隧道工程第3章 隧道总体设计PPT课件

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1、*1 第3隧 道 总 体 设 计 第第 3 3 章章 本章的学习要求： （5）了解隧道设计文件的组成要求； （1）掌握公路隧道选址的原则和方法； （2）掌握隧道洞口位置选择的原则和方法； （3）掌握隧道平面和纵断面设计的要求； （4）掌握隧道横面设计的要求和方法； *3 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 地质条件与隧道位置选择 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 3.2.4 隧道接线 3.3 衬砌内轮廓线及几何尺寸的拟定 3.4

2、道路隧道勘察设计文件的内容和组成 本章主要内容 3.1.1 越岭隧道的选址 较高的垭口 较低的垭口 山岭（褶多山）什么叫做垭口？ 选择的垭口 路线总方向 垭口 什么叫做垭口？ 如何选择垭口？ 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。 常常有若干个垭口可以通过。通过上述因素的分 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。 什么叫做垭口？ (1)越岭隧道平面位置的选择 平面位置选择是指隧道穿越分水岭的不同高程及不同方向 的垭口选择，着重考虑以下因素： 路线总方向上的垭口 地质条件 隧道长度 两侧展线难易程度 工程量大小 路、桥、隧总体线形 优

3、先考虑在路线总方向上或其附近的低垭 口，此时垭口在两侧具备有良好展线的横坡 时，一般越岭隧道较短。 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的比选。比选时应考虑以 下原则： 工程地质和水文地质条件良好的垭口。 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。 虽远离线路总方向，但垭口两侧有良好 的展线条件，又不损失越岭高程的垭口。 经隧道长度、施工难度、运营条件等综合 比选多个方案，最后确定最佳方案。 秦岭隧道平面位置的方案比选 20.66km 17.28k

4、m 19.40km 19.00km 18.4km 15.40km F1 F3 F4 F5 F2 秦 岭 卫 星 遥 感 照 片 1 沙 木 拉 打 越 岭 长 隧 道 的 选 择 沙木拉打越岭长隧道的选择 (2) 越岭隧道标高选择 一般隧道标高越高，隧道长度越短，相应施工工期也短， 但两端展线长度增加，且线路拔起高度大，运营条件差，线路 通过能力降低； 低标高隧道则与之相反，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、经济等多种因素综合比较确定最优隧道标高。 不同标高位置选择 穿越娄山山脉分

5、水岭的越岭隧道选线实例 凉风垭方案 越岭隧道长4270m 马鞍山方案 越岭隧道长2810m 雷神坡方案 越岭隧道长3490m 凉风垭方案 越岭隧道长4270m 凉风垭垭口地形陡峻，山梁薄，分水岭两 例地面高差较大。选了三个主要方案： 马鞍山方案越岭隧道长2810m，洞口位置 最高，隧道短，展线长，运营条件相对较差； 雷神坡方案越岭隧道长3490m，其高程较 马鞍山方案为低，线路条件有所改善； 凉风垭方案越岭隧道长4270m，越岭高程 较前两方案均低线路顺直，展线最短，但越 岭隧道最长,运营条件好。 经比选后采用了越岭隧道最长的凉风垭方案。 3.1.2 傍山隧道的选址 傍山隧道 沿河路线 傍山隧

6、道选址需要考虑哪些问题 ？ 应根据地形地质，河流冲刷情况以及洞外的相关 工程和运营条件等综合考虑。 道路依山傍水 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。 傍山隧道选址需要考虑哪些问题 ？ 山体滑坡 考虑河 岸冲刷对山体 和洞身稳定的 影响。 傍山隧道选址需要考虑哪些问题 ？ 河道狭窄 冲刷严重 ！ 考虑既有建筑物对洞身稳定的影响。 傍山隧道选址需要考虑哪些问题 ？ Po Shan RoadPo Shan Road Conduit RoadConduit Road Notewell RoadNotewell Road 已 有 建 筑 影 响 线路沿山嘴绕行应与直穿山嘴的隧道方案

7、进行比较 。 傍山隧道选址需要考虑哪些问题 ？ 沿河线截弯取直作隧道： u运营条件差，桥、隧、挡相连，工程复杂，施工干 扰大； u 沿河线常碰到河道弯曲极大，山体凸出，形 成山嘴； u线路沿河绕行，线路长而弯曲； u取直作长隧道，线路顺直。 沿河线截弯取直作隧道实例 一 关村坝隧道 是裁弯取直的典型例子之一： 关村坝隧道方案较绕行方案线路缩短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。总体技术经济优。实践 证明，效果良好。 关村坝隧道方案 沿河线截弯 取直作隧道 实例一 20世纪80年代修建的衡

8、广复线上大瑶山 隧道(全长14.295km)是河谷地段采用长隧道 方案的一个范例。 衡广线经过的广东北部，有一条武水河， 发源于南岭，注入北江再汇珠江入海，在丛 山峻岭中绕大弯，河谷弯多水急，两岸山峰 陡立，全长30余公里。 大瑶山隧道方案 沿河线截弯取直作隧道实例二 解放前就建成的京广线，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。 大瑶山隧道方案 沿河线截弯取直作隧道实例二 在 20世纪70年代，国家实行改革开放，急需拓宽 南北要道，决定建衡广复线。如何改扩建这一段低标准 线段的问题，成为决策的首要关

9、键。当时设计提出三个 方案： 大瑶山隧道方案 沿河线截弯取直作隧道实例二 大瑶山隧道方案 沿河线截弯取直作隧道实例二 这两种方案的取舍在国家有关部门曾引起激烈争论 ，争论的焦点是我国是否具备修建这样地质复杂特长 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； 大瑶山隧道方案 采用较多、较长的隧道是今后 山区道路发展的趋势日本的例子 3.1.3 地质条件与隧道 位

10、置选择 (3)当绕避困难时，应尽量采取必要的工程措施。 地质条件与隧道位置的关系 (2)尽量避免通过断层、崩塌、滑坡、流砂、溶洞、 偏压显著、地下水丰富等地质不良地段； (1)无论是越岭线路或沿河傍山线路，都力求选择在 地质构造简单，岩性较好的稳固地层中通过； (一)单斜构造与隧道位置的选择 (二)褶皱构造与隧道位置的选择 (三)断裂构造、接触带与隧道位置的选择 (四)不良地质段的隧道位置选择 3.1.3地质条件与隧道位置的选择 在单斜构造的地区，岩层面间，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。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。 单斜构造地质必须事

11、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。 (一)单斜构造与隧道位置的选择 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。 单斜构造 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坡 2陡倾角岩层 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a(B)所示； 而宜将隧道置于岩性较好的单一岩层中，如图a(A) 单斜构造 隧道通过直立岩层时，其中线宜垂直于岩层的走向穿过， 如

12、左下图所示。仍应避开不同岩层接触带。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” 。 3直立岩层 单斜构造 在褶曲构造的地区，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。隧道穿过褶曲构造时，选在背斜中 要比在向斜中有利。如果恰在褶曲的两翼，将受到偏侧 压力. (二)褶皱皱构造与隧道位置的选择选择 当隧道通过褶皱构造时，应尽量避免将隧道置于背斜 或向斜的轴部。如图(a)、(c)，而应将隧道置于翼部， 如图(b)，则隧道所处的地

13、质条件类似单斜构造。 褶皱皱构造 断裂构造及不同岩层的接触带，其裂隙发育, 地下水量也较大，开挖隧道易坍塌，给施工带 来困难 (三)断裂构造、接触带带与隧道位置的选择选择 断裂构造地层压力变化较大，衬砌结构亦难处置; 选择隧道位置切忌沿着断层带或破碎带修建隧道; 应避开严重破碎带，并使断层地段最短。 断裂构造 什么是不良地质质？ （四）不良地质段的隧道位置选择 滑坡 什么是不良地质质？ 流沙地 层层 什么是不良地质质？ 软软弱地 层层 什么是不良地质质？ 溶洞 不良地质系指滑坡、错落、崩塌、岩堆、危岩、 落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂、断层、涌水及第 四纪堆积层等不良地段。如线路难以绕避或绕避

14、而有 损于线路的总体性时，在技术经济合理的条件下，亦 可因地制宜地采取相应工程措施通过 隧道通过上述地区时的危害情况及隧道位置选 择中应注意的事项分述如下: 不良地质段的隧道位置选择 1.滑坡地区 沿某一软软弱面有整体下滑的趋势趋势 。隧道通过时过时 ，将会受到土体推力，会把结结构物挤压挤压 破坏，或是剪切断开。 如果对对滑坡面的位置已经经了解清楚，可以把隧道置于滑坡面以 下的稳稳定岩体中。 不良地质段 2.崩塌地区 山坡陡峻的地段，山体裂隙受风风 化而崩解，成块块地从斜坡翻滚坠滚坠 落 。 不良地质段 3.岩堆地区 岩石经过风经过风 化作用，分解和剥离成为为大小不一的 块块体，从山坡上方滚滚

15、下,宜把隧道位置放在岩堆以下的 稳稳定岩体之中。 不良地质段 4. 泥石流地区 首先应判明泥石流的成因、规模、发展趋势，以 决定隧道方案的可行性。 充分考虑如下因素对隧道产生的最不利影响： (1)预计河床最大下切及侵蚀基准面对隧道影响； (2)泥石流可能的改道和变迁对洞身的影响； (3)充分预计隧道防排水的处理难度； (4)施工爆破可能带来的危害。 不良地质段 不良地质段 5.溶洞地区 当隧道通过过 岩溶地区时时应应 力求避免穿越岩 溶严严重发发育的网 状洞穴区。 不良地质段 3.1.4 隧道洞口位置的选择 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

16、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； 洞口位置选择的一般原则和要求 、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。 、为洞口稳定和安全,边坡及仰坡均不宜开挖过高, 不使新开出的暴露面太大。 、若洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，应慎重 处理，设置桥涵净空不宜太小，以免后患。 洞口位置选择的一般原则和要求 、若洞口前方岩壁陡立，基岩裸露，此时，最 好不刷动原生坡面； 、洞口以外应当留有生产活动的场所。 洞口位置选择的一般原则和要求 总之，选定隧道洞口位置时，首先要按照地质条件控 制边坡和仰坡的高度和坡面长度，其次是避开不良地 质区域和排水影响，最后才从经济方面进行比较。 围岩级别 坡率贴壁1:0.31:0.51:0.51:0.751:0.751:11:1.251:1.251:1.5 高度(m)152025左 右 2025左 右 151825左 右 1518 3.2 隧道的几何设计 3.2 隧道的几何设计 3.2.1 隧道的平面设计 3.2.2 隧道纵断