隧道设计-周心培

1、隧 道 概 念（提 纲）1、铁路隧道概况2、隧道勘测3、隧道围岩分级与围岩压力4、隧道选线及洞口位置选择5、隧道衬砌及附属构筑物6、洞内轨道7、隧道辅助坑道8、隧道防、排水9、隧道通风、照明10、高速铁路隧道的特点11、隧道施工与新奥法概念12、隧道技术的发展隧 道 概 念（提 纲）1、铁路隧道概况 1888年l911年 满清时期 修建隧道238座，总长42.46km。最长的是东省铁路（满洲里绥芬河）的兴安岭隧道3077m 狮球岭隧道长261m 八达岭隧道长1091m（209） 1911年l949年 民国时期 修建隧道427座，总长113.88km。 最长的是滨绥线的杜草隧道 长3840m。

2、1949年2003年 共和国时期 修建隧道6213座，总长3510.68km。 最长双线隧道 大瑶山隧道14.295km， 最长单线隧道 秦 岭隧道18.460km。2、隧道勘测 隧道工程勘测时，应根据不同设计阶段的任务、目的和要求，针对隧道工程的特点，确定应搜集勘测资料的内容和范围，并进行调查、测绘、勘探和试验，做到搜集资料齐全、准确、满足设计要求。2.1隧道工程测绘 地形（含辅助工）、纵断面、横断面、洞口控制点、水准点。 测绘资料需反映隧道所在地区的工程地质、水文地质、水文、周围建筑及人居状况。2.2隧道工程调查（1）自然概况 地形、地貌（2）工程地质 地层、岩性、构造（长、特隧道大面积测

3、绘）（3）水文地质 类型、水位、水量、水质、渗透系数、突水？（4）不良地质 崩塌、岩堆、错落体、滑坡、岩溶、泥石流、采空区、地温、有害气体、瓦斯、放射性危害等（5） 气象资料 气温、气压、风向、风速、雨量、雪量、冻结深度（6）施工条件 砂石料、水、电供应、交通条件、施工及弃碴场地、对噪声、振动、拆迁、地表下沉、补偿等政策法令 设计阶段的地质调查，根据隧道长短、地质复杂程度采用 测绘、遥感、物探、钻孔、试坑等方法进行。 施工阶段的调查宜采用开挖工作面直接观察或利用超前钻孔、导坑、物探等方法进行。隧道勘测应详细调查隧道所在地区的自然、人文活动和社会环境状况，评价隧道工程对环境可能造成的影响。3、隧

4、道围岩分级与围岩压力3.1隧道围岩分级级别 主要地质特征 完整性 开挖后稳定状况 弹性波速级 极硬岩 R60MPa 巨块状 无坍塌、可能岩爆 4.5构造影响轻微、 整体结构节理不发育、无软弱面级 硬质岩 R30MPa 大块状 长期曝露 有小坍塌 3.54.5 构造影响较重 结 构节理较发育、偶夹软岩级 硬质岩构造严重节理发育 碎块石状 侧壁稳定 2.54.0 软质岩构造、节理较发育 大块状 拱部无支护可有小坍塌级 硬岩构造严重节理很发育 压碎结构 无支护有较大坍塌 1.53.0 软岩构造严重节理发育 碎块镶嵌 侧墙有时失稳 土：具压密或成岩作用土 大 块 QlQ2老黄土 压 密 钙铁质胶结碎卵

5、石土 巨块整体级 软岩 极破碎岩 碎石松散 易坍塌、可大坍塌 1.02.0 坚硬、硬塑粘性土 松软结构 浅埋易下沉坍塌 稍密稍湿以上碎石土 松散结构级 岩体 构造严重断层带 粘土蠕动松软 极易坍塌变形 11.5 土体 软塑粘土饱和砂 砂土潮湿松散 涌砂 浅埋易塌通天3.2围岩压力采用破损阶段法计算深埋隧道衬砌时，围岩按松散压力考虑，其垂直及水平匀布压力可按下式计算：垂直压力 qh 荷载高度 h0.452S1宽度系数 1i（B5）侧 压 力 eq4、隧道选线及洞口位置选择4.1基本原则（1）长、特（复杂）隧道应在大面积地质测绘的基础上确定线路走向、越岭高程、展线方案，综合工期、施工方案、运营条件

6、进行全面技术经济比选确定。（2）隧道选线应避免通过地质极为复杂和溶洞、暗河、采空区。（3）沿河、傍山线路宜靠山内移，避免偏压、河流冲刷、水库坍岸的影响，一般宜优先采用长隧道方案。（4）隧道洞口不应设在地质不良、排水困难、地势狭窄、沟谷低洼或悬崖陡壁处，并应 “早进、晚出”。“早进、晚出”4.2隧道净距、浅埋与偏压（1）两相邻单线隧道的最小净距（m） 围岩级别 最小净距 （1.52）B （22.5）B （2.53）B （35）B 5B（2）浅埋隧道覆盖厚度（m）围岩级别 单线隧道 57 1014 1825 双线隧道 810 1520 3035（3）偏压隧道覆盖厚度（m） 与地质和地形横有关围岩级

7、别 石 土 单线隧道 45 5.510 1018双线隧道 7 1011 1318 2030大瑶山隧道-隧道线路平面方案 大瑶山隧道位于京广复线坪石至乐昌间的武水峡谷，属裁弯取直型长隧道。铁四院第一勘测设计总队于1978年1月开始勘测，对峡谷地区50km2范围内进行了勘测调查，研究比较了四个主要平面方案。预留水库方案：白面石跨武水方案 线路长 33.9 08km 隧道长14.30km园螺角跨武水方案 线路长38.570 km 隧道长14.66 km不预留水库方案：武水西岸双绕方案 线路长45.492 km 无特长隧道四跨武水双绕方案 线路长45.834 km 无特长隧道隧道线路方案比选主要考虑以

8、下四个因素：1）新线施工对既有线的影响程度2）能否保留对武水水力资源的开发利用3）线路长度及相应的运营费用4）对新线电气化的要求及增加的费用经综合比较，长隧道方案较绕行方案投资增加约5000万元，但长隧道方案施工对既有线的影响最小；能保留武水水电资源，相当于一座年发电15万千瓦的发电厂，每年可节约煤炭约50万吨，每年节省煤炭运费约910万元；与绕行方案比线路长度可缩短约12km，10年可节省运费约1700万元；虽然长隧道需要提前10年实现电气化，早花1.0亿元，但综合比较还是合算，因此采用长隧道方案。5、隧道衬砌及附属构筑物5.1隧道衬砌分类（1）整体衬砌 传统模注衬砌（2）喷锚衬砌 地下水不

9、发育、级围岩、短隧道（3）复合衬砌 喷锚初期支护防水层二次模注衬砌（4）明洞结构 拱形明洞、棚洞、悬臂棚洞、立交明洞5.2隧道衬砌设计的若干规定（1）隧道应采用曲墙式衬砌，级围岩应采用钢筋砼衬砌。（2）单线级以上、双线级及以上地段衬砌应设置仰拱。（3）电力牵引的隧道，应根据需要设置接触网补偿下锚衬砌段。（4）位于曲线地段的隧道断面应加宽。5.3附属构筑物（1）避车洞 大避车洞300420m一个（4.02.52.8） 小避车洞 60m一个（2.01.02.2）（2）电缆槽 强、弱电应分槽（弯曲半径 弱电l.2m，强电630d），大于500m隧道应在大洞中设余长电缆腔（间距420600m）。（3）

10、无人增音站、信号继电器箱洞、无线电通信电台箱洞（4）变压器洞、接触网绝缘梯车洞（5）相邻双孔隧道间的行人、行车横洞（6）其他报警、消防应急设施及救援通道（160km/h）6、洞内轨道 内外标准一致 1000m耐磨 无碴优先 一级碎石道碴7、隧道辅助坑道 辅助坑道应根据隧道长度、工期、地形、地质、水文、通风、排水、弃碴、防灾救援、疏散等需要、经技术经济比较确定，并应符合环境保护的根据要求。7.1平行（横洞）导坑（1）瓦斯隧道和长隧道应优先采用平行导坑。（2）将来有可能扩建为第二线隧道时，除考虑合理的线间距外，地质不良地段的平导结构宜结合二线隧道作永久衬砌。7.2斜井（1）井口应高出l/100水位

11、50cm。（2）斜井倾角 串车井 不大于250（提升方式）箕斗井 不大于350皮带井 不大于1507.3竖井 应设在隧道中线的一侧，净距1520m。8、隧道防排水8.1总体原则 “防排截堵、因地制宜、综合治理”。8.2主要标准级铁路、级电化、车站隧道衬砌及孔眼不渗水 级非电化铁路隧道 衬砌不漏水，孔眼不渗水8.3主要手段 砼自防水，抗渗等级不低于P8。 衬砌厚度不小于30cm，裂缝0.2mm，保护层50mm 复合衬砌设夹层防水板和排水盲管。 做好变形缝、施工缝防水。注浆加固堵水。（900）9、隧道通风、照明9.1单线隧道通风的规定 （1）内燃机牵引的隧道长度在2km以上，宜设机械通风。（2）电

12、力机牵引的隧道长度在8km以上，宜设机械通风。（3）可根据隧道长短、行车密度、自然通风情况具体分析掌握。9.2双线隧道通风的规定 内燃机车牵引的双线隧道，当隧长L（km）密度N（对/d）100时，不应设机械通风。9.3通风方式 风道式通风：洞口风道式、斜井式、竖井式（轴流机） 无风道通风：射流风机纵向通风 组合式通风：射流风机、轴流风机组合9.4隧道照明（1）1000m以上直线、500m以上曲线隧道应设置照明设备。（2）灯具应防潮、减震、防腐、防爆（瓦斯），不妨碍信号了望。10、高速铁路隧道的特点（200250km/h）（1）建筑接近限界 宽度不变，高度为7.25m（原6.55m）（2）必须考

13、虑空气动力学效应对行车和舒适度及环境的影响。（3）隧道净横断面积 时速200km，单线50m2，双线80m2。 时速250km，单线58m2，双线90m2。（4）曲线上的隧道断面可不加宽。（5）设有安全空间、救援通道和工程技术作业空间。（6）不采用喷锚衬砌。（7）隧道内设各种设备洞室，但不设避车洞。（8）当洞口有建筑物或特殊环境要求时，可考虑设缓冲结构。（9）特长、长隧道宜与运营通风相结合，考虑设置防灾通风。（10）长度大于100m隧道应设固定照明，大于500m设应急照明。（11）特长、长隧道应设紧急出口，大于1000m者有条件时宜设。11、隧道施工与新奥法概念11.1隧道开挖支护工法 （1）

14、全断面法 单线 、 双线 、（2）下导坑全断面法 单线 、 双线 、（3）台阶法 单线 、 双线 （4）弧形开挖留核心土法 单线 、 双线 、（5）双侧壁导坑法 单线 、 双线 、（6）中洞法 联拱隧道（7）中隔壁法 单、双、三线、浅埋 （8）交叉中隔壁法 双、三线、浅埋 、 11.2 新奥法的基本理念 传统理念认为围岩是山体压力之源，衬砌是承受山体压力的唯一结构物。新奥法认为围岩是整个支护体系中最重要的组成部分。因此，应有效地控制围岩变形，尽量保持围岩的强度，以充分发挥围岩的自承能力，通过监控量测和信息分析，指导隧道工程的设计和施工。 要纠正以下错误概念：不是一种简单的方法，而是一种设计施工

15、的新理念。喷锚支护不等于是新奥法，喷锚支护是保护围岩的手段。施工监测是新奥法的重要组成，没有监测不能算新奥法。11.3 新奥法原理要点NATM是建立在科学实践的基础上的，为大量工程实践证明是正确的、有效的新的隧道工程理念。要点如下：在隧道的整个支护体系中，最重要的是围岩本身。开挖时尽可能减轻对围岩的扰动和破坏，及时施作防护层，封闭节理裂隙，防止围岩松动和坍塌，尽量使围岩处于三维应力状态。允许围岩有一定的变形，以利发挥围岩强度。但又必须严格控制变形，以免过度变形降低围岩承载力。初期支护要及时，以抑制围岩的早期变形，围岩稳定后再作二次衬砌。初期支护要具有柔性，能与围岩紧密接触，共同变形和共同承载。

16、隧道断面要园顺，避免应力集中，并且尽早闭合成环。施工监测必不可少，是确定支护参数、施工工艺和变更设计指导施工的依据。（监测）水是地下工程最大的危害，要有有效的防排水措施。11.4 复合衬砌 1980年大瑶山隧道首次全面地、成功地在长隧道中采用新奥法和复合衬砌。 复合衬砌组成 初期支护 防水层 二次衬砌 初期支护 喷砼 钢筋网 格栅钢架（钢拱架） 防 水 层 无纺布 防水板 盲管（沟） 止水带 二次衬砌 砼衬砌 钢筋砼衬砌12、隧道技术的发展12.1 隧道工程分类 按功能分 交通隧道、水工隧道、军事坑道 按区域分 山岭隧道、地下铁道、水底隧道 按工法分 矿山法隧道、盾构隧道、沉管隧道12.2技术发展过程人挖、肩扛阶段 1930年以前人力、半机械化阶段 3070年代半机械化、机械化阶段 80年代至今多年来，在我国铁路隧道工程技术一直处于领先的地位。但是20世纪80年代以来，公路隧道发展迅速，水工隧道更是异军突起。鲁布革、万家寨等水利枢纽早已采用了隧道掘进机。地下铁道领域已广泛采用单园盾构，甚至双园盾构。展望未来，隧道工程将会有更加辉煌的明天。向着大型机械化迈进 钻爆法施工的从钻眼、装药、装碴、运输、喷混凝土、衬砌全部实现机械化、系列化，并且根