分离式单向行驶两车道隧道左线全长298m（计算书90页，CAD图13张）
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分离式单向行驶两车道隧道左线全长298m（计算书90页，CAD图13张）,分离,单向行驶,车道,隧道,全长,计算,90,cad,13
- 内容简介：
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贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道左线六盘端初步设计 摘要 随着科技的发展、社会的不断进步，高速公路的重要性越来越显著，而作为公路的一部分 隧道，对于施工和设计的要求也越来越高。本设计课题为高速公路隧道，重点研究新奥法施工。 贵州六盘高速公路吴家寨隧道为分离式单向行驶两车道隧道，左线全长 298m，围岩 的基本 情况为： 级围岩长 155m； 级围岩长 90m； 级围岩长 53m。 隧道洞门设计成翼墙式洞门 ； 隧道采用新奥法施工，隧道衬砌采用复合式衬砌 ；隧道开挖 、 级围岩使用全断面开挖法， 级围岩使用台阶分 部开挖法 ，采用钻爆法开挖；隧道的辅助施工方法有超前小导管注浆和超前锚杆；隧道通风 方式 为自然通风 。 隧道经过多次计算和验算后，洞门、衬砌、照明和通风合格，可以正常施工。 关键词：隧道； 新奥法； 围岩； 复合式衬砌 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 目录 第 1 章 设计原始资料 . 1 用的技术标准及设计标准规范 . 1 要技术标准 . 1 要设计标准规范 . 1 程概况 . 1 程地质概况 . 1 第 2 章 总体设计 . 3 址的考虑 . 3 口选择及线形考虑 . 3 断面设计 . 4 断面设计 . 4 筑限界 . 4 急停车带及横向通道 . 5 轮廓设计 . 5 第 3 章 洞门设计及强度与稳定性验算 . 6 口段地质评价 . 6 盘水端 . 6 县端 . 6 门设计 . 6 门类型选择 . 6 门设计 . 6 第 4 章 衬砌设计 . 10 期支护 . 10 次衬砌 . 11 岩压力的计算 . 13 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 面参数确定 . 13 算垂直均布压力： . 13 埋和深埋隧道的分界： . 15 岩压力计算 . 16 第 5 章 防排水设计 . 20 排 水要求 . 20 排水的原则 . 20 隧道的防排水措施 . 21 水措施 . 21 水措施 . 21 砌的排水措施： . 22 口排水设计： . 23 第 6 章 通风照明设计 . 24 风 . 24 风计的标准： . 24 风量计算： . 25 定通风方式； . 28 明设计 . 29 明设 计的选择和布置 . 29 明计算 . 30 明设计 ： . 33 第 7 章 隧道路面设计 . 37 第 8 章 施工设计 . 39 工准备 . 39 助施工方法 . 39 前锚杆 . 40 前小导管注浆 . 40 工设计 . 42 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 体方案和部署 . 42 口施工 . 42 道内施工 . 43 场监控 量测 . 54 工的监控量测 . 54 控量测的任务 . 54 控量测的内容和方法 . 54 运阶段的监控量测 . 56 参考文献 . 57 致谢 . 58 附录 A：衬砌结构验算电算结果 . 59 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 1 页 共 86 页 第 1 章 设计原始资料 用的 技术标准及设计标准规范 要技术标准 （ 1）隧道按规定的 远期的交通量设计，采用分离式单向行驶两车道隧道（上、下行分离）。 （ 2） 隧道设计车速，隧道几何线形与净空按 100km/h 设计，隧道照明设计速度按照 100km/h 设计。 要设计标准规范 （ 1） 公路隧道设计规 范 （ 2） 公路 隧道通风照明设计规范 （ 3） 公路工程技术标准 （ 4） 公路工程抗震设计规范 （ 5） 锚杆喷射混凝土支护技术规范 （ 6） 地下工程防水技术规范 （ 7） 隧道围岩级别按公路隧道设计规范 程概况 吴家寨隧道为分离式短隧道，隧道轴线走向 234，左线隧道进口桩号为60，出口桩号为 58，隧道底高程为 道宽 长 298m；右线隧道进口桩号为 92，出口桩号为 58，隧道底高程 为 道宽 长 266m。隧道最大埋深位于 60，最大埋深 道纵坡整体为一单坡，纵坡坡度为 程地质概况 该隧道洞口六盘水端 隧道围岩级别为 级，岩性为强风化下带弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性 差。盘县端隧道围岩级别为 级岩性为强风化下带弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。 隧道 9549 段 围岩级别为级，岩性为 弱风 化玄武岩，属硬质岩，岩石柱状节理较发育， 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 2 页 共 86 页 裂隙块状结构镶嵌碎裂结构，节理裂隙面结合一般，岩质硬坚硬，较完整。 0440 段 围岩级别为级 ， 岩性为弱风化玄武岩，属硬质岩，岩石柱状节理较发育，裂隙块状结构镶嵌碎裂结构，节理裂隙面结合一般，岩质硬坚硬，较完整。 4904 段 围岩级别为级，岩性为弱风 化、微风化玄武岩，属硬质岩，岩石柱状节理不发育，块状整体结构岩体，较完整。 表 1各类围岩主要物理力学指标表 围岩 级 别 力学指标 备 注 密度 (103kg/弹性抗力系数 K(m) 400 500 1000 1200 1400 1600 弹性模量 (静态 ) E(泊松比 计 算内摩擦角 ( ) 5054 5560 6065 容许承载力 。 (1500 2000 2600 3000 3000 3500 饱和抗压强度 摩擦系数 f(圬工与围岩 ) 、 级围岩为 表面不光滑时 详细地质情况参见隧道纵断面设计图。 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 3 页 共 86 页 第 2 章 总体设计 址 的考虑 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，综合必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，特长隧道的位置应控制路线走向，以避开不良地质地段 ；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；中、短隧道可服从路线走向。 （ 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。必要时特长隧道应做防灾 专项设计 。 （ 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是，应在设计与施工中采取必要的措施。 吴家寨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，在进行深入的地址调查，综合各方面因素，选定隧道位置。 口选择 及 线形考虑 （ 1） 隧道洞口位置应根据地形、工程地质及水文地质情况，着重考虑隧道仰坡、边坡的稳定，保证施工及运营的安全，并结合洞口有关工程及施工条件，综合研究比选确定。一般情况隧道宜早进洞、晚出洞。 （ 2） 洞口端岩层为二叠系峨眉山玄武岩组（ 层，岩性为强风化下带弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，充填铁锰质、泥质，岩体破碎多呈块状、碎石状， 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 4 页 共 86 页 碎裂状或裂隙块状结构，岩质较硬，完整性差，未见断层等构造发育，但洞口附近主要为强风化玄武岩下带，岩石柱状节理裂隙发育，对进口段边坡稳定性有一定影响， 应进行防护。 （ 3） 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，无地表水体，隧道开挖及运营过程中不会产生疏干地表水等危害。 因此，吴家寨隧道 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， 隧道围岩较好，隧道选线条件较宽松。隧道左线 六盘水端洞口设置在 60，盘县端洞口设置在 58；右线六盘水端 洞口设置在 92， 盘县端洞口设置在58。 隧 道为小曲率隧道，详细情况参见吴家寨隧道（地质）平面图。 断面设计 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，吴家寨隧道纵坡整体设计为单坡，纵坡坡度为 断面设计 筑限界 吴家寨隧道的 建筑限界按 100km/h 时速设计，建筑限界取值如下： 建筑限界横断面宽度如下表： 表 2筑限界设置 （单位 ： m） 设计速度（ km/h） 车道宽度 W 侧向宽度 检修道 J 顶角宽度 左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧 100 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 5 页 共 86 页 隧道中心线行车道中心线图 2道建筑界限 （单位： 急停车带 及横向通道 鉴于本隧道属于短隧道，所以本隧道不设置紧急停车带和横向通道。 轮廓设计 根据建筑限界，利用三心圆法，得出隧道断面内轮廓图如下： = 1 0 0起拱线行车道中心线隧道中线图 2道内轮廓线 （ 单位： 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 6 页 共 86 页 第 3 章 洞门设计及强度 与 稳定性验算 口段地质评价 盘水端 根据隧道地质纵断面图， 隧道六盘水端洞口位于斜坡上，洞口附近隧道轴线与地形线呈 47度角相交，斜坡自然坡度约 42，洞口端 岩层为二叠系峨眉山玄武岩组（ 层，岩性为强风化下带弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，充填铁锰质、泥质，岩体破碎多呈块状、碎石状，碎裂状或裂隙块状结构，岩质较硬，完整性差，未见断层等构造发育，但洞口附近主要为强风化玄武岩下带，岩石柱状节理裂隙发育。 县端 隧道盘县端洞口位于陡坡上，洞口附近隧道轴线与地形线基本正交，山坡自然坡度约 72。盘县端洞口岩层为二叠系峨眉山玄武岩组（ 层，岩性为强风化下带弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，岩体破碎多呈块状、碎石状，碎裂状结构或裂 隙块状结构，未见断层等构造发育，但洞口附近主要为强风化玄武岩下带，岩石柱状节理裂隙发育，对进口段边坡稳定性有一定影响。 门设计 门类型选择 本隧道六盘水端和盘县端洞口围岩基本相同，为 级围岩，地质状况一般 ，拟采用翼墙 式洞门。 门设计 （ 1） 参数设定 翼墙式洞门的正墙斜度取 1： 坡坡率取 1： 设端墙厚度为 B=基础埋深为 1m， 衬砌拱顶外缘至洞门顶部的距离取为 3m,设墙高 H=13m。 （ 2） 各项物理指标 060 324 /kN m f= 水泥砂浆砌片石 32 2 /a kN m 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 7 页 共 86 页 （ 3） 土压力计算 最危险破裂面与垂直面夹 角 222t a n t a n t a n (1 t a n ) ( t a n t a n ) ( t a n t a n ) (1 t a n t a n )t a nt a n (1 t a n ) t a n (1 t a n t a n ) (3=）（）（ ）（）（）（）（ = 土压力系数 按下式计算： ( t a n t a n ) (1 t a n t a n )t a n ( ) (1 t a n t a n ) (3=）（ ）（）（ =压力 按下式计算 ： E= 2012 H（ 3 = 墙体 自重按下式计算： G = 3 = （ 4）稳定性及强度验算 抗倾覆稳定的验算 根据公式 00 （ 3 0 （ 3-6） 0 （ 3 m 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 8 页 共 86 页 m f Hz 3 （ 3得 y 满足抗倾覆要求 。 滑动稳定性验算 （ 3 3 墙身截面偏心验算 （ 3 11()23M E H = 3 偏心距 ： 6 5 1b 合力的偏心距的验算： y B 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 9 页 共 86 页 满足基底合力的偏心距。 墙身截面强度验算 应力 计算 ： ）（ 1 （ 3 31.0e 代入 (3 )61( )得到 K 满足墙身截面强度的要求。 由以上验算，确定出主墙墙厚为 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 10 页 共 86 页 第 4 章 衬砌设计 吴家寨隧道支护结构采复合式衬砌，分初期支护和二次支护，初期支护采用喷锚支护，二次衬砌采用 现浇模筑混凝土 。 根据吴家寨隧道地质纵断面图可以得到隧道围岩分 布 情况 见下表 ： 表 4岩分布情况 标段 每段围岩长度 (单位： m) 围岩级别 6095 35 9549 54 4904 155 0440 36 4058 18 期支护 初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用，根据不同围岩级别区别组合。锚杆支护采用全长粘结锚杆。由工程类比法，结合公路隧道设计规范， 初期支护喷射混凝土材料采用 混凝土，支护参数取值如下表： 表 4期支护参数表 围岩级别 喷射砼厚度 (锚杆 (m) 钢筋网 钢拱架 拱墙 仰拱 位置 长度 间距 杆体材料 8 - 局部 20- - 12 - 拱 、墙 0拱、墙 25 15 - 拱墙 0拱、墙 (双层 ) 25 其他参数、锚杆布置见衬砌断面图。 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 11 页 共 86 页 次衬砌 二次衬砌采用现浇模筑混凝土，利用荷载结构法进行衬砌内 力计算和验算。 二次衬砌厚度设置如下表： 表 4次衬砌支护参数 单位： 岩级别 拱、墙混凝土厚度 仰拱混凝土厚度 30 _ 35 _ 35 35 隧道中心线行车道中心线初期支护预 留 变 形 量 暂 定 5 厘 米防火涂料二 次 衬 砌 2 5 号 模 筑 防 水 混 凝 土 厚 3 5 厘 米防排水隔离层2 5 号 钢 纤 维 喷 射 混 泥 土 厚 1 5 c 0 锚 杆 单 根 长 3 . 0 m 间 距 0 . 8 m 0 . 8 级围岩衬砌图 (单位： 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 12 页 共 86 页 变 形 量 暂 定 4 厘 米防火涂料二 次 衬 砌 2 5 号 模 筑 防 水 混 凝 土 厚 3 5 厘 米防排水隔离层2 0 号 喷 射 钢 纤 维 混 泥 土 厚 1 2 c 0 锚 杆 单 根 长 2 . 5 m 间 距 为 1 m 1 级围岩衬砌图 （ 单位： 衬 砌 2 5 号 模 筑 防 水 混 凝 土 厚 3 0 厘 米防排水隔离层20 号喷射刚纤维混凝土，厚8 厘米 2 0 锚 杆 单 根 长 度 2 . 0 级围岩衬砌图 （ 单位： 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 13 页 共 86 页 岩压力的计算 面参数确定 隧道高度 h=内轮廓线高度 +衬砌厚度 +预留变形量 隧道跨度 b=内轮廓线宽度 +衬砌厚度 +预留变形量 表 4留变形量 单位： 岩级别 两车道隧道 - 2050 5080 注 ：围岩破碎时取大值；围岩完整时取小值。 所以：预留变形量 级围岩为 0；级围岩为 围岩为 出： 级围岩 级围岩 级围岩 算垂直均布压力： 垂 直均布压力计算式： （ 4 而 10 . 4 5 2 1 ( 5 ) sh i B （ 4 将（ 4入（ 4 10 . 4 5 2 1 ( 5 ) sq i B 式中： 为围岩重度，此处：级围岩 32 2 5 /kN m ；级围岩 33 2 4 /kN m ；级围岩 34 2 2 /kN m 。 i 为 B 每增加 1 B =5 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 14 页 共 86 页 为准，当 B 5 i = B 5 i = B 为隧道开挖高度，级围岩2 级围岩3 级 围岩4 s 为围岩类别，级围岩 2s ；级围岩 3s ；级围岩 4s 。 （ 1） 级围岩 段围岩 均布 压力计算 开挖宽度 开挖高度 围岩容重 32 2 5 /kN m B 5m，取 i = )22 q =（ 2）级围岩段围岩均布压力计算 已知： 开挖宽度 开挖高度 岩容重 33 2 4 /kN m B 5m， 取 i =宽比 7 计算： )33 q=（ 3）级围岩段围岩均布压力计算 贵州六盘高速公路 吴家寨隧道 左线六盘端初步设计 第 15 页 共 86 页 已知 开挖宽度 开挖高度 围岩容重 34 2 2 /kN m B 5m，取 i =宽比 7 计算 )44 q =： （ 1） 浅埋和深埋隧道的分界 ，按 荷载等效高度值 ，并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。荷载等效高度值的计算公式如下： qp (（ 4 式中：浅埋隧道分界深度（ m ） 荷载等效高度（ m ） ， ， q 为由式 （ 4算出的深埋隧道垂直均布压力（ 2/kN m ）； 为围岩的重度（ 3/kN m ）。 在矿山法施工条件下， 级 围岩取qp 级围岩取 2 因此， 、
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