王華牢中交第一公路勘察設計研究院 公路隧道設計規范 JTGD70 2004 宣貫 講座的內容 1總則 12主要術語與符號 23隧道調查及圍巖分級 54總體設計 115建筑材料 176荷載 227洞口及洞門 258襯砌結構設計 279結構計算 3310防水與排水 4011小凈距及連拱隧道 4212輔助通道 4413輔助工程措施 4814特殊地質地段 5115隧道內路基與路面 5416機電及其它設施 附錄A圍巖分級有關規定 60附錄B隧道標準內輪廓 63附錄C型鋼特性參數表 65附錄D釋放荷載的計算方法 69附錄E淺埋隧道荷載的計算方法 71附錄F偏壓隧道襯砌荷載的計算方法 74附錄G明洞設計荷載的計算方法 75附錄H洞門土壓力荷載的計算方法 77附錄I荷載結構法 78附錄J地層結構法 80附錄K鋼筋混凝土受彎和受壓構件配筋量計算方法 88附錄L本規范用詞說明 94 編制過程與修訂內容 在編制過程中 編制組對全國已建和在建的公路隧道進行了較廣泛的調查研究 搜集并分析了大量設計文件 工程報告 營運管理報告 就有關專題進行了研究 并聽取了全國有關設計院和專家的意見 考慮到我國公路隧道技術起步較晚 其經驗和基礎性工作不足 因此在我國經驗的基礎上又采用或借鑒了國外公路隧道的成功經驗和先進技術 本次修訂中 充分考慮了與其它相關標準 規范的協調性 并保持一致 同時 在全面修訂的原則下 盡量按原 規范 的風格編排撰寫 本次修訂的重點為調查 圍巖分類 總體設計 錨噴支護與襯砌 洞口段工程 結構計算 特殊構造設計 特殊地質地段設計等 并增加了三車道隧道 連拱隧道和小凈距隧道等內容 公路隧道設計規范 JTGD70 2004 中第1 0 3 1 0 5 1 0 6 1 0 7 3 1 1 3 1 3 7 1 2 8 1 2 10 1 1 15 1 1 15 1 2 16 1 1條為強制性條款 必須按照國家有關工程建設標準強制性條文的有關規定嚴格執行 工程建設標準強制性條文 公路工程部分 2002版中關于 公路隧道設計規范 JTJ026 90 的強制性條文同時廢止 關于強制性條款 1總則 1 0 1為給山嶺公路隧道設計提供技術準則 制定本規范 1 0 2本規范適用于以鉆爆法為主要開挖手段的各級公路雙車道隧道 其他型式的公路隧道可參照執行 1 0 3隧道規劃和設計應遵循能充分發揮隧道功能 安全且經濟地建設隧道的基本原則 隧道設計應有完整的勘測 調查資料 綜合考慮地形 地質 水文 氣象 地震和交通量及其構成 以及營運和施工條件 進行多方案的技術 經濟 環保比較 使隧道設計符合安全實用 質量可靠 經濟合理 技術先進的要求 為什么修建隧道 隧道建在何處才能有效發揮其功能 并且安全 經濟 這是公路隧道規劃和設計者必須回答的首要問題 為縮短行車里程 提高交通便捷 這是修建公路隧道的基本目的 同時 隧道可從根本上免除公路路線上的土石方坍塌 泥石流 雪崩等道路病害 隧道不改變地形自然原貌 保護了環境 還利用地下空間 節省了公路建設用地 因此 隧道是路線上非常有價值的一種構造形式 然而 隧道尤其是長隧道的造價不低 如何在保證功能的前提下 安全且經濟地建設隧道至關重要 隧道設計采取的手法不同于一般構造物 預設計主要依靠基于過去工程實例的經驗性方法或者計算 實驗等 主觀上力圖達到合理設計 但設計成的斷面形狀 支護襯砌結構等是否適應于所處的地層 其穩定性程度如何 很難量化把握 而隧道的形狀或支護結構一旦建成很難改變 因此 在規劃 設計階段就要充分考慮隧道的合理性與耐久性問題 在溝壑縱橫 群山迭峰中選擇隧道方案 將遇到復雜的地形 地質 氣象等條件 應通過地質勘察 路線測量和沿線社會經濟交通調查 比較各方案的優劣 譬如 選擇隧道位置時 若采取低線方案 行駛條件最好 發揮的作用最佳 而且少占地 能較好地保護自然環境 但隧道較長 造價高 運行費用高 其技術管理要求也高 采取高線方案則相反 隧道較短 造價與運行費用相對較低 但其功能和作用相對較差 因此在方案比選中應綜合比較 又如 當遇 雞爪地形 等山勢時 應從標高和平面位置對長隧道方案和連續短隧道群方案進行比選 前者營運費較高 但環保效果好 后者除照明外的營運費較低 但由于洞口及其邊仰坡的數量較多 支護工程較為復雜 而且于環保不利 兩者均存在優缺點 應根據具體情況綜合比選后確定 這里所說的隧道方案 除通常的隧道構造外 還包括半隧道 棚洞 棚架等構造型式 應根據具體地形地質情況 靈活采用隧道的結構型式 對于分階段建設的隧道 應在規劃 設計中作總體考慮 譬如 高速公路暫接半幅修建時應在洞口位置等方面充分考慮將來另半幅修建的合理性 另外 洞口附近有匝道時應充分考慮洞口的合理斷面 使其適應交通流順暢 由于暫為單洞雙向交通 會增加通風設備 應急設施 且增加養護維修的負擔 這些均應在規劃 設計中對隧道斷面的合理性作出評價 1總則 1 0 4公路隧道按其長度可分為四類 如表1 0 4所示 表1 0 4公路隧道長度分類注 隧道長度系指兩端洞門墻墻面與路面的交線同路線中線交點間的距離 1 0 5隧道主體結構必須按永久性建筑設計 具有規定的強度 穩定性和耐久性 建成的隧道應能適應長期營運的需要 方便維修作業 為滿足營運正常使用 隧道主體結構物應設計為永久性建筑 這里所說的主體結構物指洞門 支護襯砌 各附屬風道 風井 洞室 防排水設施 路面板及隧底填充等 洞內一般要求設置襯砌 這些結構設計必須具有規定的強度 穩定性和耐久性 所謂耐久性 一般指所使用的建筑材料具有必要的抗滲性 抗凍性和抗侵蝕性 1總則 1 0 6應加強隧道支護襯砌 防排水 路面等主體結構設計與通風 照明 供配電 消防 交通監控等營運設施設計之間的協調 形成合理的綜合設計 必要時應對有關的技術問題開展專項設計和研究 一般來講 公路隧道設計由支護襯砌 防排水 路面和各類洞室等土建主體結構與通風 照明 供配電 防災與減災 交通監控等營運設置兩大部分構成 是多項專業的總成 屬復合型技術 因此要求各專業設計之間密切配合 譬如 根據交通量和隧道長度需要設置通風豎井 或斜井 時 首先由通風專業工程師通過計算分析初步確定出豎井位置 然后應征求地質和結構專業工程師的意見 如果初定的豎井位于斷層破碎帶等不良地質地層 豎井結構處理非常復雜 工程費上揚 豎井就應適當挪位 再計算分析新井位條件下的隧道通風狀態及風機容量 同時 豎井及其風道位置還應征求路線工程師的意見 以使豎井口盡快鉆出地面 同時風道又要最短 總之 在確定風井 風道 風口時 上述3個專業應相互 磨合 反復推敲 綜合分析通風費用和結構費用 使設計達到最好 最省的綜合效果 對于高速公路特長隧道或者地質情況非常復雜的長隧道 必要時應針對其中的技術難題如大跨扁平斷面 不良地質 大涌量地下水 通風 防災等進行專項研究和技術設計 1總則 1 0 7隧道土建設計應體現動態設計與信息化施工的思想 制定地質觀察和監控量測的總體方案 地質條件復雜的隧道 應制定地質預測方案 以及時評判設計的合理性 調整支護參數和施工方案 通過動態設計使支護結構適應于圍巖實際情況 更加安全 經濟 1 0 8隧道設計應貫徹國家有關技術經濟政策 積極慎重地采用新技術 新材料 新設備 新工藝 1 0 9隧道設計必須符合國家有關國土管理 環境保護 水土保持等法規的要求 應注意節約用地 保護農田水利 盡量保護原有植被 妥善處理棄渣和污水 1 0 10公路隧道設計除應符合本規范外 尚應符合國家現行的有關標準和規范 2主要術語與符號2 1術語 2 1 1公路隧道roadtunnel供汽車和行人通行的隧道 一般分為汽車專用和汽車與行人混用的隧道 2 1 2山嶺隧道mountaintunnel貫穿山嶺或丘陵的隧道 是相對于城市隧道和水下隧道 表示修建場所不同的名稱 2 1 3巖石質量指標RockQualityDesignation RQD 指10cm以上長度的巖心累計的鉆孔長度百分比 2 1 4巖體分級rockmassclassification以土木工程為對象 將巖石集合體 巖體 分成穩定程度不同的若干級別 2 1 5環境調查environmentalsurvey因修建隧道而對路線周圍的環境影響進行的調查 2 1 6水文調查hydrologicalsurvey對隧道工程及周邊環境有影響的地表水和地下水所進行的調查 2主要術語與符號2 1術語 2 1 7地質調查geologicalsurvey為了解巖體或地層的分布 形成年代 風化程度或地質構造等而進行的調查 2 1 8隧道涌水waterinflowintotunnel伴隨隧道開挖 從隧道周邊圍巖流入隧道內的地下水 2 1 9荷載load指作用于結構物而使結構產生應力的力量 2 1 10圍巖壓力surroundingrockpressure隧道開挖后 因圍巖變形或松散等原因 作用于洞室周邊巖體或支護結構上的壓力 2 1 11偏壓unsymmetricalpressure作用于隧道的壓力左右不對稱 一側壓力特大的情況 作用于隧道結構上的不對稱荷載2 1 12松散壓力looseningpressure指因隧道的開挖爆破 支護的下沉以及襯砌背后的空隙等原因 致使隧道周邊的圍巖產生松動 以相當于一定高度的圍巖重量 作為直接荷載作用于隧道支護和襯砌上的土壓 2主要術語與符號2 1術語 2 1 13新奧法NATM NewAustrianTunnelingMethod 新奧法是應用巖體力學的理論 以維護和利用圍巖的自承能力為基點 采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段 及時地進行支護 控制圍巖的變形和松弛 使圍巖成為支護體系的組成部分 并通過對圍巖和支護的量測 監控來指導隧道和地下工程設計施工的方法和原則 2 1 14凈空斷面 內輪廓 innersection隧道襯砌內側的斷面面積 形狀 2 1 15洞門portal在隧道的洞口部位 為擋土 坡面防護等而設置的隧道結構物 2 1 16襯砌lining為控制和防止圍巖的變形或坍落 確保圍巖的穩定 或為處理涌水和漏水 或為隧道的內空整齊或美觀等目的 將隧道的周邊圍巖被覆起來的結構體 2 1 17仰拱invert為改善隧道上部支護結構受力條件而設置在隧道底部的反向拱型結構 2 1 18小凈距隧道neighburhoodtunnel指上下行雙洞洞壁凈距較小 不能按獨立雙洞考慮的隧道結構 2 1 19連拱隧道multiarchtunnel指兩洞拱部襯砌結構通過中柱相連接的隧道結構 2主要術語與符號2 1術語 2 1 20豎井verticalshaft為改善營運通風或施工條件而豎向設置的坑道 2 1 21斜井incline inclinedshaft為改善營運通風或施工條件按一定傾斜角度設置的坑道 2 1 22橫通道horizontaladit將隧道劃分成幾個工區進行施工時 為搬入材料和出渣等而設置的大體上接近水平的作業坑道 橫通道有時也可用于營運通風 2 1 23超前導坑advancingdrift因隧道斷面較大或圍巖條件復雜等 在開挖中采用全斷面法困難的情況下 往往在隧道的開挖斷面內超前開挖小斷面的隧道 這種小斷面的隧道稱為超前導坑 2 1 24通風ventilation將隧道內有害氣體排出洞外的一種換氣行為 2 1 25照明lighting通過在隧道內設置燈具 達到行車安全所要求的亮度 2主要術語與符號2 2符號 BQ 巖體基本質量指標 BQ 巖體基本質量指標修正值Rc 巖石單軸飽和抗壓強度Ra 混凝土或砌體的抗壓強度Rl 混凝土的抗拉極限強度IS 50 實測的巖石點荷載強度指數K1 地下水影響修正系數K2 主要軟弱結構面產狀影響修正系數K3 初始應力狀態影響修正系數Kv 巖體完整性系數Jv 巖體體積節理數Sn 第n組節理每米長測線上的條數Sk 每立方米巖體非成組節理條數Vpm 巖體彈性縱波速度Vpr 巖石彈性縱波速度 max 垂直洞軸線方向的最大初始應力 圍巖重度k 彈性抗力系數 E 變形模量 泊松比 計算摩擦角B 隧道開挖斷面寬度W 行車道寬度LL 左側向寬度LR 右側向寬度L 側向寬度C 余寬J 檢修道寬度h 檢修道或人行道高度R 人行道寬度H 隧道建筑限界高度K 圍巖彈性抗力系數 襯砌位移值 n 開挖邊坡坡率 m 回填土石面坡率 隧道調查及圍巖分級3 1一般規定 3 1 1應根據隧道不同設計階段的任務 目的和要求 針對公路等級 隧道的特點和規模 確定搜集調查資料的內容和范圍 并認真進行調查 測繪 勘探和試驗 調查的資料應齊全 準確 滿足設計要求 3 1 2調查應分施工前調查和施工中調查兩個階段 施工前各階段的調查內容 范圍 精度等應符合相應設計階段的要求 施工中調查應及時進行 預報和解決施工中遇到的地質問題 為驗證或修改設計 施工提供依據 3 1 3應根據隧道所通過地區的地形 地質條件 并綜合考慮調查的階段 方法 范圍等 編制相應的調查計劃 在調查過程中 如發現實際地質情況與預計的情況不符 應及時修正調查計劃 3 1 4圍巖分級應采用定性劃分和定量相結合的方法綜合評判 隧道調查及圍巖分級3 2資料搜集 3 2 1應全面搜集隧道地區的下列既有資料 1地形地貌資料 圖件 以及有關的遙感與遙測資料 2工程地質 水文地質特別是自然地質災害的種類 性質 規模 危害程度等資料 并分析各種災害與隧道工程的關系 3地質測繪 勘探資料和各類圖件 并對資料的準確性和可能存在的問題進行分析 同時提出調查計劃 4隧道地區的氣溫 降水 風速和風向等氣象資料 5地震歷史 地震動峰值加速度系數等資料 6沿線地區交通量及其車輛構成情況 礦產資源等 7有關的法令 法規 3 2 2搜集社會環境 施工條件和鄰近既有工程等資料 隧道調查及圍巖分級3 3地形與地質調查 3 3 1隧道調查各階段的目標 內容及范圍可按表3 3 1擬定 表3 3 1各階段調查的目標 內容及范圍 隧道調查及圍巖分級3 3地形與地質調查 3 3 2隧道工程測繪應遵守下列規定 1按設計階段的要求 搜集或測繪地形圖 縱斷面圖 橫斷面圖等 2測繪資料的圖紙內容 精度 應符合 公路工程地質勘察規范 JTJ064 和 公路勘測規范 JTJ061 的要求 3在隧道輔助通道和洞口附近 應按規定設置平面控制點和水準點 3 3 3施工前各階段的地形與地質調查應包括自然地理概況以及工程地質和水文地質等 并按階段要求重點調查和分析以下內容 1地層 巖性及地質構造變動的性質 類型和規模 2斷層 節理 軟弱結構面特征及其與隧道的組合關系 圍巖的基本物理力學性質 3地下水類型及地下水位 含水層的分布范圍及相應的滲透系數 水量和補給關系 水質及其對混凝土的侵蝕性 有無異常涌水 突水 4崩塌 錯落 巖堆 滑坡 巖溶 自然或人工坑洞 采空區 泥石流 流沙 濕陷性黃土 鹽漬土 鹽巖 地熱 多年凍土 冰川等不良地質和特殊地質現象 及其發生 發展的原因 類型 規模和發展趨勢 分析其對隧道洞口和洞身穩定的影響程度 5隧道通過含有害氣體或有害礦體的地層時 應查明其分布范圍 有害成分和含量 并預測和評價其對施工 營運的影響 提出防治措施 6按 中國地震動參數區劃圖 GB18306 的規定或經地震部門鑒定 確定隧道所處地區的地震動峰值加速度系數 隧道調查及圍巖分級3 3地形與地質調查 3 3 4地形 地質調查應注意做好以下工作 1當隧道地區存在區域性斷裂構造時 特別是存在全新活動的斷裂和發震斷層時 應調查新構造活動的痕跡 特點和與地震活動的關系 并查明其對隧道工程的影響程度 2當隧址區存在影響隧道方案的重大不良地質 特殊地質情況時 應進一步搜集調查地質資料 綜合分析 預測隧道開挖后可能出現塌方 滑動 擠壓 巖爆 突然涌水 流沙及瓦斯溢出等地段 并提出相應的工程措施 為方案比選和隧道設計提供依據 3水文地質條件復雜的隧道 含巖溶隧道 除按一般隧道進行調查 勘探 試驗外 必要時還應進行水文地質動態觀測或進行專題研究 4路線越嶺的隧道 應查明不同的越嶺高程的地質條件 進行全面的技術 經濟比較 選擇工程地質條件較好的位置穿越 5沿河傍山地段的隧道 應調查分析斜坡地質結構特征及其穩定性和水流沖刷對山體和洞身穩定的影響 6瀕臨水庫地區的隧道 應查明岸坡的穩定性 水庫庫容及水位 含浪高和壅水高 等 當隧道穿過巖溶洼地或坡立谷間的峰叢斜坡底部時 應查明洼地或坡立谷的季節性壅水的最高水位高程 隧道調查及圍巖分級3 3地形與地質調查 3 3 5施工中的地質調查 宜采取地面補充調查 開挖工作面直接觀察素描 攝像 量測 對于工程地質 水文地質復雜的隧道 可采用超前地震波反射 聲波反射 地質雷達等地球物理手段 或采用超前鉆孔 平行導坑 試驗坑道等進行超前探測 及時預報可能發生地質災害的位置 性質 施工中工程地質調查應完成以下任務 1根據對圍巖性質的直接觀察 量測和試驗資料 核定巖性 地質構造 地下水等情況 分析判定實際揭露的圍巖級別 2及時預報和解決施工中遇到的工程地質和水文地質問題 3為驗證和修改 變更 設計及調整施工方案提供依據 隧道調查及圍巖分級3 4氣象調查 3 4 1氣象調查的內容應包括隧道地區的氣溫 氣壓 風速 風向 降雨量 積雪量 降霧的程度和天數 凍結深度等 其中氣溫 風速 降雨 積雪應調查其極端值 3 4 2必要時應在隧址處設立氣象觀測點 站 進行觀測 持續搜集當地氣象資料 隧道調查及圍巖分級3 5工程環境調查 3 5 1應對隧道場區及鄰近地區相關地表水系 地下水露頭 涌泉 溫泉 沼澤 天然和人工湖泊 植被 礦產資源以及動植物生態等自然環境狀況進行調查 3 5 2應對場區內土地使用情況 農田 水利設施 建筑物 地下管線情況等進行調查 若場區內有公園 保護林 文化遺址 紀念建筑等需要保護的重要地物時 除應調查它們的現狀外 還應提出隧道建設對其環境影響的評價和保護措施 3 5 3應對生產生活用水 交通狀況 施工和營運噪聲 振動 污水廢氣排放等對生態環境的影響進行調查 應對施工和營運中地下水大量流失可能造成地表沉降 塌陷 地面建筑物破壞 民眾生產生活用水枯竭等環境問題的影響程度進行調查和預測 3 5 4施工條件調查應包括 1施工便道 施工場地 拆遷 棄渣場地 供水 供電和通訊條件 2建筑材料的來源 品質 數量等 3其他可能影響施工的因素 隧道調查及圍巖分級3 6圍巖分級 3 6 1隧道圍巖分級的綜合評判方法宜采用兩步分級 并按以下順序進行 1根據巖石的堅硬程度和巖體完整程度兩個基本因素的定性特征和定量的巖體基本質量指標 BQ 綜合進行初步分級 2對圍巖進行詳細定級時 應在巖體基本質量分級基礎上 考慮修正因素的影響修正巖體基本質量指標值 3按修正后的巖體基本質量指標 BQ 結合巖體的定性特征綜合評判 確定圍巖的詳細分級 3 6 2圍巖分級中巖石堅硬程度 巖體完整程度兩個基本因素的定性劃分和定量指標及其對應關系 應符合下列規定 1巖石堅硬程度可按表3 6 2 1定性劃分 隧道調查及圍巖分級3 6圍巖分級 表3 6 2 1巖石堅硬程度的定性劃分 隧道調查及圍巖分級3 6圍巖分級 隧道調查及圍巖分級3 6圍巖分級 隧道調查及圍巖分級3 6圍巖分級 隧道調查及圍巖分級3 6圍巖分級 3 6 4圍巖詳細定級時 如遇下列情況之一 應對巖體基本質量指標 BQ 進行修正 1有地下水 2圍巖穩定性受軟弱結構面影響 且由一組起控制作用 3存在高初始應力 圍巖基本質量指標修正值 BQ 可按式 3 6 4 計算 BQ BQ 100 K1 K2 K3 3 6 4 式中 BQ 圍巖基本質量指標修正值 BQ 圍巖基本質量指標 K1 地下水影響修正系數 K2 主要軟弱結構面產狀影響修正系數 K3 初始應力狀態影響修正系數 K1 K2 K3值 可分別按附錄A中表A 0 2 1 表A 0 2 2 表A 0 2 3確定 圍巖極高及高初始應力狀態的評估 可按附錄A中表A 0 3規定進行 隧道調查及圍巖分級3 6圍巖分級 3 6 5可根據調查 勘探 試驗等資料 巖石隧道的圍巖定性特征 圍巖基本質量指標 BQ 或修正的圍巖質量指標 BQ 值 土體隧道中的土體類型 密實狀態等定性特征 按表3 6 5確定圍巖級別 當根據巖體基本質量定性劃分與 BQ 值確定的級別不一致時 應重新審查定性特征和定量指標計算參數的可靠性 并對它們重新觀察 測試 在工可和初勘階段 可采用定性劃分的方法或工程類比方法進行圍巖級別劃分 隧道調查及圍巖分級3 6圍巖分級 隧道調查及圍巖分級3 6圍巖分級 3 6 6各級圍巖的物理力學參數 宜通過室內或現場試驗獲取 無試驗數據和初步分級時 可按附錄A中表A 0 4 1選用 巖體結構面抗剪斷峰值強度參數 可按附錄表A 0 4 2選用 3 6 7各級圍巖的自穩能力 宜根據圍巖變形量測和理論計算分析來評定 也可按附錄A 0 5作出大致的評判 4總體設計4 1一般規定 4 1 1隧道設計應滿足公路交通規劃的要求 其建筑限界 斷面凈空 隧道主體結構以及營運通風 照明等設施 應按 公路工程技術標準 JTGB01 規定的預測交通量設計 當近期交通量不大時 可采取一次設計 分期修建 4 1 2隧道總體設計應遵循以下原則 1在地形 地貌 地質 氣象 社會人文和環境等調查的基礎上 綜合比選隧道各軸線方案的走向 平縱線形 洞口位置等 提出推薦方案 2地質條件很差時 特長隧道的位置應控制路線走向 以避開不良地質地段 長隧道的位置亦應盡可能避開不良地質地段 并與路線走向綜合考慮 中 短隧道可服從路線走向 3根據公路等級和設計速度確定車道數和建筑限界 在滿足隧道功能和結構受力良好的前提下 確定經濟合理的斷面內輪廓 4隧道內外平 縱線形應協調 以滿足行車的安全 舒適要求 5根據隧道長度 交通量及其構成 交通方向以及環保要求等 選擇合理的通風方式 確定通風 照明 交通監控等機電設施的設置規模 必要時特長隧道應作防災專項設計 6應結合公路等級 隧道長度 施工方法 工期和營運要求 對隧道內外防排水系統 消防給水系統 輔助通道 棄渣處理 管理設施 交通工程設施 環境保護等作綜合考慮 7當隧道與相鄰建筑物互有影響時 應在設計與施工中采取必要的措施 4總體設計4 2隧道位置選擇 4 2 1隧道位置應選擇在穩定的地層中 盡量避免穿越工程地質和水文地質極為復雜以及嚴重不良地質地段 當必須通過時 應有切實可靠的工程措施4 2 2穿越分水嶺的長 特長隧道 應在較大面積地質測繪和綜合地質勘探的基礎上確定路線走向和平面位置 對可能穿越的埡口 應擬定不同的越嶺高程及其相應的展線方案 結合路線線形及施工 營運條件等因素 進行全面技術經濟比較后確定 4 2 3路線沿河傍山地段 當以隧道通過時 其位置宜向山側內移 避免隧道一側洞壁過薄 河流沖刷和不良地質對隧道穩定的不利影響 應對長隧道方案與短隧道群或橋隧群方案進行技術經濟比較 4 2 4隧道洞口不宜設在滑坡 崩坍 巖堆 危巖落石 泥石流等不良地質及排水困難的溝谷低洼處或不穩定的懸崖陡壁下 應遵循 早進晚出 的原則 合理選定洞口位置 避免在洞口形成高邊坡和高仰坡 4總體設計4 2隧道位置選擇 4總體設計4 3隧道線形設計 4總體設計4 3隧道線形設計 4總體設計4 3隧道線形設計 4總體設計4 3隧道線形設計 4 3 5隧道洞外連接線應與隧道線形相協調 并符合以下規定 1隧道洞口內外各3s設計速度行程長度范圍的平面線形應一致 2隧道洞口內外各3s設計速度行程長度范圍的縱面線形應一致 有條件時宜取5s設計速度行程 3當隧道建筑限界寬度大于所在公路的建筑限界寬度時 兩端連接線應有不短于50m的 同隧道等寬的路基加寬段 當隧道限界寬度小于所在公路建筑限界寬度時 兩端連接線的路基寬度仍按公路標準設計 其建筑限界寬度應設有4s設計速度行程的過渡段與隧道洞口銜接 以保持隧道洞口內外橫斷面順適過渡 4長 特長的雙洞隧道 宜在洞口外合適位置設置聯絡通道 以利車輛調頭 4 3 6間隔100m以內的短隧道群 宜整體考慮其平 縱線形技術指標 4總體設計4 4隧道橫斷面設計 4 4 1各級公路隧道建筑限界如圖4 4 1 在建筑限界內不得有任何部件侵入 各級公路隧道建筑限界基本寬度應按表4 4 1執行 并符合以下規定 1建筑限界高度 高速公路 一級公路 二級公路取5 0m 三 四級公路取4 5m 2當設置檢修道或人行道時 不設余寬 當不設置檢修道或人行道時 應設不小于25cm的余寬 3隧道路面橫坡 當隧道為單向交通時 應取單面坡 當隧道為雙向交通時 可取雙面坡 坡度應根據隧道長度 平 縱線形等因素綜合分析確定 一般可采用1 5 2 0 4當路面采用單面坡時 建筑限界底邊線與路面重合 當采用雙面坡時 建筑限界底邊線應水平置于路面最高處 5單車道四級公路的隧道應按雙車道四級公路標準修建 4總體設計4 4隧道橫斷面設計 4總體設計4 4隧道橫斷面設計 4總體設計4 4隧道橫斷面設計 4 4 2高速公路和一級公路隧道內應設置檢修道 其他等級公路隧道 應根據隧道所在地區的行人密度 隧道長度 交通量及交通安全等因素確定人行道的設置 檢修道或人行道宜雙側設置 檢修道或人行道的寬度按表4 4 1規定選取 檢修道或人行道的高度可按20cm 80cm取值 并綜合考慮以下因素 1檢修人員步行時的安全 2緊急情況時 司乘人員拿取消防設備方便 3滿足其下放置電纜 給水管等的空間尺寸要求 4總體設計4 4隧道橫斷面設計 4 4 3隧道內輪廓設計 除應符合隧道建筑限界的規定外 還應滿足洞內路面 排水設施 裝飾的需要 并為通風 照明 消防 監控 營運管理等設施提供安裝空間 同時考慮圍巖變形 施工方法影響的預留富裕量 使確定的斷面形式及尺寸 達到安全 經濟 合理 隧道斷面宜采用附錄B所示的內輪廓形狀 公路等級和設計速度相同的一條公路上的隧道斷面宜采用相同的內輪廓 4 4 4隧道內路側邊溝應結合檢修道 側向寬度 余寬等布置 其寬度應小于側向寬度 并布置于車道兩側 4總體設計4 4隧道橫斷面設計 4 4 5長 特長隧道應在行車方向的右側設置緊急停車帶 雙向行車隧道 其緊急停車帶應雙側交錯設置 緊急停車帶的寬度 包含右側向寬度應取3 5m 長度應取40m 其中有效長度不得小于30m 緊急停車帶的設置間距不宜大于750m 停車帶的路面橫坡 長隧道可取水平 特長隧道可取0 5 1 0 或水平 緊急停車帶建筑限界的構成如圖4 4 5 具體尺寸按4 4 1條和4 4 2條規定執行 不設檢修道 人行道的隧道 可不設緊急停車帶 但應按500m間距交錯設置行人避車洞 4總體設計4 4隧道橫斷面設計 附1隧道橫斷面幾何尺寸與通行能力之間的關系 5 1洞內外車輛運行速度的變化情況5 2洞內外道路同處二級服務水平時的通行能力比較5 3洞內外道路基本通行能力的比較 附1 1洞內外速度的變化情況 車輛從洞外基本路段上進入隧道內 平均車速降低10 20km h 小客車 附1 1道路理論通行能力與實際通行能力的關系 根據我國 公路通行能力手冊 高速公路的基本路段的通行能力是指在理想道路條件和交通條件下的通行能力 實際高速公路的道路 交通條件對通行能力構成影響的主要因素包括 車道寬度及側向凈距 車道數量 計算行車速度 交通組成和駕駛員總體特性 附1 2二級服務水平下比較 根據觀測路段的數據計算 依據通行能力手冊 基本路段上通行能力 1150 1 0 98 1 0 82 2 1848輛 h隧道內通行能力 900 1 0 95 1 0 82 2 1403輛 h二級服務水平下 隧道內的通行能力比洞外道路降低20 左右 附1 1結論1 洞內外通行能力的差別主要在于折減系數 尤其是側向余寬的影響較大 如果隧道內要達到和洞外相同或接近的通行能力 側向凈距需要達到2 0m以上 如果一條車道寬度大于或等于3 6m 行車道外側向寬度大于或等于1 8m 則可達到理論通行能力 寬度大于上述值的車道寬度和行車道外寬度并不會增加實際的通行能力 只可能使速度提高 PIARC 推薦 側向凈距1 8 2 0m 附1 3洞內外實際通行能力的比較 依據 通行能力手冊 和觀測路段資料 洞外路段上實際能達到的通行能力的計算 2200 1 0 98 1 0 82 2 3536輛 h洞內實際能達到的通行能力的計算 2200 1 0 95 1 0 82 2 3427輛 h結論2 洞外和洞內的實際通行能力值基本相同 可以不改變現有的隧道橫斷面尺寸 通行能力與橫斷面寬度結論匯總 保持二級服務水平 隧道側向余寬應達到1 8 2 0m隧道內外實際能達到的通行能力基本相同 從這個角度考慮 隧道內橫向面寬度保持不變 附2運行速度和行車安全與橫斷面尺寸的關系 1公路隧道內車輛駕駛一般特性2隧道內交通安全與橫斷面尺寸的關系3駕駛舒適性與橫斷面尺寸關系 附2 1公路隧道內車輛駕駛一般特性 隧道內行駛的駕駛特征1 車輛一般都會降低速度 降低的幅度基本上在10km 20km之間2 由于隧道內 墻效應 的影響 駕駛員會下意識地偏向隧道中線行駛 使相鄰車道無形中寬度被壓縮 干擾了正常行車秩序 增加了不安全因素 3 由于隧道內環境給駕駛員造成了一定的壓力 是得駕駛員注意力高度集中 格外遵守交通規則 駕駛隨意性較小 速度較低 在一定程度上也提高了車輛在隧道內行駛的安全性 附2 2隧道內交通安全與橫斷面尺寸的關系 國內關于這方面的研究不多 根據國外關于隧道安全方面的調查研究 隧道內的交通安全比洞外公路要好一些 有跡象表明 隧道橫斷面尺寸與意外事故有關 視距不足再加上速度過快是隧道事故發生的主要原因 附2 3車輛運行速度及行駛舒適性與橫斷面尺寸關系 1車輛穿越隧道的速度特性2隧道內車輛橫向偏移與橫斷面尺寸關系 附2 3 1車輛穿越隧道 速度變化三個階段 大貨車的三個階段 小客車的三個階段 附2 3 2隧道內車輛橫向偏移 10t解放車速度與橫向偏移關系 行車道 進入隧道后隨著速度的增加 車輛的橫向偏移量也有逐漸增加的趨勢 行車道小客車速度與偏移量 超車道 大貨車速度與偏移量 超車道 小客車速度與偏移量 行車道外側向凈距 無論大型車還是小型車在隧道內行駛時 車體中心線距離隧道墻的距離基本一致 即側向凈空基本為2 0m左右 超車道側向凈距 綜合考慮各方面影響因素后取值 4總體設計4 4隧道橫斷面設計 4總體設計4 5施工計劃 4 5 1隧道設計應制訂合理的施工計劃 施工計劃主要包括 總工期要求 施工方法的確定 合理工區的劃分 輔助通道的用途 施工便道 棄渣場 臨時設施 監控量測方案等 制訂施工計劃應遵循下列原則 1應考慮隧道長度 斷面 工期要求 地質條件和當地自然條件等 確定合理的施工方法和施工進度 2工區劃分應考慮隧道縱坡變化 水文與地質條件 渣場和便道修建條件以及土石方平衡等綜合因素 3應結合工程地質與水文地質超前預報 施工方法以及營運通風方式等 對輔助通道的設置目的 作用 必要性作出技術經濟論證 4必要時應根據隧道的建設規模 地質條件等 對主要施工機械設備 大型洞內臨時設備 洞外臨時設備的技術指標作出要求 5建筑材料5 1一般規定 5 1 1隧道工程常用的各類建筑材料 可選用下列強度等級 1混凝土 C50 C40 C30 C25 C20 C15 C10 2石材 MU100 MU80 MU60 MU50 MU40 3水泥砂漿 M25 M20 M15 M10 M7 5 M5 4噴射混凝土 C30 C25 C20 5混凝土砌塊 MU30 MU20 6鋼筋 HPB235 HRB335 HRB400 5建筑材料5 1一般規定 5建筑材料5 1一般規定 5 1 3建筑材料的選用 應符合下列規定 1應符合結構強度和耐久性的要求 同時滿足抗凍 抗滲和抗侵蝕的需要 2當有侵蝕性水經常作用時 所用混凝土和水泥砂漿均應采用具有抗侵蝕性能的特種水泥和骨料配制 其抗侵蝕性能的要求 視水的侵蝕特征確定 3最冷月平均氣溫低于 15 的地區及受凍害影響的隧道 混凝土強度等級應適當提高 5 1 4混凝土和砌體所用的材料除應符合國家有關標準規定外 尚應符合下列要求 1混凝土不應使用堿活性骨料 2鋼筋混凝土構件中 鋼筋的技術條件應符合現行國家標準 鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋 GB1499 與 鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋 GBl3013 的規定 3片石強度等級不應低于MU40 塊石強度等級不應低于MU60 混凝土砌塊不應低于MU20 有裂縫和易風化的石材不應采用 4片石混凝土內片石摻用量不得超過總體積的30 5建筑材料5 1一般規定 5 1 5噴錨支護采用的材料 除應符合5 1 1 5 1 3條的有關規定外 尚應符合下列要求 1噴射混凝土應優先采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥 也可采用礦渣硅酸鹽水泥 2粗骨料應采用堅硬耐久的碎石或卵石 不得使用堿活性骨料 噴射混凝土中的石子粒徑不宜大于16mm 噴射鋼纖維混凝土中的石子粒徑不宜大于10mm 骨料級配宜采用連續級配 細骨料應采用堅硬耐久的中砂或粗砂 細度模數宜大于2 5 砂的含水率宜控制在5 7 3錨桿的桿體直徑宜為20 32mm 桿體材料宜采用HRB335 HRB400鋼 墊鈑材料宜采用HPB235鋼 4錨桿用的各種水泥砂漿強度不應低于M20 5鋼筋網材料可采用HPB235 直徑宜為6 12mm 5建筑材料5 1一般規定 5 1 6混凝土和噴射混凝土中摻加的各種外加劑 其性能應滿足下列要求 1對混凝土的強度及其與圍巖的粘結力基本無影響 對混凝土和鋼材無腐蝕作用 2對混凝土的凝結時間影響不大 除速凝劑和緩凝劑外 3不易吸濕 易于保存 不污染環境 對人體無害 5 1 7噴射鋼纖維混凝土中的鋼纖維宜采用普通碳素鋼制成 并滿足下列要求 1宜用等效直徑為0 3 0 5mm的方形或圓形斷面 2長度宜為20 25mm 長度直徑比宜為40 60 3抗拉強度不得小于380MPa 并不得有油漬和明顯的銹蝕 5建筑材料5 1一般規定 5 1 8初期支護的鋼架宜用鋼筋 H形 工字鋼或U形型鋼制成 也可用鋼管或鋼軌制成 各種型鋼的特性參數見附錄C 5 1 9隧道內路面材料應符合現行的 公路瀝青路面設計規范 和 公路水泥混凝土路面設計規范 JTGD40 的有關規定 5 1 10隧道內防水材料應符合現行國家標準 地下工程防水技術規范 GB50108 的規定 隧道內常用的防水材料可選用防水混凝土 防水卷材 中埋式止水帶 條 背貼式止水帶或止水漿液 5建筑材料5 2材料性能 5建筑材料5 2材料性能 5建筑材料5 2材料性能 5建筑材料5 2材料性能 5建筑材料5 2材料性能 5建筑材料5 2材料性能 5建筑材料5 2材料性能 6荷載6 1一般規定 6 1 2荷載應根據隧道所處的地形 地質條件 埋置深度 結構特征和工作條件 施工方法 相鄰隧道間距等因素確定 施工中如發現與實際不符 應及時修正 對于地質復雜的隧道 必要時應通過實地量測確定 6 1 3在隧道結構上可能同時出現的荷載 應按承載能力和滿足正常使用要求的檢驗分別進行組合 并按最不利組合進行設計 6 1 4明洞荷載組合時應符合下列規定 1計算明洞頂回填土壓力 當有落石危害須檢算沖擊力時 可只計洞頂實際填土重力和落石沖擊力的影響 不計塌方堆積土石重力 2當明洞上方與公路立交時 應考慮公路車輛荷載 公路車輛荷載計算應按 公路工程技術標準 JTGB01 的有關規定執行 3當明洞上方與鐵路立交時 應考慮列車活載 列車活載應按鐵路標準活載的有關規定計算 6 1 5本規范所列之外的特殊荷載 在荷載計算與組合時應作特殊處理 6荷載6 1一般規定 6荷載6 2永久荷載 6荷載6 2永久荷載 6荷載6 2永久荷載 6 3 1明洞上公路車輛荷載及其所產生的沖擊力 土壓力應按照現行 公路橋涵設計通用規范 JTJ021 的有關規定計算 6 3 2明洞上立交鐵路列車活載及其所產生的沖擊力 土壓力應按照現行 鐵路橋涵設計基本規范 TB10002 1 的有關規定計算 6 3 3變形受約束的結構 應考慮溫度變化和混凝土收縮徐變對結構的影響6 3 4最冷月平均氣溫低于 15 地區的隧道應考慮凍脹力 凍脹力可根據當地的自然條件 圍巖冬季含水量及排水條件等通過研究確定 6 3 5施工荷載應根據施工階段 施工方法和施工條件確定 6荷載6 3可變荷載 6 4 1當有落石危害需檢算沖擊力時 可通過現場調查或有關計算驗證 6 4 2地震荷載應按現行 公路工程抗震設計規范 JTJ004 的規定計算確定 6荷載6 4偶然荷載 7 1 1洞口位置應根據地形 地質條件 同時結合環境保護 洞外有關工程及施工條件 營運要求 通過經濟 技術比較確定 7 1 2隧道應遵循 早進洞 晚出洞 的原則 不得大挖大刷 確保邊坡及仰坡的穩定 7 1 3洞口邊坡 仰坡頂面及其周圍 應根據情況設置排水溝及截水溝 并和路基排水系統綜合考慮布置 7 1 4洞門設計應與自然環境相協調 7洞口及洞門7 1一般規定 7洞口及洞門7 2洞口工程 7 2 2洞口工程的設計 應遵循下列規定 1洞口邊坡 仰坡應根據實際情況采取加固防護措施 有條件時應優先采用綠化護坡 2當洞口處有坍方 落石 泥石流等時 應采取清刷 延伸洞口 設置明洞或支擋構造物等措施 7洞口及洞門7 2洞口工程 7 3 1隧道應修建洞門 洞門型式的設計應保證營運安全 并與環境協調 設在城鎮 旅游區附近及高速公路 一級公路的隧道 尤應注意與環境相協調 有條件時 洞門周圍應植樹綠化 7 3 2洞門宜與隧道軸線正交 7 3 3洞門構造及基礎設置 應遵循下列規定 1洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離不宜小于1 5m 洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不小于1 0m 洞門墻頂高出仰坡腳不小于0 5m 2洞門墻應根據實際需要設置伸縮縫 沉降縫和泄水孔 洞門墻的厚度可按計算或結合其他工程類比確定 3洞門墻基礎必須置于穩固地基上 應視地形及地質條件 埋置足夠的深度 保證洞門的穩定 基底埋入土質地基的深度不應小于1 0m 嵌入巖石地基的深度不應小于0 5m 基底標高應在最大凍結線以下不小于0 25m 地基為凍脹土層時 應進行防凍脹處理 基底埋置深度應大于墻邊各種溝 槽基底的埋置深度 4松軟地基上的基礎 可采取加固基礎措施 5洞門結構應滿足抗震要求 7洞口及洞門7 3洞門工程 8 1 1公路隧道應作襯砌 根據隧道圍巖地質條件 施工條件和使用要求可分別采用噴錨襯砌 整體式襯砌 復合式襯砌 高速公路 一級公路 二級公路的隧道應采用復合式襯砌 三級及三級以下公路隧道 在I II III級圍巖條件下 除洞口段外可采用噴錨襯砌 隧道洞口段應采用復合式襯砌或整體式襯砌 8 1 2隧道襯砌設計應綜合考慮地質條件 斷面形狀 支護結構 施工條件等 并應充分利用圍巖的自承能力 襯砌應有足夠的強度和穩定性 保證隧道長期安全使用 8 1 3襯砌結構類型和尺寸 應根據使用要求 圍巖級別 工程地質和水文地質條件 隧道埋置深度 結構受力特點 并結合工程施工條件 環境條件 通過工程類比和結構計算綜合分析確定 在施工階段 還應根據現場監控量測調整支護參數 必要時可通過試驗分析確定 8襯砌結構設計8 1一般規定 8 1 4襯砌設計應符合下列規定 1襯砌斷面宜采用曲邊墻拱形斷面 2隧道圍巖較差地段應設仰拱 仰拱曲率半徑應根據隧道斷面形狀 地質條件 地下水 隧道寬度等條件確定 路面與仰拱之間可采用混凝土或片石混凝土填充 當隧道邊墻底以下為整體性較好的堅硬巖石時 可不設仰拱 3隧道洞口段應設加強襯砌 加強襯砌段的長度應根據地形 地質和環境條件確定 一般情況下兩車道隧道應不小于10m 三車道隧道應不小于15m 4圍巖較差地段的襯砌應向圍巖較好地段延伸5m 10m 5偏壓襯砌段應向一般襯砌段延伸 延伸長度應根據偏壓情況確定 一般不小于10m 6凈寬大于3 0m的橫通道與主洞的交叉段均應設加強段襯砌 加強段襯砌應向各交叉洞延伸 主洞延伸長度不小于5 0m 橫通道延伸長度不小于3 0m 8襯砌結構設計8 1一般規定 8 2 1噴射混凝土厚度不應小于50mm 不宜大于300mm 8 2 2鋼筋網噴射混凝土設計應符合下列規定 1鋼筋網網格應按矩形布置 鋼筋間距宜為150mm 300mm 2鋼筋網鋼筋的搭接長度應不小于30d d為鋼筋直徑 3鋼筋網噴射混凝土保護層厚度應不小于20mm 當采用雙層鋼筋網時 兩層鋼筋網之間的間隔距離應不小于60mm 4單層鋼筋網噴射混凝土厚度不得小于80mm 雙層鋼筋網噴射混凝土厚度不得小于150mm 5鋼筋網應配合錨桿一起使用 鋼筋網宜與錨桿綁扎連接或焊接 8 2 3鋼纖維噴射混凝土設計應符合下列規定 1鋼纖維摻量宜為干混合料質量的1 5 4 33 96kg m3 2鋼纖維噴射混凝土的設計強度等級不應低于C25 8襯砌結構設計8 2噴錨襯砌 8 2 4為提高噴射混凝土的抗裂性能 可采用合成纖維噴射混凝土 合成纖維噴射混凝土的設計強度等級不應低于C20 合成纖維噴射混凝土應根據試驗確定其摻量 當防水要求較高時 可采用強度等級大于C30的高性能噴混凝土 8 2 5錨桿支護設計應根據隧道圍巖條件 隧道斷面尺寸 作用部位 施工條件等合理選擇錨桿設計參數 錨桿種類如下 1全長粘結型錨桿有 普通水泥砂漿錨桿 早強水泥砂漿錨桿 樹脂錨桿 水泥卷錨桿 中空注漿錨桿和自鉆式注漿錨桿等 2端頭錨固型錨桿有 機械錨固錨桿 樹脂錨固錨桿 快硬水泥卷端頭錨桿等 3摩擦型錨桿有 縫管錨桿 楔管錨桿 水脹錨桿等 4預應力錨桿 8 2 6作永久支護的錨桿應為全長粘結型錨桿和預應力注漿錨桿 其它類型的錨桿不能作為永久支護 當需作永久支護時 錨孔內必須注滿砂漿或樹脂8 2 7自穩時間短的圍巖 宜采用全粘結樹脂錨桿或早強水泥砂漿錨桿 8襯砌結構設計8 2噴錨襯砌 8 2 8錨桿露頭應設托板 托板長 寬 厚宜不小于150mm 150mm 6mm 8 2 9在 級圍巖條件下 錨桿應按系統錨桿設計 并符合下列規定 1錨桿一般應沿隧道周邊徑向布置 當結構面或巖層層面明顯時 錨桿應與巖體主結構面或巖層層面成大角度布置 2錨桿應按矩形排列或梅花形排列 3錨桿間距不得大于1 5m 間距較小時 可采用長短錨桿交錯布置 4兩車道隧道系統錨桿長度一般不小于2 0m 三車道隧道系統錨桿長度一般不小于2 5m 8 2 10局部不穩定的巖塊宜設置局部錨桿 可采用全長粘結型錨桿 端頭錨固型錨桿 預應力錨桿 錨固端應置于穩定巖體內 錨桿參數應通過計算確定 8 2 11軟巖 收斂變形較大的圍巖地段 可采用預應力錨桿 預應力錨桿的預加力應不小于100KPa 預應力錨桿的錨固端必須錨固在穩定巖層內 8 2 12巖體破碎 成孔困難的圍巖 宜采用自進式錨桿 8襯砌結構設計8 2噴錨襯砌 8 2 13在圍巖條件較差地段 或地面沉降有嚴格限制時 應在初期支護內增設鋼架 常用的鋼架有 鋼筋格柵鋼架 工字鋼鋼架 U型鋼鋼架和H鋼鋼架 鋼架支護宜優先選用格柵鋼架支護 格柵鋼架主筋宜采用HRB335 HRB400鋼筋 輔筋宜采用HPB235鋼 型鋼鋼架支護宜采用工字鋼 U型鋼和H鋼鋼架 8 2 14在設置超前支護的地段 可設置鋼架作為超前錨桿 超前小導管 超前大管棚等的尾端支點 8 2 15鋼架支護的一般規定 1鋼架支護必須有足夠的剛度和強度 能夠承受隧道施工期間可能出現的荷載 2鋼架支護間距宜為0 5 1 5m 8襯砌結構設計8 2噴錨襯砌 3采用鋼架支護的地