隧道知识

隧道的分类及其作用

1、按用途分（常用分类方法）

(1)交通隧道：提供运输的孔道和通道，主要有：铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道、人行地道。

（2）水工隧道：是水利工程和水利发电枢纽的一个重要组成部分。主要包括：

引水隧道：把水引入水电站发电机组，产生动力资源。

尾水隧道：把发电机组排出的废水送出去的隧道。

导流隧道（泄洪隧道）：疏导水流

排沙隧道：用于冲刷水库中淤积的泥沙而修建的隧道

(3)市政隧道：是城市中为安置各种不同市政设施的地下孔道。主要有：给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。

(例如：综合管网、海底设施隧道等)

(4)矿山隧道：其作用主要是为采矿服务的。主要有：运输巷道、给水隧道、通风隧道。

2、按隧道长度分（公路隧道规范）：

(1)特长隧道： L>3000 m

(2)长 隧 道：3000 m ≥L>1000 m

(3)中长隧道：1000 m ≥L>500 m

(4)短 隧 道： L≤500 m

4、按隧道所处的地理位置划分：

山岭隧道

水底隧道

城市隧道

隧道勘察的几个阶段

2.1.1 可行性研究勘察

2.1.2 初步勘察

2.1.3 详细勘察

2.4.1 初步勘察

(1)目的任务：选定隧道位置

(2)基本内容：查明控制隧道方案的工程地质问题，如地形、地质、岩性、不良地质等

2.4.2 详细勘察

(1)目的任务：对选定的隧道提供详细的工程地质水文地质等信息。

(2)基本内容：查明为施工图设计服务的地质问题

2.5.1 地下水涌水调查

(1) 内容：调查地下水的类型及其与地表水的相互补给关系；调查地下水的流量、流向及水质等；

(2)预测地下水涌水量：须调查隧道中心线上的“谷”及“梁”的分布情况 ；

(3) 利用钻探成果判断涌水情况；

(4) 查明涌向隧道的地下水的范围 。

2.5.2 枯水调查

(1)目的：明确由于修建隧道工程而使地下水及供水受到影响，造成工业用水及居民饮水困难等；

(2)主要内容：地下水的利用状况（使用时间、水量等）、地下水季节性变化以及雨后变化、

植被情况等

1、隧道勘察的目的和意义是什么？

2、初步勘察和详细勘察有何异同？

3、隧道勘察方法除了收集资料、调查测绘、勘探外，据你所知还有哪些高科技手段和方法可用于隧道勘察？

4、地下涌水和枯水调查的意义是什么？

5、隧道建筑环境评价的目的是什么？对生态环境有何意义？

公路隧道选址的基本原则

必须与公路总体设计相协调适应(交通量、公路等级等)

隧道位置应选择在稳定的地层中；

4)越岭隧道应进行较大范围的方案选择，进行全面的技术、经济比较，选择在地质条件较好的地段穿越；

(5)沿河傍山隧道，其位置宜向山侧内移，避免一侧洞壁过薄产生偏压；

(6)选择隧道位置时，应注意洞口位置和有关工程的处理，一般宜采取“早进洞，晚出洞”原则。

根据隧道轴线与地形的关系，主要有：

(1)坡面正交型；

(2)坡面斜交型；

(3)坡面平行型；

(4)尾部进入型；

(5)深入谷地型。

越岭隧道的位置:选择垭口

确定隧道高程

越岭隧道选址尚应考虑以下原则：

※逢山穿洞，宁长勿短，早进晚出--避免洞口深挖；

※宁里勿外，宁深勿浅，避软就硬--避免不良地质；

选择傍山隧道时应注意：

（1）傍山隧道的洞身覆盖厚度问题。

（2）要考虑河岸冲刷对山体和洞身稳定的影响，

（3）应考虑施工便道设置和既有公路的位置，应注意既有公路边坡的可能坍塌和施工便道对洞身稳定的影响。

（4）线路沿山嘴绕行应与直穿山嘴的隧道方案进行比较。

常见不良地质条件有滑坡、崩坍、松散堆积、泥石流、岩溶及含盐、含煤、地下水发育等地质条件

隧道通过泥石流地段时，应结合地质情况考虑泥石流沟的改道和最大下切深度，确保洞口和洞身的安全。

隧道洞口位置的选择

洞口位置选择好坏，将直接影响隧道施工、造价、工期和运营安全。选择时要结合洞口的地形，地质条件、施工、运营条件以及洞口的相关工程（桥涵、通风设施等）综合考虑。

1）洞口部分在地质上通常是不稳定的。一般应设在山体稳定，地质条件好，排水有利的地方。隧道宜长不宜短，应“早进洞，晚出洞”，尽量避免大挖大刷，破坏山体稳定。

2）洞口不宜设在沟谷低洼处和汇水沟处，一般宜将洞口移到沟谷地质条件较好的一侧有足够宽度的山嘴处，如图中的B线。

3）当洞口处为悬崖陡壁时，根据地质情况采用贴壁或采用接长明洞的办法，将洞口堆到坍方范围以外3—5m处.

（4）洞口地形平缓时，一般也应早进洞晚出洞。这时洞口位置选择余地较大，应结合洞外路堑、填方、弃渣场地、工期等具体确定。需要时可接长明洞，以确保施工和运营安全。

（5）考虑洞口边仰坡不致开挖过高和洞口段衬砌结构受力，洞口位置宜与地形等高线大体上正交。特别是在土质松软、岩层破碎、构造不利的傍山隧道，更应注意。道路隧道一般不宜设计斜交洞门。若为斜交时，应尽可能加大斜交角度（一般不小于450），或采取工程措施，以降低垂直等高线方向的开挖高度。

6）长大隧道在洞门附近应考虑施工场地、弃渣场以及便道等的位置。

（7）洞口附近有居民点时，考虑提前进洞，尽可能减少附近地上构筑物，地下埋设物与隧道的相互影响，及减少对环境（农业、交通、居民生活）的影响。

8）洞口路肩应高出设计洪水位（包括浪高）以上0.5m，以免洪水浸入隧道。

（9）考虑通风设备排出的废气和噪声对周围环境的影响程度和解决办法。

（10）考虑设置防雪工程、防风工程和防路面冻害工程的必要性。

总之，隧道洞口和洞身是不可分的整体，在位置选择时不能顾此失彼，应该同样的重视。

3.2 隧道几何设计

隧道的平面设计

(1)、隧道平面是指隧道中心线在水平面上的投影。隧道是线路的组成部分，线形至少满足《公路工程技术标准》规定；

(2)、平面设计的任务：决定隧道的平面位置，选定洞口位置及洞内各种地下管线埋设位置；

3)、平面设计的基本要求

①原则上采用直线，避免曲线 ，若必须设置时，宜大于不设超高的平曲线半径，并应满足停车视距的要求；

②隧道平面线形应考虑行驶安全，在洞口不应使用小半径的引线与隧道衔接；

③隧道内尽量避免设反曲线。

(4)、曲线隧道的不利因素：

①行车视距问题；

②加宽断面问题，造成变截面隧道，施工难度大；

③曲线隧道内装修复杂；

④增加通风阻抗，对自然通风不利；

2、隧道纵断面设计

隧道纵断面是指 沿隧道中心线展开的垂直面上的投影。

2、隧道纵断面设计

(1)、纵坡类型

※ 人字坡隧道

※ 上行单坡隧道

※ 下行单坡隧道

(2)、控制隧道纵坡大小的主要因素

※ 通风问题

※ 排水问题

(3)、纵坡坡度大小及其影响

※ 隧道纵坡坡度范围：

0.3%--3%；

※ 纵坡坡度与通风的关系，要求1%以下，大于2%，排量迅速增加；

与排水的关系，纵坡越大 水流越快；

※ 纵坡坡度与施工运营的关系，采用大竖曲线半径和竖曲线长度；

※ 综合通风和排水考虑，纵坡为不防碍排水的缓坡为宜 。

3、隧道横断面设计

(1)、隧道净空：指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，包括通风、照明、消防、通讯等设备所占空间；

(2)、隧道建筑限界：是为保证隧道内各种交通的正常运行与安全而规定在一定宽度 和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界 ；

(3)、隧道行车限界：保证隧道中行车安全，在一定高度和宽度范围内任何物体不得 侵入的限界；

(4)、墙效应：隧道边墙给驾驶员造成危险的心理影响，行车偏左减 少行车道；

(5)、加宽带：大于2公里隧道，设紧急停车带，宽2.5m，长25—40米，间隔750米；大于10公里隧道设U型回车道；

(6)、净高：一般高速公路、一级公路5米，二级以下公路4.5米；

(7)、建筑限界顶角宽：小于等于1米；

(8)、两相邻隧道最小间距问题：由于地质条件的关系，隧道宽度过大则不经济，施工上也增加难度，所以高速公路、一级公路一般应设计为上，下行分离的两座独立隧道。两相邻隧道最小净距视围岩类别，断面尺寸、施工方法、爆破震动影响等因素确定。

从理论上，两相邻隧道应分别置于围岩压力相互影响及施工影响范围之外。因此还需根据经验通过工程类比分析确定。 “一般为30m”。

4、隧道接线

(1)、隧道洞口的连接线平面及纵断面线形应与隧道线形相配合，保证有足够的视距和行驶安全；

(2)、隧道两端平面线形与路线线形相一致，必须有一定的连接线长度过渡；

(3)、隧道两端的接线纵坡应有一段距离与隧道纵坡保持一致，以满足设置竖曲线和保证各级公路停车或会车视距的要求；

(4)、当隧道净宽大于所在公路的路基宽度时，两端接线应有不短于50m的同隧道等宽的加宽段，并设计过渡段加以衔接。

3.3 衬砌内轮廓线

及几何尺寸拟定

什么是隧道衬砌？(Lining)

它是一种超静定支护结构 ，是隧道的主体建筑物。

1、衬砌断面设计

主要解决内轮廓线、轴线和厚度三个问题。

2、设计内轮廓线的原则

衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，力求开挖和衬砌的数量最小。衬砌内表面力求平顺，考虑衬砌施工的简便。

3、隧道衬砌断面的轴线：应当尽量与断面压力线重合，使各截面主要承受压应力。

(1)、当衬砌受径向分布的水压时，轴线以圆形最好；

(2)、主要承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力时，可采用三心圆拱和直墙式衬砌；

3)、当承受竖向压力和较大侧压力时，宜采用五心圆曲墙式衬砌；

(4)、当有沉陷可能受底压力时，宜加设仰拱的曲墙式衬砌。

4、隧道衬砌厚度

随所处地质条件和水文地质条件不同而有较大变化，并且与隧道的跨径，荷载大小，衬砌材料以及施工条件等有关。

根据以往经验，拱圈可以采取等截面，也可采取在拱脚部分加厚20—50％的变截面。仰拱厚度一般略小于拱顶厚度。

5、衬砌断面

(1)、衬砌断面的形状

①直墙式圆弧拱

②三心圆拱

③单圆拱

(2)、衬砌断面的轮廓线

① 衬砌内轮廓线：是衬砌的完成线，在内轮廓线之内的空间，即为隧道的净空断面。

② 衬砌外轮廓线：指为保持净空断面的形状，衬砌必须有足够的厚度(或称最小衬砌厚度)的外缘线。为保证衬砌的厚度，侵犯该线的山体必须全部除掉，木质临时支撑或木模板等也不应侵入，所以该线又称为最小开挖线。

③实际开挖线

为保证衬砌外轮廓，开挖时往往稍大，尤其用钻爆法开挖时，实际开挖线不可避免的成为不规则形状。

超挖线，超挖部分的大小叫超挖量，一般不应超过10cm。实际上凸凹不平，这样10cm的限制线只能是平均线，它是设计时进行工程量计算的依据。施工中，尤其是用钻爆法施工时，很难掌握刚好达到平均线，常常比它还要大，造成了不必要的工程量，如何控制它？

如何控制超挖，至今仍为一个难题。按设计要求所有超挖部分，都要用片石回填密实。由于施工上的困难，不容易作到密实。但这是设计及施工中都应着重强调的问题。

6、公路隧道衬砌内轮廓线的求法

主要步骤如下：

(1) 确定建筑限界；

(2) 确定弧形；

(3) 计算验证、调整。

以上过程是个反复循环的过程

3.4 隧道勘测设计文件的内容

公路隧道勘测设计的成果是设计文件，应按交通部颁发的《公路基本建设工程设计文件编制办法》和《公路隧道勘测规程》的要求进行。

提出隧道勘测说明书

其内容如下：

1．沿线隧道概况及自然概况；

2．工程地质及水文地质情况；

3．气象、环境和有关政策法令情况；

4．施工条件(包括施工场地、工程设备、给排水、动力、施工道路、弃渣场、建筑材料来源以及与附近建筑物或环境的关系等)；

5．隧道方案(2个或2个以上)的比选情况和在设计注意事项；

6．对运营通风、运营照明和防排水方式的选择建议；

7．存在问题以及解决办法的建议，有关协议、纪要等；

8.隧道线路方案平面图；比较方案(2条以上)应绘入图内，并附有方案比较说明，采用方案的理由；

9．隧道线路地质平面图；显示地质构造、岩层产状、不同地质的分界线，水文地质情况、地物、地貌等。

10．隧道纵断面图；显示隧道全貌，埋置深度，地质和水文地质以及线路条件，图上除注明里程、地面标高外，尚应注明设计坡度；设计标高及线路曲线要素。

11．隧道洞口地形平面图

显示边坡开挖情况，选定洞口位置，确定明洞长度，布置排水，施工场地及防护工程设施等，一般洞口地形平面图的施测范围为洞口前后及两侧各宽约60m左右，有不良地质现象时，其施测范围应酌情加宽；

施工图设计文件

1．隧道平面图：显示地质平面、隧道平面位置及路线里程和进出口位置等。设U形回车场、错车道、爬坡车道时，应显示其位置和长度。

2．隧道纵断面图：显示隧道地质概况、衬砌类型（有加宽或设U形回车场时，应显示加宽值及加宽段长度)、埋深、路面中心设计标高、有高路肩时显示路肩标高、设计坡度、地面标高、里程桩等。

3．隧道进口(出口)纵横断面图：显示设置洞门处的地形、地质情况、边仰坡开挖坡度及高度等。

4．隧道进口(出口)平面图：显示洞门附近的地形、洞顶排水系统(有平导时，与平导的相互关系等)、洞门广场的减光设计等。

5．隧道进口(出口)洞门图：显示洞门的构造、类型及具体尺寸，采用建筑材料、施工注意事项，工程数量等。有遮光棚等构造物时，应显示其与洞身连结关系及完整的遮光棚构造设计图。

6．隧道衬砌设计图：显示衬砌类型、构造和具体尺寸、采用的建筑材料；施工注意事项、工程数量等。设回车场、错车道、爬坡车道时应单独设计

7．辅助坑道结构设计图。

8．运营通风系统的结构设计图。

9．运营照明系统的结构设计图。

10．监控与管理系统结构设计图。

11．附属建筑物的结构设计图。

思考题

1．不良地质段隧道选址主要应考虑哪些问题？

2．隧道平面设计应注意哪些问题？

3．隧道纵断面设计应注意哪些问题？

4．什么是隧道建筑限界？

5．什么情况下需设置仰拱？

6．隧道接线的平面及纵断面线形有何要求？

7．什么是衬砌内轮廓线，外轮廓线，实际开挖线？

8. 如何确定圆形、直墙式和曲墙式内轮廓线尺寸？

9．圆形衬砌、直墙式衬砌、曲墙式衬砌各适用于何种围岩类型？

10.公路隧道设计文件主要包括哪些内容？

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/173064999e314332396893b4.html