隧道图纸113 某高速公路全套图纸说明书2010 3 27

洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 1 1 C 1 1 隧道主体工程设计说明隧道主体工程设计说明 一 设计原则及对工可批复意见的执行情况一 设计原则及对工可批复意见的执行情况 隧道主体工程设计贯彻 安全 耐久 节约 和谐 的设计理念 遵循因地制宜 就地取 材的原则 结合我国经济 技术条件 吸收国内外先进经验 节约用地 重视环境保护及与 其他建设工程的协调 使得设计的隧道工程项目取得经济 社会和环境的综合最佳效益 考 虑到隧道使用后的养护管理 在设计阶段力求满足隧道总体的合理性及耐久性 1 隧道设计遵循的依据及主要规范如下 1 连霍国家高速公路洛阳至三门峡段改扩建工程可行性研究报告 2 公路工程技术标准 JTG B01 2003 3 公路隧道设计规范 JTG D70 2004 4 锚杆喷射混凝土支护技术规范 GB50086 2001 5 公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D40 2002 6 公路沥青路面设计规范 JTG D50 2006 7 地下工程防水技术规范 GB50108 2008 8 公路工程抗震设计规范 JTJ 004 89 9 混凝土结构耐久性设计规范 GB T50476 2008 10 工程结构可靠性设计统一标准 GB 50153 2008 11 河南省交通规划勘察设计院有限责任公司 初步设计技术规定 12 其它有关标准 规范 规定 2 对工可意见的执行情况 工可审查过程中曾要求对四车道隧道进行技术调研 在设计前期阶段 已对国内外的大断面尤其是四车道隧道进行了资料收集 现场调研 专家咨询 专题论证 理论模拟计算等前期工作 目前国内已建成和正在建设中的单洞四车 道隧道见下表 国内已建成和在建单洞四车道隧道调研表 隧道名称 隧道净宽 m 隧道长度 m 项目所在地 备注 韩家岭隧道 19 25 521 辽宁 已建成 龙头山隧道 17 5 1010 广州 已建成 大帽山隧道 19 65 606 厦门 已建成 大阁山隧道 22 0 496 贵州 已建成 雅宝隧道 17 25 260 广东 已建成 白鹤嘴隧道 19 8 1240 重庆 已建成 大坪隧道 19 5 1435 重庆 已建成 罗汉山隧道 17 25 248 福建 已建成 金鸡山隧道 17 25 295 福建 建设中 石牌山隧道 19 65 425 福建 建设中 蝴蝶山隧道 19 65 1030 福建 建设中 弄尾隧道 19 65 367 福建 建设中 前鸥隧道 19 65 746 福建 建设中 魁歧隧道 17 25 1596 福建 已建成 相思岭隧道 19 65 687 福建 建设中 本项目的隧道为单向单洞四车道隧道 由于往一个方向行驶 修建单向单洞四车道的隧 道更有利于线形的顺接 行车的安全和运营管理 国内福建省 辽宁省等在改扩建项目 广 东省在新建项目中分别采用了单向单洞四车道隧道方案 国内已有类似的工程实例和成功经 验 对本项目起到了很好的借鉴作用 二 技术标准的采用情况二 技术标准的采用情况 1 道路等级 山岭重丘区高速公路 2 设计行车速度 100km h 3 基本烈度 度 度 三 沿线隧道分布情况三 沿线隧道分布情况 原洛阳至三门峡 豫陕界 段高速公路无隧道 洛阳至三门峡 豫陕界 段改建工程初步设计推荐线共需设置5座隧道 按隧道进口至 隧道出口进行设计 即 1 郭家庄1号隧道 2 郭家庄2号隧道 3 青石岭隧道 4 金银山隧道 5 张茅隧道 四 工程地质和水文地质条件四 工程地质和水文地质条件 1 郭家庄1号 2号隧道 1 1 地形 地貌 拟建隧道处于义马市境内 区域地貌属豫西低山重区 北部为西崤山主体 向南纵倾 构成低山区 南部以东崤山为主体 向北坡倾 构成丘陵地区 场区地势北高南低米 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 2 2 C 1 2 郭家庄1号隧道地形地貌 1 2 气象水文 拟建场区属亚热带和温带的过渡地带 是大陆性季风气候区 年平均气温12 4 极端 最高气温41 6 极端最低气温 18 7 最低年平均气温 2 0 受季风影响 降雨量提内 不均 冬春降雨较 夏秋较为集中 一般6 9 月份降雨量可达全年部降雨量的63 80 平 均降雨量656 9毫米 最大冻深20 34厘米 每年10月至次年3月为冻结期 全年霜期为9月至 次年4月底 有霜期为180 240天 拟建隧道所在区域主要河流为白龙涧河 发源于于渑池县广阳山 为季节性山区河流 平时干枯无水 遇暴雨时洪水泛滥 涧河东流汇入洛河再汇入黄河 1 3 地层岩性 根据勘探资料并结合区域地层岩性划分 隧址区地层岩性简棕如下 1 中更新统残坡积层 Q2el dl 岩性主要为杂色粉质黏土含大量根系及碎石 为全风化砂岩 表层草皮覆盖 含灰岩碎 块 土石混杂 该层厚度2 7 4 9米不等 2 三叠系 T3 砂岩 紫色暗紫色泥质粉砂与泥岩互层 单层厚0 5 1 0米 风化层灰白至深灰色 厚0 5 1 5米 泥岩常见碎裂剥落 走向近东西 倾向南东 倾角40 50 1 4 地质构造与地震 本区地震活动较弱 以小 微震为主 中 强震较少 场区在勘探深度未发现切穿第四系地层的活动性断裂 依据 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 隧道所在地区地震动峰值加速 度为0 05g 按照地震动峰值加速度与地震基本烈度对照表 地震基本烈度为 度 根据历史地震重演原则和构造类比原则 以及潜在震源区内地震活动参数与地震危险性 分析 考虑到地震烈度衰减等因素 并结合地下水埋藏条件 土层粒度组分 该拟建场地区 属稳定域 1 5 水文地质 地表水流很少 且流量不大 地下水位埋深较大 达数十米乃至上百米 隧道设计标 高位于地下水位以上 隧道岩体局部破碎段会有滴水现象的出水状态 其水量大小与大气 降水的渗入量有关 2 青石岭隧道 2 1 地形 地貌 拟建隧道处于陕县观音堂乡与硖石乡的交界处 区域地貌属豫西低山区 地形起伏变化 较大 区内沟谷发育 岩石裸露 地势由东向西逐渐升高 场区地势由东向西倾斜 洞顶最 高拔 760 米 覆盖层厚度 0 1 1 0 米 青石岭隧道洞口 2 气象水文 拟建场区属亚热带和温带的过渡地带 是大陆性季风气候区 年平均气温 12 4 极端 最高气温 41 6 极端最低气温 18 7 最低年平均气温 2 0 受季风影响 降雨量提内 不均 冬春降雨较 夏秋较为集中 一般 6 9 月份降雨量可达全年部降雨量的 63 80 平均降雨量 656 9 毫米 最大冻深 20 34 厘米 每年 10 月至次年 3 月为冻结期 全年霜期为 9 月至次年 4 月底 有霜期为 180 218 天 拟建隧道所在区域属黄河流域 观音堂以西主要河流直接入黄河 其他多为季节性山区 河流 平时干枯无水 遇暴雨时洪水泛滥 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 3 3 C 1 3 2 3 地层岩性 根据勘探资料并结合区域地层岩性划分 隧址区地层岩性简棕如下 1 中更新统残坡积层 Q2el dl 岩性主要为杂色粉质黏土含大量根系及碎石 为全风化石灰岩 表层草皮覆盖 含岩 石碎块 土石混杂 该层厚度 1 0 米左右 2 寒武系 石灰岩 灰白及灰青色 上部1 0 4 8米强风化 钙质结构构 层状构造 下部岩石中风化至微风 化 岩质坚硬 裂隙稍发育 岩芯多呈柱状 产状170 15 2 4 地质构造与地震 本区地震活动较弱 以小 微震为主 中 强震较少 场区在勘探深度未发现切穿第四系地层的活动性断裂 据 建筑抗地震设计规范 GB18306 2001 路区地震动峰值加速度为0 05g 相当于地震基本烈度6度区 2 5 水文地质 地表水流很少 且流量不大 地下水位埋深较大 达数十米乃至上百米 隧道设计标 高位于地下水位以上 隧道岩体局部破碎段会有滴水现象的出水状态 其水量大小与大气 降水的渗入量有关 3 金银山隧道 3 1 地形 地貌 拟建隧道处于陕县硖石乡与张茅乡的交界处 区域地貌属豫西低山区 地形起伏变化 较大 区内沟谷发育 岩石裸露 地势由东向西逐渐升高 场区地势由东向西倾斜 洞顶最 高拔 850 米 覆盖层厚度 1 5 米左右 金银山隧道山体情况 3 2 气象水文 拟建场区属亚热带和温带的过渡地带 是大陆性季风气候区 年平均气温 12 4 极端 最高气温 41 6 极端最低气温 18 7 最低年平均气温 2 0 受季风影响 降雨量提内 不均 冬春降雨较 夏秋较为集中 一般 6 9 月份降雨量可达全年部降雨量的 63 80 平 均降雨量 656 9 毫米 最大冻深 20 34 厘米 每年 10 月至次年 3 月为冻结期 全年霜期为 9 月至次年 4 月底 有霜期为 180 240 天 拟建隧道所在区域属黄河流域 观音堂以西主要河流直接入黄河 其他多为季节性山区 河流 平时干枯无水 遇暴雨时洪水泛滥 3 3 地层岩性 根据勘探资料并结合区域地层岩性划分 隧址区地层岩性简棕如下 1 中更新统残坡积层 Q2el dl 岩性主要为杂色粉质黏土含大量根系及碎石 为全风化石英砂岩 表层草皮覆盖 含 岩石碎块 土石混杂 该层厚度 1 0 1 5 米左右 2 震旦系 Z 石英砂岩 褐红色 上部9 0米左右为强风化 砂质结构 层状构造 主要矿物成分为石英 岩质 较硬 属细粒石英砂岩 下部为风化 岩质新鲜 岩芯多呈碎块及短柱状 锤击易碎 倾向 南东166 倾角25 3 4 地质构造与地震 本区地震活动较弱 以小 微震为主 中 强震较少 场区在勘探深度未发现切穿第四系地层的活动性断裂 据 建筑抗地震设计规范 GB18306 2001 路区地震动峰值加速度为0 05g 相当于地震基本烈度6度区 3 5 水文地质 地表水流很少 且流量不大 地下水位埋深较大 达数十米乃至上百米 隧道设计标 高位于地下水位以上 隧道岩体局部破碎段会有滴水现象的出水状态 其水量大小与大气 降水的渗入量有关 4 张茅隧道 4 1 地形 地貌 拟建隧道处于陕县硖石乡与张茅乡的交界处 区域地貌属豫西低山区 地形起伏变化 较大 区内沟谷发育 岩石裸露 地势由东向西逐渐升高 场区地势由东向西倾斜 洞顶最 高拔 825 米 覆盖层厚度 0 1 0 4 米 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 4 4 C 1 4 张茅隧道洞口 4 2 气象水文 拟建场区属亚热带和温带的过渡地带 是大陆性季风气候区 年平均气温 12 4 极端 最高气温 41 6 极端最低气温 18 7 最低年平均气温 2 0 受季风影响 降雨量提内 不均 冬春降雨较 夏秋较为集中 一般 6 9 月份降雨量可达全年部降雨量的 63 80 平 均降雨量 656 9 毫米 最大冻深 20 34 厘米 每年 10 月至次年 3 月为冻结期 全年霜期为 9 月至次年 4 月底 有霜期为 180 240 天 拟建隧道所在区域属黄河流域 观音堂以西主要河流直接入黄河 其他多为季节性山区 河流 平时干枯无水 遇暴雨时洪水泛滥 4 3 地层岩性 根据勘探资料并结合区域地层岩性划分 隧址区地层岩性简述如下 1 全新统残坡积层 Q4el dl 岩性主要为杂色粉质黏土含大量根系及碎石 为全风化安山岩 表层草皮覆盖 含岩 石碎块 土石混杂 该层厚度 1 0 米左右 2 震旦系 Z 安山岩 赤褐色 上部 1 0 5 0 米中风化 微晶结构 厚层状构造 主要矿物为长石 岩质较硬 锤击不易碎 锤击数较清脆 倾向南东 倾角 175 20 4 4 地质构造与地震 本区地震活动较弱 以小 微震为主 中 强震较少 场区在勘探深度未发现切穿第四系地层的活动性断裂 据 建筑抗地震设计规范 GB18306 2001 路区地震动峰值加速度为0 05g 相当于地震基本烈度6度区 4 5 水文地质 地表水流很少 且流量不大 地下水位埋深较大 达数十米乃至上百米 隧道设计标高 位于地下水位以上 隧道岩体局部破碎段会有滴水现象的出水状态 其水量大小与大气降水 的渗入量有关 五 隧道与路线协调情况及方案比选五 隧道与路线协调情况及方案比选 1 与路线的协调 在地形 地貌 地质条件 气象 社会人文环境等调查的基础上 隧道的位置 平纵线 形与路线整体走向充分论证协调 以服从路线走向为主 隧道避开不良地质段 使设计符合 安全实用 质量可靠 经济合理 技术先进的要求 在张茅隧道处采用了整体式路基与分离 式路基的路线方案进行比选 1 1 郭家庄1号隧道 郭家庄2号隧道 郭家庄1号隧道和郭家庄2号隧道相距约400m 位于原高速的南侧 与原高速水平距离 约200m左右 地形上两座隧道分别位于两座低山 山体以砂岩为主 上部有覆盖层 路线 采用了较高的平 纵线形指标 1号隧道位于直线段 2号隧道位于半径4000的平曲线上 两 座隧道均属短隧道 路线采取单线整体式方案 1 2 青石岭隧道 青石岭隧道位于原高速的北侧 跨越青石岭山 隧道为长隧道 隧址区地质条件以灰岩 为主 局部为泥岩等 路线采用了半径2800的右转平曲线 隧道长约1000米 路线采取单线 整体式方案 1 3 金银山隧道 金银山隧道位于原高速的北侧 跨越金银山 隧道为长隧道 隧址区地质条件以石英砂 岩为主 岩体坚硬 路线采用了直线和半径3400的左转平曲线 隧道长约1200米 路线采取 单线整体式方案 1 4 张茅隧道 张茅隧道位于原高速的北侧 隧道为长隧道 隧址区地质条件以安山岩为主 上部有覆 盖层 路线采用了较高的平 纵线形指标 隧道位于半径7000的平曲线 隧道长约1900米 路线采取单线整体式方案 考虑到隧道长度较大 且为单向行驶 无横通道 运营期的防灾 救灾难度较大 路线又采取了纵断面抬高后分成两个隧道的比较方案1和分离式双线的比较 方案2 双线的平纵指标较高 隧道位于直线和半径7000的平曲线段 2 隧道方案比选论证 本项目为高速公路改扩建工程 为双向八车道 路基设计以整体式路基为主 局部为分 离式路基 结合路线 路基以及工程地质 水文地质情况 就公路隧道用的连拱双洞方案 分离式双洞方案 小净距分离式双洞方案和单洞四车道方案进行以下分析 2 1 连拱双洞方案的特点 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 5 5 C 1 5 公路连拱隧道的特点 突出表现在其形态上两洞洞身紧紧相连 只有一中墙相隔 两洞 的拱顶共同搭建在钢筋混凝土中墙之上 连拱隧道通常不长 多为中短规模 大多在 500m 以内 少数超过 500m 因连拱隧道双洞相连 导致开挖跨度大 结构复杂 易产生偏压 施工工序繁多 设计与施工难度大于双线分离式隧道 工期较长 但是连拱隧道也有其独自 的优点 在特殊的山岭重丘地形 以及在人多地少经济活跃的山丘区兴建连拱隧道 有利于 洞口和洞身的选择 减少隧道长度 减少投资 避免隧道洞口桥隧或路隧分幅 节省了进出 口洞口路基和桥梁分幅所占土地面积 也避免了线路从整体到分离再到整体的复杂转换 有 利于路桥隧总体的线形流畅 缩小了所占地下空间 提高了地下空间利用率 居民房屋拆迁 和开挖土石方数量都相对较少 有助于减少自然环境破坏和保护城郊名胜古迹 又便于运营 管理 2 2 分离式双洞方案的特点 分离式隧道相对于连拱隧道 其开挖跨度较小 施工过程中对临时支护要求较低 施工 工艺比较简单 对较好的围岩可以采用全断面开挖方式 施工工期较短 造价较低 但布线 较困难 隧道通过区路基要采用分离式路基 路基从整体到分离再到整体 占地较多 土石 方工程量较大 2 3 小净距分离式双洞方案的特点 小净距分离式双洞方案的工程造价和施工工艺同分离式双洞方案基本相似 与连拱隧道 相比 造价低 施工工艺简单 双洞间距较小 有利于公路整体线性规划和线形优化 但小 净距隧道的中间岩柱厚度远比普通分离式隧道要小 隧道的围岩稳定性与支护结构受力比分 离式隧道复杂 2 4 单洞四车道隧道方案的特点 单洞四车道隧道相对于连拱隧道及 小净距 分离式双洞隧道 其比较适用于单向行驶 的四车道公路 车道连续且宽度大 行车较为舒适 隧道内外均无需设置连接通道 与路基 连接较为简单 无需特别引线 交通安全性高 运营管理较为方便 由于断面大对运营通风 比较有利 而且近年来国内已建设成若干座单向单洞四车道隧道 但其施工工序较多 难度 较大 较长隧道的防灾救灾较为困难 从结构特点 施工难易程度 运营管理 工程量 环境保护等方面对以上技术方案进行 分析比较 详见下表 隧道方案比选表 序 号 对比项目 连拱双洞 分离式双洞 小净距分离式 双洞 单洞四车道 1 双洞边墙 间距 m 0 大于 20 3 20 0 2 结构和特结构复杂 结构简单 结构较简单 结构较简单 点 受力不规则 受力情况明确 中岩柱受力较复杂受力明确 3 工序 工 期 难度 工序多 工期 长 难度大 工序少 工期 短 难度小 工序较少 工期较 短 难度较小 工序多 工期长 难度较大 4 对地质条 件的要求 高 易产生浅 埋偏压 使用范围广 较高 较高 5 适用的隧 道长度 短隧道 不限 不限 不限 6 与线路连 接 较易 布线较困难 较容易 容易 7 占地面积少 多 较多 少 8 人文景观 和环保 较有利 不利 较有利 有利 9 运营管理较有利 不利 不利 有利 10 经济评估 每延米造价 高 但总价较 经济 每延米造价低 洞口引线长 加 上引线工程后 总体造价较高 每延米造价较高 每延米造价较 高 因无引线总 体较经济 11 交通 安全性 有安全隐患 有安全隐患 有安全隐患 安全 12 比较结果不推荐 不推荐 不推荐 推荐 各隧道单洞与双洞方案对比表 对比项目 郭家庄1号隧道 452m 郭家庄 2 号 隧道 410m 青石岭隧道 1005m 金银山隧 道 1178m 张茅隧道 1935m 技术 难度大 难度大 难度稍大 难度较大 难度较大 经济 造价高 造价高 造价较高 造价较高 造价较高 施工 风险大 风险大 风险较大 风险较大 风险较大 单 洞 运营安全安全 安全 安全 安全 较安全 技术 难度较大 难度较大 一般 难度稍大 难度稍大 经济 造价较高 造价较高 一般 造价较高 造价较高 施工 风险较大 风险较大 一般 有一定 风险 有一定 风险 双 洞 运营安全 有安全 隐患 有安全 隐患 有安全 隐患 有安全 隐患 有安全 隐患 张茅隧道由于隧道较长 考虑到营运期间的防灾救灾问题 分别采用了两种比较方案 比较方案 1 调整张茅隧道的纵断面 把 RK98 200 处的设计标高抬高 使张茅隧道在 此处断开形成两个隧道 隧道总长度较原隧道缩短 250 米左右 比较方案 2 采用分离式双洞四车道方案与单洞四车道方案进行技术经济比较 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 6 6 C 1 6 张茅隧道推荐与比较方案主要工程量对比表 挖方 超前 导管 中空 锚杆 砂浆 锚杆 钢筋 钢拱 架 喷射 钢纤 维混 凝土 喷射混 凝土 模筑 防水 混凝 土 仰拱 回填 路面 方案 m3 m m t t t m3 m3 m3 m3 m2 推荐 方案 436355 214660 242386 131 6 6171 2538 3084 28760 466211231430501 比较 方案 1 356103 192569 234080 140 3 5941 2620 4134 27804 411161316326682 比较 方案 2 483676 71221 207062 518 1 3253 848 0 21379 52256899839038 从工程量来看张茅隧道推荐方案与比较方案隧道工程量相差不大 比较方案 1 由于两隧道洞口间距只有 80 米 明暗变化较大 另由于路面设计高程抬高 隧道埋深变浅 浅埋段增加 工程单价较推荐方案高 比较方案 2 洞外接线较长 洞口外的 路基 路堑 桥涵等工程量增加 占地多 不利环保 另比较方案由单向行驶时的单线分离 出分别的两个车道的双线 增加了一个分流点和一个合流点 不利于行车安全 安全隐患较 大 分离式双洞较之 4 车道单洞其交通安全性差 行驶舒适性差 养护管理较烦琐 因此从 经济技术方面考虑并综合各方面因素 设计推荐采用单洞四车道隧道方案 六 隧道设置六 隧道设置 1 推荐线 推荐方案 序号 隧道名称 起讫桩号 长度 m 净宽 m净高 m 1 郭家庄 1 号隧道 LK50 444 LK50 896 452 18 25 5 0 2 郭家庄 2 号隧道 LK51 372 LK51 782 410 18 25 5 0 3 青石岭隧道 RK85 700 RK86 705 1005 18 25 5 0 4 金银山隧道 RK91 438 RK92 616 1178 18 25 5 0 5 张茅隧道 RK96 931 RK98 866 1935 18 25 5 0 2 推荐线 比较方案1 序号 隧道名称 起讫桩号 长度 m 净宽 m净高 m 1 张茅 1 号隧道 RK97 044 RK98 144 1100 18 25 5 0 2 张茅 2 号隧道 RK98 225 RK98 809 584 18 25 5 0 3 推荐线 比较方案2 序号 隧道名称 起讫桩号 长度 m 净宽 m净高 m 1 张茅隧道 左线 CK96 812 CK99 246 2434 10 75 5 0 2 张茅隧道 右线 RK96 917 RK99 195 2278 10 75 5 0 七 隧道设计概况七 隧道设计概况 1 路线平面 纵断面设计 本段3座长隧道 2座短隧道 在隧道路线平 纵断面设计以服从路线走向为主 并与路 线协调优化 考虑隧道洞口避开不良地质体和有利保护自然环境 综合考虑进行定线 除金 银山隧道左转设置2 的超高外 其余隧道均无超高及超高渐变段 纵坡大于0 3 小于3 2 建筑限界及内轮廓 2 1 单洞四车道隧道 推荐线推荐方案及比较方案1 建筑限界宽 0 75 0 5 4 3 75 1 0 1 0 18 25m 建筑限界净高 5 0米 检修道高 0 4米 内轮廓拱顶半径R 10 45m 曲墙半径R 5 20m 断面净宽19 00m 净高9 21m 内净空 面积140 9m2 仰拱半径为24 0m 仰拱和边墙采用R 2 0m的圆弧顺接 2 2 分离式双洞隧道 推荐线张茅隧道比较方案2 建筑限界宽 0 75 0 5 2 3 75 1 0 1 0 10 75m 建筑限界净高 5 0米 检修道高 0 4米 采用现行公路隧道设计规范所列的标准断面形式 拱顶半径R 5 70m 曲墙半径 R 8 20m 断面净宽11 40m 净高7 31m 内净空面积68 41m2 仰拱半径为15m 仰拱和边 墙采用R 1m的圆弧顺接 3 隧道横断面 路面采用单向横坡 坡度2 路面两侧设置 型边沟 两侧路面下部设置暗埋式路侧排水沟 横断面行车方向左 右侧检修道沟槽下分别设置强 弱电电缆槽 左侧电缆槽深65cm 宽50cm 右侧电缆槽深50cm 宽70cm 4 隧道内紧急停车带及横通道 在隧道的行车方向右侧设置紧急停车带 车道宽为3 5m 长度40m 包括2 5 0m过渡段 设置间距750m左右 青石岭隧道和金银山隧道由于长度在1000米左右 各设一处紧急停车 带 人行横通道设置间距250m左右并不大于500米 车行横通道间距750m左右 在车行横通 道和人行横通道两端设置卷帘门 车行横通道与紧急停车带紧邻布置 车行横通道与主隧道呈60 斜交 人行横通道则与主隧道正交 车行横通道兼做人行横 通道 4 1 推荐线 推荐方案 青石岭隧道和金银山隧道各设置紧急停车带1处 均无人行横通道和车行横通道 张茅隧道设置紧急停车带2处 横通道1处 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 7 7 C 1 7 4 2 推荐线 张茅隧道比较方案 张茅隧道比较方案设置紧急停车带2处 人行横通道3处 车行横通道4处 人行横通道 车行横通道 紧急停车带具体布置位置见隧道 地质 平面图 紧急停车带布设一览表 隧道名称 紧急停车带桩号 备注 郭家庄 1 号隧道 无紧停带 郭家庄 2 号隧道 无紧停带 青石岭隧道 RK86 180 RK86 220 金银山隧道 RK91 980 RK92 020 RK97 500 RK97 540 张茅隧道 RK98 180 RK98 220 张茅 1 号隧道 比较方案 1 RK97 574 RK97 614 CK97 522 CK97 562 左线 CK98 362 CK98 402 左线 RK97 636 RK97 676 右线 张茅隧道 比较方案 2 RK98 452 RK98 492 右线 5 洞口设计 隧道洞口根据地形地貌 地质条件 同时结合环境保护 洞外有关工程及施工条件 营 运要求 通过经济 技术比较确定 郭家庄1号隧道洞口地质条件较差 边 仰坡采用喷锚支护 采用端墙式洞门 坡顶设 置截水沟 郭家庄2号隧道进口地形坡度在30度左右 地形开阔 仰坡高度较小 设计采用削竹式 洞门 明洞回填后植草 与周围环境融为一体 青石岭隧道洞口地形较为平缓且地质条件较好 洞口采用削竹式洞门 边仰坡喷锚支护 后恢复植草绿化 与周围环境协调融为一体 洞口边 仰坡顶外5米左右设置截水沟 避免 地表水对边仰坡的冲刷 金银山隧道由于洞口地质条件稍差 上部山体有崩落体 设计采用端墙式洞门 并适当 延长明洞长度 边 仰坡采用喷锚进行防护 洞口边 仰坡顶外5米左右设置截水沟 避免 地表水对边仰坡的冲刷 张茅隧道由于洞口路堑段较长 洞口地质条件较差 且路堑内采用削竹式洞门景观效果 不明显 设计采用端墙式洞门 6 复合式衬砌设计计算 6 1 隧道衬砌结构类型的确定 目前国内公路隧道衬砌结构类型主要有整体式衬砌 复合式衬砌和喷锚支护三种 高速 公路隧道一般都采用复合式衬砌 除明洞按整体式衬砌结构设计外 隧道暗洞衬砌均采用复 合式衬砌结构 按新奥法原理设计 暗洞洞身采用柔性支护体系复合式衬砌 即以管棚 超 前小导管结合的超前支护 以系统锚杆 喷射混凝土 挂钢筋网 型钢钢架 格栅拱架等为 初期支护 模筑混凝土或钢筋混凝土为二次衬砌 并在初期支护和二次衬砌之间设置防水层 隧道断面尺寸形式 支护参数 衬砌断面尺寸的确定 主要采用工程类比法 结合构造 要求 经济技术比较 围岩级别 隧道埋深等因素综合拟定 6 2 隧道衬砌结构计算 6 2 1 计算用软件 本项目隧道采用ANSYS有限元分析软件对隧道结构进行理论分析验算和校核 6 2 2 计算方法 对于洞口及浅埋段由于受力较为明确采用荷载结构法验算 对于深埋洞身段采用地层结 构法进行验算 6 2 3 荷载 本次计算考虑的荷载主要有 衬砌自重 竖向土压力标准值 水平土压力标准值 鉴 于隧道工程中荷载的确定带有不确定性 上述各荷载的组合系数取1 0 即按标准组合考虑 6 2 3 计算控制参数 结构安全等级和基础设计等级均为一级 正常使用极限状态下 二衬裂缝宽度允许值在迎土面裂缝宽度 0 2mm 背水面裂缝宽 度 0 3mm 根据初步拟定的衬砌支护参数和施工方案进行计算 根据计算结果进行调整 6 2 4 深浅埋分界深度及有效荷载 本项目隧道开挖跨度达21m 根据现行隧道设计规范计算得 1 级围岩深浅埋分界深度为9 4m 深埋隧道等效荷载高度为4 7m 2 IV级围岩深浅埋分界深度为23 4m 深埋隧道等效荷载高度为9 4m 3 V级围岩深浅埋分界深度为46 8m 深埋隧道等效荷载高度为18 7m 6 2 5 计算工况 单洞四车道衬砌结构计算采用荷载 结构有限元法进行衬砌结构安全性评价与优化分 析 各计算工况如下 普通明洞衬砌 SM型断面 埋深3m 紧急停车带明洞衬砌 STM型断面 埋深6 5m 深埋 级围岩衬砌 S3型普通断面 垂直等效高度4 7m 深埋 级围岩衬砌 紧急停车带断面 垂直等效高度5 13m 深埋IV级围岩衬砌 S4b型断面 垂直等效高度9 4m 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 8 8 C 1 8 浅埋V级围岩衬砌 S5a型断面 埋深20m 浅埋V级围岩衬砌 S5b型断面 埋深40m 深埋V级围岩衬砌 S5c型断面 垂直等效高度18 7m 单洞四车道施工工法验算及初期支护安全性分析采用地层 结构法进行数值模拟 计算 对象为浅埋五级围岩 以分析隧道稳定性 验证设计支护参数 计算工况如下 20m浅埋V级围岩衬砌 双侧壁导坑法 40m浅埋V级围岩衬砌 双侧壁导坑法 6 2 6 二衬计算结果 6 2 6 1 普通明洞衬砌结构 1 轴力分布为拱顶小 仰拱大 仰拱轴力约1200kN 2 剪力在墙脚处较大 达600kN以上 其余部位剪力很小 3 拱顶 拱墙相接部 拱脚等三处弯矩较大 弯矩分别为395kN m 414kN m 898 kN m 相应部位应加强配筋设计 普通明洞衬砌弯矩图 普通明洞衬砌弯矩图 N m 普通明洞衬砌轴力图 普通明洞衬砌轴力图 N 普通明洞衬砌剪力图 普通明洞衬砌剪力图 N 6 2 6 2 紧急停车带明洞衬砌结构 1 轴力分布为拱顶小 仰拱大 仰拱轴力约2680kN 2 剪力在墙脚处较大 达1000kN以上 其余部位剪力很小 3 拱顶 拱墙相接部 拱脚等三处内力较大 弯矩分别为767kN m 667kN m 1990 kN m 相应部位应加强配筋设计 紧急停车带明洞衬砌弯矩图 紧急停车带明洞衬砌弯矩图 N m 紧急停车带明洞衬砌轴力图 紧急停车带明洞衬砌轴力图 N 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 9 9 C 1 9 紧急停车带明洞衬砌剪力图 紧急停车带明洞衬砌剪力图 N 6 2 6 3 级围岩普通衬砌结构 深埋 1 轴力分布为拱顶小 拱脚大 拱脚处轴力达1570kN 2 剪力在墙脚 边墙中部 拱肩等较大 量值1000kN 2000kN 3 拱顶 拱墙相接部处内力较大 弯矩分别为285kN m 270kN m 内力量值总体不大 毋须特别加强 级围岩普通衬砌弯矩图 级围岩普通衬砌弯矩图 N m 级围岩普通衬砌轴力图 级围岩普通衬砌轴力图 N 图图 4 3 3 级围岩普通衬砌剪力图 级围岩普通衬砌剪力图 N 6 2 6 4 级围岩紧急停车带衬砌结构 深埋 1 轴力分布为拱顶小 仰拱大 仰拱轴力约2200kN 2 剪力较小 300kN 3 拱顶 拱墙相接部处内力较大 弯矩分别为380kN m 330kN m 总体而言 内力量 值不大 毋须特别加强配筋 级围岩紧急停车嗲衬砌弯矩图 级围岩紧急停车嗲衬砌弯矩图 N m 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 10 10 C 1 10 级围岩紧急停车带衬砌轴力图 级围岩紧急停车带衬砌轴力图 N 级围岩紧急停车带衬砌剪力图 级围岩紧急停车带衬砌剪力图 N 6 2 6 5 级围岩衬砌结构 深埋 1 轴力分布为拱顶小 仰拱大 仰拱轴力约2900kN 2 剪力较小 400kN 3 拱顶 拱墙相接部处内力较大 弯矩分别为524kN m 472kN m 总体而言 内力量 值不大 毋须特别加强配筋 级围岩衬砌弯矩图 级围岩衬砌弯矩图 N m 级围岩衬砌轴力图 级围岩衬砌轴力图 N 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 11 11 C 1 11 级围岩衬砌剪力图 级围岩衬砌剪力图 N 6 2 6 6 级围岩衬砌结构 20m浅埋 1 轴力分布为拱顶小 仰拱大 仰拱轴力约2600kN 2 剪力较小 500kN 3 拱顶 拱墙相接部处内力较大 弯矩分别为732kN m 668kN m 相应部位应加强配 筋设计 浅埋浅埋 20m 级围岩衬砌弯矩图 级围岩衬砌弯矩图 N m 浅埋浅埋 20m 级围岩衬砌轴力图 级围岩衬砌轴力图 N 浅埋浅埋 20m 级围岩衬砌剪力图 级围岩衬砌剪力图 N 6 2 6 7 级围岩衬砌结构 40m浅埋 1 轴力分布为拱顶小 仰拱大 仰拱轴力约4300kN 2 剪力在墙脚处较大 达650kN以上 其余部位剪力很小 3 拱顶 拱墙相接部处内力较大 弯矩分别为1050kN m 905kN m 相应部位需特别 加强配筋设计 另外 仰拱部位弯矩也较大 为682kN m 可进行配筋加强 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 12 12 C 1 12 浅埋浅埋 40m 级围岩衬砌弯矩图 级围岩衬砌弯矩图 N m 浅埋浅埋 40m 级围岩衬砌轴力图 级围岩衬砌轴力图 N 浅埋浅埋 40m 级围岩衬砌剪力图 级围岩衬砌剪力图 N 6 2 6 8 级围岩衬砌结构 深埋 1 轴力分布为拱顶小 仰拱大 仰拱轴力约5300kN 2 剪力在墙脚处较大 达740kN以上 其余部位剪力很小 3 拱顶 拱墙相接部处内力较大 弯矩分别为1050kN m 925kN m 相应部位需加强 配筋设计 级围岩衬砌弯矩图 级围岩衬砌弯矩图 N m 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 13 13 C 1 13 级围岩衬砌轴力图 级围岩衬砌轴力图 N 级围岩衬砌剪力图 级围岩衬砌剪力图 N 综上所述 二次衬砌初步设计方案合理 设计支护参数如二衬厚度 混凝土标号等正确 符合结构安全性与可靠度要求 6 2 7 施工工法及初期支护计算结果 施工工法与初期支护采用地层 结构法进行设计 计算对象主要针对V级浅埋双侧壁导坑 法 目的是为了验证施工工法及初期支护的安全性 6 2 7 1 V级围岩20m埋深双侧壁导坑法 地层结构法计算结果表明 在V级围岩20m埋深条件下 当不考虑辅助施工措施如超前 管棚 注浆小导管等措施时 围岩变形收敛而且稳定 但变形量值较大 拱顶沉降最终值约 56mm 水平收敛约40mm 此外 初期支护衬砌受力较大 最大压应力9MPa出现在先行施 工的左导洞拱脚处 最大拉应力5MPa出现在竖向临时支撑的上下台阶接头处 拉应力量值 已经超标 1 围岩位移 5 6382e 002 to 5 0000e 002 5 0000e 002 to 4 0000e 002 4 0000e 002 to 3 0000e 002 3 0000e 002 to 2 0000e 002 2 0000e 002 to 1 0000e 002 1 0000e 002 to 0 0000e 000 0 0000e 000 to 1 0000e 002 1 0000e 002 to 1 3248e 002 Interval 1 0e 002 20m 埋深围岩垂直位移 埋深围岩垂直位移 m 2 9830e 002 to 2 5000e 002 2 5000e 002 to 2 0000e 002 2 0000e 002 to 1 5000e 002 1 5000e 002 to 1 0000e 002 1 0000e 002 to 5 0000e 003 5 0000e 003 to 0 0000e 000 0 0000e 000 to 5 0000e 003 5 0000e 003 to 1 0000e 002 1 0000e 002 to 1 5000e 002 1 5000e 002 to 2 0000e 002 2 0000e 002 to 2 1534e 002 Interval 5 0e 003 20m 埋深围岩水平位移 埋深围岩水平位移 m 2 支护受力 9 0189e 006 to 9 0000e 006 9 0000e 006 to 8 0000e 006 8 0000e 006 to 7 0000e 006 7 0000e 006 to 6 0000e 006 6 0000e 006 to 5 0000e 006 5 0000e 006 to 4 0000e 006 4 0000e 006 to 3 0000e 006 3 0000e 006 to 2 0000e 006 2 0000e 006 to 1 5131e 006 Interval 1 0e 006 20m 埋深初期支护所受最大压应力 埋深初期支护所受最大压应力 m 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 14 14 C 1 14 5 3729e 005 to 0 0000e 000 0 0000e 000 to 1 0000e 006 1 0000e 006 to 2 0000e 006 2 0000e 006 to 3 0000e 006 3 0000e 006 to 4 0000e 006 4 0000e 006 to 5 0000e 006 5 0000e 006 to 5 5635e 006 Interval 1 0e 006 20m 埋深初期支护所受最大拉应力 埋深初期支护所受最大拉应力 m 上述计算说明 本次设计的20m及其以下浅埋单洞四车道大跨度隧道受力与变形条件较 差 尚应考虑施作超前支护进行预加固 防止节理化岩体或破碎岩体产生局部失稳而坍塌 6 2 7 2 V级围岩40m埋深双侧壁导坑法 在V级围岩20m埋深条件下 当不考虑辅助施工措施如超前管棚 注浆小导管等措施时 围岩变形收敛而且稳定 但变形量值较大 拱顶沉降最终值约92mm 边墙水平水平约40mm 50mm 此外 初期支护衬砌受力较大 最大压应力13MPa出现在先行施工的左导洞拱脚处 最大拉应力7MPa出现在竖向临时支撑的上下台阶接头处 拉应力量值已经超标 1 围岩位移 g 9 2363e 002 to 8 0000e 002 8 0000e 002 to 6 0000e 002 6 0000e 002 to 4 0000e 002 4 0000e 002 to 2 0000e 002 2 0000e 002 to 0 0000e 000 0 0000e 000 to 2 0000e 002 2 0000e 002 to 2 2803e 002 Interval 2 0e 002 40m 埋深围岩垂直位移 埋深围岩垂直位移 m 6 9654e 002 to 6 0000e 002 6 0000e 002 to 4 0000e 002 4 0000e 002 to 2 0000e 002 2 0000e 002 to 0 0000e 000 0 0000e 000 to 2 0000e 002 2 0000e 002 to 4 0000e 002 4 0000e 002 to 5 3676e 002 Interval 2 0e 002 40m 埋深围岩水平位移 埋深围岩水平位移 m 2 支护受力 1 3146e 007 to 1 2000e 007 1 2000e 007 to 1 0000e 007 1 0000e 007 to 8 0000e 006 8 0000e 006 to 6 0000e 006 6 0000e 006 to 4 0000e 006 4 0000e 006 to 2 0000e 006 2 0000e 006 to 1 9189e 006 Interval 2 0e 006 40m 埋深初期支护所受最大压应力 埋深初期支护所受最大压应力 m 7 8756e 005 to 0 0000e 000 0 0000e 000 to 1 0000e 006 1 0000e 006 to 2 0000e 006 2 0000e 006 to 3 0000e 006 3 0000e 006 to 4 0000e 006 4 0000e 006 to 5 0000e 006 5 0000e 006 to 6 0000e 006 6 0000e 006 to 7 0000e 006 7 0000e 006 to 7 3660e 006 Interval 1 0e 006 40m 埋深初期支护所受最大拉应力 埋深初期支护所受最大拉应力 m 上述计算说明 本次设计的40m及其以下浅埋单洞四车道大跨度隧道受力与变形条件较 差 尚应考虑施作超前支护进行预加固 防止节理化岩体或破碎岩体产生局部失稳而坍塌 另外需要说明的是 根据分析结果 浅埋40m较之浅埋20m的围岩变形及支护受力均为 不利 这是由于在同为浅埋的情况下 随着埋深增大 软弱围岩自重增加 而其强度指标c 变化不大 导致围岩压力超过围岩强度增长 故受力更为不利 单洞四车道大跨度浅埋隧道的计算结果分析 采用双侧壁导坑法进行施工是可行的 围 岩变形收敛且稳定 初期支护虽然受力较大 但仍可控制在安全范围内 但鉴于围岩位移量 值较大 为防止局部塌方 应考虑设置超前管棚或小导管进行预支护 6 3 开挖方式的选取 由于本项目为单洞四车道隧道 开挖宽度 开挖面积大 隧道施工风险较大 结合国内 大断面隧道施工的成功经验及本项目隧道 浅埋段长 地质条件较差的实际特点 拟采用分 部分台阶把大断面分成各个小断面的化整为零的总体思路 在选取开挖方式的时候也考虑了 施工的可行性 施工机械的通行等因素 对于 级围岩 由于地质条件差 且多位于洞口及浅埋段 围岩自稳能力差 施工 风险大 设计选用了双侧壁导坑的施工开挖方式 在侧导坑的设计时考虑到了施工机械通行 及施工的可行 两导坑可同时作业 且互不干扰 施工进度较快 由于临时支护及临时仰拱 的存在 施工安全及结构稳定性得到了保证 并在设计时对此开挖方式进行了数值模拟分析 对于 级围岩 地质条件较好 且多位于深埋段 围岩有一定的自稳能力 结合已有工 程经验 拟采用环形开挖预留核心土的施工方法 此方法把掌子面分成三大块 施工工序少 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 洛阳至三门峡 豫陕界 段改扩建工程初步设计 No 1 15 15 C 1 15 交叉作业较少 核心土又能对掌子面的稳定起到很好的支撑保护作用 施工较为安全 7 复合式衬砌支护参数及衬砌分段 7 1单洞四车道隧道 单洞四车道隧道复合式衬砌支护参数表 衬砌 类型 超前支护 初期支护 二次衬砌 适用条件 S5a 127mm 8mm 超前大管棚 环 向间距0 4m L 30m 拱墙系统锚杆L 4 5m R25中空 锚杆 间距0 8 0 5m 梅花型 布置 拱墙钢筋网15 15cm 双 层 22b工字钢拱架间距0 5m C25喷射钢纤维混凝土30cm C35防水钢 筋混凝土厚 70cm 防渗 等级P8 洞口 级 围岩浅埋 偏压段 S5b T76 自 进 式 管 棚 环向间距 0 4m L 18m 纵向间距12m 拱墙系统锚杆L 4 5m R25中空 锚杆 间距0 8 0 5m 梅花型 布置 拱墙钢筋网15 15cm 双 层 22b工字钢拱架间距0 5m C25喷射钢纤维混凝土30cm C3