隧道工程整理.docx

隧道的概念（1）用作地下通道的工程建筑物。（2）1970年世界经济合作与发展组织从技术方面将隧道定义为：以任何方式修建，最终使用于地表面以下的条形建筑物，其空洞内部净空断面在2m2以上者均为隧道按其长度分（设计规范）：特长隧道（大于3000m）、长隧道（10003000m）、中隧道（5001000m）、短隧道（小于500m）隧道的作用（1）缩短行车里程、提高交通效率（基本目的）（2）从根本免除落石、坍方、雪崩等危害（3）减少对植被的破坏，保护生态环境（4）在城市，节约土地，构成立体交叉，解决交叉路口的拥挤堵塞（5）在江河、海峡、港湾地区，可不影响水运（6）增加隐蔽性，提高防护能力、不受气候影响3、公路隧道调查阶段的划分及各阶段的内容（1）调查应分施工前调查和施工中调查两个阶段。（2）施工前阶段包括工程可行性踏勘、初步勘测和详细勘测三个阶段。可行性阶段以了解大范围全貌为目的，应基本了解隧道工程方案的主要工程工程地质问题，为方案比选和编制可行性研究报告提供资料；初步和详细勘测阶段，应逐步查明工程范围内的区域工程地质、水文地质条件，工程环境条件等，并做出评价，确定隧道位置、围岩分级，为隧道设计、施工提供地质依据。（3）施工中调查应及时进行，预报和解决施工中遇到的地质问题，为验证或修改设计、施工提供依据。施工地质调查一般应列入施工计划，由施工单位专人负责，或由施工、设计和有关科研单位组成专门小组，全面开展地质素描、超前探测等工作。隧道地质勘探1、挖探：坑探和槽探能够取得详尽的直观资料和原状土样，单勘探深度有限，劳动强度大2、简易钻探：小螺纹钻、钎探和洛阳铲等工具轻、体积小、操作方便、进尺较快、劳动强度较小；不能采取原状土样或不能取样，在密实或坚硬的地层内不易钻进或不能使用3、钻探：冲击钻进、回转钻进、冲击回转钻进、以及振动钻进等4、地球物理勘探勘察的内容和手段地下水涌水调查内容：通过对构造裂隙、地下水露头的调查，判明含水层、透水层、隔水层的范围及其与隧道的关系和影响程度。调查地下水的类型以及与地表水的供给关系，地下水的动态变化规律；调查地下水的流量、流向及水质。手段：利用钻孔，测量含水层的静水位和压力水位；测定地下水流向；进行抽水试验，分析地层的渗透性。枯水调查水资源的利用状况，溪流的流域和流量，泉水、地下水的状态，植被、气象与隧道涌水的相关联问题，以往工程的枯水资料。隧道位置选择基本原则 应修建在稳定的地层中，尽量避免穿越工程地质和水文地质极为复杂以及严重不良地质地段；当必须通过时，应有切实可靠的工程措施。 地质条件对隧道位置的选择往往起决定性作用。 若必须通过，应减短其穿越的长度，采取可靠的工程处理措施，以确保隧道施工及运营的安全。纵断线形1、隧道内纵断线形应考虑行车安全、运营通风规模、施工作业效率和排水要求，综合确定。2、坡度控制最小坡度：0.3%，以隧道建成后洞内水能自然排泄为原则，又考虑到隧道施工误差。最大坡度：一般要求，3%。施工中出渣或材料运输的作业效率；运营期间车辆行驶的安全性和舒适性；运营通风的要求。3、纵坡形式：一般宜采用单向坡；地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡。从行车舒适性和运营通风效率来看，采用单向坡较好，但是施工会出现逆坡排水问题。与平行隧道或其他结构物的间距高速公路与一级公路的隧道在条件允许的情况下，应设计为上下行分离的独立双洞；当地形条件限制时，只得选用小间距隧道；如果地形条件相当困难，隧道长度比较短时，为了保护植被免遭破坏，可选用连拱隧道。 上下行两座隧道之间净距较大，在施工或运营期间彼此不产生有害影响时，称为分离式独立双洞隧道；当两座之间净距小到使两洞结构彼此产生了有害影响，最小净距隧道；两座隧道之间的净距小到用中隔墙连成一个整体，即为连拱隧道2、分离式独立双洞最小间距的确定按对两洞结构彼此不产生有害影响的原则，结合隧道平面线形、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素确定，一般情况可按下表取值。一座分离式双洞隧道，可按其围岩代表级别确定两洞最小净距。隧道各围岩级别段占总长度比例的最大值者为围岩代表级别。 围岩级别最小净距（m）1.0B1.5B2.0B2.5B3.5B4.0BB 隧道开挖断面的宽度。、隧道净空（1） 定义：隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。（2）包括公路建筑限界、通风管道、照明设备、防灾设备、监控设备、运行管理设备等附属设备所需的足够空间，以及富裕量和施工允许误差等公路建筑限界：建筑物不得侵入的一种限界。包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度；以及车道、人行道的净高。建筑限界高度高速公路、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公路取4.5m检修道、人行道（1）检修道、人行道的主要功能养护人员、隧道使用者可以在与交通相互不干扰的情况下处理紧急事情；步道的路缘石可以阻止车辆爬上步道，是步行者的安全限界；同时是保护隧道设备的安全限界；路缘石可以作为驾驶员的行驶方向线；其下部空间还常被用来安装管道、缆线等紧急停车带（1）紧急停车带的功能停放故障车辆、紧急情况下疏散交通及救援车辆和救援小组用以进行紧急救援活动。（2）紧急停车带的长度、宽度和设置间距宽度，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；设置间距：不宜大于750m1、断面名称(1)衬砌内轮廓线：衬砌的完成线，内轮廓线之间的空间即为隧道的净空断面。该线应满足所围成的断面积最小，适合围岩压力和水压力的特点。(2)衬砌外轮廓线：为保持净空断面的形状，衬砌必须有足够的厚度（或称最小衬砌厚度）的外缘线。为了保证衬砌的厚度，侵犯该线的山体必须全部除掉，木质临时支撑或木模板等也不应侵入，该线又称为最小开挖线。3)实际开挖线：为保证衬砌外轮廓，开挖时往往稍大，尤其用钻爆法施工时，实际开挖线不可避免地成为不规则形状。又称为超挖线，超挖部分地大小叫做超挖量，一般不应该超过10cm。所有超挖部分必须用片石回填密实)仰拱：当地基软弱只靠加宽墙基仍无法满足地基承载力时，一般均以设置素混凝土仰拱的方法解决问题，必要时采用钢筋混凝土仰拱，仰拱半径通常不超过顶拱半径的2倍。标准内轮廓横断面隧道内轮廓统一标准拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙用小半径圆弧连接。1、净空断面隧道衬砌内侧的断面面积、形状2、洞门在隧道的洞口部位，为挡土、坡面保护等而设置的隧道结构物3、衬砌为控制和防止围岩的变形或坍落，确保围岩的稳定，或为处理涌水和漏水，或为隧道的内空整齐或美观等目的，将隧道的周边围岩被覆起来的结构体。4、仰拱为改善隧道上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构5、连拱隧道两洞拱部衬砌结构通过中柱相连接的隧道结构结构构造主体构造物附属构造物衬砌洞门衬砌：为控制和防止围岩的变形或坍落，确保围岩的稳定，或为处理涌水和漏水，或为隧道的内空整齐或美观等目的，将隧道的周边围岩被覆起来的结构体。洞身衬砌类型整体式衬砌 喷锚衬砌复合式衬砌高速公路、一级公路、二级公路的隧道应采用复合式衬砌；三级及三级以下公路隧道，在、级围岩条件下，隧道洞口段应采用复合式衬砌或整体式衬砌，其他段采用喷锚衬砌。洞门 在隧道的洞口部位，为挡土、坡面保护等而设置的隧道结构物。 墙式洞门 ： 端墙式洞门 翼墙式洞门 柱式洞门 台阶式洞门适用于地形较为陡峭、偏压较大或横断面地形复杂条件下的洞口。明洞式洞门： 削竹式洞门 喇叭式洞门 环框式洞门 棚式洞门 斜交式洞门 适用于地形平缓、山体稳定或单侧边坡较高等地形条件下的洞口。隧道路面采用的形式各级公路隧道可采用水泥混凝土路面。有条件时，可采用沥青混合料上面层与水泥混凝土下面层组成的复合式路面水泥混凝土面层（1）二、三、四级公路隧道路面一般宜采用设接缝的普通水泥混凝土面层；一级公路、高速公路隧道路面宜采用连续配筋混凝土面层或钢纤维混凝土面层。（2）路面表面构造应采用刻槽、压槽、拉毛或凿毛等方法制作。工程岩级（大题）工程岩体稳定性分级，不仅是岩石工程建设的勘察、设计、施工和编制定额的依据，也是锚喷支护设计，尤其是工程类比设计的基本依据。岩体基本质量分级1、岩体基本质量分级因素的确定 岩体坚硬程度和岩体完整程度2、岩体坚硬程度的定性划分 用锤击难易、回弹程度、手触感觉和吸收反映等 先将岩石划分为硬质岩和软质岩两个大档，再进一步将硬质岩分为两个档，软质岩划分为三个档。 岩石坚硬程度定性划分时，其风化程度应按下表确定。定量指标的确定和划分岩石坚硬程度定量指标：岩石单轴饱和抗压强度，也可以采用岩石点荷载强度指数的换算值，4、定量指标的确定和划分 （1）岩石坚硬程度定量指标：岩石单轴饱和抗压强度，也可以采用岩石点荷载强度指数的换算值，围岩基本质量指标BQRc岩石单轴饱和抗压强度Kv岩体完整性系数使用上式时应遵守下列限制条件：围岩详细定级，BQ的修正（1）需修正的情况地下水围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用；存在高初始地应力（2）BQ计算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） K1、K2、K3的确定围岩压力 隧道开挖后，因围岩变形或松散等原因，作用于洞室周边岩体或支护结构上的压力。从狭义上来理解，围岩压力是指围岩作用在支护结构上的压力。在工程中一般研究狭义的围岩压力。围岩压力的分类（按作用力发生形态）1 松散压力 形变压力 膨胀压力 冲击压力深埋浅埋隧道的判别方式和计算级围岩中的深埋隧道，围岩压力主要为形变压力，其值可按释放荷载计算。2、级围岩中深埋隧道的围岩压力为松散荷载时，其垂直均布压力及水平均布压力可按下列公式计算：应用该公式时，必须同时具备下列条件：（1）H/B1.7（2）不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩。围岩竖向匀布压力q按下式计算： q = 0.45 2 s-1 (kN/m2) 式中 ：S围岩级别，如属II级，则S2； 围岩容重， (kN/m3)； 1+ i(B-5) 宽度影响系数； B 隧道宽度，（m）； i 以B5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率。 当B 5m,取i 0.1。围岩级别I、IIIIIIVVVI水平匀布压力00.15q (0.150.3)q(0.30.5)q(0.51.0)q围岩的水平匀布压力e 的确定，按下表中的经验公式计算例题：某隧道穿越IV级围岩，埋深15m，其开挖尺寸为：宽7.4m，高8.8m，围岩容重21kN/m3，假定围岩松动压力状态如图所示，计算qmax值。 弹性抗力的确定弹性抗力的概念 衬砌在受力过程中的变形，一部分结构有离开围岩形成“脱离区”的趋势，另一部分压紧围岩形成所谓“抗力区”，在抗力区内，约束着衬砌变形的围岩相应地产生被动抵抗力局部变形理论与共同变形理论半衬砌的计算的力学模型 在垂直荷载作用下拱圈向隧道内变形为自由变形，不产生弹性抗力 ； 拱脚产生角位移和线位移，并使拱圈内力发生改变，计算中除按固端无铰拱考虑外，还必须考虑拱脚位移的影响 拱脚没有径向位移，只有切向位移； 对称的垂直分位移对拱圈内力不产生影响； 拱脚的转角 和切向位移的水平分位移 是必须考虑的曲墙式衬砌计算最大抗力点h假定发生在最大跨度处附近，计算时一般取 为简化计算可假定在分段的接缝上。抗力图形的分布假定为二次抛物线 by段：ha段把支护与围岩视作统一的承载结构，认真研究支护与围岩相互作用的机理和力学模型。传统支护理论与现代支护理论在设计理念上的差别：A、围岩和围岩压力的认识传统支护理论针对松散体，松散压力；现代支护理论认为岩层具有一定的自稳能力，围岩压力，在围岩没有丧失稳定以前，是阻止围岩变形所形成的变形压力，围岩完全丧失稳定后才转化为松散压力，其力学机制已为围岩特征线与支护特征线理论得到了很好的描述。B、围岩与支护的相互关系传统支护理论：围岩与支护分开，荷载结构模型。现代支护理论：围岩与支护的不可分割的统一体。C、建立计算简图上传统支护理论：确定作用于支护上的荷载，然后按一般结构进行计算；现代支护理论：作用的荷载是岩体地应力，它由围岩与支护共同承担。锚喷支护特点（及时性、紧贴性、柔韧性等）决定了其力学模型锚喷支护、现场量测、光面爆破构成了新奥法的三大技术支柱，是现代支护理论赖以实现的物质基础。 a原始地应力，b岩石特性曲线，c岩石拱形成，d岩石拱破坏，e支护特性曲线，f支护承受部分荷载，g岩石拱承受部分荷载。1太刚，2适宜，3太晚，4太柔。 锚喷支护特点及时性、 紧贴性、 柔韧性、 深入围岩内部加固、 支护组合和设置时间的灵活性（膨胀性岩体，未胶结的松散岩体，有严重湿陷性的黄土，大面积淋水地段，能引起严重腐蚀的地段，严寒地区的冻胀岩体） 、密封性锚喷支护设计原则和方法工程类比法、监控量测法、理论验算法、典型类比监控反演法、特征线法锚杆类型：全长粘结型锚杆 、端头锚固型锚杆、摩擦型锚杆（主要有缝管锚杆、楔管锚杆和水胀锚杆等）、预应力锚杆钢拱架分类：钢拱架包括钢筋格栅钢架、工字型钢拱架、U形型钢钢架、H型型钢钢架适用条件：围岩稳定性判断标准：（1）根据位移（或净空变化）量值或预计最终位移值来判断 （2）根据位移速率来判断 位移速率也可以作为围岩稳定性的标志。根据国内十几座隧道的位移观测表明：变形速率是由大变小的递减过程，变形时程曲线可分为三个阶段： 变形急剧增长阶段：变形速率大于1.0mm/d； 变形缓慢增长阶段：变形速率10.2mm/d； 基本稳定阶段：变形速率小于0.2mm/d（3）根据位移时间曲线的形态来判断 隧道防排水设计原则与要求1、隧道防排水设计原则 隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整畅通的防排水系统。 “防”：即要求隧道衬砌、防水层具有防水能力，防止地下水透过防水层、衬砌结构渗入洞内。“排”：应有畅通的排水设施，对衬砌背后、路面结构层下的积水排入洞内中心水沟或路侧边沟。 “截”：对易于渗漏到隧道的地表水，应采用设置截（排）水沟，清除积水，填筑积水坑洼地、封闭渗漏点等措施。“堵”：针对隧道围岩有渗漏水地段，采用注浆、喷涂、堵水墙等方法，将地下水堵在围岩体内。公路隧道防排水设计 （1）对于地表水，主要采用截排和封堵措施，即对地表水进行截流和疏导，尽量使地表水不进入隧道区域，同时对于地表存在的坑洼、钻孔、裂隙等容易使地表水下渗的通道进行填平封闭。 （2）对于地下水，按照新奥法设计施工的隧道一般都采用复合式衬砌结构。复合式衬砌结构的防排水体系具有典型的圈层构造，可用“一堵两排两防”来概括，即：一圈围岩注浆堵水，喷射混凝土与防水层间、防水层与衬砌间两圈排水，专用防水层和衬砌混凝土两层防水。公路隧道防排水措施洞顶地表处理 、洞顶截水天沟 、明洞防排水 措施、洞门排水、洞口路堑排水公路隧道排水途径：排水管、环向导水盲管、纵向排水管、横向排水管、路基路面排水管沟通风要考虑的主要问题（1）空气中有害物质的容许浓度（2）新风量的确定方法（3）判断自然通风的能力（4）机械通风方式的讨论（5）通风设备的选择（6）经济性CO容许浓度的取值1）采用全横向通风方式与半横向通风方式时，CO的设计浓度为当隧道长度1000m时，取250ppm，当隧道长度3000m时，取200ppm；当隧道长度在两者之间时，可按插值法取值。2）交通阻滞时，阻滞段的平均CO设计浓度可取300ppm，经历时间不超过20min，阻滞段的计算长度不宜大于1km。3）人车混合通行的隧道长度不宜超过2000m，其设计浓度为： 1000m时，取150ppm， 2000m时，取100ppm，两者之间按插值法取值。烟雾容许浓度表示方法：质量浓度、体积浓度新风量的计算 按稀释CO计算新风量按稀释烟雾浓度计算新风量通风方式的分类射流式自然通风风道式和喷嘴式纵向式通风竖井排风式送风式机械通风半横向式排风式全横向式混合式公路隧道通风设计的一般要求1、单向交通的隧道的设计风速不宜大于10m/s，特殊情况下可取12m/s；双向交通的隧道的设计风速不应大于8m/s；人车混合