隧道工程课件

1、隧道工程1 隧道工程2 第三章第三章 隧道总体设计隧道总体设计 3.1 3.1 隧道选址隧道选址 3.2 3.2 隧道的几何设计隧道的几何设计 3.3 3.3 衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定 3.4 3.4 道路隧道勘测设计文件的内容和组成道路隧道勘测设计文件的内容和组成 隧道工程3 3.1 3.1 隧道选址隧道选址 1 1、公路隧道选址的基本原则：、公路隧道选址的基本原则： 必须与公路总体设计相协调适应(交通量、公路等级等) 隧道位置应选择在稳定的地层中； 越岭隧道应进行较大范围的方案选择，进行全面的技术、 经济比较，选择在地质条件较好的地段穿越； 沿河傍山隧道，其位置

2、宜向山侧内移，避免一侧洞壁过 薄产生偏压； (1)选择隧道位置时，应注意洞口位置和有关工程的处理， 一般宜采取“早进洞，晚出洞”原则。 隧道工程4 2 2、隧道方案与自然条件的关系、隧道方案与自然条件的关系 当地的工程地质与水文地质条件、地形地貌条件、气象条件， 一般而言是隧道方案主要考虑的问题。另外，还有工程的难易程 度、经济、工期要求，甚至还有政治、经济、军事与地区发展都 有关。根据隧道轴线与地形的关系，主要有： (1) 坡面正交型； (2) 坡面斜交型； (3) 坡面平行型； (4) 尾部进入型； (5) 深入谷地型。 隧道工程5 3 3、越岭隧道的选址、越岭隧道的选址 越岭隧道的位置主

3、要以选择垭口垭口和确定隧道高程隧道高程为主 要依据。 (1) (1) 越岭隧道平面位置的选择越岭隧道平面位置的选择 采用直线或大半径曲线为好； 优选考虑在路线总方向上或其附近的低垭口，展线好， 隧道较短； 虽远离线路总方向，但垭口两侧有良好的展线条件； 工程地质和水文地质条件良好的垭口。 隧道工程6 (2)(2)越岭隧道标高的选择越岭隧道标高的选择( (在山体中何位置在山体中何位置) ) 尽可能把隧道埋于较好的地层中； 洞口位置处于较好的水文地质、工程地质处，便于施工场地的 布设； 寒冷地区，隧道宜设在多年冻土上限和多年积雪线标高以下， 以保持施工和运营安全； 隧道条件应考虑施工期限和施工技术

4、条件； 考虑远景规划，在不多增加工程造价的情况下，宜尽可能的把 标高降低一些。 越岭方案的选择以选择越岭方案的选择以选择越岭垭口越岭垭口为重点，从而解决为重点，从而解决越岭垭口越岭垭口、 隧道高程隧道高程和和两侧展线两侧展线这三个既相互联系又相互制约的问题。这三个既相互联系又相互制约的问题。 隧道工程7 4 4、傍山隧道选址、傍山隧道选址 为改善线形改善线形，提高车速提高车速，缩短里程缩短里程，节省时间节省时间，常修建傍山隧道。 傍山隧道一般埋藏较浅，容易造成各种病害傍山隧道一般埋藏较浅，容易造成各种病害；山坡亦常有滑坡， 松散堆积，泥石流等不良地质现象，地质情况较为复杂。 选择傍山隧道时应注

5、意：选择傍山隧道时应注意： （1 1）傍山隧道的洞身覆盖厚度问题。）傍山隧道的洞身覆盖厚度问题。为保持山体稳定和避免偏压 产生，隧道位置宜往山体内侧靠-宁里勿外 傍山隧道最小覆盖层厚度傍山隧道最小覆盖层厚度 t(m) 围岩类别 最小覆盖层厚度(m) 单线双线 4679 7101015 11201630 隧道工程8 （2 2）要考虑河岸冲刷对山体和洞身稳定的影响，）要考虑河岸冲刷对山体和洞身稳定的影响，如图所示。 （3 3）应考虑施工便道设置和既有公路的位置，）应考虑施工便道设置和既有公路的位置，应注意既有公 路边坡的可能坍塌和施工便道对洞身稳定的影响。如图所示。 （4 4）线路沿山嘴绕行应与直

6、穿山嘴的隧道方案进行比较。）线路沿山嘴绕行应与直穿山嘴的隧道方案进行比较。 河岸受冲刷对洞身位置影响示意图河岸受冲刷对洞身位置影响示意图 道路对洞身稳定的影响示意图道路对洞身稳定的影响示意图 隧道工程9 5 5、不良地质地段隧道位置的选择、不良地质地段隧道位置的选择 研究地质条件的重要性：研究地质条件的重要性：不论是沿河（溪）线还是越岭线，地 质条件对隧道位置的选择往往起决定性作用。好的地层，对施工和 营运均有利，亦可节省投资；对岩性不好的地层、断层破碎带、含 水层等不良地段应避免穿越。若不能绕避而必须通过时，应采取可 靠的工程处理措施，以确保隧道施工及营运安全。 常见不良地质条件常见不良地质

7、条件有滑坡、崩坍、松散堆积、泥石流、岩溶及含 盐、含煤、地下水发育等地质条件。 (1)(1)、滑坡、错落、滑坡、错落 滑坡、错落对隧道的危害很大，在隧道通过滑坡地区时，必须查 明滑坡类型范围、深度、滑动方向等。一般应避开滑坡体或错动体， 或在可能滑动面以下一定深度通过。如图所示。 隧道工程10 (2)(2)、松散堆积层、松散堆积层 堆积层常处在暂时稳定状态。堆积层常处在暂时稳定状态。一旦扰动，稳定即会丧失而造成 崩坍。在这种地质条件下隧道应避开不稳定、松散的堆积层，使 洞身处于基岩中，并具有足够的安全厚度。如图甲的位置上。 滑坡地区隧道位置选择示意图滑坡地区隧道位置选择示意图 松散堆积层中隧道

8、位置选择示意图松散堆积层中隧道位置选择示意图 隧道工程11 (3)(3)、泥石流、泥石流 隧道通过泥石流地段时，应结合地质情况考虑泥石流沟的改 道和最大下切深度，确保洞口和洞身的安全。隧道洞顶距基岩面 或最大下切面要有一定的覆盖厚度，如图 (b)乙的位置，隧道洞 口应避开泥石流沟及泥石流可能扩展的范围。有困难时，可修建 一段明洞，使泥石流在明洞顶通过。 隧道通过泥石流时的位置选择示意图隧道通过泥石流时的位置选择示意图 隧道工程12 6 6、隧道洞口位置的选择、隧道洞口位置的选择 洞口位置选择好坏，将直接影响隧道施工、造价、工期和运营 安全。选择时要结合洞口的地形，地质条件、施工、运营条件地形，

9、地质条件、施工、运营条件以及 洞口的相关工程（桥涵、通风设施等）综合考虑。 （1 1）洞口部分在地质上通常是不稳定的。）洞口部分在地质上通常是不稳定的。一般应设在山体稳定， 地质条件好，排水有利的地方。隧道宜长不宜短，应“早进洞，晚 出洞”，尽量避免大挖大刷，破坏山体稳定。 （2 2）洞口不宜设在沟谷低洼处和汇水沟处，）洞口不宜设在沟谷低洼处和汇水沟处，一般宜将洞口移到沟 谷地质条件较好的一侧有足够宽度的山嘴处，如图中的B线。 （3 3）当洞口处为悬崖陡壁时，）当洞口处为悬崖陡壁时，根据地质情况采用贴壁（见图）或 采用接长明洞的办法，将洞口堆到坍方范围以外35m处，见图 隧道工程13 沟谷附近

10、洞口平面位置示意图沟谷附近洞口平面位置示意图 贴壁进洞时洞口纵断面示意图贴壁进洞时洞口纵断面示意图 陡壁下接长明洞纵断面示意图陡壁下接长明洞纵断面示意图缓坡洞口纵断面示意图缓坡洞口纵断面示意图 隧道工程14 (4)(4)洞口地形平缓时，一般也应早进洞晚出洞。洞口地形平缓时，一般也应早进洞晚出洞。这时洞口位置选择 余地较大，应结合洞外路堑、填方、弃渣场地、工期等具体确定 (见图)。需要时可接长明洞，以确保施工和运营安全。 (5)(5)考虑洞口边仰坡不致开挖过高和洞口段衬砌结构受力，考虑洞口边仰坡不致开挖过高和洞口段衬砌结构受力，洞口位 置宜与地形等高线大体上正交见图(a)。道路隧道一般不宜设计斜

11、 交洞门，见图(b)。若为斜交时，应尽可能加大斜交角度（一般不 小于450），或采取工程措施，以降低垂直等高线方向的开挖高度。 正交洞门平面示意图正交洞门平面示意图 斜交洞门平面示意图斜交洞门平面示意图 隧道工程15 (6)长大隧道在洞门附近应考虑施工场地施工场地、弃渣场弃渣场等的位置。 (7)洞口附近有居民点时，考虑提前进洞提前进洞，尽可能减少附近地上 构筑物，地下埋设物与隧道的相互影响，及减少对环境（农业、交 通、居民生活）的影响。 (8)洞口路肩应高出设计洪水位（包括浪高）以上0.5m0.5m，以免洪 水浸入隧道。 (9)考虑通风设备排出的废气和噪声对周围环境的影响程度和解 决办法。 (

12、10)考虑设置防雪工程、防风工程和防路面冻害工程的必要性。 总之，隧道洞口和洞身是不可分的整体，在位置选择时不能顾此 失彼，应该同样的重视。 隧道工程16 总结：隧道选址的基本原则：总结：隧道选址的基本原则： 1、隧道长度最短； 2、隧道两侧展线良好； 3、工程地质、水文地质条件良好。 隧道工程17 3.2 3.2 隧道几何设计隧道几何设计 隧隧 道道 主体建筑物主体建筑物 附属建筑物附属建筑物 洞门洞门 洞身衬砌洞身衬砌 洞口地段接长的明洞洞口地段接长的明洞(据地形地质情况需要据地形地质情况需要) 通风、照明、防排水通风、照明、防排水 安全设备、电力、通信设备等安全设备、电力、通信设备等 1

13、 1、隧道的平面设计、隧道的平面设计 (1)(1)、隧道平面、隧道平面是指隧道中心线在水平面上的投影。隧道是线 路的组成部分，线形也应满足公路工程技术标准规定； (2)(2)、任务：、任务：决定隧道的平面位置，选定洞口位置及洞内各种地 下管线埋设位置； 隧道工程18 (3)(3)、基本要求：、基本要求： 原则上采用直线直线，避免曲线曲线 ； 隧道平面线形以采用直线直线或大半径曲线大半径曲线为好，并应 考虑行驶安全，隧道全长较短、施工容易等，在洞口 不应使用小半径的引线与隧道衔接； 一座隧道内最好不设一个以上的曲线，尤其是避 免反曲线反曲线； 当必须设置两条曲线时，两曲线之间应有足够长 的夹直线

14、夹直线。 隧道工程19 (4)(4)、曲线隧道的不利因素：、曲线隧道的不利因素： 行车视距问题； 加宽断面问题，造成变截面隧道，施工难度 大； 曲线隧道内装修复杂； 增加通风阻抗，对自然通风不利； 隧道工程20 2 2、隧道纵断面设计、隧道纵断面设计 隧道纵断面是指沿隧道中心线展开的垂直面上的投影 (1)(1)、纵坡类型：、纵坡类型： 人字坡隧道 上行单坡隧道 下行单坡隧道 (2)(2)、控制隧道纵坡大小的主要因素、控制隧道纵坡大小的主要因素 通风问题 排水问题 下行单坡隧道下行单坡隧道 人字坡隧道人字坡隧道 隧道工程21 (3)(3)、纵坡坡度大小及其影响、纵坡坡度大小及其影响 隧道纵坡坡度

15、范围：0.3%-3%； 纵坡坡度与通风的关系，要求1%以下， 大于2%，排量迅速增加； 与排水的关系，纵坡越大水流越快； 纵坡坡度与施工运营的关系，采用大 竖曲线半径和竖曲线长度； 综合通风和排水考虑，纵坡为不防碍 排水的缓坡为宜。 隧道工程22 3 3、隧道净空断面横断面设计、隧道净空断面横断面设计 下图所示断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值 专用公路专用公路 一般公路一般公路 W W一行车道宽度；一行车道宽度； S S一行车道两侧路缘带宽度；一行车道两侧路缘带宽度； C C一余宽，当计算行车速变一余宽，当计算行车速变 100km100kmh h时为时为0.50m0.50m，计算行车速

16、度，计算行车速度100km100kmh h时为时为0.25m0.25m； HH净高，汽车专净高，汽车专 用公路、一般二级公路为用公路、一般二级公路为5m5m，三、四级公路为，三、四级公路为4.5m; E4.5m; E建筑限界顶角宽度，建筑限界顶角宽度， 当当L1mL1m时，时， E=LE=L；当；当L L1m1m时，时， E= 1mE= 1m； L L一侧向宽度，高速公路、一级公路一侧向宽度，高速公路、一级公路 短隧道，其侧向宽度宜取硬路肩宽度；短隧道，其侧向宽度宜取硬路肩宽度；R R一人行道宽度一人行道宽度;J;J一检修道宽度。一检修道宽度。 隧道工程23 (1)(1)、隧道净空：、隧道净空

17、：指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间， 包括通风、照明、消防、通讯等设备所占空间； (2)(2)、隧道建筑限界：、隧道建筑限界：是为保证隧道内各种交通的正常 运行与安全而规定在一定宽度和高度范围内不得有任任 何障碍物何障碍物的空间限界 ； (3)(3)、隧道行车限界：、隧道行车限界：保证隧道中行车安全，在一定高 度和宽度范围内任何物体不得 侵入的限界； (4)(4)、墙效应：、墙效应：隧道边墙给驾驶员造成危险的心理影响， 行车偏左减少行车道； 隧道工程24 (5) (5)、加宽带：、加宽带：大于2公里隧道，设紧急停车带，宽 2.5m，长2540米，间隔750米；大于10公里隧道设U 型回车道；

18、(6)(6)、净高：、净高：一般高速公路、一级公路5米，二级以 下公路4.5米； (7)(7)、建筑限界顶角宽：、建筑限界顶角宽：小于等于1米； (8)(8)、两相邻隧道最小间距问题：、两相邻隧道最小间距问题：两相邻隧道最小净 距 视围岩类别围岩类别，断面尺寸断面尺寸、施工方法施工方法、爆破震动爆破震动影 响等因素确定。 隧道工程25 两相邻隧道最小间距一般情况可按下表的规定选用。 从理论上说，两相邻隧道应分别置于围岩压力相互影响 及施工影响范围之外。因此还需根据经验通过工程类比 分析确定。公路道路勘测规程（JTJ06385）规定： “一般为30m30m”。 两相邻隧道最小间距 围 岩 类 别

19、 VI V IV III II I 净 距 (m) (1.5 2.0)B (2.0 2.5)B (2.5 3.0)B (3.0 5.0)B 5.0B 隧道工程26 公路隧道横断面示意图（尺寸单位：公路隧道横断面示意图（尺寸单位：m m） 隧道工程27 4 4、隧道接线、隧道接线 (1)、隧道洞口的连接线平面及断面线形应与隧道线 形相配合，应保证有足够的视距和行驶安全； (2)、隧道两端平面线形与路线线形相一致，必须有 一定的连接线长度过渡(其规定如表所示)； (3)、隧道两端的接线纵坡应有一段距离与隧道纵坡 保持一致，以满足设置竖曲线和保证各级公路停车或 会车视距的要求； (4)、当隧道净宽大

20、于所在公路的路基宽度时，两端 接线应有不短于50m的同隧道等宽的加宽段，并设计过 渡段加以衔接。 隧道工程28 3.3 3.3 衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定 什么是隧道衬砌隧道衬砌 (Lining)？它是一种超静定支护结 构，是隧道的主体建筑物 1 1、衬砌断面设计：、衬砌断面设计：主要解决内轮廓线内轮廓线，轴线轴线和厚度厚度三 个问题。 (1)(1)、内轮廓线、内轮廓线 设计原则设计原则: :衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限 界，力求开挖和衬砌的数量最小。衬砌内表面力求平顺， 还应考虑衬砌施工的简便。 隧道工程29 (2)(2)、隧道衬砌断面的轴线：、隧道衬砌断面的

21、轴线：应当尽量与断面压力曲线重 合，使各截面主要承受压应力。 、当衬砌受径向分布的水压时，轴线以圆形圆形最好； 、主要承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力时， 可采用三心圆拱三心圆拱和直墙式衬砌直墙式衬砌； 、当承受竖向压力和较大侧压力时，宜采用五心圆曲五心圆曲 墙式衬砌墙式衬砌； 、当有沉陷可能和受底压力时，宜加设仰拱仰拱的曲墙式曲墙式 衬砌衬砌。 隧道工程30 (3)(3)、隧道衬砌厚度：、隧道衬砌厚度：随所处地质条件和水文地质条件不 同而有较大变化，并且与隧道的跨径，荷载大小，衬砌材 料以及施工条件等有关。根据以往经验，拱圈可以采取等 截面，也可采取在拱脚部分加厚2050的变截面。仰拱

22、 厚度一般略小于拱顶厚度。 截面最小厚度（截面最小厚度（cm cm ） 隧道工程31 5 5、衬砌断面：、衬砌断面： (1)(1)、衬砌断面的形状、衬砌断面的形状( (主要有主要有) ) 直墙式圆弧拱；直墙式圆弧拱； 三心圆拱；三心圆拱； 单圆拱。单圆拱。 (2)(2)、衬砌断面的轮廓线、衬砌断面的轮廓线 衬砌内轮廓线：衬砌内轮廓线： 衬砌外轮廓线衬砌外轮廓线： 实际开挖线：实际开挖线： 隧道断面轮廓线隧道断面轮廓线 隧道工程32 6 6、公路隧道衬砌内轮廓线的求法、公路隧道衬砌内轮廓线的求法 (1)(1)确定建筑限界；确定建筑限界； (2)(2)确定弧形；确定弧形； (3)(3)计算验证、调

23、整。计算验证、调整。 即：即： 初步拟初步拟 定尺寸定尺寸 计算内力计算内力 检算强度检算强度 (安全量安全量) 结束结束 满足满足 否否 隧道工程33 初步拟定结构形状和尺寸可采用经验类比法，考察的初步拟定结构形状和尺寸可采用经验类比法，考察的 因素有：因素有： (1)(1)、内轮廓、内轮廓选定净空形状选定净空形状 原则：紧贴限界，衬砌表面平顺圆滑。原则：紧贴限界，衬砌表面平顺圆滑。 (2)(2)、结构轴线、结构轴线抽象出进行计算的几何形状抽象出进行计算的几何形状 隧道衬砌是一种受压结构，结构的轴线尽可能的符合隧道衬砌是一种受压结构，结构的轴线尽可能的符合 荷载作用下的压力线。荷载作用下的压

24、力线。 (3)(3)、截面厚度、截面厚度检算强度检算强度 要求设计的截面厚度具有足够的强度，同时衬砌的最要求设计的截面厚度具有足够的强度，同时衬砌的最 小厚度应满足施工要求。小厚度应满足施工要求。 隧道工程34 3.4 道路隧道勘测设计文件的内容和组成道路隧道勘测设计文件的内容和组成 道路隧道勘测设计的成果是相应的设计文件，应按 交通部颁发的公路基本建设工程设计文件编制办法 和公路隧道勘测规程的要求进行。 定测结束后应提出隧道勘测说明书，其内容如下： 1、沿线隧道概况及自然概况； 2、工程地质(包括地震烈度资料)及水文地质情况； 3、气象、环境和有关政策法令情况； 4、施工条件； 隧道工程35 5、隧道方案(2个或2个以上)的比选情况和在设计中应 注意的事项；