公路分离式朱家裕3号隧道涿州端设计与施工毕业设计.docx

毕业设计任务书 题目公路分离式朱家裕3号隧道涿州端设计与施工 专 业土木工程 班 级方1001-14学生姓名李泽东承担指导任务单位四方学院土木工程系导师姓名王君来导师职称 教授一、设计内容对朱家裕3号隧道涿州端隧道进行设计，内容主要有：1.设计依据及原则：包括设计应遵循的主要规范规程及主要原则。2.工程概况：包括本工程的设计范围、工程地质、水文地质概述；地面环境等。3.隧道结构选型及构造要求：包括结构选型、衬砌的构造要求、支护和衬砌设计参数的确定。4.隧道衬砌结构设计检算：包括计算荷载的确定、计算模型的建立、衬砌结构计算及整理、结构配筋计算。5.施工方法设计：包括主要施工方法确定、主要施工工艺方法、施工组织、指导性施工进度、施工监控量测等。应附图：地质纵剖面图，支护结构设计横剖面图、衬砌结构横剖面图、防水结构图，监控量测测点布置图等。6.外文翻译，隧道及地下工程方向设计施工相关文献翻译。二、基本要求1.通过文献、资料阅读，掌握隧道结构设计方法；2.熟悉衬砌结构设计计算方法。3.掌握隧道施工方法及施工组织设计。三、主要技术指标另见具体资料。四、应收集的资料及参考文献1.隧道设计规范；2.隧道施工规范；3.混凝土结构设计规范（GBJ10-89）；5.隧道设计手册；6.隧道施工手册；五、进度计划第12周 熟悉资料，查阅文献，外文翻译； 第3周 写出开题报告； 第45周 隧道衬砌结构设计验算； 第610周 施工方法设计及防水设计；第1112周 文整，答辩。教研室主任签字时间2014 年 02 月 17日 毕业设计开题报告 题目公路分离式朱家裕3号隧道涿州端设计与施工 专 业土木工程 班 级 方1001-14学生姓名李泽东承担指导任务单位四方学院土木工程系 导师 姓名王君来导师职称教授一、研究背景 公路被誉为一个国家走向现代化的桥梁，是发展现代交通业的必经之路，而中国在这条路上，则迈出了非同寻常的一个个令人赞叹的脚印。我国公路从建国初的几万公里到目前的400万公里，高速公路从1984年兴建到1988年底通车的第一条沪嘉高速公路开始到目前拥有总里程7.4万公里，居世界第二位，仅次于美国。这其中的发展历程留下了几代人艰苦奋斗的足迹，凝结了无数公路建设者们的辛勤汗水。而我国又是一个内陆多山的地址现状，所以，很多时候会碰到穿越山脉，横跨山谷的情况，因此我们就必须对于实际情况作出实际的研究和对策。作为一名学生和未来的公路工作的从事者，我觉得我非常有必要了解一些公路发展的历史，更要清楚地看清现状，和探讨公路事业发展的未来，这非常有利于我们更好的开展公路方面的学习、科研和施工工作。二、国内外研究现状 从20世纪70年代末开始，新奥法开始得到推广，新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称， 原文是 New Austrian Tunnelling Method 简称 NATM ， 新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹 (L. V. RABCEW ICZ) 教授于 50 年代提出的， 它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础， 将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法，经过一些国家的许多实践和理论研究， 于60年代取得专利权并正式命名。公路隧道技术人员逐渐注意到隧道围岩为“三位一体”(产生荷载、承载结构和建筑材料)的特性，并通过控制爆破、锚喷支护和现场监测等手段成功应用，提高了我国的公路隧道建设水平；而且在实践中也对新奥法进一步发展，特别是结合我国公路隧道建设国情，在基础理论方面开展了进一步的探索研究，如浅埋暗挖法等。而最主要的还要以新奥法为主。新奥法的原理虽然可用于各种类型的支护，但是，最为适用的是喷锚支护。因此喷混凝土、锚杆、量测被认为是新奥法的三大要素。它产生和发展的历史与这三者密切相关，但不能把喷锚支护误解为新奥法的同义语。新奥法支护机理其基本观点是根据岩体力学理论，着眼于洞室开挖后形成塑性区的二次应力重分布，而不拘泥于传统的荷载观念。所以它主要不是建立在对于坍落拱的“支撑概念”上，而是建立在对围岩的“加固概念”基础上。施工方法是根据施工条件、围岩类型、埋深、断面大小、环境等条件，结合考虑安全、经济、工期等因素综合选定。新奥法指导施工，采用的施工方法有:一是全断面法:用于坚硬围岩，利于组织大型机械化作业，速度快。二是台阶法:用于软弱、节理发育围岩。三是分部开挖法:用于软弱围岩，当跨度较大、地表沉陷难于控制时，才采用分部开挖法。 三、所要进行的主要工作和所采用的方法、手段 1.设计依据及原则：包括设计应遵循的主要规范规程及主要原则。 2.工程路段概况：公路设计荷载等级：公路-级。 设计行车速度：80km/h。 隧道设计标准：山岭重丘区高速公路隧道。3. 施工方法设计：主要包括施工方案的确定，施工监督，施工过程可能遇到的突 发事件，预急方案的确定，地质地貌确定等方面。4.工程概况：包括本工程的设计范围、工程地质、水文地质概述；地面环境等。5.具体情况根据实地考察在做部分的细微调整。 四、预期达到的结果1.通过做毕业设计了解更多的有关隧道和公路方面的知识。2.在学习的过程中熟练的掌握flac和Ansys软件的操作。3.熟练掌握不同地质所需的衬砌方法，各种围岩情况所对应的开挖方式。4.掌握施工方案确定的基本知识，基本会自己做简单的施工方案。教研室主任签字时间 年 月 日 摘 要朱家裕号隧道位于涿鹿县朱家峪村东南，为分离式单辐短隧道，本设计就是关于分离式隧道朱家裕号隧道如何施工，如何设计。设计开始我们对国内外隧道研究现状做了个简单的介绍，介绍了我国的研究水平，国外研究的现状。开挖的方法，开挖施工等。接下来我们对本设计的对象也就是朱家裕号隧道的地理地址情况做了数据和文字的详细解说。本设计采用Ansys和Flac以及CAD等软件对于隧道的应力、衬砌、围岩压力等情况做模型进行定性的分析和计算。CAD做隧道轮廓图，为Ansys建立模型数据参数，然后就是用Ansys建模、分块。最后用Flac进行初平和开挖。设计计算模型和选取计算参数，然后就是对隧道建好的模型进行数据的分析和对围岩压力的模拟计算。接下来就是对本隧道的开挖的设计，本设计采用光面爆破由于隧道处于、级围岩所以需要用微震预裂爆破，洞口的施工、洞身的施工要注意的是施工安全，施工的工艺。最后就是施工的工艺，隧道开挖后的初期工作，对隧道初期支护的施工，主要有：管棚支护，钢筋网，钢拱架，喷射混凝土。接下来就是防排水施工，最后是二次衬砌。关键词：建模 光面爆破 支护 Abstract公路被誉为一个国家走向现代化的桥梁，是发展现代交通业的必经之路，而中国在这条路上，则迈出了非同寻常的一个个令人赞叹的脚印。我国公路从建国初的几万公里到目前的400万公里，高速公路从1984年兴建到1988年底通车的第一条沪嘉高速公路开始到目前拥有总里程7.4万公里，居世界第二位，仅次于美国。Zhu Jiayu III tunnel is located in Zhuolu County,Southeast of Zhu Jia Yu Cun,is separated from the single radial short tunnel,the design is about the separated tunnel Zhu Jiayu III tunnel construction,how to design.Design we tunnel research at home and abroad to do a simple introduction,introduces the research level of China,situation of foreign research.The method of excavation, excavation construction etc.We next to the object of this design is the geographical address Zhu Jiayu III tunnel made detailed explanation of data and text.This design uses Ansys and Flac as well as CAD and other software for the tunnel should be analysis and calculation of stress,lining, surrounding rock pressure model is qualitatively.CAD tunnel contour data,model parameters for the Ansys,and then using Ansys modeling,block. Finally with Flac level and excavation.The design and calculation model and calculation parameters,and then to the tunnel built model for data analysis and to the surrounding rock pressure calculation.Next is the design of the excavation of the tunnel,the design of smooth blasting for tunnels in IV,V rock so need to use microseismic presplit blasting,we should pay attention to the construction of tunnel portal construction, the construction safety,construction technology.The construction process is the initial work, tunnel after excavation,there are mainly to the construction,tunnel primary support: pipe roof support,steel net,steel arch,sprayed concrete.The next is waterproof and drainage construction,at last is the two lining.关键词：隧道，新奥法，开挖Keywords: Modeling smooth blasting support 目 录第1章 绪论1 1.1 引言1 1.2 国内外研究现状1 1.3 高速公路建设对我国经济发展的作用2 1.4 高速公路建设的意义3 1.5 隧道建设中遇到的问题3 1.5.1 建设管理问题3 1.5.2 技术问题3 1.5.3 施工问题4 1.6 隧道施工方法4 1.7 隧道施工的方法适用的条件4 1.8 本设计研究内容和预计效果5第2章 工程概况6 2.1 工程简介6 2.2 工程地质条件6 2.2.1 隧址场地稳定性评价6 2.2.2 围岩分级7 2.2.3 有害气体及放射性评价7 2.2.4 洞口边坡稳定性评价8 2.3 主要新技术、新材料的应用8第3章 分离式隧道结构计算9 3.1 工程概况和工况选择9 3.2 ANSYS12.0和FLAC介绍9 3.3 计算模型和计算参数10 3.4 隧道模拟结果和分析12第4章 朱家裕3号隧道涿州端隧道施工方案16 4.1 总体施工方案16 4.1.1 洞口施工17 4.1.2 洞身施工18 4.1.3 洞门施工22 4.1.4 隧道施工注意安全措施22 4.2爆破施工方案23 4.2.1 爆破参数的选择24 4.2.2 周边眼的控制爆破26 4.2.3光面爆破27 4.2.4 爆破设计29 4.2.5 爆破施工管理34第5章 分离式隧道施工工艺36 5.1 初期支护施工36 5.1.1 管棚支护36 5.1.2 钢筋网40 5.1.3 钢拱架42 5.1.4 喷射混凝土44 5.2 防排水45 5.2.1 防水板铺设施工方法45 5.2.2 防水板的施工要点46 5.2.3 防水层质量检查46 5.3 二次衬砌施工47 5.3.1 二次衬砌混凝土47 5.3.2 模板台车47第6章 总结与展望50参考文献51致 谢52附 录53石家庄铁道大学四方学院毕业设计 第1章 绪论1.1 引言随着我国科学技术的进步和经济的高速发展，我国的大部分行业都在追求与应用先进的科学技术于本行业，使本行业的发展得到较大的进步，公路建设的发展同样也不例外。随着我国经济建设的飞速发展，我国的公路建设也有了较大的改观，公路的建设质量也有了质的飞跃，究其原因，不难发现这是由于我国的公路建设有了先进的科学技术和高科技含量的工艺流程给予的强大科技的支持。随着党中央把经济重心从沿海往内路，从城市往农村转移公路基础设施建设迅速发展。我国公路运输的发展，正处于大规模的基础设施建设时期。近二十年来，我国公路里程以平均每年新增1.8万公里的速度增加。特别是去年，为防范金融风险，国家决定加快公路基础设施建设，以拉动内需，刺激经济需求。因此，仅去年一年新增公路里程3.7万公里。到1998年底，全国公路通车总里程达到126万公里。目前，全国所有的县和97%的乡镇都已通了公路，初步形成了全国性的网络。在公路里程迅速增加的同时，公路的技术等级有了明显的提高，二级以上公路占路网里程的11.3%，特别是高速公路建设发展迅速。我国的高速公路建设比发达国家晚了大约40年，在1988年以前，我国没有一公里高速公路，到1998年底，十年时间，建成高速公路6258公里。在修建公路的同时，交通部门还在全国建立了45个公路主枢纽，这将为日后社会性的配送中心、物流中心的建立创造条件。公路是影响到我国经济发展的一个重要的因素，经济要想发展，社会要想进步就必须加强公路建设的速度与质量，公路建设的速度与质量关系着各行各业的发展。同样，公路的建设离不开科学技术的辅助，一个科学合理的公路建设就必须要有一套完整的科学技术作为后盾支撑。1.2国内外研究现状从20世纪70年代末开始，新奥法开始得到推广，新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称， 原文是 New Austrian Tunnelling Method简称 NATM ， 新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹(L. V. RABCEW ICZ)教授于50 年代提出的，它是以隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法，经过一些国家的许多实践和理论研究，于60年代取得专利权并正式命名。公路隧道技术人员逐渐注意到隧道围岩为“三位一体”(产生荷载、承载结构和建筑材料)的特性，并通过控制爆破、锚喷支护和现场监测等手段成功应用，提高了我国的公路隧道建设水平；而且在实践中也对新奥法进一步发展，特别是结合我国公路隧道建设国情，在基础理论方面开展了进一步的探索研究，如浅埋暗挖法等。而最主要的还要以新奥法为主。新奥法的原理虽然可用于各种类型的支护，但是，最为适用的是喷锚支护。因此喷混凝土、锚杆、量测被认为是新奥法的三大要素。它产生和发展的历史与这三者密切相关，但不能把喷锚支护误解为新奥法的同义语。新奥法支护机理其基本观点是根据岩体力学理论，着眼于洞室开挖后形成塑性区的二次应力重分布，而不拘泥于传统的荷载观念。所以它主要不是建立在对于坍落拱的“支撑概念”上，而是建立在对围岩的“加固概念”基础上。施工方法是根据施工条件、围岩类型、埋深、断面大小、环境等条件，结合考虑安全、经济、工期等因素综合选定。新奥法指导施工，采用的施工方法有：一是全断面法:用于坚硬围岩，利于组织大型机械化作业，速度快。二是台阶法：用于软弱、节理发育围岩。三是分部开挖法：用于软弱围岩，当跨度较大、地表沉陷难于控制时，才采用分部开挖法。1.3高速公路建设对我国经济发展的作用 我国的交通运输业，在新中国成立以来尤其是改革开放以后得到了前所未有的迅猛发展，整体运输业能力和质量都得到了极大地提高，改善了国家和地区各经济区域之间的运输联系，为我国社会经济的快速发展发挥着巨大的推动作用，极大地满足了我国社会和国防建设对运输的需求，保障了社会经济发展中各项活动的正常进行和发展。 交通运输是国民经济中一个重要的物质生产部门，他把社会生产、分配、交换与消费各个环节有机地联系起来，是保证社会经济活动得以正常进行和发展的前提条件。随着社会大生产的到来和发展，根据生产发展的需要，作为服务与社会化生产的交通运输业，以一个独立的生产部门立足于社会。它的基本任务就是通过极大地提高整个运输业的能力和工作质量，改善国家各经济区之间的运输联系，安全迅速，经济合理地组织旅客和货物运输，保证最大限度地满足社会和国防建设对运输的需求。另一方面，公路运输又可以推动社会经济发展，因为优良的公路运输和通信联络，对于充分开发，利用各地区潜在的资源，以推动当地经济发展能起重要的，有时甚至是决定性的作用。1.4高速公路建设的意义我国加入WTO将为我国经济建设营造更加有利的国际环境，从而使我国的运输事业也得到发展。同时也带来许多挑战和更多的要求。随着经济发展的需求高速化，高速公路建设也迫在眉睫，所以大力建设公路是我们工作的重中之重。加入WTO有利于运输行业引进国外的资金，先进技术和管理经验；有利于运输行业的改革；有利于激发运输行业的竞争意识；有利于企业进入国际市场。入世后无论是国际还是国内各种物资的运输量必将大大增强。另外，由于我国幅员辽阔，人口分布不均，资源分布不均，地区经济发展差异较大等原因，入世后，必将形成比现今更为强大的人流和物流。然而，国内许多地区的交通运输通道已经饱和，这成了制约国民经济发展的突出因素，严重影响了地区个体发展速度和国家的整体优化进程。如我国铁路就存在通运能力十分紧张，路编组站能力严重不足，管理体制落后等问题。因此，如何在入世后建设和规划运输体系，将放在国民经济发展总体中首当其冲的位置。由此可见，交通运输体系是国民经济的重要组成部分，两者之间相互促进，相互制约。因此，在经济发展过程中，协调好两者的关系具有举足轻重的1.5隧道建设中遇到的问题1.5.1 建设管理问题 大型公路隧道建设项目的前期论证不充分，工可研究不深入，考虑因素不周全。有的地方为了上项目，人为夸大交通量和经济指标；有的地方为争建全国第一甚至亚洲第一长隧道，不按实事求是的态度科学进行工程可行性论证，强行上马，给国家和地方的经济带来极大的负担；业主单位对工程前期建设投入不够或者急促上马，给后续的工程建设带来很大的麻烦；隧道和公路同时开工，业主管理力不从心；项目总承包漏洞较多，国家和建设单位资金负担加重；公路隧道建设项目招投标过程中没有真正贯彻“风险共担”的原则，业主把本应由自己承担的地质风险全部转嫁给承包商，给日后的工程变更带来困难；由于管理制度的不完善和专业监理工程师的缺乏，大型公路隧道的勘察设计阶段没有实行监理制度，施工阶段监理工作也存在某些问题。 1.5.2 技术问题 由于时间紧，隧道设计形式上是新奥法，但并不深入仔细研究要设计隧道的围岩地质特点，千篇一律凭经验套图设计，致使开挖后出现施工方法不适应或者变更较多。 有的勘察单位技术力量或者资质不够，但由于区域利益原因也参与隧道工程地质勘察，结果造成地质勘察不到位，工作不深入，资料不齐全。边设计，边勘察现象屡有发生，甚至出现无勘察资料盲目进行初步设计的情况。 对公路隧道建设中的关键技术，如通风细部参数、防灾救灾预案、通风井与施工进度的关系、深竖井施工技术等研究系统深入程度不够，造成后期工程建设管理的困难，甚至造成较大的浪费。 1.5.3 施工问题 承包商低价抢标，中标后则暗地里转包，或者在施工过程中偷工减料，或者在施工过程中采用故意加大装药量和其他方法，人为造成围岩破碎的现象或者制造塌方事故，要求工程变更，给隧道工程建设的管理带来极大的困难;承包商由于技术和经济利益的原因，不能严格按照新奥法的要求进行施工，对隧道施工过程中的监控量测，通常在洞口段和出现问题时尚能认真实施，但在洞内和施工顺利时则流于形式。设计单位由于技术和管理方面的原因，真正做到动态反馈设计的很少。1.6隧道施工方法分离式隧道是深埋长大高速公路隧道施工的主要方式，鉴于两洞的施工进度不同，利用先开挖洞的岩爆发生情况，对后开挖洞的岩爆发生情况进行了预测，并采用有限元数值模拟进行计算分析.结果表明，当初始应力场中的水平应力和竖向应力相当时，随着研究区侧压力系数的增大和净距的减小，后开挖洞拱底发生岩爆的强度会随之增大。当初始应力场中的水平应力占主导地位时，随着研究区侧压力系数的增大和净距的减小，后开挖洞拱顶发生岩爆的强度会随之减少。通过实际工程对计算分析结果进行了验证，结果表明，隧道实际发生岩爆的情况和计算结果较为吻合。1.7隧道施工的方法适用的条件 全断面法施工 围岩自稳性好，无地下水出露或出露量不大；采用大型机械配套作业；超前开挖导洞时，应控制开挖距离，隧底距掌子面不大于60m。 台阶法施工 台阶分界线不得超过起拱线，长度不大于30m，台阶不宜多分层，台阶长度不宜超过隧道开挖宽度的1.5倍。台阶不宜多分层。上台阶钢架施工时，应采取有效措施控制其下沉和变形；下台阶应在上台阶喷射混凝土强度达到设计强度的70%后开挖。 中隔壁法开挖 初期支护完成后方可进行下一部分开挖，地质较差时，每个台阶底部均应按设计要求设临时钢架或临时仰拱；各部开挖时，周边轮廓应尽量圆顺；应在先开挖侧喷射混凝土强度达到设计要求后再进行另一侧开挖；左右两侧导坑开挖工作面的纵向间距不宜小于15m。当开挖形成全断面时，应及时完成全断面初期支护闭合；中隔壁及临时支撑应在浇筑二次衬砌时逐段拆除。 隧道洞口段二衬必须及时施作，掘进超过50m的，必须停止开挖进行二衬施工；洞口及洞内软岩段二次衬砌尽早施工，其他段落根据监控量测结果适时施工，一般情况下二衬距掌子面的距离不超过200m；二衬作业面距铺底作业面距离一般为30m，距矮边墙作业面距离一般为50m，以保证正常二衬施工进度。1.8本设计研究内容和预计效果对于本次设计隧道设计施工过程中存在的问题，我通上网查询了有关资料，了解国内外分离式公路隧道修建技术和相关的施工工艺，在参考同类隧道的研究及工程经验基础上，根据朱家峪号隧道的地质情况，以及设计要求，将该隧道设计成分离式隧道，本设计主要的研究方面：根据朱家峪号隧道的地质情况，以及周围的人文地质条件设计相关的开挖方式，做出构造要求以及衬砌结构设计检算。根据围岩类别及地质情况，选择合理的断面结构、衬砌构造，确定支护和衬砌设计参数；确定计算荷载、建立计算模型、计算整理衬砌结构。根据朱家峪号隧道的地质情况，选择最优、最经济、最适合实际的开挖方案，做好各步骤的协调，不要让施工时候乱成一团，合理调度各资源，保证合理、安全、经济的完成工程。根据朱家峪号隧道的地质情况，选择合适的出水、排气、出渣的措施，保证工人们的安全，提高工程质量，给出最绿色的工程方案。通过这次的毕业设计熟练的掌握隧道施工的方法，多学习施工时候要注意的细节，熟练使用各种施工时所需的软件。把握国内分离式公路的发展前景，多了解国外的先进技术运用在实际当中，多和老师同学们交流心得，互相促进。80第2章 工程概况2.1工程简介朱家峪号隧道位于涿鹿县朱家峪村东南，为分离式单辐短隧道，起终点桩号为K63+622K63+890，全长268m。隧道最大埋深约46m。本隧道为右幅单洞单向行驶两车道隧道。隧道最大宽开挖宽度约15.50m，开挖高度约11.72m。本隧道平面线形为R=610m圆曲线，进出口超高均为4%。纵断面线形设计坡度/坡长为2.75%/268m。隧道进出口洞门设计均采用端墙式。隧道区仅有山间小路相通，交通不太便利。施工用电应与隧道营运用电统一考虑，施工用水可打井或取自邻近自然沟内地表水，施工便道可自附近已有的公路引至隧道洞口。表2-1 朱家裕3号隧道涿州端隧道概况表AA端洞口BB端洞口隧道长度(m)桩号高程(m)纵坡桩号高程(m)纵坡268K63+622914.0672.75%K63+890906.7772.75%2.2工程地质条件2.2.1隧址场地稳定性评价隧址区未见断层，也没有发生过强震，未发现区域性构造或大的断层，只是岩脉发育，已将裂隙充填，历史上也没发生大地震，表明场地具有较好的区域稳定性。表2-2 朱家裕3号隧道涿州端围岩情况及开挖方式埋深情况起讫里程围岩级别 长度 (m)埋深 浅埋K63+622K63+628 60h18.84 深埋K63+628K63+660 3218.84h30续表2-2埋深情况起讫里程围岩级别 长度 (m)埋深 深埋K63+660K63+860 20018.84h46 深埋K63+860K63+882 2218.84h36 浅埋K63+882K63+890 80h18.84注： 隧道开挖宽度：15.5 m 开挖高度： 11.72 m 2.2.2围岩分级按围岩基本质量指标BQ划分围岩表，得出强风化二长花岗岩为级，中风化为级，隧道出入口处有部分薄层全风化覆盖层，类别为级。对应隧道具体地段及围岩特征列入下表2-3：表2-3 围岩级别与围岩特征表级别BQ定性特征分布地段250坡角处及坡面堆积碎石土及破碎岩体、强至中风化二长花岗岩，为软岩，发育4组裂隙，体积隙率Jv=20条m3， Kv=0.42，BQ=228，BQ=193，Rc=11MPaK63+615660 45mK63+860925 65m351350强至中风化二长花岗岩，为较坚硬岩，发育4组裂隙，体积隙率Jv=18条m3，Kv =0.60，BQ=345，BQ=315，Rc =35MPa，有滴水K63+660860 200m2.2.3有害气体及放射性评价隧道通过段是二长花岗岩体，不含有害气体的矿产，不会产生有毒气体和瓦斯逸出或爆炸的危险。2.2.4洞口边坡稳定性评价进洞口边坡稳定性分析隧道进洞口设于山体斜坡，自然斜坡东倾，坡度4560。基岩风化较严重，边坡整体稳定性较差，建议开挖时采取必要的支护手段，根据地质测绘资料，在洞口附近无断层，也无滑坡，但开挖时可能发生崩塌等不良地质现象。隧道出洞口边坡稳定性分析隧道出口洞门位于山体斜坡，自然斜坡北倾，坡角3045，全风化层覆盖，边坡整体稳定性较差，建议开挖时采取必要的支护手段，以保证安全。2.3主要新技术、新材料的应用隧道洞口设计注重环保理念，隧道在有条件时，尽可能采用零开挖，减小边仰坡高度，最大限度的减少洞口开挖范围，有效的保护环境；为增加复合式路面结构的防火性能，在复合式路面的沥青混合料中添加阻燃剂颗粒；为防止隧道内路面结构层下积水对路面结构层的破坏，在路面结构层以下设置纵横向盲沟；隧道防排水系统中采用带注浆管遇水膨胀止水条，以增强变形缝、施工缝处的防水效果。第3章 分离式隧道结构计算3.1工程概况和工况选择该课题是关于朱家裕3号隧道涿州端设计与施工，隧道围岩分级主要有IV、V级围岩，其中主要以IV级围岩为主，属于深埋隧道。本章以IV级深埋隧道的一段进行模拟，其隧道轮廓图如下图： 图3-1 隧道内轮廓图隧道模型的支护方法、开挖方法、循环进尺，模拟部分的支护参数该四级围岩分离式隧道支护采用格栅钢架，榀距0.75m，钢筋网片8mm钢筋网，20cm20cm，单层布置，锚杆25mm中空注浆锚杆，L=3.0m，环向间距1.0m，纵向间距1.0m，C25喷射混凝土，厚20cm。该四级围岩双连拱隧道开挖方法为中导洞正台阶法，中导洞超前施工40m，循环进尺台阶长度为10m，循环进尺为2m。3.2ANSYS12.0和FLAC介绍本模型采用ANSYS12.0建模。本设计所用到的软件是CAD、ANSYS12.0、FLAC在老师的带领下我们经过两周的学习学会了如何用ANSYS软件将CAD的图像输出以后呈现出来，开始学习真心的很难，不过在导师的指导下我们开始渐渐的入门，如何显示图像，怎么导入，如何分块，初平，建模和开挖。由于ANSYS全部是由英文操作，所以的在不认识单词的状况下，只能记着那个单词，不知道什么意思但是要知道他是做什么的，最后老师给了我们3页的笔记，在老师的讲解和现场指导下我们逐渐熟练了起来，虽然很多时候做不出来但是我们没有放弃，请教老师和同学交流有问题大家一起讨论，在多次出错每次解决之后我们最终做出了自己的初平和开挖的模型。真的很有成就感，但是感觉很幸福，在老师的带领下我们很快的掌握了我们要做的精髓，最后我们圆满的完成了建模、初平和开挖这几个步骤。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。ANSYS程序提供了两种实体建模方法：自顶向下与自底向上。自顶向下进行实体建模时，用户定义一个模型的最高级图元，如球 、棱柱，称为基元，程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型，如二维的圆和矩形以及三维的块、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模，用户均能使用布尔运算来组合数据集，从而“雕塑出”一个实体模型。ANS YS程序提供了完整的布尔运算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模型时，对线、面、体、基元的布尔操作 能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还包括圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和 删除。自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即：用户首先定义关键点，然后依次是相关的线、面、体。ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括四种网格划分方法：延伸划分、映像划分、自由 划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后 选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了 用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析、估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算、估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。3.3计算模型和计算参数 为减少边界约束效应，计算范围按左右边界距竖井中心线距离5倍边长考虑，整个计算模型在X、Y、Z三个方向尺寸为40m80m60m，模型左、右、前、后和下部边界均施加法向约束，模型上边界的竖向坐标为45.0383，而自由边界距地表的距离65.2617，施加的约束为15.079103。围岩及初期支护均采用八节点六面体单元来模拟，模型共划分了302255个节点和27460个单元。三维计算模型如图3-2所示。图3-2 三维数值计算模型围岩视为摩尔-库仑理想弹塑性材料，支护结构视为弹性材料。围岩及初支的物理力学参数根据地质资料及现行铁路隧道设计规范确定，其物理力学指标如表3-1和表3-2所示。表3-1 围岩各层物理力学性能指标容重/kNm-3弹性模量/MPa泊松比内聚力/KPa内摩擦角/剪胀角/20.0 500 0.32535 15表3-2 隧道初期支护力学性能指标材料类型容重/kNm-3弹性模量/GPa泊松比内聚力/MPa内摩擦角/剪胀角/初期支护2229.50.3 钢架、钢筋网 22.52100.32 3.4隧道模拟结果和分析隧道开挖后，隧道最大主应力和最小主应力如图3-3和图3-4所示 图3-3 最大主应力及参数图3-4 最小主应力及参数隧道开挖后X、Y、Z轴个方向上的应力及参数如图3-5图3-7图3-5 X轴方向的应力 图3-6 Y轴方向的应力图3-7 Z轴方向的应力隧道初期支护最大应力和最小应力如图3-8、图3-9所示图3-8 支护最大应力图3-9 支护最小应力隧道支护X、Y、Z个方向上的应力图如3-103-12所示：图3-10 X轴方向支护的应力 图3-11 Y轴方向支护的应力图3-12 Z轴方向支护的应力 长度方向(X轴方向)隧道结构变形位移最大为0.5mm，距地表大约为4m；宽度方向(Y轴负方向)隧道结构向风道外变形最大为0.25mm，距离地表大约为13m。竖向隆起(Z方向)最大值为0.25mm，发生在靠近隧道边墙的部位，且随深度无变化。支护最小主应力以压应力为主，最大值为2.5MPa，最大主应力以拉应力为主，最大值为5.0MPa。满足安全条件。 第四章 朱家裕3号隧道涿州端隧道施工方案朱家裕3号隧道涿州端隧道施工，对于不同级别的围岩，地质环境情况所选用的施工方法也不同。级围岩采用全断面开挖，开挖循环进尺控制在3.54m之间，开挖出渣后即对岩面素喷一道C25级混凝土封闭岩面，为了消除施工工序之间的相互干扰，实现平行流水作业，加快工程进度，初期支护锚杆，钢筋网及混凝土复喷等工序和开挖适当拉开一定的距离，距离一般控制在25m以内；级围岩相对于级围岩性更弱，因而全断面循环进尺宜控制在2.53m之间，开挖出渣后即进行锚杆、钢筋网、喷射混凝土等初期支护工作；级围岩比级围、级围岩更差，因而为了防止隧道坍塌、保证施工安全，应遵循“短进尺，弱爆破，早支护，勤量测早封闭”的原则，开挖采用中长台阶的方式，即先开挖上断面并初期支护，然后进行下断面及仰拱的开挖，开挖循环进尺控制在2.5m以内。为了控制隧道的超挖和欠挖导致补炮多次扰动围岩，一定要做好光面爆破设计，使得爆破后轮廓线最大程度的接近测量弧线，周边眼炮眼残留率达到：级围岩80%以上，级围岩75%以上，级围岩50%以上。4.1总体施工方案根据朱家裕3号隧道涿州端隧道的地质情况，参考公路隧道设计规范，确定该隧道的总体施工方案。全线隧道均采用复合式衬砌，按照新奥法原理组织施工。具体施工方法根据地质情况、断面大小等因素综合考虑。“新奥法”的核心思想是充分“利用”围岩的自稳能力，而“利用”的前提是“保护”围岩，避免或减少其松弛。所以，一切保护围岩、控制围岩变形的措施都是符合“新奥法”原理的，都是合理的。相反，如果施工无法达到设计效果的设计则是违背“新奥法”原理的，是不合理的。而判断措施是否合理的最有效依据就是围岩监控量测，广大技术人员，共同努力，有效实现“新奥法”。 隧道开挖方式级级围岩处短台阶法开挖。 开挖进尺要短，一般情况下进尺长度为一榀钢支撑的间距，洞口要为50cm，洞身要视情况可加大至70cm。隧洞洞口处进出口采用长管棚注浆支护。 隧道洞口仰坡、边坡高度和坡度，对洞口边、仰坡应采取必要的防护措施，护面墙、衬砌护坡。由于进、出口段地形较陡，覆盖有较厚的全风化层，为了环保考虑，应保持原有山体及植被并接长明洞。 在隧道开挖时候需要注意，出渣、通风以及出水和开挖的协调性。 开挖的隧道初期要注意勤量测，对于围岩比较脆弱的地段要做好“早支护，早封闭，勤量测”防止在开挖以后由于围岩松动引起隧道的一些事故。4.1.1洞口施工洞口作为隧道的咽喉部位，入口施工安全的成败是隧道成败的关键。所以做好洞口设计是我们这个工程设计的一个重要部分。隧道进洞口设于山体斜坡，自然斜坡东倾，坡度4560。基岩风化较严重，边坡整体稳定性较差，建议开挖时采取必要的支护手段，根据地质测绘资料，在洞口附近无断层，也无滑坡，但开挖时可能发生崩塌等不良地质现象。此外为稳定洞口仰坡正面岩土体，洞口处做厚1.0m，长3m的C30砼护拱，护拱由4榀I20a工字钢架作骨架，纵向设22连接钢筋，环向间距30cm。同时为使洞口及早稳定，要尽早施作明洞。明洞地段开挖达到设计要求后采用衬砌钢模台车，外模采用组合钢模，先浇筑拱墙砼，隧道进洞后再施作遂底砼。待明洞施工完成且进洞30m后，开始洞门施工，采用大块组合钢模，脚手架支撑，泵送砼入模。完成洞门后，在明洞背部施作防水层，并铺设2cm砂浆保护层，然后自上而下分层对称回填浆砌片石和土方，明洞背部回填土达到设计厚度和密实度后，予以植草。明洞开挖：敞开式开挖，施工按开挖一段，灌注一段，回填一段的方法，避免全面敞开开挖。 技术措施： 明洞地段的土石方开挖时，应采取控制爆破措施，但不得采用大爆破。开挖坡面安装设计要求及时进行防护和支护。明洞施工按照设计要求，对地层进行预加固，然后分层开挖和支护，边、仰坡分层施做喷锚支护、格构网、植草等方法保持其稳定。明洞侧壁基础要设置在稳固的地基上，基础埋设宽度和深度符合设计要求；若两侧地基松软或软硬不均时，要采取有效措施进行加固。 明洞开挖土石方的弃置不得影响既有建筑物的安全，并应符合环境保护和水土保持的相关规定。 明洞防排水的结构形式应符合设计要求。 安全措施： 进入施工现场必须正确佩戴好安全帽，施工操作人员应穿戴好必要的劳动防护用品。严禁疲劳作业及酒后作业。 特种作业人员持证上岗。 在施工全过程中，应严格执行有关机械的安全操作规程，由专人进行操作。应加强机械维修保养工作。 洞口工程洞口开挖 隧道施工便道修至洞口附近后，近洞口侧60M范围内及两洞口中间地带，用装载机辅以挖掘机整平压实，修建供风、供水、供电设施，并用作材料存放场地和机械停放场地。洞口及明洞在开挖过程自上而下分层开挖。施工机械以挖掘机为主，遇地层坚硬石质人工打眼松动爆破，运输采用15t太脱拉自卸车。 边坡防护 洞口开挖后的边仰坡面按设计整修平整，及时按设计进行防护，以防风化、雨水渗透而坍塌或滑坡。 洞门修筑 本隧道洞门修筑在进洞施工前完成，并完成明洞回填工作，做好洞口范围的排水工作，以确保洞口稳固、安全。 洞门装饰洞门装饰作为一个辅助的建筑，主要以实用大方，耐久，经济美观为主。根据不同的地理环境地质条件，选用不同的洞口装饰 明洞工程洞口施工顺序上台阶环形开挖 上台阶拱部初期支护 上台阶核心土 下台阶开挖 下台阶边墙初期支护 隧道捡底及初期支护 仰拱浇筑 二次衬砌整体支护 洞口明洞施工注意事项 开挖需进行爆破时，必须经工程师同意，反复检查支护安全可靠后，方可进行弱爆破。 使用拱墙交错施工，不得两边同时开挖，边墙围岩较差时分两层开挖。 施工中认真进行围岩量测工作，根据对围岩变化的观测及量测数据，考虑