《隧道工程》（第二版）课件全套 第1-8章 绪论、隧道工程勘测-隧道施工组织与环境保护

隧道工程1隧道的产生和发展概况2隧道的分类及现状3隧道工程的特点和一般设计原则4现代隧道建设的特点和趋势第一章

绪论学习要求及重点难点内容及要求：隧道的由来和发展、分类、特点和设计原则,以及现代隧道建设发展现状。通过本章的学习,了解隧道的产生和发展概况;熟悉隧道的分类和现状;掌握隧道工程的特点和一般设计原则以及现代隧道发展的趋势。重点：隧道的分类、隧道工程的特点和隧道工程的一般设计原则。难点：充分认识隧道这一隐蔽工程结构与一般地面工程结构的差异。隧道的产生和发展概况1.11.1.1历史演进方面（1）隧道的定义以任何方式修建，最终使用于地表以下的条形建筑物，其内部空洞净空断面在2㎡以上称均为隧道。陕西秦岭终南山公路隧道：18.02千米山西太古高速公路西山特长隧道：13.6千米历史演进方面人类出现到纪元前3000年隧道用于抵御自然威胁用兽骨、石器等工具开挖纪元前3000年到4世纪隧道用于生活及军事抵御形成了现代隧道开挖技术的基础(明挖法等)近古时期中世纪4世纪到16世纪隧道开挖技术已有显著进步，开始采用矿山法掘进原始时期

17世纪直到现在隧道理论初步形成，隧道开挖技术有显著进步近代和现代1.1.1历史演进方面原始时代的隧道远古时代北京直立人的洞穴便是隧道的雏形。人类或栖居于天然的洞穴,或利用兽骨、石器等工具在自身稳定的地层中开挖洞穴,防御自然威胁,以及食肉动物和部落战争的侵袭原始时代的洞穴1.1.1历史演进方面近古时代的隧道这一时代修建的隧道主要包括两类类似隧道的地下工程：体现于统治者“灵魂永在”的地下墓道和墓室。出于生活和军事防御目的的早期隧道结构物。石门隧道胡夫金字塔秦始皇陵新疆坎儿井1.1.1历史演进方面中世纪时代的隧道这一时期修建的隧道主要以疆域开拓和资源开发为主要特征：体现为资源开发的矿山巷道这一类隧道工程。体现为军事作用的地下防护工程。湖北大冶铜绿山铜矿江西上饶包家金矿曹操运兵通道1.1.1历史演进方面近代和现代隧道(1)动力机械和火药的发明，促进了隧道开挖掘进技术发展。(2)除采矿外，隧道还用于灌溉、运河、公路和铁路等工程以及因城市发展而修建的地铁、输水工程等迄今世界上最长的海底沉管隧道：港珠澳大桥沉管隧道（5.66km）第一座用于现代交通的水底隧道：1807年伦敦泰晤士河下公路隧道目前世界最长的公路隧道：拉达尔隧道长（24.5km）世界海拔第二高的隧道：大坂山隧道（海拔3792米）1.1.2施工方法（1）原始开挖方法对于硬岩地层的开挖,古代一直使用前述所说的“火焚法”和铁锤、钢钎等工具进行开挖,即先锤击岩石,然后根据热胀冷缩的原理,用木材烧热岩石,随后再用冷水浇淋,造成岩石碎裂。通过火焚法开挖的汉中栈道通过铁锤钢钎开挖的杜家湾隧道1.1.2施工方法（2）爆破技术爆破技术也在不断发展，从早期的导火索雷管引爆，到点雷管毫秒引爆和导爆管非电雷管起爆，到现在的光面爆破，预裂爆破等。点雷管毫秒引爆导火索引爆光面引爆预裂爆破1.1.2施工方法（3）盾构机法曾用于软土地层开挖的盾构机，现已能广泛用于各种复杂的软土地层的掘进。首台国产复合盾构：中国中铁1号国内第一次批量生产的盾构：先行2号国内首台的大直径泥水盾构：进越号国内自主设计最大直径泥水平衡盾构：春风号1.1.3有关地层稳定分析理论和隧道设计方法（1）地层稳定分析理论地层压力理论：把地层视为松散构造的散粒体理论或者把地层视为连续弹性体的弹塑性理论。自然平衡拱理论：将围岩视为具有一定黏结力的松散体,洞室开挖后能够在其顶部形成稳定的压力拱,作用在支护上的压力仅为压力拱与支护之间松散岩体的质量。松散介质平衡理论：岩体为有一定黏结力的松散介质,当隧道或坑道开挖后,围岩下沉时由于侧压力的作用,在土层破裂面拱顶上方的垂直面上对下沉围岩产生摩阻力。1.1.3有关地层稳定分析理论和隧道设计方法（2）隧道设计方法矿山法：在地层中开挖坑道必然要引起围岩坍塌掉落,开挖的断面越大,坍塌的范围也越大,因此开挖过程中需要及时跟进并满堂的大刚度支护。新奥法：在岩体或土体中设置的使地下空间的周围岩体形成一个中空筒状支承环结构为目的的设计施工方法。保护伞法：预先改良、加强工作面前方的地层,把工作面的稳定性提高到与敞开式盾构法施工时的同等程度。中国特色隧道修建方法：主要依靠围岩,充分利用围岩自承能力,并在围岩稳定性评价及分级、围岩变形控制设计的基础上，形成了以主动控制围岩变形为主的中国特色隧道修建方法。隧道的分类及现状1.21.2.1隧道分类从不同角度区分，有不同的隧道分类方法，一般认为按隧道的用途分类比较明确：交通隧道：提供交通运输和人行的通道，以满足交通线路畅通的要求。水工隧道：水利工程和水力发电枢纽的一个重要组成部分。市政隧道：城市中为安置各种不同市政设施的地下孔道。矿山隧道：矿山中为开采和运输矿石而修建的隧道。（1）交通隧道：公路隧道专供汽车运输行驶的通道。隧道的修建在改善公路技术状态、缩短运行距离、提高运输能力、减少事故等方面起到重要的作用。1.2.1隧道分类（1）交通隧道：铁路隧道专供火车运输行驶的通道。开挖隧道穿越山岭是一种合理的选择，其作用可以使线路缩短，减小坡度，改善运营条件，提高牵引能力。1.2.1隧道分类（1）交通隧道：水下隧道修建于江、河、湖、海、洋下的隧道，供汽车和火车运输行驶的通道。不受气候影响，不影响通航，引道占地少，战时不暴露交通设施目标。1.2.1隧道分类（1）交通隧道：地铁隧道修建于城市地层中，为解决城市交通问题的轨道运输通道。其快速、安全、大运量、更准时等特点，是目前全球大力倡导的重要公共交通形式。1.2.1隧道分类（1）交通隧道：航运隧道航运隧道是专供轮船运输行驶而修建的通道。当运河跨越分水岭时,为克服高程需要修建运河隧道,其优点是能缩短航程,减少运营费用,河道顺直,使航运条件大大改善。1.2.1隧道分类（1）交通隧道：人行隧道专供行人通过的通道。修建于城市闹区穿越街道或跨越铁路、高速公路等行人众多，往来交错，车辆密集，偶有不慎便会发生交通事故的场合。1.2.1隧道分类（2）水工隧道：引水隧道将水引入水电站的发电机组或水资源的调动而修建的孔道。引水隧道作为引水的建筑工程，有过水承压的工程特性。1.2.1隧道分类（2）水工隧道：尾水隧道将水电站发电机组排出的废水送出去而修建的隧道。1.2.1隧道分类（2）水工隧道：导流隧道或泄洪隧道为水利工程中疏导水流并补充溢洪道流量超限后的泄洪而修建的隧道。1.2.1隧道分类（2）水工隧道：排沙隧道用于冲刷水库中淤积的泥沙而修建的隧道,其作用是利用排沙隧道把泥沙裹带送出水库,同时也用来检查或修理时,放空水库里的水。1.2.1隧道分类（3）市政隧道：给水隧道为城市自来水管网系统铺设修建的隧道。1.2.1隧道分类（3）市政隧道：污水隧道为城市污水排送系统修建的隧道。隧道的形状多采用卵形，也可能是在孔道中安放排污管，由管道排污。1.2.1隧道分类（3）市政隧道：管路隧道为城市能源供给(煤气、暖气、热水等)系统修建的隧道。城市中的管路隧道是把输送能源的管路放置在修建的地下孔道中,需进行防漏及保温措施处理。1.2.1隧道分类（3）市政隧道：线路隧道为电力和通信系统修建的隧道。在城市中,线路隧道的作用是保证电力电缆和通信电缆不被人为活动损伤或破坏,避免悬挂在高空影响市容景观。1.2.1隧道分类（3）市政隧道：人防隧道为战时防空目的而修建的防空避难隧道。1.2.1隧道分类（4）矿山隧道：运输巷道为开采和运输矿石而修建的隧道,其作用主要是为采矿服务。1.2.1隧道分类（4）矿山隧道：给水隧道为送入清洁水供采掘机械使用的隧道，并将废水及积水通过泵抽排出洞外。1.2.1隧道分类（4）矿山隧道：通风隧道为把有害气体排除出去、补充新鲜空气而修建的巷道。1.2.1隧道分类1.2.2隧道工程发展现状“十四五”末期(2020年),中国公路隧道21316处、2199.93万延米,比“十一五”末增加13932处、1687.67万延米。其中特长隧道1394处、623.55万延米,长隧道5541处、963.32万延米。截至“十四五”末期,中国投入运营的铁路隧道共计16798座,总长约1963万延米。其中,高速铁路隧道共计3631座,总长约600.3万延米。1.2.2隧道工程发展现状目前,世界最长的铁路隧道是2016年开通的瑞士中部阿尔卑斯地区新圣哥达基线铁路隧道,全长57km。1.2.2隧道工程发展现状在隧道修建长度方面,我国已经成功修建了9座20km以上的交通隧道。新关角隧道西秦岭隧道太行山隧道中天山隧道乌鞘岭隧道吕梁山隧道燕山隧道青云山隧道南吕梁山隧道隧道工程的特点和一般设计原则1.31.3.1隧道工程的特点（1）提高路线标准，缩短行车里程，提高交通效率终南山盘山公路群二郎山隧道二郎山隧道全长4176米，不仅缩短了线路里程25公里，更避开了原来翻越二郎山时经常遇到的雨、雾、冰、雪、冻、滑坡、坍塌及泥石流地段，结束了该路段延续几十年的单向管制通车，保证了全天候通车。1.3.1隧道工程的特点（2）护生态环境,减少对植被的破坏,实现节能减排以前：植被破坏，水土流失现在：生态环保，节能减排1.3.1隧道工程的特点（3）开发地下空间,节约表土资源,构建地下空间综合体地下空间综合体青岛国际邮轮港地下空间1.3.1隧道工程的特点（4）增加隐蔽性、提高防护能力海底隧道断面图浙江建德203人防隧道1.3.1隧道工程的特点（5）有利于江河、海峡、海湾地区通航和全天候交通运输琼州海峡隧道路线图汕头海湾隧道1.3.1隧道工程的特点（6）充分发挥围岩约束作用,抗震减灾效果明显实时监测隧道结构情况1.3.1隧道工程的特点（7）改善生态环境,促进经济发展大连海底隧道广州沙埔隧道1.3.2隧道一般设计原则（1）隧道设计应从全局出发,贯彻“以人为本”的交通服务宗旨,坚持安全至上的设计原则,树立全寿命周期的设计理念。（2）隧道设计应符合交通规划、环境保护和自然景观的要求,满足公路或铁路交通服务功能。（3）隧道设计应进行多方案的技术、经济和环保比选。（4）隧道设计应综合比选各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等因素后确定。（5）隧道内外平、纵线形应协调,以满足行车的安全、舒适要求。（6）合理确定断面设置形式和适应于地层特性及环境要求的施工方法。（7）隧道设计应贯穿于整个道路建设工作的全过程。（8）通风、防灾等与交通量有关的设施,应按隧道的设计通行能力控制设计。（9）结合现场监控量测实现信息化设计和动态设计。（10）隧道设计应贯彻国家有关技术经济政策,积极推广新技术、新材料、新设备、新工艺,应在设计中提出保障施工作业人员安全和预防生产安全事故的措施建议。现代隧道建设的特点和趋势1.4现代隧道建设的特点和趋势根据上述理念,结合现代隧道建设和运营的具体工程实践,其特点和趋势具体可归纳为以下几方面。（1）隧道越建越长，越建越高瑞士圣哥达基线隧道，主隧道长度超过57公里，隧道群总长151.8公里。青海风火山隧道，进口轨面海拔4905米，轨面标高海拔4905米，全部位于永久冻土层以内。现代隧道建设的特点和趋势（2）曲线隧道越来越多新晋高速位于河南与山西两省交界处，连接河南新乡与山西晋城，盘旋穿过太行山脉内部，形成了28公里的螺旋隧道群。现代隧道建设的特点和趋势（3）隧道跨度越来越大广东龙头山隧道国内最长大跨度公路隧道现代隧道建设的特点和趋势（4）隧道建设的机械化及智能化和BIM技术的应用现代隧道建造的机械化和智能化体现现代隧道建设的特点和趋势（5）以盾构/TBM制造及再制造技术使大断面隧道机械化掘进成为现实国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机现代隧道建设的特点和趋势（6）地下立交正在成为现实深圳海滨大道地下立交南京鼓楼地下立交现代隧道建设的特点和趋势（7）隧道功能多样化车轨两用隧道隧道洞口景观现代隧道建设的特点和趋势

近年来我国隧道工程建设和技术虽然取得了很大的成就，但是还存在许多问题有待进一步深入研究和解决。相信通过大家不懈努力、勇于实践和不断地探索，我国在世界上一定会从“隧道大国”变为“隧道强国”。本章小结介绍了隧道的由来和发展概况，对其定义、工程实践、施工方法和理论计算的发展历程进行了阐述。按功能作用对隧道进行了分类并细分了亚类。进一步阐明了作为隐蔽结构的隧道工程的特点和作为公路组成部分的一般设计原则。分析介绍了符合科技进步、社会经济发展和可持续发展理念的现代隧道建设的特点。1隧道勘测资料的收集与调查2工程地质测绘及勘探3隧道的地质勘察4隧道的水文勘察第二章隧道工程勘测5隧道的岩溶勘察6案例分析学习要求及重点难点内容及要求：隧道勘测资料的收集与调查，隧道的工程地质测绘及勘探，隧道的地质勘察，隧道的水文勘察。通过本章的学习，应理解隧道勘测的目的、任务和要求；熟悉隧道勘察的内容、方法和勘察应提交的成果资料；掌握包括可行性研究勘察、初步勘察、详细勘察和施工中的动态勘察等不同阶段隧道勘察的基本内容和方法。重点：收集与研究既有资料、调查与测绘、地质勘察和水文勘察等不同勘察阶段的目的、方法和作用，以及相互的关系和顺序。难点：不同勘察阶段的目的、手段、内容、深度以及应提交的勘察资料。隧道勘测资料的收集与调查2.12.1.1

概述隧道勘测的目的是在于查明隧道所处位置的地形地貌、工程地质、水文地质等条件,为规划、设计、施工、运维提供所需的勘测资料,并对存在的工程问题、环境问题等进行分析评价,提出合理的规划、设计方案和工程措施,从而使隧道工程经济合理和安全可靠。进行隧道的规划、设计、施工和运维管理,应预先获得各种有关资料,因此需要进行相关资料的收集与调查,包括地形、地质、气象、环境、施工条件以及与工程有关的法令等方面资料的收集与调查。这些资料的收集与调查工作做得越广泛、深入细致、准确,所起的作用就越大。收集与调查时应首先明确目的、各阶段的任务和顺序。由于在规划、设计、施工、运维等隧道工程生命周期的各阶段,收集资料的目的、内容及深度不同,所以通常按收集已有文献资料、初步调查和详细调查的顺序进行。2.1.2既有资料的收集地形地貌:区域地貌类型及主要特征地质情况:地层、地质构造、岩性、土质等区域水文情况：地下水的类型、分布、埋深等特殊地质：膨胀岩土、黄土不良地质：分布，发育与活动特点等植被及环境:如气候、水文、植被、土壤等需要收集哪些资料？2.1.2既有资料的收集地震资料:历史情况，地震烈度、地震破坏情况等气象资料：如气温、降水、蒸发、温度、积雪等其他资料：相关的法令、法规、方针和政策等内容类似工程经验:区内已有公路、铁路等其它土建工程的工程地质问题及其防治措施等需要收集哪些资料？2.1.3工程地质调查工程地质调查主要是用直接观察和访问当地群众的方法：（1）直接观察直接观察是工程地质调查最重要、最基本的方法。它主要利用自然迹象和露头，进行由此及彼、由表及里的观察分析工作，以达到认识路线隧道通过地带工程地质条件的目的。（2）访问当地群众访问当地群众是工程地质调查常用的方法。通过对沿线居民进行调查访问，可以了解有关问题的历史情况及当地与自然灾害作斗争的经验，这对于直接观察往往是必不可少的补充。工程地质测绘及勘探2.22.2.1工程地质测绘工程地质测绘是指运用地质、地质工程理论对与工程建设有关的各种地质现象进行详细的观察和描述,以查明拟建工程区域内的工程地质条件的空间分布和各要素之间的联系，并按照精度要求将它们反映在一定比例尺的地形设计图上。与工程地质调查的不同的是：工程地质测绘的范围往往比较大，并且要求把调查研究结果填绘在一定比例尺的地形图上，以编制工程地质图。工程地质测绘目的基本内容阶段为进一步调查、勘探及试验等专门研究提供条件（1）地形、地貌；（2）地层、岩性；（3）地质构造；（4）第四纪地质；（5）地表水及地下水；（6）特殊地质不良岩层；（7）地震；（8）工程经验。(1)准备工作；(2)野外测绘；(3)内业整理。2.2.1工程地质测绘野外测绘方法

（a）标测方法（b）工程地质测绘的基本方法（c）隧道工程地质测绘的路线法，反应调查结果有航摄资料的方法

遥感技术是根据电磁波辐射（发射、吸收、反射）的理论，应用各种光学、电子探测器，对远距离目标进行探测和识别综合技术，可用于工程地质调查测绘。（a）立体镜判释（b）实地调查测绘（实地验证）（c）绘制工程地质图2.2.1工程地质测绘航摄资料2.2.2工程地质勘探在隧道工程勘察中，若需查明岩土的性质和分布，可从地下采取岩土样供室内试验测定岩土的物理力学性质，通常采用挖探、钻探、地球物理勘探等勘探方法进行。1.挖探优点:直观,取原状样缺点:一般3~4m,地下水以下危险2.2.2工程地质勘探挖探：

2～3米2.2.2工程地质勘探2.简易钻探（3~10米）优点:工具轻、体积小、操作方便，进度较快，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内不能使用2.2.2工程地质勘探钻探的取芯2.2.2工程地质勘探3.钻探（冲击钻、回旋钻等）常用的办法,可达100m以下划分地层确定地下水取样可以结合原位试验回转式钻机回转式钻机泥浆槽沉淀槽2.2.2工程地质勘探钻探2.2.2工程地质勘探深水钻探钻机可以悬挂9150m长的钻杆延伸到海洋底部8235m深的地方。因为水深大不能锚定系留，必须使用DPS（DynamicPositioningSystem-动态定位系统）。JOIDESResolution2.2.2工程地质勘探钻探的必要性2.2.2工程地质勘探钻探的取芯现场取样反映了岩体的细节特性2.2.2工程地质勘探

国家科技部“九五”曾提出8字方针：“上天、入地、下海、登极

”都与钻探工程有关。2.2.2工程地质勘探4.地球物理勘探（物探）优点:效率高、成本低、仪器和工具比较轻便缺点:间接判断,范围较大基本原理：

利用岩土体材料的导电性和导磁性，根据接收信号判断地层缺陷及力学性质方法：重力场，磁电场，声，弹性波，放射性勘探，地震勘探（规范，剪切波速）2.2.2工程地质勘探电法勘探－隧道常用电磁法勘探（地质雷达）－隧道常用地震勘探－隧道常用声波探测重力勘探磁力勘探放射性勘探物探根据岩土物理性质不同的分类：2.2.2工程地质勘探

利用高频电磁脉冲波的反射探测地层结构和地下埋葬物体的电磁装置。SIR-300型地质雷达

电磁法勘探

通过发射天线向地下辐射宽带的脉冲波，在地下传播遇到不同介质介电参数和导电率存在差异时在界面上发生反射。2.2.2工程地质勘探

物探的现场物探的曲线隧道的地质勘察2.32.3.1可行性勘察隧道勘察阶段的划分与公路设计阶段相适应，一般分为：可行性勘察；初步勘察；详细勘察。可行性研究勘察预可行性研究工程可行性研究桥隧可行性研究现状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，大致查明地质情况人民盼望已久，居于形式偏多2.3.2初步勘察初步勘察：初步勘察目的基本内容步骤选定隧道位置查明控制隧道方案的工程地质问题(1)收集资料；(2)工程地质选定隧道线位；(3)初步勘察，资料整理主要手段以调查与测绘为主，配合物探2.3.3详细勘察详细勘察：详细勘察目的任务步骤根据批准的初步设计，对选定隧道位置详勘，为施工图设计服务对主要的重大工程地质问题作出可靠结论(1)前期的准备工作；(2)沿线地质勘察；(3)试验；(4)资料整理；(5)编写详勘报告主要手段坑探，钻探，物探2.2.2工程地质勘探槽探挖探2.2.2工程地质勘探地质断面图地质钻孔图2.3.4施工勘察施工勘察：施工勘察目的任务勘察场合降低在复杂场地或地形困难场地的施工风险补充初勘或详勘阶段难以布置充分的勘察工作量(1)复杂场地（岩溶、破碎带、岩性纵横向差异大、高地应力等地区）；(2)地形困难场地（陡坡、鱼塘等）；(3)施工中发现新的地质问题；(4)隧道偏离初步设计位置或地质条件需进一步查明主要手段洞内超前地质预报，地质调绘，大地音频电磁测深等隧道的水文勘察2.42.4.隧道的水文勘察恶化围岩稳定状态导致施工困难增大工程造价造成工业用水和饮用水困难隧道内涌水地表枯水

必须进行调查预测2.4.1地下水涌水调查涌水调查内容方法调查地下水的类型及其与地表水的相互补给关；调查地下水的流量、流向及水质等(1)资料搜集；(2)工程量测；(3)水文地质工程地质综合测绘；(4)工程物探；(5)水文地质钻探试验(1)抽（注）水试验；(2)连通试验；(3)压水试验；(4)渗水试验；(5)溪沟及泉点测流；(6)水质分析2.4.2枯水调查枯水调查目的内容明确由于修建隧道工程而使地下水及供水受到影响，造成工业用水及居民饮水困难等地下水的利用状况、地下水季节性变化以及雨后变化、植被情况等方法与隧道涌水有关联的物探调查隧道的岩溶勘察2.52.5隧道的岩溶勘察岩溶是一种形态奇特、分布复杂的自然现象，在我国是一种普遍的不良地质作用。岩溶宏观上虽发育规律，但在具体场地，其分布和形态则是无常的，在一定条件下可能发生地质灾害，严重威胁工程安全。岩溶勘察宜采用工程地质测绘和调查、物探、钻探等多种手段结合的方法进行和相互印证，并应符合下列要求：(1)可行性研究勘察应查明岩溶洞隙、土洞的发育条件，并对其危害程度和发展趋势作出判断，对围岩的稳定性和隧道线路适宜性作出初步评价。(2)初步勘察应查明岩溶洞隙及其伴生岩溶水的分布、发育程度和发育规律，并按场地的稳定性和适宜性进行分区。(3)详细勘察应查明拟建工程范围及有影响地段的各种岩溶洞隙和土洞的位置、规模、埋深，岩溶堆填物性状和地下水特征，对设计和岩溶的治理提出建议。(4)施工勘察应针对某一地段或尚待查明的专门问题进行补充勘察。本章小结案例分析2.62.6案例分析明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查工程背景垫江至邻水高速公路明月山隧道长2100米，穿越明月背斜。为查明隧址区地表及浅部、深部及其过渡带岩溶及岩溶水的发育形态、相互关系及规律、发育高程、规模及范围。分析并评价隧道洞身段的碳酸盐岩段岩溶水文地质条件对隧道方案比较与设计的影响，并提出对下一步工作布设的建议意见，而进行明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查。调查要求实践证明，对岩溶及岩溶地下水的勘察，不能只针对隧道工程布设段的局部区域，而必须从岩溶发育的区域地质、水文地质条件上着手，方能对岩溶及岩溶地下水作出较为科学的评价。针对明月山隧道穿越明月峡背斜岩溶区的实际条件，从明月山背斜岩溶发育的宏观整体入手，由远而近、由面到点，逐步深入地分析隧道岩溶及岩溶地下水。隧道区岩溶槽谷及溶丘地貌景观2.6.1地表岩溶调查明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查明月山背斜两侧为砂泥岩所挟持，碳酸盐岩沿背斜轴部出露（宽度一般0.5－3km，如图2-1），岩溶形态沿纵向发育为主，地下水总体流向亦与构造线大体一致。地貌上形成隆脊槽谷型侵蚀岩溶地形(高位槽丘及槽洼)，沿背斜轴部出露的三叠系中统雷口坡组（T2L）底部及三叠系下统嘉陵江组（T1j）灰岩岩溶十分发育。2.6.1地表岩溶调查明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查在沿背斜轴部约10km范围内，串珠状洼地、漏斗、落水洞、竖井、暗河、溶洞、大泉等十分发育。图2-2中146＃泉150.38L/s；140＃地下河短促，发育于背斜轴部附近，流量达6.65L/s；大坝乡大湾洼地约1km2，分布数个流量0.2－1L/s不等的上升泉水；背斜S翼老隆洞自北而南延绵约9km。位于大坝乡附近的石桥垭石龙泉，实为老隆洞之天窗，水位埋深23m，下宽各7m、3m的地下河通道，水深3m，流向SW，流量14L/s，雨后增至91.8L/s，水位变幅达10m以上。本单元浅部岩溶水的排泄主要受背斜NW翼的大洪河支流沟谷控制，侵蚀基准面高程500m-530m，如图2.12所示。照片2-2明月峡背斜南部大坝——义和场开启型岩溶形态（切割高程530m）2.6.1地表岩溶调查明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查明月山背斜北段盐井河（图2-3）纵贯于槽谷之中，两侧洼地、漏斗、落号水洞、溶洞、大泉、暗河等种类岩溶形态十分发育。盐井河沿背斜轴部切割了T2L底部及T1j灰岩，谷岭高差80－150m，枯季流量达348.6L/s。沿途得到岩溶水补给，河谷两侧山间平台多为补给区。本单元浅部岩溶水的排泄主要受盐井河控制，侵蚀基准面高程460m-480m。照片2-3明月峡背斜北部岩溶纵向槽谷——盐井河（切割高程470m）2.6.1地表岩溶调查明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查北端明月江横切背斜轴部，高程为400m左右，为明月峡背斜岩溶水的最低侵蚀基准面，均有深循环岩溶温热水出露或被深井所揭露，在谷坡于T2L、T1j灰岩段发育层状水平溶洞，洞口高悬于江岸两边，反映了岩溶发育成层性的特征。照片2-4明月峡背斜北部倾末端明月江畔温承压自流井（切割高程403m）照片2-5明月峡背斜南端御临河岸溶洞（切割高程155m）2.6.2埋藏型岩溶及岩溶水分析明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查历史资料根据区域资料，川东存在早中生代古岩溶时期，主要体现为三叠纪晚期开始的沉积间断，中三叠系碳酸盐之上覆盖着上三叠－侏罗系碎屑岩。从晚三叠-侏罗系底部碎屑岩厚度分析反映出其是在不平坦古地形上的沉积，而三叠系古剥蚀面以上碳酸盐残留厚度大的地带可能存在较大的溶蚀孔隙、洞隙空间，古剥蚀面及其下一定深度内存在被碎屑岩充填的洞穴。新生代以来随着地壳的不断抬升，区内碳酸盐经历了盆地期（标高500－700m），盐井沟期以及第四纪以来的嘉陵江期。第四纪岩溶作用具有继承性，随着地壳间歇性上升作用，长江与嘉陵江基准面下降，地下水经溶隙、溶孔（溶洞）产生向下的深部径流。在明月江两岸等岸坡上均见到悬挂于河面以上的数层水平溶洞出口，清晰地反映了明月峡背斜各侵蚀期岩溶发育的成层性及岩溶地下水向深部运移的规律。2.6.2埋藏型岩溶及岩溶水分析明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查水动力条件变化预测图2.6.2埋藏型岩溶及岩溶水分析明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查受岩层成层性及水动力条件控制，埋藏型岩溶往往在背斜倾没端、构造鞍部隐伏于相对隔水的碎屑岩之下的地下水对建设工程具有特殊水文地质意义。明月峡背斜北东倾没于明月江边达县葫芦镇，由原地质部第七普查大队于1977.12－1978.2施工的钻孔（图2-4），井口高程403m，孔深402.42m，开孔层位为三迭系上统须家河组（T3xj），于T2L上部涌水量179.71m3/d，在T2L底部即达4694.11m3/d，全部为自流承压水，二十余年喷涌不绝。本次调查流量虽有所减小，但充分说明T2L底部灰岩水量丰富，与其紧密接触的T1j顶部岩溶及岩溶水可能极为发育。明月山背斜隧址区大坝--盐井口轴线剖面2.6.3明月峡背斜岩溶发育的一般规律明月山隧道隧址区明月峡背斜岩溶调查通过前文对明月峡背斜岩溶及岩溶水的讨论，其总的规律如下：（1）明月峡背斜两侧受碎屑岩挟持，岩溶边界条件清楚，但沿背斜轴部出露的T2L底部及T1j岩溶发育强烈，宏观上岩溶发育方向与构造线展布方向一致。（2）岩溶水以纵向径流排泄为主，在受横向河谷切割处出露。部分地段背斜岩溶槽谷由于横向河谷的深入，而被分割成许多小水文地质单元，每条横向沟谷起着排泄附近浅部垂直循环带岩溶水的作用。对设计隧道具有控制意义的较低侵蚀基准面位置，其高程均高出设计隧道底面，故隧道施工将造成岩溶水地下水动力条件的改变。通过对上述讨论，对明月峡背斜隧址区岩溶及岩溶水的评价具有指导性的意义。3.1概述3.2隧道路线和位置的选择3.3隧道线形设计3.4隧道建筑限界与横断面设计第三章

隧道总体设计3.5隧道设置的方式和选择3.6隧道工程各阶段的环境保护3.7某快速公路通道隧道总体设计案例分析学习要求及重点难点内容及要求：隧道路线和位置的选择、线形设计、建筑限界与横断面设计、隧道设置的方式以及隧道工程各阶段的环境保护。通过本章的学习，了解隧道总体设计的目的、原则和新方法：掌握隧道平面线形设计、纵断面设计、隧道位置选择以及环境保护的基本内容和方法。重点：掌握隧道平面线形设计、纵断面设计、隧道位置选择以及地质对隧道位置的影响。难点：在满足规范设计要求的前提下,结合实际的地形、地貌、地质等不同条件进行隧道总体和动态化、信息化设计。概述3.13.1概述1)隧道总体设计应遵循的原则①隧道位置应满足公路功能和发展的需要，符合路线总体要求。②在地形、地貌、地质、气象、社会和人文环境等调查的基础上，综合比选隧道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置、洞外接线条件等，提出推荐方案。③根据公路等级和设计速度确定建筑限界，在满足隧道功能和结构受力要求的前提下，确定经济合理的隧道内轮廓。④隧道内外平纵线形应协调顺畅，满足行车安全和舒适要求。⑤根据隧道长度、平面布置、交通量及其组成、环境保护和安全运营要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交通监控、防灾救援等设施的设置规模。⑥应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和运营要求，对隧道内外防排水系统、辅助通道、弃渣处理、交通工程设施、管理设施、环境保护等进行综合设计。⑦应考虑隧道与相邻既有建筑物和规划建筑物的相互影响。⑧隧道总体设计应考虑节能降耗、方便维修和养护。3.1概述2)隧道总体设计新方法(1)隧道工程的动态设计与信息化施工动态设计和信息化施工是一个辩证的综合体系，二者紧密结合、相辅相成，其流程为：预设计一施工检验一地质判别一监测信息一修正设计一施工检验。(2)基于BIM技术的隧道工程设计方法隧道BM模型是BM技术在隧道工程项目中的具体应用，通过两者的结合，使得隧道工程从规划阶段开始就以数字化模型的概念进行呈现，实现隧道工程设计阶段的可视化、协调设计、预模拟、优化设计和二维出图，从根本上转变传统的粗放设计模式，实现隧道工程设计的精细化。隧道路线和位置的选择3.2路线选择3.2.1越岭隧道11）

越岭隧道1）

越岭隧道1）

越岭隧道

当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上总会有高程较低处，称之为垭口。

常常有若干个垭口可以通过。通过上述因素的分析比较，选定最为理想的垭口。垭口是选定越岭隧道线路方案的控制点。什么叫做垭口？1）

越岭隧道1）

越岭隧道1）

越岭隧道1）

越岭隧道1）

越岭隧道1）

越岭隧道1）

越岭隧道1）

越岭隧道1）

越岭隧道1）

越岭隧道1）

越岭隧道沿河、傍山隧道22沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道位置的选择3.2.2一般的地质条件下

隧道位置的选择11一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择1一般的地质条件下隧道位置的选择特殊地质条件下隧道位置的选择22特殊地质条件下隧道位置的选择①第四纪堆积层通常松软易坍，不适合施工，应避免。如果必须穿越，选择最小影响地段，并采取合理的工程措施。②隧道应避开结构松散的冰碛层，必须通过时选择紧密地段。③尽量避免穿越富煤区和高瓦斯地带，如需穿越，使用隔层或大角度横幏减少影响。④在黄土地区，避免地下水活动、陷穴、冲沟、地层不稳和滑坡等地段，选择稳定的地方穿越。⑤在多年冻土地区，避免穿越地下冰和地下水区，如不可避免，需综合治理。⑥水库地区的隧道应避开受水库充水和消水影响易滑塌的地带，选择稳固地层修筑，高程应考虑水位变化。⑦避免流砂地段，如无法避免，选择最小影响地段，并采取工程处理猎施以确保施工和洞身安全。⑧在地震区，必须避开发震断层带，选择有利于抗震的地段修筑隧道。隧道洞口位置的选择33隧道洞口位置的选择3隧道洞口位置的选择3隧道洞口位置的选择3隧道洞口位置的选择3隧道洞口位置的选择隧道线形设计3.3平面线形3.3.13.3.1平面线形3.3.1平面线形纵断面线形3.3.23.3.2纵断面线形3.3.2纵断面线形3.3.2纵断面线形3.3.2纵断面线形3.3.2纵断面线形3.3.2纵断面线形3.3.2纵断面线形隧道洞外连接线与隧道协调关系3.3.33.3.3隧道洞外连接线与隧道协调关系隧道洞口连接线应与隧道线形相协调，确保行车安全和舒适。技术指标包括：①隧道洞口内外的评面线形应在3秒设计速度行程长度范围内保持一致。②内外洞口的纵面线形应在3秒设计速度行程长度范围内一致，如果条件允许，可以考虑使用5秒设计速度行程。③当隧道建筑限界宽度大于所在公路的建筑限界宽度时，需要在两端连接线上设置不少于50米长度的路基加宽段，与隧道同宽。如果隧道建筑限界宽度小于公路建筑限界宽度，则连接线的路基宽度按照公路标准设计，但要在隧道洞口处设置4秒设计速度行程的过渡段，以确保平稳过渡。④长或特长的双洞隧道应在适当位置设置联络通道，以便车辆进行调头。隧道建筑限界3.4.13.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界隧道横断面设计3.4.23.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.3衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计3.4.2隧道横断面设计隧道设置的方式和选择3.5隧道设置的方式3.5.13.5.1隧道设置的方式3.5.1隧道设置的方式高速公路、一级公路隧道的设置方式3.5.23.5.2高速公路、一级公路隧道的设置方式高速公路、一级公路的隧道一般应设计为标准间距的分离隧道,受地形或地质条件限制时,可设计为小净距或连拱隧道。长大双洞隧道净距参考值3.5.2高速公路、一级公路隧道的设置方式不同断面形式的小净距隧道最大长度和净距参考值不同断面形式的连拱隧道的最大长度参考值隧道工程各阶段的环境保护3.6勘察设计阶段3.6.13.6.1高速公路、一级公路隧道的设置方式①综合比选方案：在隧道勘察设计阶段，应考虑节约土地资源、生态环境保护和可持续发展原则，同时综合考虑工程建设的全寿命周期成本，以综合比选隧道方案。②位置选择和环境保护：隧道位置的选择需要综合考虑接线设计、洞内外排水系统、弃渣处理、施工和运营管理等因素，并提出必要的环境保护措施，以最小化对周边环境的不利影响。③处理有害气体：如果隧道穿越地层含有有害气体，必须预测其对施工和运营的影响，并采取相应的防治措施，以确保工程的安全和环境的保护。④保护水资源和地表植被：修建隧道时，需要避开或保护储水结构层和蓄水层，以维护地下水径流和地表植被的完整性，减少水资源的破坏。⑤景观和绿化设计：加强隧道洞口的景观和绿化设计，遵循“早进晚出”的原则，尽量使洞门融入自然环境，实现光线均衡过渡，并提供防烟、防尘、净化空气等环保效果。⑥保护名胜古迹和自然保护区：在隧道选址时，需要查明隧址区内的名胜古迹、风景区、温泉区、自然保护区等范围，并尽量减小隧道开挖对这些环境的影响，征求当地相关部门的意见，提供保护环境的措施。⑦料场管理：加强隧道建设中的料场管理，将采石场远离隧位布设，集中取料，并对料场四周进行适当的坡面处治，以防止水土流失，减少对周边环境的破坏。施工阶段3.6.23.6.2施工阶段①保护不稳定坡体：在不稳定坡体中，隧道洞口施工应避免直接劈坡进洞，而采用先修接长明洞再修洞门的方式，然后在明洞内进行暗洞施工，以减少对山坡的破坏，采用小型爆破进洞的环保施工方式。②降低粉尘、噪声和振动危害：采取切实可行的措施，降低隧道施工过程中产生的粉尘、噪声和空气振动对人体的危害，以保护工人和周边居民的健康。③控制废水和有害浆液排放：采取处治措施，避免隧道施工过程中排放的废水和注浆加固围岩所漏失的有害浆液直接排放到当地水体中，以防止水体污染。④降低施工噪声：采取适当的措施，减少施工噪声，以减少对周边居民的干扰和影响。⑤低振动爆破方法：在隧道通过对振动有严格要求的结构物或地区时，应采取低振动的爆破方法，或者使用掘进机械施工，以减小振动对周边环境和结构物的影响。⑥植被保护：隧道施工容易引起植被破坏，因此在施工组织设计中必须采取有效的措施来保护植被，以减少生态环境的影响。⑦辅助通道和弃渣场：特长、超长隧道需要设置竖井、斜井等辅助通道，并为竖井、斜井施工开辟专门的施工通道，同时设置专门的弃渣场，以有效管理施工过程中产生的废渣物运营阶段3.6.33.6.3运营阶段①烟尘污染防治：在环境敏感地区，可以在隧道内设置静电除尘装置，以防止烟尘扩散到洞外。隧道内车辆行驶时产生的烟尘和灰尘需要控制，以减少对周边植被和居民生活的影响。②尾气污染防治：使用通风换气方法稀释隧道内有害气体浓度，以确保司乘人员和行人的健康。隧道内机动车排放的CO、NOx、CO2、SO2、Pb等有害气体需要得到有效控制。③噪声污染防治：经常维护和整修道路路面，以保持路面平整，减少交通噪声。限制车辆鸣笛，加强车辆交通管理。在噪声超标的路段设置公路防噪声屏障。使用静音或消音技术降低隧道内噪声。在隧道内壁装修中使用吸音材料来减少噪声。④污水污染防治：对于隧道的日常清洗污水和火灾或泄漏事故后的消防清洗污水，需要进行处理后再排放到自然环境中。有效处置隧道废渣，避免对土地、水体和生态系统造成污染。⑤隧道废渣管理：优化路线设计，减少隧道废渣的产生。合理选择和设计弃渣场，避免侵占耕地和水体，以减少地表径流和水土流失。弃渣场应具备排水设计，以防止雨水冲刷和水土流失。弃渣后的地表可以进行植被覆盖或回填复耕等处理，以还原原有地形和地貌。某快速公路通道隧道总体设计案例分析3.73.7某快速公路通道隧道总体设计案例分析主洞建筑限界案例分析详见《隧道工程》71-77页思考题思考题1.简述隧道总体设计应遵循的原则。2.简述BM技术应用于隧道工程设计的优势。3.请说明隧道位置在越岭与河谷地段选择的原则与区别。4.什么是建筑限界和内轮廓？5.隧道平面线形设计、纵断面设计和隧道位置选择需要考虑哪些主要因素？6.特殊地质条件下隧道位置的选择的影响因素和主要原则是什么？7.简述隧道纵坡的确定方法和原则。8.简述隧道加宽的原因和方法原则。9.隧道设置的方式和主要控制指标是什么？本章小结学习如何选择合适的隧道位置，进行隧道的几何设计，包括平面设计、纵断面设计和横断面设计，以及如何确定隧道的内部衬砌轮廓线和几何尺寸。了解了道路隧道勘察设计文件的内容和组成。进一步阐述了关于隧道工程设计的重要知识，以及设计的指导原则和方法。1隧道围岩分级2围岩压力的确定3影响围岩稳定性的因素第四章隧道围岩分级及围岩压力学习要求及重点难点内容及要求：了解隧道围岩分级,围岩压力的确定,影响围岩稳定性的因素。通过本章的学习,应了解隧道围岩分级的指标和影响围岩稳定性的因素,熟悉不同围岩分级的方法,掌握围岩压力的概念及其计算方法,以及不同条件下松动围岩压力的确定方法重点：隧道围岩分级指标及分级方法,影响围岩稳定性的因素。难点：作用在支护结构上围岩压力的确定。概述围岩：隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体,或指隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体。围岩分级：根据长期的工程实践,工程师们认识到各种围岩的物理性质之间存在一定的内在联系和规律,依照这些联和规律,可将围岩划分为若干级,这就是围岩分级。人们对于围岩的认识是不断深入的。土石方工程分类法（按开挖难易程度）岩石的坚固程度（如坚固系数f）RQD从围岩稳定性出发来分类代替之前多年沿用的坚固性为基础的分类隧道围岩分级4.14.1.1隧道围岩分级指标从国内外隧道围岩分级工作的研究进程来看,以围岩稳定性作为分级基础是一个大趋势,但分级指标的选择已经开始从经验判断、定性描述向定量分析发展。现今围岩分级大多以岩性指标为判别依据,主要考虑影响隧道围岩稳定性的因素或其他组合因素。可以归纳为单一的岩性指标(单一指标反映单一因素)、单一的综合岩性指标(单一指标反映综合因素)、复合指标(多指标反映综合因素)3大类。单一的岩性指标物理力学参数：岩石抗压、抗拉强度；弹性模量；泊松比。工程指标：岩石抗钻性；抗爆性。优点：试验简单、数据可靠。局限性：普适性不高，单一岩性指标只能表达岩体特征的一个方面。单一的综合岩性指标

围岩类别IIIIIIIVVVI弹性波速/(Km.s-1)＞5.34.5~5.33.5~4.52.5~3.51.0~2.5＜1.0（饱和土＜1.5）单一的综合岩性指标（3）围岩的自稳时间围岩的自稳时间也被认为是综合岩性指标。隧道开挖后,围岩通常都有一段暂时稳定的时间,不同的地质环境中,自稳时间也不同。劳费(H.Lauffer)根据围岩的自稳时间和未支护地段的长度,将围岩分为7级:稳定的、易掉块的、极易掉块的、破碎的、很破碎的、有压力的、有很大压力的单一综合岩性指标一般与地质勘察技术的水平有关,因此,其应用受到一定的限制复合指标

岩体质量特别好极好良好好中等不良坏极坏特别坏Q400~1000100~40040~10010~404~101~40.1~10.001~0.10.001~0.01复合指标

类别IIIIIIIVV岩体描述很好的岩石好的岩石较好的岩石较差的岩石很差的岩石RMR值81~10061~8041~6021~400~20复合指标

基本质量级别IIIIIIIVV岩体基本质量的定性标准坚硬岩，岩体完整坚硬岩，岩体较完整；较硬岩体，岩体完整坚硬岩，岩体较破碎；较软岩，岩体完整坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎~破碎较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎~破碎基本质量指标BQ＞550550~451450~351350~251≤2504.1.2隧道围岩分级的方法在过去的200多年中,针对不同的工程类别和研究目的提出了数十种围岩分级的方法和理论,并在工程应用中进行了不断的改进和完善。总体而言,隧道围岩分级发展过程大体有以下几种分级方法:（1）以岩石强度为单一岩性指标的分级法岩石坚固系数f值分级法。优点：指标单一、使用方便。不足：不能全面地反映岩体固有的性态。（2）以岩体构造和岩性特征为代表的分级法太沙基分级法、铁路隧道围岩分级法。优点：考虑了地质构造特征、风化状况、地下水情况。不足：分级指标还缺乏定量描述,没有提供可靠的预测隧道围岩级别的方法。（3）与地质勘察手段相联系的分级法围岩弹性波速度进行分级方法、岩芯复原率分级法。优点：分级指标大体上是半定量的,同时考虑了多种因素的影响。不足：分级的判断还带有一定的主观性。4.1.2隧道围岩分级的方法（4）多种因素的组合分级法岩体质量Q法、BQ法、国防工程围岩分级法。这类方法是当前围岩分级法的发展方向,优点很多,只是部分定量指标仍需凭经验确定。（5）以工程对象为代表的分级法专门适用于喷锚支护的由原国家建委颁布的围岩分级法(1979年),苏联在巴库修建地下铁道时所采用的围岩分级法(1966年)等优点：目的明确,而且和支护尺寸直接挂钩,使用方便,能指导施工。不足：分级指标以定性描述为主,带有很大的人为因素。4.1.3我国公路隧道围岩分级1）公路隧道围岩分级的出发点①强调岩体的结构特征的完整性和稳定性,避免单一的岩石强度指标分级的方法。②分级指标应采用定性和定量指标相结合的方式。③明确工程目的和内容,并提出相应的措施。④分级应简明,便于使用。⑤应考虑吸收其他围岩分级的优点,并尽量和我国其他工程分级一致。4.1.3我国公路隧道围岩分级2）分级需考虑的指标和因素（1）岩体的结构特性与完整性（2）岩石强度（3）围岩基本质量指标BQ（4）地下水等影响因素4.1.3我国公路隧道围岩分级围岩级别围岩岩体或土体主要定性特征围岩基本质量指标BQ或岩体修正质量指标【BQ】I坚硬岩,岩体完整＞550II坚硬岩,岩体较完整;较坚硬岩,岩体完整550~451III较坚硬岩,岩体较完整;较软岩,岩体完整,整体状或巨厚层状结构450~351IV坚硬岩,岩体破碎;较坚硬岩,岩体较破碎~破碎;较软岩,岩体较完整~较破碎;软岩,岩体完整~较完整350~251压密或成岩作用的黏性土及砂性土;黄土(Q1,Q2);一般钙质、铁质胶结的碎石土、卵石土、大块石土V较软岩,岩体破碎;软岩,岩体较破碎~破碎;全部极软岩和全部极破碎岩≤250一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍湿至潮湿的碎石土、卵石土、圆砾、角砾土及黄土(Q3、Q4)。非黏性土呈松散结构,黏性土及黄土呈松软结构VI软塑状黏性土潮湿、饱和粉细砂层、软土等4.1.3我国公路隧道围岩分级4）隧道施工围岩分级4.1.3我国公路隧道围岩分级在上述3项因素中,最困难的是围岩完整性程度的评定,因此研究的重点是如何根据掌子面的地质数据评价围岩的完整程度。4.1.4我国铁路隧道围岩分级2016年颁布实施的最新《铁路隧道设计规范》(TB10003—2016)的围岩分级方法是在1975年铁路隧道围岩稳定性分类法以及85年版、2001年版和2005年版规范基础上提出的,并与《工程岩体分级标准》(GB/T50218—2014)接轨。该规范考虑了岩石的坚硬程度和岩体的完整性,结合了地下水和地应力状态的修正因素进行围岩分级,分为Ⅰ—Ⅵ级,围岩稳定性由好到差,与公路隧道围岩分级类似。为了提高和强化围岩定量分级,铁路建设者开展了大量的科学研究和测试试验工作,通过对围岩基本质量指标BQ和不同岩性围岩弹性波速范围的细化,提出了围岩亚级的概念,分别将Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩各划分为2个亚级,各亚级对应的指标组合情况即为亚级划分标准。4.1.5围岩物理力学参数各级围岩的物理力学参数,是岩体和结构面固有的物理力学性质,从量上反映了岩体和结构面的基本属性。围岩级别容重γ/(kN·m-3)弹性抗力系数k

/(MPa·m-1)变形模量E/GPa泊松比μ内摩擦角φ/(°)黏聚力C/MPa计算摩擦角φ/(°)I>26.51800~2800>33＜0.2＞60＞2.1＞78II1200~180020~330.2~0.2550~601.5~2.170~78III26.5~24.5500~12006~200.25~0.339~500.7~1.560~70IV24.5~55.5200~5001.3~60.3~0.3527~390.2~0.750~60V17~22.5100~200＜1.30.35~0.4520~270.05~0.240~50VI15~17＜100＜10.4~0.5＜20＜0.230~404.1.5围岩物理力学参数岩体结构面抗剪断峰值强度序号两侧岩体的坚硬程度及结构面的结合程度内摩擦角φ/(°)黏聚力C/MPa1坚硬岩,结合好＞37＞0.222坚硬~较坚硬岩,结合一般;较软岩,结合好37~290.22~0.123坚硬~较坚硬岩,结合差;较软岩~软岩,结合一般29~190.12~0.085较坚硬~较软岩,结合差~结合很差;软岩,结合差;软质岩的泥化面19~130.08~0.056较坚硬岩及全部软质岩,结合很差;软质岩泥化层本＜13＜0.05围岩压力的确定4.24.2.1围岩松动压力的形成变形阶段松动阶段坍塌阶段成拱阶段作用在支护结构上的围岩松动压力远远小于其上覆岩层自重所造成的压力4.2.2围岩压力的计算方法围岩压力值是进行隧道设计和稳定性研究的重要依据,围岩压力的确定目前常用列3种方法:（1）直接量测法（2）经验法或工程类比法（3）理论估算法在理论计算方法中,考虑几个主要因素,使其结果相对地接近实际围岩压力的情况,是目前隧道工程设计中采用较多的方法4.2.2围岩压力的计算方法4.2.2围岩压力的计算方法4.2.3深埋隧道围岩压力的确定

隧道宽度B/mB＜55≤B＜1414≤B＜25围岩压力增减率i0.20.1考虑施工过程分导洞开挖0.07上下台阶或一次性开挖0.124.2.3深埋隧道围岩压力的确定围岩压力分部特征图4.2.4浅埋隧道围岩压力的确定

4.2.4浅埋隧道围岩压力的确定

4.2.4浅埋隧道围岩压力的确定（2）埋深大于hq，小于等于Hp时假定土体中形成的破裂面是一条与水平成β角的斜直线,

EFHG岩(土)体下沉,带动两侧三棱土体(如图中FDB及ECA)下沉,整个土体ABDC下沉时,又要受到未扰动岩(土)体的阻力;斜直线AC或BD是假定的破裂面4.2.4浅埋隧道围岩压力的确定

4.2.4浅埋隧道围岩压力的确定

4.2.4浅埋隧道围岩压力的确定

浅埋隧道换算均布荷载4.2.4浅埋隧道围岩压力的确定换算为作用在支护结构上的均布荷载浅埋隧道换算均布荷载

4.2.5偏压隧道围岩压力的确定偏压隧道一般是指承受显著偏压荷载(不对称压力)的隧道。偏压隧道围岩压力的计算应按其产生偏压的原因分别考虑。1）由地形引起偏压的计算方法当隧道外侧拱肩至地表面的垂直距离t小于下表时，一般按偏压隧道围岩压力公式计算。围岩级别地面横坡1:m示意图1:11:1.51:21:2.5IV石544土10865.5V181612104.2.5偏压隧道围岩压力的确定傍山浅埋隧道施工时,因支撑或衬砌下沉,以及超挖、回填不实等原因,引起洞身上部围岩的下沉及隧道两侧地表开裂,在岩体内形成两个非对称的滑动面。假定隧道施工时,洞顶土柱W1发生下沉,因而带动两侧三棱体W2及W3下沉,土体沿AD及BC出现破裂面,两侧三棱体ADE及BCF受到洞顶土柱的推力。反过来,它作用于土柱DE、FC的摩阻力为T及T‘,如右图。4.2.5偏压隧道围岩压力的确定

4.2.5偏压隧道围岩压力的确定

4.2.5偏压隧道围岩压力的确定

4.2.5偏压隧道围岩压力的确定1）由地质构造引起偏压的验算①必须查明围岩可能产生偏压的被割裂或松动的范围大小。②尽量取得控制弱面的强度计算指标,如c、φ值等。当弱面的c、φ值不能通过强度试验取得时,可结合弱面的性质、充填情况、地下水影响用工程类比法选用。③当为块体运动时,可近似地按岩块刚体平衡的方法计算。当一部分为软层、另一部分为硬层时可分别取用不同的指标计算。如图所示,岩体受两个软弱面及一组不利节理所割切,而形成块体构造偏压。4.2.5偏压隧道围岩压力的确定当岩块abcd下滑时,在ab面上有一定的阻力,不计cd面的阻力,这样作用在衬砌上的偏压力Qp等于:4.2.6明挖浅埋隧道围岩压力的确定

4.2.6明挖浅埋隧道围岩压力的确定

4.2.6明挖浅埋隧道围岩压力的确定

4.2.6明挖浅埋隧道围岩压力的确定（3）边墙回填土石侧压力4.2.6明挖浅埋隧道围岩压力的确定①填土坡面向上倾斜：4.2.6明挖浅埋隧道围岩压力的确定

4.2.6明挖浅埋隧道围岩压力的确定③填土坡面水平时：影响围岩稳定性的因素4.34.3.1地层因素的影响1）岩土体结构状态岩土体结构是长时间地质运动的产物,在地质因素的影响中起着主要作用。围岩的结构状态通常用其破碎程度或完整状态来表示。实践指出,在相同岩性的条件下,岩体越破碎,隧道就越易于失稳。因此在各种分级方法中,都把岩体的破碎程度作为分类的基础指标。岩体的完整状态或破碎程度有两个含义:一是构成岩体的岩块大小;二是这些岩块的组合形态。4.3.1地层因素的影响2）岩石的工程性质岩石的工程性质是多方面的，一般主要指岩石的强度或坚固性。在岩体结构状态成为控制围岩稳定性的主要因素时，强调岩石强度意义是不大的。岩石强度在完整的岩体中是起主要作用的。4.3.1地层因素的影响3）地下水的作用和影响①使岩质软化,强度降低,对软岩尤为明显,对土体则可促使其液化或流动。②在有软弱结构面的围岩中,会冲走充填物或使夹层液化,减少层间摩阻力促使岩块滑动。③在某些围岩中(如石膏、岩盐和蒙脱石为主的黏土岩中),遇水后产生膨胀,在未胶结或弱胶结的砂岩中可产生流砂和潜蚀。4.3.1地层因素的影响4）围岩的初应力状态围岩的初应力状态对岩体的构造和力学特征是有一定影响的。因此，在围岩分级中，如何根据地质构造的特征引进初应力的影响，是需要进一步研究的问题。4.3.2施工因素的影响4）围岩的初应力状态人为因素也是造成隧道丧失稳定的重要条件,其中隧道的形状和尺寸,尤其是跨度影响较为显著。①隧道的形状和尺寸，尤其是跨度影响较为显著。②支护结构的类型及支护时间。③施工方法、隧道埋深。4.3.2施工因素的影响隧道围岩稳定性与围岩分级是息息相关的，隧道稳定性的分类对选择和确定围岩的分级指标有直接意义。1隧道洞身、洞门与洞口构造物2洞门计算3明洞4隧道防水及排水系统第五章隧道结构构造5隧道内附属构造物学习要求及重点难点内容及要求：隧道洞门与洞口构造物,隧道洞身结构,隧道洞门计算,明洞的构造特征,隧道防水及排水系统,隧道内附属构造物。通过本章的学习,应理解隧道洞口、洞门、洞身、附属结构的构造特征:熟悉隧道防水及排水系统的构造组成及作用;掌握隧道洞门的计算方法。重点：隧道洞口、洞门与洞身的结构构造类型与特征,隧道防水及排水系统的构造及设计原则,隧道洞门的计算方法。难点：隧道洞门的计算,隧道防水及排水系统与隧道水文特征的适应性。隧道洞身、洞门与洞口构造物5.15.1隧道洞身、洞门与洞口构造物隧道结构构造主体构造物附属构造物洞身衬砌洞门构造物洞身衬砌的平、纵、横断面的形状由道路隧道的几何设计确定

衬砌断面的轴线形状和厚度由衬砌计算决定

明洞通风照明排水、消防、通讯等5.1隧道洞身、洞门与洞口构造物

衬砌结构形式，主要根据地质地形条件，考虑结构受力的合理性、施工方法等因素来确定。

5.1.1衬砌结构的类型5.1隧道洞身、洞门与洞口构造物5.1.1洞身衬砌及分类(1)直墙衬砌(2)曲墙式衬砌(3)圆形断面衬砌(4)矩形断面衬砌(5)偏压衬砌(6)小净距隧道衬砌(7)喇叭口隧道衬砌(8)洞身衬砌的组合类型5.1.1洞身衬砌及分类适用条件：垂直围岩压力为大、水平围岩压力小的情况下；一般适用于Ⅱ、Ⅲ级围岩，有时也可用于Ⅳ级围岩。（1）直墙式衬砌直墙式衬砌大拱脚薄边墙衬砌适用条件：通常用在Ⅳ级以下的围岩水平压力较大的情况下（2）曲墙式衬砌5.1.1洞身衬砌及分类（3）圆形断面衬砌圆形断面衬砌适用于软弱围岩。为了抵御较大的围岩压力,公路隧道可以采用圆形或近似圆形断面的支护结构,因为需要较大的衬砌厚度,所以多半在施工时进行二次衬砌。水底隧道广泛使用盾构法施工,其断面为全圆形,通常用预制的圆形节段于现场拼装。隧道掘进机(TBM)是开挖岩石隧道的一种机械化掘进机械,其开挖断面通常为圆形,开挖后可以用喷混凝土衬砌、喷锚衬砌或拼装预制构件衬砌等多种形式。5.1.1洞身衬砌及分类(4)矩形断面衬砌沉管法、明挖法施工时，广泛采用矩形断面衬砌5.1.1洞身衬砌及分类(5)偏压衬砌当山体地面坡陡于l：2.5，线路外侧山体覆盖较薄，或于地质构造造成的偏压，衬砌为承受这种不对称围岩压力而采用。5.1.1洞身衬砌及分类(6)小净距隧道衬砌在洞口地形狭窄、路线布设困难或为减少洞口占地的短隧道、中隧道或长隧道、特长隧道洞口局部地段