《勘测设计总结》PPT课件.ppt

第二章 隧道工程的 勘测设计,2,2.1 隧道的工程调查,2.2 隧道的位置选择,2.3 隧道线路设计,隧 道 工 程 SUI DAO GONG CHENG,2.4 隧道横断面设计,2.5 隧道勘测设计文件的内容和组成,文献资料收集主要指地形地貌、邻近工程、气象、水文及区域性地质、用地及环境、灾害等资料，目的是规划线路和编制以后的调查计划。收集资料应以拟建隧道为中轴,取较大范围调查。,2.1 隧道的工程调查,工程实践中必须重视地质条件对隧道工程的影响，充分做好地质调查工作，查明隧道所处位置的工程地质条件和水文条件，以及隧道施工和运营对环境保护的影响，充分占有资料，避免设计工作中的盲目性。,既有文献资料收集,地形地貌资料,地质资料,工程资料,气象资料,用地及环境资料,灾害资料,文献资料收集,指地形图、航空照片和遥感与遥测资料。,地质图、说明书。,邻近隧道及其他土建工程所记录的工程地质水文地质资料。,气温、气压、风速、风向、降水、等。,工程、施工及临时用地。自然环境文物古迹、自然保护区、居民环境等。,暴雨雪、台风、地震、滑坡等发生的规模、频度。,隧道调查分施工前和施工中两阶段。,地形、地质调查,1.施工前各阶段的地形与地质调查内容,1)地层、岩性及地质构造变动的性质、类型和规模；2)断层、节理、软弱结构面特征及其与隧道的组合关系，围岩的基本物理力学性质；3)地下水类型及地下水位、含水层的分布范围及相应的渗透系数、水量和补给关系、水质及其对混凝土的侵蚀性，有无异常涌水、突水；4）崩塌、错落、岩堆、滑坡、岩溶、自然或人工坑洞、采空区、泥石流、湿陷性黄土、流沙、盐渍土、盐岩、多年冻土、雪崩、冰川等不良地质和特殊地质现象；,5)隧道通过含有害气体或有害矿体的地层时，应查明其分布范围、有害成分和含量，并预测和评价其对施工、营运的影响，提出防治措施；6)按中国地震裂度区划图的规定或经地震部门鉴定，确定隧道所处地区的地震动峰值加速度系数。,2.施工中工程地质调查应完成的任务,1)核定岩性、地质构造、地下水等情况，分析判定实际揭露的围岩级别；2)采用超前地震波反射、声波反射、地质雷达等物理手段，或采用超前钻孔、平行导坑、试验坑道等进行超前探测，及时预报解决施工中遇到的工程地质和水文地质问题；3)为验证和修改（变更）设计及调整施工方案提供依据。,3.施工前三阶段勘察的目标内容,(1)可行性研究勘察 公路可行性研究按其工作深度，分为预可行性研究和工程可行性研究。预可行性研究中的勘察着重是收集和研究既有的文献资料；而在工程可行性研究中，要分析隧道中轴一定范围的地形地貌、邻近工程、气象、水文及区域性地质、用地及环境、灾害等既有资料及沿路线进行地面踏勘，为隧道路线走向比选提供区域地形、地质和环境等基本资料。(2)初步勘察 在踏勘获取资料的基础上，进行初勘，初步查明地形、地质条件及其他环境状况对线路线形、隧道走向、洞口位置、隧道长度以及隧道其他附属工程的影响。,初勘的目的是选择隧道位置和初步确定围岩类别。勘察应由有相应资质的地质部门中有经验的地质工程师以现场踏勘、测绘和必要的勘探工作等方式进行，主要查明地形、地貌、地质构造、地层岩性、特殊地质、不良地质、地下水以及其他地质特征。,调查完毕后进行归纳整理和分析研究，写出调查报告书，并附上调查线路图、地质平面图和地质剖面图。最后要提供的资料：隧道工程地质说明书；隧道工程地质平面图，洞口、洞身工程地质横断面图；钻孔地质柱状剖面图、试验资料汇总表、航空照片地质解释资料及工程地质照片、野外素描图等。,(3)详细勘察 在初勘的基础上，进一步用钻探、物探和测试等方法作详细勘察，详细进行地形、地质和环境等调查。其调查的内容有岩性、地质构造、地表水及地下水、地下资源等。,岩性调查包括岩石的种类和岩石特征，松散堆积物，岩石的物理、力学性质，风化以及变质情况等。地质构造包括地层、岩层产状、褶皱、断层与破碎带、节理、劈理及围岩结构完整状态。地下水与地表水的涌水及枯水状态，地层含水层与隔水层的分布、水的补给来源等。地下资源包括矿物资源、天然气、温泉、地热等。对上述事项应逐个研究和说明，着重考虑对隧道的设计与施工的影响，而不必作理论上的详细讨论。,详细勘察的方法主要有地球物理勘探（简称物探）和化学勘探（简称化探）等，而在隧道工程勘测中主要应用物理勘探，其中最常用是电阻法与弹性波法两种，是测定断层、软弱带、地质构造的好方法，但应与钻探配合、对照。此外还有简易钻探法，如螺旋钻、冲击钻等。随着科技的发展，一些成熟的技术也移植到了地质钻探中来，如将微型摄影仪放人钻孔内，能将孔内的全部情况拍摄成连续照片或反映在电视屏幕上等。对于重要的长大隧道的地质调查，还可以采用遥感技术，在工程地质测绘中可以更客观更全面地看到在地球上观测时看不到或看不清楚的现象。此外，电阻法在土质隧道中可在一定范围内探明砂砾层(含水层)。还可以在钻孔内对透水层的分布、以及地下各含水层情况给出明确的结果。,(4)水文勘察 隧道与地下水的影响关系，主要是两个方面，一是隧道内出现涌水，将恶化隧道围岩稳定状态，导致施工困难，增大工程造价；另一个就是枯水，造成隧道周边工业、农业和饮水困难。,涌水可分为集中涌水和稳定涌水。集中涌水有时以突然发生大量涌水的形式出现，往往造成隧道塌方、人身伤亡等重大事故。要定量掌握集中涌水量是是很困难的，主要应估计集中涌水对工程安全有影响的涌水位置、涌水压力、最大涌水量、稳定涌水量、山体稳定情况等。,枯水调查的主要内容有河（溪）流的流域和流量，水利资源的利用情况，泉水、地下水的状态，植被、气象与隧道涌水的有关连问题，以往工程的枯水资料等。,4.详细勘察应提供的资料,1)概况：调查的目的、场所、范围、内容、方法、时间及参加人员等。2)地形地质概况及岩石种类：地形、地貌概况、区城地质概况、气象和周边环境，地质时代、岩相、风化及变质情况、物理力学性质及对工程的影响以及岩石的流变特性等；地层分布，成层状态、褶曲、断层、破碎带、层理、片理、节理等及其对工程的影响。3)各种相关的图纸：隧道地形地质平面图；隧道地质纵断面图；隧道洞口附近地形图；隧道洞口附近地质纵断面图以及洞口附近地质横断面图。,4)围岩分级情况，重大地质问题评价，钻探、试验资料整编等。5)调查中遗留问题、隧道选线、设计及施工时应注意的问题及有关进一步调查的建议。,隧道地区的气象条件对隧道选线、设计、洞外场地布置和各种施工设备、施工组织管理的设计等方面都有直接影响。在隧道工程设计施工中，必须依据气象条件选择防冻混凝土、混凝土骨料及用水的保温、施工道路等；另外隧道洞口附近的防风挡墙、预防风吹雪构造物、植树带的位置、洞口排出废气的流动方向等还受洞口附近的风向、风速的影响。,气象调查,降雨,降雪,气温、地温,风向、风速,雾,雪崩、风吹雪,洪水,年降雨量、月平均降雨量、日最大降雨量、小时最大降雨量。,最大降雪日、最大积雪量、积雪期、最大日降雪量、雪密度、雪温。,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。,频率分布(年间、月间、日间)。,降雾天数和程度（能见度)。,场所、规模、频度、时期、种类。,洪水量、水位、时期。,气象调查内容,(1)自然环境调查 调查隧道场区及邻近地区相关地表水系、地下水露头、涌泉、温泉、沼泽、天然和人工湖泊、植被、矿产资源以及动植物生态等自然环境状况。(2)社会环境调查 调查隧道场区内土地使用情况、农田、水利设施、建筑物、地下管线情况等。(3)生活环境调查 调查生产生活用水、交通状况、施工和营运噪声、振动、污水及废气排放等对生态环境的影响；调查和预测施工和运营中地下水大量流失可能造成地表沉降、塌陷、地面建筑物的破坏、民众生产生活用水枯竭等环境问题的影响程度。,工程环境调查,隧道运营过程中排出的废气和噪声受气象条件和通车情况影响而随时变化，应当进行全年测定，并作出隧道建成前后的比较。,(4)施工条件调查 调查施工便道、施工场地、弃渣场地、供水、供电、通讯条件和建筑材料的来源、品质、数量等以及其他可能影响施工的因素。(5)工程环境评价报告 根据隧道工程环境调查的结果，对其环境做出评价，提交环境评价报告。报告的内容主要包括：本地区环境工程的概要、必要性及其评价效果；环境现状；环境预测、评价和保护措施等一系列内容。应按照国家有关规定，在工程设计或施工中，要采取相应的措施，力求满足环境保护的要求，防止环境破坏。,2.2 隧道位置选择,山区公路线形设计根据地形条件有绕行方案、路堑方案和隧道方案等。,隧道方案与前两种方案相比较，能使线路平缓顺直，病害少，维修简单，缩短线路，节省运输时间，还能最大限度地减少道路修建对自然植被的破坏。,公路隧道应设计为永久性的构造物。隧道设计应满足公路交通规划的要求，其建筑限界、断面净空、隧道主体结构以及营运通风、照明等设施，应按公路工程技术标准（JTG B01）规定的预测交通量设计。当近期交通量不大时，可采取一次设计，分期修建。隧道总体设计应遵循以下原则：,1)综合比选隧道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等，提出推荐方案。地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向，以避开不良地质地段；长隧道位置亦应尽可能避开不良地质地段，并与路线走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。2)根据公路等级和设计速度确定车道数和建筑限界。3)根据隧道长度、交通量及其构成、交通方向以及环保要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交通监控等机电设施的设置规模。4)对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、环境保护等作综合考虑。5)当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。,隧道位置选择包括洞身位置和洞口位置的选择两项，主要以地形、地质为主等进行综合考虑。,1按地形条件选择隧道位置,隧道洞身位置选择,公路隧道是克服地形障碍的有效手段，地形障碍包括高程障碍（公路前进方向遇到高山时，由于坡度的限制不能在一定距离内拔起越过山峰）与平面障碍（线路在山区绕行时，山咀伸出太急，线路无法随之绕行的现象），克服地形障碍主要有绕行方案、深堑方案及隧道方案。一般情况下，采用隧道方案是比较有利的。隧道方案工程量大些，工期可能长些，但它能使线路平顺缓直，不需用较大的坡度，不需设置太多、太急的曲线。,2按线路条件选择隧道位置,(1)越岭隧道位置选择 越岭隧道所经过的地区一般山峦起伏、地形陡峻、地质复杂，自然条件变化很大，越岭隧道往往起着控制路线局部方向的作用，施工时又常常控制全线工期，所以越岭隧道的位置应先在较大范围内比选，然后在较小范围内定位。隧道高程位置的选定，通常宜根据越岭地段的地质条件，以临界高程作为隧道穿越方案的比选基础，临界高程是隧道造价、接线造价及营运费用的总和为最小的越岭高程。总之，越岭隧道的路线，应进行较大面积方案的选择，对可能穿越的垭口，拟定不同的越岭高程及其相应的展线方案，进行全面技术经济比较后确定。一般宜选择地质条件较好的垭口一侧穿越。,(2)沿河傍山隧道 为改善山区道路线形，提高车速、缩短里程，常需修建傍山隧道，又称为河谷线隧道。这种隧道一般埋深较浅，地质条件复杂，如有山体崩塌、错落、岩堆、滑坡、泥石流、河岸冲刷等不良地质现象发生。路线沿河傍山，存在道路绕行、明挖路堑或修筑填土路基很困难问题，常采用隧道群或桥隧群解决。在选择傍山隧道位置时，应尽量将隧道向山侧内移，以保证隧道有足够的覆盖层厚度，避免道河流冲刷和不良地质对隧道稳定的不利影响。在河道窄、冲刷力强的地段，还应注意水流冲刷对山体和洞身稳定的影响。如果桥隧相连，应预先考虑施工中的相互干扰及洞口边坡的稳定问题。沿河傍山路线，究竟采用长大隧道、短隧道群或桥隧群中的哪种方案，应进行技术经济比较。,(3)不良地质地段隧道 地质条件在隧道位置选择诸因素中通常起着决定性作用，应尽量使洞身位于地质结构单一完整的地层中，实际上工程地质、水文地质条件是千变万化的，线路不得不要通过各种不良地质地段，此时选择隧道位置应当考虑如下因素：,1)崩塌 斜坡前缘的部分岩体，被陡倾结构面分割，并以突然的方式脱离母体，翻滚而下，岩块相互冲撞、破坏，最后堆积于坡脚而形成岩堆，这种过程与现象称为崩塌。（图2-1）。巨型崩塌常发生在巨厚层状和块状岩体中；软硬相间层状岩体，多以局部崩塌为主。根本的解决办法是选择隧道位置时，不要沿这类山坡通过，不得已时，也不要把隧道置于地表不厚的傍山位置，而应当尽可能地移入山体稳定岩层之中。,图2-1 崩塌过程示意图a)崩塌初期 b)形成崩塌 c)崩塌继续发展,2)滑坡、错落 斜坡岩土体沿着连续贯通的破坏面向下滑动的过程与现象称为滑坡。它是由于地下水的活动、岩体构造、河流冲刷坡脚、不合理的人为切坡或坡顶加载以及地震等原因，山坡土体沿某一软弱面有整体下滑的趋势而形成的。选择隧道位置时，应尽可能避开滑坡地段。,a),b),c),隧道也不应在错落体内通过。如果必须通过此类地段时，应使隧道洞身埋置在滑动面或错落体以下一定深度的稳固地层中。与崩塌相比较，滑坡对斜坡的破坏不局限于斜坡前沿，也可涉及深层的破坏。滑床面可深入坡体内部，甚至到坡脚以下，可分为坡上、坡脚和坡基等滑动类型（图2-2）。,图2-2 滑动类型a)坡上滑动 b)坡脚滑动 c)坡基滑动,a),b),c),3)泥石流 泥石流是发生在山区的一种含有大量泥砂、石块的特殊洪流，顺山沟或狭谷流淌而下、来势凶猛，破坏力极大。,泥石流的形成条件,地形条件：陡峭的山区，沟床纵坡大，典型的泥石流沟上游多为三面环山,一面出口的漏斗状地形。,地质条件：地质构造复杂、岩石风化破碎、新构造运动活跃、崩塌滑坡多发的地段。,气象水文条件：水既是泥石流的重要组成部分，也是泥石流活动的基本动力和触发条件。我国泥石流的水源主要是暴雨、长时间的连续降雨等。,隧道必须穿过泥石流沟床下部时，应使洞身置于基岩中或稳定的地层中，并保证拱顶以上有一定的安全覆盖厚度。要查明泥石流冲积扇范围，不可把洞口放在冲积扇范围以内。当隧道的洞口位置毗邻泥石流沟时，应注意将隧道适当延长以避免泥石流可能扩散范围的影响。,4)流砂 流砂是一种土的活动和作用，又称流土，或称土的液化。土发生流砂时呈悬浮状态，失去承载力。修建在该土体上的隧道，地基可能发生沉陷、失稳而破坏。隧道一般应避开流砂地段，无法避开时，应选择其范围最小且相对稳定地段，并以短距离通过，还应提出合理可行的工程处理措施，以保证施工和洞身安全。,5)溶洞、土洞 岩溶是指地表水或地下水对可溶性岩石（如石灰岩）进行侵蚀、溶蚀而产生的溶洞。土洞则是由于地表水或地下水对土层溶蚀、冲刷而产生的空洞。选择隧道位置时，应力求避免穿越岩溶严重发育的巨大空洞区、溶洞群及地质构造破碎带等地段，尽量避开易溶岩与难溶岩的接触带，当不可能避开时，应选择在较狭窄且影响范围最小处，以垂直或大角度穿过，使通过的岩溶地段为最短。,6)瓦斯 在含煤地层中，蕴藏着有害气体，如甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)。隧道挖开后，有害气体逸出，轻则致人窒息，重则引起爆炸，危害甚大。选择隧道位置时，最好能避开。不得已时，应切实加强通风系统，以强有力的通风来稀释有害气体。(中梁山隧道瓦斯解决方案),7)危岩、落石 洞口地质条件往往很较差，在施工和运营中，路堑边坡和边仰坡的自然坡面的危岩和落石经常砸向路面，影响交通安全。为防止落石，通常采用接长明洞的方法。由于危岩、落石的影响程度与短隧道群、高边坡密切相关。因此，在选择隧道位置时，应尽可能地避免短隧道群，而宜采用长大隧道。对已成路堑，如采用“支、顶、锚、拦”，把握性不大时，应以明洞方案彻底解决。,成渝高速公路中梁山隧道,通过二叠系上统龙潭组，瓦斯平均含量30m3/t，最大相对涌出量达181.09m3/t，最大绝对涌出量50m3/min,瓦斯压力4MPa。采取的主要措施是：设置瓦斯自动报警装置、采用安全防爆器材爆破，超前钻孔、导坑掘进释放瓦斯，严格监测，强化巷道式通风以降低瓦斯浓度，使得瓦斯含量降到允许值以下，防止瓦斯爆炸。,1洞口位置选择的原则,隧道洞口位置选定,洞口选择应综合考虑洞口地形、地质条件、洞外有关工程及施工条件、营运要求和周围环境保护，通过技术、经济等因素比较确定，不能单纯考虑经济问题。洞口边坡、仰坡顶面及其周围，应根据情况设置排水沟及截水沟，并和路基排水系统综合考虑布置。高速公路、一级公路和风景区洞门形式及其附属设施的设计应力求与自然环境相协调，有条件时，洞门周围应植物绿化。隧道洞门应与隧道轴线正交。,“早进晚出”的原则。在决定隧道洞口位置时，为了施工及运营的安全，隧道宜长不宜短，即宁可早一点进洞，晚一点出洞，尽量避免大挖大刷边坡，破坏山体稳定，确保洞口边坡及仰坡的稳定安全。,2洞口位置选择的具体要求,(1)隧道洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。有条件时，应贴壁进洞(图2-3所示)；条件限制时，边坡及仰坡均不宜开挖过高，不使山体开挖太甚，也不使新开出的暴露面太大。一般情况下，各类围岩中隧道洞口边、仰坡的设计开挖最大高度可按表2-1控制。,图2-3 贴壁进洞时洞口纵断面示意图,表2-1 隧道洞口边、仰坡的控制高度,注:设计开挖高度系从路基边缘算起。,(2)洞口位置应设在山坡稳定、地质条件较好、地下水不太丰富及排水有利处。尽量避开滑坡、崩塌、岩堆、岩溶、流砂、泥石流、雪崩、冰川等不良地质地段，并结合洞外相关工程和施工的难易，通过技术经济比较确定洞口位置。,(3)洞口位于悬崖陡壁下时，不宜切削原山坡，避免扰动坡面和破坏地表植被及暴露风化破碎岩层。若洞口岩壁稳定，基本不会出现崩塌或落石时，可以采用贴壁式，如图2-3 所示。若存在塌方可能时，应采用接长明洞的办法，将洞口延伸至危险范围以外35m，如图2-4所示。,图2-4 悬崖陡壁下接长明洞示意图,(4)跨沟或沿沟进洞时，应考虑水文情况，结合防排水工程，洞口不宜设在沟谷低洼汇水处，如图2-5中A线。洞口最好放在沟谷一侧，让出沟心，留出泄水通路，如图2-5 中B线。如果隧道附近有河流、湖泊、溪水等水源时，洞口高程应在洪水位安全线以上，以防洪水倒灌入隧道。,接长明洞,图2-5 沟谷低洼附近洞口平面位置示意图,(5)应使隧道轴线与地形等高线正交，使洞口结构物受力条件好，避免斜交进洞时存在偏压作用。当只能斜交进洞时，也应使交角不太小，洞口覆盖层厚度不应小于23m，其边、仰坡应采取喷锚支护加固。尽量避免坡面平行型、山脊突出部进入型、沟谷部进入型（图2-6所示）。,图2-6 隧道洞口轴线与地形关系1-坡面正交型 2-坡面斜交型 3-坡面平行型 4-山脊突出部进入型 5-沟谷部进入型,(6)当洞口地形平缓时，一般也应早进洞晚出洞。应结合洞外路堑地质、填方、排水、弃渣场地和施工工期等因素综合分析确定。若洞口位于堆积层上，为避免引起坍塌、滑坡、保持山体稳定，一般不宜大量刷坡，需要时可以考虑接长明洞，确保施工和运营安全。,(7)洞口位置确定以后，还要考虑施工场地的布置。隧道洞口多在山地沟谷之中，地势狭窄，对于长大隧道，应综合考虑洞门附近施工场地、弃渣场以及施工便道等布置对组织施工和工程进度的影响。,(8)洞口附近有地面建筑及地下埋设物时,考虑提前进洞,尽可能减少附近地面建筑物、地下埋设物与隧道的相互影响,必要时采取防范措施。设计施工时应考虑尽量少破坏天然植被，以便最大限度地保护自然景观。,(9)河水漫坡地段的洞口位置，应结合洞外路堑地质、弃渣、排水及施工等因素综合分析确定，避免洪水侵入隧道。,隧道设计洪水频率标准可按表2-2取值；当观测洪水高于标准值时，应按观测洪水设计；当观测洪水的频率在高速公路、一级公路超过1/300，二级公路超过1/100，三、四级公路超过1/50时，则应分别采用1/300、1/100、1/50的频率设计。,表2-2 隧道设计水位的洪水频率标准,2.3 隧道线路设计,隧道线路平面设计,隧道平面是指隧道中心线在水平面上的投影,隧道的平面线形设计要按公路路线设计规范的有关规定进行。线路越直越好，原则上采用直线避免曲线。必须设置曲线时，不宜采用设超高的平曲线，且不应采用设加宽的平曲线。设置平曲线时会遇到小半径曲线和超高，采用小半径曲线将会出现以下三个问题：一是产生视距问题；二是增加隧道内噪声和振动；三为了确保行车安全，必须限制行车速度。,隧道不设超高的圆曲线最小平半径应符合表2-3规定。当由于特殊条件限制隧道平面曲线时，其超高值不宜大于4.0%，隧道的停车视距与会车视距应符合表2-4的规定。,表2-3 公路隧道不设超高的圆曲线最小半径（单位：m）,表2-4 公路停车视距与会车视距,单向行驶的长隧道，如果在出口一侧设置大半径曲线，面向司机的出口处边墙的亮度是逐渐增加的，这有利于司机的“光亮适应”。,高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下分离的独立双洞。分离式独立双洞的最小净距，按对两洞结构彼此不产生有害影响的原则，结合隧道平面线形、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素确定，一般情况可按表2-5取值。特殊地段隧道净距不能满足表2-5的要求时，可采用小净距隧道或连拱隧道形式，但应作出充分的技术论证和比较研究，并制订可靠的技术保障措施，确保工程质量。,表2-5 分离式独立双洞的最小净距,注：B 为隧道开挖断面的宽度,隧道线路纵断面设计,隧道纵断面是隧道中心线展开后在垂直面上的投影。隧道的纵坡以不妨碍排水的缓坡为宜。控制隧道纵坡的主要因素之一是通风问题，一般把纵坡控制在2%以下。所以隧道内纵线形应考虑行车安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求，隧道纵坡不应小于0.3%，这是考虑到隧道在施工和营运时洞内排水的需要,一般情况不应大于3%；,公路隧道的基本坡道形式有单坡和人字坡两种(见图2-7)。单向通行的隧道，设计成单坡(下坡)对通风是非常有利。汽车产生的有害气体少，但坡度不要大于3%，否则施工时，高位洞口的施工会有困难。采用自然通风的隧道，因为两端洞口的高差是决定通风效果的重要因素之一，所以坡度可尽量采用上限值，但也不能大于3%。,图2-7 坡道形式a)单坡 b)人字坡,a),b),采用人字坡的隧道，施工时隧道两端的出碴与排水都有利，但通风较差，所以一般将坡度控制在1%以下为宜。人字坡多用于长大隧道,尤其是越岭隧道。,隧道内的纵坡变更处均应设置竖曲线，并尽量选用大值，以利于通视和通风。纵坡变更的凸形竖曲线和凹形竖曲线的最小半径和最小长度应符合表2-6之规定。,20,25,35,50,70,85,100,竖曲线长度,100,250,450,1 000,2 000,3 000,4 000,极限值,200,400,700,1 500,3 000,4 500,6 000,一般值,凹形竖曲线半径,100,250,450,1 400,3 000,6 500,11 000,极限值,200,400,700,2 000,4 500,10 000,17 000,一般值,凸形竖曲线半径,20,30,40,60,80,100,120,设计速度（km/h）,表2-6 竖曲线最小半径和最小长度,隧道线路接线,隧道洞口连接线的平面及纵断面线形应与隧道线形相协调，确保有足够的视距和行驶安全。隧道两端洞口连接线的纵坡应有一段距离与隧道纵坡保持一致。,（单位：m）,为了使汽车能顺利驶入隧道，司机应提早知道前方有隧道，而且在离隧道一定距离时，司机应当能自然地集中注意力观察到洞口及其附近的情况，并保证有足够的安全视距。把开始注视的点称为注视点，从注视点到安全视距点所需的时间称为注视时间。从注视点到洞口采用通视线形极为重要。在洞口及其附近放入平曲线或竖曲线的变更点时，应以不妨碍观察隧道，且保证有足够的注视时间为最低限度。,公路隧道设计规范（JTG D70-2004）规定洞外连接线的平曲线可根据设计速度来确定，规定3s设计速度行驶长度范围的平曲线应与洞内一致。同时还作了以下规定：(1)隧道洞口内外各3s设计速度行程长度范围的纵面线形应一致，有条件时宜取5s设计速度行程；,（2）当隧道建筑限界宽度大于所在公路的建筑限界宽度时，两端连接线应有不短于50m的、同隧道等宽的路基加宽段；当隧道建筑限界宽度小于所在公路的建筑限界宽度时，两端连接线的路基宽度仍按公路标准设计，其建筑限界宽度应设有4s设计速度行程的过渡段与隧道洞口衔接，以保持隧道洞口内外横断面顺适过渡；,（3）长、特长的双洞隧道，宜在洞口外合适位置设置联络通道，以方便车辆调头。设计速度行程的长度如表2-7所示。,表2-7 设计速度形成长度,（单位：m）,近年来，在山区高速公路建设中，遇到一些距离很近的短隧道群，对于这种情况，可视为长隧道，其平、纵线形指标按长隧道考虑。隧道内的路肩宽度与一般道路相比要缩小很多，需要进行平滑过渡，应在适当的距离内收缩，使汽车进出隧道时顺利。所以，通常根据设计车速设计成1/251/50的楔形过渡段，在这个收缩过渡段中，一般应当由路缘石、护栏、路面标志线以及其他洞口附近的构造物等。,2.4 隧道横断面设计,隧道净空与限界,隧道净空指隧道衬砌内轮廓线所包围的空间,包括隧道建筑限界、通风、照明及其他所需面积。,“隧道建筑限界”是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。也就是说“隧道建筑限界”是指建筑物（包括衬砌、通风管道等）不能侵入的一种限界。,公路隧道建筑限界（图2-8）由行车道宽度(W)、左侧向宽度、右侧向宽度(L)、余宽(C)、人行道宽度(R)或检修道宽度(J)等组成。相应基本宽度的数值规定可参见表2-8。,为了消除或减少隧道边墙给驾驶员带来恐之冲撞的心理效应（“侧墙效应”），保证一定车速的安全通行，应在行车道两侧设置一定的宽度的侧向宽度或余宽。,图2-8 公路隧道建筑限界(单位：cm),H-建筑限界高度 W-行车道宽度；LL-左侧向宽度 LR-右侧向宽度 C-余宽 J-检修道宽度 R-人行道宽度 h-检修道或人行道的高度 EL-建筑限界左顶角宽度，EL=LL ER-建筑限界右顶角宽度，当LR=1m时，ER=1m,R,E,E,L,L,L,L,R,J,或,R,250,W,250,400,H,400,C,h,C,i,%,J,或,R,建筑限界置于隧道内轮廓内的情况见图2-9。,图2-9 隧道建筑限界的基本情况（单位：cm）,起拱线,h,h,L,L,水平,铅垂,铅垂,E,隧道中线（路面中线）,铅垂,平行于路面,垂直于路面,水平,水平,垂直于路面,垂直于路面,垂直于路面,L,R,250,75,E,建筑限界500,75,250,R,L,W/2,（水平）,（水平）,i,%,W/2,表2-8 公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度,（单位：m）,注：1.三车道隧道除增加车道数外，其他宽度同表；增加车道的宽度不得小于 3.5m。2.连拱隧道的左侧可不设检修道或人行道，但应设50cm（120km/h与 100km/h时）或25c m（80km/h与60km/h时）的余宽。3.设计速度120km/h时，两侧检修道宽度不宜小于1.0m;设计速度100km/h 时,右侧检修道宽度不宜小于1.0m。,建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5.0m，三、四级公路取4.5m。当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应设不小于25cm宽的余宽；隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡；当隧道为双向交通时，可取双面坡。坡度应根据隧道长度、平纵线形等因素综合确定，一般可采用1.5%2.0%。当路面采用单面坡时，建筑限界底边线与路面重合；当采用双面坡时，建筑限界底边线应水平置于路面最高处。对于单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路标准修建。,长、特长隧道应在行车方向的右侧设置紧急停车带。双向行车隧道，其紧急停车带应双侧交错设置。紧急停车带的宽度，包含右侧向宽度应取3.5m，长度应取40m，其中有效长度不得小于30m。紧急停车带的设置间距不宜大于750m。停车带的路面横坡，长隧道可取水平，特长隧道可取0.5%1.0%或水平。紧急停车带建筑限界的构成如图2-10所示。布设检修道、人行道的隧道，可不设紧急停车带，但应按500m间距交错设置行人避车洞。,图2-10 紧急停车带的建筑限界、宽度和长度(单位：cm)a）宽度构成及建筑限界 b）长度,a,）,135,紧急停车带,R,R,L,L,L,J,或,R,J,或,R,400,250,C,E,E,L,C,350,i,%,h,400,H,W,250,3000,500,500,350,过度段,有效长度,过度段,侧向宽度,b,）,上下行分离式独立双洞的公路隧道之间应设置横向通道，并符合下列规定：(1)横通道分为人行横通道和车行横通道，其断面建筑限界一般规定如图2-11。,图2-11 横通道的断面建筑限界（单位：cm）a）人行横通道 b）车行横通道,(2)人行横通道的设置间距可取250m，并不大于500m。(3)车行横通道的设置间距可取750m，并不得大于1000m；长10001 500m的隧道宜设1处，中短隧道可不设。,b),75,25,400,25,25,400,25,25,500,a,）,250,200,曲线隧道净空加宽,公路工程技术标准(JTG B01-2003)之规定，当隧道位于平面曲线半径等于或小于250m地段时，应在曲线内侧加宽。双车道路面的加宽值规定如表2-9；单车道路面加宽按表列数值的二分之一采用。,表2-9 公路隧道平曲线加宽取值,注：四级公路和山岭重丘的三级公路采用第1类加宽值；其余各级公路采用第3类加宽值。对不 经常通行集装箱运输半挂车的公路，可采用第2类加宽值。,隧道衬砌轮廓线的拟定,隧道衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、支护结构、施工条件等，并应充分利用围岩的自承能力。衬砌应有足够的强度和稳定性，保证隧道长期安全使用。隧道断面设计主要解决内轮廓线、轴线和截面厚度三个问题。,衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，而且使衬砌内表面圆顺，不留凌角。衬砌断面的轴线应当尽量与断面压力轴线重合，使各截面主要承受压力作用而无拉力作用。,经验表明，当衬砌承受径向分布的静水压力时，结构轴线以圆形最理想；当衬砌主要承受竖向荷载和不大的水平侧压力时，结构轴线上部宜采用圆弧形或尖拱形，下部则做成直墙式衬砌；当承受竖向荷载和较大侧压力时，宜采用五心圆曲墙式衬砌。当有底鼓压力时，则结构底部应施筑仰拱为宜。,衬砌各截面厚度根据隧道所处的地质条件和水文地质条件不同而变化，也与隧道受到荷载大小、跨度、衬砌材料和施工条件有关。隧道建筑物各部结构的截面最小厚度应大于表2-10的数值。,（单位：cm）,隧道的内轮廓必须符合前述的隧道建筑净空限界，结构的任何部位都不应侵入限界以内。还应满足洞内路面、排水设施、装饰的需要，并为通风、照明、消防、监控、营运等内部装修设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量，使确定的断面形式及尺寸符合安全、经济、合理的原则。,表2-10 截面最小厚度,(1)衬砌内轮廓线：它是指衬砌在隧道净空内的完成线，在内轮廓线之间的空间即为隧道的净空断面。该线应满足所围成的断面面积最小，适合围岩压力和水压的特点，以经济、安全、适用和合理为目的。,(2)衬砌外轮廓线：为保持隧道净空断面的形状，衬砌必须有足够的厚度（或称衬砌最小厚度）的外缘线。为了确保衬砌有足够的厚度，侵犯该线的岩土体必须全部清除，初期支护等也不应侵入，因此，该线又称为最小开挖线，如图2-12断面所示。,图2-12 隧道断面轮廓线,(3)实际开挖线：在隧道光面爆破开挖时，为保证衬砌外轮廓线形状，实际开挖线不可避免的成为不规则形状，而且通常开挖断面的实际轮廓线稍稍超过外轮廓线，也称超挖线。超挖部分的大小叫超挖量，实际上开挖线是凹凸不平，所以一般超挖量的平均值为10cm，它是设计时进行工程量计算的依据。按设计要求所有超挖部分，都要用片石回填密实。,10多年来，我国公路隧道建设各地在设计隧道横断面时标准不统一，经过多年的工程实践和内力分析，公路隧道设计规范(JTG D70-2004)制订了隧道内轮廓统一标准，即拱部为单心圆拱，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。图2-13为两车道隧道标准内轮廓断面，图2-14为三车道隧道标准内轮廓断面。,图2-13 两车道隧道标准内轮廓断面a)标准断面 b)紧急停车带断面R1-拱部圆弧半径 R2-侧墙圆弧半径 R3-侧墙与仰拱连接段圆弧半径 R4-仰拱圆弧半径 H1-路面至起拱线的高度 H2-侧墙结构高度 H2-设仰拱时的侧墙结构高度（侧墙与仰拱连接点至起拱线的高度）q1-起拱线与R2的夹角 q1-设仰拱时起拱线与R2的夹角 q2-隧道结构中心线与R4的夹角q3=90-(q1+q2)R5-紧急停车带拱部圆弧半径 q4-半径为R5的拱部圆弧段夹角 R1-拱部与侧墙连接段圆弧半径 q5-半径为R1的圆弧段夹角。,图2-14 三车道隧道标准内轮廓断面a)标准断面 b)紧急停车带断面R1-拱部圆弧半径 R2-拱部与侧墙连阶圆弧半径 R3-侧墙圆弧半径 R4-侧墙与仰拱连阶段圆弧半径 R5-仰拱圆弧半径 H1-路面至起拱线的高度 H2-侧墙结构高度 H2-设仰拱时的侧墙结构高度（侧墙与仰拱连接点至起拱线的高度）q1-起拱线与R3的夹角 q1-设仰拱时起拱线与R2的夹角 q2-隧道结构中心线与R5的夹角q3=90-(q1+q2)q4-半径为R1的拱部圆弧段夹角 q5-半径为R2的圆弧段夹角,根据各设计速度相应的建筑限界，可分别计算出内轮廓面几何尺寸，表2-11所示为一般两车道隧道计算实例结果。三车道隧道可参考该方法计算出内轮廓断面的几何尺寸。,表2-11 两车道隧道内轮廓几何尺寸计算例,（单位：m）,2.5 隧道勘测设计文件的内容和组成,根据交通部颁发的公路工程基本建设项目设计文件编制办法和公路隧道勘测规程的要求，将公路隧道勘测设计的成果编制成相应的文件。,定测阶段有关资料,1.定测说明书 说明书中要概述执行初步设计审批意见的情况，若初步设计有明显、重大的变更时，必须说明变更的理由、原因以及解决的措施。根据地质勘察、测量和现场各种调查资料，对隧道工程设计、施工方案提出建议。,2.分类说明书 按测量、地质勘察和其他各种调查三项分别说明。,3.隧道洞外控制测量、地质勘察成果说明书 1)隧道平面控制网及路线示意图；2)平差及坐标计算；3)有关洞内控制测量的建议以及隧道测量说明书；4)地质平面及地质剖面图；重大地质问题的评价；钻探、坑探、电法磁法探测和试验资料整编以及地质勘察说明书。,4需要完成和提交的图纸,1)隧道地形地质平面图；2)隧道纵断面图；3)隧道洞口放大纵断面图；4)隧道洞口及附近横断面图；5)隧道洞身横断面图；6)隧道明洞横断面图；,7)隧道洞口地形图；8)其他辅助工程（如导坑等）的平面及纵、横断面图。,5其他,隧道周边环境条件、各种相关调查情况、施工组织及预算资料等。,隧道勘测说明书主要内容,1)沿线隧道概况及自然概况；2)地形、地貌、工程地质、水文地质情况；3)气象、环境和有关政策法令；4)隧道线路方案比较说明、采用方案的理由，隧道方案的比选情况和在设计中应注意的事项；,5)详细介绍现有的施工条件，包括施工场地情况、工程动力设备、电力通讯、给排水管道、施工便道、弃渣场、水源、建筑材料来源及对附近建筑物或环境的影响关系等；6)对隧道营运阶段通风、照明和防排水方式的选择建议；7)存在的问题及解决问题办法的建议，有关协议和会议纪要等。,隧道施工图设计文件内容,1)隧道设计说明书 概括说明隧道概况、设计意图及原则、施工方法、施工监测及注意事项等；2)隧道表及其工程数量表 隧道表包含隧道名称、起讫桩号、长度、净空、洞内路线线型、工程地质概况、围岩级别及衬砌长度和厚度、洞口型式、照明方式和通风方式等；,工程数量表有材料名称及型号、洞口工程、洞身工程、紧急停车带洞身工程、防排水工程、预留洞室、行车（人）横洞、路面工程、营运通风照明、内部装饰、监控设施、安全设施、洞外水箱及增压装置、变电站、控制中心及其他生活设施等附属工程的工程数量等。,3）隧道平面、纵断面图和隧道地质平面布置图 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。纵断