地下工程课件第3章 地下工程主体规划与结构设计.ppt

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1、地下工程主讲：骆建军主讲：骆建军办办办办 公公公公 室：隧道中心室：隧道中心室：隧道中心室：隧道中心313313313313联系电话：联系电话：联系电话：联系电话：13611303609136113036091361130360913611303609Email:jj_ Email:jj_ Email:jj_ Email:jj_ 本课程主要内容：本课程主要内容：本课程主要内容：本课程主要内容：第一章：绪论（第一章：绪论（1 1讲）讲）第二章：地下工程环境及围岩分级（第二章：地下工程环境及围岩分级（2 2 讲）讲）第三章第三章：地下工程主体规划与结构设计（：地下工程主体规划与结构设计（3 3讲讲

2、）第四章第四章：地下结构计算理论（：地下结构计算理论（2 2讲）讲）第五章第五章：地下工程支护参数设计（：地下工程支护参数设计（2 2讲）讲）第六章第六章：地下工程防排水设计（：地下工程防排水设计（1 1讲）讲）第七章：第七章：地下工程降水（地下工程降水（1 1讲讲）第八章：第八章：地下工程施工方法（地下工程施工方法（3 3讲）讲）第九章第九章：地下工程施工监控量测：地下工程施工监控量测(1(1讲）讲）第三章第三章 交通地下工程规划与结构设计交通地下工程规划与结构设计第一节第一节 地下工程的投资分析地下工程的投资分析 投资分析需要这样一些参数：（投资分析需要这样一些参数：（1 1）项目的目的；

3、（）项目的目的；（2 2）可以接受的（贷款、投资）利息；（可以接受的（贷款、投资）利息；（3 3）项目的约束条件；）项目的约束条件；（4 4）项目的经济寿命；（）项目的经济寿命；（5 5）业主可以承受的风险；（）业主可以承受的风险；（6 6）项）项目在施工过程中可能遇到的地下环境的不确定性。显然，其目在施工过程中可能遇到的地下环境的不确定性。显然，其中一些参数是很难实际评价的。中一些参数是很难实际评价的。投资敏感性分析中常用的一些利息计算公式：投资敏感性分析中常用的一些利息计算公式：式中：式中：P P 和和S S 分别货币的当前分别货币的当前价值和将来价值，价值和将来价值，n n 为时期的为时

4、期的个数，个数，i i为一个时期内的利息，为一个时期内的利息，R R 为资本回收因子。为资本回收因子。一个地下工程项目的约束条件涉及几种类型：自然的、一个地下工程项目的约束条件涉及几种类型：自然的、法律的、管理的、政治的、财政的等。在决定项目开工之前，法律的、管理的、政治的、财政的等。在决定项目开工之前，应该对各种约束条件进行敏感性分析。应该对各种约束条件进行敏感性分析。投资分析方法中，有当前价值法、回收率法、费用效益投资分析方法中，有当前价值法、回收率法、费用效益分析等。当前价值法，是把总投资费用（包括土地、施工、分析等。当前价值法，是把总投资费用（包括土地、施工、材料和劳动力、设备、使用和

5、维修等费用）都转换成当前价材料和劳动力、设备、使用和维修等费用）都转换成当前价值，具有最小投资费用的方案为最好的方案。回收率法，是值，具有最小投资费用的方案为最好的方案。回收率法，是把当前的总投资费用放到项目经济寿命中的每个年头当中去，把当前的总投资费用放到项目经济寿命中的每个年头当中去，刨除使用与维修费用，具有最大回收率方案为最好的方案。刨除使用与维修费用，具有最大回收率方案为最好的方案。费用效益分析是对比项目费用和项目效益（所有的效益，有费用效益分析是对比项目费用和项目效益（所有的效益，有形的和无形的），很容易理解，效益费用比最大者是最好的形的和无形的），很容易理解，效益费用比最大者是最好

6、的方案。方案。第二节第二节 交通地下工程规划交通地下工程规划 主体规划设计主要考虑主体规划设计主要考虑4 4方面问题：（方面问题：（1 1）隧道线形选择，）隧道线形选择，需考虑地形、地质及环境条件等；（需考虑地形、地质及环境条件等；（2 2）隧道施工对地层的影）隧道施工对地层的影响；（响；（3 3）隧道断面、主体及附属结构形式的选择，需考虑地）隧道断面、主体及附属结构形式的选择，需考虑地层的变形和刚度、衬砌的变形和刚度，以及两者之间的相互层的变形和刚度、衬砌的变形和刚度，以及两者之间的相互作用；（作用；（4 4）隧道防水方案。）隧道防水方案。隧道施工规划主要涉及隧道施工规划主要涉及3 3方面问

7、题方面问题：（：（1 1）地层开挖与出）地层开挖与出碴；（碴；（2 2）地层稳定性；（）地层稳定性；（3 3）地下水。）地下水。隧道施工对环境影响主要考虑隧道施工对环境影响主要考虑3 3个问题：（个问题：（1 1）灾害；）灾害；（2 2）对邻近结构和设施的影响；（）对邻近结构和设施的影响；（3 3）地下水系统的变化。）地下水系统的变化。一、山岭隧道的规划一、山岭隧道的规划1.1.地形条件与隧道位置的选择地形条件与隧道位置的选择 地形条件地形条件高高程程障障碍碍平平面面障障碍碍 绕行绕行 深堑深堑隧道隧道为减少火车震动对石窟文物的影响，为减少火车震动对石窟文物的影响，19951995年年焦枝铁路

8、龙门隧道废弃，东迁焦枝铁路龙门隧道废弃，东迁700700米另辟新隧道米另辟新隧道 原龙门隧道原龙门隧道19701970年修建，与龙门石窟隔河相望年修建，与龙门石窟隔河相望 （1 1）越岭隧道位置选择）越岭隧道位置选择 越岭线：当铁路线需要从一个水系过渡到另一个水系时，越岭线：当铁路线需要从一个水系过渡到另一个水系时，必须跨越高程很大的分水岭，这段线称为越岭线。必须跨越高程很大的分水岭，这段线称为越岭线。克服高程障碍方法：绕行、深路堑克服高程障碍方法：绕行、深路堑 、隧道方案。、隧道方案。越岭隧道：跨越分水岭的隧道。越岭隧道：跨越分水岭的隧道。越岭隧道位置主要考虑：垭口的选择、高程的确定。越岭隧

9、道位置主要考虑：垭口的选择、高程的确定。1 1）垭口的选择）垭口的选择 垭口：分水岭的山脊上总会有高程较低处，称为垭垭口：分水岭的山脊上总会有高程较低处，称为垭口，一个分水岭会有多个垭口。口，一个分水岭会有多个垭口。平面考虑：尽量靠近航空方向，使线路最短。采用平面考虑：尽量靠近航空方向，使线路最短。采用直线或大半径曲线较好。直线或大半径曲线较好。垭口两端地形考虑：主沟高程相差不大，台地开阔，垭口两端地形考虑：主沟高程相差不大，台地开阔，以便设计必要的展线。以便设计必要的展线。选择工程地质和水文地质条件良好的垭口选择工程地质和水文地质条件良好的垭口选择的垭口选择的垭口路线总方向路线总方向什么叫做

10、垭口？什么叫做垭口？如何选择垭口？如何选择垭口？例例：成昆线上的沙木拉达隧道：成昆线上的沙木拉达隧道 1#1#垭口方案：线路最长，但隧道最短，垭口方案：线路最长，但隧道最短，6.379km6.379km，就技术，就技术条件与工期等因素，经综合比选后为最优方案。条件与工期等因素，经综合比选后为最优方案。2#2#垭口方案：偏离航空方向稍远，隧道长垭口方案：偏离航空方向稍远，隧道长14.5km14.5km，两端引线，两端引线工程较大。工程较大。3#3#垭口方案：最靠近航空方向，线路最短，隧道长度为垭口方案：最靠近航空方向，线路最短，隧道长度为19.5km19.5km。4#4#垭口方案：稍偏离航空方向

11、，隧道最长，垭口方案：稍偏离航空方向，隧道最长，25.8km25.8km。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，该岭与两侧高差约越小凉山分水岭，该岭与两侧高差约900900余米，线路需克服越余米，线路需克服越岭的巨大高差，越岭地段计有岭的巨大高差，越岭地段计有沙木拉打、瓦吉木、小相岭、阳沙木拉打、瓦吉木、小相岭、阳糯雪山糯雪山四个垭口。四个垭口。成昆线沙木拉打隧道的比选成昆线沙木拉打隧道的比选线路方案线路方案隧道长（隧道长（kmkm）高程（高程（m m）线路长（线路长（kmkm）沙木拉打沙木拉打6.46.42

12、188218822432243141.5141.5瓦瓦 吉吉 木木14.514.51950195020772077109.3109.3小小 相相 岭岭19.519.51782178218151815109.3109.3阳糯雪山阳糯雪山25.825.8176017601800180083.583.5图图图图 成昆线乃托泸沽段隧道方案成昆线乃托泸沽段隧道方案成昆线乃托泸沽段隧道方案成昆线乃托泸沽段隧道方案成都成都牛日河牛日河乃托乃托雄雄河河普雄普雄竹沱竹沱沙沙木木拉拉达达两河口两河口昆明昆明泸沽泸沽越越西西河河冕宁冕宁安安宁宁河河泸沽泸沽登相营登相营高高跃跃河河河河孙孙水水喜德喜德冕山冕山越西越西

13、阳阳糯糯雷雷山山小相岭小相岭l l=637=6379 9l=14500l l=1 19 95 50 00 0l l=2 25 57 75 50 0普普瓦瓦吉吉木木梁梁子子 2 2）高程的选择）高程的选择 高程高时：隧道长度短，施工期短，但拔高大，展线长，高程高时：隧道长度短，施工期短，但拔高大，展线长，隧道两端引线工程增大，运营养护条件差。隧道两端引线工程增大，运营养护条件差。高程低时：减少展线，缩短线路长度，减少拔高，改善高程低时：减少展线，缩短线路长度，减少拔高，改善运营条件，但隧道长度增加，施工期长。运营条件，但隧道长度增加，施工期长。选择依据：技术可行、经济合理。选择依据：技术可行、经

14、济合理。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：川黔线上的例如：川黔线上的凉风垭隧道凉风垭隧道即为较为典型的例子。为穿越娄山山脉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：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：马鞍山方案：越岭隧道长越岭隧道长28102810米，位置较高，线路需克服较大高差。米，位置较高，线路需克服较大高差。雷神坡方案：雷神坡方案：越岭隧道长越岭隧道长34903490米，位置较马鞍山方案较低，线路状况

15、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；大为改善，但该处为一大断层，地质条件不利；马鞍山方案马鞍山方案越岭隧道长越岭隧道长2810m雷神坡方案雷神坡方案越岭隧道长越岭隧道长3490m凉风垭方案凉风垭方案越岭隧道长越岭隧道长4270m （2 2）沿河、傍山隧道位置选择）沿河、傍山隧道位置选择 在在沿沿河河傍傍山山选选线线，由由于于受受地地形形条条件件的的限限制制，线线路路平平面面位位置可移动的范围不大。置可移动的范围不大。克服平面障碍的方法：克服平面障碍的方法：(a)(a)沿沿河河傍傍山山绕绕行行方方案案：沿沿山山体体自自然然弯弯曲曲傍傍山山绕绕行行。缺缺点：

16、线路差、易坍方、行车困难。点：线路差、易坍方、行车困难。(b)(b)隧道直行方案：初期工程量较大，但长远利益较好。隧道直行方案：初期工程量较大，但长远利益较好。河河谷谷隧隧道道一一般般埋埋深深较较浅浅，容容易易造造成成各各种种病病害害；山山坡坡亦亦常常有有滑滑坡坡、松松散散堆堆积积、泥泥石石流流等等不不良良地地质质现现象象，地地质质情情况况较较为为复杂。复杂。河道狭窄河道狭窄 冲刷严重！冲刷严重！应尽可能应尽可能应尽可能应尽可能“裁弯取直裁弯取直裁弯取直裁弯取直”。线路沿山嘴绕行应与直穿山嘴线路沿山嘴绕行应与直穿山嘴的隧道方案进行比较。如山嘴地段的隧道方案进行比较。如山嘴地段地形陡峻、地质复杂

17、，河岸冲刷严地形陡峻、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，应尽可能用保证运营安全时，应尽可能用“裁裁弯取直弯取直”，以较长隧道方案通过。，以较长隧道方案通过。关村坝隧道方案关村坝隧道方案 沿河方案：线路迂回长达16.6km，其中 隧 道 8座，总 长4.2km，大中桥2座，总 长 124m，土 石 方2150000m3，还通过8km长的不良地质地段。关村坝隧道方案：长6107m，线路比沿河方案缩短10.1km，减少了25个弯道，避开了不良地质地段，为行车创造有利条件。例例：大瑶山隧道：大瑶山隧道 隧隧道道修修建建前前沿沿河河既既有有线

18、线：长长53.2km53.2km，冲冲沟沟发发育育，共共有有130130个曲线段，有不良地质地段，小隧道群。个曲线段，有不良地质地段，小隧道群。大大瑶瑶山山隧隧道道：长长14.3km14.3km，线线路路长长较较沿沿河河方方案案缩缩短短11km11km，减少车站减少车站4 4个，避免了不良地质地段，运营条件好。个，避免了不良地质地段，运营条件好。例例：北口隧道：北口隧道 由由于于选选线线不不好好，隧隧道道还还没没建建成成就就废废弃弃了了，而而在在旁旁边边重重新新建了一座隧道，造成很大浪费。建了一座隧道，造成很大浪费。线路沿山嘴绕行应与线路沿山嘴绕行应与直穿山嘴的隧道方案直穿山嘴的隧道方案进行比

19、较。进行比较。常见的不良地质条件主要是指：常见的不良地质条件主要是指：滑坡、崩坍、松散堆积、泥石流、岩溶及含盐、含煤地滑坡、崩坍、松散堆积、泥石流、岩溶及含盐、含煤地层、地下水发育层、地下水发育等地质现象。等地质现象。大量工程实践表明：不论是河谷线还是越岭线。在具体大量工程实践表明：不论是河谷线还是越岭线。在具体选定隧道位置时都必须详细研究地质条件的影响，力求使隧选定隧道位置时都必须详细研究地质条件的影响，力求使隧道在较好的地质条件下通过，尽量减少不良地质条件的影响道在较好的地质条件下通过，尽量减少不良地质条件的影响是极力重要的。是极力重要的。第三章第三章 隧道线路及断面设计隧道线路及断面设计

20、 三、地质条件对隧道位置的影响三、地质条件对隧道位置的影响 2.2.地质条件与隧道位置的选择地质条件与隧道位置的选择 原则：原则：选择构造简单、岩性好的稳固地层，避开断层、选择构造简单、岩性好的稳固地层，避开断层、崩塌、滑坡、流砂、溶洞、偏压、地下水丰富等不良地段。崩塌、滑坡、流砂、溶洞、偏压、地下水丰富等不良地段。（1）单斜构造区隧道位置选择）单斜构造区隧道位置选择 单斜构造区：成层的岩层向一个方向倾斜的地质构造。单斜构造区：成层的岩层向一个方向倾斜的地质构造。工程地质问题：不均匀地层压力、偏压、顺层滑动等。工程地质问题：不均匀地层压力、偏压、顺层滑动等。隧道位置：隧道中线以垂直走向穿过最为

21、有利。隧道位置：隧道中线以垂直走向穿过最为有利。（b）陡倾角岩层：）陡倾角岩层：一般存一般存在偏压和不均匀压力，若有两在偏压和不均匀压力，若有两种不同岩性的层面存在，隧道种不同岩性的层面存在，隧道应放在岩性较好的单一岩层中。应放在岩性较好的单一岩层中。（a）水平或缓倾角岩层：水平或缓倾角岩层：若岩层为厚层岩时，则比较稳定；若岩层为厚层岩时，则比较稳定；若岩层很薄，则以不透水的坚硬岩层作顶板最好若岩层很薄，则以不透水的坚硬岩层作顶板最好 （c）直立岩层：直立岩层：隧道轴线垂直岩层走向，若必须与岩隧道轴线垂直岩层走向，若必须与岩层走向一致时，应避开岩层接触带。当岩层较薄并有软弱夹层走向一致时，应避

22、开岩层接触带。当岩层较薄并有软弱夹层和微量地下水时，施工中易产生坍塌，甚至会形成天窗。层和微量地下水时，施工中易产生坍塌，甚至会形成天窗。（2）褶皱构造区隧道位置选择）褶皱构造区隧道位置选择 褶皱构造：有向斜和背斜两种，如图。褶皱构造：有向斜和背斜两种，如图。工程地质问题：由于节理裂隙发育，施工时容易坍塌。工程地质问题：由于节理裂隙发育，施工时容易坍塌。（2）褶皱构造区隧道位置选择）褶皱构造区隧道位置选择 褶皱构造：有向斜和背斜两种，如图。褶皱构造：有向斜和背斜两种，如图。工程地质问题：由于节理裂隙发育，施工时容易坍塌。工程地质问题：由于节理裂隙发育，施工时容易坍塌。思考：根据下图指出隧道的最

23、优选址位置。思考：根据下图指出隧道的最优选址位置。在背斜中，由于地层向下弯曲而可能于地在背斜中，由于地层向下弯曲而可能于地层上部开裂、形成上大下小的岩块，开层上部开裂、形成上大下小的岩块，开挖时，岩块易于保持稳定；挖时，岩块易于保持稳定；在向斜中，由于地层向上弯曲而可能于地在向斜中，由于地层向上弯曲而可能于地层下部开裂、形成上小下大的岩块，开层下部开裂、形成上小下大的岩块，开挖容易引起掉块或坍方；挖容易引起掉块或坍方；如果地下水汇聚在向斜的凹底，也对施工如果地下水汇聚在向斜的凹底，也对施工不利；不利；在摺曲的两翼，隧道容易受到偏压力作用。在摺曲的两翼，隧道容易受到偏压力作用。（3）断裂构造、接

24、触带隧道位置选择）断裂构造、接触带隧道位置选择 工程地质问题：由于裂隙发育、地下水量大，因此隧道工程地质问题：由于裂隙发育、地下水量大，因此隧道施工时易坍塌、涌水、地层压力变化大。施工时易坍塌、涌水、地层压力变化大。隧道位置：对区域性大断裂，应避开。在必须通过时，隧道位置：对区域性大断裂，应避开。在必须通过时，应与断裂带正交通过。应与断裂带正交通过。沿断层破碎带沿断层破碎带 垂直断层破碎带垂直断层破碎带 （4）不良地质区隧道位置选择）不良地质区隧道位置选择 不良地质：滑坡、错落、崩塌、岩堆、危岩、落石、岩不良地质：滑坡、错落、崩塌、岩堆、危岩、落石、岩溶、陷穴、泥石流等。溶、陷穴、泥石流等。（

25、a）滑坡地区：）滑坡地区：如果可能，隧道最好放置于滑动面以如果可能，隧道最好放置于滑动面以下的稳固地层中；如果隧道必须通过滑坡体，则必须进行处下的稳固地层中；如果隧道必须通过滑坡体，则必须进行处理，采取上部减载、下部支挡、抗滑桩、地表地下排水、加理，采取上部减载、下部支挡、抗滑桩、地表地下排水、加强衬砌结构等。强衬砌结构等。（b）岩堆、崩塌、错落、堆积层及危石区：）岩堆、崩塌、错落、堆积层及危石区：原则上隧原则上隧道应避开，若必须通过，则应采取相应的工程措施。道应避开，若必须通过，则应采取相应的工程措施。（c）泥石流区：泥石流区：应使隧道洞应使隧道洞身置于基岩中或稳定地层。当对身置于基岩中或稳

26、定地层。当对岸山嘴或洪积扇影响而压缩河床岸山嘴或洪积扇影响而压缩河床时，应考虑侧蚀对隧道的影响。时，应考虑侧蚀对隧道的影响。（d）岩溶区：）岩溶区：当隧道必须通过岩溶发育区时，应选在当隧道必须通过岩溶发育区时，应选在较狭窄地段垂直通过，并保证隧道与岩溶壁间有足够厚度，较狭窄地段垂直通过，并保证隧道与岩溶壁间有足够厚度，必要时采取相应的工程措施。必要时采取相应的工程措施。总之，隧道通过不良地质地区时，应尽量避开，瑞士的总之，隧道通过不良地质地区时，应尽量避开，瑞士的隧道大多为曲线隧道，其目的是尽量避开不良地质体。隧道大多为曲线隧道，其目的是尽量避开不良地质体。（5）特殊地质区隧道位置选择）特殊地

27、质区隧道位置选择 特殊地质：膨胀岩、含盐地层、煤系地层、黄土、多年特殊地质：膨胀岩、含盐地层、煤系地层、黄土、多年冻土、多年冻土、地震及水库地区。冻土、多年冻土、地震及水库地区。(a)膨胀岩地区膨胀岩地区 膨胀原因：吸水膨胀；风化膨胀；应力释放膨胀。膨胀原因：吸水膨胀；风化膨胀；应力释放膨胀。隧道选择：应在最短地段通过，并且含水量最小。隧道选择：应在最短地段通过，并且含水量最小。(b)含盐地层含盐地层 害处有：膨胀作用；湿陷作用；侵蚀作用。害处有：膨胀作用；湿陷作用；侵蚀作用。隧道选择：应在干燥无水或地下水位低、含盐量小的地隧道选择：应在干燥无水或地下水位低、含盐量小的地段通过，并应对结构进行

28、加强处理。段通过，并应对结构进行加强处理。(c)煤系地层煤系地层 害处：主要有有害气体和膨胀性。害处：主要有有害气体和膨胀性。隧道选择：影响最小的方案通过。隧道选择：影响最小的方案通过。(c)煤系地层煤系地层 害处：主要有有害气体和膨胀性。害处：主要有有害气体和膨胀性。隧道选择：影响最小的方案通过。隧道选择：影响最小的方案通过。(d)黄土地区黄土地区 黄土特点：黄土干燥时较坚硬，逾水容易剥落和遭受侵黄土特点：黄土干燥时较坚硬，逾水容易剥落和遭受侵蚀，常有冲沟、滑坡等。蚀，常有冲沟、滑坡等。隧道选择：通过时应避开冲沟及有地下水活动和地面陷隧道选择：通过时应避开冲沟及有地下水活动和地面陷穴密集的地

29、区。穴密集的地区。(e)多年冻土地区多年冻土地区 保持三年及以上的冻土称为多年冻土，主要分布于大兴保持三年及以上的冻土称为多年冻土，主要分布于大兴安岭及青藏高原。安岭及青藏高原。害处：洞口浅埋段及衬砌周围将产生冻融圈，在冻融循害处：洞口浅埋段及衬砌周围将产生冻融圈，在冻融循环作用下，隧道结构容易破坏。环作用下，隧道结构容易破坏。隧道选择：在地层稳定、含冰量小的地段，特别是洞口隧道选择：在地层稳定、含冰量小的地段，特别是洞口的选择更应注意。的选择更应注意。(f)地震地区地震地区 地震影响：随埋深的增加而减弱；不良地质地段对抗震地震影响：随埋深的增加而减弱；不良地质地段对抗震不利。不利。隧道选择：

30、应注意地形、地质及埋深的问题。隧道选择：应注意地形、地质及埋深的问题。(g)水库地区水库地区 水库积水后改变了岸边的工程地质和水文地质条件，容水库积水后改变了岸边的工程地质和水文地质条件，容易引起水库塌岸。易引起水库塌岸。隧道位置选择：在牢固的基岩中，远离塌岸范围，并置隧道位置选择：在牢固的基岩中，远离塌岸范围，并置于稳定水位以上一定高度，如必须在水位以下时，则应采取于稳定水位以上一定高度，如必须在水位以下时，则应采取有效的防护措施。有效的防护措施。例如例如：浙江某公路隧道，从水库底通过，在过库底时：浙江某公路隧道，从水库底通过，在过库底时采取了超前帷幕注浆等防水措施，以及加强衬砌，工程顺利采

31、取了超前帷幕注浆等防水措施，以及加强衬砌，工程顺利通过了库区，但在库区外由于地质较好且水量不大，因此施通过了库区，但在库区外由于地质较好且水量不大，因此施工中不作特殊处理，采用了正常支护。该隧道运营不到工中不作特殊处理，采用了正常支护。该隧道运营不到3个个月就出问题，在库区外有一段隧道衬砌坍塌，大量涌水，结月就出问题，在库区外有一段隧道衬砌坍塌，大量涌水，结果造成整个水库的水全部排干的惨重损失。查原因：有一条果造成整个水库的水全部排干的惨重损失。查原因：有一条断层将库区与库区外连在一起，断层处水压力很大，最终将断层将库区与库区外连在一起，断层处水压力很大，最终将不经过加强的衬砌压坏，出现事故。

32、不经过加强的衬砌压坏，出现事故。3.3.隧道方案与其它方案的比较隧道方案与其它方案的比较 （1）隧道与路堑方案比较）隧道与路堑方案比较 线路克服高程障碍时可采用隧道，也可采用路堑方法。线路克服高程障碍时可采用隧道，也可采用路堑方法。路堑方案优缺点：简单、施工快速、省钱，但路堑太深路堑方案优缺点：简单、施工快速、省钱，但路堑太深后，边坡不稳，且易于掉石、塌方。如：宝成线秦岭的盘山后，边坡不稳，且易于掉石、塌方。如：宝成线秦岭的盘山道，图省钱，采用路堑，出现大量塌方。道，图省钱，采用路堑，出现大量塌方。隧道方案优缺点：稳定、安全，但投资大些，技术复杂隧道方案优缺点：稳定、安全，但投资大些，技术复杂

33、些。实践证明：山体可穿不宜大挖，大挖必塌。些。实践证明：山体可穿不宜大挖，大挖必塌。（2）隧道与桥梁方案比较）隧道与桥梁方案比较 两种情况会出现桥梁与隧道方案的比选问题：两种情况会出现桥梁与隧道方案的比选问题：当线路沿河谷一侧行走遇到障碍无法展线时，可采用傍当线路沿河谷一侧行走遇到障碍无法展线时，可采用傍山隧道，也可采用桥梁方案将线路引到对岸开阔地区行走。山隧道，也可采用桥梁方案将线路引到对岸开阔地区行走。当线路要过大的江河时，以前大多采用桥梁方案，现在当线路要过大的江河时，以前大多采用桥梁方案，现在遇水只能架桥的思想已经被打破，修建了很多水底隧道，这遇水只能架桥的思想已经被打破，修建了很多水

34、底隧道，这对环境保护、国防都有利。对环境保护、国防都有利。桥梁与隧道的比选要考虑：技术、经济、航运、国防等桥梁与隧道的比选要考虑：技术、经济、航运、国防等的可行性及安全问题。的可行性及安全问题。（3）双线隧道与单线隧道方案比较）双线隧道与单线隧道方案比较 新建的双线铁路或既有单线铁路增建第二线时，如果有新建的双线铁路或既有单线铁路增建第二线时，如果有隧道，都会出现双线隧道方案或单线隧道方案的比较问题。隧道，都会出现双线隧道方案或单线隧道方案的比较问题。双线隧道的优点：双线隧道的优点：(a)比两条单线隧道占地少，选线相对容易；比两条单线隧道占地少，选线相对容易；(b)比两条单线隧道开挖总面积小，

35、施工干扰小；比两条单线隧道开挖总面积小，施工干扰小；(c)净空大，施工方便，易于机械化作业；净空大，施工方便，易于机械化作业；(d)通风条件好，维修养护方便。通风条件好，维修养护方便。双线隧道的缺点：双线隧道的缺点：(a)跨度大，围岩压力大；跨度大，围岩压力大；(b)容易塌方；容易塌方；(c)初期投资大；初期投资大；(d)不能利用列车活塞风。不能利用列车活塞风。单线隧道的优点：单线隧道的优点：(a)断面小，压力小，稳定性好，易于施工，支护简单、断面小，压力小，稳定性好，易于施工，支护简单、安全；安全；(b)近期不准备修建第二线的新建隧道，初期投资少；近期不准备修建第二线的新建隧道，初期投资少；

36、(c)若第一线有平导，则平导可作第二线隧道超前导坑。若第一线有平导，则平导可作第二线隧道超前导坑。单线隧道的缺点：单线隧道的缺点：(a)两座单线隧道要保持一定的距离；两座单线隧道要保持一定的距离；(b)两座单线隧道无论同时或前后施工，都干扰大。两座单线隧道无论同时或前后施工，都干扰大。（4）长隧道与短隧道方案比较）长隧道与短隧道方案比较 在河谷线上，往往会遇到山坡一侧狭谷排列成七沟八梁在河谷线上，往往会遇到山坡一侧狭谷排列成七沟八梁的情况。线路位置稍偏外，则出现短隧道群，如果线路往里的情况。线路位置稍偏外，则出现短隧道群，如果线路往里靠，则形成一座较长的隧道。靠，则形成一座较长的隧道。短隧道的

37、优缺点：短隧道的优缺点：优点：技术简单、施工简单、工作面多、施工速度快、优点：技术简单、施工简单、工作面多、施工速度快、通风条件好；通风条件好；缺点：围岩破碎、压力大且偏压、施工容易塌方。缺点：围岩破碎、压力大且偏压、施工容易塌方。长隧道的优缺点：长隧道的优缺点：优点：地层稳定、围岩压力小、无偏压、支护简单、安优点：地层稳定、围岩压力小、无偏压、支护简单、安全、洞门少；全、洞门少；缺点：技术复杂些、造价高些。缺点：技术复杂些、造价高些。4.4.山岭隧道位置选择发展趋势山岭隧道位置选择发展趋势隧道位置选择服从路网规划隧道位置选择服从路网规划隧道越修越长隧道越修越长地质复杂性提高地质复杂性提高隧道

38、修建难度增大隧道修建难度增大u圆梁山隧道概况圆梁山隧道概况u新关脚隧道新关脚隧道 隧道长隧道长32.605km32.605km，地处青藏高原，高寒缺氧，生态环境脆弱，工程地处青藏高原，高寒缺氧，生态环境脆弱，工程地质、水文地质条件复杂，隧道特长，工程规模大，施工难度很大。地质、水文地质条件复杂，隧道特长，工程规模大，施工难度很大。隧道长隧道长11.068km11.068km，最大涌水量为，最大涌水量为14.514.5万万m3/dm3/d，最大静水压，最大静水压4.6MPa4.6MPa揭露揭露5 5个深埋充填型溶洞，多次发生突水和伤亡事故，施工难度极大。个深埋充填型溶洞，多次发生突水和伤亡事故，

39、施工难度极大。5.隧道洞口位置的选择隧道洞口位置的选择 （1）确定洞口位置时应考虑的因素）确定洞口位置时应考虑的因素 已往的思路：经济上已往的思路：经济上 最主要的因素：边坡的稳定及仰坡的安全最主要的因素：边坡的稳定及仰坡的安全 其次的因素：经济上节省、造价最低其次的因素：经济上节省、造价最低 值得提倡的思路：生态、环境、可持续发展值得提倡的思路：生态、环境、可持续发展 （2）选定方法）选定方法 早期的方法：隧道与明堑的等价点早期的方法：隧道与明堑的等价点 现行的所谓合理的方法：现行的所谓合理的方法：“早进晚出早进晚出”值得提倡的方法：接长明洞，绿色洞门值得提倡的方法：接长明洞，绿色洞门 （3

40、）根据地形条件选定洞口位置）根据地形条件选定洞口位置 （a）隧隧道道进进出出口口线线路路中中线线应应力力求求与与地地形形等等高高线线相相垂垂直直或接近垂直；或接近垂直；（b）傍傍山山隧隧道道靠靠山山一一侧侧边边坡坡较较高高时时，常常有有塌塌方方、落落石石，宜早进洞或接明洞；宜早进洞或接明洞；（c）位于悬崖陡壁下的洞口，不宜切削原坡面；）位于悬崖陡壁下的洞口，不宜切削原坡面；（d）在在漫漫坡坡地地形形选选择择洞洞口口位位置置，考考虑虑洞洞外外路路基基填填挖挖方方情况、排水条件等；情况、排水条件等；（e）洞洞口口应应避避开开沟沟谷谷和和山山凹凹中心；中心；（f）应应充充分分保保护护自自然然环环境境

41、，特特别别是是靠靠近近城城市市或或高高原原不不可可再再生生资源应重点保护；资源应重点保护；（g）与与桥桥梁梁相相接接时时，洞洞口口位位置应综合考虑总体布局。置应综合考虑总体布局。（4）根据地质条件选定洞口位置）根据地质条件选定洞口位置 （a）选在坡面稳定、地质较好、无不良地质现象处。）选在坡面稳定、地质较好、无不良地质现象处。（b）当存在软弱结构面时不宜大挖；）当存在软弱结构面时不宜大挖；（c）隧隧道道穿穿堆堆积积层层进进洞洞时时，不不宜宜采采取取清清方方的的方方法法缩缩短短洞洞口必要时加明洞；口必要时加明洞；（d）黄土隧道洞口，不宜大挖；）黄土隧道洞口，不宜大挖；（e）软岩或软弱夹层处隧道洞

42、口，应降低边仰坡高度。）软岩或软弱夹层处隧道洞口，应降低边仰坡高度。围围岩岩级别级别边边仰坡高度仰坡高度(m)边边仰坡坡度仰坡坡度说说明明I 251:0.3II硬岩硬岩20251:0.31:0.5软软岩岩201:0.31:0.5坡面需加防坡面需加防护护III硬岩硬岩18201:0.51:0.75软软岩岩18201:0.51:0.75坡面需加防坡面需加防护护IV硬岩硬岩15181:0.751:1.0软软岩岩15181:0.751:1.0坡面需加防坡面需加防护护土土151:11:1.25不包括黄土及特种土不包括黄土及特种土V10151:1.251:1.5VI10 1:1.5隧道边仰坡高度及坡度控制

43、如下表隧道边仰坡高度及坡度控制如下表6.6.隧道平面设计隧道平面设计 设计原则：设计原则：隧道越直越好。隧道越直越好。曲线隧道的缺点：曲线隧道的缺点：(a)(a)隧道需加宽，工程量大；隧道需加宽，工程量大；(b)(b)断面变化多，施工技术复杂，测量精度低；断面变化多，施工技术复杂，测量精度低；(c)(c)不利于通风，列车运营空气阻力大，消耗动能大；不利于通风，列车运营空气阻力大，消耗动能大；(d)(d)产生离心力，轨道磨损大。产生离心力，轨道磨损大。但但由由于于地地形形、地地质质的的限限制制，特特别别是是不不良良地地质质的的限限制制，隧隧道往往是曲线。道往往是曲线。6.隧道纵断面设计隧道纵断面

44、设计 隧道纵断面设计包括：隧道纵断面设计包括：坡道形式、坡度大小、坡段长度、坡段联系的设计。坡道形式、坡度大小、坡段长度、坡段联系的设计。（1）坡道形式）坡道形式 坡道形式主要有两种：单坡和人字型坡。坡道形式主要有两种：单坡和人字型坡。单坡单坡 人字型人字型 单坡：单坡：多用于线路的紧坡地段或展线地区。多用于线路的紧坡地段或展线地区。优优点点：可可争争取取高高程程，施施工工方方便便，测测量量容容易易，由由于于进进出出口口高差大，由此产生气压和热位差，利于自然通风。高差大，由此产生气压和热位差，利于自然通风。缺点：上端工作面施工困难，排水、出碴都困难。缺点：上端工作面施工困难，排水、出碴都困难。

45、人字型坡人字型坡：多用于长大隧道、越岭隧道、地下水丰富隧：多用于长大隧道、越岭隧道、地下水丰富隧道。道。优优点点：施施工工排排水水容容易易，水水自自然然排排出出洞洞口口，施施工工时时重重车车下下坡、空车上坡，效率高。坡、空车上坡，效率高。缺点：运营通风不好。缺点：运营通风不好。（2）坡度大小）坡度大小 隧隧道道要要有有最最大大、最最小小坡坡度度限限制制，坡坡度度太太大大，机机车车牵牵引引力力达达不不到到，若若没有坡度，则隧道内水流不出去，最小坡度为没有坡度，则隧道内水流不出去，最小坡度为3。最大允许坡度为：。最大允许坡度为：i允允=m i限限-i曲曲其中：其中：m为隧道内线路坡度折减系数，为隧

46、道内线路坡度折减系数，m6(限坡限坡)处理方法：中间插入一段缓和坡段，坡度为处理方法：中间插入一段缓和坡段，坡度为3，则：则：P1=+5-(+3)=26 P2=+3-(-3)=6P1P23二、水下隧道的规划二、水下隧道的规划 水下隧道主要有：沉管隧道、暗挖隧道（盾构法、掘进水下隧道主要有：沉管隧道、暗挖隧道（盾构法、掘进机法、钻爆法）、围堰明挖隧道。机法、钻爆法）、围堰明挖隧道。主体规划设计主要考虑：隧道平面线形、隧道纵断面、主体规划设计主要考虑：隧道平面线形、隧道纵断面、隧道横断面、隧道最小覆盖厚度等。隧道横断面、隧道最小覆盖厚度等。例例11日本青函隧道为单洞双线铁路隧道，长日本青函隧道为单

47、洞双线铁路隧道，长53.85km53.85km，海底段长海底段长23.3km23.3km，最大水深，最大水深140m140m，隧道最小覆盖厚度，隧道最小覆盖厚度100m100m。例例2 2 英法海峡隧道为平行的两条单线铁路隧道，长英法海峡隧道为平行的两条单线铁路隧道，长49.6km49.6km，海底部分为，海底部分为37.3km37.3km。最大水深位于海峡中部，约。最大水深位于海峡中部，约60m60m，最小覆盖层，最小覆盖层21m21m。覆盖厚度与渗水率关系覆盖厚度与渗水率关系 例例33隧道长度隧道长度9.1km9.1km；隧道间距海底段；隧道间距海底段1D1D；海底段平均；海底段平均水深水

48、深27.5m27.5m，水压，水压6kg/cm26kg/cm2，平均覆盖层，平均覆盖层16.0m16.0m；一次衬砌外径；一次衬砌外径13.9m13.9m，内径，内径12.6m12.6m，二次衬砌厚，二次衬砌厚0.35m0.35m。例例4 4 厦门海底隧道长厦门海底隧道长5.9km5.9km。例例5 5 狮子洋隧道位于广深港客运专线东涌站狮子洋隧道位于广深港客运专线东涌站虎门虎门站区间，全长站区间，全长10.8Km10.8Km。三、城市地铁的规划三、城市地铁的规划1.1.路网规划路网规划 一般原则：一般原则：（1 1）线路走向应该与城市交通主客流方向一致；）线路走向应该与城市交通主客流方向一致

49、；（2 2）与城市的街道布局和发展规划密切结合，并为长远）与城市的街道布局和发展规划密切结合，并为长远发展留有余地；发展留有余地；（3 3）在长途汽车站、火车站、飞机场、商业中心、大型）在长途汽车站、火车站、飞机场、商业中心、大型居民区等客流集散量大的地区设置车站；居民区等客流集散量大的地区设置车站；（4 4）适当选择路网密度和分布，以减小路网中各车站之）适当选择路网密度和分布，以减小路网中各车站之间的间的时距时距（即任意两个车站之间的行走总时间）；（即任意两个车站之间的行走总时间）；（5 5）与其他城市公共交通系统相协调；）与其他城市公共交通系统相协调；（6 6）路网中各规划线上的运量负荷应

50、该尽量均匀；）路网中各规划线上的运量负荷应该尽量均匀；（7 7）线路走向选择，除了考虑地形、地貌、地质、水文）线路走向选择，除了考虑地形、地貌、地质、水文等自然条件以外，还应该充分了解沿线既有的地面和地下建等自然条件以外，还应该充分了解沿线既有的地面和地下建筑情况，并与地面建筑和市政设施的未来发展相结合，从而筑情况，并与地面建筑和市政设施的未来发展相结合，从而合理有效地综合利用地面和地下的空间资源。合理有效地综合利用地面和地下的空间资源。路网结构形式：路网结构形式：路网的结构形式（即路网中各条线路组成的几何形状）路网的结构形式（即路网中各条线路组成的几何形状）一般应该与城市路网的结构形式相适应