内蒙古科技大学：《隧道工程》课程授课教案（讲义）第3章 隧道总体设计

内蒙古科技大学教案 第3章隧道总体设计 3.1隧道选址 ·根据地形图和调查资料，通常在多个路线方案中，进行技术经济比较确定 条线。 ·隧道方位选择。长大隧道通风、照明及养护管理费用较大。 ·按地形条件进行选择，隧道标高的选择。 ■按地质条件进行选择，隧道是埋置在地层内的结构物，受着地层岩体的包围。 如何避开不良地质区域，或是如何拟定克服不良地质的措施，是选择隧道位 置时，必须审慎考虑的问题。 ·从克服高寒地区的雪害、多雾地区和事故多发地的管理，以及环境保护等方 面，也往往需要考虑设置隧道 ·洞口附近确保视距和线形。 几个名词：垭口、分水岭、沿河线、鸡爪地形，傍山隧道 3.1.1越岭隧道选址 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，线路为穿越分水岭而修建的隧道称为越岭隧道。 (一)越岭隧道平面位置的选择 越龄隧道平面位置选择： 1、采用直线或大半径曲线为好： 2、优选考虑在路线总方向上或其附近的低垭口，展线好，隧道较短； 23

内蒙古科技大学教案 23 第 3 章 隧道总体设计 3.1 隧道选址 ⚫ 根据地形图和调查资料，通常在多个路线方案中，进行技术经济比较确定一 条线。 ⚫ 隧道方位选择。长大隧道通风、照明及养护管理费用较大。 ⚫ 按地形条件进行选择，隧道标高的选择。 ◼ 按地质条件进行选择，隧道是埋置在地层内的结构物，受着地层岩体的包围。 如何避开不良地质区域，或是如何拟定克服不良地质的措施，是选择隧道位 置时，必须审慎考虑的问题。 ⚫ 从克服高寒地区的雪害、多雾地区和事故多发地的管理，以及环境保护等方 面，也往往需要考虑设置隧道。 ⚫ 洞口附近确保视距和线形。 几个名词：垭口、分水岭、沿河线、鸡爪地形，傍山隧道 3.1.1 越岭隧道选址 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，线路为穿越分水岭而修建的隧道称为越岭隧道。 （一）越岭隧道平面位置的选择 越岭隧道平面位置选择: 1、 采用直线或大半径曲线为好； 2、 优选考虑在路线总方向上或其附近的低垭口，展线好，隧道较短；

内蒙古科技大学教案 3、虽远离线路总方向，但垭口两侧有良好的展线条件； 4、工程地质和水文地质条件良好的垭口。 (二)越岭隧道标高选择 在越岭位置选定后，越岭标高影响展线及越岭隧道方案： 1、隧道标高越高，隧道越短，施工期短，两端展线长度增加，运营条件差】 2、隧道标高低，隧道加长，施工期长，运营条件较好。 3、选择越岭隧道标高时，综合考虑施工、运营等多因素比较确定最优隧道标高。 (三)越岭隧道选址尚应考虑以下原则： 1、逢山穿洞，宁长勿短，早进晚出-避免洞口深挖： 2、宁里勿外，宁深勿浅，避软就硬-避免不良地质： 3.1.2傍山隧道选址 为改善线形，提高车速，缩短里程，节省时间，常常修建傍山隧道 傍山隧道一般埋藏较浅，容易造成各种病害；山坡亦常有滑坡，松散堆积，泥 石流等不良地质现象，地质情况较为复杂。 选择傍山隧道时应注意： （1)傍山隧道的洞身覆盖厚度问题。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-宁里勿外 （2)要考虑河岸冲刷对山体和洞身稳定的影响，如图3.1.1所示。 (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 34

内蒙古科技大学教案 24 3、 虽远离线路总方向，但垭口两侧有良好的展线条件； 4、 工程地质和水文地质条件良好的垭口。 （二）越岭隧道标高选择 在越岭位置选定后，越岭标高影响展线及越岭隧道方案： 1、 隧道标高越高，隧道越短，施工期短，两端展线长度增加，运营条件差； 2、 隧道标高低，隧道加长，施工期长，运营条件较好。 3、 选择越岭隧道标高时，综合考虑施工、运营等多因素比较确定最优隧道标高。 （三）越岭隧道选址尚应考虑以下原则： 1、 逢山穿洞，宁长勿短，早进晚出-避免洞口深挖； 2、 宁里勿外，宁深勿浅，避软就硬-避免不良地质； 3.1.2 傍山隧道选址 为改善线形，提高车速，缩短里程，节省时间，常常修建傍山隧道。 傍山隧道一般埋藏较浅，容易造成各种病害；山坡亦常有滑坡，松散堆积，泥 石流等不良地质现象，地质情况较为复杂。 选择傍山隧道时应注意： （1）傍山隧道的洞身覆盖厚度问题。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-宁里勿外 （2）要考虑河岸冲刷对山体和洞身稳定的影响，如图 3.1.1 所示。 （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

内蒙古科技大学教案 塌和施工便道对洞身稳定的影响。如图31.2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。 图3.11河岸受冲刷对洞身位置影响示意图图3.12道路对洞身稳定的影响示意图 3.1.3不良地质地段隧道位置的选择 ·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。 1.滑坡、错落 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3.1.3所示。 2.松散堆积层 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3.1.4甲的位置上

内蒙古科技大学教案 25 塌和施工便道对洞身稳定的影响。如图 3.1.2 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。 图 3.1.1 河岸受冲刷对洞身位置影响示意图 图 3.1.2 道路对洞身稳定的影响示意图 3.1.3 不良地质地段隧道位置的选择 ⚫ 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。 1．滑坡、错落 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 3.1.3 所示。 2．松散堆积层 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 3.1.4 甲的位置上

内蒙古科技大学教案 图3.1.3滑坡地区隧道位置选择示意 图3.1.4松散堆积层中隧道位置选择示意图 但如图3.1.5所示，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（丙， 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3.1.5(b)乙的位置，隧道洞口应避开泥石流沟及泥石流可能展的范围。有困难 时，可修建一段明洞，使泥石流在明洞顶通过。 (a) (b) 图31.5 隧道通过泥石流时的位置选择示意图

内蒙古科技大学教案 26 图 3.1.3 滑坡地区隧道位置选择示意 图 3.1.4 松散堆积层中隧道位置选择示意图 但如图 3.1.5 所示，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（丙）。 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 3.1.5(b)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。 图 3.1.5 隧道通过泥石流时的位置选择示意图

内蒙古科技大学教案 3.1.4隧道洞口位置选择 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 图3.1.6沟谷附近洞口平面位置示意图 图3.1.7贴壁进洞时洞口纵断面示意图 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3.1.6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（见图3.1.7)或采用接 长明洞的办法，将洞口堆到坍方范围以外3-5m处，见图3.1.8。 (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 应结合洞外路重、填方、弃渣场地、工期等具体确定，见图3.1.9。需要时可接长明

内蒙古科技大学教案 27 图 3.1.6 沟谷附近洞口平面位置示意图 图 3.1.7 贴壁进洞时洞口纵断面示意图 3.1.4 隧道洞口位置选择 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 3.1.6 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（见图 3.1.7）或采用接 长明洞的办法，将洞口堆到坍方范围以外 3—5m 处，见图 3.1.8。 （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，见图 3.1.9。需要时可接长明

内蒙古科技大学教案 洞，以确保施工和运营安全 图3.1.8陡壁下接长明洞纵断面示意图 图3.1.9缓坡洞口纵断面示意图 （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3.1.10(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3.1.10(b。若为 斜交时，应尽可能加大斜交角度（一般不小于45），或采取工程措施，以降低垂直 等高线方向的开挖高度 (a ) 正交洞门平面示意图 斜交洞门平面示意图 28

内蒙古科技大学教案 28 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，见图 3.1.10（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 3.1.10（b）。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。 正交洞门平面示意图 斜交洞门平面示意图 图 3.1.8 陡壁下接长明洞纵断面示意图 图 3.1.9 缓坡洞口纵断面示意图

内蒙古科技大学教案 图3.1.10 (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隧道的几何设计 ·隧道由主体建筑物和附属建筑物两部分组成。 ·主体建筑物包括洞门和洞身衬砌，以及需要在洞口地段接长的明洞 ·附属建筑物包括通风、照明、防排水、安全设备、电力、通信设备等。 ·隧道的几何设计主要是汽车行驶与隧道各个几何元素的关系常把隧道中心 线解剖为隧道的平面，纵断面及净空断面来分别研究。 3.2.1隧道的平面设计 1,隧道平面设计：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，与公路一样，线形至少满足《公路工程技术标准》规定； 2、应适当提高线形标准。因隧道内运营和养护条件明显比洞外差。 29

内蒙古科技大学教案 29 图 3.1.10 （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 隧道的几何设计 ⚫ 隧道由主体建筑物和附属建筑物两部分组成。 ⚫ 主体建筑物包括洞门和洞身衬砌，以及需要在洞口地段接长的明洞。 ⚫ 附属建筑物包括通风、照明、防排水、安全设备、电力、通信设备等。 ⚫ 隧道的几何设计主要是汽车行驶与隧道各个几何元素的关系，常把隧道中心 线解剖为隧道的平面，纵断面及净空断面来分别研究。 3.2.1 隧道的平面设计 1、隧道平面设计：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，与公路一样，线形至少满足《公路工程技术标准》规定； 2、应适当提高线形标准。因隧道内运营和养护条件明显比洞外差

内蒙古科技大学教案 3、具体原则： （1)原则上采用直线，避免曲线： (2)当必须设置曲线时，半径不宜小于不设超高的平面曲线半径如表3.2.1。 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； 不设超高最小平曲线半径 表3.2.1 公路等级 高速 四 地形 重丘 山岭平微 重丘 微工 重丘 不设超高 最小Rm) 5500 400250150400150250 150 000000 600 10350600150 图3.2.1曲线隧道示意图 3.2.2隧道纵断面设计 30

内蒙古科技大学教案 30 图 3.2.1 曲线隧道示意图 3、具体原则： （1）原则上采用直线，避免曲线； （2）当必须设置曲线时，半径不宜小于不设超高的平面曲线半径如表 3.2.1。 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； 不设超高最小平曲线半径 表 3.2.1 公路等级 高速 一 二 三 四 地 形 平原 微丘 重丘 山岭 平微 山岭 重丘 平原 微丘 山岭 重丘 平原 微丘 山岭 重丘 平原 微丘 山岭 重丘 不设超高 最小 R（m） 5500 400 0 250 0 150 0 400 0 150 0 250 0 600 150 0 350 600 150 3.2.2 隧道纵断面设计

内蒙古科技大学教案 1、什么是隧道纵断面？沿隧道中心线展开的垂直面上的投影 2、纵坡类型： (1)人字坡隧道 (2)上行单坡隧道 (3)下行单坡隧道 3、控制隧道纵坡大小的主要因素 （1)通风问题 (2)排水问题 4、纵坡坡度大小及其影响 （1)隧道纵坡坡度范围：0.3%-3% （2)纵坡坡度与通风的关系，要求1%以下，大于2%，排量迅速增加； （3)与排水的关系，纵坡越大水流越快： (4)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： (5)综合通风和排水考虑，纵坡为不防碍排水的缓坡为宜 (a)人字坡隧道 (b)下行单坡隧道 31

内蒙古科技大学教案 31 1、 什么是隧道纵断面？ 沿隧道中心线展开的垂直面上的投影。 2、 纵坡类型： （1） 人字坡隧道 （2） 上行单坡隧道 （3） 下行单坡隧道 3、 控制隧道纵坡大小的主要因素 （1） 通风问题 （2） 排水问题 4、 纵坡坡度大小及其影响 （1） 隧道纵坡坡度范围：0.3%-3% （2） 纵坡坡度与通风的关系，要求 1%以下，大于 2%，排量迅速增加； （3） 与排水的关系，纵坡越大水流越快； （4） 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； （5） 综合通风和排水考虑，纵坡为不防碍排水的缓坡为宜； （a）人字坡隧道 （b）下行单坡隧道

内蒙古科技大学教案 图3.2.2 各级公路凸形竖曲线最小半径和最小长度 表3.2 公路等级丁 高速 三四 地形 平原重 山岭 平原山岭 平原山岭平原山岭平原山岭 微丘丘 微丘重丘微丘重丘微丘重丘微丘重丘 凸形婴极限 曲线半最小 11000650030001400650 140030004501400250450100 径m 最小 17000100004500 20001000 2000 4500709200 400700200 值 竖曲线最小 长度(m 100 8570 50 85 50 7035 50253520 3.2.3 隧道横断面设计 3:2.3所示断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值， E E 专用公路 一般公路 图中：W一行车道宽度，按表3.2.3的规定采用： S一行车道两侧路缘带宽度，按表3.2.3的规定采用； C一余宽，当计算行车速变>100km/h时为0.50m,计算行车速度 <100km/h时为0.25m; H净高，汽车专用公路、一般二级公路为5m,三、四级公路为4.5m

内蒙古科技大学教案 32 专用公路 一般公路 图 3.2.2 各级公路凸形竖曲线最小半径和最小长度 表 3.2 公路等级 高 速 一 二 三 四 地形 平原 微丘 重 丘 山岭 平原 微丘 山岭 重丘 平原 微丘 山岭 重丘 平原 微丘 山岭 重丘 平原 微丘 山岭 重丘 凸形竖 曲线半 径(m) 极限 最小 值 11000 6500 3000 1400 6500 1400 3000 450 1400 250 450 100 —般 最小 值 17000 10000 4500 2000 10000 2000 4500 709 200 400 700 200 竖曲线最小 长度 (m) 100 85 70 50 85 50 70 35 50 25 35 20 3.2.3 隧道横断面设计 3.2.3 所示断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。 图中：W 一行车道宽度，按表 3.2.3 的规定采用; S 一行车道两侧路缘带宽度，按表 3.2.3 的规定采用; C 一余宽，当计算行车速变＞100km／h 时为 0.50m，计算行车速度 ＜100km／h 时为 0.25m; H—净高，汽车专用公路、一般二级公路为 5m，三、四级公路为 4.5m;