【《某公路隧道工程的总体及隧道洞门设计案例》4300字】

某公路隧道工程的总体及隧道洞门设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u12754某公路隧道工程的总体及隧道洞门设计案例 1161001课题来源 1190082.工程概况 199562.1地形地貌 244802.2地质构造 266562.3地层岩性 224872.4地震 2144282.5不良地质 299212.6水文地质条件 3208692.7围岩分级 31463.隧道总体设计 5291383.1隧道选址 5157553.1.1一般规定 5276153.2隧道洞口选择 573213.3横断面设计 5181083.3.1建筑限界 612954.隧道洞门设计 7324614.1洞口段地质评价 7293454.2洞门设计 7139314.2.1洞门类型选择 815164.2.2洞门设计 873624.2.3土压力计算 1016334.3.1抗倾覆稳定性验算 12175494.3.2抗滑动稳定性验算 13185944.3.3基底合力偏心距计算 13126844.3.4基地压力 14175384.3.5墙身截面强度验算 141课题来源任务书2.工程概况K32+240-K32+505，全长265m,属短隧道。隧道进口地形标高为370.59m，出口地形标高为373.88m，设计标高为361.55～363.37m呈纵坡0.7%上坡；行车道宽度为双向6m，隧道总宽度为2*(6+0.75)=13.5m；高度7m。隧道最大埋深约为59.80m，平均埋深36.80m。该隧道位于低山丘陵区，地形起伏较大，相对高差达62.87。2.1地形地貌隧道区属于构造侵蚀溶蚀丘陵地貌，隧道穿越一个丘陵体，所穿越丘陵体地面标高在360-432m之间，相对高差72m。通行地段地形标高359.46-422.33m，进口自然斜坡坡度45-35°，坡比1∶0.7～1.0；出口处自然斜坡坡度40-30°，1∶0.6～0.85。2.2地质构造主要构造形迹有褶皱、断裂，隧道区发育有一条次级断裂构造，编号分别为F1，在钻孔ZK5揭露，在隧道K32+340附近处通过，其走向290°左右,倾向185°倾角85°，整体为张性断层,断裂带附近方解石脉发育，岩石挤压强烈，破碎带宽2～4.1m。断裂构造为非活性断层，断距不详，断层对隧道影响较大。其中还有节理裂隙对岩体的完整性有一定影响。2.3地层岩性根据地表调查及钻孔揭露，隧道范围内的地层有第四系（Q4）与寒武系中统敖溪组的（Є2a）泥质云岩夹页岩2.4地震根据《中国地震动参数区划图》GB18306-2001，该区地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，即地震基本烈度小于Ⅵ度。[5]2.5不良地质本隧道范围内不良地质：土体滑塌、破碎带滑塌和偏压。1、土体滑塌：出口段边坡较陡，临空较高，因局部垮塌附近居民房边建有防护木栅栏。土体现状基本稳定，但施工时易产生土体局部滑塌，对隧道出口稳定性有一定的影响，应采取措施加强防护，结合洞门进行支护。2、破碎带：本隧道中部及出口部位均发育有断裂构造，岩体破碎，该断裂破碎带对隧道的施工影响较大，应注意在施工中作好超前预报工作。3、傍山偏压：本隧道傍丘陵侧缘通行，K32+460-K32+505段左侧山体局部厚度在15-30m之间，存在偏压现象，对本隧道的危害主要表现为可能产生坠落、掉块，应进行超前地质预报并及时加强支护。4、顺层：本隧道区的岩层整体为单斜岩层，整体倾向北西，产状280°倾角20°，隧道开挖存在诱发顺层滑塌的条件，在施工中应加以注意。5、崩塌：本隧道区内易崩塌岩土主要为泥质云岩中夹的页岩，为较软岩，暴露易风化，遇水易软化、崩解，隧道开挖存在诱发坠落、掉块的条件，在施工中应加以注意。2.6水文地质条件隧址区地表水不发育，但也需在隧道出口处做好止水工作；隧道区水文地质条件相对简单，隧道内存在断裂构造，在断裂构造的影响下局部地段存在突水的可能。隧道附近有一水井，隧道勘察时，水井水变浑，并出现少量灰白色沉淀物，说明隧道部位有岩溶裂隙与此联通。隧道开挖施工时应注意，以免对水井造成破坏。2.7围岩分级（1）口段K32+240-K32+280，长度40m，围岩级别为Ⅴ级。该段一般埋深小于30m，属浅埋段。进洞岩质较硬-较软，裂隙较发育，岩体较完整-较破碎，地下水为碎屑岩基岩裂隙水，水量较贫乏。[6]该部位的风险主要来自含碎石粉质粘土及块石滑塌使洞口变形及局部节理交汇部位的掉块、坠落，应及时进行支护、衬砌。（2）洞身段K32+335-K32+345，长度10m，围岩级别为Ⅴ级该段一般埋深为44.95-53.34m，围岩多为中风化泥质云岩夹页岩，及局部夹灰岩透镜体，整体为较软-较硬质岩，受断层构造影响，节理裂隙较发育，岩体较破碎-破碎，岩层产状较平缓，层间结合一般，围岩稳定性较差。部分段落存在傍山偏压，地下水为贫乏的碎屑岩基岩裂隙水。该部位的风险主要有局部产生股状淋水-突水的可能，及局部节理交汇部位的掉块、坠落，应及时进行支护、衬砌。（3）洞身段K32+280-K32+335、K32+345-K32+440段，长度150m，围岩类别为Ⅳ级。该段一般埋深为41.7-59.8m，围岩多为中风化泥质云岩夹页岩，及局部夹灰岩透镜体，整体为较软-较硬质岩，节理裂隙多为不发育，局部较发育，岩体完整-较完整，岩层产状较平缓，层间结合一般，围岩稳定性一般。部分段落存在傍山偏压，地下水为贫乏的碎屑岩基岩裂隙水。施工时拱部无支护时可产生小坠落-坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍，应及时支护。（4）出口段K32+440-K32+505段，长度65m，围岩类别为Ⅴ级。上覆第四系残坡积层，为碎石土，厚度1.0-1.4m，发育有易滑土层，有产生局部滑塌的可能。无支护时拱部易产生掉块，洞口应及时、加强支护、衬砌。

3.隧道总体设计3.1隧道选址本设计课题为G209国道吉首至凤凰公路改建工程齐梁洞公路隧道，按一级公路时速80Km/h单洞双车道公路隧道设计。隧道位于凤凰县沱江镇齐梁桥村，呈北-南向穿越丘陵体。本隧道起讫里程为K32+240-K32+505，全长265m,属短隧道。隧道进口地形标高为370.59m，出口地形标高为373.88m，设计标高为361.55～363.37m，呈纵坡0.7%上坡；。隧道最大埋深约为59.80m，平均埋深36.80m。该隧道位于低山丘陵区，地形起伏较大，相对高差达62.87。地表植被较发育，基岩大部裸露，进出口皆为丘陵斜坡，有少量覆盖层分布。隧道区交通状况较好，进出口端即为国道G209。3.1.1一般规定1.洞口位置应根据工程条件，同时结合环境条件、施工条件、运营要求，综合科学比较决定。[7]2.遵循“早进洞、晚出洞”原则，不大挖大刷，确保边坡、仰坡的稳定性。3.设置排水沟、截水沟和路基排水综合考虑布置。4.洞门设计要与自然环境相协调。3.2隧道洞口选择齐梁洞隧道洞门考虑洞口地形和地质条件，结合洞口排水，遵循“早进洞、晚出洞”的原则，尽量采用小开挖的进洞方案，减少洞口边仰坡的开挖，保证岩（土）体的稳定性，尽可能保持原地形的绿色植被坡面。[8]结合本隧道的具体情况，进口左洞采用直切式洞门，洞口永久边仰坡防护采用拱型骨架护坡或框架铀杆（索）防护。隧道洞口施工应从上到下，边升挖边防护；洞口石质边坡开挖应尽量采用微弱爆破，土质边坡应采用机械开挖，以防止边坡稳定性受到影响。[9]隧道大致为东西向，采用洞内灯光调整内外光线过渡及洞口植树等减光设施，以利行车安全。3.3横断面设计3.3.1建筑限界隧道设计一级公路，时速为80km/h，按单向两车道设计。根据《公路隧道设计规范》(JTGD70—2004)选取出隧道界限的基本值。H—建筑限界高度，取5.0m；W—行车道宽度，选取3.75×2=7.5m；C—余宽，本设计为高速公路，设置检修道，取C=0；—检修道左侧宽度，取0.75m；—检修道右侧宽度，取1m；—左侧向宽度，取0.75m；—右侧向宽度，取1m；—建筑限界左顶角宽度，==0.5m；—建筑限界右顶角宽度，==0.5m。隧道净宽为：3.75*2+0.75+1+2=11.25m参照规范，横向坡度可选择为1.5%-2%，本设计中选取值为：i=2%。[7]建筑限界如图3.1所示：图3.1齐梁洞公路隧道限界图（单位：cm）根据隧道限界图，利用五心圆法作出隧道内轮廓图:图3.2隧道内轮廓图（单位：cm）4.隧道洞门设计4.1洞口段地质评价隧道进口部位岩层走向与隧道轴线走向大角度斜交，岩层主要为以中风化泥质云岩局部夹页岩，及局部夹灰岩透镜体的较硬质-较软岩石，目前处于基本稳定状态，隧道仰坡开挖后存在诱发坠落、掉块的条件，稳定性差，地表有碎石土及块石，目前基本稳定，在隧道进口开挖时有局部滑塌的可能，可以采用清理+结合洞门进行支护的手段进行防治。[10]综上所述本隧道进出口工程地质条件较差，现状基本稳定，诱发工程滑坡的可能性较大，建议尽量早进洞晚出洞，并结合洞门设置防护墙及在施工时及时支护衬砌。洞口基底稳定。应根据地形地质条件在洞顶周边设置防水、排水措施，以确保施工、营运安全。4.2洞门设计4.2.1洞门类型选择洞门形式的选择应以保护隧道的自然景观和改善入洞环境为主要目的，可以根据地形条件、施工条件，运营条件等多方面比较确定。本隧道进洞为V级围岩，地质状况一般，拟采用端墙式洞门。端墙式洞门易于施工，适用于轴线与坡面基本成正比，边、仰坡率为1：0.3-1：0.5。[11]4.2.2洞门设计1.参数设定端墙墙体为直线型，且厚度相同，参照《公路隧道设计细则》（JTGD70-2010）的标准端墙式洞门参数如下：（1）衬砌拱顶外缘至洞门顶部的距离取为3m,设墙高H=12m。（2）洞门墙身厚度取2.0m，洞门墙基础嵌入地基深度1.73m（位于仰拱的1.5m之下）。（3）洞口仰坡坡比采用1:1.25，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1.6m。洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度为1.35m。（4）洞门墙顶高出仰坡脚0.6m。洞门墙与仰坡之间的矩形水沟深0.6m，宽0.6m。[12]2.各项物理指标f=0.4水泥砂浆砌片石洞门计算参数要通过现场试验资料确定，在现场试验资料缺乏时，可按照表4-1选取。表4-1洞门计算参数洞门端墙材料采用水泥砂浆片石砌体，水泥砂浆的强度M20，地基容许压应=3.0MPa。洞门位置的围岩为Ⅴ级围岩，其仰坡率设计为1:1.25。入口洞门初设示意如图4.1；洞门翼墙设计图如图4.2；洞门挡土墙示意图如图4.3.[7]图4.1入口洞门初设示意图图4.2洞门翼墙示意图4.2.3土压力计算端墙式洞门取条带I计算，并1m宽作为“验算条带”，将洞门简化为图4.3进行计算：图4.3简化计算图（1）土体破裂角的计算已知：tan=0.15；tan=1；tan=0.8。ω可根据下式计算：（4-1）式中：—围岩计算摩擦角（。）；，—墙面倾角和地面坡脚（。）。代入数据到式（3-1）得：=0.672（4-2）因此，ω=33.89677°（2）侧压力系数的计算[13]代入数据到下式：（4-3）带入（4-3）得：（3）主动土压力的计算H=12-0.6=11.4m土压力：（4-4）式中：E—土压力（kN）；γ—地层重度（kN/）；λ—侧压力系数；b—洞门墙计算条带宽度（m）；ξ—土压力计算模式不确定性系数，可取0.6。代入数据到公式（3-4）得：4.3洞门验算4.3.1抗倾覆稳定性验算（4-5）式中：Ko—倾覆稳定系数，Ko=1.6；My—全部垂直力对脚趾O点的稳定力矩；Mo—全部水平力对脚趾O点的稳定力矩。墙身重量G:G=12×2×23×1=552.0KN将从分开，分为E1，E2：E1=9.89kNE2=1239.34kN对墙趾的力臂：对墙趾的力臂：=G对墙趾的力臂：（4-6）（4-6）（4-7）（4-8）（4-9）故抗倾覆稳定性满足要求。4.3.2抗滑动稳定性验算本设计中隧道端墙墙身的基地是水平的，其滑动稳定性验算按下式[11]：（4-10）式中：Kc—滑动稳定性系数；N—作用于基地上的垂直力之和；E—墙后主动土压力之和；—基地摩擦系数。代入数据到上式可得：