工程施工——隧道施工.ppt

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1、隧道工程,绪论第一章 隧道勘测及隧道位置的选择第二章 隧道平纵断面设计第三章 隧道构造设计第四章 隧道工程的地质环境第五章 隧道结构体系设计原理与方法第六章 隧道施工方法第七章 隧道施工组织设计与施工管理第八章 隧道养护,绪论,一、隧道的基本概念及工程概述 二、隧道的种类及其作用三、隧道的发展历程,一、隧道的基本概念及工程概述,为达到各种不同的使用目的，在山体内或地面下修建的建筑物，统称之为“地下工程”。在地下工程的广泛范围中，用以保持地下空间作为运输孔道的，称之为“隧道”。一般来说，隧道的修建总是首先在地下开挖出一个洞穴并延伸成为一个长形的孔道，称之为“导坑”。,由于地层被挖开后，容易变形、

2、塌落或是有水涌入，所以除了在极为稳固地层中而且没有地下水的地方以外，大都要在坑道的周围修建支护结构，或称之为“衬砌”。隧道端部外露面，一般都修筑为保护洞口和排放流水的挡土墙式结构，称为“洞门”。有时，如果洞口容易坍塌或有落石的危险时，还要在洞门与洞身间修筑明洞。洞身衬砌、洞门和明洞就组成了隧道的主体支护结构，作用是保持岩体的稳定和行车安全。隧道的附属建筑物是为了运营管理、维修养护、给水排水、供蓄发电、通风、照明、通讯、安全等而修建的建筑物，包括有：大小避车洞、边仰坡、排水天沟、防水设备及排水设备、通风系统 等。隧道的主体支护结构和隧道的附属建筑物组成了隧道建筑物。,几种隧道洞门图：,株六复线凉

3、风坳隧道,西安南京铁路磨沟岭隧道,神延铁路寺则河隧道,京珠高速公路洋碰隧道,徽杭高速公路三阳隧道,北碚隧道,厦门仙岳山市政隧道,乌鞘岭特长隧道洞门,乌鞘岭隧道洞门（1）,乌鞘岭隧道洞门（2）,二、隧道的种类及其作用,（一）交通隧道 交通线上的隧道（交通隧道）是隧道中为数最多的一种。它的作用是提供交通运输和人行的通道，以满足交通线路畅通的要求，一般包括有以下几种：铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道、航运隧道和人行地道。（二）水工隧道 水工隧道是水利工程和水力发电枢纽的一个重要组成部分。水工隧道包括以下几种：饮水隧道、排水隧道、导流隧道或泄洪隧道，排沙隧道。,（三）市政隧道 城市中，为安置各种

4、不同市政设施的地下孔道。市政隧道有：给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。（四）矿山隧道 在矿山开采中，常设一些为采矿服务的隧道，从山体以外通向矿床，并将开采到的矿石运输出来。其中有：运输巷道、给水隧道、通风隧道。,三、隧道的发展历程,（一）隧道工程的历史 隧道的产生和发展是和人类的文明历史发展相呼应的，大致可以分为如下4个时代：1原始时代即人类的出现到纪元前3000年的新石器时代，是人类利用隧道来防御自然威胁的穴居时代。2远古时代从纪元前3000年到5世纪，即所谓的文明黎明时代，是为生活和军事防御目的而利用隧道的时代。,3中世纪时代约从5世纪到14世纪的1000年左右。这个时期正

5、是欧洲文明的低潮期，建设技术发展缓慢，隧道技术没有显著的进步，但由于对地下铜、铁等矿产资源的需要，开始了矿石开采。4近代和现代即从16世纪以后的产业革命开始。这个时期由于炸药的发明和应用，加速了隧道技术的发展。如有益矿物的开采、灌溉、运河、公路和铁路隧道的修建，以及随着城市的发展修建地下铁道、上下水道等，使得隧道的技术得到极大的发展，其应用范围迅速扩大。,（二）我国隧道工程的发展和成就,我国第一座铁路隧道修建在台湾，是基隆到台南的铁路线线上一座长仅261m的窄轨净空隧道。1907年在京包线上修建了八达岭隧道。这是由我国工程师詹天佑主持施工的。建国之初，在短短的三年之内，在成渝线上修复了13座隧

6、道，在宝天线上改建了136座隧道，并完成了天兰线上的48座隧道，使当时支离破碎，断断续续的铁路完全修整好，全国铁路畅通无阻。,以后，修建隧道的技术又有进步。宝成线上的秦岭隧道长达2363m；成昆线上的沙木拉达隧道长为6379m；京广线上大瑶山隧道长为14295m；秦岭终南山公路隧道（双洞、单向、双车道）长为18100m（是目前我国最长的公路隧道）；兰武二线上的乌鞘岭隧道长达20050m。一个比一个长，一个比一个质量好。近期，除了以交通为目的的隧道以外，又扩大到其它多方面用途的地下工程。在工业方面建成了许多地下工厂、地下电站、地下武器库、地下停车场等。在人民生活方面，建造了形成网络的防空洞、地下

7、影院、地下体育中心、地下街、地下会堂、地下战备医院等。因此，地下工程已经发展到国民经济的各个部门中去，成为人们活动的又一层世界。,衡广复线大瑶山隧道,（三）国外隧道的发展情况 在国外，最早的地下工程是矿山的开采。铁路事业兴起以后，出现了山区铁路隧道、水底隧道及公路隧道。自从城市发展以来，城区交通繁忙，车辆拥挤，安全难保。又因新开挖工具盾构的出现，地下铁道随之兴起。近期以来，隧道工程的科学技术得到了相应的发展。在原有的技术基础上，采用钢拱支撑、喷射混凝土衬砌，锚杆加固围岩，已是普遍使用。引进新奥法来指导并调整施工，也已大量推广。用有限元的方法来分析地下结构的受力状态，也已为人们所乐于使用。,最后

8、应该指出，尽管近年来隧道工程已经取得了一定的成就和相应的发展，但是还存在着许多问题和缺点。从总体来看，隧道结构还比较粗大厚实，施工环境还很恶劣，工人劳动强度还很大，工程进度不快和工程造价较高。具体说，截止到目前，我们对围岩的性质还没有深入地摸清楚，对计算模型的选用和计算的理论还不完全符合实际，施工技术水平和管理方法还比较落后，人力和物力的消耗和浪费都较大，所有这些都有待隧道工作者去研究和解决。总之，认识事物并改造事物使之为人类服务是我们责无旁贷的任务，只要我们不断地实践，不停地向前探索，一定会把隧道的建设事业推向前进的。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道勘测,-隧道勘测的一般规定 制定勘测计划勘

9、测计划包括对既有资料的收集和调查、地质勘察、环境 调查、施工条件调查、调查采取的方法等内容。勘测资料应完备隧道勘测工作一般包括搜集已有资料，地形、地质的调查测绘，工程地质及水文地质勘探及试验等工作。勘测的两个阶段 设计阶段勘测和施工阶段勘测 评价隧道工程对环境可能造成的影响,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道勘测,-调查测绘-隧道工程调查的内容,自然概况 工程地质特征 水文地质特征 不良地质地段 地震基本烈度等级 气象资料 施工条件,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道勘测,-隧道工程测绘遵守的规定 按设计阶段要求搜集或测绘地形图，纵断面图、横断面图 测绘资料的图纸内容需反映隧道所在地的工程地质及水文地

10、质情况 在隧道洞口和辅助坑道口的附近，按规定设置必要的平面控制点和水准点 测绘资料符合规定的精度要求,-长隧道、特长隧道和地质条件复杂的隧道的调查长隧道、特长隧道和地质条件复杂的隧道，应进行大面积的区域性工程地质调查、测绘、并加强地质勘探核试验工作，查明区域地质构造及工程地质、水文地质条件；当地下水对隧道影响较大时，应进行地下水的动态勘测,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道勘测,-设计阶段地质调查 采用测绘、弹性波勘测、遥感、钻孔、试验坑道等方法进行-施工阶段地质调查 核定地质构造、岩性、地下水等 及时预测和解决施工中遇到的工程地质及水文地质问题 为验证修改设计提供依据,-工程评价及处理措施,围岩

11、自稳性 隧道涌水量、涌水压力、突然涌水等 岩土膨胀压力,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道勘测,滑坡、偏压 围岩状态和土压特性 高地应力区应力场 瓦斯、岩溶、及人为坑洞等,-围岩级别的确定判断围岩级别是决策隧道设计、施工中各种问题的基础。围岩级别的判定是按设计和施工两个阶段进行。施工阶段可根据已暴露的围岩条件判定围岩级别，是对设计阶段的预判断进行修正，是客观、可靠、可信的判断,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,-按地形及地质条件进行选择-按地形条件进行选择-高程障碍,绕行方案 当附近地形开阔，山坡地带宽敞时，克服高程障碍的一个比较简易的办法是避开前方的山峰，迂回绕行而过 深堑方案 当地形比

12、较开阔，有山谷台地可资展线时，就可以尽量地把线路展长，坡度用足以争取把线路标高抬起到可能的高度。然后把高程尚有不足之处，在山顶部位开凿深路堑通过 隧道方案 当地形紧迫，山坡陡峭，不具备上述条件时，开凿隧道，穿山而过，就成为唯一可行，而且是比较有利的方案。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,-平面障碍 沿河傍山绕行方案 沿着山体自然弯曲傍山绕行，如果地形条件尚能允许，则可采用。在不得已时，只得大劈坡，或高层填土，上设御土墙，下设护坡护岸，有时还须跨谷建桥，有时为防滚石坠落，还需设置防护明洞 隧道直穿方案 如果在平面障碍的前方，开凿隧道，穿山而过，虽然初期工程略大一些，但线路顺直平缓，工程

13、单一，可不设急弯，没有陡坡，路线行程缩短，运营条件改善，而且不受山坡坍方落石的威胁如下图所示。从长远的利益来看，隧道方案往往是比较合理的。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,隧道直穿方案示意图,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,按地质条件进行选择-单斜构造与隧道位置的选择水平或缓倾角岩层 当隧道通过坚硬的厚层岩层时，较为稳定。若通过很薄的岩层，则施工时顶部易产生掉块现象，此时，以不透水的坚硬岩层作顶板为最好陡倾角岩层 陡倾角岩层一般有偏压和不均匀压力存在，当有软弱夹层伴以有害节理切割时，易产生坍方和顺层滑动；在此情况下，如以明洞通过时应慎重对待,缓倾角岩层隧道位置的选择,隧道勘

14、测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,（接上页）当隧道中线可能沿两种不同岩性的岩层走向通过时，地层滑动将使隧道结构受到很大的剪力，以致把结构物损坏。应避免将隧道置于两种不同的岩层软弱构造(破碎)带，而宜将隧道置于岩性较好的单一岩层中；如果隧道恰在层间软弱面的上方，地层滑动会使隧道的某一段发生横向推移，而与邻段断开。因此一定要尽可能避开软弱结构面，特别是不要把隧道中线设成与软弱结构面的走向一致或平行，至少要成一定的交角。,软弱结构面地带隧道位置的选择,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,直立岩层 隧道通过直立岩层时，其中线宜垂直于岩层的走向穿过，在隧道开挖过程中，易产生坍塌，甚至会导致大的坍

15、力，致使地面形成“天窗”,直立岩层中隧道位置的选择,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,-褶皱构造与隧道位置的选择褶皱构造有向斜和背斜两种基本类型，当隧道通过褶皱构造时，应尽量避免将隧道置于向斜或背斜的轴部(a)、(b)，而应将隧道置于翼部(c)，则隧道所处的地质条件类似单斜构造,当对隧道通过向斜和背斜轴部作比较时，则背斜较向斜略好，若向斜轴部处于含水层中，地下水积聚凹底，洞身开挖所出现的涌水及坍塌将比背斜严重，也将增加施工的困难。,褶皱构造隧道位置的选择,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,断裂构造，接触带与隧道位置的选择在选择隧道位置时，切忌沿着(或靠近平行)断层带或破碎带修建

16、隧道，特别是对于区域性大断裂，尤应注意绕避。当隧道线路必须通过断层带时，应尽量使线路与断层走向正交，同时应避开严重破碎带，并应使通过断层的地段最短。,断裂构造地带隧道位置的选择,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,-不良地质的影响 滑坡地区在山区修建铁路隧道时，经常遇到滑坡，它给施工，运营可能造成极大危害，因此，当隧道线路必须通过滑坡地段时，应慎重对待。采用隧道避开滑坡时，应使隧道洞身埋藏在滑床(可能的滑动面)以下一定厚度的稳固地层中，以确保施工及运营过程中滑坡滑动时不致影响隧道安全。,滑坡地带的隧道位置选择,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,岩堆、崩坍、错落、堆积层以及危岩落石

17、地区选择隧道位置时，应查明工程地质及水文地质情况，原则上应避免从不稳定的岩堆、崩坍、错落、堆积层地区中通过，应将洞身置于稳定的地层，当隧道必须通过时，首先应分析并确认其具有稳定性，且一定要采取有效可靠的工程措施，方得以在下图所示位置通过。,不良地质中的隧道,落石地带的隧道,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,泥石流当线路通过泥石流地区时，首先应充分预计和判明泥石流的成因、规模、发展趋势和冲、淤变化规律，论证以路基、桥梁通过或者以隧道等方式绕道的合理性，并判定工程安全度，以决定隧道方案的可行性。当隧道(明洞)洞口位置毗邻泥石流沟时，应注意适当延长以避免泥石流可能扩散范围的影响。溶洞地区当隧

18、道通过岩溶地区时，应力求避免穿越岩溶严重发育的网状洞穴区、巨大空洞区及有利于岩溶发育的构造带，尽量避开洞身置于碳酸盐岩与非碳酸盐岩(可溶岩与非可溶岩)的接触带。当不可能时，应选择在较狭窄地段，以垂直或大角度穿过，使通过岩溶地段为最短。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,侧蚀地带的隧道,溶洞地区隧道位置的选择,瓦斯地区隧道开挖时，有害气体如甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)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，应做好通风稀释的措施。黄土地区黄土具有干燥时甚坚固，遇水容易剥落和遭受侵蚀的特征。选择隧道时应避开沟壑及地下水活动和地面陷穴密集的地区。

19、,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,-不良水文地质的影响 地下水 地下水多是由地表水的渗透或地下水源补给的它们的存在，使岩石软化、强度降低，层间夹层软化或稀释，促成了层间的滑动。选择隧道位置时，最好不从富水区中经过。不得已时，也要尽可能地把隧道置于地下水位以上的地方，或在不透水层中穿过。地温 地球核心有巨大的热量隧道如果埋置很深，地温太高，将会降低施工效率。隧道通过高温、高热地段，会给施工带来困难选择隧道位置时，应尽可能不把隧道放在山体太深处。遇到部分地区埋深太大或高地温时，则应作好通风降温措施。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,-按线路类别进行选择-越岭线上隧道位置的选择-

20、隧道平面位置的选择当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上总会有高程较低处、称之为垭口。一般的情况，常常有若干个垭口可以通过。此时，就要分析比较，选定最为理想的垭口。-隧道立面位置的选择分水岭的山体，一般是上部比较陡峭而下部比较平缓。隧道位置定得越高山体较薄，隧道越短，工程可以小一些，反之隧道位置定得越低，隧道将越长，工程规模要大一些。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道位置的选择,-河谷线上隧道位置的选择铁路沿河傍山而行时称之为河谷线。这种线路左右受到山坡和河谷的制约，上下受到标高和限制坡度的控制，比选方案时，可能移动的幅度不大。但是，虽然摆动的幅度很有限，可对工程的难易、大小都有关系。当地层结

21、构面倾向山一侧时，地层比较稳定，覆盖厚度可以酌减。当地层结构面倾向河流一侧时，覆盖厚度宜予加大。,（a）不利的结构面倾向（b）有利的结构面倾向 结构面倾向对隧道位置的影响,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道方案比较,-隧道方案与明堑的比较-经济和技术上的比较一般说来，隧道造价比明堑要贵一些，施工技术也复杂一些，明堑方案常常是比较省钱、省事、又快速的-安全条件比较在比较隧道方案与明堑方案时，忽略了安全条件，就会造成错误。例如，为了避免修建工程较难的隧道，有意识地将线路向靠河一侧移动，把本该用隧道穿过的地方，硬以明堑通过。由于明堑劈坡太深开挖后，边坡不稳，施工时坠石掉块，运营后塌坡坍方，给长期的运营带

22、来安全上的威胁和防护上的困难。从长期运营条件来看，隧道方案优于明堑。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道方案比较,-隧道方案与跨河建桥方案的比较-跨河建桥方案的优缺点一般情况是桥梁长度短而每延米的造价高；一般跨过河谷的桥梁，河心不宜设墩，所以中孔跨度较大，两端基础必须十分坚实；在洪水或严寒时期，施工就比较困难，因而施工有季节性；跨河桥的最大缺点是桥头两端必然是曲线，甚至曲线半径很小。这就使得线路的行车条件变坏；如果线路原本要抬坡争取高程的，转为桥梁后，桥身及两端引线都要放在平坡上，于是就达不到争取高程的目的；在国防意义上，跨河建桥往往是空袭的明显目标，一旦受到破坏，全线就要中断，而且不能做临时便线

23、。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道方案比较,-隧道方案的优缺点隧道相对较长而每延米的造价要低一些；隧道穿山而过，线路直、短、平；施工不受季节影响；隧道建成后维修养护的工作量较小；战时可作列车掩蔽所；如果线路前方遇到不良地质地段，修建隧道将增加困难。如果隧道太长，工程太大，出碴太多，将会堵塞河道，施工场地不如桥梁开阔，不能容纳更多的人同时施工，那就不如建桥了。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道方案比较,-双线单隧道和单线两隧道的比较-一座双线隧道的优点一座双线隧道所需的地位宽度比两座单线隧道的地位宽度要小，选线时易于安排布置；一座双线隧道的开挖面面积比两座单线隧道的开挖总面积为小。也就是工程量要小

24、，而施工的相互干扰也少些；双线隧道的净空较大，坑道宽敞，有条件使用大型机械施工；双线隧道的通风条件好，维修养护都较方便。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道方案比较,-一座双线隧道的缺点双线隧道断面跨度大，所受围岩压力也就大。因此需要更为有力的支护结构；隧道施工时，因为压力大，临时支护困难，发生坍方事故的威胁较大；双线隧道的一次工程投资比两座单线隧道先后修建的初期投资大；双线隧道断面积大，不能充分利用列车活塞风。单线隧道的优点断面小，压力小，坑道的稳定性好，施工容易，支护简单而且安全；对于近期尚不准备修第二线的新建隧道来说，可以先修第一线的单线隧道，预留第二线，待需要时才修。如此则初期一次投资较少

25、；若第一线隧道施工时采用了平行导坑，则平导即可作为第二线隧道的前进导坑。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道方案比较,-单线隧道的缺点两座单线隧道必须横向相隔一定的安全距离，才能保证两隧道间的围岩土柱有足够的支承能力，以避免在修筑第二线隧道的施工中，对第一线隧道有影响；两座单线隧道无论是同时施工还是先后施工，施工时总会有些相互干扰。尤其是在修第二线隧道时，多半是在已成第一线不间断行车的条件下进行的，这就增加了施工的困难。两种方案各有其优缺点。比较时，就要从铁路运量的要求，结合地形、地质以及施工条件、工期要求、资金运用等因素，综合比较，择优选定。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道方案比较,当复线本身相

26、距一个相当的横向距离时，当然要各自修建单线隧道。但要保证两座隧道之间有足够的安全距离。在实践的基础上，归纳出最小间距的数值，如下表所列，仅供参考。,复线两隧道间的横向最小距离,注：表中B为隧道开挖断面的宽度(m),隧道勘测及隧道位置的选择-隧道方案比较,-长隧道与短隧道群方案的比较-短隧道群方案的优点 一般说来，短隧道是比较容易施工的。有时可以只用简单的设备就可以进行施工，技术上困难也不多；一群短隧道并不相连，这一座与那一座之间留有长短不等的明线部分。这样，它们各自有自己的出口和入口，可以开辟较多的工作面，容纳较多的人同时工作，施工进度较快；建成后，由于隧道短，多半可以只靠自然通风，不必另配机

27、械通风系统；运营成本低，车上旅客长时间处于地下的不舒服感觉可以减轻。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道方案比较,-短隧道群方案的缺点河谷边坡的地质多是比较复杂的，尤其是地表覆盖层更是风化地带，岩体松散破碎，节理切割严重。短隧道在此通过，坑道多不稳定，围岩压力很大，开挖时易致坍方；隧道外侧覆土太薄，形成偏侧压力，使隧道的支护结构处于不利的受力状态中。若是岩体的，层理是向外下倾的，更易发生剪切破坏，对隧道的稳定形成威胁；多个隧道相距不远，有时前一座隧道的出口，隔不了多远就是另一座隧道的进口，施工时互相干扰，洞口场地也不好布置；多条隧道要多建许多洞门建筑物，在工程造价上就不经济了。,隧道勘测及隧道位置

28、的选择-隧道方案比较,-长隧道方案的优点它将位于岩体深处坚固稳定的地层中，围岩压力小，坑道稳定，无偏压受力的情况；支护可以简单，施工比较安全；工程单一，施工不受干扰；洞门建筑物只有两个，比多座短隧道为少。-长隧道方案的缺点隧道长，技术上要复杂一些，工程造价可能要贵一些。多年实践指出，线路还是倾向于向里靠一些，宁愿隧道长一些，但只是一座为好。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道方案比较,-对相关工程的考虑-桥隧工程毗邻的统一安排在同一条线路上，常常分布着若干座隧道、桥梁和路基支档结构等。它们之间看来似乎是个体，但从整条线路的选定出发，又是彼此相关的组成体。因此，需要有统一的安排。-隧道位置与前后线路

29、防护措施的关系沿着河谷行进的铁路，由于侧坡较陡，线路稍有偏外就会落入河道之中或跨到河岸之上，需要设置栈桥或高填路基，需建护坡建筑物。线路稍有偏内，则会插进山体，需要大劈大挖或延长隧道。,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道洞口位置的选定,-选择洞口位置的原则 洞口应尽可能地设在山体稳定、地质较好地下水不太丰富的地方 洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路 洞口应尽可能设在线路与地形等高线相垂直的地方，使隧道正面进入 山体，洞门结构物不致受到偏侧压力 当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响范围以内时，隧道洞口标高应在洪水位以上，并加上波浪的高度，以防洪水倒灌到隧道中去,隧道勘测及隧

30、道位置的选择-隧道洞口位置的选定,为了保证洞口的稳定和安全，边坡及仰坡均不宜开挖过高，不使山体扰动太甚，也不使新开出的暴露面太大。一般情况下，设计各类围岩中隧道洞口上方的仰坡和路堑的边坡控制高度和坡度可参考下表,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道洞口位置的选定,若洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，应慎重处理，当线路横沟进洞时，设置桥涵净空不宜太小，以免后患 若洞口前方岩壁陡立，基岩裸露。此时，最好不刷动原生坡面，不挖开山体。洞口以外必须留有生产活动的场所-用作图法确定进洞里程和洞口边、仰坡开挖线-进洞里程的确定 在洞口地形平面图上找出控制等高线 在预先选定的洞口附近，以洞门墙宽度B为距离，作对称于

31、线路中心线的平行线I和,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道洞口位置的选定,以仰坡坡脚至极限挖高控制点的水平距离d为半径，用分规沿II(或)线移动，找出与控制等高线相切于a点(即控制点)的圆心O。过O点作线路中心线的垂线OO。以洞口里程至仰坡坡脚的水平距离b(由洞门图查得)为间距，作OO线的平行线PP，则PP线为洞口里程位置。,洞口里程的确定,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道洞口位置的选定,-绘制隧道洞口边、仰坡开挖线,-绘制仰坡开挖线洞门位置确定后，可计算仰坡坡脚标高H仰，则由仰坡坡率m，求得仰坡顶点位置。例如，控制等高线为602m，仰坡坡脚标高为595m，仰坡坡率m0.75，即可计算602至595

32、各等高线坡率为m而距仰坡坡脚的水平投影距离d1，d2，等各值。对600m等高线：dl=(600-595)m=50.753.75(m)在洞门地形图上，作与洞门墙平行且相距为d1的l1线交600m等高线于点；作22线与洞门墙相距为d2交598m等高线于点，以此类推。连接a、各点，即为仰坡开挖线。,边、仰坡开挖线,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道洞口位置的选定,-绘制边坡开挖线其原理同前，先确定边坡坡脚标高，根据边坡坡率n，可计算不同标高位置的边坡顶至边坡坡脚的水平投影距离c。例如，边坡坡脚标高为586m，n=0.5则 c1=(588586)n=20.5=1.0（m）c2=(590586)n=40.5

33、=2.0（m）作II线与路堑坡脚线平行且相距为c1，交588m等高线于a。作线与路堑坡脚线平行且相距为c2交590m等高线于b。同理可求得其它各点。连接a，b，各点，即得边坡开挖线。,-绘制仰坡与边坡交角处开挖线 洞门开挖方式有两种，即甲式开挖和乙式开挖，如下图所示，其刷坡的起坡点不同。采用甲式开挖时，起坡点为翼墙端点；乙式开挖时，起坡点为仰坡坡脚。由此可确定相宜起坡点的标高值,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道洞口位置的选定,洞门开挖方式,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道洞口位置的选定,以乙式开挖为例，绘制仰坡与边坡交角处开挖线 在90交角范围，等分6等份，即由边坡至仰坡的累计度数为15、30、4

34、5、60、75、90。当仰坡坡率m与边坡坡率n不同时，应圆顺过渡，其各等份的坡率K可按下式计算：式中 n边坡坡率；m仰坡坡率；圆角部分等份角度的累积度数(由边坡至仰坡)。,乙式开挖边、仰坡交角处开挖线,隧道勘测及隧道位置的选择-隧道洞口位置的选定,确定等份线与开挖线的交点以OB等份线为例，累积度数=30，仰坡坡率m0.75，边坡坡率n0.5，由上式计算得坡率K=0.54，可计算不同标高位置的坡顶至起坡点的水平投影距离r。例如，起坡点高程为595m，则 r1=(597-595)K=20.54=1.08（m）r2=(598-595)K=30.54=1.62（m）以O点为圆心，以r1、r2、.为半径

35、，分别交等高线594、595于a、b、c，连接a、b、c各点所形成的曲线与OB交于i点，即为该等份线与开挖线的交点。同理可得其它等份线与开挖线的交点j、k、，连接i、j、k各点，即得交角处开挖线。,隧道平纵断面设计-隧道平面设计,直线隧道的优点线路顺直，列车可以快速通过，走行的距离也较短，有利于列车多拉快跑，提高线路的运营效率。在隧道内，线路就更应设计成直线-曲线隧道的缺点 曲线上的隧道，由于列车倾斜和平移，隧道建筑限界需要加宽，坑道的尺寸相应加大，不但增大了开挖土石数量，而且增加了衬砌的圬工量；在不同曲率曲线上的隧道建筑限界加宽不同，隧道的断面是变化的，因而施工时，支护和衬砌的尺寸均不一致，

36、技术上较为复杂；列车运行在曲线隧洞内，空气阻力比直线隧道大，机车牵引力的损失大，降低了运营效率，甚至可能造成溜车事故；列车在曲线上行驶，产生了离心力，再加上洞内空气潮湿，使得钢轨磨损加速，从而使洞内的养护工作量增大；,曲线隧道洞身弯曲，洞壁对气流的阻力加大，使通风条件变坏，有害气体不易排出；运营中为了保证隧道建筑限界的要求和正常的行车条件，需要经常检查线路平面和水平，曲线隧道也较直线隧道增加了维护作业量和难度；由于曲线关系，洞内进行施工测量时，操作变得复杂，精度也有所降低。,隧道平纵断面设计-隧道平面设计,隧道设置曲线示例,如果地势条件必须把曲线引进隧道，那么，施工时先按主体的直线隧道开挖，两

37、端暂开直的照准导坑，以补救曲线所形成的缺点，待全隧道的导坑开通后，再把两端按原设计的曲线调整过来,隧道平纵断面设计-隧道平面设计,-隧道设置曲线时应注意的问题 应尽可能采用较短的曲线，或是半径较大的曲线，且将曲线设置在 隧道洞口附近为宜，使曲线的影响小一些。在曲线两端应设缓和曲线时，最好不使洞口恰恰落在缓和曲线上。隧道内若设置圆曲线，其长度不应短于一节车厢的长度。在一座隧道内最好不设一个以上的曲线，尤其是不宜设置反向曲线或复合曲线。如果列车同时跨在两个曲线上，行驶很不稳当。当必须设置两条曲线时，两曲线间应有足够长的夹直线，一般是要求在三倍车辆长度以上。,隧道平纵断面设计-隧道纵断面设计,-坡道

38、型式 隧道处于地层之内，除了地质有变化时以外，线路的坡型本来不受什么限制，用不着采用复杂多变的型式。一般可采用简单的单坡型或不复杂的人字坡型。,单坡多用于线路的紧坡地段或是展线的地区，因为单坡可以争取高程，拔起或降落一定的高度。人字型坡道多用于长隧道，尤其是越岭隧道。,坡道形式,隧道平纵断面设计-隧道纵断面设计,-坡度大小 设计坡度时，注意应不超过限制坡度。如果在平面上有曲线，还需为克服曲线的阻力，再减去一个曲线的当量坡度。即(2-1)式中 设计中允许采用的最大坡度；按照线路等级规定的限制最大坡度；曲线阻力折算的坡度折减量。坡度折减的原因 列车车轮与钢轨踏面间的粘着系数降低 洞内空气阻力增大,

39、隧道平纵断面设计-隧道纵断面设计,规范中规定了隧道内线路坡度折减系数m的经验数值。列于下表可参照使用。,隧道内线路最大坡度系数,坡度折减区段示意,隧道平纵断面设计-隧道纵断面设计,-坡段长度 从行车平稳的要求和照顾施工和养护的方便出发，隧道内坡段长度最好不小于列车的长度 考虑到长远的发展，坡段长度最好不小于远期到发线的长度 凸形纵断面分坡平段，当隧道位于两端货物列车以接近计算速度通过时，允许分坡平道长度缩短至200m。坡段长最小为200m。-坡段联接 两个相邻坡段坡度的代数差值不宜太大 两坡段间的代数差值 不应大于重车方向的限坡值。,隧道平纵断面设计-公路隧道的平面线形和纵断面线形,-平面线形

40、 若隧道的平面线形原则上采用直线，避免设置曲线。在某些情况下必须设置曲线时，其曲线半径不宜小于不设超高的平面曲线半径，并应符合视距要求。在隧道洞口不应采用小半径曲线的引线与隧道衔接。-纵断线形 一般将隧道纵坡保持在2%以下比较好，纵坡大于3%是不可取的 从隧道施工排水和竣工后的排水需要上考虑，隧道内不宜设置平坡，在施工时需要设置不小于0.3%的纵坡,隧道平纵断面设计-公路隧道的平面线形和纵断面线形,引线 引线的平面及纵断线形，应当保证有足够的视距和行车安全，尤其在进口一侧，需要在足够的距离外能够识别隧道洞口 隧道需要机械通风时，引线的纵坡应使汽车能以均匀速度驶入隧道，洞口前的引线纵坡与隧道纵坡

41、在必要的距离之内应保持一致 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，路肩应在适当的距离内收缩，使汽车进出隧道时顺利,隧道构造设计-衬砌的形式,整体式模筑混凝土衬砌 就地灌筑混凝土衬砌 装配式衬砌将衬砌分成若干块构件，这些构件在现场或工厂预制，然后运到坑道内用机械将它们拼装成一环接着一环的衬砌。喷锚支护喷射混凝土 和加设锚杆、金属网和钢架 共同支护 复合式衬砌外衬和内衬两层，所以也叫它为“双层衬砌”,喷锚支护,隧道构造设计-衬砌的适用条件,整体式模筑混凝土衬砌 对地质条件的适用性较强，易于按需要成型，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌模板台车

42、等 装配式衬砌 拼装成环后立即受力，便于机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中采用。喷锚支护 喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段，适用于各种围岩地质条件，但是若作为永久衬砌，一般考虑在、级等围岩良好、完整、稳定的地段中采用。复合式衬砌 是一种较为合理的结构形式，适用于多种围岩地质条件，有其广阔的发展前途。,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,-隧道衬砌的建筑材料及要求-混凝土与钢筋混凝土 隧道工程所用的混凝土强度等级不应低于C15 洞门用混凝土整体灌筑，其强度不应低于C20 强度等级对于衬砌段不应低于C20，对于洞门不应低于C15-片石混凝土 在岩层较好地段

43、的边墙衬砌，可采用片石混凝土（片石的掺量不应超过总体积的20%）。当起拱线以上1m以外部位有超挖时，其超挖部分也可用片石混凝土进行回填。选用的石料要坚硬，其强度等级不应低于MU40，有裂隙和易风化的石料不应采用。,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,-石料和混凝土预制块石料或混凝土预制块用强度等级不低于M10的水泥砂浆砌筑衬砌。石料的强度等级不应低于MU60，并且有裂隙和易风化的石料不应采用。混凝土预制块强度等级不应低于MU20。-喷射混凝土 喷射混凝土的强度等级采用C20，所用的水泥应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥 喷射钢纤维混凝土中的钢纤维宜采用普通碳素钢制成，等效直径为0.30.5的方

44、形或圆形断面，长度宜为2025-锚杆 锚杆的杆体宜用20 MnSi钢筋，也可采用Q235钢筋；缝管式锚杆宜采用16 MnSi钢管，亦可采用Q235钢管；锚杆直径宜为1822，垫板可采用Q235钢板。,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,-装配式材料对于衬砌材料，可采用一些装配式材料，如钢筋混凝土大型预制块、加筋肋铸铁预制块等,-铁路隧道净空及要求-直线隧道净空机车车辆限界 它是指机车车辆最外轮廓的限界尺寸 基本建筑限界 它是指线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线 隧道建筑限界 它是指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线 直线隧道净空 要比“隧道建筑限界”稍大一些，还考虑了在不同的围岩压力作用下，

45、衬砌结构的合理受力形状（拱部采用三心圆，边墙采用直墙式或曲墙式）以及施工方便等因素。,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,基本建筑限界,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,最大级超限货物装载限界,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,隧限-1A和隧限-1B,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,隧限-2A和隧限-2B,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,单线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,双线电力牵引铁路隧道衬砌内轮廓,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,-曲线隧道净空加宽 加宽原因 车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。故其两端向曲

46、线外侧偏移（d外），中间向曲线内侧偏移（d内1）。,车辆通过曲线时的平面图,由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动了一个距离（d内2）。,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,车辆通过曲线时的横断面图,加宽值的计算-单线曲线隧道加宽值的计算 车辆中间部分向曲线内侧的偏移d内1,d内1=,式中 l 车辆转向架中心距，取18m；R 曲线半径（m）,d内1=,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,车辆两端向曲线外侧的偏移d外,d外=,式中 L 标准车辆长度，我国为26m。,d外=,外轨超高使车体向曲线内侧倾移d内2,d内2=,式中 H 隧道限界控制点自轨面起的高度 E

47、 曲线外轨超高值，其最大值不超过15，且,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,其中 v 铁路远期行车速度，km/h。在我国铁路标准设计中，d内2系将相应的隧道建筑限界绕内侧轨顶中心转动arctg 角求得，可近似取d内2=2.7E（）。对于单线曲线隧道净空的加宽值为：内侧加宽 W1=d内1+d内2=+2.7E（）外侧加宽 W2=d外=（）总加宽 W=W1+W2=d内1+d内2+d外=+2.7E（）-双线曲线隧道加宽值的计算双线曲线隧道的内侧加宽值W1及外侧加宽值W2与单线曲线隧道加宽值的计算相同。即内侧加宽 W1=d内1+d内2=+2.7E（）外侧加宽 W2=d外=（）,隧道构造设计-衬砌的一般构

48、造要求,当外侧线路的外轨超高大于内侧线路的外轨超高时 式中 H 车辆外侧顶角距内轨顶面的高度，取360；E 外侧线路的外轨超高值（）；R 曲线半径（m）。其它情况时 总加宽 W=W1+W2+W3,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,-曲线隧道中线与线路中线偏移距离单线曲线隧道如图3-10所示，隧道中线与线路中线偏移距离d为：d=（W1 W2）（）双线曲线隧道如图3-11所示，内侧线路中线至隧道中线的距离为 d1=200（W1 W2 W3）（）双线曲线隧道外侧线路中线至隧道中线的距离为 d2=200+（W1 W2+W3）（）,单线曲线隧道中线偏移,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,-曲线隧道与直线

49、隧道衬砌的衔接方法铁路隧道设计规范规定：位于曲线地段的隧道，其缓和曲线部分可分两段加宽，即自圆曲线至缓和曲线中点，并向直线方向延长13m，采用圆曲线加宽断面（按W值加宽）；其余缓和曲线，并自直缓分界点向直线段延长22m，采用缓和曲线中点加宽断面，其加宽值取圆曲线之半（按W/2值加宽）,双线曲线隧道中线偏移,曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,-公路隧道净空公路隧道建筑限界一般规定如图所示。图中各符号的含义如下：W行车道宽度；S行车道两侧路缘带宽度；C余宽，当计算行车速度100km/h时为0.5m，小于100km/h时为0.25m；,公路隧道建筑限界,H净高，一条公路

50、应用一个净高，高速公路和一级、二级公路为5.0m；三、四级公路为4.5m；E建筑限界顶角宽度，当L1m时，E=L；当L1m时，E=1m；L侧向宽度，高速公路、一级公路的侧向宽度为硬路肩宽度（L1或L2），其它各级公路的侧向宽度为路肩宽度减去0.25m；,隧道构造设计-衬砌的一般构造要求,L1左侧硬路肩宽度；L2右侧硬路肩或应急停车带宽度；J检修道（一侧）宽度，一般为0.75m；,隧道净空除应在符合隧道建筑限界的规定外，还应考虑洞内排水、通风、照明、放火、监控、运营管理等附属设施所需要的空间，并考虑围岩压力影响、施工等必要的富裕量，使确定的断面形式及尺寸，达到安全、经济、合理。,公路隧道横断面示