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1、 四四 ICS 93.060 CCS P 21 四川省地方标准 DB51/T 2791 2021 川西高原公路隧道设计与施工技术规程 Design and construction regulation for highway tunnels in western sichuan plateau 2021-08-02 发布 2021-09-01 实施 发布 DB51/T 27912021 I 目 次 前 言.III 1 范围.1 2 规范性引用文件.1 3 总则.1 4 术语.2 5 基本规定.4 5.1 总体要求.4 5.2 分级标准.4 5.3 设防原则.6 6 隧道勘察.6 6.1 一般
2、规定.6 6.2 勘察手段与资料要求.7 6.3 地质调绘.9 6.4 气象勘察.10 6.5 物探、钻探及测试.11 7 隧道设计.13 7.1 一般规定.13 7.2 总体设计.13 7.3 洞口及洞门设计.15 7.4 抗防冻衬砌结构设计.16 7.5 防冻保温设计.17 7.6 防水与排水设计.19 7.7 运营通风设计.24 8 隧道施工.24 8.1 一般规定.24 8.2 施工准备.25 8.3 施工通风.26 8.4 施工制氧供氧.27 8.5 人员安全防护.28 8.6 施工机械配套.29 8.7 保温层施工.29 8.8 防水与排水.29 8.9 混凝土施工.30 9 建筑
3、材料.31 DB51/T 27912021 II 9.1 一般规定.319.2 混凝土材料.319.3 防水材料.349.4 保温材料.369.5 其他材料.36 附录 A（资料性）海拔高度与最冷月平均气温关系.39 附录 B（资料性）海拔高度与氧气含量关系.40 附录 C（资料性）隧道结构抗冻计算.42 附录 D（资料性）隧道保温层计算.43 附录 E（资料性）隧道通风海拔高度系数.44 附录 F（资料性）隧道供氧量计算.46 DB51/T 27912021 III 前前 言言 本文件按照 GB/T 1.12020标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本规程由四
4、川省交通运输厅提出、归口并解释。本规程起草单位：四川省公路规划勘察设计研究院有限公司、中铁西南科学研究院有限公司、四川大学、重庆大学、中国中铁一局集团有限公司、四川交通职业技术学院。本规程主要起草人：郑金龙、王联、蔚艳庆、林国进、吴鹏、卢义玉、吴剑、王刘勋、马洪生、李玉文、杨枫、朱长安、郑波。本文件首次发布。DB51/T 27912021 IV DB51/T 27912021 1 川西高原公路隧道设计与施工技术规程 1 范围 本文件规定了川西高原公路隧道海拔高度分级标准、勘察方法、设计措施、施工措施及建筑材料选择等。本文件适用于川西高原公路隧道勘察、设计和施工。2 规范性引用文件 下列文件对于
5、本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB50010 混凝土结构设计规范 GB50176 民用建筑热工设计规范 GB50324 冻土工程地质勘察规范 GB/T 35414 高原地区室内空间弥散供氧(氧调)要求 JTG 3370.1 公路隧道设计规范 JTG B01 公路工程技术标准 JTG C20 公路工程地质勘察规范 JTG D70/2-02 公路隧道通风设计细则 JTG/T 3660 公路隧道施工技术规范 JTG/T D31-06 季节性冻土地区公路设计与施工技术规范 JTG/T D
6、70 公路隧道设计细则 JTG/T F60 公路隧道施工技术细则 JGJ/T 221 纤维混凝土应用技术规程 3 总则 3.0.1 为满足川西高原公路隧道建设需求，充分体现“气象选线”原则，提高隧道勘察、设计与施工水平，制订本规程。条文说明条文说明 随着经济与交通的发展，在四川西部高原已建成、在建和规划了大量公路隧道，由于川西高原独特的气象条件，有必要编制针对性规范。3.0.2 本规程适用于川西高原地区各等级新建和改扩建山岭公路隧道，其他隧道可参照执行。条文说明条文说明 云南、甘肃、青海、西藏等高海拔地区，特别是与四川交界地区，其温度、湿度、氧气含量等气象条件与川西高原相似，可以参考使用。3.
7、0.3 隧道勘察除进行必要的水文地质和工程地质外，还应对隧址区气象条件进行勘察，特别是气温、DB51/T 27912020 2 冻结深度、氧气含量、风速风向、岩石(土)冻胀和热导率等情况。3.0.4 隧道设计应考虑冻害、雪害的影响，合理确定隧址、平纵线形，并结合防冻保温措施确定隧道内轮廓、结构、防排水等设计方案。3.0.5 隧道施工应结合隧道规模和氧气含量情况制定施工通风与制氧供氧方案，积极推进机械化施工，合理配置人员及机械设备，同时应根据气温条件制定冬季施工方案。条文说明条文说明 主要目的是提高建设人员安全性和舒适度，确保工程质量和满足工期要求。3.0.6 隧道建设宜采用实际工程应用效果较好
8、的新技术、新材料、新设备、新工艺。3.0.7 隧道设计与施工除应符合本规程外，尚应符合国家、行业现行标准、规范的规定。其质量及验收标准参照“公路工程质量检验评定标准（JTG F80/1）”执行。4 术语 4.0.1 川西高原 western Sichuan plateau 川西高原指四川省西部与青海、西藏交界的高海拔地区，分为川西北高原和川西山地两部分，包括四川阿坝州、甘孜州，青海玉树州、果洛州，西藏地区等。4.0.2 一般海拔隧道 general altitude tunnel 在川西高原，海拔高度小于 2 100m 的隧道，其勘察、设计与施工同广义公路隧道相同，为体现与高海拔隧道和超高海拔
9、隧道的差异，本规程定义为一般海拔隧道，即 GI 型隧道。4.0.3 高海拔隧道 high altitude tunnel 在川西高原，海拔高度处于 21004200m 之间的隧道，本规程定义为高海拔隧道，即 GII 型隧道。川西高原多数隧道处于此海拔高度段，本规程又细分了三个亚级，海拔高度处于 2 1002 800m、2 8003 500m 和 3 5004 200m 的隧道，分别对应为 GII-1 型、GII-2 型和 GII-3 型隧道。4.0.4 超高海拔隧道 extra high altitude tunnel 在川西高原，海拔高度大于 4 200m 的隧道，本规程定义为超高海拔隧道，
10、即 GIII 型隧道。4.0.5 季节性冻土地区 seasonally frozen region 地表层冬季冻结、夏季全部融化的土称为季节性冻土，其所在地区称为季节性冻土地区。4.0.6 最大冻结深度 maximum depth of frozen ground DB51/T 27912021 3 地表土层或疏松岩石冻结的最大深度。4.0.7 标准冻深 standard frost depth 在空旷野外、地表袒露平坦的不冻胀性黏性土冻深观测站，实测不少于 10 年的年最大冻深的平均值。4.0.8 冻结指数 freezing index 某年的冻结指数为该年内日平均温度中的负温度累计值。日平
11、均温度为每日的 2 时、8 时、14 时和20 时 4 个时刻的气温平均值。4.0.9 冻融作用 freeze thaw action 土层由于温度降到零度以下和升至零度以上而产生冻结和融化的一种物理地质作用和现象。4.0.10 冻胀作用 frost heaving 土层冻结，其中水分向冻结锋面迁移，产生重分布并变成冰，使原土层体积增大而发生变形的过程。4.0.11 冻胀力 frost-heaving force 由于围岩或土体冻胀产生的作用在隧道支护结构上的力，以切向冻胀力、法向冻胀力和水平向冻胀力表示。4.0.12 热导率 coefficient of thermal conductivi
12、ty 物质导热能力的量度，指当温度垂直向下梯度为 1/m 时，单位时间内通过单位水平截面积所传递的热量。4.0.13 高原反应 high altitude reaction 人到达一定的海拔高度后，身体为适应高海拔地区气压低、含氧量少、空气干燥等环境因素的变化，而产生的各种不适的生理反应。4.0.14 制氧供氧 oxygen generated and supply 隧道处于一定的海拔高度后，为克服高原反应所采取的工程措施，由制氧系统、管道系统、瓶装系统、供氧系统等组成。DB51/T 27912020 4 4.0.15 弥散式供氧 oxygen supply of diffuse type 氧
13、源通过管路输送到密封性较好的空间，蔓延至空间的各个角落，将空气中氧浓度提升至合理的范围内。4.0.16 月平均气温 monthly average temperature 全月各日的日平均气温的算术平均值。4.0.17 防冻保温系统 antifreeze insulation system 防冻保温系统是由保温层、保护层和固定材料(胶黏剂、锚固件等)构成，且安装在隧道衬砌表面或初期支护与二次衬砌之间的非承重保温构造总称。5 基本规定 5.1 总体要求 5.1.1 应分阶段开展地质勘察工作，特别是气象和水文地质勘察工作，查明隧址区的工程地质、水文地质和气象条件，勘察深度应满足川西高原隧道抗防冻设
14、计和隧道施工要求。条文说明条文说明 根据工程实践，川西高原隧道气象和水文地质勘察十分重要和关键，特别是隧址区气温、风速、风向、最大冻结浓度、气压（含氧量）、融化指数(冻结指数)等气象参数，以及隧道涌水量、涌水位置、水量变化特征等因素，对隧道设计、施工及运营存在较大影响。5.1.2 应充分体现“气象选线”原则，确定隧道位置时，除考虑地形、地质条件外，还应充分考虑隧址区气象条件，选取适当的隧道标高、洞口位置和轴线。条文说明条文说明 根据现场工程调查，通过“气象选线”确定合理标高、洞口位置以及风向等气象因素，对防止隧道病害及保障运营安全意义重大。5.1.3 应根据海拔高度分级指标进行结构抗防冻、防排
15、水设计。5.1.4 应根据海拔高度分级标准配置相应的施工通风、制氧供氧和医疗保障等设备，同时应采取相应冬季施工技术措施。5.2 分级标准 5.2.1 应以隧道洞口最冷月平均气温为主要指标，以最大冻结深度为辅助指标，按表 5.2.1 确定隧道的寒冷程度。DB51/T 27912021 5 表 5.2.1 隧道寒冷程度分类指标 寒冷程度 主要指标 辅助指标 川西高原对应海拔高度(m)最冷月(1 月)平均气温 最大冻结深度(cm)一般地区 0 035 2 100 寒冷地区-100 35135 2 1004 200 严寒地区-10 135 4 200 条文说明条文说明 参考民用建筑热工设计规范GB50
16、176。海拔高度与气象条件对应关系是根据川西多地区多座隧道隧址区实测统计得出。5.2.2 应根据隧道洞口年平均气管氧分压，按表 5.2.2 确定隧道的缺氧程度。表 5.2.2 川西高原公路隧道缺氧程度分级指标 缺氧程度 气管氧分压(mmHg)对应 0m 海拔氧气含量 对应大气压力(mmHg)川西高原对应海拔高度(m)不缺氧 113 16%589 2 100 部分缺氧 84113 12%16%450589 2 1004 200 严重缺氧 84 12%450 4 200 条文说明条文说明 参考缺氧危险作业安全规程GB8958 等。海拔高度与气象条件对应关系是根据川西多地区多座隧道隧址区实测统计得出
17、。5.2.3 川西高原公路隧道按海拔高度可分为一般海拔隧道、高海拔隧道和超高海拔隧道三级，无实测数据时，隧道寒冷程度与缺氧程度可参照表 5.2.3 的规定确定。表 5.2.3 川西高原公路隧道海拔高度分级标准 隧道分级标准 海拔高度(m)寒冷程度 缺氧程度 一般海拔隧道 GI 型 2 100 一般地区 不缺氧 高海拔隧道 GII-1 型 2 1002 800 寒冷地区 部分缺氧 GII-2 型 2 8003 500 GII-3 型 3 5004 200 超高海拔隧道 GIII 型 4 200 严寒地区 严重缺氧 条文说明条文说明 根据川西多地区多座隧道隧址区气象实测研究统计，随着海拔高度升高，
18、气温降低、大气压(含氧量)降低，而且有较好的一致性规律。海拔高度低于 2 100m 时，氧气含量16%，最冷月(1 月)平均气温均0。当海拔高度大于 4 200m 时，氧气含量12%，最冷月(1 月)平均气温均-10，海拔高度在 2 1004 200m 时，氧气含量一般在 12%16%，最冷月(1 月)平均气温一般在-100。川西高原隧道多数处于 2 1004 200m，参考隧道围岩分级的经验将高海拔隧道分成三个亚级。DB51/T 27912020 6 5.3 设防原则 5.3.1 隧道轴线宜与隧址区风向垂直或大角度相交，洞口宜布设在阳坡面，并根据地形、风向合理确定洞口防雪措施。5.3.2 应
19、根据隧道海拔高度分级标准制定隧道抗防冻及制氧供氧技术措施。隧道抗防冻措施内容包括隧道支护结构、防排水和防冻保温层等，制氧供氧措施内容包括制氧方式、供氧方式以及医疗保障等。5.3.3 隧道抗防冻应根据实测最冷月(1 月)平均气温、隧道施工制氧供氧设防应根据实测隧址区含氧量分别制定针对性设防措施；若无实测资料，川西高原公路隧道设防措施可参照表 5.3.3。表 5.3.3 川西高原公路隧道设防措施选取原则 隧道分级标准 海拔高度(m)抗防冻措施 制氧供氧措施 一般海拔隧道 GI 型 2 100 不采用 不采用 高海拔隧道 GII-1 型 2 1002 800 选用 不采用 GII-2 型 2 800
20、3 500 选用 选用 GII-3 型 3 5004 200 采用 采用 超高海拔隧道 GIII 型 4 200 采用 采用 条文说明条文说明 不采用是指采用一般隧道措施，不采取抗防冻或制氧供氧措施。选用是需要根据气象资料论证是否采取抗防冻或制氧供氧措施。采用是需要考虑抗防冻或制氧供氧措施。本表选用和采用确定期原则性，其具体措施需要根据冻害及缺氧程度确定。6 隧道勘察 6.1 一般规定 6.1.1 应分阶段开展工程地质勘察工作，除满足公路工程地质勘察规范(JTG C20)中隧道勘察技术要求外，还需按本规程要求开展隧道地质勘察工作，并重点进行专项的气象和水文地质勘察，其勘察范围和深度应满足各阶段
21、隧道设计的需要。条文说明条文说明 根据科研成果和工程实践，隧址区的气象和水文地质条件对高原隧道的合理选线、建设安全影响大，故川西高原隧道需要强化气象勘察和水文地质勘察。6.1.2 隧道勘察应编制勘察大纲。编制大纲前应收集隧址区的气象、水文、区域地质等相关资料，对收集的资料进行分析和现场踏勘后，根据地形地貌、地质条件、气象条件，综合选择勘察方法和布置勘察工作量。条文说明条文说明 隧道附近既有的气象、区域地质、水文地质、上阶段地质勘察等资料是初步分析隧址区自然地理条件的重要基础，有助于提高勘察大纲编制的针对性。充分收集和分析这些既有资料，并进行现场踏勘后，再进行各阶段勘察大纲的编制工作，投入与勘察
22、阶段要求相匹配的勘察工作量，既能减少高原隧道的勘DB51/T 27912021 7 察成本，又可提高勘察方案的针对性和勘察质量。6.1.3 地质构造复杂、含变质岩地层的隧道应重点勘察隧址区水文地质条件，包括地表水分布、地下水位及变化范围、地下水出露等。宜在不同季节分别进行调查、量测，评价隧道总涌水量，预测集中涌水段落以及隧道内地下水变化趋势等。条文说明条文说明 根据川西高原隧道工程实践，隧道通过含变质岩地层时，地下水动态变化规律复杂，水对围岩软化作用大，既影响隧道围岩及支护的稳定，也影响隧道施工进度和安全。6.1.4 海拔高度超过 4 800m 的地区可能存在多年冻土，多年冻土勘察应符合 冻土
23、工程地质勘察规范(GB50324)相关规定；海拔高度超过 2 800m 路段应对最大冻结深度进行调查评价。条文说明条文说明 通过研究与调查，川西高原海拔高度低于 4 800m 的地区出现多年冻土可能性小，海拔高度超过4800m 的隧道不多，本规程勘察主要针对季节性冻土。6.1.5 隧道工程地质勘察工作应采用资料收集、工程地质调绘、水文地质调绘、物探、钻探、现场测试、室内试验等手段，综合评价隧址区工程地质条件。条文说明条文说明 四川西部山区高原隧道具有气象条件复杂，且小区域气候条件多变，地质构造复杂，断裂和褶皱发育规模大，地震烈度高，岩体风化程度高的特点，岩石以变质岩(板岩、千枚岩等)居多，岩组
24、、岩性变化频繁且无明显重复规律，水文地质条件复杂，普遍具有地下水丰富的特点(且变质岩区域内地下水普遍具有滞后出露现象)，所以在充分总结既有高原隧道勘察设计施工经验的基础上，经分析认为，在高原隧道勘察中尤其要重视气象条件、水文地质条件的勘察，并应重点使用物探、钻探验证、地应力测试等有效勘察方法，注重各种勘察方法获取的地质资料的综合分析研判。6.2 勘察手段与资料要求 6.2.1 不同勘察设计阶段采用的勘察手段可按表 6.2.1 选用。表 6.2.1 勘察手段选用表 勘察手段 勘察阶段 预可勘察 工可勘察 初步勘察 详细勘察 资料收集+地质调绘+气象勘察(+)(+)+钻探 (+)+物探 +(+)测
25、试试验 +注：“+”必做项目；“(+)”选做项目。DB51/T 27912020 8 条文说明条文说明 勘察手段的选取和组合不是固定的，表中列出的是常用的勘察手段，并鼓励使用勘察新技术、新方法。随勘察阶段的不同，勘察方案可根据地质构造的复杂程度、岩性组合情况、资料收集详细程度、工程类型等各种因素综合考虑后分析确定。6.2.2 文字说明资料应包括以下内容：1.预可及工可勘察：应对隧址区沿线的地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、气象条件、冻土深度、地震动参数等基本地质条件进行说明；对不良地质和特殊性岩土应阐明其类型、性质、分布范围、发育规律及其对隧道工程的影响和处治建议；概略划分隧道的围岩
26、级别，估算隧道涌水量，阐述方案比选意见及下阶段地质勘察工作建议。2.初步勘察：除包含一般性地形地貌、地质构造等总体说明外，应说明隧址区水文地质和工程地质条件，评价隧址区气候条件、冻土深度及对隧道的影响，分段评价隧道的围岩级别；分析隧道进出口地段边坡的稳定性及处治建议；分析高地应力岩石发生岩爆和大变形的可能性及级别；对隧道的傍山段浅埋偏压情况进行评估；分析隧道在通过储水构造、断裂带、覆盖层等不良地质段发生集中涌水、塌方的可能性；隧道通过碳质岩层、煤系地层、气田地层时，应分析有害气体对工程建设的影响；对隧道涌水量进行分析计算；评估隧道建设对当地地质环境的影响及隧道建设的适宜性。3.详细勘察：在初步
27、勘察基础上，补充实施勘察工作后，校对初勘的水文地质、工程地质、气象条件和最大冻结深度等文字说明。资料要求同初步勘察。6.2.3 图表资料应包括以下内容：1.工可勘察：1)全线工程地质平、纵面图(110 0001200 000)；2)隧道工程地质平、纵面图(含工程地质平面图和工程地质纵断面图)(12 000110 000)；3)附图、附表和照片等。2.初步勘察：1)隧道 12 000110 000 工程地质平面图；2)隧道 12 000110 000 工程地质纵断面图；3)隧道洞口 1500 工程地质平面图；4)隧道洞口 1200 工程地质断面图；5)钻孔柱状图 1501200 6)气象勘察分析
28、资料；7)物探、测井解释成果资料；8)原位测试、地应力测量、水文地质测试、岩石、土体、水样测试资料、地温测试、有害气体等测试资料；9)附图、附表和照片等。3.详细勘察：在初步勘察基础上，补充实施勘察工作后，补充、校对初勘图表资料。资料要求同初步勘察。DB51/T 27912021 9 6.3 地质调绘 6.3.1 工程地质调绘应分阶段开展工作，调查内容和深度应与设计阶段相适应。6.3.2 地质调绘及评价主要包括以下内容：1.地层、岩性及地质构造的性质、类型和规模；2.断裂、断层、节理等软弱结构面特征及其与隧道的组合关系；3.断裂、断层及褶皱构造与地下水补径排的关系；4.冲沟、凹沟等地表汇水地形
29、与隧道的关系，评价其对隧道涌水量的影响；5.临近地区既有隧道或地下结构物冻融病害调查，主要包括衬砌开裂、渗漏水及挂冰、路面积水与结冰、洞口挂冰及热融滑塌、地表截排水沟出水口积水与结冰等；6.调查隧址区崩塌、错落、岩堆、滑坡、岩溶、自然或人工坑洞、采空区、泥石流、流沙、湿陷性黄土、盐渍土、盐岩、地热等不良地质和特殊地质现象，及其发生、发展的原因、类型、规模和发展趋势，分析其对隧道洞口和洞身稳定的影响程度；7.隧道通过煤系地层或碳质岩层时，应注意对有害气体的调查访问和类比资料收集，为钻孔布置调整及取样测试提供指导意见；8.按中国地震动参数区划图(GB18306)的规定或经地震部门专项评价，确定隧道
30、所处地区的地震动峰值加速度参数。条文说明条文说明 规定了施工前各阶段隧道工程的地形、地质调查内容。隧道地形、地质调查是综合性的工作，查明测区的工程地质、水文地质条件，对各种不良地质条件做出评价，并提出有效措施或建议，为工程设计提供基础资料。由于各类地质问题的复杂程度、规模、性质，自然地理条件的不同，很难划分初、详勘工作的基本内容，实际工作中常互有穿插。条文中只提出了调查内容，勘察时应结合实际情况，安排调查内容的深度。一般在初勘阶段，以地质测绘为主要手段，辅以少量的勘探试验，对隧道围岩稳定性做出定性为主的评价，初步划分围岩级别；在详勘阶段，合理采用各种勘探手段，对各类地质现象进行综合分析，互相印
31、证，尽量对隧道工程地质条件做出定量或半定量评估，详细划分围岩级别。隧址区存在有害气体或矿体时，按劳动保护、环境保护等条例，查明含量，预测释放程度，以对人体、环境不发生危害为限，超出规定的危害允许值时，须采取必要的防护措施。对气、矿体勘察可与专业技术单位协力合作进行。6.3.3 水文地质调查评价应包括以下内容：1.调查隧址区地表水系、第四系堆积体、地表水汇水区与隧道线位关系；2.调查断裂、断层、褶皱、节理裂隙密集发育带等地质构造与隧道的关系，评价其对隧道水文地质条件的影响；3.调查地下水发育情况以及地下水位随季节变化情况，评估隧道可能出现的地下水类型以及集中涌水段，分析预测隧道内地下水的变化规律
32、；4.评价可能造成隧道发生冻害的各种水源发育情况。DB51/T 27912020 10 6.4 气象勘察 6.4.1 应在收集气象资料的基础上，对隧址区进行气象条件初步分析，主要包括工程地点的年平均气温、最冷月平均气温、最低日平均气温、冻结指数、冬季风向及风速、年平均降水(雪)量、雪线、气压(氧含量)及气压差、冻结深度等。条文说明条文说明 以上气象因素涉及隧道设计与施工，影响隧道方案，是川西高原隧道气象勘察的基本要素。最冷月平均气温、冻结深度、冻结指数、冬季风速风向是隧道抗防冻结构、防排水以及洞口防雪棚所需参数，气压(氧含量)影响隧道施工。6.4.2 气象资料应采用与隧址区海拔高度相当或条件相
33、似的邻近气象台资料，经论证有必要新建气象站(点)进行观测时，观测周期不得少于一个气象年，且应与本地区既有气象资料进行校核，气象资料统计年限宜不少于近 10 年。条文说明条文说明 气象条件是寒区公路隧道设计的基本依据，也是隧道冻害、通风供氧的决定性因素。气象资料统计年限越长对设计越有利，美国相关规范采用 20 年气象资料，俄罗斯相关规范采用 10 年气象资料，本规程提出了最低年限要求。6.4.3 海拔高度大于 3 500m 的特长隧道和海拔高度大于 4 200m 的长、特长隧道，宜在隧址区设立气象观测站(点)，并持续收集隧址区气象资料。条文说明条文说明 海拔高度大于 3 500m 可能需要考虑抗
34、防冻与供氧措施，气象条件更为复杂，而气象资料往往缺少，所以提出建立气象观测站的要求。6.4.4 标准冻深 Z0应采用隧址区附近或气温条件相近的气象台(站)的多年最大冻结深度平均值，统计年限宜不少于近 10 年。条文说明条文说明 标准冻深可以通过气象资料或气象观测实测获得，年限要求与其他气象要素一致。6.4.5 隧道设计冻深 Zd可按式 6.4.5 计算：00dzszwztZZ (6.4.5)式中：Zd隧道设计冻深，m；Z0标准冻深，m；zs土质或岩性对冻深的影响系数；zw冻胀性对冻深的影响系数；zt0地形对冻深的影响系数。各影响系数按表 6.4.5 查取。DB51/T 27912021 11
35、表 6.4.5 冻深影响系数 系数 土质影响系数 zs 冻胀性影响系数 zw 地形影响系数 zt0 分类 黏性土 细砂、粉砂、粉土 中砂、粗砂、砾砂 碎(卵)石土 不冻胀 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强 冻胀 平坦 阳坡 阴坡 取值 1.00 1.20 1.30 1.40 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 1.00 0.90 1.10 6.4.6 围岩（土）冻胀性应根据平均冻胀率 的大小划分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀五级，并应符合表 6.4.6 的规定。表 6.4.6 围岩冻胀性分级 冻胀类别 不冻胀 弱冻胀 冻胀 强冻胀 特强冻胀 土平均冻胀率 1 13.5 3.5
36、6 612 12 岩体平均冻胀率 0.13 0.130.47 0.470.8 0.81.6 1.6 条文说明条文说明 岩(土)冻胀率可根据公路土工试验规程(JTG E40)、公路工程岩石试验规程(JTG E41)测试。此外，根据相关试验结果，-5条件下冻土的弹性模量为 0.140.59GPa，-5-20条件下冻岩的弹性模量为 4.4510.12GPa，对比可知冻岩弹性模量是冻土的 7.572.3 倍。6.5 物探、钻探及测试 6.5.1 物探应符合以下规定：1.地质构造和水文地质条件复杂的高原隧道，在收集资料和地质调绘后宜优先开展物探勘察，解译隧道分布的物探异常区，以指导钻探、测试等后续勘察工
37、作的调整，当一种物探方法解译困难时，可增加 12 种物探方法进行平行验证。2.宜选用地震法、电法等地球物探手段查明断裂、褶皱、可能富水区等的分布及变化特征，并进行现场调查、钻探等验证。3.隧道物探方法宜按表 6.5.1 选择。表 6.5.1 物探方法选择表 隧道埋深(m)主选物探方法 备选物探方法 30m 电测深法、高密度电法 地震反射波法、瑞利面波法、地质雷达 30100m 高密度电法 瞬变电磁法、地震反射波法 100m 音频大地电磁法 可控源音频大地电磁法、地震反射波法 条文说明条文说明 物探主要目的是探测隧址区分布的断裂构造、褶皱核部、富水区等具备物性差异区域。在通过物探发现具有低阻(或
38、高阻)异常的区域后，应修正勘察大纲中初步确定的钻孔等的布置，通过钻探等手段进一步查明其地质条件。物探方法种类较多，高原隧道勘察时应选择适合隧道勘察、效果好、操作方便的方法。隧道所处地形一般来说起伏较大，在选择物探方法时，隧道埋深 30m 以内推荐使用电测深法，3050m 范围内推DB51/T 27912020 12 荐使用高密度电法，探测深度 50100m 范围内推荐使用高密度电法，大于 100m 推荐采用音频大地电磁法(强干扰情况下可选用可控源音频大地电磁法或地震反射波法)；瞬变电磁法目前对异常的埋深及定量解释精度不够，且受地形起伏影响较大，但是由于瞬变电磁不受接地条件影响及对低阻体反应敏感
39、等特性，可作为备选方法或作为平行测试比较方法。在物探勘察发现异常区后，还应配合现场调查、钻探等其他勘察方法进行验证。6.5.2 钻探应符合下列规定：1.钻孔应布置在隧道物探异常区、经调查初步确定的断裂、褶皱重点部位；2.孔底应钻至隧道路面设计高程以下不小于 10m 或必须查清的构造部位；3.隧道洞身段钻孔，应在设计高程以上 35 倍洞径范围内采取岩、土试样，同一地层中，岩、土试样的数量不宜少于 6 组；隧道进出口段钻孔，应分层采取岩、土试样；4.钻孔过程中应注意观测是否有气体冒出，并及时封闭取样测试，以评价有害气体对隧道建设的影响；5.地下水发育时，应进行抽(注)水试验，分层获取各含水层水文地
40、质参数并评价其富水性和涌水量。水文地质条件复杂时，应进行地下水位动态观测；6.当岩芯采集困难或采用钻探难以判明孔内的地质情况时，应进行孔内综合测井；7.深埋隧道及初步评价高地应力隧道应进行钻孔内地应力测试；8.钻孔内应进行地温测试，提供隧道洞门和排水设计所需的地温资料；9.采取地表水和地下水样进行水质分析，评价水的腐蚀性。6.5.3 测试及试验应符合下列规定：1.对于隧道穿越的第四系覆盖层，宜采用动力触探、静力触探、标准贯入等方法，测试土体的地基承载力、摩阻力、密实程度等；2.隧道深埋段地应力评价，宜采用深孔内水压致裂法进行岩石地应力测试；3.原位测试应结合地区经验在综合分析的基础上提供岩土参
41、数建议值；4.室内试验应根据隧道设计要求和岩土类型选择岩石试验、土工试验、岩土矿物分析、水质分析等试验项目和试验方法，应符合 公路土工试验规程(JTG E40)、公路工程岩石试验规程(JTG E41)等相关标准的规定；5.地表出露及钻孔内的煤系地层或碳质岩层，应取样进行岩层生烃能力测试，以进一步评价隧道有害气体情况；6.应采取地表水、地下水样进行水质成分检测，评价水对混凝土和钢筋的腐蚀性；7.隧道工程地质勘察宜在工地设置试验室，无条件设置时，试样不得因长时间存放或长距离运输影响试验数据的真实性；8.土体、岩体试验项目可按表 6.5.3 选择。DB51/T 27912021 13 表 6.5.3
42、 土体、岩体试验项目选择表 测试项目 土体 岩体 颗粒分析(+)天然含水率 w(%)+密度(g/cm3)+塑限 Wp(%)+液限 WL(%)+压缩系数 a(MPa-1)(+)剪切试验 粘聚力 c(kPa)(+)(+)内摩擦角()(+)(+)自由膨胀率 Fs(%)(+)(+)孔内波速 Vp(km/s)+岩石单轴饱和抗压强度 RC(MPa)+矿物成分分析(+)(+)注：“+”必做项目；“(+)”选做项目；7 隧道设计 7.1 一般规定 7.1.1 隧道选线除考虑地形与地质条件外，尚应充分考虑隧址区气象因素，特别是 GII、GIII 型隧道应遵循“气象选线”原则。条文说明条文说明 川西高原公路隧道需
43、要考虑地形、地质与气象选线相结合。7.1.2 隧道方案应综合考虑风向、气温、最大冻结深度等自然环境的影响，合理选择隧道海拔高度与隧道规模。7.1.3 隧道设计应综合考虑环境保护、节能降耗、防灾救援和运营养护要求。7.1.4 隧道土建工程设计应体现动态设计与信息化施工的思想。7.2 总体设计 7.2.1 隧址区应选择在稳定的地层中，不宜穿越工程地质和水文地质复杂、浅埋、偏压以及严重不良地质地段。7.2.2 应根据地质、地形、路线走向、通风等因素确定隧道平面线形。设曲线时，不宜采用设超高的平曲线。在公路隧道设计规范JTG 3370.1 所规定的基础上适当提高平面设计指标要求。条文说明条文说明 川西
44、高原隧道洞口可能存在积雪积冰问题，影响行车安全，所以提出平面指标适当提高的要求。7.2.3 隧道纵坡应考虑行车安全、运营通风规模、施工作业和排水要求，隧道纵坡宜采用人字坡，洞口抗防冻段纵坡不宜小于 1.0%，最小坡长不宜小于抗冻设防段。条文说明条文说明 DB51/T 27912020 14 适当加大隧道纵坡以提高洞口段水流速度，可减少结冰的可能性，所以提出加大洞口抗防冻段纵坡的要求。7.2.4 隧道建筑限界可按照一般公路隧道确定。同一座隧道冻土段和非冻土段可采用不同的内轮廓，在条件允许的情况下，非冻土段可按冻土段的内轮廓设计。条文说明条文说明 建筑限界应统一，而隧道内轮廓可根据情况分析确定。7
45、.2.5 隧道内轮廓断面净空在满足功能、结构受力和预防性养护要求的前提下，防冻设防段可适当加大隧道内轮廓，其建筑限界与内轮廓最小间距宜不小于 10cm。条文说明条文说明 考虑设计施工水平、工程材料、工程经验及冻土隧道后期运营养护维修，川西高原公路隧道内轮廓宜比普通环境地段适当加大。7.2.6 应根据实测气温及冻结深度采取针对性设防措施，无实测资料时可按表 7.2.6 确定。表 7.2.6 川西高原公路隧道抗防冻措施 隧道分级标准 海拔高度(m)结构保温 防排水 围岩注浆 一般海拔隧道 GI 型 2 100 不采用 正常措施 不采用 高海拔隧道 GII-1 型 2 1002 800 不采用 选用
46、 不采用 GII-2 型 2 8003 500 选用 水沟加深 选用 GII-3 型 3 5004 200 采用 深埋水沟 采用 超高海拔隧道 GIII 型 4 200 采用 深埋水沟或防寒泄水洞 采用 条文说明条文说明 参考川西隧道科研与工程实践总结。7.2.7 应根据实测隧址区含氧量采取针对性设防措施，无实测资料时可按表 7.2.7 确定。表 7.2.7 隧道供氧措施选取表 隧道分级标准 海拔高度(m)重体力劳动人员 一般人员 供氧方法 一般海拔隧道 GI 型 2 100 不供氧 不供氧 高海拔隧道 GII-1 型 2 1002 800 不供氧 不供氧 GII-2 型 2 8003 500
47、 宜供氧 不供氧 背负式+移动供氧车 GII-3 型 3 5004 200 供氧 宜供氧 弥散式+移动供氧车 超高海拔隧道 GIII 型 4 200 供氧 供氧 弥散式+分布式+移动供氧车 条文说明条文说明 参考高原地区室内空间弥散式供氧(氧调)要求(GB/T35414)，结合雀儿山隧道、巴朗山隧道施工经验提出。DB51/T 27912021 15 7.3 洞口及洞门设计 7.3.1 洞口设计应符合下列规定：1.隧道洞口宜选择向阳、不易积雪、易于排水位置。2.在降雪量较大地区，隧道洞口不宜设在边坡和仰坡较为陡峻的位置，以免受到雪崩威胁。3.受积雪或风吹雪影响的槽谷或路堑中的洞口外两侧宜设置不小
48、于 5m 宽的积雪、堆雪平台。4.洞口与风向小角度相交时，宜设置防雪棚或防雪棚洞，条件许可宜接长明洞。5.隧道进出口路面宜增设防滑或防结冰措施。条文说明条文说明 洞口外两侧宜设置不小于 5m 宽的积雪、堆雪平台，既可以改变洞口的地形条件以减少风吹雪掩埋洞口路面的危害，又可作为除冰雪临时堆放平台，迅速恢复道路交通。在川西高原，海拔超过 2 800m 的寒冷地区，尤其是海拔超过 4 200m 的严寒地区，隧道滴水、风力或汽车轮胎带入隧道的冰雪及其他滞水将使路面结冰，降低轮胎与路面的附着力，恶化隧道的营运条件，危及行车安全，有必要在隧道进出口路面增设防滑或防结冰措施。7.3.2 洞门设计应符合下列规
49、定：1.不宜采用削竹式洞门，宜适当接长明洞采用端墙洞门型式。2.墙式洞门的端、翼墙位于冻胀性土时，应验算其强度及稳定性，或采用挖除、换填等减少冻胀力的措施。3.洞门墙台背、明洞两侧回填应优先选用砂性土、砂砾、碎(砾)石、粉煤灰等渗水性强的隔热性能材料回填密实，并加密泄水孔。4.当冻结深度小于或等于 1m 时，洞门墙基底应在冻结线以下不小于 0.25m，并应符合基础最小埋置深度不小于 1m 的要求。5.当冻结深度超过 1m 时，基底最小埋置深度不应小于 1.25m，尚应将基底至冻结线以下不小于0.25m 深度范围的地基土换填为非冻胀材料。条文说明条文说明 适当接长明洞采用端墙洞门型式是为了尽可能
50、减少积雪或风吹雪影响。7.3.3 洞口边仰坡设计应符合下列规定：1.洞顶回填边坡坡度一般根据回填高度、填料或当地土质的物理力学性质、施工方法等因素，并结合自然稳定边坡、人工边坡的调查及力学分析方法综合确定；回填料应采用非冻胀性或弱冻胀性砂性土或砂砾土等粗颗粒土。2.挖方边仰坡坡度宜根据降水、土质及冰冻条件适当放缓，挖方边坡坡率宜采用 1111.5，填方边坡坡率宜采用 11.511.75。3.应根据边坡稳定情况和周围环境确定边坡坡面防护形式，边坡防护应采取工程防护和植物防护相结合的措施。条文说明条文说明 川西高原地区处于不良水文及水文地质条件下的土质边仰坡，因表层融化而底部仍处于冻结状态，DB5