隧道勘测和位置选择

摘要：隧道勘测的目的，是在于查明隧道所处位置的工程地质条件和水文地质条件以及隧道施工和运营对环境保护的影响。为规划、设计、施工提供所需的勘察资料，并对存在的岩土工程问题、环境问题进行分析评价提出合理的设计方案和施工措施，从而使隧道工程经济合理和安全可靠。初勘是在批准的工程可行性研究报告推荐建设方案的基础上，在初步选定的路线内进行勘察，其任务是满足初步设计对资料要求。根据工程地质条件，优选路线方案，在路线基本走向范围内，对可能作为隧道线位的区间进行初勘，重点勘测不良地质地段，以明确隧道能否通过或如何通过。提供编制初步设计所需全部工程地质资料。
关键词：隧道勘测，隧道位置，初勘，位置选择。
Abstract：
The purpose of surveying the tunnel, the tunnel is designed to identify the location of the engineering geological conditions and hydrogeological  conditions and tunnel construction and operation of environmental impact. For the planning, design and construction to provide the necessary survey data, and there are geotechnical issues, environmental issues, analysis and evaluation of reasonable design and construction measures, so that the tunnel project economical, safe and reliable. Chukan is approved feasibility study report recommended building program, based on selected routes within the initial inspection, the preliminary design of its mission is to meet the data requirements. According to geological conditions, route optimization program, the basic trend of the line within the line of the tunnel may be a bit of range for Chukan, adverse geological sites focus on the investigation to clear the tunnel can be passed or how. Preparation of preliminary design to provide all required engineering geological data.
Keyword：Tunnel investigations, tunnel position, First investigations, location choice

一：隧道勘测
隧道勘测结合公路等级、地形、地质、水文、气象、地震等条件，并考虑施工、营运等条件，进行多方案的技术、经济比较，以确定隧道的位置。相邻隧道洞口纵向间距等于或小于表规定的隧道群，勘测时宜作为一整座隧道进行线形设计。
   相邻隧道洞口纵向间距           

自然地理、环境调查
1．自然地理概况包括地形、地质、水文、气象、地震等既有资料的搜集与调查。
2．环境调查包括隧道所在地场地环境、生态环境以及隧道修建、营运可能对环境的影响。
隧道位置选择及线形设计
1．对控制路线方案的特长隧道、长隧道，应对较大区域进行调查，凡确有比较有价值的方案，均应按同等深度进行勘测比较，并提出推荐意见。
2．隧道位置的选择，应根据地形、地貌、工程地质、水文地质及当地开发规划等状况，结合隧道轴线、埋深、洞口位置及洞外接线、施工场地布置、出渣处理、工期长短、营运养护等综合考虑。
3．隧道线形设计
1）高速公路、一级公路的隧道和二、三、四级公路的短隧道的线形与公路的衔接应符合路线布设的有关规定。
2）二、三、四级公路特长及长、中隧道位置对路线线形设计有影响时，应综合考虑路隧线形的配合，使之视线诱导良好。
3）隧道宜采用直线线形，必须设置在曲线区段时，应采用不设超高的平曲线半径，并应满足停车视距要求。
4．隧道洞外连接线应考虑下列要求：
1）隧道外的连接线应与隧道洞身线形相一致。
2）高速公路、一级公路隧道连接线（即分离式路基）应在平曲线处分开或汇成整体式路基，不应采用小转角反向曲线与整体式路基相接。
3）公路隧道洞外连接线上的凸形竖曲线的半径应满足视距的要求。
不同地形条件下隧道位置的选择
1．越岭隧道
1）越岭隧道应结合路线可能穿越的部位，以不同的限制纵坡、不同的进出口标高及不同的展线方式，综合分析找出合理的隧道位置及连接线方案。
2）隧道位置应尽量避免选在复杂工程地质、水文地质和严重不良地质地段。
2．沿河傍山隧道
1）沿河傍山隧道，应特别注意山体的稳定性，避开严重的滑坡、崩塌、错落、岩堆等不良地质，并应考虑河流冲刷及偏压的影响。
2）上下行分离的中、短隧道，视地形、地质情况可采用不同设计标高的路基连接线方案。
3）对洞顶覆盖薄难以修建隧道的地段，受坍方、落石、泥石流或雪害等威胁的洞口地段，以及公路、铁路、沟渠等必须通过隧道上方，又不宜做暗沟或立交桥时，可设置明洞。
4）对傍山的高陡边坡半路堑，路基工程艰巨且处理困难时，可将路线内移采用隧道或明洞方案；但滑坡地段不宜修建明洞。
不同地质条件下隧道位置选择
1．隧道位置应选择在地层单一、构造简单、岩体完整、地质条件较好的地段。
2．隧道通过下列地段时，应采取相应措施：
1）穿过断裂或其接触带时，应使隧道轴线以大角度通过，并应避开其中严重破碎的地段。
2）地层为单斜构造时，隧道轴线宜与岩层走向大体正交。
3）通过水平岩层，或平行于垂直岩层走向时，隧道宜选择在岩性较好的地层内。
4）沿褶曲构造布置时，宜沿其向斜或背斜的两侧翼部通过，不宜将隧道设在向斜轴部。
5）地下水发育地段，隧道宜选择在地下水少、岩性较好、透水性弱的地层中通过。
3．特殊地质或严重不良地质地段的隧道位置选择
穿过滑坡、错落体内时，应使洞身埋置在错落体或滑动面以下一定深度的稳固地层中。
陡岸斜坡严重张裂不稳或者山坡有严重崩塌时，隧道位置宜往里靠，置于稳固地层中。当崩塌地段短，崩落石块小，情况不严重，可采用明洞方案，或与路基防护工程作比较。
3）隧道应避免通过严重不良地质、地下水极为发育的低洼部位。
4）通过岩堆地段时，若岩堆紧密稳定，可修建隧道，但应避免洞身置于岩堆与基岩接触面处；若为不稳定岩堆，隧道应内移置于基岩中，并留有足够的安全厚度。
5）隧道穿过泥石流沟床下部时，应使洞身置于基岩中或稳定的地层内，并保证拱顶以上有一定的安全覆盖厚度。
6）明洞基础应置于基岩或牢固可靠的地基上，明洞洞顶回填应考虑河床下切或上涨以及相互转化的可能性，并加不小于0.5m的安全覆盖厚度。
7）通过岩溶地区时，宜选择在难溶岩的地段和地下水不发育的地带。应避免穿越岩溶严重发育的地下溶蚀大厅、溶洞群及地质构造破碎带等地段；不能避开时，宜选择在较狭窄，影响范围最小处，以垂直或大角度穿过。
8）隧道应避开流砂地段；无法避开时，应选择其范围最小且相对稳定地段以短距离通过。
9）隧道应避开松软易坍的第四纪堆积层；当其部分洞身无法避开时，应选择影响范围最小的地段通过。
10）隧道应尽量避开结构松散的冰碛层；必须通过冰碛层时，宜选择结构相对紧密的、影响范围最短的地段通过。
11）隧道宜避开穿越富煤区和瓦斯含量最高的地带；当必须通过煤系地层时，隧道应有一定厚度的隔层，或以大角度横穿，尽量减少其影响长度。
12）黄土地区隧道，应避开有地下水活动，陷穴密集，冲沟发育，地层不稳和滑坡、泥石流等地段。
13）多年冻土地区，由于受冻胀、融沉、热融滑坍等多种特殊物理地质现象影响，隧道洞身应避开穿过地下冰及地下水发育的地带。
14）水库地区的隧道位置，应避开受水库充水及消水影响易于发生滑塌病害的松散、破碎地带，选择在稳定的基岩或坍岸范围以外的稳固地层内。
15）隧道通过基本烈度在七度以上的地震区时，必须避开发震断层带。
隧道洞口位置的选择
1．洞口应选择在山坡稳定、地质条件较好处，应避开沟谷低洼处。
2．洞口位于悬岩陡壁时，不应切削原山坡，当坡面及岩顶稳定，无浇石或坍塌可能时，可贴壁进洞。应避免在不稳定的悬岩陡壁下进洞，否则应延伸洞口接以明洞，其长度宜延伸到坍落的范围以外3～5m。
3．岩层面不稳定、开挖后容易引起顺层滑动或坍塌的地段，应提早进洞。
4．隧道洞口应避开居民点，当不能避开时，应考虑施工时对人身及房屋等的影响和采取环境保护措施。
5．黄土地区隧道洞口，应避免设在冲沟、陷穴附近。对无地下水、密实、稳定的老黄土，除经全面研究可适当地深挖进洞外，一般不宜深挖进洞。
6．隧道洞口的边坡、仰坡必须保证稳定，其高度应根据工程地质和水文地质条件确定。
7．隧道洞口的中线宜与地形等高线正交或接近正交；条件受限制时宜以大角度斜交进洞并按下列规定执行：
1）围岩为IV类以上时，可采用斜交进洞，其洞口端墙与路线中线交角不应小于45°。
2）岩石坚硬完整、不易风化者，可随地势进洞。
3）在松软地层中，不宜采用斜交洞口。
4）对岩层破碎、整体性差、斜交角度小的地段，应考虑延长隧道修建明洞口。
8．根据隧道洞口地形、地质条件及排水等要求，需修建明洞接长时，洞口应尽量设在山坡无病害的地方，不得在滑坡、岩堆、泥石流等地段内修建。
9．严寒地区（包括多年冻土和积雪地区）的洞口，应避开易产生热融滑坍、冰堆、冰丘、风雪多方向、第四纪覆盖层及地下水发育的不良地质地段。宜早进洞，尽量少破坏自然山坡。
辅助坑道的选择
1．傍山、沿河隧道宜根据施工需要考虑选设横洞。横洞与隧道中线的平面交角以40°～90°为宜，并应向洞外设不小于3‰的下坡。
2．平行导坑的位置宜设在施工方便的一侧，与隧道的净距应按地质条件、施工方法等因素确定。
3．长隧道在埋置较浅和地质条件较好的地段，可考虑采用斜井或竖井，并应注意井口排水。斜井与隧道中线平面交角宜采用40°～90°，其倾角视所采用的提升方式而定，不宜大于25°，井长不宜超过200m。竖井位置以设在隧道一侧为宜，与隧道中线的间距一般为15～20m，其深度不宜超过150m。
隧道平面控制测量
1．隧道应随路线控制测量布设隧道控制测量。
2．独立隧道或特长、长隧道的控制测量应符合本规范第4.1节的规定。
隧道高程控制测量
1．隧道的高程系统应随路线水准测量布设。独立隧道的控制测量应同国家或路线水准点联测。
2．隧道高程测量的等级与精度应符合本规范4.2节的规定。
隧道地形测量
隧道地形测量范围，横向应为中线两侧各200m左右，当辅助工程需要或地质情况复杂时，可适当增宽；纵向为估计挖方零点以外不小于200m，分离式隧道应测至整体式路基汇合点以外。
隧道定线
1．隧道定线应在实测的地形图基础上与路线纸上定线同时进行。短隧道可采用现场定线。
2．应在拟定的概略位置范围内对不同的隧道轴线及相应连接线进行多方案比较。
3．根据纸上定线线位，在实地上放出洞口附近的中线，并现场核查和测绘洞口纵横断面。
弃渣场地的勘测与洞渣的利用除应符合《公路环境保护设计规范》（JTJ/T006）的规定外，还应调查：
1．场地容量及弃渣运输条件。
2．场地的生态环境以及地下水径流条件。
3．场地附近各种设施情况及应采取的安全措施。
二：隧道位置选择
按地形及地质条件进行选择
- 按地形条件进行选择
- 高程障碍

1. 绕行方案 — 当附近地形开阔，山坡地带宽敞时，克服高程障碍的一个比较简易的办法是避开前方的山峰，迂回绕行而过
2.  深堑方案 — 当地形比较开阔，有山谷台地可资展线时，就可以尽量地把线路展长，坡度用足以争取把线路标高抬起到可能的高度。然后把高程尚有不足之处，在山顶部位开凿深路堑通过
3.  隧道方案 — 当地形紧迫，山坡陡峭，不具备上述条件时，开凿隧道，穿山而过，就成为唯一可行，而且是比较有利的方案。

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，则可采用。在不得已时，只得大劈坡，或高层填土，上设御土墙，下设护坡护岸，有时还须跨谷建桥，有时为防滚石坠落，还需设置防护明洞
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，工程单一，可不设急弯，没有陡坡，路线行程缩短，运营条件改善，而且不受山坡坍方落石的威胁如下图所示。从长远的利益来看，隧道方案往往是比较合理的。
3. 按地质条件进行选择

     -  单斜构造与隧道位置的选择

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
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；在此情况下，如以明洞通过时应慎重对待

当隧道中线可能沿两种不同岩性的岩层走向通过时，地层滑动将使隧道结构受到很大的剪力，以致把结构物损坏。应避免将隧道置于两种不同的岩层软弱构造(破碎)带，而宜将隧道置于岩性较好的单一岩层中；如果隧道恰在层间软弱面的上方，地层滑动会使隧道的某一段发生横向推移，而与邻段断开。因此一定要尽可能避开软弱结构面，特别是不要把隧道中线设成与软弱结构面的走向一致或平行，至少要成一定的交角。

1. 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，在隧道开挖过程中，易产生坍塌，甚至会导致大的坍力，致使地面形成“天窗”

褶皱构造与隧道位置的选择
褶皱构造有向斜和背斜两种基本类型，当隧道通过褶皱构造时，应尽量避免将隧道置于向斜或背斜的轴部，而应将隧道置于翼部，则隧道所处的地质条件类似单斜构造当对隧道通过向斜和背斜轴部作比较时，则背斜较向斜略好，若向斜轴部处于含水层中，地下水积聚凹底，洞身开挖所出现的涌水及坍塌将比背斜严重，也将增加施工的困难。

1. 断裂构造，接触带与隧道位置的选择

在选择隧道位置时，切忌沿着(或靠近平行)断层带或破碎带修建隧道，特别是对于区域性大断裂，尤应注意绕避。当隧道线路必须通过断层带时，应尽量使线路与断层走向正交，同时应避开严重破碎带，并应使通过断层的地段最短。
不良地质的影响

1.   滑坡地区

在山区修建铁路隧道时，经常遇到滑坡，它给施工，运营可能造成极大危害，因此，当隧道线路必须通过滑坡地段时，应慎重对待。采用隧道避开滑坡时，应使隧道洞身埋藏在滑床(可能的滑动面)以下一定厚度的稳固地层中，以确保施工及运营过程中滑坡滑动时不致影响隧道安全。

1. 岩堆、崩坍、错落、堆积层以及危岩落石地区

选择隧道位置时，应查明工程地质及水文地质情况，原则上应避免从不稳定的岩堆、崩坍、错落、堆积层地区中通过，应将洞身置于稳定的地层，当隧道必须通过时，首先应分析并确认其具有稳定性，且一定要采取有效可靠的工程措施，方得以在下图所示位置通过。

1. 泥石流

当线路通过泥石流地区时，首先应充分预计和判明泥石流的成因、规模、发展趋势和冲、淤变化规律，论证以路基、桥梁通过或者以隧道等方式绕道的合理性，并判定工程安全度，以决定隧道方案的可行性。当隧道(明洞)洞口位置毗邻泥石流沟时，应注意适当延长以避免泥石流可能扩散范围的影响。

1.   溶洞地区

当隧道通过岩溶地区时，应力求避免穿越岩溶严重发育的网状洞穴区、巨大空洞区及有利于岩溶发育的构造带，尽量避开洞身置于碳酸盐岩与非碳酸盐岩(可溶岩与非可溶岩)的接触带。当不可能时，应选择在较狭窄地段，以垂直或大角度穿过，使通过岩溶地段为最短。

1. 瓦斯地区

隧道开挖时，有害气体如甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)逸出；轻则致人窒息，重则引起爆炸，危害甚大。选择隧道位置时，最好能避开。不得已时，应做好通风稀释的措施。

1. 黄土地区

黄土具有干燥时甚坚固，遇水容易剥落和遭受侵蚀的特征。选择隧道时应避开沟壑及地下水活动和地面陷穴密集的地区。
不良水文地质的影响

1.   地下水—— 地下水多是由地表水的渗透或地下水源补给的它们的存在，使岩石软化、强度降低，层间夹层软化或稀释，促成了层间的滑动。选择隧道位置时，最好不从富水区中经过。不得已时，也要尽可能地把隧道置于地下水位以上的地方，或在不透水层中穿过。
2.   地温—— 地球核心有巨大的热量隧道如果埋置很深，地温太高，将会降低施工效率。隧道通过高温、高热地段，会给施工带来困难选择隧道位置时，应尽可能不把隧道放在山体太深处。遇到部分地区埋深太大或高地温时，则应作好通风降温措施。

- 按线路类别进行选择
   -  越岭线上隧道位置的选择
- 隧道平面位置的选择
当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上总会有高程较低处、称之为垭口。一般的情况，常常有若干个垭口可以通过。此时，就要分析比较，选定最为理想的垭口。
- 隧道立面位置的选择
分水岭的山体，一般是上部比较陡峭而下部比较平缓。隧道位置定得越高山体较薄，隧道越短，工程可以小一些，反之隧道位置定得越低，隧道将越长，工程规模要大一些。
- 河谷线上隧道位置的选择
铁路沿河傍山而行时称之为河谷线。这种线路左右受到山坡和河谷的制约，上下受到标高和限制坡度的控制，比选方案时，可能移动的幅度不大。但是，虽然摆动的幅度很有限，可对工程的难易、大小都有关系。当地层结构面倾向山一侧时，地层比较稳定，覆盖厚度可以酌减。当地层结构面倾向河流一侧时，覆盖厚度宜予加大 。
- 隧道方案与明堑的比较
- 经济和技术上的比较
一般说来，隧道造价比明堑要贵一些，施工技术也复杂一些，明堑方案常常是比较省钱、省事、又快速的
- 安全条件比较
在比较隧道方案与明堑方案时，忽略了安全条件，就会造成错误。例如，为了避免修建工程较难的隧道，有意识地将线路向靠河一侧移动，把本该用隧道穿过的地方，硬以明堑通过。由于明堑劈坡太深开挖后，边坡不稳，施工时坠石掉块，运营后塌坡坍方，给长期的运营带来安全上的威胁和防护上的困难。从长期运营条件来看，隧道方案优于明堑。
- 隧道方案与跨河建桥方案的比较
- 跨河建桥方案的优缺点

1. 一般情况是桥梁长度短而每延米的造价高；
2. 一般跨过河谷的桥梁，河心不宜设墩，所以中孔跨度较大，两端基础必须十分坚实；
3. 在洪水或严寒时期，施工就比较困难，因而施工有季节性；
4. 跨河桥的最大缺点是桥头两端必然是曲线，甚至曲线半径很小。这就使得线路的行车条件变坏；
5. 如果线路原本要抬坡争取高程的，转为桥梁后，桥身及两端引线都要放在平坡上，于是就达不到争取高程的目的；
6. 在国防意义上，跨河建桥往往是空袭的明显目标，一旦受到破坏，全线就要中断，而且不能做临时便线。

-  隧道方案的优缺点

1. 隧道相对较长而每延米的造价要低一些；
2. 隧道穿山而过，线路直、短、平；
3. 施工不受季节影响；
4. 隧道建成后维修养护的工作量较小；
5. 战时可作列车掩蔽所；
6. 如果线路前方遇到不良地质地段，修建隧道将增加困难。
7. 如果隧道太长，工程太大，出碴太多，将会堵塞河道，施工场地不如桥梁开阔，不能容纳更多的人同时施工，那就不如建桥了。

参考文献：《公路隧道设计规范》  （JTDG70-2004）
      《公路隧道施工技术规范》   （JTGF60-2009）
      《隧道工程》    贺永年，刘志强主编  
中国矿业大学出版社  2002