隧道的勘察及位置的選擇

1、隧道的勘察及位置的選擇Tunnel and location choice survey摘要我國(guó)公路隧道隨著交通建設(shè)的高速發(fā)展而不斷增加，目前國(guó)家將建設(shè)重點(diǎn)向我國(guó)西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，高速公路網(wǎng)的建設(shè)必須面臨大量的隧道工程。隧道勘測(cè)為確定隧道位置、施 工方法和支護(hù)、襯砌類型等技術(shù)方案，對(duì)隧道地處范圍內(nèi)的地形、地質(zhì)狀況，以及對(duì)地下水 的分布和水量等水文情況要進(jìn)行勘測(cè)。本文簡(jiǎn)單介紹了隧道的勘察及位置選擇的工程中經(jīng)常 使用的一些方法。Abstract Chinas highway tunnel construction with the rapid development and traffic incre

2、ase, the current national focus to the construction of the western regions of China, the construction of the highway network must face a large number of tunnels. Tunnel tunnel investigation to determine the location, construction methods and bracing, lining type of technology solutions, within the s

3、cope of the tunnel is located in the terrain, geological conditions, as well as the distribution and quantity of groundwater hydrology, etc. to carry out the investigation. This paper briefly describes the survey and location of the tunnel project selected some of the methods commonly used.關(guān)鍵詞：隧道勘察

4、目的調(diào)查位置選擇洞口位置Keywords： Tunnel investigation Purpose Survey Selecting a Location Hole location正文隧道是修建在地下或水下并鋪設(shè)鐵路供機(jī)車(chē)動(dòng)車(chē)輛通行的建筑物。根據(jù)其所在位置可分 為山嶺隧道、水下隧道和城市隧道三大類。為縮短距離和避免大坡道而從山嶺或丘陵下穿越 的稱為山嶺隧道；為穿越河流或海峽而從河下或海底通過(guò)的稱為水下隧道；為適應(yīng)鐵路通過(guò) 大城市的需要而在城市地下穿越的稱為城市隧道。這三類隧道中修建最多的是山嶺隧道。中國(guó)鐵路隧道約有半數(shù)以上分布在川、陜、云、貴4省。成昆、襄渝兩條鐵路干線隧道 總延長(zhǎng)分別為3

5、42及282公里，占線路總長(zhǎng)的比率分別為31.6%和34.3%。在隧道勘測(cè)和開(kāi) 挖過(guò)程中，須了解圍巖的類別。圍巖是隧道開(kāi)挖后對(duì)隧道穩(wěn)定性有影響的周邊巖體。圍巖分 類是依次表明周?chē)鷰r石的綜合強(qiáng)度。中國(guó)在1975年制定的鐵路隧道工程技術(shù)規(guī)范中將圍巖 分為6類。關(guān)于巖石分類70年代以前常用泰沙基及普氏等巖石分類方法。70年代以后在國(guó) 際上應(yīng)用較廣并為國(guó)際巖石力學(xué)學(xué)會(huì)推薦的為巴頓等各種分級(jí)系統(tǒng)。此外，還有日本以彈性 波速為主的分類法。圍巖的類別的確定，為隧道工程設(shè)計(jì)合理和施工順利提供了依據(jù)。隧道勘察的目的，是在于查明隧道所處位置的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件以及隧道施 工和運(yùn)營(yíng)對(duì)環(huán)境保護(hù)的影響。為規(guī)劃、

6、設(shè)計(jì)、施工提供所需的勘察資料，并對(duì)存在的巖土工 程問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行分析評(píng)價(jià)提出合理的設(shè)計(jì)方案和施工措施，從而使隧道工程經(jīng)濟(jì)合理 和安全可靠。隧道勘察階段的劃分應(yīng)與公路設(shè)計(jì)階段相適應(yīng)，一般分為行性研究勘察，初步勘察，詳 細(xì)勘察?？尚行匝芯靠辈?。公路可行性研究按其工作深度，分為預(yù)可行性研究和工程可行性研究。 預(yù)可行性研究中的勘察主要側(cè)重于是收集與研究已有的文獻(xiàn)資料；而在工程可行性研究中， 需在分析已有資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)踏勘，對(duì)各個(gè)可能方案作實(shí)地調(diào)查，并對(duì)不良地質(zhì)地段等重要工點(diǎn)進(jìn)行必要的勘探，大致查明地質(zhì)情況。我國(guó)橋隧可行性研究現(xiàn)狀初步勘察是在批準(zhǔn)的工程可行性研究報(bào)告推薦建設(shè)方案的基礎(chǔ)上，在初步選

7、定的路線內(nèi) 進(jìn)行勘察，其任務(wù)是滿足初步設(shè)計(jì)對(duì)資料要求。根據(jù)工程地質(zhì)條件，優(yōu)選路線方案，在路線 基本走向范圍內(nèi)，對(duì)可能作為隧道線位的區(qū)間進(jìn)行初勘，重點(diǎn)勘察不良地質(zhì)地段，以明確隧 道能否通過(guò)或如何通過(guò)。提供編制初步設(shè)計(jì)所需全部工程地質(zhì)資料。初勘工作步驟：可按收 集資料、工程地質(zhì)選定隧道線位、工程地質(zhì)調(diào)繪、勘探、試驗(yàn)、資料整理等順序進(jìn)行。收集 資料：初勘也應(yīng)收集已有資料，包括可行性研究報(bào)告，取得隧道所在位置的初步總平面布置 地形圖及有關(guān)工程性質(zhì)，規(guī)模的文件。工程地質(zhì)選定隧道線位：初勘工作的任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì) 合理、技術(shù)可行的最優(yōu)隧道位置方案。當(dāng)測(cè)區(qū)內(nèi)的工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜，如區(qū)域地質(zhì)的穩(wěn) 定條件差，有不

8、良地質(zhì)現(xiàn)象，尤其應(yīng)注意工程地質(zhì)選線工作。首先應(yīng)從工程地質(zhì)觀點(diǎn)來(lái)選定 隧道線位的概略位置，然后充分研究并掌握沿線的工程地質(zhì)條件，盡可能提出有比較價(jià)值的 方案進(jìn)行比較，將隧道選定在地質(zhì)情況比較好的區(qū)間內(nèi)，以避免在詳測(cè)時(shí)因工程地質(zhì)問(wèn)題發(fā) 生大的方案變動(dòng)。初勘資料整理：工程地質(zhì)勘察的原始資料，包括調(diào)查、測(cè)繪、勘探、試驗(yàn) 等資料，并按有關(guān)規(guī)定填寫(xiě)，并進(jìn)行復(fù)核與檢查。提交的資料包括圖件、文字等資料，要求 清晰正確，并符合有關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)文件編制辦法的規(guī)定。隧道勘察的方法，主要有收集與研究既有資料，調(diào)查與測(cè)繪、勘探，試驗(yàn)與長(zhǎng)期觀測(cè)等 幾種。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的新技術(shù)在隧道勘察工作中得到發(fā)展和應(yīng)用。收

9、集研究即有資料。隧道工程地質(zhì)勘察各階段的準(zhǔn)備工作，是根據(jù)勘測(cè)任務(wù)的要求， 配備必要的專業(yè)人員，收集及研究有關(guān)資料，了解現(xiàn)場(chǎng)情況，并做好勘察儀器等的準(zhǔn)備。其 中，收集和研究隧道所處地區(qū)的既有的有關(guān)資料，不僅是外業(yè)工作之前準(zhǔn)備工作的重要內(nèi)容， 也是隧道勘察的一個(gè)主要方法。調(diào)查與測(cè)繪。調(diào)查與測(cè)繪是工程地質(zhì)勘察的主要方法。通過(guò)觀察和訪問(wèn)，對(duì)隧道通過(guò)地 區(qū)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行綜合性的全面研究，將查明的地質(zhì)現(xiàn)象和獲得的資料，填繪于有關(guān)的 圖表與記錄本中，這種工作統(tǒng)稱為調(diào)查測(cè)繪（調(diào)繪）。隧道工程地質(zhì)測(cè)繪，一般可在沿線兩 側(cè)帶狀范圍內(nèi)進(jìn)行，通常采用沿線調(diào)查的方法，對(duì)不良地質(zhì)地段及地質(zhì)條件復(fù)雜的路段，應(yīng) 擴(kuò)大調(diào)繪

10、范圍，以提出完整可靠的地質(zhì)資料。隧道工程地質(zhì)測(cè)繪的路線法：采用路線法測(cè)繪的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的環(huán)節(jié)，是觀測(cè)路線的布置 和觀測(cè)點(diǎn)的選擇。觀測(cè)路線的布置除應(yīng)沿隧道中線進(jìn)行調(diào)查測(cè)繪外，尚應(yīng)在路線及兩側(cè) 布置觀測(cè)路線，以求在需要測(cè)繪的范圍內(nèi)獲得足夠的資料繪制工程地質(zhì)圖。觀察點(diǎn)的選 擇應(yīng)根據(jù)觀察的目的和要求進(jìn)行選擇。例如，為了研究地貌、地質(zhì)界線、不良地質(zhì)現(xiàn)象等不 同的目的，考慮分別設(shè)置觀察點(diǎn)。山嶺隧道是修建在天然地層中的建筑物，它從位置選擇到具體設(shè)計(jì)，直到施工，均與地 質(zhì)條件有密切關(guān)系。地質(zhì)條件包括巖層性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖層產(chǎn)狀、裂隙發(fā)育程度及風(fēng)化程 度，隧道所處深度及其與地形起伏的關(guān)系、地層含水程度、地溫及有害

11、氣體情況、有無(wú)不良 地質(zhì)現(xiàn)象及其影響等。基于以下原因，在隧道的勘察中，應(yīng)十分注意工程地質(zhì)工作。隧道的 勘察一般都采用兩階段勘測(cè)，即初步勘察與詳細(xì)勘察。對(duì)地形地質(zhì)條件簡(jiǎn)單中、短隧道采用一階段勘測(cè)，但勘測(cè)工作應(yīng)按相應(yīng)要求和深度，提供施 工圖設(shè)計(jì)所需資料。地形地質(zhì)條件特別復(fù)雜的長(zhǎng)大隧道也可采用多階段勘測(cè)。但為配合整個(gè) 路線勘察工作，隧道勘察宜與路線勘測(cè)階段相當(dāng)。地層巖性。查明隧道通過(guò)區(qū)域的地層層序、巖性、成因、年代、產(chǎn)狀、狀態(tài)、分布規(guī)律 及其接觸關(guān)系、接觸面特征；巖層風(fēng)化破碎程度及抗風(fēng)能力的強(qiáng)弱。沉積巖、層狀巖漿巖、 區(qū)域變質(zhì)巖一般具有層狀結(jié)構(gòu)。地層界面一般按巖性巖相所顯示的特征即按巖石種類、名稱、

12、 礦物成分、顆粒大小、空隙狀態(tài)及結(jié)構(gòu)顏色等來(lái)區(qū)分。初勘階段主要以調(diào)查和測(cè)繪為主，配合物探，并充分利用以往地質(zhì)資料，只有當(dāng)不進(jìn)行鉆探，試驗(yàn)工作不足以說(shuō)明地質(zhì)情況而影響方案的選定時(shí)，才作代表性的鉆探試驗(yàn)工作。詳細(xì)勘察。詳勘的目的是根據(jù)批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)，對(duì)已選定的隧道位置進(jìn)行詳細(xì)的工程地 質(zhì)勘察，為編制隧道的施工圖提供工程地質(zhì)資料。詳勘的主要任務(wù)是對(duì)隧道所在區(qū)的地形、 地貌（包括洞外接線），工程地質(zhì)特征及水文地質(zhì)條件作出正確的評(píng)價(jià)；分段確定隧道洞身 的圍巖類別；由于隧道地質(zhì)情況千變?nèi)f化，要求詳勘時(shí)根據(jù)地質(zhì)變化提供相應(yīng)的施工設(shè)計(jì)資 料及建議。詳勘工作的內(nèi)容：是在初勘的基礎(chǔ)上開(kāi)展進(jìn)一步深入細(xì)致的工作，著重

13、查明和解 決初勘時(shí)未能查明解決的地質(zhì)問(wèn)題，補(bǔ)充、核對(duì)初測(cè)時(shí)的地質(zhì)資料。對(duì)初勘時(shí)建議深入調(diào)查， 勘探的重大復(fù)雜地質(zhì)問(wèn)題應(yīng)作出可靠的結(jié)論。應(yīng)根據(jù)地質(zhì)特征，著重分析隧道圍巖的穩(wěn)定性 及洞口斜坡的穩(wěn)定性。正確評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)隧道區(qū)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及其發(fā)展趨勢(shì)，提 供設(shè)計(jì)、施工所需的定量指標(biāo)，以及設(shè)計(jì)施工應(yīng)注意的事項(xiàng)和整治措施意見(jiàn)。詳勘的方法和 手段主要有調(diào)繪、物探、鉆探等。地質(zhì)調(diào)繪的范圍、測(cè)點(diǎn)，物探網(wǎng)的網(wǎng)、線、點(diǎn)的范圍和布 置，物探方法的運(yùn)用，和坑探，槽探的位置等應(yīng)與初勘時(shí)未能查明的地質(zhì)條件或沿隧道軸線 方向有復(fù)雜的地質(zhì)問(wèn)題的地段相適應(yīng)，以期進(jìn)一步查明和補(bǔ)充校核的目的。鉆探主要用于： 有豐富地下水，

14、洞頂溝谷有覆蓋層，且洞身埋藏較淺；洞身穿過(guò)古河谷；地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜， 且有軟弱夾層，地下水通道面及其他軟弱結(jié)構(gòu)面；特殊地質(zhì)、不良地質(zhì)影響隧道嚴(yán)重時(shí)；露 頭缺乏，覆蓋層較厚，且在較大范圍內(nèi)未能取得物探解釋的可靠對(duì)比資料，無(wú)法鑒定隧道通 過(guò)部分的圍巖類別時(shí)。上述鉆探區(qū)域，鉆探位置、孔深、孔數(shù)及取樣等應(yīng)按不同地質(zhì)問(wèn)題的 需要而定，在隧道中線上一般應(yīng)布置鉆孔。詳勘應(yīng)提交的資料：詳勘野外工作結(jié)束后，原始 記錄、計(jì)算、底圖等應(yīng)在工地認(rèn)真進(jìn)行校檢、分類整理，完成詳勘說(shuō)明書(shū)。詳勘完成后提交 下列資料：詳勘說(shuō)明書(shū)，根據(jù)詳勘提出對(duì)設(shè)計(jì)及施工方案的建議；地質(zhì)詳勘成果書(shū)，包括地 質(zhì)平面圖及剖面圖，重大地質(zhì)問(wèn)題的評(píng)介；鉆

15、探、試驗(yàn)資料整編等。隧道位置的選擇。按地形及地質(zhì)條件進(jìn)行選擇：高程障礙，繞行方案一當(dāng)附近地形開(kāi) 闊，山坡地帶寬敞時(shí)，克服高程障礙的一個(gè)比較簡(jiǎn)易的辦法是避開(kāi)前方的山峰，迂回繞行而 過(guò)。深塹方案一當(dāng)?shù)匦伪容^開(kāi)闊，有山谷臺(tái)地可資展線時(shí)，就可以盡量地把線路展長(zhǎng)，坡 度用足以爭(zhēng)取把線路標(biāo)高抬起到可能的高度。然后把高程尚有不足之處，在山頂部位開(kāi)鑿深 路塹通過(guò)。隧道方案一當(dāng)?shù)匦尉o迫，山坡陡峭，不具備上述條件時(shí)，開(kāi)鑿隧道，穿山而 過(guò)，就成為唯一可行，而且是比較有利的方案。平面障礙，沿河傍山繞行方案一沿著山體 自然彎曲傍山繞行，如果地形條件尚能允許，則可采用。在不得已時(shí)，只得大劈坡，或高層 填土，上設(shè)御土墻，下

16、設(shè)護(hù)坡護(hù)岸，有時(shí)還須跨谷建橋，有時(shí)為防滾石墜落，還需設(shè)置防護(hù) 明洞隧道直穿方案一如果在平面障礙的前方，開(kāi)鑿隧道，穿山而過(guò)，雖然初期工程略大 一些，但線路順直平緩，工程單一，可不設(shè)急彎，沒(méi)有陡坡，路線行程縮短，運(yùn)營(yíng)條件改善， 而且不受山坡坍方落石的威脅。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益來(lái)看，隧道方案往往是比較合理的。單斜構(gòu)造與隧道位置的選擇，水平或緩傾角巖層一當(dāng)隧道通過(guò)堅(jiān)硬的厚層巖層時(shí)，較 為穩(wěn)定。若通過(guò)很薄的巖層，則施工時(shí)頂部易產(chǎn)生掉塊現(xiàn)象，此時(shí)，以不透水的堅(jiān)硬巖層作 頂板為最好陡傾角巖層一陡傾角巖層一般有偏壓和不均勻壓力存在，當(dāng)有軟弱夾層伴以有 害節(jié)理切割時(shí)，易產(chǎn)生坍方和順層滑動(dòng)；在此情況下，如以明洞通過(guò)時(shí)應(yīng)慎

17、重對(duì)待。緩傾角巖層隧道位置的選擇。當(dāng)隧道中線可能沿兩種不同巖性的巖層走向通過(guò)時(shí)，地層 滑動(dòng)將使隧道結(jié)構(gòu)受到很大的剪力，以致把結(jié)構(gòu)物損壞。應(yīng)避免將隧道置于兩種不同的巖層 軟弱構(gòu)造（破碎）帶，而宜將隧道置于巖性較好的單一巖層中；如果隧道恰在層間軟弱面的上 方，地層滑動(dòng)會(huì)使隧道的某一段發(fā)生橫向推移，而與鄰段斷開(kāi)。因此一定要盡可能避開(kāi)軟弱 結(jié)構(gòu)面，特別是不要把隧道中線設(shè)成與軟弱結(jié)構(gòu)面的走向一致或平行，至少要成一定的交角。軟弱結(jié)構(gòu)面地帶隧道位置的選擇。直立巖層一隧道通過(guò)直立巖層時(shí)，其中線宜垂直于 巖層的走向穿過(guò)，在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，易產(chǎn)生坍塌，甚至?xí)?dǎo)致大的坍力，致使地面形成“天 窗”褶皺構(gòu)造與隧道位置的

18、選擇。褶皺構(gòu)造有向斜和背斜兩種基本類型，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) 條件類似單斜構(gòu)造當(dāng)對(duì)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 部處于含水層中，地下水積聚凹底，洞身開(kāi)挖所出現(xiàn)的涌水及坍塌將比背斜嚴(yán)重，也將增加 施工的困難。斷裂構(gòu)造，接觸帶與隧道位置的選擇。在選擇隧道位置時(shí)，切忌沿著或靠近平行）斷層 帶或破碎帶修建隧道，特別是對(duì)于區(qū)域性大斷裂，尤應(yīng)注意繞避。當(dāng)隧道線路必須通過(guò)斷層 帶時(shí)，應(yīng)盡量使線路與斷層走向正交，同時(shí)應(yīng)避開(kāi)嚴(yán)重破碎帶，并應(yīng)使通過(guò)斷層的地段最短。不良地質(zhì)的影響?；碌貐^(qū)：在山區(qū)修建鐵路隧道

19、時(shí)，經(jīng)常遇到滑坡，它給施工，運(yùn)營(yíng) 可能造成極大危害，因此，當(dāng)隧道線路必須通過(guò)滑坡地段時(shí)，應(yīng)慎重對(duì)待。采用隧道避開(kāi)滑 坡時(shí)，應(yīng)使隧道洞身埋藏在滑床（可能的滑動(dòng)面）以下一定厚度的穩(wěn)固地層中，以確保施工及 運(yùn)營(yíng)過(guò)程中滑坡滑動(dòng)時(shí)不致影響隧道安全。巖堆、崩坍、錯(cuò)落、堆積層以及危巖落石地區(qū)， 選擇隧道位置時(shí)，應(yīng)查明工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況，原則上應(yīng)避免從不穩(wěn)定的巖堆、崩坍、 錯(cuò)落、堆積層地區(qū)中通過(guò)，應(yīng)將洞身置于穩(wěn)定的地層，當(dāng)隧道必須通過(guò)時(shí)，首先應(yīng)分析并確 認(rèn)其具有穩(wěn)定性，且一定要采取有效可靠的工程措施，方得以在下圖所示位置通過(guò)。當(dāng)線路 通過(guò)泥石流地區(qū)時(shí)，首先應(yīng)充分預(yù)計(jì)和判明泥石流的成因、規(guī)模、發(fā)展趨勢(shì)和沖、

20、淤變化規(guī) 律，論證以路基、橋梁通過(guò)或者以隧道等方式繞道的合理性，并判定工程安全度，以決定隧 道方案的可行性。當(dāng)隧道（明洞）洞口位置毗鄰泥石流溝時(shí)，應(yīng)注意適當(dāng)延長(zhǎng)以避免泥石流可 能擴(kuò)散范圍的影響。溶洞地區(qū)。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。瓦斯地區(qū)。隧道開(kāi)挖時(shí)，有害氣體如甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）逸出；輕則致人窒息， 重則引起爆炸，危害甚大。選擇隧道位置時(shí)，最好能避開(kāi)。不得已時(shí)，應(yīng)

21、做好通風(fēng)稀釋的措 施。黃土地區(qū)。黃土具有干燥時(shí)甚堅(jiān)固，遇水容易剝落和遭受侵蝕的特征。選擇隧道時(shí)應(yīng)避 開(kāi)溝壑及地下水活動(dòng)和地面陷。不良水文地質(zhì)的影響。地下水多是由地表水的滲透或地下水源補(bǔ)給的它們的存在，使巖 石軟化、強(qiáng)度降低，層間夾層軟化或稀釋，促成了層間的滑動(dòng)。選擇隧道位置時(shí)，最好不從 富水區(qū)中經(jīng)過(guò)。不得已時(shí)，也要盡可能地把隧道置于地下水位以上的地方，或在不透水層中 穿過(guò)。地球核心有巨大的熱量隧道如果埋置很深，地溫太高，將會(huì)降低施工效率。隧道通 過(guò)高溫、高熱地段，會(huì)給施工帶來(lái)困難選擇隧道位置時(shí)，應(yīng)盡可能不把隧道放在山體太深處。 遇到部分地區(qū)埋深太大或高地溫時(shí)，則應(yīng)作好通風(fēng)降溫措施。按線路類別進(jìn)行選擇。越嶺線上隧道位置的選擇，隧道平面位置的選擇：當(dāng)線路必須跨 越分水嶺時(shí)，分水嶺的山脊線上總會(huì)有高程較低處、稱之為埡口。一般的情況，常常有若干 個(gè)埡口可以通過(guò)。此時(shí)，就要分析比較，選定最為理想的埡口。隧道立面位置的選擇：分水 嶺的山體，一般是上部比較陡峭而下部比較平緩。隧道位置定得越高山體較薄，隧道越短， 工程可以小一些，反之隧道位置定得越低，隧道將越長(zhǎng)，工程規(guī)