隧道勘测及隧道位置的选择-隧道勘测.ppt

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 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道方案比较 单线隧道的缺点两座单线隧道必须横向相隔一定的安全距离 才能保证两隧道间的围岩土柱有足够的支承能力 以避免在修筑第二线隧道的施工中 对第一线隧道有影响 两座单线隧道无论是同时施工还是先后施工 施工时总会有些相互干扰 尤其是在修第二线隧道时 多半是在已成第一线不间断行车的条件下进行的 这就增加了施工的困难 两种方案各有其优缺点 比较时 就要从铁路运量的要求 结合地形 地质以及施工条件 工期要求 资金运用等因素 综合比较 择优选定 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道方案比较 当复线本身相距一个相当的横向距离时 当然要各自修建单线隧道 但要保证两座隧道之间有足够的安全距离 在实践的基础上 归纳出最小间距的数值 如下表所列 仅供参考 复线两隧道间的横向最小距离 注 表中B为隧道开挖断面的宽度 m 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道方案比较 长隧道与短隧道群方案的比较 短隧道群方案的优点一般说来 短隧道是比较容易施工的 有时可以只用简单的设备就可以进行施工 技术上困难也不多 一群短隧道并不相连 这一座与那一座之间留有长短不等的明线部分 这样 它们各自有自己的出口和入口 可以开辟较多的工作面 容纳较多的人同时工作 施工进度较快 建成后 由于隧道短 多半可以只靠自然通风 不必另配机械通风系统 运营成本低 车上旅客长时间处于地下的不舒服感觉可以减轻 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道方案比较 短隧道群方案的缺点河谷边坡的地质多是比较复杂的 尤其是地表覆盖层更是风化地带 岩体松散破碎 节理切割严重 短隧道在此通过 坑道多不稳定 围岩压力很大 开挖时易致坍方 隧道外侧覆土太薄 形成偏侧压力 使隧道的支护结构处于不利的受力状态中 若是岩体的 层理是向外下倾的 更易发生剪切破坏 对隧道的稳定形成威胁 多个隧道相距不远 有时前一座隧道的出口 隔不了多远就是另一座隧道的进口 施工时互相干扰 洞口场地也不好布置 多条隧道要多建许多洞门建筑物 在工程造价上就不经济了 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道方案比较 长隧道方案的优点它将位于岩体深处坚固稳定的地层中 围岩压力小 坑道稳定 无偏压受力的情况 支护可以简单 施工比较安全 工程单一 施工不受干扰 洞门建筑物只有两个 比多座短隧道为少 长隧道方案的缺点隧道长 技术上要复杂一些 工程造价可能要贵一些 多年实践指出 线路还是倾向于向里靠一些 宁愿隧道长一些 但只是一座为好 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道方案比较 对相关工程的考虑 桥隧工程毗邻的统一安排在同一条线路上 常常分布着若干座隧道 桥梁和路基支档结构等 它们之间看来似乎是个体 但从整条线路的选定出发 又是彼此相关的组成体 因此 需要有统一的安排 隧道位置与前后线路防护措施的关系沿着河谷行进的铁路 由于侧坡较陡 线路稍有偏外就会落入河道之中或跨到河岸之上 需要设置栈桥或高填路基 需建护坡建筑物 线路稍有偏内 则会插进山体 需要大劈大挖或延长隧道 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道洞口位置的选定 选择洞口位置的原则洞口应尽可能地设在山体稳定 地质较好地下水不太丰富的地方洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处 不要与水争路洞口应尽可能设在线路与地形等高线相垂直的地方 使隧道正面进入山体 洞门结构物不致受到偏侧压力当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响范围以内时 隧道洞口标高应在洪水位以上 并加上波浪的高度 以防洪水倒灌到隧道中去 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道洞口位置的选定 为了保证洞口的稳定和安全 边坡及仰坡均不宜开挖过高 不使山体扰动太甚 也不使新开出的暴露面太大 一般情况下 设计各类围岩中隧道洞口上方的仰坡和路堑的边坡控制高度和坡度可参考下表 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道洞口位置的选定 若洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时 应慎重处理 当线路横沟进洞时 设置桥涵净空不宜太小 以免后患若洞口前方岩壁陡立 基岩裸露 此时 最好不刷动原生坡面 不挖开山体 洞口以外必须留有生产活动的场所 用作图法确定进洞里程和洞口边 仰坡开挖线 进洞里程的确定 在洞口地形平面图上找出控制等高线 在预先选定的洞口附近 以洞门墙宽度B为距离 作对称于线路中心线的平行线I 和 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道洞口位置的选定 以仰坡坡脚至极限挖高控制点的水平距离d为半径 用分规沿I I 或 线移动 找出与控制等高线相切于a点 即控制点 的圆心O 过O点作线路中心线的垂线OO 以洞口里程至仰坡坡脚的水平距离b 由洞门图查得 为间距 作OO 线的平行线PP 则PP 线为洞口里程位置 洞口里程的确定 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道洞口位置的选定 绘制隧道洞口边 仰坡开挖线 绘制仰坡开挖线洞门位置确定后 可计算仰坡坡脚标高H仰 则由仰坡坡率m 求得仰坡顶点位置 例如 控制等高线为602m 仰坡坡脚标高为595m 仰坡坡率m 0 75 即可计算602至595各等高线坡率为m而距仰坡坡脚的水平投影距离d1 d2 等各值 对600m等高线 dl 600 595 m 5 0 75 3 75 m 在洞门地形图上 作与洞门墙平行且相距为d1的l 1线交600m等高线于 点 作2 2线与洞门墙相距为d2交598m等高线于 点 以此类推 连接a 各点 即为仰坡开挖线 边 仰坡开挖线 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道洞口位置的选定 绘制边坡开挖线其原理同前 先确定边坡坡脚标高 根据边坡坡率n 可计算不同标高位置的边坡顶至边坡坡脚的水平投影距离c 例如 边坡坡脚标高为586m n 0 5则c1 588 586 n 2 0 5 1 0 m c2 590 586 n 4 0 5 2 0 m 作I I线与路堑坡脚线平行且相距为c1 交588m等高线于a 作 线与路堑坡脚线平行且相距为c2交590m等高线于b 同理可求得其它各点 连接a b 各点 即得边坡开挖线 绘制仰坡与边坡交角处开挖线洞门开挖方式有两种 即甲式开挖和乙式开挖 如下图所示 其刷坡的起坡点不同 采用甲式开挖时 起坡点为翼墙端点 乙式开挖时 起坡点为仰坡坡脚 由此可确定相宜起坡点的标高值 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道洞口位置的选定 洞门开挖方式 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道洞口位置的选定 以乙式开挖为例 绘制仰坡与边坡交角处开挖线 在90 交角范围 等分6等份 即由边坡至仰坡的累计度数为15 30 45 60 75 90 当仰坡坡率m与边坡坡率n不同时 应圆顺过渡 其各等份的坡率K可按下式计算 式中n 边坡坡率 m 仰坡坡率 圆角部分等份角度的累积度数 由边坡至仰坡 乙式开挖边 仰坡交角处开挖线 隧道勘测及隧道位置的选择 隧道洞口位置的选定 确定等份线与开挖线的交点以OB等份线为例 累积度数 30 仰坡坡率m 0 75 边坡坡率n 0 5 由上式计算得坡率K 0 54 可计算不同标高位置的坡顶至起坡点的水平投影距离r 例如 起坡点高程为595m 则r1 597 595 K 2 0 54 1 08 m r2 598 595 K 3 0 54 1 62 m 以O点为圆心 以r1 r2 为半径 分别交等高线594 595 于a b c 连接a b c 各点所形成的曲线与OB交于i点 即为该等份线与开挖线的交点 同理可得其它等份线与开挖线的交点j k 连接i j k 各点 即得交角处开挖线