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装订线毕业设计（论文）报告纸 榆树坪隧道综合设计 (长安大学公路学院 西安 710064 )摘要：本设计按照“新奥法”施工的要求，对某山岭二级公路上的榆树坪隧道进行了综合设计。主要内容包括：路线方案的拟定比选、隧道横纵断面设计、隧道衬砌结构设计、路基路面防排水及管线沟槽设计以及施工组织设计，并进行了隧道二次衬砌的结构计算，IV级围岩隧道施工阶段分析，同时还完成了隧道通风、照明的计算及设计。关键词：隧道 新奥法 防排水 衬砌结构 通风 照明 监控测量 结构计算 第一章 隧道设计说明书一、 设计概况榆树坪隧道位于吴旗县，是连接刘河湾，胜利山，贺石湾，洛源桥，榆树坪地区的山岭二级公路区段上重要的通道，该地区为构造剥蚀侵蚀低山地貌，地质地形复杂，拟建隧道经过区域地表地形整体起伏较大，其中最低标高1252.0m,最高标高1512.0m。该隧道拟设计为单洞双向隧道，该隧道为整体一段，入口桩号K0+015，出口桩号K2+140.87，全长2125.87m，采用双坡，坡度为第一段1.25%，第二段-1.5%。隧道行车道宽度按照设计行车速度60km/m考虑。明洞施工按明挖法施工，暗洞按“新奥法”施工。隧道衬砌结构设计采用“新奥法”复合式衬砌，并采用高压钠灯光电照明、射流风机机械通风；隧道洞门形式根据地形条件采用入口削竹式，出口端墙式洞门。隧道围岩以较为破碎的白云岩、片麻岩、玄武岩、页岩、变质砂岩为主，围岩级别以，、级为主。二、 隧道主要技术标准定的远景交通量设计，采用单洞双向隧道公路等级：山岭重丘二级公路设计交通量：262辆/h（近期）,540/h（远期）隧道设计车速：60km/h隧道建筑限界根据公路隧道设计规范（JTGD702004）规定确定：行 车 道： W=23.50m侧向宽度： LL=0.50m 余 宽： C= 0.25m人行道宽： R=1.00m限界净高： 5.00m隧道净高： 7.09m检修道高： 0.25m三、 隧道设计标准规范公路隧道设计规范（JTGD702004）公路隧道施工技术规范（JTJ04294）公路隧道通风照明设计规范（JTJ026.11999）公路隧道勘测技术规范（JTJ06385）公路工程技术标准（JTJ00197）四、 隧道工程水文、地质（1） 自然地理概况1. 地形地貌隧道地处北大巴山加里东褶皱带，该褶皱束位于北大巴山加里东褶皱带的北部，山脉大致呈西北东南走向，该处主峰胜利山海拔1512.0m,山脊呈南北走向，南侧山坡陡峭，坡度一般在40左右，局部达到55，北侧山坡平缓，坡度一般在20左右。地貌上属于有变质岩、沉积岩组成的低山地貌。2. 气象水文该地区属暖温带半湿润季风气候地带。具有温暖、雨量适中、四季分明、雨热同季。年平均气温13，0积温4826.7，持续期长达299天；10积温4224.6，持续期长达204天；20积温2488.0，持续期长达98天，无霜期212天。多年平均降水量为833.3mm，主要集中在夏秋两季，为537.9mm，占全年降水量的72.6%。年平均风速1.9米/秒，最大风速17米/秒。雨季主要集中在夏季，占全年降水量65%左右。山区地质情况较为复杂，植被丰富，以高大乔木、灌木为主，自然景观优美，野生动植物种类繁多。隧道所处地区属于洛河水系，区内有川道。（2） 地质构造特征1. 地层岩性1) 强风化砂质板岩：灰至灰黑色，变余结构，板状构造，矿物成分以砂质、绢云母为主，岩石较软手掰不易断，节理裂隙发育，岩芯多呈短柱状至长柱状。2) 玄武岩 灰黑至灰色，主要矿物成分为斜长石和辉石呈隐晶质细粒或斑状结构气孔或杏仁状构造，致密性坚硬、脆性，强度很高。3) 大理岩 由灰石岩或白云岩经重结晶变质而成，等力变晶结构，块状构造。主要矿物成分为方解石，遇稀盐酸强烈起泡，长呈白色，浅红色淡绿色，深灰色。4) 白云岩 主要矿物为白云石，也有方解石和粘土矿物，结晶结构硬度较高稳定性较石灰岩好。5) 片麻岩 具有典型的片麻状构造变晶或变余结构，一般晶粒粗大，主要矿物为适应和长石，还有云母，角闪石，辉石等。颜色视深色矿物含量多少而定，其强度较高。6) 页岩 由粘土脱水胶结而成，以粘土矿物为主。大部分有明显的薄层理，成叶片状，易风化，强度低与水作用易于软化而丧失稳定性。7) 砂岩 砂质结构由50%以上粒径介于0.050.2mm的砂粒胶结而成粘土含量小于25%，结构疏松强度和稳定性不高。8) 闪长岩 灰黑至黑，主要矿物成分为斜长石、辉石和角闪石，呈斑状结构，块状构造或条带构造，致密性坚硬、脆性，强度很高。2. 构造特征隧道地处北大巴山加里东褶皱带，该褶皱束位于北大巴山加里东褶皱带的北部。隧址区位于高坪老县街复向斜，有断层通过，隧道进出口段斜坡岩层产状为，隧道出口岩层产状为，节理及发育。3. 断层隧道区内断层较发育，已查明断层2条，以北东向断层为主，次为近西向，亦见南北向断层。断层性质以压纽性、压性、扭性为主，个别为张性、张扭性。断层多期活动的特点，早期以压性、压纽性、扭性为主，且规模较大，晚期以张性为主，规模小。对隧道有影响的断层没有。4. 地震活动及地壳稳定性概略分析勘查区位于扬子板块西北缘，根据板块运动的观点，其构造运动微弱，故勘查区在大地构造位置上属稳定地段。勘查区属华南地震区秦巴地震亚区汉中地震带，虽断裂构造发育但活动性断裂不甚发育，地震活动微弱，属弱地震活动区。该地震带多为3级以下弱震，4级以上地震自公元前1177年至980年间共发生8次，主要分布在汉中市区（3次），新集（1次），略阳（1次）阳县（1次）等处，最大震级为5.5级，发生于1636年，震中位于汉中市区。根据国家地震局资料，勘查区的地震基本烈度为度预测未来最大震级为5级，因此，可以认为勘查区为相对稳定区。（3） 水文地质条件榆树坪隧道全长2125.87m，最大埋深约为357m，属于深埋长隧道。根据地表调查，隧道区主要接受大气降雨垂直补给，总体水量较丰富。地下水主要接受大气降雨的垂直补给，按照隧道用水分类标准，进出口V级围岩范围内，由于岩体极破碎，雨水会沿裂隙下渗，出现淋雨状，当岩体较完整时，出水状态属于渗滴涌水。本次涌水量估算方法采取极限状态下(多年日最大降水量)降水入渗法：进行计算。（4） 不良地质现象据地面调查，隧道区无崩塌、滑坡、泥石流、危岩等不良地质现象，场地天然稳定性良好。（5） 隧道围岩类别1. 隧道围岩级别划分依据和原则隧道围岩类别主要依据岩石弹性波速度，岩石饱和极限抗压强度、岩石质量指标，并结合岩石风化程度、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。依据上述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（JTJ026-90）提供数据为围岩级别划分标准。2) 遇断层破碎带，围堰类别较同类岩石降低1-2级，影响带推至洞底以上4080m 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情况分段进行评价。未有钻孔控制段，参照勘查区同类岩石已有资料进行类比分类2. 隧道围岩级别划分按上述围岩级别划分原则，将隧道围岩级别划分汇入下表。围岩级别划分总表围岩级别隧道名称级（米）级（米）级（米）总长（米）南古庄沟隧道（）715.9282.99971.572125.87各类围岩比例（%）(一)33.68%13.31%45.7%100%（6） 隧道稳定性评价1. 洞室稳定性评价在工程地质测绘和勘探的基础上，综合分析评价认为隧道进口段为极不稳定地段；整体强度很低，多呈弹塑性变形，稳定性很差，进出口基岩浅埋段，岩石风化强烈，稳定性差，为易失稳段；其余洞段，岩石较破碎，岩体呈碎石块状或块（石）碎（石）状镶嵌结构，风化中等，岩石较软，整体强度较低，稳定性较差。综合分析诸影响因素，隧道多数地段为III、级围岩，洞室处于较稳定状态，少数地段为V级围岩，洞室稳定性较差。隧道洞室底部地基，除洞口段稳定性较差外，其余地段均处于稳定状态。2. 洞口斜坡稳定性评价影响洞门斜坡稳性的主要因素是地层岩性，结构面与斜坡坡面产状的组合关系及水文地质条件等。按组成斜坡的岩性，进出口斜坡均属土体斜坡，现对其稳定性评价如下：洞口斜坡均属碎石土类斜坡。岩性为含粘粉质碎块石，洞门附近该层厚约3-5m。土体较松散，未见地下水出露，粘粉质含量低，基本不具粘聚力，内摩擦角370左右，极易坍塌至地表，洞门不稳定。据计算与综合分析，该类土边坡，当边坡角下于土的内摩擦角370时，处于稳定状态。五、 方案比选（1） 方案介绍方案一：采用沿河方案设计，线路全长4414.79m，不设隧道，沿洛河经川道，陈子沟，漩水川，吴旗镇到达榆树坪。方案二：采用两条短隧道，经庙台到达榆树坪。道路全长3437.98m，第一条隧道长155.90m，第二条隧道长914.18，第一条隧道属于短隧道，第二条隧道属于中隧道，两条隧道采用46.8m长桥梁链接。方案三：采用刘河湾至榆树坪航空线进行路线布置，线路全长3121.7m,路线采用2125.87m隧道，为长隧道。（2） 比选根据地形地质条件，施工量，施工难易程度，经济意义，环境保护将三个方案进行比较并确定方案。（3） 地形地质条件方案一，地形较为平坦，地质情况比较单一，多为沿河河岸河滩地形。方案二和方案三，地质地形情况基本相同，懂采用隧道架桥通过不良地质和复杂地形。（4） 施工量方案1：线路总长4414.79米，多为平原路堤构造。方案2：线路总长4379.8米，其中隧道1070.8米，隧道围岩等级分别为V级、IV级，围岩强度较差。方案3：线路总长3121.7米，其中隧道2125.87米，隧道围岩等级为V级、IV级、III级。（5） 施工难度方案1：线路较长，道路线性较差，其中要穿越吴起镇、漩水川等人员比较密集的居民区，施工难度较大，施工过程的场地布置困难，施工期间占用原有道路，将造成市区内交通拥堵等状况。方案2：线路较短，隧道标高较高，在K1+073处地面高程远小于隧道标高，需采用高架桥通过，再经K1+120修建914.18m的隧道，隧址处多为强风化岩层，围岩强度较差且次方案隧道处于浅埋段的长度大大增长，施工难度较大，且与方案三相比线路长度增加1258m增加近40%线路长度。方案3：为两点间最短线路，选线近似于航空线路，为单条隧道通过，隧道大多处于深埋区段，围岩稳定性较好。隧道以外展线较短，线路几何条件较好，有利于形成安全，施工难度较低。（6） 营运及养护费用方案1：线路全长4414.79m,全线无隧道，多为跨线桥和立交桥设计，道路养护费用较低。方案2：两条隧道共长1070m，营运及养护费用稍低，但道路养护费用较高。方案3：隧道全长2125.87m，隧道运营成本较高，但综合交通量和道路全段养护费用，与方案2基本持平。（7） 对周边居民带来的经济效应方案1：对洛河沿岸和川道沿岸的漩水川，陈子沟，甜水沟附近的地区带来经济效益，特别是方便吴起县政府和周边居民出行。方案2：对贺石湾、洛源桥周边经济影响较大。方案3：除影响方案2所述地区经济外，还使刘河湾至贺石湾、洛源桥、榆树坪地区的距离大大缩短，降低了商品运输成本，使两地居民出行更加方便快捷安全，使山中的矿产运输加工成本降低，大大增加吴旗县地区矿产总量，带动区域。（8） 环境保护方案1：无开挖，对山体破坏最小，但是公路离居民区较近噪声污染较严重，公路线性较差，尾气污染较大。方案2：开挖较少，对山体破坏较小。但因其浅埋段较长，会对山体进行刷坡，山坡植被破坏较严重。且因其为两段隧道，故在隧道进出口处对山岭原有自然环境的破坏比较严重。方案3：开挖较大，但因其多为深埋隧道，故对山体破坏较小，对山中自然生态环境影响较小。线路笔直，有利于行车安全，减少尾气排放。（9） 综述： 方案1和其他两个方案差别较大，施工量最少，施工周期最短。但出于线形和环境因素方面因素，方案1不做考虑。方案2与方案3相类似，但是方案2的线线形较方案3相比较差，方案2与方案3总体运营和养护费用持平。方案2施工难度较大，浅埋段隧道施工难度较大，道路展线较长，不利于行车。方案3大大缩短两地距离降低矿产运营成本，有效带动区域经济发展。且环境方面，方案3尾气对山林原始生态环境影响较小。故综合以上因素采用方案3进行线路的总体布置和设计。六、 隧道设计概要（1） 隧道洞口设计结合隧道进出口地形、地貌、工程地质和水文条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工营运条件，并考虑到施工开挖边仰坡的稳定性，本着“早进晚出”、 “少开挖”的原则，确定隧道洞口位置、明洞型式，洞门型式的选择力求结构简单，并与洞口地形、地貌协调一致。隧道进口洞门采用削竹式洞门，出口洞门采用端墙式洞门，并进行了必要的装饰，明洞采用全断面整体式钢筋混凝土衬砌。洞口地段边、仰坡根据实际情况采取一定的加固防护措施，暗洞进出洞口仰坡面采用锚喷混凝土临时防护措施，确保进洞安全。（2） 隧道横断面设计榆树坪隧道的建设标准为：山岭二级公路。根据公路隧道设计规范的规定，按单洞双向隧道设计，其行车道宽度3.50*2m,隧道的有效净宽10.0m,有效净高5.0m。在满足上述净空限界标准的前提下，根据电缆槽和检修道的设置对空间的需求及照明、衬砌结构受力的合理性和开挖面积最小等条件，经过对各种衬砌内轮廓形式和参数的优化，最后选择了净宽10.51m,有效净宽10.0m,净高7.0869m,有效净高5.0米的圆拱形式。隧道内轮廓通过对单心圆、扁平三心圆和三心圆几种断面形式进行综合比较，结合隧道衬砌结构受力特征以及工程造价等因素，采用拱顶R-525cm、侧墙R-764cm的三心圆形式。横断面采用复合式衬砌。路面采用人字双坡设计，路面两侧侧均设设纵向排水沟，路基中心设中心排水沟。隧道右侧检修道沟槽设电力电缆槽，左侧设通讯信号电缆槽。（3） 洞门设计为保证营运安全，并与环境协调，根据隧道进出口地形和工程地质条件，结合开挖边仰坡的稳定性和路堑支挡及排水条件，进口设置削竹式洞门，出口设置端墙式洞门并修饰周围景观使洞门与之协调，洞门与隧道轴线正交，洞门结构应该满足抗震要求。（4） 衬砌结构设计榆树坪隧道采用“新奥法”原理设计，衬砌形式为：以锚喷混凝土作为初期支护，内层用模注混凝土作为二次衬砌的复合式衬砌结构，两层衬砌之间设置防水层，对于软弱围岩及断层破碎带采取适当的预支护措施，保证开挖面的稳定和初期支护的施作。根据该隧道的工程地质及水文地质条件，采用工程类比法的方法拟定了各类围岩（深、浅埋）的衬砌参数，同时根据各类围岩的物理力学指标，采用有限元法验算衬砌结构强度，并根据结果修正初拟的衬砌参数，最后确定了本隧道的各类围岩的衬砌参数见下表。各类围岩的衬砌参数表在隧道进出口浅埋段，根据围岩类别、破碎程度及地下水情况分别采用了不同形式的预支护措施，使浅埋围岩在隧道开挖后及时形成压力拱，确保开挖后的裸洞具有一定的自稳时间以利初期支护的施作，同时具有止水的作用。施工时应先进行水泥单浆液的现场注浆试验，试验用水泥单浆液添加5%（重量比）水玻璃，如注浆效果良好能够达到固结围岩、堵水之目的，可以改用上述试验的水泥浆液注浆，否则，按设计用的水泥、水玻璃双液进行现场注浆试验，注浆参数根据现场试验结果按实际情况调整，以利施工。无论采用何种浆液，注浆结束标准必须满足设计图要求。明洞衬砌结构为整体式钢筋混凝土结构。明洞结构计算方法采用荷载结构模型，根据作用在支护结构上的荷载按弹性地基上的拱形平面杆系结构计算结构内力，并以此来进行截面设计和配筋设计。（5） 防排水设计隧道防排水应遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合处置”的原则，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、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。对于高速公路隧道防排水应该满足下列要求：1、拱部、边墙、路面、设备箱等不渗水。2、有冻害地段的隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结。沿隧道全长在道路中心线以下设置中心排水沟，道路一边设置开口式排水侧沟。洞内复合式衬砌段采用橡塑防水板防水，土工布、第三代软式透水管和塑料排水板等排水。明洞段采用橡塑防水板、土工布及粘土隔水层防水。干砌片石盲沟及软式透水管排水。工作缝、伸缩缝、沉降缝处均加设橡胶止水带，洞内二次衬砌后墙底部设置纵向排水管，与衬砌内的环向排水管相连，并通过横向排水管与中央排水沟相通。洞门上方设截排水沟，引地表水至路基边沟或洞门外端自然沟谷，以此形成完善的洞内外排水系统。处于单坡标高的洞门端，洞门外1m的地方均设路基横向截水沟，防止洞外路基路面水顺坡流入洞室。（6） 路面及内装饰设计隧道内采用35#水泥混凝土路面，路面厚24cm。路面下设15cm厚10#素混凝土整平层。隧道内装饰：根据土建设计要求，隧道洞身内的涂装工程采用SD型高温隔热防火涂料。该涂料是根据隧道施工的特殊要求，借鉴国外隧道防火涂料技术，针对公路隧道混凝土结构的防火要求，以无机绝热材料为主要成分的隔热型公路隧道专用防火涂料。而无机防火涂料可持续保护隧道混凝土结构，使其在规定的耐火时间内与热隔绝。（7） 紧急停车带设计对于长隧道在隧道行车方向右急停车带设计侧应每隔500-750m设置紧急停车带一处，宽3.5m。长4.0m。（8） 检修道设计为了便于行人因需要徒步穿过以及洞内设施的维修养护，隧道内设置检修道，为防止汽车冲上人行道，并避免隧道维修养护人员在其上行走不至于因其与路面高差过大而产生不安全感，以及考虑到洞内发生事故时便与人员疏散，同时结合缆线槽设置的要求，设计检修道高度为25cm，宽度为25cm。（9） 现场监控量测现场监控量测是新奥法复合式衬砌设计、施工的核心技术之一。通过施工现场监测可以掌握围岩和支护在施工过程中的力学动态及稳定程度，保障施工安全，为评价和修改初期支护参数，力学分析及二次衬砌施作时间提供信息。根据本次项目中隧道具体条件，建议施工中进行以下量测项目：1. 围岩初始应力场测试在隧道开挖过程中选择有代表性的地段采用钻孔应力解除法进行地应力测试，分析对支护衬砌结构的影响，以修改预设计和指导施工。2. 隧道变形量测通过洞内收敛量测来监控洞室稳定情况和评价隧道变形特征。该项目为主要量测项目，包括净空收敛量测、拱顶下沉量测、围岩内部位移量测。3. 应力-应变量测采用应力、应变盒、测力计等监测钢拱架、格栅支撑、锚杆和衬砌受力变形情况，进而检验和评价支护效果。4. 围岩稳定性和支护效果分析通过对量测数据的整理和回归分析，找出其内在的规律，对围岩稳定性和支护效果进行评价，然后采用位移反分析法，反求围岩初始应力场合围岩综合物理力学参数，与实测结果进行对比、验证。（10） 通风照明1. 通风榆树坪隧道为单洞双向隧道，长度2125.87米。入口桩号K0+015,K0+015至K0+916.79坡度为1.25%,K0+916.79至K2+1411坡度为-1.5%，出口桩号K2+126.第一段平均海拔1321.57米, 第二段平均海拔1319.72米,设计行车速度60km/h,设计高峰小时交通量540辆/小时,大型车混入率19% ,通风段面积58.016,当量直径7.818m。通风控制：（1）正常状态：CO275ppm;烟雾浓度VI0.0075m-1(透过率47.5%);（2）阻滞状态：20min内CO300ppm；（3）火灾发生时风机采用紧急状况进行排烟，洞内纵向风速3.04m/s。在综合考虑隧道所处的自然条件、交通量、车辆状况、工程造价、维修保养费以及车辆行驶的活塞风作用下，通过计算确定在设计行车速度状态下，需要机械通风。确定通风量时，还应在设计行车速度以下各工况车速按20km/h为一档分别进行计算，并考虑交通阻滞状态，取其较大者作为设计需风量。据此需风量在进行详细的通风计算，确定风机数量。因此，依据交通量、交通特征、自然地理条件、工程条件、经济和技术条件最后经计算确定此隧道的需风量为176.126 m3/s，采用1000mm直径的射流风机，共需要8台，分4组布设。注意安装风机时，风机的任何部位不得侵入建筑限界以内。2. 照明为有效解决隧道进出口的“黑洞”“白框”效应，使行车更加安全、舒适，根据公路隧道设计规范对于长度大于100米的隧道应该设置照明系统。隧道照明应该综合考虑环境条件、交通状况、土建结构设计、供电条件、建设及营运费用等。本隧道照明系统包括入口段照明、过渡段照明、中间段照明、接近段减光设施、应急照明、洞外引导照明等六个部分。隧道各段长度及所需亮度、灯具布置列如下表：隧道照明布置表区段灯具瓦数(W)光通量（lm）间距（m）长度（m）灯具盏数南口入口段400400003.540.0511组22盏过渡段Tr1段250280004.54410组10盏Tr2段1501600010.5676组6盏中间段及基本照明15016000222126（总）97组97盏北口 入口段40040000340.514组28盏过渡段Tr1段250280003.54413组13盏Tr2段150160009678组8盏（11） 环境保护隧道设计时考虑了环境保护因素，尽可能避免因人为的因素而导致新的山体病害的产生，减少对工程附近的建筑、居民生活、生产和环境的不良影响，为此，在环境保护设计中主要考虑了以下方面：1. 采用合理的爆破技术减少粉尘污染主要有：1) 水封爆破即在炮眼底部装入炸药后，用木塞或黄泥封严(最好用专用封口器)，封口后向孔内注水，再进行爆破。炸药爆炸时所形成的高温高压隧道使水迅速汽化，然后冷凝形成微小水滴，微小的水滴和粉尘碰撞结合并使粉尘沉降而不致飞扬。2) 水炮泥-是将水装入塑料袋内放到炮眼中来代替部分炮泥。炸药应有防水性，在放入时应加小心勿使搞破，再在其上用黄泥封堵，其灭尘作用与水封爆破基本相同。3) 水幕降尘其原理是以高压水经喷头雾化成微小水滴而射到空气中，当它与尘粒接触，这些尘粒即附着于水滴上，或与被湿润的尘粒碰撞，而凝聚成较大的颗粒，从而加速沉降，达到降尘的目的。 此外，在隧道路面上定期洒水和对岩面不时加以冲洗，可防止车辆运行时或爆破冲击波而造成积尘二次飞扬。4) 在洞内对施工机械如空气压缩机、混凝土拌和机、送风机等加设隔音罩、隔音墙等设施；在爆破方面要规定放炮时间，增设隔音门；采取特殊爆破方式，同时进行周密的爆破管理。当隧道通过对振动有严格要求的结构物或地区时，应采取低振动的爆破方法，必要时还可采取隧道掘进机施工，以减小振动。5) 对废料的处理与利用。隧道施工时产生的废渣，应作妥善放置，不能随便堆放，以免阻塞河道造成水土流失或占用当地农田。对优质石碴可加以利用，如防护用的片石、路面骨料和混凝土集料可分类堆放，以便充分利用，有条件时也可利用荒沟，在其中筑坝填入废碴，变荒沟成良田，增加耕地。6) 隧道建设中所需的石材，在选择料场时，应远离隧位，采取集中料场取料，切忌随意布置小料场。对山坡及其植被不要肆意破坏，否则既影响环境面貌，也容易引发坍方、滑坡等不良灾害。7) 在隧道竣工通车后，在已被破坏的地方加栽树木和种植花草等，达到保护生态、恢复原貌的目的。8) 结合隧道工程实际情况，设置人工景点，供人休息和欣赏，美化环境。（12） 施工方法及施工注意事项1 施工方法1) 明洞施工方案：采用明挖法，开挖时需要时刻注意边坡、仰坡稳定性，并根据实际施工情况及时进行锚喷混凝土封闭坡面。开挖到暗洞进洞时，按进出口相应围岩类别初期支护措施安全进洞。明洞采用就地模筑全断面钢筋混凝土衬砌，明洞回填时，拱脚以下均采用7.5号浆砌片石回填，其上对称回填土石并分层夯实，层厚不得小于50cm，明洞回填到原地面进行绿化。2) 暗洞施工方案：采用新奥法，具体为暗洞级围岩采用台阶分步开挖，即环形开挖中心留核心土法，每环进尺寸控制在0.5-1.0米为宜，台阶长度不小于6米，采用光面爆破或机械开挖，及时进行初期支护封闭围岩。下半断面应采用拉中心槽，两侧留足台阶土，马口跳槽开挖落地，马口长度不宜大于2米，应及时完成初期支护。,级围岩采用正台阶开挖法，,级围岩紧急停车带采用台阶分步开挖，最终全断面模筑二次混凝土衬砌。3) 围岩监控量测：隧道施工中，掌子面开挖成型后，必须立即喷射不小于5cm 厚的混凝土及时封闭围岩，紧跟监控量测，否则工作人员不得进入掌子面作业。只有通过对围岩进行监控量测，才能正确地掌握围岩与支护之间的收敛动态，客观的评价围岩的稳定性，进一步了解围岩的弹朔性区域，裂隙发育程度，从而达到调整初期支护参数计指导设计和施工的目的。2 施工中注意事项1) 隧道施工必须严格执行 公路隧道施工技术规范（JTJ0425-94）的各项规定要求。2) 隧道应该遵循“早进洞、晚出洞”原则，不得大挖大刷，确保边坡及仰坡稳定；3) 复合式衬砌施工时，严格执行围岩的监控量测程序，初期支护必须跟上，并且以围岩的监控量测信息指导设计与施工；4) 施工中时刻注意：若围岩级别划分与实际不符合时，应及时提出，以便设计施工密切配合，妥善处理，避免冒顶和塌方；5) 初期支护钢支撑和ps 格构梁尽可能与围岩密贴，与锁脚锚杆焊接成整体，超挖时必须用喷射混凝土充填密实；6) 初期支护中，根据围岩量测结果，分成2-4层喷射混凝土，在先期喷射混凝土表面发现有束流地下水处，采用弹簧排水管贴面排水，并在软管外周喷射混凝土及时密封，使其与隧道衬砌墙角纵向排水管连通，要求初期支护完成后，表面无渗漏，才能进行防水层的施工；7) 隧道运营期间的监控照明等设施，施工中必须做好预埋件的埋设工作；8) 隧道施工必须按照公路公程施工安全技术规范（JTJ076-95）执行，要求安全施工，避免伤亡和设备受损。9) 隧道施工时，首先施作洞门工程和明洞工程，包括截排水沟，洞门边仰坡防护工程，洞门工程和明洞回填工程等，待其完成后，方可进洞。且明洞和洞门工程施工时尽可能避开雨季。10) 隧道进出口埋深浅，覆盖层薄，地质条件差，明洞可以视实际开挖边仰坡稳定情况酌情调整；11) 在明洞拉槽开挖前应结合路基情况事先做好排水工作，洞口环形截水沟应先期完成。12) 当明洞结构基础一侧在基岩上，另一侧在土层上时，为防止不均匀沉降，土层区段的明洞基础，路基床均应挖至基岩面，且基岩面应挖成台阶形，再砌筑浆砌片基础石后，方可做明洞结构及路基基层。13) 明洞应落在稳固基础上，明洞基础底标高不宜高于隧道侧沟沟底标高或路面基层标高。当基岩埋深较浅时，基础可以设置在基岩上；当基础位于软弱地基上时，采用仰拱整体式钢筋混凝土底板。如遇基础不稳，应进行处理，具体方法，视实际情况确定，明洞基础承载力要求400kpa。14) 对于类围岩采用管棚或小导管注浆预支护地区段，在初期支护完成后，为防止过大变形，并从安全的角度出发应及时施作二次衬砌。15) 初期支护与二次衬砌间超挖部分的处理：在允许超挖范围内，采用同级混凝土回填。超挖大于允许值时，在起拱线和墙基于以上1米范围用同级混凝土回填，其余超挖部分可用同级混凝土浆砌片石回填。初期支护与二次衬砌之间的孔隙应压注水泥砂浆填满。 （13） 监控系统及防灾系统1 系统概况 南古庄沟公路隧道属长隧道，在重点保证运营安全的前提下，本着“实用、可靠、经济”的原则，考虑设置监控系统及防灾系统。该公路隧道按其长度和交通状况，交通工程等级为A级。设置八个 监控系统及防灾系统：（1）交通监视和控制系统；（2）通讯系统；（3）环境检测系统；（4）运营通风系统；（5）照明系统； （6）报警、消防系统； （7）供电系统； （8）中央控制系统。2 交通监视控制系统 系统由中控室的交通监控计算机、闭路电视系统、可变情报板、可变限速标志、视频车辆检测器、入口信号灯及车道表示器等组成。 闭路电视系统：洞内摄像机间距160m，洞口各设一台，以及与其相关的显示及传输、控制系统。视频车辆检测器摄像头与CCTV系统合用。交通信号灯或车道表示器：洞内250m,洞口各一道。可变情报板：洞内3000m，洞口各一道。可变限速标志：洞内1000m，洞口各一道。洞口各设一道超高监测系统。3 通信系统 系统由紧急电话、电视监控、广播和无线通信组成。 紧急电话系统：洞内250m一处，设于前进方向右侧。 有线广播系统：间距160m，设于前进方向左侧。 无线通信：由四信道基站、光中继器、天线、光传输设备等组成。4 环境检测系统 CO检测仪：间距500m。VI检测仪：间距500m。 风速风向测定仪：间距1500m。5 通风系统针对隧道的交通量、交通特征、自然地理条件、工程条件、经济和技术条件，综合比选后采用射流风机纵向式通风。通风设计按单洞双向行车考虑。 通风控制：（1）正常状态：CO250ppm;烟雾浓度VI0.0075m-1(透过率47.5%);（2）阻滞状态：20min内CO300ppm；（3）火灾发生时风机采用紧急状况进行排烟，洞内纵向风速2.5m/s。6 照明系统依据公路隧道通风照明设计规范确定入口段、过渡段、中间段的灯间距。在隧道拱部两侧对称布置灯具。 照明控制：（1）在洞口及隧道照明引入段各设一台亮度检测仪；（2）按晴天（或白天）、阴天（或早、晚）、夜晚三种天候控制；（3）应急照明：由设置在箱变中的UPS电源供电，开亮诱导明灯。 7 通报、报警系统 （1）手动报警按钮：50m一处，设于消防栓箱上； （2）自动报警装置：设于消防栓箱上； （3）火灾检测器：贯穿全隧道的感温光纤电缆； （4）紧急电话：50m一处； （5）交通信号灯、情报板：按有关上述规定设置。8 消防系统 （1）灭火器：50m一处，2个一组，设于消防栓箱中；（2）消防栓箱：50m一处，既能喷水，也能喷泡沫；9 救援系统 （1）洞口均设隧道管理所消防队，消防车2辆（其中一辆为干粉消防车），救援车一辆； （2）地方专业消防队。10 供电系统 供电电源：均由110kv变电站出线，用35kv架空线路分别供至两洞口，在两端洞口各设35/10kv变电所向隧道供电。隧道两端洞口电源互为备用（单回路供电）。本隧道照明、通信、信号、监控、报警、监测、消防、通风等电力负荷均为一级负荷。洞口及洞内风机房变配电设施均设置防雷接地设施。11 中央控制系统本系统主要由综合控制台、模拟显示屏幕、监视器柜、中心计算机网络构成。实施中心控制的项目有：通风控制、照明、交通流检测与控制、环境检测、光强检测、闭路电视、紧急电话、无线广播、无线通信、火灾报警等。 各系统的启动、运行与停止的控制装置集中设置于管理所内。监控中心计算机网络由双中心计算通过以太网工作站、模拟显示屏幕操作站、通信工作站组成。 第二章 二次衬砌内力计算一、 基本资料 刘河湾至榆树坪二级公路榆树坪隧道，结构断面图如图1所示。围岩类别为V级，容重,围岩的弹性抗力系，衬砌材料为C25混凝土，弹性模量为，容重h。 图1 衬砌结构断面图二、 荷载确定1 根据式，围岩竖向均布压力： 式中：s围岩类别，此处s=5 围岩容重，此处； 跨度影响系数，毛洞跨度,其中0.06m为一侧平均超挖量，时，此处.所以，有： 此处超挖回填层忽略不计。2 围岩水平均布压力： 三、 衬砌几何要素1 衬砌几何尺寸内轮廓线半径内径所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角；拱顶截面厚度墙底截面厚度此处墙底截面为自内轮廓半径的圆心向内轮廓墙底做连线并延长至与外轮廓相交，其交点到内轮廓墙底间的连线。外轮廓线半径： 拱轴线半径： 拱轴线各段圆弧中心角： 2 半拱轴线长度S及分段轴长分段轴线长度： 半拱线长度： 将半拱轴线等分为8段，每段轴长为： 3 各分块接缝（截面）中心几何要素1) 与竖直轴夹角 另一方面，角度闭合差。（因墙底面水平，计算衬砌内力时用）2) 接缝中心点坐标计算 由图2上直接量出图2 衬砌计算图四、 计算位移1 单位位移用辛普生法近似计算，按计算列表进行。单位位移的计算见附表1。单位位移值计算如下： 计算精度校核为：闭合差。注：1、I截面惯性矩，b取单位长度。 2、不考虑轴力的影响。2 载位移主动荷载在基本结构中引起的位移1) 每一楔块上的作用力竖向力： 式中：-衬砌外缘相邻两个截面之间的水平投影长度，由图2量得： （校核） 水平压力： 式中：-衬砌外缘相邻两截面之间的竖直线投影长度，由图2量得： （校核）自重力： 式中：-接缝i的衬砌截面厚度。 注:计算G8时，应使第8个楔块的面积乘以。作用在各楔块上的力均列入附表2，各集中力均通过相应图形的形心。2) 外荷载在基本结构中产生的内力楔块上各集中力对下一接缝的力臂由图2中量得，分别记为。内力按下式计算（见图三）。弯矩： 图3 内力计算图示轴力： 式中：-相邻两接缝中心点的坐标增值，按下式计算： 的计算见附表2、附表3及附表4。基本结构中，主动荷载产生弯矩的校核为：另一方面，从附表2中得到闭合差3) 主动荷载位移（计算过程见附表5）计算过程见附表5.计算精度校核闭合差。3 载位移单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移1) 各接缝处的抗力强度抗力上零点假定在接缝3，；最大抗力值假定在接缝6，；最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算： 查附表1，算得： 最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算： 式中：-所考察截面外缘点到h点的垂直距离； -墙角外缘点到h点的垂直距离。由图1中量得： 则： 按比例将所求得的抗力绘于图1上。2) 各楔块上抗力集中力按下式近似计算： 式中：-楔快i外缘长度，可通过量取夹角，用弧长公式求得，的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心。3) 抗力集中力与摩擦力的合力按下式计算： 式中：-围岩与衬砌间的摩擦系数，此处取=0.2。则： 其作用方向与抗力集中力的夹角。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移的方向相反，其方向向上。画图时，也可取切向：径向=1：5的比例求出合力的方向。的作用即为与衬砌外缘的交点。将的方向线延长，使之交于竖直轴，量取夹角，将分解为水平与竖直两个分力： 以上计算列入附表6.4) 计算单位抗力及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力弯矩：轴力：式中：-力至接缝中心点的力臂，由图1量得。计算见附表7，8。5) 单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算见附表9。校核为：闭合差。4 墙底（弹性地基上的刚性梁）位移单位弯矩作用下的转角：主动荷载作用下的转角：单位抗力及相应摩擦力作用下的转角：五、 解力法方程衬砌矢高 计算力法方程的系数为：以上将单位抗力及相应摩擦力产生的位移乘以，即为被动荷载的载位移。求解方程为：式中：以上解得的值应代入原方程，校核计算是否正确，此处从略。六、 计算主动荷载和被动荷载（）分别产生的衬砌内力计算公式为： 计算过程列入附表10，11。七、 最大抗力值的求解首先求出最大抗力方向内的位移。考虑到接缝5的径向位移与水平方向有一定得偏离，因此修正后有： 计算过程列入附表12，位移值为： 最大抗力值为： 八、 计算衬砌总内力按下式计算衬砌总内力： 计算过程列入附表13。计算精度的校核为以下内容：根据拱顶切开点的相对转角和相对水平位移应为零的条件来检查： 式中： 闭合差： 式中： 闭合差： 九、 衬砌截面强度检算检算几个控制截面：1 拱顶（截面0） 又有： 式中：-混凝土极端限抗压强度，取。2 截面7 3 墙底（截面8）偏心检查 其他各截面偏心距均小于0.45d十、 内力图将内力计算结果按比列绘制成弯矩图M与轴力图N，如图4所示。 图4 衬砌内力图第三章 IV级围岩隧道施工阶段分析一、 运行GTS1) 打开GTS程序；2) 点击文件新建 打开新项目；3) 弹出项目设定对话框4) 在项目名称里输入VI级围岩施工阶段分析5) 将模型类型设定为2D6) 将分析约束设定为X-Z平面7) 重力方向自动指为Z8) 其它的直接使用程序设定的默认值点击确认二、 生成分析用数据1. 属性生成围岩属性1) 在主菜单中选择模型特性属性;2) 在属性对话框中选择添加按钮中的平面；3) 在添加/修改平面属性对话框中确认号制定为1；4) 在名称里输入IV级围岩；5) 在单元类型里确认是否制定为平面应变；6) 为生成材料点击材料右侧的添加；7) 在添加/修改岩土材料对话框中确认号指定为1；8) 在名称里输入IV级围岩；9) 点击颜色按钮到设定颜色；10) 在材料参数的弹性模型（E）里输入2400000；11) 泊松比（v）里输入0.33；12) 容重(Y)里输入21；13) 容重（饱和）里输入21；14) 粘聚力（C）里输入300；15) 摩擦角（）里输入30；16) 初始应力参数中K。输入1.5；17) 将模型类型指定为摩尔-库伦；18) 确认排水参数指定为排水；19) 点击确认按钮；20) 在添加/修改平面属性对话框中确认材料指定为IV级围岩；21) 点