地质条件对隧道工程影响分析

1、综合运输 6 2 2 0 0 7年 第 1 0期 C o m p r e h e n s i v e T r a n s p o r t a t i o n 隧道线路方案选择原则 许佑顶 中铁二院工程集团有限责任公司 【摘 要】针对目前铁路建设中隧道向密度更高、长度更长、断面更大的三个发展趋势，简述了地形条件和地 质条件等因素对隧道线形、隧道位置方案选择原则的影响。本文对指导隧道线路方案设计具有重要作用。 【关键词】 隧道；线路；选线；原则 【A b s t r a c t 】 T h i s p a p e r d e s c r i b e s b r i e f l y t h e s

2、e l e c t i o n p r i n c i p l e f o r t u n n e l a l i g n m e n t a n d t u n n e l l o c a t i o n a l t e r n a t i v e s i n r e l a t i o n t o t o p o g r a p h i c a n d g e o l o g i c c o n d i t i o n s , e t c . b a s e d o n t h r e e d e v e l o p i n g t r e n d s f o r t u n n e l

3、s t o w a r d s h i g h e r d e n s i t y , l o n g e r l e n g t h a n d l a r g e r c r o s s s e c t i o n i n t h e c u r r e n t r a i l w a y c o n s t r u c t i o n . I t w i l l b e s i g n i f i c a n t i n d e s i g n o f t h e t u n n e l r o u t e s e l e c t i o n . 【K e y W o r d s 】 t

4、 u n n e l ; r o u t e ; r o u t e s e l e c t i o n ; p r i n c i p l e 随着高标准大规模铁路建设 全面展开和隧道工程建设技术水 平的提高，高速铁路及客运专线 的大量修建， 隧道建设也向密度更 高、长度更长、断面更大三个方面 发展， 目前施工中的最长隧道石太 线太行山隧道长度达 2 7 . 8 k m ，设 计中的最长隧道兰青二线关角隧 道长度达 3 2 . 6 k m ，因此为提高高 速铁路长大隧道的设计、施工质 量，确保高速列车通过隧道的运 营安全，在高速铁路选线中把握 好选线原则，合理选择隧道线路 方案十分重要。 1

5、 地形条件与隧道位置选 择 1 . 1 越岭隧道 越岭线路所经地段，一般山 峦起伏，地形陡峻， 地质复杂， 自 然条件变化较大。一个大型的分 水岭， 往往有不少垭口， 可供越岭 线路和隧道穿越。而每个垭口的 地质条件、 山体厚薄、 陡缓程度以 及两侧沟谷的分布情况，都与隧 道位置的选择关系密切。 因此， 选 择高速铁路越岭隧道位置时，应 进行大面积的方案研究。对可能 穿越的垭口， 要以不同的限坡， 不 同的进出口标高做出各种越岭隧 道方案， 进行同等的调查研究。 并 要充分注意到较长的隧道方案， 精心做好比选；定线时， 坚持从上 往下定的原则， 以降低高程， 减小 工程量。 越岭隧道位置，一般

6、应选在垭 口两侧沟谷标高相差不大，平面位 置比较顺直， 沟谷纵坡较缓、 地形开 阔的地方。 方案比选中， 除考虑主体 工程外，也须考虑辅助工程的设置 隧道线路方案选择原则 2 0 0 7年 第 1 0期6 3 综合运输 C o m p r e h e n s i v e T r a n s p o r t a t i o n 和分散弃碴的条件，以增加施工的 工作面，缩短工期，降低造价。 1 . 2 河谷线隧道 河谷地段受地质构造和水流冲 刷等影响，往往河道弯曲、沟谷发 育， 两岸多台地和陡峭的山坡， 并常 伴有崩塌、 错落、 岩堆、 滑坡、 冲刷 等不良地质现象，地形和地质情况 均较复杂。高速

7、铁路的平面位置受 线形限制， 可移动的幅度不大， 但采 用隧道还是采用其他工程通过，则 应认真做好比选工作。 沿河傍山地段若线路采用隧 道通过时， 隧道位置宜往里靠， 修 长一些，外侧洞壁要有足够厚度， 避免出现洞壁过薄、 偏压过大；由 于线路过于外移， 往往会出现短隧 道群，且桥隧及支挡建筑物相连。 虽做了不少工程， 但坍塌落石的威 胁仍难以彻底清除， 常给运营留下 后患，威胁行车安全。因此，高速 铁路以隧道通过时，线路应往里 靠，以策安全。 2 地质条件与隧道位置 选择 在西南山区， 地形陡竣、 地质 复杂， 多具有 “三高” （高地热、 高 地应力、高地震烈度） 、 “四活跃” （活跃的

8、新构造运动、活跃的地热 水环境、活跃的外动力地质条件、 活跃的岸坡浅表生改造过程） 的特 征， 高地热与高温热水、 活动断裂、 破坏性地震及其诱发地质灾害等 工程地质问题十分突出， 从我公司 设计的襄渝、 昆明至河口线玉溪至 蒙自段、 大理至瑞丽等线来看， 根 据地质条件选择隧道位置时应注 意以下几点： （1 ）隧道位置应尽可能选择在 地质构造简单， 节理裂隙不发育， 岩 性较好，稳定的地层中通过。 岩层软弱结构面、 断裂、 褶皱、 扭曲带，往往由于节理裂隙发育， 破碎严重，地下水活动方便，岩层 强度低，容易产生坍方、岩块滑移 和很大的不均匀围岩压力， 对隧道 施工运营均不利，应注意避免，必

9、须通过时， 应使隧道的通过长度减 少到最小。 （2 ）隧道穿越两种岩性迥然不 同的岩层接触带时，应避免平行和 接近平行，应尽可能垂直或接近垂 直方向穿越接触带。 （3 ）当隧道通过单斜构造时， 隧道中线以垂直岩层走向穿越最为 有利。当隧道中线与非水平岩层走 向一致或斜交角很小时，应力求将 隧道置于岩性较好、强度较高的层 内。 如岩层倾角较大， 又有粘着力较 差的软弱夹层时，应注意有产生顺 层滑动的可能。 （4 ）当隧道通过褶曲构造时， 隧道位置选择在褶曲构造一翼或背 斜褶皱中轴处通过较为有利。不宜 将隧道置于向斜轴部通过。 （5 ） 在岩溶地区， 隧道应避免 穿越大溶洞和暗河。如洞身周围 有溶

10、洞存在而不能绕过时，应根 据岩性和构造特征，要求隧道与 溶洞之间( 包括顶板、 底板和侧面） 保持一定的安全岩壁厚度，同时 应尽量使隧道处于岩溶管道的垂 直循环带内， 否则应查清情况， 提 出处理措施( 如考虑斜井排水预案 等） 。一般当灰岩稳定性好且强度 较高时，岩壁厚度不应小于一倍 洞径。 （6 ）隧道穿过含煤地层、页岩 地层、 石膏地层或穿过含盐地层时， 应避开富煤区、瓦斯或硫酸根含量 较丰富的地段 ； 当不能避开时， 应使 其通过的长度最短。 （7 ）隧道穿越地热区域时，应 通过综合勘探方法找出相对低温带， 并应尽量提高线路设计高程以减小 隧道埋深，避免热害。 3 隧道线形及洞口位置

11、选择 （1 ）高速铁路隧道宜设在直 线上。受地形、地质等条件限制 时， 可设在曲线上， 但曲线宜设在 洞口附近，并应采用较大的曲线 半径。 （2 ) 隧道洞口位置应根据地 形、 工程地质及水文地质情况， 着 重考虑隧道仰坡、 边坡的稳定， 保 证施工及运营的安全，并结合洞 口有关工程及施工条件，综合研 究比选确定。一般情况隧道宜早 进洞、晚出洞。 （3 ) 洞口不宜设在地质不良、 排水困难的沟谷低洼处或不稳定 的悬岩陡壁下，并尽量避开滑坡、 崩坍、 岩堆和泥石流等地段。 当不 能避开时， 应采用有效措施， 保证 安全施工和正常运营。 土质洞口( 包括堆积层和松软 破碎的岩层） 要注意山坡的稳定

12、性 ； 岩石洞口要注意岩层产状、软弱结 构面，节理裂隙情况和风化破碎程 度 ； 位于陡壁悬崖下的洞口， 要注意 山坡岩石的稳定性。 （4 ）隧道线路应力求与地形等 高线垂直或近似垂直进洞。傍山隧 道洞口线路，应避免与地形等高线 较长区段平行。如不能满足上述要 求时，应以大角度斜交进洞为宜。 （5 ）漫坡、浅埋地段洞口位置 选择时， 伸缩幅度较大， 宜结合洞外 路堑地质情况、 填挖方情况、 弃碴场 地及运距、排水条件以及施工工期 等综合比较确定。 （6 ）隧道穿越悬崖陡壁时，一 般不要刷动原山坡，如坡面及陡壁 稳定可贴壁进洞。 如坡面有落石、 掉 块情况时，应酌情延伸洞口接长明 洞，将洞口置于可

13、能受坍落影响范 综合运输 6 4 2 0 0 7年 第 1 0期 C o m p r e h e n s i v e T r a n s p o r t a t i o n 围以外。 （7 ）当洞口位于山麓堆积层、 松散破碎带或植被良好的松软地层、 以及有顺层滑动可能的洞口，不应 采取刷坡清方， 以免破坏山体稳定， 招致坍方、 滑坡病害。 必要时宜接长 明洞，确保施工和运营安全。 （8 ) 黄土隧道洞口，在干燥无 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 土则不能大挖。黄土隧道洞口应避 免设在冲沟， 陷穴附近， 防止洞口坡 面产生冲蚀、泥流或坍陷等病害。 （9 )

14、 对于倾斜岩层、 层理、 片 理结合很差或存在软弱结构面 （夹 层) 时，宜提前进洞。以免挖方斩 断岩脚过多， 引起顺层滑动或坍方 危害。 （1 0 ) 当洞口线路横跨水沟时， 一般应设置桥涵排水，留有足够的 泄水面积， 并满足净高排洪的需要。 当下挖设置有困难时，根据具体情 况，可考虑改沟引导或延长洞口修 筑明洞作渡槽引渡。 （1 1 ） 上下线隧道立交、 洞口相 邻时要考虑上线隧道施工时出碴对 下线隧道洞口施工的影响，必须时 可适当延长下线隧道洞口，以减少 干扰。 （1 2 ） 当桥隧紧密相连， 确定隧 道洞口位置时，要考虑桥台挖基对 洞口建筑物的影响，注意保持适当 的安全距离。如桥台必须

15、伸入洞内 时，应考虑洞门和桥台的整体关系 以及相互间的施工干扰。 （1 3 ) 对特长隧道的洞口位置选 择应结合施工方法综合考虑，如采 用 T B M 法施工，则应具有较好的交 通条件和外部电源条件。 （1 4 ) 隧道洞口邻近居民点时， 除考虑施工爆破对人身安全、房屋 设施被破坏的影响， 位于城镇、 厂矿 附近的洞口， 还应考虑与城市、 厂矿 规划的配合。 4 结语 由于隧道工程是典型岩土工 程、隐蔽工程多受地质因素的影响 大， 施工风险比较高， 建设难度非常 大，倘若我们提高了高速铁路绕避 不良地质条件的能力，做好了隧道 的选线设计，就为隧道的顺利建设 开好头， 起好步， 创造了一个良好的

16、 施工， 运营安全环境， 无疑对降低工 程造价， 保证施工工期， 确保运输安 全， 又好又快地建设铁路， 具有极为 重要的作用。 作者简介： 许佑顶：男，中国中铁二院工程集 团有限责任公司总工程师、教授级 高级工程师。 工程造价管理杂志由国家建设主管部门主管、中国建设工程造价管理协会主办的刊物，是全国工程造 价行业具有影响的刊物，为优秀期刊。 工程造价管理是宣传贯彻党和政府有关方针、政策及工程造价管理改革的主要渠道，及时提供工程造 价政务信息、经济信息， 及时介绍造价工程师执业资格考试、培训、 注册及工程造价咨询行业工作动态， 刊登 国内外工程造价管理学术研究等。设有本刊专稿、本刊专题、造价咨询、专业论坛、管理论述、招标投标、清 单计价、造价工程师、I T 应用、经验交流、行业动态、海外之窗、价格信息等栏目。 工程造价管理 是各级工程造价管理部门、 咨询单位、 工程建设单位、 施工单位、 设计单位、 图书馆、 资 料室以及广大工程造价人员需要的全国性刊物。逢双月出版，全年定价每套6 6 元。刊号：I S S N 1 0 0 8 2 1 6 6 / C N 1 1 3 1 5 1 / T B 。 请到当地定额站办理订购手续， 也可直接从邮局或银行汇款邮购。 欢迎工程造价咨询单位，科技开发公司，建筑设计、施工、设备、材料、 产品及建筑装饰等企业在本杂志 刊