《隧道工程 第3版》 课件 第2章 勘测设计

『第二章▎隧道工程的勘测设计『2.1▎隧道的工程调查『2.2▎隧道的位置选择『2.3▎隧道线路设计隧道工程SUIDAOGONGCHENG『2.4▎隧道横断面设计『2.5▎隧道勘测设计文件的内容和组成2文献资料收集主要指地形地貌、邻近工程、气象、水文及区域性地质、用地及环境、灾害等资料，目的是规划线路和编制以后的调查计划。收集资料应以拟建隧道为中轴,取较大范围调查。『2.1▎隧道的工程调查工程实践中必须重视地质条件对隧道工程的影响，避免盲目设计，使设计与修建的隧道与环境能够和谐共处。『2.1.1▎既有文献资料收集

地形地貌资料地质资料工程资料气象资料用地及环境资料灾害资料文献资料收集指地形图、航空照片和遥感与遥测资料。地质图、说明书。邻近隧道及其他土建工程所记录的工程地质水文地质资料。气温、气压、风速、风向、降水、……等。工程、施工及临时用地。自然环境文物古迹、自然保护区、居民环境等。暴雨雪、台风、地震、滑坡等发生的规模、频度。隧道调查分施工前和施工中两阶段。『2.1.2▎地形、地质调查1.施工前各阶段的地形与地质调查内容分可行性研究勘察、初步勘察和详细勘察三个阶段，主要调查内容：1)工程地质特征

2)水文地质特征

3)不良地质和特殊地质现象

4）地震烈度5)

有害气体或有害矿体的2.施工中工程地质调查应完成的任务

1)

根据监测资料，分析判定揭露的围岩级别；

2)

采用超前地震波反射、声波反射、地质雷达等物理手段，或采用超前钻孔、平行导坑、试验坑道等进行超前探测，及时预报解决施工中遇到的工程地质和水文地质问题；

3)

为验证和修改（变更）设计及调整施工方案提供依据。3.施工前三阶段勘察的目标内容

(1)可行性研究勘察

分为预可行性研究和工程可行性研究。预可行性研究勘察－－收集和研究既有的文献资料工程可行性研究中－－分析资料，并做地面踏勘。

(2)初步勘察内容为选择隧道位置，初步确定围岩级别。可使用1/25000～1/10000的地形图在隧道中线两侧500～2000m的范围进行调查的情况随时标记在地形图上，并记入野外记录本

(3)详细勘察

内容：岩性、地质构造、地表水及地下水、地下资源等。方法：地球物理勘探（简称物探）和化学勘探（简称化探）、钻探、遥感探测。

(4)水文勘察

涌水，将恶化隧道围岩稳定状态，导致施工困难，增大工程造价。枯水，造成隧道周边工业、农业和饮水困难。4.详细勘察应提供的资料

1)概况2)地形地质概况及岩石种类

3)各种相关的图纸4)设计施工注意的问题及下步调查的建议。

降雨降雪气温、地温风向、风速雾雪崩、风吹雪洪水年降雨量、月平均降雨量、日最大降雨量、小时最大降雨量。最大降雪日、最大积雪量、积雪期、最大日降雪量、雪密度、雪温。年平均气温、绝对最高最低气温、日温差；冻结期、冻结深度、多年冻土深度，水温。频率分布(年间、月间、日间)。降雾天数和程度（能见度)。场所、规模、频度、时期、种类。洪水量、水位、时期。气象调查内容『2.1.3▎气象调查

(1)自然环境调查地表水、地下水，植被、矿产资源以及动植物生态等自然环境状况。

(2)社会环境调查使用情况、农田、水利设施、建筑物、地下管线情况等。

(3)生活环境调查噪声、振动、污水及废气排放、地面下沉等对生态环境、地面建筑物的影响。『2.1.4▎工程环境调查

广州地铁隧道遭钻机刺穿行使列车被砸2012年10月13日，地铁三号线北延段区间隧道地铁隧道被钻机刺穿，钻管砸烂刚好驶过的列车玻璃，泥浆水如注流向铁轨。

(4)施工条件调查施工便道、施工场地、弃渣场地、供水、供电、通讯条件和建筑材料的来源、品质、数量等以及其他可能影响施工的因素。

(5)工程环境评价报告应按照国家有关规定，在工程设计或施工中，要采取相应的措施，力求满足环境保护的要求，防止环境破坏。『2.2▎隧道位置选择山区公路线形设计根据地形条件有：绕行方案、路堑方案和隧道方案等。

1)

综合比选，提出推荐方案。地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向；中、短隧道可服从路线走向。

2)根据公路等级和设计速度确定车道数和建筑限界。

3)

确定附属设施。通风、照明、交通监控等4)

采取必要措施，避免相互影响。当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。隧道位置选择包括洞身位置和洞口位置的选择。

1．按地形条件选择隧道位置『2.2.1▎隧道洞身位置选择

公路隧道是克服地形障碍的有效手段，(1)高程障碍(2)平面障碍.克服地形障碍主要有绕行方案、深堑方案及隧道方案。

2．按线路条件选择隧道位置

(1)越岭隧道位置选择的两大要素

1）垭口的地形和地质条件的好坏和隧道的长短。因为二者关系到施工的难易、工期的长短和运营的安全等问题。2）垭口两侧沟谷引线工程大小、展线难易情况、线路顺直与否，也是方案综合比选的一个重要方面。

(2)沿河傍山隧道

傍山隧道的特点1)依山傍水修建时，施工中容易破坏山体平衡，造成各种病害。2）因是在山体表层范围内修建隧道，常常遇到崩塌、滑坡、错落、松散堆积及泥石流等不良地质现象，地质情况较为复杂。

3）埋深较浅，洞身覆盖薄、易产生不对称的偏压情况。4）水流湍急冲刷力强，对山坡稳定和隧道安全威胁较大。

(2)沿河傍山隧道

傍山隧道的位置选择要点（1）保证最小覆盖层厚（2）尽量内靠，隧道位置宜往山体内侧靠一些，有可能时，最好设在稳定的岩层中。（3）注意周围既有建筑对隧道稳定的影响。（4）尽可能“裁弯取直”

(3)不良地质地段隧道

应尽量使洞身位于地质结构单一完整的地层中。

1)崩塌悬崖陡壁地区，日久风化、产生张开节理和裂隙而致，不要把隧道置于地表不厚的傍山位置。崩塌发展过程a)崩塌初期

b)形成崩坍c)崩坍继续发展

2)滑坡、错落斜坡岩土体沿着连续贯通的破坏面向下滑动的过程与现象称为滑坡。选择隧道位置时，应尽可能避开滑坡地段。3)泥石流泥石流是发生在山区的一种含有大量泥砂、石块的特殊洪流，顺山沟或狭谷流淌而下、来势凶猛，破坏力极大。泥石流的形成条件地形条件：陡峭的山区，沟床纵坡大，典型的泥石流沟上游多为三面环山,一面出口的漏斗状地形。地质条件：地质构造复杂、岩石风化破碎、新构造运动活跃、崩塌滑坡多发的地段。气象水文条件：水既是泥石流的重要组成部分，也是泥石流活动的基本动力和触发条件。我国泥石流的水源主要是暴雨、长时间的连续降雨等。应避免把隧道洞口放在冲积扇范围以内，以免堵塞隧道洞口，或建明洞，使泥石流在明洞顶通过。

4)流砂流砂是一种土的活动和作用，又称流土，或称土的液化。土发生流砂时呈悬浮状态，失去承载力。修建在该土体上的隧道，地基可能发生沉陷、失稳而破坏。隧道一般应避开流砂地段，无法避开时，应选择其范围最小且相对稳定地段，并以短距离通过，还应提出合理可行的工程处理措施，以保证施工和洞身安全。

5)溶洞、土洞选择隧道位置时，应力求避免或要有足够的安全距离。

6)瓦斯选择隧道位置时，最好能避开。不得已时，应切实加强通风系统。(中梁山隧道瓦斯解决方案)

7)危岩、落石采用接长明洞的方法。成渝高速公路中梁山隧道,通过二叠系上统龙潭组，瓦斯平均含量30m3/t，最大相对涌出量达181.09m3/t，最大绝对涌出量50m3/min,瓦斯压力4MPa。采取的主要措施是：设置瓦斯自动报警装置、采用安全防爆器材爆破，超前钻孔、导坑掘进释放瓦斯，严格监测，强化巷道式通风以降低瓦斯浓度，使得瓦斯含量降到允许值以下，防止瓦斯爆炸。『2.2.2▎隧道洞口位置选定洞口是隧道勘测设计的重要环节之一。洞口位置选择好坏，将直接影响隧道施工、造价工期和运营安全。选择时要结合洞口的地形、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)综合考虑。1．洞口位置选择的原则总的原则：“早进晚出”的原则。

2．洞口位置选择的具体要求

(1)

隧道洞口的边坡及仰坡稳定。

(2)

地质条件较好、地下水不太丰富及排水有利。(3)不宜切削原山坡。(4)不宜设在沟谷低洼汇水处。

图2-3贴壁进洞时洞口纵断面示意图图2-4悬崖陡壁下接长明洞示意图接长明洞图2-5沟谷低洼附近洞口平面位置示意图(5)隧道轴线与地形等高线正交。（图2-6所示）

图2-6隧道洞口轴线与地形关系1-坡面正交型2-坡面斜交型3-坡面平行型4-山脊突出部进入型5-沟谷部进入型

BA(6)早进洞晚出洞。

(7)合理布置施工场地。(8)避免相互影响，保护环境。(9)避免洪水侵入隧道。

『2.3▎隧道线路设计『2.3.1▎隧道线路平面设计

隧道平面是指隧道中心线在水平面上的投影,隧道的平面线形设计要按《公路路线设计规范》的有关规定进行。线路越直越好，原则上采用直线避免曲线。必须设置曲线时，不宜采用设超高的平曲线，且不应采用设加宽的平曲线。设置平曲线时会遇到小半径曲线和超高，采用小半径曲线将会出现以下三个问题：

一是产生视距问题；

二是增加隧道内噪声和振动；

三为了确保行车安全，必须限制行车速度。超高：为了防止车辆外倾覆或被抛出，需要使曲线外侧路面提高。不能满足要求时，可采用小净距隧道或连拱隧道形式。4.0×B3.5×B2.5×B2.0×B1.5×B1.0×B最小净距（m）ⅥⅤⅣⅢⅡⅠ围岩级别

表2-5

分离式独立双洞的最小净距注：B为隧道开挖断面的宽度分离式独立双洞的最小净距。

图2-7坡道形式a)单坡b)人字坡a)b)『2.3.2▎隧道线路纵断面设计

公路隧道的基本坡道形式有单坡和人字坡两种(见图2-7)。

隧道纵断面是隧道中心线展开后在垂直面上的投影。采用单坡对通风有利，但坡度不要大于3％。采用人字坡的隧道，施工时隧道两端的出碴与排水都有利，但通风较差，设置竖井。

(1)注视点:开始注视的点.(2)注视时间:从注视点到安全视距点所需的时间。《规范》规定洞外连接线的平曲线可根据设计速度来确定，规定3s设计速度行驶长度范围的平曲线应与洞内一致。『2.3.3▎隧道线路接线

隧道洞口连接线的平面及纵断面线形应与隧道线形相协调，确保有足够的视距和行驶安全。隧道两端洞口连接线的纵坡应有一段距离与隧道纵坡保持一致。1.对于短隧道群，可视为长隧道，其平、纵线形指标按长隧道考虑。

2.隧道内的路肩宽度与一般道路相比要缩小很多，需要进行平滑过渡，应在适当的距离内收缩，使汽车进出隧道时顺利。3.通常根据设计车速设计成1/25～1/50的楔形过渡段，在这个收缩过渡段中，由路缘石、护栏、路面标志线等。『2.4▎隧道横断面设计『2.4.1▎隧道净空与限界

隧道净空：隧道衬砌内轮廓线所包围的空间，根据“隧道建筑限界”确定的。“隧道建筑限界”是为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围。为了消除或减少隧道边墙给驾驶员带来恐之冲撞的心理效应（“侧墙效应”），应在行车道两侧设置一定的宽度的侧向宽度或余宽。图2-8公路隧道建筑限界(单位：cm)H-建筑限界高度W-行车道宽度；LL-左侧向宽度LR-右侧向宽度C-余宽J-检修道宽度R-人行道宽度h-检修道或人行道的高度EL-建筑限界左顶角宽度，EL=LL

ER-建筑限界右顶角宽度，当LR=<1m时，ER=EL；当LR>1m时，ER=1mREELLLLRJ或R250W250400H400ChCi

%J或R建筑限界置于隧道内轮廓内的情况见图2-9。图2-9隧道建筑限界的基本情况（单位：cm）起拱线hhLL水平铅垂铅垂E隧道中线（路面中线）铅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紧急停车带

长、特长隧道应在行车方向的右侧设置紧急停车带

双向行车隧道，其紧急停车带应双侧交错设置。紧急停车带的宽度，包含右侧向宽度应取3.5m，长度应取40m，其中有效长度不得小于30m。紧急停车带的设置间距不宜大于750m。停车带的路面横坡，长隧道可取水平，特长隧道可取0.5%～1.0%或水平。紧急停车带建筑限界的构成如图2-10所示。布设检修道、人行道的隧道，可不设紧急停车带，但应按500m间距交错设置行人避车洞。图2-10紧急停车带的建筑限界、宽度和长度(单位：cm)a）宽度构成及建筑限界b）长度a）135°紧急停车带RRLLLJ或RJ或R400250CEELC350i%h400HW2503000500500350过度段有效长度过度段侧向宽度b）紧急停车带紧急停车带图2-11横通道的断面建筑限界（单位：cm）a）人行横通道b）车行横通道b)752540025254002525500a）250200横通道分离式隧道之间应设置横向通道，横通道分为人行横通道和车行横通道，并符合下列规定：『2.4.2▎曲线隧道净空加宽当隧道位于平面曲线半径等于或小于250m地段时，应在曲线内侧加宽。双车道路面的加宽值规定参照规范；单车道路面加宽按表列数值的二分之一采用。

人行横通道的设置间距可取250m，并≯500m。

车行横通道的设置间距可取750m，并≯1000m;

长1000~1500m的隧道宜设1处，中短隧道可不设。『2.4.3▎隧道衬砌轮廓线的拟定主要解决内轮廓线、轴线和截面厚度三个问题。设计步骤1.确定隧道类型及相应建筑限界2.根据围岩情况初步拟定截面厚度3.断面优化、强度检算设计目的1.满足限界要求2.满足受力要求3.材料最省设计注意事项隧道内轮廓必须符合隧道建筑净空限界1.内轮廓线应尽量减小洞室的体积2.采用的施工方法有利于隧道的稳定3.结构轴线应与地层应力相适应

经验表明：承受径向分布的静水压力时，圆形承受竖向荷载为主，圆弧形或尖拱形承受较大侧压力，曲墙式衬砌底鼓压力，应施筑仰拱图2-12隧道断面轮廓线

隧道中心线隧道内轮线轴线实际开挖线外轮廓线超挖-欠挖超挖宁波角洞岙隧道外轮廓线轴线内轮廓线图2-13两车道隧道标准内轮廓断面a)标准断面b)紧急停车带断面图2-14三车道隧道标准内轮廓断面a)标准断面b)紧急停车带断面『2.5▎隧道勘测设计文件的内容和组成

根据交通部颁发的《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》和《公路隧道勘测规程》的要求，将公路隧道勘测设计的成果编制成相应的文件。『2.5.1▎定测阶段有关资料

1.定测说明书

2.分类说明书按测量、地质勘察和其他各种调查三项分别说明。

3.隧道洞外控制测量、地质勘察成果说明书

4．需要完成和提交的图纸

1)隧道地形地质平面图；

2)隧道纵断面图；

3)隧道洞口放大纵断面图；

4)隧道洞口及附近横断面图；

5)隧道洞身横断面图；

6)隧道明洞横断面图；7)隧道洞口地形图；