隧道工程第三章隧道线路及断面设计(1)
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以宝成线秦岭盘山道为例。那里本应用隧道通过的，但为了 赶工期，图省钱，草率地改用明堑方案。深挖边坡为1:0.75和 1:0.5的陡边坡，边坡的高度达60 m，个别边坡达到90 m，岩 层虽为花岗岩，但属于风化破碎带。开挖后，表层岩石很快风 化，边坡站立不住。施工期间就不断坍方，其中最大一次塌方 就达10万m3。边坡顶上普遍出现纵向裂缝。以后多次刷方， 刷到坡顶达130 m仍不能稳定下来。直到铺轨时，才不得不增 添明洞，但已造成不应有的损失，并使施工程序极度混乱。
隧道工程
第三章 隧道线及断面设计
2017年2月28
2.3.1 隧道围岩分级的因素指标及其选择
围岩分级的指标，主要考虑影响围岩稳定性的因素 或其组合的因素。 ➢单一的岩性指标 抗压强度、抗拉强度、弹性模量、抗钻性、抗爆性 一般多采用岩石的单轴饱和极限抗压强度作为基本的分级 指标，具有试验简单，数据可靠的优点。 但单一岩性指标只能表达岩体特征的一个方面，用来作为 分级的唯一指标是不合适的。
数字越小的围岩性质越 好 。
第三章 隧道线及断面设计
山区公路线形设计受地形条件影响： ➢高程障碍：公路前进方向遇到高山时，由于坡度的限制不 能在一定距离内拔起越过山峰； ➢平面障碍：山嘴伸出很急。
该采取什么办法？
克服地形障碍
高程障碍 平百度文库障碍
绕行方案 深堑方案 隧道方案 沿河傍山绕行方案
隧道直穿方案
（3）复合指标 复合指标是一种用两个或两个以上的岩性指标或综合岩
性指标所表示的复合性指标。具有代表性的复合指标分级， 是巴顿（N.Barton）等人提出的岩体质量Q指标，Q指标综 合表达了岩体质量的六个地质参数：
Q＝(RQD/Jh)(Jr/Ja)(Jw /SRF)
岩体质量Q指标实际上是岩块尺寸、抗剪强度、作用应力 三者的复合指标。
➢单一的综合岩性指标
岩体的完整性系数Kv：
Kv
v岩体 v岩石
2
反映了岩石的力学性质和岩体的破碎程度的综合因素。
岩石质量指标：
RQD（％）＝
10cm以上岩芯累计长度 单位钻孔长度
×100%
综合反映岩体的强度和岩体破碎程度的指标。
围岩的自稳时间 ： 从隧道开挖到顶部开始发生可察觉的移动、松弛所经历的 时间，是综合岩性指标。
修建隧道几点思考
（1）隧道走向？——掌握公路隧道选址的原则和方法 （2）洞门位置？——隧道洞口位置选择的原则和方法 （3）线形布置？——隧道平面和纵断面设计的要求 （4）空间大小？——隧道横面设计的要求和方法
第三章 隧道线路及断面设计
几个名词： ➢垭口 ➢分水岭 ➢越岭隧道 ➢傍山隧道 ➢沿河线 ➢展线
路堑指从原地面向下开挖而 成的路基形式。
绕行方案优缺点： ➢ 优点：技术要求小，投资省、工期短； ➢ 缺点：线路延长、弯道增多、形成高大边坡。
只有在确认对运营不会造成不良影响时才考虑。 路堑方案优缺点： ➢ 优点：造价低，施工进度快； ➢ 缺点：路堑病害多、破坏植被。
应以不形成高大边坡为原则。
2.3.2 隧道围岩分级的方法
对隧道围岩的分级时，应注意以下几点： ➢ 首先应考虑选择对围岩稳定性有重大影响的主要因素， 如岩石强度、岩体的完整性、地下水、地应力、结构面产状、 以及他们的组合关系作为分级指标； ➢ 其次选择测试设备比较简单、人为因素小、科学性较强 的定量指标； ➢ 在考虑分级指标要有一定的综合性，如复合指标等。
K2软弱结构面产状影响的修正 ➢ 成层岩体、层面性状较大，为陡倾角且走向与洞轴线夹角很 大时：对岩体稳定性无不利影响； ➢ 倾角较缓且走向与洞轴线夹角较小时：容易发生沿层面的过 大变形，甚至发生拱顶倒塌或侧壁滑移。
（4）围岩分级 《工程岩体分级标准》（GB50218-2014）规范将隧道围岩
分成六级，分别是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，
17
什么叫做垭口？
垭口在《辞源》里的解释是“两山间的狭窄地方”，即连 续山梁的一块平坦且相对较低的位置，也可以说是高大山 脊的鞍状坳口。 垭口：即相连的两山顶之间较低的部分称为垭口。
山顶1
山顶2
垭口
垭口
较高的垭口 较低的垭口
什么叫做越岭隧道？
我国幅员辽阔，山川交错，通过山岭、重丘区的 长大干线公路往往要翻越分水岭，为缩短里程，克 服高度或地形障碍，往往要设置隧道。线路为穿越 分水岭而修建的隧道称为越岭隧道。
隧道方案优缺点： ➢ 优点：能使线路平缓顺直，病害少，缩短线路， 节省运输时间，不需用较大的坡度，不需设置太多、 太急的曲线，还能最大限度地减少道路修建对自然 植被的破坏。 ➢ 缺点：造价高、施工进度慢。
一般情况下，采用隧道方案是比较有利的。当线 路遇到地形高程障碍时，应该优先考虑隧道方案。
经验指出：“山体可穿而不宜大挖，大挖必坍”。只有在保 证安全的前提下，才能谈到经济和技术的比较。
代表性：秦岭隧道
什么叫做分水岭？
分水岭是指分隔 相邻两个流域的 山岭或高地，河 水从这里流向两 个相反的方向。 在自然界中，分 水岭较多的是山 岭、高原。
秦岭是长江和黄河的分水岭
长江流域图
什么叫做傍山隧道？
山区道路通常傍山沿河而行，山区河流的特点是河 床狭窄、弯曲，经过常年的河水侵蚀和风化作用， 地势往往变得陡峻。为改善线形、提高车速、缩短 里程、节省时间，常需修建隧道，这种隧道叫做傍 山隧道，或称河谷线隧道。
总之，应有足够的实测资料为基础，能全面反映围岩的 工程性质。
2.3.3 我国公路隧道围岩分级 围岩基本质量指标BQ 根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特 征和定量围岩基本质量指标BQ，进行初步分级。
BQ=90+3Rc+250Kv Rc：岩石单轴饱和抗压强度，Mpa； Kv：岩体完整性系数。 围岩基本质量指标 BQ 修正
[BQ]=BQ – 100（K1+K2+K3） K1——地下水影响修正系数；K2——主要软弱结构面产状影 响修正系数； K3——初始应力状态影响修正系数。
K1地下水影响的修正 地下水是造成施工塌方、使隧道围岩丧失稳定的最重要因素之
一，地下水对围岩的影响主要表现在：
➢ 软化围岩 ➢ 软化结构面 ➢ 产生流砂和潜蚀 ➢ 承压水作用
隧道工程
第三章 隧道线及断面设计
2017年2月28
2.3.1 隧道围岩分级的因素指标及其选择
围岩分级的指标，主要考虑影响围岩稳定性的因素 或其组合的因素。 ➢单一的岩性指标 抗压强度、抗拉强度、弹性模量、抗钻性、抗爆性 一般多采用岩石的单轴饱和极限抗压强度作为基本的分级 指标，具有试验简单，数据可靠的优点。 但单一岩性指标只能表达岩体特征的一个方面，用来作为 分级的唯一指标是不合适的。
数字越小的围岩性质越 好 。
第三章 隧道线及断面设计
山区公路线形设计受地形条件影响： ➢高程障碍：公路前进方向遇到高山时，由于坡度的限制不 能在一定距离内拔起越过山峰； ➢平面障碍：山嘴伸出很急。
该采取什么办法？
克服地形障碍
高程障碍 平百度文库障碍
绕行方案 深堑方案 隧道方案 沿河傍山绕行方案
隧道直穿方案
（3）复合指标 复合指标是一种用两个或两个以上的岩性指标或综合岩
性指标所表示的复合性指标。具有代表性的复合指标分级， 是巴顿（N.Barton）等人提出的岩体质量Q指标，Q指标综 合表达了岩体质量的六个地质参数：
Q＝(RQD/Jh)(Jr/Ja)(Jw /SRF)
岩体质量Q指标实际上是岩块尺寸、抗剪强度、作用应力 三者的复合指标。
➢单一的综合岩性指标
岩体的完整性系数Kv：
Kv
v岩体 v岩石
2
反映了岩石的力学性质和岩体的破碎程度的综合因素。
岩石质量指标：
RQD（％）＝
10cm以上岩芯累计长度 单位钻孔长度
×100%
综合反映岩体的强度和岩体破碎程度的指标。
围岩的自稳时间 ： 从隧道开挖到顶部开始发生可察觉的移动、松弛所经历的 时间，是综合岩性指标。
修建隧道几点思考
（1）隧道走向？——掌握公路隧道选址的原则和方法 （2）洞门位置？——隧道洞口位置选择的原则和方法 （3）线形布置？——隧道平面和纵断面设计的要求 （4）空间大小？——隧道横面设计的要求和方法
第三章 隧道线路及断面设计
几个名词： ➢垭口 ➢分水岭 ➢越岭隧道 ➢傍山隧道 ➢沿河线 ➢展线
路堑指从原地面向下开挖而 成的路基形式。
绕行方案优缺点： ➢ 优点：技术要求小，投资省、工期短； ➢ 缺点：线路延长、弯道增多、形成高大边坡。
只有在确认对运营不会造成不良影响时才考虑。 路堑方案优缺点： ➢ 优点：造价低，施工进度快； ➢ 缺点：路堑病害多、破坏植被。
应以不形成高大边坡为原则。
2.3.2 隧道围岩分级的方法
对隧道围岩的分级时，应注意以下几点： ➢ 首先应考虑选择对围岩稳定性有重大影响的主要因素， 如岩石强度、岩体的完整性、地下水、地应力、结构面产状、 以及他们的组合关系作为分级指标； ➢ 其次选择测试设备比较简单、人为因素小、科学性较强 的定量指标； ➢ 在考虑分级指标要有一定的综合性，如复合指标等。
K2软弱结构面产状影响的修正 ➢ 成层岩体、层面性状较大，为陡倾角且走向与洞轴线夹角很 大时：对岩体稳定性无不利影响； ➢ 倾角较缓且走向与洞轴线夹角较小时：容易发生沿层面的过 大变形，甚至发生拱顶倒塌或侧壁滑移。
（4）围岩分级 《工程岩体分级标准》（GB50218-2014）规范将隧道围岩
分成六级，分别是Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，
17
什么叫做垭口？
垭口在《辞源》里的解释是“两山间的狭窄地方”，即连 续山梁的一块平坦且相对较低的位置，也可以说是高大山 脊的鞍状坳口。 垭口：即相连的两山顶之间较低的部分称为垭口。
山顶1
山顶2
垭口
垭口
较高的垭口 较低的垭口
什么叫做越岭隧道？
我国幅员辽阔，山川交错，通过山岭、重丘区的 长大干线公路往往要翻越分水岭，为缩短里程，克 服高度或地形障碍，往往要设置隧道。线路为穿越 分水岭而修建的隧道称为越岭隧道。
隧道方案优缺点： ➢ 优点：能使线路平缓顺直，病害少，缩短线路， 节省运输时间，不需用较大的坡度，不需设置太多、 太急的曲线，还能最大限度地减少道路修建对自然 植被的破坏。 ➢ 缺点：造价高、施工进度慢。
一般情况下，采用隧道方案是比较有利的。当线 路遇到地形高程障碍时，应该优先考虑隧道方案。
经验指出：“山体可穿而不宜大挖，大挖必坍”。只有在保 证安全的前提下，才能谈到经济和技术的比较。
代表性：秦岭隧道
什么叫做分水岭？
分水岭是指分隔 相邻两个流域的 山岭或高地，河 水从这里流向两 个相反的方向。 在自然界中，分 水岭较多的是山 岭、高原。
秦岭是长江和黄河的分水岭
长江流域图
什么叫做傍山隧道？
山区道路通常傍山沿河而行，山区河流的特点是河 床狭窄、弯曲，经过常年的河水侵蚀和风化作用， 地势往往变得陡峻。为改善线形、提高车速、缩短 里程、节省时间，常需修建隧道，这种隧道叫做傍 山隧道，或称河谷线隧道。
总之，应有足够的实测资料为基础，能全面反映围岩的 工程性质。
2.3.3 我国公路隧道围岩分级 围岩基本质量指标BQ 根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特 征和定量围岩基本质量指标BQ，进行初步分级。
BQ=90+3Rc+250Kv Rc：岩石单轴饱和抗压强度，Mpa； Kv：岩体完整性系数。 围岩基本质量指标 BQ 修正
[BQ]=BQ – 100（K1+K2+K3） K1——地下水影响修正系数；K2——主要软弱结构面产状影 响修正系数； K3——初始应力状态影响修正系数。
K1地下水影响的修正 地下水是造成施工塌方、使隧道围岩丧失稳定的最重要因素之
一，地下水对围岩的影响主要表现在：
➢ 软化围岩 ➢ 软化结构面 ➢ 产生流砂和潜蚀 ➢ 承压水作用