隧道工程(第三章隧道總體設(shè)計)

1、第三章第三章 隧道總體設(shè)計隧道總體設(shè)計3.1 3.1 隧道選址隧道選址3.2 3.2 隧道的幾何設(shè)計隧道的幾何設(shè)計3.3 3.3 襯砌內(nèi)輪廓線及幾何尺寸擬定襯砌內(nèi)輪廓線及幾何尺寸擬定3.4 3.4 道路隧道勘測設(shè)計文件的內(nèi)容和組成道路隧道勘測設(shè)計文件的內(nèi)容和組成3.1 3.1 隧道選址隧道選址1 1、公路隧道選址的基本原則：、公路隧道選址的基本原則： 必須與公路總體設(shè)計相協(xié)調(diào)適應(yīng)(交通量、公路等級等) 隧道位置應(yīng)選擇在穩(wěn)定的地層中； 越嶺隧道應(yīng)進(jìn)行較大范圍的方案選擇，進(jìn)行全面的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，選擇在地質(zhì)條件較好的地段穿越； 沿河傍山隧道，其位置宜向山側(cè)內(nèi)移，避免一側(cè)洞壁過薄產(chǎn)生偏壓；(1)選擇

2、隧道位置時，應(yīng)注意洞口位置和有關(guān)工程的處理，一般宜采取“早進(jìn)洞，晚出洞”原則。2 2、隧道方案與自然條件的關(guān)系、隧道方案與自然條件的關(guān)系 當(dāng)?shù)氐墓こ痰刭|(zhì)與水文地質(zhì)條件、地形地貌條件、氣象條件，一般而言是隧道方案主要考慮的問題。另外，還有工程的難易程度、經(jīng)濟(jì)、工期要求，甚至還有政治、經(jīng)濟(jì)、軍事與地區(qū)發(fā)展都有關(guān)。根據(jù)隧道軸線與地形的關(guān)系，主要有： (1) 坡面正交型； (2) 坡面斜交型； (3) 坡面平行型； (4) 尾部進(jìn)入型； (5) 深入谷地型。3 3、越嶺隧道的選址、越嶺隧道的選址 越嶺隧道的位置主要以選擇埡口埡口和確定隧道高程隧道高程為主要依據(jù)。(1) (1) 越嶺隧道平面位置的選擇越

3、嶺隧道平面位置的選擇 采用直線或大半徑曲線為好； 優(yōu)選考慮在路線總方向上或其附近的低埡口，展線好，隧道較短； 雖遠(yuǎn)離線路總方向，但埡口兩側(cè)有良好的展線條件； 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件良好的埡口。(2)(2)越嶺隧道標(biāo)高的選擇越嶺隧道標(biāo)高的選擇( (在山體中何位置在山體中何位置) ) 盡可能把隧道埋于較好的地層中； 洞口位置處于較好的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)處，便于施工場地的布設(shè)； 寒冷地區(qū)，隧道宜設(shè)在多年凍土上限和多年積雪線標(biāo)高以下，以保持施工和運營安全； 隧道條件應(yīng)考慮施工期限和施工技術(shù)條件； 考慮遠(yuǎn)景規(guī)劃，在不多增加工程造價的情況下，宜盡可能的把標(biāo)高降低一些。 越嶺方案的選擇以選擇越嶺方案的選擇以

4、選擇越嶺埡口越嶺埡口為重點，從而解決為重點，從而解決越嶺埡口越嶺埡口、隧道高程隧道高程和和兩側(cè)展線兩側(cè)展線這三個既相互聯(lián)系又相互制約的問題。這三個既相互聯(lián)系又相互制約的問題。4 4、傍山隧道選址、傍山隧道選址為改善線形改善線形，提高車速提高車速，縮短里程縮短里程，節(jié)省時間節(jié)省時間，常修建傍山隧道。 傍山隧道一般埋藏較淺，容易造成各種病害傍山隧道一般埋藏較淺，容易造成各種病害；山坡亦常有滑坡，松散堆積，泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，地質(zhì)情況較為復(fù)雜。 選擇傍山隧道時應(yīng)注意：選擇傍山隧道時應(yīng)注意： （1 1）傍山隧道的洞身覆蓋厚度問題。）傍山隧道的洞身覆蓋厚度問題。為保持山體穩(wěn)定和避免偏壓產(chǎn)生，隧道位置宜

5、往山體內(nèi)側(cè)靠-寧里勿外 傍山隧道最小覆蓋層厚度傍山隧道最小覆蓋層厚度 t(m) 圍巖類別最小覆蓋層厚度(m)單線雙線4679710101511201630 （2 2）要考慮河岸沖刷對山體和洞身穩(wěn)定的影響，）要考慮河岸沖刷對山體和洞身穩(wěn)定的影響，如圖所示。 （3 3）應(yīng)考慮施工便道設(shè)置和既有公路的位置，）應(yīng)考慮施工便道設(shè)置和既有公路的位置，應(yīng)注意既有公路邊坡的可能坍塌和施工便道對洞身穩(wěn)定的影響。如圖所示。 （4 4）線路沿山嘴繞行應(yīng)與直穿山嘴的隧道方案進(jìn)行比較。）線路沿山嘴繞行應(yīng)與直穿山嘴的隧道方案進(jìn)行比較。河岸受沖刷對洞身位置影響示意圖河岸受沖刷對洞身位置影響示意圖 道路對洞身穩(wěn)定的影響示意圖

6、道路對洞身穩(wěn)定的影響示意圖 5 5、不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇、不良地質(zhì)地段隧道位置的選擇 研究地質(zhì)條件的重要性：研究地質(zhì)條件的重要性：不論是沿河（溪）線還是越嶺線，地質(zhì)條件對隧道位置的選擇往往起決定性作用。好的地層，對施工和營運均有利，亦可節(jié)省投資；對巖性不好的地層、斷層破碎帶、含水層等不良地段應(yīng)避免穿越。若不能繞避而必須通過時，應(yīng)采取可靠的工程處理措施，以確保隧道施工及營運安全。 常見不良地質(zhì)條件常見不良地質(zhì)條件有滑坡、崩坍、松散堆積、泥石流、巖溶及含鹽、含煤、地下水發(fā)育等地質(zhì)條件。(1)(1)、滑坡、錯落、滑坡、錯落 滑坡、錯落對隧道的危害很大，在隧道通過滑坡地區(qū)時，必須查明滑坡類型范圍

7、、深度、滑動方向等。一般應(yīng)避開滑坡體或錯動體，或在可能滑動面以下一定深度通過。如圖所示。 (2)(2)、松散堆積層、松散堆積層 堆積層常處在暫時穩(wěn)定狀態(tài)。堆積層常處在暫時穩(wěn)定狀態(tài)。一旦擾動，穩(wěn)定即會喪失而造成崩坍。在這種地質(zhì)條件下隧道應(yīng)避開不穩(wěn)定、松散的堆積層，使洞身處于基巖中，并具有足夠的安全厚度。如圖甲的位置上。 滑坡地區(qū)隧道位置選擇示意圖滑坡地區(qū)隧道位置選擇示意圖 松散堆積層中隧道位置選擇示意圖松散堆積層中隧道位置選擇示意圖 (3)(3)、泥石流、泥石流 隧道通過泥石流地段時，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況考慮泥石流溝的改道和最大下切深度，確保洞口和洞身的安全。隧道洞頂距基巖面或最大下切面要有一定的覆蓋

8、厚度，如圖 (b)乙的位置，隧道洞口應(yīng)避開泥石流溝及泥石流可能擴(kuò)展的范圍。有困難時，可修建一段明洞，使泥石流在明洞頂通過。 隧道通過泥石流時的位置選擇示意圖隧道通過泥石流時的位置選擇示意圖 6 6、隧道洞口位置的選擇、隧道洞口位置的選擇 洞口位置選擇好壞，將直接影響隧道施工、造價、工期和運營安全。選擇時要結(jié)合洞口的地形，地質(zhì)條件、施工、運營條件地形，地質(zhì)條件、施工、運營條件以及洞口的相關(guān)工程（橋涵、通風(fēng)設(shè)施等）綜合考慮。 （1 1）洞口部分在地質(zhì)上通常是不穩(wěn)定的。）洞口部分在地質(zhì)上通常是不穩(wěn)定的。一般應(yīng)設(shè)在山體穩(wěn)定，地質(zhì)條件好，排水有利的地方。隧道宜長不宜短，應(yīng)“早進(jìn)洞，晚出洞”，盡量避免大挖

9、大刷，破壞山體穩(wěn)定。（2 2）洞口不宜設(shè)在溝谷低洼處和匯水溝處，）洞口不宜設(shè)在溝谷低洼處和匯水溝處，一般宜將洞口移到溝谷地質(zhì)條件較好的一側(cè)有足夠?qū)挾鹊纳阶焯帲鐖D中的B線。（3 3）當(dāng)洞口處為懸崖陡壁時，）當(dāng)洞口處為懸崖陡壁時，根據(jù)地質(zhì)情況采用貼壁（見圖）或采用接長明洞的辦法，將洞口堆到坍方范圍以外35m處，見圖 溝谷附近洞口平面位置示意圖溝谷附近洞口平面位置示意圖貼壁進(jìn)洞時洞口縱斷面示意圖貼壁進(jìn)洞時洞口縱斷面示意圖陡壁下接長明洞縱斷面示意圖陡壁下接長明洞縱斷面示意圖緩坡洞口縱斷面示意圖緩坡洞口縱斷面示意圖(4)(4)洞口地形平緩時，一般也應(yīng)早進(jìn)洞晚出洞。洞口地形平緩時，一般也應(yīng)早進(jìn)洞晚出洞。

10、這時洞口位置選擇余地較大，應(yīng)結(jié)合洞外路塹、填方、棄渣場地、工期等具體確定(見圖)。需要時可接長明洞，以確保施工和運營安全。 (5)(5)考慮洞口邊仰坡不致開挖過高和洞口段襯砌結(jié)構(gòu)受力，考慮洞口邊仰坡不致開挖過高和洞口段襯砌結(jié)構(gòu)受力，洞口位置宜與地形等高線大體上正交見圖(a)。道路隧道一般不宜設(shè)計斜交洞門，見圖(b)。若為斜交時，應(yīng)盡可能加大斜交角度（一般不小于450），或采取工程措施，以降低垂直等高線方向的開挖高度。 正交洞門平面示意圖正交洞門平面示意圖 斜交洞門平面示意圖斜交洞門平面示意圖 (6)長大隧道在洞門附近應(yīng)考慮施工場地施工場地、棄渣場棄渣場等的位置。 (7)洞口附近有居民點時，考慮

11、提前進(jìn)洞提前進(jìn)洞，盡可能減少附近地上構(gòu)筑物，地下埋設(shè)物與隧道的相互影響，及減少對環(huán)境（農(nóng)業(yè)、交通、居民生活）的影響。 (8)洞口路肩應(yīng)高出設(shè)計洪水位（包括浪高）以上0.5m0.5m，以免洪水浸入隧道。 (9)考慮通風(fēng)設(shè)備排出的廢氣和噪聲對周圍環(huán)境的影響程度和解決辦法。 (10)考慮設(shè)置防雪工程、防風(fēng)工程和防路面凍害工程的必要性。 總之，隧道洞口和洞身是不可分的整體，在位置選擇時不能顧此失彼，應(yīng)該同樣的重視?？偨Y(jié)：隧道選址的基本原則：總結(jié)：隧道選址的基本原則： 1、隧道長度最短； 2、隧道兩側(cè)展線良好； 3、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件良好。3.2 3.2 隧道幾何設(shè)計隧道幾何設(shè)計隧隧道道主體建筑物主

12、體建筑物附屬建筑物附屬建筑物洞門洞門洞身襯砌洞身襯砌洞口地段接長的明洞洞口地段接長的明洞(據(jù)地形地質(zhì)情況需要據(jù)地形地質(zhì)情況需要)通風(fēng)、照明、防排水通風(fēng)、照明、防排水安全設(shè)備、電力、通信設(shè)備等安全設(shè)備、電力、通信設(shè)備等 1 1、隧道的平面設(shè)計、隧道的平面設(shè)計 (1)(1)、隧道平面、隧道平面是指隧道中心線在水平面上的投影。隧道是線路的組成部分，線形也應(yīng)滿足公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定； (2)(2)、任務(wù)：、任務(wù)：決定隧道的平面位置，選定洞口位置及洞內(nèi)各種地下管線埋設(shè)位置；(3)(3)、基本要求：、基本要求： 原則上采用直線直線，避免曲線曲線 ； 隧道平面線形以采用直線直線或大半徑曲線大半徑曲線為好，并

13、應(yīng)考慮行駛安全，隧道全長較短、施工容易等，在洞口不應(yīng)使用小半徑的引線與隧道銜接； 一座隧道內(nèi)最好不設(shè)一個以上的曲線，尤其是避免反曲線反曲線； 當(dāng)必須設(shè)置兩條曲線時，兩曲線之間應(yīng)有足夠長的夾直線夾直線。(4)(4)、曲線隧道的不利因素：、曲線隧道的不利因素： 行車視距問題； 加寬斷面問題，造成變截面隧道，施工難度大； 曲線隧道內(nèi)裝修復(fù)雜； 增加通風(fēng)阻抗，對自然通風(fēng)不利； 2 2、隧道縱斷面設(shè)計、隧道縱斷面設(shè)計 隧道縱斷面是指沿隧道中心線展開的垂直面上的投影 (1)(1)、縱坡類型：、縱坡類型： 人字坡隧道 上行單坡隧道 下行單坡隧道(2)(2)、控制隧道縱坡大小的主要因素、控制隧道縱坡大小的主要

14、因素 通風(fēng)問題 排水問題下行單坡隧道下行單坡隧道 人字坡隧道人字坡隧道 (3)(3)、縱坡坡度大小及其影響、縱坡坡度大小及其影響 隧道縱坡坡度范圍：0.3%-3%； 縱坡坡度與通風(fēng)的關(guān)系，要求1%以下，大于2%，排量迅速增加； 與排水的關(guān)系，縱坡越大水流越快； 縱坡坡度與施工運營的關(guān)系，采用大豎曲線半徑和豎曲線長度； 綜合通風(fēng)和排水考慮，縱坡為不防礙排水的緩坡為宜。3 3、隧道凈空斷面橫斷面設(shè)計、隧道凈空斷面橫斷面設(shè)計 下圖所示斷面形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)圍巖壓力求得最經(jīng)濟(jì)值 專用公路專用公路 一般公路一般公路W W一行車道寬度；一行車道寬度； S S一行車道兩側(cè)路緣帶寬度；一行車道兩側(cè)路緣帶寬度；

15、C C一余寬，當(dāng)計算行車速變一余寬，當(dāng)計算行車速變100km100kmh h時為時為0.50m0.50m，計算行車速度，計算行車速度100km100kmh h時為時為0.25m0.25m； HH凈高，汽車專凈高，汽車專用公路、一般二級公路為用公路、一般二級公路為5m5m，三、四級公路為，三、四級公路為4.5m; E4.5m; E建筑限界頂角寬度，建筑限界頂角寬度，當(dāng)當(dāng)L1mL1m時，時， E=LE=L；當(dāng)；當(dāng)L L1m1m時，時， E= 1mE= 1m； L L一側(cè)向?qū)挾龋咚俟?、一級公路一?cè)向?qū)挾龋咚俟?、一級公路短隧道，其?cè)向?qū)挾纫巳∮猜芳鐚挾?；短隧道，其?cè)向?qū)挾纫巳∮猜芳鐚挾?；R R

16、一人行道寬度一人行道寬度;J;J一檢修道寬度。一檢修道寬度。(1)(1)、隧道凈空：、隧道凈空：指隧道襯砌的內(nèi)輪廓線所包圍的空間，包括通風(fēng)、照明、消防、通訊等設(shè)備所占空間；(2)(2)、隧道建筑限界：、隧道建筑限界：是為保證隧道內(nèi)各種交通的正常運行與安全而規(guī)定在一定寬度和高度范圍內(nèi)不得有任任何障礙物何障礙物的空間限界 ；(3)(3)、隧道行車限界：、隧道行車限界：保證隧道中行車安全，在一定高度和寬度范圍內(nèi)任何物體不得 侵入的限界；(4)(4)、墻效應(yīng)：、墻效應(yīng)：隧道邊墻給駕駛員造成危險的心理影響，行車偏左減少行車道； (5) (5)、加寬帶：、加寬帶：大于2公里隧道，設(shè)緊急停車帶，寬2.5m，

17、長2540米，間隔750米；大于10公里隧道設(shè)U型回車道； (6)(6)、凈高：、凈高：一般高速公路、一級公路5米，二級以下公路4.5米； (7)(7)、建筑限界頂角寬：、建筑限界頂角寬：小于等于1米； (8)(8)、兩相鄰隧道最小間距問題：、兩相鄰隧道最小間距問題：兩相鄰隧道最小凈距 視圍巖類別圍巖類別，斷面尺寸斷面尺寸、施工方法施工方法、爆破震動爆破震動影響等因素確定。 兩相鄰隧道最小間距一般情況可按下表的規(guī)定選用。從理論上說，兩相鄰隧道應(yīng)分別置于圍巖壓力相互影響及施工影響范圍之外。因此還需根據(jù)經(jīng)驗通過工程類比分析確定。公路道路勘測規(guī)程（JTJ06385）規(guī)定：“一般為30m30m”。 兩

18、相鄰隧道最小間距 圍 巖 類 別 VI V IV III II I 凈 距 (m) (1.5 2.0)B (2.0 2.5)B (2.5 3.0)B (3.0 5.0)B 5.0B 公路隧道橫斷面示意圖（尺寸單位：公路隧道橫斷面示意圖（尺寸單位：m m） 4 4、隧道接線、隧道接線 (1)、隧道洞口的連接線平面及斷面線形應(yīng)與隧道線形相配合，應(yīng)保證有足夠的視距和行駛安全； (2)、隧道兩端平面線形與路線線形相一致，必須有一定的連接線長度過渡(其規(guī)定如表所示)； (3)、隧道兩端的接線縱坡應(yīng)有一段距離與隧道縱坡保持一致，以滿足設(shè)置豎曲線和保證各級公路停車或會車視距的要求； (4)、當(dāng)隧道凈寬大于所

19、在公路的路基寬度時，兩端接線應(yīng)有不短于50m的同隧道等寬的加寬段，并設(shè)計過渡段加以銜接。 3.3 3.3 襯砌內(nèi)輪廓線及幾何尺寸擬定襯砌內(nèi)輪廓線及幾何尺寸擬定 什么是隧道襯砌隧道襯砌 (Lining)？它是一種超靜定支護(hù)結(jié)構(gòu)，是隧道的主體建筑物1 1、襯砌斷面設(shè)計：、襯砌斷面設(shè)計：主要解決內(nèi)輪廓線內(nèi)輪廓線，軸線軸線和厚度厚度三個問題。(1)(1)、內(nèi)輪廓線、內(nèi)輪廓線 設(shè)計原則設(shè)計原則: :襯砌的內(nèi)輪廓線應(yīng)盡可能地接近建筑限界，力求開挖和襯砌的數(shù)量最小。襯砌內(nèi)表面力求平順，還應(yīng)考慮襯砌施工的簡便。(2)(2)、隧道襯砌斷面的軸線：、隧道襯砌斷面的軸線：應(yīng)當(dāng)盡量與斷面壓力曲線重合，使各截面主要承受

20、壓應(yīng)力。 、當(dāng)襯砌受徑向分布的水壓時，軸線以圓形圓形最好； 、主要承受豎向壓力或同時承受不大的水平側(cè)壓力時，可采用三心圓拱三心圓拱和直墻式襯砌直墻式襯砌； 、當(dāng)承受豎向壓力和較大側(cè)壓力時，宜采用五心圓曲五心圓曲墻式襯砌墻式襯砌； 、當(dāng)有沉陷可能和受底壓力時，宜加設(shè)仰拱仰拱的曲墻式曲墻式襯砌襯砌。(3)(3)、隧道襯砌厚度：、隧道襯砌厚度：隨所處地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件不同而有較大變化，并且與隧道的跨徑，荷載大小，襯砌材料以及施工條件等有關(guān)。根據(jù)以往經(jīng)驗，拱圈可以采取等截面，也可采取在拱腳部分加厚2050的變截面。仰拱厚度一般略小于拱頂厚度。 截面最小厚度（截面最小厚度（cm cm ） 5 5、襯

21、砌斷面：、襯砌斷面：(1)(1)、襯砌斷面的形狀、襯砌斷面的形狀( (主要有主要有) ) 直墻式圓弧拱；直墻式圓弧拱； 三心圓拱；三心圓拱； 單圓拱。單圓拱。(2)(2)、襯砌斷面的輪廓線、襯砌斷面的輪廓線 襯砌內(nèi)輪廓線：襯砌內(nèi)輪廓線： 襯砌外輪廓線襯砌外輪廓線： 實際開挖線：實際開挖線：隧道斷面輪廓線隧道斷面輪廓線 6 6、公路隧道襯砌內(nèi)輪廓線的求法、公路隧道襯砌內(nèi)輪廓線的求法 (1)(1)確定建筑限界；確定建筑限界； (2)(2)確定弧形；確定弧形； (3)(3)計算驗證、調(diào)整。計算驗證、調(diào)整。即：即：初步擬初步擬定尺寸定尺寸計算內(nèi)力計算內(nèi)力檢算強度檢算強度(安全量安全量)結(jié)束結(jié)束滿足滿足

22、否否 初步擬定結(jié)構(gòu)形狀和尺寸可采用經(jīng)驗類比法，考察的初步擬定結(jié)構(gòu)形狀和尺寸可采用經(jīng)驗類比法，考察的因素有：因素有： (1)(1)、內(nèi)輪廓、內(nèi)輪廓選定凈空形狀選定凈空形狀 原則：緊貼限界，襯砌表面平順圓滑。原則：緊貼限界，襯砌表面平順圓滑。 (2)(2)、結(jié)構(gòu)軸線、結(jié)構(gòu)軸線抽象出進(jìn)行計算的幾何形狀抽象出進(jìn)行計算的幾何形狀 隧道襯砌是一種受壓結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的軸線盡可能的符合隧道襯砌是一種受壓結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的軸線盡可能的符合荷載作用下的壓力線。荷載作用下的壓力線。 (3)(3)、截面厚度、截面厚度檢算強度檢算強度 要求設(shè)計的截面厚度具有足夠的強度，同時襯砌的最要求設(shè)計的截面厚度具有足夠的強度，同時襯砌的最小厚度應(yīng)滿足施工要求。小厚度應(yīng)滿足施工要求。3.4 道路隧道勘測設(shè)計文件的內(nèi)容和組成道路隧道勘測設(shè)計文件的內(nèi)容和組成 道路隧道勘測設(shè)計的成果是相應(yīng)的設(shè)計文件，應(yīng)按交通部頒發(fā)的公路基本建設(shè)工程設(shè)計文件編制辦法和公路隧道勘測規(guī)程的要求進(jìn)行。 定測結(jié)束后應(yīng)提出隧道勘測說明書，其內(nèi)容如下： 1、沿線隧道概況及自然概況； 2、工程地質(zhì)(包括地震烈度資料)及水文地質(zhì)情況； 3、氣象、環(huán)境和有關(guān)政策法令情況； 4、施工條件； 5、隧道方案(2個或2個以上)的比選情況和在設(shè)計中應(yīng)注意的事項； 6、對運營通風(fēng)、