【《某高速公路隧道结构与施工设计》17000字（论文）】

页共82页第1章设计内容与原始资料1.1设计结果与标准1.1.1上交内容毕业设计(论文)答辩时应上交的东西：对门坡2号隧道出口段设计图纸1套(1号CAD图纸7张以上；01对门坡2号隧道纵断面设计图；02对门坡2号隧道进口段洞门位置设计图；03对门坡2号隧道进口段洞门结构设计图；04对门坡2号隧道衬砌结构设计图（含明洞）；05对门坡2号隧道衬砌结构配筋图；06对门坡2号隧道附属建筑物设计图；07对门坡2号隧道施工组织设计图；08对门坡2号隧道监控量测图。（2）一份设计阐述书；（3）关于主题表述内容；（4）有关隧道的英文翻译。1.1.2设计要求(1)对门坡2号隧道结构断面型式方案的优化比选；(2)对门坡2号隧道进出口段的洞口位置选定及进行洞门结构设计；(3)通过对门坡2号隧道的衬砌结构进行内力学的分析和结构设计；(4)对门坡2号隧道的施工图方案进行比选设计和施工作业设计；(5)对门坡2号隧道的通气、照亮、防火等各种附属设施进行设计；(6)对门坡2号隧道出口段监察测量工作。1.2初始设计资料1.2.1线路状况公路级别：高速公路车道数量：两车道运行流量：32000辆/日荷载设计：汽—超20验算受力：挂—120隧道设计速度：100（km/h）平纵断面：见资料所诉1.2.2工程地质及水文地质条件隧道进口段k120+860-k120+915段,地形起伏较大,隧道埋深为7-25米。洞穴岩身段穿越断层错动破碎形成的区域及其中的主要构成的断层角质岩和砂砾岩,岩石受到整个断层的连续错动,岩体被随着断层错动破碎,节理断层裂隙被不断发育,呈现出类似碎石状的松散断层结构,建议按V级围岩进行衬砌支护。洞穴自身段的弹性模量系数E=1.5GPa弹性抗力强度系数模量K=150MPa/m,泊松比μ=0.40，完整性系数Cm=0.1隧道k120+915-k121+047段,地形起伏较大,隧道埋深较大,最大埋深为55米。洞穴段贯通隧道主体地层中风化的质变余硅化凝灰岩基岩,岩体比较完全,节理中有裂隙少量自然发育,岩体多部分为块状岩石形的夹层镶嵌砂岩结构,建议按III级围岩进行衬砌支护.洞身段弹性模量E=20GPa,弹性抗力系数K=750MPa/m,泊松比μ=0.22,完整性系数Cm=0.5隧道k121+047-k121+075段,隧道埋深为7-25米.洞身段穿越地层为强风化变余硅化凝灰岩,岩体破碎,节理裂隙发育,呈碎石状压碎结构。洞穴段贯通穿主要地层岩性为强烈的地质风化变余硅化凝灰岩,岩体较为破碎,节理裂隙发育,呈碎石状的岩体压碎结构,建议按IV级围岩进行衬砌支护.洞身段的弹性模量E=8GPa,弹性抵抗力系数K=400MPa/m,泊松比系数μ=0.30,完整性系数Cm=0.15隧道出口k121+075-k121+085段,地形起伏较小,隧道埋深为7-13米.洞身段穿越地层为第四系亚砂土夹碎石,结构松散,呈松散结构,建议按V级围岩进行衬砌支护。洞身段弹性模量E=1.2GPa,弹性抗力系数K=120MPa/m,泊松比μ=0.45,完整性系数Cm=0.101.2.3技术经济条件（1）所用的建筑物原材料:水泥:保证资源的供给;砂岩:保证供给;钢材:必要时尽量供应;木材:可以适当地供应,数量有限。（2）建筑工程用水:由于在建筑工地附近有一定的水源,能够满足施工的需要,水质对钢筋混凝土没有任何侵蚀。（3）动力条件：满足施工作业。（4）施工机具供应：中、小型施工器械。（5）施工技术力量及施工者状况：可确保。（6）施工期限：自己确定。

第2章隧道总体设计2.1隧道限界隧道的建设限界是为了确保隧道内所有交通的正常运行和安全性。客运专用隧道不仅提供了列车行驶的空间，还应满足舒适驾驶、交通安全等服务空间的要求。因此，隧道净空断面必须要有一个足够的空间用于设置通风、照明、标志等，具体还要满足相应的规范要求。2.1.1隧道建筑限界的组成及规定1.不同级别公路隧道建筑限界基本宽度按照图2-1确定，并符合相关规范的规定:图2-1公路隧道建筑限界(单位：cm)H一建筑限界的高度；W一机动车道宽度；LL一左侧向宽度；LR一右侧向宽度；C一余宽；L一检修道宽度；R一人行道宽度；h一检修道或人行道的高度；EL一建筑限界左顶角宽度；ER一建筑限界右顶角宽度2．关于双向交通隧道，紧急停车区必须在两侧配置互相交错。如图2-2所示，紧急停车场的建筑物限界应根据规格选择。图2-2紧急停车带的建筑限界、宽度和长度(单位:cm)3.横通道的断面建筑限界由规范规定可取如图：图2-3横通道的断面建筑限界(单位:cm)2.2本隧道建筑限界车道宽：W=375×2=750cm建筑限界高度：一级公路取H=500cm左侧向宽度：LL=50cm右侧向宽度：LR=100cm不设余宽检修道宽度：JL=75cmJR=75cm人行道宽度：R=75cm检修道或人行道高度：h=30cm顶角宽度：ER=LR=100cmEL=LL=50cm2.3横断面优化设计2.3.1横断面优化设计概述公路隧道的设计必须要求考虑铺路、排水、维护道路、通风、照明、防火、装修、监控等所需的空间，与此同时设计者还要将仰拱的曲率考虑到对隧道的影响，再根据建设方法，确定安全、低成本的断面形状和规格尺寸。根据我国隧道工程设计实践经验,不同的省份或地区对于隧道横断面的设计具有不同执行标准。除了常见于隧道的轮廓如单心圆,三心圆,还有尖拱与坦拱共存,且曲率不同。这不仅会影响隧道内部设施布局,也会不利于隧道建设过程中的衬砌模版生产。海外和国内的铁路隧道正在推进断面的统一化。根据相关说明书，截面具有适合于应力流动和变形的形状，应满足周围岩石的状态和净空的要求。隧道周围的岩石是III、IV和V级。根据规格，对于III、IV、V需要试做仰拱，车辆需要两条通路。因此，采用三心圆截面的设计。2.3.2影响隧道衬砌结构内轮廓线的因素高速公路的隧道给车辆提供了一个舒适的驾驶空间,同时也需要交通安全、防灾等服务要求。因此,隧道的横断面不但需要能够满足对于道路宽度以及对于建筑物限界等的要求,而且必须具备一定的通风、照明、室内饰、排水、标志等所需要的装配空间,并且还需要能够确保监护工作人员在其中的工作时间。所考虑的具体因素参照规范根据该围岩规范书的要求,在该地块围岩的地质条件下,围岩的自稳性抵抗能力比较差,侧压力作用下的应变比较大,承载能力弱,为了有效保证围岩结构的内部整体安全,控制其应力变形和整体沉降,选择了一块带有弧形仰拱的大型封闭式整体衬砌断面。本支线隧道中间的III，IV、V级隧道需要分别自行设置一个仰拱。标准断面图如下:图2-4：隧道内轮廓图第3章洞门结构设计与边仰坡开挖3.1概述洞口的位置应根据自然地形、地质地貌状况、环境保护、洞口之外的相关工程、建设条件和营运要求，结合经济、技术上的比较来决定。隧道应该遵循“早进洞、晩出洞”的原则。为了确保边坡及仰坡的稳定性，不允许大挖大刷。排水沟、截水沟应根据情况设置在洞口边坡、仰坡顶面及其周围，并与路基排水系统综合考虑，洞门设计要与自然环境协调。3.2洞门结构形式建立隧道洞门，洞门形式的设汁应该确保安全性，并设计成适应环境的形式。对于位于城镇、观光地、高速公路、一等公路附近的隧道，应特别注意与环境的协调，当条件允许时，必须在隧道入口附近种植绿树，且隧道洞门必须垂直于隧道轴线。从结构形式，建筑材料，相对位置方面看有很多类型的洞门形式。目前，中国公路隧道的洞门形式包括：环框式洞门，端墙式洞门，翼墙式洞门，柱式洞门，台阶式洞门，喇叭口式洞门，削竹式洞门等。不同形式的洞门有其自身的特点，适用于不同等级围岩的地形。通过对比上述各种洞门的优缺点和适应地形，由地质资料可知洞口附近偏压不大，因此选用削竹式洞门最为合适。3.3洞门的构造设计3.3.1洞门结构各部分尺寸拟定此隧道的洞口处地势平坦，偏压较小，选择削竹式洞门比较合适，综合考虑规范要求即得洞门的结构图，如图3-1。图3.1洞门结构图3.4洞门的边仰坡开挖所谓边、仰坡开挖线，是指洞口段边、仰坡与地表的相交线。其工作原理是：用地形图表示测量区域内地形的高度、自然坡度和地貌。同样，入口边仰坡面的平面位置和陡坡也可以在平面图上以等高线的形式显示在图上。边、仰面边坡开挖线的描述与绘制，是在不规则的地形图中找出规则图（坡度、高程等）与不规则图（包括地表）的交线。根据坡脚高程、坡率与等高线的关系，得出开挖范围，具体计算公式：(3-1)式中——仰坡脚至控制点之间等高线上的控制点之间的水平距离，m；——等高线，m；——坡脚标高，m；——坡率。3.4.1边坡开挖线(1)取坡脚标高，边坡坡率取，则：对于796m等高线对于798m等高线对于800m等高线3.4.2仰坡开挖线仰坡坡脚在洞门顶端，取坡脚标高，仰坡坡率取，则：对于795.75m等高线对于795.5m等高线对于795.35m等高线对于794m等高线用平滑的曲线连接各控制点即可得到仰坡的开挖线。具体的边仰坡开挖线见CAD附图。

第4章衬砌结构内力计算隧道衬砌的设计和应用计算一定要与隧道围岩的自承载力紧密结合:既要确保隧道衬砌在施工时有一个足够大的净空,又要确保其在施工时具有一个足够大的强度,从而确保其建筑物在一定的使用寿命内的安全和可靠。4.1计算模型隧道工程的力学特性是隧道工程的计算原则上比地基工程的计算更复杂，并且体现在计算参数的选择。通过支撑结构和周围岩石相互作用的不同方法，有两种用于隧道结构计算的模型。一种是传统的结构力学模型，周围的岩石对结构变形起着制约作用；另一种是最近的岩石力学模型，以周围的岩石为主轴承，支撑结构限制周围岩石的变形。本次研究设计采用第一种设计模型，认为围岩对支护结构的影响只是作用在支护结构上的荷载（包括主动围岩压力和被动围岩弹性抗力），故又称荷载结构模型。应用该模型进行支护结构设计的关键是如何准确确定作用在支护结构上的主动荷载和围岩对支护结构的弹性抗力。这种处理模型较为适用于围岩因过度松动变形而松弛坍塌，支护结构主动承受围岩松动应力的情况。4.2衬砌承受的荷载由于计算方法采用的是荷载结构模型，因此在计算内力之前，首先必须得先计算结构上的荷载。衬砌结构的荷载大致可划分为主动荷载和被动荷载。其中，主动荷载是指作用在结构上引起结构产生应变的荷载，如围岩压力、支护结构自重等；被动荷载是指由结构变形和压缩引起的围岩被动抗力，即限制结构变形的弹性抗力。4.3围岩压力的确定4.3.1概述围岩压力是指引起地下开掘空间周围得岩体及产生支护变形或破坏的力。它包括由于地应力引起的围岩变形作用在支护结构上的力。通常采用狭义的围岩压力即作用在支护结构上的围岩压力，工程上只计算狭义的围岩压力。隧道上方围岩变形、破坏、坍塌形成的相对稳定的平衡拱称为自然拱。然而，天然拱门并不是在任何情况下都可能形成。在工程实践中，天然拱的形成与埋深有关。具体来说，由于上覆土层厚度较小，浅埋隧道不能形成自然拱。如果隧道开挖后不及时支护，岩石会发生崩塌或大量移动，甚至在地表形成崩塌区；由于深埋隧道的拱效应，围岩压力远小于洞顶覆土自重，围岩本身能够承受荷载；明挖隧道拱圈上部为回填土，不能形成自然拱。4.3.2暗挖深浅埋的确定由上文，确定围岩压力的关键首先是明确深浅埋的界限，根据经验及相关规定，深浅埋的界限深度可由下列公式给出：(4-1)(4-2)(4-3)式中——深埋、浅埋隧道的深度分界线，m；——坍方平均高度，m；——围岩级别，如Ⅲ级围岩，则取3；——宽度影响系数；——坑道宽度，m；——以为基准，每增减1m时围岩的压力增减比，当时，取，当时，取；当隧道覆盖层厚度时为深埋，为浅埋。因此，对于在本设计中涉及到的围岩而言，Ⅲ级围岩取 (4-4)Ⅳ、Ⅴ级围岩取(4-5)4.3.3围岩压力的计算当隧道覆岩土得厚度时，围岩垂直均布压力值为：(4-6)式中——围岩容重，kN/m3；——坍方平均高度，m；当隧道上方岩土体层厚度时，围岩垂直均布压力值为：(4-7)式中——围岩容重，kN/m3；——隧道埋置深度，m。由上述公式可以得出对应等级围岩的围岩压力情况：Ⅲ级围岩段（k120+915-k121+047）由隧道的纵断面图很容易清楚地可以看出，隧道Ⅲ级围岩覆土层沉积厚度较大，因此，只存在深埋（）一种特殊情况，因此，此时的围岩压力完全要按照深埋进行检算工作。Ⅳ级围岩段（k121+047-k121+075）由隧道纵断面地图很容易知，隧道Ⅳ级围岩上方覆岩土层厚度约为7-25m，因此，可以看出有浅埋()、深埋（）两种情况，因此，此时的围岩压力应该分别检算。Ⅴ级围岩段（k120+860-k120+915，k121+075-k121+085）由隧道的纵断面图很容易看出，板山坡隧道Ⅴ级围岩覆土层厚度为7~25m和7~13m，对应里程(k120+860-k120+915）和(k121+075-k121+085)，因此，存在浅埋()的情况。表5-1最不利情况覆土层厚度围岩等级埋深情况最不利覆土层厚度(m)Ⅲ深埋7.776Ⅳ浅埋深埋7.77619.44Ⅴ浅埋15.552明洞浅埋34.4结构内力计算4.4.1基本原理在结构内力计算中，通常采用传统的荷载结构模型。其实质是结构力学中的矩阵位移法。首先进行单元分析，找出节点力与节点位移的关系，即单元刚度矩阵。然后，将具有共同位移的各节点单元刚度矩阵元简单地进行叠加，建立节点静力平衡条件下的结构刚度方程，由结构刚度方程求解结构各节点的未知位移即求解了结构刚度方程，得到收敛于节点的各单元的位移，进而得到单元的节点力，即衬砌的内力。在当前的设计计算中得到了广泛的应用。本设计采用Fortran语言编写程序。4.4.2衬砌截面强度检算为了有效地保证衬砌结构的安全可靠，在充分获得隧道结构衬砌内力后，有必要进行断面强度验算。任何一段衬砌必须满足安全计算的要求，否则必须重新修改衬砌的形状或尺寸，重新计算设计，直到满足安全要求为止；损伤阶段法或许用应力法仍可用于其它铁路隧道和公路隧道的衬砌结构设计。本设计采用破损阶段法当时，对于隧道素混凝土衬砌，此时其承载能力由抗压强度决定，具体计算公式如下：(5-12)式中——轴向力偏心距，；，——作用检算截面的弯矩，KN·m；轴向力，KN；——混凝土或砌体结构的强度安全系数；——混凝土或砌体的抗压极限强度，参考有关规范选取，MPa，——检算截面的宽度和高度（通常b取1m计算），m；——构件纵向弯曲系数，对于衬砌拱圈及拱背紧密回填的边墙可取——轴向力偏心影响系数，其值为当，从结构的抗裂性出发，此时其承载力由抗拉承载强度控制，具体计算公式如下：(5-13)式中——混凝土的抗拉极限强度，MPa；其他参数含义同上式。注：除检查截面强度外，为充分发挥混凝土抗压强度高的优点和抗拉强度低的缺点，轴力偏心应按隧道有关规范控制：隧道衬砌和明挖隧道的轴力偏心不应大于断面厚度的45%；半明挖隧道外壁及衬砌偏心受压构件截面厚度不宜大于30%；地基偏心率不大于岩基墙底厚度的25%，地基基础的墙底厚度的1/6。4.4.3内力计算和检算（电算）在本文设计中,按照前文初步规划拟定的衬砌内部轮廓采用了对衬砌内力进行计算电算。各级范围的围岩在不同地点埋深情况下有所区别:1.Ⅴ级围岩明洞段衬砌计算（覆土层厚度为3.0m）(1)单元划分和荷载情况图4-图4-1Ⅴ级围岩明洞段荷载图该段衬砌的计算模型（不计仰拱）、单元划分（沿衬砌轴线划分为30个单元）以及荷载情况，如图5-17所示：输入文件3016101311-5.7107.949-5.955.950.74730.513125.4973.6735.700.50.519225.7067.522.50.50.531*15030*0.15e43.00.0200.0230.412.41027.023.030.0100002.00017.0006.0009213.62.42.70.90.9表4-1Ⅴ级围岩明洞段衬砌单元内力和节点位移nodeniqimi0.49382350-.13346240-.023961401.48356070-.08095668.025462862.47457030-.02845035.040722413.46442960.02840002.021714754.45734180.02963153.023301015.45262530.03213239.023568706.45029940.03507269.021653157.45015930.03769304.017332938.45180870.03936461.010969389.45470620.03962728.0033907210.45822270.03822270-.0042448711.46170510.03510252-.0106095412.46453620.03042453-.0143717913.46619370.02452911-.0143541514.46629630.02280641-.0096702015.46629740-.02277290-.0036270416.46629550.02281176-.0096660417.46619320.02452762-.0143511318.46453560.03042298-.0143699219.46170460.03510089-.0106089020.45822270.03822095-.0042455721.45470650.03962561.0033886022.45180960.03936322.0109663623.45016040.03769385.0173307724.45030020.03507307.0216507425.45262740.03213229.0235666226.45734490.02963168.0232987827.46443140.02840125.0217140728.47457030-.02844971.0407225629.48355980-.08095577.0254639030.49382230-.13345990-.02395874(3)内力计算和图形图4-2Ⅴ级围岩明洞结构轴力图图4-2Ⅴ级围岩明洞结构轴力图zhzhou轴力图图4-3Ⅴ级围岩明洞结构弯矩图图4-4Ⅴ级围岩明洞结构位移图

图4-4Ⅴ级围岩明洞结构位移图2.Ⅴ级围岩浅埋段衬砌计算（k120+860-k120+915,最不利覆土层厚度为15.552m）单元划分和荷载情况该段衬砌的计算模型（不计仰拱）、单元划分（沿衬砌轴线划分为30个单元）以及荷载情况，如图5-1所示：图4-5Ⅴ级围岩超浅埋段荷载图图4-5Ⅴ级围岩超浅埋段荷载图(2)输入文件3016101311-5.7107.949-5.955.950.74730.513125.4973.6735.700.50.519225.7067.522.50.50.531*15030*0.15e45.00.0200.0230.212.40.7027.023.015.5520.0100002.00017.0006.0009213.62.42.70.90.9表5-2Ⅴ级围岩超浅埋段衬砌单元内力和节点位移nodeniqimi01.51966500-.34531230-.0043896811.50940000-.19831210.1041303021.50041000-.05131229.1155206031.48582100.15302920.0296791041.482923600.13552400-.0135652451.47681800.11511210-.0433525761.467451020.09757160-.0575865571.45561200.08346943-.0586667081.442181020.07319981-.0493901691.42815200.06691545-.03281606101.41445600.06457347-.01207282111.40204200.06587411.00979429121.39173400.07031813.03001715131.38422300.07724067.04626036141.38001600.08579319.05674182151.38002300-.08568224.06040594161.38001500.08579725.05674325171.38422400.07723713.04626157181.39173300.07031982.03002038191.402033600.06587467.00979788201.41445600.06457087-.01207090211.42814400.06691905-.03281058221.44218400.07319665-.04938693231.45560500.08346937-.05866330241.46745100.09757132-.05758409251.47682800.11510490-.04335619261.48294000.13551740-.01357384271.48583000.15303440.02967441281.50042500-.05131147.11551780291.50941400-.19831160.10412940301.519673600-.34531230-.00438952内力计算和图形图4-6图4-6Ⅴ级围岩衬砌超浅埋段衬砌轴力图图图4-7Ⅴ级围岩衬砌超浅埋段衬砌弯矩图图4图4-8Ⅴ级围岩衬砌超浅埋位移图3.Ⅲ级围岩深埋段衬砌计算（最不利覆土层厚度为7.776m）(1)单元划分和荷载情况该段衬砌的计算模型（不计仰拱）、单元划分（沿衬砌轴线划分为30个单元）以及荷载情况，如图5-13所示：图4-9Ⅲ级围岩荷载图图4-9Ⅲ级围岩荷载图输入文件3016101311-5.7107.949-5.955.950.74730.513125.4973.6735.700.50.519225.7067.522.50.50.531*75030*2.00e43.00.0210.0230.212.40.3150.023.07.7760.0100002.00017.0006.0009213.62.42.70.90.9计算结果及图形表5-3Ⅲ级围岩衬砌单元内力和节点位移nodeniqimi0.679201020-.11794130.000926221.66894160-.09574805.025177842.65995510-.05085494.035462553.64929040.04684493.016552214.63462690.05285469.013220065.61518230.06321038.004470196.59255560.07996874-.013318687.56893970.07182259-.045285018.54265770.03283037-.072122959.51144860.00483118-.0699953510.47856580-.01173570-.0476970311.44722720-.01730973-.0141985812.42037790-.01314712.0220357213.40048630-.00124269.0536679414.38938310.01583617.0750340715.38938540-.01580138.0825748116.38938410.01583383.0750335017.40048650-.00124086.0536680718.42037800-.01314646.0220362519.44722430-.01730798-.0141969020.47856320-.01173507-.0476961021.51144360.00483135-.0699940022.54265650.03282992-.0721221023.56893630.07182034-.0452858624.59256100.07996853-.0133200325.61518560.06321069.0044690526.63462590.05285550.0132200427.64929400.04684547.0165526328.65995650-.05085502.0354626629.66894780-.09574857.0251779430.67921010-.11794170.00092616图4-10Ⅲ级围岩轴力图图4-10Ⅲ级围岩轴力图图图4-11Ⅲ级围岩衬砌结构弯矩图图图4-12Ⅲ级围岩衬砌结构位移图

第5章隧道支护结构设计5.1概述隧道开挖后，由于破坏了隧道周围岩体的自然应力平衡，围岩应力重新分布，可能出现应力集中。为了保护周围围岩稳定，保证行车安全，必须采用具有足够强度和刚度的支护结构，即衬砌结构。根据支护形式的不同，衬砌结构可分为外支护、内支护和混合支护。隧道衬砌设计应综合考虑水文地质条件、断面形状和施工条件，充分利用围岩的自承能力。衬砌结构型式、材料、尺寸应根据使用要求、围岩等级、工程地质及水文地质条件、隧道埋深及结构受力特点，通过工程类比和结构计算综合分析确定，并结合工程建设条件和环境条件。在对门坡2号隧道中暗挖隧道采用复合衬砌结构，明挖隧道采用模板混凝土衬砌结构。5.2复合式衬砌结构所谓复合衬砌，是指衬砌结构有一层以上，可分为两层、三层或多层，它是在不同的时间连续建造的。然而，在目前的实践中，它被分为两层：内层和外层。主要分为：(1)喷锚支护与混凝土支护；（2）喷锚支护与喷射混凝土衬砌；(3)格栅钢架喷射混凝土与混凝土衬砌；(4)装配式混凝土与混凝土衬砌。具体复合式衬砌设计应符合《公路隧道设计规范》规定。5.3支护技术(1)超前小导管注浆由于钻爆法对周围岩体的扰动范围太广,在施工时很有可能会出现土方开挖时表面不自稳或者是地面沉降超标等情况。要想有效地保证建筑物工程实际施工的正常顺利开展,就必须通过一些特殊的工程处理方法来对地层设计出预加固。本隧道设计中，采用了最常用的超前小导管注浆方法，这种方法常与格栅钢架配合使用。(2)钢架钢框架支护一般分为型钢框架和格栅钢框架，工字钢框架和格栅钢框架是隧道工程中最常用的支护形式。由于钢框架具有较高的支护强度和刚度，能承受较大的初始围岩压力，一般用于软弱松散围岩；但这种钢框架重量大，与混凝土连接不紧密，粘结力低，不能保证喷射混凝土的密实性，影响其整体性；然而，网格钢框架恰恰在一定程度上弥补了钢框架的不足，可以与喷射混凝土紧密结合，形成一个完整的混凝土结构。而且，由于其重量轻、加工安装方便、省力、节材等优点，在工程中得到了广泛的应用，特别是在围岩工程条件稍好的地段。(3)锚杆锚杆是指由金属或其它高性能材料所制作而成的杆型构件。它主要是一种利用各种机械设备装置及黏结介质设在隧道施工环境中,形成一种能够同时承受荷载、预防围岩产生变形的保护措施。锚杆支护效应通常考虑所有悬挂效应、组合梁效应及加固效应。锚杆的布置大致可以划分为局部式布置与系统式。局部布局主要是为了坚硬、破碎的围岩。对于已经破碎的软弱围岩,一般可以通过系统式布置方法加固整个围岩。对门坡2号隧道Ⅲ级围岩采用局部布置，Ⅳ、Ⅴ级围岩采用系统布置。(4)钢筋网初期支护采用的是钢筋网络,它是一种喷射式混凝土骨架,有利于提高了混凝土在施工中的抗弯、耐剪、防拉和抵抗冲击等特点,减少了混凝土在施工中的收缩和裂缝。(5)喷射混凝土喷射式混凝土是指在速凝机械的大力支持和技术帮助下,对其中一些掺有大量速凝剂的水性混凝土施加适当的喷水压力和速凝压力,将这些混凝土高速地喷射至建筑隧道内的岩壁或建筑地基基层表面,使其迅速溶解凝结甚至硬化,形成承重结构。(6)二次衬砌隧道二次支护衬砌一般是指采用大型模筑物或钢筋混凝土材料作为隧道衬砌,与初期的隧道支护共同使用构成一种新的复合型隧道衬砌。5.4支护设计参数Ⅴ级围岩支护设计参数表5-1Ⅴ级围岩支护设计参数表项目材料及规格结构尺寸预加固小导管Φ42，长3.5m纵向间距0.8m，环向间距35cm初期支护喷射混凝土C25喷射混凝土厚25cm锚杆Φ22，长3.5m纵向间距1.0m，环向间距70cm钢筋网Φ8，@25×25cm型钢钢架18号工字钢纵向间距0.8m二次衬砌C30钢筋混凝土边墙、拱，厚50cm仰拱，厚60cmⅣ级围岩支护设计参数表5-2Ⅳ级围岩支护设计参数表项目材料及规格结构尺寸初期支护喷射混凝土C25喷射混凝土厚20cm锚杆Φ22，长3.0m纵向间距1.2m，环向间距70cm钢筋网Φ8，@30×30cm格栅钢架主筋Φ22纵向间距0.8m二次衬砌C30钢筋混凝土边墙、拱，厚45cm仰拱，厚55cmⅢ级围岩支护设计参数表5-3Ⅲ级围岩支护设计参数表项目材料及规格结构尺寸初期支护喷射混凝土C25喷射混凝土厚15cm锚杆Φ22，长2.5m纵向间距1.2m，环向间距70cm钢筋网Φ8，@25×25cm二次衬砌C30钢筋混凝土边墙、拱，厚40cm仰拱，厚50cm图图5-1Ⅲ级围岩衬砌结构图图5-2Ⅳ级围岩衬砌结构图图5-2Ⅳ级围岩衬砌结构图图5-3Ⅴ级围岩衬砌结构图图5-3Ⅴ级围岩衬砌结构图5.5二次衬砌设计二次衬砌厚度根据对于复合式衬砌中二次衬砌的规定，我们可以初步拟定二次衬砌的厚度。Ⅲ级围岩35cmⅣ级围岩35cmV级围岩45cmⅢ级围岩深埋段配筋输入文件0.35.679201020.000926220.35.66894160.025177840.35.65995510.035462550.35.64929040.016552210.35.63462690.013220060.35.61518230.004470190.35.59255560-.013318680.35.56893970-.045285010.35.54265770-.072122950.35.51144860-.069995350.35.47856580-.047697030.35.44722720-.014198580.35.42037790.022035720.35.40048630.053667940.35.38938310.075034070.35.38938540.082574810.35.38938410.075033500.35.40048650.053668070.35.42037800.022036250.35.44722430-.014196900.35.47856320-.047696100.35.51144360-.069994000.35.54265650-.072122100.35.56893630-.045285860.35.59256100-.013320030.35.61518560.004469050.35.63462590.013220040.35.64929400.016552630.35.65995650.035462660.35.66894780.025177940.35.67921010.00092616(2)配筋结果钢筋型号:HRB335混凝土标号:C30配筋参数:c=35.000b=1000.000d=18.000d1=18.000maxAs=1020.0maxAs1=1020.0Ⅳ级围岩浅埋段配筋（1）输入文件3.51.15055500.000084513.51.14028900.045614713.51.13130000.059424213.51.11868700.023779253.51.10240700.018131043.51.07962400.006229893.51.05293400-.019961983.51.02549000-.069114193.5.99231170-.099381083.5.95267220-.093162483.5.91076860-.061653223.5.87073360-.016311363.5.83637910.032013433.5.81089010.073918743.5.79663460.102129803.5.79663730.112083103.5.79663400.102134903.5.81089260.073921053.5.83637670.032015073.5.87073360-.016313483.5.91076210-.061653473.5.95266730-.093162213.5.99230380-.099380703.51.02549000-.069114073.51.05293000-.019962243.51.07961800.006229733.51.10239600.018130573.51.11867800.023779273.51.13129200.059424203.51.14028200.045614723.51.15054500.00008468(2)配筋结果钢筋型号:HRB335混凝土标号:C30配筋参数:c=35.000b=1000.000d=20.000d1=20.000maxAs=2200.0maxAs1=2200.0Ⅴ级围岩浅埋段配筋（1）输入文件0.451.52548800-.009284370.451.51522800.095562240.451.50623600.103278600.451.491641020.013763500.451.48448100-.004052920.451.47785500-.030774250.451.468983600-.047997300.451.45762800-.051910810.451.44465000-.045260950.451.43100400-.031059540.451.417651020-.012401170.451.40554100.007708450.451.395410200.026533070.451.38813400.041756500.451.38402800.051623790.451.38403500.055086070.451.38402800.051628570.451.38813200.041764450.451.39547300.026538620.451.40554200.007713690.451.41766400-.012396560.451.43100800-.031057490.451.44465100-.045260520.451.45763300-.051912820.451.463600300-.048002130.451.47786400-.030780130.451.48449400-.004054550.451.49165100.013764130.451.50624500.103278800.451.51523600.095562110.451.52550300-.00928446(2)配筋结果钢筋型号:HRB335混凝土标号:C30配筋参数:c=35.000b=1000.000d=22.000d1=22.000maxAs=3050.0maxAs1=3052.0第6章隧道纵断面设计对于公路隧道,其纵、横断面的设计一定要能够满足行车安全及行车平顺的需求,并认真充分考虑到其施工及维修的方便性。在设计过程中需要考虑到的主要影响因素包括排水、通风、越岭标高等,主要内容包括坡道的形式、坡度尺寸、坡段衔接及在隧道内的最低车辆行驶速度。明确来讲：6.1坡道形式坡道形式分为单坡和人字坡。单坡坡道主要适用于线路较紧的坡段(是指在短距离内必须提高高度的坡道)或线路延伸区,因为单坡可以争取高程;人字型边坡主要用于长大隧道,特别是山区隧道。同时满足排水要求。人字坡入口的高程不必提高,与其他山坡的自然斜坡状况一致,非常适合不需要为争取的越山隧道。对于长大隧道,为了便于施工通风,常在坡顶设置通风井。6.2坡度大小可见,平坡路段是车辆在高速行驶时路线上的最佳坡度,既不是紧急坡,也不是采用制动方式行驶,所以产生的汽车废气量最少,对于封闭的隧道最为有利。但为了满足天然排水的要求,不应设置任何一个平坡,最小倾斜率不应低于3‰。对于限制路径和坡度的不同线路,参照本规范具体适用。但是,由于受到隧道内部湿度及空气阻力等因素的影响,限制坡度相应地减小。6.3坡段长度当车辆通过边坡点时，会产生附加力和附加速度。如果隧道内坡点过多，很容易让司机感到不舒服。同时，坡点过多会大大地增加运营作业过程中的维护难度。关于坡段连接及隧道内车辆最低速度，本次设计未作设计，故不再赘述。综上所述，结合隧道地形地质资料，选择了单向坡。隧道进口里程k120+860，对应内轨顶高程785.46m，出口里程K121+085，对应内轨顶高程784.79m，隧道全长225m，坡度大小0.3‰，由于隧道长度小，坡段长度就是隧道长度，即225m，故设计为无变坡点隧道。具体的纵、横断面设计可参见对门坡2号高速公路的纵、横断面设计示意图。第7章附属设施设计7.1隧道通风设计7.1.1隧道通风的目的1、稀释施工过程中产生的大量CH4、H2S等有害气体2、稀释隧道内粉尘，主要为SiO23、保持隧道内的含氧量，保证隧道内的新鲜空气流通4、降低隧道内的湿度和温度7.1.2通风设计根据规定[5]进行通风设计i.判断通风类型《公路隧道通风和照明设计规范》规定，当满足以下条件时需要使用机械通风：L×N≥6×105L×N≥2×106其中：——隧道长度——设计交通流量（辆/h）本隧道的设计高峰车流量：1500辆/h（L×N≥2×106单向）L×N=225×1500=3.375×105由此判断，应采用自然通风。7.2运营照明设备进行照明设施设计，应参照以下步骤[5]照明区段划分图7-1照明区段划分i.入口段入口段亮度为其中：—入口段照明亮度（）—入口段亮度折减系数，按下表用内插法计算得出为0.045—洞外亮度（）设计交通量N（辆/h）k计算行车速度v（km/h）双车道单向交通双车道双向交通100806040≧2400≧13000.0450.0350.0220.012≦700≦3600.0350.0250.0150.01入口段照明长度为：其中：—入口段照明长度（m）—照明停车视距（m)，v=100km/h纵坡为0.3%时取155.2m—洞内净空高度，为7.345mv（km/h）纵坡（%）-4-3-2-10123410017917316816315815414914514280112110106103100989593906062605857565554535240292827272626252525因此：故，取入口段照明长度为165m。ii.出口段对于单向交通隧道，应设置出口段照明出口段长度：宜取60m亮度：与入口段一致7.3防水与排水根据规范[6]进行防排水设计：a.洞内防排水设计①在初期支护与二次衬砌之间还应设置一块由防水板和无纺布组成的防水层，防止地下水大量泄露进入衬砌。由于地下隧道工作者在施工和运营过程中地下水的水量和流向可能发生变化，施工期无水或少水的隧道不能保证运营期无水或少水。因此，在施工期无水或少水的隧道内，也应按耐久性要求设置防水层。初期支护施工工作完成后，在混凝土主体表面均匀铺设密度为400g/m2的土工布，然后沿周向均匀铺设易焊接的防水卷材。卷材厚度1.5mm，接缝搭接长度10mm。②二次衬砌施工缝、伸缩缝和沉降缝是防渗的薄弱环节。因此，应采取一套可靠的防水保护措施。除按施工规范要求进行处理外，还应进行精心细致地设计，采用合适的防水材料和施工形式。二次衬砌施工缝和沉降缝的主要结构基本形式如下图所示。 图7-2施工缝、沉降缝的主要构造方法及结构形式示意图③路边沟主要用于排水运行中隧道内的清洁污水、消防污水等废弃物，电缆沟内的集水也应被引入路边沟。隧道内无中心水管（沟）时，衬砌后的地下水也可通过边沟排出。此时，路边边沟底部应低于路面垫层，避免边沟积水对路面结构的不利影响。路边沟通常为明沟和盲沟。本次设计采用开口式边沟，保持两侧布置。④隧道中部需要设置一条中央地下排水沟，使衬砌后的地下水通过水平管道流入中央排水沟在流出进行排出隧道。中央排水沟采用梯形槽设置，具体尺寸见设计图。图7-3梯形沟槽示意图⑤对于横向排水沟坡度取为5%，纵向间距取为50m横向导水管两端连接形式三通连接洞内排水系统布置见下图，具体尺寸详见图纸。图7-4隧道排水系统布置图b.洞口段防排水在明洞回填层顶面洞门墙背设排水沟；明洞槽边、仰坡开挖线3至5m以外设截水沟。排水沟采用矩形断面，尺寸50cm×50cm截水沟可采用矩形断面。隧道进口的沟渠将隧道边坡和前坡的地表水引至隧道进口外侧。图7-5排水沟7.4电缆槽设计为了防止通信和信号电缆损坏，有必要在隧道内设置电缆槽。设置时应满足以下条件：通信电缆和电力电缆必须分开敷设。当电力电缆在不同通道敷设困难时，可沿隧道壁架设，但应采取必要的防护措施。电缆在隧道内部或进行水平面或竖向过渡时,电缆交叉槽的尺寸设置应能够满足电缆弯曲半径的设计要求,弯曲半径不可能超过1.2m,相应的折线转角不可能超过30°,转弯路段的长度不可能超过0.6m。在电缆沟处均设置一个盖板,且在盖板顶面均宜与人行道或便路平齐。当电缆沟和沟与沟水平行时,盖板应分开设置。

第8章施工组织设计8.1概述施工组织设计包括施工方案内容：确定、选择、安排、组织进度安排：人员和资源配置场地布置：资源配置和人员生产生活的场地资源需求与供给：各种自愿的准备与供给8.2总体施工方案根据围岩条件，对施工方案进行比较，确定总体施工方案：对门坡2号隧道明挖段埋深小，周边地形较开阔，洞口自然山坡稳定，无塌方、滑坡，周边环境对施工范围限制较小，进口段及明洞采用明挖法施工。该方法的优点是开挖机械化程度高，施工方便，速度快，施工后衬砌完整性好，质量易于保证。为了保证其施工安全，缩短施工时间，出入口V类围岩地段均采用预留核心土方法。由于上部有核心土支护开挖面，且能快速及时地实施上部拱架初期支护，开挖面稳定性好，核心土和下部开挖均在拱架初期支护的防护下进行，施工安全性良好。然而，虽然核心土体增强了开挖面的稳定性，但在开挖过程中围岩会受到多重扰动，从而增加围岩的变形。因此，V级围岩段采用超前小导管，进出口V级围岩段采用长管棚对开挖面及前方围岩进行预支护。采用短台阶法施工Ⅳ级围岩段，可有效缩短支护结构封闭时间，改善初期支护受力变形的状况，控制隧道初期变形收敛速度和变形量。Ⅲ级围岩地段采用长台阶法，施工工序少，相互干扰小，便于施工组织管理；工作空间大，便于进行大型机械化施工；结果表明，开挖一次成型对围岩扰动较小，有利于围岩稳定；施工进度快，成本低。综上，在对门坡2号隧道中，Ⅴ级围岩段预留核心土法IV级围岩段短台阶法III级围岩段长台阶法8.3暗洞分部开挖施工组织方法设计8.3.1预留核心土开挖法设计Ⅴ类围岩地段宜选择采用预留核心土法环形开掘。上部弧形引导坑开挖分为三个部分（开挖1、2、3），如子图所示。隧道初期支护完成后，应尽快重新进行二次衬砌的施工作业，二次模板混凝土的施工时间也可根据监测结果确定。上弧形导坑主要采用人工风镐或挖掘机进行开凿。当需要爆破时，采用短进洞分段起爆的控制爆破。开挖后及时用喷混凝土封闭岩面，并进行初期支护图8.1预留核心土法开挖和支护顺序图图8.2预留核心土法开挖和支护工序图8.3.2短台阶法开挖设计短台阶法适用于Ⅳ级围岩的开挖。对于软弱围岩，应设置超前锚杆。隧道初期支护完成后，应尽快进行二次衬砌施工，二次模板混凝土的施工时间也可根据监测结果确定。图8.3台阶法开挖施工方案图图8.4台阶法开挖施工流程图8.3.3长台阶法开挖设计长台阶法开挖适合III级围岩段，开挖后，需立即向围岩喷射混凝土，并在施工前做好初期支护，尽快施做二次衬砌，也可根据监测结果来确定进行二次模筑混凝土的施做时间。与普通爆破相比，光面爆破的优点是安全高效，经济效益显著。各开挖断面不同，炮孔设计略有不同，但一般方法相似。因此，本次设计仅选取Ⅳ类围岩开挖的上台阶面进行炮眼设计。IV级围岩爆破设计：a.爆破机具与材料钻孔：钻孔采用YT-28风钻，孔径φ42mm；炸药：炮孔采用φ32mm的硝铵（乳化）炸药，周边眼采用φ25mm的小直径炸药雷管：毫秒雷管（1-17段，每段间距25ms及以上，脚线为5-7m导爆管） 图8-5上台阶掌子面炮眼布置图图8-6掏槽眼平剖面图b.爆破参数设计 8.4辅助施工措施隧道进出口开挖时，由于覆盖层薄，岩石风化强烈，地质条件较差。另外，如果施工方法不当，很容易造成土体坍塌、工程事故，影响工程的正常进度。为保证安全工程的顺利进行，必要时应采取相应的辅助措施。8.4.1辅助施工措施的选择工程中常见的辅助施工的措施有：a.管棚：将钢管(导管)直接插入到隧道钻孔内,沿着隧道开挖时的轮廓进行布置,形成一个钢管管棚,管内进行注浆,并与坚固的钢架相结合,形成一个预支护结构体系,对自稳性极低的周边围岩进行支护加固。适用于极性破碎的地层、崩塌体、岩桩等区域,对于防止软弱范围岩体的沉陷、松弛、倒塌具有显著的效果。支护性能较强,适宜于含水泥砂土的地层或者破碎带、浅埋式隧道或者具有重要结构的地上。b.超前小导管：沿隧道纵向，在拱上部开挖轮廓线外一定范围内，向前向上倾斜一定角度，或沿隧道横向，在拱脚附近向下倾斜一定角度。灌浆排水管的一个外露端通常可以于由管道开挖后的格栅式整体钢架提供支撑,形成预支撑体系。c.超前锚杆：一般适用于浅埋松散破碎地层。它的主要用途是在上拱开挖轮廓线外一定范围内沿隧道纵向向上、向前倾斜一定角度，或在拱脚附近沿隧道横向向下倾斜一定角度的一种密实砂浆锚杆。8.4.2辅助施工设计1）管棚设计管棚适用于V级围岩段钢管规格：热轧无缝钢管φ108mm，壁厚6mm，节长4m、6m管距：环向间距为50cm外插角：钢管轴线与衬砌外缘线夹角为2°钢管施工误差：径向不大于15cm管棚长度（包括套拱段）：需根据具体情况而定，一般小于40m搭接长度：大于1m施工设计：采用C25砼拱套作为管棚导向墙，套拱内埋设4榀18号工字钢，工字钢与管棚导向钢管焊成整体。管棚施工顺序为从上而下，施工前必须架设拱部管棚施工平台。2）超前小导管注浆超前小导管设置于V级围岩洞身段，采用外径为50mm、壁厚5mm的热轧无缝钢管，外插角为14°。导管上注浆孔梅花型布置，纵向孔距为15cm，尾部100cm不钻孔作为预留止浆段。3）超前锚杆超前锚杆设置于IV级围岩段，采用φ22早强砂浆锚杆，采用RPB335钢筋，外插角为5°至30°。锚杆环相间距为50cm，相邻两环锚杆水平搭接长度不小于100cm。8.5施工组织设计与施工进度一个隧道开挖作业的循环工序只要包括测量放线、超前支护、钻眼、装药放炮、通风排烟、装渣运渣、找顶等工作和支护八道工序。1、V级围岩情况隧道开挖作业采取循环工作，V级围岩段采用三班工作制，每18小时完成一个循环，一个循环的时间T=18h=1080min。测量放线时间t1：根据工程类比法，V级围岩段，均取测量放线时间t1为60min。钻眼时间t2：V级围岩及以上取30%T左右，IV级围岩及以下取40%T左右，本设计中取为15%t2=15%T=15%×1080=162min取为150min装药放炮时间t3：装药爆破的时间占总循环时间的7%左右，本次设计取10%，t3=10%T=10%×1080=108min取为60min通风排烟时间t4：通风排烟时间占总循环时间的6%左右，设计时取5%t4=5%T=5%×1080=54min取为60min通风排烟时间t5：实际装渣运渣时间占总循环时间的40%左右，本设计中考虑到支护的时间较长，所以取为20%t5=20%T=20%×1080=216min取为150min超前支护作业时间t7：超前支护作业时间一般占到循环作业总时间的15%t7=15%T=15%×1080=162min取为240min支护时间t8：支护时间一般占到循环作业总时间的20%t8=20%T=20%×1080=216min取为210min循环进尺计算：V级围岩段计划每循环进尺1.5m，一个循环时间为T=18h，一个月以24天记月均进尺为2×24=48m。综上，得到V级围岩段施工进度计划的安排。2.IV级围岩本设计IV级围岩及采用三班工作制，三天四个循环，一个循环的时间T=18h=1080min。根据V级围岩段各个施工工序的时间计算方法同样可以确定IV级围岩段的各个施工工序时间。2.III级围岩本设计III级围岩主要采用全断面式方法施工，计划每循环进尺3.0m，三班工作制，三天四次循环工作，一个循环的时间T=12h=720min。根据V级围岩段各个施工工序的时间计算方法同样可以确