隧道工程1隧道的產生和發展概況2隧道的分類及現狀3隧道工程的特點和一般設計原則4現代隧道建設的特點和趨勢第一章

緒論學習要求及重點難點內容及要求：隧道的由來和發展、分類、特點和設計原則,以及現代隧道建設發展現狀。通過本章的學習,了解隧道的產生和發展概況;熟悉隧道的分類和現狀;掌握隧道工程的特點和一般設計原則以及現代隧道發展的趨勢。重點：隧道的分類、隧道工程的特點和隧道工程的一般設計原則。難點：充分認識隧道這一隱蔽工程結構與一般地面工程結構的差異。隧道的產生和發展概況1.11.1.1歷史演進方面（1）隧道的定義以任何方式修建，最終使用于地表以下的條形建筑物，其內部空洞凈空斷面在2㎡以上稱均為隧道。陜西秦嶺終南山公路隧道：18.02千米山西太古高速公路西山特長隧道：13.6千米歷史演進方面人類出現到紀元前3000年隧道用于抵御自然威脅用獸骨、石器等工具開挖紀元前3000年到4世紀隧道用于生活及軍事抵御形成了現代隧道開挖技術的基礎(明挖法等)近古時期中世紀4世紀到16世紀隧道開挖技術已有顯著進步，開始采用礦山法掘進原始時期

17世紀直到現在隧道理論初步形成，隧道開挖技術有顯著進步近代和現代1.1.1歷史演進方面原始時代的隧道遠古時代北京直立人的洞穴便是隧道的雛形。人類或棲居于天然的洞穴,或利用獸骨、石器等工具在自身穩定的地層中開挖洞穴,防御自然威脅,以及食肉動物和部落戰爭的侵襲原始時代的洞穴1.1.1歷史演進方面近古時代的隧道這一時代修建的隧道主要包括兩類類似隧道的地下工程：體現于統治者“靈魂永在”的地下墓道和墓室。出于生活和軍事防御目的的早期隧道結構物。石門隧道胡夫金字塔秦始皇陵新疆坎兒井1.1.1歷史演進方面中世紀時代的隧道這一時期修建的隧道主要以疆域開拓和資源開發為主要特征：體現為資源開發的礦山巷道這一類隧道工程。體現為軍事作用的地下防護工程。湖北大冶銅綠山銅礦江西上饒包家金礦曹操運兵通道1.1.1歷史演進方面近代和現代隧道(1)動力機械和火藥的發明，促進了隧道開挖掘進技術發展。(2)除采礦外，隧道還用于灌溉、運河、公路和鐵路等工程以及因城市發展而修建的地鐵、輸水工程等迄今世界上最長的海底沉管隧道：港珠澳大橋沉管隧道（5.66km）第一座用于現代交通的水底隧道：1807年倫敦泰晤士河下公路隧道目前世界最長的公路隧道：拉達爾隧道長（24.5km）世界海拔第二高的隧道：大坂山隧道（海拔3792米）1.1.2施工方法（1）原始開挖方法對于硬巖地層的開挖,古代一直使用前述所說的“火焚法”和鐵錘、鋼釬等工具進行開挖,即先錘擊巖石,然后根據熱脹冷縮的原理,用木材燒熱巖石,隨后再用冷水澆淋,造成巖石碎裂。通過火焚法開挖的漢中棧道通過鐵錘鋼釬開挖的杜家灣隧道1.1.2施工方法（2）爆破技術爆破技術也在不斷發展，從早期的導火索雷管引爆，到點雷管毫秒引爆和導爆管非電雷管起爆，到現在的光面爆破，預裂爆破等。點雷管毫秒引爆導火索引爆光面引爆預裂爆破1.1.2施工方法（3）盾構機法曾用于軟土地層開挖的盾構機，現已能廣泛用于各種復雜的軟土地層的掘進。首臺國產復合盾構：中國中鐵1號國內第一次批量生產的盾構：先行2號國內首臺的大直徑泥水盾構：進越號國內自主設計最大直徑泥水平衡盾構：春風號1.1.3有關地層穩定分析理論和隧道設計方法（1）地層穩定分析理論地層壓力理論：把地層視為松散構造的散粒體理論或者把地層視為連續彈性體的彈塑性理論。自然平衡拱理論：將圍巖視為具有一定黏結力的松散體,洞室開挖后能夠在其頂部形成穩定的壓力拱,作用在支護上的壓力僅為壓力拱與支護之間松散巖體的質量。松散介質平衡理論：巖體為有一定黏結力的松散介質,當隧道或坑道開挖后,圍巖下沉時由于側壓力的作用,在土層破裂面拱頂上方的垂直面上對下沉圍巖產生摩阻力。1.1.3有關地層穩定分析理論和隧道設計方法（2）隧道設計方法礦山法：在地層中開挖坑道必然要引起圍巖坍塌掉落,開挖的斷面越大,坍塌的范圍也越大,因此開挖過程中需要及時跟進并滿堂的大剛度支護。新奧法：在巖體或土體中設置的使地下空間的周圍巖體形成一個中空筒狀支承環結構為目的的設計施工方法。保護傘法：預先改良、加強工作面前方的地層,把工作面的穩定性提高到與敞開式盾構法施工時的同等程度。中國特色隧道修建方法：主要依靠圍巖,充分利用圍巖自承能力,并在圍巖穩定性評價及分級、圍巖變形控制設計的基礎上，形成了以主動控制圍巖變形為主的中國特色隧道修建方法。隧道的分類及現狀1.21.2.1隧道分類從不同角度區分，有不同的隧道分類方法，一般認為按隧道的用途分類比較明確：交通隧道：提供交通運輸和人行的通道，以滿足交通線路暢通的要求。水工隧道：水利工程和水力發電樞紐的一個重要組成部分。市政隧道：城市中為安置各種不同市政設施的地下孔道。礦山隧道：礦山中為開采和運輸礦石而修建的隧道。（1）交通隧道：公路隧道專供汽車運輸行駛的通道。隧道的修建在改善公路技術狀態、縮短運行距離、提高運輸能力、減少事故等方面起到重要的作用。1.2.1隧道分類（1）交通隧道：鐵路隧道專供火車運輸行駛的通道。開挖隧道穿越山嶺是一種合理的選擇，其作用可以使線路縮短，減小坡度，改善運營條件，提高牽引能力。1.2.1隧道分類（1）交通隧道：水下隧道修建于江、河、湖、海、洋下的隧道，供汽車和火車運輸行駛的通道。不受氣候影響，不影響通航，引道占地少，戰時不暴露交通設施目標。1.2.1隧道分類（1）交通隧道：地鐵隧道修建于城市地層中，為解決城市交通問題的軌道運輸通道。其快速、安全、大運量、更準時等特點，是目前全球大力倡導的重要公共交通形式。1.2.1隧道分類（1）交通隧道：航運隧道航運隧道是專供輪船運輸行駛而修建的通道。當運河跨越分水嶺時,為克服高程需要修建運河隧道,其優點是能縮短航程,減少運營費用,河道順直,使航運條件大大改善。1.2.1隧道分類（1）交通隧道：人行隧道專供行人通過的通道。修建于城市鬧區穿越街道或跨越鐵路、高速公路等行人眾多，往來交錯，車輛密集，偶有不慎便會發生交通事故的場合。1.2.1隧道分類（2）水工隧道：引水隧道將水引入水電站的發電機組或水資源的調動而修建的孔道。引水隧道作為引水的建筑工程，有過水承壓的工程特性。1.2.1隧道分類（2）水工隧道：尾水隧道將水電站發電機組排出的廢水送出去而修建的隧道。1.2.1隧道分類（2）水工隧道：導流隧道或泄洪隧道為水利工程中疏導水流并補充溢洪道流量超限后的泄洪而修建的隧道。1.2.1隧道分類（2）水工隧道：排沙隧道用于沖刷水庫中淤積的泥沙而修建的隧道,其作用是利用排沙隧道把泥沙裹帶送出水庫,同時也用來檢查或修理時,放空水庫里的水。1.2.1隧道分類（3）市政隧道：給水隧道為城市自來水管網系統鋪設修建的隧道。1.2.1隧道分類（3）市政隧道：污水隧道為城市污水排送系統修建的隧道。隧道的形狀多采用卵形，也可能是在孔道中安放排污管，由管道排污。1.2.1隧道分類（3）市政隧道：管路隧道為城市能源供給(煤氣、暖氣、熱水等)系統修建的隧道。城市中的管路隧道是把輸送能源的管路放置在修建的地下孔道中,需進行防漏及保溫措施處理。1.2.1隧道分類（3）市政隧道：線路隧道為電力和通信系統修建的隧道。在城市中,線路隧道的作用是保證電力電纜和通信電纜不被人為活動損傷或破壞,避免懸掛在高空影響市容景觀。1.2.1隧道分類（3）市政隧道：人防隧道為戰時防空目的而修建的防空避難隧道。1.2.1隧道分類（4）礦山隧道：運輸巷道為開采和運輸礦石而修建的隧道,其作用主要是為采礦服務。1.2.1隧道分類（4）礦山隧道：給水隧道為送入清潔水供采掘機械使用的隧道，并將廢水及積水通過泵抽排出洞外。1.2.1隧道分類（4）礦山隧道：通風隧道為把有害氣體排除出去、補充新鮮空氣而修建的巷道。1.2.1隧道分類1.2.2隧道工程發展現狀“十四五”末期(2020年),中國公路隧道21316處、2199.93萬延米,比“十一五”末增加13932處、1687.67萬延米。其中特長隧道1394處、623.55萬延米,長隧道5541處、963.32萬延米。截至“十四五”末期,中國投入運營的鐵路隧道共計16798座,總長約1963萬延米。其中,高速鐵路隧道共計3631座,總長約600.3萬延米。1.2.2隧道工程發展現狀目前,世界最長的鐵路隧道是2016年開通的瑞士中部阿爾卑斯地區新圣哥達基線鐵路隧道,全長57km。1.2.2隧道工程發展現狀在隧道修建長度方面,我國已經成功修建了9座20km以上的交通隧道。新關角隧道西秦嶺隧道太行山隧道中天山隧道烏鞘嶺隧道呂梁山隧道燕山隧道青云山隧道南呂梁山隧道隧道工程的特點和一般設計原則1.31.3.1隧道工程的特點（1）提高路線標準，縮短行車里程，提高交通效率終南山盤山公路群二郎山隧道二郎山隧道全長4176米，不僅縮短了線路里程25公里，更避開了原來翻越二郎山時經常遇到的雨、霧、冰、雪、凍、滑坡、坍塌及泥石流地段，結束了該路段延續幾十年的單向管制通車，保證了全天候通車。1.3.1隧道工程的特點（2）護生態環境,減少對植被的破壞,實現節能減排以前：植被破壞，水土流失現在：生態環保，節能減排1.3.1隧道工程的特點（3）開發地下空間,節約表土資源,構建地下空間綜合體地下空間綜合體青島國際郵輪港地下空間1.3.1隧道工程的特點（4）增加隱蔽性、提高防護能力海底隧道斷面圖浙江建德203人防隧道1.3.1隧道工程的特點（5）有利于江河、海峽、海灣地區通航和全天候交通運輸瓊州海峽隧道路線圖汕頭海灣隧道1.3.1隧道工程的特點（6）充分發揮圍巖約束作用,抗震減災效果明顯實時監測隧道結構情況1.3.1隧道工程的特點（7）改善生態環境,促進經濟發展大連海底隧道廣州沙埔隧道1.3.2隧道一般設計原則（1）隧道設計應從全局出發,貫徹“以人為本”的交通服務宗旨,堅持安全至上的設計原則,樹立全壽命周期的設計理念。（2）隧道設計?應符合交通規劃、環境保護和自然景觀的要求,滿足公路或鐵路交通服務功能。（3）隧道設計應進行多方案的技術、經濟和環保比選。（4）隧道設計應?綜合比選各軸線方案的走向、平縱線形、洞口位置等因素后確定。（5）?隧道內外平、縱線形應協調,以滿足行車的安全、舒適要求。（6）合理確定斷面設置形式和適應于地層特性及環境要求的施工方法。（7）??隧道設計應貫穿于整個道路建設工作的全過程。（8）通風、防災等與交通量有關的設施,應按隧道的設計通行能力控制設計。（9）?結合現場監控量測實現信息化設計和動態設計。（10）??隧道設計應貫徹國家有關技術經濟政策,積極推廣新技術、新材料、新設備、新工藝,應在設計中提出保障施工作業人員安全和預防生產安全事故的措施建議。現代隧道建設的特點和趨勢1.4現代隧道建設的特點和趨勢根據上述理念,結合現代隧道建設和運營的具體工程實踐,其特點和趨勢具體可歸納為以下幾方面。（1）隧道越建越長，越建越高瑞士圣哥達基線隧道，主隧道長度超過57公里，隧道群總長151.8公里。青海風火山隧道，進口軌面海拔4905米，軌面標高海拔4905米，全部位于永久凍土層以內。現代隧道建設的特點和趨勢（2）曲線隧道越來越多新晉高速位于河南與山西兩省交界處，連接河南新鄉與山西晉城，盤旋穿過太行山脈內部，形成了28公里的螺旋隧道群。現代隧道建設的特點和趨勢（3）隧道跨度越來越大廣東龍頭山隧道國內最長大跨度公路隧道現代隧道建設的特點和趨勢（4）隧道建設的機械化及智能化和BIM技術的應用現代隧道建造的機械化和智能化體現現代隧道建設的特點和趨勢（5）以盾構/TBM制造及再制造技術使大斷面隧道機械化掘進成為現實國產首臺大直徑全斷面硬巖隧道掘進機現代隧道建設的特點和趨勢（6）?地下立交正在成為現實深圳海濱大道地下立交南京鼓樓地下立交現代隧道建設的特點和趨勢（7）?隧道功能多樣化車軌兩用隧道隧道洞口景觀現代隧道建設的特點和趨勢

近年來我國隧道工程建設和技術雖然取得了很大的成就，但是還存在許多問題有待進一步深入研究和解決。相信通過大家不懈努力、勇于實踐和不斷地探索，我國在世界上一定會從“隧道大國”變為“隧道強國”。本章小結介紹了隧道的由來和發展概況，對其定義、工程實踐、施工方法和理論計算的發展歷程進行了闡述。按功能作用對隧道進行了分類并細分了亞類。進一步闡明了作為隱蔽結構的隧道工程的特點和作為公路組成部分的一般設計原則。分析介紹了符合科技進步、社會經濟發展和可持續發展理念的現代隧道建設的特點。1隧道勘測資料的收集與調查2工程地質測繪及勘探3隧道的地質勘察4隧道的水文勘察第二章隧道工程勘測5隧道的巖溶勘察6案例分析學習要求及重點難點內容及要求：隧道勘測資料的收集與調查，隧道的工程地質測繪及勘探，隧道的地質勘察，隧道的水文勘察。通過本章的學習，應理解隧道勘測的目的、任務和要求；熟悉隧道勘察的內容、方法和勘察應提交的成果資料；掌握包括可行性研究勘察、初步勘察、詳細勘察和施工中的動態勘察等不同階段隧道勘察的基本內容和方法。重點：收集與研究既有資料、調查與測繪、地質勘察和水文勘察等不同勘察階段的目的、方法和作用，以及相互的關系和順序。難點：不同勘察階段的目的、手段、內容、深度以及應提交的勘察資料。隧道勘測資料的收集與調查2.12.1.1

概述隧道勘測的目的是在于查明隧道所處位置的地形地貌、工程地質、水文地質等條件,為規劃、設計、施工、運維提供所需的勘測資料,并對存在的工程問題、環境問題等進行分析評價,提出合理的規劃、設計方案和工程措施,從而使隧道工程經濟合理和安全可靠。進行隧道的規劃、設計、施工和運維管理,應預先獲得各種有關資料,因此需要進行相關資料的收集與調查,包括地形、地質、氣象、環境、施工條件以及與工程有關的法令等方面資料的收集與調查。這些資料的收集與調查工作做得越廣泛、深入細致、準確,所起的作用就越大。收集與調查時應首先明確目的、各階段的任務和順序。由于在規劃、設計、施工、運維等隧道工程生命周期的各階段,收集資料的目的、內容及深度不同,所以通常按收集已有文獻資料、初步調查和詳細調查的順序進行。2.1.2既有資料的收集地形地貌:區域地貌類型及主要特征地質情況:地層、地質構造、巖性、土質等區域水文情況：地下水的類型、分布、埋深等特殊地質：膨脹巖土、黃土不良地質：分布，發育與活動特點等植被及環境:如氣候、水文、植被、土壤等需要收集哪些資料？2.1.2既有資料的收集地震資料:歷史情況，地震烈度、地震破壞情況等氣象資料：如氣溫、降水、蒸發、溫度、積雪等其他資料：相關的法令、法規、方針和政策等內容類似工程經驗:區內已有公路、鐵路等其它土建工程的工程地質問題及其防治措施等需要收集哪些資料？2.1.3工程地質調查工程地質調查主要是用直接觀察和訪問當地群眾的方法：（1）直接觀察直接觀察是工程地質調查最重要、最基本的方法。它主要利用自然跡象和露頭，進行由此及彼、由表及里的觀察分析工作，以達到認識路線隧道通過地帶工程地質條件的目的。（2）訪問當地群眾訪問當地群眾是工程地質調查常用的方法。通過對沿線居民進行調查訪問，可以了解有關問題的歷史情況及當地與自然災害作斗爭的經驗，這對于直接觀察往往是必不可少的補充。工程地質測繪及勘探2.22.2.1工程地質測繪工程地質測繪是指運用地質、地質工程理論對與工程建設有關的各種地質現象進行詳細的觀察和描述,以查明擬建工程區域內的工程地質條件的空間分布和各要素之間的聯系，并按照精度要求將它們反映在一定比例尺的地形設計圖上。與工程地質調查的不同的是：工程地質測繪的范圍往往比較大，并且要求把調查研究結果填繪在一定比例尺的地形圖上，以編制工程地質圖。工程地質測繪目的基本內容階段為進一步調查、勘探及試驗等專門研究提供條件（1）地形、地貌；（2）地層、巖性；（3）地質構造；（4）第四紀地質；（5）地表水及地下水；（6）特殊地質不良巖層；（7）地震；（8）工程經驗。(1)準備工作；(2)野外測繪；(3)內業整理。2.2.1工程地質測繪野外測繪方法

（a）標測方法（b）工程地質測繪的基本方法（c）隧道工程地質測繪的路線法，反應調查結果有航攝資料的方法

遙感技術是根據電磁波輻射（發射、吸收、反射）的理論，應用各種光學、電子探測器，對遠距離目標進行探測和識別綜合技術，可用于工程地質調查測繪。（a）立體鏡判釋（b）實地調查測繪（實地驗證）（c）繪制工程地質圖2.2.1工程地質測繪航攝資料2.2.2工程地質勘探在隧道工程勘察中，若需查明巖土的性質和分布，可從地下采取巖土樣供室內試驗測定巖土的物理力學性質，通常采用挖探、鉆探、地球物理勘探等勘探方法進行。1.挖探優點:直觀,取原狀樣缺點:一般3~4m,地下水以下危險2.2.2工程地質勘探挖探：

2～3米2.2.2工程地質勘探2.簡易鉆探（3~10米）優點:工具輕、體積小、操作方便，進度較快，勞動強度較小缺點:不能采取原狀土樣或不能取樣，在密實或堅硬的地層內不能使用2.2.2工程地質勘探鉆探的取芯2.2.2工程地質勘探3.鉆探（沖擊鉆、回旋鉆等）常用的辦法,可達100m以下劃分地層確定地下水取樣可以結合原位試驗回轉式鉆機回轉式鉆機泥漿槽沉淀槽2.2.2工程地質勘探鉆探2.2.2工程地質勘探深水鉆探鉆機可以懸掛9150m長的鉆桿延伸到海洋底部8235m深的地方。因為水深大不能錨定系留，必須使用DPS（DynamicPositioningSystem-動態定位系統）。JOIDESResolution2.2.2工程地質勘探鉆探的必要性2.2.2工程地質勘探鉆探的取芯現場取樣反映了巖體的細節特性2.2.2工程地質勘探

國家科技部“九五”曾提出8字方針：“上天、入地、下海、登極

”都與鉆探工程有關。2.2.2工程地質勘探4.地球物理勘探（物探）優點:效率高、成本低、儀器和工具比較輕便缺點:間接判斷,范圍較大基本原理：

利用巖土體材料的導電性和導磁性，根據接收信號判斷地層缺陷及力學性質方法：重力場，磁電場，聲，彈性波，放射性勘探，地震勘探（規范，剪切波速）2.2.2工程地質勘探電法勘探－隧道常用電磁法勘探（地質雷達）－隧道常用地震勘探－隧道常用聲波探測重力勘探磁力勘探放射性勘探物探根據巖土物理性質不同的分類：2.2.2工程地質勘探

利用高頻電磁脈沖波的反射探測地層結構和地下埋葬物體的電磁裝置。SIR-300型地質雷達

電磁法勘探

通過發射天線向地下輻射寬帶的脈沖波，在地下傳播遇到不同介質介電參數和導電率存在差異時在界面上發生反射。2.2.2工程地質勘探

物探的現場物探的曲線隧道的地質勘察2.32.3.1可行性勘察隧道勘察階段的劃分與公路設計階段相適應，一般分為：可行性勘察；初步勘察；詳細勘察。可行性研究勘察預可行性研究工程可行性研究橋隧可行性研究現狀側重于是收集與研究已有的文獻資料在分析已有資料的基礎上，通過踏勘，實地調查，大致查明地質情況人民盼望已久，居于形式偏多2.3.2初步勘察初步勘察：初步勘察目的基本內容步驟選定隧道位置查明控制隧道方案的工程地質問題(1)收集資料；(2)工程地質選定隧道線位；(3)初步勘察，資料整理主要手段以調查與測繪為主，配合物探2.3.3詳細勘察詳細勘察：詳細勘察目的任務步驟根據批準的初步設計，對選定隧道位置詳勘，為施工圖設計服務對主要的重大工程地質問題作出可靠結論(1)前期的準備工作；(2)沿線地質勘察；(3)試驗；(4)資料整理；(5)編寫詳勘報告主要手段坑探，鉆探，物探2.2.2工程地質勘探槽探挖探2.2.2工程地質勘探地質斷面圖地質鉆孔圖2.3.4施工勘察施工勘察：施工勘察目的任務勘察場合降低在復雜場地或地形困難場地的施工風險補充初勘或詳勘階段難以布置充分的勘察工作量(1)復雜場地（巖溶、破碎帶、巖性縱橫向差異大、高地應力等地區）；(2)地形困難場地（陡坡、魚塘等）；(3)施工中發現新的地質問題；(4)隧道偏離初步設計位置或地質條件需進一步查明主要手段洞內超前地質預報，地質調繪，大地音頻電磁測深等隧道的水文勘察2.42.4.隧道的水文勘察惡化圍巖穩定狀態導致施工困難增大工程造價造成工業用水和飲用水困難隧道內涌水地表枯水

必須進行調查預測2.4.1地下水涌水調查涌水調查內容方法調查地下水的類型及其與地表水的相互補給關；調查地下水的流量、流向及水質等(1)資料搜集；(2)工程量測；(3)水文地質工程地質綜合測繪；(4)工程物探；(5)水文地質鉆探試驗(1)抽（注）水試驗；(2)連通試驗；(3)壓水試驗；(4)滲水試驗；(5)溪溝及泉點測流；(6)水質分析2.4.2枯水調查枯水調查目的內容明確由于修建隧道工程而使地下水及供水受到影響，造成工業用水及居民飲水困難等地下水的利用狀況、地下水季節性變化以及雨后變化、植被情況等方法與隧道涌水有關聯的物探調查隧道的巖溶勘察2.52.5隧道的巖溶勘察巖溶是一種形態奇特、分布復雜的自然現象，在我國是一種普遍的不良地質作用。巖溶宏觀上雖發育規律，但在具體場地，其分布和形態則是無常的，在一定條件下可能發生地質災害，嚴重威脅工程安全。巖溶勘察宜采用工程地質測繪和調查、物探、鉆探等多種手段結合的方法進行和相互印證，并應符合下列要求：(1)可行性研究勘察應查明巖溶洞隙、土洞的發育條件，并對其危害程度和發展趨勢作出判斷，對圍巖的穩定性和隧道線路適宜性作出初步評價。(2)初步勘察應查明巖溶洞隙及其伴生巖溶水的分布、發育程度和發育規律，并按場地的穩定性和適宜性進行分區。(3)詳細勘察應查明擬建工程范圍及有影響地段的各種巖溶洞隙和土洞的位置、規模、埋深，巖溶堆填物性狀和地下水特征，對設計和巖溶的治理提出建議。(4)施工勘察應針對某一地段或尚待查明的專門問題進行補充勘察。本章小結案例分析2.62.6案例分析明月山隧道隧址區明月峽背斜巖溶調查工程背景墊江至鄰水高速公路明月山隧道長2100米，穿越明月背斜。為查明隧址區地表及淺部、深部及其過渡帶巖溶及巖溶水的發育形態、相互關系及規律、發育高程、規模及范圍。分析并評價隧道洞身段的碳酸鹽巖段巖溶水文地質條件對隧道方案比較與設計的影響，并提出對下一步工作布設的建議意見，而進行明月山隧道隧址區明月峽背斜巖溶調查。調查要求實踐證明，對巖溶及巖溶地下水的勘察，不能只針對隧道工程布設段的局部區域，而必須從巖溶發育的區域地質、水文地質條件上著手，方能對巖溶及巖溶地下水作出較為科學的評價。針對明月山隧道穿越明月峽背斜巖溶區的實際條件，從明月山背斜巖溶發育的宏觀整體入手，由遠而近、由面到點，逐步深入地分析隧道巖溶及巖溶地下水。隧道區巖溶槽谷及溶丘地貌景觀2.6.1地表巖溶調查明月山隧道隧址區明月峽背斜巖溶調查明月山背斜兩側為砂泥巖所挾持，碳酸鹽巖沿背斜軸部出露（寬度一般0.5－3km，如圖2-1），巖溶形態沿縱向發育為主，地下水總體流向亦與構造線大體一致。地貌上形成隆脊槽谷型侵蝕巖溶地形(高位槽丘及槽洼)，沿背斜軸部出露的三疊系中統雷口坡組（T2L）底部及三疊系下統嘉陵江組（T1j）灰巖巖溶十分發育。2.6.1地表巖溶調查明月山隧道隧址區明月峽背斜巖溶調查在沿背斜軸部約10km范圍內，串珠狀洼地、漏斗、落水洞、豎井、暗河、溶洞、大泉等十分發育。圖2-2中146＃泉150.38L/s；140＃地下河短促，發育于背斜軸部附近，流量達6.65L/s；大壩鄉大灣洼地約1km2，分布數個流量0.2－1L/s不等的上升泉水；背斜S翼老隆洞自北而南延綿約9km。位于大壩鄉附近的石橋埡石龍泉，實為老隆洞之天窗，水位埋深23m，下寬各7m、3m的地下河通道，水深3m，流向SW，流量14L/s，雨后增至91.8L/s，水位變幅達10m以上。本單元淺部巖溶水的排泄主要受背斜NW翼的大洪河支流溝谷控制，侵蝕基準面高程500m-530m，如圖2.12所示。照片2-2明月峽背斜南部大壩——義和場開啟型巖溶形態（切割高程530m）2.6.1地表巖溶調查明月山隧道隧址區明月峽背斜巖溶調查明月山背斜北段鹽井河（圖2-3）縱貫于槽谷之中，兩側洼地、漏斗、落號水洞、溶洞、大泉、暗河等種類巖溶形態十分發育。鹽井河沿背斜軸部切割了T2L底部及T1j灰巖，谷嶺高差80－150m，枯季流量達348.6L/s。沿途得到巖溶水補給，河谷兩側山間平臺多為補給區。本單元淺部巖溶水的排泄主要受鹽井河控制，侵蝕基準面高程460m-480m。照片2-3明月峽背斜北部巖溶縱向槽谷——鹽井河（切割高程470m）2.6.1地表巖溶調查明月山隧道隧址區明月峽背斜巖溶調查北端明月江橫切背斜軸部，高程為400m左右，為明月峽背斜巖溶水的最低侵蝕基準面，均有深循環巖溶溫熱水出露或被深井所揭露，在谷坡于T2L、T1j灰巖段發育層狀水平溶洞，洞口高懸于江岸兩邊，反映了巖溶發育成層性的特征。照片2-4明月峽背斜北部傾末端明月江畔溫承壓自流井（切割高程403m）照片2-5明月峽背斜南端御臨河岸溶洞（切割高程155m）2.6.2埋藏型巖溶及巖溶水分析明月山隧道隧址區明月峽背斜巖溶調查歷史資料根據區域資料，川東存在早中生代古巖溶時期，主要體現為三疊紀晚期開始的沉積間斷，中三疊系碳酸鹽之上覆蓋著上三疊－侏羅系碎屑巖。從晚三疊-侏羅系底部碎屑巖厚度分析反映出其是在不平坦古地形上的沉積，而三疊系古剝蝕面以上碳酸鹽殘留厚度大的地帶可能存在較大的溶蝕孔隙、洞隙空間，古剝蝕面及其下一定深度內存在被碎屑巖充填的洞穴。新生代以來隨著地殼的不斷抬升，區內碳酸鹽經歷了盆地期（標高500－700m），鹽井溝期以及第四紀以來的嘉陵江期。第四紀巖溶作用具有繼承性，隨著地殼間歇性上升作用，長江與嘉陵江基準面下降，地下水經溶隙、溶孔（溶洞）產生向下的深部徑流。在明月江兩岸等岸坡上均見到懸掛于河面以上的數層水平溶洞出口，清晰地反映了明月峽背斜各侵蝕期巖溶發育的成層性及巖溶地下水向深部運移的規律。2.6.2埋藏型巖溶及巖溶水分析明月山隧道隧址區明月峽背斜巖溶調查水動力條件變化預測圖2.6.2埋藏型巖溶及巖溶水分析明月山隧道隧址區明月峽背斜巖溶調查受巖層成層性及水動力條件控制，埋藏型巖溶往往在背斜傾沒端、構造鞍部隱伏于相對隔水的碎屑巖之下的地下水對建設工程具有特殊水文地質意義。明月峽背斜北東傾沒于明月江邊達縣葫蘆鎮，由原地質部第七普查大隊于1977.12－1978.2施工的鉆孔（圖2-4），井口高程403m，孔深402.42m，開孔層位為三迭系上統須家河組（T3xj），于T2L上部涌水量179.71m3/d，在T2L底部即達4694.11m3/d，全部為自流承壓水，二十余年噴涌不絕。本次調查流量雖有所減小，但充分說明T2L底部灰巖水量豐富，與其緊密接觸的T1j頂部巖溶及巖溶水可能極為發育。明月山背斜隧址區大壩--鹽井口軸線剖面2.6.3明月峽背斜巖溶發育的一般規律明月山隧道隧址區明月峽背斜巖溶調查通過前文對明月峽背斜巖溶及巖溶水的討論，其總的規律如下：（1）明月峽背斜兩側受碎屑巖挾持，巖溶邊界條件清楚，但沿背斜軸部出露的T2L底部及T1j巖溶發育強烈，宏觀上巖溶發育方向與構造線展布方向一致。（2）巖溶水以縱向徑流排泄為主，在受橫向河谷切割處出露。部分地段背斜巖溶槽谷由于橫向河谷的深入，而被分割成許多小水文地質單元，每條橫向溝谷起著排泄附近淺部垂直循環帶巖溶水的作用。對設計隧道具有控制意義的較低侵蝕基準面位置，其高程均高出設計隧道底面，故隧道施工將造成巖溶水地下水動力條件的改變。通過對上述討論，對明月峽背斜隧址區巖溶及巖溶水的評價具有指導性的意義。3.1概述3.2隧道路線和位置的選擇3.3隧道線形設計3.4隧道建筑限界與橫斷面設計第三章

隧道總體設計3.5隧道設置的方式和選擇3.6隧道工程各階段的環境保護3.7某快速公路通道隧道總體設計案例分析學習要求及重點難點內容及要求：隧道路線和位置的選擇、線形設計、建筑限界與橫斷面設計、隧道設置的方式以及隧道工程各階段的環境保護。通過本章的學習，了解隧道總體設計的目的、原則和新方法：掌握隧道平面線形設計、縱斷面設計、隧道位置選擇以及環境保護的基本內容和方法。重點：掌握隧道平面線形設計、縱斷面設計、隧道位置選擇以及地質對隧道位置的影響。難點：在滿足規范設計要求的前提下,結合實際的地形、地貌、地質等不同條件進行隧道總體和動態化、信息化設計。概述3.13.1概述1)隧道總體設計應遵循的原則①隧道位置應滿足公路功能和發展的需要，符合路線總體要求。②在地形、地貌、地質、氣象、社會和人文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、洞外接線條件等，提出推薦方案。③根據公路等級和設計速度確定建筑限界，在滿足隧道功能和結構受力要求的前提下，確定經濟合理的隧道內輪廓。④隧道內外平縱線形應協調順暢，滿足行車安全和舒適要求。⑤根據隧道長度、平面布置、交通量及其組成、環境保護和安全運營要求等，選擇合理的通風方式，確定通風、照明、交通監控、防災救援等設施的設置規模。⑥應結合公路等級、隧道長度、施工方法、工期和運營要求，對隧道內外防排水系統、輔助通道、棄渣處理、交通工程設施、管理設施、環境保護等進行綜合設計。⑦應考慮隧道與相鄰既有建筑物和規劃建筑物的相互影響。⑧隧道總體設計應考慮節能降耗、方便維修和養護。3.1概述2)隧道總體設計新方法(1)隧道工程的動態設計與信息化施工動態設計和信息化施工是一個辯證的綜合體系，二者緊密結合、相輔相成，其流程為：預設計一施工檢驗一地質判別一監測信息一修正設計一施工檢驗。(2)基于BIM技術的隧道工程設計方法隧道BM模型是BM技術在隧道工程項目中的具體應用，通過兩者的結合，使得隧道工程從規劃階段開始就以數字化模型的概念進行呈現，實現隧道工程設計階段的可視化、協調設計、預模擬、優化設計和二維出圖，從根本上轉變傳統的粗放設計模式，實現隧道工程設計的精細化。隧道路線和位置的選擇3.2路線選擇3.2.1越嶺隧道11）

越嶺隧道1）

越嶺隧道1）

越嶺隧道

當線路必須跨越分水嶺時，分水嶺的山脊線上總會有高程較低處，稱之為埡口。

常常有若干個埡口可以通過。通過上述因素的分析比較，選定最為理想的埡口。埡口是選定越嶺隧道線路方案的控制點。什么叫做埡口？1）

越嶺隧道1）

越嶺隧道1）

越嶺隧道1）

越嶺隧道1）

越嶺隧道1）

越嶺隧道1）

越嶺隧道1）

越嶺隧道1）

越嶺隧道1）

越嶺隧道1）

越嶺隧道沿河、傍山隧道22沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道2沿河、傍山隧道位置的選擇3.2.2一般的地質條件下

隧道位置的選擇11一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇1一般的地質條件下隧道位置的選擇特殊地質條件下隧道位置的選擇22特殊地質條件下隧道位置的選擇①第四紀堆積層通常松軟易坍，不適合施工，應避免。如果必須穿越，選擇最小影響地段，并采取合理的工程措施。②隧道應避開結構松散的冰磧層，必須通過時選擇緊密地段。③盡量避免穿越富煤區和高瓦斯地帶，如需穿越，使用隔層或大角度橫幏減少影響。④在黃土地區，避免地下水活動、陷穴、沖溝、地層不穩和滑坡等地段，選擇穩定的地方穿越。⑤在多年凍土地區，避免穿越地下冰和地下水區，如不可避免，需綜合治理。⑥水庫地區的隧道應避開受水庫充水和消水影響易滑塌的地帶，選擇穩固地層修筑，高程應考慮水位變化。⑦避免流砂地段，如無法避免，選擇最小影響地段，并采取工程處理獵施以確保施工和洞身安全。⑧在地震區，必須避開發震斷層帶，選擇有利于抗震的地段修筑隧道。隧道洞口位置的選擇33隧道洞口位置的選擇3隧道洞口位置的選擇3隧道洞口位置的選擇3隧道洞口位置的選擇3隧道洞口位置的選擇隧道線形設計3.3平面線形3.3.13.3.1平面線形3.3.1平面線形縱斷面線形3.3.23.3.2縱斷面線形3.3.2縱斷面線形3.3.2縱斷面線形3.3.2縱斷面線形3.3.2縱斷面線形3.3.2縱斷面線形3.3.2縱斷面線形隧道洞外連接線與隧道協調關系3.3.33.3.3隧道洞外連接線與隧道協調關系隧道洞口連接線應與隧道線形相協調，確保行車安全和舒適。技術指標包括：①隧道洞口內外的評面線形應在3秒設計速度行程長度范圍內保持一致。②內外洞口的縱面線形應在3秒設計速度行程長度范圍內一致，如果條件允許，可以考慮使用5秒設計速度行程。③當隧道建筑限界寬度大于所在公路的建筑限界寬度時，需要在兩端連接線上設置不少于50米長度的路基加寬段，與隧道同寬。如果隧道建筑限界寬度小于公路建筑限界寬度，則連接線的路基寬度按照公路標準設計，但要在隧道洞口處設置4秒設計速度行程的過渡段，以確保平穩過渡。④長或特長的雙洞隧道應在適當位置設置聯絡通道，以便車輛進行調頭。隧道建筑限界3.4.13.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界3.4.1建筑限界隧道橫斷面設計3.4.23.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.3襯砌內輪廓線及幾何尺寸擬定3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計3.4.2隧道橫斷面設計隧道設置的方式和選擇3.5隧道設置的方式3.5.13.5.1隧道設置的方式3.5.1隧道設置的方式高速公路、一級公路隧道的設置方式3.5.23.5.2高速公路、一級公路隧道的設置方式高速公路、一級公路的隧道一般應設計為標準間距的分離隧道,受地形或地質條件限制時,可設計為小凈距或連拱隧道。長大雙洞隧道凈距參考值3.5.2高速公路、一級公路隧道的設置方式不同斷面形式的小凈距隧道最大長度和凈距參考值不同斷面形式的連拱隧道的最大長度參考值隧道工程各階段的環境保護3.6勘察設計階段3.6.13.6.1高速公路、一級公路隧道的設置方式①綜合比選方案：在隧道勘察設計階段，應考慮節約土地資源、生態環境保護和可持續發展原則，同時綜合考慮工程建設的全壽命周期成本，以綜合比選隧道方案。②位置選擇和環境保護：隧道位置的選擇需要綜合考慮接線設計、洞內外排水系統、棄渣處理、施工和運營管理等因素，并提出必要的環境保護措施，以最小化對周邊環境的不利影響。③處理有害氣體：如果隧道穿越地層含有有害氣體，必須預測其對施工和運營的影響，并采取相應的防治措施，以確保工程的安全和環境的保護。④保護水資源和地表植被：修建隧道時，需要避開或保護儲水結構層和蓄水層，以維護地下水徑流和地表植被的完整性，減少水資源的破壞。⑤景觀和綠化設計：加強隧道洞口的景觀和綠化設計，遵循“早進晚出”的原則，盡量使洞門融入自然環境，實現光線均衡過渡，并提供防煙、防塵、凈化空氣等環保效果。⑥保護名勝古跡和自然保護區：在隧道選址時，需要查明隧址區內的名勝古跡、風景區、溫泉區、自然保護區等范圍，并盡量減小隧道開挖對這些環境的影響，征求當地相關部門的意見，提供保護環境的措施。⑦料場管理：加強隧道建設中的料場管理，將采石場遠離隧位布設，集中取料，并對料場四周進行適當的坡面處治，以防止水土流失，減少對周邊環境的破壞。施工階段3.6.23.6.2施工階段①保護不穩定坡體：在不穩定坡體中，隧道洞口施工應避免直接劈坡進洞，而采用先修接長明洞再修洞門的方式，然后在明洞內進行暗洞施工，以減少對山坡的破壞，采用小型爆破進洞的環保施工方式。②降低粉塵、噪聲和振動危害：采取切實可行的措施，降低隧道施工過程中產生的粉塵、噪聲和空氣振動對人體的危害，以保護工人和周邊居民的健康。③控制廢水和有害漿液排放：采取處治措施，避免隧道施工過程中排放的廢水和注漿加固圍巖所漏失的有害漿液直接排放到當地水體中，以防止水體污染。④降低施工噪聲：采取適當的措施，減少施工噪聲，以減少對周邊居民的干擾和影響。⑤低振動爆破方法：在隧道通過對振動有嚴格要求的結構物或地區時，應采取低振動的爆破方法，或者使用掘進機械施工，以減小振動對周邊環境和結構物的影響。⑥植被保護：隧道施工容易引起植被破壞，因此在施工組織設計中必須采取有效的措施來保護植被，以減少生態環境的影響。⑦輔助通道和棄渣場：特長、超長隧道需要設置豎井、斜井等輔助通道，并為豎井、斜井施工開辟專門的施工通道，同時設置專門的棄渣場，以有效管理施工過程中產生的廢渣物運營階段3.6.33.6.3運營階段①煙塵污染防治：在環境敏感地區，可以在隧道內設置靜電除塵裝置，以防止煙塵擴散到洞外。隧道內車輛行駛時產生的煙塵和灰塵需要控制，以減少對周邊植被和居民生活的影響。②尾氣污染防治：使用通風換氣方法稀釋隧道內有害氣體濃度，以確保司乘人員和行人的健康。隧道內機動車排放的CO、NOx、CO2、SO2、Pb等有害氣體需要得到有效控制。③噪聲污染防治：經常維護和整修道路路面，以保持路面平整，減少交通噪聲。限制車輛鳴笛，加強車輛交通管理。在噪聲超標的路段設置公路防噪聲屏障。使用靜音或消音技術降低隧道內噪聲。在隧道內壁裝修中使用吸音材料來減少噪聲。④污水污染防治：對于隧道的日常清洗污水和火災或泄漏事故后的消防清洗污水，需要進行處理后再排放到自然環境中。有效處置隧道廢渣，避免對土地、水體和生態系統造成污染。⑤隧道廢渣管理：優化路線設計，減少隧道廢渣的產生。合理選擇和設計棄渣場，避免侵占耕地和水體，以減少地表徑流和水土流失。棄渣場應具備排水設計，以防止雨水沖刷和水土流失。棄渣后的地表可以進行植被覆蓋或回填復耕等處理，以還原原有地形和地貌。某快速公路通道隧道總體設計案例分析3.73.7某快速公路通道隧道總體設計案例分析主洞建筑限界案例分析詳見《隧道工程》71-77頁思考題思考題1.簡述隧道總體設計應遵循的原則。2.簡述BM技術應用于隧道工程設計的優勢。3.請說明隧道位置在越嶺與河谷地段選擇的原則與區別。4.什么是建筑限界和內輪廓？5.隧道平面線形設計、縱斷面設計和隧道位置選擇需要考慮哪些主要因素？6.特殊地質條件下隧道位置的選擇的影響因素和主要原則是什么？7.簡述隧道縱坡的確定方法和原則。8.簡述隧道加寬的原因和方法原則。9.隧道設置的方式和主要控制指標是什么？本章小結學習如何選擇合適的隧道位置，進行隧道的幾何設計，包括平面設計、縱斷面設計和橫斷面設計，以及如何確定隧道的內部襯砌輪廓線和幾何尺寸。了解了道路隧道勘察設計文件的內容和組成。進一步闡述了關于隧道工程設計的重要知識，以及設計的指導原則和方法。1隧道圍巖分級2圍巖壓力的確定3影響圍巖穩定性的因素第四章隧道圍巖分級及圍巖壓力學習要求及重點難點內容及要求：了解隧道圍巖分級,圍巖壓力的確定,影響圍巖穩定性的因素。通過本章的學習,應了解隧道圍巖分級的指標和影響圍巖穩定性的因素,熟悉不同圍巖分級的方法,掌握圍巖壓力的概念及其計算方法,以及不同條件下松動圍巖壓力的確定方法重點：隧道圍巖分級指標及分級方法,影響圍巖穩定性的因素。難點：作用在支護結構上圍巖壓力的確定。概述圍巖：隧道開挖后其周圍產生應力重分布范圍內的巖體,或指隧道開挖后對其穩定性產生影響的那部分巖體。圍巖分級：根據長期的工程實踐,工程師們認識到各種圍巖的物理性質之間存在一定的內在聯系和規律,依照這些聯和規律,可將圍巖劃分為若干級,這就是圍巖分級。人們對于圍巖的認識是不斷深入的。土石方工程分類法（按開挖難易程度）巖石的堅固程度（如堅固系數f）RQD從圍巖穩定性出發來分類代替之前多年沿用的堅固性為基礎的分類隧道圍巖分級4.14.1.1隧道圍巖分級指標從國內外隧道圍巖分級工作的研究進程來看,以圍巖穩定性作為分級基礎是一個大趨勢,但分級指標的選擇已經開始從經驗判斷、定性描述向定量分析發展。現今圍巖分級大多以巖性指標為判別依據,主要考慮影響隧道圍巖穩定性的因素或其他組合因素。可以歸納為單一的巖性指標(單一指標反映單一因素)、單一的綜合巖性指標(單一指標反映綜合因素)、復合指標(多指標反映綜合因素)3大類。單一的巖性指標物理力學參數：巖石抗壓、抗拉強度；彈性模量；泊松比。工程指標：巖石抗鉆性；抗爆性。優點：試驗簡單、數據可靠。局限性：普適性不高，單一巖性指標只能表達巖體特征的一個方面。單一的綜合巖性指標

圍巖類別IIIIIIIVVVI彈性波速/(Km.s-1)＞5.34.5~5.33.5~4.52.5~3.51.0~2.5＜1.0（飽和土＜1.5）單一的綜合巖性指標（3）圍巖的自穩時間圍巖的自穩時間也被認為是綜合巖性指標。隧道開挖后,圍巖通常都有一段暫時穩定的時間,不同的地質環境中,自穩時間也不同。勞費(H.Lauffer)根據圍巖的自穩時間和未支護地段的長度,將圍巖分為7級:穩定的、易掉塊的、極易掉塊的、破碎的、很破碎的、有壓力的、有很大壓力的單一綜合巖性指標一般與地質勘察技術的水平有關,因此,其應用受到一定的限制復合指標

巖體質量特別好極好良好好中等不良壞極壞特別壞Q400~1000100~40040~10010~404~101~40.1~10.001~0.10.001~0.01復合指標

類別IIIIIIIVV巖體描述很好的巖石好的巖石較好的巖石較差的巖石很差的巖石RMR值81~10061~8041~6021~400~20復合指標

基本質量級別IIIIIIIVV巖體基本質量的定性標準堅硬巖，巖體完整堅硬巖，巖體較完整；較硬巖體，巖體完整堅硬巖，巖體較破碎；較軟巖，巖體完整堅硬巖，巖體破碎；較堅硬巖，巖體較破碎~破碎較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖體較破碎~破碎基本質量指標BQ＞550550~451450~351350~251≤2504.1.2隧道圍巖分級的方法在過去的200多年中,針對不同的工程類別和研究目的提出了數十種圍巖分級的方法和理論,并在工程應用中進行了不斷的改進和完善。總體而言,隧道圍巖分級發展過程大體有以下幾種分級方法:（1）以巖石強度為單一巖性指標的分級法巖石堅固系數f值分級法。優點：指標單一、使用方便。不足：不能全面地反映巖體固有的性態。（2）以巖體構造和巖性特征為代表的分級法太沙基分級法、鐵路隧道圍巖分級法。優點：考慮了地質構造特征、風化狀況、地下水情況。不足：分級指標還缺乏定量描述,沒有提供可靠的預測隧道圍巖級別的方法。（3）與地質勘察手段相聯系的分級法圍巖彈性波速度進行分級方法、巖芯復原率分級法。優點：分級指標大體上是半定量的,同時考慮了多種因素的影響。不足：分級的判斷還帶有一定的主觀性。4.1.2隧道圍巖分級的方法（4）多種因素的組合分級法巖體質量Q法、BQ法、國防工程圍巖分級法。這類方法是當前圍巖分級法的發展方向,優點很多,只是部分定量指標仍需憑經驗確定。（5）以工程對象為代表的分級法專門適用于噴錨支護的由原國家建委頒布的圍巖分級法(1979年),蘇聯在巴庫修建地下鐵道時所采用的圍巖分級法(1966年)等優點：目的明確,而且和支護尺寸直接掛鉤,使用方便,能指導施工。不足：分級指標以定性描述為主,帶有很大的人為因素。4.1.3我國公路隧道圍巖分級1）公路隧道圍巖分級的出發點①強調巖體的結構特征的完整性和穩定性,避免單一的巖石強度指標分級的方法。②分級指標應采用定性和定量指標相結合的方式。③明確工程目的和內容,并提出相應的措施。④分級應簡明,便于使用。⑤應考慮吸收其他圍巖分級的優點,并盡量和我國其他工程分級一致。4.1.3我國公路隧道圍巖分級2）分級需考慮的指標和因素（1）巖體的結構特性與完整性（2）巖石強度（3）圍巖基本質量指標BQ（4）地下水等影響因素4.1.3我國公路隧道圍巖分級圍巖級別圍巖巖體或土體主要定性特征圍巖基本質量指標BQ或巖體修正質量指標【BQ】I堅硬巖,巖體完整＞550II堅硬巖,巖體較完整;較堅硬巖,巖體完整550~451III較堅硬巖,巖體較完整;較軟巖,巖體完整,整體狀或巨厚層狀結構450~351IV堅硬巖,巖體破碎;較堅硬巖,巖體較破碎~破碎;較軟巖,巖體較完整~較破碎;軟巖,巖體完整~較完整350~251壓密或成巖作用的黏性土及砂性土;黃土(Q1,Q2);一般鈣質、鐵質膠結的碎石土、卵石土、大塊石土V較軟巖,巖體破碎;軟巖,巖體較破碎~破碎;全部極軟巖和全部極破碎巖≤250一般第四系的半干硬至硬塑的黏性土及稍濕至潮濕的碎石土、卵石土、圓礫、角礫土及黃土(Q3、Q4)。非黏性土呈松散結構,黏性土及黃土呈松軟結構VI軟塑狀黏性土潮濕、飽和粉細砂層、軟土等4.1.3我國公路隧道圍巖分級4）隧道施工圍巖分級4.1.3我國公路隧道圍巖分級在上述3項因素中,最困難的是圍巖完整性程度的評定,因此研究的重點是如何根據掌子面的地質數據評價圍巖的完整程度。4.1.4我國鐵路隧道圍巖分級2016年頒布實施的最新《鐵路隧道設計規范》(TB10003—2016)的圍巖分級方法是在1975年鐵路隧道圍巖穩定性分類法以及85年版、2001年版和2005年版規范基礎上提出的,并與《工程巖體分級標準》(GB/T50218—2014)接軌。該規范考慮了巖石的堅硬程度和巖體的完整性,結合了地下水和地應力狀態的修正因素進行圍巖分級,分為Ⅰ—Ⅵ級,圍巖穩定性由好到差,與公路隧道圍巖分級類似。為了提高和強化圍巖定量分級,鐵路建設者開展了大量的科學研究和測試試驗工作,通過對圍巖基本質量指標BQ和不同巖性圍巖彈性波速范圍的細化,提出了圍巖亞級的概念,分別將Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖各劃分為2個亞級,各亞級對應的指標組合情況即為亞級劃分標準。4.1.5圍巖物理力學參數各級圍巖的物理力學參數,是巖體和結構面固有的物理力學性質,從量上反映了巖體和結構面的基本屬性。圍巖級別容重γ/(kN·m-3)彈性抗力系數k

/(MPa·m-1)變形模量E/GPa泊松比μ內摩擦角φ/(°)黏聚力C/MPa計算摩擦角φ/(°)I>26.51800~2800>33＜0.2＞60＞2.1＞78II1200~180020~330.2~0.2550~601.5~2.170~78III26.5~24.5500~12006~200.25~0.339~500.7~1.560~70IV24.5~55.5200~5001.3~60.3~0.3527~390.2~0.750~60V17~22.5100~200＜1.30.35~0.4520~270.05~0.240~50VI15~17＜100＜10.4~0.5＜20＜0.230~404.1.5圍巖物理力學參數巖體結構面抗剪斷峰值強度序號兩側巖體的堅硬程度及結構面的結合程度內摩擦角φ/(°)黏聚力C/MPa1堅硬巖,結合好＞37＞0.222堅硬~較堅硬巖,結合一般;較軟巖,結合好37~290.22~0.123堅硬~較堅硬巖,結合差;較軟巖~軟巖,結合一般29~190.12~0.085較堅硬~較軟巖,結合差~結合很差;軟巖,結合差;軟質巖的泥化面19~130.08~0.056較堅硬巖及全部軟質巖,結合很差;軟質巖泥化層本＜13＜0.05圍巖壓力的確定4.24.2.1圍巖松動壓力的形成變形階段松動階段坍塌階段成拱階段作用在支護結構上的圍巖松動壓力遠遠小于其上覆巖層自重所造成的壓力4.2.2圍巖壓力的計算方法圍巖壓力值是進行隧道設計和穩定性研究的重要依據,圍巖壓力的確定目前常用列3種方法:（1）直接量測法（2）經驗法或工程類比法（3）理論估算法在理論計算方法中,考慮幾個主要因素,使其結果相對地接近實際圍巖壓力的情況,是目前隧道工程設計中采用較多的方法4.2.2圍巖壓力的計算方法4.2.2圍巖壓力的計算方法4.2.3深埋隧道圍巖壓力的確定

隧道寬度B/mB＜55≤B＜1414≤B＜25圍巖壓力增減率i0.20.1考慮施工過程分導洞開挖0.07上下臺階或一次性開挖0.124.2.3深埋隧道圍巖壓力的確定圍巖壓力分部特征圖4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定（2）埋深大于hq，小于等于Hp時假定土體中形成的破裂面是一條與水平成β角的斜直線,

EFHG巖(土)體下沉,帶動兩側三棱土體(如圖中FDB及ECA)下沉,整個土體ABDC下沉時,又要受到未擾動巖(土)體的阻力;斜直線AC或BD是假定的破裂面4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定

淺埋隧道換算均布荷載4.2.4淺埋隧道圍巖壓力的確定換算為作用在支護結構上的均布荷載淺埋隧道換算均布荷載

4.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定偏壓隧道一般是指承受顯著偏壓荷載(不對稱壓力)的隧道。偏壓隧道圍巖壓力的計算應按其產生偏壓的原因分別考慮。1）由地形引起偏壓的計算方法當隧道外側拱肩至地表面的垂直距離t小于下表時，一般按偏壓隧道圍巖壓力公式計算。圍巖級別地面橫坡1:m示意圖1:11:1.51:21:2.5IV石544土10865.5V181612104.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定傍山淺埋隧道施工時,因支撐或襯砌下沉,以及超挖、回填不實等原因,引起洞身上部圍巖的下沉及隧道兩側地表開裂,在巖體內形成兩個非對稱的滑動面。假定隧道施工時,洞頂土柱W1發生下沉,因而帶動兩側三棱體W2及W3下沉,土體沿AD及BC出現破裂面,兩側三棱體ADE及BCF受到洞頂土柱的推力。反過來,它作用于土柱DE、FC的摩阻力為T及T‘,如右圖。4.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定

4.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定

4.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定

4.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定1）由地質構造引起偏壓的驗算①必須查明圍巖可能產生偏壓的被割裂或松動的范圍大小。②盡量取得控制弱面的強度計算指標,如c、φ值等。當弱面的c、φ值不能通過強度試驗取得時,可結合弱面的性質、充填情況、地下水影響用工程類比法選用。③當為塊體運動時,可近似地按巖塊剛體平衡的方法計算。當一部分為軟層、另一部分為硬層時可分別取用不同的指標計算。如圖所示,巖體受兩個軟弱面及一組不利節理所割切,而形成塊體構造偏壓。4.2.5偏壓隧道圍巖壓力的確定當巖塊abcd下滑時,在ab面上有一定的阻力,不計cd面的阻力,這樣作用在襯砌上的偏壓力Qp等于:4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定（3）邊墻回填土石側壓力4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定①填土坡面向上傾斜：4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定

4.2.6明挖淺埋隧道圍巖壓力的確定③填土坡面水平時：影響圍巖穩定性的因素4.34.3.1地層因素的影響1）巖土體結構狀態巖土體結構是長時間地質運動的產物,在地質因素的影響中起著主要作用。圍巖的結構狀態通常用其破碎程度或完整狀態來表示。實踐指出,在相同巖性的條件下,巖體越破碎,隧道就越易于失穩。因此在各種分級方法中,都把巖體的破碎程度作為分類的基礎指標。巖體的完整狀態或破碎程度有兩個含義:一是構成巖體的巖塊大小;二是這些巖塊的組合形態。4.3.1地層因素的影響2）巖石的工程性質巖石的工程性質是多方面的，一般主要指巖石的強度或堅固性。在巖體結構狀態成為控制圍巖穩定性的主要因素時，強調巖石強度意義是不大的。巖石強度在完整的巖體中是起主要作用的。4.3.1地層因素的影響3）地下水的作用和影響①使巖質軟化,強度降低,對軟巖尤為明顯,對土體則可促使其液化或流動。②在有軟弱結構面的圍巖中,會沖走充填物或使夾層液化,減少層間摩阻力促使巖塊滑動。③在某些圍巖中(如石膏、巖鹽和蒙脫石為主的黏土巖中),遇水后產生膨脹,在未膠結或弱膠結的砂巖中可產生流砂和潛蝕。4.3.1地層因素的影響4）圍巖的初應力狀態圍巖的初應力狀態對巖體的構造和力學特征是有一定影響的。因此，在圍巖分級中，如何根據地質構造的特征引進初應力的影響，是需要進一步研究的問題。4.3.2施工因素的影響4）圍巖的初應力狀態人為因素也是造成隧道喪失穩定的重要條件,其中隧道的形狀和尺寸,尤其是跨度影響較為顯著。①隧道的形狀和尺寸，尤其是跨度影響較為顯著。②支護結構的類型及支護時間。③施工方法、隧道埋深。4.3.2施工因素的影響隧道圍巖穩定性與圍巖分級是息息相關的，隧道穩定性的分類對選擇和確定圍巖的分級指標有直接意義。1隧道洞身、洞門與洞口構造物2洞門計算3明洞4隧道防水及排水系統第五章隧道結構構造5隧道內附屬構造物學習要求及重點難點內容及要求：隧道洞門與洞口構造物,隧道洞身結構,隧道洞門計算,明洞的構造特征,隧道防水及排水系統,隧道內附屬構造物。通過本章的學習,應理解隧道洞口、洞門、洞身、附屬結構的構造特征:熟悉隧道防水及排水系統的構造組成及作用;掌握隧道洞門的計算方法。重點：隧道洞口、洞門與洞身的結構構造類型與特征,隧道防水及排水系統的構造及設計原則,隧道洞門的計算方法。難點：隧道洞門的計算,隧道防水及排水系統與隧道水文特征的適應性。隧道洞身、洞門與洞口構造物5.15.1隧道洞身、洞門與洞口構造物隧道結構構造主體構造物附屬構造物洞身襯砌洞門構造物洞身襯砌的平、縱、橫斷面的形狀由道路隧道的幾何設計確定

襯砌斷面的軸線形狀和厚度由襯砌計算決定

明洞通風照明排水、消防、通訊等5.1隧道洞身、洞門與洞口構造物

襯砌結構形式，主要根據地質地形條件，考慮結構受力的合理性、施工方法等因素來確定。

5.1.1襯砌結構的類型5.1隧道洞身、洞門與洞口構造物5.1.1洞身襯砌及分類(1)直墻襯砌(2)曲墻式襯砌(3)圓形斷面襯砌(4)矩形斷面襯砌(5)偏壓襯砌(6)小凈距隧道襯砌(7)喇叭口隧道襯砌(8)洞身襯砌的組合類型5.1.1洞身襯砌及分類適用條件：垂直圍巖壓力為大、水平圍巖壓力小的情況下；一般適用于Ⅱ、Ⅲ級圍巖，有時也可用于Ⅳ級圍巖。（1）直墻式襯砌直墻式襯砌大拱腳薄邊墻襯砌適用條件：通常用在Ⅳ級以下的圍巖水平壓力較大的情況下（2）曲墻式襯砌5.1.1洞身襯砌及分類（3）圓形斷面襯砌圓形斷面襯砌適用于軟弱圍巖。為了抵御較大的圍巖壓力,公路隧道可以采用圓形或近似圓形斷面的支護結構,因為需要較大的襯砌厚度,所以多半在施工時進行二次襯砌。水底隧道廣泛使用盾構法施工,其斷面為全圓形,通常用預制的圓形節段于現場拼裝。隧道掘進機(TBM)是開挖巖石隧道的一種機械化掘進機械,其開挖斷面通常為圓形,開挖后可以用噴混凝土襯砌、噴錨襯砌或拼裝預制構件襯砌等多種形式。5.1.1洞身襯砌及分類(4)矩形斷面襯砌沉管法、明挖法施工時，廣泛采用矩形斷面襯砌5.1.1洞身襯砌及分類(5)偏壓襯砌當山體地面坡陡于l：2.5，線路外側山體覆蓋較薄，或于地質構造造成的偏壓，襯砌為承受這種不對稱圍巖壓力而采用。5.1.1洞身襯砌及分類(6)小凈距隧道襯砌在洞口地形狹窄、路線布設困難或為減少洞口占地的短隧道、中隧道或長隧道、特長隧道洞口局部地段