毕业设计（论文）-厦门翔安海底隧道的设计与施工.doc

山东科技大学毕业(论文) 1 摘摘 要要 随着科技的不断进步，现代隧道无论是从结构计算，还是从施工方法 都较以前有了较大的飞跃。本设计课题为厦门翔安海底隧道，注重的是结 构计算，重点研究新奥法施工。 全套图纸加扣 3012250582 该隧道结构计算采用的是结构力学位移方法计算，施工采用钻爆法施 工，服务隧道超前开挖，并充分发挥其作为超前地质预报的作用。两端洞 口陆域和浅滩全强风化段的主要施工措施为：洞口采用超前大管棚支护， 注浆止水，洞内超前注浆小导管支护，主洞采用双侧壁导坑法开挖。海域 段风化深槽的施工方案主要考虑注浆止水与围岩加固相结合，采用全断面 （帷幕）超前预注浆配合长短结合的超前注浆小导管辅助施工措施进行处 理。 新奥法施工隧道的主要特点是：通过多种量测手段，对开挖后隧道围 岩进行动态监测，并以此知道隧道支护结构的设计与施工。其核心目的是 为了“保护围岩，调动和发挥围岩的自承能力” 。 关键词关键词: 隧道；新奥法；结构力学位移方法；钻爆法 ；超前地质预报 山东科技大学毕业(论文) 2 Abstract With the continuous progress of science and technology, the modern structure of the tunnel either from the calculation or from the construction method are larger than before with the leap. The design issues Xiangan Xiamen Harbor Crossing, focused on the structure, the focus on construction of the new Austrian law. The tunnel structure is calculated using the displacement method of structural mechanics, construction drilling and blasting method using the service tunnel excavation in advance and give full play to its role as the role of TSP. Land and shallow ends of the hole strong weathering the whole paragraph for the main construction measures.Deep weathering waters above the main consideration of the construction program of water and rock grouting reinforcement combined use of full-face (curtain) with the length of pre-grouting ahead of the advance combined with small catheter-assisted grouting measures to deal with construction. NATM tunnel construction of the main characteristics is: measurement through a variety of means, after the tunnel excavation for dynamic monitoring, and to know that the tunnel support structure design and construction. Its core 山东科技大学毕业(论文) 3 purpose is to protect the surrounding rock, mobilize and bring into play the self-supporting ability of surrounding rock. Keywords: Tunnel , New Austrian Tunneling Method , Displacement method of structural mechanics , TSP 山东科技大学毕业(论文) 1 目目 录录 1 绪绪 论论.1 1.1 设计课题简介.1 1.2 设计目的与意义.1 1.3 国内外研究现状与进展.3 1.4 主要研究内容.7 2 工程概况工程概况 .10 2.1 工程简介.10 2.2 工程建设条件.11 3 隧道线路与断面设计隧道线路与断面设计.13 3.1 路线设计.13 3.2 纵断面设计.13 3.3 横断面设计.14 3.4 洞口段设计.16 4 隧道开挖方法选择与基本开挖参数确定隧道开挖方法选择与基本开挖参数确定.20 4.1 开挖方法设计.20 4.2 隧道具体开挖方案设计.21 4.3 开挖参数设计.24 5 隧道衬砌结构计算隧道衬砌结构计算.25 5.1 荷载计算.25 5.2 衬砌几何要素.27 5.3 计算位移.29 5.4 解力法方程.45 山东科技大学毕业(论文) 2 5.5 主动荷载及被动荷载（）产生的衬砌内力 .461 h 5.6 最大抗力值得求解.48 5.7 计算衬砌总内力.49 5.8 衬砌截面强度验、检算.51 5.9 配筋计算.52 6 隧道施工工艺与施工技术隧道施工工艺与施工技术.60 6.1 衬砌结构方案.60 6.2 隧道通风.60 6.3 保温工程.64 6.4 洞内横通道.65 6.5 紧急停车带.65 6.6 洞内检修道、设备洞室.66 6.7 洞内路面.66 6.8 内装与防噪设施.67 6.9 隧道消防系统.67 6.10 隧道照明.67 7 隧道施工组织设计隧道施工组织设计.70 7.1 概述.70 7.2 施工方法.71 7.3 施工组织设计图.74 专题设计专题设计.76 8 诸城市舜都广场基坑支护方案设计诸城市舜都广场基坑支护方案设计.76 8.1 工程概况及场地周边条件.76 山东科技大学毕业(论文) 3 8.2 工程地质条件简述.76 8.3 基坑安全等级及技术控制标准.77 8.4 基坑支护方案设计要点.78 8.5 支护参数及防排水设计.84 8.6 检测与监测.88 参考文献参考文献.91 附附 录录 1.93 THE DEVELOPMENT OF BUILDING MATERIALS.93 附附 录录 2.98 建筑材料的发展.98 致致 谢谢.101 山东科技大学毕业(论文) 1 1 1 绪绪 论论 1.1 设计课题简介设计课题简介 本次毕业设计课题是厦门翔安海底隧道的设计与施工。厦门翔安隧道 连接厦门岛东部的五通和对岸翔安大陆的西滨，将作为厦门本岛第三条进 出岛通道，兼具公路和城市道路双重功能。厦门翔安隧道工程全长 8.695km，其中海底隧道段长约 5.95km，设双向六车道，采用三孔隧道形 式穿越海域，两侧为行车主洞，中间一孔为服务隧道。隧道沿线设通风竖 井两道，车行横洞 5 处，人行横洞 12 处，翔安西滨侧设收费、海底隧道。 工程概算约 31.97 亿，预计工期 4 年，于 2005 年 4 月 30 日动工修建。 1.2 设计目的与意义设计目的与意义 1.2.1 设计目的设计目的 这次设计的课题：厦门翔安海底隧道的设计与施工，非常具有实践性 和针对性，通过这次毕业设计，我们对隧道的线路与路面设计、隧道开挖 方法选择、隧道围岩压力和衬砌结构设计、支护参数的确定和效果检验都 要有深入的计算和研究。同时在选择隧道施工方法时要明确考虑的基本要 素有施工条件、地质条件、隧道断面积、埋深、工期和环境条件等；隧道 施工原则有除了考虑隧道工程的地质条件外，还要强调施工方法必须符合 快速、安全、质量及环境的要求。 在课程设计中，对隧道施工技术的掌握是最重要的目的。隧道施工技 术，主要是研究解决隧道施工过程各种施工方法所需的技术方案和技术措 施，特殊地质、不良地质段的施工手段，隧道工程施工过程中的爆破、衬 山东科技大学毕业(论文) 2 砌、支护、通风、防尘、防瓦斯、防有害气体、及照明、水、风、和电的 作业方式及操作技术标准和要求，围岩变化的测量监控方法等等。施工技 术是确保所选择的施工方法的实施，随机性强。隧道施工技术的基本原则 有：隧道的围岩，是隧道的主要承载单元，在隧道的施工过程中应充分保 护和维护围岩，避免过度破坏和损伤一流围岩的强度，使暴露围岩尽量保 留既有的状态：为充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有可控制的变形； 在隧道工程施工过程中，实地测量监控，及时提出可靠的、足够数量的测 量信息，指导施工；在选择支护手段时，原则上选择面积牢固与围岩及时 紧密接触的设施和应变能力强的支护手段；隧道施工过程中，要特别注意 围岩力学状态的不断变化的情况及过程；在任何情况下都要保证隧道断面 能在较短时间内闭合。本课题的目的就是结合实际工程和参考资料来研究 和选择隧道的施工方法和施工技术，提出施工方案，看所选用方案是否可 行，并通过具体工程提出相应解决方案，加以总结。 1.2.2 设计意义设计意义 厦门翔安海底隧道的设计与施工这次毕业设计，是我们第一次把自己 所学的知识综合运用到实际工程实践中。隧道的设计与施工几乎包含了整 个隧道建设最重要的内容，有隧道的线路与路面设计、隧道开挖方法选择、 隧道围岩压力和衬砌结构设计、支护参数的确定和效果检验等，这些方面 在设计中出现各种问题都要我们查阅资料，咨询老师自己解决。 通过这次设计，让我们了解到了国内外隧道与地下工程研究的现状与 进展、隧道的主要施工工艺和施工技术、隧道的衬砌支护手段、隧道的防 灾防水问题及不良地质段的隧道施工方法等。在进行设计中，对地下结构 的计算原理有了一定的了解，地下结构的就算理论一般以文克尔假定为基 础的局部变形理论和以弹性理论为 山东科技大学毕业(论文) 3 基础的共同变形理论。地下结构周围存在着岩体或土体，在外部主动荷载 作用下，衬砌发生变形，当衬砌向地层方向变形时会受到来自地层的弹性 抗力，它属于被动荷载，其数值大小和分布规律与衬砌的变形有关，因此 衬砌的计算是设计的重点。地下建筑结构的计算方法有结构力学法、弹性 地基梁法、矩阵分析法和有限元法。目前，由于计算机前后处理技术的发 展，有限元法在工程设计中得到越来越多的应用。隧道目前的主要施工方 法有传统的矿山法和新奥法，矿山法基本原则是少扰动、早支撑、快衬砌。 它是以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成型后，逐步将临时支撑换 下来，而代之以整体式厚衬砌作为永久支护的施工方法。这种方法常应用 于不便采用锚喷支护的隧道中。新奥法是一隧道工程施工经验和岩体力学 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，通过 监测控制围岩变形，充分发挥围岩的自称能力的施工方法。新奥法是一个 体现应用岩体动态性质较完整的力学概念，科学性较强的隧道施工方法， 因而不能单纯的将它仅仅看成事一种施工方法或是一种支护手段，由于新 奥法的应用和发展，是隧道及地下工程理论进入现代理论的新领域和高水 平，从而使隧道及地下工程的实际和施工更符合地下工程实际。本课题研 究的意义，除了上面提到的，还对自己了解并熟悉隧道设计与施工有较大 的帮助，在设计中学习，在学习中完成相关的设计，明确工程中的计算， 施工，组织思路，为自己即将走上工作岗位打下坚实的基础。 1.3 国内外研究现状与进展国内外研究现状与进展 当前国内外隧道设计与施工发展的概况，大体上课反映在有关设计规、 范、规则指南以及一些权威性专著之中。 隧道工程的施工条件是极其恶劣的，尽管各种地下工程转用工程机械 山东科技大学毕业(论文) 4 越来越多，在新奥法理论指导下施工方法指导下得到了根本性的改变，这 得益于科技的发展，但体力劳动强度和施工难度仍然很高。历史上为了减 轻劳动强度，人们曾经做过不懈的努力。在古代一直使用“火焚法”和铁 锤钢钎等原始工具进行开挖，直到 19 世纪才开始钻爆作业，至今大约有 一百年的历史。在此期间发明了凿岩机，经过将近一个世纪的努力，发展 成为今天的高效率大型多臂钻机，使工人们能从繁重的体力劳动中解放出 来。和钻爆法完全不同的还有两种机械开挖法，一种是用于开挖软土地层 的盾构机。经过一个世纪的不断改进，已经从手工开挖式层的盾构机，发 展到半机械化乃至全机械化盾构，能广泛用于各种复杂的软土地层的掘进； 另一种是用于中等以上坚硬岩石地层的岩石隧道掘进机，机械化程度大大 提高，加上辅助的通风除尘装置，使工作环境得到了很大改善。目前应用 高压水射流破岩技术已经过关，他能以很快的速度在花岗岩中打出炮眼， 再在坑道周边用高压水切槽，然后爆破破岩。优点是减少超挖，可以开凿 出任意截面形状的坑道，保护围岩，降低成本，并能增加自由面以减少炮 眼数和降低炸药消耗量。但消耗功率大，设备成本较高，技术上还未达到 十分成熟的程度。 隧道工程的专门著作，可能要推 1556 年德国人乔治包尔（George Bauer）所著的采矿冶炼手册为最早，虽然那时还没有开始用火药开 矿。 地层压力的研究开始与十四世纪。此后随着采矿和隧道工程的发展， 地层压力理论也在相应着发展。这种研究基本上沿两个方向进行。一个是 把地层视为松散构造的散粒体理论，另一个是把地层视为连续弹性弹塑性 理论。近百年来，从理论上和工程实践中对地层压力进行了及广泛的研究， 获得了不少成果，但仍未得到系统、圆满、严密的理论，知道今天仍在进 行着新的探索。 山东科技大学毕业(论文) 5 七十多年前，普氏以均值松散体为基础，提出了地层压力的计算方法， 但他把岩石假定为松散体，并把复杂的岩体之间的联系用一个似摩擦系数 描写，这种做法显然过于粗糙，在工程实践中也常常出现失败的现象。不 过，直到现在普氏理论还在应用着，因为这个方法比较简单。即使对不熟 悉的地质或不了解现场地质条件的人，也能运用普氏系数来进行设计。 我国著名学者陈宗基教授，在 1958 年首次把岩石力学作为一门边缘 学科来发展，过去基本上是把岩石当作材料来研究的。他强调必须用力学 的观点，以地质为基础来解决工程实际问题。在研究中，既要重视岩石的 变形强度特性、结构关系的理论研究，又要解决工程实际提出的问题，并 指出现场试验与室内试验是相辅相成不可分割的，强调问题的关键在于要 有正确的概念。他最先引用流变理论研究岩石的流变特性，指出即使在坚 硬岩石中修建地下洞室，也要考虑流变对长期稳定的影响。还从板块运动， 地应力的产生，分析了对高地应力的地区工程建设的影响，用封闭地应力 的概念解释了工程中各种特殊现象，如岩爆等。还从微观结构分析了膨胀 岩的破坏机制，等等。所有这些都给地下工程的研究、设计和施工以巨大 的推动和提供了新的理论依据。 新奥法是本世纪四十年代开始发展起来的，它是以喷射混凝土和锚杆 为主要支护手段的一种方法。这种方法把坑道的衬砌支护与围岩看作是相 互作用的一个整体，既发挥围岩的自承能力，又使支护起到加固围岩的作 用。在确保坑道稳定的基础上，使设计更加合理、经济。目前这种方法还 处于经验设计阶段，需在实施过程中根据现场测量数据加以修正。新奥法 与传统的矿山法相比，更能结合实际地质条件。随着理论上的日臻完善， 将会在地下工程中得到更加广泛的应用。 世界发达国家已有的隧道和地下工程施工技术，大部分已在我国开发 利用，并在工程实践中得到不断的改进和发展。明挖法以它施工简单、安 山东科技大学毕业(论文) 6 全、快速、造价较低，仍然是首选的施工方法。盖挖法是市区修建地铁车 站的主要方法。世界上盖挖法修建地铁占有很大比例。通过合理的组织施 工及疏通交通，可以做到基本上不影响地面交通，在北京、上海、南京、 广州有近 10 座车站采用这种方案，并取的了很多经验。在深基础施工中 采用逆作法或半逆作法或桩墙合一等施工新技术，已从局部的试点转入工 程应用，深圳地王大厦、上海金茂大厦地下室 3 层，开挖在负 17m 以下， 处主楼外全部采用半逆法施工，使工期大大提高，同时大大减少对周围环 境的干扰。暗挖法在繁华市区修建隧道及地下工程将有很大发展。在地下 水位较低条件下，不需降水时，它具有灵活、安全的特点，有广泛的前景。 北京城市建设总公司还将管棚超前支护和格栅喷浆等技术应用于仅 1m 的 长安街超浅埋人行横道的开挖，丰富和发展了地下工程的施工内容。使用 与岩石隧道施工的隧道凿岩机（TBM）和适用于软土隧道开挖的盾构机， 代表了隧道工程的新技术发展水平。 当今发达国家的城市已把地下空间开发利用作为解决城市人口、环境、 资源三大危机的重要设施和医治城市综合症、实施可持续发展的重要途径。 城市地下空间开发利用，是城市经济高速发展和空间容量的迫切需求的客 观需要。从 80 年代中期香港开始修建地铁，现在已有荃湾、观塘、港岛 三条地铁线总长 43.2km，共有 38 个车站。它为国内其他城市地铁建设和 管理提供了成功经验。 隧道与地下工程的特点是工期长，投资大，技术难度高，风险大。人 们对于岩土性质以及岩土介质中的共同作用的机理缺少规律性的认识。隧 道及地下工程设计和施工技术理论不像地面结构那样成熟。只有对投资， 决策风险充分论证分析。对于技术方案、施工方法、施工规模、人员组织 等经验技术招标反复对比，精心设计，精心组织，精心施工，在工程实践 中不断地修正错误，提高认识，才能达到预期的效果。 山东科技大学毕业(论文) 7 我国隧道地下工程目前不足及应该加强的地方有以下几点： (1) 隧道地下工程必须加强前期的勘察和可行性研究工作，加强各个 阶段的管理。 (2) 进一步完善隧道地下工程设计施工的法规规程，贯彻执行建设部 颁发的地下空间开发设计、施工运营管理的规定。 (3) 进一步通过科学实验和理论计算，完善在动静荷载作用下，地下 结构与围岩介质的共同作用理论，明确隧道和地下工程周边施工实用阶段 的荷载，使结构内力分析、断面设计方法更符合实际。 (4) 引进和研制适合中国国情的隧道凿岩机，各种盾构机和微型自动 导航地下施工机械，逐步提高地下工程的机械化水平，降低劳动强度。结 合国外先进经验，因地制宜地形成工期短，费用低的各类工法和专家系统。 (5) 加强经济技术管理，降低工程造价。目前制约国内城市发展的主 要因素是投资大，经济负担过重。 (6) 注意隧道和地下工程施工运营中不产生对环境不利影响和公害， 才能达到可持续的发展。密切注意城市地下工程活动引起的环境危害，如 地下水紊流状态变化、地面沉降、地层走动、空隙水压力变化、振动、噪 声、粉尘等对城市居民生活质量产生影响。所谓环境土工学的问题，应引 起足够的重视。必须建立健全大型地下工程施工监测、监控、环境病害预 测防测系统。 1.4 主要研究内容主要研究内容 本课题是一个实际工程的设计与施工问题，因此，针对这一实际工程 首先应该选择合理的方案，其次针对所选的方案进行相关的配套设计。在 山东科技大学毕业(论文) 8 设计过程中根据地质情况通过经验类比方法及计算选取一种较好的设计与 施工方案。 其主要涉及的内容包括以下几个方面： (1) 隧道线路与断面设计 隧道线路与断面设计主要包括隧道位置选择、纵断面设计、横断面设 计、洞口设计等。隧道的平面线性以采用直线或大半径曲线为好，并应考 虑行驶安全，隧道全长较短，施工容易等。隧道纵坡通常不应小于 0.3%， 并不大于 3%。隧道断面设计要点是衬砌内轮廓线要满足所围成的断面积 最小，适合围岩压力和水压力。为保持净空断面的形状，衬砌必须有足够 的厚度的外缘线，外为保证衬砌外轮廓，开挖时实际开挖线往往稍大。从 岩土稳定上看，洞口附近通常都比较破碎松软，易于失稳，形成崩塌。为 了保护岩体的稳定和使车辆不受崩塌、落石等威胁，确保行车安全，应该 根据实际情况，选择适当的洞门形式，修筑洞门，并对仰坡进行适宜的护 坡。 (2) 隧道开挖方法选择与基本开挖参数确定 隧道开挖方法要考虑隧道所处的地质条件、水文地质条件、埋深、施 工技术条件、工期等因素考虑不同的施工方案和开挖参数。对于矿山法修 筑隧道主要的开挖方法有漏斗棚架法、反台阶法、正台阶法、全断面开挖 法、上下导坑先拱后墙法、下导坑先拱后墙法品字形导坑先拱后墙法、侧 壁导坑法、复合衬砌施工法。在选择施工方法时，主要影响因素是围岩的 地质情况。围岩较稳定且岩石为硬岩时，施工往往采用先把隧道断面挖好， 然后修筑支护结构，有条件时可以一次把断面挖成。围岩稳定性差，则需 要随开挖随支撑，防止围岩下塌，开挖后，围岩不宜久露，需要及时修筑 永久支护结构，尤其顶部一般在上部断面挖成后先修筑拱圈，在拱圈的保 护下在开挖下部断面。 山东科技大学毕业(论文) 9 (3) 隧道衬砌结构设计 隧道衬砌结构设计主要包括衬砌形式选择与初砌参数确定、初期支护 与二次衬砌的具体参数确定等。隧道衬砌形式有直墙式衬砌、曲墙式衬砌、 喷混凝土衬砌、锚喷衬砌及复合衬砌等。隧道衬砌基本尺寸的拟定，包括 确定衬砌内轮廓线、轴线、截面厚度以及外轮廓线等尺寸。 (4) 隧道施工工艺与施工技术 隧道施工工艺与施工技术主要包括洞口、洞门、明洞施工、洞身开挖 与出碴、超前支护、初期支护、二次衬砌、仰拱与铺底施工、施工通风防 尘等。隧道施工方法目前流行的是矿山法和新奥法。矿山法基本原则是少 扰动、早支撑、快衬砌。它是以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成 型后，逐步将临时支撑换下来，而代之以整体式厚衬砌作为永久支护的施 工方法。这种方法常应用于不便采用锚喷支护的隧道中。新奥法是一隧道 工程施工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，通过监测控制围岩变形，充分发挥围岩的自称能力的 施工方法。新奥法是一个体现应用岩体动态性质较完整的力学概念，科学 性较强的隧道施工方法，因而不能单纯的将它仅仅看成事一种施工方法或 是一种支护手段，由于新奥法的应用和发展，是隧道及地下工程理论进入 现代理论的新领域和高水平，从而使隧道及地下工程的实际和施工更符合 地下工程实际。 (5) 不良地质条件的隧道施工设计与施工工艺 不良地质条件的隧道施工设计与施工工艺主要包括海域全强风化槽地 段施工、穿越富水砂层施工、路域浅滩全、强风化地层施工、洞口浅埋段 施工等。在地质不良地段修筑隧道，常会遇到洞顶围岩下塌，侧壁滑动等 现象，甚至会发生冒顶等严重情况，这些现象就是塌方。塌方威胁人身安 全，延误工期，围岩不稳，因此在不良地质条件下施工应专门研究制定施 山东科技大学毕业(论文) 10 工方案，预防塌方的发生。 2 工程概况 2.1 工程工程简介简介 图 2.1 厦门翔安隧道地理位置图 厦门翔安隧道连接厦门岛东部的五通和对岸翔安大陆的西滨，将作为 厦门本岛第三条进出岛通道，兼具公路和城市道路双重功能，其工程地理 位置参见图 1。厦门翔安隧道工程全长 8.695Km，其中海底隧道段长约 5.95Km，设双向六车道，采用三孔隧道形式穿越海域，两侧为行车主洞， 中间一孔为服务隧道。隧道沿线设通风竖井两道，车行横洞 5 处，人行横 洞 12 处，翔安西滨侧设收费、服务、管理区。厦门翔安隧道采用钻爆法 施工，是中国大陆地区第一座大断面海底隧道。工程概算约 31.97 亿，预 计工期 4 年，已于 2005 年 4 月 30 日动工修建。 山东科技大学毕业(论文) 11 2.2 工程建设条件工程建设条件 2.2.1 水文与气象水文与气象 厦门海域为正规半日潮，平均潮差 3.92m，最大潮差 6.92m，平均海 平面-0.32m（黄海高程） 。场区海域最大海水深约 29m。 厦门地区属亚热带海洋性气候，年均气温 20.8，四季如春。79 月 为台风季节，风力 710 级，最大可达 12 级，最大风速 60m/s。 2.2.2 地形地貌地形地貌 工程场址位于厦门岛东北侧，地貌单元属闽东南沿海低山丘陵滨 海平原区。场址区陆域为风化剥蚀型微丘地貌，海岸带为海蚀海岸及堆积 海滩地貌；两岸地势开阔平坦。五通岸多为侵蚀海岸，海滩多礁石，西滨 岸为堆积海岸，海滩宽阔，滩面被浮泥覆盖。 2.2.3 地震地震 场址位于我国东南部地震活跃带内，根据地震安全评价报告 ，本 区域地震动峰值加速度：50 年 10%超越概率为 0.15g（相当于地震基本烈 度度） ，100 年 10%超越概率为 0.20g ，反应谱特征周期 0.40s。 2.2.4 工程地质工程地质 工程区域基岩以燕山早期第二次侵入的花岗闪长岩及中粗粒黑云母花 岗岩为主，海域及五通岸为花岗闪长岩分布区，翔安侧潮滩及其以北地带 为黑云母花岗岩分布区，其内穿插二长岩、闪长玢岩、辉绿岩等岩脉，脉 山东科技大学毕业(论文) 12 宽一般不足 1m，个别部位宽达 1020m。基岩按风化程度可分为全、强、 弱、微四个风化带，局部发育风化深槽，对隧道有较大影响。 工程场区总体地质条件较好，主要不良地质现象包括：隧道两端洞口 段全强风化花岗岩层，海域 F1、F2、F3 三处全强风化深槽，海域 F4 全强 风化囊。隧道沿线主要不良地质段分布参见图 3。 为了确保隧道施工时安全穿越海域不良地质地段，对海域风化槽与风 化囊进行了专题研究。研究内容包括：分布状况、岩体力学性质、渗透性 能、渗水状况等，主要结论如下： 风化槽的组成物质保持了原岩结构，为全、强风化花岗岩。 岩土体总体上属弱微透水层。风化槽全强风化带岩体渗透系 10- 6m/s 级；弱风化带岩体渗透系数为 10-7m/s 级 2.2.5 水文地质水文地质 陆域地下水：赋存于风化残积土层中，接受大气降水的补给，属于潜 水，对砼具弱酸性腐蚀作用，对钢筋砼内钢筋无腐蚀性； 海域地下水：主要受海水的垂直入渗补给，水量主要受构造控制，具明显 分带性。对砼具结晶类-结晶分解类蚀作用，对钢筋砼内钢筋具弱腐蚀性。 山东科技大学毕业(论文) 13 3 隧道线路与断面设计隧道线路与断面设计 3.1 路线设计路线设计 翔安隧道工程路线起点为五通，在厦门岛侧与城市快速主干道仙岳路 相接，并连通环岛路，以暗挖隧道方式穿越西海域；终点为翔安侧西滨， 接翔安大道，连通 324 国道和福厦高速公路。本隧道工程平面设计的主要 控制点是起点五通，海域 F1、F2、F3 风化槽和 F4 风化囊，终点翔安西滨。 地勘揭示海域段风化槽（囊）呈北西北东向，与呈东西向的隧道走向呈 斜交或正交，因此隧道线位无法完全避风化槽（囊）的影响，必需通过一 定宽度的风化槽（囊）地段。平面设计采用 E 线方案（参见图 1） ，与比较 方案 D 线相比，通过风化槽（囊）处的穿越深度和宽度均较浅而窄，地质 条件相对较好，需穿越风化槽（囊）的宽度累计约 360.8m。 图 3.1 平面设计方案 3.2 纵断面设计纵断面设计 纵断面设计的主要控制因素为： (1) 隧道洞顶岩层最小安全顶板厚度：按工可科研课题的结论“海域 地段洞顶岩层厚度大于 15m，潮间带洞顶岩层厚度大于 10m”控制 山东科技大学毕业(论文) 14 (2) 最大纵坡：按规范要求最大 3%控制 (3) 在设计中从改善隧道所穿越工程地质情况、隧道通行能力、隧道 内行车速度和隧道通风运营等四方面分析了隧道纵坡增大 0.5%、1.0%的 可行性。研究结果表明： (4) 受最大坡长限制，增大纵坡对工程地质情况改善不明显，通风量 增加有限，但不均衡； (5) 相对于 3.0%纵坡，采用 3.5%和 4.0%纵坡，通行能力约降低 6%、15%。载重汽车的行驶速度在洞口将降低 5%、11%。 综上，从提高隧道内行车视线、改善隧道运营条件出发，翔安隧道最 大纵坡采用 3%。隧道最深点高程约-70m（该处海底高程约-22m） ，整条隧 道最埋深为 5m40m。服务隧道和左、右线隧道穿越强海域风化花岗岩深 槽（囊）的宽度分别为 115.8m、109.8m 和 135.2m。 3.3 横断面设计横断面设计 3.3.1 横断面布置横断面布置 翔安隧道设计为设置服务隧道的三孔隧道方案，参见图 2。主洞隧道 测设线间距为 52m，中间设置服务隧道，三隧道内轮廓净间距为 22m。计 算分析表明：两隧道净间距大于 22m 时，相互间影响很小。 服务隧道的主要功能是： (1) 作为紧急避难通道及检修通道； (2) 服务隧道先行掘进，可有效地超前探明地质情况和取得对局部 不良地质地段处理的方法和工艺，获取对特殊地段的施工经验； (3) 通过服务隧道取得对行车主洞局部不良地质地段超前处理的工 作空间； 山东科技大学毕业(论文) 15 (4) 有利于设置市政跨海管线。 图 3.2 隧道横断面布置 3.3.2 主洞断面主洞断面 针对本隧道为三车道大断面的特点，隧道内轮廓采用多心圆形式较为 经济合理。主洞隧道建筑限界净宽为 13.50m（0.75+0.5+33.75+0.75+0.25） ，净高为 5.0m；内侧设检修道。 隧道建筑内轮廓断面面积为 122.09m2，行车道以上净空断面面积为 100.5m2。主洞隧道横断面参见图 3。 3.3.3 服务隧道断面服务隧道断面 服务隧道采用受力合理的似圆形断面形式，其建筑内轮廓断面面积为 30.91m2。洞体上方预留检修车辆兼逃生空间 3.0m（宽）2.5m（高） 。洞 体下方内设置供水自来管道预留空间 2.6m（宽）2.15m（高）和 22 万伏 特高压电缆预留空间 3.0m（宽）2.15m（高） 。 3.3.4 横洞横洞 考虑隧道施工的难度和风险性，以及运营期的交通量组成、通风方 式、存在服务隧道等因素，对隧道的消防安全进行了分析，根据安全要求 山东科技大学毕业(论文) 16 设置了 12 处行人横洞、5 处行车横洞，横洞之间的间距为 300m。 横洞应尽可能设置围岩较好地段。横洞断面采用四心圆的曲墙式全封闭衬 砌结构。行人横洞净空：2.0m（宽）2.5m（高）；行车横洞净空： 4.5m（宽）5.0m（高）。 3.4 洞口段设计洞口段设计 3.4.1 洞门形式选择洞门形式选择 洞门形式的选择应适应地形、地质的需要，同时考虑施工方法和施工 需要。一般地形等高线与线路中线斜交角度在 45 65之间，地面横 坡较陡，地质条件好，无落石掉块现象时，可选择斜交洞门；当斜交角度 大于 65时，地面横坡较陡，或一侧地形凸出，可考虑用台阶洞门；当斜 交角度小于 45时，地面横坡较陡，边仰坡刷方较高，有落石掉块掉块威 胁运营安全时，考虑接长明洞。洞门设计针对其功能和行车心理的需求， 对遮光棚造型、挡墙的装饰、绿化配置及小品雕塑等进行精心的设计，力 求功能与景观的完美结合。厦门端洞口设置长 60m 的明洞，开挖深度 13.516.5m；翔安端洞口设置长 100m 的明洞，开挖深度 14.916.7m。 洞口明洞边坡防护采用喷锚防护。为了保护洞口景观以及防排水需要，明 洞回填要求恢复原地面线。 3.4.2 洞门确定洞门确定 进洞口采用一般隧道门，该处土层稳定性差，围岩易坍塌，故可采用 带耳墙翼墙式洞门坡面及岩顶稳定，隧道成洞挂口条件好，所以可直接贴 壁进洞，可采用端墙式洞门。 山东科技大学毕业(论文) 17 图 3.3 洞门形式 3.4.3 洞门稳定性验算洞门稳定性验算 1. 压力的计算 (1) 各项物理学指标 f=0.6 0 6024 0 1 . 53 0 7 . 56 . 0 (2) 土压力系数的计算：)( 08. 0 47 . 0 03. 7 87 . 0 ) 1 . 04 . 0( )tantan1)(tan( )tantan1)(tan(tan (3) 土压力的计算： 54.1308 . 0 05 . 7 24H H 71.4708 . 0 05. 7245 . 0 2 1 22 HE 10.155105 . 7 22 HbG 2. 稳定性及强度的