第6章 隧道洞口与洞门设计

第六章隧道洞口与洞门设计《隧道工程勘察设计》本章知识点隧道洞口与洞门的基础知识01隧道洞口边、仰坡高度拟定及景观设计03隧道洞门的设计要求05隧道洞口位置的选择方法02隧道洞门的分类及典型洞门介绍041隧道洞口与洞门的基础知识掌握隧道洞口段的组成01掌握隧道洞门的概念及作用02学习目标熟悉隧道洞口位置选择的原则03万事开头难，隧道工程也是如此，进洞难、出洞难是隧道工程建设的常识，为什么隧道洞口段施工难度高、风险大？思考

隧道洞口段是洞门、洞口明洞、暗洞洞口段和洞外附属工程地段的统称。其中，暗洞洞口段是指隧道洞口暗挖进洞后上覆地层厚度H小于1~2倍隧道开挖跨度的区段，是对隧道施工及运营安全影响最大的部分。隧道洞口段的组成

隧道洞口段由于存在地形复杂、地质条件差、地表水汇集、埋深浅等问题，其围岩稳定性一般较差，设计及施工控制不当极易引发隧道塌方及边、仰坡垮塌等安全事故。因此，洞口段施工往往成为整条隧道施工难度最大、风险最高的关键性环节。隧道洞口段的特点隧道洞门是标志隧道进出口并对洞口岩土体进行支挡以保持其稳定性的结构物，兼具一定的建筑装饰效果。隧道洞门的概念作用：（1）保护洞口段的边、仰坡岩土体稳定性，使车辆、行人不受崩塌、落石等威胁，确保隧道运营安全。（2）减少洞口土石方的开挖量。（3）引离地表水。（4）洞口视觉照明环境调节。（5）装饰作用。隧道洞门的作用

隧道洞口设计应遵循“早进洞、晚出洞”（简称为“早进晚出”）的原则，洞口不得大挖大刷。“早进洞，晚出洞”最先是由当时铁道兵司令员吕正操将军提出。隧道洞口位置选择的原则

“早进洞、晚出洞”可避免在洞口形成高边坡和高仰坡，防止滑坡、崩塌、危岩落石等地质灾害，减少对原有地表形态的破坏，保护自然环境。“早进洞、晚出洞”的意义1隧道洞口段的组成与特点；2隧道洞门的概念与作用；总结3隧道洞口位置选择的“早进洞、晚出洞”原则。2隧道洞口位置的选择方法掌握按地形条件选择隧道洞口位置的方法01掌握按地质条件选择隧道洞口位置的方法02学习目标熟悉根据周边环境选择隧道洞口位置的方法03在进行隧道洞口位置选择时，应该考虑哪些影响因素？如何选择洞口？如何评价一个隧道洞口位置的优劣？思考大量的隧道工程建设案例表明，“早进洞、晚出洞”的原则是合理可行的。为贯彻这一原则，隧道洞口位置选择必须充分考虑洞口地形、地质条件及周边环境条件等因素，通过综合比选来确定。隧道洞口位置的选择方法

隧道进出口线路中线应力求与地形等高线相垂直或接近垂直，这可降低洞口开挖量，对施工也较为有利。当地形等高线与线路中线斜交角度较大，岩层整体性较好，无不良地质现象时，也可以采用斜交进洞，但应尽量避免与等高线平行进洞。在地质条件较差的区段，如松散地层等，不建议采用斜交洞口，以采取其他工程措施为宜。按地形条件选择隧道洞口位置根据隧道洞口轴线与地形等高线的相对位置关系，隧道洞口位置选择主要有如下5种形式：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。按地形条件选择隧道洞口位置

傍山隧道洞口当靠山一侧边坡较高时，常有坍方、落石等病害发生，故宜早进洞或加接明洞。要特别重视洞口段的地层情况及覆盖厚度，对形成偏压地段的衬砌，应采取必要的措施以防止坍顶和破坏山体的稳定。按地形条件选择隧道洞口位置

位于陡崖下的洞口，陡崖一般整体稳定，通常不采用切坡的方式处理，避免对陡崖产生扰动。如崖壁稳定，则可贴壁进洞。如陡崖存在危石，需先进行清理，必要时采用喷锚或设防护网防护，同时接长明洞，使洞口外移或设防护棚。按地形条件选择隧道洞口位置

在沟谷和山凹处，往往是地表水和地下水的汇集处，地质构造也多较为软弱。因此，当线路沿沟谷、山凹行进时，洞口位置应避开沟谷、山凹中心，尽量在凸出的山坡附近进洞。当沟底高程较高或横跨线路等情况时，应对地表泾流作妥善处理，并加强洞口段的防水、排水措施。按地形条件选择隧道洞口位置

洞口地段岩层构造、岩性特征、风化程度、地下水及其他不良地质等地质条件对洞口位置有着重要甚至是决定性的影响。具体要求如下：①洞口位置应选择在坡面稳定、地质条件较好、无不良地质现象处，不应在山体不稳或有明显偏压、滑坡、崩坍、松散堆积体、泥石流沟等地段进洞。②当倾斜岩层、层理、片理结合很差或存在软弱结构面时，不宜大挖，避免斩断岩脚。为防止顺层滑动或坍方，应尽量早进洞或设明洞进洞。按地质条件选择隧道洞口位置③当隧道避开堆积层进洞有困难时，不宜采取清方措施缩短洞口，必要时，应适当接长明洞或采取其它工程措施，以维护山体稳定和洞口工程的安全。④黄土地区选择隧道洞口，当遇干燥无水、密实、稳定的老黄土地层时，可按一定的挖深进洞；对有水或新黄土地层则不宜大挖。洞口应避开冲沟，以防止洞口坡面冲蚀产生泥石流等灾害。按地质条件选择隧道洞口位置⑤当洞口为软岩或软硬岩互层（如页岩灰岩互层等），要考虑风化及自然营力的作用。软岩易受侵蚀而剥落凹陷，导致掉块落石，危及洞口安全，故在选定隧道洞口位置时，应适当降低边、仰坡高度，以减小风化暴露面，同时对软岩坡面可作适当的防护。⑥洪水、泥石流地段，采用隧道或明洞等方式绕避。洞顶有冲沟通过时，宜采取接长明洞并在明洞顶做渡槽引渡的工程措施。设在山凹、沟谷处的洞口，除考虑一般排水沟、截水沟以外，要根据暴雨洪水情况与汇水条件，设置满足洪水排泄要求的沟渠。按地质条件选择隧道洞口位置

与周边自然环境相协调也是隧道洞口位置选择应考虑的一项重要因素。保护环境是选择洞口的重要条件之一，但在早期隧道设计中多有所忽视。在现代的隧道工程设计中，相关法律和规范在保护自然景观、减少破坏植被、保护自然资源等方面都提出了明确的要求。根据周边环境选择隧道洞口位置1按地形条件选择隧道洞口位置的方法；2掌握按地质条件选择隧道洞口位置的方法；总结3根据周边环境选择隧道洞口位置的方法。

3隧道洞口边、仰坡高度拟定及景观设计掌握隧道洞口边、仰坡高度的拟定方法01熟悉隧道洞口景观设计的原则及要求02学习目标“早进洞、晚出洞”的理念倡导隧道宜长不宜短，是不是意味着进洞越早越好、出洞越晚越好？如何把握这个“度”？思考

隧道洞口边、仰坡高度的拟定主要是确定边、仰坡的坡率和刷坡高度。我国隧道工作者们从理论分析和长期的工程实践中总结出了合理的边、仰坡控制坡率和刷坡控制高度。下表给出了公路隧道各级围岩洞口边、仰坡不同坡率下的控制高度建议值，设计时可参照执行。隧道洞口边、仰坡高度的拟定隧道洞口边、仰坡高度的拟定

随着社会的进步，经济的发展，人们对隧道工程的需求已不仅仅停留在功能层面，对美学层面的要求也越来越高，隧道洞口的景观设计逐步被工程技术人员所接受，在我国，隧道洞口的景观设计是从20世纪90年代末开始的。隧道洞口景观是一个综合概念，不仅包括视觉上的含义，还应包括结构的合理性、形象设计的艺术性、生态环境的可持续性等。隧道洞口景观设计隧道洞口景观设计的原则：1）应简洁实用，与隧道洞口周围的地形、植被及洞口接线线形相协调，有利于环境保护。2）应尽可能降低洞口亮度，改善驾乘人员的视觉适应条件，为驾乘人员提供安全舒适的行车环境。3）在满足使用功能的情况下，宜在造型上适当反映洞口所在地区的人文环境与文化传统等因素。隧道洞口景观设计-原则

洞口景观设计的环境调查内容：1）隧道洞口所处的地理位置及朝向。2）洞口所处的地形类型，如山鼻、山凹、台地、沟底等。3）洞口周边植被的种类、高矮、疏密程度、地表径流的流向和流量等。4）常年主导风向、最低最高气温、日照、年降雨情况以及雾天等气候情况。5）洞口周边的构造物、居民点及人文环境。隧道洞口景观设计-环境调查

1）在公路路线平纵面设计时，应将隧道洞口的景观作为设计要素，使洞口景观设计融入路线的总体设计中。2）洞口景观设计应与结构使用功能设计相结合。景观设计时，可利用景观构造物实现减少洞口亮度、洞口防废气串流及支护边坡等功能设计目标，洞口植树绿化、人工减光措施、废气防串隔离结构、支挡结构等设计，也应纳入景观设计总体规划之中。隧道洞口景观设计-基本要求3）应将洞口区域周边一定范围内的地形、地质、植被等条件，以及人工构造物和人文环境等因素，纳入景观设计规划，避免破坏原有自然景观或人文景观。4）洞口景观设计应力求简洁明快，与周围的自然环境融为一体，绿化工程应尽量采用原地植被的树种或相近的树种。5）洞口景观设计应与洞门结构形式相协调。隧道洞口景观设计-基本要求1隧道洞口边、仰坡高度的拟定方法；2隧道洞口景观设计的原则、环境调查内容及基本要求。总结4隧道洞门的分类及典型洞门介绍熟悉隧道洞门的分类01熟悉典型隧道洞门的适用范围及特点02学习目标洞门是隧道唯一的外露部分，是联系洞内衬砌与洞外路基的结构，也是标志隧道的建筑物。隧道洞门应根据隧道跨度、地形地质条件、水文条件、周围建（构）筑物以及当地自然景观和人文景观等因素进行设计。前言隧道洞门形式有多种，如何选择？思考

公路隧道的洞门形式主要有两类：端墙式洞门和明洞式洞门。隧道洞门的分类

端墙式洞门通常有墙式洞门、翼墙式洞门、台阶式洞门、柱式洞门和拱翼式洞门等形式，一般垂直于隧道轴线设置。端墙式洞门适用于仰坡陡峻地形、山凹地形、斜交地形的狭窄地带。翼墙是隧道洞口平行于路线的路基边坡支挡结构，与洞门端墙相连，形成整体，以稳定隧道洞口的边坡及仰坡。隧道洞门的分类

明洞式洞门通常有直削式洞门、削竹式洞门、倒削竹式洞门、喇叭口式洞门、棚洞式洞门和框架式洞门等形式。明洞式洞门适用于地形开阔、边、仰坡不高、仰坡较平缓、隧道轴线与地形等高线正交或接近正交的地带。明洞式洞门（除棚洞式洞门和框架式洞门外）是隧道洞口段明洞衬砌突出于山体坡面的结构，相当于衬砌的洞外延伸部分。隧道洞门的分类

洞门墙起挡土墙的作用，主要抵抗山体纵向推力，保证仰坡坡面稳定。适用于地形较为平坦开阔时，石质坡面并较为稳定，低烈度地震区的情况。具有结构简单、工程量小、施工简便等优点，但洞门顶部排水条件略差，需在山坡上开挖沟槽向较低侧或两侧横向引排。

典型隧道洞门-墙式洞门

翼墙式洞门是在端墙式洞门的两侧或一侧加设翼墙而成。①适用于地质条件较差、山体坡面纵向推力较大的情况，翼端是为增加端墙的稳定性而设置，起到抵抗山体坡面纵向推力、增加洞门的抗滑及抗倾覆能力的作用。②还可用于洞口设置深挖路堑之处，翼墙可保护两侧面路堑边坡，起挡上墙作用。翼墙顶面通常与仰坡坡面一致，其顶部设置纵向排水沟，将洞门端墙顶水沟汇集的地表水引排至路堑侧沟。

典型隧道洞门-翼墙式洞门当洞口段为傍山地形，地面线横坡较陡时，为了适应原地形，可在翼墙式洞门的基础上，采用两侧结构不对称、高度不对等的台阶式洞门形式。一般隧道两侧均需开挖设置挡土墙，端墙依然存在，洞门顶水沟收集的地表汇水排向远山侧。该洞门形式对洞顶排水较为有利。

典型隧道洞门-台阶式洞门柱式洞门实际也是一种端墙形式的洞门。当地形较陡，地质条件较差，仰坡有下滑的可能，而又受地形或地质条件限制不能设置翼墙时，可在端墙中部设置2个断面较大的柱墩，以增加端墙的稳定性，这种洞门墙面有突出线条，外观优美，气势宏伟，适宜在城市附近或风景区内使用。值得注意的是，在仰坡存在滑坡可能时，洞门中的柱墩往往还应兼具抗滑桩的作用。另外，实际工程中也有部分洞门的柱墩仅是为了起到装饰作用，柱墩本身并不起承载作用。

典型隧道洞门-柱式洞门该种切削形式适用于地形开阔、边、仰坡不高且平缓、隧道轴线与地形等高线正交或接近正交的地带。直削式洞门实际就是明洞延伸至隧道口位置形成的洞门，这种洞门可以直接采用明洞的模板施作，施工工艺较为简单。

典型隧道洞门-直削竹式洞门该种切削形式适用于洞口山体坡度较缓、场地开阔，或距离城市较近，或有景观要求，或桥隧相连的隧道（消除短路基），但不适用于存在危岩落石及洞顶有道路、水渠的情况。削竹式洞门具有结构简单、施工方便、工程造价低等特点，可通过洞顶回填土恢复至原地貌，绿化效果好，在景观上能起到修饰周围景观的作用，与周围环境有机融合。

典型隧道洞门-削竹式洞门该种切削形式适用于洞口岩石基础稳定、整体性好、洞口山体坡度很陡或峭壁岩体处的隧道。已采用常规基础形式外延洞门但仍长度不足时，可通过设置倒削竹式洞门来延长洞门防护结构，以便在高陡边坡处起到可有效的防落石作用。为增加防落石的效果，必要时还应扩切削面斜率。

典型隧道洞门-倒削竹式洞门1隧道洞门分类：端墙式洞门和明洞式洞门；2典型洞门的适用范围及特点。总结5隧道洞门的设计要求熟悉端墙式洞门的设计要求01熟悉明洞式洞门的设计要求02学习目标不同类型的洞门设计有哪些要求？思考端墙式洞门设计要求端墙式洞门设计要求①洞门端墙和翼墙应具有抵抗来自仰坡、边坡土压力的能力，应按挡土墙结构进行设计。洞门墙、翼墙墙身结构尺寸按墙体强度、稳定性和抗倾覆计算结果确定，或按工程类比确定，必要时进行墙身结构稳定性和抗倾覆验算。洞门墙墙身最小厚度（指墙体受力部分的最小尺寸）不应小于0.5m，翼墙墙身厚度不应小于0.3m。端墙式洞门设计要求②洞顶上仰坡坡脚至洞门墙背有一定的水平距离，是为防仰坡土石掉落到路面上，也便于洞门端墙与仰坡之间排水沟设置，这个水平距离不宜小于1.5m；洞顶排水沟沟底至拱顶衬砌外缘的最小厚度不应小于1.0m；洞门端墙墙顶应高出墙背回填面0.5m，一是为了防止掉落土石弹出飞落到路面，同时也作