隧道具体位置的选择与区域工程地质条件西南交通大学课程与资源中心.pptx
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1、 铁路、公路隧道是山区线路穿越山岭时用来克服高程障碍的一种建筑物,是整条线路的重要组成部分。同迂回绕线的方法相比,往往可以缩短线路长度、改善线路的平纵断面以及日后的运营条件,但它相对路基建筑物而言,造价比较高,施工难度大,施工进度也比较慢。第1页/共55页 隧道的位置与线路是互为相关的。在一般情况下,当一段线路的方案比选一旦确定以后,区段上中、短隧道的位置一般依从于线路的位置大体决定,最多是在上、下、左、右很小幅度内作些小的移动。但是,如果隧道很长、工程规模很大、技术上也有一定的困难,属于本区段的重点控制工程,那么这一区段的线路就得依从于隧道所选定的最优位置,然后线路以相应的展线到隧道的位置。
2、第2页/共55页 所以,隧道位置的选定与线路的选定是同时考虑的,不可分开。隧道具体位置的选择与区域工程地质条件、水文地质条件、地形地貌条件、工程难易程度、投资的数额、工期的要求,以及现有的施工技术水平和今后运营条件等因素有关。第3页/共55页第一节:隧道位置的选择 地形条件与隧道位置的选择 地质条件与隧道位置的选择 不良地质与特殊地质地区隧道位置的选择主要内容主要内容第二节:隧道洞口位置的选择 隧道洞口位置选择原则 洞口防护及绿化原则第4页/共55页第一部分 隧道位置选择 第5页/共55页 要选择好隧道线路位置,一般说来,主要应对沿线的地形、地质作详尽的了解,充分掌握这两方面的资料,认识它们之
3、间的内在联系,分清主次,统筹研究,处理好近期与远期、隧道工程与其它工程的关系,就可选择出较为理想的隧道线路位置和恰当的隧道进出口位置。第6页/共55页 隧道是克服地形障碍的有利手段,隧道位置的选择很大程度上受地形的制约。地形障碍有高程障碍和平面障碍两方面。一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 高程障碍 平面障碍 第7页/共55页1、高程障碍 不管是铁路还是公路,在前进方向上如遇到高山,由于线路的坡度有严格的限制,不能在一定距离内拔起越过山峰,于是高山就成了线路上的高程障碍。要客服这种障碍,可以有三种方案供选择。一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 第8页
4、/共55页1、高程障碍 (1)绕行方案 当附近地形开阔,山坡地带宽敞时,可以避开前方的山峰,迂回绕行而过。上述条件具备,比较简易的办法。工程容易,工期较短,工程费用也较少。但绕行路线要延长,长期运程增加;路线弯道增多,曲线半径可能减少,运行条件恶化,行车速度和牵引能力降低。尤其对于高速铁路,给技术改造带来困难。此外,绕行方案靠近山坡,地质条件复杂,易于产生塌方、滑坡等。所以,从长远来看,这一方案不可取,只有具备条件相宜时,才宜采用。一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 第9页/共55页1、高程障碍 (2)深路堑方案 当地形比较开阔,有山谷台地可以展线时,就可以尽量地把线路展
5、长、坡度用足以争取把线路高程抬起到可能的高度。然而抬高高程尚有不足之处,需在山顶部位开凿深路堑通过。这种展线比绕行方案略少一点,但前者的缺点依然存在。而且在山顶开挖深路堑,破坏植被和环境,甚至对数百万年形成的生态平衡造成不可逆转的破坏。另外工程量也很大,施工困难,边坡稳定性差,易引起塌方落石,后期养护工程量很大。现在随着隧道工程能力的增强,应当尽量避免深路堑方案。一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 第10页/共55页 芬兰的很多公路宁以高工程成本修建暗挖隧道,而不以低工程经费开挖地面、修建边坡。第11页/共55页1、高程障碍 (3)越岭隧道方案 当地形紧迫,山坡陡峭,不具
6、备上述条件时,开凿隧道,穿山通过,就成为唯一可行,而且是比较有利的方案。修建隧道可能工程量要大一些,工期也会长一些,但是,它能使线路平缓顺直,不需要较大的坡度,不需设置太多、太急的曲线。今后在长期的运营中,由于技术条件好,可以牵引更大的重量,可以提高行驶速度,缩短运程,还不受外界干扰,战争时期将是良好的掩护所。因此,从全局和长期考虑,越岭隧道方案是比较合理的。一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 第12页/共55页1、高程障碍 (4)工程案例 既有兰新铁路乌鞘岭地段,建于建国初期,线路翻越海拔3600m相对高差1000多米的乌鞘岭,受当时技术水平的制约,采用技术标准低。打柴
7、沟至黄羊镇间,线路长103.20km,采用20双机坡,设有车站13处,到发线有效长度仅650m;为充分利用地形克服高差,尽量避免设置隧道或缩短隧道长度,越岭地段使用300m小半径,进行了多次足坡迂回展线,在乌鞘岭山顶上的安远盆地形成了大坡道、蛇形弯,“蔚为壮观”的来回展线场面,致使该段线路成为整个兰新线的“瓶颈”。一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 第13页/共55页1、高程障碍 (4)工程案例 在兰新线穿越乌鞘岭地段,选线既要达到消除既有线上述弊端的目的,又要做好对既有线的有效利用和衔接,加之乌鞘岭地区地形、地质条件复杂,所以控制线路方案选择的因素较多。勘察、设计人员在
8、线路可能经行的广大区域内,进行了大范围、多手段的加深地质工作,并结合展线工程,选择不同越岭隧道位置、高程及长度,采用20、16、13三种限坡,进行了数十个方案的研究比选。一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 第14页/共55页1、高程障碍 (4)工程案例 经过比选,最终选定了技术可行、地质条件相对较好和经济合理的13坡度、20.05km特长隧道越岭线路方案。该方案将既有兰州西至武威南段的打柴沟龙沟之间7个车站8个区间改为1个区间,运营线路长度由59.7km缩短为29.3km,限坡由20降为13,从而大幅度提高兰州至武威段的运能和运量。一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件
9、与隧道位置的选择 第15页/共55页1、高程障碍 (4)工程案例一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 第16页/共55页2、平面障碍 铁路、公路进入山区,这里山峦起伏,河谷蜿蜒,线路不得不依山傍河迂回前进。有时走行在凹岸,则需注意是否受到河水冲刷。如果走行在凸岸山嘴,则沿山坡绕行,凸度较大时,曲线半径势必很小,行车条件恶化。若是山嘴伸出太急,线路就无法随之环绕,这就出现了平面障碍。解决平面障碍有以下两种方案。一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 第17页/共55页2、平面障碍 (1)沿河傍山绕行方案 沿着山体自然弯曲傍山绕行,如果地形条件尚能允许,则可采
10、用。在不得已时,只能大量劈坡,或高层填土,上设挡土墙,下设护坡护岸,有时还须跨谷建桥,有时为防滚石坠落,还特设置防护明洞。由于线路走形在山坡表层内,多为风化松散地层,施工时极易坍方。这种方案只有在条件允许时,才能采用。一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 第18页/共55页2、平面障碍 (2)隧道直穿方案 如果在平面障碍的前方,开凿隧道,穿山而过,虽然初期工程略大一些,但线路顺直平缓,可不设急弯,没有陡坡,线路行程缩短,运营条件改善,而且不受山坡坍方落石的威胁,从长远的利益来看,隧道方案往往是比较合理的。一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 第19页/共
11、55页 关村坝隧道:原设计沿大渡河绕行,迂回长16.6km,其间隧道8座总4.2km,大中桥2座,还有路基挖填,通过长达8km的不良地质,占用不少农田,因而研究了隧道直穿方案。经比选,采用现行6107m长的关村坝隧道方案。裁弯取直与绕行方案相比,缩短线路10.1km,减少了25个弯道和车站一处,避开了不良地段,占用农田显著减少,节约大量运营费。一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 第20页/共55页一、地形条件与隧道位置的选择一、地形条件与隧道位置的选择 第21页/共55页 无论是越岭线路或沿河傍山线路,在选择隧道位置时,都应力求选择在地质构造简单,岩性较好的稳固地层中通过
12、。尽量避免通过断层、崩坍、滑坡、流砂、溶洞、陷穴以及偏压显著、地下水丰富等地质不良地段,当绕避有困难时,应尽量采取必要的工程措施。二、地质条件与隧道位置的选择二、地质条件与隧道位置的选择 第22页/共55页1、单斜构造与隧道位置的选择 单斜构造是指成层的岩层向一个方向倾斜的地质构造。常见的工程地质问题为不均匀的地层压力、偏压、顺层滑动等现象。按岩层的倾角不同,可分为三种情况:(1)水平或缓倾角岩层 当隧道通过坚硬的厚层岩层时,较为稳定。若通过很薄的岩层,则施工时顶部易产生掉块现象,此时,以不透水的坚硬岩层作顶板为最好。二、地质条件与隧道位置的选择二、地质条件与隧道位置的选择 第23页/共55页
13、1、单斜构造与隧道位置的选择 (2)陡倾角岩层 陡倾角岩层一般有偏压和不均匀压力存在,当有软弱夹层伴以有害节理切割时,易产生坍方和顺层滑动。隧道中线可能沿两种不同岩性的岩层走向通过时,避免将隧道置于两种不同岩层软弱构造(破碎)带,图a;宜将隧道置于岩性较好的单一岩层中,图b。二、地质条件与隧道位置的选择二、地质条件与隧道位置的选择 (a)(b)地表及地下水汇集区第24页/共55页1、单斜构造与隧道位置的选择 (3)直立岩层 隧道通过直立岩层时,其中线宜垂直于岩层的走向穿过,如图。当层状岩层较薄,并有软弱夹层,伴有微量地下水活动时,亦可产生不对称压力,在隧道开挖中,易产生坍塌,甚至导致大的坍方,
14、致使地面形成“天窗”。二、地质条件与隧道位置的选择二、地质条件与隧道位置的选择 第25页/共55页2、褶皱构造与隧道位置的选择 褶皱构造有向斜和背斜,隧道通过褶皱时,尽量避免将隧道置于向斜或背斜的轴部。如图中(a)、(b),而应将隧道置于翼部,如图(c),隧道所处的地质条件类似于单斜构造。轴部岩层均比翼部破碎;背斜较向斜略好,向斜容易富水。二、地质条件与隧道位置的选择二、地质条件与隧道位置的选择 第26页/共55页3、断裂构造、接触带与隧道位置的选择 断裂构造及不同岩层的接触带,其裂隙发育,并有被挤压呈破碎的块碎石角砾及断层泥存在,地下水量也较大,常呈突水涌出。(1)切忌沿着(或靠近平行)断层
15、带或破碎带修建隧道,如图;(2)隧道必须通过断层带时,应尽量使线路与断层走向正交,如图。二、地质条件与隧道位置的选择二、地质条件与隧道位置的选择 第27页/共55页1、不良地质地区隧道位置的选择 不良地质系指滑坡、错落、崩坍、岩堆、危岩、落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂、断层、褶皱、涌水及第四纪堆积层等不良地段。如线路难以绕避或绕避而有损于线路的总体性时,在技术条件许可和经济合理的条件下,亦可因地制宜地采取相应工程措施通过。三、不良地质与特殊地质地区隧道位置的选择三、不良地质与特殊地质地区隧道位置的选择 第28页/共55页1、不良地质地区隧道位置的选择(1)滑坡地区隧道位置的选择 采取隧道避开滑
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