隧道工程第2章.ppt

隧 道 工 程,2.1 隧道勘察的阶段,可行性研究勘察初步勘察详细勘察,2.2 隧道勘察的主要方法,2.2.1 收集研究既有资料 地形地貌 地质情况 区域水文气象情况 植被及环境 类似工程经验,2.2.2 调查与测绘（1）工程地质调查*直接观察*访问群众（2）工程地质测绘*目测*仪器（3）调查测绘内容,2.2.3 隧道勘察的主要手段,（1）挖探：23米（2）简易钻探：310米（3）钻探：冲击钻、回转钻等（4）地球物理勘探（物探）利用岩土体材料的导电性和导磁性等，根据接收信号判断地层缺陷及力学性质,地球物理勘探 geophysical exploration,应用地球物理技术探测的资料推断解释地下工程地质条件的勘探方法。电法勘探 声波勘探 地震勘探 钻孔电视,电法勘探 electrical sounding,根据地壳中各类岩石或矿体的电磁学性质（如导电性、导磁性、介电性）和电化学特性的差异，通过对人工或天然电场、电磁场或电化学场的空间分布规律和时间特性的观测和研究，解决地质问题的方法。常用方法:电阻率法、充电法、激发极化法、自然电场法、大地电磁测深法和电磁感应法等。,电阻率法利用地壳中岩石、矿石间电阻率（）差异，观测和研究地面人工电流场(稳定的或准稳定的)分布规律的方法。,地震雷达（Ground Penetraing Radar）,以脉冲形式通过发射天线向地下发射高频电磁波（1MHz-1GHz）,由接收天线接收电磁波在地下介质的传播过程中遇到存在电性差异介质的界面时反射回来的波。分析反射回来的电磁波时间、频率和振幅等特征，从而推断地下介质的空间位置、结构性质及几何形态。,地震发射波 seismic reflection,由小的爆炸冲击源产生的地震波，在向四周和钻进方向传播时，遇到岩石强度的变化地带(如断层带和岩层突变)时，一部分信号被返射回来并被感应接收机接收，根据回声的传播时间及行进速度，即可计算得出计算地震波速率、反射的位置与隧道轴线相交的角度、空间位置和岩石力学参数。,TSP203TGP,地震CT,利用地震波穿透地质体，根据地震波走时和能量衰减观测对地质体结构成像。地震波穿透岩土介质时，其速度快慢与岩土介质的弹性模量、剪切模量、密度有关。地震CT图像能较为可靠地反映各类岩土体间的分布界线及岩体的破碎程度。,2.3.1 地下水涌水调查(1)内容：调查地下水的类型及其与地表水的相互补给关系；调查地下水的流量、流向及水质等；(2)预测地下水涌水量：须调查隧道中心线上的“谷”及“梁”的分布情况；(3)利用钻探成果判断涌水情况；(4)查明涌向隧道的地下水的范围。,2.3 水文勘察,隧道穿越三迭系大冶组、嘉陵江组、二迭系、石炭系、泥盆系、志留系地层，其中灰岩地层长度8772米，占隧道的63，碎屑岩长度5074米，占隧道的37，另发育5条暗河及管道流。,透水量达4万5万立方米小时，持续了30分钟。,野山关隧道,2.3.2 枯水调查(1)目的：明确由于修建隧道工程而使地下水及供水受到影响，造成工业用水及居民饮水困难等；(2)主要内容：地下水的利用状况（使用时间、水量等）、地下水季节性变化以及雨后变化、植被情况等,2.4 建筑环境评价,目的：明确环境现状，不因修建工程而使环境恶化。2.4.1 对现有生态环境保护的项目（1）水资源保护；（2）植被保护；（3）特殊区(名胜古迹、温泉、风景等)保护；（4）环境污染的保护(污水、烟尘、噪声、有害物等)（5）弃碴处理；,2.4.2 隧道工程周围环境现状的调查（1）地物地貌的调查，包括：洞口附近居民住宅，单位分布及规模；（2）地形地质的调查，包括：地形特征、地质构造及不稳定地层类型；（3）大气质量的调查，包括：气象资料，大气污染现状。（4）水体质量的调查，包括：水源类型、供水量、供水方式、水源补给转化情况；（5）噪声振动的调查，包括：运输装卸及爆破产生的噪声。（6）生态资源的调查，包括：森林、草场、水域的面积和位置；野生动物。,2.4.3 预测环境影响（1）大气（2）水质（3）振动与噪声（4）地表沉陷（5）动物与植物（6）自然景观,1、公路隧道总体设计的基本原则尽可能绕开不良地质体。经济合理的断面内轮廓。合理的通风、照明、交通监控等机电设施。综合考虑隧道内外防排水系统、消防给水系统、辅助通道、弃渣处理、管理设施、交通工程设施、环境保护等。,2.5 隧道选址,2、越岭隧道的选址(1)越岭隧道平面位置的选择 优选考虑在路线总方向上或其附近的低垭口，展线好，隧道较短；工程地质和水文地质条件良好的垭口。,(2)越岭隧道标高的选择 选择越岭隧道标高时，综合考虑施工、运营等多因素比较确定最优隧道标高。(3)越岭隧道选址尚应考虑以下原则：逢山穿洞，宁长勿短，早进晚出-避免洞口深挖；宁里勿外，宁深勿浅，避软就硬-避免不良地质；,3、傍山隧道选址 傍山隧道一般埋藏较浅，容易造成各种病害；山坡亦常有滑坡，松散堆积，泥石流等不良地质现象，地质情况较为复杂。选择傍山隧道时应注意：（1）傍山隧道的洞身覆盖厚度问题。为保持山体稳定和避免偏压产生，隧道位置宜往山体内侧靠-宁里勿外。,傍山隧道最小覆盖层厚度 t(m),（2）要考虑河岸冲刷对山体和洞身稳定的影响，如图所示。（3）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的可能坍塌和施工便道对洞身稳定的影响。如图所示。,河岸受冲刷对洞身位置影响示意图,道路对洞身稳定的影响示意图,4、不良地质地段隧道位置的选择 常见不良地质条件:滑坡、崩坍、松散堆积、泥石流、岩溶及含盐、含煤、地下水发育等地质条件。,(1)滑坡、错落 滑坡、错落对隧道的危害很大，在隧道通过滑坡地区时，必须查明滑坡类型范围、深度、滑动方向等。一般应避开滑坡体或错动体，或在可能滑动面以下一定深度通过。,(2)松散堆积层 堆积层常处在暂时稳定状态。一旦扰动，稳定即会丧失而造成崩坍。在这种地质条件下隧道应避开不稳定、松散的堆积层，使洞身处于基岩中，并具有足够的安全厚度。,滑坡地区隧道位置选择示意图,松散堆积层中隧道位置选择示意图,(3)泥石流 隧道通过泥石流地段时，应结合地质情况考虑泥石流沟的改道和最大下切深度，确保洞口和洞身的安全。隧道洞顶距基岩面或最大下切面要有一定的覆盖厚度，如图(b)乙的位置，隧道洞口应避开泥石流沟及泥石流可能扩展的范围。有困难时，可修建一段明洞，使泥石流在明洞顶通过。,隧道通过泥石流时的位置选择示意图,5、隧道洞口位置的选择 洞口位置选择好坏，将直接影响隧道施工运营安全。（1）宜长不宜短，应“早进洞，晚出洞”，避免大挖大刷，破坏山体稳定。（2）洞口不宜设在沟谷低洼处和汇水沟处，一般宜将洞口移到沟谷地质条件较好的一侧有足够宽度的山嘴处。（3）当洞口处为悬崖陡壁时，根据地质情况采用贴壁或采用接长明洞的办法，将洞口堆到坍方范围以外35m处.,（4）洞口地形平缓时，一般也应早进洞晚出洞。这时洞口位置选择余地较大，应结合洞外路堑、填方、弃渣场地、工期等具体确定。需要时可接长明洞，以确保施工和运营安全。（5）考虑洞口边仰坡不致开挖过高和洞口段衬砌结构受力，洞口位置宜与地形等高线大体上正交。特别是在土质松软、岩层破碎、构造不利的傍山隧道，更应注意。,正交洞门平面示意图,斜交洞门平面示意图,2.6 隧道几何设计,隧道,主体建筑物,附属建筑物,洞门,洞身衬砌,洞口地段接长的明洞,通风、照明、防排水,安全设备、电力、通信设备等,1、隧道的平面设计 平面设计的基本要求 原则上采用直线，避免曲线；在洞口内外各3s设计速度形成长度的平面线型相一致。,2、隧道纵断面设计 隧道纵断面是指 沿隧道中心线展开的垂直面上的投影。,(2)控制隧道纵坡大小的主要因素 通风问题 排水问题(3)纵坡坡度大小及其影响 隧道纵坡坡度范围：0.3%-3%；地形限制时，中短隧道可适当放宽标准，但不大于4。纵坡坡度与通风的关系，要求1%以下，大于2%，排量迅速增加。洞内外线型协调，在洞口内外各3s设计速度形成长度的纵向线型相一致。,人字坡隧道,下行单坡隧道,3、隧道横断面设计,隧道建筑限界：是为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限界；加宽带：特长、长隧道，设紧急停车带，宽3.5m，长40米，间隔750米；大于10公里隧道设U型回车道；上下分离的公路隧道应设置横向通道，人行通道间隔250500m，车行通道7501000m。两相邻隧道最小间距问题：视围岩类别，断面尺寸、施工方法、爆破震动影响等因素确定。,两相邻隧道最小间距,公路隧道横断面净空图,公路隧道横断面示意图（尺寸单位：m）,隧道衬砌：一种超静定支护结构，是隧道的主体建筑物。衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，力求开挖和衬砌的数量最小。衬砌内表面力求平顺，考虑衬砌施工的简便。,2.7 衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定,(1)当衬砌受径向分布的水压时,轴线以圆形最好；(2)主要承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力时，可采用三心圆拱和直墙式衬砌；,(3)当承受竖向压力和较大侧压力时，宜采用五心圆曲墙式衬砌；(4)当有沉陷可能受底压力时，宜加设仰拱的曲墙式衬砌。,隧道衬砌厚度 随所处地质条件和水文地质条件不同而有较大变化，并且与隧道的跨径，荷载大小，衬砌材料以及施工条件等有关。根据以往经验，拱圈可以采取等截面，也可采取在拱脚部分加厚2050的变截面。仰拱厚度一般略小于拱顶厚度。,隧道衬砌截面最小厚度（cm）,衬砌断面的轮廓线,衬砌内轮廓线：是衬砌的完成线，在内轮廓线之内的空间，即为隧道的净空断面。衬砌外轮廓线：指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，所以该线又称为最小开挖线。实际开挖线:为保证衬砌外轮廓，开挖时往往稍大，尤其用钻爆法开挖时，实际开挖线不可避免的成为不规则形状。,公路隧道勘测设计的成果是设计文件，应按交通部颁发的公路基本建设工程设计文件编制办法和公路隧道勘测规程的要求进行。,提出隧道勘测说明书其内容如下：1沿线隧道概况及自然概况；2工程地质及水文地质情况；3气象、环境和有关政策法令情况；4施工条件(包括施工场地、工程设备、给排水、动力、施工道路、弃渣场、建筑材料来源以及与附近建筑物或环境的关系等)；,2.8 隧道勘测设计文件的内容,5隧道方案(2个或2个以上)的比选情况和在设计注意事项；6对运营通风、运营照明和防排水方式的选择建议；7存在问题以及解决办法的建议，有关协议、纪要等；8.隧道线路方案平面图；比较方案(2条以上)应绘入图内，并附有方案比较说明，采用方案的理由 9隧道线路地质平面图；显示地质构造、岩层产状、不同地质的分界线，水文地质情况、地物、地貌等。10隧道纵断面图；显示隧道全貌，埋置深度，地质和水文地质以及线路条件，图上除注明里程、地面标高外，尚应注明设计坡度；设计标高及线路曲线要素。11隧道洞口地形平面图 显示边坡开挖情况，选定洞口位置，确定明洞长度，布置排水，施工场地及防护工程设施等，一般洞口地形平面图的施测范围为洞口前后及两侧各宽约60m左右，有不良地质现象时，其施测范围应酌情加宽。,施工图设计文件 1隧道平面图：显示地质平面、隧道平面位置及路线里程和进出口位置等。设U形回车场、错车道、爬坡车道时，应显示其位置和长度。2隧道纵断面图：显示隧道地质概况、衬砌类型（有加宽或设U形回车场时，应显示加宽值及加宽段长度)、埋深、路面中心设计标高、有高路肩时显示路肩标高、设计坡度、地面标高、里程桩等。3隧道进口(出口)纵横断面图：显示设置洞门处的地形、地质情况、边仰坡开挖坡度及高度等。4隧道进口(出口)平面图：显示洞门附近的地形、洞顶排水系统(与平导的相互关系等)、洞门广场的减光设计等,5隧道进口(出口)洞门图：显示洞门的构造、类型及具体尺寸，采用建筑材料、施工注意事项，工程数量等。有遮光棚等构造物时，应显示其与洞身连结关系及完整的遮光棚构造设计图。6隧道衬砌设计图：显示衬砌类型、构造和具体尺寸、采用的建筑材料；施工注意事项、工程数量等。设回车场、错车道、爬坡车道时应单独设计。,7辅助坑道结构设计图。8运营通风系统的结构设计图。9运营照明系统的结构设计图。10监控与管理系统结构设计图。11附属建筑物的结构设计图。,思考题1不良地质段隧道选址主要应考虑哪些问题？2隧道平面设计应注意哪些问题？3隧道纵断面设计应注意哪些问题？4什么是隧道建筑限界？5什么情况下需设置仰拱？6隧道接线的平面及纵断面线形有何要求？7什么是衬砌内轮廓线，外轮廓线，实际开挖线？8.如何确定圆形、直墙式和曲墙式内轮廓线尺寸？9圆形衬砌、直墙式衬砌、曲墙式衬砌各适用于何种围岩类型？10.公路隧道设计文件主要包括哪些内容？,工程岩体分级的基本方法1）计算BQ(1）确定岩体基本质量 两个指标：岩石的坚硬程度c；岩体完整性指数Kv。a.岩石坚硬程度的确定 岩石坚硬程度采用岩石单轴饱和抗压强（c）,c与定性划分的岩石坚硬程度的关系,b.岩体完整性指数（Kv）的确定。用弹性波测试，计算龟裂系数Kv。选择有代表性露头或开挖面，对不同的工程地质 岩组进行节理裂隙统计，节理数（Jv）(条/m3),Jv与 Kv的对照关系,Kv与岩体完整性程度定性划分的对应关系,（2）基本质量分级a.计算岩体基本质量指标BQ BQ=90+3C+250KV式中：C岩石单轴饱和抗压强度,MPa;KV岩体完整性指数值注：当C 90KV+30,代C 90KV+30 当KV0.04 RC+0.4,代KV0.04 RC+0.4,b.按计算所得的BQ值分级,2）结合工程情况，计算岩体基本质量指标修正值BQ BQBQ100(K1+K2+K3)K1 地下水影响修正系数；K2 结构面产状影响修正系数；K3 地应力影响修正系数。,BQBQ100(K1+K2+K3),BQ=90+3C+250KV,按计算所得的BQ值分级,BQBQ100(K1+K2+K3),3）.工程岩体分级标准的应用2条（1）岩体物理力学参数的选用,（2）地下工程岩体自稳能力的确定,注：小塌方：塌方高度6m，或体积100m3；,我国工程岩体分级标准（GB50218-94）的评价 优点：1）对地下隧道适用性较强；2）能反映岩体基本质量分级计算BQ3）考虑工程岩体特性（地下水、节理与工程位置关 系、地应力计算BQ,判断分类。缺点：对边坡岩体 和地基岩体的分级研究较少。,