隧道工程-第3讲

1、隧道工程 第第3 3讲讲 隧道工程的规划与勘察隧道工程的规划与勘察邵邵 鹏鹏 中国矿业大学力学与建筑工程学院中国矿业大学力学与建筑工程学院20212021年年1212月月2121日星期二日星期二III 隧道工程的规划与勘察隧道工程的规划与勘察l3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测l3.2 隧道围岩分级隧道围岩分级l3.3 隧道工程线路规划隧道工程线路规划l3.4 洞口位置及洞门形式选择洞口位置及洞门形式选择3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测l1. 地质调查测绘的总体要求地质调查测绘的总体要求l 查查明明预测预测地形地貌、地质构造等地形地貌、地质构造等煤层、气田

2、、采空区；不良地层、特殊岩土煤层、气田、采空区；不良地层、特殊岩土横洞、竖井、斜井、导坑等的地质条件横洞、竖井、斜井、导坑等的地质条件浅埋及洞口段覆盖层厚度、风化破碎、水浅埋及洞口段覆盖层厚度、风化破碎、水接长明洞地段明洞基地的工程地质接长明洞地段明洞基地的工程地质偏压；地温；岩爆、大变形的可能性偏压；地温；岩爆、大变形的可能性确定确定分段确定隧道围岩分级分段确定隧道围岩分级评评价价l2. 工程地质调查与勘察的内容工程地质调查与勘察的内容地形地貌地形地貌地层岩性地层岩性水文地质水文地质区域地质构造区域地质构造不良地层不良地层崩塌崩塌岩溶岩溶土洞土洞滑坡滑坡泥石流泥石流3.1 隧道工程地质调查与

3、勘测隧道工程地质调查与勘测5l施工前三阶段勘察的目标内容施工前三阶段勘察的目标内容l1）可行性勘察阶段）可行性勘察阶段l预可研究预可研究：重点收集研究既有文献资料：重点收集研究既有文献资料l工可研究工可研究：确定隧道路线走向比选方案：确定隧道路线走向比选方案3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测6l2）初步勘察）初步勘察l目的目的：选择隧道位置和初步确定围岩类别：选择隧道位置和初步确定围岩类别l实施实施：岩土工程勘察单位，地质工程师：岩土工程勘察单位，地质工程师l内容内容：地形、地貌、地质构造、地层岩性、特：地形、地貌、地质构造、地层岩性、特殊地质、不良地质、地下水等殊地质、不良

4、地质、地下水等l方法：方法：踏勘、测绘、勘探踏勘、测绘、勘探l范围：范围：线路中线两侧线路中线两侧500-2000米米3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测7l成果成果：l隧道工程地质说明书；隧道工程地质说明书；l地质平面图、地质柱状图；地质平面图、地质柱状图；l地质纵断面图、试验资料汇总表、航空地质纵断面图、试验资料汇总表、航空照片、工程地质照片、野外素描图。照片、工程地质照片、野外素描图。3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测8地质纵断面图9地质柱状图10l3）详细勘察）详细勘察l目的目的：为隧道位置最终确定、技术设计：为隧道位置最终确定、技术设计、施工计划和预

5、算提供资料、施工计划和预算提供资料l实施实施：岩土工程勘察设计单位：岩土工程勘察设计单位l内容内容：岩性、地质构造、地表水及地下：岩性、地质构造、地表水及地下水、地下资源水、地下资源3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测11l【岩性调查岩性调查】岩石种类、岩石特征、松散堆积物、岩岩石种类、岩石特征、松散堆积物、岩石物理力学性质、风化变质情况石物理力学性质、风化变质情况l【构造调查构造调查】地层、岩层产状、褶皱、断层、破碎带地层、岩层产状、褶皱、断层、破碎带、解理、围岩完整性、解理、围岩完整性l【水的调查水的调查】涌水与枯水状态、含水层与隔水层、补涌水与枯水状态、含水层与隔水层、补

6、给来源给来源l【资源调查资源调查】矿物资源、天然气、温泉、地热等矿物资源、天然气、温泉、地热等l【调查范围调查范围】隧道中线两侧各隧道中线两侧各200-500m，洞口外延，洞口外延100m3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测12l详细勘察应提供的资料详细勘察应提供的资料l概况概况：目的、场所、范围、内容、方法、时间：目的、场所、范围、内容、方法、时间及人员及人员l地形地质概况及岩石种类地形地质概况及岩石种类：地形、地貌概况、：地形、地貌概况、区域地质、气象及周边环境、物理力学性质及区域地质、气象及周边环境、物理力学性质及地层分布，褶皱、断层、破碎带等及其影响。地层分布，褶皱、断

7、层、破碎带等及其影响。3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测13l相关图样相关图样：l 地形地质平面图、地质纵断面图、洞口地形地质平面图、地质纵断面图、洞口附近地形图及地质纵断面图和横断面图附近地形图及地质纵断面图和横断面图l围岩分级围岩分级、重大地质评价，钻探、试验、重大地质评价，钻探、试验资料整编资料整编l隧道选线、设计、施工隧道选线、设计、施工注意事项注意事项及进一及进一步调查步调查建议建议3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测14气象调查（补充）气象调查（补充）l目的目的：气象与洞口车辆安全行驶有很大影响；气象条气象与洞口车辆安全行驶有很大影响；气象条件对施

8、工建筑材料和构造物有很大影响。件对施工建筑材料和构造物有很大影响。l内容内容： 降雨与降雪降雨与降雪 气温与地温气温与地温 风向与风速风向与风速 雾雾 雪崩雪崩 洪水洪水15工程环境调查（补充）工程环境调查（补充）l目的目的：周边环境与隧道修建营运相互影响：周边环境与隧道修建营运相互影响l内容内容：l（1）自然环境）自然环境：水、泉、泽、湖、植、矿、：水、泉、泽、湖、植、矿、动植物动植物;l（2）社会环境）社会环境：农田、水利、建筑物、地下：农田、水利、建筑物、地下管线、文物、遗址管线、文物、遗址;16工程环境调查（补充）工程环境调查（补充）l（3）生活环境）生活环境：用水、交通、噪声、振动；

9、：用水、交通、噪声、振动；地下水流失、地层塌陷、废弃排放与民众生活地下水流失、地层塌陷、废弃排放与民众生活l（4）施工条件）施工条件：便道、施工场地、弃渣场地：便道、施工场地、弃渣场地、供水、供电、通信、建材来源品质数量、供水、供电、通信、建材来源品质数量l（5）工程环境评价）工程环境评价：现状、预测、评价和保：现状、预测、评价和保护措施护措施l实例：叙岭关隧道实例：叙岭关隧道l隧道隧道1/31/3段穿越可溶段穿越可溶岩碳酸盐岩类地质岩碳酸盐岩类地质区。最大一处溶洞长区。最大一处溶洞长宽高分别约宽高分别约200m200m、60m60m、30m30m。直径。直径5m5m以下的溶以下的溶槽、溶穴、

10、溶缝就在槽、溶穴、溶缝就在30003000个以上。个以上。4646个大个大溶洞、溶洞、6 6条暗河外加漏条暗河外加漏斗、涌突水、低瓦斯斗、涌突水、低瓦斯等复杂地貌。等复杂地貌。3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测中国矿业大学建筑工程学院中国矿业大学建筑工程学院 王迎超王迎超 3. 3. 超前地质预报超前地质预报（1 1）意义）意义（2 2）方法）方法 常规地质法常规地质法 超前导坑预报法超前导坑预报法 超前钻探预报法超前钻探预报法 物探方法（物探方法（地质雷达预报技术、地质雷达预报技术、TSPTSP预报技预报技术术） 3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测1920

11、21223.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测（3）地质雷达超前预报技术）地质雷达超前预报技术1）地质雷达探测系统）地质雷达探测系统3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测2）探测原理）探测原理发射机通过天线发射发射机通过天线发射脉冲电脉冲电磁波磁波讯号。当这一讯号在介讯号。当这一讯号在介质中遇到有物性差异的探测质中遇到有物性差异的探测目标时，电磁波在不同物性目标时，电磁波在不同物性界面发生界面发生反射反射，产生一个反，产生一个反射讯号。讯号通过接收天线射讯号。讯号通过接收天线输入到接收机，放大后由示输入到接收机，放大后由示波器显示出来。根据示波器波器显示出来。根据示

12、波器窗口显示的目标物体反射波窗口显示的目标物体反射波双程时间双程时间多少和探测点平均多少和探测点平均介质速度，可以计算出探测介质速度，可以计算出探测目标（反射界面）的深度。目标（反射界面）的深度。3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测3）应用）应用彭武高速长滩隧道3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测含大量水的岩溶彭武高速长滩隧道3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测上部岩溶下部溶隙（4）TSP超前预报技术超前预报技术1）TSP测试系统测试系统3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测l（2）探测原理）探测原理3.1 隧道工程地质调查与勘测隧

13、道工程地质调查与勘测l3）探测流程）探测流程3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测l l 3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测l4）应用）应用l l 3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测l l 3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测l（5）超前地质预报分级（）超前地质预报分级（P57）l 3.1 隧道工程地质调查与勘测隧道工程地质调查与勘测3.2 隧道围岩分级隧道围岩分级l1. 基本概念基本概念l围岩围岩：隧道周围一定范围内，对其稳定性产生隧道周围一定范围内，对其稳定性产生影响的岩体影响的岩体。（岩块。（岩块+ +结构面结构面+ +地

14、质环境）地质环境）l围岩分级：围岩分级：是指根据岩体完整程度和岩石强度是指根据岩体完整程度和岩石强度等指标将无限的岩体序列划分为具有不同稳定等指标将无限的岩体序列划分为具有不同稳定程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围程度的有限个类别，即将稳定性相似的一些围岩划归为一类，将全部的围岩划分为若干类。岩划归为一类，将全部的围岩划分为若干类。 3.2 隧道围岩分级隧道围岩分级l2. 围岩的基本工程性质围岩的基本工程性质l 物理性质、水理性质、力学性质物理性质、水理性质、力学性质3.2 隧道围岩分级隧道围岩分级l破坏形式破坏形式 块状运动块状运动 弯曲折断破坏弯曲折断破坏 脆性破坏脆性破坏 松动解脱

15、松动解脱塑性变形和剪切变形塑性变形和剪切变形l3. 隧道围岩分级方法隧道围岩分级方法l（1）分级的基本要素）分级的基本要素第第I I类：类：与岩性有关的要素。分类指标采用岩石强度和与岩性有关的要素。分类指标采用岩石强度和变形性质等。变形性质等。 第第IIII类：类：与地质构造有关的要素。在划分围岩级别中占与地质构造有关的要素。在划分围岩级别中占有重要地位。有重要地位。第第IIIIII类：类：与地下水有关的要素。与地下水有关的要素。第第IVIV类：与隧道跨度和施工方法有关的因素。类：与隧道跨度和施工方法有关的因素。3.2 隧道围岩分级隧道围岩分级（2）分级方法）分级方法1）以岩石强度或物性指标分

16、级法）以岩石强度或物性指标分级法 岩石坚固性系数分级法岩石坚固性系数分级法2）以岩石构造、岩性特征分级法）以岩石构造、岩性特征分级法 岩体综合分级法（岩体综合分级法（20世纪世纪60年代）年代）3.2 隧道围岩分级隧道围岩分级3）与地质勘探联系的分级法）与地质勘探联系的分级法 弹性波速度分级、岩石质量分级（弹性波速度分级、岩石质量分级（RQD）4）组合量化多种因素的分级法）组合量化多种因素的分级法 巴顿岩体质量巴顿岩体质量Q分级法分级法3.2 隧道围岩分级隧道围岩分级（3）我国铁路隧道围岩分级方法（表）我国铁路隧道围岩分级方法（表3.2.2） 特点：给出了单线隧道开挖后的稳定状态特点：给出了单

17、线隧道开挖后的稳定状态 尚未考虑地下水和地应力尚未考虑地下水和地应力修正分级修正分级：1）分级时按无水考虑，根据地下水）分级时按无水考虑，根据地下水状态适当降低状态适当降低12级；级； 2）高应力岩体按类似方法处理。）高应力岩体按类似方法处理。3.2 隧道围岩分级隧道围岩分级1. 地形条件与隧道位置的选择地形条件与隧道位置的选择（1）高程障碍）高程障碍 3.3 隧道工程线路规划隧道工程线路规划绕行方案绕行方案深路堑方案深路堑方案隧道越岭方隧道越岭方案案（2）平面障碍）平面障碍沿河傍山绕行方案沿河傍山绕行方案 隧道直穿方案隧道直穿方案3.3 隧道工程线路规划隧道工程线路规划解放前修解放前修的京广

18、线的京广线目前的大瑶山隧道目前的大瑶山隧道上档下支上档下支病害不断病害不断武水河武水河2. 地质条件与隧道位置的选择地质条件与隧道位置的选择（1）单斜构造）单斜构造 水平或缓倾角岩层水平或缓倾角岩层 陡倾角岩层陡倾角岩层 直立岩层直立岩层3.3 隧道工程线路规划隧道工程线路规划（2）褶皱构造）褶皱构造 避开轴部，布置于翼部避开轴部，布置于翼部（3）断层、接触带）断层、接触带 尽量避开，不能避开则使线路与断层正交尽量避开，不能避开则使线路与断层正交3.3 隧道工程线路规划隧道工程线路规划3. 不良地质与特殊地质区隧道位置的选择不良地质与特殊地质区隧道位置的选择（1）不良地质）不良地质不良地质不良

19、地质：指滑坡、错落、坍塌、岩锥、危岩、：指滑坡、错落、坍塌、岩锥、危岩、落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂、断层、褶落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂、断层、褶皱、涌水及第四纪堆积层等不良地段。皱、涌水及第四纪堆积层等不良地段。 尽量避开，或最小穿越尽量避开，或最小穿越3.3 隧道工程线路规划隧道工程线路规划（2）特殊地质）特殊地质特殊地质特殊地质：指膨胀岩（土）、含盐地层、煤系地：指膨胀岩（土）、含盐地层、煤系地层、黄土、多年冻土、地震地区以及水库塌岸层、黄土、多年冻土、地震地区以及水库塌岸区等。区等。3.3 隧道工程线路规划隧道工程线路规划尽量避开，或最小穿越尽量避开，或最小穿越1. 洞口位置选择

20、原则（早进晚出原则）洞口位置选择原则（早进晚出原则）1）不宜设在垭口沟谷中心或沟底低洼处，选沟谷一侧）不宜设在垭口沟谷中心或沟底低洼处，选沟谷一侧3.4 洞门位置与洞口形式选择洞门位置与洞口形式选择中国矿业大学建筑工程学院中国矿业大学建筑工程学院 邵鹏邵鹏2）洞口应尽量避开不良地层段）洞口应尽量避开不良地层段3）通过岩壁陡立、基岩裸露处，最好不刷动或少刷动）通过岩壁陡立、基岩裸露处，最好不刷动或少刷动原生地表，保持山体的自然平衡。原生地表，保持山体的自然平衡。 3.4 洞门位置与洞口形式选择洞门位置与洞口形式选择中国矿业大学建筑工程学院中国矿业大学建筑工程学院 邵鹏邵鹏4 4）漫坡地形减少路堑长度，延长隧道，提前进洞。）漫坡地形减少路堑长度，延长隧道，提前进洞。5 5）隧道洞口中线宜与地形等高线正交或近正交）隧道洞口中线宜与地形等高线正交或近正交6 6）傍山隧道洞口中线与等高线夹角不宜小于）傍山隧道洞口中线与等高线夹角不宜小于4545。洞。洞口根据横坡或仰坡采用台阶式或明洞门口根据横坡或仰坡采用台阶式或明洞门3.4 洞门位置与洞口形式选择洞门位置与洞口形式选择中国矿业大学建筑工程学院中国