C线长岭湾隧道结构设计毕业设计论文.doc

二0一三届土木工程专业（岩土与地下结构工程）毕业设计说明书C线长岭湾隧道结构设计毕业设计论文第1章 绪论随着我国经济形势的发展，现有的交通远远不能满足城市交通的发展需求，我国的各重要城市常常出现交通拥挤的现象，同时过长的的通行时间严重阻碍各经济发达地区之间的交流和经济发展，因此发展地铁等成为 一个解决交通问题的重要工具，它不但可以承受具大的交通量，还可以缩短各城市的距离大大提高运行效率，全面促进城市的经济繁荣。我国提出了大力发展西部地区经济的战略规划，所谓要致富先修路，解决路的问题就解决了经济发展的大部分问题。而我国的西部基本上是山区，在修铁路和高速公路的时候必须穿越许多的山地，因此必须修建大量的隧道，我们从宜铁路恩施段就可清楚看到这种现象。在这种形势下，对隧道工程的需求将会越来越大，隧道工程的数量将大幅度增加，隧道的长度也将明显增长。 因此，通过结合工程实际进行毕业设计，有助于我们在充分考虑的经济、地质、文化等方面因素情况下制定合理的隧道设计方法，为今后的工作累积经验，打下基础。本隧道的设计内容主要包括方案的比选，隧道平面、纵断面、横断面的设计；隧道衬砌结构设计和计算；洞门的设计；隧道照明、隧道通风的计算；确定合适的施工工艺。第2章 长岭湾隧道方案确定下面我将从工程设置目的，综合分析了工程所在位置的地形、地质工程条件、环境、安全、经济、合理、环保的原则，同时考虑投入使用后的养护管理等方面分析修建隧道的优越性。成都至泸州高速公路经过威远县新场镇红星村半边湾半坡和新场镇新权村长岭湾半坡，被长岭湾阻挡，由于绕行道路的距离很大，浪费时间、运行效率不高，经济效应差，且不能适应当地的交通发展和未来经济的发展。从缩短路线长度，提高运行效率等方面考虑修建隧道都是合理的选择。它可以很好的克服地形及高程障碍、改善线形、提高车速、缩短里程、节约燃料、节省时间、减少大开挖对环境植被造成的损坏，保护了生态环境。因此在长岭湾修建隧道是综合各方面因素后最合理的选择。第3章 概述3.1 隧道设计技术标准1）公路等级：山岭重丘高速公路双向行车。2）道路计算行车速度:80km/h。 隧道计算行车速度:80km/h。3）隧道建筑限界：净宽：10.25m，净高：5.0m。4）洞内路面设计荷载 : 公路-级，汽超 20，挂100。5）设计日车流量：2012年:3565标准小汽车辆/日 2015年:7525标准小汽车辆/日2020年:10235标准小汽车辆/日 2030年:12356标准小汽车辆/日6）隧道路面横坡:2%的双面坡。7）通风方式:机械通风。8）通风卫生标准：正常状态：CO设计浓度：150ppm 烟雾设计浓度K：0.0090m-1；交通阻滞（控制时间20分钟）：CO设计浓度：300ppm 烟雾设计浓度K：0.012m-1。3.2 设计依据与执行主要标准1） 公路工程地质勘察规范 JTJ064-982） 公路隧道勘测规范 JTJ061-993） 公路隧道设计规范 JTGD70-20044） 公路隧道施工技术规范 JTJ042-945） 公路工程技术标准 JTGB01-20036） 公路工程抗震设计规范 JTJ004-897） 建筑工程地质钻探技术标准 JGJ87-928） 公路桥涵地基与基础设计规范 JTGD63-20079） 公路土工试验规程 JTGE40-200710）公路工程岩石试验规程 JTGE41-2005 11）公路工程水质分析操作规程 JTJ056-8412）岩土工程勘察规范 GB50021-200113）建筑抗震设计规范 GB50011-200114）建筑桩基技术规范 JGJ949415）成都地区建筑地基基础设计规范 DB51/T5026-2001 16） 施工中涉及设计文件未列的标准、规范,应按国家有关标准、规范严格执行。3.3 隧道设计原则 1）本隧道充分考虑了隧道的设置目的及隧道自身的结构特征，并且综合分析了隧道所在位置的地形、地质工程条件、环境因素等。2）隧道按安全、经济、合理、环保的原则，按新奥法理论，结合隧道实际情况进行设计，同时考虑隧道投入使用后的养护管理等，力求隧道总体安全、经济。3.4 工程建设标准强制性条文执行情况隧道主体结构物按永久性建筑物设计，具有规定的强度、稳定性和耐久性；建筑限界内，不得有任何部件侵入；洞口边仰坡必须保证稳定，避免大挖大刷；洞门必须置于稳固地基上；隧道衬砌按隧规规定的安全系数选取；隧道应结合衬砌采取可靠的防排水措施，保证使用期内行车安全、设备正常使用；对地表水、地下水采取妥善处理，使洞内外形成完整、畅通的防排水系统；隧道供电系统设计必须做到保障人身安全，供电可靠；隧道内水泥混凝土路面设计弯拉强度为5MPa。3.5 隧道规模3.5.1 隧道长度长岭湾隧道位于威远县新场镇红星村半边湾半坡和新场镇新权村长岭湾半坡之间，隧道长度、洞口桩号见表3-1。表3-1 隧道始终点高程项目名称隧道长度老城区端洞口开发区端洞口桩号高程桩号高程长岭湾隧道1470mCK118+430559.84mCK119+630545.21m3.5.2 各级围岩所占隧道的比例根据四川省蜀通岩土工程公司成都至泸州高速公路工程地质勘察报告，长岭湾隧道穿越主要围岩级别为、级两种围岩，各级围岩所占隧道比例见表3-2。表3-1各级围岩所占隧道比例围岩级别级级长度（m）/百分比（%）430.0/29.31040.0/70.7第4章 工程概况4.1 隧址区自然条件4.1.1 地理位置及地形地貌长岭湾隧道地处威远县新场镇境内，为单洞双向行车隧道，为曲线长隧道，属于低山区。隧址区为构造剥蚀低山地貌区，地表植被发育，进洞口位于半边湾斜坡附近，出洞口位于堰滩坝山坡下侧，隧道近南东向展布，长1470m，洞身地形中部高，中部偏西因断层形成一不的山坳；进出口地段地形较低，地形起伏较大，山脉整体呈南东向排列，东南西向圆弧状延伸，海拔高程735.0471.0m，相对高差约264m，坡角2045，局部成陡崖状，隧道最大埋深约168.5m。 图4-1 进洞口隧址区地形地貌 图4-2 出洞口隧址区地形地貌4.1.2 气候及水文条件C线长岭湾隧道行政区域隶属于内江市威远县。属亚热带湿润季风气候区，冬无严寒，夏无酷热，气候温和，具有春早夏长秋日多绵雨的特点。冬季雨量充沛，四季分明，性湿润气候，年均气温18，年均气温15.616.8，以八月最热，平均气温27.0；以1月最冷，平均气温7.5，年平均气温17.8，1月份8月份平均气温，极端最高气温41.6，极端最低气温-3。境内年降水量从东到西逐渐增加，年累年平均降雨量1055mm，雨季集中在68月，降雨量占全年的59%,最大年降雨量2367.2 mm，最小年降雨量755.4mm，最大月降雨量512.4mm。连续最大降雨量为1992年8月9日至13日，威远连续降大雨、暴雨，总降雨量221.3毫米，累年均无霜期323天，雾日33天。大风多为西北风，57级居多，8级以上大风少见，瞬间最大风速9m/s（1983年3月15日），相对湿度累年平均83%，平均蒸发量950mm。4.2 工程地质条件4.2.1 地层岩性经工程地质测绘及钻探揭露，隧址区出露和揭露地层为第四系松散堆积层块，三叠系上统须家河组（T3xj1）、中统雷口坡组（T2l），现由老至新分述如下：1）三叠系中统雷口坡组（T2l）：主要由灰白色灰岩、白云岩、泥灰岩组成，出露于隧址区进口及洞身段陡斜坡地带。灰岩：灰白色，隐晶质结构，薄层构造,呈强弱风化。白云岩：灰白色，泥晶质结构，薄层构造,呈强弱风化。泥灰岩：灰绿色，泥质结构，薄层状，矿物成分以粘土矿物为主，呈强风化弱风化。2）三叠系上统须家河组（T3xj1）：主要由紫红、棕红色砂岩、页岩等组成，出露于隧址区出口陡斜坡地带。砂岩：紫红色，中细结构，钙、泥质胶结，薄层状,主要由长石、石英、云母等矿物组成，呈弱风化。页岩：灰色，泥质结构，薄层状，矿物成分以粘土矿物为主，呈强风化弱风化。3）第四系松散堆积层（Q）：（1）、第四系残坡积层（Q4el+dl）、崩坡积层（Q4c+dl）：主要由紫红色、褐红色（含块、碎石）低液限粘土组成，分布于斜坡及脊间槽谷地带地带。低液限粘土，含有少量强风化砂岩和泥岩碎屑、角砾，稍湿湿，呈可塑硬塑状态，干强度和韧性中等，无摇振反应，切面光滑，表层局部分布有块碎石，块碎石岩石成份以砂岩和泥岩为主，一般粒径20200mm，大者可达2000 mm以上，呈棱角状次棱角状，含少量角砾，块碎石含量5080%左右，分布层厚0.501.10m。（2）、耕植土（Qpd）: 以紫红色、砖红色低液限粘土为主, 含有较多有机质，植物根系发育，结构松散，疏密不均，多呈干稍湿状态，分布于斜坡与槽谷第四系残坡积层表层，层厚0.300.50m。(3)白云岩块石土：黄色、灰白色，可见层理倾角为10，岩芯呈柱状或碎块状，节长240cm。为崩坡积物。4.2.2 地质构造隧道进口自然边坡坡角2040，出露三叠系雷口坡组页岩、白云岩、泥灰岩、灰岩；残坡积层偶然可见厚度10，覆以灌木、草丛。隧道洞身围岩为三叠系上统雷口坡组页岩、白云岩、泥灰岩、灰岩，须家河组砂岩、页岩。隧道出口处为斜坡，坡角2545，出露三叠系须家河组页岩、砂岩；残坡积层偶然可见厚度10，覆以灌木、草丛。地质构造属老场背斜北西翼，产状32033246，发育三组节理，产状分别为2048 7185，951156283，2853245876，裂隙较发育，倾角较陡，裂隙面多平直，裂缝一般宽0.12.5cm，大者可达20cm以上，间距0.33m，延伸长度一般为0.55m不等，大者可达15m以上，贯通性差异性较大，多呈闭合微张状态，结合程度差一般，多为泥质充填，少量岩屑充填。隧道进口段斜坡坡向与地层倾向同向，顶板较薄，为顺向坡。隧道出口段顶板较薄，易产生塌落、冒顶。隧道进出口开挖时存在安全隐患。隧道围岩类别属类。4.2.3 水文地质条件4.2.3.1地下水类型及补给、径流、排泄条件隧址区地下水类型主要有松散岩类孔隙水、基岩风化带网状裂隙水、基岩构造裂隙水及岩溶水（1）松散岩类孔隙水隧址区松散岩类孔隙水主要赋存于第四系残坡积块碎石土中，补给来源为大气降水和地表水体入渗，但隧址区块碎石土厚度小，分布面积小，且残坡积层多含相对隔水的低液限粘土夹碎块石，透水性及富水性均较差，大气降水不易入渗，加上该区地形较陡，横向冲沟发育，大气降水迅速形成地表径流向低洼处排泄，因此此类地下水不易大量富集，水量贫乏，对隧道施工影响小。（2）基岩风化带网状裂隙水隧址区基岩风化带网状裂隙水主要赋存于基岩风化带中，其富水性受岩性及裂隙发育程度的控制，其地下水位一般与地表水联系密切，主要接受地表水及大气降水的入渗补给，向沟谷等地势低洼处排泄。斜坡地段由于基岩面较陡，排泄较通畅，地下水贫乏。在沟谷地段，基岩风化带网状裂隙水由于直接接受沟谷水体补给，风化裂隙相对比较发育，连通性比较好，但因风化层厚度多不大，其水量比较有限为浅层地下水。对隧道施工影响较小。（3）基岩构造裂隙水主要存于三叠系上统须家河组（T3xj1）地层中,因厚层砂岩间夹有相对隔水的泥页岩或煤层裂隙含水,故具有层间水性质；，以砂岩裂隙水为主，其富存状况除受岩性控制外，与所处的地形地貌和构造关系密切。主要分布于背斜两翼靠近进出口地段，由于本组所处地形多为陡坡，沟谷切割较深，有利于地下水的排泄，基岩裂隙水多在砂岩中分布，接受大气降水补给和层间径流补给，顺风化裂隙、构造裂隙等沿强、弱风化界面汇集、运动，在斜坡坡脚及冲沟沟口等局部地势相对较低处以下降泉的形式排泄出露，具近源补给，就近排泄特点，地下水富水性属贫弱含水，故泉水流量很小，流量仅0.050.1L/s，对隧道施工有一定的影响。该层主要分布于隧道中部，面积49km2，占水文地质单元面积的45%，富水性中等，为浅层地下水。隧址区主要分布在进出口带，仅雨时暂以少量上层滞水的形式存在，本次调查发现该风化裂隙水分布区的泉流量多小于0.05L/s，井多呈季节性，泉井均为久晴即干，地面多呈贫水状，故富水性较弱。（4）岩溶水路段区岩溶水含水岩性为三叠系中统雷口坡组，以雷口坡组为主要含水岩组。岩性以薄灰岩、白云岩、泥灰岩为主，岩溶不发育。由于可溶岩主要分布于斜坡地带，给岩溶的发育和地下水的补给提供了不足条件。受构造和岩层组合等条件控制，多形成带状的冲沟槽谷。路段区内岩溶水富集的主要因素是岩性和地貌条件，其次是构造条件。岩性是控制岩溶发育强度的主要因素，雷口坡组岩溶不发育，岩溶水较少。岩溶泉流量0.0030.15l/s，丰水期流量0.9574l/s。地貌因素的影响主要表现在高位槽谷和地位槽谷含水的差别上。由于测区范围小，本次路段范围内体现不明显。为了确定钻孔实际涌水量，评价含水层的富水性，推测和计算钻孔最大涌水量和单位涌水量，查明含水层的水文地质参数，为隧道涌水量的预测提供依据，本次勘察对CLWSDZK1、CLWSDZK2进行了简易抽水试验，24小时后观测水位略有恢复，证明其水量贫乏，然后对CLWSDZK2进行了注水试验，注水试验成果详见表4-1:表4-1 钻孔注水试验成果表 孔 号地 层岩 性含水层厚度(m)水头高度(m)稳定时间(h：min)渗透系数(m/d)稳定流量(m3/d)CLWSDZK2T2l45.7520.408：000.15220.4(5)相对隔水层区内的页岩、泥岩、泥灰岩及低液限粘土，渗透性极弱，富水性差，基本不含水，为相对隔水层。4.2.3.2地下水化学类型及腐蚀性根据公路工程地质勘察规范JTJ06498附录D，隧址区气候属湿润区，公路自然区划归属于西南潮暖区四川盆地中湿区2，混凝土不直接临水，属类环境。根据C线长岭湾隧道采取地下水进行简分析及侵蚀性CO2测试分析成果资料（分析结果见表4-2），地下水化学类型均为HCO3-Ca2+型水。根据公路工程地质勘察规范JTJ06498附录D环境水对砼腐蚀评价标准判定（地下水对砼及其制品腐蚀性判定见表4-3）：地下水对砼无结晶类、分解类、结晶分解复合类腐蚀。但是三叠系中统雷口坡组地层中夹有硬石膏、岩盐及盐溶角砾岩，隧址区洞身地下水具有弱中等强度的硫酸盐型腐蚀性，应采用相应防护。表4-2 水质分析成果表分析指标单位SW-1(C线长岭湾隧道K118+100沟槽)SW-2（C线长岭湾隧道出口右侧冲沟）PH值/6.907.07总硬度mg/L/总碱度mg/L/永久硬度mg/L/暂时硬度mg/L/总矿化度mg/L/游离CO2mg/L3.593.59侵蚀性CO2mg/L3.054.57阴离子CI-mg/L75.50 59.69OH-/SO42-106.49104.38HCO3-125.23115.52阳离子K+Na+mg/L21.7516.63NH4+/Ca2+223.21239.62Mg2+28.6729.18腐蚀等级无无水化学类型HCO3-Ca2+型HCO3-Ca2+型注：单位除PH值外，其余均为mg/l。表4-3 地下水对砼及其制品腐蚀性判定表水样类型腐蚀性类型分析项目检测值评价标准腐蚀等级结论SW-1地下水结晶类SO42-( mg/L)106.49250 mg/L无腐蚀地下水对砼及其制品无腐蚀性分解类PH值6.96.5无腐蚀侵蚀性CO2( mg/L)3.0515 mg/L无腐蚀HCO3-( mg/L)125.231.0 mg/L无腐蚀结晶分解类Mg2+NH+4( mg/L)28.671000mg/L无腐蚀C1- +SO42-+NO3-( mg/L)181.993000mg/L无腐蚀SW-2地下水结晶类SO42-( mg/L)104.38250 mg/L无腐蚀地下水对砼及其制品无腐蚀性分解类PH值7.076.5无腐蚀侵蚀性CO2( mg/L)4.5715 mg/L无腐蚀HCO3-( mg/L)115.521.0 mg/L无腐蚀结晶分解类Mg2+NH+4( mg/L)29.181000mg/L无腐蚀C1- +SO42-+NO3-( mg/L)164.073000mg/L无腐蚀4.3 不良地质现象隧址区无滑坡、崩塌、泥石流等影响场地稳定的不良地质现象。4.4 隧道工程地质评价4.4.1 隧址工程地质环境稳定性和适宜性评价C线长岭湾隧道位于老场背斜北东翼，无断层通过，区域稳定性好，整体稳定，适宜修建C线长岭湾隧道。4.4.2 隧道进口段工程地质条件评价4.4.2.1 进洞口段稳定性和适宜性评价隧道进口段：里程桩号CK118+430599，长度189m，洞顶板埋深0.5m52.5m,属浅埋段，进洞口位于山地斜坡的中部偏下，里程桩号CK118+430，地面标高为559.84m，设计路面标高552.95m,洞口中心开挖深度约7.00m，地形地面坡度2035，耕地分布，第四系土厚4.500m左右，斜坡上方基岩出露。进口段出露地层为三叠系中统雷口组地层，岩性以灰岩、白云岩为主，岩层走向与洞轴线近于一致，进洞口段无断裂构造，无不良地质现象，稳定性较好，适宜进洞。进洞口仰坡应考虑支护措施，在施工中采用超前支护的方法，先支护，后开挖，可有效地避免了坍塌、掉块及边坡失稳等不良地质作用的发生。仰坡上部的第四系土层采用放坡开挖。4.4.2.2出洞口段稳定性和适宜性评价隧道出口段：里程桩号CK119+639900m，长度261m，洞顶埋深7.5m57.2m。属浅埋段，出洞口位于斜坡的中下部，里程桩号CK119+900，地面标高为545.21m，设计路面标高530.74m洞口中心开挖深度为14.5m。洞顶自然坡度约2535，荒地，斜坡现状稳定，出露地层为三叠系中统雷口组地层，岩性以灰岩、白云岩为主，岩层走向与洞轴线近于一致，进洞口段无断裂构造，无不良地质现象，稳定性较好，适宜进洞。进洞口仰坡应考虑支护措施，在施工中采用超前支护的方法，先支护，后开挖，可有效地避免了坍塌、掉块及边坡失稳等不良地质作用的发生。仰坡上部的第四系土层采用放坡开挖。4.4.3 隧道洞身段工程地质条件评价4.4.3.1 洞身段稳定性评价隧道洞身段：里程桩号CK118+599119+509m，长度905m，洞顶埋深52.5m168.5m。隧道轴向100103，轴线地面标高507.76m751.63m，设计路面标高507.82m545.71m，进洞口设计高程552.95m，出洞口设计高程530.74m，进出洞口设计高程高差22.21m。 洞身段斜坡自然坡度2040，局部成陡崖状。洞身围岩岩性为三叠系中统雷口组地层，岩性以灰岩、白云岩、泥灰岩为主，岩体节理裂隙较发育，岩体较完整，无断裂构造，无不良地质现象，稳定性较好，适宜隧道通过。4.4.3.2 围岩分级C线长岭湾隧道为岩质隧道，隧道围岩体涉及地层为侏三叠系中统雷口组地层，岩性以灰岩、白云岩为主。灰岩、白云岩强度较高，抗风化能力强，风化带网状裂隙发育，地表多风化成碎颗粒，层理较发育，层间结合一差，强风化带岩芯呈碎块状、短柱状，岩质较软；弱风化带岩芯呈长、短柱状，岩石强度高，岩质硬。出露于隧址区陡斜坡地带。1、围岩完整性根据钻探、物探测试资料，岩体完整性列入岩体完整程度统计表（见表4-4）：表4-4 岩体完整程度统计表项目单位岩土名称岩体弹性纵波速度Vpm(m/s)岩石弹性纵波速度Vpr(m/s)岩体完整性指数Kv岩体完整性评价T2l 灰岩强风化22402370354036100.400.45较破碎 泥灰岩强风化216029200.55较破碎 灰岩弱风化302036100.70较完整白云岩弱风化33003580403042800.670.73较完整2、岩体基本质量分级隧道区主要发育2-3组构造裂隙，根据公路隧道设计规范（JTG D70-2004）中的计算公式：岩体基本质量指标： BQ=90+3RC+250Kv(1)当Rc90Kv+30时，取小值，Kv0.04Rc+0.4时，取小值，代入上式计算BQ岩体基本质量指标修正值： BQ=BQ-100(K1+K2+K3)(2)根据岩石物理力学试验值和声波测试资料，岩石饱和抗压强度（通过数理统计分析后的推荐值）为强风化(平均值)Rc=0.8，Kv=0.40-0.45，其BQ值为192.4204.9；为弱风化(平均值)Rc=23.25，Kv=0.7，其BQ值为334.75。隧道水文地质条件简单，预测洞身地下水出水状态主要以滴水、渗水为主，局部地段可能出现股状流水，隧道区节理发育有二组裂隙，其规模小、延伸长度短，隧道最大埋深168.5m，在洞身钻中未发现饼状岩芯，分别取K1=0.23，K2=0.3，K3=0 ，并代入（2）式计算得出进出口段强风化段BQ=139.4151.9，弱风化段BQ=281.75。根据上述计算可知，强风化（进出口段）岩体质量为级，弱风化基岩（洞身段）岩体质量为级，隧道穿越的岩体质量为一般。统计表明，隧址区岩体基本质量分级为级。3、隧道围岩分级（1）.隧道围岩划分依据隧道围岩分级标准按照公路隧道设计规范(JTGD702004)隧道围岩分级执行。依据隧址区岩石的力学性质，首先进行岩石等级划分，而后考虑到围岩受地质构造的影响和围岩节理裂隙发育程度，同时考虑到各种围岩的风化特征对围岩强度的影响以及地下水对围岩的危害性作出围岩综合分级。a:岩石等级划分根据隧址区岩石力学性质试验资料，按岩石饱和抗压强度将隧道围岩确为极软较软岩。b：围岩受地质构造影响程度的等级划分C线长岭湾隧道位于老场背斜北东翼，无断层通过，岩层倾角平缓，岩石裂隙较发育，对隧道洞顶影响较大。（2）.围岩初步分级及分布根据公路隧道设计规范(JTGD702004)，在岩石强度及完整性系数的基础上，考虑围岩特征、环境等因素对围岩进行初步分级，详见C线长岭湾隧道围岩初步分级及分布见表4-5：表4-5 C线长岭湾隧道围岩初步分级及分布围岩分布里程围岩级别围岩岩性岩石单轴饱和抗压强度Rb（MPa）主要工程地质特征及岩体结构特征和完整状态开挖后稳定性CK118+430 CK118599灰岩24层间结合差，为薄层状。岩体呈层状块碎石状镶嵌结构，裂隙发育。岩体较破碎洞顶板埋深0.5m52.0m，拱部无支护时可产生较大的坍塌，洞口顶部两侧易产生剥落掉块，侧壁有时失去稳定。CK118+599CK 119+509灰岩泥灰岩白云岩24423.25层间结合一般，为薄层状。岩体呈层状块碎石状镶嵌结构。构造裂隙较发育，岩体较完整洞顶板埋52.5m168.5m，拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍塌。CK119+639 CK119900灰岩24层间结合差，为薄层状。岩体呈层状块碎石状镶嵌结构，裂隙发育。岩体较破碎较完整。洞顶板埋7.5m57.2m，拱部无支护时可产生较大的坍塌，洞口顶部两侧易产生剥落掉块，侧壁有时失去稳定。4.5区域稳定性及地震基本烈度 4.5.1区域稳定性根据区域地质资料及本次勘察资料综合分析，C线长岭湾隧道位于老场背斜南东翼，无断层通过，区域稳定性好。4.5.2地震根据国家地震局中国地震动参数区划图（GB183062001）国家标准第1号修改单及相应附件中国地震动峰值加速度区划图（1:400万），隧址区地震动峰值加速度值在0.05g，对应的地震基本烈度为6度，并应按公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）的规定进行设防。第5章 隧道主体工程5.1 隧道平面线形设计5.1.1 隧道平面本隧道平纵方案主要由路线方案控制，这在路线方案中已有详述，具体隧道位置根据隧址区地形、地质工程条件、环境、造价、功能等因素综合确定，在综合考虑线形指标及工程造价的前提下，通过实地勘察，充分研究了隧道所处地域的地形、地质情况，主要考虑隧道进、出口地形条件、隧址区工程地质条件、营运管理设施场地等因素拟定本隧道方案。5.2 隧道纵断面设计5.2.1总体线形隧道纵断面设计综合考虑了隧道长度、主要施工方向、通风、排水、洞口位置以及隧道进、出口接线等因素。隧道平、纵面指标见表5-1。表5-1 隧道平纵指标断面一览表 隧道名称起讫桩号纵坡（%）平曲线杵岭隧道CK118+430CK119+900-1.5 1470曲线5.2.2洞口位置的确定洞口位置应根据地形、地质、水文等条件着重考虑边坡及仰坡的稳定性，隧道工作者在实践中提出确定隧道位置宜早进洞、晚出洞。宁可让隧道稍长些，避免开挖高边坡路堑，这也有利于保护自然环境。但是“早进晚出”并不是说盲目的把隧道定的越长越好，而是应当更着重地从安全和环保的角度考虑问题。在一般情况下，这一指导思想是符合实际。根据我国实践经验，在不同地形、地质条件下，确定隧道洞门位置应考虑以下原则：要避开不良地质地段，如滑坡、崩塌、岩堆、危岩落石、泥石流等处。当洞口位于沟谷内时，应尽量避免设置在汇水区的中央，洞口要选在沟的一侧。位于悬崖陡壁下的洞口，一般不宜切削原山坡，当坡面及岩顶稳定，无危石存在，可贴壁进洞。否则应延伸洞口设置明洞。边坡浅埋段洞口位置，应结合路堑地质、少占农田、弃喳，填方利用、排水条件及有利施工等因素综合分析确定。早进晚出的原则，具体落实在洞口边、仰坡开挖高度的控制上。洞口的线形走向应尽量和该处地形等高线正交，这样可以避免一侧开挖面奇高，同时应注意避免另侧岩壁过薄至产生偏压危害。 洞口最好有一方开阔平缓场所，用作施工基地。如果桥隧相连，洞口位置还要考虑相关工程的需要。（1）进洞口位置比选进口处围岩属于级，地形属于缓坡，埋深较浅，路面高程552.95米。进口隧道轴线与地面等高线正交，所以综合考虑成洞条件较好的地段和开挖较少的地方进洞。表5-2 长岭湾隧道进口洞门位置方案比选表方案洞口地质填挖方结构施工难度造价环保效果综合（一） CK118+410分化厚度大，地面标高低于路面标高需要填方安全性能差一般高填方大对环境影响大较差（二）CK118+430洞口埋深适当挖方小，对围岩扰动小，有利于洞口稳定安全性能较好容易中刷坡一般，对周围植被破坏小较好（三）CK118+450埋深大，围岩好挖方大，对围岩扰动大安全性能较好一般高刷坡大，对植被破坏很大一般综合以上比较结果可以看出，方案（二）即洞口位置为CK118+430为最佳方案，高出地面标高559.84米，设计标高552.95米，系作为本设计最终洞门位置。（2）出洞口位置比选出洞口山体较为平缓，为荒地，斜坡现状稳定，岩性以灰岩白云岩为主，岩层走向与洞轴线近于一致，进洞口无断裂构造，无不良地质现象，围岩属于级，设置洞口要综合考虑较大开挖量，路堑设置等因素。方案（一）开挖太大，工程量较大，经济效应不好；方案（二）隧道埋深太浅，围岩稳定性不高。表5-3 长岭湾隧道出口洞门位置方案比选表方案洞口地质填挖方结构施工难度造价环保效果综合（一） CK119+850埋深大，稳定性较好挖方较大安全性能好较复杂高挖方大，对环境影响大一般（二）CK119+900洞口埋深适当挖方适中，对围岩扰动适中安全性能较好容易中刷坡一般，对周围植被破坏一般较好（三）CK118+950埋深小，围岩差挖方小，对围岩扰动大安全性能较差一般较小刷坡小，对植被破坏小较差方案（三）综合了两个方案，减少了开挖量维护生态平衡，相对的经济合理，同时也保证了洞口的围岩稳定性，故选择方案（二）桩号为CK119+900，地面标高为545.21米，设计路面标高为530.74米，作为本设计最终出口洞门位置。5.3 隧道横断面设计5.3.1 横断面设计（1）一般段限界净宽：10.25m=0.75m +0.50m左侧向宽度+23.75m行车道+0.75m右侧向宽度+0.75m检修道；限界净高：行车道净高5.0m，检修道净高2.5m。图5-1 一般段建筑限界（1）紧急停车带限界净宽：10.25m=0.75m +0.50m左侧向宽度+23.75m行车道+3.50+0.75m 0.75m检修道；限界净高：行车道净高5.0m，检修道净高2.5m。图5-2 紧急停车带建筑限界图5-3 紧急停车带长度5.3.2 衬砌内轮廓设计隧道内轮廓应符合相关公路隧道设计规范、公路工程技术标准规定的建筑限界的要求，考虑照明、通讯、排水、装饰等其他设施需要的空间，各种设备均不得侵入建筑限界；衬砌内轮廓的形状和尺寸应考虑围岩类别、结构受力的特点及便于施工等因素。5.3.2.1长岭湾隧道预选方法介绍 对长岭湾隧道预选了三种不同的隧道内轮廓设计方案，这里结合的地质水文及周围环境条件影响，从三种不同隧道内轮廓的设计来讨论对长岭湾隧道开挖的利与弊，以此来选择最好的长岭湾隧道内轮廓选择方案。5.3.2.2、介绍三种截面的优缺点比较：（1）直墙式隧道一般用于隧道围岩较好的地段，且周围不会有较大的侧向压力，所以不需要设仰拱。运用直墙式隧道的净断面积最小。但考虑到长岭湾隧道地形复杂，其中长岭湾隧道无活动性断层，区域地质整体稳定性较好，围岩以灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩、白云岩、砂岩为主，少量软质泥岩、炭质页岩、泥岩，岩体较完整，围岩稳定性较好，但局部岩溶发育、煤层段岩体完整性较差。根据隧道围岩岩体的岩石等级以及层间结合情况，受地质构造影响程度、岩溶的发育及地下水的富集程度，可将隧道围岩划分为级。则不适于运用直墙式截面来做隧道内轮廓。（2）单心圆内轮廓，即拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱和侧墙之间用小半径圆弧链接。如果从降低造价方面看，采用简明、单纯的单心圆断面为宜。但长岭湾隧道地形复杂，有局部岩溶及地下水丰富，直接用单心圆容易引起不必要的塌方或者要加厚衬砌层，整体考虑不能视为一种好的断面。（3）三心圆内轮廓，从长岭湾公路隧道功能出发，隧道净空断面确保道路宽度及建筑限界、铺装、排水、通风设备、内装、监视员通道、其他一些必要的空间，而且要考虑稳定性、施工性及车辆的行走性，这样才能确定合理的断面形状和尺寸。而隧道断面应具有适应应力流和变形的合理形状，同时要适应围岩条件、净空要求，而三心圆则能符合隧道的应力流和变形的合理形状，所以最好采用三心圆形状。表5-4 长岭湾隧道内轮廓断面比选方案表断面形状影响因素直墙式单心圆三心圆施工速度施工速度快施工速度一般，对开挖围岩要求高施工速度适中造价高低造价低造价适中造价适中开挖工程量58.78*1479m70.46*1470m59.63*1470m施工难易程度对围岩应力要求高，水平应力不能太大，相对施工难度较小施工简单，单纯施工难易程度一般对周围环境的影响程度一般适用明挖隧道，则对周围影响较小对环境影响大影响适中（三心圆是分部开挖，则相对影响较小）安全性的高低不高安全性能低安全性较好（施工的整体性较好，较好的发挥围岩自身承载力）5.3.2.3三种内轮廓在实际应用中的比较三种内轮廓的选择在施工中的优劣比选，其中直墙式一般需要明挖，虽然其开挖量只有58.78*1470m，但是它对围岩要求高，水平方向受力不能太大，所以根据长岭湾隧道实际情况，不适合明挖，明挖其开挖量大，造价变高了而且其工期也加长了，则此种方法明显不适于长岭湾隧道。单心圆开挖相对比较简单，然而其开挖量为（70.46*2825m ）太大，明显高于直墙式和三心圆开挖的断面其造价当然也就比较高了，然而单心圆对隧道围岩的整体性要求比较高，施工起来安全性不大，则不适合长岭湾隧道的开挖。三心圆则相对符合应力流和围岩的变形条件，而且开挖量相对较小（59.63*1470m），在三种方案中三心圆施工对周围环境影响相对较小，安全性较高，则在施工中最先选用三心圆为隧道的开挖内轮廓。5.3.2.4、最终方案衬砌内轮廓线是衬砌的完成线，在内轮廓线之间的空间，即为隧道的净空断面。该线应该满足所围成的断面积最小，适合围岩压力和水压力的特点，亦即经济又适用的目的。设计衬砌断面主要解决问题之一就是内轮廓，而衬砌的内轮廓线应该尽可能的接近建筑限界，力求开挖和衬砌的数量最小，衬砌内表面力求平顺（受力条件有利），还应考虑衬砌施工简便。这样根据下面的情况我们最终选择三心圆内轮廓为隧道开挖的最终轮廓选型。本设计中的内轮廓具体设计参数如下表5-5表5-5 内轮廓设计参数表 参数名称内轮廓形式半径（cm）净高(cm)净宽(cm)备注R1R2R3R4长岭湾隧道三心圆543793100150705102580km/h注：净高为设计高程点至拱顶的最高点。图5-4 三心圆内轮廓图 5.4 隧道洞门设计5.4.1 洞门设计原则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及洞口防排水需要，选用经济、美观并有利于视线诱导的洞门形式；在考虑尽量少刷坡和隧道“早进洞、晚出洞”的原则确定洞门位置。为了确保洞口边仰坡的稳定性，不受可能出现的自然灾害、气象灾害的影响，同时对车辆行使的影响较小，隧道均修建洞门。5.4.2 洞门设计进口端洞口位于威远县新场镇红星村半边湾半坡，地面横坡较缓，纵向坡度比较缓，考虑采用端墙式洞门。 出口端洞口位于威远县新场镇新权村长岭湾半坡，由于开挖深度较大，并且要开挖设置路堑，所以本设计中考虑采用翼墙式洞门。洞门的端墙和翼墙均可视为墙背承受土压力的挡土墙结构，根据挡土墙理论设计。本端墙式洞门按计算挡土墙的方法分别核算各不同墙高截面的稳定性和强度，以此决定端墙的厚度和尺寸。为简化洞门墙的计算方法和便于施工，只检算端墙最大受力部位的稳定性和强度，据此确定整个端墙的厚度和尺寸，这样虽增加了一些圬工量，但从施工观点看却是合理的。由于洞门端墙紧靠衬砌，又嵌入边坡内，故其受力条件较挡土墙为好。此有利因素可作为安全储备在计算中是不予考虑的。洞门翼墙与端墙一样，也可采用分条方法取条带计算。由于翼墙与端墙是整体作用的；故在计算端墙时，应考虑翼墙对端墙的支撑作用。计算时先检算翼墙本身的稳定性和强度，然后再检算端墙最大受力部位的强度及其与翼墙一起的滑动稳定。在计算翼墙时，翼墙与端墙连结面的抗剪作用是不考虑的。按挡土墙结构计算洞门墙时，设计是按极限状态验算其强度，并验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。验算时依据下表的规定，并应符合公路路基设计规范、公路砖石及混凝土桥涵设计规范、公路桥涵地基与基础设计规范的有关规定。洞门验算表如表5-6所示：表5-6 洞门墙的主要检算规定表墙身截面荷载效应值Sd结构抗力效应值Rd（按极限状态计算）墙身截面荷载效应值Sd结构抗力效应值Rd（按极限状态计算）墙身截面偏心距e0.3倍截面厚度滑动稳定安全系数KO1.3基底应力地基容许承载倾覆稳定安全系数Ko1.6基底偏心距e岩石地基H/5B/4；土质地基B/6（B为墙厚）洞门设计计算参数数按现场试验资料采用。缺乏的试验资料，参照表5-7选用。表5-7 洞门设计计算参数数表仰坡坡率计算摩擦角(O)重度(kN/m3)基底摩擦系数f基底控制压应力(MPa)1:0.570250.600.801:0.7560240.500.601:150200.400.400.351:1.254345180.400.300.2s1:1.53840170.350.400.255.4.3洞门计算图5-5 洞门计算示意图 5.4.3.1进口段端墙式洞门计算 （1）计算数据地质特性级围岩边、仰坡坡度： 11.25地层计算摩擦角： ；地层容重 ： ；基底摩擦系数 ： ；基底设计控制压应力=0.3MPa。建筑材料容重C25混凝土容重：号水泥砂浆砌片石容许压应力；号水泥砂浆砌片石容许拉应力。检算端墙应力、偏心和稳定性要求墙身截面压应力；墙身截面偏心距(为端、翼墙厚度)；基底压力； 基底偏心；滑动稳定性系数；倾覆稳定性系数。 （2）洞门检算计算及基本数据隧道进口端洞口处设计端墙式洞门，尺寸拟定墙厚B=1.8m，墙背倾角，墙高H=9.2米，仰坡坡角，围岩计算摩擦角 ，基底摩擦系数, 洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为a=1m洞门墙计算条带宽度b=1m土压力计算最危险破裂面与垂直面之间的夹角 式中: E土压力（kN）;地层重度（kN/m3）侧压力系数；墙背土体破裂角；b洞门墙计算条带宽度（m），取b=1m；土压力计算模式不确定系数，可取=0.6端墙稳定性、强度验算由于土压力和冻胀力不同时考虑，这里我们考虑土压力的计算。端墙自重：G=9.21.8125=414KN力臂：y1 1.8+tan69.2=1.4my29.2=3.1m土压力大小：E =103.2KN（每延米）抗倾覆稳定性验算： KO=1.81 1.6 （满足）故抗倾覆稳定性满足要求抗滑稳定性验算：1.931.3(满足)式中：墙背摩擦角=故抗滑稳定性满足要求基底偏心距验算：全墙稳定力系对墙趾的总力矩 全墙倾覆力系对墙趾的总力矩 总竖向荷载N对脚趾的力臂 各项指标都进口端墙式洞门设计符合标准。截面偏心验算Ex对墙趾的力臂： Ey对墙趾的力臂：G对墙趾的力臂： 合力在中心线的右侧计算结果满足要求。5.4.3.2出口段翼墙式洞门计算1）计算数据地质特性级围岩边、仰坡坡度： 11.25地层计算摩擦角： ；地层容重 ： ；基底摩擦系数 ： ；基底设计控制压应力=0.3MPa。建筑材料容重C25混凝土容重：号水泥砂浆砌片石容许压应力；号水泥砂浆砌片石容许拉应力。检算端墙和翼墙应力、偏心和稳定性要求墙身截面压应力；墙身截面偏心距(为端、翼墙厚度)；基底压力； 基底偏心；滑动稳定性系数；倾覆稳定性系数。（2）检算与翼墙相接部分 计算及基本数据隧道进口端洞口处设计端墙式洞门，尺寸拟定墙厚B=1.8m，墙背倾角，墙高H=9.2米，仰坡坡角，围岩计算摩擦角 ，基底摩擦系数, 洞口仰坡坡