隧道工程-第3講

《隧道工程》

第3講隧道工程的規(guī)劃與勘察邵鵬spsyc@126.com中國礦業(yè)大學(xué)力學(xué)與建筑工程學(xué)院03一月2024III隧道工程的規(guī)劃與勘察3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測3.2隧道圍巖分級(jí)3.3隧道工程線路規(guī)劃3.4洞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1.地質(zhì)調(diào)查測繪的總體要求

查明預(yù)測地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造等煤層、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)偏壓；地溫；巖爆、大變形的可能性確定分段確定隧道圍巖分級(jí)評(píng)價(jià)2.工程地質(zhì)調(diào)查與勘察的內(nèi)容地形地貌地層巖性水文地質(zhì)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造不良地層崩塌巖溶土洞滑坡泥石流3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測5施工前三階段勘察的目標(biāo)內(nèi)容1）可行性勘察階段預(yù)可研究：重點(diǎn)收集研究既有文獻(xiàn)資料工可研究：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62）初步勘察目的：選擇隧道位置和初步確定圍巖類別實(shí)施：巖土工程勘察單位，地質(zhì)工程師內(nèi)容：地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、特殊地質(zhì)、不良地質(zhì)、地下水等方法：踏勘、測繪、勘探范圍：線路中線兩側(cè)500-2000米3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測7成果：隧道工程地質(zhì)說明書；地質(zhì)平面圖、地質(zhì)柱狀圖；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。3.1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103）詳細(xì)勘察目的：為隧道位置最終確定、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工計(jì)劃和預(yù)算提供資料實(shí)施：巖土工程勘察設(shè)計(jì)單位內(nèi)容：巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地表水及地下水、地下資源3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測11【巖性調(diào)查】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【構(gòu)造調(diào)查】地層、巖層產(chǎn)狀、褶皺、斷層、破碎帶、解理、圍巖完整性【水的調(diào)查】涌水與枯水狀態(tài)、含水層與隔水層、補(bǔ)給來源【資源調(diào)查】礦物資源、天然氣、溫泉、地?zé)岬取菊{(diào)查范圍】隧道中線兩側(cè)各200-500m，洞口外延100m3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測12詳細(xì)勘察應(yīng)提供的資料概況：目的、場所、范圍、內(nèi)容、方法、時(shí)間及人員地形地質(zhì)概況及巖石種類：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)及地層分布，褶皺、斷層、破碎帶等及其影響。3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測13相關(guān)圖樣：

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圍巖分級(jí)、重大地質(zhì)評(píng)價(jià)，鉆探、試驗(yàn)資料整編隧道選線、設(shè)計(jì)、施工注意事項(xiàng)及進(jìn)一步調(diào)查建議3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測14氣象調(diào)查（補(bǔ)充）目的：氣象與洞口車輛安全行駛有很大影響；氣象條件對(duì)施工建筑材料和構(gòu)造物有很大影響。內(nèi)容：降雨與降雪氣溫與地溫風(fēng)向與風(fēng)速霧雪崩洪水15工程環(huán)境調(diào)查（補(bǔ)充）目的：周邊環(huán)境與隧道修建營運(yùn)相互影響內(nèi)容：（1）自然環(huán)境：水、泉、澤、湖、植、礦、動(dòng)植物;（2）社會(huì)環(huán)境：農(nóng)田、水利、建筑物、地下管線、文物、遺址;16工程環(huán)境調(diào)查（補(bǔ)充）（3）生活環(huán)境：用水、交通、噪聲、振動(dòng)；地下水流失、地層塌陷、廢棄排放與民眾生活（4）施工條件：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（5）工程環(huán)境評(píng)價(jià)：現(xiàn)狀、預(yù)測、評(píng)價(jià)和保護(hù)措施實(shí)例：敘嶺關(guān)隧道

隧道1/3段穿越可溶巖～碳酸鹽巖類地質(zhì)區(qū)。最大一處溶洞長寬高分別約200m、60m、30m。直徑5m以下的溶槽、溶穴、溶縫就在3000個(gè)以上。46個(gè)大溶洞、6條暗河外加漏斗、涌突水、低瓦斯等復(fù)雜地貌。3.1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–王迎超3.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)（1）意義（2）方法

常規(guī)地質(zhì)法

超前導(dǎo)坑預(yù)報(bào)法

超前鉆探預(yù)報(bào)法

物探方法（地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)技術(shù)、TSP預(yù)報(bào)技術(shù)）

3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測192021223.1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)1）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2）探測原理發(fā)射機(jī)通過天線發(fā)射脈沖電磁波訊號(hào)。當(dāng)這一訊號(hào)在介質(zhì)中遇到有物性差異的探測目標(biāo)時(shí)，電磁波在不同物性界面發(fā)生反射，產(chǎn)生一個(gè)反射訊號(hào)。訊號(hào)通過接收天線輸入到接收機(jī)，放大后由示波器顯示出來。根據(jù)示波器窗口顯示的目標(biāo)物體反射波雙程時(shí)間多少和探測點(diǎn)平均介質(zhì)速度，可以計(jì)算出探測目標(biāo)（反射界面）的深度。3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測3）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)查與勘測上部巖溶下部溶隙（4）TSP超前預(yù)報(bào)技術(shù)1）TSP測試系統(tǒng)3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測（2）探測原理3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測3）探測流程3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測

3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測4）應(yīng)用

3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測

3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測（5）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分級(jí)（P57）

3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測3.2隧道圍巖分級(jí)1.基本概念圍巖：隧道周圍一定范圍內(nèi)，對(duì)其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的巖體。（巖塊+結(jié)構(gòu)面+地質(zhì)環(huán)境）圍巖分級(jí)：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)定程度的有限個(gè)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。

3.2隧道圍巖分級(jí)2.圍巖的基本工程性質(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(jí)破壞形式

塊狀運(yùn)動(dòng)

彎曲折斷破壞

脆性破壞

松動(dòng)解脫塑性變形和剪切變形3.隧道圍巖分級(jí)方法（1）分級(jí)的基本要素第I類：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。第II類：與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素。在劃分圍巖級(jí)別中占有重要地位。第III類：與地下水有關(guān)的要素。第IV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(jí)（2）分級(jí)方法1）以巖石強(qiáng)度或物性指標(biāo)分級(jí)法巖石堅(jiān)固性系數(shù)分級(jí)法2）以巖石構(gòu)造、巖性特征分級(jí)法

巖體綜合分級(jí)法（20世紀(jì)60年代）3.2隧道圍巖分級(jí)3）與地質(zhì)勘探聯(lián)系的分級(jí)法彈性波速度分級(jí)、巖石質(zhì)量分級(jí)（RQD）4）組合量化多種因素的分級(jí)法

巴頓巖體質(zhì)量Q分級(jí)法3.2隧道圍巖分級(jí)（3）我國鐵路隧道圍巖分級(jí)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)

尚未考慮地下水和地應(yīng)力修正分級(jí)：1）分級(jí)時(shí)按無水考慮，根據(jù)地下水狀態(tài)適當(dāng)降低1~2級(jí)；

2）高應(yīng)力巖體按類似方法處理。3.2隧道圍巖分級(jí)1.地形條件與隧道位置的選擇（1）高程障礙

3.3隧道工程線路規(guī)劃繞行方案深路塹方案隧道越嶺方案（2）平面障礙沿河傍山繞行方案隧道直穿方案3.3隧道工程線路規(guī)劃解放前修的京廣線目前的大瑤山隧道上檔下支病害不斷武水河2.地質(zhì)條件與隧道位置的選擇（1）單斜構(gòu)造水平或緩傾角巖層陡傾角巖層直立巖層3.3隧道工程線路規(guī)劃（2）褶皺構(gòu)造

避開軸部，布置于翼部（3）斷層、接觸帶

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3.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)：指滑坡、錯(cuò)落、坍塌、巖錐、危巖、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。盡量避開，或最小穿越3.3隧道工程線路規(guī)劃（2）特殊地質(zhì)特殊地質(zhì)：指膨脹巖（土）、含鹽地層、煤系地層、黃土、多年凍土、地震地區(qū)以及水庫塌岸區(qū)等。3.3隧道工程線路規(guī)劃盡量避開，或最小穿越1.洞口位置選擇原則（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)3.4洞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–邵鵬2）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(dòng)或少刷動(dòng)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中國礦業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院–邵鵬4）漫坡地形減少路塹長度，延長隧道，提前進(jìn)洞。5）隧道洞口中線宜與地形等高線正交或近正交6）傍山隧道洞口中線與等高線夾角不宜小于45°。洞口根據(jù)橫坡或仰坡采用臺(tái)階式或明洞門3.4洞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–邵鵬7）線路可能被水淹沒時(shí)，洞口標(biāo)高應(yīng)高出洪水位加波浪高度。8）邊坡和仰坡不宜開挖過高（表3.4.1）9）洞口附近水溝或水渠橫跨線路時(shí)，橋涵泄水10）地震區(qū)宜選擇在對(duì)抗震有利的地貌地質(zhì)處3.4洞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–邵鵬3.4洞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–邵鵬3.4洞門