第2章隧道工程勘测设计

『第二章▎隧道工程的勘测设计2『2.1▎隧道工程勘察『2.2▎隧道位置选择『2.3▎隧道线路设计隧道工程SUIDAOGONGCHENG『2.4▎隧道横断面设计隧道勘察的三个阶段隧道勘察的主要方法隧道勘察的主要手段地质勘察水文勘察建筑环境评价隧道勘察的目的：查明隧道所处位置的工程地质条件和水文地质条件为规划、设计、施工提供资料对存在的岩土工程问题、环境问题进行分析评价提出合理的设计和施工建议隧道施工和运营对环境保护的影响提出意见张在明中国工程院院士中国地质勘察大师王思敬中国工程院院士中国地质勘察大师一.隧道勘察的三个阶段可行性勘察；初步勘察；详细勘察。1.可行性研究勘察预可行性研究工程可行性研究桥隧可行性研究现状侧重于收集与研究已有的文献资料在分析已有资料的基础上，通过踏勘，实地调查，大致查明地质情况居于形式偏多初步勘察收集资料工程地质选定隧道线位初步勘察资料整理取得隧道所在位置的初步总平面布置地形图及有关工程性质，规模的文件初勘工作的任务是选择经济合理、技术可行的最优隧道位置方案工程地质勘察的原始资料，包括调查、测绘、勘探、试验等资料2.初步勘察：3.详细勘察：详细勘察目的任务步骤为线位布设和编制施工图设计提供完整的工程地质资料在初勘基础上，进一步查明隧道沿线地质特征和不良地质规模、大小范围(1)前期的准备工作；(2)沿线地质勘察；(3)试验；(4)资料整理；(5)编写详勘报告隧道勘察的三个阶段隧道勘察的主要方法隧道勘察的主要手段地质勘察水文勘察建筑环境评价1.收集研究既有资料地形地貌:区域地貌类型及主要特征地质情况:地层、地质构造、岩性、土质等区域水文情况：地下水的类型、分布、埋深等特殊地质：膨胀岩土、黄土不良地质：分布，发育与活动特点等植被及环境:如气候、水文、植被、土壤等；需要收集哪些资料？二.隧道勘察的主要方法地震资料:历史情况，地震烈度、地震破坏情况等气象资料：如气温、降水、蒸发、温度、积雪等其他资料：相关的法令、法规、方针和政策等内容类似工程经验:区内已有公路、铁路等其它土建工程的工程地质问题及其防治措施等；需要收集哪些资料？2.调查与测绘充分说明隧道通过地段的地形状况充分说明隧道通过地段地质条件充分说明隧道通过地段自然条件充分说明隧道通过地段施工条件调查与测绘要弄清楚什么问题？（1）自然概况以地形地貌特征为主的概况。（2）工程地质调查*直接观测*访问群众（3）工程地质测绘1)野外测绘方法2）有航摄资料的方法遥感技术是根据电磁波辐射（发射、吸收、反射）的理论，应用各种光学、电子探测器，对远距离目标进行探测和识别综合技术，可用于工程地质调查测绘。航摄资料航摄资料航摄资料隧道勘察的三个阶段隧道勘察的主要方法隧道勘察的主要手段地质勘察水文勘察建筑环境评价三.隧道勘察的主要手段一、挖探：2～3米二、简易钻探：3～10米三、钻探：冲击钻、回转钻等四、地球物理勘探一、挖探trialpits优点:直观,取原状样缺点:一般2~3m,地下水以下危险挖探：2～3米二、简易钻探：3～10米简易钻探：3～10米钻探的取芯钻探的取芯钻探的取芯三、钻探：冲击钻、回转钻等常用的办法,可达100m以下划分地层确定地下水取样可以结合原位试验钻探ExplorationDrilling回转式钻机回转式钻机泥浆槽沉淀槽三、钻探：冲击钻、回转钻等深水钻探钻机可以悬挂9150m长的钻杆延伸到海洋底部8235m深的地方因为水深大不能锚定系留，必须使用DPS（DynamicPositioningSystem-动态定位系统）。JOIDESResolution四、地球物理勘探－物探基本原理：利用岩土体材料的导电性和导磁性，根据接收信号判断地层缺陷及力学性质。地球物理勘探(物探GeophysicalExploration)物探:根据密度、导电性等物理性质的差别，勘测地层分布、地质构造和地下水位置方法:重力场,磁电场,声,弹性波,放射性勘探,地震勘探(规范,剪切波速)优点:简单迅速缺点:间接判断,范围较大.物探根据岩土物理性质不同的分类：电法勘探－隧道常用电磁法勘探（地质雷达）－隧道常用地震勘探－隧道常用声波探测重力勘探磁力勘探放射性勘探是利用高频电磁脉冲波的反射探测地层结构和地下埋藏物体的电磁装置；SIR-300型地质雷达电磁法勘探通过发射天线向地下辐射宽带的脉冲波，在地下传播遇到不同介质介电参数和导电率存在差异时在界面上发生反射。物探的现场物探的曲线隧道勘察的三个阶段隧道勘察的主要方法隧道勘察的主要手段地质勘察水文勘察建筑环境评价地质勘察地质初勘地质详勘为隧道位置选择提供工程地质条件为隧道施工图设计提供地质条件四.地质勘察：地质初勘目的任务基本内容主要手段选定隧道位置查明控制隧道方案的工程地质问题以调查与测绘为主，配合物探地质初勘：地质详勘目的任务基本内容主要手段根据批准的初步设计，对选定隧道位置详勘，为施工图设计服务对主要的重大工程地质问题作出可靠结论坑探、钻探、物探地质详勘：槽探挖探地质断面图地质钻孔图隧道勘察的三个阶段隧道勘察的主要方法隧道勘察的主要手段地质勘察水文勘察建筑环境评价五.水文勘察恶化围岩稳定状态导致施工困难增大工程造价造成工业用水和饮用水困难隧道内涌水地表枯水必须进行调查预测涌水调查内容：调查地下水的类型及其与地表水的相互补给关系；调查地下水的流量、流向及水质等预测地下水的涌水量利用钻探成果判断涌水情况地下水涌水调查：查明涌向隧道的地下水的范围枯水调查目的：明确由于修建隧道工程而使地下水及供水受到影响，造成工业用水及居民饮水困难等主要内容：地下水的利用状况、地下水季节性变化以及雨后变化、植被情况等枯水调查：与隧道涌水有关联的物探调查隧道勘察的三个阶段隧道勘察的主要方法隧道勘察的主要手段地质勘察水文勘察建筑环境评价六.建筑环境评价目的：明确环境现状，不因修建工程而使环境恶化，研究有关对环境影响的内容及其程度；提出防止破坏环境的措施等。1对现有生态环境保护的项目（1）水资源保护；（2）植被保护；（3）特殊区(名胜古迹、温泉、风景等)保护；（4）环境污染的保护(污水、烟尘、噪声、有害物等)（5）弃碴处理；2隧道工程周围环境现状的调查地物地貌调查：洞口附近居民住宅，单位分布及规模地形地质调查：地形特征、地质构造及不稳定地层类型大气质量调查：气象资料，大气污染现状水质调查：水源类型、供水量及方式、水源补给情况噪声振动调查：运输装卸及爆破产生的噪声生态资源调查：森林、草场、水域面积；野生动物打浦路隧道复线工程环境影响3预测环境影响大气：预测隧道运营后，大气中废气对人的影响程度，预测方式是扩散模式水质：隧道内排出的施工及运营水等振动与噪声：根据地形、植被情况进行预测地表沉陷：与地质、断面、施工、支护等有关动物与植物：隧道排出的废气、噪声等自然景观：隧道洞门与周围环境的有机协调4环境影响的评价隧道工程的修建对当地环境会造成什么样的影响？根据掌握情况，对照影响指标进行评价。5环境保护措施的探讨(1)水资源的保护措施(2)对污水的防治措施(3)对粉尘污染防治措施(4)对有毒有害气体、物质的防治措施(5)对噪声控制措施(6)对振动的防治『2.1▎隧道工程勘察『2.2▎隧道位置选择『2.3▎隧道线路设计隧道工程SUIDAOGONGCHENG『2.4▎隧道横断面设计在山区修建铁路或高等级公路时，隧道的比重往往是很大的，因此，选择合理的隧道位置不仅是选线的重要组成部分，同时也关系着施工难易、工期长短、造价大小、运营安全和运输效率。2.2.1概述1.隧道位置选择的重要性第二节隧道位置的选择2.2.2按地形条件选择一.越岭隧道1.概念通过山区的交通干线往往要翻越分水岭，从一个水系进入另一个水系，这段线路称之为越岭线，线路为穿越分水岭而修建的隧道称为越岭隧道。用于缩短线路，克服高程障碍。第二节隧道位置的选择越岭隧道地段，一般山峦起伏，地形陡峻，工程地质和水文地质条件均较复杂，交通运输条件也比较困难，施工及弃碴场地狭窄，隧道施工往往控制全线或部分地段的工期。垭口的概念：当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上高程较低处，即称垭口。2.选择越岭隧道的两大要素平面位置与立面位置的选择(1)平面位置的选择——选择垭口第二节隧道位置的选择◆垭口两侧沟谷引线工程大小、展线难易情况、线路顺直与否，也是方案综合比选的一个重要方面。(1)考虑重点◆垭口的地形和地质条件的好坏和隧道的长短。因为二者关系到施工的难易、工期的长短和运营的安全等问题。第二节隧道位置的选择◆然后进行可能通过的垭口、沟谷的比选。(2)选择垭口的方法◆利用小比例尺地形图(如军用地图)、航空照片、卫星照片等；◆根据线路的航空线方向和克服越岭高程的不同要求进行大面积选线，录求可供越岭的几个垭口位置；第二节隧道位置的选择成昆线从大渡河水系的牛日河进入安宁河水系的孙水河，需穿越小凉山分水岭，该岭与两侧高差约900余米，线路需克服越岭的巨大高差，越岭地段计有沙木拉打、瓦吉木、小相岭、阳糯雪山四个垭口。例如：成昆线沙木拉打隧道的比选线路方案隧道长（km）高程（m）线路长（km）沙木拉打6.42188～2243141.5瓦吉木14.51950～2077109.3小相岭19.51782～1815109.3阳糯雪山25.81760～180083.5第二节隧道位置的选择第二节隧道位置的选择◆隧道位置高，隧道长度短，施工工期短，但两端展线长，线路拔起高度大，通过能力小，运营条件差；◆隧道位置低，则与前者相反，但施工难度增加。◆宜采用低位置方案，但必须进行多种因素综合比选。2.选择越岭隧道的两大要素(2)立面位置的选择——选择高程越岭隧道立面位置的选择是指隧道越岭标高的选择。垭口不同，越岭标高不同，就会出现不同长度的隧道方案。第二节隧道位置的选择凉风垭方案(采用方案)：在雷神坡方案的基础上，进一步压低越岭位置的较好方案。越岭隧道长4270米，拔起高度小、展线短、线路较顺直。例如：川黔线上的凉风垭隧道即为较为典型的例子。为穿越娄山山脉分水岭的越岭隧道，根据地形特点，选择了三个主要方案进行比较：马鞍山方案：越岭隧道长2810米，位置较高，线路需克服较大高差。雷神坡方案：越岭隧道长3490米，位置较马鞍山方案较低，线路状况大为改善，但该处为一大断层，地质条件不利；第二节隧道位置的选择第二节隧道位置的选择第二节隧道位置的选择凉风垭隧道越岭线上，地形起伏陡峻，在展线时还可能需要修建专门的展线隧道山区铁路（或公路）除越岭地段以外，线路大多是沿河傍山而行，在地势陡峻的峡谷地段，常需修建的隧道即为傍山隧道，也有称之为河谷线隧道。二.傍山(河谷)隧道1.傍山隧道的概念第二节隧道位置的选择(4)河道狭窄，水流湍急冲刷力强，对山坡稳定和隧道安全威胁较大。2.傍山隧道的特点(1)依山傍水修建时，施工中容易破坏山体平衡，造成各种病害；(2)因是在山体表层范围内修建隧道，常常遇到崩塌、滑坡、错落、松散堆积及泥石流等不良地质现象，地质情况较为复杂；(3)一般埋深较浅，属浅埋隧道和短隧道群，洞身覆盖薄、易产生不对称的偏压情况；第二节隧道位置的选择傍山隧道在浅埋地段，要注意洞身覆盖厚度问题。为保持山体稳定和避免冲刷偏压、隧道位置宜往山体内侧靠。3.傍山隧道的位置选择要点(1)保证最小覆盖层厚第二节隧道位置的选择河岸存在冲刷现象或河道窄、水流急，冲刷力强的地段，要考虑河岸受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。(2)尽量内靠第二节隧道位置的选择3.傍山隧道的位置选择要点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可能坍塌和便道施工对洞身稳定的影响。(3)注意周围既有建筑对隧道稳定的影响第二节隧道位置的选择3.傍山隧道的位置选择要点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，应尽可能用“裁弯取直”，以较长隧道方案通过。(4)尽可能“裁弯取直”第二节隧道位置的选择3.傍山隧道的位置选择要点第二节隧道位置的选择第二