隧道工程的勘測設(shè)計(jì)一般分兩階段進(jìn)行,即初測階段和定測階段。對于長大隧道或地形、地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道,應(yīng)采用兩階段勘測;對于地形及地質(zhì)條件復(fù)雜的隧道可以考慮用一階段勘測?睖y設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容有:
(1)隧道工程調(diào)查。調(diào)查隧道穿越地質(zhì)的地質(zhì)、地貌、生態(tài)環(huán)境等自然條件,他們與隧道工程有著密切的聯(lián)系;
(2)隧道線路確定,通過多種方案的比選,確定隧道的平面、縱斷面線形;
(3)洞口位置的選擇。

初測:根據(jù)批準(zhǔn)的計(jì)劃任務(wù)書所確定的路線走向、公路等級及隧道方案,作進(jìn)一步勘查、比選,以確定隧道位置,為編制初步設(shè)計(jì)提供資料。
應(yīng)完成的勘測工作有:
隧道所在地區(qū)自然條件的調(diào)查;
隧道工程對周圍環(huán)境影響的調(diào)查;
隧道所在地區(qū)開發(fā)規(guī)劃的調(diào)查;
工程地質(zhì)及水文地質(zhì)的調(diào)繪;
地形、高程、導(dǎo)線的測量。
定測:根據(jù)批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)文件及審核意見,在初測基礎(chǔ)上,進(jìn)一步核對、落實(shí)和深化相關(guān)勘測資料,對復(fù)雜地質(zhì)問題給出可靠性結(jié)論,為施工圖設(shè)計(jì)提供資料。

第1節(jié) 隧道工程調(diào)查

隧道是埋置在地層中的工程建筑物,地層情況千變?nèi)f化、錯(cuò)中復(fù)雜,為了進(jìn)行隧道規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)管理,應(yīng)預(yù)先獲得各種有關(guān)資料,需要進(jìn)行調(diào)查。包括地形調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查、氣象調(diào)查、環(huán)境調(diào)查、施工條件調(diào)查以及與工程有關(guān)的法令法規(guī)調(diào)查等。調(diào)查做的越廣泛,越深入細(xì)致、準(zhǔn)確,所起的作用就越大。調(diào)查時(shí)應(yīng)首先明確調(diào)查目的,各階段的任務(wù)和調(diào)查順序。由于在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等階段,調(diào)查的目的、內(nèi)容及精度不同,所以通常按收集已有文獻(xiàn)資料、初步調(diào)查和詳細(xì)調(diào)查的順序進(jìn)行。

(一)文獻(xiàn)資料的收集
地形地貌資料
通常指地形圖。一般情況下應(yīng)從國家測繪系統(tǒng)收集到兩種比例尺的地形圖:
1/50000~1/25000,主要用于路線規(guī)劃;
1/2000~1/1000,主要用于隧道方案比選和隧道定位;
航空照片或衛(wèi)星遙感照片,主要用于重要的長大隧道;
地形資料是線路確定方案、初測、定測,以及隧道的初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)的基本資料。是進(jìn)行線路選擇、線形確定、用地以及自然環(huán)境、地形地質(zhì)判斷的基本資料。
工程地質(zhì)與水文地質(zhì)資料
指工程地質(zhì)與水文地質(zhì)圖和說明書。
一般應(yīng)從地質(zhì)部門收集1/200000~1/50000比例尺的地質(zhì)圖。這種圖通常是國家進(jìn)行地質(zhì)普查時(shí)完成的地質(zhì)資料。可以給設(shè)計(jì)者提供大范圍的粗線條的地質(zhì)資料,供選線和進(jìn)行方案比選時(shí)使用,只能提供粗線條的信息,但它是不可或缺的,沒有它就可能發(fā)生大的錯(cuò)誤。
工程資料
在隧道附近的工程往往可以提供不少資料,如道路邊坡的巖石露頭和其它土木工程所記錄的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)資料。這些資料可以由施工記錄和工程報(bào)告總結(jié)文件中得到。工程資料還可以提供是否與已有工程相互干擾的情況。
氣象資料
包括氣溫、氣壓、降水、風(fēng)、霧、水溫、地溫等?捎蓺庀笈_站和各種資料、期刊、匯編、年鑒等處獲得。氣象資料可用于建筑設(shè)計(jì)、通風(fēng)和照明設(shè)計(jì)、交通工程設(shè)計(jì),以及指導(dǎo)施工等。
用地及環(huán)境資料
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。一旦確定了需要的范圍后,就應(yīng)該調(diào)查該范圍內(nèi)是否有建筑,包括居民住宅、通訊設(shè)施、排水設(shè)施、交通設(shè)施等,必須和有關(guān)部門協(xié)商處理好相關(guān)事宜。
環(huán)境資料包括自然環(huán)境(動植物的生態(tài)、地形、地質(zhì)、水文等)、文物古跡、自然保護(hù)區(qū)、居民環(huán)境。一定要按照國家相關(guān)政策加以對待,否則將對隧道工程造成負(fù)面影響。
災(zāi)害資料
隧道所在地區(qū)歷史上的暴雨、臺風(fēng)、地震、滑坡等發(fā)生等的規(guī)模、頻度,可通過查閱資料、地方志和對居民訪問等方法獲得。
概預(yù)算資料
根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》、《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》以及相應(yīng)的路線設(shè)計(jì)規(guī)范要求,為編制設(shè)計(jì)概(預(yù))算和施工方案收集所需的資料。
與隧道建設(shè)相關(guān)的資源資料
收集現(xiàn)有道路、建筑材料和水源,施工及運(yùn)營所需電力的供電能力和供電網(wǎng)路等。
相關(guān)法率、法令調(diào)查
隧道計(jì)劃、設(shè)計(jì)及施工中,應(yīng)遵循國家頒布的各種法律、法令,查閱與工程相關(guān)條文的內(nèi)容,以制定相應(yīng)措施及了解如何辦理手續(xù)等。

(二)地形地質(zhì)調(diào)查
地形、地質(zhì)調(diào)查的意義:解決“需要”與“可能”的問題。
地形調(diào)查是為線路服務(wù)的,目的是在現(xiàn)有地形條件下使路線滿足規(guī)范要求,并盡可能得到優(yōu)化,這是設(shè)計(jì)的需要;
地質(zhì)調(diào)查時(shí)核對在實(shí)際地質(zhì)條件上是否可能,是否可以得到一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)物。
地形狀態(tài)是地質(zhì)狀態(tài)的表象,往往可以通過地形判斷地質(zhì)現(xiàn)象。因此在我國線路設(shè)計(jì)中,經(jīng)常是先根據(jù)地形條件選擇線路的線位,然后進(jìn)行初步地質(zhì)調(diào)查,根據(jù)地質(zhì)條件進(jìn)行隧道初步設(shè)計(jì),這種做法當(dāng)然在隧道沿線可能遇到各種各樣地質(zhì)情況,在獲得線形完美時(shí),可能會遭遇不良地質(zhì)或圍巖較差地段,必然會增加投資;國外的設(shè)計(jì)時(shí)在大范圍地質(zhì)詳查的基礎(chǔ)上選擇線路的走向,在掘進(jìn)過程中不斷地選擇調(diào)整隧道中線,使隧道盡量在較好的圍巖中通過,從而達(dá)到提高結(jié)構(gòu)的安全度和節(jié)約投資的目的,但可能會以犧牲線形的完美性為代價(jià)。
實(shí)際上前期工作的力度才是節(jié)約投資的關(guān)鍵所在,經(jīng)驗(yàn)表明在可行性階段就加大加深地質(zhì)工作投入,那將是最好的選擇,可以減少方案的反復(fù)調(diào)整過程。

(1)初測階段
地形地質(zhì)調(diào)查要按《公路隧道勘測規(guī)程》規(guī)定展開工作。
在收集資料的基礎(chǔ)上,進(jìn)行初步調(diào)查,為初步設(shè)計(jì)提供資料。目的是查明地形、地質(zhì)條件對路線線形、隧道位置(洞口及長度)、引線以及對施工道路和其它附屬工程的影響。
地形地貌調(diào)查
主要查明:
自然地理概況及其與地質(zhì)因素的關(guān)系;地形、地貌與構(gòu)造、巖性等地質(zhì)因素的關(guān)系和規(guī)律;
洞口和洞頂?shù)暮0螛?biāo)高;
位于洞頂及其附近的深坑與洼地的成因及其發(fā)育特征;
河流與溝谷的沖刷切割情況及其發(fā)展趨勢;
水庫、水塘、水田的分布
地質(zhì)調(diào)查
主要查明:
地質(zhì)構(gòu)造
查明隧道所處區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場的方向和性質(zhì),與隧道的關(guān)系及對隧道的影響;
查明單斜構(gòu)造的產(chǎn)狀,不同巖層的成層條件、
查明褶曲構(gòu)造要素、褶曲類型和規(guī)模;
查明斷層的幾何要素、斷層的性質(zhì)及類型、斷層破碎帶的規(guī)模及影響范圍;
查明節(jié)理、裂隙等各類結(jié)構(gòu)面特別是軟弱結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、發(fā)育情況、填充物性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面的不利組合和地下水在其中的滲流等情況。
地層巖性
查明隧道通過地帶的地層巖性、層序、成因、年代、產(chǎn)狀、分布規(guī)律及其接觸關(guān)系、接觸面特征,巖層風(fēng)化破碎程度和抗風(fēng)化能力;
了解巖土的物理力學(xué)性質(zhì);
了解有無損害健康的物質(zhì)或氣體,并查明其成分、含量和分布情況;
了解地溫分布規(guī)律。
水文地質(zhì)條件
通過對構(gòu)造裂隙、地下水露頭的調(diào)查,判明含水層、透水層、隔水層的范圍與隧道的關(guān)系和影響程度。
調(diào)查地下水的類型及其與地表水的補(bǔ)給關(guān)系,地下水的動態(tài)變化規(guī)律;
調(diào)查地下水的流量、流向及水質(zhì);
調(diào)查隧道建筑隊(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆钣盟娃r(nóng)業(yè)灌溉用水水源的影響。
判明地下水分布、補(bǔ)給、流量、流向、水質(zhì),含水層、透水層、隔水層的范圍和地表水分布等水文地質(zhì)狀況。特別是在水庫地區(qū)或待建水庫地區(qū),要查明水位線、水庫可能引起的其它不良地質(zhì)問題,以及需要的觀測或檢測計(jì)劃。
不良地質(zhì)和特殊地質(zhì)現(xiàn)象
如滑坡、崩塌、巖堆、巖溶、膨脹土、軟土、濕陷黃土、泥石流、鹽漬土、多年凍土、泥沼、煤層、冰川、雪崩等,查明其發(fā)生的原因及其類型和規(guī)模,根據(jù)其發(fā)展趨勢,判明其對隧道的影響程度。
流沙地層,應(yīng)查明其范圍、厚度、成分、密實(shí)程度及可能發(fā)生的流動性質(zhì)。
含煤地層應(yīng)查明地質(zhì)構(gòu)造、成層特征,埋藏深度、層位、層數(shù)、厚度、覆蓋情況及露頭;查明煤層上、下巖層的巖性、厚度、裂隙及軟弱夾層的特征;判斷對隧道的影響。
對采空區(qū)應(yīng)查明開采規(guī)模,采空區(qū)的位置、層數(shù)、深度、坑道現(xiàn)狀、頂板以上巖性及厚度和穩(wěn)定情況;查明地面變形情況。
地震烈度
按《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306)的規(guī)定或經(jīng)地震部門鑒定,確定所處地區(qū)的地震動峰值加速度系數(shù),確定抗震烈度及其對應(yīng)辦法等。

初測階段地質(zhì)工作方式
初測階段地質(zhì)工作以調(diào)查和測繪為主,應(yīng)當(dāng)由路線工程師和有經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)工程師,在查閱已有資料的基礎(chǔ)上以現(xiàn)場調(diào)查和測繪為主的方式進(jìn)行。必要時(shí)采用物探、鉆探和試驗(yàn)工作。
要求:
地質(zhì)初步調(diào)查工作應(yīng)當(dāng)過細(xì),以便為隧道定位和比選工作提供真實(shí)的基礎(chǔ)資料;
做好調(diào)查記錄。
參加人員:設(shè)計(jì)、施工的主要具體負(fù)責(zé)人和組織施工的負(fù)責(zé)人。特殊情況下還應(yīng)有環(huán)境、農(nóng)業(yè)、生物及氣象等方面的專家參加。

地質(zhì)調(diào)繪的范圍
應(yīng)是隧道所穿越的全部地段及其延伸段。其寬度要看地質(zhì)的實(shí)際情況和附屬工程的布置和分布情況而定。地質(zhì)簡單的中、短隧道一般可與線路地質(zhì)調(diào)查同寬。

初測階段完成野外地質(zhì)工作后應(yīng)整編的資料
隧道工程地質(zhì)說明書;
隧道工程地質(zhì)平面圖,應(yīng)填繪物探、鉆探、挖探的探點(diǎn)平面位置,比例尺1:2000~1:5000;
隧道工程地質(zhì)縱斷面圖,標(biāo)明勘探點(diǎn)的位置,若進(jìn)行震探時(shí),應(yīng)標(biāo)明巖層的彈性波速;比例尺為1:500~1:5000(橫)、1:200~1:1000(豎);
洞口、洞深工程地質(zhì)橫斷面圖,標(biāo)明勘探點(diǎn)的位置,若進(jìn)行震探時(shí),應(yīng)標(biāo)明巖層的彈性波速;比例尺為1:200~1:500;
鉆孔地質(zhì)柱狀剖面圖;
試驗(yàn)資料匯總表;
航空照片地質(zhì)解釋資料、工程地質(zhì)照片、野外素描圖等;
嚴(yán)重影響隧道方案的特殊地質(zhì)、不良地質(zhì)地區(qū),應(yīng)編制專項(xiàng)資料;
有關(guān)地震烈度的資料。
(圖件符號、圖例應(yīng)符合相關(guān)“符合”的規(guī)定)
這是野外工程地質(zhì)調(diào)查工作者應(yīng)當(dāng)提供給隧道工程設(shè)計(jì)者的完整資料,作為設(shè)計(jì)時(shí)的依據(jù)。
需注意的問題:野外工作結(jié)束后,應(yīng)在現(xiàn)場進(jìn)行資料整理并作好檢校工作。文字說明的提綱、圖表的底圖,勘測及各項(xiàng)調(diào)查等原始資料的分析整理應(yīng)在工地完成。(強(qiáng)調(diào)野外資料在野外完成,以便于補(bǔ)做、補(bǔ)充甚至返工,以免回到室內(nèi)作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)資料不完整重返工地的麻煩,有時(shí)甚至?xí)诱`工期)
最后提供下列各項(xiàng)資料:
勘測說明書。概述勘測情況,按路線、隧道配合情況,地質(zhì)情況,說明選用方案的經(jīng)過與理由。并對測量工作、地質(zhì)工作、各項(xiàng)調(diào)查工作及有關(guān)單位意見等分類扼要敘述,作出評價(jià)。提出對隧道初步設(shè)計(jì)的各項(xiàng)建議及以后定測時(shí)應(yīng)進(jìn)行的工作。
隧道方案平面圖。

(2)定測階段
根據(jù)批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)文件及審核意見,在初測基礎(chǔ)上進(jìn)一步核對、落實(shí)、深化,確定洞口位置及隧道中線,為編制隧道施工圖提供地質(zhì)依據(jù)。
主要工作:
隧道洞頂路線(包括洞口附近接線)定測;
補(bǔ)充和核對初測地質(zhì)資料、復(fù)雜地質(zhì)問題,并作出可靠結(jié)論;
洞外控制測量;
施工組織和預(yù)算資料及環(huán)境條件的補(bǔ)充調(diào)查。

地質(zhì)詳查
本階段地質(zhì)工作的目的是根據(jù)初步設(shè)計(jì),對已選定的隧道位置進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察,為編制隧道施工圖提供地質(zhì)依據(jù)。
地質(zhì)詳查主要任務(wù):
對隧道所在地區(qū)的地形、地貌(包括洞外引線)、工程地質(zhì)特征及水文地質(zhì)條件給出正確的評價(jià);
根據(jù)控制圍巖穩(wěn)定的各種因素和地層彈性縱波的波速,分段確定隧道洞身的圍巖類別。這里的段落劃分不能簡單地以巖石接觸面分界劃定,而是要權(quán)衡巖石穩(wěn)定性科學(xué)劃分;
為各類圍巖襯砌設(shè)計(jì)、施工支護(hù)提供設(shè)計(jì)資料和建議。
地質(zhì)詳查主要工作內(nèi)容:
在初測基礎(chǔ)上開展進(jìn)一步深入細(xì)致的工作,著重查明和解決初測時(shí)未能查明解決的地質(zhì)問題,補(bǔ)充、核對初測時(shí)的地質(zhì)資料;
根據(jù)地質(zhì)特征,著重分析隧道圍巖的穩(wěn)定性;洞口斜坡的穩(wěn)定性;
對初測時(shí)的建議深入調(diào)查,勘探重大復(fù)雜地質(zhì)問題,應(yīng)得出可靠的結(jié)論;
正確評價(jià)和預(yù)測隧道區(qū)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及其發(fā)展趨勢,提供設(shè)計(jì)、施工所需的定量指標(biāo),以及設(shè)計(jì)、施工應(yīng)注意的事項(xiàng)和整治措施意見。

詳查階段地質(zhì)工作的方法和手段
可以采用調(diào)繪、物探、坑探、槽探、觸探、鉆探等,應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件,采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行綜合勘探,相互印證,以得到正確的結(jié)論。對于重要的特別復(fù)雜的地質(zhì)情況,甚至需要打探測導(dǎo)坑或試驗(yàn)洞,通過實(shí)測取得設(shè)計(jì)和施工所需的技術(shù)資料。
地質(zhì)調(diào)繪的范圍和測點(diǎn),物探網(wǎng)的網(wǎng)、線、點(diǎn)的范圍和布置,物探方法的運(yùn)用,坑(槽)探的位置等,應(yīng)與初測時(shí)未能查明的地質(zhì)條件或沿隧道軸線方向有復(fù)雜地質(zhì)問題的地段相適應(yīng),以達(dá)到進(jìn)一步查明和補(bǔ)充校核的目的。
用震探測定巖體的彈性縱波波速時(shí),宜同時(shí)測定巖體的彈性橫波波速,以求得巖體的彈性特征值。
鉆孔數(shù)量、位置及孔深的規(guī)定:

以鉆探為主的情形:

從鉆孔、坑(槽)探、對隧道有用的露頭中取出的樣品的試驗(yàn)內(nèi)容:

定測時(shí)應(yīng)完成的工程地質(zhì)圖紙:

定測階段應(yīng)特別指出的問題
膨脹性巖石
巖石流變現(xiàn)象
涌水調(diào)查

(三)氣象調(diào)查
應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)貧庀髼l件,因氣象條件直接影響隧道選線、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、洞外場地布置、設(shè)施安排,進(jìn)度計(jì)劃及施工管理。特別是隧道洞口位置的選擇,對車輛安全行駛影響極大。氣象調(diào)查一般與下列內(nèi)容:
降雨:年降雨量、月平均降雨量、日最大降雨量、小時(shí)最大降雨量。
降雪:最大降雪日、最大積雪量、積雪期、最大日降雪量、雪密度、雪溫。
(降水量調(diào)查資料主要是用來計(jì)算地表水對隧道洞口是否產(chǎn)生病害,是否會有排水障礙,對隧道襯砌排水的影響程度、雨水是否會發(fā)生倒灌,是否會對施工產(chǎn)生嚴(yán)重影響等問題。)
洪水:洪水位、水量、時(shí)期。主要解決洞口標(biāo)高計(jì)算、洞口是否會被水淹等問題;
氣溫與地溫:年平均氣溫、絕對最高最低氣溫、日溫差、結(jié)冰期、凍結(jié)深度、多年凍土深度、水溫。
風(fēng):風(fēng)向、風(fēng)速,頻度分布(年間、月間、日間)。風(fēng)的調(diào)查項(xiàng)目主要用來解決通風(fēng)設(shè)計(jì)的可靠性、邊仰坡防護(hù)的可靠性、洞口段行車的安全性等。
霧:發(fā)生日數(shù)(頻度)、滯留時(shí)間及其程度(能見度)。
雪崩與風(fēng)吹雪:場所、規(guī)模、頻度、時(shí)間、種類。

(四)環(huán)境調(diào)查
通過對施工場地、生態(tài)環(huán)境的調(diào)查,評價(jià)隧道修建和營運(yùn)交通對周邊環(huán)境的影響程度,提出必要的環(huán)境保護(hù)措施。
(1)自然環(huán)境調(diào)查
動植物的生態(tài)調(diào)查:種類、分布、密度、季節(jié)變化等,
地表水、地下水調(diào)查:見定測地質(zhì)調(diào)查。主要用來解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全、結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)、施工安全等問題。
(2)地物調(diào)查
土地利用情況:土地、公園、風(fēng)景區(qū)等。
已有構(gòu)造物:建筑物、居民區(qū)、燃?xì)夤艿、上下水管道、地下通道與坑道。
文物古跡、自然遺產(chǎn)、天然紀(jì)念物等。
(3)生活環(huán)境調(diào)查
工程施工過程中和完工后出現(xiàn)的廢氣、廢水、噪聲、振動、地基下陷等,是對居住環(huán)境、自然資源和已有地物影響的主要因素。
舉例:
(五)施工條件調(diào)查
施工設(shè)備及場地條件。