《隧道工程》(第二版)課件全套 第1-8章 緒論、隧道工程勘測-隧道施工組織與環(huán)境保護_第1頁
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文檔簡介

隧道工程1隧道的產(chǎn)生和發(fā)展概況2隧道的分類及現(xiàn)狀3隧道工程的特點和一般設(shè)計原則4現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點和趨勢第一章

緒論學(xué)習(xí)要求及重點難點內(nèi)容及要求:隧道的由來和發(fā)展、分類、特點和設(shè)計原則,以及現(xiàn)代隧道建設(shè)發(fā)展現(xiàn)狀。通過本章的學(xué)習(xí),了解隧道的產(chǎn)生和發(fā)展概況;熟悉隧道的分類和現(xiàn)狀;掌握隧道工程的特點和一般設(shè)計原則以及現(xiàn)代隧道發(fā)展的趨勢。重點:隧道的分類、隧道工程的特點和隧道工程的一般設(shè)計原則。難點:充分認識隧道這一隱蔽工程結(jié)構(gòu)與一般地面工程結(jié)構(gòu)的差異。隧道的產(chǎn)生和發(fā)展概況1.11.1.1歷史演進方面(1)隧道的定義以任何方式修建,最終使用于地表以下的條形建筑物,其內(nèi)部空洞凈空斷面在2㎡以上稱均為隧道。陜西秦嶺終南山公路隧道:18.02千米山西太古高速公路西山特長隧道:13.6千米歷史演進方面人類出現(xiàn)到紀元前3000年隧道用于抵御自然威脅用獸骨、石器等工具開挖紀元前3000年到4世紀隧道用于生活及軍事抵御形成了現(xiàn)代隧道開挖技術(shù)的基礎(chǔ)(明挖法等)近古時期中世紀4世紀到16世紀隧道開挖技術(shù)已有顯著進步,開始采用礦山法掘進原始時期

17世紀直到現(xiàn)在隧道理論初步形成,隧道開挖技術(shù)有顯著進步近代和現(xiàn)代1.1.1歷史演進方面原始時代的隧道遠古時代北京直立人的洞穴便是隧道的雛形。人類或棲居于天然的洞穴,或利用獸骨、石器等工具在自身穩(wěn)定的地層中開挖洞穴,防御自然威脅,以及食肉動物和部落戰(zhàn)爭的侵襲原始時代的洞穴1.1.1歷史演進方面近古時代的隧道這一時代修建的隧道主要包括兩類類似隧道的地下工程:體現(xiàn)于統(tǒng)治者“靈魂永在”的地下墓道和墓室。出于生活和軍事防御目的的早期隧道結(jié)構(gòu)物。石門隧道胡夫金字塔秦始皇陵新疆坎兒井1.1.1歷史演進方面中世紀時代的隧道這一時期修建的隧道主要以疆域開拓和資源開發(fā)為主要特征:體現(xiàn)為資源開發(fā)的礦山巷道這一類隧道工程。體現(xiàn)為軍事作用的地下防護工程。湖北大冶銅綠山銅礦江西上饒包家金礦曹操運兵通道1.1.1歷史演進方面近代和現(xiàn)代隧道(1)動力機械和火藥的發(fā)明,促進了隧道開挖掘進技術(shù)發(fā)展。(2)除采礦外,隧道還用于灌溉、運河、公路和鐵路等工程以及因城市發(fā)展而修建的地鐵、輸水工程等迄今世界上最長的海底沉管隧道:港珠澳大橋沉管隧道(5.66km)第一座用于現(xiàn)代交通的水底隧道:1807年倫敦泰晤士河下公路隧道目前世界最長的公路隧道:拉達爾隧道長(24.5km)世界海拔第二高的隧道:大坂山隧道(海拔3792米)1.1.2施工方法(1)原始開挖方法對于硬巖地層的開挖,古代一直使用前述所說的“火焚法”和鐵錘、鋼釬等工具進行開挖,即先錘擊巖石,然后根據(jù)熱脹冷縮的原理,用木材燒熱巖石,隨后再用冷水澆淋,造成巖石碎裂。通過火焚法開挖的漢中棧道通過鐵錘鋼釬開挖的杜家灣隧道1.1.2施工方法(2)爆破技術(shù)爆破技術(shù)也在不斷發(fā)展,從早期的導(dǎo)火索雷管引爆,到點雷管毫秒引爆和導(dǎo)爆管非電雷管起爆,到現(xiàn)在的光面爆破,預(yù)裂爆破等。點雷管毫秒引爆導(dǎo)火索引爆光面引爆預(yù)裂爆破1.1.2施工方法(3)盾構(gòu)機法曾用于軟土地層開挖的盾構(gòu)機,現(xiàn)已能廣泛用于各種復(fù)雜的軟土地層的掘進。首臺國產(chǎn)復(fù)合盾構(gòu):中國中鐵1號國內(nèi)第一次批量生產(chǎn)的盾構(gòu):先行2號國內(nèi)首臺的大直徑泥水盾構(gòu):進越號國內(nèi)自主設(shè)計最大直徑泥水平衡盾構(gòu):春風(fēng)號1.1.3有關(guān)地層穩(wěn)定分析理論和隧道設(shè)計方法(1)地層穩(wěn)定分析理論地層壓力理論:把地層視為松散構(gòu)造的散粒體理論或者把地層視為連續(xù)彈性體的彈塑性理論。自然平衡拱理論:將圍巖視為具有一定黏結(jié)力的松散體,洞室開挖后能夠在其頂部形成穩(wěn)定的壓力拱,作用在支護上的壓力僅為壓力拱與支護之間松散巖體的質(zhì)量。松散介質(zhì)平衡理論:巖體為有一定黏結(jié)力的松散介質(zhì),當(dāng)隧道或坑道開挖后,圍巖下沉?xí)r由于側(cè)壓力的作用,在土層破裂面拱頂上方的垂直面上對下沉圍巖產(chǎn)生摩阻力。1.1.3有關(guān)地層穩(wěn)定分析理論和隧道設(shè)計方法(2)隧道設(shè)計方法礦山法:在地層中開挖坑道必然要引起圍巖坍塌掉落,開挖的斷面越大,坍塌的范圍也越大,因此開挖過程中需要及時跟進并滿堂的大剛度支護。新奧法:在巖體或土體中設(shè)置的使地下空間的周圍巖體形成一個中空筒狀支承環(huán)結(jié)構(gòu)為目的的設(shè)計施工方法。保護傘法:預(yù)先改良、加強工作面前方的地層,把工作面的穩(wěn)定性提高到與敞開式盾構(gòu)法施工時的同等程度。中國特色隧道修建方法:主要依靠圍巖,充分利用圍巖自承能力,并在圍巖穩(wěn)定性評價及分級、圍巖變形控制設(shè)計的基礎(chǔ)上,形成了以主動控制圍巖變形為主的中國特色隧道修建方法。隧道的分類及現(xiàn)狀1.21.2.1隧道分類從不同角度區(qū)分,有不同的隧道分類方法,一般認為按隧道的用途分類比較明確:交通隧道:提供交通運輸和人行的通道,以滿足交通線路暢通的要求。水工隧道:水利工程和水力發(fā)電樞紐的一個重要組成部分。市政隧道:城市中為安置各種不同市政設(shè)施的地下孔道。礦山隧道:礦山中為開采和運輸?shù)V石而修建的隧道。(1)交通隧道:公路隧道專供汽車運輸行駛的通道。隧道的修建在改善公路技術(shù)狀態(tài)、縮短運行距離、提高運輸能力、減少事故等方面起到重要的作用。1.2.1隧道分類(1)交通隧道:鐵路隧道專供火車運輸行駛的通道。開挖隧道穿越山嶺是一種合理的選擇,其作用可以使線路縮短,減小坡度,改善運營條件,提高牽引能力。1.2.1隧道分類(1)交通隧道:水下隧道修建于江、河、湖、海、洋下的隧道,供汽車和火車運輸行駛的通道。不受氣候影響,不影響通航,引道占地少,戰(zhàn)時不暴露交通設(shè)施目標。1.2.1隧道分類(1)交通隧道:地鐵隧道修建于城市地層中,為解決城市交通問題的軌道運輸通道。其快速、安全、大運量、更準時等特點,是目前全球大力倡導(dǎo)的重要公共交通形式。1.2.1隧道分類(1)交通隧道:航運隧道航運隧道是專供輪船運輸行駛而修建的通道。當(dāng)運河跨越分水嶺時,為克服高程需要修建運河隧道,其優(yōu)點是能縮短航程,減少運營費用,河道順直,使航運條件大大改善。1.2.1隧道分類(1)交通隧道:人行隧道專供行人通過的通道。修建于城市鬧區(qū)穿越街道或跨越鐵路、高速公路等行人眾多,往來交錯,車輛密集,偶有不慎便會發(fā)生交通事故的場合。1.2.1隧道分類(2)水工隧道:引水隧道將水引入水電站的發(fā)電機組或水資源的調(diào)動而修建的孔道。引水隧道作為引水的建筑工程,有過水承壓的工程特性。1.2.1隧道分類(2)水工隧道:尾水隧道將水電站發(fā)電機組排出的廢水送出去而修建的隧道。1.2.1隧道分類(2)水工隧道:導(dǎo)流隧道或泄洪隧道為水利工程中疏導(dǎo)水流并補充溢洪道流量超限后的泄洪而修建的隧道。1.2.1隧道分類(2)水工隧道:排沙隧道用于沖刷水庫中淤積的泥沙而修建的隧道,其作用是利用排沙隧道把泥沙裹帶送出水庫,同時也用來檢查或修理時,放空水庫里的水。1.2.1隧道分類(3)市政隧道:給水隧道為城市自來水管網(wǎng)系統(tǒng)鋪設(shè)修建的隧道。1.2.1隧道分類(3)市政隧道:污水隧道為城市污水排送系統(tǒng)修建的隧道。隧道的形狀多采用卵形,也可能是在孔道中安放排污管,由管道排污。1.2.1隧道分類(3)市政隧道:管路隧道為城市能源供給(煤氣、暖氣、熱水等)系統(tǒng)修建的隧道。城市中的管路隧道是把輸送能源的管路放置在修建的地下孔道中,需進行防漏及保溫措施處理。1.2.1隧道分類(3)市政隧道:線路隧道為電力和通信系統(tǒng)修建的隧道。在城市中,線路隧道的作用是保證電力電纜和通信電纜不被人為活動損傷或破壞,避免懸掛在高空影響市容景觀。1.2.1隧道分類(3)市政隧道:人防隧道為戰(zhàn)時防空目的而修建的防空避難隧道。1.2.1隧道分類(4)礦山隧道:運輸巷道為開采和運輸?shù)V石而修建的隧道,其作用主要是為采礦服務(wù)。1.2.1隧道分類(4)礦山隧道:給水隧道為送入清潔水供采掘機械使用的隧道,并將廢水及積水通過泵抽排出洞外。1.2.1隧道分類(4)礦山隧道:通風(fēng)隧道為把有害氣體排除出去、補充新鮮空氣而修建的巷道。1.2.1隧道分類1.2.2隧道工程發(fā)展現(xiàn)狀“十四五”末期(2020年),中國公路隧道21316處、2199.93萬延米,比“十一五”末增加13932處、1687.67萬延米。其中特長隧道1394處、623.55萬延米,長隧道5541處、963.32萬延米。截至“十四五”末期,中國投入運營的鐵路隧道共計16798座,總長約1963萬延米。其中,高速鐵路隧道共計3631座,總長約600.3萬延米。1.2.2隧道工程發(fā)展現(xiàn)狀目前,世界最長的鐵路隧道是2016年開通的瑞士中部阿爾卑斯地區(qū)新圣哥達基線鐵路隧道,全長57km。1.2.2隧道工程發(fā)展現(xiàn)狀在隧道修建長度方面,我國已經(jīng)成功修建了9座20km以上的交通隧道。新關(guān)角隧道西秦嶺隧道太行山隧道中天山隧道烏鞘嶺隧道呂梁山隧道燕山隧道青云山隧道南呂梁山隧道隧道工程的特點和一般設(shè)計原則1.31.3.1隧道工程的特點(1)提高路線標準,縮短行車里程,提高交通效率終南山盤山公路群二郎山隧道二郎山隧道全長4176米,不僅縮短了線路里程25公里,更避開了原來翻越二郎山時經(jīng)常遇到的雨、霧、冰、雪、凍、滑坡、坍塌及泥石流地段,結(jié)束了該路段延續(xù)幾十年的單向管制通車,保證了全天候通車。1.3.1隧道工程的特點(2)護生態(tài)環(huán)境,減少對植被的破壞,實現(xiàn)節(jié)能減排以前:植被破壞,水土流失現(xiàn)在:生態(tài)環(huán)保,節(jié)能減排1.3.1隧道工程的特點(3)開發(fā)地下空間,節(jié)約表土資源,構(gòu)建地下空間綜合體地下空間綜合體青島國際郵輪港地下空間1.3.1隧道工程的特點(4)增加隱蔽性、提高防護能力海底隧道斷面圖浙江建德203人防隧道1.3.1隧道工程的特點(5)有利于江河、海峽、海灣地區(qū)通航和全天候交通運輸瓊州海峽隧道路線圖汕頭海灣隧道1.3.1隧道工程的特點(6)充分發(fā)揮圍巖約束作用,抗震減災(zāi)效果明顯實時監(jiān)測隧道結(jié)構(gòu)情況1.3.1隧道工程的特點(7)改善生態(tài)環(huán)境,促進經(jīng)濟發(fā)展大連海底隧道廣州沙埔隧道1.3.2隧道一般設(shè)計原則(1)隧道設(shè)計應(yīng)從全局出發(fā),貫徹“以人為本”的交通服務(wù)宗旨,堅持安全至上的設(shè)計原則,樹立全壽命周期的設(shè)計理念。(2)隧道設(shè)計?應(yīng)符合交通規(guī)劃、環(huán)境保護和自然景觀的要求,滿足公路或鐵路交通服務(wù)功能。(3)隧道設(shè)計應(yīng)進行多方案的技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)保比選。(4)隧道設(shè)計應(yīng)?綜合比選各軸線方案的走向、平縱線形、洞口位置等因素后確定。(5)?隧道內(nèi)外平、縱線形應(yīng)協(xié)調(diào),以滿足行車的安全、舒適要求。(6)合理確定斷面設(shè)置形式和適應(yīng)于地層特性及環(huán)境要求的施工方法。(7)??隧道設(shè)計應(yīng)貫穿于整個道路建設(shè)工作的全過程。(8)通風(fēng)、防災(zāi)等與交通量有關(guān)的設(shè)施,應(yīng)按隧道的設(shè)計通行能力控制設(shè)計。(9)?結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控量測實現(xiàn)信息化設(shè)計和動態(tài)設(shè)計。(10)??隧道設(shè)計應(yīng)貫徹國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟政策,積極推廣新技術(shù)、新材料、新設(shè)備、新工藝,應(yīng)在設(shè)計中提出保障施工作業(yè)人員安全和預(yù)防生產(chǎn)安全事故的措施建議?,F(xiàn)代隧道建設(shè)的特點和趨勢1.4現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點和趨勢根據(jù)上述理念,結(jié)合現(xiàn)代隧道建設(shè)和運營的具體工程實踐,其特點和趨勢具體可歸納為以下幾方面。(1)隧道越建越長,越建越高瑞士圣哥達基線隧道,主隧道長度超過57公里,隧道群總長151.8公里。青海風(fēng)火山隧道,進口軌面海拔4905米,軌面標高海拔4905米,全部位于永久凍土層以內(nèi)。現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點和趨勢(2)曲線隧道越來越多新晉高速位于河南與山西兩省交界處,連接河南新鄉(xiāng)與山西晉城,盤旋穿過太行山脈內(nèi)部,形成了28公里的螺旋隧道群?,F(xiàn)代隧道建設(shè)的特點和趨勢(3)隧道跨度越來越大廣東龍頭山隧道國內(nèi)最長大跨度公路隧道現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點和趨勢(4)隧道建設(shè)的機械化及智能化和BIM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)代隧道建造的機械化和智能化體現(xiàn)現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點和趨勢(5)以盾構(gòu)/TBM制造及再制造技術(shù)使大斷面隧道機械化掘進成為現(xiàn)實國產(chǎn)首臺大直徑全斷面硬巖隧道掘進機現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點和趨勢(6)?地下立交正在成為現(xiàn)實深圳海濱大道地下立交南京鼓樓地下立交現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點和趨勢(7)?隧道功能多樣化車軌兩用隧道隧道洞口景觀現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點和趨勢

近年來我國隧道工程建設(shè)和技術(shù)雖然取得了很大的成就,但是還存在許多問題有待進一步深入研究和解決。相信通過大家不懈努力、勇于實踐和不斷地探索,我國在世界上一定會從“隧道大國”變?yōu)椤八淼缽妵?。本章小結(jié)介紹了隧道的由來和發(fā)展概況,對其定義、工程實踐、施工方法和理論計算的發(fā)展歷程進行了闡述。按功能作用對隧道進行了分類并細分了亞類。進一步闡明了作為隱蔽結(jié)構(gòu)的隧道工程的特點和作為公路組成部分的一般設(shè)計原則。分析介紹了符合科技進步、社會經(jīng)濟發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展理念的現(xiàn)代隧道建設(shè)的特點。1隧道勘測資料的收集與調(diào)查2工程地質(zhì)測繪及勘探3隧道的地質(zhì)勘察4隧道的水文勘察第二章隧道工程勘測5隧道的巖溶勘察6案例分析學(xué)習(xí)要求及重點難點內(nèi)容及要求:隧道勘測資料的收集與調(diào)查,隧道的工程地質(zhì)測繪及勘探,隧道的地質(zhì)勘察,隧道的水文勘察。通過本章的學(xué)習(xí),應(yīng)理解隧道勘測的目的、任務(wù)和要求;熟悉隧道勘察的內(nèi)容、方法和勘察應(yīng)提交的成果資料;掌握包括可行性研究勘察、初步勘察、詳細勘察和施工中的動態(tài)勘察等不同階段隧道勘察的基本內(nèi)容和方法。重點:收集與研究既有資料、調(diào)查與測繪、地質(zhì)勘察和水文勘察等不同勘察階段的目的、方法和作用,以及相互的關(guān)系和順序。難點:不同勘察階段的目的、手段、內(nèi)容、深度以及應(yīng)提交的勘察資料。隧道勘測資料的收集與調(diào)查2.12.1.1

概述隧道勘測的目的是在于查明隧道所處位置的地形地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等條件,為規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維提供所需的勘測資料,并對存在的工程問題、環(huán)境問題等進行分析評價,提出合理的規(guī)劃、設(shè)計方案和工程措施,從而使隧道工程經(jīng)濟合理和安全可靠。進行隧道的規(guī)劃、設(shè)計、施工和運維管理,應(yīng)預(yù)先獲得各種有關(guān)資料,因此需要進行相關(guān)資料的收集與調(diào)查,包括地形、地質(zhì)、氣象、環(huán)境、施工條件以及與工程有關(guān)的法令等方面資料的收集與調(diào)查。這些資料的收集與調(diào)查工作做得越廣泛、深入細致、準確,所起的作用就越大。收集與調(diào)查時應(yīng)首先明確目的、各階段的任務(wù)和順序。由于在規(guī)劃、設(shè)計、施工、運維等隧道工程生命周期的各階段,收集資料的目的、內(nèi)容及深度不同,所以通常按收集已有文獻資料、初步調(diào)查和詳細調(diào)查的順序進行。2.1.2既有資料的收集地形地貌:區(qū)域地貌類型及主要特征地質(zhì)情況:地層、地質(zhì)構(gòu)造、巖性、土質(zhì)等區(qū)域水文情況:地下水的類型、分布、埋深等特殊地質(zhì):膨脹巖土、黃土不良地質(zhì):分布,發(fā)育與活動特點等植被及環(huán)境:如氣候、水文、植被、土壤等需要收集哪些資料?2.1.2既有資料的收集地震資料:歷史情況,地震烈度、地震破壞情況等氣象資料:如氣溫、降水、蒸發(fā)、溫度、積雪等其他資料:相關(guān)的法令、法規(guī)、方針和政策等內(nèi)容類似工程經(jīng)驗:區(qū)內(nèi)已有公路、鐵路等其它土建工程的工程地質(zhì)問題及其防治措施等需要收集哪些資料?2.1.3工程地質(zhì)調(diào)查工程地質(zhì)調(diào)查主要是用直接觀察和訪問當(dāng)?shù)厝罕姷姆椒ǎ海?)直接觀察直接觀察是工程地質(zhì)調(diào)查最重要、最基本的方法。它主要利用自然跡象和露頭,進行由此及彼、由表及里的觀察分析工作,以達到認識路線隧道通過地帶工程地質(zhì)條件的目的。(2)訪問當(dāng)?shù)厝罕娫L問當(dāng)?shù)厝罕娛枪こ痰刭|(zhì)調(diào)查常用的方法。通過對沿線居民進行調(diào)查訪問,可以了解有關(guān)問題的歷史情況及當(dāng)?shù)嘏c自然災(zāi)害作斗爭的經(jīng)驗,這對于直接觀察往往是必不可少的補充。工程地質(zhì)測繪及勘探2.22.2.1工程地質(zhì)測繪工程地質(zhì)測繪是指運用地質(zhì)、地質(zhì)工程理論對與工程建設(shè)有關(guān)的各種地質(zhì)現(xiàn)象進行詳細的觀察和描述,以查明擬建工程區(qū)域內(nèi)的工程地質(zhì)條件的空間分布和各要素之間的聯(lián)系,并按照精度要求將它們反映在一定比例尺的地形設(shè)計圖上。與工程地質(zhì)調(diào)查的不同的是:工程地質(zhì)測繪的范圍往往比較大,并且要求把調(diào)查研究結(jié)果填繪在一定比例尺的地形圖上,以編制工程地質(zhì)圖。工程地質(zhì)測繪目的基本內(nèi)容階段為進一步調(diào)查、勘探及試驗等專門研究提供條件(1)地形、地貌;(2)地層、巖性;(3)地質(zhì)構(gòu)造;(4)第四紀地質(zhì);(5)地表水及地下水;(6)特殊地質(zhì)不良巖層;(7)地震;(8)工程經(jīng)驗。(1)準備工作;(2)野外測繪;(3)內(nèi)業(yè)整理。2.2.1工程地質(zhì)測繪野外測繪方法

(a)標測方法(b)工程地質(zhì)測繪的基本方法(c)隧道工程地質(zhì)測繪的路線法,反應(yīng)調(diào)查結(jié)果有航攝資料的方法

遙感技術(shù)是根據(jù)電磁波輻射(發(fā)射、吸收、反射)的理論,應(yīng)用各種光學(xué)、電子探測器,對遠距離目標進行探測和識別綜合技術(shù),可用于工程地質(zhì)調(diào)查測繪。(a)立體鏡判釋(b)實地調(diào)查測繪(實地驗證)(c)繪制工程地質(zhì)圖2.2.1工程地質(zhì)測繪航攝資料2.2.2工程地質(zhì)勘探在隧道工程勘察中,若需查明巖土的性質(zhì)和分布,可從地下采取巖土樣供室內(nèi)試驗測定巖土的物理力學(xué)性質(zhì),通常采用挖探、鉆探、地球物理勘探等勘探方法進行。1.挖探優(yōu)點:直觀,取原狀樣缺點:一般3~4m,地下水以下危險2.2.2工程地質(zhì)勘探挖探:

2~3米2.2.2工程地質(zhì)勘探2.簡易鉆探(3~10米)優(yōu)點:工具輕、體積小、操作方便,進度較快,勞動強度較小缺點:不能采取原狀土樣或不能取樣,在密實或堅硬的地層內(nèi)不能使用2.2.2工程地質(zhì)勘探鉆探的取芯2.2.2工程地質(zhì)勘探3.鉆探(沖擊鉆、回旋鉆等)常用的辦法,可達100m以下劃分地層確定地下水取樣可以結(jié)合原位試驗回轉(zhuǎn)式鉆機回轉(zhuǎn)式鉆機泥漿槽沉淀槽2.2.2工程地質(zhì)勘探鉆探2.2.2工程地質(zhì)勘探深水鉆探鉆機可以懸掛9150m長的鉆桿延伸到海洋底部8235m深的地方。因為水深大不能錨定系留,必須使用DPS(DynamicPositioningSystem-動態(tài)定位系統(tǒng))。JOIDESResolution2.2.2工程地質(zhì)勘探鉆探的必要性2.2.2工程地質(zhì)勘探鉆探的取芯現(xiàn)場取樣反映了巖體的細節(jié)特性2.2.2工程地質(zhì)勘探

國家科技部“九五”曾提出8字方針:“上天、入地、下海、登極

”都與鉆探工程有關(guān)。2.2.2工程地質(zhì)勘探4.地球物理勘探(物探)優(yōu)點:效率高、成本低、儀器和工具比較輕便缺點:間接判斷,范圍較大基本原理:

利用巖土體材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性,根據(jù)接收信號判斷地層缺陷及力學(xué)性質(zhì)方法:重力場,磁電場,聲,彈性波,放射性勘探,地震勘探(規(guī)范,剪切波速)2.2.2工程地質(zhì)勘探電法勘探-隧道常用電磁法勘探(地質(zhì)雷達)-隧道常用地震勘探-隧道常用聲波探測重力勘探磁力勘探放射性勘探物探根據(jù)巖土物理性質(zhì)不同的分類:2.2.2工程地質(zhì)勘探

利用高頻電磁脈沖波的反射探測地層結(jié)構(gòu)和地下埋葬物體的電磁裝置。SIR-300型地質(zhì)雷達

電磁法勘探

通過發(fā)射天線向地下輻射寬帶的脈沖波,在地下傳播遇到不同介質(zhì)介電參數(shù)和導(dǎo)電率存在差異時在界面上發(fā)生反射。2.2.2工程地質(zhì)勘探

物探的現(xiàn)場物探的曲線隧道的地質(zhì)勘察2.32.3.1可行性勘察隧道勘察階段的劃分與公路設(shè)計階段相適應(yīng),一般分為:可行性勘察;初步勘察;詳細勘察??尚行匝芯靠辈祛A(yù)可行性研究工程可行性研究橋隧可行性研究現(xiàn)狀側(cè)重于是收集與研究已有的文獻資料在分析已有資料的基礎(chǔ)上,通過踏勘,實地調(diào)查,大致查明地質(zhì)情況人民盼望已久,居于形式偏多2.3.2初步勘察初步勘察:初步勘察目的基本內(nèi)容步驟選定隧道位置查明控制隧道方案的工程地質(zhì)問題(1)收集資料;(2)工程地質(zhì)選定隧道線位;(3)初步勘察,資料整理主要手段以調(diào)查與測繪為主,配合物探2.3.3詳細勘察詳細勘察:詳細勘察目的任務(wù)步驟根據(jù)批準的初步設(shè)計,對選定隧道位置詳勘,為施工圖設(shè)計服務(wù)對主要的重大工程地質(zhì)問題作出可靠結(jié)論(1)前期的準備工作;(2)沿線地質(zhì)勘察;(3)試驗;(4)資料整理;(5)編寫詳勘報告主要手段坑探,鉆探,物探2.2.2工程地質(zhì)勘探槽探挖探2.2.2工程地質(zhì)勘探地質(zhì)斷面圖地質(zhì)鉆孔圖2.3.4施工勘察施工勘察:施工勘察目的任務(wù)勘察場合降低在復(fù)雜場地或地形困難場地的施工風(fēng)險補充初勘或詳勘階段難以布置充分的勘察工作量(1)復(fù)雜場地(巖溶、破碎帶、巖性縱橫向差異大、高地應(yīng)力等地區(qū));(2)地形困難場地(陡坡、魚塘等);(3)施工中發(fā)現(xiàn)新的地質(zhì)問題;(4)隧道偏離初步設(shè)計位置或地質(zhì)條件需進一步查明主要手段洞內(nèi)超前地質(zhì)預(yù)報,地質(zhì)調(diào)繪,大地音頻電磁測深等隧道的水文勘察2.42.4.隧道的水文勘察惡化圍巖穩(wěn)定狀態(tài)導(dǎo)致施工困難增大工程造價造成工業(yè)用水和飲用水困難隧道內(nèi)涌水地表枯水

必須進行調(diào)查預(yù)測2.4.1地下水涌水調(diào)查涌水調(diào)查內(nèi)容方法調(diào)查地下水的類型及其與地表水的相互補給關(guān);調(diào)查地下水的流量、流向及水質(zhì)等(1)資料搜集;(2)工程量測;(3)水文地質(zhì)工程地質(zhì)綜合測繪;(4)工程物探;(5)水文地質(zhì)鉆探試驗(1)抽(注)水試驗;(2)連通試驗;(3)壓水試驗;(4)滲水試驗;(5)溪溝及泉點測流;(6)水質(zhì)分析2.4.2枯水調(diào)查枯水調(diào)查目的內(nèi)容明確由于修建隧道工程而使地下水及供水受到影響,造成工業(yè)用水及居民飲水困難等地下水的利用狀況、地下水季節(jié)性變化以及雨后變化、植被情況等方法與隧道涌水有關(guān)聯(lián)的物探調(diào)查隧道的巖溶勘察2.52.5隧道的巖溶勘察巖溶是一種形態(tài)奇特、分布復(fù)雜的自然現(xiàn)象,在我國是一種普遍的不良地質(zhì)作用。巖溶宏觀上雖發(fā)育規(guī)律,但在具體場地,其分布和形態(tài)則是無常的,在一定條件下可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害,嚴重威脅工程安全。巖溶勘察宜采用工程地質(zhì)測繪和調(diào)查、物探、鉆探等多種手段結(jié)合的方法進行和相互印證,并應(yīng)符合下列要求:(1)可行性研究勘察應(yīng)查明巖溶洞隙、土洞的發(fā)育條件,并對其危害程度和發(fā)展趨勢作出判斷,對圍巖的穩(wěn)定性和隧道線路適宜性作出初步評價。(2)初步勘察應(yīng)查明巖溶洞隙及其伴生巖溶水的分布、發(fā)育程度和發(fā)育規(guī)律,并按場地的穩(wěn)定性和適宜性進行分區(qū)。(3)詳細勘察應(yīng)查明擬建工程范圍及有影響地段的各種巖溶洞隙和土洞的位置、規(guī)模、埋深,巖溶堆填物性狀和地下水特征,對設(shè)計和巖溶的治理提出建議。(4)施工勘察應(yīng)針對某一地段或尚待查明的專門問題進行補充勘察。本章小結(jié)案例分析2.62.6案例分析明月山隧道隧址區(qū)明月峽背斜巖溶調(diào)查工程背景墊江至鄰水高速公路明月山隧道長2100米,穿越明月背斜。為查明隧址區(qū)地表及淺部、深部及其過渡帶巖溶及巖溶水的發(fā)育形態(tài)、相互關(guān)系及規(guī)律、發(fā)育高程、規(guī)模及范圍。分析并評價隧道洞身段的碳酸鹽巖段巖溶水文地質(zhì)條件對隧道方案比較與設(shè)計的影響,并提出對下一步工作布設(shè)的建議意見,而進行明月山隧道隧址區(qū)明月峽背斜巖溶調(diào)查。調(diào)查要求實踐證明,對巖溶及巖溶地下水的勘察,不能只針對隧道工程布設(shè)段的局部區(qū)域,而必須從巖溶發(fā)育的區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)條件上著手,方能對巖溶及巖溶地下水作出較為科學(xué)的評價。針對明月山隧道穿越明月峽背斜巖溶區(qū)的實際條件,從明月山背斜巖溶發(fā)育的宏觀整體入手,由遠而近、由面到點,逐步深入地分析隧道巖溶及巖溶地下水。隧道區(qū)巖溶槽谷及溶丘地貌景觀2.6.1地表巖溶調(diào)查明月山隧道隧址區(qū)明月峽背斜巖溶調(diào)查明月山背斜兩側(cè)為砂泥巖所挾持,碳酸鹽巖沿背斜軸部出露(寬度一般0.5-3km,如圖2-1),巖溶形態(tài)沿縱向發(fā)育為主,地下水總體流向亦與構(gòu)造線大體一致。地貌上形成隆脊槽谷型侵蝕巖溶地形(高位槽丘及槽洼),沿背斜軸部出露的三疊系中統(tǒng)雷口坡組(T2L)底部及三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)灰?guī)r巖溶十分發(fā)育。2.6.1地表巖溶調(diào)查明月山隧道隧址區(qū)明月峽背斜巖溶調(diào)查在沿背斜軸部約10km范圍內(nèi),串珠狀洼地、漏斗、落水洞、豎井、暗河、溶洞、大泉等十分發(fā)育。圖2-2中146#泉150.38L/s;140#地下河短促,發(fā)育于背斜軸部附近,流量達6.65L/s;大壩鄉(xiāng)大灣洼地約1km2,分布數(shù)個流量0.2-1L/s不等的上升泉水;背斜S翼老隆洞自北而南延綿約9km。位于大壩鄉(xiāng)附近的石橋埡石龍泉,實為老隆洞之天窗,水位埋深23m,下寬各7m、3m的地下河通道,水深3m,流向SW,流量14L/s,雨后增至91.8L/s,水位變幅達10m以上。本單元淺部巖溶水的排泄主要受背斜NW翼的大洪河支流溝谷控制,侵蝕基準面高程500m-530m,如圖2.12所示。照片2-2明月峽背斜南部大壩——義和場開啟型巖溶形態(tài)(切割高程530m)2.6.1地表巖溶調(diào)查明月山隧道隧址區(qū)明月峽背斜巖溶調(diào)查明月山背斜北段鹽井河(圖2-3)縱貫于槽谷之中,兩側(cè)洼地、漏斗、落號水洞、溶洞、大泉、暗河等種類巖溶形態(tài)十分發(fā)育。鹽井河沿背斜軸部切割了T2L底部及T1j灰?guī)r,谷嶺高差80-150m,枯季流量達348.6L/s。沿途得到巖溶水補給,河谷兩側(cè)山間平臺多為補給區(qū)。本單元淺部巖溶水的排泄主要受鹽井河控制,侵蝕基準面高程460m-480m。照片2-3明月峽背斜北部巖溶縱向槽谷——鹽井河(切割高程470m)2.6.1地表巖溶調(diào)查明月山隧道隧址區(qū)明月峽背斜巖溶調(diào)查北端明月江橫切背斜軸部,高程為400m左右,為明月峽背斜巖溶水的最低侵蝕基準面,均有深循環(huán)巖溶溫?zé)崴雎痘虮簧罹衣?,在谷坡于T2L、T1j灰?guī)r段發(fā)育層狀水平溶洞,洞口高懸于江岸兩邊,反映了巖溶發(fā)育成層性的特征。照片2-4明月峽背斜北部傾末端明月江畔溫承壓自流井(切割高程403m)照片2-5明月峽背斜南端御臨河岸溶洞(切割高程155m)2.6.2埋藏型巖溶及巖溶水分析明月山隧道隧址區(qū)明月峽背斜巖溶調(diào)查歷史資料根據(jù)區(qū)域資料,川東存在早中生代古巖溶時期,主要體現(xiàn)為三疊紀晚期開始的沉積間斷,中三疊系碳酸鹽之上覆蓋著上三疊-侏羅系碎屑巖。從晚三疊-侏羅系底部碎屑巖厚度分析反映出其是在不平坦古地形上的沉積,而三疊系古剝蝕面以上碳酸鹽殘留厚度大的地帶可能存在較大的溶蝕孔隙、洞隙空間,古剝蝕面及其下一定深度內(nèi)存在被碎屑巖充填的洞穴。新生代以來隨著地殼的不斷抬升,區(qū)內(nèi)碳酸鹽經(jīng)歷了盆地期(標高500-700m),鹽井溝期以及第四紀以來的嘉陵江期。第四紀巖溶作用具有繼承性,隨著地殼間歇性上升作用,長江與嘉陵江基準面下降,地下水經(jīng)溶隙、溶孔(溶洞)產(chǎn)生向下的深部徑流。在明月江兩岸等岸坡上均見到懸掛于河面以上的數(shù)層水平溶洞出口,清晰地反映了明月峽背斜各侵蝕期巖溶發(fā)育的成層性及巖溶地下水向深部運移的規(guī)律。2.6.2埋藏型巖溶及巖溶水分析明月山隧道隧址區(qū)明月峽背斜巖溶調(diào)查水動力條件變化預(yù)測圖2.6.2埋藏型巖溶及巖溶水分析明月山隧道隧址區(qū)明月峽背斜巖溶調(diào)查受巖層成層性及水動力條件控制,埋藏型巖溶往往在背斜傾沒端、構(gòu)造鞍部隱伏于相對隔水的碎屑巖之下的地下水對建設(shè)工程具有特殊水文地質(zhì)意義。明月峽背斜北東傾沒于明月江邊達縣葫蘆鎮(zhèn),由原地質(zhì)部第七普查大隊于1977.12-1978.2施工的鉆孔(圖2-4),井口高程403m,孔深402.42m,開孔層位為三迭系上統(tǒng)須家河組(T3xj),于T2L上部涌水量179.71m3/d,在T2L底部即達4694.11m3/d,全部為自流承壓水,二十余年噴涌不絕。本次調(diào)查流量雖有所減小,但充分說明T2L底部灰?guī)r水量豐富,與其緊密接觸的T1j頂部巖溶及巖溶水可能極為發(fā)育。明月山背斜隧址區(qū)大壩--鹽井口軸線剖面2.6.3明月峽背斜巖溶發(fā)育的一般規(guī)律明月山隧道隧址區(qū)明月峽背斜巖溶調(diào)查通過前文對明月峽背斜巖溶及巖溶水的討論,其總的規(guī)律如下:(1)明月峽背斜兩側(cè)受碎屑巖挾持,巖溶邊界條件清楚,但沿背斜軸部出露的T2L底部及T1j巖溶發(fā)育強烈,宏觀上巖溶發(fā)育方向與構(gòu)造線展布方向一致。(2)巖溶水以縱向徑流排泄為主,在受橫向河谷切割處出露。部分地段背斜巖溶槽谷由于橫向河谷的深入,而被分割成許多小水文地質(zhì)單元,每條橫向溝谷起著排泄附近淺部垂直循環(huán)帶巖溶水的作用。對設(shè)計隧道具有控制意義的較低侵蝕基準面位置,其高程均高出設(shè)計隧道底面,故隧道施工將造成巖溶水地下水動力條件的改變。通過對上述討論,對明月峽背斜隧址區(qū)巖溶及巖溶水的評價具有指導(dǎo)性的意義。3.1概述3.2隧道路線和位置的選擇3.3隧道線形設(shè)計3.4隧道建筑限界與橫斷面設(shè)計第三章

隧道總體設(shè)計3.5隧道設(shè)置的方式和選擇3.6隧道工程各階段的環(huán)境保護3.7某快速公路通道隧道總體設(shè)計案例分析學(xué)習(xí)要求及重點難點內(nèi)容及要求:隧道路線和位置的選擇、線形設(shè)計、建筑限界與橫斷面設(shè)計、隧道設(shè)置的方式以及隧道工程各階段的環(huán)境保護。通過本章的學(xué)習(xí),了解隧道總體設(shè)計的目的、原則和新方法:掌握隧道平面線形設(shè)計、縱斷面設(shè)計、隧道位置選擇以及環(huán)境保護的基本內(nèi)容和方法。重點:掌握隧道平面線形設(shè)計、縱斷面設(shè)計、隧道位置選擇以及地質(zhì)對隧道位置的影響。難點:在滿足規(guī)范設(shè)計要求的前提下,結(jié)合實際的地形、地貌、地質(zhì)等不同條件進行隧道總體和動態(tài)化、信息化設(shè)計。概述3.13.1概述1)隧道總體設(shè)計應(yīng)遵循的原則①隧道位置應(yīng)滿足公路功能和發(fā)展的需要,符合路線總體要求。②在地形、地貌、地質(zhì)、氣象、社會和人文環(huán)境等調(diào)查的基礎(chǔ)上,綜合比選隧道各軸線方案的走向、平縱線形、洞口位置、洞外接線條件等,提出推薦方案。③根據(jù)公路等級和設(shè)計速度確定建筑限界,在滿足隧道功能和結(jié)構(gòu)受力要求的前提下,確定經(jīng)濟合理的隧道內(nèi)輪廓。④隧道內(nèi)外平縱線形應(yīng)協(xié)調(diào)順暢,滿足行車安全和舒適要求。⑤根據(jù)隧道長度、平面布置、交通量及其組成、環(huán)境保護和安全運營要求等,選擇合理的通風(fēng)方式,確定通風(fēng)、照明、交通監(jiān)控、防災(zāi)救援等設(shè)施的設(shè)置規(guī)模。⑥應(yīng)結(jié)合公路等級、隧道長度、施工方法、工期和運營要求,對隧道內(nèi)外防排水系統(tǒng)、輔助通道、棄渣處理、交通工程設(shè)施、管理設(shè)施、環(huán)境保護等進行綜合設(shè)計。⑦應(yīng)考慮隧道與相鄰既有建筑物和規(guī)劃建筑物的相互影響。⑧隧道總體設(shè)計應(yīng)考慮節(jié)能降耗、方便維修和養(yǎng)護。3.1概述2)隧道總體設(shè)計新方法(1)隧道工程的動態(tài)設(shè)計與信息化施工動態(tài)設(shè)計和信息化施工是一個辯證的綜合體系,二者緊密結(jié)合、相輔相成,其流程為:預(yù)設(shè)計一施工檢驗一地質(zhì)判別一監(jiān)測信息一修正設(shè)計一施工檢驗。(2)基于BIM技術(shù)的隧道工程設(shè)計方法隧道BM模型是BM技術(shù)在隧道工程項目中的具體應(yīng)用,通過兩者的結(jié)合,使得隧道工程從規(guī)劃階段開始就以數(shù)字化模型的概念進行呈現(xiàn),實現(xiàn)隧道工程設(shè)計階段的可視化、協(xié)調(diào)設(shè)計、預(yù)模擬、優(yōu)化設(shè)計和二維出圖,從根本上轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的粗放設(shè)計模式,實現(xiàn)隧道工程設(shè)計的精細化。隧道路線和位置的選擇3.2路線選擇3.2.1越嶺隧道11)

越嶺隧道1)

越嶺隧道1)

越嶺隧道

當(dāng)線路必須跨越分水嶺時,分水嶺的山脊線上總會有高程較低處,稱之為埡口。

常常有若干個埡口可以通過。通過上述因素的分析比較,選定最為理想的埡口。埡口是選定越嶺隧道線路方案的控制點。什么叫做埡口?1)

越嶺隧道1)

越嶺隧道1)

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越嶺隧道1)

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越嶺隧道1)

越嶺隧道沿河、傍山隧道22沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道位置的選擇3.2.2一般的地質(zhì)條件下

隧道位置的選擇11一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇1一般的地質(zhì)條件下隧道位置的選擇特殊地質(zhì)條件下隧道位置的選擇22特殊地質(zhì)條件下隧道位置的選擇①第四紀堆積層通常松軟易坍,不適合施工,應(yīng)避免。如果必須穿越,選擇最小影響地段,并采取合理的工程措施。②隧道應(yīng)避開結(jié)構(gòu)松散的冰磧層,必須通過時選擇緊密地段。③盡量避免穿越富煤區(qū)和高瓦斯地帶,如需穿越,使用隔層或大角度橫幏減少影響。④在黃土地區(qū),避免地下水活動、陷穴、沖溝、地層不穩(wěn)和滑坡等地段,選擇穩(wěn)定的地方穿越。⑤在多年凍土地區(qū),避免穿越地下冰和地下水區(qū),如不可避免,需綜合治理。⑥水庫地區(qū)的隧道應(yīng)避開受水庫充水和消水影響易滑塌的地帶,選擇穩(wěn)固地層修筑,高程應(yīng)考慮水位變化。⑦避免流砂地段,如無法避免,選擇最小影響地段,并采取工程處理獵施以確保施工和洞身安全。⑧在地震區(qū),必須避開發(fā)震斷層帶,選擇有利于抗震的地段修筑隧道。隧道洞口位置的選擇33隧道洞口位置的選擇3隧道洞口位置的選擇3隧道洞口位置的選擇3隧道洞口位置的選擇3隧道洞口位置的選擇隧道線形設(shè)計3.3平面線形3.3.13.3.1平面線形3.3.1平面線形縱斷面線形3.3.23.3.2縱斷面線形3.3.2縱斷面線形3.3.2縱斷面線形3.3.2縱斷面線形3.3.2縱斷面線形3.3.2縱斷面線形3.3.2縱斷面線形隧道洞外連接線與隧道協(xié)調(diào)關(guān)系3.3.33.3.3隧道洞外連接線與隧道協(xié)調(diào)關(guān)系隧道洞口連接線應(yīng)與隧道線形相協(xié)調(diào),確保行車安全和舒適。技術(shù)指標包括:①隧道洞口內(nèi)外的評面線形應(yīng)在3秒設(shè)計速度行程長度范圍內(nèi)保持一致。②內(nèi)外洞口的縱面線形應(yīng)在3秒設(shè)計速度行程長度范圍內(nèi)一致,如果條件允許,可以考慮使用5秒設(shè)計速度行程。③當(dāng)隧道建筑限界寬度大于所在公路的建筑限界寬度時,需要在兩端連接線上設(shè)置不少于50米長度的路基加寬段,與隧道同寬。如果隧道建筑限界寬度小于公路建筑限界寬度,則連接線的路基寬度按照公路標準設(shè)計,但要在隧道洞口處設(shè)置4秒設(shè)計速度行程的過渡段,以確保平穩(wěn)過渡。④長或特長的雙洞隧道應(yīng)在適當(dāng)位置設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道,以便車輛進行調(diào)頭。隧道建筑限界3.4.13.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界隧道橫斷面設(shè)計3.4.23.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.3襯砌內(nèi)輪廓線及幾何尺寸擬定3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計3.4.2隧道橫斷面設(shè)計隧道設(shè)置的方式和選擇3.5隧道設(shè)置的方式3.5.13.5.1隧道設(shè)置的方式3.5.1隧道設(shè)置的方式高速公路、一級公路隧道的設(shè)置方式3.5.23.5.2高速公路、一級公路隧道的設(shè)置方式高速公路、一級公路的隧道一般應(yīng)設(shè)計為標準間距的分離隧道,受地形或地質(zhì)條件限制時,可設(shè)計為小凈距或連拱隧道。長大雙洞隧道凈距參考值3.5.2高速公路、一級公路隧道的設(shè)置方式不同斷面形式的小凈距隧道最大長度和凈距參考值不同斷面形式的連拱隧道的最大長度參考值隧道工程各階段的環(huán)境保護3.6勘察設(shè)計階段3.6.13.6.1高速公路、一級公路隧道的設(shè)置方式①綜合比選方案:在隧道勘察設(shè)計階段,應(yīng)考慮節(jié)約土地資源、生態(tài)環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展原則,同時綜合考慮工程建設(shè)的全壽命周期成本,以綜合比選隧道方案。②位置選擇和環(huán)境保護:隧道位置的選擇需要綜合考慮接線設(shè)計、洞內(nèi)外排水系統(tǒng)、棄渣處理、施工和運營管理等因素,并提出必要的環(huán)境保護措施,以最小化對周邊環(huán)境的不利影響。③處理有害氣體:如果隧道穿越地層含有有害氣體,必須預(yù)測其對施工和運營的影響,并采取相應(yīng)的防治措施,以確保工程的安全和環(huán)境的保護。④保護水資源和地表植被:修建隧道時,需要避開或保護儲水結(jié)構(gòu)層和蓄水層,以維護地下水徑流和地表植被的完整性,減少水資源的破壞。⑤景觀和綠化設(shè)計:加強隧道洞口的景觀和綠化設(shè)計,遵循“早進晚出”的原則,盡量使洞門融入自然環(huán)境,實現(xiàn)光線均衡過渡,并提供防煙、防塵、凈化空氣等環(huán)保效果。⑥保護名勝古跡和自然保護區(qū):在隧道選址時,需要查明隧址區(qū)內(nèi)的名勝古跡、風(fēng)景區(qū)、溫泉區(qū)、自然保護區(qū)等范圍,并盡量減小隧道開挖對這些環(huán)境的影響,征求當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門的意見,提供保護環(huán)境的措施。⑦料場管理:加強隧道建設(shè)中的料場管理,將采石場遠離隧位布設(shè),集中取料,并對料場四周進行適當(dāng)?shù)钠旅嫣幹?,以防止水土流失,減少對周邊環(huán)境的破壞。施工階段3.6.23.6.2施工階段①保護不穩(wěn)定坡體:在不穩(wěn)定坡體中,隧道洞口施工應(yīng)避免直接劈坡進洞,而采用先修接長明洞再修洞門的方式,然后在明洞內(nèi)進行暗洞施工,以減少對山坡的破壞,采用小型爆破進洞的環(huán)保施工方式。②降低粉塵、噪聲和振動危害:采取切實可行的措施,降低隧道施工過程中產(chǎn)生的粉塵、噪聲和空氣振動對人體的危害,以保護工人和周邊居民的健康。③控制廢水和有害漿液排放:采取處治措施,避免隧道施工過程中排放的廢水和注漿加固圍巖所漏失的有害漿液直接排放到當(dāng)?shù)厮w中,以防止水體污染。④降低施工噪聲:采取適當(dāng)?shù)拇胧瑴p少施工噪聲,以減少對周邊居民的干擾和影響。⑤低振動爆破方法:在隧道通過對振動有嚴格要求的結(jié)構(gòu)物或地區(qū)時,應(yīng)采取低振動的爆破方法,或者使用掘進機械施工,以減小振動對周邊環(huán)境和結(jié)構(gòu)物的影響。⑥植被保護:隧道施工容易引起植被破壞,因此在施工組織設(shè)計中必須采取有效的措施來保護植被,以減少生態(tài)環(huán)境的影響。⑦輔助通道和棄渣場:特長、超長隧道需要設(shè)置豎井、斜井等輔助通道,并為豎井、斜井施工開辟專門的施工通道,同時設(shè)置專門的棄渣場,以有效管理施工過程中產(chǎn)生的廢渣物運營階段3.6.33.6.3運營階段①煙塵污染防治:在環(huán)境敏感地區(qū),可以在隧道內(nèi)設(shè)置靜電除塵裝置,以防止煙塵擴散到洞外。隧道內(nèi)車輛行駛時產(chǎn)生的煙塵和灰塵需要控制,以減少對周邊植被和居民生活的影響。②尾氣污染防治:使用通風(fēng)換氣方法稀釋隧道內(nèi)有害氣體濃度,以確保司乘人員和行人的健康。隧道內(nèi)機動車排放的CO、NOx、CO2、SO2、Pb等有害氣體需要得到有效控制。③噪聲污染防治:經(jīng)常維護和整修道路路面,以保持路面平整,減少交通噪聲。限制車輛鳴笛,加強車輛交通管理。在噪聲超標的路段設(shè)置公路防噪聲屏障。使用靜音或消音技術(shù)降低隧道內(nèi)噪聲。在隧道內(nèi)壁裝修中使用吸音材料來減少噪聲。④污水污染防治:對于隧道的日常清洗污水和火災(zāi)或泄漏事故后的消防清洗污水,需要進行處理后再排放到自然環(huán)境中。有效處置隧道廢渣,避免對土地、水體和生態(tài)系統(tǒng)造成污染。⑤隧道廢渣管理:優(yōu)化路線設(shè)計,減少隧道廢渣的產(chǎn)生。合理選擇和設(shè)計棄渣場,避免侵占耕地和水體,以減少地表徑流和水土流失。棄渣場應(yīng)具備排水設(shè)計,以防止雨水沖刷和水土流失。棄渣后的地表可以進行植被覆蓋或回填復(fù)耕等處理,以還原原有地形和地貌。某快速公路通道隧道總體設(shè)計案例分析3.73.7某快速公路通道隧道總體設(shè)計案例分析主洞建筑限界案例分析詳見《隧道工程》71-77頁思考題思考題1.簡述隧道總體設(shè)計應(yīng)遵循的原則。2.簡述BM技術(shù)應(yīng)用于隧道工程設(shè)計的優(yōu)勢。3.請說明隧道位置在越嶺與河谷地段選擇的原則與區(qū)別。4.什么是建筑限界和內(nèi)輪廓?5.隧道平面線形設(shè)計、縱斷面設(shè)計和隧道位置選擇需要考慮哪些主要因素?6.特殊地質(zhì)條件下隧道位置的選擇的影響因素和主要原則是什么?7.簡述隧道縱坡的確定方法和原則。8.簡述隧道加寬的原因和方法原則。9.隧道設(shè)置的方式和主要控制指標是什么?本章小結(jié)學(xué)習(xí)如何選擇合適的隧道位置,進行隧道的幾何設(shè)計,包括平面設(shè)計、縱斷面設(shè)計和橫斷面設(shè)計,以及如何確定隧道的內(nèi)部襯砌輪廓線和幾何尺寸。了解了道路隧道勘察設(shè)計文件的內(nèi)容和組成。進一步闡述了關(guān)于隧道工程設(shè)計的重要知識,以及設(shè)計的指導(dǎo)原則和方法。1隧道圍巖分級2圍巖壓力的確定3影響圍巖穩(wěn)定性的因素第四章隧道圍巖分級及圍巖壓力學(xué)習(xí)要求及重點難點內(nèi)容及要求:了解隧道圍巖分級,圍巖壓力的確定,影響圍巖穩(wěn)定性的因素。通過本章的學(xué)習(xí),應(yīng)了解隧道圍巖分級的指標和影響圍巖穩(wěn)定性的因素,熟悉不同圍巖分級的方法,掌握圍巖壓力的概念及其計算方法,以及不同條件下松動圍巖壓力的確定方法重點:隧道圍巖分級指標及分級方法,影響圍巖穩(wěn)定性的因素。難點:作用在支護結(jié)構(gòu)上圍巖壓力的確定。概述圍巖:隧道開挖后其周圍產(chǎn)生應(yīng)力重分布范圍內(nèi)的巖體,或指隧道開挖后對其穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的那部分巖體。圍巖分級:根據(jù)長期的工程實踐,工程師們認識到各種圍巖的物理性質(zhì)之間存在一定的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律,依照這些聯(lián)和規(guī)律,可將圍巖劃分為若干級,這就是圍巖分級。人們對于圍巖的認識是不斷深入的。土石方工程分類法(按開挖難易程度)巖石的堅固程度(如堅固系數(shù)f)RQD從圍巖穩(wěn)定性出發(fā)來分類代替之前多年沿用的堅固性為基礎(chǔ)的分類隧道圍巖分級4.14.1.1隧道圍巖分級指標從國內(nèi)外隧道圍巖分級工作的研究進程來看,以圍巖穩(wěn)定性作為分級基礎(chǔ)是一個大趨勢,但分級指標的選擇已經(jīng)開始從經(jīng)驗判斷、定性描述向定量分析發(fā)展。現(xiàn)今圍巖分級大多以巖性指標為判別依據(jù),主要考慮影響隧道圍巖穩(wěn)定性的因素或其他組合因素??梢詺w納為單一的巖性指標(單一指標反映單一因素)、單一的綜合巖性指標(單一指標反映綜合因素)、復(fù)合指標(多指標反映綜合因素)3大類。單一的巖性指標物理力學(xué)參數(shù):巖石抗壓、抗拉強度;彈性模量;泊松比。工程指標:巖石抗鉆性;抗爆性。優(yōu)點:試驗簡單、數(shù)據(jù)可靠。局限性:普適性不高,單一巖性指標只能表達巖體特征的一個方面。單一的綜合巖性指標

圍巖類別IIIIIIIVVVI彈性波速/(Km.s-1)>5.34.5~5.33.5~4.52.5~3.51.0~2.5<1.0(飽和土<1.5)單一的綜合巖性指標(3)圍巖的自穩(wěn)時間圍巖的自穩(wěn)時間也被認為是綜合巖性指標。隧道開挖后,圍巖通常都有一段暫時穩(wěn)定的時間,不同的地質(zhì)環(huán)境中,自穩(wěn)時間也不同。勞費(H.Lauffer)根據(jù)圍巖的自穩(wěn)時間和未支護地段的長度,將圍巖分為7級:穩(wěn)定的、易掉塊的、極易掉塊的、破碎的、很破碎的、有壓力的、有很大壓力的單一綜合巖性指標一般與地質(zhì)勘察技術(shù)的水平有關(guān),因此,其應(yīng)用受到一定的限制復(fù)合指標

巖體質(zhì)量特別好極好良好好中等不良壞極壞特別壞Q400~1000100~40040~10010~404~101~40.1~10.001~0.10.001~0.01復(fù)合指標

類別IIIIIIIVV巖體描述很好的巖石好的巖石較好的巖石較差的巖石很差的巖石RMR值81~10061~8041~6021~400~20復(fù)合指標

基本質(zhì)量級別IIIIIIIVV巖體基本質(zhì)量的定性標準堅硬巖,巖體完整堅硬巖,巖體較完整;較硬巖體,巖體完整堅硬巖,巖體較破碎;較軟巖,巖體完整堅硬巖,巖體破碎;較堅硬巖,巖體較破碎~破碎較軟巖,巖體破碎;軟巖,巖體較破碎~破碎基本質(zhì)量指標BQ>550550~451450~351350~251≤2504.1.2隧道圍巖分級的方法在過去的200多年中,針對不同的工程類別和研究目的提出了數(shù)十種圍巖分級的方法和理論,并在工程應(yīng)用中進行了不斷的改進和完善。總體而言,隧道圍巖分級發(fā)展過程大體有以下幾種分級方法:(1)以巖石強度為單一巖性指標的分級法巖石堅固系數(shù)f值分級法。優(yōu)點:指標單一、使用方便。不足:不能全面地反映巖體固有的性態(tài)。(2)以巖體構(gòu)造和巖性特征為代表的分級法太沙基分級法、鐵路隧道圍巖分級法。優(yōu)點:考慮了地質(zhì)構(gòu)造特征、風(fēng)化狀況、地下水情況。不足:分級指標還缺乏定量描述,沒有提供可靠的預(yù)測隧道圍巖級別的方法。(3)與地質(zhì)勘察手段相聯(lián)系的分級法圍巖彈性波速度進行分級方法、巖芯復(fù)原率分級法。優(yōu)點:分級指標大體上是半定量的,同時考慮了多種因素的影響。不足:分級的判斷還帶有一定的主觀性。4.1.2隧道圍巖分級的方法(4)多種因素的組合分級法巖體質(zhì)量Q法、BQ法、國防工程圍巖分級法。這類方法是當(dāng)前圍巖分級法的發(fā)展方向,優(yōu)點很多,只是部分定量指標仍需憑經(jīng)驗確定。(5)以工程對象為代表的分級法專門適用于噴錨支護的由原國家建委頒布的圍巖分級法(1979年),蘇聯(lián)在巴庫修建地下鐵道時所采用的圍巖分級法(1966年)等優(yōu)點:目的明確,而且和支護尺寸直接掛鉤,使用方便,能指導(dǎo)施工。不足:分級指標以定性描述為主,帶有很大的人為因素。4.1.3我國公路隧道圍巖分級1)公路隧道圍巖分級的出發(fā)點①強調(diào)巖體的結(jié)構(gòu)特征的完整性和穩(wěn)定性,避免單一的巖石強度指標分級的方法。②分級指標應(yīng)采用定性和定量指標相結(jié)合的方式。③明確工程目的和內(nèi)容,并提出相應(yīng)的措施。④分級應(yīng)簡明,便于使用。⑤應(yīng)考慮吸收其他圍巖分級的優(yōu)點,并盡量和我國其他工程分級一致。4.1.3我國公路隧道圍巖分級2)分級需考慮的指標和因素(1)巖體的結(jié)構(gòu)特性與完整性(2)巖石強度(3)圍巖基本質(zhì)量指標BQ(4)地下水等影響因素4.1.3我國公路隧道圍巖分級圍巖級別圍巖巖體或土體主要定性特征圍巖基本質(zhì)量指標BQ或巖體修正質(zhì)量指標【BQ】I堅硬巖,巖體完整>550II堅硬巖,巖體較完整;較堅硬巖,巖體完整550~451III較堅硬巖,巖體較完整;較軟巖,巖體完整,整體狀或巨厚層狀結(jié)構(gòu)450~351IV堅硬巖,巖體破碎;較堅硬巖,巖體較破碎~破碎;較軟巖,巖體較完整~較破碎;軟巖,巖體完整~較完整350~251壓密或成巖作用的黏性土及砂性土;黃土(Q1,Q2);一般鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)的碎石土、卵石土、大塊石土V較軟巖,巖體破碎;軟巖,巖體較破碎~破碎;全部極軟巖和全部極破碎巖≤250一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍濕至潮濕的碎石土、卵石土、圓礫、角礫土及黃土(Q3、Q4)。非黏性土呈松散結(jié)構(gòu),黏性土及黃土呈松軟結(jié)構(gòu)VI軟塑狀黏性土潮濕、飽和粉細砂層、軟土等4.1.3我國公路隧道圍巖分級4)隧道施工圍巖分級4.1.3我國公路隧道圍巖分級在上述3項因素中,最困難的是圍巖完整性程度的評定,因此研究的重點是如何根據(jù)掌子面的地質(zhì)數(shù)據(jù)評價圍巖的完整程度。4.1.4我國鐵路隧道圍巖分級2016年頒布實施的最新《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》(TB10003—2016)的圍巖分級方法是在1975年鐵路隧道圍巖穩(wěn)定性分類法以及85年版、2001年版和2005年版規(guī)范基礎(chǔ)上提出的,并與《工程巖體分級標準》(GB/T50218—2014)接軌。該規(guī)范考慮了巖石的堅硬程度和巖體的完整性,結(jié)合了地下水和地應(yīng)力狀態(tài)的修正因素進行圍巖分級,分為Ⅰ—Ⅵ級,圍巖穩(wěn)定性由好到差,與公路隧道圍巖分級類似。為了提高和強化圍巖定量分級,鐵路建設(shè)者開展了大量的科學(xué)研究和測試試驗工作,通過對圍巖基本質(zhì)量指標BQ和不同巖性圍巖彈性波速范圍的細化,提出了圍巖亞級的概念,分別將Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖各劃分為2個亞級,各亞級對應(yīng)的指標組合情況即為亞級劃分標準。4.1.5圍巖物理力學(xué)參數(shù)各級圍巖的物理力學(xué)參數(shù),是巖體和結(jié)構(gòu)面固有的物理力學(xué)性質(zhì),從量上反映了巖體和結(jié)構(gòu)面的基本屬性。圍巖級別容重γ/(kN·m-3)彈性抗力系數(shù)k

/(MPa·m-1)變形模量E/GPa泊松比μ內(nèi)摩擦角φ/(°)黏聚力C/MPa計算摩擦角φ/(°)I>26.51800~2800>33<0.2>60>2.1>78II1200~180020~330.2~0.2550~601.5~2.170~78III26.5~24.5500~12006~200.25~0.339~500.7~1.560~70IV24.5~55.5200~5001.3~60.3~0.3527~390.2~0.750~60V17~22.5100~200<1.30.35~0.4520~270.05~0.240~50VI15~17<100<10.4~0.5<20<0.230~404.1.5圍巖物理力學(xué)參數(shù)巖體結(jié)構(gòu)面抗剪斷峰值強度序號兩側(cè)巖體的堅硬程度及結(jié)構(gòu)面的結(jié)合程度內(nèi)摩擦角φ/(°)黏聚力C/MPa1堅硬巖,結(jié)合好>37>0.222堅硬~較堅硬巖,結(jié)合一般;較軟巖,結(jié)合好37~290.22~0.123堅硬~較堅硬巖,結(jié)合差;較軟巖~軟巖,結(jié)合一般29~190.12~0.085較堅硬~較軟巖,結(jié)合差~結(jié)合很差;軟巖,結(jié)合差;軟質(zhì)巖的泥化面19~130.08~0.056較堅硬巖及全部軟質(zhì)巖,結(jié)合很差;軟質(zhì)巖泥化層本<13<0.05圍巖壓力的確定4.24.2.1圍巖松動壓力的形成變形階段松動階段坍塌階段成拱階段作用在支護結(jié)構(gòu)上的圍巖松動壓力遠遠小于其上覆巖層自重所造成的壓力4.2.2圍巖壓力的計算方法圍巖壓力值是進行隧道設(shè)計和穩(wěn)定性研究的重要依據(jù),圍巖壓力的確定目前常用列3種方法:(1)直接量測法(2)經(jīng)驗法或工程類比法(3)理論估算法在理論計算方法中,考慮幾個主要因素,使其結(jié)果相對地接近實際圍巖壓力的情況,是目前隧道工程設(shè)計中采用較多的方法4.2.2圍巖壓力的計算方法4.2.2圍巖壓力的計算方法4.2.3深埋隧道圍巖壓力的確定

隧道寬度B/mB<55≤B<1414≤B<25圍巖壓力增減率i0.20.1考慮施工過程分導(dǎo)洞開挖0.07上下臺階或一次性開挖0.124.2.3深埋隧道圍巖壓力的確定圍巖壓力分部特征圖4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定(2)埋深大于hq,小于等于Hp時假定土體中形成的破裂面是一條與水平成β角的斜直線,

EFHG巖(土)體下沉,帶動兩側(cè)三棱土體(如圖中FDB及ECA)下沉,整個土體ABDC下沉?xí)r,又要受到未擾動巖(土)體的阻力;斜直線AC或BD是假定的破裂面4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定

淺埋隧道換算均布荷載4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定換算為作用在支護結(jié)構(gòu)上的均布荷載淺埋隧道換算均布荷載

4.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定偏壓隧道一般是指承受顯著偏壓荷載(不對稱壓力)的隧道。偏壓隧道圍巖壓力的計算應(yīng)按其產(chǎn)生偏壓的原因分別考慮。1)由地形引起偏壓的計算方法當(dāng)隧道外側(cè)拱肩至地表面的垂直距離t小于下表時,一般按偏壓隧道圍巖壓力公式計算。圍巖級別地面橫坡1:m示意圖1:11:1.51:21:2.5IV石544土10865.5V181612104.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定傍山淺埋隧道施工時,因支撐或襯砌下沉,以及超挖、回填不實等原因,引起洞身上部圍巖的下沉及隧道兩側(cè)地表開裂,在巖體內(nèi)形成兩個非對稱的滑動面。假定隧道施工時,洞頂土柱W1發(fā)生下沉,因而帶動兩側(cè)三棱體W2及W3下沉,土體沿AD及BC出現(xiàn)破裂面,兩側(cè)三棱體ADE及BCF受到洞頂土柱的推力。反過來,它作用于土柱DE、FC的摩阻力為T及T‘,如右圖。4.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定

4.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定

4.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定

4.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定1)由地質(zhì)構(gòu)造引起偏壓的驗算①必須查明圍巖可能產(chǎn)生偏壓的被割裂或松動的范圍大小。②盡量取得控制弱面的強度計算指標,如c、φ值等。當(dāng)弱面的c、φ值不能通過強度試驗取得時,可結(jié)合弱面的性質(zhì)、充填情況、地下水影響用工程類比法選用。③當(dāng)為塊體運動時,可近似地按巖塊剛體平衡的方法計算。當(dāng)一部分為軟層、另一部分為硬層時可分別取用不同的指標計算。如圖所示,巖體受兩個軟弱面及一組不利節(jié)理所割切,而形成塊體構(gòu)造偏壓。4.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定當(dāng)巖塊abcd下滑時,在ab面上有一定的阻力,不計cd面的阻力,這樣作用在襯砌上的偏壓力Qp等于:4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定(3)邊墻回填土石側(cè)壓力4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定①填土坡面向上傾斜:4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定③填土坡面水平時:影響圍巖穩(wěn)定性的因素4.34.3.1地層因素的影響1)巖土體結(jié)構(gòu)狀態(tài)巖土體結(jié)構(gòu)是長時間地質(zhì)運動的產(chǎn)物,在地質(zhì)因素的影響中起著主要作用。圍巖的結(jié)構(gòu)狀態(tài)通常用其破碎程度或完整狀態(tài)來表示。實踐指出,在相同巖性的條件下,巖體越破碎,隧道就越易于失穩(wěn)。因此在各種分級方法中,都把巖體的破碎程度作為分類的基礎(chǔ)指標。巖體的完整狀態(tài)或破碎程度有兩個含義:一是構(gòu)成巖體的巖塊大小;二是這些巖塊的組合形態(tài)。4.3.1地層因素的影響2)巖石的工程性質(zhì)巖石的工程性質(zhì)是多方面的,一般主要指巖石的強度或堅固性。在巖體結(jié)構(gòu)狀態(tài)成為控制圍巖穩(wěn)定性的主要因素時,強調(diào)巖石強度意義是不大的。巖石強度在完整的巖體中是起主要作用的。4.3.1地層因素的影響3)地下水的作用和影響①使巖質(zhì)軟化,強度降低,對軟巖尤為明顯,對土體則可促使其液化或流動。②在有軟弱結(jié)構(gòu)面的圍巖中,會沖走充填物或使夾層液化,減少層間摩阻力促使巖塊滑動。③在某些圍巖中(如石膏、巖鹽和蒙脫石為主的黏土巖中),遇水后產(chǎn)生膨脹,在未膠結(jié)或弱膠結(jié)的砂巖中可產(chǎn)生流砂和潛蝕。4.3.1地層因素的影響4)圍巖的初應(yīng)力狀態(tài)圍巖的初應(yīng)力狀態(tài)對巖體的構(gòu)造和力學(xué)特征是有一定影響的。因此,在圍巖分級中,如何根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造的特征引進初應(yīng)力的影響,是需要進一步研究的問題。4.3.2施工因素的影響4)圍巖的初應(yīng)力狀態(tài)人為因素也是造成隧道喪失穩(wěn)定的重要條件,其中隧道的形狀和尺寸,尤其是跨度影響較為顯著。①隧道的形狀和尺寸,尤其是跨度影響較為顯著。②支護結(jié)構(gòu)的類型及支護時間。③施工方法、隧道埋深。4.3.2施工因素的影響隧道圍巖穩(wěn)定性與圍巖分級是息息相關(guān)的,隧道穩(wěn)定性的分類對選擇和確定圍巖的分級指標有直接意義。1隧道洞身、洞門與洞口構(gòu)造物2洞門計算3明洞4隧道防水及排水系統(tǒng)第五章隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造5隧道內(nèi)附屬構(gòu)造物學(xué)習(xí)要求及重點難點內(nèi)容及要求:隧道洞門與洞口構(gòu)造物,隧道洞身結(jié)構(gòu),隧道洞門計算,明洞的構(gòu)造特征,隧道防水及排水系統(tǒng),隧道內(nèi)附屬構(gòu)造物。通過本章的學(xué)習(xí),應(yīng)理解隧道洞口、洞門、洞身、附屬結(jié)構(gòu)的構(gòu)造特征:熟悉隧道防水及排水系統(tǒng)的構(gòu)造組成及作用;掌握隧道洞門的計算方法。重點:隧道洞口、洞門與洞身的結(jié)構(gòu)構(gòu)造類型與特征,隧道防水及排水系統(tǒng)的構(gòu)造及設(shè)計原則,隧道洞門的計算方法。難點:隧道洞門的計算,隧道防水及排水系統(tǒng)與隧道水文特征的適應(yīng)性。隧道洞身、洞門與洞口構(gòu)造物5.15.1隧道洞身、洞門與洞口構(gòu)造物隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)造主體構(gòu)造物附屬構(gòu)造物洞身襯砌洞門構(gòu)造物洞身襯砌的平、縱、橫斷面的形狀由道路隧道的幾何設(shè)計確定

襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌計算決定

明洞通風(fēng)照明排水、消防、通訊等5.1隧道洞身、洞門與洞口構(gòu)造物

襯砌結(jié)構(gòu)形式,主要根據(jù)地質(zhì)地形條件,考慮結(jié)構(gòu)受力的合理性、施工方法等因素來確定。

5.1.1襯砌結(jié)構(gòu)的類型5.1隧道洞身、洞門與洞口構(gòu)造物5.1.1洞身襯砌及分類(1)直墻襯砌(2)曲墻式襯砌(3)圓形斷面襯砌(4)矩形斷面襯砌(5)偏壓襯砌(6)小凈距隧道襯砌(7)喇叭口隧道襯砌(8)洞身襯砌的組合類型5.1.1洞身襯砌及分類適用條件:垂直圍巖壓力為大、水平圍巖壓力小的情況下;一般適用于Ⅱ、Ⅲ級圍巖,有時也可用于Ⅳ級圍巖。(1)直墻式襯砌直墻式襯砌大拱腳薄邊墻襯砌適用條件:通常用在Ⅳ級以下的圍巖水平壓力較大的情況下(2)曲墻式襯砌5.1.1洞身襯砌及分類(3)圓形斷面襯砌圓形斷面襯砌適用于軟弱圍巖。為了抵御較大的圍巖壓力,公路隧道可以采用圓形或近似圓形斷面的支護結(jié)構(gòu),因為需要較大的襯砌厚度,所以多半在施工時進行二次襯砌。水底隧道廣泛使用盾構(gòu)法施工,其斷面為全圓形,通常用預(yù)制的圓形節(jié)段于現(xiàn)場拼裝。隧道掘進機(TBM)是開挖巖石隧道的一種機械化掘進機械,其開挖斷面通常為圓形,開挖后可以用噴混凝土襯砌、噴錨襯砌或拼裝預(yù)制構(gòu)件襯砌等多種形式。5.1.1洞身襯砌及分類(4)矩形斷面襯砌沉管法、明挖法施工時,廣泛采用矩形斷面襯砌5.1.1洞身襯砌及分類(5)偏壓襯砌當(dāng)山體地面坡陡于l:2.5,線路外側(cè)山體覆蓋較薄,或于地質(zhì)構(gòu)造造成的偏壓,襯砌為承受這種不對稱圍巖壓力而采用。5.1.1洞身襯砌及分類(6)小凈距隧道襯砌在洞口地形狹窄、路線布設(shè)困難或為減少洞口占地的短隧道、中隧道或長隧道、特長隧道洞口局部地段

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