隧道工程总体设计课件PPT(共63页).ppt

1、 本章的学习要求本章的学习要求：（5 5）了解隧道设计文件的组成要求；）了解隧道设计文件的组成要求；（1 1）掌握公路隧道选址的原则和方法；）掌握公路隧道选址的原则和方法；（2 2）掌握隧道洞口位置选择的原则和方法；）掌握隧道洞口位置选择的原则和方法；（3 3）掌握隧道平面和纵断面设计的要求；）掌握隧道平面和纵断面设计的要求；（4 4）掌握隧道横面设计的要求和方法；）掌握隧道横面设计的要求和方法；2022-5-2432.1 2.1 隧道选址隧道选址2.1.1 2.1.1 越岭隧道的选址越岭隧道的选址2.1.2 2.1.2 傍山隧道选址傍山隧道选址2.1.3 2.1.3 地质条件与隧道位置选择地

2、质条件与隧道位置选择2.1.4 2.1.4 隧道洞口位置的选择隧道洞口位置的选择2.2 2.2 隧道的几何设计隧道的几何设计2.2.1 2.2.1 隧道的平面设计隧道的平面设计2.2.2 2.2.2 隧道的纵断面设计隧道的纵断面设计2.2.3 2.2.3 隧道的净空断面横断面设计隧道的净空断面横断面设计2.2.4 2.2.4 隧道接线隧道接线2.3 2.3 衬砌内轮廓线及几何尺寸的拟定衬砌内轮廓线及几何尺寸的拟定2.4 2.4 道路隧道勘察设计文件的内容和组成道路隧道勘察设计文件的内容和组成本章主要内容本章主要内容第一节第一节隧道位置选择隧道位置选择隧道位置选择隧道位置选择l一、按地形条件选择

3、l二、按线路条件选择l三、按地质类别选择一、按地形条件选择 1、高程障碍 2、平面障碍 一、按地形条件进行选择一、按地形条件进行选择 1、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。2、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

4、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。 沿河线截弯取直作隧道：u运营条件差运营条件差，桥、隧、挡相连，工程复杂，施工干扰大；，桥、隧、挡相连，工程复杂，施工干扰大；u 沿河线常碰到沿河线常碰到河道弯曲河道弯曲极大，山体凸出，形成山嘴；极大，山体凸

5、出，形成山嘴；u线路沿河绕行，线路线路沿河绕行，线路长而弯曲长而弯曲；u取直作长隧道，线路顺直。取直作长隧道，线路顺直。沿河线截弯取直作隧道实例一 -关村坝隧道关村坝隧道l 关村坝隧道方案较绕行方案关村坝隧道方案较绕行方案线路缩短线路缩短10.110.1公里，公里，减少减少2525个弯道和一处车站个弯道和一处车站，仅有，仅有4343米长中桥米长中桥1 1座和座和6,1076,107米的隧道米的隧道1 1座。线路顺直，工程单一，避开了不座。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。明，效果良好。关村坝隧道

6、方案实例一 2020世纪世纪8080年代修建的衡广复线上大瑶山隧道年代修建的衡广复线上大瑶山隧道( (全长全长14.295km)14.295km)是河谷地段采用长隧道方案的一个是河谷地段采用长隧道方案的一个范例。范例。 衡广线经过的广东北部，有一条武水河，发源于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，全长弯，河谷弯多水急，两岸山峰陡立，全长3030余公里余公里。-大瑶山隧道方案沿河线截弯取直作隧道实例二衡广复线大瑶山隧道 解放前就建成的京广线，解放前就建成的京广线，是一段典

7、型的靠河线路是一段典型的靠河线路，标准极低，弯道很多，最小曲线半径，标准极低，弯道很多，最小曲线半径 只有只有250m250m，上支下挡，雨季病害不断，一直是制约广线运输能力的上支下挡，雨季病害不断，一直是制约广线运输能力的咽喉区咽喉区。-大瑶山隧道方案沿河线截弯取直作隧道实例二 在在 2020世纪世纪7070年代，国家实行改革开放，急需拓宽年代，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，成为决策的首要关键。当时设计提出三个线段的问题，成为决策的首要关键。当时设计提出三个方案：方案： -大瑶山隧道方案沿

8、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，这两种方案的取舍在国家有关部门曾引起激烈争论，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长铁路隧道为7023m7023m），最后国务院决定，采用裁弯取直的大），最后国务院决定，采用裁弯取直的大瑶山方案，历时数年，建成了我国第一条瑶山方案，历时数年，建成了我国第一条1010公里以上的双线

9、铁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。历史性地上了隧道修建水平。历史性地上了个台阶；个台阶；大瑶山隧道方案采用较多、较长的隧道是今后采用较多、较长的隧道是今后山区道路发展的趋势山区道路发展的趋势日本的例子日本的例子二、按线路类别选择 1、越（山）岭隧道的选址 2、傍山隧道的选址1、 越岭线上隧道位置的选择越岭线上隧道位置的选择（1） 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

10、垭口。（2） 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。 较高的垭口较高的垭口较低的垭口较低的垭口山岭（褶多山）山岭（褶多山）什么叫做垭口？什么叫做垭口？选择的垭口选择的垭口路线总方向路线总方向垭口垭口什么叫做垭口？什么叫做垭口？如何选择垭口？如何选择垭口？ 当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上总会有总会有高程较低处高程较低处，称之为，称之为垭口垭口。 常常有若干个垭口可以通过。通过上述因素的分常常有若干个垭口可以通过。通

11、过上述因素的分析比较，选定最为理想的析比较，选定最为理想的垭口垭口。垭口是选定越岭隧。垭口是选定越岭隧道线路方案的道线路方案的控制点控制点。什么叫做垭口？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不同方向的垭口选择垭口选择，着重考虑以下因素：，着重考虑以下因素：路线总方向上的垭口路线总方向上的垭口地质条件地质条件隧道长度隧道长度两侧展线难易程度两侧展线难易程度工程量大小工程量大小路、桥、隧总体线形路、桥、隧总体线形优先考虑在路线总方向上或其附近的低垭优先考虑在路线总方向上或其附近的低垭口口，此时垭口

12、在两侧具备有良好展线的横坡，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。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。比选时应考虑以供越岭的几个垭口位置的比选。比选时应考虑以下原则：下原则：工程地质和水文地质条件良好的垭口。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隧道一般选在分水岭垭口两边河谷标高相

13、差不多，并且两边河谷平面位置接近处。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。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。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20.66km17.28km19.40km19.00km18.4km15.40kmF1F3F4F5F2秦岭卫星遥感照片1沙沙木木拉拉打打越越岭岭长长隧隧道道的的选选择择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)

14、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，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；通过能力降低；l 低标高隧道则与之相反，施工难度增加，施工期较长。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，能力的提高，宜采用低标高方案，但必须进行地形、地质、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

15、最优隧道标高。施工、运营、经济等多种因素综合比较确定最优隧道标高。不同标高位置选择不同标高位置选择穿越娄山山脉分水岭的越岭隧道选线实例穿越娄山山脉分水岭的越岭隧道选线实例凉风垭方案凉风垭方案越岭隧道长越岭隧道长4270m4270m2、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

16、面倾向对隧道位置的影响傍山隧道傍山隧道沿河路线沿河路线傍山隧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。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，一定要注意傍山隧道在埋深较浅的地段，一定要注意洞身覆洞身覆盖厚度盖厚度问题。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考虑河岸冲刷对山体和洞身稳定洞身稳定的影响。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！考虑考虑既有建筑物既有建筑物对洞身稳定的影响。对洞身稳定的影响。 傍山隧道选址需要考虑哪些

17、问题？已有建筑影响三、按地质条件进行隧道位置选择 (3)(3)当绕避困难时，应尽量采取必要的工程措施。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地质条件与隧道位置的关系 (2)(2)尽量避免通过断层、崩塌、滑坡、流砂、溶洞、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；偏压显著、地下水丰富等地质不良地段； (1)(1)无论是越岭线路或沿河傍山线路，都力求选择在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；地质构造简单，岩性较好的稳固地层中通过； (一一)单斜构造与隧道位置的选择单斜构造与隧道位置的选择

18、(二二)褶皱构造与隧道位置的选择褶皱构造与隧道位置的选择 (三三)断裂构造、接触带与隧道位置的选择断裂构造、接触带与隧道位置的选择 (四四)不良地质段的隧道位置选择不良地质段的隧道位置选择地质条件与隧道位置的选择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所填充。层间接触面比之岩层实体总是较为薄弱的，称之为薄弱的，称之为软弱结构面软弱结构面。 单斜构造地质必须事先把岩层的构造和倾单斜构造地质必须事先把岩层的构造和倾角大小调查

19、清楚，一定要尽可能角大小调查清楚，一定要尽可能避开软弱结避开软弱结构面构面。(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当隧道通过坚硬的厚层岩层时，较为稳定。若通过岩层时，较为稳定。若通过很薄的岩层，则施工时顶部很薄的岩层，则施工时顶部易产生掉块现象，此时，以易产生掉块现象，此时，以不透水的坚硬岩层作顶板为不透水的坚硬岩层作顶板为最好。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

20、岩性的岩层走向通过时，应避免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将隧道置于两种不同的岩层软弱构造( (破碎破碎) )带如图带如图a(Ba(B) )所示；所示；而宜将隧道置于岩性较好的单一岩层中，如图而宜将隧道置于岩性较好的单一岩层中，如图a(Aa(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，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。仍应避开不同岩层接触带。当层状岩层较薄，如左下图所示。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并有软弱夹层，伴有微量地

21、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，在隧道开挖过程中，易产生坍塌( (如右下图所示如右下图所示) )，甚至会导，甚至会导致大的坍力，致使地面形成致大的坍力，致使地面形成“天窗天窗” ” 。 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，将受到偏侧要比在向斜中有利。如果恰在褶曲的两

22、翼，将受到偏侧压力压力. .(二)褶皱构造与隧道位置的选择当隧道通过褶皱构造时，应尽量避免将隧道置于当隧道通过褶皱构造时，应尽量避免将隧道置于背斜背斜或向斜的轴部或向斜的轴部。如图。如图(a)(a)、(c)(c)，而应将隧道置于翼部，而应将隧道置于翼部，如图如图(b)(b)，则隧道所处的地质条件类似单斜构造。，则隧道所处的地质条件类似单斜构造。 褶皱构造 断裂构造及不同岩层的接触带，其裂隙发育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，给施工带地下水量也较大，开挖隧道易坍塌，给施工带来困难来困难(三)断裂构造、接触带与隧道位置的选择断裂构造地层压力变化较大，衬砌

23、结构亦难处置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。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？什么是不良地质？（四）不良地质段的隧道位置选择滑坡滑坡什么是不良地质？什么是不良地质？流沙地层流沙地层什么是不良地质？什么是不良地质？软弱地层软弱地层什么是不良地质？什么是不良地质？溶洞溶洞 不良地质系指不良地质系指滑坡、错落、崩塌、岩堆、危岩、滑坡、错落、崩塌、岩堆、危岩、落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂、断层、涌水及第落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂

24、、断层、涌水及第四纪堆积层四纪堆积层等不良地段。如线路难以绕避或绕避而有等不良地段。如线路难以绕避或绕避而有损于线路的总体性时，在技术经济合理的条件下，亦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1.1.滑坡地区滑坡地区 沿某一软弱面有整体下滑的趋势。隧道通过时，沿某一软弱面有整体下滑的趋势。隧道通过时，将会受到土体推力，会把结构物挤压破坏，或是剪切断开。如将会受到土

25、体推力，会把结构物挤压破坏，或是剪切断开。如果对滑坡面的位置已经了解清楚，可以把隧道置于滑坡面以下果对滑坡面的位置已经了解清楚，可以把隧道置于滑坡面以下的稳定岩体中。的稳定岩体中。不良地质段2.2.崩塌地区崩塌地区 山坡陡峻的地段，山体裂隙受风山坡陡峻的地段，山体裂隙受风化而崩解，成块地从斜坡翻滚坠落。化而崩解，成块地从斜坡翻滚坠落。不良地质段3.3.岩堆地区岩堆地区 岩石经过风化作用，分解和剥离成为大小不一的岩石经过风化作用，分解和剥离成为大小不一的块体，从山坡上方滚下块体，从山坡上方滚下, ,宜把隧道位置放在岩堆以下的宜把隧道位置放在岩堆以下的稳定岩体之中。稳定岩体之中。不良地质段4. 4

26、. 泥石流地区泥石流地区 首先应判明泥石流的成因、规模、发展趋势，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。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：充分考虑如下因素对隧道产生的最不利影响： (1)(1)预计河床最大下切及侵蚀基准面对隧道影响；预计河床最大下切及侵蚀基准面对隧道影响； (2)(2)泥石流可能的改道和变迁对洞身的影响；泥石流可能的改道和变迁对洞身的影响； (3)(3)充分预计隧道防排水的处理难度；充分预计隧道防排水的处理难度； (4)(4)施工爆破可能带来的危害。施工爆破可能带来的危害。不良地质段5.5.溶洞地区溶洞地区 当隧道通过当隧道通过岩溶地区时应岩溶地区时应力求避免穿越岩力求避免穿越岩溶严重发育的网溶严重发育的网状洞穴区。状洞穴区。不良地质段不良地质段