[PPT]新奧法隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)講義241頁(yè)_ppt

1、隧道工程1 概述一、隧道在交通事業(yè)中 的地位及發(fā)展1、隧道的定義 狹義的定義：通常是指用作地下通道的工程建筑物。 廣義的定義：1970年，OECD(世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織)隧道會(huì)議從技術(shù)方面給隧道定義：以任何方式修建，最終使用于地表以下的條形建筑物，其空洞內(nèi)部?jī)艨諗嗝嬖?m2以上者均為隧道。2、在交通建設(shè)中的地位 重要性：隧道是交通線上的重要組成部分，是國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施； 必要性：快速暢通的交通網(wǎng)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，低等級(jí)公路已不適應(yīng)發(fā)展的需要，阻礙了國(guó)家和地區(qū)的發(fā)展； 緊迫性：目前高速公路較少，與我國(guó)人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展相比，太少。經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，交通必先行。為了解決好路面交通

2、的規(guī)劃和修建，隧道工程在其中顯示著重要而緊急的作用。3、隧道工程的發(fā)展前景及需解決的難題 前景：(1)、交通類隧道 經(jīng)濟(jì)要發(fā)展，交通建設(shè)必先行； 交通標(biāo)準(zhǔn)不斷提高； 國(guó)力增強(qiáng)，技術(shù)進(jìn)步。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技技術(shù)的進(jìn)步，需要建設(shè)更多，可以建設(shè)更多、標(biāo)準(zhǔn)更高的隧道。(2)、城市隧道 解決城市交通擁擠問(wèn)題的唯一途徑是采用快捷、大運(yùn)量的公共交通系統(tǒng)地鐵； 城市的發(fā)展，要求包括地下空間的開發(fā)； 各類市政設(shè)施的發(fā)展趨勢(shì)隧道管溝化。十九世紀(jì)：城市橋梁二十世紀(jì)：摩天大樓二一世紀(jì)：地下空間的開發(fā)與利用。(3)、水利隧道 南水北調(diào)（東線、中線、西線）； 其他水利工程； 水電工程。 需要解決的難題 (1) 圍

3、巖力學(xué)性質(zhì)與破壞的關(guān)系； (2) 理論計(jì)算如何與實(shí)際相符； (3) 施工技術(shù)水平與經(jīng)濟(jì)效益(爆破開挖、機(jī)械開挖、人力開挖)； (4) 設(shè)計(jì)施工管理水平與經(jīng)濟(jì)效益（如同一地方，采用不同的高程的長(zhǎng)隧道還是短隧道等）4、隧道工程的發(fā)展 隧道的產(chǎn)生與發(fā)展是和人類的文明歷史發(fā)展相呼應(yīng)的。 古代：時(shí)間跨越較長(zhǎng)。人類出現(xiàn)到紀(jì)元前3000年隧道用于抵御自然威脅用獸骨、石器等工具開挖紀(jì)元前3000年到5世紀(jì)隧道用于生活及軍事抵御形成了現(xiàn)代隧道開發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)(明挖法等)5世紀(jì)到14世紀(jì) 隧道技術(shù)沒(méi)有顯著進(jìn)步，開始了礦山開采 近代：從16世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命開始，隧道技術(shù)得到了較快發(fā)展。 (1) 測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，產(chǎn)生了如棚

4、架支撐巖層，卷?yè)P(yáng)提升土石兩端洞口開挖隧道等等，促進(jìn)了隧道的發(fā)展。 (2)火藥的發(fā)明，促進(jìn)了隧道開挖掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。 現(xiàn)代：我國(guó)公路隧道發(fā)展相對(duì)較緩。隨著高速公路的發(fā)展，近幾年公路隧道有了較快的發(fā)展。 隧道施工技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。人力為主體的施工機(jī)械開挖為主體的施工爆破施工(光面爆破)發(fā)展發(fā)展設(shè)計(jì)理論方面： 目前的設(shè)計(jì)理論方法： 荷載結(jié)構(gòu)模型（結(jié)構(gòu)力學(xué)方法） 地層結(jié)構(gòu)模型（巖體力學(xué)方法） 收斂約束模型（信息反饋方法） 經(jīng)驗(yàn)類比法幾種隧道洞門圖：梅坎鐵路松南隧道株六復(fù)線涼風(fēng)坳隧道西安南京鐵路磨溝嶺隧道京珠高速公路洋碰隧道徽杭高速公路三陽(yáng)隧道北碚隧道廈門仙岳山市政隧道烏鞘嶺特長(zhǎng)隧道洞門二、隧道的分類

5、及其作用1、按用途分（這是隧道分類方法中最為常用的一種） (1)交通隧道：提供運(yùn)輸?shù)目椎篮屯ǖ溃饕校鸿F路隧道、公路隧道、水底隧道、地下鐵道、人行地道。 (2)水工隧道：是水利工程和水利發(fā)電樞紐的一個(gè)重要組成部分。主要包括： 引水隧道：把水引入水電站發(fā)電機(jī)組，產(chǎn)生動(dòng)力資源 尾水隧道：把發(fā)電機(jī)組排出的廢水送出去的隧道。 導(dǎo)流隧道（泄洪隧道）：疏導(dǎo)水流 排沙隧道：用于沖刷水庫(kù)中淤積的泥沙而修建的隧道 (3)市政隧道：是城市中為安置各種不同市政設(shè)施的地下孔道。主要有：給水隧道、污水隧道、管路隧道、線路隧道、人防隧道。 (4)礦山隧道：起作用主要是為采礦服務(wù)的。主要有：運(yùn)輸巷道、給水隧道、通風(fēng)隧道。

6、2、按隧道長(zhǎng)度分： (1)特長(zhǎng)隧道：L3000m (2)長(zhǎng) 隧 道：3000mL1000m (3)中長(zhǎng)隧道：1000mL500m (4)短 隧 道：L500m3、按斷面面積分： (1)特大斷面隧道：斷面積在100m2以上 (2)大斷面隧道：斷面積在50100m2之間 (3)中等斷面隧道：斷面積在1050m2之間 (4)小斷面隧道：斷面積在310m2之間 (5)極小斷面隧道：斷面積在3m2以下4、按隧道所處的地理位置劃分： 山嶺隧道、水底隧道、城市隧道2 隧道的勘察 2.1 隧道勘察的幾個(gè)階段 2.2 隧道勘察的主要方法 2.3 隧道勘察的主要手段 2.4 地質(zhì)勘察 2.5 水文勘察 2.6 建

7、筑環(huán)境評(píng)價(jià) 隧道勘察的目的 是在于查明隧道所處位置的工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件以及隧道施工和運(yùn)營(yíng)對(duì)環(huán)境保護(hù)的影響。為規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工提供所需的勘察資料，并對(duì)存在的巖土工程問(wèn)題、環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行分析評(píng)價(jià)提出合理的設(shè)計(jì)方案和施工措施，從而使隧道工程經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠。2.1 隧道勘察的幾個(gè)階段: 可行性研究勘察預(yù)可行性研究工程可行性研究側(cè)重于是收集與研究已有的文獻(xiàn)資料 在分析已有資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)踏勘，實(shí)地調(diào)查，大致查明地質(zhì)情況 我國(guó)橋隧可行性研究現(xiàn)狀初步勘察收集資料取得隧道所在位置的初步總平面布置地形圖及有關(guān)工程性質(zhì)，規(guī)模的文件工程地質(zhì)選定隧道線位初勘工作的任務(wù)是選擇經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的最優(yōu)隧道位置

8、方案 初勘資料整理工程地質(zhì)勘察的原始資料，包括調(diào)查、測(cè)繪、勘探、試驗(yàn)等資料詳細(xì)勘察目的任務(wù)步驟工程地質(zhì)勘察的原始資料，包括調(diào)查、測(cè)繪、勘探、試驗(yàn)等資料通過(guò)詳細(xì)工程地質(zhì)勘察，為線位布設(shè)和編制施工圖設(shè)計(jì)提供完整的工程地質(zhì)資料在初勘的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步查明隧道沿線地質(zhì)特征和不良地質(zhì)規(guī)模、大小范圍(1)前期的準(zhǔn)備工作；(2)沿線地質(zhì)勘察；(3)試驗(yàn)；(4)資料整理；(5)編寫詳勘報(bào)告2.2 隧道勘察的主要方法2.2.1 收集研究即有資料 不僅是外業(yè)工作之前準(zhǔn)備工作的重要內(nèi)容，也是隧道勘察的一個(gè)主要方法。 地形地貌 地質(zhì)情況 區(qū)域水文氣象情況 特殊地質(zhì)及不良地質(zhì) 植被及環(huán)境 類似工程經(jīng)驗(yàn)2.2.2 調(diào)查和測(cè)

9、繪1、工程地質(zhì)調(diào)查 * 直接觀察 * 訪問(wèn)群眾2、工程地質(zhì)測(cè)繪：范圍較大，并且要求把調(diào)查研究結(jié)果填繪在一定的比例尺的地形圖上，以編制工程地質(zhì)圖 * 目測(cè) * 儀器3、調(diào)查測(cè)繪內(nèi)容 地質(zhì)、地貌；地層、巖性； 地質(zhì)構(gòu)造； 地表水和地下水；特殊地質(zhì)、不良地層； 地震；工程經(jīng)驗(yàn)等4、工程評(píng)價(jià)及處理措施 (1) 圍巖的自穩(wěn)性 (2) 隧道涌水量、涌水壓力、突然涌水量等 (3) 巖土膨脹壓力 (4) 滑坡、偏壓 (5) 圍巖狀態(tài)和土壓特性 (6) 高地應(yīng)力區(qū)應(yīng)力場(chǎng) (7) 瓦斯、巖溶及人為坑洞等2.3 隧道勘察的主要手段1、挖探： 23米優(yōu)點(diǎn)：能取得詳盡直觀資料和原狀土樣；缺點(diǎn)：勘探深度有限，勞動(dòng)強(qiáng)度較大

10、。2、簡(jiǎn)易鉆探：310米優(yōu)點(diǎn)：工具輕、體積小、操作方便、進(jìn)尺較快、勞動(dòng)強(qiáng)度較??；缺點(diǎn)：不能采取原狀土樣或不能取樣，在密實(shí)或堅(jiān)硬的地層中不 易鉆進(jìn)或不能使用。 3、鉆探： 沖擊鉆進(jìn) 回轉(zhuǎn)鉆進(jìn) 沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)； 振動(dòng)鉆進(jìn) 4、地球物理勘探（物探）： 利用巖土體材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性等，根據(jù)接收信號(hào)判斷地層缺陷及力學(xué)性質(zhì)。主要有： 電法勘探(利用巖層介電常數(shù)、導(dǎo)電性差異)； 地震勘探(利用巖體彈性性質(zhì)差異)； 地質(zhì)雷達(dá)(電磁法勘探)2.4 地質(zhì)勘察2.4.1 初步勘察(1)目的任務(wù)：選定隧道位置(2)基本內(nèi)容：查明控制隧道方案的工程地質(zhì)問(wèn) 題，如地形、地質(zhì)、巖性、不良地質(zhì)等2.4.2 詳細(xì)勘察(1)目的

11、任務(wù)：對(duì)選定的隧道提供詳細(xì)的工程地質(zhì)水文地質(zhì)等信息。(2)基本內(nèi)容：查明為施工圖設(shè)計(jì)服務(wù)的地質(zhì)問(wèn)題2.5 水文勘察2.5.1 地下水涌水調(diào)查(1) 內(nèi)容：調(diào)查地下水的類型及其與地表水的相互補(bǔ)給關(guān)系；調(diào)查地下水的流量、流向及水質(zhì)等； (2)預(yù)測(cè)地下水涌水量：須調(diào)查隧道中心線上的“谷”及“梁”的分布情況 ；(3) 利用鉆探成果判斷涌水情況；(4) 查明涌向隧道的地下水的范圍。2.5.2 枯水調(diào)查(1)目的：明確由于修建隧道工程而使地下水及供水受到影響，造成工業(yè)用水及居民飲水困難等；(2)主要內(nèi)容： 地下水的利用狀況（使用時(shí)間、水量等）； 植被、氣象與隧道涌水有關(guān)聯(lián)的問(wèn)題； 以往工程的枯水資料等。2

12、.6 建筑環(huán)境評(píng)價(jià)目的：明確環(huán)境現(xiàn)狀，不因修建工程而使環(huán)境惡化，研 究有關(guān)對(duì)環(huán)境影響的內(nèi)容及其程度，提出防止破壞環(huán)境的措施等。2.6.1 對(duì)現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境保護(hù)的項(xiàng)目（1）水資源保護(hù)；（2）植被保護(hù)；（3）特殊區(qū)(名勝古跡、溫泉、風(fēng)景等)保護(hù)；（4）環(huán)境污染的保護(hù)(污水、煙塵、噪聲、有害物等)（5）棄碴處理；2.6.2 隧道工程周圍環(huán)境現(xiàn)狀的調(diào)查 (1)、地物地貌的調(diào)查； (2)、地形地質(zhì)的調(diào)查； (3)、大氣質(zhì)量的調(diào)查； (4)、水體質(zhì)量的調(diào)查； (5)、噪聲振動(dòng)的調(diào)查； (6)、生態(tài)資源的調(diào)查。 2.6.3 預(yù)測(cè)環(huán)境影響 (1)大氣：預(yù)測(cè)隧道運(yùn)營(yíng)后，大氣中廢氣對(duì)人的影響程度，預(yù)測(cè)方式是擴(kuò)散模式

13、； (2)水質(zhì)：隧道內(nèi)排出的施工及運(yùn)營(yíng)水等； (3)振動(dòng)與噪聲 (4)地表沉陷 (5)動(dòng)物與植物 (6)自然景觀2.6.4 環(huán)境影響的評(píng)價(jià) 根據(jù)掌握情況，對(duì)照影響指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。1、關(guān)于能掌握定量影響的大氣性質(zhì)、水質(zhì)噪聲、振動(dòng)、地表沉降。2、與自然環(huán)境有關(guān)的植物、動(dòng)物、風(fēng)景名勝區(qū)以及對(duì)已明確其價(jià)值者；3、關(guān)于不能擬出客觀的保護(hù)目標(biāo)的項(xiàng)目。2.6.5 環(huán)境保護(hù)措施的探討 (1)水資源的保護(hù)措施； (2)對(duì)污水的防治措施； (3)對(duì)粉塵污染防治措施； (4)對(duì)有毒有害氣體、物質(zhì)的防治措施； (5)對(duì)噪聲控制措施； (6)對(duì)振動(dòng)的防治； (7)自然環(huán)境的保護(hù)；2.6.6 環(huán)境評(píng)價(jià)報(bào)告報(bào)告的主要內(nèi)容：(

14、1)、改環(huán)境工程的必要性、概要及其效果；(2)、環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查；(3)、環(huán)境預(yù)測(cè)、評(píng)價(jià)、保護(hù)措施等。3 隧道總體設(shè)計(jì)3.1 隧道選址3.2 隧道的幾何設(shè)計(jì)3.3 襯砌內(nèi)輪廓線及幾何尺寸擬定3.4 道路隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)文件的內(nèi)容和組成3.1 隧道選址1、公路隧道選址的基本原則：必須與公路總體設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)適應(yīng)(交通量、公路等級(jí)等)隧道位置應(yīng)選擇在穩(wěn)定的地層中；越嶺隧道應(yīng)進(jìn)行較大范圍的方案選擇，進(jìn)行全面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，選擇在地質(zhì)條件較好的地段穿越；沿河傍山隧道，其位置宜向山側(cè)內(nèi)移，避免一側(cè)洞壁過(guò)薄產(chǎn)生偏壓；選擇隧道位置時(shí)，應(yīng)注意洞口位置和有關(guān)工程的處理，一般宜采取“早進(jìn)洞，晚出洞”原則(多暗挖，少明挖，在

15、巖體內(nèi)施工原則)。2、隧道方案與自然條件的關(guān)系 當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)與水文地質(zhì)條件、地形地貌條件、氣象條件，一般而言是隧道方案主要考慮的問(wèn)題。另外，還有工程的難易程度、經(jīng)濟(jì)、工期要求，甚至還有政治、經(jīng)濟(jì)、軍事與地區(qū)發(fā)展都有關(guān)。根據(jù)隧道軸線與地形的關(guān)系，主要有： (1) 坡面正交型； (2) 坡面斜交型； (3) 坡面平行型； (4) 尾部進(jìn)入型； (5) 深入谷地型。3、越嶺隧道的選址 越嶺隧道的位置主要以選擇埡口和確定隧道高程為主要依據(jù)。(1) 越嶺隧道平面位置的選擇 采用直線或大半徑曲線為好； 優(yōu)選考慮在路線總方向上或其附近的低埡口，展線好，隧道較短； 雖遠(yuǎn)離線路總方向，但埡口兩側(cè)有良好的展線條

16、件； 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件良好的埡口。(2)越嶺隧道標(biāo)高的選擇(在山體中何位置) 盡可能把隧道埋于較好的地層中； 洞口位置處于較好的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)處，便于施工場(chǎng)地的布設(shè)； 寒冷地區(qū)，隧道宜設(shè)在多年凍土上限和多年積雪線標(biāo)高以下，以保持施工和運(yùn)營(yíng)安全； 隧道條件應(yīng)考慮施工期限和施工技術(shù)條件； 考慮遠(yuǎn)景規(guī)劃，在不多增加工程造價(jià)的情況下，宜盡可能的把標(biāo)高降低一些。 越嶺方案的選擇以選擇越嶺埡口為重點(diǎn)，從而解決越嶺埡口、隧道高程和兩側(cè)展線這三個(gè)既相互聯(lián)系又相互制約的問(wèn)題。4、傍山隧道選址為改善線形，提高車速，縮短里程，節(jié)省時(shí)間，常修建傍山隧道。 傍山隧道一般埋藏較淺，容易造成各種病害；山坡亦常有滑

17、坡，松散堆積，泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，地質(zhì)情況較為復(fù)雜。 選擇傍山隧道時(shí)應(yīng)注意： （1）傍山隧道的洞身覆蓋厚度問(wèn)題。為保持山體穩(wěn)定和避免偏壓產(chǎn)生，隧道位置宜往山體內(nèi)側(cè)靠-寧里勿外 傍山隧道最小覆蓋層厚度 t(m) 圍巖類別最小覆蓋層厚度(m)單線雙線4679710101511201630 （2）要考慮河岸沖刷對(duì)山體和洞身穩(wěn)定的影響，如圖所示。 （3）應(yīng)考慮施工便道設(shè)置和既有公路的位置，應(yīng)注意既有公路邊坡的可能坍塌和施工便道對(duì)洞身穩(wěn)定的影響。如圖所示。 （4）線路沿山繞行應(yīng)與直穿山體的隧道方案進(jìn)行比較。河岸受沖刷對(duì)洞身位置影響示意圖 道路對(duì)洞身穩(wěn)定的影響示意圖 5、不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇 研究

18、地質(zhì)條件的重要性：不論是沿河（溪）線還是越嶺線，地質(zhì)條件對(duì)隧道位置的選擇往往起決定性作用。好的地層，對(duì)施工和營(yíng)運(yùn)均有利，亦可節(jié)省投資；對(duì)巖性不好的地層、斷層破碎帶、含水層等不良地段應(yīng)避免穿越。若不能繞避而必須通過(guò)時(shí)，應(yīng)采取可靠的工程處理措施，以確保隧道施工及營(yíng)運(yùn)安全。 常見(jiàn)不良地質(zhì)條件有滑坡、崩坍、松散堆積、泥石流、巖溶及含鹽、含煤、地下水發(fā)育等地質(zhì)條件。(1)、滑坡、錯(cuò)落 滑坡、錯(cuò)落對(duì)隧道的危害很大，在隧道通過(guò)滑坡地區(qū)時(shí)，必須查明滑坡類型范圍、深度、滑動(dòng)方向等。一般應(yīng)避開滑坡體或錯(cuò)動(dòng)體，或在可能滑動(dòng)面以下一定深度通過(guò)。如圖所示。 (2)、松散堆積層 堆積層常處在暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)。一旦擾動(dòng)，穩(wěn)定即

19、會(huì)喪失而造成崩坍。在這種地質(zhì)條件下隧道應(yīng)避開不穩(wěn)定、松散的堆積層，使洞身處于基巖中，并具有足夠的安全厚度。如圖甲的位置上。 滑坡地區(qū)隧道位置選擇示意圖 松散堆積層中隧道位置選擇示意圖 (3)、泥石流 隧道通過(guò)泥石流地段時(shí)，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況考慮泥石流溝的改道和最大下切深度，確保洞口和洞身的安全。隧道洞頂距基巖面或最大下切面要有一定的覆蓋厚度，如圖 (b)乙的位置，隧道洞口應(yīng)避開泥石流溝及泥石流可能擴(kuò)展的范圍。有困難時(shí)，可修建一段明洞，使泥石流在明洞頂通過(guò)。 隧道通過(guò)泥石流時(shí)的位置選擇示意圖 6、隧道洞口位置的選擇 洞口位置選擇好壞，將直接影響隧道施工、造價(jià)、工期和運(yùn)營(yíng)安全。選擇時(shí)要結(jié)合洞口的地形，

20、地質(zhì)條件、施工、運(yùn)營(yíng)條件以及洞口的相關(guān)工程（橋涵、通風(fēng)設(shè)施等）綜合考慮。 （1）洞口部分在地質(zhì)上通常是不穩(wěn)定的。一般應(yīng)設(shè)在山體穩(wěn)定，地質(zhì)條件好，排水有利的地方。隧道宜長(zhǎng)不宜短，應(yīng)“早進(jìn)洞，晚出洞”，盡量避免大挖大刷，破壞山體穩(wěn)定。（2）洞口不宜設(shè)在溝谷低洼處和匯水溝處，一般宜將洞口移到溝谷地質(zhì)條件較好的一側(cè)有足夠?qū)挾鹊纳阶焯?，如圖中的B線。（3）當(dāng)洞口處為懸崖陡壁時(shí)，根據(jù)地質(zhì)情況采用貼壁（見(jiàn)圖）或采用接長(zhǎng)明洞的辦法，將洞口堆到坍方范圍以外35m處，見(jiàn)圖 溝谷附近洞口平面位置示意圖貼壁進(jìn)洞時(shí)洞口縱斷面示意圖陡壁下接長(zhǎng)明洞縱斷面示意圖緩坡洞口縱斷面示意圖(4)洞口地形平緩時(shí)，一般也應(yīng)早進(jìn)洞晚出洞。

21、這時(shí)洞口位置選擇余地較大，應(yīng)結(jié)合洞外路塹、填方、棄渣場(chǎng)地、工期等具體確定(見(jiàn)圖)。需要時(shí)可接長(zhǎng)明洞，以確保施工和運(yùn)營(yíng)安全。 (5)考慮洞口邊仰坡不致開挖過(guò)高和洞口段襯砌結(jié)構(gòu)受力，洞口位置宜與地形等高線大體上正交見(jiàn)圖(a)。道路隧道一般不宜設(shè)計(jì)斜交洞門，見(jiàn)圖(b)。若為斜交時(shí)，應(yīng)盡可能加大斜交角度（一般不小于450），或采取工程措施，以降低垂直等高線方向的開挖高度。 正交洞門平面示意圖 斜交洞門平面示意圖 (6)長(zhǎng)大隧道在洞門附近應(yīng)考慮施工場(chǎng)地、棄渣場(chǎng)等的位置。 (7)洞口附近有居民點(diǎn)時(shí)，考慮提前進(jìn)洞，盡可能減少附近地上構(gòu)筑物，地下埋設(shè)物與隧道的相互影響，及減少對(duì)環(huán)境（農(nóng)業(yè)、交通、居民生活）的影

22、響。 (8)洞口路肩應(yīng)高出設(shè)計(jì)洪水位（包括浪高）以上0.5m，以免洪水浸入隧道。 (9)考慮通風(fēng)設(shè)備排出的廢氣和噪聲對(duì)周圍環(huán)境的影響程度和解決辦法。 (10)考慮設(shè)置防雪工程、防風(fēng)工程和防路面凍害工程的必要性。 總之，隧道洞口和洞身是不可分的整體，在位置選擇時(shí)不能顧此失彼，應(yīng)該同樣的重視?？偨Y(jié)：隧道選址的基本原則： 1、隧道長(zhǎng)度最短； 2、隧道兩側(cè)展線良好（出洞后利于線路的延伸銜接，利于路基施工）； 3、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件良好。3.2 隧道幾何設(shè)計(jì)隧道主體建筑物附屬建筑物洞門洞身襯砌洞口地段接長(zhǎng)的明洞(據(jù)地形地質(zhì)情況需要)通風(fēng)、照明、防排水安全設(shè)備、電力、通信設(shè)備等 1、隧道的平面設(shè)計(jì) (

23、1)、隧道平面是指隧道中心線在水平面上的投影。隧道是線路的組成部分，線形也應(yīng)滿足公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定； (2)、任務(wù)：決定隧道的平面位置，選定洞口位置及洞內(nèi)各種地下管線埋設(shè)位置；(3)、基本要求： 原則上采用直線，避免曲線 ； 隧道平面線形以采用直線或大半徑曲線為好，并應(yīng)考慮行駛安全，隧道全長(zhǎng)較短、施工容易等，在洞口不應(yīng)使用小半徑的引線與隧道銜接； 一座隧道內(nèi)最好不設(shè)一個(gè)以上的曲線，尤其是避免反曲線； 當(dāng)必須設(shè)置兩條曲線時(shí)，兩曲線之間應(yīng)有足夠長(zhǎng)的夾直線。(4)、曲線隧道的不利因素： 行車視距問(wèn)題； 加寬斷面問(wèn)題，造成變截面隧道，施工難度大； 曲線隧道內(nèi)裝修復(fù)雜； 增加通風(fēng)阻抗，對(duì)自然通風(fēng)不利；

24、 2、隧道縱斷面設(shè)計(jì) 隧道縱斷面是指沿隧道中心線展開的垂直面上的投影 (1)、縱坡類型： 人字坡隧道 上行單坡隧道 下行單坡隧道(2)、控制隧道縱坡大小的主要因素 通風(fēng)問(wèn)題 排水問(wèn)題下行單坡隧道 人字坡隧道 (3)、縱坡坡度大小及其影響 隧道縱坡坡度范圍：0.3%-3%； 縱坡坡度與通風(fēng)的關(guān)系，要求1%以下，大于2%，排量迅速增加； 與排水的關(guān)系，縱坡越大水流越快； 縱坡坡度與施工運(yùn)營(yíng)的關(guān)系，采用大豎曲線半徑和豎曲線長(zhǎng)度； 綜合通風(fēng)和排水考慮，縱坡為不防礙排水的緩坡為宜。3、隧道凈空斷面橫斷面設(shè)計(jì) 下圖所示斷面形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)圍巖壓力求得最經(jīng)濟(jì)值 專用公路 一般公路W一行車道寬度； S一行車道

25、兩側(cè)路緣帶寬度； C一余寬，當(dāng)計(jì)算行車速變100kmh時(shí)為0.50m，計(jì)算行車速度100kmh時(shí)為0.25m； H凈高，汽車專用公路、一般二級(jí)公路為5m，三、四級(jí)公路為4.5m; E建筑限界頂角寬度，當(dāng)L1m時(shí)， E=L；當(dāng)L1m時(shí)， E= 1m； L一側(cè)向?qū)挾?，高速公路、一?jí)公路短隧道，其側(cè)向?qū)挾纫巳∮猜芳鐚挾?；R一人行道寬度;J一檢修道寬度。(1)、隧道凈空：指隧道襯砌的內(nèi)輪廓線所包圍的空間，包括通風(fēng)、照明、消防、通訊等設(shè)備所占空間；(2)、隧道建筑限界：是為保證隧道內(nèi)各種交通的正常運(yùn)行與安全而規(guī)定在一定寬度和高度范圍內(nèi)不得有任何障礙物的空間限界 ；(3)、隧道行車限界：保證隧道中行車安全

26、，在一定高度和寬度范圍內(nèi)任何物體不得 侵入的限界；(4)、墻效應(yīng)：隧道邊墻給駕駛員造成危險(xiǎn)的心理影響，行車偏左減少行車道； (5)、加寬帶：大于2公里隧道，設(shè)緊急停車帶，寬2.5m，長(zhǎng)2540米，間隔750米；大于10公里隧道設(shè)U型回車道； (6)、凈高：一般高速公路、一級(jí)公路5米，二級(jí)以下公路4.5米； (7)、建筑限界頂角寬：小于等于1米； (8)、兩相鄰隧道最小間距問(wèn)題：兩相鄰隧道最小凈距 視圍巖類別，斷面尺寸、施工方法、爆破震動(dòng)影響等因素確定。 兩相鄰隧道最小間距一般情況可按下表的規(guī)定選用。從理論上說(shuō)，兩相鄰隧道應(yīng)分別置于圍巖壓力相互影響及施工影響范圍之外。因此還需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通過(guò)工程類比

27、分析確定。公路道路勘測(cè)規(guī)程（JTJ06385）規(guī)定：“一般為30m”。 兩相鄰隧道最小間距 公路隧道橫斷面示意圖（尺寸單位：m） 4、隧道接線 (1)、隧道洞口的連接線平面及斷面線形應(yīng)與隧道線形相配合，應(yīng)保證有足夠的視距和行駛安全； (2)、隧道兩端平面線形與路線線形相一致，必須有一定的連接線長(zhǎng)度過(guò)渡(其規(guī)定如表所示)； (3)、隧道兩端的接線縱坡應(yīng)有一段距離與隧道縱坡保持一致，以滿足設(shè)置豎曲線和保證各級(jí)公路停車或會(huì)車視距的要求； (4)、當(dāng)隧道凈寬大于所在公路的路基寬度時(shí)，兩端接線應(yīng)有不短于50m的同隧道等寬的加寬段，并設(shè)計(jì)過(guò)渡段加以銜接。 3.3 襯砌內(nèi)輪廓線及幾何尺寸擬定 什么是隧道襯砌

28、 (Lining)？它是一種超靜定支護(hù)結(jié)構(gòu)，是隧道的主體建筑物1、襯砌斷面設(shè)計(jì)：主要解決內(nèi)輪廓線，軸線和厚度三個(gè)問(wèn)題。(1)、內(nèi)輪廓線 設(shè)計(jì)原則:襯砌的內(nèi)輪廓線應(yīng)盡可能地接近建筑限界，力求開挖和襯砌的數(shù)量最小。襯砌內(nèi)表面力求平順，還應(yīng)考慮襯砌施工的簡(jiǎn)便。(2)、隧道襯砌斷面的軸線：應(yīng)當(dāng)盡量與斷面壓力曲線重合，使各截面主要承受壓應(yīng)力。 、當(dāng)襯砌受徑向分布的水壓時(shí)，軸線以圓形最好； 、主要承受豎向壓力或同時(shí)承受不大的水平側(cè)壓力時(shí)，可采用三心圓拱和直墻式襯砌； 、當(dāng)承受豎向壓力和較大側(cè)壓力時(shí)，宜采用五心圓曲墻式襯砌； 、當(dāng)有沉陷可能和受底壓力時(shí)，宜加設(shè)仰拱的曲墻式襯砌。(3)、隧道襯砌厚度：隨所處地

29、質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件不同而有較大變化，并且與隧道的跨徑，荷載大小，襯砌材料以及施工條件等有關(guān)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，拱圈可以采取等截面，也可采取在拱腳部分加厚2050的變截面。仰拱厚度一般略小于拱頂厚度。 截面最小厚度（cm ） 5、襯砌斷面：(1)、襯砌斷面的形狀(主要有) 直墻式圓弧拱； 三心圓拱； 單圓拱。(2)、襯砌斷面的輪廓線 襯砌內(nèi)輪廓線： 襯砌外輪廓線： 實(shí)際開挖線：隧道斷面輪廓線 6、公路隧道襯砌內(nèi)輪廓線的求法 (1)確定建筑限界； (2)確定弧形； (3)計(jì)算驗(yàn)證、調(diào)整。即：初步擬定尺寸計(jì)算內(nèi)力檢算強(qiáng)度(安全量)結(jié)束滿足否 初步擬定結(jié)構(gòu)形狀和尺寸可采用經(jīng)驗(yàn)類比法，考察的因素有： (1

30、)、內(nèi)輪廓選定凈空形狀 原則：緊貼限界，襯砌表面平順圓滑。 (2)、結(jié)構(gòu)軸線抽象出進(jìn)行計(jì)算的幾何形狀 隧道襯砌是一種受壓結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的軸線盡可能的符合荷載作用下的壓力線。 (3)、截面厚度檢算強(qiáng)度 要求設(shè)計(jì)的截面厚度具有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)襯砌的最小厚度應(yīng)滿足施工要求。3.4 道路隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)文件的內(nèi)容和組成 道路隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)的成果是相應(yīng)的設(shè)計(jì)文件，應(yīng)按交通部頒發(fā)的公路基本建設(shè)工程設(shè)計(jì)文件編制辦法和公路隧道勘測(cè)規(guī)程的要求進(jìn)行。 定測(cè)結(jié)束后應(yīng)提出隧道勘測(cè)說(shuō)明書，其內(nèi)容如下： 1、沿線隧道概況及自然概況； 2、工程地質(zhì)(包括地震烈度資料)及水文地質(zhì)情況； 3、氣象、環(huán)境和有關(guān)政策法令情況； 4、施工條件

31、； 5、隧道方案(2個(gè)或2個(gè)以上)的比選情況和在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)； 6、對(duì)運(yùn)營(yíng)通風(fēng)、運(yùn)營(yíng)照明和防排水方式的選擇建議； 7、存在問(wèn)題及解決辦法的建議，有關(guān)協(xié)議、紀(jì)要等； 8、隧道線路方案平面圖； 9、隧道線路地質(zhì)平面圖，圖中應(yīng)繪出推薦方案。 10、隧道縱斷面圖； 11、隧道洞口地形平面圖； 12、洞口縱、橫斷面圖； 13、輔助坑道及運(yùn)營(yíng)通風(fēng)道工程所需地形，縱橫斷面圖 14、明洞縱橫斷面圖： 對(duì)于長(zhǎng)大隧道(2000m以上)和地質(zhì)復(fù)雜的隧道等，還應(yīng)分工點(diǎn)編寫隧道工點(diǎn)說(shuō)明。主要內(nèi)容是： 1、隧道位置的選定情況和選定洞口的意見(jiàn)； 2、地形、地貌、植被情況以及地質(zhì)、水文地質(zhì)簡(jiǎn)況； 3、洞身、洞口的特殊問(wèn)

32、題，以及有關(guān)工程的處理措施和意見(jiàn)； 4、場(chǎng)地布置、便道引入、棄渣處理及利用情況和意見(jiàn) 5、輔助坑道和運(yùn)營(yíng)通風(fēng)的選定和設(shè)置意見(jiàn)； 施工設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)； 較長(zhǎng)隧道的施工圖設(shè)計(jì)一般應(yīng)包括： 1、隧道平面圖； 2、隧道縱斷面圖； 3、隧道進(jìn)口(出口)縱橫斷面圖； 4、隧道進(jìn)口(出口)平面圖； 5、隧道進(jìn)口(出口)洞門圖； 6、隧道襯砌設(shè)計(jì)圖； 7、輔助坑道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。 8、運(yùn)營(yíng)通風(fēng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。 9、運(yùn)營(yíng)照明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。 10、監(jiān)控與管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。 11、附屬建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。 在整個(gè)施工圖設(shè)計(jì)文件中應(yīng)有隧道設(shè)計(jì)說(shuō)明書。對(duì)隧道概況(路線、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、氣象、環(huán)境等)、設(shè)計(jì)意

33、圖及原則、施工方法及注意事項(xiàng)等作概括說(shuō)明。中小隧道的設(shè)計(jì)內(nèi)容酌減。4 隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造4.1 洞身襯砌4.2 洞門4.3 明洞4.4 豎井、斜井4.5 內(nèi)裝、頂棚及路面4.6 隧道的放水與排水隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造主體構(gòu)造物附屬構(gòu)造物洞身襯砌洞門構(gòu)造物洞身襯砌洞身襯砌的平、縱、橫斷面的形狀由道路隧道的幾何設(shè)計(jì)確定 襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌計(jì)算決定 明洞通風(fēng)照明排水、消防、通訊等4.1 洞身襯砌一、襯砌結(jié)構(gòu)的類型：1、防護(hù)襯砌（飾面襯砌） 作用 適用范圍2、直墻式襯砌 適用場(chǎng)合： 拱部形狀： 坦三心圓拱(r1 r2) 或尖三心圓拱 (r20.750.750.550.550.350.350.15 90 為

34、優(yōu)質(zhì)； 75 RQD 90 為良好； 50 RQD 75 為好； 25 RQD 50 為差； RQD 25 為很差 圍巖的自穩(wěn)時(shí)間 ：隧道開挖后，圍巖通常都有一段暫時(shí)穩(wěn)定的時(shí)間，不同的地質(zhì)環(huán)境，自穩(wěn)時(shí)間是不同的，勞費(fèi)(H.Lauffer)認(rèn)為隧道圍巖的自穩(wěn)時(shí)間ts可用下式表示： ts=常數(shù)L(1a) 式中： L 隧道未支護(hù)地段的長(zhǎng)度；a 視圍巖情況在01之間變化，好的巖體可取 a =0;極差的 a=1 勞費(fèi)（H.Lauffer）根據(jù)圍巖的自穩(wěn)時(shí)間和未支護(hù)地段的長(zhǎng)度，將圍巖分為： 穩(wěn)定的、易掉塊的、極易掉塊的、破碎的、很破碎的、有壓力的、有很大壓力的七級(jí) 復(fù)合指標(biāo)是一種用兩個(gè)或兩個(gè)以上的巖性指標(biāo)

35、或綜合巖性指標(biāo)所表示的復(fù)合性指標(biāo)。具有代表性的復(fù)合指標(biāo)分級(jí)，是巴頓N.Barton 等人提出的巖體質(zhì)量Q指標(biāo)，即： Q （ RQD/ Jh）( Jr/Ja)( Jw / SRF) RQD:巖石質(zhì)量指標(biāo); Jh:節(jié)理組數(shù)目，巖體愈破碎，Jh取值愈大; Jr:節(jié)理粗糙度，節(jié)理愈光滑，Jr取值愈小; Ja:節(jié)理蝕變值，蝕變愈嚴(yán)重，Ja取值愈大， Jw:節(jié)理含水折減系數(shù)，節(jié)理滲水量愈大，水壓愈高，Jw取值愈小， SRF:應(yīng)力折減系數(shù)，圍巖初始應(yīng)力愈高，SRF取值愈大 指標(biāo)的選擇 首先選擇對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性有重大影響的因素指標(biāo)； 選擇測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)單、人為因素小、科學(xué)性強(qiáng)的定量指標(biāo)； 選擇指標(biāo)要有一定的綜合性

36、。2、隧道圍巖分級(jí)的方法 現(xiàn)行的許多圍巖分類方法中，作為分類的基本要素大致有三大類： 第I類：與巖性有關(guān)的要素。其分類指標(biāo)是采用巖石強(qiáng)度和變形性質(zhì)等：如巖石的單軸抗壓強(qiáng)度、變形模量或彈性波速等。 第II類：與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的要素。其分類指標(biāo)采用諸如巖石的質(zhì)量指標(biāo)、地質(zhì)因素平分法等，這些指標(biāo)實(shí)質(zhì)上是對(duì)巖體完整性或結(jié)構(gòu)狀態(tài)的評(píng)價(jià)。這類指標(biāo)在劃分圍巖的級(jí)別中一般占有重要地位； 第類：與地下水有關(guān)的要素。 目前國(guó)內(nèi)外圍巖的分類方法，考慮上述三大基本要素，按其性質(zhì)主要分為如下幾種： 以巖石強(qiáng)度或巖石的物理指標(biāo)為代表的分類方法： 按巖石強(qiáng)度為單一巖性指標(biāo)的分級(jí)法 :具有代表性是我國(guó)解放前或解放后初期的土石分

37、類法，即把巖石分為堅(jiān)石、次堅(jiān)石、松石及土； 以巖石的物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的分級(jí)方法：具有代表意義的是我國(guó)工程界廣泛采用的巖石堅(jiān)固系數(shù)值分級(jí)法； 優(yōu)點(diǎn)： 指標(biāo)單一，使用方便； 缺點(diǎn)：不能全面反映巖體固有的性態(tài)。 以巖體構(gòu)造、巖性特征為代表的分級(jí)方法： 這類分類法以泰沙基分類法為代表 這類分類法是在早期提出的，限于當(dāng)時(shí)的條件，僅把不同巖性、不同構(gòu)造條件對(duì)圍巖分類，這類分類法曾長(zhǎng)期被各國(guó)采用，至今仍有廣泛的影響。 以巖體綜合物性為指標(biāo)的分類法 60年代我國(guó)提出了以巖體綜合物性指標(biāo)為基礎(chǔ)的“巖體綜合分類法”。 優(yōu)點(diǎn)： 正確的考慮了地質(zhì)構(gòu)造特征、風(fēng)化狀況、地下水情況等多因素對(duì)圍巖的影響。 缺點(diǎn)：分級(jí)指標(biāo)缺乏定

38、量描述。 以地質(zhì)勘探手段相聯(lián)系的分類方法： 按彈性波（縱波）速度的分類方法 圍巖彈性波速度是判斷巖性、巖體結(jié)構(gòu)的綜合指標(biāo)，它既可反映巖石軟硬，又可表達(dá)巖體結(jié)構(gòu)的破碎程度。1970年前后，日本提出按圍巖彈性波速度進(jìn)行分類，我國(guó)從1986年起，也開始將圍巖彈性波（縱波）速度引入我國(guó)圍巖分類法中。 以巖石質(zhì)量為指標(biāo)的分類方法R.Q.D.方法 優(yōu)點(diǎn)：考慮了多種因素的影響，但分級(jí)指標(biāo)大體上是半定量的。 缺點(diǎn)：分級(jí)的判斷還帶有一定的主觀性。 組合多種因素的分類方法 比較完善的是1974年挪威地質(zhì)學(xué)家巴頓等人提出的“巖體質(zhì)量Q”的分類方法。巖體質(zhì)量值Q實(shí)質(zhì)上是巖塊尺寸、抗剪強(qiáng)度和作用力復(fù)合指標(biāo)，根據(jù)不同的Q

39、值，可將巖體進(jìn)行分類。 以工程對(duì)象為代表的分類法： 優(yōu)點(diǎn)：目的明確，使用方便，能夠指導(dǎo)施工； 缺點(diǎn)：分級(jí)指標(biāo)以定性描述為主，人為因素較大。 縱上所述，圍巖的分類方法有以下幾方面的發(fā)展趨勢(shì)： 分類應(yīng)主要以巖體為對(duì)象。 分類宜與地質(zhì)勘探手段有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)； 分類要有明確的工程對(duì)象和工程目的。 分類宜逐漸定量化。 值得注意的是，近年國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者提出采用模糊數(shù)學(xué)分類；根據(jù)坑道周邊量測(cè)的收斂值分類；采用人工智能專家系統(tǒng)分類等建議，這些設(shè)想都將使圍巖分類方法日趨完善。圍巖分級(jí)的分階段實(shí)施，是因?yàn)閲鷰r分級(jí)除了取決于地質(zhì)條件外，還和工程規(guī)模、形狀、施工工藝等技術(shù)條件有關(guān)。不同階段的地質(zhì)勘察、試驗(yàn)研究、工作順

40、序可用右圖所示的框圖來(lái)表示。3、我國(guó)公路隧道圍巖分級(jí) 公路隧道圍巖分級(jí)的出發(fā)點(diǎn) 強(qiáng)調(diào)巖體的地質(zhì)特征的完整性和穩(wěn)定性，避免單一的巖石強(qiáng)度指標(biāo)分級(jí)的方法； 分級(jí)指標(biāo)應(yīng)采用定性和定量指標(biāo)相結(jié)合的方式； 明確工程目的和內(nèi)容，并提出相應(yīng)的措施； 分級(jí)應(yīng)簡(jiǎn)明，便于使用； 考慮吸收其它圍巖分級(jí)優(yōu)點(diǎn)，并盡量和我國(guó)其它工程分級(jí)一致。 考慮分級(jí)的指標(biāo)和因素 巖體的結(jié)構(gòu)特征與完整狀態(tài) 巖體的結(jié)構(gòu)特征與完整狀態(tài)是評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定程度最直接、最重要的指標(biāo) 巖石強(qiáng)度 將巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖按巖性、物理力學(xué)參數(shù)、耐風(fēng)化能力和作為建筑材料的要求劃分為硬質(zhì)巖石及軟質(zhì)巖石二級(jí)，依飽和抗壓極限強(qiáng)度Rb與工程的關(guān)系分為四種，其標(biāo)準(zhǔn)及代

41、表性巖石見(jiàn)表 地下水 在公路隧道圍巖的分級(jí)中，遇有地下水時(shí)，一般的處理采用降級(jí)的方法 整體的硬質(zhì)巖石中，一般的地下水對(duì)其穩(wěn)定性影響不大，不考慮降級(jí)； 塊狀硬質(zhì)巖和整體軟質(zhì)巖中，地下水將影響其穩(wěn)定性，產(chǎn)生局部坍塌，或軟化軟弱結(jié)構(gòu)面，圍巖分級(jí)時(shí)一般可酌情降低1級(jí)； 碎石狀松散結(jié)構(gòu)的巖體中，裂隙中有泥質(zhì)充填物，地下水對(duì)穩(wěn)定性影響很大，可根據(jù)地下水的性質(zhì)、水量、滲流條件、動(dòng)水和靜水壓力等情況，判斷其對(duì)圍巖的危害程度，可降低12級(jí)； 強(qiáng)烈的斷裂帶，或軟塑性粘土和潮濕的粉細(xì)砂，分類時(shí)已考慮了一般含水地質(zhì)情況的影響 ，不再降級(jí)。對(duì)于特殊含水地層如已達(dá)到飽和狀態(tài)或具有較大的承壓水時(shí)，需另作處理。 公路隧道圍巖

42、分級(jí) 根據(jù)以上對(duì)分級(jí)因素和指標(biāo)的分析，公路隧道圍巖分級(jí)將圍巖分為六級(jí) ，見(jiàn)表； R.Q.D、巖體彈性波（縱波）速度、巖體完整性系數(shù)的分類法。 隧道施工圍巖分級(jí) 施工階段圍巖判定具有直接性、可靠性、重要性的特征。 評(píng)定因素采用圍巖堅(jiān)硬程度、圍巖完整性程度、和地下水狀態(tài)三項(xiàng)因素，細(xì)分為十三個(gè)子因素， 即313評(píng)定： 在三個(gè)因素中，最困難的是圍巖完整性程度的評(píng)定，研究的重點(diǎn)是如何根據(jù)掌子面的地質(zhì)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)圍巖的完整程度。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)外施工階段圍巖分級(jí)的調(diào)查，應(yīng)采用多種方法對(duì)圍巖完整程度進(jìn)行分級(jí)，采用定性和定量相結(jié)合的方法，如可采用下圖的指標(biāo) ：5.2 圍巖壓力的確定 1、圍巖壓力的概念 圍巖壓力：是指引

43、起地下開挖空間周圍巖體和支護(hù)變形或破壞的作用力。它包括由地應(yīng)力引起的圍巖應(yīng)力以及圍巖變形受阻而作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的作用力。從狹義上來(lái)理解，圍巖壓力是指圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力。在工程中一般研究狹義的圍巖壓力。 圍巖壓力按作用力發(fā)生的形態(tài)，一般可分為如下幾種類型： 松散壓力：是指由于開挖而松動(dòng)或坍塌的巖體以重力形式直接作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力。常通過(guò)下列三種情況發(fā)生： 在整體穩(wěn)定的巖體中，可能出現(xiàn)個(gè)別松動(dòng)掉塊的巖石； 在松散軟弱的巖體中，坑道頂部和兩側(cè)片幫冒落； 在節(jié)理發(fā)育的裂隙巖體中，圍巖某些部位沿弱面發(fā)生剪切破壞或拉壞等局部塌落。 形變壓力：是指由于圍巖變形受到與之密貼的支護(hù)如錨噴支護(hù)等的抑制

44、，而使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同變形過(guò)程中，圍巖對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的接觸壓力。形變壓力除與圍巖應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)外，還與支護(hù)時(shí)間和支護(hù)剛度有關(guān)。 膨脹壓力：是指由于圍巖吸水而膨脹崩解所引起的壓力。它與形變壓力的基本區(qū)別在于它是由吸水膨脹引起的。 沖擊壓力：是指圍巖中積累了大量的彈性變性能之后，由于隧道的開挖，圍巖的約束被解除，能量突然釋放所產(chǎn)生的壓力。 沖擊壓力是巖體能量的積累與釋放問(wèn)題，所以它與彈性模量直接相關(guān)。彈性模量較大的巖體，在高地應(yīng)力作用下，易于積累大量的彈性變形能，一旦遇到適宜條件，就會(huì)突然猛烈的大量釋放。2、圍巖松散壓力的產(chǎn)生 開挖隧道所引起的圍巖松動(dòng)和破壞的范圍有大有小，對(duì)于一般裂隙巖體中的深埋

45、隧道，其波及范圍僅局限在隧道周圍一定深度，作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的圍巖松散壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其上覆巖層自重所造成的壓力，這可用圍巖的“成拱作用”來(lái)解釋。下面以水平巖層中開挖一個(gè)矩形坑道，來(lái)說(shuō)明坑道開挖后圍巖由形變到坍塌成拱的整個(gè)變形過(guò)程。 成拱過(guò)程： 隧道開挖后，在圍巖應(yīng)力重分布過(guò)程中，頂板開始沉陷，并出現(xiàn)拉斷裂紋，可視為變形階段； 頂板的裂紋繼續(xù)發(fā)展并且張開，由于結(jié)構(gòu)面切割等原因，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗蓜?dòng)，可視為松動(dòng)階段； 頂板巖體視其強(qiáng)度的不同而逐步坍塌，可視為坍塌階段； 頂板塌落停止，達(dá)到新的平衡，此時(shí)其界面形成一近似的拱形，可視為成拱階段。 自然拱的范圍的大小除受上述的圍巖地質(zhì)條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)架設(shè)時(shí)間、剛度以

46、及它與圍巖的接觸狀態(tài)外，還取決于以下諸因素： 隧道的形狀和尺寸：隧道拱圈越平坦，跨度越大，則自然拱越高，圍巖的松散壓力也越大； 隧道的埋深：實(shí)踐證明，只有當(dāng)隧道埋深超過(guò)某一臨界值時(shí)，才有可能形成自然拱。習(xí)慣上稱這種隧道為深埋隧道，否則為淺埋隧道。 施工因素：如爆破所產(chǎn)生的震動(dòng)，常常是引起塌方的重要原因之一，造成圍巖壓力過(guò)大，又如分部開挖多次擾動(dòng)圍巖，也會(huì)引起圍巖失穩(wěn)，加大自然拱范圍。3、圍巖壓力的確定方法 圍巖壓力的確定目前常用有下列三種方法： 直接量測(cè)法： 是一種切合實(shí)際的方法，對(duì)隧道工程而言，也是研究發(fā)展的方向；但由于受量測(cè)設(shè)備和技術(shù)水平的制約，目前還不能普遍常用。 經(jīng)驗(yàn)法或工程類比法：

47、是根據(jù)大量以前工程的實(shí)際資料的統(tǒng)計(jì)和總結(jié)，按不同圍巖分級(jí)提出圍巖壓力的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，作為后建隧道工程確定圍巖壓力的依據(jù)的方法。是目前使用較多的方法。 理論估算法：是在實(shí)踐的基礎(chǔ)上從理論上研究圍巖壓力的方法。由于地質(zhì)條件的不確定性，影響圍巖壓力的因素又非常多，這些因素本身及它們之間的組合也帶有一定的偶然性，企圖建立一種完善的和適合各種實(shí)際情況的通用圍巖壓力理論及計(jì)算方法是困難的。 在理論計(jì)算方法中，考慮幾個(gè)主要因素，使其結(jié)果相對(duì)地接近實(shí)際圍巖壓力的情況，是目前隧道工程設(shè)計(jì)中采用較多的方法。 深埋隧道圍巖壓力的確定(工程類比法) 圍巖豎向勻布?jí)毫按下式計(jì)算： q = 0.45 2s-1 (kN/m2

48、) 式中：S圍巖級(jí)別，如屬II級(jí)，則S2； 圍巖容重， (kN/m2)； 1+ i(B-5)寬度影響系數(shù)； B隧道寬度，（m）； i 以B5m為基準(zhǔn)，B每增減1m時(shí)的圍巖壓力增減率。 當(dāng)B 5m,取i 0.1。 適用條件為： H/B 1.7， 式中H 為隧道高度； 深埋隧道； 不產(chǎn)生顯著偏壓力及膨脹力的一般隧道； 采用鉆爆法施工的隧道。 鐵路新規(guī)范：qh，h=0.411.79S 這是全國(guó)1046座鐵路隧道得出的經(jīng)驗(yàn)公式，其中S新規(guī)范圍巖的分級(jí)。 圍巖的水平勻布?jí)毫 的確定，按下表中經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算 圍巖級(jí)別I、IIIIIIVVVI水平勻布?jí)毫?2b；k安全系數(shù)2-3。砂漿錨桿的承載力： 加固裂隙

49、圍巖：若在隧道頂部出現(xiàn)裂隙，為防止進(jìn)一步擴(kuò)展危及頂部巖體穩(wěn)定，可采用預(yù)應(yīng)力錨桿加固。 支護(hù)塊狀圍巖：圍巖塌落總是從危石開始，可能形成連鎖反應(yīng)。 假設(shè)裂隙受到預(yù)加力T和水平方向壓力P，則裂隙法向力和抗滑力分別為： 是裂隙面內(nèi)摩察角，沿裂隙面的下滑力必須滿足的條件：2、噴混凝土支護(hù)結(jié)構(gòu) 噴射砼(干噴)是將水泥、砂子、石子、速凝劑按一定的比例均勻的攪拌后送入噴射機(jī)，借助壓縮空氣將干混合料通過(guò)管道壓送到噴頭與高壓水混合，以很高的速度噴射到巖壁表面凝結(jié)而成的砼。它是通過(guò)局部穩(wěn)定圍巖和整體穩(wěn)定圍巖起支護(hù)作用。 噴射砼的作用 充填裂隙加固圍巖； 找平，封閉圍巖表面防止風(fēng)化； 噴砼與圍巖組成共同承載結(jié)構(gòu)。 局

50、部穩(wěn)定原理 危石除用錨桿支護(hù)外，也可用噴射混凝土層支護(hù)。在危石重力作用下混凝土噴層可能出現(xiàn)沖切破壞和撕裂破壞。 抗沖切計(jì)算 噴層厚度必須滿足： 其中： 為噴射混凝土抗拉強(qiáng)度（理論上應(yīng)是抗剪強(qiáng)度，因抗剪強(qiáng)度較大，計(jì)算不安全）；u為危石底面周長(zhǎng)，k是安全系數(shù)35。 抗撕裂計(jì)算 其中： 是噴層和巖石之間的計(jì)算粘結(jié)強(qiáng)度。為此，需求出危石自重作用下在噴層與巖石之間的拉應(yīng)力q的大小，利用彈性半地基上的半無(wú)限長(zhǎng)梁公式： ； 其中 ；K巖體彈性系數(shù)；E是混凝土彈性模量。當(dāng)x=0端點(diǎn)時(shí)，有最大值： 整體穩(wěn)定原理 噴混凝土層與圍巖體表面緊密粘結(jié)、咬合、使洞室表面巖體形成較平順的整體，依靠結(jié)合面處的抗拉、抗壓、抗剪

51、能力，與巖體密貼組成“組合結(jié)構(gòu)”或“整體結(jié)構(gòu)物”共同工作。 3、錨噴聯(lián)合支護(hù) 、錨噴聯(lián)合支護(hù)修建隧道的基本概念 錨桿是深層加固圍巖，噴射混凝土是表層及局部加固圍巖錨噴支護(hù)不單純是一種施工方法，而且是一種指導(dǎo)原則和思路 圍巖是隧道穩(wěn)定的基本部分，盡量維護(hù)圍巖體的強(qiáng)度特性 支護(hù)結(jié)構(gòu)要薄而具有柔性，并與圍巖密貼，使因產(chǎn)生彎矩而破壞的可能性達(dá)到最小，當(dāng)需要增加支護(hù)襯砌強(qiáng)度時(shí)，宜采用錨桿、鋼筋網(wǎng)以及鋼支撐等加固，而不宜大幅度增加噴層或襯砌厚度。 設(shè)計(jì)施工中要正確估計(jì)圍巖特性及其隨時(shí)間的變化，以便采取最合適的支護(hù)措施和支護(hù)時(shí)間。 支護(hù)與圍巖共同作用的力學(xué)原理 錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的力學(xué)原理：采用的是圍巖體和柔

52、性支護(hù)共同變形的彈塑性理論。 彈塑性理論的基本概念：基于材料試驗(yàn)彈塑性曲線 對(duì)于圓形隧道，作如下假定： 圍巖為均質(zhì)、各向同性的連續(xù)彈塑性體； 初始應(yīng)力為自重應(yīng)力場(chǎng)； 隧道視為無(wú)限體中的孔洞問(wèn)題； 采用莫爾-庫(kù)侖(Mohr-Coulomb)準(zhǔn)則為塑性屈服判據(jù)。 均質(zhì)圍巖中圓形隧道的彈性解 均質(zhì)圍巖中圓形隧道的塑性解 基本方程： 邊界條件： 塑性解： 彈性區(qū)與塑性區(qū)邊界上的連續(xù)條件 當(dāng)r=R時(shí)， 塑性區(qū)半徑與支護(hù)抗力的關(guān)系 由洞周位移計(jì)算圍巖壓力 彈性區(qū)引起的應(yīng)力增量： 圍巖引起的徑向應(yīng)變： 由以上關(guān)系得： 彈塑性邊界上的徑向位移： 據(jù)彈性區(qū)應(yīng)力和摩爾庫(kù)侖關(guān)系得： 變形過(guò)程中假設(shè)塑性區(qū)體積不變：

53、用洞周位移 表達(dá)的圍巖壓力 圍巖支護(hù)特性曲線 錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算 初期支護(hù)（外拱）設(shè)計(jì)與計(jì)算初選噴層厚度t，可按照經(jīng)驗(yàn)公式：t=0.017r0， r0是隧道半徑確定錨桿直徑、長(zhǎng)度和間距噴層支護(hù)抗力：承載環(huán)內(nèi)巖體的抗力：錨桿的抗力：其它支護(hù)提供的抗力：總支護(hù)抗力： 二次支護(hù)（內(nèi)拱）設(shè)計(jì)與計(jì)算內(nèi)拱的承載力常是一種安全儲(chǔ)備，安全系數(shù) 內(nèi)拱承載力： K=1.52.0 內(nèi)拱厚度：(4) 隧道圍巖位移量的容許值 影響隧道周邊最終位移量的因素 巖體的物理力學(xué)性質(zhì) 原始地應(yīng)力大小 開挖方式（全斷面開挖小） 掘進(jìn)速度（速度越快位移越?。?支護(hù)時(shí)機(jī) 支護(hù)方式 隧道周邊容許位移量的確定原則 城市地下隧道的下沉量

54、盡量小，一般不能超過(guò)510毫米； 淺埋山嶺隧道容許位移量可以大些，一般小于30毫米； 深埋隧道洞周的位移不致引起有害松動(dòng)為原則，一般30毫米左右； 埋深圍巖300mIV0.100.300.20.500.401.20III0.150.500.401.200.802.0II0.200.800.601.601.03.0相對(duì)位移值指實(shí)測(cè)位移值與兩測(cè)點(diǎn)距離之比；脆性圍巖取小值，塑性圍巖取大值；I、V、VI類圍巖可按工程類比選定容許值范圍；表中數(shù)據(jù)可在施工中做調(diào)整； 一些容許位移量控制標(biāo)準(zhǔn) 我國(guó)公路隧道施工技術(shù)規(guī)范JTJ042-94規(guī)定容許位移； 法國(guó)工業(yè)部規(guī)定地下工程拱頂處圍巖最大容許位移量 隧道埋深/

55、m硬質(zhì)巖/cm塑性地層/cm10501225505002610205006122040 國(guó)外隧道工程師根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)數(shù)據(jù)大小制定的危險(xiǎn)警戒標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)標(biāo) 準(zhǔn)措施三級(jí)警戒任一點(diǎn)位移大于10mm報(bào)告管理人員二級(jí)警戒兩相鄰測(cè)點(diǎn)位移均大于15mm或任一測(cè)點(diǎn)位移速度超過(guò)15mm/月口頭報(bào)告，召開會(huì)議，寫書面報(bào)告及建議一級(jí)警戒位移大于15mm，且多處測(cè)點(diǎn)位移均在加速主管工程師立即現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，召開現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議，研究應(yīng)急措施 二次襯砌支護(hù)時(shí)間選擇原則 各測(cè)試項(xiàng)目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定； 已產(chǎn)生的各項(xiàng)位移已達(dá)預(yù)計(jì)總位移量的80%90%； 周邊位移速率小于0.10.2mm/d，或拱頂下沉速率小于 0.070.15m

56、m/d7.3 錨噴支護(hù)施工原則 實(shí)施錨噴支護(hù)施工原則，是為了達(dá)到技術(shù)上可靠和經(jīng)濟(jì)上合理的目的 1、采取各種措施，確保圍巖不出現(xiàn)有害松動(dòng) 洞形及側(cè)壓系數(shù)的選擇問(wèn)題，即在洞室的布置和造型上應(yīng)適應(yīng)原巖應(yīng)力狀態(tài)和巖體的地質(zhì)、力學(xué)特征，盡量爭(zhēng)取一個(gè)較好的受力條件。 采用控制爆破技術(shù)：減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)強(qiáng)度 減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)次數(shù)：盡可能采用全斷面一次開挖 初期支護(hù)及時(shí)快速：及時(shí)是抑制圍巖變形的有害發(fā)展 合理利用開挖面空間效應(yīng)抑制圍巖變形 開挖面的“空間效應(yīng)”，是指洞室在掘進(jìn)過(guò)程中，由于受到開挖面的約束，使開挖面附近的圍巖不能立即釋放其全部位移，這種現(xiàn)象稱為開挖面的“空間效應(yīng)” 盡量減少其他外界因素（水、潮）

57、對(duì)圍巖的影響：對(duì)有地下水的裂隙巖體，要防止大的滲透壓力 2、使圍巖變形適度發(fā)展，合理利用圍巖自承能力 初期支護(hù)采用分次施作的方法 初期支護(hù)必須保證圍巖達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，其作用主要是在有控制的條件下實(shí)現(xiàn)“卸壓”。 二次支護(hù)主要是提高支護(hù)的安全度，其作用主要是限制變形過(guò)量，使圍巖進(jìn)入穩(wěn)定。 調(diào)節(jié)支護(hù)封底時(shí)間，控制圍巖變形 適當(dāng)延遲支護(hù)時(shí)間，控制圍巖變形 原則上，我們可以通過(guò)延遲支護(hù)時(shí)間來(lái)控制圍巖變形，不過(guò)這個(gè)時(shí)機(jī)很難掌握，因此，常常不宜采取這種方法。3、保證錨噴支護(hù)與圍巖形成共同體 施工方法和施工措施上保證 列入施工質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng)目(噴層與巖石的粘結(jié)力、錨桿的錨固力)4、選擇合理支護(hù)類型和參數(shù)，并充分發(fā)揮其功效 綜合考慮各種因素確定支護(hù)類型(圍巖地質(zhì)特點(diǎn)、工程斷面大小和使用條件要求等) 一般情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮選用噴混凝土支護(hù)或錨噴聯(lián)合支護(hù)