算。洞門墻墻身最小厚度（指墻體受力部分的最小尺寸）不應(yīng)小于0.5m，翼墻墻身厚度不應(yīng)小于0.3m。端墻式洞門設(shè)計(jì)要求②洞頂上仰坡坡腳至洞門墻背有一定的水平距離，是為防仰坡土石掉落到路面上，也便于洞門端墻與仰坡之間排水溝設(shè)置，這個(gè)水平距離不宜小于1.5m；洞頂排水溝溝底至拱頂襯砌外緣的最小厚度不應(yīng)小于1.0m；洞門端墻墻頂應(yīng)高出墻背回填面0.5m，一是為了防止掉落土石彈出飛落到路面，同時(shí)也作