隧道工程第隧道工程章-勘测设计

1、第二章 隧道工程的勘测设计 2.1 隧道的工程调查 2.2 隧道的位置选择 2.3 隧道线路设计隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 2.4 隧道横断面设计 2.5 隧道勘测设计文件的内容和组成 文献资料收集主要指地形地貌、邻近工程、气象、水文及区域性地质、用地及环境、灾害等资料，目的是规划线路和编制以后的调查计划。收集资料应以拟建隧道为中轴,取较大范围调查。 2.1 隧道的工程调查 工程实践中必须重视地质条件对隧道工程的影响，避免盲目设计，使设计与修建的隧道与环境能够和谐共处。 2.1.1 既有文献资料收集 地形地貌资料地质资料工程资料气象资料用地及环境资料灾害资料文献资料收

2、集指地形图、航空照片和遥感与遥测资料。 地质图、说明书。邻近隧道及其他土建工程所记录的工程地质水文地质资料。 气温、气压、风速、风向、降水、 等 。工程、施工及临时用地。自然环境文物古迹、自然保护区、居民环境等。 暴雨雪、台风、地震、滑坡等发生的规模、频度。 隧道调查分施工前和施工中两阶段。 2.1.2 地形、地质调查1. 施工前各阶段的地形与地质调查内容 分可行性研究勘察、初步勘察和详细勘察三个阶段，主要调查内容： 1)工程地质特征 2)水文地质特征 3)不良地质和特殊地质现象 4）地震烈度 5) 有害气体或有害矿体的2.施工中工程地质调查应完成的任务 1) 根据监测资料，分析判定揭露的围岩

3、级别； 2) 采用超前地震波反射、声波反射、地质雷达等物理手段，或采用超前钻孔、平行导坑、试验坑道等进行超前探测，及时预报解决施工中遇到的工程地质和水文地质问题； 3) 为验证和修改（变更）设计及调整施工方案提供依据。3.施工前三阶段勘察的目标内容 (1)可行性研究勘察 分为预可行性研究和工程可行性研究。预可行性研究勘察-收集和研究既有的文献资料工程可行性研究中分析资料，并做地面踏勘。 (2)初步勘察内容为选择隧道位置，初步确定围岩级别。可使用1/250001/10000的地形图在隧道中线两侧5002000m的范围进行调查的情况随时标记在地形图上，并记入野外记录本 (3) 详细勘察 内容：岩性

4、、地质构造、地表水及地下水、地下资源等。方法：地球物理勘探（简称物探）和化学勘探（简称化探）、钻探、微型摄影仪放人钻孔内、遥感 (4)水文勘察 涌水，将恶化隧道围岩稳定状态，导致施工困难，增大工程造价；枯水，造成隧道周边工业、农业和饮水困难。4.详细勘察应提供的资料 1) 概况 2) 地形地质概况及岩石种类 3) 各种相关的图纸 4) 设计施工注意的问题及下步调查的建议。 降雨降雪气温、地温风向、风速雾雪崩、风吹雪洪水年降雨量、月平均降雨量、日最大降雨量、小时最大降雨量。最大降雪日、最大积雪量、积雪期、最大日降雪量、雪密度、雪温。年平均气温、绝对最高最低气温、日温差；冻结期、冻结深度、多年冻土

5、深度，水温。频率分布(年间、月间、日间)。降雾天数和程度（能见度)。场所、规模、频度、时期、种类。洪水量、水位、时期。气象调查内容 2.1.3 气象调查 (1)自然环境调查 地表水、地下水，植被、矿产资源以及动植物生态等自然环境状况。 (2) 社会环境调查 使用情况、农田、水利设施、建筑物、地下管线情况等。 (3) 生活环境调查 噪声、振动、污水及废气排放、地面下沉等对生态环境、地面建筑物的影响。 2.1.4 工程环境调查 (4) 施工条件调查 施工便道、施工场地、弃渣场地、供水、供电、通讯条件和建筑材料的来源、品质、数量等以及其他可能影响施工的因素。 (5) 工程环境评价报告 应按照国家有关

6、规定，在工程设计或施工中，要采取相应的措施，力求满足环境保护的要求，防止环境破坏。 2.2 隧道位置选择 山区公路线形设计根据地形条件有：绕行方案、路堑方案和隧道方案等。 1) 综合比选，提出推荐方案。地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向；中、短隧道可服从路线走向。 2) 根据公路等级和设计速度确定车道数和建筑限界。 3) 确定附属设施。通风、照明、交通监控等 4) 采取必要措施，避免相互影响。当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。 隧道位置选择包括洞身位置和洞口位置的选择。 1按地形条件选择隧道位置 2.2.1 隧道洞身位置选择 公路隧道是克服地形障碍的有效手

7、段，(1)高程障碍 (2)平面障碍.克服地形障碍主要有绕行方案、深堑方案及隧道方案。 2按线路条件选择隧道位置 (1) 越岭隧道位置选择 有利的地形 较好的垭口 合理的埋深 (2) 沿河傍山隧道 常采用隧道群或桥隧群解决。（1）向山侧内移；（2）足够的覆盖层厚度；（3）设置护坡和支挡结构。 在河道窄、冲刷力强的地段，还应注意水流冲刷对山体和洞身稳定的影响。如果桥隧相连，应预先考虑施工中的相互干扰及洞口边坡的稳定问题。沿河傍山路线，究竟采用长大隧道、短隧道群或桥隧群中的哪种方案，应进行技术经济比较。 (3) 不良地质地段隧道 应尽量使洞身位于地质结构单一完整的地层中。 1) 崩塌 悬崖陡壁地区，

8、日久风化、产生张开节理和裂隙而致，不要把隧道置于地表不厚的傍山位置。崩塌发展过程a)崩塌初期 b)形成崩坍c)崩坍继续发展 2) 滑坡、错落 斜坡岩土体沿着连续贯通的破坏面向下滑动的过程与现象称为滑坡。选择隧道位置时，应尽可能避开滑坡地段。 3) 泥石流 泥石流是发生在山区的一种含有大量泥砂、石块的特殊洪流，顺山沟或狭谷流淌而下、来势凶猛，破坏力极大。泥石流的形成条件地形条件：陡峭的山区，沟床纵坡大，典型的泥石流沟上游多为三面环山,一面出口的漏斗状地形。地质条件：地质构造复杂、岩石风化破碎、新构造运动活跃、崩塌滑坡多发的地段。气象水文条件：水既是泥石流的重要组成部分，也是泥石流活动的基本动力和

9、触发条件。我国泥石流的水源主要是暴雨、长时间的连续降雨等。 应避免把隧道放在冲积扇范围以内，以免堵塞隧道洞口，或建明洞，使泥石流在明洞顶通过。 4) 流砂 流砂是一种土的活动和作用，又称流土，或称土的液化。土发生流砂时呈悬浮状态，失去承载力。 修建在该土体上的隧道，地基可能发生沉陷、失稳而破坏。隧道一般应避开流砂地段，无法避开时，应选择其范围最小且相对稳定地段，并以短距离通过，还应提出合理可行的工程处理措施，以保证施工和洞身安全。 5) 溶洞、土洞 选择隧道位置时，应力求避免或要有足够的安全距离。 6) 瓦斯 选择隧道位置时，最好能避开。不得已时，应切实加强通风系统。(中梁山隧道瓦斯解决方案)

10、 7) 危岩、落石 采用接长明洞的方法。 成渝高速公路中梁山隧道, 通过二叠系上统龙潭组，瓦斯平均含量30m3/t，最大相对涌出量达181.09m3/t，最大绝对涌出量50m3/min ,瓦斯压力4MPa。采取的主要措施是：设置瓦斯自动报警装置、采用安全防爆器材爆破，超前钻孔、导坑掘进释放瓦斯，严格监测，强化巷道式通风以降低瓦斯浓度，使得瓦斯含量降到允许值以下，防止瓦斯爆炸。 1洞口位置选择的原则 2.2.2 隧道洞口位置选定 (1)综合考虑洞口地形、地质条件、洞外有关工程及施工条件、营运要求和周围环境保护。 (2)洞口边坡、仰坡顶面及其周围，应根据情况设置排水沟及截水沟，并和路基排水系统综合

11、考虑布置。 (3)隧道洞门应与隧道轴线正交或成大角。 （4）“早进晚出”的原则。 2洞口位置选择的具体要求 (1) 隧道洞口的边坡及仰坡稳定。 图2-3 贴壁进洞时洞口纵断面示意图 18152018152520252015高度（m）1:1.51:1.251:1.251:11:0.751:0.751:0.51:0.51:0.3贴壁边、仰坡坡率围岩分级表2-1 隧道洞口边、仰坡的控制高度注:设计开挖高度系从路基边缘算起。 (3) 不宜切削原山坡。 图2-4 悬崖陡壁下接长明洞示意图 (4) 不宜设在沟谷低洼汇水处。 接长明洞(2) 地质条件较好、地下水不太丰富及排水有利。 图2-5 沟谷低洼附近洞

12、口平面位置示意图 (5) 隧道轴线与地形等高线正交。（图2-6所示） 图2-6 隧道洞口轴线与地形关系1-坡面正交型 2-坡面斜交型 3-坡面平行型 4-山脊突出部进入型 5-沟谷部进入型 BA (6) 早进洞晚出洞。 (7) 合理布置施工场地。 (8) 避免相互影响，保护环境。 (9) 避免洪水侵入隧道。 2.3 隧道线路设计 2.3.1 隧道线路平面设计 隧道平面是指隧道中心线在水平面上的投影,隧道的平面线形设计要按公路路线设计规范的有关规定进行。线路越直越好，原则上采用直线避免曲线。必须设置曲线时，不宜采用设超高的平曲线，且不应采用设加宽的平曲线。 设置平曲线时会遇到小半径曲线和超高，采

13、用小半径曲线将会出现以下三个问题： 一是产生视距问题； 二是增加隧道内噪声和振动； 三为了确保行车安全，必须限制行车速度。确保视距 超高：为了防止车辆外倾覆或被抛出，需要使曲线路面提高。超高加宽路面加宽路面不能满足要求时，可采用小净距隧道或连拱隧道形式。4.0B3.5B2.5B2.0B1.5B1.0B最小净距（m）围岩级别 表2-5 分离式独立双洞的最小净距注：B 为隧道开挖断面的宽度分离式独立双洞的最小净距。 2.3.2 隧道线路纵断面设计 最大纵坡与最小纵坡 公路隧道的基本坡道形式有单坡和人字坡两种 (见图2-7)。 隧道纵断面是隧道中心线展开后在垂直面上的投影。 图2-7 坡道形式a)

14、单坡 b) 人字坡a)b) 采用人字坡的隧道，施工时隧道两端的出碴与排水都有利，但通风较差，设置竖井。 隧道内的纵坡变更处均应设置竖曲线，并尽量选用大值，以利于通视和通风。(1)注视点:把开始注视的点称为注视点.(2)注视时间:从注视点到安全视距点所需的时间称为注视时间。 公路隧道设计规范（JTG D70-2004）规定洞外连接线的平曲线可根据设计速度来确定，规定3s设计速度行驶长度范围的平曲线应与洞内一致。同时还作了以下规定： (1) 隧道洞口内外各3s设计速度行程长度范围的纵面线形应一致，有条件时宜取5s设计速度行程； 2.3.3 隧道线路接线 隧道洞口连接线的平面及纵断面线形应与隧道线形

15、相协调，确保有足够的视距和行驶安全。隧道两端洞口连接线的纵坡应有一段距离与隧道纵坡保持一致。 （2）当隧道建筑限界宽度大于所在公路的建筑限界宽度时，两端连接线应有不短于50m的、同隧道等宽的路基加宽段；当隧道建筑限界宽度小于所在公路的建筑限界宽度时，两端连接线的路基宽度仍按公路标准设计，其建筑限界宽度应设有4s设计速度行程的过渡段与隧道洞口衔接，以保持隧道洞口内外横断面顺适过渡； （3）长、特长的双洞隧道，宜在洞口外合适位置设置联络通道，以方便车辆调头。设计速度行程的长度如表2-7所示。表2-7 设计速度形成长度284255831111391675S22334467891111334S1725

16、335067831003S行程长度2030406080100120设计速度/（km/h）（单位：m） 近年来，在山区高速公路建设中，遇到一些距离很近的短隧道群，对于这种情况，可视为长隧道，其平、纵线形指标按长隧道考虑。 隧道内的路肩宽度与一般道路相比要缩小很多，需要进行平滑过渡，应在适当的距离内收缩，使汽车进出隧道时顺利。所以，通常根据设计车速设计成1/251/50的楔形过渡段，在这个收缩过渡段中，一般应当由路缘石、护栏、路面标志线以及其他洞口附近的构造物等。 2.4 隧道横断面设计 2.4.1 隧道净空与限界 隧道净空指隧道衬砌内轮廓线所包围的空间,包括隧道建筑限界、通风、照明及其他所需面积

17、。 “隧道建筑限界”是为了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何障碍物的空间范围。也就是说“隧道建筑限界”是指建筑物（包括衬砌、通风管道等）不能侵入的一种限界。 公路隧道建筑限界（图2-8）由行车道宽度(W)、左侧向宽度、右侧向宽度(L)、余宽(C)、人行道宽度(R)或检修道宽度(J)等组成。相应基本宽度的数值规定可参见表2-8。 为了消除或减少隧道边墙给驾驶员带来恐之冲撞的心理效应（“侧墙效应”），保证一定车速的安全通行，应在行车道两侧设置一定的宽度的侧向宽度或余宽。图2-8 公路隧道建筑限界 (单位：cm)H-建筑限界高度 W-行车道宽度；LL-左侧向宽

18、度 LR-右侧向宽度 C-余宽 J -检修道宽度 R-人行道宽度 h-检修道或人行道的高度 EL-建筑限界左顶角宽度，EL= LL ER-建筑限界右顶角宽度，当LR=1m时，ER=1mREELLLLRJ或R250W250400H400ChCi %J或R 建筑限界置于隧道内轮廓内的情况见图2-9。图2-9 隧道建筑限界的基本情况 （单位：cm）起拱线hhLL水平铅垂铅垂E隧道中线（路面中线）铅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图2-10 紧急停车带的建筑限界、宽度和长度 (单位：cm)a）宽度

19、构成及建筑限界 b）长度a）135紧急停车带RRLLLJ或RJ或R400250CEELC350i%h400HW2503000500500350过度段有效长度过度段侧向宽度b）紧急停车带横通道图2-11 横通道的断面建筑限界（单位：cm）a）人行横通道 b）车行横通道b)752540025254002525500a）250200分人行横通道和车行横通道 2.4.2 曲线隧道净空加宽 当隧道位于平面曲线半径等于或小于250m地段时，应在曲线内侧加宽。双车道路面的加宽值规定如表2-9；单车道路面加宽按表列数值的二分之一采用。 2.4.3 隧道衬砌轮廓线的拟定主要解决内轮廓线、轴线和截面厚度三个问题。

20、 衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，而且使衬砌内表面圆顺，不留凌角。 衬砌断面的轴线应当尽量与断面压力轴线重合，使各截面主要承受压力作用而无拉力作用。（1）当衬砌承受径向分布的静水压力时，以圆形最理想；（2）当衬砌主要承受竖向荷载和不大的水平侧压力时，结构轴线上部宜采用圆弧形或尖拱形，下部则做成直墙式衬砌；（3）当承受竖向荷载和较大侧压力时，宜采用五心圆曲墙式衬砌。当有底鼓压力时，则结构底部应施筑仰拱为宜。图2-12 隧道断面轮廓线 隧 道 中 心 线隧道内轮线轴线实际开挖线外轮廓线超挖-欠挖宁波角洞岙隧道外轮廓线轴线内轮廓线图2-13 两车道隧道标准内轮廓断面a) 标准断面 b) 紧急停车带断面图2-14 三车道隧道标准内轮廓断面a) 标准断面 b) 紧急停车带断面100km/h的标准断面1、三心圆拱2、仰拱与边墙采用小圆弧连接3、起拱线高度164.5100km/h的紧急停车带标准断面 2.5 隧道勘测设计文件的内容和组成 根据交通部颁发的公路工程基本建设项目设计文件编制办法和公路隧道勘测规程的要求，将公路隧道勘测设计的成果编制成相应的文件。 2.5.1 定测阶段有关资料 1.定测说明书 2.分类说明书 按测量、地质勘察和其他各种调查三项分别说明。 3.隧道洞外控制测量、地质勘察成果说明书 4需要完成和