第1讲公路隧道勘测设计

第1讲隧道勘测设计

隧道工程的勘测设计一般分两阶段进行，即初测阶段和定测阶段。对于长大隧道或地形、地质条件复杂的隧道，应采用两阶段勘测；对于地形及地质条件复杂的隧道可以考虑用一阶段勘测。勘测设计的基本内容有：

（1）隧道工程调查。调查隧道穿越地质的地质、地貌、生态环境等自然条件，他们与隧道工程有着密切的联系；

（2）隧道线路确定，通过多种方案的比选，确定隧道的平面、纵断面线形；

（3）洞口位置的选择。

初测：根据批准的计划任务书所确定的路线走向、公路等级及隧道方案，作进一步勘查、比选，以确定隧道位置，为编制初步设计提供资料。

应完成的勘测工作有：

隧道所在地区自然条件的调查；

隧道工程对周围环境影响的调查；

隧道所在地区开发规划的调查；

工程地质及水文地质的调绘；

地形、高程、导线的测量。

定测：根据批准的初步设计文件及审核意见，在初测基础上，进一步核对、落实和深化相关勘测资料，对复杂地质问题给出可靠性结论，为施工图设计提供资料。

第1节隧道工程调查

隧道是埋置在地层中的工程建筑物，地层情况千变万化、错中复杂，为了进行隧道规划、设计、施工和维护管理，应预先获得各种有关资料，需要进行调查。包括地形调查、地质调查、气象调查、环境调查、施工条件调查以及与工程有关的法令法规调查等。调查做的越广泛，越深入细致、准确，所起的作用就越大。调查时应首先明确调查目的，各阶段的任务和调查顺序。由于在规划、设计、施工等阶段，调查的目的、内容及精度不同，所以通常按收集已有文献资料、初步调查和详细调查的顺序进行。

（一）文献资料的收集

地形地貌资料

通常指地形图。一般情况下应从国家测绘系统收集到两种比例尺的地形图：

1/50000~1/25000，主要用于路线规划；

1/2000~1/1000，主要用于隧道方案比选和隧道定位；

航空照片或卫星遥感照片，主要用于重要的长大隧道；

地形资料是线路确定方案、初测、定测，以及隧道的初步设计、施工图设计的基本资料。是进行线路选择、线形确定、用地以及自然环境、地形地质判断的基本资料。

工程地质与水文地质资料

指工程地质与水文地质图和说明书。

一般应从地质部门收集1/200000~1/50000比例尺的地质图。这种图通常是国家进行地质普查时完成的地质资料。可以给设计者提供大范围的粗线条的地质资料，供选线和进行方案比选时使用，只能提供粗线条的信息，但它是不可或缺的，没有它就可能发生大的错误。

工程资料

在隧道附近的工程往往可以提供不少资料，如道路边坡的岩石露头和其它土木工程所记录的工程地质与水文地质资料。这些资料可以由施工记录和工程报告总结文件中得到。工程资料还可以提供是否与已有工程相互干扰的情况。

气象资料

包括气温、气压、降水、风、雾、水温、地温等。可由气象台站和各种资料、期刊、汇编、年鉴等处获得。气象资料可用于建筑设计、通风和照明设计、交通工程设计，以及指导施工等。

用地及环境资料

用地包括工程用地和施工用地。工程用地是指工程竣工后所占用的土地。一旦确定了需要的范围后，就应该调查该范围内是否有建筑，包括居民住宅、通讯设施、排水设施、交通设施等，必须和有关部门协商处理好相关事宜。

环境资料包括自然环境（动植物的生态、地形、地质、水文等）、文物古迹、自然保护区、居民环境。一定要按照国家相关政策加以对待，否则将对隧道工程造成负面影响。

灾害资料

隧道所在地区历史上的暴雨、台风、地震、滑坡等发生等的规模、频度，可通过查阅资料、地方志和对居民访问等方法获得。

概预算资料

根据《公路隧道设计规范》、《公路隧道施工技术规范》、《公路隧道通风照明设计规范》以及相应的路线设计规范要求，为编制设计概（预）算和施工方案收集所需的资料。

与隧道建设相关的资源资料

收集现有道路、建筑材料和水源，施工及运营所需电力的供电能力和供电网路等。

相关法率、法令调查

隧道计划、设计及施工中，应遵循国家颁布的各种法律、法令，查阅与工程相关条文的内容，以制定相应措施及了解如何办理手续等。

（二）地形地质调查

地形、地质调查的意义：解决“需要”与“可能”的问题。

地形调查是为线路服务的，目的是在现有地形条件下使路线满足规范要求，并尽可能得到优化，这是设计的需要；

地质调查时核对在实际地质条件上是否可能，是否可以得到一个稳定的结构物。

地形状态是地质状态的表象，往往可以通过地形判断地质现象。因此在我国线路设计中，经常是先根据地形条件选择线路的线位，然后进行初步地质调查，根据地质条件进行隧道初步设计，这种做法当然在隧道沿线可能遇到各种各样地质情况，在获得线形完美时，可能会遭遇不良地质或围岩较差地段，必然会增加投资；国外的设计时在大范围地质详查的基础上选择线路的走向，在掘进过程中不断地选择调整隧道中线，使隧道尽量在较好的围岩中通过，从而达到提高结构的安全度和节约投资的目的，但可能会以牺牲线形的完美性为代价。

实际上前期工作的力度才是节约投资的关键所在，经验表明在可行性阶段就加大加深地质工作投入，那将是最好的选择，可以减少方案的反复调整过程。

（1）初测阶段

地形地质调查要按《公路隧道勘测规程》规定展开工作。

在收集资料的基础上，进行初步调查，为初步设计提供资料。目的是查明地形、地质条件对路线线形、隧道位置（洞口及长度）、引线以及对施工道路和其它附属工程的影响。

?地形地貌调查

主要查明：

自然地理概况及其与地质因素的关系；地形、地貌与构造、岩性等地质因素的关系和规律；

洞口和洞顶的海拔标高；

位于洞顶及其附近的深坑与洼地的成因及其发育特征；

河流与沟谷的冲刷切割情况及其发展趋势；

水库、水塘、水田的分布

?地质调查

主要查明：

地质构造

查明隧道所处区域地质构造、现代构造应力场的方向和性质，与隧道的关系及对隧道的影响；

查明单斜构造的产状，不同岩层的成层条件、

查明褶曲构造要素、褶曲类型和规模；

查明断层的几何要素、断层的性质及类型、断层破碎带的规模及影响范围；

查明节理、裂隙等各类结构面特别是软弱结构面的产状、发育情况、填充物性质、力学性质、结构面的不利组合和地下水在其中的渗流等情况。

地层岩性

查明隧道通过地带的地层岩性、层序、成因、年代、产状、分布规律及其接触关系、接触面特征，岩层风化破碎程度和抗风化能力；

了解岩土的物理力学性质；

了解有无损害健康的物质或气体，并查明其成分、含量和分布情况；

了解地温分布规律。

水文地质条件

通过对构造裂隙、地下水露头的调查，判明含水层、透水层、隔水层的范围与隧道的关系和影响程度。

调查地下水的类型及其与地表水的补给关系，地下水的动态变化规律；

调查地下水的流量、流向及水质；

调查隧道建筑队当地居民生活用水和农业灌溉用水水源的影响。

判明地下水分布、补给、流量、流向、水质，含水层、透水层、隔水层的范围和地表水分布等水文地质状况。特别是在水库地区或待建水库地区，要查明水位线、水库可能引起的其它不良地质问题，以及需要的观测或检测计划。

不良地质和特殊地质现象

如滑坡、崩塌、岩堆、岩溶、膨胀土、软土、湿陷黄土、泥石流、盐渍土、多年冻土、泥沼、煤层、冰川、雪崩等，查明其发生的原因及其类型和规模，根据其发展趋势，判明其对隧道的影响程度。

流沙地层，应查明其范围、厚度、成分、密实程度及可能发生的流动性质。

含煤地层应查明地质构造、成层特征，埋藏深度、层位、层数、厚度、覆盖情况及露头；查明煤层上、下岩层的岩性、厚度、裂隙及软弱夹层的特征；判断对隧道的影响。

对采空区应查明开采规模，采空区的位置、层数、深度、坑道现状、顶板以上岩性及厚度和稳定情况；查明地面变形情况。

地震烈度

按《中国地震动参数区划图》（GB 18306）的规定或经地震部门鉴定，确定所处地区的地震动峰值加速度系数，确定抗震烈度及其对应办法等。

?初测阶段地质工作方式

初测阶段地质工作以调查和测绘为主，应当由路线工程师和有经验的地质工程师，在查阅已有资料的基础上以现场调查和测绘为主的方式进行。必要时采用物探、钻探和试验工作。

要求：

地质初步调查工作应当过细，以便为隧道定位和比选工作提供真实的基础资料；

做好调查记录。

参加人员：设计、施工的主要具体负责人和组织施工的负责人。特殊情况下还应有环境、农业、生物及气象等方面的专家参加。

地质调绘的范围

应是隧道所穿越的全部地段及其延伸段。其宽度要看地质的实际情况和附属工程的布置和分布情况而定。地质简单的中、短隧道一般可与线路地质调查同宽。

?初测阶段完成野外地质工作后应整编的资料

隧道工程地质说明书；

隧道工程地质平面图，应填绘物探、钻探、挖探的探点平面位置，比例尺1:2000~1:5000；

●隧道工程地质纵断面图，标明勘探点的位置，若进行震探时，应标明岩层的弹性波速；比例尺为1:500~1:5000（横）、1:200~1:1000（竖）；

?洞口、洞深工程地质横断面图，标明勘探点的位置，若进行震探时，应标明岩层的弹性波速；比例尺为1:200~1:500；

?钻孔地质柱状剖面图；

?试验资料汇总表；

?航空照片地质解释资料、工程地质照片、野外素描图等；

?严重影响隧道方案的特殊地质、不良地质地区，应编制专项资料；

?有关地震烈度的资料。

（图件符号、图例应符合相关“符合”的规定）

这是野外工程地质调查工作者应当提供给隧道工程设计者的完整资料，作为设计时的依据。

需注意的问题：野外工作结束后，应在现场进行资料整理并作好检校工作。文字说明的提纲、图表的底图，勘测及各项调查等原始资料的分析整理应在工地完成。（强调野外资料在野外完成，以便于补做、补充甚至返工，以免回到室内作业时发现资料不完整重返工地的麻烦，有时甚至会延误工期）

最后提供下列各项资料：

勘测说明书。概述勘测情况，按路线、隧道配合情况，地质情况，说明选用方案的经过与理由。并对测量工作、地质工作、各项调查工作及有关单位意见等分类扼要叙述，作出评价。提出对隧道初步设计的各项建议及以后定测时应进行的工作。

隧道方案平面图。

（2）定测阶段

根据批准的初步设计文件及审核意见，在初测基础上进一步核对、落实、深化，确定洞口位置及隧道中线，为编制隧道施工图提供地质依据。

主要工作：

隧道洞顶路线（包括洞口附近接线）定测；

补充和核对初测地质资料、复杂地质问题，并作出可靠结论；

洞外控制测量；

施工组织和预算资料及环境条件的补充调查。

?地质详查

本阶段地质工作的目的是根据初步设计，对已选定的隧道位置进行详细的工程地质勘察，为编制隧道施工图提供地质依据。

地质详查主要任务：

对隧道所在地区的地形、地貌（包括洞外引线）、工程地质特征及水文地质条件给出正确的评价；

根据控制围岩稳定的各种因素和地层弹性纵波的波速，分段确定隧道洞身的围岩类别。这里的段落划分不能简单地以岩石接触面分界划定，而是要权衡岩石稳定性科学划分；

为各类围岩衬砌设计、施工支护提供设计资料和建议。

地质详查主要工作内容：

在初测基础上开展进一步深入细致的工作，着重查明和解决初测时未能查明解决的地质问题，补充、核对初测时的地质资料；

根据地质特征，着重分析隧道围岩的稳定性；洞口斜坡的稳定性；

对初测时的建议深入调查，勘探重大复杂地质问题，应得出可靠的结论；

正确评价和预测隧道区的工程地质、水文地质条件及其发展趋势，提供设计、施工所需的定量指标，以及设计、施工应注意的事项和整治措施意见。

?详查阶段地质工作的方法和手段

可以采用调绘、物探、坑探、槽探、触探、钻探等，应根据地形、地质条件，采用适当的方法进行综合勘探，相互印证，以得到正确的结论。对于重要的特别复杂的地质情况，甚至需要打探测导坑或试验洞，通过实测取得设计和施工所需的技术资料。

地质调绘的范围和测点，物探网的网、线、点的范围和布置，物探方法的运用，坑（槽）探的位置等，应与初测时未能查明的地质条件或沿隧道轴线方向有复杂地质问题的地段相适应，以达到进一步查明和补充校核的目的。

用震探测定岩体的弹性纵波波速时，宜同时测定岩体的弹性横波波速，以求得岩体的弹性特征值。

钻孔数量、位置及孔深的规定：

以钻探为主的情形：

从钻孔、坑（槽）探、对隧道有用的露头中取出的样品的试验内容：

定测时应完成的工程地质图纸：

?定测阶段应特别指出的问题

膨胀性岩石

岩石流变现象

涌水调查

（三）气象调查

应充分考虑当地气象条件，因气象条件直接影响隧道选线、结构设计、洞外场地布置、设施安排，进度计划及施工管理。特别是隧道洞口位置的选择，对车辆安全行驶影响极大。气象调查一般与下列内容：

降雨：年降雨量、月平均降雨量、日最大降雨量、小时最大降雨量。

降雪：最大降雪日、最大积雪量、积雪期、最大日降雪量、雪密度、雪温。

（降水量调查资料主要是用来计算地表水对隧道洞口是否产生病害，是否会有排水障碍，对隧道衬砌排水的影响程度、雨水是否会发生倒灌，是否会对施工产生严重影响等问题。）

洪水：洪水位、水量、时期。主要解决洞口标高计算、洞口是否会被水淹等问题；

气温与地温：年平均气温、绝对最高最低气温、日温差、结冰期、冻结深度、多年冻土深度、水温。

风：风向、风速，频度分布（年间、月间、日间）。风的调查项目主要用来解决通风设计的可靠性、边仰坡防护的可靠性、洞口段行车的安全性等。

雾：发生日数（频度）、滞留时间及其程度（能见度）。

雪崩与风吹雪：场所、规模、频度、时间、种类。

（四）环境调查

通过对施工场地、生态环境的调查，评价隧道修建和营运交通对周边环境的影响程度，提出必要的环境保护措施。

（1）自然环境调查

动植物的生态调查：种类、分布、密度、季节变化等，

地表水、地下水调查：见定测地质调查。主要用来解决结构设计安全、结构排水设计、施工安全等问题。

（2）地物调查

土地利用情况：土地、公园、风景区等。

已有构造物：建筑物、居民区、燃气管道、上下水管道、地下通道与坑道。

文物古迹、自然遗产、天然纪念物等。

（3）生活环境调查

工程施工过程中和完工后出现的废气、废水、噪声、振动、地基下陷等，是对居住环境、自然资源和已有地物影响的主要因素。

举例：

（五）施工条件调查

施工设备及场地条件。