《隧道工程 第3版》 課件 第2章 勘測設(shè)計(jì)

『第二章▎隧道工程的勘測設(shè)計(jì)『2.1▎隧道的工程調(diào)查『2.2▎隧道的位置選擇『2.3▎隧道線路設(shè)計(jì)隧道工程SUIDAOGONGCHENG『2.4▎隧道橫斷面設(shè)計(jì)『2.5▎隧道勘測設(shè)計(jì)文件的內(nèi)容和組成2文獻(xiàn)資料收集主要指地形地貌、鄰近工程、氣象、水文及區(qū)域性地質(zhì)、用地及環(huán)境、災(zāi)害等資料，目的是規(guī)劃線路和編制以后的調(diào)查計(jì)劃。收集資料應(yīng)以擬建隧道為中軸,取較大范圍調(diào)查?！?.1▎隧道的工程調(diào)查工程實(shí)踐中必須重視地質(zhì)條件對隧道工程的影響，避免盲目設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)與修建的隧道與環(huán)境能夠和諧共處?！?.1.1▎既有文獻(xiàn)資料收集

地形地貌資料地質(zhì)資料工程資料氣象資料用地及環(huán)境資料災(zāi)害資料文獻(xiàn)資料收集指地形圖、航空照片和遙感與遙測資料。地質(zhì)圖、說明書。鄰近隧道及其他土建工程所記錄的工程地質(zhì)水文地質(zhì)資料。氣溫、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、降水、……等。工程、施工及臨時用地。自然環(huán)境文物古跡、自然保護(hù)區(qū)、居民環(huán)境等。暴雨雪、臺風(fēng)、地震、滑坡等發(fā)生的規(guī)模、頻度。隧道調(diào)查分施工前和施工中兩階段?！?.1.2▎地形、地質(zhì)調(diào)查1.施工前各階段的地形與地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容分可行性研究勘察、初步勘察和詳細(xì)勘察三個階段，主要調(diào)查內(nèi)容：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)

有害氣體或有害礦體的2.施工中工程地質(zhì)調(diào)查應(yīng)完成的任務(wù)

1)

根據(jù)監(jiān)測資料，分析判定揭露的圍巖級別；

2)

采用超前地震波反射、聲波反射、地質(zhì)雷達(dá)等物理手段，或采用超前鉆孔、平行導(dǎo)坑、試驗(yàn)坑道等進(jìn)行超前探測，及時預(yù)報解決施工中遇到的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)問題；

3)

為驗(yàn)證和修改（變更）設(shè)計(jì)及調(diào)整施工方案提供依據(jù)。3.施工前三階段勘察的目標(biāo)內(nèi)容

(1)可行性研究勘察

分為預(yù)可行性研究和工程可行性研究。預(yù)可行性研究勘察－－收集和研究既有的文獻(xiàn)資料工程可行性研究中－－分析資料，并做地面踏勘。

(2)初步勘察內(nèi)容為選擇隧道位置，初步確定圍巖級別?？墒褂?/25000～1/10000的地形圖在隧道中線兩側(cè)500～2000m的范圍進(jìn)行調(diào)查的情況隨時標(biāo)記在地形圖上，并記入野外記錄本

(3)詳細(xì)勘察

內(nèi)容：巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地表水及地下水、地下資源等。方法：地球物理勘探（簡稱物探）和化學(xué)勘探（簡稱化探）、鉆探、遙感探測。

(4)水文勘察

涌水，將惡化隧道圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致施工困難，增大工程造價?？菟?，造成隧道周邊工業(yè)、農(nóng)業(yè)和飲水困難。4.詳細(xì)勘察應(yīng)提供的資料

1)概況2)地形地質(zhì)概況及巖石種類

3)各種相關(guān)的圖紙4)設(shè)計(jì)施工注意的問題及下步調(diào)查的建議。

降雨降雪氣溫、地溫風(fēng)向、風(fēng)速霧雪崩、風(fēng)吹雪洪水年降雨量、月平均降雨量、日最大降雨量、小時最大降雨量。最大降雪日、最大積雪量、積雪期、最大日降雪量、雪密度、雪溫。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。頻率分布(年間、月間、日間)。降霧天數(shù)和程度（能見度)。場所、規(guī)模、頻度、時期、種類。洪水量、水位、時期。氣象調(diào)查內(nèi)容『2.1.3▎氣象調(diào)查

(1)自然環(huán)境調(diào)查地表水、地下水，植被、礦產(chǎn)資源以及動植物生態(tài)等自然環(huán)境狀況。

(2)社會環(huán)境調(diào)查使用情況、農(nóng)田、水利設(shè)施、建筑物、地下管線情況等。

(3)生活環(huán)境調(diào)查噪聲、振動、污水及廢氣排放、地面下沉等對生態(tài)環(huán)境、地面建筑物的影響?！?.1.4▎工程環(huán)境調(diào)查

廣州地鐵隧道遭鉆機(jī)刺穿行使列車被砸2012年10月13日，地鐵三號線北延段區(qū)間隧道地鐵隧道被鉆機(jī)刺穿，鉆管砸爛剛好駛過的列車玻璃，泥漿水如注流向鐵軌。

(4)施工條件調(diào)查施工便道、施工場地、棄渣場地、供水、供電、通訊條件和建筑材料的來源、品質(zhì)、數(shù)量等以及其他可能影響施工的因素。

(5)工程環(huán)境評價報告應(yīng)按照國家有關(guān)規(guī)定，在工程設(shè)計(jì)或施工中，要采取相應(yīng)的措施，力求滿足環(huán)境保護(hù)的要求，防止環(huán)境破壞?！?.2▎隧道位置選擇山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)根據(jù)地形條件有：繞行方案、路塹方案和隧道方案等。

1)

綜合比選，提出推薦方案。地質(zhì)條件很差時，特長隧道的位置應(yīng)控制路線走向；中、短隧道可服從路線走向。

2)根據(jù)公路等級和設(shè)計(jì)速度確定車道數(shù)和建筑限界。

3)

確定附屬設(shè)施。通風(fēng)、照明、交通監(jiān)控等4)

采取必要措施，避免相互影響。當(dāng)隧道與相鄰建筑物互有影響時，應(yīng)在設(shè)計(jì)與施工中采取必要的措施。隧道位置選擇包括洞身位置和洞口位置的選擇。

1．按地形條件選擇隧道位置『2.2.1▎隧道洞身位置選擇

公路隧道是克服地形障礙的有效手段，(1)高程障礙(2)平面障礙.克服地形障礙主要有繞行方案、深塹方案及隧道方案。

2．按線路條件選擇隧道位置

(1)越嶺隧道位置選擇的兩大要素

1）埡口的地形和地質(zhì)條件的好壞和隧道的長短。因?yàn)槎哧P(guān)系到施工的難易、工期的長短和運(yùn)營的安全等問題。2）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。

(2)沿河傍山隧道

傍山隧道的特點(diǎn)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）因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）埋深較淺，洞身覆蓋薄、易產(chǎn)生不對稱的偏壓情況。4）水流湍急沖刷力強(qiáng)，對山坡穩(wěn)定和隧道安全威脅較大。

(2)沿河傍山隧道

傍山隧道的位置選擇要點(diǎn)（1）保證最小覆蓋層厚（2）盡量內(nèi)靠，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）注意周圍既有建筑對隧道穩(wěn)定的影響。（4）盡可能“裁彎取直”

(3)不良地質(zhì)地段隧道

應(yīng)盡量使洞身位于地質(zhì)結(jié)構(gòu)單一完整的地層中。

1)崩塌懸崖陡壁地區(qū)，日久風(fēng)化、產(chǎn)生張開節(jié)理和裂隙而致，不要把隧道置于地表不厚的傍山位置。崩塌發(fā)展過程a)崩塌初期

b)形成崩坍c)崩坍繼續(xù)發(fā)展

2)滑坡、錯落斜坡巖土體沿著連續(xù)貫通的破壞面向下滑動的過程與現(xiàn)象稱為滑坡。選擇隧道位置時，應(yīng)盡可能避開滑坡地段。3)泥石流泥石流是發(fā)生在山區(qū)的一種含有大量泥砂、石塊的特殊洪流，順山溝或狹谷流淌而下、來勢兇猛，破壞力極大。泥石流的形成條件地形條件：陡峭的山區(qū)，溝床縱坡大，典型的泥石流溝上游多為三面環(huán)山,一面出口的漏斗狀地形。地質(zhì)條件：地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖石風(fēng)化破碎、新構(gòu)造運(yùn)動活躍、崩塌滑坡多發(fā)的地段。氣象水文條件：水既是泥石流的重要組成部分，也是泥石流活動的基本動力和觸發(fā)條件。我國泥石流的水源主要是暴雨、長時間的連續(xù)降雨等。應(yīng)避免把隧道洞口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)流砂流砂是一種土的活動和作用，又稱流土，或稱土的液化。土發(fā)生流砂時呈懸浮狀態(tài)，失去承載力。修建在該土體上的隧道，地基可能發(fā)生沉陷、失穩(wěn)而破壞。隧道一般應(yīng)避開流砂地段，無法避開時，應(yīng)選擇其范圍最小且相對穩(wěn)定地段，并以短距離通過，還應(yīng)提出合理可行的工程處理措施，以保證施工和洞身安全。

5)溶洞、土洞選擇隧道位置時，應(yīng)力求避免或要有足夠的安全距離。

6)瓦斯選擇隧道位置時，最好能避開。不得已時，應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)。(中梁山隧道瓦斯解決方案)

7)危巖、落石采用接長明洞的方法。成渝高速公路中梁山隧道,通過二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，瓦斯平均含量30m3/t，最大相對涌出量達(dá)181.09m3/t，最大絕對涌出量50m3/min,瓦斯壓力4MPa。采取的主要措施是：設(shè)置瓦斯自動報警裝置、采用安全防爆器材爆破，超前鉆孔、導(dǎo)坑掘進(jìn)釋放瓦斯，嚴(yán)格監(jiān)測，強(qiáng)化巷道式通風(fēng)以降低瓦斯?jié)舛龋沟猛咚购拷档皆试S值以下，防止瓦斯爆炸?！?.2.2▎隧道洞口位置選定洞口是隧道勘測設(shè)計(jì)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(yùn)營安全。選擇時要結(jié)合洞口的地形、地質(zhì)條件、施工、運(yùn)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。1．洞口位置選擇的原則總的原則：“早進(jìn)晚出”的原則。

2．洞口位置選擇的具體要求

(1)

隧道洞口的邊坡及仰坡穩(wěn)定。

(2)

地質(zhì)條件較好、地下水不太豐富及排水有利。(3)不宜切削原山坡。(4)不宜設(shè)在溝谷低洼匯水處。

圖2-3貼壁進(jìn)洞時洞口縱斷面示意圖圖2-4懸崖陡壁下接長明洞示意圖接長明洞圖2-5溝谷低洼附近洞口平面位置示意圖(5)隧道軸線與地形等高線正交。（圖2-6所示）

圖2-6隧道洞口軸線與地形關(guān)系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

BA(6)早進(jìn)洞晚出洞。

(7)合理布置施工場地。(8)避免相互影響，保護(hù)環(huán)境。(9)避免洪水侵入隧道。

『2.3▎隧道線路設(shè)計(jì)『2.3.1▎隧道線路平面設(shè)計(jì)

隧道平面是指隧道中心線在水平面上的投影,隧道的平面線形設(shè)計(jì)要按《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。線路越直越好，原則上采用直線避免曲線。必須設(shè)置曲線時，不宜采用設(shè)超高的平曲線，且不應(yīng)采用設(shè)加寬的平曲線。設(shè)置平曲線時會遇到小半徑曲線和超高，采用小半徑曲線將會出現(xiàn)以下三個問題：

一是產(chǎn)生視距問題；

二是增加隧道內(nèi)噪聲和振動；

三為了確保行車安全，必須限制行車速度。超高：為了防止車輛外傾覆或被拋出，需要使曲線外側(cè)路面提高。不能滿足要求時，可采用小凈距隧道或連拱隧道形式。4.0×B3.5×B2.5×B2.0×B1.5×B1.0×B最小凈距（m）ⅥⅤⅣⅢⅡⅠ圍巖級別

表2-5

分離式獨(dú)立雙洞的最小凈距注：B為隧道開挖斷面的寬度分離式獨(dú)立雙洞的最小凈距。

圖2-7坡道形式a)單坡b)人字坡a)b)『2.3.2▎隧道線路縱斷面設(shè)計(jì)

公路隧道的基本坡道形式有單坡和人字坡兩種(見圖2-7)。

隧道縱斷面是隧道中心線展開后在垂直面上的投影。采用單坡對通風(fēng)有利，但坡度不要大于3％。采用人字坡的隧道，施工時隧道兩端的出碴與排水都有利，但通風(fēng)較差，設(shè)置豎井。

(1)注視點(diǎn):開始注視的點(diǎn).(2)注視時間:從注視點(diǎn)到安全視距點(diǎn)所需的時間。《規(guī)范》規(guī)定洞外連接線的平曲線可根據(jù)設(shè)計(jì)速度來確定，規(guī)定3s設(shè)計(jì)速度行駛長度范圍的平曲線應(yīng)與洞內(nèi)一致?！?.3.3▎隧道線路接線

隧道洞口連接線的平面及縱斷面線形應(yīng)與隧道線形相協(xié)調(diào)，確保有足夠的視距和行駛安全。隧道兩端洞口連接線的縱坡應(yīng)有一段距離與隧道縱坡保持一致。1.對于短隧道群，可視為長隧道，其平、縱線形指標(biāo)按長隧道考慮。

2.隧道內(nèi)的路肩寬度與一般道路相比要縮小很多，需要進(jìn)行平滑過渡，應(yīng)在適當(dāng)?shù)木嚯x內(nèi)收縮，使汽車進(jìn)出隧道時順利。3.通常根據(jù)設(shè)計(jì)車速設(shè)計(jì)成1/25～1/50的楔形過渡段，在這個收縮過渡段中，由路緣石、護(hù)欄、路面標(biāo)志線等?！?.4▎隧道橫斷面設(shè)計(jì)『2.4.1▎隧道凈空與限界

隧道凈空：隧道襯砌內(nèi)輪廓線所包圍的空間，根據(jù)“隧道建筑限界”確定的?！八淼澜ㄖ藿纭笔菫榱吮ＷC隧道內(nèi)各種交通的正常運(yùn)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。為了消除或減少隧道邊墻給駕駛員帶來恐之沖撞的心理效應(yīng)（“側(cè)墻效應(yīng)”），應(yīng)在行車道兩側(cè)設(shè)置一定的寬度的側(cè)向?qū)挾然蛴鄬?。圖2-8公路隧道建筑限界(單位：cm)H-建筑限界高度W-行車道寬度；LL-左側(cè)向?qū)挾萀R-右側(cè)向?qū)挾菴-余寬J-檢修道寬度R-人行道寬度h-檢修道或人行道的高度EL-建筑限界左頂角寬度，EL=LL

ER-建筑限界右頂角寬度，當(dāng)LR=<1m時，ER=EL；當(dāng)LR>1m時，ER=1mREELLLLRJ或R250W250400H400ChCi

%J或R建筑限界置于隧道內(nèi)輪廓內(nèi)的情況見圖2-9。圖2-9隧道建筑限界的基本情況（單位：cm）起拱線hhLL水平鉛垂鉛垂E隧道中線（路面中線）鉛垂平行于路面垂直于路面水平水平垂直于路面垂直于路面垂直于路面LR25075E建筑限界50075250RLW/2（水平）（水平）i%W/2緊急停車帶

長、特長隧道應(yīng)在行車方向的右側(cè)設(shè)置緊急停車帶

雙向行車隧道，其緊急停車帶應(yīng)雙側(cè)交錯設(shè)置。緊急停車帶的寬度，包含右側(cè)向?qū)挾葢?yīng)取3.5m，長度應(yīng)取40m，其中有效長度不得小于30m。緊急停車帶的設(shè)置間距不宜大于750m。停車帶的路面橫坡，長隧道可取水平，特長隧道可取0.5%～1.0%或水平。緊急停車帶建筑限界的構(gòu)成如圖2-10所示。布設(shè)檢修道、人行道的隧道，可不設(shè)緊急停車帶，但應(yīng)按500m間距交錯設(shè)置行人避車洞。圖2-10緊急停車帶的建筑限界、寬度和長度(單位：cm)a）寬度構(gòu)成及建筑限界b）長度a）135°緊急停車帶RRLLLJ或RJ或R400250CEELC350i%h400HW2503000500500350過度段有效長度過度段側(cè)向?qū)挾萣）緊急停車帶緊急停車帶圖2-11橫通道的斷面建筑限界（單位：cm）a）人行橫通道b）車行橫通道b)752540025254002525500a）250200橫通道分離式隧道之間應(yīng)設(shè)置橫向通道，橫通道分為人行橫通道和車行橫通道，并符合下列規(guī)定：『2.4.2▎曲線隧道凈空加寬當(dāng)隧道位于平面曲線半徑等于或小于250m地段時，應(yīng)在曲線內(nèi)側(cè)加寬。雙車道路面的加寬值規(guī)定參照規(guī)范；單車道路面加寬按表列數(shù)值的二分之一采用。

人行橫通道的設(shè)置間距可取250m，并≯500m。

車行橫通道的設(shè)置間距可取750m，并≯1000m;

長1000~1500m的隧道宜設(shè)1處，中短隧道可不設(shè)。『2.4.3▎隧道襯砌輪廓線的擬定主要解決內(nèi)輪廓線、軸線和截面厚度三個問題。設(shè)計(jì)步驟1.確定隧道類型及相應(yīng)建筑限界2.根據(jù)圍巖情況初步擬定截面厚度3.斷面優(yōu)化、強(qiáng)度檢算設(shè)計(jì)目的1.滿足限界要求2.滿足受力要求3.材料最省設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)隧道內(nèi)輪廓必須符合隧道建筑凈空限界1.內(nèi)輪廓線應(yīng)盡量減小洞室的體積2.采用的施工方法有利于隧道的穩(wěn)定3.結(jié)構(gòu)軸線應(yīng)與地層應(yīng)力相適應(yīng)

經(jīng)驗(yàn)表明：承受徑向分布的靜水壓力時，圓形承受豎向荷載為主，圓弧形或尖拱形承受較大側(cè)壓力，曲墻式襯砌底鼓壓力，應(yīng)施筑仰拱圖2-12隧道斷面輪廓線

隧道中心線隧道內(nèi)輪線軸線實(shí)際開挖線外輪廓線超挖-欠挖超挖寧波角洞岙隧道外輪廓線軸線內(nèi)輪廓線圖2-13兩車道隧道標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)輪廓斷面a)標(biāo)準(zhǔn)斷面b)緊急停車帶斷面圖2-14三車道隧道標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)輪廓斷面a)標(biāo)準(zhǔn)斷面b)緊急停車帶斷面『2.5▎隧道勘測設(shè)計(jì)文件的內(nèi)容和組成

根據(jù)交通部頒發(fā)的《公路工程基本建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件編制辦法》和《公路隧道勘測規(guī)程》的要求，將公路隧道勘測設(shè)計(jì)的成果編制成相應(yīng)的文件?！?.5.1▎定測階段有關(guān)資料

1.定測說明書

2.分類說明書按測量、地質(zhì)勘察和其他各種調(diào)查三項(xiàng)分別說明。

3.隧道洞外控制測量、地質(zhì)勘察成果說明書

4．需要完成和提交的圖紙

1)隧道地形地質(zhì)平面圖；

2)隧道縱斷面圖；

3)隧道洞口放大縱斷面圖；

4)隧道洞口及附近橫斷面圖；

5)隧道洞身橫斷面圖；

6)隧道明洞橫斷面圖；7)隧道洞口地形圖；