《隧道工程》精品课件第四章 隧道的总体设计

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2. 越岭隧道标高选择
在选择越岭隧道标高时，考虑运营条件的改善和通过能力的提高，宜 采用低标高方案，但必须进行地形、地质、施工、运营、经济技术等多种 因素综合比较来确定最优隧道标高。
三、傍山隧道选址
1.傍山隧道在埋深较浅的地段，一定要注意洞身覆盖厚度问题。为保持山体 稳定和避免偏压产生，隧道位置宜往山体内侧靠。 2.河岸存在冲刷现象或河道窄，水流急，冲刷力强的地段，要考虑河岸冲刷 对山体和洞身稳定的影响，隧道位置宜往山体内侧靠一些，有可能时最好设 在稳定的岩层中，如图4.1-2 所示。
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公路隧道横断面示意图(单位：m)
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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， 因此高速公路、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、施土方法、爆破震动影响等因素 确定，一般情况可按下表的规定选用。
围岩级别
I
最小净距 1.0× B （m）
修道宽度不宜小于1.0m。
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1. 建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公 路取4.5m。
2. 当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应 设不小于25cm的余宽。
3. 隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡；当隧道为双向交通 时，可取双面坡。坡度应根据隧道长度，平、纵线形等因素综合分析确定， 一般可采用1.5﹪～2.0﹪。
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第二篇 公路隧道的勘察设计
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第 四章 隧道总体设计
★知识目标：
了解隧道选址时主要应考虑哪些问题；熟悉隧道平面、纵断面设计时 应注意的问题；熟悉隧道建筑限界、衬砌内轮廓线、实际开挖线的定义。
★能力目标：
能识读隧道勘测设计文件的内容，能计算隧道施工设计图中各部分的 工程量。
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2.洞口不宜设在沟谷低洼处和汇水沟处，如图4.1-7中的A线。沟谷洼地地势狭 窄、施工不便，且防洪困难。另一方面沟谷附近一般地质较差，常会出现断层， 冲积层等不良地质，而且地下水丰富。因此，一般宜将洞口移在沟谷地质条件较 好的一侧有足够宽度的山嘴处，如图4.1-7中的B线。
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3.当洞口处为悬崖陡壁时，一般不宜扰动坡面和破坏地表植被及暴露风 化破碎岩层。如果岩壁稳定，无崩塌或落石可能时，可以考虑贴壁，如图 4.1-8所示。若有坍方可能时，则采用接长明洞的办法，将洞口推到坍方范 围以外3—5m处，如图4.1-9所示。
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。
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Байду номын сангаас
第二节 隧道的几何设计
一、隧道的平面设计
隧道平面是指隧道中心线在水平面上的投影。隧道是线路的一个组成部分，因此， 隧道的平面线形除应满足《公路工程技术标准》规定外，还应考虑到由于隧道内的运 营和养护条件比洞外明线差的特点，应适当提高线形标准。如隧道平面线形原则上采 用直线，避免曲线。当必须设置曲线时，其半径也不宜小于不设超高的圆曲线半径， 见表4-1。
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三、 衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定
设计初砌断面主要解决内轮廓线、轴线和厚度3个问题。 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(受力条件有利)，还应考虑衬砌施工的简便。
衬砌各截面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，但从施工和衬砌质量要求出发，一般 不应小于规范规定的最小厚度，其值列于表4-5。
第一节 隧 道 的 选 址
一、隧道方案与自然条件的关系
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
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二、越岭隧道的选址
1. 越岭隧道平面位置的选择
越岭隧道平面位置选择，主要是指隧道穿越分水岭的不同高程及不同方向的垭口选 择，选择时要着重考虑在路线总方向上的垭口，地质条件和隧道长度，另外，还应考虑 两侧展线的难易程度、线形和工程量的大小。
3.傍山隧道位置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，如图4.1-3所示。 4.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保证运营安全时，应“截弯取直” 以较长隧道方案通过。
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竖曲线最小半径与竖曲线最小长度 (m)
设 计 速 度（km/h）
120 100 80 60 40 30 20
凸形竖曲 一般值 17000 10000 4500 2000 700 400 200 线最小半径
极限值 11000 6500 3000 1400 450 250 100
凹形竖曲线 一般值 6000 4500 3000 1500 700 400 200
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6.长大隧道在洞门附近考虑施工场地、弃渣场以及便道等的位置，对组织施工 时的难度和进度有很大影响。 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，以及减少对环境(农业、交通、居民生活)的影响。 8.当位于有可能被淹没的河滩、水库回水影响范围以内或山洪地区，洞口的路 肩设计标高应为位于设计洪水位(包括浪高)以上0.5m，以免洪水浸人隧道。 9.预先考虑运营后，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.研究雪崩、阵风、风吹雪等对安全行驶的影响，考虑设置防雪工程、防风 工程和防路面冻害工程的必要性。
洞口位置选择的一般原则和要求： 1.洞口部分在地质上通常是不稳定的。应当考虑避开滑坡、崩塌、泥石流等
不良地质地段。确定洞门位置时，对边、仰坡的稳定应着重考虑，并结合洞外 相关工程和施工难易，通过技术经济比较确定，以免造成难以整治的病害，危 及施工和运营安全。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。
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截面最小厚度（cm）
表4-5
建筑材料类型
混凝土 片石混凝土
隧道衬砌和明洞
拱圈 20
边墙 20 40
仰拱 20 35
洞门端墙翼墙和洞 门
挡土墙
30 40
浆砌粗料石或混凝土块
30
30
30
浆砌块石
30
30
浆砌片石
30
30
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（一）衬砌断面
1．衬砌内轮廓线 它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。该线应满足所围成的断面积最小，适合围岩压力和水压力的特点， 以既经济又适用为目的。
隧道工程 公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度（单位：m）
注：①三车道隧道除增加车道数外，其它宽度同表；增加车道的宽度不得小于3.5m。 ②连拱隧道的左侧可不设检修道或人行道，但应设50cm（120km/h与100km/h时）或
25cm（80km/h与60cm/h时）的余宽。 ③设计速度120km/h时，两侧检修道宽度均不宜小于1.0m；设计速度100km/h时，右侧检
4. 当路面采用单面坡时，建筑限界底边线与路面重合；当采用双面坡时， 建筑限界底面线应水平置于路面最高处。
5.单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路标准修建。 隧道净空若小了，则不能保证车辆安全通行；净空若大了，则增加隧道开 挖和衬砌工程数量，影响造价等，因此，必须从使用、经济和施工等方面综 合考虑，并按公路等级确定隧道的建筑限界。
分离式独立双洞的最小净距
Ⅱ
Ⅲ
IV
V
1.5× B 2.0× B 2.5× B 3.5× B
VI 4.0× B
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隧道接线
隧道洞口连接线的平面及纵断面线形应与隧道线形相配合，应当有足够 的视距和行驶安全。尤其在进口一侧，需要在足够的距离外能够识别隧道洞 口。为了使汽车能顺利驶入隧道，驾驶员应提前知道前方有隧道。通常当汽 车驶近隧道，但尚有一定距离时，驾驶员若能自然地集中注意力观察到洞口 及其附近的情况，并保证有足够的安全视距，对障碍物可以及时察觉，采取 适当措施，才能保证行车安全。把开始注视的点称为注视点，从注视点到安 全视距点所需时间称为注视时间。从注视点到洞口采用通视线形极为重要。 在洞口及其附近放人平面曲线 或是竖曲线的变更点时，应以不妨碍观察隧道，且保证有足够的注视时间为 最低限度。具体规定按应按《公路隧道设计规范》（JTG D 70-2004）第 4.3.5 条 执 行 。
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四、不良地质地段隧道位置的选择
1.滑坡、错落 由于滑坡、错落对隧道的危害很大，因而在隧道通过滑坡地区时，必须查明滑坡类
型、范围、深度、滑动方向及发生发展原因和规律，地下水情况等。一般应避开滑坡体 或错动体，或在可能滑动面以下一定深度通过，如图4.1-4所示。
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2．松散堆积层 山体岩石经风化、温度变化、冻融交替等作用逐渐崩解成碎块，在重力
不设超高的圆曲线最小半径（m）
设计时速 （km/h）
路拱
≤2.0﹪
＞2.0﹪
120 100 80
60
40
30
20
5500 4000 2500 1500 600 350 150 7500 5250 3350 1900 800 450 200
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二、 隧道纵断面设计
隧道纵断面是隧道中心线展直后在垂直面上的投影。 隧道内线路坡度可设置为单面坡(即向隧道一端上坡或下坡)或人字坡(即 从隧道中间向洞口两端下坡)两种，如图4.2-2所示。
作用下，自山坡滚落至坡脚形成一种松散的碎石堆积层。这种堆积层常处在 暂时稳定状态。一旦扰动，稳定即会丧失而造成崩坍。在这种地质条件下， 隧道应避开不稳定、松散的堆积层，使洞身处于基岩中，并具有足够的安全 厚度，如图4.1-5甲的位置上。
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在堆积体紧密稳定，且不得已时，隧道也可以穿过堆积体，但应避开堆 积层中的软弱层面和堆积体与基岩的接触处(乙)通过，而应将隧道置于基岩 (甲)或稳定的堆积体中，如图4.1-6 所示。
比选时应考虑： （1）优先考虑在路线总方向上或其附近的低垭口，因为这种垭口在两侧具备有良
好展线的横坡时，一般越岭隧道较短。 （2）虽远离线路总方向，但垭口两侧有良好的展线条件的河谷，又不损失越岭高
程的垭口。 （3）隧道一般选在分水岭垭口两边河谷标高相差不多，并且两边河谷平面位置接
近处。 （4）工程地质和水文地质条件良好的垭口。
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4.洞口地形平缓时，一般也应早进洞晚出洞。在这种情况下，洞口位置选 择余地较大，应结合洞外路堑、填方、弃渣场地，工期等具体情况确定， 如图4.1-10所示。如果洞口位于堆积层上，为避免引起坍塌、滑坡、保 持山体稳定，一般不宜大量清刷。需要时可接长明洞，以确保施工和运营 安全。
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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，见图4.1-11(a)。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，见图 4.1-1l(b)。若为斜交时，应尽可能加大斜交角度(一般不小于45o)，或采 取工程措施，以降低垂直等高线方向的开挖高度。
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3.泥石流 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。隧道洞顶距基岩面或最大下切面要有一定的覆盖 厚度，如图4.1-4 乙 的位置，隧道洞口应避开泥石流沟及泥石流可能扩展的 范围。有困难时，可修建一段明洞，使泥石流在明洞顶通过。
五、隧道洞口位置选择
2．初砌外轮廓线 为保持净空断面的形状，衬砌必须有足够的厚度(或称最 小补砌厚度) 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，因此，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地成为不规则形状。因为它比衬砌外轮廓线大，所以又称 为超挖线。超挖部分的大小叫超挖量，一般不应超过lOcm。实际上凸凹不平， 这样lOcm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。
最小半径
极限值 4000 3000 2000 1000 450 250 100
竖曲线长度
100 85 70 50 35 25 20
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隧道净空断面横断面设计
隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，包括隧道建筑限界通 风及其他所需的断面积。断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。
公路隧道建筑界限（单位：cm） 隧道建筑限界由行车道宽度W、侧向宽度L、人行道R或检修道J等组成。当 设置人行道时，含余宽C。