隧道工程完整教學(xué)課件

隧道工程完整教學(xué)課件《隧道工程》張運良第0章

緒論20.3

隧道工程技術(shù)發(fā)展概況第0章緒論0.1隧道工程的基本概念與分類0.2隧道工程的功能與特點0.4

課程的特點與主要內(nèi)容3本節(jié)主要內(nèi)容：隧道工程的有關(guān)定義隧道工程的分類0.1隧道工程的基本概念與分類4◆是一種修建在地下的工程建筑物?！粜藿ㄔ诘叵?、兩端有出入口，供車輛、行人、水流及管線等通過的通道(在保留上部地層的前提下開挖出能夠提供某種用途的地下空間)。0.1.1有關(guān)定義0.1隧道工程的基本概念與分類

1.隧道(tunnel)5

◆從事研究和建造各種隧道及地下工程的規(guī)劃、勘測、設(shè)計、施工和養(yǎng)護的一門應(yīng)用科學(xué)和工程技術(shù)，是土木工程的一個分支。

◆也指在巖體或土層中修建的通道和各種類型的地下建筑物。

2.

隧道及地下工程(tunnelandundergroundengineering)0.1.1有關(guān)定義60.1.1有關(guān)定義7

◆軍工與人防工程：各種國防坑道，地下廠房和倉庫、地下

核試驗場、防空洞、核廢料的儲存等0.1.2隧道及地下工程的類型1.按用途分:◆交通運輸：鐵路、公路、地下鐵道、水底隧道◆礦山工程：煤炭、有色金屬等采礦、儲存和生產(chǎn)等用途

的地下礦井和巷道工程◆市政工程：地下人行道、地下商場、給排水設(shè)施、

天然氣管道、電纜管道◆水利與發(fā)電工程：地下發(fā)電廠以及其他各種水工隧道等0.1隧道工程的基本概念與分類8鐵路隧道公路隧道地下鐵道人行通道交通類隧道引水隧道尾水隧道導(dǎo)流隧道泄洪隧道水工隧道給水隧道排水隧道管路隧道市政隧道采礦巷道運輸巷道礦山隧道按隧道的用途人防隧道9

山嶺隧道

城市隧道

水底隧道

2.按地層分(經(jīng)過的地層)：巖石(軟、硬)隧道

土質(zhì)隧道3.按所處位置分:0.1.2隧道及地下工程的類型10

圓形隧道

矩形隧道

馬蹄形隧道

4.按施工方法分:鉆爆法隧道

明挖法隧道

機械法隧道

沉埋法隧道

5.按斷面形狀分:0.1.2隧道及地下工程的類型11

矩形隧道

馬蹄形隧道

圓形隧道

0.1.2隧道及地下工程的類型

5.按斷面形狀分:12

特大斷面（>100m2）

大斷面（50～100m2）

中等斷面（10～50m2）

小斷面（3～10m2）

極小斷面（<3m2）

這是按國際隧道協(xié)會(ITA——InternationalTunnelAssociation)的定義數(shù)值劃分的。

6.按開挖斷面大小分:0.1.2隧道及地下工程的類型13

公路：特長隧道L＞3000m

長隧道3000＞L＞1000m

中長隧道1000＞L＞500m

短隧道L＜500m

7.按隧道長度分(山嶺隧道):

鐵路：特長隧道L＞10000m

長隧道10000＞L＞3000m

中長隧道3000＞L＞500m

短隧道L＜500m0.1.2隧道及地下工程的類型140.3

隧道工程技術(shù)發(fā)展概況0.1隧道工程的基本概念與分類0.2隧道工程的功能與特點第0章緒論0.4

本課程的特點與主要內(nèi)容15本節(jié)主要內(nèi)容：交通隧道的功能隧道工程的優(yōu)點隧道工程的缺點0.2隧道工程的功能與特點16

在線路翻越山嶺地段，通過修建隧道可減少展線長度，使線路平直。這是山嶺交通隧道的最大功能。在設(shè)計上一般把這種隧道稱為越嶺隧道0.2.1交通隧道的功能

交通隧道是指專供鐵路或公路運輸使用的地下工程結(jié)構(gòu)物。它是鐵路或公路的重要組成部分之一。

1.克服高程障礙:0.2隧道工程的功能與特點170.2.1交通隧道的功能18

在線路沿河谷繞行時，為避免不良地質(zhì)地段，如滑坡等，用隧道來裁彎取直時，可縮短線路長度這種隧道一般稱為傍山隧道或河谷隧道

2.裁彎取直(縮短線路):0.2.1交通隧道的功能19例如：（1）大瑤山隧道（鐵路）20例如：（2）蕉溪嶺隧道群（公路）21

對于容易發(fā)生塌方、掉石、泥石流、滑坡等病害地段，修建隧道可大大改善運營條件，保證行車安全，節(jié)省養(yǎng)護維修費用。

3.避開不良地質(zhì)地段:

例如，當(dāng)一條線路有可能是從滑坡地段上通過時，可把線路往里挪動一些，用隧道通過。0.2.1交通隧道的功能220.2.1交通隧道的功能23

4.避開其他重要建筑或工程等:◆與公路、城市主干道的交叉處◆穿越城區(qū)重要建筑物◆穿越城區(qū)重要風(fēng)景、園林區(qū)域◆繞避大型水利樞紐工程等

0.2.1交通隧道的功能240.2.1交通隧道的功能250.2.1交通隧道的功能26

長沙市湘江營盤路隧道27

長沙市湘江營盤路隧道28

隨著人口的不斷增長，土地越來越寶貴，尤其是在城市，地皮價格不斷上漲，這便是現(xiàn)在世界上很多城市的建筑向底下發(fā)展的原因之一，目前世界上的科技發(fā)展正在開拓著兩個新的領(lǐng)域：一個是宇宙空間，另一個是地下空間，也就是“上天入地”，因此，隧道工程將會起著越來越重要的作用。0.2.2隧道工程的優(yōu)點

1.縮短線路長度，減少能耗

2.節(jié)約地皮0.2隧道工程的功能與特點29

既有利于國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)今世界面臨人口爆炸，土地退化，資源短缺，生態(tài)變壞，氣候反常，環(huán)境惡化，人類賴以生存的地球已不堪重負，各國都把地下發(fā)展當(dāng)成一種新型國土資源來看待。

3.有利于環(huán)境保護

4.應(yīng)用范圍廣泛0.2.2隧道工程的優(yōu)點30

由于修建隧道時場地狹小，工作流程環(huán)節(jié)較多，施工工序多，工程量也比路基等大，往往成為一條線路中的關(guān)鍵工程。0.2.3隧道工程的缺點

1.造價較高

●

一般是普通線路的8～10倍左右

●鐵路隧道：單線約2～3萬元/m，

雙線約3～4萬元/m；

●公路隧道大約與雙線鐵路隧道的相當(dāng)。

2.施工期限長0.2隧道工程的功能與特點31

因為隧道建筑是地下作業(yè)，工作面狹小，光線暗、空氣潮濕、勞動條件差，因此，發(fā)展機械化施工是改善工人勞動條件、提高勞動生產(chǎn)率的唯一途徑。

3.施工作業(yè)環(huán)境和條件較差0.2.3隧道工程的缺點視頻：隧道工程的特點320.3

隧道工程技術(shù)發(fā)展概況0.1隧道工程的基本概念與分類0.2隧道工程的特點第0章緒論0.4

本課程的特點與主要內(nèi)容33本節(jié)主要內(nèi)容：歷史發(fā)展技術(shù)發(fā)展發(fā)展趨勢0.3

隧道工程技術(shù)發(fā)展概況34

◆公元前2180～2160年，在古巴比倫城幼發(fā)拉底河下修筑的人行隧道，是迄今已知的最早用于交通的隧道，長190m。

◆古羅馬時代(公元前后)，利用棚架支護和卷揚提升方法，開挖了數(shù)量較多的軍用隧道和水工隧道，開挖方法是火燒開挖面，燒熱后急速波冷水使巖石開裂……。0.3.1歷史發(fā)展

1.國際上（1）古代0.3

隧道工程技術(shù)發(fā)展概況35

◆火藥的改進和鉆眼工具的創(chuàng)制，促使隧道修建技術(shù)顯著提高，其中比較有影響的是1898年建成了穿越阿爾卑斯山的辛普郎隧道。第一次應(yīng)用了TNT炸藥（硝化甘油）和鑿巖機。

1.國際上（2）現(xiàn)代

◆

現(xiàn)代隧道開挖技術(shù)是在火藥的發(fā)明和19世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命后出現(xiàn)的，尤其鐵路的出現(xiàn)對隧道起到了很大的推動作用；

◆

采用現(xiàn)代技術(shù)修建的第一座用蒸汽機車牽引的隧道是1826～1830年在英國利物浦至曼徹斯特的鐵路線上，長1190m。0.3.1歷史發(fā)展36

山嶺鐵路隧道:日本的大清水隧道

22.23Km，

交通(公路與鐵路)隧道:日本的青函隧道

53.85Km

英法海峽隧道

50.4Km

公路隧道:挪威的Laerdal隧道

24.51Km。

1.國際上（3）目前世界上最長的交通隧道

瑞士的圣哥達(st.GoHhard)隧道，全長16.3km。0.3.1歷史發(fā)展37日本青函隧道38英法海峽隧道39圣哥達隧道40辛普朗隧道41

◆春秋時代《左傳》就有“隧而相見”的記載

◆三國時期的“官渡之戰(zhàn)”，曹操掘地道…

◆封建時期各個朝代的帝王墳?zāi)沽陮嬀拊诘叵?/p>

◆17世紀(jì)初宋應(yīng)星所著《天工開物》是我國有關(guān)地下工程方面的最早書籍，它詳細記載了豎井采煤法。

◆最早用于交通的隧道為“石門”隧道，位于今陜西省漢中縣褒谷口內(nèi)，建于東漢明帝永華九年。

2.國內(nèi)（1）古代

0.3.1歷史發(fā)展420.3.1歷史發(fā)展43

◆最早的隧道是：臺灣的獅球嶺隧道(1887~1891，軌距1067mm，長261.4m)，位于臺北——基隆線上

◆完全由中國人自行設(shè)計和修建的隧道是詹天佑負責(zé)設(shè)計的八達嶺隧道

2.國內(nèi)（2）近代0.3.1歷史發(fā)展4445

八達嶺隧道0.3.1歷史發(fā)展46

◆已建成的最長普通鐵路隧道：烏鞘嶺隧道20.05km

◆已建成的最長高速鐵路隧道：太行山隧道27.84km

◆已建成的最長公路隧道：秦嶺終南山隧道18.40km

2.國內(nèi)(3)現(xiàn)代(截至2010年底止)0.3.1歷史發(fā)展47

第三代清水隧道：1972年為了修建上越新干線高速鐵路而建，長22.222Km；線路更平順，位置更低。0.3.2技術(shù)發(fā)展

1.國際上隧道工程的長度標(biāo)志著一個國家發(fā)展的水平如日本的三代清水隧道，穿越海拔2000m的谷川山脈第一代清水隧道：1929.12，9.702Km，東口仍有展線；

第二代清水隧道：1963～1967，13.490Km，東口展線消除，但坡度較陡；0.3

隧道工程技術(shù)發(fā)展概況48日本三代清水隧道49

1.國際上其他日本——南朝鮮擬建海底隧道西班牙——摩洛哥的直布羅陀海峽隧道意大利——連接西西里島的海底隧道正在建設(shè)之中0.3.2技術(shù)發(fā)展50

設(shè)備：有了鉆孔臺車和裝碴運輸機

主要干線：成昆線、貴昆線、湘黔線

代表性的隧道：成昆線沙木拉打隧道，6383m

建造速度：52km/年

2.我國（1）鐵路隧道的建造20世紀(jì)50年代：

設(shè)備：開始使用風(fēng)鉆和小型裝碴機

主要鐵路干線：寶成線、川黔線

代表性的隧道：川黔線涼風(fēng)埡隧道，4270m

建造速度：25km/年20世紀(jì)60年代：0.3.2技術(shù)發(fā)展5152

設(shè)備：因文化大革命，技術(shù)和設(shè)備基本保持現(xiàn)狀

主要鐵路干線：襄渝線、京原線、枝柳線

典型隧道：京原線的驛馬嶺隧道，7032m

建造速度：110Km/年（1）鐵路隧道的建造

2.我國20世紀(jì)70年代：0.3.2技術(shù)發(fā)展5354

設(shè)備：出現(xiàn)了大型全液壓鉆孔臺車、大型裝碴機、模板臺車、混凝土輸送泵和運輸車、噴錨支護等技術(shù)，以及采用信息化施工管理，

主要鐵路干線：衡廣復(fù)線、大同——秦皇島線，

典型隧道：大瑤山隧道(14295m)

軍都山隧道(8460m)（1）鐵路隧道的建造

2.我國20世紀(jì)80年代：0.3.2技術(shù)發(fā)展5556575859大秦鐵路軍都山隧道60

設(shè)備：引進隧道掘進機——TunnelBoringmachineTBM

主要鐵路干線：京九線、南昆線

典型隧道：秦嶺隧道(18456m)

米花嶺隧道(9392m)（1）鐵路隧道的建造

2.我國20世紀(jì)90年代：0.3.2技術(shù)發(fā)展61秦嶺隧道62

米花嶺隧道63◆建成了國內(nèi)工期最短的超長隧道：烏鞘嶺隧道，22.050km，

◆正在修建世界最長的高原隧道：

關(guān)角隧道，長32.645km，海拔高度3344m以上

◆建成了最長的高速鐵路隧道：太行山隧道：27.839km

◆建成了我國首座水下盾構(gòu)高鐵隧道（廣深港客運專線）：

獅子洋隧道：10.8km（1）鐵路隧道的建造

2.我國21世紀(jì)以來：0.3.2技術(shù)發(fā)展64

烏鞘嶺隧道65

關(guān)角隧道

太行山隧道66

獅子洋隧道67◆目前我國隧道比重高的幾條鐵路干線

宜萬線：58.0%,為世界最高

襄渝線：34.3%

成昆線：31.6%◆至2010年底：我國運營鐵路隧道：8000多座

總延長超過：4500km◆其中10km以上鐵路隧道如下表所示

2.我國（1）鐵路隧道的建造0.3.2技術(shù)發(fā)展68

中國鐵路10km以上隧道一覽表序號隧道名稱所在線路隧道長度/m建成年月備

注1太行山石太客專278402000.09

2呂梁山中太銀線200702010.12

3烏鞘嶺蘭新線200502006.08雙線4秦嶺Ⅰ線西康184562000.05

5大瑤山衡廣復(fù)線142941980.12雙線6野山關(guān)Ⅱ線宜萬線137982008.05

7霞浦溫福專線130992008.01

8長梁山朔黃127822000.03

9東秦嶺西安南京126682000.01

10園梁山渝懷線110682004.07

11雞面山溫福線100002009.05

69

◆公路隧道在文革前主要是一些短小隧道，總長不到100km

◆1960年，上海黃浦江打浦路水底公路隧道，以盾構(gòu)法修建，直徑10.2m，長1322m

◆改革開放以后隨著高等級公路的修建，隧道才越來越長

◆近十多年來，公路隧道的建造也取得了迅猛發(fā)展，每年都有十座以上的隧道建成

2.我國（2）公路隧道的建造0.3.2技術(shù)發(fā)展70

◆目前我國已建成400余座公路隧道，總長度已超過100km

◆隧道長1000m以上的有40多座

◆較著名的公路隧道有：二郎山隧道，4160m，海拔2200m

華鎣山隧道，4705m、4686m(雙洞)

中梁山隧道，3560多m

◆已建成的最長公路隧道：秦嶺終南山隧道，18.4km

◆湖南省的最長公路隧道：雪峰山隧道，6950m

2.我國（2）公路隧道的建造0.3.2技術(shù)發(fā)展71

二郎山隧道

華鎣山隧道72

終南山隧道73

雪峰山隧道74

◆向超長發(fā)展

◆向大斷面、多層發(fā)展

◆向水下發(fā)展

◆向城市發(fā)展

◆向機械化發(fā)展

◆向信息化發(fā)展0.3.3發(fā)展趨勢0.3

隧道工程技術(shù)發(fā)展概況750.3.4技術(shù)發(fā)展0.3

隧道工程技術(shù)發(fā)展概況760.3

隧道工程技術(shù)發(fā)展概況0.1隧道工程的基本概念與分類0.2隧道工程的特點第0章緒論0.4

課程的特點與主要內(nèi)容77本節(jié)主要內(nèi)容：課程的特點課程的主要內(nèi)容課程的學(xué)習(xí)0.4

課程的特點與主要內(nèi)容78

是一門綜合性較廣的應(yīng)用學(xué)科，需要用到的基礎(chǔ)理論和技術(shù)基礎(chǔ)理論知識有：

◆數(shù)學(xué)

◆工程力學(xué)(理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué))

◆巖石(土)力學(xué)、

工程地質(zhì)

◆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理

◆建筑材料

◆計算機應(yīng)用等0.4.1課程特點0.4

課程的特點與主要內(nèi)容79

圍巖分級標(biāo)準(zhǔn)

圍巖壓力計算0.4.2本門學(xué)科（課程）的主要內(nèi)容1.隧道的規(guī)劃與設(shè)計隧道位置的選擇

平縱斷面設(shè)計等

2.隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造——襯砌結(jié)構(gòu)的特征

結(jié)構(gòu)的幾何形狀與尺寸

結(jié)構(gòu)的類型與使用條件

襯砌材料的基本知識3.巖體(或地層)——即圍巖的特征0.4

課程的特點與主要內(nèi)容804.襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算

襯砌結(jié)構(gòu)的荷載計算

襯砌結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析的基本原理和方法

5.隧道施工方法與施工工藝隧道的施工特點

針對不同地質(zhì)條件的施工方法

施工過程中的基本作業(yè)循環(huán)施工組織與施工管理以及輔助施工0.4.2本門學(xué)科（課程）的主要內(nèi)容81

以上的第1～5部分內(nèi)容將屬于本課程的重點重點：第1～12章6.隧道的運營管理與養(yǎng)護維護

隧道通風(fēng)、照明

病害整治

隧道防災(zāi)

7.高速鐵路隧道的基本知識

空氣動力學(xué)效應(yīng)

0.4.2本門學(xué)科（課程）的主要內(nèi)容820.4.3課程的學(xué)習(xí)

◆參考書目：

參見教材最后頁——主要參考文獻◆學(xué)時緊，有些內(nèi)容略講，以自學(xué)為主◆每章有作業(yè)、思考題

◆有堂課考核◆上課紀(jì)律等0.4

課程的特點與主要內(nèi)容834.課程的特點與主要內(nèi)容3.隧道工程技術(shù)發(fā)展概況1.隧道工程的基本概念與分類2.隧道工程的功能與特點小結(jié)第0章緒論84思考題：1.隧道按使用功能分類時有哪些？2.鐵路隧道與公路隧道在長度分類上有何異同？3．交通山嶺隧道的主要有哪些功能？4.隧道工程的特點主要體現(xiàn)在哪幾個方面？5.試列舉3座以上我國有代表性的隧道工程實例。6.隧道工程的未來發(fā)展可體現(xiàn)在哪些方面？第0章緒論85中南大學(xué)隧道與地下工程系《隧道工程》第1章隧道工程勘測設(shè)計張運良86第1章隧道工程勘測設(shè)計

■隧道工程的勘測設(shè)計一般分為兩階段進行：

◆初測階段：初步設(shè)計提供資料，應(yīng)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(dǎo)線測量等。

◆定測階段：是根據(jù)有關(guān)單位批準(zhǔn)的初步設(shè)計文件及審核意見，在初測基礎(chǔ)上進一步核對、落實、深化相關(guān)勘測資料，對復(fù)雜地質(zhì)問題給出可靠性結(jié)論，為施工圖設(shè)計提供資料。

◆對于長大隧道或地形、地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道，應(yīng)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。87第1章隧道工程勘測設(shè)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(shè)計88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89

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(guān)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901.1.2自然地理概況調(diào)查1.地形資料2.地質(zhì)資料地形圖

1/50000～1/25000主要用于線路規(guī)劃

1/5000～1/1000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)圖和說明書。1/200000～1/50000比例尺的地質(zhì)圖

長大隧道還應(yīng)參考航空照片以及遙感資料1.1隧道工程勘察913.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925.用地及環(huán)境資料6.災(zāi)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(shè)施、

排水設(shè)施、交通設(shè)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，

隧道所在地區(qū)歷史上的暴雨、臺風(fēng)、地震、滑坡等發(fā)生的規(guī)模、頻度931.1.3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941.1.3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(shù)：遙感

95數(shù)字實時成像地質(zhì)雷達

地質(zhì)鉆探

9697(3)設(shè)計及施工時應(yīng)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(yīng)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)地形地質(zhì)說明(4)相關(guān)圖紙981.1.3地質(zhì)調(diào)查6.應(yīng)交付的相關(guān)圖紙⑴線路地形圖(比例1/2000～1/5000)；

⑵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；

⑶地質(zhì)平面圖；

⑷地質(zhì)縱斷面圖(比例1/500～1/2000)；

⑸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。

99隧道線路平面圖實例100隧道縱斷面圖實例101隧道洞口位置地形平面圖實例1021031.1.4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(fēng)景區(qū)等已有構(gòu)建物：通訊設(shè)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1041.1.5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(fēng)向、風(fēng)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105第1章隧道工程勘測設(shè)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(shè)計106本節(jié)主要內(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107

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(guān)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108

主導(dǎo)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◆例如:新龍門隧道（2）自然條件：工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地形、地貌等109新龍門隧道1.2.1概述110進行全面的政治、經(jīng)濟、技術(shù)的綜合比較來確定在隧道位置選擇時，首先應(yīng)◆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(shù)標(biāo)準(zhǔn)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111

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(fù)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1121.2.2越嶺隧道位置的選擇113

埡口的概念：當(dāng)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114115

◆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(guān)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116

◆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1171.2.2越嶺隧道位置的選擇118

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6.42188～2243141.5瓦吉木14.51950～2077109.3小相嶺19.51782～1815109.3陽糯雪山25.81760～180083.51191.2.2越嶺隧道位置的選擇1201.2.2越嶺隧道位置的選擇121

◆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(biāo)高的選擇。

埡口不同，越嶺標(biāo)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122

涼風(fēng)埡方案(采用方案)：在雷神坡方案的基礎(chǔ)上，進一步壓低越嶺位置的較好方案。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(fēng)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；1231.2.2越嶺隧道位置的選擇1241.2.2越嶺隧道位置的選擇125

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126傍山(河谷)隧道實例1272.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(fù)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128

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(yīng)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129偏壓隧道外側(cè)拱肩山體最大覆蓋厚度t(m)地面坡1：m線別圍巖級別示意圖ⅢⅣ石Ⅳ土Ⅴ1；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.Ⅵ級圍巖的t值可通過計算確定；2.

Ⅲ、Ⅳ級圍巖的t值應(yīng)扣除表面風(fēng)化破碎層和坡積層厚度；3.“*”表示缺少統(tǒng)計資料，設(shè)計時可通過工程類比或經(jīng)驗設(shè)計取值。130

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(shè)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131

傍山隧道位置應(yīng)考慮施工便道設(shè)置和既有公路的位置，應(yīng)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132

線路沿山嘴繞行應(yīng)與直穿山嘴的隧道方案進行比較。如山嘴地段地形陡峻、地質(zhì)復(fù)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(yīng)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1331.2.3傍山(河谷)隧道位置的選擇1341.2.3傍山(河谷)隧道位置的選擇135

◆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)條件的影響是極力重要的。1.2隧道位置選擇1361.2.4不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇1.滑坡地區(qū)137（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138139

懸崖陡壁地區(qū)，日久風(fēng)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)140

巖石經(jīng)風(fēng)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.巖堆地區(qū)141

應(yīng)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1421.2.4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。143

（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(zāi)、爆炸、最好避開，不得已時作好通風(fēng)。7.其他144第1章隧道工程勘測設(shè)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(shè)計145本節(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1461.3.1洞口位置選定的重要性

◆是隧道勘測設(shè)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(guān)工程(橋涵、通風(fēng)設(shè)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(dāng)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。147

1.洞口應(yīng)盡可能設(shè)在山體穩(wěn)定、地質(zhì)較好處，不應(yīng)設(shè)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148

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(yīng)不小于Ⅲ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(yīng)盡可能設(shè)在線路與地形等高線正交處149

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(shè)計標(biāo)高，應(yīng)高于洪水設(shè)計標(biāo)高Ⅰ、Ⅱ級鐵路、高速公路為100年一遇Ⅲ級與其他公路為50年一遇設(shè)計標(biāo)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(shè)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）150仰坡邊坡1511.3.2洞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Ⅰ～ⅡⅢⅣⅤ～Ⅵ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(shè)計開挖高度系從路基邊緣算起。1521.3.2洞口位置選定的原則和要求5.當(dāng)隧道穿過懸崖陡壁時，可貼壁進洞

◆當(dāng)隧道穿過懸崖陡壁時，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(fēng)化破碎巖層，使洞口處于不利地位。153

◆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(yīng)延伸洞口接長明洞至能坍落影響范圍以外3～5m。1.3.2洞口位置選定的原則和要求5.當(dāng)隧道穿過懸崖陡壁時，可貼壁進洞1546.當(dāng)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(yīng)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(shè)備等情況全面考慮。7.注重環(huán)境保護155156第1章隧道工程勘測設(shè)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(shè)計157本節(jié)主要內(nèi)容：隧道線路平面設(shè)計隧道線路縱斷面設(shè)計1.4隧道線路設(shè)計158◆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(shè)計159(3)當(dāng)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(yīng)保證停車視距)。1.4.1隧道線路平面設(shè)計

設(shè)計要點(1)在地形地質(zhì)條件可能的情況下，應(yīng)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(yīng)盡量避免設(shè)反向曲線或復(fù)曲線，以利于運營施工。1.4隧道線路設(shè)計160(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(shè)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(yīng)滿足停車視距要求；其他各級公路隧道應(yīng)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(shè)超高的平曲線(見下表)。

1.4.1隧道線路平面設(shè)計

設(shè)計要點161公路隧道不設(shè)超高的圓曲線最小半徑(m)

設(shè)計速度

(km/h)路拱1201008060403020≤2.0%5500400025001500600350150＞2.0%75005250335019008004502001.4.1隧道線路平面設(shè)計

設(shè)計要點1621.4.2隧道線路縱斷面設(shè)計

1.設(shè)計要素◆坡道形式◆坡度大小◆坡段長度◆坡段連接1.4隧道線路設(shè)計163

單面坡多用于線路的緊坡地段或是展線地區(qū)及河谷隧道中，以利爭取高程1.4.2隧道線路縱斷面設(shè)計

2.坡道形式兩種：人字坡和單面坡

人字坡常出現(xiàn)在越嶺隧道、長大隧道中1641.4.2隧道線路縱斷面設(shè)計

3.坡度大小(1)隧道內(nèi)最大限制坡度鐵路≥3‰公路不大于3%，不小于0.3%(2)鐵路隧道內(nèi)的坡度折減濕度影響、空氣阻力影響：見教材的表1－51651.4.2隧道線路縱斷面設(shè)計

4.坡段長度

對于鐵路隧道，當(dāng)列車經(jīng)過變坡點時會產(chǎn)生附加力及附加速度，如果隧道內(nèi)變坡點過多，就容易使旅客感到不適。同時，過多的變坡點也會給運營維修養(yǎng)護增加困難。因此隧道內(nèi)的坡度宜設(shè)計長些，或不短于列車長度。1661.4.2隧道線路縱斷面設(shè)計

5.坡段連接

◆為了行車平順，兩個相鄰坡段坡度的代數(shù)差值不宜太大。

從安全的觀點出發(fā)，坡段間的代數(shù)差值△ip不應(yīng)大于重車方向的限坡值

，否則就應(yīng)在兩個坡段之間插入一段緩和坡段。

◆當(dāng)相鄰坡度差大于一定限值時，設(shè)置緩和坡段已不解決問題，而應(yīng)在變坡點處設(shè)置豎曲線，還要注意豎曲線不應(yīng)與緩和曲線重疊。這些規(guī)定與洞外明線的要求是一樣的。

◆具體方法可參見鐵路選線知識相關(guān)內(nèi)容。167小結(jié)第1章隧道工程勘測設(shè)計168思考題：

1.隧道工程勘察的基本內(nèi)容是什么？2.地質(zhì)調(diào)查后應(yīng)提供的主要資料有哪些？3.如何考慮地形條件對隧道位置的影響？4.越嶺隧道選擇時要考慮的主要因素是什么？5.傍山隧道選擇是要考慮的主要因素是什么？6.隧道洞口位置選擇的總原則與目的。7.解釋隧道縱坡的形式、適用條件及限制坡度？

中南大學(xué)隧道與地下工程系《隧道工程》第2章隧道主體建筑結(jié)構(gòu)（一）169交通隧道結(jié)構(gòu)由主體建筑和附屬建筑組成第2章隧道主體建筑結(jié)構(gòu)引言◆主體建筑：為保持隧道的穩(wěn)定，保證行車安全

運行修建的

包括：洞身襯砌+洞門結(jié)構(gòu)◆附屬建筑：保證車輛安全運行和正常使用的

附加設(shè)施

（第3章介紹）170171第2章隧道主體建筑結(jié)構(gòu)2.1隧道限界與凈空2.2隧道襯砌斷面設(shè)計2.3隧道洞身支護結(jié)構(gòu)2.4隧道洞門結(jié)構(gòu)2.5隧道明洞結(jié)構(gòu)172本節(jié)主要內(nèi)容：隧道凈空與限界的概念隧道建筑限界的確定曲線隧道凈空加寬2.1隧道限界與凈空1731.隧道凈空的概念

指襯砌內(nèi)輪廓線所包括的空間。2.1隧道限界與凈空2.隧道凈空(內(nèi)輪廓)應(yīng)滿足的要求◆保證車輛行使安全——滿足隧道建筑限界的要求。◆使結(jié)構(gòu)受力的合理狀態(tài)，即要結(jié)合襯砌結(jié)構(gòu)的受力

特點，內(nèi)輪廓應(yīng)該是圓順的?！艚?jīng)濟合理：即不致過分超挖，節(jié)省勞動力及費用。

從以上幾點可以看出，隧道建筑限界對于決定隧道凈空，起著關(guān)鍵作用。2.1.1基本概念174

3.隧道建筑限界的概念

隧道建筑限界是為了保證隧道內(nèi)各種交通的正常運行與安全，而規(guī)定在一定寬度和高度范圍內(nèi)不得有任何障礙物的空間范圍。

總的來說，隧道建筑限界是指襯砌內(nèi)緣不能侵入的輪廓線。2.1.1基本概念175

1．鐵路隧道建筑限界需要考慮的重要因素（普通鐵路）

(1)機車車輛及相應(yīng)設(shè)備(脫軌器、接觸電線等)的限界

(2)貨物裝載限界：

超限貨物裝載限界高度尺寸

5.3000m

貨物上跳振幅

0.0465m

高度=5.50m

安全量

0.1505m

超限貨物裝載限界半寬尺寸2.2250m

橫向振幅

0.1705m

半寬=2.44m

安全量

0.0445m

(3)附屬建筑限界（如無人行道、排水管、電纜槽等）。2.1隧道限界與凈空2.1.2鐵路隧道建筑限界1762.1.2鐵路隧道建筑限界機車車輛限界機車車輛限界：滿足我國各種型號

的鐵路機車所需的最大斷面鐵路建筑接近限界：全國鐵路線上所有

建筑物都不允許侵入的凈空范圍隧道凈空鐵路建筑接近限界隧道建筑限界2．普通鐵路的限界標(biāo)準(zhǔn)177

2．普通鐵路的限界標(biāo)準(zhǔn)

以下兩圖是我國現(xiàn)行常規(guī)鐵路“隧道建筑限界”的國家標(biāo)準(zhǔn)[GB146.2—83]，它按牽引類型及線路數(shù)目分類為：

蒸汽、內(nèi)燃隧限1——甲：單線6.00m(高)×4.88m(寬)

乙：雙線6.00m(高)×8.88m(寬)

電力

隧限2——甲：雙線6.55m(高)×4.88m(寬)

乙：雙線6.55m(高)×8.88m(寬)2.1.2鐵路隧道建筑限界178隧限1：蒸汽及內(nèi)燃牽引的單線、雙線鐵路隧道限界圖2.1.2鐵路隧道建筑限界179隧限2：電力牽引的單線、雙線隧道限界圖2.1.2鐵路隧道建筑限界180200km/h客貨共線電力牽引鐵路建筑限界（單位：mm）200km/h及以上客運專線鐵路建筑接近限界（單位：mm）3．客運專線鐵路隧道的限界標(biāo)準(zhǔn)2.1.2鐵路隧道建筑限界1814．高速鐵路隧道的限界標(biāo)準(zhǔn)2.1.2鐵路隧道建筑限界1821.公路隧道建筑限界組成部分2.1.3公路隧道建筑限界2.1隧道限界與凈空◆

行車道寬度（W）◆

側(cè)向?qū)挾龋↙）◆

人行道（R）或檢修道（J）

當(dāng)設(shè)置人行道時，含余寬（C）◆

車道數(shù)1832.1.3公路隧道建筑限界1.公路隧道建筑限界組成部分1842.1.3公路隧道建筑限界2.公路隧道建筑限界標(biāo)準(zhǔn)1851862.1.4鐵路隧道曲線加寬2.1隧道限界與凈空

(1)車輛通過曲線，轉(zhuǎn)向架中心點沿線路運行，車輛由于不能彎曲而保持矩形形狀。

兩端向曲線外側(cè)偏移，中間向曲線內(nèi)側(cè)偏移。1.加寬原因1872.1.4鐵路隧道曲線加寬

(2)曲線外軌超高，車輛向曲線內(nèi)側(cè)傾斜，車輛限界控制點在水平方向向內(nèi)移動一個距離

曲線隧道凈空的加寬值：

內(nèi)側(cè)加寬：

外側(cè)加寬：

總加寬：1.加寬原因2.總加寬值1882.1.4鐵路隧道曲線加寬3.單線鐵路曲線隧道加寬值：—車輛轉(zhuǎn)向架中心距離，18mR—曲線半徑H—隧道限界控制點自軌面起的高度,cmE—外軌超高值,cmL—車輛長度，26m1892.1.4單線鐵路隧道曲線加寬

式中：v——鐵路遠期行車速度，km/hR——曲線半徑，m3.單線鐵路曲線隧道加寬值：1902.1.4曲線隧道凈空加寬4.單線曲線隧道中線與線路中線偏離距離

斷面加寬后，隧道中線向曲線內(nèi)側(cè)偏移了一個距離，單線隧道偏移值為：

1912.1.4鐵路隧道曲線加寬5.雙線鐵路曲線隧道加寬及

計算與單線加寬值相同，另外，內(nèi)外側(cè)線中線間需加寬當(dāng)外側(cè)線路外軌超高大于內(nèi)側(cè)線路外軌超高時H—車輛外側(cè)頂角距內(nèi)軌頂面的高度，取360cmE—外側(cè)線路的外軌超高值，cm◆加寬值1922.1.4鐵路隧道曲線加寬◆雙線鐵路中線偏移5.雙線鐵路曲線隧道加寬1932.1隧道限界與凈空2.1.5曲線鐵路隧道加寬平面布置

1.圓曲線:按計算值W予以加寬。

2.緩和曲線:

(1)自圓曲線終點至緩和曲線中點，并向直線方向方向延長13m，采用圓曲線加寬斷面。

(2)其余緩和曲線段，并自緩和曲線起點向直線段延長22m，采用加寬值的一半。

(3)不同加寬值襯砌斷面的銜接，可以采用錯臺或在1米范圍內(nèi)逐漸過渡的形式進行。1942.1.5曲線鐵路隧道加寬平面布置195類別半徑(m)

加寬值(m)汽車軸距加前懸(m)250~200200~150150~100100~7070~5050~3030~2525~2020~15150.40.60.81.01.21.41.82.22.5280.60.70.91.21.52.0——35.3+8.80.81.01.52.02.5——注：四級公路和山嶺重丘的三級公路采用第1類加寬值；其余各級公路采用第3類加寬值。對不經(jīng)常通行集裝箱運輸半掛車的公路，可采用第2類加寬值。2.1隧道限界與凈空2.1.6公路隧道平曲線加寬取值196第2章隧道主體建筑結(jié)構(gòu)2.1隧道限界與凈空2.2隧道襯砌斷面設(shè)計2.3隧道洞身支護結(jié)構(gòu)2.4隧道洞門結(jié)構(gòu)2.5隧道明洞結(jié)構(gòu)197本節(jié)主要內(nèi)容：隧道襯砌斷面設(shè)計內(nèi)容和步驟鐵路隧道襯砌斷面設(shè)計公路隧道襯砌斷面設(shè)計隧道襯砌斷面厚度2.2隧道襯砌斷面設(shè)計1982.2隧道襯砌斷面設(shè)計2.2.1隧道襯砌斷面設(shè)計內(nèi)容和步驟1.襯砌斷面設(shè)計內(nèi)容隧道襯砌為超靜定結(jié)構(gòu)，不能通過計算直接得到斷面形狀和截面尺寸，需依據(jù)經(jīng)驗和相關(guān)規(guī)范推薦方案初步擬定，再通過強度檢算進行調(diào)整。初步擬定襯砌形狀和尺寸需考慮的因素：（1）襯砌內(nèi)輪廓線（2）結(jié)構(gòu)軸線（3）襯砌厚度1992.2.1隧道襯砌斷面設(shè)計內(nèi)容和步驟（1）隧道內(nèi)輪廓必須符合隧道建筑凈空限界（基本要求）（2）內(nèi)輪廓線應(yīng)盡量減小洞室的體積（經(jīng)濟）（3）結(jié)構(gòu)軸線應(yīng)盡可能地符合壓力線（受力合理）（4）采用的施工方法能確保斷面形狀及尺寸有利于隧道的穩(wěn)定

（圍巖穩(wěn)定）2.設(shè)計目標(biāo)2003.襯砌斷面設(shè)計步驟（1）根據(jù)隧道類型確定相應(yīng)建筑限界（2）根據(jù)圍巖初步擬定截面形狀和厚度（3）斷面優(yōu)化、強度檢算并評價內(nèi)輪廓線2.2.2鐵路隧道襯砌斷面設(shè)計1.襯砌斷面相關(guān)參數(shù)h:軌頂面至拱頂高度f:拱頂至拱腳矢高b:襯砌拱部凈寬之半a:內(nèi)徑r2的圓心o2至o1

的水平和垂直距離

r1:拱圈第一個內(nèi)徑r2:第二個內(nèi)徑Φ1:第一段圓曲線的終

點截面與豎直面的夾角φ2:拱腳截面與豎直面

的夾角2.2隧道襯砌斷面設(shè)計2012.2.2鐵路隧道襯砌斷面設(shè)計2.襯砌斷面幾何關(guān)系上式含b、f、φ1、a、r1、r2、φ2共7個參數(shù)先給定b、f、φ1及a值后，再解出r1、r2及φ2。曲線地段需要加寬時，保持r2及φ2不變，φ1仍取45o，b值根據(jù)加寬要求也是已知，故未知參數(shù)f、a、r1仍可求解。（1）拱圈部分2022.2.2鐵路隧道襯砌斷面設(shè)計2.襯砌斷面幾何關(guān)系（2）曲墻部分2032.2.2鐵路隧道襯砌斷面設(shè)計小結(jié)(1)襯砌內(nèi)輪廓線(標(biāo)準(zhǔn)化)(2)襯砌外輪廓線(可變化)(3)襯砌截面厚度(可變化)(4)內(nèi)輪廓線與厚度影響結(jié)構(gòu)軸線(5)外輪廓線決定是否變截面襯砌，亦影響結(jié)構(gòu)軸線2.2隧道襯砌斷面設(shè)計2042.2.3公路隧道襯砌斷面設(shè)計(1)鐵路隧道建筑限界是固定統(tǒng)一的，而公路隧道的建筑限

界則不定1.公路隧道與鐵路隧道的主要區(qū)別(2)公路隧道的附屬設(shè)施比鐵路隧道多且要求高，且每一

座隧道均會因交通流量和長度不同而要求不同(3)斷面設(shè)計的優(yōu)化就具有必要性(4)規(guī)范推薦斷面形式（標(biāo)準(zhǔn)化趨勢）2.2隧道襯砌斷面設(shè)計2052.2.3公路隧道襯砌斷面設(shè)計2.公路隧道斷面設(shè)計過程2062.2.3公路隧道襯砌斷面設(shè)計目前公路隧道以單心圓、坦三心圓兩種斷面應(yīng)用最為普遍。3.公路隧道常見斷面形式2074.單心圓襯砌斷面設(shè)計2.2.3公路隧道襯砌斷面設(shè)計（1）單心圓襯砌內(nèi)輪廓線208（2）內(nèi)輪廓線幾何關(guān)系2.2.3公路隧道襯砌斷面設(shè)計4.單心圓襯砌斷面設(shè)計209其它參數(shù)見限界要求迭代求解面積最小為最優(yōu)(3)獨立變量：(4)約束條件：2.2.3公路隧道襯砌斷面設(shè)計4.單心圓襯砌斷面設(shè)計2102.2.3公路隧道襯砌斷面設(shè)計（1）坦三心圓內(nèi)輪廓線5.坦三心圓襯砌斷面設(shè)計211

（2）獨立變量（3）基本幾何方程（4）約束條件其余參數(shù)約束條件見限界要求參數(shù)求解需假定A1及A2，其余同單心圓優(yōu)化。2.2.3公路隧道襯砌斷面設(shè)計5.坦三心圓襯砌斷面設(shè)計2122.2隧道襯砌斷面設(shè)計2.2.4隧道襯砌斷面厚度(1)單線鐵路隧道拱頂厚度一般為30～60㎝(2)雙線鐵路隧道襯砌拱頂厚度為40～80㎝(3)仰拱厚度一般稍小于拱頂?shù)暮穸?4)襯砌可以等厚，也可將拱腳和邊墻較拱頂加厚20%～50%襯砌截面最小厚度(㎝)建筑材料種類隧道和明洞襯砌洞門端墻、翼墻和洞口擋土墻拱圈邊墻仰拱混凝土20202030片石混凝土5050漿砌粗料石或混凝土塊303030漿砌塊石3030漿砌片石5050213問題（思考題）：1、確定隧道建筑限界需要考慮哪些因素？2、比較鐵路隧道與公路隧道襯砌斷面，影響斷面形狀

有哪些因素？3、如何運用數(shù)學(xué)優(yōu)化知識使斷面滿足各方面要求？小結(jié)214第2章隧道主體建筑結(jié)構(gòu)2.1隧道限界與凈空2.2隧道襯砌斷面設(shè)計2.3隧道洞身支護結(jié)構(gòu)2.4隧道洞門結(jié)構(gòu)2.5隧道明洞結(jié)構(gòu)215本節(jié)主要內(nèi)容：洞身支護結(jié)構(gòu)主要類型整體式襯砌結(jié)構(gòu)裝配式襯砌結(jié)構(gòu)噴錨支護結(jié)構(gòu)復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)連拱隧道與小間距隧道襯砌洞身支護結(jié)構(gòu)要求2.3隧道洞身支護結(jié)構(gòu)2162.3.1隧道洞身支護結(jié)構(gòu)主要類型

隧道洞室開挖，圍巖被擾動，為保持圍巖的穩(wěn)定，確保施工與運營安全，隧道必須施作支護結(jié)構(gòu)，即隧道襯砌。支護結(jié)構(gòu)的型式分為：

1.外部支護：

從外部支撐坑道圍巖的支護方式，如：(1)整體式混凝土襯砌

(2)拼裝式襯砌(3)噴射混凝土支護2.3隧道洞身支護結(jié)構(gòu)2172.3.1隧道洞身支護結(jié)構(gòu)主要類型2.內(nèi)部支護：

對圍巖進行加固以提高其穩(wěn)定性，如：(1)錨桿支護(2)噴射混凝土支護(3)注漿加固

3.混合支護：

將內(nèi)部和外部支護混合一起的襯砌，如：(1)噴錨支護(2)復(fù)合式襯砌2182.3.2整體式襯砌結(jié)構(gòu)指就地灌注的混凝土襯砌，也稱模筑混凝土襯砌。1.工藝流程立?！嘀B(yǎng)生——拆模3.缺點2.優(yōu)點(1)對地質(zhì)條件和施工條件的適應(yīng)性較強(2)易于按需要成型

(3)整體性好(4)抗?jié)B性強(1)需要養(yǎng)護時間(2)受力較慢2.3隧道洞身支護結(jié)構(gòu)219模筑混凝土襯砌2202.3.2整體式襯砌結(jié)構(gòu)1.直墻式襯砌適用條件：(1)地質(zhì)條件較好的Ⅰ、Ⅱ

級圍巖(2)圍巖壓力以豎向為主，幾乎沒有或僅有很小的水平側(cè)向壓力2212.3.2整體式襯砌結(jié)構(gòu)半襯砌2.半襯砌(1)地質(zhì)條件極好，整體巖層堅固(2)幾乎無水平側(cè)壓力，也無地下

水侵入適用條件：注：可不設(shè)邊墻，但應(yīng)把兩側(cè)巖

壁表面噴漿敷面2222.3.2整體式襯砌結(jié)構(gòu)3.曲墻式襯砌適用條件：(1)地質(zhì)較差，巖體松散

破碎，強度不高(2)側(cè)向水平壓力較大(3)有地下水仰拱的概念與作用：2232.3.3拼裝式襯砌結(jié)構(gòu)

因隧道施工工業(yè)化和機械化發(fā)展而出現(xiàn)的，這種襯砌先是在工廠(或現(xiàn)場)預(yù)制成若干構(gòu)件，然后運入隧道內(nèi)，用機械將這些構(gòu)件拼裝成一環(huán)接一環(huán)的襯砌。目前多在使用盾構(gòu)法施工的城市地下鐵道中應(yīng)用。1.優(yōu)點◆

可立即承受圍巖壓力◆

工廠化、機械化，改善勞動條件◆

不需臨時支撐可節(jié)省大量材料及勞力◆速度快，工期短，造價低2.3隧道洞身支護結(jié)構(gòu)2242252262.3.3拼裝式襯砌結(jié)構(gòu)2.缺點◆

接縫多，整體性差◆抗?jié)B性差，防水困難◆需要足夠的拼裝空間◆

制備構(gòu)件尺寸上要求精度高隨著隧道工程技術(shù)的發(fā)展，在克服以上缺點后，拼裝式襯砌將是一個很有前途的襯砌形式。例如，已通車的廣深港客運專線獅子洋隧道，就是采用的這種襯砌結(jié)構(gòu)。2272.3.4錨噴支護結(jié)構(gòu)1.作用原理

噴射混凝土加設(shè)錨桿和金屬網(wǎng)構(gòu)成的一種支護形式，簡稱‘噴錨支護’，是目前常用的一種圍巖支護手段。噴射混凝土充填裂隙、封閉圍巖壁面，靠噴層與圍巖的

粘結(jié)力及自身的抗剪能力組成一個新的承載結(jié)構(gòu)體系；通過錨桿的懸吊效應(yīng)、組合梁效應(yīng)、加固效應(yīng)以發(fā)揮

圍巖自承能力形成一種柔性襯砌結(jié)構(gòu)，與圍巖合成一體，共同作用，

充分調(diào)動或發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力2.3隧道洞身支護結(jié)構(gòu)2282.3.4錨噴支護結(jié)構(gòu)2.錨噴支護類型3.錨噴支護優(yōu)點

◆錨桿支護

◆噴射混凝土支護

◆噴射混凝土+錨桿聯(lián)合支護

◆噴射混凝土+錨桿+鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護

◆以上類型加設(shè)型鋼支撐或格柵拱架而成的聯(lián)合支護

◆充分發(fā)揮圍巖的自承能力，因而有效地利用洞內(nèi)凈空

◆施工簡便，提高作業(yè)安全性和作業(yè)效率，

◆使坑道斷面縮小，從而減少了開挖量，也節(jié)省圬工229錨桿結(jié)構(gòu)圖示2302312322.3.5復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)

1.結(jié)構(gòu)組成：

復(fù)合式襯砌是將襯砌分為多層施作，目前大多采用內(nèi)外兩層襯砌。

即：外襯+防水層+內(nèi)襯內(nèi)襯（二次襯砌）外襯（初期支護）模注混凝土襯砌噴射混凝土支護模注混凝土襯砌噴射混凝土+錨桿支護模注混凝土襯砌格柵鋼構(gòu)拱架+噴錨支護2.3隧道洞身支護結(jié)構(gòu)2332.3.5復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)2.復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)圖2342.3.5復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)2.復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)圖2352.3.5復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)3.復(fù)合式襯砌受力狀態(tài)保護圍巖和加固圍巖，促進圍巖的應(yīng)力調(diào)整，充分發(fā)揮圍巖的自承作用

（1）初期支護受力狀態(tài)（2）二次襯砌受力狀態(tài)

◆地質(zhì)情況較好時，初期支護與圍巖承載比例大，二次襯砌用來提高安全度；

◆在圍巖比較軟弱地段，則內(nèi)、外襯砌是共同承載；

◆在一些特殊地質(zhì)地段中(坍方、大變形)，二次襯砌的承載作用是主要的。2362.3.5復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)4.優(yōu)缺點缺點優(yōu)點(1)改善受力條件，相對單層同厚度模筑襯砌，承載能力提高20％～30％(2)

防止外層襯砌風(fēng)化，使噴層內(nèi)鋼筋網(wǎng)和錨桿端部

免于銹蝕(3)表面光潔平整，利于通風(fēng)(4)

防水效果好造價較高，施工較復(fù)雜237

1.連拱隧道的含義

連拱隧道，就是將兩隧道之間的巖體用混凝土取代，或者說是將兩隧道相鄰的邊墻連接成一個整體，形成雙洞拱墻相連的一種結(jié)構(gòu)形式。中間的連接部分通常稱為