地下建筑结构(中国地质大学孙金山)4-1

矿山法隧道结构---公路隧道设计规范

矿山法隧道结构--公路隧道设计

1

总则

2主要术语与符号

3隧道调查及围岩分级

4总体设计

5建筑材料

6荷载

7洞口及洞门

8衬砌结构设计

9结构计算

10防水与排水

11小净距及连拱隧道

12辅助通道

13辅助工程措施

14特殊地质地段

15隧道内路基与路面

16机电及其它设施

附录A围岩分级有关规定……………60附录B隧道标准内轮廓…………………63附录C型钢特性参数表………………65附录D释放荷载的计算方法……………69附录E浅埋隧道荷载的计算方法………71附录F偏压隧道衬砌荷载的计算方法………………74附录G明洞设计荷载的计算方法………75附录H洞门土压力荷载的计算方法…………………77附录I荷载结构法……………………78附录J地层结构法……………………80附录K钢筋混凝土受弯和受压构件配筋量计算方法……………88附录L本规范用词说明……………941总则1.0.3

隧道规划和设计应遵循：“能充分发挥隧道功能、安全且经济地建设隧道”的基本原则。隧道设计应有完整的勘测、调查资料，综合考虑地形、地质、水文、气象、地震和交通量及其构成，以及营运和施工条件，进行多方案的技术、经济、环保比较，使隧道设计符合安全实用，质量可靠，经济合理，技术先进的要求。为什么修建隧道，隧道建在何处才能有效发挥其功能，并且安全、经济，这是公路隧道规划和设计者必须回答的首要问题。为缩短行车里程，提高交通便捷，这是修建公路隧道的基本目的；同时，隧道可从根本上免除公路路线上的土石方坍塌、泥石流、雪崩等道路病害；隧道不改变地形自然原貌，保护了环境，还利用地下空间，节省了公路建设用地。因此，隧道是路线上非常有价值的一种构造形式。然而，隧道尤其是长隧道的造价不低，如何在保证功能的前提下，安全且经济地建设隧道至关重要。隧道设计采取的手法不同于一般构造物，预设计主要依靠基于过去工程实例的经验性方法或者计算，实验等，主观上力图达到合理设计，但设计成的断面形状、支护衬砌结构等是否适应于所处的地层，其稳定性程度如何，很难量化把握，而隧道的形状或支护结构一旦建成很难改变，因此，在规划、设计阶段就要充分考虑隧道的合理性与耐久性问题。1总则1.0.4公路隧道按其长度可分为四类，如表1.0.4所示。表1.0.4公路隧道长度分类注：隧道长度系指两端洞门墙墙面与路面的交线同路线中线交点间的距离。1.0.5隧道主体结构必须按永久性建筑设计，具有规定的强度、稳定性和耐久性；建成的隧道应能适应长期营运的需要，方便维修作业。

为满足营运正常使用，隧道主体结构物应设计为永久性建筑，这里所说的主体结构物指洞门、支护衬砌、各附属风道、风井、洞室、防排水设施、路面板及隧底填充等。洞内一般要求设置衬砌。这些结构设计必须具有规定的强度、稳定性和耐久性。所谓耐久性，一般指所使用的建筑材料具有必要的抗渗性、抗冻性和抗侵蚀性。1总则1.0.6应加强隧道支护衬砌、防排水、路面等主体结构设计与通风、照明、供配电、消防、交通监控等营运设施设计之间的协调，形成合理的综合设计。必要时应对有关的技术问题开展专项设计和研究。

一般来讲，公路隧道设计由支护衬砌、防排水、路面和各类洞室等土建主体结构与通风、照明、供配电、防灾与减灾、交通监控等营运设置两大部分构成，是多项专业的总成，属复合型技术，因此要求各专业设计之间密切配合。譬如，根据交通量和隧道长度需要设置通风竖井（或斜井）时，首先由通风专业工程师通过计算分析初步确定出竖井位置，然后应征求地质和结构专业工程师的意见，如果初定的竖井位于断层破碎带等不良地质地层，竖井结构处理非常复杂，工程费上扬，竖井就应适当挪位，再计算分析新井位条件下的隧道通风状态及风机容量。同时，竖井及其风道位置还应征求路线工程师的意见，以使竖井口尽快钻出地面，同时风道又要最短。总之，在确定风井、风道、风口时，上述3个专业应相互“磨合”，反复推敲，综合分析通风费用和结构费用，使设计达到最好、最省的综合效果。对于高速公路特长隧道或者地质情况非常复杂的长隧道，必要时应针对其中的技术难题如大跨扁平断面、不良地质、大涌量地下水、通风、防灾等进行专项研究和技术设计。

1总则1.0.7隧道土建设计应体现动态设计与信息化施工的思想，制定地质观察和监控量测的总体方案；地质条件复杂的隧道，应制定地质预测方案，以及时评判设计的合理性，调整支护参数和施工方案。通过动态设计使支护结构适应于围岩实际情况，更加安全、经济。1.0.8

隧道设计应贯彻国家有关技术经济政策，积极慎重地采用新技术、新材料、新设备、新工艺。1.0.9

隧道设计必须符合国家有关国土管理、环境保护、水土保持等法规的要求。应注意节约用地，保护农田水利，尽量保护原有植被，妥善处理弃渣和污水。1.0.10

公路隧道设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行的有关标准和规范。2主要术语与符号

2.1术语

2.1.1公路隧道roadtunnel供汽车和行人通行的隧道，一般分为汽车专用和汽车与行人混用的隧道。2.1.2山岭隧道mountaintunnel贯穿山岭或丘陵的隧道。是相对于城市隧道和水下隧道，表示修建场所不同的名称。2.1.3岩石质量指标RockQualityDesignation（RQD）指10cm以上长度的岩心累计的钻孔长度百分比。2.1.4岩体分级rockmassclassification以土木工程为对象，将岩石集合体（岩体）分成稳定程度不同的若干级别。2.1.5环境调查environmentalsurvey因修建隧道而对路线周围的环境影响进行的调查。2.1.6水文调查hydrologicalsurvey对隧道工程及周边环境有影响的地表水和地下水所进行的调查。2主要术语与符号

2.1术语

2.1.7地质调查geologicalsurvey为了解岩体或地层的分布、形成年代、风化程度或地质构造等而进行的调查。2.1.8隧道涌水waterinflowintotunnel伴随隧道开挖，从隧道周边围岩流入隧道内的地下水。2.1.9荷载load指作用于结构物而使结构产生应力的力量。2.1.10围岩压力surroundingrockpressure隧道开挖后，因围岩变形或松散等原因，作用于洞室周边岩体或支护结构上的压力。2.1.11偏压unsymmetricalpressure作用于隧道的压力左右不对称，一侧压力特大的情况。作用于隧道结构上的不对称荷载2.1.12松散压力looseningpressure指因隧道的开挖爆破、支护的下沉以及衬砌背后的空隙等原因，致使隧道周边的围岩产生松动，以相当于一定高度的围岩重量，作为直接荷载作用于隧道支护和衬砌上的土压2主要术语与符号

2.1术语

2.1.13新奥法NATM(NewAustrianTunnelingMethod)新奥法是应用岩体力学的理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则。2.1.14净空断面（内轮廓）innersection隧道衬砌内侧的断面面积、形状。2.1.15洞门portal在隧道的洞口部位，为挡土、坡面防护等而设置的隧道结构物。2.1.16衬砌lining为控制和防止围岩的变形或坍落，确保围岩的稳定，或为处理涌水和漏水，或为隧道的内空整齐或美观等目的，将隧道的周边围岩被覆起来的结构体。2.1.17仰拱invert为改善隧道上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱型结构。2.1.18小净距隧道neighburhoodtunnel指上下行双洞洞壁净距较小，不能按独立双洞考虑的隧道结构。2.1.19连拱隧道multiarchtunnel指两洞拱部衬砌结构通过中柱相连接的隧道结构。2主要术语与符号

2.1术语

2.1.20竖井verticalshaft为改善营运通风或施工条件而竖向设置的坑道。2.1.21斜井incline,inclinedshaft为改善营运通风或施工条件按一定倾斜角度设置的坑道。2.1.22横通道horizontaladit将隧道划分成几个工区进行施工时，为搬入材料和出渣等而设置的大体上接近水平的作业坑道。横通道有时也可用于营运通风。2.1.23超前导坑advancingdrift因隧道断面较大或围岩条件复杂等，在开挖中采用全断面法困难的情况下，往往在隧道的开挖断面内超前开挖小断面的隧道，这种小断面的隧道称为超前导坑。2.1.24通风ventilation将隧道内有害气体排出洞外的一种换气行为。2.1.25照明lighting通过在隧道内设置灯具，达到行车安全所要求的亮度。

2主要术语与符号

2.2符号

BQ——岩体基本质量指标[BQ]——岩体基本质量指标修正值Rc——岩石单轴饱和抗压强度Ra­­——混凝土或砌体的抗压强度Rl——混凝土的抗拉极限强度IS（50）——实测的岩石点荷载强度指数K1——地下水影响修正系数K2——主要软弱结构面产状影响修正系数K3——初始应力状态影响修正系数Kv——岩体完整性系数Jv——岩体体积节理数Sn——第n组节理每米长测线上的条数Sk——每立方米岩体非成组节理条数Vpm——岩体弹性纵波速度Vpr——岩石弹性纵波速度σmax——垂直洞轴线方向的最大初始应力γ——围岩重度k——弹性抗力系数E——变形模量μ——泊松比φ——计算摩擦角B——隧道开挖断面宽度W——行车道宽度LL——左侧向宽度LR——右侧向宽度L——侧向宽度C——余宽J——检修道宽度h——检修道或人行道高度R——人行道宽度H——隧道建筑限界高度K——围岩弹性抗力系数；δ——衬砌位移值；n——开挖边坡坡率；m——回填土石面坡率；3隧道的勘察/围岩分级

3.1隧道勘察的几个阶段

3.2隧道勘察的主要方法

3.3隧道勘察的主要手段

3.4建筑环境评价

3.5围岩分级

隧道勘察的目的

是在于查明隧道所处位置的工程地质条件和水文地质条件以及隧道施工和运营对环境保护的影响。为规划、设计、施工提供所需的勘察资料，并对存在的岩土工程问题、环境问题进行分析评价提出合理的设计方案和施工措施，从而使隧道工程经济合理和安全可靠。3.1隧道勘察的几个阶段:

可行性研究勘察预可行性研究工程可行性研究侧重于是收集与研究已有的文献资料

在分析已有资料的基础上，通过踏勘，实地调查，大致查明地质情况

初步勘察收集资料取得隧道所在位置的初步总平面布置地形图及有关工程性质，规模的文件工程地质选定隧道线位初勘工作的任务是选择经济合理、技术可行的最优隧道位置方案

初勘资料整理工程地质勘察的原始资料，包括调查、测绘、勘探、试验等资料详细勘察目的任务步骤工程地质勘察的原始资料，包括调查、测绘、勘探、试验等资料通过详细工程地质勘察，为线位布设和编制施工图设计提供完整的工程地质资料在初勘的基础上，进一步查明隧道沿线地质特征和不良地质规模、大小范围(1)前期的准备工作；(2)沿线地质勘察；(3)试验；(4)资料整理；(5)编写详勘报告3.2隧道勘察的主要方法3.2.1收集研究即有资料

不仅是外业工作之前准备工作的重要内容，也是隧道勘察的一个主要方法。

地形地貌地质情况区域水文气象情况特殊地质及不良地质植被及环境类似工程经验3.2.2调查和测绘1、工程地质调查

*直接观察*访问群众2、工程地质测绘：范围较大，并且要求把调查研究结果填绘在一定的比例尺的地形图上，以编制工程地质图

*目测*仪器3、调查测绘内容

地质、地貌；地层、岩性；地质构造；地表水和地下水；特殊地质、不良地层；地震；工程经验等4、工程评价及处理措施

(1)围岩的自稳性

(2)隧道涌水量、涌水压力、突然涌水量等

(3)岩土膨胀压力

(4)滑坡、偏压

(5)围岩状态和土压特性

(6)高地应力区应力场

(7)瓦斯、岩溶及人为坑洞等3.3隧道勘察的主要手段1、挖探：2～3米优点：能取得详尽直观资料和原状土样；缺点：勘探深度有限，劳动强度较大。2、简易钻探：3～10米优点：工具轻、体积小、操作方便、进尺较快、劳动强度较小；缺点：不能采取原状土样或不能取样，在密实或坚硬的地层中不易钻进或不能使用。

3、钻探：

冲击钻进回转钻进冲击回转钻进；振动钻进

4、地球物理勘探（物探）：

利用岩土体材料的导电性和导磁性等，根据接收信号判断地层缺陷及力学性质。主要有：电法勘探(利用岩层介电常数、导电性差异)；地震勘探(利用岩体弹性性质差异)；