交通土建毕业设计（论文）-贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计【全套图纸】.doc

贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 贵州六盘高速公路贵州六盘高速公路 吴家寨隧道左线六盘端初步设计吴家寨隧道左线六盘端初步设计 摘要摘要 随着科技的发展、社会的不断进步，高速公路的重要性越来越显著，而作为公 路的一部分隧道，对于施工和设计的要求也越来越高。本设计课题为高速公路 隧道，重点研究新奥法施工。 贵州六盘高速公路吴家寨隧道为分离式单向行驶两车道隧道，左线全长 298m，围岩的基本情况为：级围岩长 155m；级围岩长 90m；级围岩长 53m。 隧道洞门设计成翼墙式洞门；隧道采用新奥法施工，隧道衬砌采用复合式衬砌； 隧道开挖、级围岩使用全断面开挖法，级围岩使用台阶分部开挖法，采用钻 爆法开挖；隧道的辅助施工方法有超前小导管注浆和超前锚杆；隧道通风方式为自 然通风。 隧道经过多次计算和验算后，洞门、衬砌、照明和通风合格，可以正常施工。 关键词：隧道； 新奥法； 围岩； 复合式衬砌 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 THE PRELIMINARY DESIGN OF THE LEFT LANE OF THE WUJIAZHAI TUNNEL IN GUIZHOU LIUPAN EXPRESSWAY ABSTRACT With the development of science and technology, social progress, the importance of highway becoming more and more obvious, and as part of the road - the tunnel, for construction and design requirements have become more sophisticated. The design issues for highway tunnels, focuses on the construction of New Austrian Tunneling Method（NATM）. The left lane of the tunnel Wujiazhai in Guizhou Liupan Expressway separate one-way traffic for the two-lane tunnel, a total length of the left hand lane 298m, The basic situation of the surrounding rock：grade rock long 155m; grade rock long 90m; grade rock long 53m. Portal designed wing of the tunnel wall Portal; Tunnel NATM construction, tunnel lining using cmposite lining; tunnel excavation , -class surrounding the use of full-face excavation method, grade level divisions surrounding the use of open digging method, 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 using drill and blast excavation method; tunnel construction methods of supporting small catheter advanced and ahead of grouting bolt; tunnel ventilation for natural ventilation. After several rounds of the tunnel after the calculation and checking, portal, lining, lighting and ventilation qualified to normal construction. Key words: tunnel; New Austrian Tunneling Method; rock; cmposite lining 目录 第 1 章 设计原始资料.1 1.1 采用的技术标准及设计标准规范 .1 1.1.1 主要技术标准.1 1.1.2 主要设计标准规范.1 1.2 工程概况 .1 1.3 工程地质概况.1 第 2 章 总体设计.3 2.1 选址的考虑.3 2.2 洞口选择及线形考虑.3 2.3 纵断面设计 .4 2.4 横断面设计 .4 2.4.1 建筑限界.4 2.4.2 紧急停车带及横向通道.5 2.4.3 内轮廓设计.5 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 3 章 洞门设计及强度与稳定性验算.6 3.1 洞口段地质评价 .6 3.1.1 六盘水端.6 3.1.2 盘县端.6 3.2 洞门设计 .6 3.2.1 洞门类型选择.6 3.2.2 洞门设计.6 第 4 章 衬砌设计.10 4.1 初期支护 .10 4.2 二次衬砌 .11 4.3 围岩压力的计算 .13 4.3.1 断面参数确定.13 4.3.2 计算垂直均布压力：.13 4.3.2 浅埋和深埋隧道的分界：.15 4.3.3 围岩压力计算.16 第 5 章 防排水设计.20 5.1 防排水要求 .20 5.2 防排水的原则.20 5.3 本隧道的防排水措施.21 5.3.1 防水措施.21 5.3.2 排水措施.21 5.3.3 衬砌的排水措施：.22 5.3.4 洞口排水设计：.23 第 6 章 通风照明设计.24 6.1 通风 .24 6.1.1 通风计的标准：.24 6.1.2 需风量计算：.25 6.1.3 确定通风方式；.28 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 6.2 照明设计 .29 6.2.1 照明设计的选择和布置.29 6.2.2 照明计算.30 6.2.3 照明设计：.33 第 7 章 隧道路面设计.37 第 8 章 施工设计.39 8.1 施工准备 .39 8.2 辅助施工方法 .39 8.2.1 超前锚杆.40 8.2.2 超前小导管注浆.40 8.3 施工设计.42 8.3.1 总体方案和部署.42 8.3.2 洞口施工.42 8.3.3 隧道内施工.43 8.4 现场监控量测 .54 8.4.1 施工的监控量测.54 8.4.2 监控量测的任务.54 8.4.3 监控量测的内容和方法.54 8.4.4 营运阶段的监控量测.56 参考文献.57 致谢.58 附录 A：衬砌结构验算电算结果.59 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 1 页 共 86 页 第 1 章 设计原始资料 1.1 采用的技术标准及设计标准规范 1.1.1 主要技术标准 （1）隧道按规定的远期的交通量设计，采用分离式单向行驶两车道隧道（上、下 行分离） 。 （2）隧道设计车速，隧道几何线形与净空按 100km/h 设计，隧道照明设计速度按 照 100km/h 设计。 1.1.2 主要设计标准规范 （1） 公路隧道设计规范 JTJ026-90； （2） 公路隧道通风照明设计规范 JTJ026.1-1999； （3） 公路工程技术标准 JTJ001-97； （4） 公路工程抗震设计规范 JTJ004-89； （5） 锚杆喷射混凝土支护技术规范 GB50086-2001； （6） 地下工程防水技术规范GB50108-2001； （7） 隧道围岩级别按公路隧道设计规范 JTJ026-90。 1.2 工程概况 吴家寨隧道为分离式短隧道，隧道轴线走向 234，左线隧道进口桩号为 K26+260，出口桩号为 K26+558，隧道底高程为 1190.91184.5m，隧道宽 10.75m，高 5.0m，全长 298m；右线隧道进口桩号为 YK26+292，出口桩号为 YK26+558，隧道底 高程为 1189.31183.4m，隧道宽 10.75m，高 5.0m，全长 266m。隧道最大埋深位于 K26+460，最大埋深 71.1m，隧道纵坡整体为一单坡，纵坡坡度为-1.80%。 1.3 工程地质概况 该隧道洞口六盘水端隧道围岩级别为级，岩性为强风化下带弱风化玄武岩为主， 岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。盘县端隧道围岩级别为级岩性为强风 化下带弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。隧道 K26+295K26+349 段围岩级别为级，岩性为弱风化玄武岩，属硬质岩，岩石柱状 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 2 页 共 86 页 节理较发育，裂隙块状结构镶嵌碎裂结构，节理裂隙面结合一般，岩质硬坚硬， 较完整。K26+504K26+540 段围岩级别为级，岩性为弱风化玄武岩，属硬质岩， 岩石柱状节理较发育，裂隙块状结构镶嵌碎裂结构，节理裂隙面结合一般，岩质 硬坚硬，较完整。K26+349K26+504 段围岩级别为级，岩性为弱风化、微风化 玄武岩，属硬质岩，岩石柱状节理不发育，块状整体结构岩体，较完整。 表表 1-1 各类围岩主要物理力学指标表各类围岩主要物理力学指标表 围岩级别围岩级别 力学指标力学指标 备备 注注 密度 (103kg/m3)2.502.602.602.802.702.90 弹性抗力系数 K(MPa/m)4005001000120014001600 弹性模量(静态) E(Gpa)8.010.015.020.025.030.0 泊松比 0.250.200.200.150.160.12 计算内摩擦角 ()505455606065 容许承载力 。(kPa)150020002600300030003500 饱和抗压强度 Rb (Mpa)12.020.035.060.050.080.0 摩擦系数 f(圬工与围岩)0.450.550.60 、级围岩为表面不光滑 时 详细地质情况参见隧道纵断面设计图。 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 3 页 共 86 页 第 2 章 总体设计 2.1 选址的考虑 隧道总体设计应遵循以下原则： （1）在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查基础上，综合必选隧道 各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等，提出推荐方案。地质 条件很差时，特长 隧道的位置应控制路线走向，以避开不良地质地段；长隧道位置亦应尽可能避开不良 地质地段，并与路线走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。 （2）根据公路等级和设计速度确定车道数和建筑界限。在满足隧道功能和结构受 力良好的前提下，确定经济合理的断面内轮廓。隧道内外、纵线形应协调，以满足行 车的安全、舒适要求。 （3）根据隧道长度、交通量及其构成、交通方向及环保要求等，选择合理的通风 方式，确定通风、照明、交通监控等机电设施的设置规模。必要时特长隧道应做防灾 专项设计。 （4）应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和运营要求，对隧道内外防排 水系统、消防给水系统、辅助通道、弃渣处理、管理设施、交通工程设施、环境保护 等做综合考虑。 （5）当隧道与相邻建筑物互有影响是，应在设计与施工中采取必要的措施。 吴家寨隧道位置选择包括洞身位置和洞口位置的选择两项，主要以地形、地质为主 等进行综合考虑，宜首先排除显著不良地质地段，按地形条件拟定隧道及接线方案， 在进行深入的地址调查，综合各方面因素，选定隧道位置。 2.2 洞口选择及线形考虑 （1）隧道洞口位置应根据地形、工程地质及水文地质情况，着重考虑隧道仰坡、 边坡的稳定，保证施工及运营的安全，并结合洞口有关工程及施工条件，综合研究比 选确定。一般情况隧道宜早进洞、晚出洞。 （2）洞口端岩层为二叠系峨眉山玄武岩组（P2）地层，岩性为强风化下带弱风 化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，充填铁锰质、泥质，岩体破碎多呈块状、碎石 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 4 页 共 86 页 状，碎裂状或裂隙块状结构，岩质较硬，完整性差，未见断层等构造发育，但洞口附 近主要为强风化玄武岩下带，岩石柱状节理裂隙发育，对进口段边坡稳定性有一定影 响，应进行防护。 （3）隧道洞口及洞身基本在基岩中通过，对地面影响甚微，即使在埋深小的地段， 只要及时支护，也不会产生地面塌陷等地质灾害。洞身围岩主要为弱微风化岩层， 为弱透水层，且隧道地处孤山，无地表水体，隧道开挖及运营过程中不会产生疏干地 表水等危害。 因此，吴家寨隧道根据上述分析，并结合地质图，本隧道洞口及洞身基本在基岩 中通过，隧道围岩较好，隧道选线条件较宽松。隧道左线六盘水端洞口设置在 K26+260，盘县端洞口设置在 K26+558；右线六盘水端洞口设置在 YK26+292，盘县端 洞口设置在 YK26+558。隧道为小曲率隧道，详细情况参见吴家寨隧道（地质）平面图。 2.3 纵断面设计 本隧道的基本坡道形式设为单坡。坡道形式的选择依据和纵坡坡度的主要控制因素 为通风问题和对汽车行驶的利害。隧道的纵坡以不防碍排水的缓坡为宜，坡度过大， 对汽车行驶、隧道施工和养护管理都不利。单向通行的隧道设计成单坡对通风是非常 有利的，因汽车都是单坡行驶，发动机产生的有害气体少，对通风也很有利。因此， 吴家寨隧道纵坡整体设计为单坡，纵坡坡度为-1.80%。 2.4 横断面设计 2.4.1 建筑限界 吴家寨隧道的建筑限界按 100km/h 时速设计，建筑限界取值如下： 建筑限界横断面宽度如下表： 表表2-1 建筑限界设置建筑限界设置 （单位：m） 侧向宽度检修道J顶角宽度 设计速度 （km/h） 车道宽度W 左侧右侧左侧右侧左侧右侧 1002x3.750.501.000.750.750.500.50 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 5 页 共 86 页 隧 道 中 心 线 行 车 道 中 心 线 图 2-1 隧道建筑界限 （单位：cm） 2.4.22.4.2 紧急停车带及横向通道 鉴于本隧道属于短隧道，所以本隧道不设置紧急停车带和横向通道。 2.4.32.4.3 内轮廓设计 根据建筑限界，利用三心圆法，得出隧道断面内轮廓图如下： O O O O O R3=100 起拱线 行 车 道 中 心 线 隧 道 中 线 图2-2 隧道内轮廓线 （单位：cm） 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 6 页 共 86 页 第 3 章 洞门设计及强度与稳定性验算 3.1 洞口段地质评价 3.1.1 六盘水端 根据隧道地质纵断面图，隧道六盘水端洞口位于斜坡上，洞口附近隧道轴线与地 形线呈47度角相交，斜坡自然坡度约42，洞口端岩层为二叠系峨眉山玄武岩组 （P2）地层，岩性为强风化下带弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，充填铁 锰质、泥质，岩体破碎多呈块状、碎石状，碎裂状或裂隙块状结构，岩质较硬，完整 性差，未见断层等构造发育，但洞口附近主要为强风化玄武岩下带，岩石柱状节理裂 隙发育。 3.1.2 盘县端 隧道盘县端洞口位于陡坡上，洞口附近隧道轴线与地形线基本正交，山坡自然坡 度约72。盘县端洞口岩层为二叠系峨眉山玄武岩组（P2）地层，岩性为强风化下 带弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，岩体破碎多呈块状、碎石状，碎裂状 结构或裂隙块状结构，未见断层等构造发育，但洞口附近主要为强风化玄武岩下带， 岩石柱状节理裂隙发育，对进口段边坡稳定性有一定影响。 3.2 洞门设计 3.2.1 洞门类型选择 本隧道六盘水端和盘县端洞口围岩基本相同，为级围岩，地质状况一般，拟采 用翼墙式洞门。 3.2.2 洞门设计 （1） 参数设定 翼墙式洞门的正墙斜度取 1：0.1，仰坡坡率取 1：0.75，设端墙厚度为 B=2.4m 设基础埋深为1m，衬砌拱顶外缘至洞门顶部的距离取为3m,设墙高H=13m。 （2） 各项物理指标 f=0.5 0 60 3 24/kN m 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 7 页 共 86 页 1 . 537 . 5MPa6 . 1 水泥砂浆砌片石 3 22/ a kN m （3） 土压力计算 最危险破裂面与垂直面夹角 22 2 tantantan(1tan)(tantan )(tantan)(1tantan ) tan tan (1tan)tan (1tantan ) (3-1) = ）（）（ ）（）（）（）（ 33 . 1 1 . 01732 . 1 3133 . 1 33 . 1 1 . 011 . 0732 . 1 33 . 1 732 . 1 3133 . 1 1 . 03 =0.4 21.9 土压力系数按下式计算： (3-2) (tantan)(1tantan ) tan()(1tantan ) =0.08 ）（ ）（）（ 33 . 1 4 . 0103 . 7 33 . 1 1 . 011 . 04 . 0 土压力按下式计算： E= （3- 2 0 1 2 H 3） =mKN /24.16208 . 0 1324 2 1 2 墙体自重按下式计算： G = （3- aHB 4） =mKN / 4 . 6864 . 21322 （4）稳定性及强度验算 抗倾覆稳定的验算 根据公式 （3- 0 0 y M k M 5） 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 8 页 共 86 页 （3- fzxy xEGxM 0 6） （3- faxz EM 0 7） 又 =162.24KN/m ax E =16.224KN/m zx E 85 . 1 1 . 013 2 1 2 . 11 . 0 2 1 2 0 H B x 83 . 2 1 . 013 3 1 4 . 21 . 0 3 1 HBxf 33 . 4 3 13 3 H zf 分别代入公式（3-6） 、 （3-7）得 75.131583 . 2 224.1685 . 1 4 . 686 y M 04.70333 . 4 224.162 0 M 6 . 187 . 1 04.703 75.1315 0 0 M M k y 满足抗倾覆要求。 滑动稳定性验算 （3- E Gf KC 8） GG EE5 . 0f 代入公式（3-8）得 3 . 112 . 2 24.162 5 . 0 4 . 686 c K 墙身截面偏心验算 （3- N M eb 9） 11 () 23 MEH 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 9 页 共 86 页 =MKN 52.35113 6 1 24.162 代入（3-9）得偏心距： 0.3B=0.7251 . 0 686.4 52.351 N M eb 合力的偏心距的验算： 89 . 0 4 . 686 04.70375.1315 0 G MM C y 31 . 0 89 . 0 2 4 . 2 2 C B e6 . 0 4 B 满足基底合力的偏心距。 墙身截面强度验算 应力计算： 4 . 0 6 B e （3-）（ B e B N W M F N6 1 10） 又 mKNGN/ 4 . 686 mB4 . 231 . 0 e 代入(3-10)得 ) 6 1 ( B e B N ) 4 . 2 31 . 0 6 1 ( 4 . 2 4 . 686 得到 Kpa65.221 min Mpa6 . 1 Kpa65.507 max Mpa6 . 1 满足墙身截面强度的要求。 由以上验算，确定出主墙墙厚为 2.4m。 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 10 页 共 86 页 第 4 章 衬砌设计 吴家寨隧道支护结构采复合式衬砌，分初期支护和二次支护，初期支护采用喷锚 支护，二次衬砌采用现浇模筑混凝土。 根据吴家寨隧道地质纵断面图可以得到隧道围岩分布情况见下表： 表表 4-1 围岩分布情况围岩分布情况 标段每段围岩长度(单位：m)围岩级别 K26+260K26+29535 K26+295K26+34954 K26+349K26+504155 K26+504K26+54036 K26+540K26+55818 4.1 初期支护 初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使 用，根据不同围岩级别区别组合。锚杆支护采用全长粘结锚杆。由工程类比法，结合 公路隧道设计规范 ， 初期支护喷射混凝土材料采用 C20 级混凝土，支护参数取值 如下表： 表表 4-2 初期支护参数表初期支护参数表 围岩 级别 喷射砼厚度(cm)锚杆(m)钢筋网钢拱架 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 11 页 共 86 页 拱墙仰拱位置长度间距杆体材料 8-局部2.0- 20MnSi 钢筋 - 12- 拱、 墙 2.51.0 20MnSi 钢筋 拱、墙 25x25 - 15-拱墙3.01.2 20MnSi 钢筋 拱、墙(双层) 25x25 - 其他参数、锚杆布置见衬砌断面图。 4.2 二次衬砌 二次衬砌采用现浇模筑混凝土，利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。二次 衬砌厚度设置如下表： 表表 4-34-3 二次衬砌支护参数二次衬砌支护参数 单位：单位：cm 围岩级别拱、墙混凝土厚度仰拱混凝土厚度 30_ 35_ 3535 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 12 页 共 86 页 隧 道 中 心 线 行 车 道 中 心 线 初期支护 预留变形量 暂定5厘米 防火涂料 二次衬砌 25号模筑防水混凝土 厚35厘米 防排水隔离层 25号钢纤维喷射混泥土 厚15cm 20锚杆 单根长3.0m 间距0.8m0.8m 图 4-1 级围岩衬砌图 (单位：cm) 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 13 页 共 86 页 O 衬 砌 中 心 线 车 道 中 心 线 初期支护 预留变形量 暂定4厘米 防火涂料 二次衬砌 25号模筑防水混凝土 厚35厘米 防排水隔离层 20号喷射钢纤维混泥土 厚12cm 20锚杆 单根长2.5m 间距为1m1m 图 4-2 级围岩衬砌图 （单位：cm） O 衬 砌 中 心 线 车 道 中 心 线 初期支护 不设预留变形量 防火涂料 二次衬砌 25号模筑防水混凝土 厚30厘米 防排水隔离层 20号喷射刚纤维混凝土，厚8厘米 20锚杆 单根长度2.0m 图 4-3 级围岩衬砌图 （单位：cm） 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 14 页 共 86 页 4.3 围岩压力的计算 4.3.1 断面参数确定 隧道高度 h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量 隧道跨度 b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量 表表 4-44-4 预留变形量预留变形量 单位：单位：mm 围岩级别两车道隧道 - 2050 5080 注：围岩破碎时取大值；围岩完整时取小值。 所以：预留变形量 级围岩为 0；级围岩为 0.004m；围岩为 0.005m 得出： 级围岩 mh06 . 9 008 . 0 98 . 8 mb78.11038 . 0 40.11 级围岩 mh104 . 9 004 . 0 12 . 0 98 . 8 mb874.11004 . 0 47 . 0 40.11 级围岩 mh485 . 9 005 . 0 50 . 0 98 . 8 mb905.11005. 050 . 0 40.11 4.3.2 计算垂直均布压力： 垂直均布压力计算式： （4-qh 1） 而 （4- 1 0.45 21(5) s hi B 2） 将（4-2）代入（4-1）得 1 0.45 21(5) s qi B 式中：为围岩重度，此处：级围岩；级围岩； 3 2 25/kN m 3 3 24/kN m 贵州六盘高速公路吴家寨隧道左线六盘端初步设计 第 15 页 共 86 页 级围岩。 3 4 22/kN m 为每增加 1m 时围岩压力的增减率，以=5m 的围岩垂直均布压力iBB 为准，当5m 时，取 =0.2，当5m 时，取 =0.1