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1、二四年四月,I-1,第3章 隧 道 总 体 设 计,第 3 章,二四年四月,I-2,隧道总体设计,3.1 隧道选址 3.1.1 越岭隧道的选址 3.1.2 傍山隧道选址 3.1.3 不良地质段隧道位置的选址 3.1.4 隧道洞口位置的选择 3.2 隧道的几何设计 3.2.1 隧道的平面设计 3.2.2 隧道的纵断面设计 3.2.3 隧道的净空断面横断面设计 3.1.4 隧道接线 3.3 衬砌内轮廓线及几何尺寸的拟定 3.4 道路隧道勘察设计文件的内容和组成,二四年四月,I-3,二四年四月,I-4,3.1.1 越岭隧道的选址,1、越岭隧道平面位置的选择原则： （1）越岭隧道平面位置的选择 （2）
2、 越岭隧道标高选择,二四年四月,I-5,岭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。垭口是选定越岭隧道线路方案的控制点。 越岭隧道平面位置选择，主要是指隧道穿越分水岭的不同高程及不同方向的垭口选择，选择时要着重考虑在路线总方向上的垭口，地质条件和隧道长度，另外，还应考虑两侧展线的难易程度、线形和工程量的大小。 举例：秦岭隧道平面位置的选择,沙木拉打越岭长隧道的方案比选,二四年四月,I-6,垭口位置的选择一般可利用小比例尺地形图、航空照片、卫星照片等。根据线路的总方向和克
3、服越岭高程的不同要求在较大范围内选线，寻求可供越岭的几个垭口位置，然后进行可能通过的垭口、河谷的比选。比选时应考虑： 优先考虑在路线总方向上或其附近的低垭口，因为这种娅口在两侧具备有良好展线的横坡时，一般越岭隧道较短。 虽远离线路总方向，但垭口两侧有良好的展线条件河谷，又不损失越岭高程的垭口。 隧道一般选在分水岭垭口两边河谷标高相差不多，并且两边河谷平面位置接近处。 工程地质和水文地质条件良好的垭口。 并经隧道长度、施工难度、运营条件等综合比选几个可能的平面方案，最后确定最佳方案。,二四年四月,I-7,秦岭隧道平面方案,二四年四月,I-8,卫星遥感照片1,二四年四月,I-9,二四年四月,I-1
4、0,(2) 越岭隧道标高选择,在越岭垭口选定后，由于越岭标高不同会出现不同长度的展线及越岭隧道方案，即存在隧道标高的选择问题。一般地讲，隧道标高越高，隧道长度越短，相应施工工期也短，但两端展线长度增加，出现隧道群，且线路拔起高度大，运营条件差，线路通过能力降低；而低标高隧道则 与之相反，但施工难度增加，施工期较长。因此，在选择越岭隧道标高时，考虑运营条件的改善 和通过能力的提高，宜采用低标高方案，但必须进行地形、地质、施工、运营、经济技术等多种因 素综合比较来确定最优隧道标高。,二四年四月,I-11,二四年四月,I-12,3.1.2 傍山隧道选址,傍山傍山隧道位置选择时，应根据地形地质，河流冲
5、刷情况以及洞 外的相关工程和运营条件等综合考虑，并应注意： 傍山隧道在埋深较浅的地段，一定要注意洞身覆盖厚度问题。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。 河岸存在冲刷现象或河道窄，水流急，冲刷力强的地段，要考虑河岸冲刷对山体和洞身 稳定的影响，隧道位置宜往山体内侧靠一些，有可能时最好设在稳定的岩层中。 傍山隧道位置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。 线路沿山嘴绕行应与直穿山嘴的隧道方案进行比较。如山嘴地段地形陡峻，地质复杂，河岸冲刷严重，以路堑或短隧道通过难以长期保证运营安全时，应“截弯取直”以较长隧道方案通过。,二四
6、年四月,I-13,河谷线裁弯取直作隧道,河谷线常碰到河道弯曲极大，山体凸出，形成山咀。线路沿河绕行，线路长而弯曲，运营条件差，桥、隧、挡相连，工程复杂，施工干扰大，一般伴随不良地质病害多。而裁弯取直作长隧道，线路顺直，运营条件好，工程单一但造价要高些。为此，一般应作方案比选确定。关村坝隧道是裁弯取直的典型例子之一： 金口河至道林子间，原设计沿大渡河绕行，线路迁回曲折，长达16.6公里，其间有隧道8座，长4.2公里（最长的隧道不足2公里）；大中桥2座，长124米；土石方215万方；还通过枕头坝至中坪溪长89公里的地质复杂地段，且占用了不少农田。后因工期推迟，研究了裁弯取直的长隧道方案，经过比选，
7、采用了现行的6,107米的关村坝隧道方案。 关村坝隧道方案较绕行方案优越。线路缩短10.1公里，减少25个弯道和一处车站，仅有43米长中桥1座和6,107米的隧道1座。线路顺直，工程单一，避开了不良地质，保证了运营安全。虽工程费有些增加，但可节约大量运营费，总的从技术经济条件上是可取的。通过施工实践证明，效果良好。,二四年四月,I-14,关村坝隧道方案,二四年四月,I-15,20世纪80年代修建的衡一广复线上大瑶山隧道(全长14.295xkm)是河谷地段采用长隧道方案的一个范例(图26)， 衡广线经过的广东北部，有一条武水，发源于南岭，注入北江再汇珠江人海，在这儿的丛山峻岭中，绕下个大弯，河谷
8、弯多水急，两岸山峰陡立，全长30余公里。解放前就建成的京广线，在这里紧靠江的左侧，是一段典型的靠河线路，标准极低，弯道很多，最小曲线半径 只有250m，上支下挡，雨季病害不断，一直是制约广线运输能力的咽喉区。在 20世纪70年代，国家实行改革开放，急需拓宽这南北要道，决定修街广复线。如何改扩建这一段低标准线段的问题，成为决策的首要关键。当时铁道部第四设计院提出三个方案，各方案主要指标如下表所示,大瑶山隧道方案,二四年四月,I-16,实际上，设计方案可归结为两类两跨及四跨武水的万案都属于靠河侧一类长隧道方 案则是深靠山的一类，各方案的优缺点都是明显的。这两种方案的取舍在国家有关部门曾引起激烈争论
9、，争论的焦点是我国是否具备修建这样地质复杂、（要穿越多条大断层）特长隧道的技术水平和经济实力?还要长期保持良好的运营状态（当时我国建成的最长铁路隧道为京原线的驿马岭隧道，长7023m，最后国务院决定，采用裁弯取直的大瑶山方案，历时数年，建成了我国第一条10公里以上的双线铁路隧道。修建中，全面引进了勘察、设计新技术，使我国铁路隧道修建水平。历史性地上了个台阶；但也应当指出，当时认为技术上没有把握的人们，所提出的长隧道涌水通风等问题，并非杞人忧天，确实都曾对施工和营运造成严重威胁，相应付出过重大代价，有些难题至今们仍未解决。,二四年四月,I-17,二四年四月,I-18,二四年四月,I-19,“间谷
10、线沿河傍山地段，当线路以隧道通过时，线路宜向山侧内栘，避免隧道洞壁过薄河流冲刷和不良地质肘其稳定的影响。” ”采用短隧道群应与长隧道方案比选，并应优先选用长隧道” 山区河流多弯，这种地段，线路走向大体可有两种选择(图2 ）， 其一是靠河侧，并尽可能沿等高线走，则工程简单，只出现较短的隧道，投资小，施工进度快；但线路平面不良，曲线多，半径小，而且可能出现众多支挡建筑，对长期运营不利， 其二为靠山侧，把线路适当拉直，方案的优缺点正相反。这里要强调我国建国初期修建的山区铁路和公路都采用第一种选线方案，据几十年运营实践，某些地段出现的短而频繁的隧道群，而洞间路堑往往边极高，使得病害不断，后患很大，估计
11、由于坍方落石病尝危及行车造成的损失以及反复整治的费用早已超过了所节省的投资。规范中的相应规定是我国铁路、公路建设中验教训的总结。当然，当时使用这样的技术决策是有其历史条件的，它对在技术经济水平相当低的情况个，快速修通这些急需的铁路，确买起过重要的作用。,二四年四月,I-20,采用较多、较长的隧道是今后山区道路发展的趋势,二四年四月,I-21,无论是越岭线路或沿河傍山线路，在选择隧道位置时都应力求选择在地质构造简单，岩性较好的稳固地层中通过尽量避免通过断层崩塌、滑坡流砂。溶洞陷穴以及偏压显著、地下水丰富等地质不良地段当绕避有困难时应尽量采取必要的工程措施。,二、地质条件与隧道位置的选择,二四年四
12、月,I-22,在单斜构造的地区，岩层各层面间，有的是紧密贴附的，有的是出现裂缝又为一些细碎物质所填充了的。不管是哪一种情况，层间接触面比之岩层实体总是较为薄弱的，称之为软弱结构面。从力学观点来看，一种岩体的强度常常不是由岩石本身的强度来控制，而是由它的软弱结构面的强度来控制的。 单斜构造的层面大体平行而有同一倾角。当层间的抗剪强度不足时，岩层在外办作用下将会发生层间相对错动。如果隧道的位置恰在层间软弱面上，岩层滑动将使隧道结构受到很大的剪力，以致把结构物损坏。如果隧道恰在层间软弱面的上方，岩层滑动会使隧道的某一段发生横向推移，而与邻段断开。如果层间软弱面正在隧道的上部，或是距上部不太厚的地方，
13、常会把隧道的拱部挤裂，如图1.2所示。因此，在单斜构造的地质条件下，必须事先把岩层的构造和倾角大小调查清楚，一定要尽可能避开软弱结构面。特别是不要把隧道中线设计成与软弱结构面的走向一致或平行，至少要成一定的交角。,(一)单斜构造与隧通位置的选择,二四年四月,I-23,1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。,二四年四月,I-24,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，易产生坍方法和顺层滑坡在此情况下，如以明洞通过时应慎重对待。隧道开挖虽处于约束状态但当开挖造成临空
14、后洞壁如有两组及以上软弱结构面或节理裂隙为有害组合时亦同样引起较大偏压或顺层坍滑。 当隧道中线可能沿两种不同岩性的岩层走向通过时，应避免将隧道置于两种不同的岩层软弱构造(破碎)带如图(B)所示；而宜将隧道置于岩性较好的单一岩层中，如图(A),2陡倾角岩层,二四年四月,I-25,隧道通过直立岩层时，其中线宜垂直于岩层的走向穿过，如左下图所示。如隧道中线与岩层走向一致时，如前所述，仍应避开不同岩层接触带。尤应注意的是：当层状岩层较薄，并有软弱夹层，伴有微量地下水活动时，亦可产生不对称压力，在隧道开挖过程中，易产生坍塌(如右下图所示)，甚至会导致大的坍力，致使地面形成“天窗”，在选择隧道位置时应予重
15、视。,3直立岩层,二四年四月,I-26,(二)褶皱构造与隧道位置的选择,在褶曲构造的地区，岩层一部分向上弯曲翘起成为背斜，另一部分向下弯曲挠成为向斜。背斜的岩层受弯而在上面出现开裂，切割岩体成为上大下小的楔块。楔块受到两侧邻块的挟制，使得楔块的重量由邻块分担，因而只产生小于原重的压力与此相反，向斜地层受弯而在下面开裂，切割岩体成为上小下大的楔块。这种楔块在重力作用下，极易脱离母岩而坠落，于是产生较大的压力，也就是给结构物以较大的荷载，而且在施工时，极易发生掉块或坍方，对工程产生不利影响。此外，地下水积聚凹底，也将增加施工的困难。所以，隧道穿过褶曲构造时，选在背斜中要比在向斜中有利。如果恰在褶曲
16、的两翼，将受到偏侧压力，结构需加强，如图1.3所示,二四年四月,I-27,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。如图(a)、(b)，而应将隧道置于翼部，如图(c)，则隧道所处的地质条件类似单斜构造。 因为背斜或向斜的轴部岩层均比翼部破碎，节理袭隙发育，施工时有坍塌之虞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，若向斜的轴部处于含水层中洞身开挖所出现的涌水及坍塌将比背斜严重。,二四年四月,I-28,(三)断裂构造、接触带与隧道位置的选择,断裂构造及不同岩层的接触带，其裂隙发育，并有被挤压呈破碎的块碎石角砾及断层泥存在，地下水量也较大，常呈突水而出，一般在该处开挖隧道易产生坍塌，会给施工带来一定的困难，同时地层压力变化较大，衬砌结构亦难处置因此，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隧道如图1210所示，特别对于区域性大断裂，尤应注意绕避。当隧道线路必须通过断层带时，或尽量使线路与断层走向正交，如图1211所示，同时应避开严重破碎带，并应
