郑焦晋客运专线蔡河隧道设计.doc

郑焦晋高速公路客运专线晋城段部分隧道设计 隧道概况1.1工程概况1.1.1隧道工程位置蔡河隧道位于晋城市南部，捞刀河以南，止于黎托乡平阳村。线路从星沙镇至彭家港的潇湘路附近起，隧道下穿星沙镇物流场、高速公路、长永高速、星沙镇市区、晋城市远大路、人民东路、蔡河、高速公路，于黎托乡平阳村出地面。自北向南依次穿过晋城市开福区捞刀河镇、芙蓉区东岸乡、雨花区黎托乡等。1.1.2隧道建设规模蔡河隧道工程范围10115m，暗洞段长9935m，全隧道共设置三座竖井及一座斜井，隧道建设规模见下表1-1表1-1 蔡河隧道建设规模表类别里程长度（m）备注起始里程终止里程隧道建筑长度DIIK1560+785DIIK1570+90010115隧道长度DIIK1560+785DIIK1570+7209935分段情况进口明挖暗埋段DIIK1560+785DIIK1560+914129洞身暗挖段DIIK1560+914DIIK1561+500586洞身明挖暗埋段DIIK1561+500DIIK1562+8601360洞身暗挖段DIIK1562+860DIIK1569+6506790DIIK1568+666- DIIK1569+028段下穿蔡河出口明挖暗埋段DIIK1569+650DIIK1570+148498下穿机场高速出口暗挖段DIIK1570+148DIIK1570+20052出口明挖暗埋段DIIK1570+200DIIK1570+720520出口引道敞开段DIIK1570+720DIIK1570+9001801.2自然地理概况1.2.1交通蔡河隧道从晋城市东侧穿越蔡河地区，经过星沙镇和黎托乡，区内交通发达，高速公路、高速公路、城区公路等纵横交错。表1-2 蔡河隧道地貌分区序号123456里程范围DIIK1560+785DIIK1562+330DIIK1562+330DIIK1563+080DIIK1563+080DIIK1564+550DIIK1564+550DIIK1565+270DIIK1565+270DIIK1567+170DIIK1567+170DIIK1570+900地貌单元剥蚀低丘区（IIb）垄岗间谷地区（Ic-1）岗地化高阶地（Ic）垄岗间谷地区（Ic-1）岗地化高阶地（Ic）蔡河一级阶地及河漫滩区(I2）高程范围59.1766.78m43.1559.62m44.5159.72m38.6041.83m42.3762.65m25.9246.52m平均66.78m52.88m50.71m40.62m52.83m33.89m1.2.2区域气候特征属亚热带季风湿润气候，气候温暖潮湿。春夏多雨，秋冬干旱，暑热期长，严寒期短。年平均气温17.1，极端最高气温43.7，极端最低气温-11.8，年平均降雨量13001500mm，大部分集中在49月，暴雨以5、6月最多，每年洪水期在4月，占全年降水量的46%左右，日最大降水量为259.5mm，年蒸发量13001570mm，年相对湿度80%，年日照5000.91560.8小时，年主导风向为北北西及北西，年平均风速2.43.0m/s,最大风速25m/s。1.2.3河流水文特征区内地表水系主要为蔡河，隧道穿蔡河下游。每年46月为丰水期，期间多有洪水发生，汛期常有湘江河水回托，蔡河最大壅水量喧36.m3/s（榔梨站1987年5月19日），多年平均含砂量0.080.24kg/ m3。 蔡河集水面积3815km2(榔梨站),水位高程年平均30.19m 极大值39.07m（1958年5月17日），极小值25.72（1973年12月18日），其十年一遇洪水位是35.82m，百年一遇洪水位是38.14m。流量年平均97.4m3/s，极大值3400 m3/s (1969年6月27日)，极小值0.00 m3/s（1981年9月19日）。蔡河长57.4km，宽100300m，水面坡降0.080.44（榔黎站以下），隧道穿越段蔡河床宽210m左右，勘探期间水面宽约200m，水深7m左右，隧道区地下水以雨水补给为主，其次受蔡河补给，地下水略具承压性。地下水径流变化与降水量密切相关，年际间变化较大，年内分配不均。1.3隧道水文地质条件分析隧道区地下水位的变化特征：阶地及河漫滩表层粘性土上的地下水量极小，且渗透性差，将其视为阻水层考虑。由于本区最主要的河流为蔡河，其十年一遇水位为35.82m，百年一遇的水位为38.14m,均远高于两岸河漫滩地面标高,且河水与卵砾石富水层的地下水水力联系极为密切。河水水位的变化对两岸卵砾石富水层的地下水位变化起着决定性的作用。洪水期，由于河水水位抬升至卵砾石富水层层面标高以上时，卵砾石层孔隙水受上部粘性土阻水层影响而具承压性，承压水头受渗透阻力影响，距蔡河距离越远，地下水的承压水头越小。 枯水季节，由于河水水位降落至卵砾石富水层层顶标高一下时，地下水多向河水渗流补给，造成地下水失去承压性。如2005年11月河流测时水位为26.16m,低于两岸地下水含水层标高，造成地下水向河流补充，地下水水量大量减少甚至枯竭。高阶地的孔隙地下水含水量小，含水层地势较高，一般不具承压性，主要流向河漫滩，与河水水力联系相对较弱。基岩岩溶裂隙水水位较高，为承压水，含水量盆地状，地下水具静态水性质，一般与河流水力联系较少，其变化情况相对较小。溪谷中砂砾石层地下水受降水补给影响较大，水位波动较大。1.4隧道围岩分级根据铁路工程地质勘察规范（GB100122001）附录E，结合郑焦晋客运专线蔡河隧道综合测井报告成果，在白垩系全风化段，弹性波速在2000m/s以下。弱风化完整段，砂质泥岩弹性波速一般在20002600m/s之间，围岩等级为VIV级。完整砂岩层弹性波速个别达到30003500m/s，个别钻孔的泥质砂岩弹性波速接近3000m/s。整个区域内岩层强度较低，地层以软质类岩层为主。隧道通过弱风化软岩岩体，岩体较完整，隧道围岩基本分级一般为IV级，隧道通过全强风化软岩岩体以及高阶地土层时，围岩分级一般为低至V级，隧道通过河漫滩土层时，围岩分级一般低至VI级。综合考虑隧道场址岩土层的岩性特征与分布特征，以及地下水和洞身埋深，蔡河隧道基本分级主要见表1-3表1-3 蔡河隧道围岩基本分级表围岩分级主要工程地质特征结构特征和完整状态围岩开挖后的稳定状态VI欠压实稍压实人工填土，软塑性可塑性的冲洪积成因粘土及砂土、软土、碎石土、地下水丰富，遇水软化，崩解的残积土及溶洞充填物粘性土上呈松软状，饱水砂土、碎石上呈松散稍密、中密状围岩开挖后的稳定状态V硬塑性土层、全强风化岩及风化谷、遇水软化崩解，溶洞岩溶呈块石、碎石状，泥质胶结，胶结差，或为溶洞，易输钱化崩解或突水、突泥、涌水围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，或大量突水突泥IV碎屑岩弱风化带，岩石完整。呈中至厚层状，大部分为较软岩，但岩体完整拱部无支护时 可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定 ，有水时，易风化、软化崩解1.5各段岩土工程条件评价及工程措施建议蔡河隧道工程设计范围 DIIK1560+758DIIK1563+550，长2792m。蔡河隧道主在通过地层为第四系冲积砂层和残坡积及白垩系泥质粉砂岩、泥岩、砂砾岩等，第四系地层强度低，自稳能力差；基岩软硬差异较大，大多为软质岩，遇水易软化，强度降低，且局部岩溶发育，自稳能力相对较差，隧道设计及施工时应充分考虑。1.5.1隧道进口明挖段评价DIIK1560+785DIIK1560+914为一丘间小谷地，地面高程为56.3766.099米，地面起伏不平。开挖地层主要有人工填土（有部分为公路路基填筑土）、残坡积粉质粘土、全风化砂砾岩、泥质粉砂岩及少量强风化砂砾岩。围岩筹等级为V级，岩土施工筹等级为IIIIV级。隧道进口地处地层为残坡积层以及含砾砂岩、砂质泥岩全强风化层，多为软岩， 由于 软岩全至强风化层易软化崩解、易风化，工程性质相对较差，暗挖易塌，明挖应采取的支护措施 ，应加强支护，防止发生边坡坍塌和人工填土滑坡，此外，由于 土体及全风化层属可压缩地层，设计中应加强地基变形计算，不能满足要求进行地基处理。进口建议边仰坡坡率为1：1.51：1.75，边仰坡控制高度6米，设计时应尽量降低边仰坡高度，放缓边坡坡坡率。基槽开挖应加强排水工作，以防雨水办公浸泡软坑壁及坑内岩上，以防基坑壁坍塌。1.5.2隧道洞身段根据物探资料：DIIK1561+400往小里程方向为砾岩为主，夹砂岩互层，大里程方向以粉砂质泥岩为主，与砾岩呈顺层接触。DIIK1562+100DIIK1562+580段岩石不均匀风化严重。里程DIIK1563+992推测为砂砾岩与泥质砂岩分界线。DIIK1565+975DIIK1566+747岩性单一，主要为泥质粉砂岩，覆盖层厚度318米。综合分析钻探、物探、测井及水文地质试验资料，特别须注意的地段有：DIIK1561+745DIIK1563+225段地下水中等丰富，隧道洞身稳定性差，应加强排水和加固措施。DIIK1564+020以南一般都含石膏等矿物。隧道洞身经过的地层绝大部分为软岩或极软岩，易风化、易软化崩解，开挖后应及时支护。 蔡河隧道总体设计2.1设计依据及范围2.1.1设计依据1、国家发展和改革委员会交运【2005】2772号印发国家发展改革委员会关于审批新建铁路武陟至晋城客运专线可行性研究报告的请示的通知2、铁道部工程设计鉴定中心郑焦晋客运专线修改初步设计审查意见（初稿）3、铁道部工程设计鉴定中心郑焦晋客运专线乌龙泉至花都段蔡河隧道初步设计的批复2.1.2设计采用的标准、规范及规程1、铁路隧道设计规范2、铁路隧道防排水技术规范3、混凝土结构设计规范4、锚杆喷射混凝土支护规范2.1.3设计范围蔡河隧道工程设计范围 DIIK1560+758DIIK1563+550，长2792m。2.2总体线位线路避开在建的湘绣城后，径直穿高速公路及牛角冲互通立交，旋即转至其东侧。 此后沿桂花路西侧南行，出张公岭高阶地之下穿行，过蔡河后至高速现侧接入新长沙站。线路设计为3个R=9000m的平曲线，夹直线长为1258.68m、5657.69m.隧道洞身处于两曲线反弯中，但夹直线长，且曲线均位于洞口附近。2.3隧道纵坡潇湘路至牛角冲段，地面建筑物稀少，尤其是开元西路至牛角冲段，仅有几条通往中南汽车大世界的城市道路，其场地开阔，在一定程度具备放坡开挖条件。另该段也是砾岩岩溶发育区。针对以上特点，对牛角冲以北采用浅埋隧道纵坡。2.4隧道建设规模蔡河隧道工程范围10115m，暗洞段长9935m，全隧道共设置三座竖井及一座斜井，隧道建设规模见第一章节。2.5轨道类型隧道采用双式无碴轨道，轨道高度49.7cm.2.6主要技术标准与设计原则2.6.1主要技术标准1.铁路等级：客运专线；2.正线数目：双线；3.最小曲线半径：一般9000m，困难7000m；4.正线线间距：5m5.最大坡度:206.到发线有效长度：700m7.牵引种类：电力；8.列车运行方式：自动控制；9.行车指挥方式：综合调度集中；2.6.2隧道建筑限界及衬砌内轮廓1、隧道建筑限界本隧道按京沪高速铁路设计暂行规定（铁建设【2004】157号）执行，建筑限界下图2.1所示。 图2.1 隧道建筑限界图(cm)2、隧道衬砌内轮廓为满足隧道缓解空气动力学效应的要求，隧道轨面以上(或救援通道底面以上)有效面积保持100m,双线隧道净空有效面积103.3，内设双侧救援通道，救援通道宽1.5m,工程技术作业空间0.3m。隧道内线间距5m。隧道断面均采用曲墙带仰拱形式，仰拱与边墙采用圆顺连接，仰拱矢跨比一般不小于112，连接部半径一般为3m。轨面自沟槽顶面下移30cm，双侧水沟方案，道两侧沟槽顶面宽1.88m，沟槽边线距同侧线路中线2.2m。轨上断面均采用单心圆形式。图2.2 隧道衬砌内轮廓（cm）2.7主体设计原则隧道设计使用年限：100年主体结构安全等级：一级隧道按百年一遇高水位设计，按三百年一遇水位校核，并满足低水位的设计要求隧道抗震设计应满足相关规范的要求，洞门、洞口敞开段及洞身浅埋段应满足国防对铁路的要求为确保运营安全，暗挖地段二次衬砌按受全部荷载设计，初期支护是隧道主体结构的组成部分，必须满足施工安全和控制地面沉降的要求。运营期间隧道抗浮稳定安全系数1.1。结构允许裂缝开展宽度0.2mm，允许出现贯穿裂缝。防水等级：一级，地下水位在拱顶以上深度50m地段采用全封闭不排水方式，50m地段采用容许少量排水的方式。2.8隧道洞门设计隧道进口里程DIIK1560+914，主要为粉质黏土与泥质砾岩地层，洞门采用帽檐斜切式；出口里程DIIK1570+720，为矩形暗埋段与U型槽引道敞开段衔接处，主要为粉质黏土地层。2.9主体地建工程设计2.9.1暗挖隧道段设计（一）衬砌类型暗挖段隧道按喷锚构筑法原理进行设计，采用复合式初砌。（二）结构设计 初期支护的主要作用是保证施工安全和控制地面沉降，其支护参数依据工程类比并辅以必要的理论分析，以及考虑机械开挖及弱爆破法施工的工艺特点确定。初期支护是主体结构的一部分。对采用全封闭防水型式地段，二次衬砌按承受排水系统地段，二次衬砌按承受全围岩压力荷结构模式进行计算。（三）暗挖隧道段施工方法1.一般地段本隧道IV级围岩地段均为深埋，因此一般情况下考虑采用三台阶法施工，对于地表存在敏感建筑物，如民房、大型厂房等地段则采用三台阶临时仰拱法施工，心要时对临时仰拱采用钢架喷射混凝土封闭。深埋段V级围岩采用三台阶临时仰拱法施工，必要时对临时仰拱采用钢架喷射混凝土封闭。2.进口浅埋段隧道进口浅埋段、风化层较厚段及隧道下穿牛角冲互通段均采用双侧壁导坑法施工。3.过蔡河及出口浅埋段隧道下穿蔡河地段及出口浅埋段按“避强支护、控制变形、优化工序、快速封闭”的原则，采用三台阶临时仰拱法施工，并对局部地段根据地质、水文条件采取上台阶设置临时钢架进行封闭的加强措施。4.过机场高速公路段 隧道下穿机场高速公路地段VI级围岩，墙脚及仰拱基本上位于基岩中，其余部位位于第四系土层中，因此设计采用双侧壁导坑法施工。（四）暗挖隧道段超前支护1.一般地段IV级围岩设置长3.5m的25中空注浆超前锚杆，超前锚杆环向间距是0.4m。V级围岩设置长3.5m的42的超前小导管，超前小导管环向间距是0.4m。对溶蚀发育易，发生突水、突泥地段采用108超前长管棚套打42超前小导管预支护，长管棚环向间距0.4m。2.浅埋段（1）暗挖进洞须设置108超前长管棚。（2）隧道进口段当结构位于基岩时设置长3.5m的42超前小导管，超前小导管环向间距为0.4m。（3）隧道进口DIIK1560+923.6DIIK1561+010段隧道两侧设置800钻孔灌注桩加固，钻孔桩纵向间距1.2m，加固深度为仰拱结构以下2m。（4）隧道进口浅埋段、风化层较厚段及下穿牛角冲段采用108超前长管棚套打42超前小导管预支护，长管棚环向间距0.4m。3.过蔡河地段下穿蔡河在段为V级围岩，隧道基本位于弱风化基岩中。采用1.8超前长管棚套打42超前小导管预支护，长管棚环向间距0.4m；超前小导管环向间距0.4m；同在开挖掌子面设置25玻璃纤维杆。4.过机场高速公路段过机场高速公路段为VI级围岩，隧道基本位于第四系土层中。超前支护采用52m长325锁口大管棚，注浆加固，施工中采用降水措施。2.9.2明挖法暗埋段及引道段设计（一）设计范围本隧道明挖结构设计范围共有五段，分为：进口拱形明挖暗埋段（DIIK1560+785+914）、进口端洞身拱形明挖暗埋段（DIIK1562+860）、出口端洞身拱形明挖段（DIIK1569+650DIIK1570+148）、出口矩形明挖暗埋段（DIIK1570+200+720）、出口引道（DIIK1570+720+900）。共计2687m（二）围护结构1、设计原则（1）本工程的基坑采用明挖顺作，围护结构为基坑开挖时候的挡土结构，使用阶段不参与主体结构受力。（2）围护结构要确保施工期安全稳定，控制其变形和沉降，防止对周围环境产生明显不利影响。（3）基坑开挖深度10m的安全等级为二级（其中靠近机场高速公路段基坑安全等级为一级）；开挖深度10m的安全等级为三级。2、基坑围护结构的计算荷载作用在围护结构上的荷载为施工荷载，水土压力，考虑地面超载20KPa，机场路段的超载未完应考虑机场路的影响。3、围护结构概况表2-1 围护结构概况表工程段里程长度(m)基坑深度（m）基坑宽度（m）支护类型进口段DIIK1560+500DIIK1560+9141295.5417.2916.51：1放坡+喷锚支护进口端洞身段DIIK1561+500DIIK1562+600110016.0223.316.5上钉墙（DIIK1561+500+518段左侧采用800钻孔灌注桩加强）+局部注浆4、土钉施工要求（1）土钉支护施工必须进行土钉的现场抗拔试验，用来确定极限荷载，并据此估计土钉的界面极限粘结强度;（2）测试钉进行抗拔试验时的注浆体抗压强度一般不小于6KPa。试验采用分级连续加载;（3）土钉质量进行验收时，试验数量为土钉总数的1，且不少于3根；抗拔力平均值应大于设计抗拔力。5、施工钻孔灌注桩的一般要求（1）成孔要求:成孔垂直偏差1/100，桩位偏差不得大于100mm； （2）钢筋笼的施工必须按设计要求配筋的整体性和刚度，要求钢筋笼必须在同一平台上整体制作或整体预拼装。钢筋笼的加强和吊点均由施工单位自行决定，但必须防止吊装时产生过大变形造成入孔困难和碰撞孔壁；（3）预埋插筋，接驳器和预埋件要求位置准确，严格符合规范要求，若预估不能满足时应及时提出，以便加大余量，满足 使用和后续工序的要求；（4）钢筋笼考虑整段吊下，钢筋接头，在同一断面上焊接接头不超过钢筋总根数的50；（5）钢筋间全部用焊接而不用绑扎，纵横向钢筋相交部位须蹼焊，以增加钢筋笼的整体刚度;（6）为确保主筋保护层厚度，隔一定距离应在钢筋笼的主筋上焊接定位钢筋，以保证保护层厚度和钢筋笼的垂直度。6、支撑系统及基坑开挖施工要求（1）基坑开挖前须采取有效的措施抽干地直水；（2）基坑开挖必须在围护结构达到设计强度后方可进行；（3）土方开挖开挖基坑土体分层分段对称开挖，纵向按限定（6m）的长度逐段开挖，并控制两边坡的稳定，横向分层（33.5m）分小段（约6m）开挖。尽量控制开挖面范围，具体开挖施工步骤应事先征得设计单位同意；开挖期间应及时安装钢管支撑或土钉，支撑安装应开槽，施工不得超挖；主体结构完成并达到强度和抗浮稳定性后方可拆除全部降水井；土方开挖不得超挖，基坑暴露时间不得过长，垫层宜边挖边筑，并考虑基坑隆起的影响；土方开挖时，弃土堆放应远离基坑顶边线1.5倍开挖深度以外，若必须靠近基坑边临时堆土，则堆土高度不得高于0.5m；(4) 支撑轴力及预加轴力支撑安装完毕后，应及时检查各节点的连接状况，经确认符合要求后方可施加预加轴力，预加轴力的施加应在支撑的两端同步对称进行；预加轴力应分级施加，重复进行，加至设计值时，应再次检查各连接节的情况，必要时对节点进行加固，待稳定后锁定。7、基坑加固及防水针对本工程地质与水文条件以及周边环境情况，对隧道范围内有粗圆砾土含水层且距离浏阳河较近的出口洞身及出口段，采用周边帷幕止水与坑底降水相结合的方式，抽干基坑内的地下水，过到无水作业、稳定基坑的目的。具体为：钻孔桩墙围护地段;桩间采用高压旋喷桩止水，坑底采用坑外降水；土钉墙与放坡开挖地段；采用止水帷幕（摆喷桩）和坑外降水相结合；止水帷幕施工时应针对不同地层进行试验取水泥掺量，但水泥最小掺量不应小于18，旋喷桩qu2MPa。8、基坑降水DIIK1562+600+860段基坑采用坑内井点降水，降至坑底以下3m。其他段基坑降水采用基坑外降水，基坑内的水位稳定于基坑开挖面以下不小于0.5m。为避免地面水流入基坑，应在冠梁上砌砖防护，砌体高度高于地面不小于10cm。9、测量定位本工程平面定位以线路中线为准。放线时请按围护平面图坐标及尺寸进行量测定位，注意严格按照线路纵断面上的标高确定各里程处的标高。（三）主体结构1、设计原则（1）结构设计使用年限为100年；结构安全等级为一级;（2）结构抗浮：抗浮稳定安全系数1.1。2、明挖段结构形式明挖段结构形式包括明挖拱形断面、明挖矩形断面和U型槽。明挖段总长度为2687m，其中暗埋段长2507m，敞开段长180m。暗埋段采用拱形或矩形结构。在进口拱形段设一段30m的风机加宽段，在出口矩形段设两段30m的风机加宽段。出口段矩形结构和U型结构底板设置抗拔桩，抗拔桩作为主体结构的一部分参与结构受力。3、结构设计计算荷载（1）永久荷载结构自重：钢筋混凝土容重取25KN/m3覆土压力：覆土=1820KN/m3（覆土厚度按后期回填土标高计算）;水平水土压力：侧向土压力采用静止土压力公式计算;墙外水土压力采用水土合算。浮力与地基反力；水浮力取100，地基基床系数根据地质资料选取。混凝土收缩；混凝土收缩应力按降温15考虑。（2）可变荷载地面超载；运营阶段按20KN/m2列车荷载；按京沪高速铁路设计暂行规定（铁建设【2004】159号）计算。施工荷载；一般按1.5KN/m2设备荷载：按实际取值。（3）偶然荷载 地震荷载：按100年基准期超越概率10的场地地震烈度设防要求进行结构抗震承载能力、变形验算、按超越概率2的烈度进行承载能力验算。4、主要的计算原则（1）结构的设计充分考虑工程地质条件和各阶段应力变化的特点，满足强度、刚度、施工、稳定性、抗浮和耐久性等要求。结构设计时分别按施工阶段和正常使用阶段进行结构强度计算，并进行裂缝宽度控制计算。在各种荷载短期效应组合作用下，并考虑长期效应组合的影响，混凝土构件裂缝宽度不超过0.2mm；（2）结构抗浮稳定验算时，取抗浮安全系数1.1；（3）结构按抗震等级四级采取构造加强措施；（4）结构荷载考虑了永久荷载、可变荷载、偶然荷载；（5）结构计算考虑地下水位变化不同荷载的组合。5、抗浮进口明挖段，进口端洞身明挖段、出口端洞身明挖段DIIK1569+650DIIK1570+100段依靠自重及覆土能够满足抗浮要求。对抗浮验算安全系数1.1的其余地段，设计采取以下措施进行抗浮处理：出口洞身DIIK1570+100+148拱形段利用两侧延伸的底板上的压重来抗浮；出口DIIK1570+200+720矩形段和DIIK1570+720+900敞开段采用底板下设置抗拔桩抗浮。6、 结构纵向不均匀沉降控制沿纵向每隔30m左右及在结构、地基或荷载发生明显变化的部分，应设置变形缝，变形缝宽度一般为10mm，在底板变形缝处设置抗剪措施，防止缝两侧的结构发生竖向错动。7、 一般构造要求（一）构件主钢筋混凝土保护层厚度（1）底板、顶板、侧墙：50mm；（2）抗拔桩为70mm；（3）顶梁、底板钢筋根据保护层厚度相应设置。（二）钢筋锚固长La(受拉钢筋)1、未做说明或标注的钢筋锚固长度La按以下处理：底板、顶板、侧墙：30d；其他内部构件：30d；I级钢筋末端应做180弯钩，弯钩末端直线长度不应小于10d，d为钢筋直径。2、钢筋接头所有横向主钢筋接头不得设于框架节点范围内，顶、底板和外墙和内侧横向主钢筋接头应尽可能避免设置在跨中；钢筋接头应错开布置（焊接、绑扎、搭接相同）接头中点错开距离：55d，500mm接头区段内受力钢筋接头允许百分率：50；梁板中纵钢筋当直径25mm，采用焊接（单面焊：10d，双面焊：5d）；当直径25mm，可采用搭接，末注明钢筋搭接头长度均为42d，锚固长度均为30d，末注明直角钩长度时为3d；箍筋及拉筋应满足抗震要求，钢筋末端采用135弯钩末端直线长度不应小于10d，且不小于50mm；钢筋机械连接的连接区段长度为35d（d为被连接钢筋中的较大直径）。I级接头的接头百分率可取100，II级接头的接头百分率不应大于50；梁内箍筋均采用封闭形式，当梁内钢筋有多排时， 应增加直线段、箍筋在二排、三排或四排钢筋以下弯折。（三）顶、中、底板及侧、中墙箍筋加密设计图中末注明箍（拉）筋间距的，一般箍（拉）筋间距采用400mm400mm加密区间距采用200mm200mm箍筋加密范围：ch=1.5h；当梁上计算弯矩需要较长负弯矩配筋时，另由相应设计图注明。2.10防排水设计2.10.1隧道防排水设计方案 对于地下水位至拱顶高差50m地段的暗挖隧道地段按全封闭防水型隧道进行设计；对于地下水位至拱顶高差50m的暗挖地段按容许少量水流入隧道排水系统进行设计，根据隧道埋深情况、水文地质条件等，考虑DIIK1565+743DIIK1567+097段按排水型方案进行设计，其余地段为防水型。2.10.2隧道防排水设计原则根据工程地质及施工方法不同，分别采用“以防为主，防排结合”和“以防为主，多道设防”的原则进行防排水设计，并达到地下工程防水技术规范（GB501082001）规定的一级防水标准的要求，衬砌表面无湿渍。2.10.3截堵水措施主要针对施工过程中，预计地下水量较大影响施工安全或影响地面生态环境时，采用开挖前预注浆或开挖后围岩注浆等措施对地下水截堵，根据统合超前地质预测预报成果判定，当在水量丰富、导水性好的断层破碎带、岩溶水发育段等地段围岩自稳能力差，施工中可能产生突水、突泥，可采取超前预注浆措施。当在一般在段裂隙水较发育但不影响施工安全时，采用开挖后围岩径向注浆。2.10.4排水措施（1）全隧道洞内设置双侧水沟，隧道中间设置直径为16cm的圆形的排水明沟排水；（2）在隧道内轨顶面标高最低点处斜井内设置废水泵房，将洞内水引废水泵房后通过斜井抽排到地表进入城市排水系统，有关抽水设备及设置详见给排水专业设计图。2.11监控量测监控量测是地下工程过程中必不可少的施工程序。暗挖段应按照铁路隧道喷锚构筑法技术规范执行，要施工过程中，对围岩支护体系的稳定状态进行监测，为初期支护和二次衬砌设计参数的调整提供依据，是确定施工及结构运营安全、指导施工组织、便利施工管理的重要手段。有关基坑工程的监测应按建筑基坑支护技术规程（JGH12099）执行，通过监测掌握土本、地下水、围护结构与支撑体系的工作状态信息，通过对量测数据的整理和分析，及时研究确定采取相应的施工措施，确保工程安全和施工工期。通过地表监控量测，掌握施工过程中地面道路、地下管线及周边建筑物的动态，预防工程破坏事故和环境事故的发生；同时将现场量测结果与预测值相比较，以判别前一步施工做到信息化施工；而且可以将量测结果用于优化设计，使工程百叶窗到优质安全、经济合理。2.12溶洞的处理方案及施工报警设计本隧道DIIK1561+700DIIK1562+875段地层中局部砂砾岩、含砾砂岩、钙质砂岩多夹含钙质成分，根据钻孔揭露岩溶较为发育，溶洞多为半充填至全充填，少部分末充填，含承压水，溶洞规模为1.05.2m。根据物探信钻探成果分析，其分布标高范围存在极大不确定性，另外DIIK1656+790DIIK1566+303段小溶孔育较密集，局部孔段呈蜂窝状。施工过程中如遭遇溶洞，一般情况下可以采用如下处理方法方案：边墙及拱顶部位采用水泥浆注加固，基底部位采用片石混凝土进行换填；开挖应对暗挖隧道段基底以下20m范围内的岩溶情况进行探查，探查结果及时通知设计单位，以使及时处理，同时施工中应建立洞内外报警联系通讯设备，以确保施工的安全。2.13施工阶段超前地质预测预报超前预报解决的主要地质解决地质问题是探测地层岩性、软弱层及断层构造位置等，在隧道施工地段所发生和发展的不良地质体或地质灾害进行超前预报并进行详细分析评价，指导安全施工，预报主要方法有：对基岩埋深较大，岩体较完整、围岩较稳定地段加强掌子面地质素描、重点了解地层岩性、受地质构造影响程度，围岩稳定状态等；岩溶发育地段、断层破碎带、岩溶物探异常带、岩体破碎及地下水丰富地段可能存在重大突水、突泥、地基失稳及地表塌陷等 严重安全隐患，进行TSP、HSP、地质雷达、红外线探水、跨孔（施工段）CT、全景式孔内数码摄影及超前钻探等综合探查分析，预测预报可能发生和发展的不良地质体或地质灾害，确保工程及地面建筑设施安全。2.14耐久性设计2.14.1耐久性设计原则1、隧道二次衬砌混凝土应满足100年使用年限；2、主体结构设计类型及构造等应利于结构耐久，并有减轻环境侵害的作用；3、主体结构建筑材料及配比应利于结构耐久，并有减轻环境侵害的作用。2.14.2隧道结构耐久性设计、隧道环境条件及外部作用隧道所处环境基本为与结构所接触的土体、地下水、空气组分及环境温度，环境作用主要为上述环境条件对隧道结构产生的物理及化学作用，包括工程使用过程中承受的气压变化及表面气流冲刷，隧道内环境温度相对稳定，因此隧道内表面主要为炭化环境，环境作用等级为T3，勘探结果表明部分地段地下水对混凝土有侵蚀性，该地段隧道外表面环境作用等级为H2，其余地段隧道外表面环境作用等级为T3。2、隧道混凝土结构久性设计（1）正确选择混凝土材料 配制混凝土所用水泥采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，水泥混合材料宜为矿碴或粉煤灰。有关混凝土原材料选择的技术要求应根据环境作用等级严格按照铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定（铁建设【2005】157号）办理。各种处加剂（防水剂、气密剂等）应有生产商提供的推荐掺量、相应减水率主要成分的化称、氯离子含量、含碱量以及旗注意事项，并测定不同外加剂的相容性。严格控制水胶比和胶凝材料用量，最大水胶比不大于0.45，最小胶凝比不小于320kg/m3 。（2）采用合理的结构及构造措施、严格控制裂缝宽度结构设计除明挖段拱形风机安装断面及矩形断面外，隧道内轮廓设计均采用单心圆断面。除明挖段拱形风机安装断面外其余断面内净空预留工务工程技术作业空间，可以用于进一步采取耐久性加强措施，如混凝土表面无机涂层保护，减少碳化，结构补强等。结构表面圆顺并尽可能避免棱角出现。隧道二次衬砌采用C40钢筋混凝土，并按承担全部荷载进行结构设计。构造措施及裂缝控制暗洞初期支护与二次衬砌间及明洞结构外表面设置防水层，拱墙、仰拱采用带补偿收缩功能的外加剂，隧道施工缝信变形缝均采用综合防水措施，最大限度的隔绝环境水土中侵蚀介质对主体结构的作用。内衬结构钢筋保护层厚度应满足相关规范规定，主钢筋的外表面净保护层厚度不小于5cm.，钢筋混凝土配筋率满足裂缝控制要求。其它材料耐久性要求防水材料的耐久性要求：防水材料尤其是防水板，除应满足水压要求外， 还是侵蚀介质与结构的隔离层，其耐久性能尤为要，防水材料除满足规范要求的物理力学指标外，还应进行耐久性测试。各种防水材料的耐久性测试按国家相关规范办理。注浆材料的耐久性：注浆材料可选择普通水泥、超细水泥或其他特种浆液，慎用水玻璃，提高注浆浆材料的耐久性。施工有关要求施工过程中应严格控制超欠挖，积极保护围岩，提高围岩自身长期承载能力。加强施工管理是确保材料质量及隧道施工质量的有效措施，是影响隧道结构耐久性的关键，包括建材的选用、储藏、规范施工等施工管理均应有利于结构耐久性。结构检测信维护在设计使用年限内，应定期对隧道结构信材料的使用状态、环境条件有变化进行检测及监测，并就监测及检测结果进行综合 评估，判明隧道结构维护时机与内容。2.15环境保护(1) 为控制隧道修建对环境的影响，对隧道埋深50m地段采用全封闭防水设计，对隧道埋深50m地段采用容许少量地下水进入隧道排水系统进行设计；(2) 洞口选择充分贯彻“早进晚出”的原则，尽量降低边仰坡高度，减少边仰坡坡面面积，并对其坡面加以防护；(3) 各工区洞口设置施工污水处理池，隧道施工排水经处理符合环保要求后，方可排放；(4) 施工过程中应根据施工特点，结合周边敏感点的分布，因时因地采取有效防尘、降噪等措施，满足城市工程施工的环保要求；(5) 隧道进口工区、洞身明挖工区、洞身暗挖工区、I 竖井工区弃碴弃于隧道进口附近线路方向右侧的荒地中，其余工区弃碴用于新长沙车站填方。(6) 弃碴环保主要措施有：隧道弃碴前应对碴场原植被进行清除，底面进行平整（如为坡面，则应挖成1m宽台阶状）；弃碴场顶向外作3的排水坡，并做好横纵向排水系统;在弃碴场顶外缘设截水沟一道，沟宽40cm，高60cm，M10浆砌片石铺砌;弃碴场底部根据碴场汇水流量设置相应管径的树枝状分布的排水盲沟，以利排水；坡脚设置M10浆砌片石挡碴墙，挡墙尺寸根据地形起伏按直线变化过渡，趾前挡碴墙基础埋深不小于1.5m，且挡碴墙基底承载不小于0.25MPa，为防止墙趾被水冲刷，在墙趾外5m范围内。3 隧道洞门结构设计3.1 洞门选择洞门是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌于洞口外路堑的支护结构，应保证洞口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，为了保护岩土体的稳定性和车辆不受崩塌、落石等威胁，确保行车安全，应根据实际情况，选择恰当合理的洞门形式，同时还应适当进行洞门的美化，并注意环保要求。洞门可以拦截、汇集地表水，并沿排水起到渠道排离洞门进入道路两侧的排水沟，防止地表水沿洞门漫流。隧道洞口桩号为DIIK1560+914，主要为素填土，杂填土，土层厚度为8.017.4m，本隧道洞口处隧道轴线与地形线基本正交，采用端墙式洞门。为了保证洞门的稳定性和排水要求，洞门构造及基础设施如下（见图3.1）：1、洞门墙厚1.5m，墙面倾斜1:0.16。洞门墙基础嵌入地基深度2m；2、洞口仰坡坡比采用1：1.25，仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1.5m，以防仰坡土石掉落到路面上，危及安全；3、洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底与衬砌拱顶外缘的高度1.6m，以免落石破坏拱圈；4、洞门墙顶高出仰坡脚1m，以防水流溢出墙顶，也可防止掉落土石弹出；5、水沟的尺寸为50cm50cm，沟底填土夯实，否则会使水沟变形，产生漏水；a) b)图3.1.隧道洞门初步拟定结构a) 正面图；b) I-I剖面图3.1.2洞门建筑材料隧道洞门材料的选用需要综合考虑各部分的稳定性、外观与施工工艺的要求，具体情况见表3-1。表3-1 洞门材料表材料种类工程部位混凝土或钢筋混凝土构件混凝土片石混凝土砌体端墙C15C15M10号水泥砂浆砌片石、块石镶面或混凝土预制块镶面顶帽C15M10号水泥砂浆粗料石洞口挡土墙C15C15M7.5号水泥砂浆砌片石侧钩、截水沟、护坡等M5号水泥砂浆砌片石3.2洞门结构验算隧道的洞门，除了外观上的标志性作用和美观外，对于两端围岩地质较差的洞口，它还起着维护洞口边坡和仰坡稳定的功用。隧道洞门的计算，通常只考虑洞门结构的强度和稳定性，而对刚度无需考虑。3.2.1洞门荷载的计算1、最危险破裂面与垂直面之间的夹角（） （3-2-1） 式中：围岩计算摩擦角（），查铁路隧道设计规范查得 仰坡坡角 墙面倾角 ，如图3-2。 代入各参数得：图3-2 洞门荷载计算图示2、土压力的计算 （3-2-2） （3-2-3） （3-2-4）式中：土压力（KN）； 侧压力系数 0.09624 地层容重（KN/m）, =20KN/m墙背土体破裂角（） b洞门墙计算条带宽度，取b=1m 土压力计算模式不确定性系数，可取=0.6 a仰坡坡角到墙背的距离 a=1.5m带入各参数得： =162.194KN3、端墙自重根据初步拟定的端墙洞门，墙高为15.7m，厚1.5m；采用浆砌片石回填墙身，其重度为=22KN/ m。端墙自重 ：G=15.71.523=607.512KN3.1.2洞门结构验算采用端墙式洞门，洞门墙可视为挡土墙，按极限状态验算其强度，并应验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。1.滑动稳定性验算对于抗滑动而言，要求所有的水平压力不能使洞门发生水平向外滑动。抗滑动条件要求为： 抗滑动稳定性系数 1.3 （3-2-5）式中：G 端墙自重，G=607.512KN挡土墙竖向分力 =0 端墙基底摩擦系数，取=0.40 挡土墙水平分力，=E=162.194KN 端墙挡土墙的被动土压力，=0代入各参数得： =1.4981.3 所以，端墙满足抗滑稳定性要求。2.倾覆稳定性验算 为了保证端墙能够满足倾覆稳定性的要求，可以加大其基础，基础深度1m，宽度为2m，混凝土容重为22 KN/m。抗倾覆条件要求为：抗倾覆系数： 1.5 （3-2-6）其中：竖直方向力作用在墙趾O点的力矩 = （3-2-7） 水平方向作用力在墙趾O点的力矩， （3-2-8） 代入各参数得：1.6441.5 满足倾覆稳定性要求。3.合力偏心距及基底应力验算洞门基底应力的验算，使要求洞门基础不能因为基底承载力不足而发生沉陷。洞门基底应力的计算，可假设基底应力呈直线分布，由平衡方程可得：合力到洞门外侧脚的距离:=0.979m （3-2-9）则竖向合力作用点与洞门墙地面中心的距离为： （3-2-10）洞门的基底应力为： （3-2-11） 可参照铁路隧道设计规范选用基底控制应力=400kpa，则： 基底应力及偏心距均满足要求。4.端墙截面强度验算洞门的强度验算主要是验算洞门的法向应力及偏心距。对法向应力和偏心距，可取洞门墙和地面相交的截面验算，则 = 偏心距 满足墙身截面偏心的要求 应力 满足截面法向应力的要求4 施工方案设计隧道采用新奥法施工。洞口土石方采用，挖掘机挖装，自卸汽车运输的方法施工。级围岩采用双侧壁导坑法开挖，级围岩采用台阶法开挖。隧道均采用无轨运输，施工时坚持“短进尺，弱爆破，快封闭，勤量测”的原则。首先进行明洞、洞口土石方及边仰坡施工，并施作防排水及坡面防护，洞口土石方采用机械开挖，部分辅以凿岩机钻眼，小炮控制开挖，人工刷整边坡，自卸汽车运输的方法施工。洞身施工，隧道衬砌按仰拱超前，拱墙一次衬砌。喷射砼采用湿喷工艺，降低回弹量和粉尘；隧道衬砌采用液压钢模衬砌台车，按仰拱超前，拱墙一次衬砌，砼集中拌和，砼运输车运输至作各业面，泵送砼入模，插入式捣固器与附着式捣固器联合振捣。隧道通风采用压入式风机通风。施工中加强围岩的监控量测，运用先进的量测、探测技术，指导施工。 4.1浅埋暗挖段4.1.1浅埋暗挖段V级围岩地层蔡河隧道浅埋暗挖段V级围岩地层采用双侧壁导坑法施工，参考矿山法施工中运用的新奥法基本原理，采用锚喷初期支护，充分利用围岩的自承能力，以保证隧道的施工安全。浅埋暗挖隧道双侧壁导坑法施工为矿山法中的一种施工方法，在城市中采用此种施工方法，在保证施工地表不陷、不坍的前提下，做到不扰民，维护了市容和街面上正常的交通秩序。4.1.1.1双侧壁导坑法施工特点及适用