毕业设计（论文）-炒米梁隧道右线支护结构设计.docx

山东科技大学本科生毕业设计（论文）摘 要随着社会的发展，公路隧道在高等级公路中得到广泛应用。由于它在山岭地区有克服地形或高程障碍，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，保护生态环境等优点。全套图纸加扣3012250582本设计课题为四川长径公路隧道左线设计，注重的是结构计算，重点研究新奥法施工。在设计中，首先依据隧道设计规范、结合围岩类型和周围环境对隧道进行选址，并且选择合理的洞门形式及其验算洞门的稳定性。其次根据洞身所处围岩级别和埋深的不同进行了隧道的围岩压力计算和结构静力计算，根据使用工程类比法来选择支护参数，并且依据围岩压力来进行衬砌配筋计算及其支护参数安全稳定性验算。然后是根据工程需要选择合理的施工监测方案，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。最后，还根据隧道工程特点、施工技术装备和施工力量等技术与经济因素，在确保安全、经济的前提下，编制隧道施工组织设计。在设计中，还加入了许多的比选，或者备选方案，在对各项方案的选择时，结合长径隧道的实际特点选定最适合的一种作为最终方案。如进行开挖方式的选择时，在全断面法、台阶法、分部开挖法中进行了比较，最后结合各个开挖方式的特性以及级围岩区的固有特点，选定了分部开挖法中的CRD法。这样，对加深隧道结构的认识，施工工艺方法的了解和对检测项目实施完整性准确性的把握都很有好处。 关键词：隧道设计；新奥法；围岩压力；衬砌支护；施工组织AbstractWith the development of society, highway tunnels are widely used in the high-grade highways. They can overcome obstacles to the terrain or elevation, to improve alignment and enhance the speed and shorten the mileage, save fuel, save time, reduce the destruction of vegetation has the advantages of protecting the environment.The design issue for long-track tunnel in Sichuan, the structure-oriented computing, focuses on the construction of the new Austrian law. In the design, the first tunnel in accordance with design specifications, combined with rock type and the surrounding environment of the tunnel entrance to the site, and choose a reasonable form of the portal and check the stability of Portal. Second, under the rock where holes are different levels and depth of the tunnel to the rock pressure calculation and calculation of static structure, in accordance with the use of analogy works to select the initial parameters and the second pit lining support parameters, and based on Wai rock reinforcement lining pressure to support the calculation and checking security and stability of parameters. Is based on the project and then need to select a reasonable construction of the monitoring program, through a variety of means of measurement, the tunnel after excavation for dynamic monitoring, and to know that the tunnel support structure design and construction. Finally, also in accordance with the characteristics of tunnel engineering, construction technology and equipment and construction forces and economic factors such as technology, in ensuring the security, economic, under the premise of the preparation of the tunnel construction organization design. The aim is to ensure the project design requirements in accordance with the quality of the progress of plan design with a reasonable budget, security, quality and efficient completion of construction work.In the design, but also adding a lot more than elections or options in the choice of the program, the combined length of the actual characteristics of the tunnel to choose the most suitable one as the final stage. Such as the choice of excavation methods, the law in the whole cross-section, step method, the law division of the excavation were compared, and finally integration of the various ways the characteristics of excavation and grade the inherent characteristics of surrounding areas, selected Division CRD law excavation method. In this way, to deepen understanding of the tunnel structure, construction techniques and methods to understand the integrity of testing the accuracy of the implementation of the project are very good grasp.Key words: Long-track tunnel design; NATM; Rock pressure; Lining Construction organizations目录1绪 论11.1隧道的概念及其作用11.2隧道工程的发展简况21.3隧道支护技术发展史及发展前景31.4新奥法基本原理及其应用41.5我国道路隧道发展前景52工程概况72.1地理位置及交通条件72.2气象水文72.3地形地貌82.4地层岩性82.5地质构造92.6水文地质92.7岩土体工程地质特征113隧道洞门形式及稳定性验算133.1隧道进、出口工程地质评价133.2洞门形式的确定及稳定性验算154隧道衬砌荷载计算264.1围岩压力的概念与分类264.2围岩压力计算294.3 隧道衬砌类型及其受力特点394.4衬砌内力计算444.5解力法方程664.6主动荷载及被动荷载产生的衬砌内力674.7最大抗力值的求解704.8计算衬砌总内力714.9衬砌截面强度验、检算744.10内力图755隧道支护参数的设计765.1明洞衬砌765.2暗洞衬砌结构765.3复合式衬砌775.4锚喷支护参数的计算786衬砌配筋计算866.1结构承受最大正弯矩的配筋计算866.2结构承受最大负弯矩的配筋计算886.3 I类衬砌安全性评价917隧道施工组织设计937.1隧道总体施工方案937.2主要施工人员、机械设备987.3隧道的施工方案1017.4初期支护施工1107.5二次衬砌施工1137.6洞内防排水施工1167.7隧道施工通风、照明、管线路布置和路面及装修1208隧道监测方案设计1238.1现场监测方案设计的主要内容1238.2本隧道监测项目、频率及数量设计1248.3工程地质与支护状况的观察1258.4信息反馈1278.5测量资料管理129参考文献130专题：浅谈边坡稳定及加固132附录：英译汉：141致谢1541591绪 论1.1隧道的概念及其作用隧道通常指作用在地下通道的工程建筑物。一般分为两大类：一种是修筑在岩层中的，称为岩石隧道；一类修筑在土层中，称为软土隧道。岩石隧道修建在山体中的较多，故又称山岭隧道；软土隧道通常修建在水底和城市立交，故称为水底隧道和城市道路隧道。埋置较浅的隧道，一般采用明挖法施工；埋置较深的隧道多采用暗挖法施工。用作地下通道的有公路隧道、水底隧道、城市道路隧道、地下铁道、铁路隧道和航运隧道等。隧道在山岭隧道可用来克服地形或高程障碍、改善路线、提高车速、缩短里程、节约燃料、节省时间、减少对植被的破坏、保护生态坏境；还可以用作克服落石、坍方、雪崩、崩塌等危害。在城市可减少用地、构成立体交叉、解决交叉路口的拥挤阻塞和疏导交通。在江河、海峡、港湾地增加隐蔽性和提高防护能力，并且不受气候影响。隧道是地下工程建筑物为保持巷道岩体的稳定，保障交通安全，需要修筑主体建筑物和附属建筑物。前者包括洞身衬砌和洞门建筑，后者包括通风、照明、防排水和安全设备等。洞身衬砌的作用是承受围岩压力、结构自重和其他荷载，防止围岩塌落、风化、防水、防潮等。洞门的主要作用是防止洞口坍方落石、保持仰坡和边坡稳定。通风、照明、防排水、安全设备等的作用是确保行车安全和舒适等。隧道结构在结构计算理论和施工方法两方面与地面建筑相比有很多不同之处，最主要的是埋置在地层的衬砌结构所承受的荷载比地面结构复杂。所以在设计衬砌时，除计算复杂多变的围岩压力外。还要考虑围岩的自承能力以及衬砌与围岩之间的相互作用。隧道施工与地面建筑施工也不同，空间有限、工作面狭小、光线暗、劳动条件差，给施工增加了难度。隧道在勘察设计时地质条件是重要依据之一。从规划初期开始，就应该在较大范围内把地质调查工作摆在头等重要的位置上，做好详细的工程地质调查和水文地质调查，以便选择合理的隧道位置，考虑好与引线的接线方式，判断可能的断面形状和施工方法以及可能遇到的问题等。1.2隧道工程的发展简况近代隧道兴起于运河时代，从十七世纪起，欧洲陆续修建了很多运河隧道。其中法国的兰葵达克（Languedoc）运河隧道，建于1666-1681年，长157米，它可能是最早用火药开凿的公用隧道。1830年前后铁路成为新的运输手段。随着铁路运输事业的发展，隧道也越来越多。1895-1906年已出现了长19.73km穿越阿尔卑斯山脉的最大铁路隧道。目前最长的铁路隧道已达53.85km。较为完善的水底隧道建于1927年，位于纽约哈德逊河底（Holland隧道）。现在世界上的长大道路隧道（2km以上）和长大水底隧道（0.5-2.0km）将近百条，最长的位于瑞士中部卢瑟恩湖南侧的圣哥达（St.Gotthard）汽车专用隧道，全长16.3km。目前世界上的科技正在发展着两个新的领域，一个是宇宙空间，一个是地下空间，看来隧道工程将会起着越来越重要的作用。隧道工程的施工条件是极其恶劣的，体力劳动强度和施工难度都相当大。为减轻劳动强度，人们曾做出不懈的努力。古代一直采用“火焚法”和铁锤钢钎等原始工具进行开挖，直到上个世纪才开始采用钻爆作业，至今大约有一百多年的历史。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头摇臂钻机，工人们已经从繁重的体力劳动中解放出来了。和钻爆开挖法不同的还有两种机械开挖法。一种适用于软土地层的盾构机，发明于1818年，经过一个半世纪的不断改进，已经从手工开挖式盾构，发展到半机械化乃至全机械化盾构，能广泛的用于各种复杂的软土地层的掘进。另一种是用于中等硬岩石隧道掘进机。首次试掘成功的隧道掘进机，诞生于1881-1883年，到现在已经超过一个世纪。目前已经发展到大断面（直径10m以上）的带有激光导向和随机支护装置的先进掘进机，机械化程度大大提高，加上辅助的通风除尘设备，使工作环境得到大大改善。目前应用高压水的射流破岩技术已经过关，它能以很快的速度在花岗岩中打出炮眼，再在隧道周围用高压水切槽，然后爆破破岩。优点是减少超挖，可以开挖任意断面形状的隧道，保护围岩，降低支护成本。并能增加自由面以降低炸药消耗和炮眼数目。但消耗功率较大，设备成本较高，技术上还未达到十分成熟的程度。地层压力的研究开始于十四世纪。此后随着采矿和隧道工程的发展。地层压力理论也在相应的发展着。这种研究基本沿两个方向进行。一个是把地层视为松散构造散粒体理论，另一个是把地层视为连续弹性体弹塑性理论。近百年来从理论上和工程实践中对地层压力进行了极广泛的研究，获得了不少成果，但仍未得到系统、圆满、严密的理论，直到今天仍在进行着新的探索。八十多年前，普氏以均质松散体为基础，提供了地层压力的计算方法，但他把岩体假定为松散体，并把复杂的岩体间的联系用一个似摩擦系数描写，这种做法显然过于粗糙，在工程中常常出现失败的情况。不过直到现在普氏理论还在应用者，因为这个方法比较简单，即使是对不熟悉地质或不了解现场地质条件的人也能用普氏系数来进行设计。我国著名学者陈宗基教授，在1985年首次把岩石力学作为一门边缘学科来发展，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各种问题，并指出现场试验与室内实验是相辅相成和不可分割的。他最先引进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，等等。为地下工程的研究、设计和施工提供了新的理论依据。1.3隧道支护技术发展史及发展前景当前国内外隧道支护设计技术现状及发展的概况，大体上可反映在有关设计规范、规则、指南以及一些权威性专著之中。早在1974年第三届国际岩石力学会议的综合报告即以指出：“虽然关于支护结构设计的论著比岩石力学其他课题发表的更多，但其实际进展却十分缓慢。不论是采矿工程师还是土木工程师，在设计支护系统时在很大程度上仍然依靠经验。”支护原理研究是个“十分困难的课题”。1993年我国出版的高等学校教材岩石力学，概括了当前国内去外锚喷支护的现状：“岩石力学尚未形成一套独立的、完整的理论”。由于目前还不能从理论上完善地、定量地说明锚喷支护的原理，所以设计上还是以经验的方法为主。例如，根据围岩分类，用工程类比法建议一些经验数据作为设计的依据。日本国有铁道建设局等，对98座新奥法修建的铁路、公路隧道作了分析总结，制定了新奥法设计施工指南（草案），初步设计方法是：一是标准模式支护法；二是工程类比法；三是解析法。并对三种方法的地位和作用作出明确规定：“在一般围岩中的标准断面初步设计阶段，主要是采用与围岩等级相应的模式化的标准设计；在标准支护模式的条件之外，当所设计的隧道与过去施工过的隧道条件非常类似时，采用经验类比法；理论计算方法或用有限元法进行解析的方案，一部分虽应用到实际设计中，但在目前阶段尚未成为通用的方法。”随着支护方法的发展，支护形式也出现了很多种，常用的隧道支护方法有锚杆支护、喷射混凝土支护、整体式混凝土支护、复合式支护等形式，而且各种方法在实际工程中都得到了不断的发展与完善。不同学者和工程师们在设计隧道衬砌时采用不同的假定来考虑围岩对衬砌变形所产生的抗力，其中文克勒尔(Winkler)局部变形理论得到了广泛应用。这方法的代表学者有:康姆裂尔(1910)、许特(1922)、等。与此同时，将衬砌和围岩视作连续介质模型进行分析的力一法也得到了发展，其中代表学者有:史密特(1926)、塔罗勃(1957)、谬尔伍德(1975)等，20世纪50年代以来，喷射混凝土和锚杆被广泛用作初期支护。1.4新奥法基本原理及其应用近20多年来，随着岩体力学理论的进展，使人们产生了新的隧道建造方法的构思。在众多现代隧道建造方法中，“新奥法”可称为代表作。“新奥法”是“新奥地利隧道修建方法”的简称，其英文为“New Austria Tunneling Method”，常简称为NATM，特点是采用光面爆破；以锚喷作一次支护，必要时加钢拱支架；根据围岩地压及变形实测数据，再合理进行二次支护；对软岩强调封底。由于新奥法在隧道工程中的成功应用，当前已被国内外作为隧道结构设计和施工的重要方法。新奥法的基本原理是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用，采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，并通过对围岩和支护结构的监控、测量来指导地下工程的设计与施工。其基本要点可归纳如下：充分利用岩体强度，发挥岩体的自承能力；开挖作业多采用光面爆破和预裂爆破，并尽量采用大断面开挖，以减小对围岩的扰动；根据隧道围岩特征采用不同的支护类型和参数，及时施作密贴于围岩的柔性喷射混凝土和锚杆初期支护，以控制围岩的变形和松弛；在软弱破碎围岩地段，使断面及早闭合，以有效的发挥支护体系的作用，保证隧道稳定；二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定情况的条件下修筑的，围岩与支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度；尽量是隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突出处出现应力集中；通过施工中对围岩和支护的动态观察、测量，合理安排施工工序，进行设计变更及日常的施工管理；从新奥法的基本原理中，可以看到围岩加固设计理念上的重大进步，不再把围岩简单地看作作用在支护结构上的荷载，而是认识到围岩是隧道结构的主要承载部分。努力保持围岩的原有强度，从而更有效的发挥围岩的承载力，是新奥法的另一重要施工要求。总之，新奥法的核心在于充分发挥围岩的自承作用，喷射混凝土、锚杆起加固围岩的作用。把围岩看作是支护结构的重要组成部分，并通过监控测量，实行信息化设计和施工，有控制地调节围岩变形，以最大限度地利用围岩自承作用。综上所述，目前国内外隧道工程支护设计放法均以设计者的综合对比、经验判断为主。但从发展趋势看，新奥法开创的理论经验测量三者结合的“信息化设计”体现了发展方向。有些学者认为：信息化设计使经验方法科学化，使力学计算具有实际背景，这种以施工监测、理论分析、经验判断相结合，调查、设计、施工相交叉的放法是非常符合隧道工程特点的，为隧道工程的设计和施工开辟了一条正确的途径。1.5我国道路隧道发展前景目前，我国隧道总长度远不能满足交通运输上的实际需要。我国是个多山国家，山地面积约占全国面积的1/3，有的省份素有“天无三日晴，地无三尺平”的说法。可见发展交通事业时隧道将其这多么重要的作用。从长远看修建隧道是经济的，特别是能节省大量的燃油，这在节省能源的今天，是非常可贵的。目前，道路正日益增多，并修建了一些长大道路隧道。虽然技术标准不是太高，但是随着国家建设事业的发展，相信一定会出现更多的、标准更高的道路隧道。道路隧道是一门综合性学科，需要具备相当多的基础知识，除一般土木工程知识外，还应具备一定的交通工程、通风、照明、机电、医学、经济管理学等方面的知识。2工程概况2.1地理位置及交通条件本隧道进口段接火地沟大桥，出口接龙洞沟大桥。进洞口位于四川省达州市宣汉县土主乡庙潭村三社，出洞口位于柳池乡池坎村四社，两个乡镇以炒米梁为界，距双河镇场镇约8.00km，距土主乡场镇约10.00km，无公路与之相连，交通极为不便，施工时需设置施工便道。2.2气象水文2.2.1气象隧址区属亚热带湿润季风气候区，总的气候特点是：气候温和，雨量充沛，无霜期长，光照充足，大陆性季风气候显著。农业气候四季分明，有春早，气温回升快，但冷空气活动频繁，气温不稳定，有倒春寒出现，夏季气温高，光照充足，降雨集中，连晴高温，常有夏季伏旱发生，秋季气温下降快，而多雨，冬季较为温暖，霜雨不大，总的来说，农业气候条件较好，但因降雨时空分布不均，旱象出现频繁。气候受地形影响较大，气温随地势升高而逐渐降低，多年平均气温16.0。多年极端最高气温44.6，（2006年8月19日），多年极端低温-4.7（1956年1月9日），平均日照数1073小时，平均无霜期为290天，霜冻日57天，年均雾日79天，雷暴日36天，相对湿度年均80%，绝对湿度185毫巴，10活动积温年均5565小时，积雪期1-3天，多年平均风速1.3m/s，最大风速17m/s。区内多年平均降雨量1174.50mm，降雨量集中在410月，占全年降雨量的83%，区内日最大降雨量为214.80mm(1964年8月28日)。2.2.2水文隧址区内无大的地表水系，主要为一些季节性冲沟，主要接受大气降水补给，季节性冲沟均具山间河流特点，沟床狭窄，纵坡大，多跌水，流量受大气降水控制，具暴涨暴落的特点，暴雨时大量坡流汇入溪沟，泥沙俱下，流量猛增，雨停流量锐减，枯季仅见细流。勘察期间山谷冲沟多为干沟2.3地形地貌隧址区位于四川盆地东北部边缘，大巴山南坡前山地带, 地形地貌受地层岩性及构造控制明显，属于构造侵蚀、剥蚀低山丘陵及低山地貌区，路线横穿炒米梁脊梁，沿线地形地势特点为中间高，两侧低，隧道区高程约为440.00620.00m，相对高差约180.00m，地形起伏较大。整体地势平缓，局部沟谷纵横，切割强烈，横坡陡峻，地表植被覆盖率较高。按地貌形态隧道通过地段可分为以下两个区:低山山岭脊区：位于炒米梁山脊中部及两侧。延伸方向大致与新红柳池三河场向斜轴向平行，该地貌单元占路线测区的近三分之一。低山丘陵及深切沟谷区：位于隧道进出口两段及洞身局部地段大部分，占路线测区三分之二。2.4地层岩性根据地表工程地质测绘及钻探成果表明：隧道围岩及山体地层主要是侏罗系沙溪庙组（J2s）的砂岩和泥岩，以泥岩为主。第四系残坡积亚粘土、崩坡积块石土零星覆盖在斜坡地带，厚度04.50m。现将各岩土层工程地质基本特征由上至下（从新到老）分述如下：2.4.1残坡积亚粘土（Q4el+dl）土褐色主要由粉粒和粘粒组成，无摇震反应，无光泽，干强度中等，韧性中等，主要分布于隧址区斜坡地带，本次勘探揭露厚度为01.50m。2.4.2崩坡积块石土（Q4el+dl） 杂色主要由砂岩块石以及粘性土组成，块石粒径50200mm，约占70%，稍密、稍湿。主要分布于隧址区出洞口段的斜坡地带，本次勘探揭露厚度为01.50m。2.4.3侏罗系沙溪庙组（J2s）泥岩:紫红色，主要由粘土矿物组成，局部砂质含量较高，泥质结构，中厚层状构造。强风化带厚度为1.004.00m，岩芯较破碎，多呈碎块状，局部呈短柱状，岩质极软，岩石质量指标RQD=0，弱风化带岩芯呈短长柱状，岩石质量指标RQD=4279，岩石强度较高，岩石天然单轴抗压强度20.81Mpa，饱和单轴抗压强度15.53Mpa，软化系数0.75，为软岩。砂岩:灰白色，主要由长石、石英、云母等矿物组成，中细粒结构，中厚层状构造，钙质胶结，本次勘察未揭露到强风化带，从出露地表观测，强风化带厚度约为1.90m，裂隙发育，岩质软，弱风化带岩芯呈短长柱状，岩石质量指标RQD=5088，岩石强度高，岩石天然单轴抗压强度40.22Mpa，饱和单轴抗压强度33.98Mpa，软化系数0.84，为较坚硬岩。2.5地质构造隧址区地质构造上位于大巴山外弧褶带新红柳池三河场向斜北东翼，在炒米梁靠出洞口一侧发育炒米梁断层（F4），与轴线在ZK114+675、YK114+700处相交，该断层在调查区内长度1.60Km，断距大于1.00m，断层破碎带宽730m，为压扭性正断层，断层上盘岩层产状19010，断层下盘产状为130140615，炒米梁断层岩层产状30573045，隧道出洞口一侧岩层产状为22010。经地表调绘及钻探揭露，隧址区岩石总体较完整，在断层附近岩体破碎，场地内发育有三组构造裂隙：组：产状801005080，张开，裂面较平直，无充填，延伸约大于15m，发育间距1m；组：产状1902206070，裂面较平直，无充填，延伸约8m，发育间距35m。组：产状2903206080，裂面较平直，无充填，延伸约10m，发育间距3m。2.6水文地质2.6.1堆积物孔隙含水岩组为隧道进出口地带第四系坡积、崩坡积松散块石土、碎石土、粘性土内的孔隙潜水。地下水沿基岩面渗出或股状流出，受大气降水及基岩裂隙水补给，水量有限且动态不稳定。2.6.2基岩裂隙含水岩组基岩风化带网状裂隙水基岩风化带网状裂隙水主要指赋存于基岩浅表风化层中，广泛分布于隧道整个洞身范围，无统一水位，其流量受季节性变化影响。主要接受大气降水补给，在基岩露头部分为补给区，向低洼处排泄，基岩风化裂隙水具有就近补给就近排泄的特点。泉水出露在台状山周边砂岩与泥岩接触面上及斜坡地带的坡麓，前者流量一般较大，后者较小，受大气降水补给明显。基岩构造裂隙水测区基岩构造裂隙水主要表现为砂岩裂隙含水，泥岩隔水或含水极弱。隧道进出口段出露的上沙溪庙组（J2s）地层中构造裂隙比较发育，为富水及透水介质，其地表出露范围大，补给区宽，地表冲沟切割较深，地下水易于储集，地下水为裂隙潜水，略具承压。地下水富水性总的较弱，泉水流量较小，相对悬殊，一般小于0.5升/秒，最大0.886升/秒，平均0.13升/秒。地下水补给、径流、排泄特征隧址区主要的地下水为基岩构造裂隙水，现对其地下水补给、径流、排泄特征叙述如下：补给条件a、区内降水丰沛，年平均降雨量1174.50mm。每年的降雨日数可达150天以上，这就为地下水的补给提供了较为充足的经常性的来源。补给方式主要是向下渗透，通过溪沟补给。b、地表水体（常年积水的冬水田、塘及湖水等）为地下水的补给提供持续的来源。区内砂岩具有一定厚度，地表露头宽大，有较大范围的补给区，地形上有汇集降水和地表迳流的适宜条件。水田分布面积较大，水塘多，一般地表水体向下渗透补给量较大。含水层的蓄水能力侏罗系中、上统砂岩，渗透性较强，局部节理较发育，蓄水能力较强；而该地层泥岩，透水性弱，节理不发育，蓄水能力弱。径流、排泄条件基岩裂隙水：岩性为砂岩、泥岩。地下水主要赋存于砂岩裂隙中，泥岩为相对隔水层。因受岩性组合、构造与地形条件控制，各含水层自成补给、径流、排泄系统，相互间水力联系甚弱，无统一的地下水面。径流受横向沟谷所控制，地下水在相邻的沟谷之间作短途运移，以下降泉或上升泉的方式分散排泄。2.7岩土体工程地质特征隧址土体为残坡积土分布，仅见于进、出洞口周边，厚度很薄。该层土体除表面松散外，大多呈硬塑状。土中含少量碎石及小角砾，抗水的冲蚀能力差，作为隧道洞口仰坡土体，易产生冲刷变形破坏，水土流失。2.7.1土体工程地质性质隧址土体为残坡积土分布，为亚粘土、块石土，仅见于进、出洞口周边及洞身段，厚度薄。钻孔揭露厚度0.001.50m，亚粘土呈硬塑状，土中含少量碎石及小角砾，该层粘土稳定性差。抗水的冲蚀能力差，作为隧道洞口仰坡土体，易产生冲刷变形破坏，水土流失。块石土呈松散稍密状，稳定性差，抗水的冲蚀能力差，作为隧道洞口仰坡土体，易产生冲刷变形破坏，水土流失。2.7.2岩体工程地质性质隧址岩体为强、弱风化泥岩和砂岩，其岩体工程地质特征如下：强风化泥岩该层在隧址内大量分布，厚度约1.004.00m。其主要工程地质特征为：岩体破碎极破碎，节理裂隙发育极发育，裂隙连通性好，自稳能力差，水浸后极易加剧松散破坏；作为洞口仰坡岩体，容易在水的冲刷侵蚀下产生坡面变形破坏，形成浅层滑塌。在不受水冲刷侵蚀作用下，该层边坡稳定性较好。强风化砂岩该层仅在隧道顶部、出洞口侧有少量分布，厚度约1.502.00m。其主要工程地质特征为：岩体较破碎，节理裂隙较发育；作为洞口仰坡岩体，容易在水的长期冲刷侵蚀下产生坡面变形破坏，形成浅层滑塌。在不受水冲刷侵蚀作用下，该层边坡稳定性较好。弱风化泥岩该层构造层理清楚，主要矿物成分为粘土矿物等。根据该层岩石饱和抗压强度试验，岩体较完整。根据钻孔采取的岩芯观察，岩石完整性较好。该层属自稳性较好的围岩。弱风化砂岩该层构造层理清楚，主要矿物成分为石英、长石及云母等。根据该层岩石饱和抗压强度试验，岩体较完整。根据钻孔采取的岩芯观察，岩石完整性较好。该层属自稳性较好的围岩。3隧道洞门形式及稳定性验算3.1隧道进、出口工程地质评价3.1.1隧道进洞口工程地质评价进洞口地形条件右线进洞段位于一斜坡上，斜坡自然坡度30-50，隧道洞口轴线与地形等高线斜交。隧道进洞口里程桩号为YK114+210.00, 地面高程为463.20m，设计隧道路面高程458.960m，洞口中心开挖深度4.24m, 洞口至开挖零点距8.50m。进洞口前缘地势较为平缓，为火地沟，坡度角1015左右。洞口段地形条件较好，无斜坡变形现象。进洞段位于一斜坡上，斜坡自然坡度20-35，隧道洞口轴线与地形等高线交角约60。进洞口段地质条件进洞口段覆盖的第四系土层较薄，呈零星分布，厚0.502.50m左右，大部地段基岩直接出露，下伏基岩为侏罗系沙溪庙组（J2s）泥岩。泥岩地表风化为暗紫红色，新鲜面呈紫红色，层理较发育，脱水后呈松散碎块状，弱风化岩石RQD=4279%，为较完整岩体。岩层产状18012，岩体中发育有3组裂隙，该段通过地表工程地质测绘未发现滑坡、崩塌等不良地质现象，斜坡现状稳定。经水文地质试验和钻孔简易水文观测，进洞口段岩体中存在一定量的地下水，主要是基岩裂隙水。右线进洞口段稳定性评价进洞口段无断层，裂隙不发育，构造简单，无不良地质现象，斜坡天然条件下稳定，无变形迹象。洞口段泥岩地表风化较强烈，强度较低。下部岩体较完整。受裂隙及在施工爆破破坏下，稳定性较差，无支护时可产生较大的崩塌，侧壁有时失去稳定。 隧道开挖时将在进洞口左侧形成高约14.30m的人工岩土质边坡,进洞口右侧形成高约4.80m的人工岩土质边坡。在洞顶不会形成质仰坡。右线进洞口左侧人工路堑边坡的稳定性分析隧道进洞口左侧人工路堑边坡高约14.30m，坡向为312，边坡体主要由基岩组成，属人工岩质边坡。边坡体基岩为泥岩。根据岩层产状和裂隙作边坡赤平投影图，见图3-1。图3-1右线进洞口左侧路堑边坡赤平投影从赤平投影图可知，该侧边坡为切向坡，倾角为12，对边坡稳定性影响较小。组裂隙与坡向呈小角度顺坡向相交，为控制边坡稳定性的不利结构面；、组裂隙均与坡向呈大角度切向相交，对人工岩质边坡稳定性影响较小。根据公路路基设计规范（JTG D302004）附录A表A-1岩质边坡分类:属于类边坡。在边坡开挖后，易沿组裂隙结构面产生剪切破坏。右线进洞口左侧人工路堑边坡的稳定性分析隧道进洞口左侧人工路堑边坡高约4.80m，坡向为132，边坡体主要由基岩组成，属人工岩质边坡。边坡体基岩为泥岩，大部地段为强风化。根据公路路基设计规范（JTG D302004）附录A表A-1岩质边坡分类:属于类边坡。在边坡开挖后，容易产生垮塌。3.1.2隧道出洞口工程地质评价出洞口地形条件左右线出洞段均位于同一斜坡上，隧道与斜坡近于正交，斜坡地形坡角约2030，坡向约210220。出洞口前缘为一陡坡，坡度4050，陡坡下为龙洞沟。右线隧道出洞口里程桩号为YK114+780.00,地面高程为470.75m，设计隧道路面高程460.67m，洞口中心开挖深度9.83m, 洞口至开挖零点距25.10m。出洞口前缘为一陡坡，坡度4050，陡坡下为龙洞沟。洞口段地形条件较好，无斜坡变形现象。出洞口段地质条件隧道出洞口段被第四系崩坡积块石土和残坡积亚粘土覆盖，土层厚度1.004.50m，局部地段基岩直接裸露，为侏罗系沙溪庙组（J2s）泥岩、砂岩互层。泥岩地表风化为暗紫红色，新鲜面呈紫红色，层理较发育，脱水后呈松散碎块状，弱风化岩石RQD=4079%，为较完整岩体。砂岩为灰白色，中细粒结构，中厚层状构造，弱风化岩石RQD=6085%，为较完整岩体，岩层产状22010，岩体中发育有3组裂隙。经水文地质试验和钻孔简易水文观测，出洞口段岩体中存在一定量的地下水，主要是基岩裂隙水。右线出洞口段稳定性评价 出洞口段在YK114+700处与炒米梁断层呈105相交，通过地表调查表明该断层为非活动性断层，裂隙不发育，构造简单，无影响隧道修建的不良地质现象，斜坡天然条件下稳定，无变形迹象。洞口段泥岩地表风化较强烈，强度较低。下部岩体较完整，RQD一般大于50%。受裂隙及在施工爆破破坏下，稳定性较差，无支护时可产生较大的崩塌，侧壁有时失去稳定。隧道开挖时将在进洞口左侧形成高约2.30m的人工岩土质边坡,进洞口右侧形成高约5.20m的人工岩土质边坡。在洞顶形成最高约3.70m的人工岩土质仰坡。土层主要为第四系崩坡积块石土和残坡积亚粘土，土层厚度1.002.50m，岩质边坡高1.304.00，边坡坡体主要由强风化泥岩组成，根据公路路基设计规范（JTG D302004）附录A表A-1岩质边坡分类:属于类边坡。在边坡开挖后，容易产生垮塌3.2洞门形式的确定及稳定性验算3.2.1洞门形式及其适用条件环框式洞门将衬砌略伸出洞外,增大其厚度，形成洞口环框，适用于洞口石质坚硬、地形陡峻而无排水要求的场合。端墙式洞门适用于地形开阔、地层基本稳定的洞口；其作用在于支护洞口仰坡，并将仰坡水流汇集排出。翼墙式洞门在端墙的侧面加设翼墙而成，用以支撑端墙和保护路堑边坡的稳定，适用于地质条件较差的洞口；翼墙顶面和仰坡的延长面一致，其上设置水沟，将仰坡和洞顶汇集的地表水排入路堑边沟内。柱式洞门当地形较陡，地质条件较差，且设置翼墙式洞门又受地形条件限制时，可在端墙中设置柱墩，以增加端墙的稳定性，这种洞门称为柱式洞门。它比较美观，适用于城郊、风景区或长大隧道的洞口。台阶式洞门在傍山地区，为了降低仰坡的开挖高度，减少土石方开挖量，可将端墙顶部作成与地表坡度相适应的台阶状，称为台阶式洞门3.2.2 洞门和洞口位置确定原则及方法选定洞门位置应最大限度地保护山体自然状态, 有利于与环境的协调, 行车安全和维修养护, 力求避免洞门前出现高边坡或深拉槽。洞门位置主要受地形的影响, 确定时是利用地形图和线位的纵、横断面图。用纵断面图控制仰坡,横断面图控制洞前边坡或路堑深度；在地形图上作总体布局, 以满足功能要求和美学要求。选定洞口位置应确保施工时安全进洞, 并有利于行车安全和对自然生态的保护。同时还应重视隧道轴线与等高线的交角关系, 一般以不小于45为宜。确定洞口位置主要考虑围岩条件, 根据地质纵断面图、地形图和相关的地勘资料综合分析而定, 洞口顶覆盖土层厚度一般不小于115 m。用地质纵断面图控制仰坡高度, 选择施工方法和对岩层的加固措施, 从地形图中控制交角大小, 布局施工现场。为了较好地确定洞门和洞口的位置, 实际的作法是：根据路线布置方案, 审定隧道轴线的合理性；在确定的隧道轴线上初拟进、出口位置桩号；以此为基点, 在进口后退方向(出口前进方向) 30 m 和进口前进方向(出口后退方向) 20 m 范围内, 每5 m 测一个横断面。对照分析纵、横断面后, 最后确定洞门和洞口的位置。洞门是隧道工程仅有的外露部分,也是联系洞内衬砌与洞外路堑的支护结构,应尽量保证洞口附近边坡、仰坡的稳定,这对于隧道施工和以后的营运安全是极为重要的。如若处理不当,则会留下许多危险的病害,诸如山体崩塌、滑坡等,雨季尤为严重。洞口部分所处地质环境通常是在软弱围岩中。隧道设计确定洞门的位置时,应着重考虑边、仰坡的稳定性。结合本隧道的具体地质、地形情况，考虑到支护和施工上的便利，隧道右线进洞（万源端）采用一般端墙式洞门，；出洞口（达州端）地形较好，右线采用端墙式洞门，端墙式洞门边坡率为1：0.75。端墙式洞门示意图见图3-2。图3-2 端墙式洞门3.2.3洞门稳定性验算为了减少土压力，选择仰斜墙背。根据墙后填土情况以及地质地形条件，万源端和达州端洞门挡土墙顶宽2.7m，墙厚取等厚，为了保证整体稳定，挡土墙底部增加墙趾台阶，将基底做成倾斜面。根据隧道洞口净空高度确定万源端洞口挡土墙高为12.32m，达州端洞门挡土墙高13.75m，墙底宽度两端均为2.7m，挡土墙墙身材料采用C15片石混凝土，墙身砌体重度k=23kN/m，挡土墙地基承载力设计值为600kpa。墙背主动土压力E如图3-3所示，当楔体ABM向下滑动，处于极限平衡状态时，作用在楔体ABM上的力有重力G、反力R、墙背反力E，土楔体ABM在此三力的作用下处于静力平衡状态，因此组成一闭合的力矢三角形，现已知三力的方向和G的大小，故可由正弦定理得：E=Gsin-sin=h22cos2cos-cos-sin-sin-sin图3-3 库伦土压力计算图由上式可见，选定不同的角，可得到一系列相应的土压力E值，即E是的函数。E的最大值即为墙背的主动土压力，其对应的滑动面即是土楔的最危险滑动面。因此，可用微分学中求极值的方法求的E的极大值，即：dEd=0可解得使E为极大值时填土的破坏角为：=tan-1sinsq+cos+cossq-sin+其中sq=cos+sin+cos-sin-经过整理可得库仑主动土压力的一般表达式为：其中Ka= cos-coscos+1+sin+sin-cos+cos-由上式可得洞门挡土墙后填土的破坏角和主动土压力数值分别为：万源端（进洞口）：墙背与竖直线的夹角=-15，墙后填土面的倾角=30，土与墙背材料间的外摩擦角=20，土的内摩擦角=35，墙后填土的重度=22kN/m3，挡土墙高为h=12.32msq =cos+sin+cos-sin-=cos-15+20sin35+20cos-15-30sin35-30 =3.639 =tan-1sinsq+cos+cossq-sin+=tan-1sin303.639+cos-15+35+20cos303.639-sin-15+35+20=45.87Ka= cos-coscos+1+sin+sin-cos+cos-=cos235+15cos215cos51+sin35+20sin35-30cos-15+20cos-15-30 =0.2426 Ea=12h2Ka=122212.3220.2426=405.05kN/m达洲端（出洞口）：墙背与竖直线的夹角=-15，墙后填土面的倾角=20，土与墙背材料间的外摩擦角=20，土的内摩擦角=35，墙后填土的重度=22kN/m3，挡土墙高13.75m,sq=cos+sin+cos-sin-=cos-15+20sin35+20cos-15-25sin35-20=4.116 cr=tan-1sinsq+cos+cossq-sin+=tan-1sin204.116+cos-15+35+20cos204.116-sin-15+35+20=33.98 Ka= cos-coscos+1+sin+sin-cos+cos-=cos235+15cos215co