隧道工程第隧道工程章-勘測(cè)設(shè)計(jì)

1、第二章 隧道工程的勘測(cè)設(shè)計(jì) 2.1 隧道的工程調(diào)查 2.2 隧道的位置選擇 2.3 隧道線路設(shè)計(jì)隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG 2.4 隧道橫斷面設(shè)計(jì) 2.5 隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)文件的內(nèi)容和組成 文獻(xiàn)資料收集主要指地形地貌、鄰近工程、氣象、水文及區(qū)域性地質(zhì)、用地及環(huán)境、災(zāi)害等資料，目的是規(guī)劃線路和編制以后的調(diào)查計(jì)劃。收集資料應(yīng)以擬建隧道為中軸,取較大范圍調(diào)查。 2.1 隧道的工程調(diào)查 工程實(shí)踐中必須重視地質(zhì)條件對(duì)隧道工程的影響，避免盲目設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)與修建的隧道與環(huán)境能夠和諧共處。 2.1.1 既有文獻(xiàn)資料收集 地形地貌資料地質(zhì)資料工程資料氣象資料用地及環(huán)境資料災(zāi)害資料文獻(xiàn)資料收

2、集指地形圖、航空照片和遙感與遙測(cè)資料。 地質(zhì)圖、說明書。鄰近隧道及其他土建工程所記錄的工程地質(zhì)水文地質(zhì)資料。 氣溫、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向、降水、 等 。工程、施工及臨時(shí)用地。自然環(huán)境文物古跡、自然保護(hù)區(qū)、居民環(huán)境等。 暴雨雪、臺(tái)風(fēng)、地震、滑坡等發(fā)生的規(guī)模、頻度。 隧道調(diào)查分施工前和施工中兩階段。 2.1.2 地形、地質(zhì)調(diào)查1. 施工前各階段的地形與地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容 分可行性研究勘察、初步勘察和詳細(xì)勘察三個(gè)階段，主要調(diào)查內(nèi)容： 1)工程地質(zhì)特征 2)水文地質(zhì)特征 3)不良地質(zhì)和特殊地質(zhì)現(xiàn)象 4）地震烈度 5) 有害氣體或有害礦體的2.施工中工程地質(zhì)調(diào)查應(yīng)完成的任務(wù) 1) 根據(jù)監(jiān)測(cè)資料，分析判定揭露的圍巖

3、級(jí)別； 2) 采用超前地震波反射、聲波反射、地質(zhì)雷達(dá)等物理手段，或采用超前鉆孔、平行導(dǎo)坑、試驗(yàn)坑道等進(jìn)行超前探測(cè)，及時(shí)預(yù)報(bào)解決施工中遇到的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)問題； 3) 為驗(yàn)證和修改（變更）設(shè)計(jì)及調(diào)整施工方案提供依據(jù)。3.施工前三階段勘察的目標(biāo)內(nèi)容 (1)可行性研究勘察 分為預(yù)可行性研究和工程可行性研究。預(yù)可行性研究勘察-收集和研究既有的文獻(xiàn)資料工程可行性研究中分析資料，并做地面踏勘。 (2)初步勘察內(nèi)容為選擇隧道位置，初步確定圍巖級(jí)別。可使用1/250001/10000的地形圖在隧道中線兩側(cè)5002000m的范圍進(jìn)行調(diào)查的情況隨時(shí)標(biāo)記在地形圖上，并記入野外記錄本 (3) 詳細(xì)勘察 內(nèi)容：巖性

4、、地質(zhì)構(gòu)造、地表水及地下水、地下資源等。方法：地球物理勘探（簡(jiǎn)稱物探）和化學(xué)勘探（簡(jiǎn)稱化探）、鉆探、微型攝影儀放人鉆孔內(nèi)、遙感 (4)水文勘察 涌水，將惡化隧道圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致施工困難，增大工程造價(jià)；枯水，造成隧道周邊工業(yè)、農(nóng)業(yè)和飲水困難。4.詳細(xì)勘察應(yīng)提供的資料 1) 概況 2) 地形地質(zhì)概況及巖石種類 3) 各種相關(guān)的圖紙 4) 設(shè)計(jì)施工注意的問題及下步調(diào)查的建議。 降雨降雪氣溫、地溫風(fēng)向、風(fēng)速霧雪崩、風(fēng)吹雪洪水年降雨量、月平均降雨量、日最大降雨量、小時(shí)最大降雨量。最大降雪日、最大積雪量、積雪期、最大日降雪量、雪密度、雪溫。年平均氣溫、絕對(duì)最高最低氣溫、日溫差；凍結(jié)期、凍結(jié)深度、多年凍土

5、深度，水溫。頻率分布(年間、月間、日間)。降霧天數(shù)和程度（能見度)。場(chǎng)所、規(guī)模、頻度、時(shí)期、種類。洪水量、水位、時(shí)期。氣象調(diào)查內(nèi)容 2.1.3 氣象調(diào)查 (1)自然環(huán)境調(diào)查 地表水、地下水，植被、礦產(chǎn)資源以及動(dòng)植物生態(tài)等自然環(huán)境狀況。 (2) 社會(huì)環(huán)境調(diào)查 使用情況、農(nóng)田、水利設(shè)施、建筑物、地下管線情況等。 (3) 生活環(huán)境調(diào)查 噪聲、振動(dòng)、污水及廢氣排放、地面下沉等對(duì)生態(tài)環(huán)境、地面建筑物的影響。 2.1.4 工程環(huán)境調(diào)查 (4) 施工條件調(diào)查 施工便道、施工場(chǎng)地、棄渣場(chǎng)地、供水、供電、通訊條件和建筑材料的來(lái)源、品質(zhì)、數(shù)量等以及其他可能影響施工的因素。 (5) 工程環(huán)境評(píng)價(jià)報(bào)告 應(yīng)按照國(guó)家有關(guān)

6、規(guī)定，在工程設(shè)計(jì)或施工中，要采取相應(yīng)的措施，力求滿足環(huán)境保護(hù)的要求，防止環(huán)境破壞。 2.2 隧道位置選擇 山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)根據(jù)地形條件有：繞行方案、路塹方案和隧道方案等。 1) 綜合比選，提出推薦方案。地質(zhì)條件很差時(shí)，特長(zhǎng)隧道的位置應(yīng)控制路線走向；中、短隧道可服從路線走向。 2) 根據(jù)公路等級(jí)和設(shè)計(jì)速度確定車道數(shù)和建筑限界。 3) 確定附屬設(shè)施。通風(fēng)、照明、交通監(jiān)控等 4) 采取必要措施，避免相互影響。當(dāng)隧道與相鄰建筑物互有影響時(shí)，應(yīng)在設(shè)計(jì)與施工中采取必要的措施。 隧道位置選擇包括洞身位置和洞口位置的選擇。 1按地形條件選擇隧道位置 2.2.1 隧道洞身位置選擇 公路隧道是克服地形障礙的有效手

7、段，(1)高程障礙 (2)平面障礙.克服地形障礙主要有繞行方案、深塹方案及隧道方案。 2按線路條件選擇隧道位置 (1) 越嶺隧道位置選擇 有利的地形 較好的埡口 合理的埋深 (2) 沿河傍山隧道 常采用隧道群或橋隧群解決。（1）向山側(cè)內(nèi)移；（2）足夠的覆蓋層厚度；（3）設(shè)置護(hù)坡和支擋結(jié)構(gòu)。 在河道窄、沖刷力強(qiáng)的地段，還應(yīng)注意水流沖刷對(duì)山體和洞身穩(wěn)定的影響。如果橋隧相連，應(yīng)預(yù)先考慮施工中的相互干擾及洞口邊坡的穩(wěn)定問題。沿河傍山路線，究竟采用長(zhǎng)大隧道、短隧道群或橋隧群中的哪種方案，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。 (3) 不良地質(zhì)地段隧道 應(yīng)盡量使洞身位于地質(zhì)結(jié)構(gòu)單一完整的地層中。 1) 崩塌 懸崖陡壁地區(qū)，

8、日久風(fēng)化、產(chǎn)生張開節(jié)理和裂隙而致，不要把隧道置于地表不厚的傍山位置。崩塌發(fā)展過程a)崩塌初期 b)形成崩坍c)崩坍繼續(xù)發(fā)展 2) 滑坡、錯(cuò)落 斜坡巖土體沿著連續(xù)貫通的破壞面向下滑動(dòng)的過程與現(xiàn)象稱為滑坡。選擇隧道位置時(shí)，應(yīng)盡可能避開滑坡地段。 3) 泥石流 泥石流是發(fā)生在山區(qū)的一種含有大量泥砂、石塊的特殊洪流，順山溝或狹谷流淌而下、來(lái)勢(shì)兇猛，破壞力極大。泥石流的形成條件地形條件：陡峭的山區(qū)，溝床縱坡大，典型的泥石流溝上游多為三面環(huán)山,一面出口的漏斗狀地形。地質(zhì)條件：地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、巖石風(fēng)化破碎、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍、崩塌滑坡多發(fā)的地段。氣象水文條件：水既是泥石流的重要組成部分，也是泥石流活動(dòng)的基本動(dòng)力和

9、觸發(fā)條件。我國(guó)泥石流的水源主要是暴雨、長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)降雨等。 應(yīng)避免把隧道放在沖積扇范圍以內(nèi)，以免堵塞隧道洞口，或建明洞，使泥石流在明洞頂通過。 4) 流砂 流砂是一種土的活動(dòng)和作用，又稱流土，或稱土的液化。土發(fā)生流砂時(shí)呈懸浮狀態(tài)，失去承載力。 修建在該土體上的隧道，地基可能發(fā)生沉陷、失穩(wěn)而破壞。隧道一般應(yīng)避開流砂地段，無(wú)法避開時(shí)，應(yīng)選擇其范圍最小且相對(duì)穩(wěn)定地段，并以短距離通過，還應(yīng)提出合理可行的工程處理措施，以保證施工和洞身安全。 5) 溶洞、土洞 選擇隧道位置時(shí)，應(yīng)力求避免或要有足夠的安全距離。 6) 瓦斯 選擇隧道位置時(shí)，最好能避開。不得已時(shí)，應(yīng)切實(shí)加強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)。(中梁山隧道瓦斯解決方案)

10、 7) 危巖、落石 采用接長(zhǎng)明洞的方法。 成渝高速公路中梁山隧道, 通過二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，瓦斯平均含量30m3/t，最大相對(duì)涌出量達(dá)181.09m3/t，最大絕對(duì)涌出量50m3/min ,瓦斯壓力4MPa。采取的主要措施是：設(shè)置瓦斯自動(dòng)報(bào)警裝置、采用安全防爆器材爆破，超前鉆孔、導(dǎo)坑掘進(jìn)釋放瓦斯，嚴(yán)格監(jiān)測(cè)，強(qiáng)化巷道式通風(fēng)以降低瓦斯?jié)舛?，使得瓦斯含量降到允許值以下，防止瓦斯爆炸。 1洞口位置選擇的原則 2.2.2 隧道洞口位置選定 (1)綜合考慮洞口地形、地質(zhì)條件、洞外有關(guān)工程及施工條件、營(yíng)運(yùn)要求和周圍環(huán)境保護(hù)。 (2)洞口邊坡、仰坡頂面及其周圍，應(yīng)根據(jù)情況設(shè)置排水溝及截水溝，并和路基排水系統(tǒng)綜合

11、考慮布置。 (3)隧道洞門應(yīng)與隧道軸線正交或成大角。 （4）“早進(jìn)晚出”的原則。 2洞口位置選擇的具體要求 (1) 隧道洞口的邊坡及仰坡穩(wěn)定。 圖2-3 貼壁進(jìn)洞時(shí)洞口縱斷面示意圖 18152018152520252015高度（m）1:1.51:1.251:1.251:11:0.751:0.751:0.51:0.51:0.3貼壁邊、仰坡坡率圍巖分級(jí)表2-1 隧道洞口邊、仰坡的控制高度注:設(shè)計(jì)開挖高度系從路基邊緣算起。 (3) 不宜切削原山坡。 圖2-4 懸崖陡壁下接長(zhǎng)明洞示意圖 (4) 不宜設(shè)在溝谷低洼匯水處。 接長(zhǎng)明洞(2) 地質(zhì)條件較好、地下水不太豐富及排水有利。 圖2-5 溝谷低洼附近洞

12、口平面位置示意圖 (5) 隧道軸線與地形等高線正交。（圖2-6所示） 圖2-6 隧道洞口軸線與地形關(guān)系1-坡面正交型 2-坡面斜交型 3-坡面平行型 4-山脊突出部進(jìn)入型 5-溝谷部進(jìn)入型 BA (6) 早進(jìn)洞晚出洞。 (7) 合理布置施工場(chǎng)地。 (8) 避免相互影響，保護(hù)環(huán)境。 (9) 避免洪水侵入隧道。 2.3 隧道線路設(shè)計(jì) 2.3.1 隧道線路平面設(shè)計(jì) 隧道平面是指隧道中心線在水平面上的投影,隧道的平面線形設(shè)計(jì)要按公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。線路越直越好，原則上采用直線避免曲線。必須設(shè)置曲線時(shí)，不宜采用設(shè)超高的平曲線，且不應(yīng)采用設(shè)加寬的平曲線。 設(shè)置平曲線時(shí)會(huì)遇到小半徑曲線和超高，采

13、用小半徑曲線將會(huì)出現(xiàn)以下三個(gè)問題： 一是產(chǎn)生視距問題； 二是增加隧道內(nèi)噪聲和振動(dòng)； 三為了確保行車安全，必須限制行車速度。確保視距 超高：為了防止車輛外傾覆或被拋出，需要使曲線路面提高。超高加寬路面加寬路面不能滿足要求時(shí)，可采用小凈距隧道或連拱隧道形式。4.0B3.5B2.5B2.0B1.5B1.0B最小凈距（m）圍巖級(jí)別 表2-5 分離式獨(dú)立雙洞的最小凈距注：B 為隧道開挖斷面的寬度分離式獨(dú)立雙洞的最小凈距。 2.3.2 隧道線路縱斷面設(shè)計(jì) 最大縱坡與最小縱坡 公路隧道的基本坡道形式有單坡和人字坡兩種 (見圖2-7)。 隧道縱斷面是隧道中心線展開后在垂直面上的投影。 圖2-7 坡道形式a)

14、單坡 b) 人字坡a)b) 采用人字坡的隧道，施工時(shí)隧道兩端的出碴與排水都有利，但通風(fēng)較差，設(shè)置豎井。 隧道內(nèi)的縱坡變更處均應(yīng)設(shè)置豎曲線，并盡量選用大值，以利于通視和通風(fēng)。(1)注視點(diǎn):把開始注視的點(diǎn)稱為注視點(diǎn).(2)注視時(shí)間:從注視點(diǎn)到安全視距點(diǎn)所需的時(shí)間稱為注視時(shí)間。 公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D70-2004）規(guī)定洞外連接線的平曲線可根據(jù)設(shè)計(jì)速度來(lái)確定，規(guī)定3s設(shè)計(jì)速度行駛長(zhǎng)度范圍的平曲線應(yīng)與洞內(nèi)一致。同時(shí)還作了以下規(guī)定： (1) 隧道洞口內(nèi)外各3s設(shè)計(jì)速度行程長(zhǎng)度范圍的縱面線形應(yīng)一致，有條件時(shí)宜取5s設(shè)計(jì)速度行程； 2.3.3 隧道線路接線 隧道洞口連接線的平面及縱斷面線形應(yīng)與隧道線形

15、相協(xié)調(diào)，確保有足夠的視距和行駛安全。隧道兩端洞口連接線的縱坡應(yīng)有一段距離與隧道縱坡保持一致。 （2）當(dāng)隧道建筑限界寬度大于所在公路的建筑限界寬度時(shí)，兩端連接線應(yīng)有不短于50m的、同隧道等寬的路基加寬段；當(dāng)隧道建筑限界寬度小于所在公路的建筑限界寬度時(shí)，兩端連接線的路基寬度仍按公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其建筑限界寬度應(yīng)設(shè)有4s設(shè)計(jì)速度行程的過渡段與隧道洞口銜接，以保持隧道洞口內(nèi)外橫斷面順適過渡； （3）長(zhǎng)、特長(zhǎng)的雙洞隧道，宜在洞口外合適位置設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道，以方便車輛調(diào)頭。設(shè)計(jì)速度行程的長(zhǎng)度如表2-7所示。表2-7 設(shè)計(jì)速度形成長(zhǎng)度284255831111391675S22334467891111334S1725

16、335067831003S行程長(zhǎng)度2030406080100120設(shè)計(jì)速度/（km/h）（單位：m） 近年來(lái)，在山區(qū)高速公路建設(shè)中，遇到一些距離很近的短隧道群，對(duì)于這種情況，可視為長(zhǎng)隧道，其平、縱線形指標(biāo)按長(zhǎng)隧道考慮。 隧道內(nèi)的路肩寬度與一般道路相比要縮小很多，需要進(jìn)行平滑過渡，應(yīng)在適當(dāng)?shù)木嚯x內(nèi)收縮，使汽車進(jìn)出隧道時(shí)順利。所以，通常根據(jù)設(shè)計(jì)車速設(shè)計(jì)成1/251/50的楔形過渡段，在這個(gè)收縮過渡段中，一般應(yīng)當(dāng)由路緣石、護(hù)欄、路面標(biāo)志線以及其他洞口附近的構(gòu)造物等。 2.4 隧道橫斷面設(shè)計(jì) 2.4.1 隧道凈空與限界 隧道凈空指隧道襯砌內(nèi)輪廓線所包圍的空間,包括隧道建筑限界、通風(fēng)、照明及其他所需面積

17、。 “隧道建筑限界”是為了保證隧道內(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范圍。也就是說“隧道建筑限界”是指建筑物（包括襯砌、通風(fēng)管道等）不能侵入的一種限界。 公路隧道建筑限界（圖2-8）由行車道寬度(W)、左側(cè)向?qū)挾?、右?cè)向?qū)挾?L)、余寬(C)、人行道寬度(R)或檢修道寬度(J)等組成。相應(yīng)基本寬度的數(shù)值規(guī)定可參見表2-8。 為了消除或減少隧道邊墻給駕駛員帶來(lái)恐之沖撞的心理效應(yīng)（“側(cè)墻效應(yīng)”），保證一定車速的安全通行，應(yīng)在行車道兩側(cè)設(shè)置一定的寬度的側(cè)向?qū)挾然蛴鄬?。圖2-8 公路隧道建筑限界 (單位：cm)H-建筑限界高度 W-行車道寬度；LL-左側(cè)向?qū)?/p>

18、度 LR-右側(cè)向?qū)挾?C-余寬 J -檢修道寬度 R-人行道寬度 h-檢修道或人行道的高度 EL-建筑限界左頂角寬度，EL= LL ER-建筑限界右頂角寬度，當(dāng)LR=1m時(shí)，ER=1mREELLLLRJ或R250W250400H400ChCi %J或R 建筑限界置于隧道內(nèi)輪廓內(nèi)的情況見圖2-9。圖2-9 隧道建筑限界的基本情況 （單位：cm）起拱線hhLL水平鉛垂鉛垂E隧道中線（路面中線）鉛垂平行于路面垂直于路面水平水平垂直于路面垂直于路面垂直于路面LR25075E建筑限界50075250RLW/2（水平）（水平）i %W/2圖2-10 緊急停車帶的建筑限界、寬度和長(zhǎng)度 (單位：cm)a）寬度

19、構(gòu)成及建筑限界 b）長(zhǎng)度a）135緊急停車帶RRLLLJ或RJ或R400250CEELC350i%h400HW2503000500500350過度段有效長(zhǎng)度過度段側(cè)向?qū)挾萣）緊急停車帶橫通道圖2-11 橫通道的斷面建筑限界（單位：cm）a）人行橫通道 b）車行橫通道b)752540025254002525500a）250200分人行橫通道和車行橫通道 2.4.2 曲線隧道凈空加寬 當(dāng)隧道位于平面曲線半徑等于或小于250m地段時(shí)，應(yīng)在曲線內(nèi)側(cè)加寬。雙車道路面的加寬值規(guī)定如表2-9；單車道路面加寬按表列數(shù)值的二分之一采用。 2.4.3 隧道襯砌輪廓線的擬定主要解決內(nèi)輪廓線、軸線和截面厚度三個(gè)問題。

20、 襯砌的內(nèi)輪廓線應(yīng)盡可能地接近建筑限界，而且使襯砌內(nèi)表面圓順，不留凌角。 襯砌斷面的軸線應(yīng)當(dāng)盡量與斷面壓力軸線重合，使各截面主要承受壓力作用而無(wú)拉力作用。（1）當(dāng)襯砌承受徑向分布的靜水壓力時(shí)，以圓形最理想；（2）當(dāng)襯砌主要承受豎向荷載和不大的水平側(cè)壓力時(shí)，結(jié)構(gòu)軸線上部宜采用圓弧形或尖拱形，下部則做成直墻式襯砌；（3）當(dāng)承受豎向荷載和較大側(cè)壓力時(shí)，宜采用五心圓曲墻式襯砌。當(dāng)有底鼓壓力時(shí)，則結(jié)構(gòu)底部應(yīng)施筑仰拱為宜。圖2-12 隧道斷面輪廓線 隧 道 中 心 線隧道內(nèi)輪線軸線實(shí)際開挖線外輪廓線超挖-欠挖寧波角洞岙隧道外輪廓線軸線內(nèi)輪廓線圖2-13 兩車道隧道標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)輪廓斷面a) 標(biāo)準(zhǔn)斷面 b) 緊急停車帶斷面圖2-14 三車道隧道標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)輪廓斷面a) 標(biāo)準(zhǔn)斷面 b) 緊急停車帶斷面100km/h的標(biāo)準(zhǔn)斷面1、三心圓拱2、仰拱與邊墻采用小圓弧連接3、起拱線高度164.5100km/h的緊急停車帶標(biāo)準(zhǔn)斷面 2.5 隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)文件的內(nèi)容和組成 根據(jù)交通部頒發(fā)的公路工程基本建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件編制辦法和公路隧道勘測(cè)規(guī)程的要求，將公路隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)的成果編制成相應(yīng)的文件。 2.5.1 定測(cè)階段有關(guān)資料 1.定測(cè)說明書 2.分類說明書 按測(cè)量、地質(zhì)勘察和其他各種調(diào)查三項(xiàng)分別說明。 3.隧道洞外控制測(cè)量、地質(zhì)勘察成果說明書 4需要完成和