第1章隧道工程勘测设计Word格式.docx

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一般应从地质部门收集1/200000～1/50000比例尺的地质图。

3.工程资料

在隧道附近的土建工程住住可以提供不少资料，如道路边坡的岩石露头和其它土木工程所记录的工程地质与水文地质资料。

这些资料可以由施工记录和工程报告总结等文件中得到。

4.气象资料

包括气温、气压、降水、水温、地温等。

可由气象台站和各种资料期刊、汇编、年鉴等处获得。

5.用地及环境资料

用地包括工程用地和施工用地，一旦确定了需要的范围后，就应调查在该范围内是否有既有建筑，包括居民住宅、通讯设施、排水设施、交通设施等，必须和有关部门处理协商好相关事宜。

环境资料包括自然环境（动植物的生态、地形、地质、水文等），文物古迹、自然保护区、居民环境等，一定要按照国家相关政策加以对待，否则将对隧道工程造成负面影响，甚至形成旷日持久的社会矛盾。

6.灾害资料

隧道所在地区历史上的暴雨、台风、地震、滑坡等发生的规模、频度，可通过查阅资料、地方志和对居民访向等方法获得。

将收集到的资料进行汇总和分析，研究其对隧道规划设计、施工与维护管理的影响，并为进一步的调查提供依据。

二、地质调查

隧道是一种特殊的土木工程，它的最大特点是自始至终与地质有着密不可分的关系，因此彻底弄清地质情况对于隧道施工的顺利进行及结构的合理设计有着极其重要的作用。

地质调查的主要内容有：

（1）工程地质特征，指地质构造及地层、岩性的状况，着重查清地质构造变动的性质、类型、规模、断层、节理、软弱结构面特征及其与隧道的组合关系，围岩的基本物理力学性质等；

（2）水文地质特征，指地下水类型，含水层的分布范围、水量、补给关系、水质及其对混凝土的侵蚀性等；

（3）不良地质和特殊地质现象，如崩塌、岩堆、滑坡、岩溶、泥石流、湿陷性黄土、盐渍土、盐岩、多年冻土、雪崩、冰川等，查明其发生的原因及其类型和规模，根据其发展的趋势，判明其对隧道的影响程度；

（4）地震裂度，按《中国地震裂度区划图》的规定，划分隧道经过地区的地震裂度，必要时应经地震部门鉴定。

在地震裂度≥7度的地震区，搜集调查断裂构造时，应特别注意全新活动断裂和发震断裂。

全新活动断裂指在近代地质时期内（约一万年）有过较强烈的地震活动，或在近期正在活动，在将来（今后一百年）可能继续活动的断层。

（5）有害气体和放射性物质，当测区存在这类物质时，应按劳动保护、环境保护的相关条例查明含量，预测释放程度，当可能超出规定的容许值时，须采取必要的防护措施。

具体按以下阶段进行。

（一）地形与地质的初步调查

在收集资料的基础上，进行初步调查。

其目的是初步查明地形条件、地质状况，为分析线路线形和隧道的走向、洞口位置、长度提供依据，同时还籍以对施工的难易程度，投资的大致规模作出判断。

在文献资料的基础上，基本分析出隧道线路的有利走向，勘测沿这一走向进行。

地形地质初步调查应由有经验的地质工程师以现场踏勘的方式进行，主要由具有相应资格的地质部门进行。

调查应查明陡壁、滑坡、崩塌、断层、破碎带、地下水以及其它地质特征。

踏勘时结合文献资料和露头情况查明地质概况。

调查的范围取决于隧道的规模，一般可在线路中线两侧各约500～2000m左右的范围内进行。

调查时可以使用1/25000～1/10000的地形图。

通过调查应掌握所在地区的地形地质的全貌。

调查的实际倩况应随时标记在地形图上和记入野外记录本。

调查完毕后进行归纳整理和分析研究，写出调查报告书，井附上调查线路图、地质平面图和地质剖面图。

（二）地质详查

在初步调查的基础上，进一步用钻探和物探等方法作地质详查。

茌完成地形地质等的初步调查之后，一般可以大致决定出隧道的初步走向，但对于隧道结构设计的与施工，这些资料的完善程度是远不够的，还需要作进一步的地质详查。

详查的项目有岩性、地质构造、地下水状态以及地下资源等。

岩性调查包括岩石的种类和岩石特征，松散堆积物，岩石的物理、力学性质，风化以及变质情况等。

地质构造包括地层、褶皱、断层与破碎带、节理及围岩结构完整状态。

地下水状态包括地下水的发育程度、水质、地层含水层与隔水层的分布、水的补给来源等。

地下资源包括矿物资源、天然气、温泉、地热等。

对上述事项应逐个研究和说明，着重考虑对隧道的设计与施工的影响，而不必作理论上的详细讨论。

详查一般按踏勘、物探、钻探等手段进行。

为了克服主观性以增加客观性，可采取多种比较和综合的方法。

调查在中线两侧各200～500m、和洞口外延长线上100m范围内进行。

通常使用1/5000～1/1000比例的地质图。

调查的详细程度与地质复杂性、露头的多少、调查费用、调查时间的长短等有直接的关系。

应强调的是，对于地质调查，经验和分析能力是十分关键的，第一手资料获得后，正确的结论往往取决于调查者本身的水平。

应该指出，对于花岗岩、玢岩和斑岩、受温泉变质作用的安山岩和凝灰岩、泥岩和粉砂岩、片岩类和千枚岩、崖锥堆积物等，都应特别加以注意。

例如花岗岩往往有深部风化，有的变成花岗岩风化砂土，沿断层易风化，花岗岩中的断层难以发现，风化带和变质带的宽度不同，涉及范围大。

膨胀性岩石（如硬石膏盐岩及某些以蒙脱石为主的粘土岩类等）往往绐工程带来很大的危害。

另外，从调查时起就应当对岩石的流变现象给以充分的注意，岩石的流变从坑道开挖时刻起直到以后漫长的时间里都会对工程产生影响。

目前在我国，地质详查手段仍以传统的钻探方法为主。

钻探的设备种类很多，其中以合金钻性能最好，可探测地层内部很大深度处的情况，并可取得较佳岩芯，岩芯回收率也较高，即使小孔也能取得岩芯，钻孔璧光滑平整，能钻探坚硬岩石，钻机本身也轻便和易于转移，成本也比较低。

此外还有简易钻探法，如蜾旋钻、冲击钻等。

随着科技的发展，一些成熟的技术也移植到了地质钻探中来，如将微型摄影仪放人钴孔内，能将孔内的全部情况反映在电视屏幕上等。

在物理探测方面最常用的有电阻法与弹性波法，这俩种方法均可用来探测土与石的分界，前者是根据各种物质中电阻的不同，而后者是根据波速（纵波）的不同，来判断物质的属性。

它们是测定断层、软弱带、地质构造的好方法，但应与钻探配合与对照。

此外，电阻法在土质隧道中可在一定范围内探明砂砾层（含水层）。

还可以在钻孔内对透水层的分布、以及地下各含水层情况给出明确的结果。

在人烟稠密区用电阻法为宜，以免动用炸药。

除了以上勘察手段外，对于重要的长大隧道的地质调查，还可以采用其它一些高科技技术。

如遥感技术在工程地质测绘中可以更客观更全面地看到在地球上观测时看不到或看不清楚的现象。

由于是在同一时间、同一条件下观察到广大面积的资料，资料获得的条件唯一和客观，有利于对大面积资料进行相同条件下的分析对比。

还有地质雷达、水平超前钻等都是行之有效的方法。

地下水可使岩质软化，使软岩山体松弛，并使其强度降低，促使围岩中软弱夹层泥化，减少层间阻力，导致岩体滑动。

还可使某些岩类溶解和膨胀，使山体出现附加压力。

在厚含水层出现大量涌水时，将产生动水压力，出现流砂及渗透压力。

当地下水含有害物质（硫酸、二氧化碳等）时，将对村砌结构将产生侵蚀作用。

涌水是造成坍方和使围岩丧失稳定的重要原因之一，枯水则可能影响隧道上方和使四周的井泉干涸。

因此，弄清楚地下水的发育状况对隧道工程至关重要。

判断地下水的发育状况时，应对涌水和枯水分别加以注意。

涌水可分为集中涌水和稳定涌水。

集中涌水有时以突然发生大量涌水的形式出现，往往对施工造成重大影响。

在岩溶地段发生的突然大量涌水，尤其是当遇到地下暗河时，涌水量往往可达几百～几千吨/小时；

穿过厚含水砂砾石层时，涌水量可达几百吨/小时，遇有大的断层破碎带，尤其是与地表水有连通关系时，涌水量一般也可达到几十～几百吨/小时。

集中涌水很难定量预测，但可根据地质踏勘、弹性波探测及钻探等分析地质构造，了解含水层的位置、规模和透水性等，大致判断对隧道工程有影响的涌水位置、涌水压力及涌水量。

稳定涌水受隧道长度、埋深、位置、含水层规模和透水性等影响，并与流域的枯水流量有密切的关系，所以预测是可能的。

枯水调查的目的是事先了解因隧道的开挖可能引起附近的枯水问题，并制定相应措施。

调查时应针对附近水源的类型（井、泉、溪水、河流等）、用途与用量（饮用、农业、工业、渔业等）、大气降水量、地下水位及流量等的季节性变化作出观查。

（三）地质勘测应提供的资料

1.概述:

调查的场所、范围、内容、方法。

并说明调查时间及参加人员。

2.地形地质说明：

阐述地形概况、区城地质概况、气象、环境、隧道走向等勘测的具体内容。

着重说明围岩生成的地质时代、岩相、风化及变质情况、物理力学性质及对工程的影响；

地层分布，成层状态、槽曲、断层、破碎带、层理、片理、节理等及其对工程的影响。

3.应交付的图：

（1）线路地形图（比例1/2000～1/5000），沿隧道全长绘制，标明线路走向及里程；

（2）洞口附近地形图（比例1/500），在可能的洞口位置附近一定范围内绘制，沿线路中线每侧各100米的范围进行，用以确定洞口位置；

（3）地质平面图，用地质符号在地形平面图上反映地质的分布情况，可以结合地形图一起表示；

（4）地质纵断面图（比例1/500～1/2000），沿隧道中线纵断面绘制，反映围岩种类、地质构造、岩性、产状、涌水等，标明隧道线路标高、里程等；

（5）洞口附近地质纵断面图（比例1/200）以及洞口附近地质横断面图若干，用于进一步正确地选择洞口位置及反映洞口的工程情况。

以前地形图的绘制需要测工进行人工跑点，往往费时费工，且易出现错误，现在多采用航测绘制的地形图，节省了大量的人力、物力，而且精度高。

对于重要的长大隧道或隧道群，还可考虑采用卫星照片。

4.说明隧道选线、设计及施工时应注意的问题及对进一步调查的建议。

三、环境调查

通过对施工场地、生态环境的调查，评价隧道修建和营运交通对周边环境的影响程度，提出必要的环境保护措施。

（一）自然环境调查

调查动物、植物的生态状况：

包括种类、密度、分布、季节性变化等。

调查地表水、地下水状况（前已述）。

（二）地物调查

调查土地利用状况，包括土地的用途、面积范围等。

调查文物古迹、风景区等。

调查已有构建物，包括通讯设施、民房、地下管网（主要指城市交通隧道）等。

（三）生活环境调查

在工程中和完工后出现的废气、噪声、振动、地表下沉等，是对居住环境、自然资源和已有地物影响的主要问题。

排出的废气和噪声受气象条件和通车情况影响而随时变化，宜进行全年测定，并作出隧道建成前后的比较。

从洞口和通风井排出的废气扩散后会对周围的环境产生一定的影响，隧道施工造成的对动植物有害的成分主要是CO、HC、NO和粉尘，影响程度受隧道长度和交通流量的影响，因隧道不同而有差异。

必要时应作废气扩散状况的风洞实验，推算其影响范围。

对环境的污染情况一般以一氧化碳的计量为标准。

隧道噪声主要是由车辆和通风机产生。

没有吸音设备的隧道，在隧道内噪声几乎不衰减，与洞外相比，噪声大得多，其持续时间也长，不过一离开洞口就很快衰减。

通常应在距洞口和通风口150m范围内进行噪声测定，如果对洞外环境形成的噪声污染超标，应按国家有关环境保护条例进行处理。

隧道施工将产生大量的弃碴，它们的堆放需要认真对待，否则将对周围环境造成重大污染。

在环境调查时，应切实研究弃碴的地点，与有关单位商量堆放的可能性，并应对碴石的性质进行必要的试验，如放射性等，根据其性质采取相应的工程措施，如掩埋、挡墙堆放等，还要注意雨水冲刷使得碴石流失对环境造成的二次污染。

四、气象调查

在隧道选线时，应充分考虑当地的气象条件，因为气象条件会直接影响到隧道选线、结构设计、洞外场地布置、设施安排、进度计划与施工管理。

例如洞口附近的崩塌、洪水、阵风、风吹雪、雪崩、路面冻结、挂冰、雾、洞外亮度、海岸或山顶的阵风等对汽车的安全行驶有一定的影响；

在设计中，必须依据气象资料考虑混凝土结构的防冻、混凝土骨料及用水的保温、施工道路的选择等。

在这方面，青藏铁路上的隧道工程就是最好的实例。

还有洞口附近的风向、风速对隧道通风的影响，洞口附近的防风挡墙、预防风吹雪构造物、植树带的位置、洞口排出废气的流动方向等。

上述问题都受气象条件的影响。

气象调查一般有下列内容：

降雨:

年降雨量、月平均降雨量、日最大降雨量、小时最大降雨量。

降雪:

最大降雪日、最大积雪量、积雪期、最大日降雪量、雪密度、雪温。

气温、地温：

年平均气温、绝对最高最低气温、日温差；

冻结期、冻结深度、多年冻土深度、水温。

风向、风速：

频率分布（年间、月间、日间）。

雾：

发生日数（频度、滞留时间及其能见度）。

雪崩、风吹雪：

场所、规模、频度、时期、种类。

洪水：

洪水量、水位、时期。

一般而言，当地都有气象资料，如果不能满足工程需要，则应进行气象观测以作补充。

制定气象观测计划时，应根据目的和用途选择观测项目、场所、时间、精度和仪器。

观测场所应具有代表性，按适当的时间间隔进行。

第二节隧道位置选择

在公路、铁路等道路工程中，隧道是重要的交通建筑物，由于隧道施工的特点，使得它往往成为整条线路的控制工程。

当一条新线方案确定以后，能否选择合理的隧道位置往往成为线路设计的关键，它直接涉及到施工的难易程度，对工期和造价有着至关重要的影响。

隧道工程有大小之分，对于一般的中、短隧道，原则上应依从于线路的位置，但可以根据具体的地质、地形等条件作些小幅度的调整，以利于隧道的顺利施工。

在这种调整过程中，必须密切注意与洞外线型的相互关系，不能与相关线路规定有所冲突。

而长大隧道是线路的重点控制工程，它工程规模大、投资高、工期长，能否顺利施工是整条线路的重中之重，因此，在进行线路方案比选时，线路就得依从于隧道最优方案。

这就是隧道与线路相互位置的辩证关系，在一定条件下二者的依从关系发生转化。

影响隧道位置选择的因素较多，如地质条件、水文地质条件、地形和地貌条件、投资条件、工期要求，甚至于当地环境控制要求等。

在众多因素中，根本性的因素是地质条件和地形条件。

一、按地形条件选择隧道位置

（一）隧道方案和其它方案的比较

首先要明确的是，只有当线路处于一定的地形条件下时，才需要修建隧道。

按照地形条件分类有：

●平原微丘：

指微小起伏的地形。

●重丘：

起伏较多，但高差不太大的地形，相对高差一般小于200m。

●山岭：

相对高度大于200m的地形。

原则上来说，这三种地形条件都将形成线路方向的高程障碍，只是程度不同而已，都可以修建隧道，这类隧道统称为“山岭隧道”。

但是否隧道方案最为合理，还应与其它可行的方案进行比较，比较的内容主要为技术和造价。

一般而言，要克服地形条件带来的高程障碍，有绕行方案、路堑方案和隧道方案。

1.绕行方案

绕行方案可以避开山岭地形，不修隧道或将长大隧道改为傍山的短小隧道。

它的技术要求小、投资省、工期短，曾经是我国很长一段历史时期修建隧道的指导方针。

但是，由于线路绕山而行，造成的后果是线路延长、弯道增多，尤其是小半径弯道，极不利于以后的运营。

特别是沿线可能形成的高大边坡，将会留下坍方落石等严重影响交通运营的隐患。

随着我国国力的增强、隧道施工技术的进步，修建长大隧道已不是什么难题，因此采用绕行方案应慎重，只有在确认对运营不会造成不良影响时才考虑采用。

2.路堑方案

路堑方案最忌讳的是形成高大边坡，当地形为平原微丘时，由于相对高差不大，可以考虑采用这种方案。

在重丘和山岭地区，如果要避免高大边坡，就需要提高线路高程，因而展线要长，要求路堑的两端比较开阔以利展线。

从技术上来说，一般路堑没有问题，但如果是高深路堑，在边坡稳定上尚存在一定的难度，往往是采用取了许多工程措施，还是不能阻止坍方落石，甚至滑坡，最后仍只得以明洞方式穿越。

从造价上来说，路堑投资一般比隧道少，在我国过去的铁路建设中，在隧道与路堑的方案比选时，往往侧重于造价，只有当实在不适宜路堑方案时，才考虑采用隧道方案，结果大量应修隧道的地段改为路堑穿越，形成了许多高大边坡。

后来的事实证明，凡是这样的地段都成了“卡脖子”地段，严重地影响了正常的运营。

此外要说明的是，虽然路堑比隧道一次性投资少，但随着时间的推移，路堑的病害不断地出现，为稳定边坡而投入的资金完全可能超过隧道。

还有一点是必须注意到的，这就是环境保护，路堑方案开挖范围大，破坏掉了大面积的自然植被，这是人们所极不愿意看到的后果，它与越来越受重视的自然生态保护意识是不相符的。

3.隧道方案

与上述方案相比，隧道能使线路平缓顺直，病害少，维修养护简单，从而提供了良好的运营条件。

它缩短线路、节省运输时间，使得出行更为快捷和便利，为现代社会中激烈的交通市场竞争创造了有利条件。

它还能最大限度地减少道路修建对自然植被的破坏，产生积极的社会效益和自然效益。

经过上述的比较，可以作一个简单的结论：

从现代的观点出发，当线路遇到地形高程障碍时，应该优先考虑隧道方案，只有在不具备修建隧道的条件时（主要是投资条件），才考虑采用其它方案。

就隧道方案而言，还有长隧道方案与短隧道群方案的比较，当需要修建两条平行隧道时，还有两座单线隧道方案和一座双线隧道方案的比较。

（1）长隧道与短隧道群方案的比较

当线路顺着河谷傍山行走时，地形起伏不定，如果线路靠近河流一侧，则可以修若干座短隧道穿越，而当线路往山体内偏移，则成为一座长隧道，图1-1反映了长隧道与短隧道群的关系。

短隧道比较容易施工，技术难度较低。

与一座长隧道相比，短隧道群进出口的总数多，因而工作面多，施工进度快。

此外，从运营来看，短隧道群可以采用自然通风，而不必设置运营机械通风设施，而长隧道一般需要机械通风。

但是，关键在于短隧道群所处的地质条件一般都比较复杂，施工过程中易塌方，而且由于多为绕山傍河，易形成地层对隧道结构的偏压，使结构处于不利的受力状态，导致留下病害隐患。

特别是洞口路堑多半形成高大边坡，在雨水冲刷下，经常发生落石、坍方等事故，危及运营。

因此从安全运营的眼光来看，应该选择长隧道，尽量避免短隧道群。

衡广线原坪石至乐昌段，全长53.2km，绕武水河傍大瑶山而行，有130多个弯道，其总长度占线路总长的64.7%，曲线半径小于400m的达65处，最小半径只有229m，沿线除了数座短隧道和明洞外，有1/3的地段为上支下挡或上挡下支，一遇雨季，塌方落石阻止行车是经常的事情，是京广线上出了名的“卡脖子”地段，南北交通不畅曾经成为广东发展的一个大问题。

后通过修建长达14.295km的大瑶山隧道才彻底解决问题，长隧道的优越性由此可见一斑。

（2）两座单线隧道方案和一座双线隧道方案的比较

这主要是针对铁路复线隧道而言，因公路隧道是以车道的数目来决定隧道的断面，而车道数目又由交通流量来决定，一般按双车道设计，当多于双车道时，宜分设成两座平行隧道，以避免过大的断面跨度，故不能作这样的比较。

表1-1两座平行隧道间的横向最小净距

围岩类别

最小安全距离（m）

Ⅵ

（1.5～2.0）B

Ⅳ～Ⅴ

（2.0～2.5）B

Ⅲ

（2.5～3.0）B

Ⅱ

（3.0～5.0）B

Ⅰ

＞5.0B

注：

B为隧道的开挖宽度。

铁路复线有上下行线之分，即可以将上下行线分开设计成两座平行隧道，也可以将它们置于同一座隧道（称为双线隧道或复线隧道）。

一座双线隧道的优点是：

①隧道对周边环境的影响宽度小，选线时易于安排布置；

②总的开挖面积较小；

③开挖跨度较大，工作面较宽敞，利于作业；

④施工通风条件较好；

⑤维修养护较方便。

缺点：

①断面跨度大，所受围岩压力也就大，不利于围岩的稳定，对支护结构的要求较高；

②列车活塞风效应差，因而运营通风效果受影响。

单线隧道的优缺点正好与之相反。

此外，工程投资也是影响的重要因素，如果是同时修建两座单线隧道，则总投资高于一座双线隧道，但如果由于运量尚没有上来，可以将两座单线隧道分期先后修建，则初期投资显然少，而通过投资的运作，有可能比双线隧道更合算。

当采用常规钻爆法修建两座平行的隧道时，应该保证它们之间有足够的安全距离，参见表1-1。

如果由于种种原因不能保证必要的距离，则应考虑或者设计为连拱隧道，或者按小间距隧道设计。

（二）地形条件对隧道位置的影响

就地形条件而言，山岭隧道可分为越岭隧道和河谷傍山隧道两大类。

当然也有既不属于越岭也不属于河谷傍山的交通隧道，如城市附近的交通隧道等，但那都是局部地区的道路系统，而对于铁路和公路这样的大交通系统而言，涉及到选线的隧道主要是这两大类。

1.越岭隧道

当线路从一个水系进入另一个水系时，必须要翻越其间的分水岭。

为缩短线路里程，克服高度障碍，必须设置越岭隧道，这段线路就称为越岭线。

从什么地点穿越分水岭是十分重要的。

从地形上考虑，隧道宜选在山体比较狭窄的鞍部（垭口）附近的底部通过，因为垭口处的山体相对较薄，从垭口穿越，隧道的长度较短，有利于降低工程投资。

但从地质角度考虑，垭口地段的地质条件往往较差，遇到断层破碎带和软弱岩层的概率增大。

因此，除了地形条件比选外，还必须对可能穿越的垭口，进行地质条件的比较，优先选择地质相对较好的垭口。

应该注意到，较短的隧道也可能由于地质条件差而导致工程造价比地质条件较好的较长隧道还要高。

在选定了垭口位置后，就应确定隧道的高程。

不同高程的隧道，有不同的纵坡、不同的隧道长度和不同的展线长度。

将隧道选在较高的高程，可以缩短隧道长度，减少施工工期,降低投资，但会形成较大的纵坡和较长的展线，纵坡大会使车辆产生较多的废气，需要更有力的通风设施，展线长势必弯道多，不利于行车，降低了通过能力。

降低隧道高程则正好相反。

因此，隧道高程比选时，应综合工程造价和运营效率等要素，给出最佳方案。

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，图1-2所示的螺旋线隧道和套线隧道是展线上常用的隧道类型。

由于越岭隧道工程地质和水文地质条件复杂、隧道长、工作面少、交通运输条件困难，难以实现较快的施工进度，因此往往成为控制全线工期的关键工程。

2.河谷线隧道

山区道路通常傍山沿河而行，称为河谷线。

山区河流的特点是河床狭窄、弯曲，经过常年的河水侵蚀和风化作用，地势往往变得陡峻。

为改善线形，提高车速、缩短里程，常需修建傍山隧道，又称为河谷线隧道。

这种隧道一般埋深较浅，地质条件复杂，通过地段常有山体崩塌、滑坡、松散堆积