第1章 隧道勘测及隧道位置的选择-隧道勘测

隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道勘测-隧道勘测的一般规定•制定勘测计划勘测计划包括对既有资料的收集和调查、地质勘察、环境调查、施工条件调查、调查采取的方法等内容。•勘测资料应完备隧道勘测工作一般包括搜集已有资料，地形、地质的调查测绘，工程地质及水文地质勘探及试验等工作。•勘测的两个阶段设计阶段勘测和施工阶段勘测•评价隧道工程对环境可能造成的影响隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道勘测-调查测绘-隧道工程调查的内容•自然概况•工程地质特征•水文地质特征•不良地质地段•地震基本烈度等级•气象资料•施工条件隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道勘测-隧道工程测绘遵守的规定•按设计阶段要求搜集或测绘地形图，纵断面图、横断面图•测绘资料的图纸内容需反映隧道所在地的工程地质及水文地质情况•在隧道洞口和辅助坑道口的附近，按规定设置必要的平面控制点和水准点•测绘资料符合规定的精度要求-长隧道、特长隧道和地质条件复杂的隧道的调查长隧道、特长隧道和地质条件复杂的隧道，应进行大面积的区域性工程地质调查、测绘、并加强地质勘探核试验工作，查明区域地质构造及工程地质、水文地质条件；当地下水对隧道影响较大时，应进行地下水的动态勘测隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道勘测-设计阶段地质调查采用测绘、弹性波勘测、遥感、钻孔、试验坑道等方法进行-施工阶段地质调查•核定地质构造、岩性、地下水等•及时预测和解决施工中遇到的工程地质及水文地质问题•为验证修改设计提供依据-工程评价及处理措施•围岩自稳性•隧道涌水量、涌水压力、突然涌水等•岩土膨胀压力隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道勘测•滑坡、偏压•围岩状态和土压特性•高地应力区应力场•瓦斯、岩溶、及人为坑洞等-围岩级别的确定判断围岩级别是决策隧道设计、施工中各种问题的基础。围岩级别的判定是按设计和施工两个阶段进行。施工阶段可根据已暴露的围岩条件判定围岩级别，是对设计阶段的预判断进行修正，是客观、可靠、可信的判断隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择-按地形及地质条件进行选择-按地形条件进行选择-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。隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择-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。隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择隧道直穿方案示意图隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择-按地质条件进行选择-单斜构造与隧道位置的选择•水平或缓倾角岩层—当隧道通过坚硬的厚层岩层时，较为稳定。若通过很薄的岩层，则施工时顶部易产生掉块现象，此时，以不透水的坚硬岩层作顶板为最好•陡倾角岩层—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动；在此情况下，如以明洞通过时应慎重对待缓倾角岩层隧道位置的选择隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择（接上页）当隧道中线可能沿两种不同岩性的岩层走向通过时，地层滑动将使隧道结构受到很大的剪力，以致把结构物损坏。应避免将隧道置于两种不同的岩层软弱构造(破碎)带，而宜将隧道置于岩性较好的单一岩层中；如果隧道恰在层间软弱面的上方，地层滑动会使隧道的某一段发生横向推移，而与邻段断开。因此一定要尽可能避开软弱结构面，特别是不要把隧道中线设成与软弱结构面的走向一致或平行，至少要成一定的交角。软弱结构面地带隧道位置的选择隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择•直立岩层—隧道通过直立岩层时，其中线宜垂直于岩层的走向穿过，在隧道开挖过程中，易产生坍塌，甚至会导致大的坍力，致使地面形成“天窗”直立岩层中隧道位置的选择隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择-褶皱构造与隧道位置的选择褶皱构造有向斜和背斜两种基本类型，当隧道通过褶皱构造时，应尽量避免将隧道置于向斜或背斜的轴部(a)、(b)，而应将隧道置于翼部(c)，则隧道所处的地质条件类似单斜构造当对隧道通过向斜和背斜轴部作比较时，则背斜较向斜略好，若向斜轴部处于含水层中，地下水积聚凹底，洞身开挖所出现的涌水及坍塌将比背斜严重，也将增加施工的困难。褶皱构造隧道位置的选择隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择-断裂构造，接触带与隧道位置的选择在选择隧道位置时，切忌沿着(或靠近平行)断层带或破碎带修建隧道，特别是对于区域性大断裂，尤应注意绕避。当隧道线路必须通过断层带时，应尽量使线路与断层走向正交，同时应避开严重破碎带，并应使通过断层的地段最短。断裂构造地带隧道位置的选择隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择-不良地质的影响•滑坡地区在山区修建铁路隧道时，经常遇到滑坡，它给施工，运营可能造成极大危害，因此，当隧道线路必须通过滑坡地段时，应慎重对待。采用隧道避开滑坡时，应使隧道洞身埋藏在滑床(可能的滑动面)以下一定厚度的稳固地层中，以确保施工及运营过程中滑坡滑动时不致影响隧道安全。滑坡地带的隧道位置选择隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择•岩堆、崩坍、错落、堆积层以及危岩落石地区选择隧道位置时，应查明工程地质及水文地质情况，原则上应避免从不稳定的岩堆、崩坍、错落、堆积层地区中通过，应将洞身置于稳定的地层，当隧道必须通过时，首先应分析并确认其具有稳定性，且一定要采取有效可靠的工程措施，方得以在下图所示位置通过。不良地质中的隧道落石地带的隧道隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择•泥石流当线路通过泥石流地区时，首先应充分预计和判明泥石流的成因、规模、发展趋势和冲、淤变化规律，论证以路基、桥梁通过或者以隧道等方式绕道的合理性，并判定工程安全度，以决定隧道方案的可行性。当隧道(明洞)洞口位置毗邻泥石流沟时，应注意适当延长以避免泥石流可能扩散范围的影响。•溶洞地区当隧道通过岩溶地区时，应力求避免穿越岩溶严重发育的网状洞穴区、巨大空洞区及有利于岩溶发育的构造带，尽量避开洞身置于碳酸盐岩与非碳酸盐岩(可溶岩与非可溶岩)的接触带。当不可能时，应选择在较狭窄地段，以垂直或大角度穿过，使通过岩溶地段为最短。隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择侧蚀地带的隧道溶洞地区隧道位置的选择•瓦斯地区隧道开挖时，有害气体如甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)逸出；轻则致人窒息，重则引起爆炸，危害甚大。选择隧道位置时，最好能避开。不得已时，应做好通风稀释的措施。•黄土地区黄土具有干燥时甚坚固，遇水容易剥落和遭受侵蚀的特征。选择隧道时应避开沟壑及地下水活动和地面陷穴密集的地区。隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择-不良水文地质的影响•地下水——地下水多是由地表水的渗透或地下水源补给的它们的存在，使岩石软化、强度降低，层间夹层软化或稀释，促成了层间的滑动。选择隧道位置时，最好不从富水区中经过。不得已时，也要尽可能地把隧道置于地下水位以上的地方，或在不透水层中穿过。•地温——地球核心有巨大的热量隧道如果埋置很深，地温太高，将会降低施工效率。隧道通过高温、高热地段，会给施工带来困难选择隧道位置时，应尽可能不把隧道放在山体太深处。遇到部分地区埋深太大或高地温时，则应作好通风降温措施。隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择-按线路类别进行选择-越岭线上隧道位置的选择-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，选定最为理想的垭口。-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。隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道位置的选择-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面倾向对隧道位置的影响隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道方案比较-隧道方案与明堑的比较-经济和技术上的比较一般说来，隧道造价比明堑要贵一些，施工技术也复杂一些，明堑方案常常是比较省钱、省事、又快速的-安全条件比较在比较隧道方案与明堑方案时，忽略了安全条件，就会造成错误。例如，为了避免修建工程较难的隧道，有意识地将线路向靠河一侧移动，把本该用隧道穿过的地方，硬以明堑通过。由于明堑劈坡太深开挖后，边坡不稳，施工时坠石掉块，运营后塌坡坍方，给长期的运营带来安全上的威胁和防护上的困难。从长期运营条件来看，隧道方案优于明堑。隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道方案比较-隧道方案与跨河建桥方案的比较-跨河建桥方案的优缺点•一般情况是桥梁长度短而每延米的造价高；•一般跨过河谷的桥梁，河心不宜设墩，所以中孔跨度较大，两端基础必须十分坚实；•在洪水或严寒时期，施工就比较困难，因而施工有季节性；•跨河桥的最大缺点是桥头两端必然是曲线，甚至曲线半径很小。这就使得线路的行车条件变坏；•如果线路原本要抬坡争取高程的，转为桥梁后，桥身及两端引线都要放在平坡上，于是就达不到争取高程的目的；•在国防意义上，跨河建桥往往是空袭的明显目标，一旦受到破坏，全线就要中断，而且不能做临时便线。隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道方案比较-隧道方案的优缺点•隧道相对较长而每延米的造价要低一些；•隧道穿山而过，线路直、短、平；•施工不受季节影响；•隧道建成后维修养护的工作量较小；•战时可作列车掩蔽所；•如果线路前方遇到不良地质地段，修建隧道将增加困难。•如果隧道太长，工程太大，出碴太多，将会堵塞河道，施工场地不如桥梁开阔，不能容纳更多的人同时施工，那就不如建桥了。隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道方案比较-双线单隧道和单线两隧道的比较-一座双线隧道的优点•一座双线隧道所需的地位宽度比两座单线隧道的地位宽度要小，选线时易于安排布置；•一座双线隧道的开挖面面积比两座单线隧道的开挖总面积为小。也就是工程量要小，而施工的相互干扰也少些；•双线隧道的净空较大，坑道宽敞，有条件使用大型机械施工；•双线隧道的通风条件好，维修养护都较方便。隧道工程隧道勘测及隧道位置的选择---隧道方案比较-一座双线隧道的缺点•双线隧道断面跨度大，所受围岩压力也就大。因此需要更为有力的支护结构；•隧道施工时，因为压力大，临时支护困难，发生坍方事故的威胁较大；•双线隧道的一次工程投资比两座单线隧道先后修建的初期投资大；•双线隧道断面积大，不能充分利用列车活塞风。-单线隧道的优点•断面小，压力小，坑道的稳定性好，施工容易，支护简单而且安全；•对于近期尚不准备修第二线的新建隧道来说，可以先修第一线的单线隧道，预留第二线，待需要时才修。如此则初期一次投资较少；•若第一线隧道施工时采用了平行导坑，则平导即可作为第二线隧道的前进导坑。隧道工程隧