gjw第2章final 隧道工程勘测设计(56)

第2章隧道工程勘测设计 本章主要内容2.1隧道工程勘察2.2隧道洞身位置选择2.3隧道洞口位置的选定2.4隧道线路设计2.5隧道横断面设计2 2.1隧道工程勘察通过多种方案的比选，确定隧道的平面、纵断面线形；（一）隧道勘测的基本内容1.隧道工程调查调查隧道穿越地段的地质、地貌、环境生态等自然条件，它们与隧道工程有着密切的关系；2.隧道线路确定3.隧道洞口位置选择3 （二）自然地理概况调查1.地形资料2.地质资料地形图线路规划隧道方案比选4.用地及环境资料5.灾害资料隧道所在地区历史上的暴雨、台风、地震、滑坡等发生的规模、频度3.气象资料4 （三）地质调查(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)有害气体和放射性物质1.调查内容2.调查手段(1)传统手段：钻探法(2)物探：电阻与弹性波法(3)其他技术：遥感5 3.应交付的相关图纸⑴线路地形图(比例1/2000～1/5000)；⑵洞口附近地形图(比例1/500)，沿线路中线每侧各100米的范围进行；⑶地质平面图；⑷地质纵断面图(比例1/500～1/2000)；⑸洞口附近地质纵断面图(比例1/200)以及洞口附近地质横断面图若干。6 （四）环境调查1.自然环境调查2.地物调查3.生活环境调查动、植物的生态状况：种类、密度、分布、季节性变化地表水、地下水状况土地利用状况：用途、面积范围等文物古迹、风景区等已有构建物：通讯设施、民房、地下管网等废气、噪声、振动、地面下沉等，对居住环境、自然资源和已有地物的影响7 （五）气象调查◆降雨:年、月平均、日最大、小时最大降雨量◆降雪:最大降雪日、最大积雪量、积雪期、最大日降雪量、雪密度、雪温◆气温、地温：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◆风向、风速：频率分布(年间、月间、日间)◆雾：发生日数(频度、滞留时间及其能见度)◆洪水：洪水量、水位、时期8 在山区修建铁路或高等级公路时，隧道的比重往往是很大的，因此，选择合理的隧道位置不仅是选线的重要组成部分，同时也关系着施工难易、工期长短、造价大小、运营安全和运输效率。2.2隧道位置选择（一）概述1.隧道位置选择的重要性9 主导因素：◆工程地质和水文地质条件，因为它往往控制着线路方案的取舍和隧道位置的选择2.选择隧道位置时考虑的主要因素（1）社会条件：政治、经济、国防、对自然环境的影响◆例如:新龙门隧道（2）自然条件：工程地质、水文地质、地形、地貌等◆地形条件也是选定隧道位置的重要条件之一。10 11 进行全面的政治、经济、技术的综合比较来确定在隧道位置选择时，应◆查清：工程地质及水文地质情况◆根据：不同地形特点◆结合：线路技术标准通车期限工程造价施工及运营条件节省土地等因素12 越岭隧道地段，一般山峦起伏，地形陡峻，工程地质和水文地质条件均较复杂，交通运输条件也比较困难，施工及弃碴场地狭窄，隧道施工往往控制全线或部分地段的工期。（二）越岭隧道位置的选择1.越岭隧道的概念通过山区的交通干线往往要翻越分水岭，从一个水系进入另一个水系，这段线路称之为越岭线，线路为穿越分水岭而修建的隧道称为越岭隧道。用于缩短线路，克服高程障碍。13 垭口的概念：当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上高程较低处，即称垭口。2.选择越岭隧道的两大要素平面位置与立面位置的选择(1)平面位置的选择——选择垭口14 ◆然后进行可能通过的垭口、沟谷的比选。(2)选择垭口的方法◆利用小比例尺地形图(如军用地图)、航空照片、卫星照片等；◆根据线路的航空线方向和克服越岭高程的不同要求进行大面积选线，录求可供越岭的几个垭口位置；◆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。(1)考虑重点◆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。15 成昆线从大渡河水系的牛日河进入安宁河水系的孙水河，需穿越小凉山分水岭，该岭与两侧高差约900余米，线路需克服越岭的巨大高差，越岭地段计有沙木拉打、瓦吉木、小相岭、阳糯雪山四个垭口。例如：成昆线沙木拉打隧道的比选线路方案隧道长（km）高程（m）线路长（km）沙木拉打6.42188～2243141.5瓦吉木14.51950～2077109.3小相岭19.51782～1815109.3阳糯雪山25.81760～180083.516 17 ◆隧道位置高，隧道长度短，施工工期短，但两端展线长，线路拔起高度大，通过能力小，运营条件差；◆隧道位置低，则与前者相反，但施工难度增加。◆宜采用低位置方案，但必须进行多种因素综合比选。(2)立面位置的选择——选择高程越岭隧道立面位置的选择是指隧道越岭标高的选择。垭口不同，越岭标高，就会出现不同长度的隧道方案。18 凉风垭方案(采用方案)：在雷神坡方案的基础上，进一步压低越岭位置的较好方案。越岭隧道长4270米，拔起高度小、展线短、线路较顺直。例如：川黔线上的凉风垭隧道即为较为典型的例子。为穿越娄山山脉分水岭的越岭隧道，根据地形特点，选择了三个主要方案进行比较：马鞍山方案：越岭隧道长2810米，位置较高，线路需克服较大高差。雷神坡方案：越岭隧道长3490米，位置较马鞍山方案较低，线路状况大为改善，但该处为一大断层，地质条件不利；19 20 21 山区铁路（或公路）除越岭地段以外，线路大多是沿河傍山而行，在地势陡峻的峡谷地段，常需修建的隧道即为傍山隧道，也有称之为河谷线隧道。（三）傍山(河谷)隧道位置的选择1.傍山隧道的概念22 (4)河道狭窄，水流湍急冲刷力强，对山坡稳定和隧道安全威胁较大。2.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)一般埋深较浅，属浅埋隧道和短隧道群，洞身覆盖薄、易产生不对称的偏压情况；23 傍山隧道在浅埋地段，要注意洞身覆盖厚度问题。为保持山体稳定和避免冲刷偏压、隧道位置宜往山体内侧靠，一般要求隧道外侧最小覆盖厚度限值。3.傍山隧道的位置选择要点(1)保证最小覆盖层厚24 河岸存在中冲刷现象或河道窄、水流急，冲刷力强的地段，要考虑河岸受冲刷对山体和洞身稳定的影响，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。(2)尽量内靠25 线路沿山嘴绕行应与直穿山嘴的隧道方案进行比较。如山嘴地段地形陡峻、地质复杂，河岸冲刷严重，以路堑或短隧道通过难以长期保证运营安全时，应尽可能用“裁弯取直”，以较长隧道方案通过。(4)尽可能“裁弯取直”傍山隧道位置应考虑施工便道设置和既有公路的位置，应注意既有公路边坡可能坍塌和便道施工对洞身稳定的影响。(3)注意周围既有建筑对隧道稳定的影响26 27 ◆常见的不良地质条件主要是指：滑坡、崩坍、松散堆积、泥石流、岩溶及含盐、含煤地层、地下水发育等地质现象。（四）不良地质地段隧道位置的选择◆大量工程实践表明：不论是河谷线还是越岭线。在具体选定隧道位置时都必须详细研究地质条件的影响，力求使隧道在较好的地质条件下通过，尽量减少不良地质条件的影响是极力重要的。28 （2）层状倾斜岩层沿某个软弱面滑动1.滑坡地区（1）山体可能沿某软弱面滑动29 悬崖陡壁地区，日久风化、产生张开节理和裂隙，不要把隧道置于地表不厚的傍山位置。2.崩塌地区30 岩石经风化作用，分解和剥离成为大小不一的块体，从山坡上方滚下，或冲刷夹持而堆积在山坡坡脚处，形成松散堆积体。隧道通过这类地区，开挖时极易发生坍方，给施工带来困难。这时宜把隧道位置放在岩堆以下的稳定岩体之中。3.岩堆地区31 应避免把隧道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.泥石流32 （1）地下水不宜从多水地区通过（隧道内建桥）；（2）高地温5.溶洞地区尽量避免或要有足够的安全距离。6.瓦斯地区隧道在通过煤层时会遇到甲烷(CH4)、二氧化碳(CO2)等有害气体，容易引起火灾、爆炸、最好避开，不得已时作好通风。7.其他33 2.3隧道洞口位置的选定（一）洞口位置选定的重要性◆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。◆要避免单纯经济观点(所谓“等价点”)来选定隧道洞口34 1.洞口应尽可能设在山体稳定、地质较好处，不应设在排水困难的沟谷低洼中心。（二）洞口位置选定的原则和要求总的原则：早进洞、晚出洞目的：确保施工、运营的安全理由：(1)沟谷地势狭窄，不利施工；(2)不利防洪、排水；(3)洼地一般地质条件较差。35 线路与等高线斜交无法避免时：◆可采用斜交洞门，但围岩类别应不小于Ⅲ级。且斜交角度一般不小于45◆接长明洞◆采用台阶式洞门2.洞口应尽可能设在线路与地形等高线正交处36 理由：不使山体受扰动太甚，不使新开出的暴露面太大3.隧道洞口的路肩设计标高，应高于洪水设计标高Ⅰ、Ⅱ级铁路、高速公路为100年一遇Ⅲ级与其他公路为50年一遇4.边坡、仰坡不宜开挖过高，以保证洞口安全《隧道设计规范》——各级围岩洞口最大开挖高度与边仰坡坡率37 5.当隧道穿过悬崖陡壁时，可贴壁进洞◆当隧道穿过悬崖陡壁时，岩壁稳定且落石或坍塌不可能时，一般不宜刷动原坡面，破坏地表植被，暴露风化破碎岩层，使洞口处于不利地位。◆若洞顶危岩活石难以清除，或支护上有落石掉块危机行车安全时，应延伸洞口接长明洞至能坍落影响范围以外3～5m。38 6.当洞口地形平缓时由于选定洞口位置有较大的伸缩范围此时，此时应结合洞外填方路堑施工难易、路堑排水支农要求、弃碴场地、施工力量及机械设备等情况全面考虑。7.注重环境保护39 ◆隧道长度(起迄点)的计算铁路：洞门外表面与内轨顶面的交点公路：洞门外表面与路线中线的交点2.4隧道线路设计◆概念：隧道平面是指隧道中心线在水平面的投影隧道纵断面是中心线展直后在垂直面的投影40 3.当洞外明线出现曲线时，最好要使曲线的缓直点(或直缓点)距洞口一定距离(如公路隧道应保证停车视距)。（一）隧道线路平面设计设计要点1.在地形地质条件可能的情况下，应尽可能采用直线或大半径曲线，避免小半径曲线(曲线的缺点见教材p.23)。2.隧道应尽量避免设反向曲线或复曲线，以利于运营施工。4.公路隧道不设超高的最小曲线半径：表2－3。41 （二）隧道线路纵断面设计1.设计要素坡道形式坡度大小坡段长度坡段间的衔接42 单面坡多用于线路的紧坡地段或是展线地区及河谷隧道中，以利争取高程2.坡道形式两种：人字坡和单面坡人字坡常出现在越岭隧道、长大隧道中3.坡度大小隧道内最大限制坡度公路不大于3%，不小于0.3%43 1.设计基本内容★内轮廓线★轴线★厚度2.设计步骤★确定隧道类型相应建筑限界★根据围岩初步拟定截面厚度★断面优化、强度检算并评价内轮廓线2.5隧道横断面设计44 3.设计注意事项★隧道内轮廓必须符合隧道建筑净空限界。★内轮廓线应尽量减小洞室的体积。★结构轴线应尽可能地符合压力线。★采用的施工方法能确保断面形状及尺寸有利于隧道的稳定。4.设计目的★满足限界要求★满足受力要求★圬工最省45 46 （一）隧道净空与限界的基本概念隧道净空：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：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。47 （二）铁路隧道建筑限界机车车辆或超限货物车辆的接近限界隧道建筑限界隧道净空铁路建筑接近限界48 （三）公路隧道建筑限界建筑限界组成部分：行车道宽度(W)路缘带(S)侧向宽度(L)人行道(R)或检修道(J)当设置人行道时，含余宽(C)车道数49 公路隧道建筑限界图(尺寸单位：m)50 各级公路隧道建筑限界基本宽度（m）公路分类公路等级地形行车道宽度（单洞）W侧向宽度人行道R检修道(一侧)J隧道建筑限界净宽路缘带S余宽C设检修道或不设人行道设人行道汽车专用公路高速平原微丘7.500.750.500.7510.75重丘7.500.500.500.7510.25山岭7.500.500.250.759.757.000.500.250.759.25一级平原微丘7.500.500.500.7510.25山岭重丘7.000.500.250.759.25二级平原微丘8.00/0.250.759.25山岭重丘7.500.250.758.75一般公路二级平原微丘9.000.250.759.5010.5山岭重丘7.000.257.508.50三级平原微丘7.000.250.757.508.50山岭重丘7.000.257.508.50四级平原微丘7.000.257.50山岭重丘7.00/4.500.257.50/5.0051 （五）公路隧道衬砌断面目前公路隧道以单心圆、坦三心圆两种断面应用最为普遍。公路隧道与铁路隧道的主要区别：①铁路隧道建筑限界是固定统一的，而公路隧道的建筑限界则不定。②公路隧道的附属设施比铁路隧道多且要求高，且每一座隧道均会因交通流量和长度不同而要求不同。（四）曲线隧道净空加宽52 1.单心圆断面设计单心圆衬砌内轮廓线迭代求解面积最小为最优。53 坦三心圆内轮廓线2.坦三心圆断面设计54 （六）衬砌截面厚度单线铁路隧道拱顶厚度一般为30～60㎝双线铁路隧道衬砌拱顶厚度为40～80㎝。仰拱厚度一般稍小于拱顶的厚度。衬砌可以等厚，也可将拱脚和边墙较拱顶加厚20%～50%。55 小结思考题：第2章隧道工程勘测设计1.隧道工程勘察的基本内容；地质调查后应提供的主要资料2.越岭隧道选择时要考虑的主要因素3.隧道洞口位置选择的总原则与目的4.隧道纵坡的型式、适用条件、限制坡度6.有哪些因素会影响公路隧道衬砌断面形状？5.确定隧道建筑限界需要考虑哪些因素？56