毕业设计（论文）-宽州一级公路隧道综合设计.docx

全套图纸加153893706 长安大学毕业设计目 录第一章 设计总说明11.1设计概述11.1.1隧道概况11.1.2设计依据11.2技术标准11.3隧道建设地区工程地质条件21.3.1区域地形、地貌21.3.2水文与气象21.3.3工程地质条件21.3.4衬砌设计41.4隧道总体设计61.4.1隧道位置选择61.4.2平面线型设计71.4.3纵断面设计71.5隧道横断面设计81.5.1建筑限界设计81.5.2隧道内轮廓设计81.5.3紧急停车带设计91.6建筑材料101.7隧道衬砌结构111.7.1隧道围岩划分111.7.2围岩压力121.8洞门及明洞结构设计141.8.1洞口位置选择141.8.2洞口地段地质条件141.8.3洞门形式选择151.8.4洞门构造要求151.8.5隧道进洞方式151.8.6明洞结构设计151.8.7明洞衬砌设计161.9防排水设计161.9.1综述161.9.2防水措施171.9.3排水措施181.9.4洞口与明洞防排水措施201.10辅助施工措施211.10.1长管棚211.10.2超前注浆导管221.10.3超前锚杆231.11隧道内路基路面设计231.11.1隧道内路基231.11.2隧道内路面241.12隧道附属结构物设计241.12.1车行横洞241.12.2人行横洞251.13通风设计261.14照明设计271.15施工方案281.15.1施工方案设计281.15.2施工中存在的问题及解决方案291.15.3弃渣方案291.15.4工程中注意事项301.16环境保护301.16.1洞口工程301.16.2洞身工程31第二章 方案比选说明332.1概述332.2结论34第三章 衬砌结构计算353.1二次衬砌内力计算353.1.1基本参数353.1.2荷载确定353.1.3计算位移363.1.4解力法方程433.1.5计算主动荷载和被动荷载（h=1）分别产生的衬砌内力：443.1.6最大抗力值求解443.1.7计算衬砌总内力453.1.8衬砌截面强度检算463.1.9内力图473.2级围岩衬砌配筋（主筋）及检算47第四章 通风计算504.1左线隧道需风量计算504.1.1隧道通风基本参数504.1.2 CO排放量504.1.3稀释CO的需风量514.1.4烟雾排放量524.1.5稀释烟雾的需风量524.1.6稀释空气内异味的需风量524.1.7考虑火灾时排烟的需风量524.1.8结论524.2单向交通（左线）隧道射流风机纵向通风计算524.2.1计算条件524.2.2隧道内所需升压力534.2.3 900型射流风机所需台数544.3右线隧道需风量计算544.3.1隧道通风基本参数544.3.2 CO排放量544.3.3稀释CO的需风量554.3.4烟雾排放量564.3.5稀释烟雾的需风量564.3.6稀释空气内异味的需风量564.3.7考虑火灾时排烟的需风量564.3.8结论574.4单向交通（右线）隧道射流风机纵向通风计算574.4.1计算条件574.4.2隧道内所需升压力574.4.3 900型射流风机所需台数58第五章 照明计算595.1基本资料（左线）595.2左线隧道各段照明基本参数595.3照明计算595.3.1基本照明595.3.2加强段照明595.4左线照明设计结论625.5基本资料（右线）635.6右线隧道各段照明基本参数635.7照明计算635.7.1基本照明635.7.2加强段照明635.8右线照明设计结论66第六章 施工组织设计686.1概述686.1.1工程内容686.1.2施工安排696.1.3施工顺序696.2施工方法及工艺696.2.1工程特点及主要技术措施696.2.2开挖方式706.2.3洞口及明洞施工方法736.2.4隧道开挖施工746.2.5主要工序施工766.2.6施工通风846.2.7施工用风、水、电846.2.8施工场地布置856.3环境保护86第七章 监控量测设计887.1监控量测的目的887.2监控量测的内容及测量方法887.3监控量测设计907.3.1洞内观察907.3.2周边相对位移和拱顶沉降907.3.3地表下沉量测917.3.4围岩压力量测927.3.5超前地质预报927.4监控量测数据处理957.4.1量测数据处理的目的957.4.2量测数据处理方法957.4.3量测数据应用位移分析967.5量测管理97第八章 设计总结98致谢99参考文献100附录一 外文翻译原文101附录二 中文翻译110117第一章 设计总说明1.1设计概述1.1.1隧道概况拟建的宽州一级公路隧道位于陕西省榆林市清涧县境内，是连接加家圪台和宽州镇地区的重要交通道路，该公路能有效解决当地交通问题，加强地区间交流，降低运输成本，节省运输时间，促进经济发展。宽州隧道位于此一级公路上，左线起止桩号为ZK2+858、ZK4+297，全长1439m，入口设计高程915m，出口设计高程903.81m，纵向坡度-0.8%；右线起止桩号为ZK2+823、ZK4+321，全长1498m，入口设计高程915.33m，出口设计高程903.35m，纵向坡度-0.8%。隧道一般地段埋深70150m，最大埋深168m。隧道为上、下行线双洞分离式隧道，行车道宽度均按设计行车速度80km/h 考虑；隧道衬砌结构设计采用“新奥法”复合式衬砌、高压钠灯光电照明、纵向机械通风；隧道洞门型式均采用削竹式洞门。隧道围岩岩性以泥岩、强风化泥质粉砂岩、黄土、断层角砾岩、石灰岩等为主，围岩级别以、级为主。该隧道对克服地形障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏以及保护生态环境起到了重要作用。1.1.2设计依据1公路路线设计规范JTG D20-20062公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-20113公路隧道设计规范JTG D70-20044公路隧道施工技术规范JTG F60-20095公路隧道施工阶段围岩分级规程20096公路隧道通风照明设计细则JTG/T D70/2-02-20147公路隧道设计细则8本科各类专业教材等1.2技术标准公路等级： 一级公路设计行车速度： 80km/h隧道限界净宽： 10.25m (3.752+0.5+0.75+0.75+0.75)隧道限界净高： 5.00m交通量： 30000辆/天，上下行比例1:1隧道内卫生标准： CO允许浓度为 287.5ppm，烟雾允许浓度为0.007m-1，隧道内纵向风速小于等于10m/s。1.3隧道建设地区工程地质条件1.3.1区域地形、地貌隧道位于陕西省榆林市清涧县境内，隧址区属中低山区地貌，地势西北偏高（海拔高度9001200米），东南较低（海拔570900米），最高海拔1130.5米，最低海拔947.8米。，地形起伏较大，山势较陡，坡面植被较发育，隧道进、出口段坡坡度较缓，约1025。1.3.2水文与气象隧址区地下水贫乏，开挖中地下水多以潮湿状或点滴状出露；水文地质条件相对较简单。路线所经区域属温带半干旱大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，春夏降水较多。年平均气温916。1月份平均气温-6.8C，7月份平均气温23.8C，年平均最高气温16.5C，年极端高温38.1C，年平均最低气温3.7C，年极端低温为-22.6C。年均降水500mm，最大降水量735.3mm（1964年），最小254.7mm。降雨主要集中于6至8月，占年降水总量80%左右，常伴有雷阵雨。1.3.3工程地质条件主要岩石特征：（1）强风化泥质粉砂岩泥质粉砂岩是一种粉砂岩，其泥质成分（即颗粒粒径小于0.005mm的物质）占到粉砂岩总质量的25%50%，其结构呈颗粒状，透水性较强，是由沙粒经过水搬运沉淀于河床上，经千百年的堆积坚固并经地质物理作用胶结而成的岩石。节理裂隙发育，侵水易碎。（2）泥岩是一种由泥巴及黏土固化而成的沉积岩，其成分与构造和页岩相似但较不易碎，是一种层理或页理不明显的粘土岩，褐黄色，节理裂隙较为发育，透水性较强，岩体质地松软，其主要成分为粘土矿物，主要包含未固结的泥、固结的无纹理无页理的泥岩、固结的有纹理有页理的页岩、强固结的泥板岩，土体较为均匀。（3）Q3、Q4黄土在干燥气候条件下形成的多孔性具有柱状节理的黄色粉性土，受水浸湿后会产生较大的沉陷，浅黄色或淡褐色，内部空隙较大，矿物成分有碎屑矿物、粘土矿物及自生矿物，垂直节理裂隙发育，极易渗水。由于黄土主要是由极小的粉状颗粒所组成，而在干燥、半干燥的气候条件下，它们相互之间结合得很不紧密，一般只要用肉眼就可以看到颗粒间具有各种大小不同和形状不同的孔隙和孔洞，所以通常有人将黄土称为大孔土。一般认为黄土的多孔性与成岩作用、植物根系腐烂和水对黄土的作用等有关，更重要的是与特殊的气候条件有关。典型的黄土孔隙度较高，而黄土状岩石的孔隙度较低。黄土的多孔性及垂直节理愈发育，黄土层在垂直方向上的透水性愈高，而在水平方向上的透水性则愈微弱。此外，当黄土层中具有土壤层或黄土结核层时，就会导致黄土层的透水性不良，甚至产生不透水层。除此之外，黄土普遍具有沉陷性。（4）断层角砾岩又称构造角砾岩由脆性破裂形成的、角砾状的初碎裂岩。角砾为棱角状、次棱角状、次圆状；角砾成分来自两盘岩石。角砾为碎基和次生充填物所包围共同组成角砾结构。随着两盘相对错动作用的加大，断层角砾的棱角磨损程度也随之加强，使角砾呈扁豆状或透镜状，并常呈叠瓦状排列，据此可判断两盘相对运动方向。角砾胶结物为磨碎的岩屑、岩粉及岩石压溶物质和外源物质。这类角砾岩中的角砾形状多不规则，大小不一，杂乱无定向。角砾岩中的角砾一般在2mm以上。断层角砾岩中角砾的棱角也可以被磨蚀而成透镜状、椭圆状，角砾可以呈雁列式等定向排列。胶结物有时也显示定向，围绕角砾甚至发育劈理。（5）弱风化石灰岩以方解石为主要成分的碳酸盐岩。有时含有白云石、粘土矿物和碎屑矿物，有灰、灰白、灰黑、黄、浅红、褐红等色，有碎屑结构和晶粒结构两种。碎屑结构多由颗粒、泥晶基质和亮晶胶结物构成，有一定的吸水性和不透气性，硬度较大，节理裂隙不发育，除此之外，弱风化也决定了其岩体完整性较好，是较为理想的围岩种类。综上所述，此地区岩土工程地质性质普遍适中。泥岩虽然质地较软且有一定程度风化，但是其层理性较强；黄土透水性较强但其分布较均匀且所占比重不大，因而影响较小；断层角砾岩则有断层两侧岩石的岩性，其分布较为集中但分布范围很小，因而影响也不大；石灰岩属于较为理想的围岩，但其有一定程度的风化，因而其工程地质条件也较为一般。构造特征：1.褶皱褶皱发育，变形复杂且多期叠加，不同地区各时代地层中的褶皱样式各具特色。不同样式的叠加褶皱，主要有平卧褶皱、倒转褶皱、直立开阔褶皱。加家圪台和宽州分别位于背斜的两端，背斜的转折端在李家沟梁一带，褶皱的枢纽倾向约40，轴面倾向北北西，倾角较陡。2.脆性断层部分地区断层发育且特征明显，主要以北东斜向断层为主。断层具多期（次）活动特征，断层在隧道断面长度大约1520m，其两侧岩性主要以石灰岩和弱风化泥岩组成，断层在地表有少许出露，属于正断层。3.节理节理可分为早、中、晚三期，既有剪节理也有张节理。早期张节理往往有石英脉充填其中，晚期张节理没有充填物。剪节理常组成节理系且呈镶嵌状。早、中期剪节理可根据其交切关系区分出它们的生成顺序；晚期共轭节理的倾角都陡倾，似乎是在垂直应力作用下形成的。它和在近水平应力作用下形成的前两期节理明显不同。剪节理面平直，延伸几米至几十米，劈距几毫米，一般没有石英脉充填。随着岩石性质的差别，共轭节理的夹角也不一样，一般在6085。张节理不如剪节理发育，节理面不平整，延伸不远，一般不过几米，劈距较宽，几毫米至几厘米，最早期生成且已被石英脉充填的张节理宽达10cm，它们大多数是追踪剪节理发育而成。不良地质现象： 主要有滑坡、泥石流。1.3.4衬砌设计公路隧道应作衬砌，隧道衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、支护结构、施工条件等，并应充分利用围岩的自承能力。衬砌应有足够的强度和稳定性，保证隧道长期安全使用。隧道衬砌设计应最大限度地利用和发挥围岩的自承能力。隧道围岩自身具有一定的结构作用，通过一些工程措施和合理的衬砌形式使围岩的这一特性得以充分发挥，达到节省工程投资的目的。隧道衬砌是永久性的重要建筑物，营运中一旦破坏很难恢复，维护费用很高，给交通营运管理带来极大困难。因此，要求衬砌具有足够的强度和稳定性，保证隧道长期安全使用，不产生病害。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方法影响等必要的预留量，内轮廓采用单心圆。除明洞结构采用整体式衬砌外，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，断面形式采用等截面单圆心，对于、级围岩均采用带仰拱衬砌。针对隧道沿途三类围岩采用三种不同基础类型衬砌，部分加强或特殊区段单独设计。此外，在隧道施工过程中围岩开挖暴露后，周边围岩要产生一定的变形。为了使衬砌所承受的变形压力最小，允许围岩产生一定的变形，释放一定的能量。在确定开挖尺寸时应预留必要的变形量。即为充分发挥围岩自承作用，容许初期支护和围岩有一定的变形，而将设计开挖线作适当扩大的预留量。预留变形量的大小应根据围岩地质条件，采用工程类比法确定。一般级围岩变形量小，并且多有超挖，所以可不预留变形量；而级围岩则有不同程度的变形，特别是软弱围岩(含浅埋隧道)的情况比较复杂，要确定统一预留变形量是不合适的，在施工期间必须根据现场量测结果修正。本隧道预留变形量可根据表1.6结合工程类比确定：表1.6隧道预留变形量表围岩级别预留变形量（mm）2050508080120（1）初期支护：级围岩初期支护采用径向系统锚杆配合喷射混凝土的锚喷支护。系统锚杆采用普通注浆锚杆，直径为22mm，长度为2.8m，环向间距为1.2m；围岩喷射混凝土厚度为10cm，预留变形量为4cm。级围岩初期支护采用径向系统锚杆、超前锚杆，钢拱架支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用早强砂浆锚杆，直径为25mm，长度为3.0m，环向间距为1.0m；超前锚杆直径为22mm，长度为4.2m，外插角为10，水平搭接长度不小于1m，环向间距为40cm。挂设直径10mm 钢筋网，纵向间距20cm。级围岩喷射混凝土厚度为15cm，预留变形量为8cm，钢拱架采用直径20mmHRB335 级钢筋格栅钢架，间距为1.2m。级围岩初期支护采用径向系统锚杆、超前小导管注浆，钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用中空注浆锚杆，直径为25mm，长度为3.5m，环向间距为1m，纵向间距0.75m；超前小导管采用直径为45mm 的无缝钢管，长度为4m，外插角为15，水平搭接长度不小于1m，环向间距为40cm。挂设直径10mm、间距20cm 钢筋网；级围岩喷射混凝土厚度为25cm，预留变形量为12cm，钢拱架采用I20a型型钢钢架支撑，纵向间距为75cm。紧急停车带位于级围岩区段，但由于其跨度有所增加，故在级围岩支护基础上采取一定加强支护的措施。初期支护亦采用径向系统锚杆配合喷射混凝土的锚喷支护。系统锚杆采用早强砂浆锚杆，直径为22mm，长度为3m，环向间距为1.2m；围岩喷射混凝土厚度为15cm，预留变形量为5cm。（2）二次衬砌：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。衬砌截面采用连接圆顺的等厚衬砌采用曲边墙拱形断面，级围岩二次衬砌厚度为35cm，级围岩二次衬砌厚度为40cm，级围岩二次衬砌厚度为45cm，紧急停车带二次衬砌厚度为45cm。仰拱厚度与拱墙厚度相同。具体围岩衬砌支护参数见表1.7。表1.7隧道衬砌支护参数表围岩级别衬砌类型初期支护二次衬砌辅助施工锚杆钢筋网喷射混凝土刚拱架级S22锚杆L=2.8m单层8钢筋网，25cm25cmC25喷射混凝土10cm厚C25混凝土35cm级S22锚杆L=2.8m双层10钢筋网，20cm20cmC25喷射混凝土15cm厚20格栅钢架，！120120cmC25混凝土35cm超前锚杆支护，上下台阶法开挖级S25锚杆，L=3.5m双层10钢筋网，20cm20cmC25喷射混凝土25cmI20a 刚拱架，纵向间距75cmC25钢筋混凝土45cm超前小导管注浆，分部开挖级紧急停车带Sj22锚杆，L=3m单层8钢筋网，25cm25cmC25喷射混凝土15cmC25混凝土45cm级横洞交叉段加强衬砌Sq22锚杆，L=3m单层8钢筋网，20cm20cmC25喷射混凝土12cmC25混凝土35cm1.4隧道总体设计1.4.1隧道位置选择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，综合比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，作为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。（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。（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时，应在设计与施工中采取必要的措施。宽州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，再进行深入的地址调查，综合各方面因素，选定隧道位置。1.4.2平面线型设计应根据地质、地形、路线走向、通风等因素确定隧道的隧道线形。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，地表水体少，隧道开挖及运营过程中不会产生疏干地表水等危害。因此，宽州隧道根据上述分析，并结合地质图，本隧道洞口及洞身基本在基岩中通过。隧道整体围岩条件适中，隧道选线条件较宽松。隧道左右线加家圪台端洞口分别设置在ZK2+858、ZK2+823，宽州端洞口分别设置在ZK4+297、ZK4+321。隧道线形为直线与曲线结合，利于通风，详细情况参见宽州隧道平面图。两隧道设置为上下行分离式隧道，两隧道之间最小净距取决于围岩类别、断面尺寸、施工方法、爆破震动等因素，可按表1.1选取：表1.1分离式隧道两洞间最小净距两相邻隧道最小净间距围岩级别净距（m）1.0B1.5B2.0B2.5B3.5B4.0BB隧道开挖断面的宽度本隧道双洞净距约为43m，全长近于平行设置。1.4.3纵断面设计隧道内纵面线形应考虑行车安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求。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，宽州隧道纵坡整体设计为坡度约为0.8%的单面坡。1.5隧道横断面设计1.5.1建筑限界设计公路隧道的建筑限界，不仅要提供汽车行驶的空间，还要考虑汽车行驶的安全、快捷、舒适和防灾等，因此要求设计中应允分研究各种车道与公路设施之间所处的空间关系，任何部件(包括通风、照明、安全、临控和内装等附属设施)均不得侵入隧道建筑限界之内。根据公路隧道设计规范总体设计原则，设计车速80km/h 的一级公路隧道限界高度5 米，行车道宽度3.75 米，双车道布置，净宽10.25 米，其中左侧向宽度为0.5m，右侧向宽度为0.75m，左右侧检修道宽度均为0.75m，路面横坡度采用1.5%；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0.25m；人行横通道高2.5m，路面宽2m，不设侧向余宽和检修道；隧道内设置检修道并且同时考虑下列因素：（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35cm。图1.1隧道建筑限界设计图1.5.2隧道内轮廓设计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变形量，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提供的v=80km/h 情况下的标准断面，断面为单心圆组合，即拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。隧道内轮廓具体半径及参数见表1.2，内轮廓设计图见图1.2。表1.2隧道内轮廓参数表隧道内轮廓参数表R1R2R3R4周长面积5.5m8.5m1.0m18.0m32.12m76.86m2图1.2隧道内轮廓设计图1.5.3紧急停车带设计本隧道属于长隧道，单向交通每洞在行车方向的右侧设置紧急停车带。紧急停车带的主要功能是用来停放故障车辆、紧急情况下疏散交通及救援车辆和救援小组用以进行紧急救援活动等。紧急停车带的宽度，包含右侧向宽度取3.5m，总长度应取40m，其中有效长度不小于30m。紧急停车带的设置在隧道中部距洞口750m 处，全隧道设置1 处。停车带的路面横坡取水平，停车带限界具体尺寸根据公路隧道设计规范中规定选取。紧急停车带内轮廓采用公路隧道设计规范提供的v=80km/h 情况下的紧急停车带标准断面断面为单心圆组合，即拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。紧急停车带内轮廓参数及内轮廓设计图见表1.3及图1.3。表1.3紧急停车带内轮廓参数表紧急停车带内轮廓参数表R1R2R3R4R5周长面积5.5m8.5m1.0m28.0m8.5m38.96m110.21m2图1.3紧急停车带内轮廓设计图1.6建筑材料根据公路隧道设计规范，所选取建筑材料如下：（1）明洞衬砌，钢筋混凝土拱墙、仰拱二次衬砌及洞内沟槽采用C25 混凝土，初期支护喷射混凝土采用C25 硅酸盐水泥混凝土，仰拱回填采用C15 片石混凝土。（2）锚杆杆体采用HRB335 钢；锚杆垫板及钢筋网材料采用HPB235 钢；水泥砂浆强度不低于M20。（3）级围岩锚杆采用普通砂浆作为锚固剂；级以上围岩系统锚杆与超前锚杆采用早强砂浆作为锚固剂，施工时可采用药卷辅助。（4）复合式衬砌使用防水层采用1.5mm 厚PVC 防水板，其上覆盖450g/m2的毛纺布。1.7隧道衬砌结构1.7.1隧道围岩划分根据公路隧道施工阶段围岩分级规程，隧道围岩级别划分主要依据岩体弹性波速度、岩样饱和极限抗压强度、岩石质量指标，并结合围岩分化程度、完整性、坚硬程度、节理发育程度、断层及地下水影响程度等进行综合分类。具体隧道围岩分级的综合评判方法宜采用两步分级，并按以下顺序进行：1、根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ，综合进行初步分级。2、对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上考虑修正因素的影响，修正岩体基本质量指标值。3、按修正后的岩体基本质量指标BQ，结合岩体的定性特征综合评判、确定围岩的详细分级。依据实际资料在确定隧道围岩级别时，制定以下原则：（1）以交通部行业标准公路隧道设计规范（JTG D70-2004）提供数据为围岩级别划分标准。（2）遇断层破碎带，围岩级别较同类岩石降低12 等级，影响带推至洞底以上4080 米与断层交界处。（3）为便于隧道施工，按隧道开挖过程中可能遇到的地层和构造情况分段划分评价。（4）未有钻孔控制段，参照勘测区同类岩石已有资料进行类比分级。根据上述围岩级别划分原则，将隧道围岩级别划分汇入表1.4：表1.4左右线隧道围岩分布情况表围岩级别级（m）级（m）级（m）总长（m）左线5436852111439右线5727102161498根据公路隧道设计规范，本隧道各级围岩主要物理力学指标如表1.5：表1.5围岩级别参数表围岩级别围岩参数备 注密度(103kg/m3)1.732.042.042.342.342.55弹性抗力系数K(MPa/m)1002002005005001200弹性模量(静态) E(GPa)121.36.0620.0泊松比0.350.450.300.350.250.3计算内摩擦角()405050606070饱和抗压强度Rb (Mpa)5.015.012.020.035.060.0摩擦系数f (圬工与围岩)0.30.350.450.55、级围岩为表面不光滑时对于本隧道围岩主要评价如下：（1）级：岩石强度比作用荷载大，不连续面状态较好，隧道开挖会产生局部松弛，沿着比较易于滑动的不连续面，会产生局部掉块，不连续面间隔大致在30cm左右。不连续面基本良好，可能局部夹有粘土，开口宽度也小。支护可采用喷锚支护，目的是防止局部因重力掉块，防止围岩风化和裂化。（2）级：岩石强度比作用荷载不太大，但基本仍然以弹性变形为主；或即使岩石强度大，但不连续面状态不良，隧道开挖会产生掉块和围岩松弛。不连续面间隔大致在20cm 左右。不连续面状态一般或少许不良，夹有粘土，开口宽度稍大，也可能夹有宽度小的断层。初期支护可采用喷锚支护，目的是防止掉块，支持松弛荷载，防止松弛扩大。局部可采用钢支撑，支护要及早闭合。（3）级：岩石强度不比作用荷载大，随弹性变形的同时产生塑性变形，或者围岩强度只产生弹性变形，但不连续面状态非常差，隧道开挖使围岩松弛范围扩大。不连续面间隔大致在10cm 左右。不连续面不良，夹有厚的粘土，开口宽度大，掌子面会成为土砂状、粘土状。支护的目的是直接支持松弛荷载，防止松弛扩大，在岩石强度不足时要用内压控制塑性区的发生，并防止位移极度增加。初期支护可采用喷锚支护+钢支撑。1.7.2围岩压力围岩压力是指引起地下开挖空间岩体和支护变形或破坏的作用力。从狭义来理解，围岩压力是围岩作用在支护结构上的压力，分为以下四类：1、松动压力：由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力形式直接作用在支护结构上的压力。2、形变压力：由于围岩变形受到与之紧贴的支护结构的抑制，而使围岩与支护结构共同变形过程中，围岩对支护结构施加的接触压力。除了与围岩应力状态有关外，还与支护时间和支护刚度有关。3、膨胀压力：当岩体具有吸水崩解特征时由于围岩吸水膨胀崩解所引起的压力。4、冲击压力：它通常是由“岩爆”引起的。当围岩中积累了大量的弹性变形能后，在开挖时，隧道由于围岩的约束被解除，被积累的弹性变形能回突然释放，引起岩块抛射产生压力。由于深埋隧道在开挖过程中，围岩可以形成自然拱，围岩本身分担部分荷载；浅埋隧道由于覆土层小，不能形成自然拱，在没有支护结构时，上覆土会踏落比较大的高度，围岩压力相对较大；明洞拱圈为回填土，侧压力比较大。因此深埋、浅埋和明洞的结构荷载计算采取不同的计算方法。本隧道结构计算只计算级围岩段围岩松散压力。（1）单洞隧道深浅埋判定：应按荷载等效高度，并结合地质条件、施工方法等因素按照下式综合判定：Hp= (2 2.5)hq其中：荷载等效高度hq=0.452s-1=0.4525-1（1+0.1（12.4-5）=12.528m隧道采用矿山法施工，对于级围岩，取Hp=2.5hq= 2.512.528 = 31.32m故当隧道埋深H31.32m 时为深埋段。对于本隧道，左线浅埋段均位于洞口级围岩段（K2+878K2+968 以及K4+238K4+288）；右线浅埋段位于洞口级围岩段（K2+843K2+922以及K4+2764+316）。（2）深埋单洞隧道竖向围岩压力采用以下经验公式计算：q = h = 0.452s1 =1+i(B 5)式中：q垂直均布压力（kN/m2） h荷载等效高度（m）；围岩重度（kN/m3）；s围岩级别；宽度影响系数；B隧道最大开挖跨度；iB 每增减1m 时的围岩压力增减率，B5m 时取0.1。隧道需满足以下条件：1、采用钻爆法开挖；2、H/B1.7；3、不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩；4、隧道开挖跨度小于15m经计算，确定深埋隧道围岩竖向压力q=238.032kN/m3（3）深埋隧道水平围岩压力计算：级围岩时，拱顶水平压力为：e = q式中：e拱顶处水平压力(kN/m2)；围岩侧压力系数；q垂直均布压力(kN/m2)；侧压力系数选取0.4，则e=0.4q=95.2128 kN/m3（4）当隧道浅埋，覆盖层厚度H hq时围岩垂直均布压力为：q= h1K式中：围岩容重，kN /m3；K压力缩减系数，且K=1-h1tanBB隧道开挖宽度h1洞顶岩体高度侧压力系数，且=tan-tan0tan1+tantan0-tan+tan0tan0岩体的计算摩擦角岩体的内摩擦角tan=tan0+tan20+1tan0tan0-tan（5）当隧道覆盖层厚度H hq时q =h式中： 围岩容重，kN /m3；h隧道埋置深度，m。1.8洞门及明洞结构设计1.8.1洞口位置选择洞门是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌和洞外路堑的支护结构，应保证洞内附近的边坡和仰坡的稳定。洞门也是标志隧道的建筑物，与隧道规模、使用特性以及周围建筑物、地形条件等要相协调。隧道洞门具有支挡洞口正面仰坡和路堑边坡、保持仰坡和边坡稳定的作用；具有防止仰坡上方小量的滚石、滑坍、碎落、雪崩、风吹雪等自然灾害对路面危害的作用；将坡面水引离隧道的作用；具有改善洞口环境，美化洞口环境的作用。洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、运营要求，通过经济、技术比较确定：（1）洞门部分在地质上通常是不稳定的。应考虑避开滑坡、崩塌、泥石流等不良地质地段。（2）要遵循“早进洞晚出洞”的原则，选择洞口位置。（3）为使洞口段衬砌结构受力条件较好，应尽量使隧道中线与地形等高线正交，正交洞口的边、仰坡开挖较小而且均衡。（4）隧道在洞口附近考虑施工场地、弃渣场地以及便道的位置，对组织施工时的难易程度和进度有很大影响。1.8.2洞口地段地质条件隧道洞口（进口）围岩级别为级，岩性为强风化泥质粉砂岩和泥岩为主，岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。隧道洞口（出口）围岩级别为级，岩性为强风化泥质粉砂岩和泥岩为主，岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。南端洞口坡度较为陡峭，因此，洞门处仰坡应采取一定防护措施。1.8.3洞门形式选择隧道洞门形式的选择和隧道洞口的地形，地质条件以及隧道照明需要有关，洞门附近围岩一般比较松碎松软，所以应根据实际情况，选择合适的洞门形式，并对边仰坡进行适当护坡。洞门是隧道的咽喉，也是外露部分，要适当进行洞门和动口环境的美化和协调。山岭隧道常用的洞门形式主要有端墙式、翼墙式、台阶式、柱式、削竹式和喇叭口式。本隧道为一级公路长隧道，洞门应注意与环境相协调，本隧道采用削竹式，并进行了必要装饰。洞口开挖永久边仰坡采用三维植草网绿化防护。1.8.4洞门构造要求根据公路隧道设计规范（JTG-2004）规定，洞门构造要求为：（1）洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0m，洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m。（2）洞门与仰坡之间的排水沟设置于洞门墙体上；洞门回填土采用等级较低的混凝土砌体砌筑，并在沟底设置防渗层。（3）洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔，伸缩缝宽度为2cm；洞门墙的厚度可按计算或结合其他工程类比确定。（4）洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地基及地形条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不小于0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m。基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。（5）松软地基上的基础，可采取加固基础措施。洞门结构应满足抗震要求。1.8.5隧道进洞方式本隧道洞口段为级围岩，岩体较为破碎，故采用套拱加长管棚进洞法：先修筑套拱，利用套拱内预埋的108 导向管钻管棚孔，长管棚采用长度20m、直径89 的钢管高压注浆固结岩体，在管棚的保护下开挖进洞。1.8.6明洞结构设计（1）下列情况应设明洞衬砌：1、洞顶覆盖层薄，不宜大开挖修建路堑，并难于用暗挖法修建隧道的地段。2、路基或隧道洞口受边坡坍方、岩堆、落石、泥石流等不良地质危害；修建路堑会危及到附近重要建筑物安全的地段。3、铁路、公路、沟渠和其它人工构造物必须在隧道上方通过，不宜采用暗洞或立交桥涵跨越时。4、为了保护洞口的自然景观而延伸隧道长度时。本隧道在南北端洞口均采用明洞式削竹式洞门，修筑明洞进洞。（2）选择明洞的结构类型，应根据地形、地质、施工条件，考虑结构安全、经济实用、美观等因素综合分析确定。1、边坡一次塌方量大、落石较多且基底地质条件较好时，宜采用拱形明洞。2、当路基外侧地形狭窄、内外侧墙基底地质明显不同，外侧基础工程量较大或洞顶荷载较小时，可采用棚洞。3、在建筑高度受到限制或地基软弱的地方，可采用框架明洞。4、为保护洞口自然环境或防止洞口边、仰坡滚石须加长隧道而修建明洞时，可采用拱形、箱形明洞，并可在洞顶植草、植树等。结合本隧道所处地质情况及工程类比，现浇拱形明洞结构整体性较好，承载力较大，能承受较大的垂直压力。在一般情况下，预计一次坍方量较大，基础设置条件较好时，本隧道采用拱形明洞。1.8.7明洞衬砌设计本隧道采用拱形明洞，按照隧道整体式衬砌设计，明洞段设置仰拱以减小沉降变形、抵抗侧压力，主拱圈、墙部及仰拱衬砌均采用C25 钢筋混凝土结构，衬砌厚度65cm。明洞是修建在地面上的建筑物，衬砌结构除受地形、地质影响外，不可避免地受大气温度变化的影响而产生胀缩，特别是在气温变化较大的地区，常出现环形裂缝。因此，为了减少衬砌变形开裂，在气温变化较大的地区，在明洞处设置伸缩缝。伸缩缝的间距可视明洞长度、覆土或暴露情况、温差大小及地质情况酌定。1.9防排水设计1.9.1综述隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则：“防”：即要求隧道衬砌、防水层具有防水能力，防止地下水透过防水层、衬砌结构渗入洞内。“排”：即隧道应有畅通的排水设施，将衬砌背后、路面结构层下的积水排入洞内中心水沟或路侧边沟，排出衬砌背后的积水，能减少或消除衬砌背后的水压力，排得越好，衬砌渗漏水的机率就越小，防水也就更容易；排出路面结构层下的积水，能防止路面冒水、翻浆、结构破坏。“截”：对易于渗漏到隧道的地表水，应采用设置截(排)水沟、清除积水、填筑积水坑洼地、封闭渗漏点等措施。对于地下水，应采取导坑、泄水洞、井点降水等措施。“堵”：针对隧道围岩有渗漏水地段，采用注浆、喷涂、堵水墙等方法，将地下水堵在围岩体内。设计中采用的措施要求达到：排水通畅、防水可靠、施工方便，是隧道洞内基本干燥，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全，隧道防排水设计应对地表水、地下水进行妥善处理，结合隧道支护衬砌采取可靠的防水、排水措施，使洞内外形成一个完整的通畅的防排水系统。本隧道防排水应满足下列要求：1、拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水。2、有冻害地段的隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结。3、车行横通道、人行横通道等服务通道拱部不滴水，边墙不淌水。1.9.2防水措施（1）隧道复合式衬砌采用 1.5mm 厚改性 PVC 防水板防水，450g/m2土工布。防水板防水的薄弱环节在接缝处，本隧道土工布与防水板间的连接采用双缝焊机的焊接技术，且接缝处留10cm 长搭接长度，以备质量检查。铺设时采用无钉热合铺设法。隧道二次衬砌满足不低于抗渗S6 要求。（2）衬砌施工、沉降、伸缩缝等是防渗漏水的薄弱环节，故隧道内施工缝采用10mm 宽BW 型遇水膨胀止水条止水，沉降缝采取设置中埋式排水橡胶止水带方式防水。沉降缝和施工缝防水示意图如图1.4、1.5。图1.4沉降缝止水条防水示意图图1.5施工缝止水带防水示意图1.9.3排水措施隧道内设置纵向排水管、环向排水管、横向排水管、环向盲管等形成岩体环向排水管纵向排水管横向盲管中央排水沟洞外一个完整的闭合回路，使岩体内的渗水可以畅通的排出，另外对于集中出水点，可预埋半管。对于路面排水，设置开口式边沟，为防止预制块接缝间漏水，在接缝间设置防水板。（1）隧道内排水：1、路面两侧设置纵向排水沟，引排营运清洗水、消防水和其它废水。2、隧道纵向排水坡与隧道纵坡一致，均为0.8%。3、路侧边沟设置为开口式明沟，边沟设置泄水检查孔，间距50m。（2）路面结构底部排水：1、在路面结构下部设置梯形中心排水沟以集中引排地下水，中央排水管采用双壁波纹打孔塑料管。中心水沟(管)断面尺寸应根据设计流量计算确定：Q=13nR23I12A其中：根据往年水文调查资料，采用地下径流模数法预测隧道总涌水量，隧道一般总涌水量为362.88m3/d，雨季总涌水量为504.32m3/d。并考虑隧道内开挖涌水量影响，隧道所处地区中央水沟设计过水流量为Q=518m3/d=0.06m3/s，粗糙系数塑料管n=0.01；纵向排水坡度I=0.8%，得出排水管直径D=0.3181m；取直径为320mm。中央排水沟细部图如图1.6所示。图1.6中央排水沟细部图2、由于地下水可能夹带泥砂或沉积矿物质，故中心排水管沿纵向按间距50m设置沉沙池，并设置有检查井。检查井的位置、构造不得影响行车安全，并应便于清理和检查。根据公路隧道设计细则，按每200m 设置一处。3、在隧道底部设横向导水管，以连接中心排水管与衬砌墙背后纵向排水盲管，将衬砌背后的地下水引入中央排水沟；横向导水管的直径为100mm，横向坡度为2，根据隧道所处地区地下水量，取间距50m 布设。导水管两端采用三通连接。4、路面底部与路面有相同横坡。（3）隧道衬砌外排水设施：1、沿隧道全长在衬砌两侧边墙背后底部对称设置100 纵向排水盲管。2、沿衬砌背后环向设置100 导水盲管，其纵向间距不大于20m，遇水量较大时，环向盲管应加密。对有集中出水处，应单独设竖向盲管。3、环向盲管、竖向盲管与边墙底部的纵向排水盲管连通；纵向排水盲管又与横向导水管连通，形成完整的纵横向排水系统。环向盲管、竖向盲管、纵向排水盲管均用无纺布包裹。排水平面布置示意图如图1.7所示。图1.7排水平面布置示意图（4）对于出水量较大的地段，采用超前注浆堵水，浆液采用水泥和水玻璃混合浆液，以加快其凝固速度。1.9.4洞口与明洞防排水措施（1）为防止地表水的下渗和冲刷，隧道洞口及明洞应没置截水沟和排水沟，洞口边坡、仰坡也应采取一定防护措施。具体措施是在明洞回埴层顶面洞门墙背设排水沟；明洞槽边、仰坡开挖线35m 以外设截水沟。排水沟采用矩形断面，尺寸为50cm50cm；截水沟采用梯形断面。（2）洞门墙背应作防排水设计，在洞门墙背与回填土体之间宜设置砂砾透水层或纵横透水管，并在墙身底部设置一排泄水孔，泄水孔径为10cm。墙背泄水孔底部应设隔水层，不容许积水渗入墙基底部。为防止洞外水流入隧道内，可在洞口外设置反向排水边沟或采取截流措施。（3）明洞防排水措施：1、为防止地表水容易冲刷坡面，引起坡面坍塌；或流入回填土体内部，浸泡回填料，增加明洞荷载，不利于明洞结构的安全，在明洞顶部设置必要