隧道与地下工程 课件全套 第1-9章 绪论、隧道结构 -隧道工程计算实例

本章提要：本章主要介绍了隧道及地下工程的概念、分类、特性及发展历程，其中需重点学习掌握隧道及地下工程的概念、分类及特性等知识点。第一章

绪论1.1隧道及地下工程概念1.2隧道及地下工程的分类1.3隧道及地下工程的特性1.4隧道及地下工程的发展历程

第一章

绪论

1.1隧道及地下工程概念

隧道及地下工程是土木工程的一个分支，指从事研究各种隧道及地下工程的规划、勘察、设计、施工与养护的一门应用科学和工程技术。

隧道是指两端有出入口，具有特定使用功能的人工修建的地下建筑物。

1970年OECD（世界经济合作与发展组织）隧道会议定义：以任何方式修建，最终使用于地面以下的条形建筑物，其空洞内部净空断面在2m2以上者均为隧道。

隧道定义：以任何方式修建，最终使用于地表以下的条形建筑物，其空洞内部净空断面在2m2以上者均为隧道。

——1970年，OECD（世界经济合作与发展组织）隧道会议1.1隧道及地下工程概念

地下工程是指为开发利用地下空间资源而深入地面以下所建造的地下土木工程，包括铁路隧道、公路隧道、综合管廊、过街地下通道、地下房屋及地下构筑物等。

对于地下工程，不同的行业有着不同的称谓。

如公路和铁路部门称之为隧道工程，在矿山行业称为巷道，水利部门称之为隧洞，军事部门称之为坑道，在市政部门称之为通道。1.2隧道及地下工程的分类

从不同角度区分，可得出不同的地下工程分类方法，最主要的有以下几种。1.按使用功能分类2.按所处地质环境（介质）分类3.按埋置深度分类4.其他分类1.2.1地下工程分类（1）交通工程公路隧道、铁路隧道、城市地铁、地下过街通道等。（2）水利工程输水隧道、水电站地下厂房、地下抽水蓄能电

站、地下水库等。（3）市政工程给水排水管道及煤气、供电、通信管线等。（4）人防工程军事指挥所、地下医院、军火物资库等。（5）工业工程地下厂房、地下核电站、地下火电站等。（6）民用工程地下商场、图书馆、体育馆、展览馆等。（7）仓储工程地下储库、食物、石油及核废料储存等。（8）采矿工程矿山运输巷道、开采巷道等。

1.按使用功能分类2.按所处的地质环境（介质）分类

1）岩石地下工程

2）土体地下工程土体隧道3.按埋置的深度分类

按埋深可分为深埋地下工程和浅埋地下工程：1）深埋地下工程:

2）浅埋地下工程

式中h——洞顶衬砌外缘至地面的垂直距离（m）；

b——

为洞顶衬砌外缘的跨度或圆洞的直径（m）；

a——系数，根据土压力理论计算约为2.5。

也有按埋藏深度，将地下工程分为深埋、中深、浅埋地下工程。见下表：表1-1地下工程按埋深分类（m）名称埋深范围小型结构中型结构大型运输系统结构采矿结构浅埋地下工程0~20~100~100~100中埋地下工程2~410~3010~50100~1000深埋地下工程＞4＞30＞50＞1000

交通隧道是一种应用最广泛的地下工程，其作用是提供交通运输和人行的通道。隧道是由主体建筑物和附属建筑物构成，主体建筑物是指洞身衬砌、和洞门，附属建筑物包括通风、防排水、照明以及使用安全所需设备。1.2.2交通隧道1.交通隧道按使用功能分类公路隧道铁路隧道地下铁道水底隧道航运隧道人行地道（1）公路隧道—

专供汽车运输行驶的通道。

高速公路要求线路顺直、坡度平缓、路面宽敞，因此，道路在穿越山区时，出现了大量的隧道方案。隧道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。（2）铁路隧道—

专供火车运输行驶的通道。

铁路坡限平缓，最大坡限小于24‰（双机牵引）。限于地形，无法绕行，不能获得通过展线所需的高程，因此，开挖隧道穿越山岭是一种合理的选择，既可以缩短线路、减小坡度也可以提高牵引能力。（3）地下铁道—专供城市地层中火车运输的通道。

地下铁道能解决大城市交通拥堵的问题，并能快速运送乘客，可以将很大一部分地面乘客转运至地下，节约乘客时间，便利乘客活动，战时还可以作为人防。地铁车站地铁车站（4）水底隧道—

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。

架桥受净空的限制，轮渡限制通行量。

隧道方案优点是：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。

缺点是：造价较高。水中隧道水中隧道（悬浮隧道技术）越江公路隧道（沉管法）（5）航运隧道—

专供轮船行驶而修建的通道。

当运河需要跨越分水岭时，克服高程的有力手段是修建运河隧道。

优点：是可以把分水岭两边的河道沟通起来缩短航程，减少运营费用，河道顺直，航运条件大大改善。（6）人行地道——

专供行人通过的通道。

为了避免在横跨十字路口处时，机动车频繁减速甚至需要停车避让行人，而修建于城市闹市区穿越街道或跨越铁路、高速公路的行人通道。它可以有效缓解地面交通压力，减少交通事故，方便行人。2.其他分类按所处地质条件不同：可分为土层隧道和岩石隧道。按所埋置深度不同：可分为浅埋隧道和深埋隧道。按所在位置不同：可分为山岭隧道和水底隧道和城市隧道。按施工方式不同：可分为明挖隧道和暗挖隧道。

按长度不同：可分为特长隧道、长隧道、中长隧道和短隧道；其中，铁路隧道和公路隧道的划分标准又有所区别。

铁路隧道和公路隧道有不同的长度划分标准，如表：隧道分类特长隧道长隧道中长隧道短隧道铁路隧道/m＞100003000~10000500~3000≤500公路隧道/m＞30001000~3000500~1000≤5001.2.3水工隧道

水工隧道是水利工程和水力发电枢纽的一个重要组成部分，按用途又可分为如下几种。（1）引水隧道

将水引入水电站的发电机组或为水资源调动而修建的孔道；又因其内壁是否承压而分为压力隧道和无压隧道。引水隧道（2）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。向家坝尾水隧道（3）导流隧道或泄洪隧道。

为疏导水流或水库并补充溢洪道流量超限后的泄洪而修建的隧道。导流泄洪隧道（4）排沙隧道。

为冲刷水库淤积的泥沙而修建的隧道。有时也用来放空水库里的水，以进行库身检查或建筑物修理。排沙隧道1.2.4市政隧道

在城市的建设和规划中，充分利用地下空间，将各种不同市政设施安置在地下，而修建的地下孔道。

（1）给水隧道

为城市自来水管网铺设系统修建的隧道。可不破坏市容景观，不占用地面，避免遭受人为的损坏。

（2）污水隧道

为城市污水排送系统修建的隧道。这种隧道本身可以导流排送，也可以在管道中安放排污管。污水隧道（3）管路隧道

为城市能源（煤气、暖气、热水等）供给系统修建的隧道，可以起到一定的防漏保温作用。（4）线路隧道

为保证电力电缆和通信电缆不被人们的活动所损失或破坏，避免悬挂高空影响市容景观，都修建专门的地下孔道安置它们，这些地下孔道多半沿街道两侧铺设。

（5）人防隧道

是为战时的防空目的而修建的防空避难隧道。人防工程不仅需有排水、通风、照明和通信设备，洞口还需设置各种防爆装置，以保证人身安全。地下防卫设施（新奥法）

（6）综合管廊

是将电力、通信、燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体的城市地下隧道。综合管廊是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。地下电缆隧洞地下综合管廊1.2.5矿山隧道

矿山隧道是矿山开采常设的一种隧道，从山体以外通向地下矿体。（1）运输巷道

运输巷道是矿车与行人的主要通道，用于人、材、物和设备的运输，它是向山体开凿隧道通到矿床，并逐步开辟巷道，通往各个开采面。

矿山运输巷道

（2）通风巷道

运输新鲜空气，排除有害气体，调节温度的通道。有时根据风流要求还需专门设置通风巷，用以保证风量和风压。

（3）给水巷道

给水巷道是指送入清洁水为开采机械使用，并将废水及积水通过油泵排除洞外。1.3隧道及地下工程的特性

地下工程是在岩体或土体中开挖构筑的结构，与地面工程相比，地下工程具有完全不同的特点。1.3.1工程特性（1）工程受力特点不同

地面工程是先有结构，后有荷载。而地下工程是先有荷载、后有结构，地下工程是在处于自然状态下的岩、土地质体内开挖的，在工程开挖之前就存在着应力环境，因此，隧道的受力特点不一样。（2）工程材料特性的不确定性

地面工程材料多为人工材料，如钢筋混凝土等，这些材料虽然力学与变形性质也存在变异性，但相比于岩土体要小很多。地下工程主要涉及的地质体不仅包含大量的节理和断层还在时间、空间上有诸多不确定性。（3）工程荷载的不确定性

地面工程所受的荷载比较明显，而地下工程的工程围岩（地质体）不仅会对支护结构产生荷载，同时它也是一种承载体，并且难以准确的取得它的量值。（4）破坏模式的不确定性

地面工程的破坏形式比较容易确定，如强度破坏、变形破坏和旋转失稳等。而地下工程的破坏形式一般难以确定，它与支护类型、时间等密切相关。（5）地下工程信息的不完备性

地质力学与变形特性的描述或定量评价取决于所获取信息的数量与质量，而地下工程只能获得局部的有限工作面或从露头获取信息。（6）地下工程信息的模糊性

地下工程围岩的节理特性、充填物性质以及对岩性的描述具有模糊性。1.3.2空间特性

地下工程的特性主要从以下三个方面来了解：1）构造特性：空间性、密闭性、隔离性等。

2）物理特性：隔热性、恒温性等。

3）化学特性：反应性。

这些特性有的对地下空间有利，有的不利。因此，在规划地下空间时，应充分了解这些特性并加以充分利用。隧道工程的隐蔽性隧道的特点隧道工程的施工环境差隧道工程的大量涌水1.3.3经济性及可持续性

在修建地下工程时，不可避免地会导致附加投资，但是也往往会以得到附加收益作为补偿，对地下工程的利用可以作为可持续发展战略的一部分。即需要保持一种平衡，经验告诉我们合理的统筹及创新会从地下工程中创造价值。1.3.4隧道及地下工程的优缺点因素优点缺点空间因素建筑物的高度向地下转换修筑地下空间场所的限制过度集中避难的安全性影响地下空间自身环境因素可利用厚地层的遮蔽性和热容量心理影响进入因素的弊病没有进入的作用因素的弊病设备因素工作环境的隐蔽性完全的人工环境施工因素外装的省略既有的空洞利用开挖硬地层搬运沙土坍塌事故的增加人类出现到纪元前3000年隧道用于抵御自然威胁用兽骨、石器等工具开挖自稳而无需支撑的地层纪元前3000年到5世纪隧道用于生活及军事抵御形成了现代隧道开发技术的基础。

隧道的产生与发展是和人类文明历史发展相呼应的。

（1）古代：时间跨越较长1.4.1世界隧道工程的发展简历1.4隧道及地下工程的发展简历1、纪元前2200年间，为连接宫殿和神殿，古代巴比伦王朝修建了长约1km、断面为3.6m*4.5m的砖砌隧道。施工期间将幼发拉底河水流改道，采用明挖法修建。世界上最早的隧道。2、古埃及及金字塔的建设开始修建了地下建筑。世界古代隧道举例

（2）中世纪：5世纪到14世纪，隧道技术没有显著进步，但开始了铜、铁矿山开采。开挖中的低温气体储藏隧洞（新奥法）

（3）近代和现代：

从16世纪产业革命开始，隧道技术得到了较快发展。

◆火药的改进和钻眼工具的创制，促使隧道修建技术显著提高，其中比较有影响的是1898年建成了穿越阿尔卑斯山的辛普郎隧道。第一次应用了TNT炸药（硝化甘油）和凿岩机。

◆

现代隧道开挖技术是在火药的发明和19世纪产业革命后出现的，尤其铁路的出现对隧道起到了很大的推动作用；

◆

采用现代技术修建的第一座用蒸汽机车牵引的隧道是1826～1830年在英国利物浦至曼彻斯特的铁路线上，长1190m。

仙尼斯山隧道

1984年日本还建成了自本州青森至北海道函馆间的青函隧道，长达53850m，这是目前世界上最长的水底隧道。

随着城市的快速发展，1863年英国伦敦修建了第一条地下铁道。

至20世纪50年代，人们才总结出各类隧道及地下工程的规划、设计和施工的基本原理，并在土木工程中形成了一个独立的分支。日本青函隧道59

日本青函隧道

世界上第一条地铁—伦敦地铁英法海峡隧道62圣哥达隧道631.4.2我国隧道工程的发展简历1、我国最早的交通隧道是位于今陕西汉中的“石门”隧道，建于公元66年。2、公元前1122年金属矿石开采已相当发达，公元1271-1368年就有深达数百米的盐井。3、长沙楚墓、洛阳的汉墓、西安的唐墓等是规模较大的地下工程。

1888年，第一条隧道——狮球岭隧道。我国隧道建设期可分为三阶段：1）隧道技术落后的时期（建国前）：人力开挖、手工操作、机具简单2）隧道技术落后的时期（20世纪50-70年代）：采用中小型机械施工3）隧道技术大发展时期（20世纪80年代后）：新技术、新设备涌现，大型、配套的机械化施工，达到世界先进水平。

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八达岭隧道1.4.3我国在隧道工程领域取得的成就1）西康线秦岭隧道、乌鞘岭隧道、秦岭终南山隧道、太行山隧道、新关角隧道。2）武汉长江隧道、上海崇明岛隧道、南京长江隧道、厦门翔安海底隧道、港珠澳海底隧道

3）大伙房水库输水隧道（85.32km）,世界最长。

4）葛洲坝、三峡、溪洛渡水电站的地下工程

。

5）世界隧道大国：修建隧道最多、发展速度最快、地质条件与施工环境最复杂、结构形式多样。

我国部分重点隧道介绍1、大瑶山隧道

大瑶山隧道位于京广铁路，长14.295km。采用凿岩台车、衬砌模板台车和高效能的装运工具等配套作业，实行全断面开挖。

我国采用重型机具综合机械化施工的开端，缩短了我国与国际隧道施工先进水平的差距。

2、西康线秦岭隧道秦岭位于西康线铁路，长19.46km。

1号线（左线）：全断面掘进机，实现了隧道施工作业的工业化、自动化、信息化。2号线（右线线）：新奥法开挖。采用直径1.3m的风管，110kW风机创造了单台风机通风距离6000记录。超过6000m后，再串联一台风机，到独头距离9500m时，作业面空气质量仍符合标准要求。

3、秦岭终南山隧道该隧道位于西康高速公路北段，单洞长18.02km。隧道宽10.5m,限高5m,设计速度80km/h,总投资31.93亿元人民币。2002年3月1日开工，2004年12月13日全线贯通。

克服了地质断层、涌水、岩爆等施工中的难题，借鉴了日本、美国、奥地利、德国、挪威等国家的特长隧道的建设经验，且具有国际领先的防灾救援系统、监控管理系统和运营服务系统。

4、厦门翔安隧道我国大陆修建的第一条海底隧道，全长8.69km，海底长8.05km。2005年开工，2009年通车。采用钻爆法施工。克服了强风化松软地层、浅滩段透水沙层、海底风化槽等恶劣地质条件。缩小了与世界先进水平的差距，起到了里程碑式作用。5、高原隧道（1）烽火山隧道：长1210m,海拔4900米以上。（2）昆仑山隧道：长1686m,海拔4600米以上。（3）关角隧道：长32.6km,投资约25亿元。

解决高原缺氧、冻土、冻融是高原隧道的巨大难题。昆仑山隧道衬砌：一次模筑支护+复合防水板+隔热保温层+复合防水板+二次钢筋混凝土衬砌5层结构。

6、西秦岭隧道位于兰渝铁路，单洞长28.236km。采用钻爆法和TBM法相结合施工的最长隧道。

出口段采用直径10.20m的敞开式硬岩掘进机进行施工，具有重要意义。

7、新关角隧道

位于青藏铁路，单洞长32.60km，采用钻爆法。2007年11月开工，2014年4月隧道贯通。国内海拔最高、最长的高原隧道，施工难度罕见。8、大伙房水库输水工程

辽宁东部水源供给中部城市群。一期工程输水隧洞开挖洞径8m,连续长85.3km其中60.3km采用TBM法施工。

世界最长的隧洞之一，穿越50余座山，50余条河，最大埋深630m,最小埋深60m,地质复杂多变，使用了3台TBM。

9、北京地铁

建于1965年，最早的线路竣工于1969年，是我国第一个地铁系统。截止2014年1月，有17条运营线路，拥有273座车站，总长465km。最繁忙的城市轨道交通系统，运营时间最久、乘客运载量最多、早晚峰值最忙的地铁线路。

北京地铁隧道

1.4.4我国隧道工程发展趋势

随着我国经济高速发展，综合国力不断提升，我国隧道建设的记录也在不断刷新。在跨海跨江方面，我国国内已对琼州海峡隧道完成了可行性研究；在水电隧道方面，我国在深埋、长大隧道已经达到了世界先进水平；交通方面的建设更是如火如荼。往后的具体发展趋势主要有以下几个方面：1、特长隧道的修建技术

进一步完善辅助坑道设置、缓冲措施、防灾求援、运营通风和维护管理、施工工法。逐步形成一套适合我国的特长隧道修建技术。2、跨越江河、海峡的水下隧道

用隧道方式穿越江河，以促进我国对水底隧道修建技术的发展。

3、掘进机技术

利用掘进机具有掘进速度快、施工质量高、沉降控制好、劳动强度低等优越性，加强在长大隧道、下穿城市隧道、水底隧道中的应用。4、大断面、特大断面隧道快速施工技术

尽量多地采用机械化施工，尽早实现初期支护的封闭，加大一次施工的断面面积好作业循环长度。

王梦恕

院士王梦恕院士指出“21世纪是隧道与地下工程大发展的年——21世纪人类面临人口、粮食、资源、环境的四大挑战。中国城市化速度2010年达到45%，如果听任城市无限制地蔓延扩张，将会严重危害中国土地资源。综观当今世界，有识之士已把地下空间开发利用作为解决城市资源与环境危机的重要措施。可以预测21世纪末，世界将有1/3的人口工作、生活在地下空间。地下空间的开发、城市地铁的快速修建已经摆在每个城市面前。”复习思考题1.什么是地下工程？2.什么是隧道工程？3.按用途隧道如何分类？4.我国隧道及地下工程取得的成就体现在哪些方面？5.我国隧道及地下工程的发展趋势是什么？本章提要：本章主要介绍隧道主体结构及附属结构。隧道主体结构是学习的重点及难点，防水排水附属结构也是需要了解的知识点。第二章隧道结构第二章

隧道结构2.1隧道主体结构 2.2隧道附属结构隧道

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、通讯等洞门：（1）洞门的构造形式由洞口地形地貌、山体的稳定性、美观要求以及自然环境等。（2）坡面可能发生崩塌和落石，需要接长洞身或修建明洞。1.喷锚支护

2.整体式衬砌3.装配式衬砌4.复合式衬砌2.1隧道主体结构2.1.1洞身衬砌类型1.喷锚支护

喷锚支护是指由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等单独或组合使用的隧道围岩支护结构。喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段,适用于各种围岩地质条件,但是如果作为永久衬砌,一般应考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩的地层中采用。喷锚支护2.整体式衬砌

整体式衬砌是指隧道开挖后用模注混凝土或砌体修建的隧道衬砌结构。整体式衬砌也称模筑混凝土衬砌，是一种传统衬砌结构类型。依照不同的地质条件，或是按照不同的围岩级别，整体式衬砌可分为直墙式衬砌、曲墙式衬砌等。直墙式衬砌曲墙式衬砌3.装配式衬砌

装配式衬砌是指在坑道内用机械手臂将预制的块件拼装成一环接着一环的衬砌。装配式衬砌的特点:（1）一经装配成环,不需养护时间,即可承受围岩压力。（2）预制的构件可以在工厂成批生产,在洞内可以机械化拼装,从而改善了劳动条件。（3）拼装时，不需要临时支撑，如拱架，模板等，从而节省大量的支撑材料和劳力。（4）拼装速度因机械化而提高,缩短了工期,还有可能降低造价。4.复合式衬砌

复合式衬砌是指由喷锚衬砌、防水层和模注混凝土衬砌构成的复合衬砌结构。复合式衬砌是目前隧道工程常用的衬砌形式，适用于多种围岩地质条件,有广阔的发展前途。复合式衬砌示意图

4.复合式衬砌2.1.2洞身衬砌的形状类型1.直墙式衬砌2.曲墙式衬砌3.圆形隧道断面4.矩形断面衬砌5.偏压隧道6.喇叭口隧道衬砌

直墙式衬砌由上部拱圈，两侧竖直边墙和下部铺底三部分组合而成。这种形式的衬砌适用于地质条件比较好，围岩压力以竖向为主，几乎没有或仅有很小的水平侧向压力。直墙式隧道衬砌断面1.直墙式衬砌

曲墙式衬砌由顶部拱圈，侧面曲边墙和底部仰拱(或铺底)所组成。

曲墙式衬砌适用于地质条件比较差，岩石松散破碎，强度不高，又有地下水，侧向水平压力也相当大的围岩情况。

2.曲墙式衬砌曲墙式衬砌断面3.小间距隧道

小间距隧道是指并行的两条隧道间距较小、两洞结构可能彼此产生不利影响的隧道。4.连拱隧道

连拱隧道是指并行的两拱无中间岩柱、隧道的人工结构连接在一起的隧道。

在山区双线隧道，可将一条双幅公路隧道分建为二个单线隧道或二条单线并建为一条双幅的情况，衬砌产生了一个过渡区段，这部分隧道衬砌的断面及线间距均有变化，相应成了一个喇叭型，称为喇叭口隧道衬砌。嗽叭口隧道衬砌示意图5.分叉隧道

连拱隧道是指双向行驶的大跨或连拱隧道，经小间距逐渐过渡到分离式双洞的隧道。6.其他

（1）圆形隧道

为了抵御较大的围岩压力，公路隧道也可以采用圆形或近似圆形断面的支护结构。水底隧道广泛使用盾构法施工，其断面为全圆形；隧道掘进机（TBM）是开挖岩石隧道的一种机械化掘进机械，开挖断面为圆形；沉管法施工的隧道断面为圆形。（2）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。城市过街人行地道，通常都在软土中通过，其断面也是以矩形为基础组成的。（回填土厚度较小，软土不能抵御较大的水平推力，因而不能修筑拱形隧道。）

沉管法、明挖法施工时，广泛采用矩形断面衬砌。城市过街人行地道，通常都在软土中通过，其断面也是以矩形为基础组成的。（回填土厚度较小，软土不能抵御较大的水平推力，因而不能修筑拱形隧道。）（2）矩形断面衬砌矩形隧道断面衬砌

偏压衬砌示意图

当山体地面坡较陡，线路外侧山体覆盖较薄，或由于地质构造造成的偏压，隧道衬砌为承受这种不对称围岩压力而采用的非对称变厚度结构形式。

（3）偏压衬砌

洞门是指为支挡和防护隧道洞口仰坡岩土而设置的结构物。洞门联系衬砌和路堑，是整个隧道结构的主要组成部分，也是隧道进出口的标志。

根据洞口地形、地质及衬砌类型等不同的情况和要求，洞门结构主要有隧道门和明洞门两大类型。2.1.3洞门结构问题讨论（5分钟），随机6人一组：

1.设置隧道洞门有何意义?2.设置隧道洞门应注意什么?1.洞门作用◆减少洞口土石方开挖量◆稳定边仰坡◆引离地表流水◆装饰洞口2.1.3洞门结构

补充：

1)洞门是标志隧道的建筑物。与隧道规模、使用特性以及周围建筑物、地形条件等要相协调。

2)洞门附近的岩土体比较破碎松软，易于失稳，形成崩塌。为了保护岩土体的稳定使车辆不受崩塌、落石等威胁，保护行车安全，需选合理的洞门形式。

3)设置洞门后，岩土体仍有滚落碎石可能时，应采用明洞接长隧道，减少对边、仰坡的扰动，使洞门离开仰坡底部一段距离。◆端墙式洞门◆翼墙式洞门◆台阶式洞门◆削竹式洞门◆环框式洞门◆柱式洞门2.洞门形式（1）隧道门

端墙式门洞俗称一字式洞门，适用于自然山坡陡峻，洞门地形开阔，岩层较为坚硬完整，山体压力很小，开挖坡度1：0.3～1：0.5的洞口地段。

端墙式洞门具有结构简单、工程量小、施工简便的优点，在岩层较好时使用最为经济，也是最常见的一种洞门，但洞门顶排水条件稍差，若横向山坡一侧较低时，宜开挖沟槽横向引排。

1）端墙式洞门端墙式洞门

端墙的作用：

支护洞口仰坡，保护其稳定，并将仰坡水流汇集排出。构造要求：

◆端墙高度应使洞身衬砌上方尚有1m以上回填层；◆洞顶水沟深度不应小于0.4m；◆应设置挡碴防护墙，高度从仰坡坡脚算起，不应小于0.5m，水平方向不宜小于1.5m；◆端墙基础应设置在稳固的地基上，其深度视地质条件、冻害程度而定，一般应在0.6～1.0m左右；◆墙厚按挡土墙计算，宽度与路堑横断面相适应。

翼墙式洞门适用于地质较差的围岩，以及需要开挖路堑的地方。由端墙和翼墙组成。翼墙增加端墙的稳定性，同时对路堑边坡起支撑作用。

适用于山体纵向推力较大,洞口地质较差的Ⅳ级及以上的围岩，增加洞门的抗滑动和抗倾覆能力。

2）翼墙式洞门翼墙式洞门3）台阶式洞门

当洞门处于傍山侧坡地区，地面横坡较陡，洞门一侧边坡较高时，为了减小仰坡高度及外露坡长，可以将端墙一侧顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形的特点，减少仰坡土石开挖量，这种洞门也有一定的美化作用。台阶上洞门台阶式洞门台阶式洞门

洞口岩层坚硬、整体性好、节理不发育，且不易风化，路堑开挖后仰坡极为稳定，并且没有较大的排水要求时采用。

4）削竹式洞门

当洞口为松软的堆积层时，应避免大刷边、仰坡，一般采用接长明洞。仍可采用洞口环框，但环框坡面较平缓，与自然地形坡度一致。环框两翼与翼墙一样能起到保护路堑边坡的作用。削竹式洞门削竹式在公路隧道中被普遍使用

适用：洞口段有较长的明洞衬砌，由于洞门背后一定范围内是以回填土为主，山体的推滑力不大；地形相对比较对称和不太陡峻。

特点：1）洞口边仰坡开挖量少2）减少对植被的破坏和有利于保护环境3）适用各种围岩类别削竹式洞门削竹式洞门高速公路削竹式洞门

环框式洞门只镶饰隧道衬砌两端部分。它适用于隧道洞口仰坡极为稳固，岩层坚硬，节理不发育，不易风化，地形陡峻而又无排水要求的地段。

5）环框式洞门

环框式洞门适用于Ⅰ级围岩，地形陡峻而又无排水要求。

作用：不承载，加固洞口；减少雨后洞口滴水；简单装饰。6）柱式洞门

柱式洞门适用于洞口地形较陡，地质条件较差，岩层有较大侧压力，仰坡有下滑可能性的地段，或洞口处地形狭窄，受地形或地质条件限制，设置翼墙无良好基础或不能设置翼墙的地段。柱式洞门

连拱隧道柱式洞门

（贵州省贵阳市观山东路）2.洞门形式◆拱形明门◆遮光棚式洞门◆斜交洞门（2）明洞门

1）拱形明洞门路堑式柱式拱形明洞门（路堑对称）

拱形明洞门可分为路堑式和半路堑式两类。路堑式明洞门有端墙式（常用柱式）和翼墙式两种，与一般隧道门形式相类似。

为了处理驾驶员在通过隧道时的一系列视觉上的变化，考虑在入口一侧设置减光棚。

用明洞和减光建筑物将衬砌接长，直至减光建筑物的端部，形成遮光棚式洞门。

2）棚式洞门

遮光构造物分为开放式和封闭式。前者遮光板之间是透空的，后者用透光材料将前者透空部分封闭。棚式洞门棚式洞门

老山隧道（中国原生态高速公路第一隧）

补充：（1）隧道洞口建筑的尺寸要求

洞口仰坡坡脚至洞门墙背应有不小于1.5m的水平距离，以防止仰坡土石掉落到路面上，危及安全。洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底与衬砌拱顶外缘的高度不应小于1.0m,以免落石破坏拱圈。洞门墙顶应高出仰坡脚0.5m以上，以防水流溢出墙顶，也可防止掉落土石弹出。

（1）隧道洞口建筑的尺寸要求

水沟底下填土应夯实，否则会使水沟变形，产生漏水，影响衬砌强度。洞门墙应根据情况设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔，以防止洞门变形。洞门墙的厚度可按计算或结合其他工程类比确定，但墙身厚度最小不得小于0.5m。洞门墙基础必须置于稳定地基上。基底埋入土质地基的深度不应小于1m,嵌入岩石地基的深度不应小于0.5m。1）仰坡坡脚至洞门端墙顶帽背的水平距离，一般不小1.5m。2）洞门端墙顶宜高出仰坡坡脚不小于0.5m。3）洞门端墙与仰坡之间水沟沟底至衬砌拱顶外缘的高度，一般不小于1m。4）一般隧道门端墙、翼墙、挡土墙设计为仰斜式墙身时，墙背坡度不宜缓于1:0.3。5）洞门端墙、翼墙和挡土墙截面厚度应满足规范要求。6）洞门端墙、翼墙和挡土墙应根据情况设置伸缩缓和沉降缝。7）洞门翼墙和挡土墙身应设置泄水孔。（2）洞门的构造要求

（3）洞门施工要求1）洞门宜尽早修建，并尽可能避免在雨季施工。洞门修筑前应作好洞口及仰坡周围的排水、截水设施，以保护边、仰坡的稳定。2）当洞口边、仰坡土石有剥落可能时，坡面应清理并予以防护。3）洞门端墙厚度范围内的结构，应与洞口环节衬砌采用同一材料整体灌筑。4）翼墙和洞口挡土墙应与端墙同时砌筑。当翼墙需分段修建时，其墙身应留施工缝，并应检算施工状态稳定性。5）洞门端墙、翼墙、挡土墙墙身砌出地面后，基坑必须及时回填夯实，顶面作成不小于4%的排水坡。1.隧道治水原则

2.防水构造3.排水构造4.洞门和洞顶防排水构造

5.截水2.2隧道附属结构2.2.1防水排水构造

隧道防排水应遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，采取切实可靠的设计、施工措施，保障结构物和设备的正常使用和行车安全。对地表水和地下水应作妥善处理，洞内外应形成完整的防排水系统。

“防”是指隧道衬砌应具有一定的防水能力，防止地下水渗入。

“排”是指衬砌背后空隙及围岩不积水，减少衬砌背后的渗水压力和渗水量。

“截”是指在洞外和衬砌外侧采用工程措施，拦截引导流向隧道的水源。

“堵”是指在隧道内对衬砌表面可见的渗漏处所，封堵归槽引排。1.隧道治水原则设置防水措施一般有以下几种途径：

1）注浆

注浆指压注水泥浆及化学浆液，将一定组合成分配制而成的浆液压入衬砌背后围岩或衬砌与围岩间的空隙中，经凝结、硬化后起到防水和加固的作用。

2.防水构造

2）防水混凝土衬砌

防水混凝土是指以调整配合比或掺用外加剂的方法增加混凝土的密实性，以提高混凝土自身抗渗性能的一种混凝土。

3）施工缝、变形缝防水

在隧道衬砌的灌注过程中，对施工缝，变形缝(沉降缝，伸缩缝)必须经防水外理后才可进行下阶段施工。

4）外贴式防水层

外贴式防水层是在衬砌的外侧粘贴沥青，油毡，或涂刷焦油聚氨酯等涂料，形成隔水层。

5）内贴式防水层

内贴式防水层是在衬砌的内侧施做防水层，一般采用喷水泥砂浆。

6）复合式衬砌中间防水层

在复合式衬砌的内外层衬砌之间设防水层，是一种效果良好的防水形式。2.防水构造1）排水沟排水沟有两种方式。一种是侧式水沟，它设在线路的两侧或一侧，视流量大小而定。另一种是中心式水沟。水沟设在线路中线的下方，用混凝土砌筑。

3.排水构造隧道排水沟2）盲沟在衬砌背后，用片石、卵石或埋管修成一道环向或竖向可供流水的盲沟，以汇集衬砌周围的地下水。

新型柔性盲沟特点：现场安装方便，布置灵活，连接容易，接头不易被混凝土阻塞，过水效果良好，成本也不太高等优点。主要有：

①化学纤维渗滤布盲沟，以结构疏松的化学纤维布作为水的渗流通道。

②在立边墙模板时，就安设泄水管，并特别注意使其里端与盲沟接通，外端穿过模板。泄水管可用钢管，竹管，塑料管、蜡封纸管等。这种方法主要用于水量较大时。

3.排水构造弹簧软管环向盲沟弹簧软管盲沟引排局部渗水

渗滤布盲沟汇集引排大面积渗透

排水盲沟、泄水管、渡槽、路侧排水沟

中心排水沟、防冻水沟

3）泄水孔

泄水孔是设于衬砌边墙下部的出水孔道，它将盲沟流来的水直接泄入隧道内的纵向排水沟。泄水孔的施作，有两种方法：①在立边墙模板时，就安设泄水管，并特别注意使其里端与盲沟接通，外端穿过模板。泄水管可用钢管，竹管，塑料管、蜡封纸管等。这种方法主要用于水量较大时。②当水量较小时，则可以待模筑边墙混凝土拆模后，再根据记录的盲沟位置钻泄水孔。泄水孔的位置应按设计要求设置。

（1）洞门排水洞门的端墙，翼墙和边仰坡上均应设有相应的排水设施，以便引流地表水。另外，在洞口处还应设有洞内外水沟的衔接过渡设施。（2）洞顶防排水隧道围岩内的水，主要由洞顶地表水补给时，可根据实际情况对地表进行处理，以隔断水源。另外，为防止地表水冲刷仰坡，流入隧道，一般应在洞口边仰坡上方设置天沟，以便引流地表水。如果隧道设有明洞，那么一定要做好明洞顶的防排水。4.洞门和洞顶防排水构造截水指截断地表水和地下水流入隧道的通路。1）洞顶天沟。为防止地表水冲刷仰坡，流入隧道，一般在洞口边仰坡上方设置天沟。2）泄水洞。泄水洞一般设在地下水上游一侧，与隧道方向平行或近似平行，使周围的地下水由泄水洞的过滤眼流入泄水洞内排走以达到拦截地下水、防止地下水对隧道的危害。5.截水洞内钻孔排水上游泄水洞排水

在隧道施工过程中，不可避免地会产生一些有害物质，并释放到隧道空气中，对隧道空气造成污染，严重损害隧道内工作人员的身心健康。因此，必须采取适当措施，为隧道提供足够的新鲜空气，以保证隧道内人员的健康与安全。

通风方式有风管式通风和巷道式通风。2.2.2隧道通风1.风管式通风

风管式通风是用软管做的风道进行通风，根据隧道内空气流向不同由可分为压入式（送风式）、吸出式（排风式）、混合式。

1）压入式通风

通风和局部风扇机把新鲜空气经风管压入工作面、污浊空气沿隧道流出，它是一般隧道常用的方法。

2）吸出式通风

吸出式通风在有效吸程排烟效果较好，排除炮烟所需的风量小，回流风不污染整条隧道。但吸出式通风的有效吸程短。

3）混合式通风

混合式通风综合了前两种通风方式的优点，适合于大断面长距离隧道通风，在机械化作业时更为有利。

巷道式通风利用隧道本身和辅助坑道组成主风流和局部风流系统互相配合而达到通风目的。巷道式通风2.巷道式通风

2.2.3内装

为了确保行车安全，在道路隧道中必须采取措施，使墙面亮度在长期的运营中保持在必要的水平以上，墙面须用适当的材料加以内装处理，以改善隧道内的环境，提高墙面能见度，吸收噪音。

内装材料采用淡黄色和浅绿色。因人眼对波长555nm黄绿光最为敏感。内装的作用：美化洞室、使隧道漏水不露出墙面、隐藏各种管线、提高照明效果和通风效果、吸收噪声。

①块状混凝土材料。表面粗糙，易污染且不好清洗，但表面不需特殊处理，比较经济。②饰面板、镶板等质地致密材料。不宜污染，清洗效果好，板背后的渗漏水隐蔽，各种管线在板背后隐蔽设置，板背后的空间有利于吸收噪声。③瓷砖镶面材料。表面光滑，易清洗且效果良好，隧道漏水可考虑用排水管疏导。要求衬砌平整。但没有吸声作用。④油漆材料。表面光滑，易清洗且效果良好，隧道漏水可考虑用排水管疏导。要求衬砌表面压光、平整。但没有吸声作用。1.内装材料

①

耐火性，在高温条件下仍能维持原状，不燃烧、不分解有害成分等；

②

耐蚀性，长期在油垢及有害气体作用下不变质，在洗涤剂等化学物质作用下不被侵蚀；

③

不怕水，大多数隧道都存在漏水问题，在水的浸泡下，在潮湿环境中不变质、不霉烂；

④

材料来源广泛，价格相对便宜，隧道是大型构造物，用材量很大，价格高昂的材料不适于作隧道内装；

⑤

能吸收噪音；

⑥

颜色淡，易清洁；

⑦

具有阻燃性。2.内装材料应具有如下性质

顶棚用漫反射材料可以避免产生眩光，其颜色的明亮程度直接影响到路面亮度，所以应是浅色的。顶棚可以美化隧道。顶棚在坡度处、变坡点附近有助于识别障碍物。顶棚类型：①在自然通风或诱导通风时，可以用拱顶；

②在半横向或横向通风时可以用平顶。

顶棚以上可以作为通风道和供管理人员使用的通道，因此设计荷载可按(据国外资料)10MPa考虑。2.2.4顶棚2.2.5路面

隧道路面具有足够的强度和耐久性。还应具备：（1）路面材料具有抵御水的冲刷和含有化学物质的水的侵蚀能力。（2）车辆在隧道内的减速及制动次数较高，横向抗滑要求高。（3）路面容易修补。（4）路面漫反射率高，颜色明亮。2.2.6其他附属结构1.紧急停车带

紧急停车带是为故障车辆离开干道进行避让，以免发生交通事故，引起混乱，影响通行能力而专供紧急停车使用的停车位置。

为使车辆能在发生火灾时避难和退避，应还设置方向转换场。

紧急停车带的间隔，主要根据车的可能滑行距离和人力可能推动距离确定。紧急停车带间隔一般取500-800m。停车带有效长度，应满足停放车辆进入所需的长度，最低值为15米，宽度一般为3.0m。2.救援通道

隧道内应设置贯通的救援通道，单线隧道应单侧设置，双线隧道应双侧设置。救援车道宽1.5m、高2.2m。3.联络通道

对于双洞单线隧道，隧道间应设联络通道，其间距可采用350m左右。“定点”处应适当加密。4.紧急出口

长度大于1000m的隧道，有条件时宜设置紧急出口，大于6000m的隧道应考虑设置紧急出口。紧急出口宽度不小于2.3m,高不应小于2.5m。紧急出口内应设置同通风排烟系统、照明系统及其他相关设置。5.应急通信系统

隧道内的紧急报警电话将隧道内发生火灾的情报向消防控制中心或相关管理部门报警，以便及时采用有限措施将其扑灭于萌芽状态、隧道内应急通信采用无线或有线通信系统，一旦有紧急情况，司乘人员可随时与控制中心联系。6.消火栓系统

消火栓系统无论是在公路隧道的消防设计或在地铁消防设计中都获得了广泛认可。7.火灾时的防排烟系统

发生火灾时有毒烟气将迅速蔓延扩散，影响人的能见度低，还会使人因吸入有毒烟气而窒息死亡。在设置运营通风时，应充分考虑到火灾时防排烟的具体要求。8.疏散标识

救援通道每隔200m应设图像、文字标识，指示两个方向分别到下一洞口或紧急出口的整百米数，并配备灯光显示方向。复习思考题1.隧道衬砌有哪些类型，各有什么特点？2.简述隧道洞门有哪几种类型，分析各种洞门的适用情况？3.简述隧道防排水构造。4.简述隧道通风的适用条件。本章提要：本章主要介绍隧道勘察的目的、内容以及方法；围岩的分级方法（着重介绍了公路隧道围岩的分级方法）和围岩分级的影响因素；隧道路线的选址的方法和原则；隧道洞口位置的选择方法以及隧道的几何设计要求（隧道平面的设计、纵断面设计、横断面设计）。隧道围岩分级是本章学习的重点及难点，重点掌握围岩分级、围岩分级的影响因素。第3章隧道总体设计3.1

隧道勘察3.2隧道围岩分级的影响因素和指标3.3公路隧道围岩分级3.4隧道方案比较3.5隧道及洞口位置选择3.6隧道的几何设计第3章隧道总体设计3.1隧道勘察

隧道勘察的目的是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法和施工措施，从而使隧道工程经济合理和安全可靠。为预可行性研究阶段工程地质勘察（简称预可勘察）工程可行性研究阶段工程地质勘察（简称工可勘察）施工图设计阶段工程地质勘察（简称详细勘察）初步设计阶段工程地质勘察（简称初步勘察）3.1.1隧道勘察的阶段划分1.资料收集2.地形与地质调查3.勘探3.1.2隧道勘察主要方法

1.资料收集

应全面收集隧址区下列资料：1）地形地貌资料，以及有关的遥感与观测资料；2）工程地质、水文地质、地表水，特别是自然地质灾害的种类、性质、规模、危害程度等资料；3）气温、降水、风速和风向等气象资料；4）地震历史、地震动参数等资料；5）沿线交通情况、施工条件等；6）沿线矿产资源、周边既有工程等资料。

2.地形与地质调查

隧道各阶段调查的目标、内容及范围见下表。

3.勘探在隧道工程勘察中，当需要查明岩土的性质和分布，从地下采取岩土样供室内试验测定，岩土的物理力学性质可采用挖探、钻探、地球物理勘探等勘探方法进行。工程地质勘探点、测试点和观测点的布置应该目的明确，具有代表性，能判明重要的地质界线和查明工程地质状况，其密度、深度应根据勘察阶段、成图比例、露头情况和工程结构特点确定。工程地质调绘应与路线及沿线工程结构设置相结合，为路线方案比选、工程场地选择以及勘探、测试工作量的拟定等提供依据。3.2

隧道围岩分级的影响因素和指标

●围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生影响的岩（土）体。

一定范围：应力变化忽略不计或位移为零，横断面上约为6～10倍洞径。●最关心问题:开挖形成隧道后围岩的稳定性。根据洞室开挖实践，洞室开挖后的稳定性大体上可分为以下几类：4.不稳定1.充分稳定3.2.1

地下洞室稳定性分类2.基本稳定3.暂时稳定地质因素（客观）工程活动中的人为因素（主观）3.2.2影响围岩稳定性的因素岩体结构类型、岩石的力学性质、地下水状况、结构面性质和空间的组合、围岩的初始应力场等。地下洞室尺寸和形状、施工中采用的开挖方法等。国外围岩分级概述：1、日本国铁土石分类，主要根据开挖岩（土）体的难易程度（强度）来划分。

2、前苏联岩石坚固性分类，采用岩石坚固性系数。3、英国和美国太沙基分级法、岩石质量指标（RQD）、稳定时间。3.2.3

围岩分级的因素指标我国围岩分级概述：1）20世纪50年代：铁路隧道围岩分级，岩石抗压强度和岩石天然重度，分为坚石、次坚石、松石及土质四类。2）

以后，借用前苏联的岩石坚固系数。3）1975年，铁路隧道规范，分为六类。4）1990年，公路隧道围岩分级，分为六类。5）2004年，公路隧道围岩分级，分为六级。3.2.3

围岩分级的因素指标●人们对围岩的认识是不断深入的土石方工程分类法(开挖难易程度)岩石的坚固性来分类:如坚固性系数f岩石质量指标（RQD）从围岩稳定性出发分类来代替多年沿用的坚固性为基础的分类从分级指标方面：大多数从定性描述经验判断定量描述●以隧道围岩的稳定性为基础进行分级是隧道围岩分类的总趋势。1、单一的岩性指标：

岩石的抗压、抗拉强度、弹性模量;

单轴饱和极限抗压强度；试验简单，数据可靠。

2、单一的综合性指标以单一的指标，反映岩体的综合因素。3.2.3

围岩分级的因素指标(1)弹性波传播速度弹性波传播速度与岩体的强度和完整性成正比。反映岩石的力学性质和岩体的破碎程度。（2）岩石质量指标（RQD）RQD=单位钻孔长度指钻探时岩心复原率或岩芯采取率，综合反映岩体的强度和岩体的破碎程度的指标。

3.2.3

围岩分级的因素指标（3）围岩的自稳时间从隧道开挖到顶部开始发生可察觉的移动、松弛所经历的时间。

（4）岩体的坚固系数岩体的坚固系数是反映岩石强度和岩体构造特征的综合性指标。单位钻孔长度下10cm以上岩芯累计长度X100%3、复合指标：用两个或两个以上的岩性指标或综合岩性指标所表示的复合性指标。

（1）国标《工程岩体分级标准》(GB50218-94)采用两个复合指标—岩体基本质量指标BQ和修正的岩体基本质量指标[BQ]，对工程岩体进行分级。

（2）《水工隧洞设计规范(SL279-2002)围岩工程地质分类和国际《描杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)所采用的围岩/岩体强度应力比S综合考虑了岩石强度岩体完整性和地应力的因素。

（3）巴顿等人提出的岩体质量Q指标，Q综合表达了岩体质量的六个地质参数。根据不同的Q值，岩体质量评为九级。3.2.3

围岩分级的因素指标

（4）我国总参谋部工程兵坑道工程围岩分类中采用岩体质量指标Rm和应力比S。1.公路隧道围岩分级的出发点

●

强调岩体的地质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；●

分级指标应采用定性和定量指标相结合的方式；●

明确工程目的和内容，并提出相应的措施；●

分级应简明，便于使用；●

考虑吸收其它围岩分级优点，并尽量和我国其它工程分级一致。3.3公路隧道围岩分级

2.考虑分级的指标和因素●岩体的结构特征与完整状态岩体的结构特征与完整状态是评价围岩稳定程度最直接、最重要的指标●岩石强度

将岩浆岩、沉积岩、变质岩按岩性、物理力学参数、耐风化能力和作为建筑材料的要求划分为硬质岩石及软质岩石二级，依饱和抗压极限强度Rb与工程的关系分为四种，其标准及代表性岩石见表●地下水在公路隧道围岩的分级中，遇有地下水时，一般的处理采用降级的方法①整体的硬质岩石中，一般的地下水对其稳定性影响不大，不考虑降级；②块状硬质岩和整体软质岩中，地下水将影响其稳定性，产生局部坍塌，或软化软弱结构面，围岩分级时一般可酌情降低1级；③碎石状松散结构的岩体中，裂隙中有泥质充填物，地下水对稳定性影响很大，可根据地下水的性质、水量、渗流条件、动水和静水压力等情况，判断其对围岩的危害程度，可降低1～2级；④强烈的断裂带，或软塑性粘土和潮湿的粉细砂，分类时已考虑了一般含水地质情况的影响，不再降级。对于特殊含水地层如已达到饱和状态或具有较大的承压水时，需另作处理。

隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级，并按以下顺序进行：

1.根据岩石的坚硬程度和岩体的完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ，综合进行初步分级。

2.对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上考虑修正因素的影响，修正岩体基本质量指标值。

3.按修正后的岩体质量指标[BQ]，结合岩体的定性特征综合评判、确定围岩的详细分级。3.3

公路隧道围岩分级

3.3.1

岩石的坚硬性围岩分级中岩石坚硬程度、岩体完整程度两个基本因素的定性划分和定量指标及其对应关系应符合下列规定：1.岩石坚硬程度定性划分2.岩石风化程度确定3.岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度Rc表达4.Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系岩石坚硬程度可按下表定性划分。名称定性鉴定代表性岩石硬质岩坚硬岩锤击声清脆，有回弹，震手，难击碎；浸水后大多无吸水反应未风化-微风化的花岗岩、正长岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩、安山岩、片麻岩、石英片岩、硅质板岩、石英岩、硅质胶结的砾岩、石英砂岩、硅质石灰岩等较坚硬岩锤击声较清脆，有轻微回弹，稍震手，较难击碎；浸水后大多有轻微吸水反应1、弱风化的坚硬岩2、未风化-微风化的熔结凝灰岩、大理岩、板岩、白云岩、石灰岩、钙质胶结的砂页岩软质岩较软岩锤击声不清脆，无回弹，较易击碎；浸水后指甲可刻出印痕1、弱风化的坚硬岩2、弱风化的较坚硬岩3、未风化-微风化的凝灰岩、千枚岩、砂质泥岩、泥灰岩、泥质砂岩、粉砂岩、页岩等软岩锤击声哑脆，无回弹，有凹痕，易击碎；浸水后手可掰开1、强风化的坚硬岩2、弱风化-强风化的较坚硬岩3、弱风化的较软岩4、未风化的泥岩等极软岩锤击声哑脆，无回弹，有较深凹痕，手可捏碎；浸水后可捏成团1、全风化的各种岩石2、各种半成岩岩石风化程度可按下表确定名称野外特征

风化系数kƒ波速比kv未风化岩质新鲜，偶见风化痕迹0.9～1.00.9～1.0微风化结构构造基本未变，仅节理面有渲染或略微变色，有少量风化裂隙0.8～0.90.8～0.9中等（弱）风化结构构造部分破坏，矿物色泽较明显变化，裂隙面出现风化矿物或存在风化夹层0.6～0.80.6～0.8强风化结构构造大部分破坏，矿物色泽明显变化，长石、云母等多风化成次生矿物0.4～0.60.4～0.6全风化结构构造全部破坏，矿物成分除石英外，大部分风化成土状——0.2～0.4Rc与岩石坚硬程度定性划分的关系可按下表坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩注：平均间距指主要结构面间距的平均值3.3.2

岩石的完整程度名称结构面发育程度主要结构面的结合程度主要结构面类型相应结构类型组数平均间距（m）完整1～2>1.0好或一般节理、裂隙、层面整体状或巨厚层结构较完整1～2>1.0差节理、裂隙、层面块状或厚层结构2～31.0～4.0好或一般块状结构

较破碎2～31.0～4.0差节理、裂隙、层面、小断层裂隙块状或中厚层结构0.2～0.4好镶嵌碎裂结构一般中、薄层状结构破碎0.2～0.4差各种类型结构面裂隙块状结构一般或差裂隙状结构极破碎无序——很差

——散体状结构岩体完整程度的定性划分岩体完整程度的定量指标用岩体完整性系数Kv表达式中：Vpm—岩体弹性纵波速度（km/s）；

Vpr—岩石弹性纵波速度（km/s）

Jv与Kv对照表Jv(条/m3)<33-1010-2020-35>35Kv>0.750.75-0.550.55-0.350.35-0.15<0.15Kv与定量划分的岩体完整程度的对应关系Kv>0.750.75-0.550.55-0.350.35-0.15<0.15完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎

Kv一般用弹性波探测值，若无探测值时，可用岩体体积节理数JV

确定Kv值

岩体基本质量指标BQ应根据分级因素的定量指标Rc值和Kv值按下式计算。

当

时，

当

时，3.3.3

围岩分级综合评判。公路隧道围岩分级注：本表不适用于特殊条件的围岩分级，如膨胀性围岩、多年冻土等。

围岩详细分级时，如遇下列情况之一，应对岩体基本质量指标BQ进行修正：

1有地下水

2围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用。

3存在高初始应力

围岩基本质量指标修正值[BQ]可按下式算：

式中：

[BQ]-围岩基本质量指标修正值；

BQ-围岩基本质量指标；

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

3.3.3

围岩分级综合评判。3.3.3

围岩分级综合评判。

在工程可行性研究和初步勘测阶段，可采用定性划分的方法或工程类比的方法进行围岩级别划分岩质围岩级别土质围岩级别ⅠⅡⅢⅣⅤⅣⅤⅥⅠⅡⅢ1Ⅲ1Ⅳ1Ⅳ2Ⅳ2Ⅴ1Ⅴ2Ⅳ3Ⅴ1Ⅴ2Ⅵ

亚级划分公路隧道岩质围岩的基本质量分级3.4隧道方案比较

隧道方案与其他方案的比较具体有以下几点

（1）隧道与绕行及深路堑比较（2）短隧道群与长隧道比较（3）两座单线隧道方案和一座双线隧道方案比较（4）分离隧道与小净距隧道及连拱隧道的比较一般说来，隧道造价比明堑要贵一些，施工技术也复杂一些，明堑方案常常是比较省钱、省事、又快速的。但在比较隧道方案与明堑方案时，忽略了安全条件，就会造成错误。例如，为了避免修建工程较难的隧道，有意识地将线路向靠河一侧移动，把本该用隧道穿过的地方，硬以明堑通过。由于明堑劈坡太深开挖后，边坡不稳，施工时坠石掉块，运营后塌坡坍方，给长期的运营带来安全上的威胁和防护上的困难。从长期运营条件来看，隧道方案优于明堑。2.与路堑方案的比较3.4.1隧道与绕行及深路堑比较绕行方案技术要求低、投资省、工期短。但线路延长、弯道增多，尤其是小半径弯道，极不利于以后的运营。此外，沿线可能形成高大边坡，将会留下塌方落石等严重影响交通运营的隐患。1.与绕行方案的比较与路堑方案比较举例经验山体可穿而不宜大挖，大挖必塌！

宝成线秦岭盘山道，本应以隧道通过，但为了赶工期，图省钱，改用明堑方案。深挖边坡为1：0.75和1：0.5，边坡的高度达60m，个别边坡高达90m，岩层为强风化破碎花岗岩。开挖后，岩石风化很快，边坡站立不住。以后多次刷方，但终不能稳定，最后不得不采用明洞，但以造成不应有的损失，并且致使施工非常混乱。无展线余地—隧道穿山方案可展线—反复跨河“避难就易”方案3.4.2短隧道群与长隧道比较短隧道群方案的优点一般说来，短隧道是比较容易施工的。有时可以只用简单的设备就可以进行施工，技术上困难也不多；一群短隧道并不相连，中间以明线相连。这样，它们各自有自己的出口和入口，可以开辟较多的工作面，容纳较多的人同时工作，施工进度较快；建成后，由于隧道短，多半可以只靠自然通风，不必另配机械通风系统；运营成本低，车上旅客长时间处于地下的不舒服感觉可以减轻。短隧道群方案的缺点河谷边坡的地质多是比较复杂的，尤其是地表覆盖层更是风化地带，岩体松散破碎，节理切割严重。短隧道在此通过，坑道多不稳定，围岩压力很大，开挖时易坍方；隧道外侧覆土太薄，形成偏侧压力，使隧道的支护结构处于不利的受力状态中。若是岩体的，层理是向外下倾的，更易发生剪切破坏，对隧道的稳定形成威胁；多个隧道相距不远，有时前一座隧道的出口，隔不了多远就是另一座隧道的进口，施工时互相干扰，洞口场地不利布置；多条隧道要多建多座洞门建筑物，在工程造价上不经济。3.4.2短隧道群与长隧道比较长隧道方案的优点它将位于岩体深处坚固稳定的地层中，围岩压力小，坑道稳定，无偏压受力的情况；支护可以简单，施工比较安全；工程单一，施工不受干扰；洞门建筑物只有两个，比多座短隧道为少。隧道长，技术上要复杂一些，工程造价可能要贵一些。多年实践指出，线路还是倾向于向里靠一些，宁愿隧道长一些，但只是一座为好。长隧道方案的缺点短隧道群：

多、杂、碎、塌长隧道：少、简、整、稳3.4.2短隧道群与长隧道比较3.4.3两座单线隧道方案和双线隧道方案比较一座双线隧道的优点一座双线隧道所需的地位宽度比两座单线隧道的位置宽度要小，选线时易于安排布置；一座双线隧道的开挖面面积比两座单线隧道的开挖总面积为小。也就是工程量要小，而施工的相互干扰也少些；双线隧道的净空较大，坑道宽敞，有条件使用大型机械施工；双线隧道的通风条件好，维修养护都较方便。双线隧道断面跨度大，所受围岩压力也就大。因此需要更为有力的支护结构；隧道施工时，因为压力大，临时支护困难，发生坍方事故的威胁较大；双线隧道的一次工程投资比两座单线隧道先后修建的初期投资大；双线隧道断面积大，不能充分利用列车活塞风。一座双线隧道的缺点3.4.3两座单线隧道方案和双线隧道方案比较断面小，压力小，坑道的稳定性好，施工容易，支护简单而且安全；对于近期尚不准备修第二线的新建隧道来说，可以先修第一线的单线隧道，预留第二线，待需要时才修。如此则初期一次投资较少；若第一线隧道施工时采用了平行导坑，则平导即可作为第二线隧道的前进导坑。两座单线隧道的优点3.4.3两座单线隧道方案和双线隧道方案比较两座单线隧道的缺点两座单线隧道必须横向相隔一定的安全距离，才能保证两隧道间的围岩土柱有足够的支承能力，以避免在修筑第二线隧道的施工中，对第一线隧道有影响；两座单线隧道无论是同时施工还是先后施工，施工时总会有些相互干扰。尤其是在修第二线隧道时，多半是在已成第一线不间断行车的条件下进行的，这就增加了施工的困难。3.4.3两座单线隧道方案和双线隧道方案比较当复线本身相距一定的横向距离时，自然要各自修建单线隧道。但要保证两座隧道之间有足够的安全距离。在实践的基础上，归纳出最小间距的数值，如下表所列，仅供参考。

复线两隧道间的横向最小距离围岩级别最小安全距离(m)Ⅰ(1.5～2.0)BⅡ—Ⅲ(2.0～2.5)BⅣ(2.5～3.0)BⅤ(3.0～5.0)BⅥ>5.0B

注：表中B为隧道开挖断面的宽度(m)3.4.3两座单线隧道方案和双线隧道方案比较公路分离隧道、小净距隧道及连拱隧道的比较如下表3.4.4分离隧道与小净距隧道及连拱隧道的比较比较项目分离隧道小净距隧道连拱隧道双洞边墙间距/m大于153～150结构与受力简单、稳定较简单、较稳定结构复杂、受力不稳定工序、工期和难度少、短、小较少、较短、较小工序多、工期长、难度大围岩受扰动次数少较少多地质条件好差都有较好差、浅埋、偏压隧道长度不限，长隧道更显优越性中、短型为主中、短型，很少有长隧道与线路连接差较好线形较好可容交通量较小较小大，可用多连拱隧道适用范围山区较广城市和山丘占地面积多较少最少地下空间利用差较好最好人文景观与环保不利较有利最有利经济评估每米造价低，连接线高有利每米造价高、总价经济合理高跨比─＞0.5＜0.5隧道选址应考虑以下原则：※逢山穿洞，宁长勿短，早进晚出—避免洞口深挖；※宁里勿外，宁深勿浅，避软就硬—避免不良地质；小结：3.5隧道及洞口位置的选择

隧道具体位置的选择与区域工程地质条件、水文地质条件、地形地貌条件、工程难易程度、投资数额、工期要求，以及现有的施工技术水平和今后运营条件等因素有关

隧道洞口位置的选择是隧道勘测设计的重要环节之一。结合洞口的地形、地质条件、施工、运营条件以及洞口的相关工程（桥涵、通风设施等）综合考虑。

要避免用单纯的经济观点