老鸭峡一号隧道毕业设计.doc

毕业设计（论文）题 目 老 鸭 峡 一 号 隧 道 学院（全称） 土木建筑学院 专业、年级 土木工程（隧道） 2014届 学生 姓名 学 号 指导 教师 论文评阅人 79前 言毕业设计是在学完全部理论课程，并完成了力学计算、配筋设计等课程设计后，具备了一定的理论知识以及实践技能的基础上进行的，目的是通过综合运用已学的专业知识，对隧道结构设计做一次比较完整的工程设计，以进一步熟悉和掌握隧道设计中的各种规范、参数和各种计算分析软件的运用，提高分析解决实际工程问题能力的目的。我国公路隧道随着交通建设的高速发展而不断增加，目前国家更是将建设重点向我国西部地区转移，高速公路网的建设必须面临大量的隧道工程。而对于隧道工程，目前为止人们对其的了解仍旧是不够完善的，因此，增进对于隧道设计的了解和运用是十分有必要的，这也才有了本次毕业设计。本次毕业设计题目为老鸭峡一号隧道设计。在毕业设计前期，在正是开始着手毕业设计前，我认真温习了相关课程，并查阅了公路隧道设计规范、公路隧道通风与照明设计规范、公路隧道施工技术规范等规范。在毕业设计中期，我通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行设计。在毕业设计后期，主要进行设计手稿的电子排版整理，并得到老师的审批和指正，使我圆满地完成了设计任务，在此我表示衷心的感谢。本毕业设计通过对老鸭峡1号隧道的横断面设计，洞门设计，衬砌设计，防排水设计，照明设计，路面与装饰设计，施工方法与施工组织等设计，较完整全面地表述了本次设计，设计的过程中也出现过许多问题，但在指导老师的帮助下都成功地解决了问题。毕业设计的两个多月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写，文献综述以及外文的译，使我加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解，巩固了专业知识，提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了各种制图软件，以及多种计算软件。以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。但是由于本人经验的匮乏和时间的仓促，设计中难免有不妥和疏漏之处，敬请各位老师批评和指正。目 录摘 要1第1章 设计原则及规范11.1设计原则11.2设计技术参数21.3设计参考规范和文献2第二章 工程概况42.1 地理位置及交通概况42.2 气象、水文42.3 地形地貌42.4 区域地质构造42.5 新构造运动52.6断层52.7 地震62.8 地层岩性62.9 隧址区水文地质条件72.10 不良地质现象92.11 隧道岩土体工程地质特征92.12 隧道工程地质评价102.12.1 隧道分段工程地质条件及稳定性评价102.12.2 隧道主要工程地质问题评价112.12.3 环境地质12第三章 总体设计133.1 平面设计133.1.1 隧道平面选址133.1.2 平面线形设计133.2 横断面设计143.2.1 设计原则143.2.2 建筑限界143.2.3 隧道内轮廓153.3 纵断面设计16第四章 衬砌结构设计及计算174.1 洞身衬砌设计174.1.1 洞身衬砌174.1.2 辅助施工设计194.2 洞身衬砌验算194.2.1 设计原则194.2.2 级围岩（独立编号）204.2.3 级围岩计算书（独立编号）344.3明洞段514.3.1 明洞衬砌设计514.4 洞门524.4.1 洞门设计524.4.2 洞门计算534.4.3 洞门验算54第五章 防排水设计58第六章 通风照明设计596.1 通风设计596.1.1 设计概述596.1.2 设计计算596.1.3 计算基本信息参数606.1.4 需风量计算616.2 照明设计67第七章 路面及装饰697.1 路面结构697.2 内装69第八章 施工组织设计708.1 监控量测708.2 施工进度计划708.3 施工方案708.3.1 施工方法708.3.2 施工组织安排718.4 施工注意事项73结 论75致 谢76参考资料772014届土木工程（隧道与城市轨道交通工程）毕业设计.说明书摘 要本设计为老鸭峡一号隧道的设计。该隧道地处青藏高原，为单向双车道隧道。全长为935m；隧道最大埋深61.9m，所处围岩等级为级和级；该隧道衬砌采用复合式衬砌，断面形式为曲墙式拱形断面；洞门为端墙式洞门；明洞采用明挖法施工，暗洞采用新奥法施工；隧道的通风和照明设计内容按照行车速度60km/h设计。在设计中，主要进行了隧道的结构、通风、照明、防排水及施工组织设计。首先，选定隧道路线，确定洞口位置，然后进行合理的隧道几何设计和结构设计计算，并且通过计算分析说明其支护结构的合理性；通风照明方面，是在满足交通量和运营状况的条件下，通过计算结合施工的便利与否加以调整设计；施工组织设计中主要安排了监控量测、施工进度安排防排水等，并介绍了具体施工方法及其详细的施作过程。关键词：隧道工程，复合式衬砌，新奥法，分析，通风2014届土木工程（隧道与城市轨道交通工程）毕业设计.说明书ABSTRACTThis design is for the Laoyaxia No.1 Tunnel. The tunnel is located in the Qinghai-Tibet Plateau. It is a one-way two-lane tunnel and total length of 935m. The maximum depth of the tunnel is 61.9m where surrounding rockgrade for and level; the use of the tunnel lining composite lining, cross-section song form of arched wall sections; Portal Portal for gabol-type; Open-cut tunne open-cut method used, the use of the dark hole NATM construction; tunnel ventilation lighting design and content in accordance with the road speed 60km / h design.In the design of the tunnel structure, ventilation, lighting, drainage and construction organization design. First of all, the selected routes, determine the entrance location, and then make reasonable tunnel geometry design and structure design, analysis and its support structure of rationality; ventilation and lighting, is to meet traffic and operation conditions, by calculating the combined construction of convenience or not adapted design; coordinate major arranged supervision, construction schedule and drainage, and so on, and describes specific construction methods and detailed procedures for the application.KEY WORDS: Tunnel engineering, Composite lining, New Austrian Tunneling Method,Design, Ventilation第1章 设计原则及规范1.1设计原则隧道设计基于完整的勘测、调查资料，综合考虑地形、地质、水文、气象、地震和交通量及其构成，以及营运和施工条件，进行多方案的技术、经济、环保比较，使隧道设计符合安全实用，质量可靠，经济合理，技术先进的要求。主要体现在以下几个方面：1)隧道规划和设计应遵循能充分发挥隧道功能、安全且经济地建设隧道的基本原则。2)隧道主体结构必须按永久性建筑设计，具有规定的强度、稳定性、耐久性；建成的隧道应能适应长期营运的需要，方便维修作业。3)应加强隧道支护衬砌、防排水、路面等主体结构设计与通风、照明、供配电、消防、交通监控等营运设施设计之间的协调，形成合理的综合设计。4)隧道土建设计应充分体现动态设计与信息化施工的思想，制定地质观察和监控量测的总体方案。通过动态设计使支护结构适应于围岩实际情况，更加安全、经济。5)隧道设计必须符合国家有关国土管理、环境保护士、水土保持等法规的要求，应注意节约用地，保护农田及水利设施，尽量保护原有植被，妥善处理弃碴和污水。6)隧道结构设计根据结构类型、使用条件、荷载特性、施工工艺等条件进行。并考虑沿线的工程地质、水文地质、总体规划要求、景观及旅游规划条件、生态环境条件，对技术、经济、环保、景观、旅游及使用效果作综合比较，合理地选择结构型式和施工方法。7)结构的净空尺寸除满足车辆建筑限界和建筑设计、施工工艺及其它使用要求外，尚应考虑施工误差、测量误差、结构变形、后期沉降、路线超高等的影响。8)根据隧道结构类型和施工方法，分别按有关设计规范对其在施工阶段和正常使用阶段进行强度、刚度和稳定性计算。9)结构设计确保主体结构具有足够的耐久性，并满足施工、运营、总体规划、防火、防水、防腐的要求。10)结构须进行抗裂和裂缝宽度验算，迎水面裂缝开展宽度0.2mm，背水面0.3 mm。11)隧道结构抗震设防烈度为度，抗震等级定为二级(地下结构)，以提高结构和接头处的整体抗震能力。12)隧道结构安全等级为一级。13)防水等级：拱、墙达到二级防水标准，结构不允许漏水，结构表面可有少量、偶见的湿渍。14)为提高隧道结构抗纵向变形的能力，沿隧道长度方向除围岩变化、结构突变处设置沉降缝外，考虑工程所处地区温差较大，纵向每隔40m左右设一变形缝。 1.2设计技术参数（1）公路等级：高速公路（单洞单向两车道）； （2）洞内设计车速：60km/h； （3）车辆行驶方向：单洞单向行车； （4）建筑限界: 行车道宽度为0.75+0.5+23.75+0.75+0.75m =10.25m， 限高为5m。(5）隧道路面横坡：单向坡2% (直线段) ,超高不大于4%。(6）隧道内最大纵坡：3%；最小纵坡：0.3%。(7）隧道防水：二次衬砌砼抗渗等级不小于S6。（8）设计交通量：近期 16700辆/日、中期 28500辆/日、远期 38700辆/日，高峰小时交通量按日交通量的10计算。交通组成：汽油车：小轿车 20、小型客车 15、小型货车 15、中型货车 15柴油车：中型货车 15、大型客车 10、大型货车 10空气密度：1.2 g/m3隧道内平均气温：tm20隧址处自然风风速：vn2.0m/s隧道沿程摩擦阻力系数0.022、进口局部阻力系数0.51.3设计参考规范和文献1)公路隧道设计规范（JTG D70-2004）2)地下工程防水技术规范（GB 50108-2001）3)公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D04-2002）4)公路沥青路面设计规范（JTJ014-97）5)公路沥青路面施工技术规范 （JTG F40-2004）6)锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB 50086-2001）7)铁路隧道新奥法指南（铁道部基建总局）8)混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）9)公路隧道通风照明设计规范（JTJ 026.1-1999）10)公路工程基本建设项目设计文件编制办法(交(1995)1036号文)11)工业电视系统工程设计规范（GBJ115-87）12)民用建筑电气设计规范(JGJ/T16-92)13)公路工程抗震设计规范（JTJ 004-89）14)建筑结构荷载规范GB 50009-2002其它有关的国家及地方强制性规范和标准第二章 工程概况2.1 地理位置及交通概况隧道位于青海省海东地区民和县西北约30km，交通便利。2.2 气象、水文项目区所在地处青藏高原东北部，属于冬寒夏凉半干旱大陆性高原气候，日照时间短，年日照时间2530.6小时，年平均气温5.9-7.8，最高极端气温33.5-36.5，最低气温-22.224.9，平均相对湿度55-58%，雨水多集中在七、八月，年蒸发量远远大于降雨量；年降水量454.6mm，多年平均降水量346.9mm，最大日降水量63.1mm，多年平均蒸发量1612.9mm，多年平均相对湿度58%，最大冻土深度130cm，最大积雪深度14cm。温差变化大，并具垂直分带性。霜冻期长，一年仅七、八月份较热。春、冬季多风，主力风向为ESE（最多风向），平均1.7m/s，风速最大可达18 m/s，地面平均温度8.9，10月底开始降雪，11月上旬开始冰冻，次年4月底解冻(气象资料采用民和县气象数据)。隧址区地表水主要为流经老鸭峡的湟水及峡谷区两坡面接纳大气降水，流入谷底湟水河，流量为420-561m 3/s,最后汇入水黄河；雨季时水量较大，冬季时水量较小，河床较为狭窄，水流较为湍急，河漫滩较为平缓。2.3 地形地貌老鸭峡两侧山坡均十分陡峭，隧址区属侵蚀构造中高山，地形中间高东西两侧低，南北走向，海拔最高高程1920.0m，地势起伏较大，隧址区山顶形成南北向分水岭，两侧均汇流进入湟水河。隧址区两侧山脊风化剥蚀作用强烈，海拔高程1791.0-1920.0m，山体坡度在35-60之间，植被从山脊至山底有明显的分带性，以低矮灌木为主，残坡积覆盖层1.5-4.0m不等，少基岩裸露；山底沟谷以“U”型宽谷为主，宽约50-100m。隧道穿越段，海拔介于1810.0-1920.0m，高差110.0m。2.4 区域地质构造项目区位于西宁一民和盆地中，西宁一民和盆地南以拉脊山为屏障，北侧是达坂山，西部超覆于北山之上，东延进入甘肃境内，呈西大东小的四边形，是我国西北黄土高原的西缘部分，盆地南缘受控于拉脊山北缘断裂，盆地北缘北达坂山断裂控制；盆地基底由前震旦系地层组成，盆地覆盖层沉积始于侏罗纪，为中新生代陆相盆地；区域地层主要分为两部分：一是中元古界变质岩系，构成了区内的结晶基底，局部隆起地带如大峡一带出露地表；二是中新生界陆相沉积覆盖层，主要为碎屑岩和泥质岩石，线路区分布广泛。区内经受了加里东运动以来历次构造运动的影响，形成了较为复杂的构造格局；第三纪以前区内多种构造体系彼此交织、复合，使区内地质构造比较复杂，控制了区内大的构造格局，即拉脊山、达坂山隆起，西宁一民和盆地及其两侧深大断裂。2.5 新构造运动拟建项目区所处祁连褶皱带与松潘甘孜褶皱带之间，新生代以来的挽近构造运动（喜山运动）十分强烈，表现为四周山体强烈上升，盆地大幅度沉降，地震活动频繁。挽近期构造运动（新构造运动）是在老构造运行的基础上进一步发展的，具有继承性，其特点是受断裂构造控制，以大幅度隆起与断陷的垂直运动为主。第四纪受喜马拉雅山运动影响，青藏高原的迅速隆起，盆地相对缩小，周边形成了中高山和一些小型断陷盆地，同时伴随晚更新世内陆干冷古气候的发展，地貌轮廓表现为山地与盆地、谷地截然不同的地貌单元，形成了现今的地貌景观。地表的第四系中未发现构造形迹。2.6断层根据乐都、西宁幅区域地质调查报告，项目区及附近主要褶皱及断裂分布，主要褶皱为：大峡倒转向斜M1；主要断裂为：F1、巴藏沟断层；F2、水磨沟-大峡断层；F3、大峡南西断层；F4、东岗断层（石坡沟断层）。1) M1 大峡倒转向斜位于大峡附近湟水北岸，该向斜倾向北东，走向仅南北向，延伸长度约20km，两翼倾角较缓，常在50左右，向斜为向西倒转的同轴向斜。2) F1 巴藏沟断层 该断层总体走向北东30一40，倾向东，呈线性。平移张性正断层，沿巴藏沟与水磨沟展布，延伸部位为第三系和第四系地层中，延伸长度大于3km，线性影响明显。3) F2 水磨沟一大峡断层该断层位于峡口村湟水北岸坡上，逆断层，倾向北东，走向北西向，延伸长度4km，北东盘为元古界东岔沟组，岩性为杂色大理岩夹黑云母片岩，南盘为棕红色砂质泥岩夹泥质砂岩，上覆薄层黄土。4) F3 大峡西南断层该断层位于峡口村湟水南岸山坡上，走向北西、倾向南西，呈线性，张性正断层，延伸长度4km，东北盘为湟源群变质岩、白垩系民和组棕红色砂岩。南西盘为第三系浅棕红色泥岩夹薄层砂岩。5) F4 东岗断层（石坡沟断层）该断层位于岗子沟，走向北东35，倾向北西，推测为倾向北西的正断层，走向北东向，呈线性，平移张性正断层，延伸长度15km，线性影响明显。活动断裂，对线路可能有影响。2.7 地震根据青海省地震局1999年完成的格尔木至兰州天然气管道历史地震考证研究资料，1912年以前，发生在湟水构造盆地及周边地区的历史地震有15次，其中造成经济损失的破坏性地震有8次。区域地震主要发生在晚近时期有强烈活动的北西西主断裂与北北西向断裂交会处。根据建筑抗震设计规范（GB50011-2010）和中国地动参数区划图（GB18306-2001），线路区地震基本烈度为度，设计基本地震加速度值0.10g，第三组；地震动反应谱特征周期0.45。2.8 地层岩性据钻探及工程地质调绘，隧址区出露地层主要为震旦纪下统湟源群磨石沟组（Z1m）、青石坡组（Z1q）、侏罗纪上统享堂群（J3xn）、第四系中上更新统（Q2_3pr）及全新统崩坡积地层（Q4col+dl）、全新统的洪积物（Q4al）。现从老至新叙述如下：1、震旦纪下统湟源群、磨石沟组（Z1m）：该地层西起水磨沟，东到楼子沟，本组断续均有出露，岩性主要为石英岩（含铁质），常夹云母石英片岩。本组岩性较为单纯，野外识别容易，厚度稳定。、青石坡组（Z1q）：该地层在张家寺一带较为发育，老鸭峡一带也有出现，本组与下伏岩层磨石沟组石英岩及上复地层中震旦统为连续过渡；本组岩性由上而下划分为：d、灰白色、褐红色中-薄层状石英岩，间夹黑云母石英片岩。c、银灰色绢云母石英片岩、石英绿泥云母片岩夹石英岩，有时夹红柱石二云母石英片岩；下部为二云母石英片岩、石榴石黑云母石英片岩、石英角闪岩，间夹角闪石英岩及阳起石-透闪石片岩。b、灰色、肉红色中厚层状石英岩夹薄层状二云母石英片岩。a、上部为二云母石英片岩夹石榴石石英片岩，中、下部为红柱石二云母石英片岩，间夹薄层石英岩与黑云母长英片岩。2、侏罗纪上统享堂群（J3xn）本群除在享堂有零星出露外，在窑街地区常与窑街群相随出露，二者呈假整合接触，有时超复于窑街群或湟源群之上，与河口群为不整合接触。岩性由灰绿、紫红色黏土、砂岩、砾岩组成，厚度变化大。3、第四系、中上更新统（Q2_3eol）：主要分布在盆地丘陵地带，不整合于第三系或其他较老地层之上，呈浅黄色，具大孔隙构造，质地均匀，无层理，局部可见显著古土壤数层，以及微薄层理的结构，富含碳酸钙。、全新统崩坡积地层（Q4col+dl）：主要分布在隧道进出口地段及沟谷和山麓，其成分为粉土、碎石土及块石土，为散粒结构，泥沙胶结。、洪积物（Q4al）：主要分布在河沟两侧一、二级阶地及河床部分；阶地具二元结构，上部为黄土层；亚砂土层，常呈红褐色、褐黄色或黄褐色，具显著层理，厚度不大，一般0-4m；下部为砾石层，胶结松散，磨圆度好，粒径多为5-10cm，大者可达50cm以上，碎石成份随地而异，排列规则，多倾向河流上游，长轴平行河床，具明显的层理，厚度约0.5-2m左右；一般在一级阶地，上部是以亚砂土为主，而在二级阶地，则是以黄土状黄土为主。另河床、河滩部分主要是由砾石、淤积泥砂所组成，砾石磨圆度好，砾石成份各处不一。2.9 隧址区水文地质条件隧址区的水文地质条件比较简单，地表少有泉水出露，冲沟较发育，水文地质条件的复杂程度，主要与区域地质构造、岩性以及裂隙的发育程度有密切关系。1）地下水类型的划分及富水性根据地下水的含水类型、富水性及各层间的水力联系，将沿线地下水类型划分为第四系松散堆积层孔隙水、基岩裂隙水二种含水类型。（1）松散堆积层孔隙水主要指沿线全新世的冲积层和坡积层的孔隙性潜水，主要分布在老鸭峡的漫滩、阶地及山体坡斜坡地带。其出露范围较窄，含水量厚度不均的冲积、坡积成因砂砾石、碎石土层，河谷地下水相对富集，含水层厚数米-数十米不等，属中等强富水区。地下水补给主要由大气降水、冰雪融水、地表水体的渗入和基岩裂隙水的侧向补给，地下水埋深数厘米数米不等。径流、排泄条件好，水化学的形成主要为溶滤作用，因此矿化度较高，水化学类型简单。（2）基岩裂隙水基岩裂隙水主要分布于震旦系下统湟源群青石坡组片岩含水岩组。按裂隙性质分为构造裂隙水和风化裂隙水二类：区内构造发育，基岩受到不同程度的挤压破坏，构造节理裂隙发育，由于节理多呈闭合状和不连续状，加上植被不发育，气候干旱少雨，水量一般贫乏，该类型地下水多与上覆坡积物中的孔隙水一般相互贯通，互为补排。构造裂隙水项目区受区域构造控制，岩层挤压以紧密褶曲为主，并伴有压扭性断裂。地层区内碎屑岩以及岩浆岩，受多次地质构造影响，形成构造裂隙发育，地下水赋存于裂隙中，形成含水层。在深大断裂带由于裂隙发育，有利于地下水汇集。构造裂隙水主要受降水布补给，其次受冰雪融水补给，动态随季节变化明显，地下水埋藏较浅，做短途前循环后，在峡谷谷底或低洼的地方以泉的形式排泄，水质类型HCO3-Ca（CaMg）。风化裂隙水由于高原夷平面切割相对较深，冲刷剥蚀作用相对较强，在该地区碎屑岩以及岩浆岩等岩层风化作用形成的裂隙中储存地下水。在局部地段，风化裂隙水的富水性与断裂构造有关，在构造裂隙发育地带，风化带裂隙发育强大，风化带厚度大，富水性较好。风化裂隙水主要受大气降水和冰雪融水补给，随地形有高低地在浅部作短途径径流，在斜坡变坡段及沟谷底部以泉的形式进行排泄，流量变化动态特征与季节降水、气候等有关，很不稳定，水质类型以HCO3-Ca（Mg）型为主。（3）上层滞水区内由于特殊的地形地貌条件和地层岩性关系，在湟水河谷阶地、漫滩、山前斜坡地带、冲积扇及冲沟沟源部分，第四系松散层中粉、粘粒含量较大，地表径流、排泄不畅等因素，在该地段形态上层滞水，且由于峡谷区山体陡峭，形成特殊的特殊岩土，对工程存在不利影响。2）地下水补给，径流和排泄 地下水补给来源主要为大气降水、其次为冰雪融水和地表水体补给，径流途径短，排泄后转为地表水体。地下水的运动与区内气象、水文关系密切，同时又受区内地质构造、地层岩性、地形地貌及植被发育状况的条件的控制，地下水总体流向地形相适应。地下水水平排泄方式有两种，其一，泉的形式。在碎屑岩及岩浆岩分布区，一方面地下水从基岩裂隙渗出，另一方面当基岩裂隙水泄出后，被零星的松散堆积物掩盖出口，在松散层孔隙潜流一段距离后溢出地表。在碳酸盐地区岩溶水一般从岩石溶隙中流出，少数则从规模不大的溶洞中溢出；其二，分散浸出。不见股状溢出，顺溪沟而下，水量陆续增加，可谓之溪沟沿途接受地下水补给。2.10 不良地质现象隧道区不良地质作用不甚发育，无影响线路稳定性的重大不良地质现象。本项目线路海拔高程约1891.0-2093.0m，属典型高原气候特征，年温差、日温差大，日照时间短，年日照时间2530.6小时，年平均气温5.9-7.8，最高极端气温33.5-36.5，最低气温-22.224.9，平均相对湿度55-58%，雨水多集中在七、八月，年蒸发量远远大于降雨量；年降水量454.6mm，多年平均降水量346.9mm，最大日降水量63.1mm，多年平均蒸发量1612.9mm，多年平均相对湿度58%，最大冻土深度130cm，最大积雪深度14cm。隧道区处高山峡谷区，地形上属构造剥蚀中高山地形地貌特征，山体呈35-50度凸形坡，较陡倾，楔形圆顶山型，斜坡地带覆盖层较薄，岩体破碎，由于山形山势的条件，山体表面残积碎石土在特定条件下产生小规模滑塌。对隧道进出口施工有一定影响。2.11 隧道岩土体工程地质特征根据钻探揭示及工程地质调绘，结合岩土体的物理力学特性，将隧道岩土体分为3个工程地质层。、碎石土：仅分布于隧址区进口山体表部，厚度较小，约1-5m，灰-褐色，干-稍湿，松散-稍密状，土质不均一，碎石含量约占50-60%，粒径2-80mm，最大150mm。、黄土状土：广泛分布于山坡中上部，厚度大于10m，呈浅黄色，具大孔隙构造，质地均匀，无层理，以及微薄层理的结构，富含碳酸钙。-1、强风化石英岩夹黑云母石英片岩：分布于碎石土以及黄土下段，灰白、红褐色、灰黑色，碎裂-镶嵌状构造，硅质胶结，胶结程度好，硬质岩，以石英岩为主，层间夹杂黑云母石英片岩，局部可见砂岩填充。节理裂隙发育，岩芯呈碎块状、碎粒状, 波速值1100-1650m/s。节理裂隙发育3-5组，厚25-43m。-2、中风化石英岩夹黑云母石英片岩：分布于强风化岩下段，隧道洞身段，灰白、红褐色、灰黑色，中-薄层层状构造，硅质胶结，胶结程度好，硬质岩, 波速值1800-2400m/s。节理裂隙发育，岩芯主要呈柱状、短柱状少量碎块状。节理裂隙发育3-5组，该层钻探深度内未揭穿。2.12 隧道工程地质评价2.12.1 隧道分段工程地质条件及稳定性评价1）进口端围岩级别为级，埋深2.5-27.0m，隧道穿越地层为震旦系下统湟源群青石坡组石英岩夹黑云母石英片岩，上部覆盖少量残积碎石土层围岩为散粒结构，呈泥沙胶结，最大厚度5m，其下为强风化石英岩，呈碎块状镶嵌状结构。围岩稳定性较差。岩体节理主要发育有两组：16040-60、9570-80以及35560。隧道口紧邻湟水河，洞口段地表无泉眼出露，区内常年干旱少雨，岩体内地下水不富集，无地下水揭露。进口段基岩埋深较浅，山坡顶部可见大面积基岩揭露，顶部岩体较破碎，山坡顶部发育一小规模崩塌，其堆积体堆积于洞口处，现状稳定性较好。各节理组成倾向均与隧道走向呈大角度相交，呈反倾状，对边坡的稳定性影响较小。2）洞身段围岩级别为级，埋深30.6-163.0m，地层岩性为第四系全新统黄土层覆盖厚约17-56m，松散-稍密，底部呈中密状，散粒结构；下伏基岩为强-中风化石英岩夹黑云母石英片岩，围岩波速值1800-2400m/s，岩层以中-薄层状构造为主，岩体节理裂隙较发育，灰黑色、深灰色，硬质岩。节理裂隙较发育，岩层完整程度较好。节理裂隙发育3-5组。其稳定性较好。隧道洞身段穿越的震旦系下统湟源群磨石沟组黑云母长英片岩，岩体受地质构造及风化作用，节里裂隙较发育，岩体完整性较好，岩体较破碎，呈层状夹碎块状镶嵌状结构。属硬质岩。隧道开挖时，围岩中裂隙发育集中地带易发生掉块，支护不及时或处理不当，会出现大的坍塌，部分侧壁产生失稳现象。围岩中裂隙集中地带发育有一定地下基岩裂隙水，隧道开挖中一般出现滴水或线状流水，局部地段小断层的破碎带出现较大的流水，对施工影响较大，需及时做好排水工作。隧道位于中风化长英片岩中，岩石强度高，岩体整体稳定性好。3）出口端围岩级别为级，埋深1.8-16m，隧道穿越地层为强风化石英岩夹黑云母长英片岩，岩层极破碎，呈碎块状镶嵌状结构。围岩稳定性极差。岩体节理主要发育有两组：28570-80、19030-50。隧道口紧邻湟水河，洞口段地表无泉眼出露，区内常年干旱少雨，岩体内地下水不富集，无地下水揭露。出口段主要为基岩山体，坡体表部岩体较破碎，各节理组成倾向均与隧道走向呈小角度相交，且倾角较缓，在38左右，开挖后，岩体极易沿陡倾顺坡向结构面发生破坏，对边坡的稳定性影响较小。2.12.2 隧道主要工程地质问题评价该隧道最大埋深为158.0m，洞口段为级围岩，洞身段主要为级围岩（占90%左右），隧道主要工程地质问题为季节性冻土，地应力，隧道涌水。1）季节性冻土项目区属季节性冻土区，标准冻深1.0m，在隧道进出口段开挖时，冻土融化，含粉土的碎石土呈散粒状，强度极低，成洞极为困难。冻岩融化，裂隙张开，强度降低。受反复冻融作用，洞身极易变形。根据现场开挖研究可行的施工工艺。2）隧道地应力评价由于拟建隧道最大埋深158.0m，埋深不大，岩体不能积累较强的地质构造运动应力，岩石主要为石英岩，不具备发生岩爆的条件。本隧道穿越的石英岩，属硬质岩，因该层为弱透水层，地下水不丰富，应力水平不高，无产生围岩大变形的可能性。综上所所述，隧道区构造应力较低；应力场以自重应力为主。在隧道开挖施工过程中，仅在洞壁有因卸荷引起的掉块、岩体坍塌等现象。3）隧道涌水量预测由于隧址区地表水特征主要接受大气降水，多以地表排泄为主，基岩裂隙水、断层裂隙水主要接受少量大气降水、冰雪融水，和两侧高山山体内的地下水补给，径流较长，在隧道开挖时，可能出现淋水或线状流水。南山一号隧道水文地质条件简单，因此本次隧道涌水量预测采用大气降水渗入法概算进行预测，全隧道涌水量为263.45m3d。 2.12.3 环境地质老鸭峡1号隧道隧址进出口植被覆盖率极低，少量植被覆盖均为灌木覆盖，在施工过程中，应以最小破坏植被面积为原则，隧道弃方及生产、生活垃圾要有规律的倾倒至设置专门的弃土场中，并对弃土场作必要的防护、排水及绿化处理。第三章 总体设计3.1 平面设计3.1.1 隧道平面选址1)选择合适的垭口。尽可能的选择线路总体方向上或较近的垭口，这是因为穿越垭口将使隧道里程既短的同时行车较易，造价较低；2）在所选的垭口里面，综合考虑分水岭两侧的展线情况，以及两侧是否有高程损失。优先选择展线良好、无太大高程损失的垭口3）考察所选垭口两侧地质水文条件。避开地质水文条件差的垭口。4）洞口及洞身要避开断层、溶洞、破碎带等不良地质条件；不选在向斜和背斜中心，竖直岩层，结构交界面等处；洞口尽可能与等高线相正交，以避免偏压。5）洞口要避开容易积水处，选择在排水良好的山嘴处，且应遵循“早进晚出”原则。3.1.2 平面线形设计1）一般而言，隧道线形设计尽量采用直线线形，除了服从路线走向外，还要着重考虑地形、地质及水文条件，而后者往往对隧道平面线形的设计起着决定性作用。如在选线时，隧道通常选择在垭口或“竹笋”形稳定的山体中，尽量避免穿越不良地质带，同时还要顾及到隧道的进出口位置，尽量使路线走向与地形等高线垂直，且左右两侧山体基本对称等，这些都是由地形、地质条件所决定。其实，在以往的隧道线形设计中这些也是一贯遵循的原则。为了更好的贯彻执行这些原则，在很多情况下就须将隧道的平面线形设计成曲线。尽管在隧道平面线形设计中不提倡使用曲线，但在很多情况下，它的设置确实能使一些选线原则得到更好的贯彻。2目前，在隧道线形的设计上，多数设计人员偏重于服从路线的总体布置和走向，即在平面线形设计上多采用直线形，致使隧道进出口位置不理想，常出现严重的偏压现象，洞口的失稳破坏时有发生；除此之外，在路线高差较大时，直线形也不易缓和路线纵坡，常导致长大纵坡出现，对行车，尤其是重车非常不利。很多行车安全事故之所以发生在隧道进出口处，除了因为在隧道进出口处存在的视觉和心理的不适应外，在下坡段长大纵坡导致的车速过快也是一个重要原因。随着我国公路隧道建设尤其是山岭区隧道建设的发展，隧道施工技术水平有了很大的提高。对于曲线隧道方案而言，在隧道施工方面存在的困难已不再难以克服。因此，在隧道平面线形设计中，为了避开不良地质地段、克服路线高差、改善线形指标，消除更多的安全隐患，曲线隧道方案已越来越多的被采用。就国外来讲，如美国及欧洲国家，修建公路隧道时，隧道平面线形大多数设计为平曲线，特别是在洞口段尽量设置为曲线，以利于光线的过渡，解决隧道进出口处视力和心理的不适应问题，同时避免因出口“白洞”影响而导致的驾驶人员加速出洞的现象，从而预防进出口处事故的发生。3）隧道主要服从路线总体走向，在综合考虑线形指标及工程造价的前提下，主要考虑隧道进、出口条件、隧址区工程地质条件、营运管理设施场地等因素；本隧道出于与线路的走向相契合的原因，采取了曲线设计方案。此曲线方案采取了半径为880m，缓和曲线长150m,曲线全长867m的设计。3.2 横断面设计3.2.1 设计原则隧道单洞净宽10.25m，横断面组成为：（0.75+0.5+3.752+0.75+0.75），限界高度5.0m。双侧设检修道，内轮廓考虑对结构受力有利及便于施工和模板台车的制作，衬砌断面内轮廓采用三心圆。隧道净空、横断面组成除满足行车净空要求外，还考虑到通风、照明、消防及其它运营管理设施所需空间。隧道净高采用5.0m。隧道路面横坡坡度设置为2%。 3.2.2 建筑限界根据公路隧道设计规范，隧道高度5米，行车道宽度3.75米，双车道布置，净宽10.25米，其中左侧余宽为0.5m，右侧余宽为0.75m，左右侧检修道宽度均为0.75m，路面坡度采用2.0%；车行横通道高5m，路面宽度为4m，不设侧向余宽，左右侧检修道宽度均为0.75m；人行横通道高2.5m，路面宽2m，不设侧向余宽和检修道；并且同时考虑了下列因素：（1）检修人员步行时的安全；（2）紧急情况下，驾乘人员拿取消防设备方便；（3）满足其下放置电缆、给水管等的空间尺寸要求，检修道高度设为50cm。表3.1 隧道建筑限界项 目净宽(m)净高(m)行车道(m)侧向宽度(m)检修道(m)主洞10.255.03.7520.5/0.750.752紧急停车带13.755.0/车行横洞4.55.0/人行横洞2.02.5/图3.1 隧道主洞建筑限界（单位：cm）3.2.3 隧道内轮廓隧道内轮廓设计除应满足隧道建筑限界的规定以外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰的需要，并为通风、照明、消防、监控、运营管理等设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量，使确定的断面形式及尺寸符合安全、经济、合理的原则。本隧道采用公路隧道设计规范附录B提供的v=60km/h情况下的标准断面，断面为三心圆，R1=5.40m，R2=10.52m，R3=1.0m ，R4=10.39m.图3.2 隧道内轮廓线(单位：cm)3.3 纵断面设计1）隧道纵坡一般有单面破和人字坡两种，且纵坡坡度为0.3%-3%；2）如若纵坡大于2%，车辆排放烟雾将急剧增加，所以尽量低于2%；本隧道纵断面设计综合考虑了隧道长度、主要施工方向、通风、排水、洞口位置以及隧道进、出口接线等因素。纵向坡陡设置为ZK30+337.800到ZK30+665.0为0.59%坡度，ZK30+665.0到ZK31+270.00为0.3%的坡度设置。第四章 衬砌结构设计及计算4.1 洞身衬砌设计4.1.1 洞身衬砌隧道洞身段衬砌均按新奥法原理设计，采用柔性支护体系结构的复合式衬砌，即以锚杆、喷射混凝土、钢拱架、钢架等为初期支护，超前注浆小导管、超前锚杆等为施工辅助措施，充分发挥围岩的自承能力，在监控量测信息的指导下施作初期支护和二次模筑衬砌。二次衬砌采用模筑混凝土或钢筋混凝土，二次衬砌抗渗等级不低于S6。衬砌结构设计采用工程类比法，结合构造要求，根据隧道埋置深度、围岩级别、结构跨度、受力条件，施工因素等，参照有关规范及国内外类似工程经验进行拟定有关参数，并根据地质资料所提供资料及相关的规范取用计算参数，选用同济曙光“公路隧道设计与分析”有限元程序进行结构计算校核。最后综合考虑各种影响因素确定各类型复合支护的参数。各级围岩复合式衬砌支护参数如表4。隧道断面设计除符合建筑限界要求外，考虑到洞内排水、通风、照明、消防、监控等运营附属设施所需空间，并考虑到围岩收敛变形及施工等必要的预留量，内轮廓采用三心圆。隧道衬砌结构型式均采用“新奥法”复合式衬砌，衬砌设计参数以工程类比法并结合计算分析确定，断面型式采用等截面三圆心，对于级围岩采用带仰拱衬砌，级围岩则不设仰拱。 级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢筋网配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用22砂浆锚杆,长度为3.0m，环向间距为1.0m，纵向0.5m；级围岩喷射混凝土厚度为15cm，预留变形量为4cm。级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用22砂浆锚杆，长度为3.5m，环向间距为1.0m，纵向间距0.5m。级围岩喷射混凝土厚度为26cm，预留变形量为10cm，钢拱架型号为I20b，间距为60cm。通过围岩监控量测，最终在初期支护相对稳定的条件下，全断面模筑二次混凝土衬砌。衬砌采用曲边墙拱形断面，级围岩二次衬砌厚度为35cm的素混凝土，级围岩二次衬砌厚度为45cm的钢筋混凝土。（1）行车道衬砌表4.1 分离式隧道洞身衬砌支护参数表 (单位：cm)衬砌类型适用条件喷砼锚杆钢筋网钢架预留变形量二衬形式纵环浅洞口明洞段/60cm厚钢筋砼洞身一般级围岩地段263506.5I20b1045cm厚钢筋砼(50100)2060加强设置车行横通道处203006.5I16740cm厚钢筋砼(50100)2560洞身III级围岩地段153006.5局435cm素砼(50100)25(2) 紧急停车带支护参数表4.2 停车带衬砌支护参数表衬砌类型喷砼锚杆钢筋网钢架预留变形量二衬形式纵横（cm）（cm）（cm）（cm）（cm）（cm）停203006.5/445cm厚素砼(50100)25/注：2、钢筋砼采用C25砼。（3）车行横通道表4.3 车行横通道衬砌支护参数表衬砌类型喷砼锚杆钢筋网格栅预留变形量二衬形式纵横车15300局6.5/435cm素砼(100120)25/(4) 人行横通道支护参数表4.4 人行横通道衬砌支护参数表衬砌类型喷砼锚杆钢筋网预留变形量二衬形式纵环人(60120)15局部布设双层6.525/注： 人行横通道路面设排水沟(矩形缺口)，人行横通道路面为1横坡。4.1.2 辅助施工设计本隧道采用的辅助施工措施主要有如下几项：（1）超前小导管：设置在隧道洞内的级围岩地段，采用外径42mm，壁厚3.5mm，长400cm的普通钢管，在钢管距尾端1m范围外钻直径6mm压浆孔。钢管环向间距35cm，外插角控制在610度左右，尾端支撑于钢架上，也可以焊接于系统锚杆的尾端，每排小导管的纵向搭接长度至少为1.0m。4.2 洞身衬砌验算 4.2.1 设计原则1）荷载及组合隧道结构采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量结构构件的可靠度，采用以分项系数的设计表达式进行设计。2）主要计算荷载1、结构自重2、土压力覆土荷载明洞及洞口浅埋段为隧道顶板上面覆土荷载；洞身深埋段根据围岩类别不同，按规范规定的计算公式进行计算。侧压力根据不同地段的弹性抗力系数设置弹簧或按设计规范的规定进行计算。3)可变荷载(活荷载)车辆荷载按公路级计算。4)施工荷载施工荷载包括设备运输及吊装荷载、施工机具荷载、注浆压力、材料堆载等，施工荷载取值视具体情况而定。5)地震荷载按公路工程抗震设计规范（JTJ 004-89）的要求进行验算。3）荷载组合结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，并取各自的最不利效应组合进行设计。荷载组合基本组合：永久荷载+可变荷载偶然组合：永久荷载+地震荷载标准组合：永久荷载+可变荷载施工期间采用荷载结构模型对隧道最不利典型