隧道毕业设计 建筑 用书

目 录 1 隧道基本情况说明 . 1 1.1 设计标准规范 . 1 1.2 技术标准 . 1 1.3 工程概论 . 1 1.3.1 隧道概述 . 1 1.3.2 工程地质条件 . 1 1.3.3 区构造 . 2 1.3.4 水文地质条件域地质 . 3 2 初步预设计 . 4 2.1 围岩分类 . 4 2.2 隧道洞口位置及形式 . 5 2.2.1 洞门位置 . 5 2.2.2 洞门形式 . 5 2.2.3 洞门确定 . 6 2.3 隧道横断面设计 . 6 2.3.1 隧道净空与限界 . 6 2.3.2 隧道衬砌 内轮廓线 . 7 3 隧道洞门设计及强度、稳定性验算 . 9 3.1 洞门设计 . 9 3.2 洞门强度及稳定性验算 . 10 3.2.1 翼墙 . 11 3.2.2 主墙与翼墙共同作用的 B 部分 . 12 3.2.3 主墙 B 部分 . 13 3.2.4 主墙 C 部分 . 13 3.3 出口段洞门设计 . 14 4 衬砌内力及配筋计算 . 14 4.1 级围岩衬砌设计 . 14 4.1.1 支护参数 . 15 4.1.2 衬砌内力计算 . 15 4.1.3 配筋计算 . 34 4.1.4 衬砌安全性评价 . 37 4.2 级围岩段衬砌设计（直墙拱形） . 38 4.2.1 支护参数 . 38 4.2.2 衬砌内力计算 . 38 4.3 、级围岩段衬砌设计 . 47 4.3.1 支护参数 . 48 4.3.2 配筋计算 . 48 5 辅助工程设计 . 49 5.1 偏压处理方法 . 49 5.2 超前支 护设计 . 49 6 施工组织设计 . 51 6.1 概述 . 51 6.1.1 隧道工程概述 . 51 6.1.2 资料依据 . 52 6.1.3 施工准备工作 . 52 6.2 施工方法 . 53 6.2.1 施工方法选择的原则 . 53 6.2.2 开挖方法 . 53 6.3 普通水泥砂浆锚杆与喷射混凝土施工 . 57 6.3.1 普通混凝土砂浆锚杆施工 . 57 6.3.2 喷射混凝土施工 . 59 6.4 爆破设计 . 60 6.4.1 炸药品种选择 . 60 6.4.2 掘进进尺 L . 60 6.4.3 炮眼直径 D . 60 6.4.4 炮眼布置 . 61 6.4.5 装药结构 . 61 6.5 出渣运输 . 64 6.5.1 装渣方式 . 64 6.5.2 装渣机械 . 64 6.5.3 运输 . 64 6.6 监控量测 . 65 6.6.1 地表监测 . 69 6.6.2 洞内监测 . 69 6.6.3 监控量测成果分析 . 69 6.6.4 洞内监测 . 72 6.6.5 洞内仪器施工方法及说明 . 72 6.7 照明设计 . 75 6.8 通风设计 . 75 6.9 安全 管理 . 76 总结 . 79 致谢 . 80 参考文献 . 81 附录 . 82 附录 A 施工图 . 86 附录 B 数值计算 . 82 1 隧道基本情况说明 1.1 设计标准规范 （ 1） 公路隧道设计规范（ JTG D70-2004）。 （ 2） 锚杆喷射混凝土支护技术规范（ GB 50086-2001） 。 （ 3） 公路隧道施工技术规范（ JTJ042-94）。 1.2 技术标准 （ 1） 隧道按规定的远期交通量设计，采用单拱双向行车双车道隧道 。 （ 2） 隧道设计车速 隧道几何线形与净空按二级公路 80km/h 设计； 隧道照明设计按 60km/h 设计。 1.3 工程概论 1.3.1 隧道概述 阳河至黄龙洞公路黎子坪隧道位于湘西北武陵山脉腹地，初设路线讫桩号为 K8+260至 K11+505，隧道全长 3245m，为直线型单洞傍山长隧道。洞底设计标高 (进口 )377.3m(出口 )414.1m，隧道纵坡度为 -3.0%。 1.3.2 工程地质条件 该隧道处于低山丘陵及发育期间的河谷阶地地貌。山脉走向自南西向北东方向展布，山峰陡峭兀立，构成鳞脊状山岭，山岭最高处为土福界，高程 954.8m，其构成阳河溪与索溪谷的自然分水岭，相对高度 500m，溪谷两岸分布有二、三级洪（冲）积阶地，宽度 10 余 m 至 100 余 m。上覆第四系地层，分布于进、出口地段，岩性为填筑、种植土、亚粘土及碎石类土。填筑土，分布于隧道进、出口前的村级公路上，结构稍密中密，厚度较小，一般 0.8 2m；种植土， 暗褐色，厚度一般仅 0.3 0.6m；亚粘土，黄褐色，稍湿，硬塑状，土质不均匀，下部夹有砂岩、贝岩强风化角砾、块石，厚度 0.7 0.8m；漂石、漂石夹块石，色杂，粒径一般 0.2 0.5m，含量 50 80%不等，次棱角棱角状，充填物为粉土及角砾，稍湿饱和，结构松散中密。下覆土层为泥盆系志留系地层。泥盆系为石英砂岩、砂岩，灰色、浅灰色夹灰黄色、深灰色，细粒结构，中厚层状厚层状结构，夹泥质砂岩、粉砂岩或沙质页岩薄层。强风化层厚 1.70m左右，以下为弱风化。弱风化石英砂岩岩性坚硬，岩石饱和单轴极限抗压强度 101 109MPa，垂直或斜交层理的节理裂隙较发育，其产状 122 71 与 48 87 ，构成共轭裂隙（ X 型）。据区域地质资料，该层厚度 600m。主要分布于 K9+300 左右（地表）以北，推测在深部隧道部位桩号 K10+110左右以北。志留系地层：页岩，紫色、青灰、灰绿等色，泥质结构，薄层状结构。强风化层厚 3.10 4.00m，节理裂隙发育；以下为强风化层，节理裂隙较发育，以顺层裂隙为主，次为垂直裂隙或斜交层理的裂隙，裂隙多数紧闭平直，充填泥质 ；泥质粉砂岩夹粉沙质泥岩，紫红色、青灰色，粉沙质结构或泥质结构，中厚层状结构，在2SZK（ K8+710 左 8m）孔中深 93.50m 揭露此层，为微风化层，节理裂隙较发育不甚发育。志留系也上伏泥盆系呈假整合接触，据区域资料，该层厚度 1694m。 1.3.3 区域地质构造 线路区域地质构造处于湘西北区东岳观三官寺向斜南西部转折（扬起）端，总体呈单斜构造，岩层倾向北西（ 312 344 ），倾角 15 23 。区内未发现大的断裂构造与褶皱构造，仅见节理裂隙构造，个岩层间未整合接触与假整合接触，整合白垩系、第四系与下伏地层呈不整合接触。泥盆系石英砂岩、砂岩岩性坚硬呈刚性，发育二组（ X 型）高角度的垂直或近似垂直剪切裂隙，其产状为 122 71 与 48 87 ，为岩体切割成岩块、成独立的高耸岩柱 ，构成武陵源张家界独特的岩柱景观，志留系页岩、沙质页岩显柔性，发育顺层及斜交（或垂直）层面的节理裂隙，多被泥质充填，延伸不远。本区新构造运动 表现为区域性缓慢上升，山间河流深切侵蚀 。 1.3.4 水文地质条件 隧道 区 内地表水为南部的阳河溪上的支流与北部的王潭谷溪上的支流，水量丰富。隧道区内地下 水类型主要有第四系的孔隙潜水和泥盆系的基岩裂隙水：第四系孔隙潜水主要存在与冲洪积和洪积物中，次为残坡积物中，水量不大，一般 0.1 0.6 L/s，主要补给来自于大气降水，次为地表沟谷水渗透补给；基岩裂隙水，主要赋存于泥盆系石英砂岩层中，砂岩裂隙较发育，岩性呈刚性坚硬，易产生剪切裂隙，裂隙较多平直紧闭，在该层地势较低处或上覆坡残积物较厚处，赋存一定量的地下水，根据3SZK钻探成果，钻进中，石英砂岩、砂岩中有水涌出，其水头为 0.8m左右，用水量 0.15 L/s，水质 类型为（ W6） HC03-Ca mg型水， PH 值 7.0。 2 初步预设计 2.1 围岩分类 围岩分类的方法： （ 1） 工程岩体分级标准； （ 2） 我国铁路隧道围岩分类； （ 3） 国防工程围岩分类； （ 4） 岩体质量“ Q”法分级。 在本隧道中采用的围岩分级方法为工程岩体分级标准即： 9 0 3 2 5 0bvB Q R K 式中 BQ 岩体基本质量指标； bR 岩石单轴饱和抗压强度； vK 岩体完整性系数。 再对 BQ 进行修正： 1 2 31 0 0 ( )B Q B Q K K K 式中 BQ 岩体基本质量指标修正值； BQ 岩体基本质量指标； 1K 地下水影响修正系数； 2K 主要软弱结构面产状影响修正系数； 3K 初始应力状态影响修正系数。 根据相应的 BQ 值以及实际情况得到围岩的级别如下： 级围岩（ K8-330K8-390、K8-415K8-780 、 K11-140K11-290 ） 、 级围岩（ K8-390K8-415 ）、 级围岩 （ K10-110K11-050、 K11-290K11-360、 K11-390K11-470） 、 级围岩（ K8-780K10-110、K11-050K11-140、 K11-360K11390、 K11-470K11-505）。 2.2 隧道洞口位置及形式 2.2.1 洞门位置选择标准 一般应依据具体工点的地形、地质、水文等条件，结合工程施工安全、环境保护要求、洞口相关工程加以全面研究，综合比较其经济、技术上的合理性和安全性。同时注意在城镇附近或与公路交叉的地段应与周围景观和交叉方式相协调。 洞口位置应选择在坡面稳定、地质条件较好、无不良地质现象处。不应在山体不稳或有明显偏压、滑坡、崩坍、松散堆积体、泥石流沟等地段进洞。 当岩层倾斜，层理、片理结合很差或存在软弱结构面时 ，不宜大挖，避免斩断岩脚，以防止顺层滑动或塌方。宜尽量早进洞或设明洞引进。不能避开堆积层进洞时（不宜采用清方的办法缩短洞口）必要时接长明洞。 黄土地区（干燥无水、密实、稳定的老黄土时）可按一定的挖深进洞，有水或新黄土则不宜大挖。洞口应避开冲沟，防止坡面冲蚀产生泥石流。 洞口为软岩或软硬岩互层时，应适当降低边仰坡高度，以减少风化暴露面，同时对软岩坡面可作适当的防护。 2.2.2 洞门形式 选择标准 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。 常用的洞门形式主要有端墙式 . 翼墙式和台阶式 . 柱式 . 削竹式和喇叭口式。 2.2.3 洞门确定 从地质勘察报告纵断面图上看出洞口接近岩脚，土层稳定性差，围岩易坍塌，故采用翼墙式洞门。从本隧道进口地形平面图可见地形等高线与线路中心斜交角小于 65 ，地面横坡较陡，边坡刷方较高，存在偏压问题，故采用单侧翼墙形势。在进口位置选择上主要考虑边仰坡稳定及土石方量大小，从纵断面图看，进口段有冲积阶地，地形平缓，考虑到在 K8+250 处有一与线路平行的断层影响施工及土方量大小，采用接长明洞。同时从洞门基础承载力以及建成后的沉降问题考虑，洞门选择在 K8+260 处合适。 2.3 隧道横断面设计 2.3.1 隧道净空与限界 隧道净空是指隧道衬砌内轮廓线所包围的空间，包括隧道建筑界限、通风、照明及其他所需面积。隧道断面形状和尺寸应 该 根据 其 围岩压力 来 求得最 经济 的断面形状。 “隧道建筑限界 ”是指建筑物（包括衬砌、通风管道等）不能侵入的一种限界。公路隧道建筑限界由行车道宽度（ W）、左侧向宽度、右侧向宽度（ L）、余宽（ C）、人行道宽度（ R）或检修道宽度（ J）等组成。相应基本宽度的数值规定可参考规定。为了消除或减少隧道边墙给驾驶员带来恐之冲撞的心理效应（侧墙效应），保证一定车速的安全通行，应在行车通道的两侧设置一定的宽度的侧向宽度或余宽。 建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取 5m，三、四级公路取 4.5m。当设置检修道或行人通道时，不设余宽；当不设检修道或人行道时。应设不小于 25cm宽的余宽；隧道路面横破，当隧道为单向交通时，应取单面破；当隧道为双向交通时，可取双面破。坡度应根据隧道长度、平纵线形等因素综合确定，一边拿可采用 1.5% 2.0%。当路面采用单面破时，建筑限界底边线与路面重合；当采用双面破时，建筑限界底边线应水平置于路面最高处。对于单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路标准建修。 本工程隧道净宽 10m（ 1.0+0.5+3.52+0.5+1.0），净高 5.0m。限界基本宽度 ， 行车道：7.0m， 路缘带： 0.50m， 侧向余宽： 0.0m， 人行道：双侧 1.0m， 限界净高： 5.0m， 人行道 净高： 2.5m。 所以设计建筑限界如图 2. 1 示 。 图 2.1 隧道建筑限界 （单位： cm） 2.3.2 隧道衬砌内轮廓线 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。衬砌结构类型和尺寸，应根据使用要求、围岩级别、工程地质和水文地质条件、隧道埋置深度、结构受力特点，并结合工程施工条件、环境条件，通过工程类比和结构计算综合分析确定。在施工 阶段，还应该根据现场监控量测调整支护参数，必要时可通过试验分析确定。隧道断面设计主要解决内轮廓线、轴线和截面厚度三个问题。衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，而且使衬砌内表面圆顺，不留棱角。衬砌断面的轴线应当尽量与断面压力轴线重合，使各截面主要承受压力作用而无拉力作用。经验表明，当衬砌承受径向分布的静水压力时，结构轴线以圆形最理想；当衬砌主要承受竖向荷载和不大的水平侧压力时，结构轴线上部宜采用圆弧形或尖拱形，下部则做成直墙式衬砌；当承受竖向荷载和较大的侧压力时，宜采用五心圆曲墙式衬砌。当有底鼓压力时，则结 构底部应施筑仰拱为宜。衬砌各截面厚度根据隧道所在的地质条件和水文地质条件不同而变化，也与隧道受到荷载大小、跨 度、衬砌材料和施工条件有关。隧道建筑物各部结构的截面最小厚度应大于规范规定的最小厚度值。 隧道的内轮廓必须符合前述的隧道建筑净空限界，结构的任何部位都不应侵入限界以内。隧道的内轮廓还应满足洞内路面、排水设施、装饰的需要，并为通风、照明、消防、监控、营运等内部装修设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量，使确定的断面形势及尺寸符号安全、经济、合理的原则。 为了有利于施工时衬砌模板的制 作，以及利于洞内设施的布置，规范规定在横断面轮廓设计方面推行标准化。按照规范规定，隧道内轮廓 要 统一标准，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。本工程隧道为二级公路隧道，设计时速为 80km/h。根据设计速度相应的建筑限界，可参考规范隧道内轮廓几何尺寸计算算例设计本工程的衬砌内轮廓线，如上图 2.2 示。 60 6 0 电 缆 沟 R 2 0 边 水 沟图 2.2 隧道衬砌内轮廓标准断面 （单位： cm） 3 隧道洞门设计及强度、稳定性验算 3.1 入 口段 洞门设计 进洞口采用一般隧道门，该处土层稳定性差，围岩易坍塌，在 K8+250 处左侧 15m左右存在一条基本平行与设计隧道方向的裂隙，故可采用单翼墙式洞门。洞门参考初设如下图 3.1 示。 设计标高图 3.1 入口洞门初设示意图（单位： cm） 3.2 洞门强度及稳定性验算 翼墙式洞门是承受土石主动压力的挡土墙，洞门与翼墙共同承受土石主动压力，亦即应考虑结构的整体作用。 翼墙不仅与主墙共同承受纵向土 石主动压力，而且还承受横向土石主动压力。因此，在计算翼墙洞门时，可先验算翼墙本身的稳定性和强度。 a.对于翼墙，可以洞门前一延米处，取其平均高度，按承受主动压力的挡土墙来计算，从而确定整个翼墙尺寸和截面厚度，计算过程中，可忽略翼墙与主墙间连接的抗剪作用； b.随后，再验算洞门主墙受力最大的 A 部分与翼墙一起的稳定， 及洞门 主墙 A 部分的自重和翼墙的自重，共同抵抗作用在洞门主墙 A 部分墙背的主动压力，使之不能移动，从而确定主墙 A 部分的尺寸； c.主墙 B 部分基础落在衬砌顶上，而与 A 部分无联系的挡土墙来验算，由此所确定的B 部分结构厚度是偏安全的。通常，是 取 0.5m 的一个窄条来计算其强度和稳定性。为了使计算简化和便于施工， B 部分的截面厚度可取与 A 部分相同； d.主墙 C 部分可以按一承受主动压力的独立挡土墙来计算。 设计标高CBA图 3.2 洞门强度及稳定性验算示意图 (单位： cm) 3.2.1 翼墙 （ 1） 压力的计算 1）各项物理 力 学指标 （ 其中 为计算摩擦角， 为岩石的重度， f 为基底摩擦系数， 为基底容许应力，假定仰坡坡度为1： 1.25 时得到： 分别为端墙和翼墙的倾斜角度， 为坡的角度） 2）土压力系数 )( 的计算 )t a nt a n1(t a n)t a n1(t a n)t a nt a n1)(t a n) ( t a nt a n) ( t a nt a n1(t a nt a nt a nt a n222 t a n t a n 1 t a n t a nt a n 1 t a n t a n 2t a n 4 5 / 2pK （ 3）土压力的计算 H H 212aEH 21 22p p pE h b K c h K G Hb （ 2） 稳定性 及 强度的验算 1）抗倾覆稳定性的验 算 00yMKM 满足倾覆稳定的要求。 2）滑动稳定性的验算 pcaN f EKE 满足滑动稳定的要求。 3）合力的偏心距的验算 02yMMCNBeC 满足基 底 合力的偏心距。 4）基底压应力的验算 6Be ， m a x , m i n61N eBB m a x61N eBB m i n61N eBB 满足基底压应力的要求。 3.2.2 主墙与翼墙共同作用的 B 部分 （ 1） 土压力的计算 由上面计 算可知： H H 21 1 . 9 12aEH 21 1 . 9 1 2 1 . 9 12p p pE h K c h K 1 1 1 1 .9 1G H b2 2 21 8 . 0 22G H b（ 2） 滑动稳定性验算 cNfKE 满足滑动稳定的要求。 3.2.3 主墙 B 部分 （ 1） 土压力的计算 同样由以上计算可知： 21 0 . 520 . 5H HEHG H b （ 2） 墙身截面偏心的验算 1123M E H偏心距beb Me N不满足墙身截面偏心的要求。取墙身厚度 1.2mB ，则 0.5G Hb 偏心距b Me N应力 61 beN M NF W b b 满足墙身截面强度的要求。 3.2.4 主墙 C 部分 考虑到明洞偏压处理时将使用重力式挡土墙支撑结构，故只需验算基底压力 。 G hBbNbB满足墙身截面强度要求。 3.3 出口段洞门设计 出口段洞门采用端墙式，其参数和计算同上翼墙与主墙 B 共同作用部分相同。 4 衬砌内力及配筋计算 4.1 级围岩衬砌设计 根据公路隧道设计规范（ JTG D70-2004）规定，由于岩土体介质通常具有明显的不确定特征，岩土工程问题分析中 经验 常 起主导作用，规范中规定 级围岩中复合衬砌的初期支护主要按工程类比法设计，即参照已往工程实例确定支护参数。 经验表明， 级围岩具有较强的自支撑能力，对其施作薄层喷射混凝土和少量锚杆后即可保持稳定，因而不必计算； 、 级围岩则在根据经验选定支护参数后仍需进行检验计算。所以， 、 级围岩段衬砌在选定支护参数后，需要进行验算，并通过计算配筋。 4.1.1 支护参数 根据规范规定， 级围岩段初期 支护 选择为 20cm厚 C20 喷射混凝土，拱、 墙 铺设 8钢筋网， 间距 20cm20cm，墙拱部、侧墙均设置 20MnSi 22 普通水泥砂浆锚杆， 4.0Lm ，间距 100cm100cm，拱、墙设置钢拱架，钢拱架采用 HW125mm125mm，间距 1.0m；防水层为 1.2mm 厚 EVA 防水卷材， 450g/无纺布；二次衬砌为 75cm 厚 C25 钢筋混凝土；预留变形 10cm。 4.1.2 衬砌内力计算 （ 1） 设计基本资料 结构断面图如图 4.1 示。 设计标高2%2%初 期 支 护 喷 射 C 2 0 混 凝 土 ， 厚 2 0拱 、 墙 8 钢 筋 网 2 0 X 2 0拱墙、仰拱布置I 2 0 a 钢拱架, 间距1 0 0预 留 变 形 1 0防 水 层 ， 1 . 2 m m 厚 E V A 防 水 卷 材450g/m 无 纺 布二 次 衬 砌 ， C 2 0 钢 筋 混 凝 土 7 53 2 c m 厚 复 合 路 面1 5 c m 厚 C 2 0 混 凝 土 基 层C 2 0 混 凝 土 整 平 层1 5 号 片 石 混 凝 土 仰 拱 回 填2%2%94818120MnSi 22普 通 砂 浆 锚 杆 ， L=4.0m纵 横 间 距 1 0 0 1 0 0 c m ， 梅 花 形 布 置图 4.1 级围岩段衬砌断面图（单位： cm） a.岩体特性 岩体为 级围岩。隧道埋深为深埋；计算摩擦角 50c ，岩体重度 320 kN /m ，围岩的弹性反力系数 2 0 0 M P a /mK ，基底围岩