隧道工程-第3讲

《隧道工程》

第3讲隧道工程的规划与勘察邵鹏spsyc@126.com中国矿业大学力学与建筑工程学院03一月2024III隧道工程的规划与勘察3.1隧道工程地质调查与勘测3.2隧道围岩分级3.3隧道工程线路规划3.4洞口位置及洞门形式选择3.1隧道工程地质调查与勘测1.地质调查测绘的总体要求

查明预测地形地貌、地质构造等煤层、气田、采空区；不良地层、特殊岩土横洞、竖井、斜井、导坑等的地质条件浅埋及洞口段覆盖层厚度、风化破碎、水接长明洞地段明洞基地的工程地质偏压；地温；岩爆、大变形的可能性确定分段确定隧道围岩分级评价2.工程地质调查与勘察的内容地形地貌地层岩性水文地质区域地质构造不良地层崩塌岩溶土洞滑坡泥石流3.1隧道工程地质调查与勘测5施工前三阶段勘察的目标内容1）可行性勘察阶段预可研究：重点收集研究既有文献资料工可研究：确定隧道路线走向比选方案3.1隧道工程地质调查与勘测62）初步勘察目的：选择隧道位置和初步确定围岩类别实施：岩土工程勘察单位，地质工程师内容：地形、地貌、地质构造、地层岩性、特殊地质、不良地质、地下水等方法：踏勘、测绘、勘探范围：线路中线两侧500-2000米3.1隧道工程地质调查与勘测7成果：隧道工程地质说明书；地质平面图、地质柱状图；地质纵断面图、试验资料汇总表、航空照片、工程地质照片、野外素描图。3.1隧道工程地质调查与勘测8地质纵断面图9地质柱状图103）详细勘察目的：为隧道位置最终确定、技术设计、施工计划和预算提供资料实施：岩土工程勘察设计单位内容：岩性、地质构造、地表水及地下水、地下资源3.1隧道工程地质调查与勘测11【岩性调查】岩石种类、岩石特征、松散堆积物、岩石物理力学性质、风化变质情况【构造调查】地层、岩层产状、褶皱、断层、破碎带、解理、围岩完整性【水的调查】涌水与枯水状态、含水层与隔水层、补给来源【资源调查】矿物资源、天然气、温泉、地热等【调查范围】隧道中线两侧各200-500m，洞口外延100m3.1隧道工程地质调查与勘测12详细勘察应提供的资料概况：目的、场所、范围、内容、方法、时间及人员地形地质概况及岩石种类：地形、地貌概况、区域地质、气象及周边环境、物理力学性质及地层分布，褶皱、断层、破碎带等及其影响。3.1隧道工程地质调查与勘测13相关图样：

地形地质平面图、地质纵断面图、洞口附近地形图及地质纵断面图和横断面图围岩分级、重大地质评价，钻探、试验资料整编隧道选线、设计、施工注意事项及进一步调查建议3.1隧道工程地质调查与勘测14气象调查（补充）目的：气象与洞口车辆安全行驶有很大影响；气象条件对施工建筑材料和构造物有很大影响。内容：降雨与降雪气温与地温风向与风速雾雪崩洪水15工程环境调查（补充）目的：周边环境与隧道修建营运相互影响内容：（1）自然环境：水、泉、泽、湖、植、矿、动植物;（2）社会环境：农田、水利、建筑物、地下管线、文物、遗址;16工程环境调查（补充）（3）生活环境：用水、交通、噪声、振动；地下水流失、地层塌陷、废弃排放与民众生活（4）施工条件：便道、施工场地、弃渣场地、供水、供电、通信、建材来源品质数量（5）工程环境评价：现状、预测、评价和保护措施实例：叙岭关隧道

隧道1/3段穿越可溶岩～碳酸盐岩类地质区。最大一处溶洞长宽高分别约200m、60m、30m。直径5m以下的溶槽、溶穴、溶缝就在3000个以上。46个大溶洞、6条暗河外加漏斗、涌突水、低瓦斯等复杂地貌。3.1隧道工程地质调查与勘测中国矿业大学建筑工程学院–王迎超3.超前地质预报（1）意义（2）方法

常规地质法

超前导坑预报法

超前钻探预报法

物探方法（地质雷达预报技术、TSP预报技术）

3.1隧道工程地质调查与勘测192021223.1隧道工程地质调查与勘测（3）地质雷达超前预报技术1）地质雷达探测系统3.1隧道工程地质调查与勘测2）探测原理发射机通过天线发射脉冲电磁波讯号。当这一讯号在介质中遇到有物性差异的探测目标时，电磁波在不同物性界面发生反射，产生一个反射讯号。讯号通过接收天线输入到接收机，放大后由示波器显示出来。根据示波器窗口显示的目标物体反射波双程时间多少和探测点平均介质速度，可以计算出探测目标（反射界面）的深度。3.1隧道工程地质调查与勘测3）应用彭武高速长滩隧道3.1隧道工程地质调查与勘测含大量水的岩溶彭武高速长滩隧道3.1隧道工程地质调查与勘测上部岩溶下部溶隙（4）TSP超前预报技术1）TSP测试系统3.1隧道工程地质调查与勘测（2）探测原理3.1隧道工程地质调查与勘测3）探测流程3.1隧道工程地质调查与勘测

3.1隧道工程地质调查与勘测4）应用

3.1隧道工程地质调查与勘测

3.1隧道工程地质调查与勘测（5）超前地质预报分级（P57）

3.1隧道工程地质调查与勘测3.2隧道围岩分级1.基本概念围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生影响的岩体。（岩块+结构面+地质环境）围岩分级：是指根据岩体完整程度和岩石强度等指标将无限的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围岩划归为一类，将全部的围岩划分为若干类。

3.2隧道围岩分级2.围岩的基本工程性质

物理性质、水理性质、力学性质3.2隧道围岩分级破坏形式

块状运动

弯曲折断破坏

脆性破坏

松动解脱塑性变形和剪切变形3.隧道围岩分级方法（1）分级的基本要素第I类：与岩性有关的要素。分类指标采用岩石强度和变形性质等。第II类：与地质构造有关的要素。在划分围岩级别中占有重要地位。第III类：与地下水有关的要素。第IV类：与隧道跨度和施工方法有关的因素。3.2隧道围岩分级（2）分级方法1）以岩石强度或物性指标分级法岩石坚固性系数分级法2）以岩石构造、岩性特征分级法

岩体综合分级法（20世纪60年代）3.2隧道围岩分级3）与地质勘探联系的分级法弹性波速度分级、岩石质量分级（RQD）4）组合量化多种因素的分级法

巴顿岩体质量Q分级法3.2隧道围岩分级（3）我国铁路隧道围岩分级方法（表3.2.2）特点：给出了单线隧道开挖后的稳定状态

尚未考虑地下水和地应力修正分级：1）分级时按无水考虑，根据地下水状态适当降低1~2级；

2）高应力岩体按类似方法处理。3.2隧道围岩分级1.地形条件与隧道位置的选择（1）高程障碍

3.3隧道工程线路规划绕行方案深路堑方案隧道越岭方案（2）平面障碍沿河傍山绕行方案隧道直穿方案3.3隧道工程线路规划解放前修的京广线目前的大瑶山隧道上档下支病害不断武水河2.地质条件与隧道位置的选择（1）单斜构造水平或缓倾角岩层陡倾角岩层直立岩层3.3隧道工程线路规划（2）褶皱构造

避开轴部，布置于翼部（3）断层、接触带

尽量避开，不能避开则使线路与断层正交3.3隧道工程线路规划3.不良地质与特殊地质区隧道位置的选择（1）不良地质不良地质：指滑坡、错落、坍塌、岩锥、危岩、落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂、断层、褶皱、涌水及第四纪堆积层等不良地段。尽量避开，或最小穿越3.3隧道工程线路规划（2）特殊地质特殊地质：指膨胀岩（土）、含盐地层、煤系地层、黄土、多年冻土、地震地区以及水库塌岸区等。3.3隧道工程线路规划尽量避开，或最小穿越1.洞口位置选择原则（早进晚出原则）1）不宜设在垭口沟谷中心或沟底低洼处，选沟谷一侧3.4洞门位置与洞口形式选择中国矿业大学建筑工程学院–邵鹏2）洞口应尽量避开不良地层段3）通过岩壁陡立、基岩裸露处，最好不刷动或少刷动原生地表，保持山体的自然平衡。

3.4洞门位置与洞口形式选择中国矿业大学建筑工程学院–邵鹏4）漫坡地形减少路堑长度，延长隧道，提前进洞。5）隧道洞口中线宜与地形等高线正交或近正交6）傍山隧道洞口中线与等高线夹角不宜小于45°。洞口根据横坡或仰坡采用台阶式或明洞门3.4洞门位置与洞口形式选择中国矿业大学建筑工程学院–邵鹏7）线路可能被水淹没时，洞口标高应高出洪水位加波浪高度。8）边坡和仰坡不宜开挖过高（表3.4.1）9）洞口附近水沟或水渠横跨线路时，桥涵泄水10）地震区宜选择在对抗震有利的地貌地质处3.4洞门位置与洞口形式选择中国矿业大学建筑工程学院–邵鹏3.4洞门位置与洞口形式选择中国矿业大学建筑工程学院–邵鹏3.4洞门