【正文】 2022年 2月 28 第三章 隧道線及斷面設(shè)計(jì) 隧道工程 上節(jié)課內(nèi)容回顧 —— 圍巖分級(jí) 研究其挖除的難易程度和開(kāi)挖方式 研究其穩(wěn)定能力、穩(wěn)定影響因素及為保持圍巖穩(wěn)定所需要的支護(hù)、加固措施等。 圍巖 被挖除的巖體 原狀巖體 ?圍巖： 在巖石地下工程中，由于受開(kāi)挖影響而發(fā)生應(yīng)力狀態(tài)改變的周圍巖體。 ?圍巖分級(jí)的目的： ① 作為選擇施工方法的依據(jù)； ②確定結(jié)構(gòu)上的荷載（松散荷載）； ③給出襯砌結(jié)構(gòu)的類型及其尺寸； ④制定勞動(dòng)定額、材料消耗標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)等； ⑤進(jìn)行科學(xué)管理及正確評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)效益； 隧道圍巖分級(jí)的因素指標(biāo)及其選擇 圍巖分級(jí)的指標(biāo)， 主要考慮影響圍巖穩(wěn)定性的因素 或其組合的因素。 ?單一的巖性指標(biāo) 抗壓 強(qiáng)度、 抗拉強(qiáng)度、彈性模量 、 抗鉆性、抗爆性 一般多采用巖石的 單軸飽和極限抗壓強(qiáng)度 作為基本的分級(jí)指標(biāo)， 具有試驗(yàn)簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)可靠的優(yōu)點(diǎn)。 但單一巖性指標(biāo)只能表達(dá)巖體特征的一個(gè)方面，用來(lái)作為分級(jí)的唯一指標(biāo)是不合適的。 ?單一的綜合巖性指標(biāo) ?巖體的完整性 系數(shù) Kv： 2?????????巖石巖體vvK v反映了巖石的力學(xué)性質(zhì)和巖體的破碎程度的綜合因素。 ?巖石質(zhì)量指標(biāo)： 10cm以上巖芯累計(jì)長(zhǎng)度 單位鉆孔長(zhǎng)度 RQD（％）＝ 100% 綜合反映巖體的強(qiáng)度和巖體破碎程度的指標(biāo)。 ?圍巖的自穩(wěn)時(shí)間 ： 從隧道開(kāi)挖到頂部開(kāi)始發(fā)生可察覺(jué)的移動(dòng)、松弛所經(jīng)歷的時(shí)間，是綜合巖性指標(biāo)。 （ 3）復(fù)合指標(biāo) 復(fù)合指標(biāo)是一種用兩個(gè)或兩個(gè)以上的巖性指標(biāo)或綜合巖性指標(biāo)所表示的復(fù)合性指標(biāo)。 具有代表性的復(fù)合指標(biāo)分級(jí)，是巴頓 （ ）等人提出的 巖體 質(zhì)量 Q指標(biāo)， Q指標(biāo)綜合表達(dá)了巖體質(zhì)量的六個(gè)地質(zhì)參數(shù)： Q＝ (RQD/Jh)(Jr/Ja)(Jw /SRF) 巖體質(zhì)量 Q指標(biāo)實(shí)際上是巖塊尺寸、抗剪強(qiáng)度、作用應(yīng)力三者的復(fù)合指標(biāo)。 隧道圍巖分級(jí)的方法 對(duì)隧道圍巖的分級(jí)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ?首先應(yīng)考慮選擇對(duì)圍巖穩(wěn)定性有重大影響的主要因素， 如巖石強(qiáng)度、巖體的完整性、地下水、地應(yīng)力、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀、以及他們的組合關(guān)系作為分級(jí)指標(biāo)； ?其次選擇 測(cè)試設(shè)備比較簡(jiǎn)單、人為因素小、科學(xué)性較強(qiáng)的定量指標(biāo)； ?在考慮 分級(jí)指標(biāo)要有一定的綜合性 ，如復(fù)合指標(biāo)等。 總之，應(yīng)有足夠的實(shí)測(cè)資料為基礎(chǔ)，能全面反映圍巖的工程性質(zhì)。 我國(guó)公路隧道圍巖分級(jí) ? 圍巖基本質(zhì)量指標(biāo) BQ BQ=90+3Rc+250Kv Rc： 巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度 ， Mpa； Kv： 巖體完整性系數(shù) 。 根據(jù)巖石的 堅(jiān)硬程度 和 巖體完整程度 兩個(gè)基本因素的定性特征和定量圍巖基本質(zhì)量指標(biāo) BQ， 進(jìn)行初步分級(jí) 。 [BQ]=BQ – 100（ K1+K2+K3） K1——地下水影響修正系數(shù)； K2——主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)； K3——初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)。 ? 圍巖基本質(zhì)量指標(biāo) BQ 修正 ?K1地下水影響的修正 地下水是造成施工塌方、使隧道圍巖喪失穩(wěn)定的最重要因素之一，地下水對(duì)圍巖的影響主要表現(xiàn)在： ? 軟化圍巖 ? 軟化結(jié)構(gòu)面 ? 產(chǎn)生流砂和潛蝕 ? 承壓水作用 ?K2軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響 的修正 ? 成層巖體、層面性狀較大，為 陡傾角且走向與洞軸線夾角很大時(shí)： 對(duì)巖體穩(wěn)定性無(wú)不利影響； ? 傾角較緩且走向與洞軸線夾角較小時(shí)： 容易發(fā)生沿層面的過(guò)大變形，甚至發(fā)生拱頂?shù)顾騻?cè)壁滑移。 《 工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 》 （ GB502182022）規(guī)范將隧道圍巖分成六級(jí)，分別是 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 、 Ⅳ 、 Ⅴ 、 Ⅵ ， ?（ 4）圍巖分級(jí) 數(shù)字越小的圍巖性質(zhì)越 。 好 山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)受地形條件影響： ?高程障礙： 公路前進(jìn)方向遇到高山時(shí)，由于坡度的限制不能在一定距離內(nèi)拔起越過(guò)山峰； ?平面障礙： 山嘴伸出很急。 第三章 隧道線及斷面設(shè)計(jì) 克服地形障礙 高程障礙 平面障礙 繞行方案 深塹方案 隧道方案 沿河傍山繞行方案 隧道直穿方案 該采取什么辦法？ 路塹 指從原地面向下開(kāi)挖而成的路基形式。 ? 繞行方案優(yōu)缺點(diǎn)： ? 優(yōu)點(diǎn)： 技術(shù)要求小，投資省、工期短； ? 缺點(diǎn)： 線路延長(zhǎng)、彎道增多、形成高大邊坡。 只有在確認(rèn)對(duì)運(yùn)營(yíng)不會(huì)造成不良影響時(shí)才考慮。 ? 路塹方案優(yōu)缺點(diǎn)： ? 優(yōu)點(diǎn)： 造價(jià)低，施工進(jìn)度快； ? 缺點(diǎn)： 路塹病害多、破壞植被。 應(yīng)以不形成高大邊坡為原則。 ? 隧道方案優(yōu)缺點(diǎn)： ? 優(yōu)點(diǎn)： 能使線路平緩順直，病害少，縮短線路，節(jié)省運(yùn)輸時(shí)間，不需用較大的坡度，不需設(shè)置太多、太急的曲線，還能最大限度地減少道路修建對(duì)自然植被的破壞。 ? 缺點(diǎn)： 造價(jià)高、施工進(jìn)度慢。 一般情況下，采用隧道方案是比較有利的。當(dāng)線路遇到地形高程障礙時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先考慮隧道方案。 經(jīng)驗(yàn)指出： “山體可穿而不宜大挖，大挖必坍” 。只有在保證安全的前提下，才能談到經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的比較。 以寶成線秦嶺盤(pán)山道為例。 那里本應(yīng)用隧道通過(guò)的，但為了趕工期，圖省錢(qián)，草率地改用明塹方案。深挖邊坡為 1:1:，邊坡的高度達(dá) 60 m，個(gè)別邊坡達(dá)到 90 m，巖層雖為花崗巖，但屬于風(fēng)化破碎帶。開(kāi)挖后，表層巖石很快風(fēng)化，邊坡站立不住。施工期間就不斷坍方，其中最大一次塌方就達(dá) 10萬(wàn) m3。邊坡頂上普遍出現(xiàn)縱向裂縫。以后多次刷方，刷到坡頂達(dá) 130 m仍不能穩(wěn)定下來(lái)。直到鋪軌時(shí)，才不得不增添明洞，但已造成不應(yīng)有的損失，并使施工程序極度混亂。 （ 1）隧道走向？ （ 2）洞門(mén)位置？ （ 3）線形布置？ （ 4）空間大??？ ——掌握公路隧道選址的原則和方法 ——隧道洞口位置選擇的原則和方法 ——隧道平面和縱斷面設(shè)計(jì)的要求 ——隧道橫面設(shè)計(jì)的要求和方法 ?修建隧道幾點(diǎn)思考 第三章 隧道線路及斷面設(shè)計(jì) 幾個(gè)名詞： ?埡口 ?分水嶺 ?越嶺隧道 ?傍山隧道 ?沿河線 ?展線 17 山頂 1 山頂 2 埡口 埡口 埡口在 《 辭源 》 里的解釋是“ 兩山間的狹窄地方 ”，即連續(xù)山梁的一塊平坦且相對(duì)較低的位置，也可以說(shuō)是高大山脊的鞍狀坳口。 埡口：即相連的兩山頂之間較低的部分稱為埡口。 ?什么叫做埡口？ 較高的埡口 較低的埡口 ?什么叫做越嶺隧道？ 我國(guó)幅員遼闊，山川交錯(cuò)，通過(guò)山嶺、重丘區(qū)的長(zhǎng)大干線公路往往 要翻越分水嶺，為縮短里程，克服高度或地形障礙 ，往往要設(shè)置隧道。線路為穿越分水嶺而修建的隧道稱為越嶺隧道。 代表性：秦嶺隧道 ?什么叫做分水嶺？ 秦嶺是長(zhǎng)江和黃河的分水嶺 分水嶺 是指分隔相鄰兩個(gè)流域的山嶺或高地，河水從這里流向兩個(gè)相反的方向。在自然界中，分水嶺較多的是山嶺、高原。 長(zhǎng)江流域圖 山區(qū)道路通常 傍山沿河 而行，山區(qū)河流的特點(diǎn)是河床狹窄、彎曲，經(jīng)過(guò)常年的河水侵蝕和風(fēng)化作用，地勢(shì)往往變得陡峻。 為改善線形、提高車速、縮短里程、節(jié)省時(shí)間， 常需修建隧道，這種隧道叫做傍山隧道，或稱河谷線隧道。 ?什么叫做傍山隧道？ 沿河線 是沿著河岸布設(shè)的路線。 優(yōu)點(diǎn)： ①路線走向明確。 只能順山沿水布線； ②線形好。 縱坡一般 5％，線形平緩、順直，可達(dá)到較高的標(biāo)準(zhǔn)； ③材料來(lái)源方便； ④聯(lián)系居民點(diǎn)多，服務(wù)性好； 缺點(diǎn)： ①洪水威脅大。 暴雨時(shí)水位猛漲猛落，沖刷力大。若線位高度設(shè)計(jì)的不合理時(shí)，公路常常受到水毀，使交通中斷。 ②艱巨工程多。 河谷一般含石頭較多，懸崖陡壁多，而且間斷出現(xiàn)，導(dǎo)致石方工程集中，開(kāi)挖困難。 ③橋涵防護(hù)工程多。 由于沿岸兩側(cè)地質(zhì)、地形復(fù)雜，常常需要跨河換岸以避讓艱巨工程。另外支溝多，使得橋涵多。路基支擋防護(hù)工程多。 ④占地多。 主要指占用農(nóng)田較多。山區(qū)良田大多是沿河兩岸階地分布，而線形也要利用階地布線，所以占用良田較多。 由于沿河線突出的優(yōu)點(diǎn)，在山區(qū)各種路線中，一般應(yīng)優(yōu)先采用沿河線。 區(qū)分越嶺隧道與傍山隧道方法： ?越嶺隧道 是穿越山嶺的隧道，一般應(yīng)該穿越山體，與山脊線近似正交。 ?傍山隧道 是沿著山體前進(jìn)的隧道，一般與山脊線近似平行或大角度相交。傍山隧道不穿越山體的核心位置。 展線： 所謂展線是“展長(zhǎng)線路”的縮略說(shuō)法。 指的是在山嶺地帶， 由于地面自然縱坡常大于道路設(shè)計(jì)容許最大縱坡， 加上工程地質(zhì)限制，就 需要順應(yīng)地形，適當(dāng)延伸線路長(zhǎng)度 沿山坡逐漸盤(pán)繞而上，以致達(dá)路線終點(diǎn)。 這種減緩縱坡，延長(zhǎng)起、終點(diǎn)間路線長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)定線，稱為展線。 一般來(lái)講，展線只出現(xiàn)在因坡度限制或遇特殊地形條件的情況下，犧牲線路順直程度來(lái)?yè)Q取盡可能低的限制坡度。 平坦地區(qū)基本不存在展線的問(wèn)題，鐵路的主要基本展線形式有：燈泡線、套線、螺旋線等。 ?什么叫做展線？ 越嶺線上，地形起伏陡峻，在展線時(shí)還可能需要修建專門(mén)的展線隧道 。 ?關(guān)角隧道 二郎北展線，三