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評價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內(nèi)容1）可行性勘察階段預(yù)可研究：重點收集研究既有文獻資料工可研究：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）詳細勘察目的：為隧道位置最終確定、技術(shù)設(shè)計、施工計劃和預(yù)算提供資料實施：巖土工程勘察設(shè)計單位內(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、補給來源【資源調(diào)查】礦物資源、天然氣、溫泉、地熱等【調(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詳細勘察應(yīng)提供的資料概況：目的、場所、范圍、內(nèi)容、方法、時間及人員地形地質(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、重大地質(zhì)評價，鉆探、試驗資料整編隧道選線、設(shè)計、施工注意事項及進一步調(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（補充）目的：氣象與洞口車輛安全行駛有很大影響；氣象條件對施工建筑材料和構(gòu)造物有很大影響。內(nèi)容：降雨與降雪氣溫與地溫風向與風速霧雪崩洪水15工程環(huán)境調(diào)查（補充）目的：周邊環(huán)境與隧道修建營運相互影響內(nèi)容：（1）自然環(huán)境：水、泉、澤、湖、植、礦、動植物;（2）社會環(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（補充）（3）生活環(huán)境：用水、交通、噪聲、振動；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)境評價：現(xiàn)狀、預(yù)測、評價和保護措施實例：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個以上。46個大溶洞、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（1）意義（2）方法

常規(guī)地質(zhì)法

超前導(dǎo)坑預(yù)報法

超前鉆探預(yù)報法

物探方法（地質(zhì)雷達預(yù)報技術(shù)、TSP預(yù)報技術(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)雷達超前預(yù)報技術(shù)1）地質(zhì)雷達探測系統(tǒng)3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測2）探測原理發(fā)射機通過天線發(fā)射脈沖電磁波訊號。當這一訊號在介質(zhì)中遇到有物性差異的探測目標時，電磁波在不同物性界面發(fā)生反射，產(chǎn)生一個反射訊號。訊號通過接收天線輸入到接收機，放大后由示波器顯示出來。根據(jù)示波器窗口顯示的目標物體反射波雙程時間多少和探測點平均介質(zhì)速度，可以計算出探測目標（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)報分級（P57）

3.1隧道工程地質(zhì)調(diào)查與勘測3.2隧道圍巖分級1.基本概念圍巖：隧道周圍一定范圍內(nèi)，對其穩(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：是指根據(jù)巖體完整程度和巖石強度等指標將無限的巖體序列劃分為具有不同穩(wěn)定程度的有限個類別，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隧道圍巖分級破壞形式

塊狀運動

彎曲折斷破壞

脆性破壞

松動解脫塑性變形和剪切變形3.隧道圍巖分級方法（1）分級的基本要素第I類：與巖性有關(guān)的要素。分類指標采用巖石強度和變形性質(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（2）分級方法1）以巖石強度或物性指標分級法巖石堅固性系數(shù)分級法2）以巖石構(gòu)造、巖性特征分級法

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

巴頓巖體質(zhì)量Q分級法3.2隧道圍巖分級（3）我國鐵路隧道圍巖分級方法（表3.2.2）特點：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：1）分級時按無水考慮，根據(jù)地下水狀態(tài)適當降低1~2級；

2）高應(yīng)力巖體按類似方法處理。3.2隧道圍巖分級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，最好不刷動或少刷動原生地表，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，洞口標高應(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，橋涵泄水10）地震區(qū)宜選擇在對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