玉皇公路隧道设计计算书 毕业设计论文

'摘要本设计为宿豫县玉皇隧道设计，设计为单向两车道，隧道全长135m，净宽10.75m，限高5m，衬砌内轮廓采用三心圆拱曲墙式。根据提供的工程地质资料及相关设计标准，进行了宿豫县玉皇隧道（右线）设计。在该隧道的设计中，根据规范的要求整体使用新奥法设计。初期支护采用锚喷支护：即使用锚杆和钢筋网和喷射混凝土作为初期支护，模筑混凝土作为二次衬砌，二者共同作用来形成整个隧道的结构支护体系。该隧道工程的设计内容由七部分组成。第一部分为工程概述，主要介绍隧道区的地形、地质条件，以及各类围岩的物理力学指标；设计依据及标准；第二部总体设计，根据规范的要求和标准确定隧道横断面的形式；第三部分对隧道洞门进行设计，包括对洞门的几何尺寸的确定、抗滑、抗倾、以及墙身截面应力的验算；第四部分为衬砌设计与内力计算、洞身配筋计算，根据隧道的结构受力分析对隧道进行配筋等计算；第五部分为隧道爆破设计，根据地质以及隧道的要求确定隧道的爆破施工参数，炮眼布置等；第六部分为隧道附属设施设计，包括排水等。第七部分为施工组织设计，具体解释说明施工工艺。关键词：新奥法；锚喷支护；山岭隧道；复合式衬砌-80- AbstractItisthedesignoftheconstuctionoftheyuhuangtunnel.Thetunnelisdesignedtobeone-waywithtwolanes.Itis135metersinlength,10.75metersinclearwidthwiththeheigthlimitof5m.Theoutlineoftheliningworkadoptsthetypeofthree-circlearchedwall.Accordingtotheprovidedengineeringgeologydataandthecorrelativestandard,therightlineoftheyuhuangtunnelisdesigned.TheNewAustrianTunnelingMethodwasadoptedinthisdesign.Usingthesupportsandprotectionswithanchorrodandspurtingconcrete：namelyanchorrodandsteelbarnetaswellasspurtingconcreteasinitialperiodsupportsandprotections,themoldbuildingconcreteastwiceliningworks.Bothofthemworktogethertoformthewholesupportsandprotectionsystem.Thedesignismadeupof7parts.Thefirstpartisconcerningtheoutlineoftheproject,mainlyintroducingtheterrain,thegeologyconditionofthetunnelarea,togetherwithphysicalmechanicsindexandstardardofeachlevelofadjacentformation.Thesecondintroducesthedesignofthecrosssectionshapeofthetunnelonthebasisoftherule.Thethirdpartreferstothedooroftunnel,includingdeterminationofthemeasurementoftheparnalaswellasexaminationofanti-slideandanti-tiltTheforthpartiscomposedofdesignofliningworkdesignandstructure,whichisbasedontheanalysisofitsinnerforce.Thefifthpartisinvolvedwithtunnelexcavation.Thepurposeofthispartistodeterminetheblastconstructionparameterandthearrangementoftheblasthole.Thesixthpartisthedesignoftunnelsidechapelestablishmentincludedrainage,lightingandfirecontrol.Thelastpartisaboutthedesignofconstructionorganization,demonstratingthetechnologicalprocessindetail.Keywords:NewAustrianTunnelingMethod;SupportsandProtectionswithAnchorRodandSpurtingConcrete;Mountaintunnel;combinedliner-80- 目录第一章工程概述-1-1.1工程地质条件-1-1.1.1地形地貌-1-1.1.2地层岩性-1-1.1.3区域地质构造-1-1.1.4地震情况-1-1.1.5水文地质条件-1-1.1.6隧道围岩分类-1-1.1.7围岩物理力学性质指标-2-1.2工程地质评价-2-1.3隧道设计说明设计标准及遵循规范-2-第二章隧道整体设计-4-2.1一般规定与设计原则-4-2.1.1一般规定-4-2.1.2设计原则-4-2.2隧道横断面设计原则-4-2.3隧道建筑限界-5-2.4隧道衬砌内轮廓设计-6-第三章洞门设计-7-3.1洞口地质条件-7-3.2洞门的设计方案-7-3.2.1洞门形式的选择-7-3.2.2洞门构造要求-7-3.2.3验算满足条件-8-3.3洞门结构设计计算-9-3.3.1计算参数-9-3.3.2建筑材料的容重和容许应力-9-3.3.3洞门各部尺寸拟定-9-3.4洞门验算-9-3.4.1洞门土压力计算-9-3.4.2抗倾覆验算-11--80- 3.4.3抗滑动验算-12-3.4.4基底合力偏心矩验算-13-3.4.5墙身截面偏心矩及强度验算-13-3.5洞口边坡锚固设计-14-第四章隧道洞身初期支护设计-15-4.1支护形式的选择及参数确定-15-4.2Ⅳ、Ⅴ级围岩的初期支护设计-15-4.2.1隧道的宽度与高度确定-15-4.2.2判断隧道深、浅埋-15-4.2.3隧道围岩压力计算-16-4.3锚喷支护的计算与设计-20-4.3.1计算，，及-20-4.3.2V级围岩段锚喷支护设计-26-4.3.3IV级围岩段锚喷支护设计-31-4.3.4构造要求-35-第五章二衬设计计算-36-5.1Ⅴ级围岩二衬受力计算与配筋设计-36-5.2Ⅳ级围岩二衬受力计算与配筋设计-46-第六章钻孔爆破开挖-59-6.1爆破材料的选取-59-6.2Ⅴ级围岩爆破开挖-59-6.3Ⅳ级围岩爆破开挖-59-6.3.1炮眼直径的确定-59-6.3.2炮眼深度的确定-60-6.3.3炸药消耗量计算-60-第七章隧道防排水设计-63-7.1隧道防排水的一般规定-63-7.1.1高速公路隧道防排水规定-63-7.1.2隧道内排水规定-63-7.1.3路面结构底部排水设施规定-63-7.1.4隧道衬砌外排水设施规定-64--80- 7.2隧道防水的总体布置-64-7.3洞门截排水设计-64-7.4洞顶截水天沟设计-64-7.5隧道复合式衬砌防水设计-65-7.6洞内防排水设计-65-7.7变形缝和施工缝处理-66-7.8洞内外排水衔接-66-7.9治水过程中的环境问题-66-第八章施工组织设计-67-8.1工程概况-67-8.2预定目标承诺-67-8.3编制说明-67-8.4工程施工总体部署-68-8.4.1施工原则-68-8.4.2施工主要对策-68-8.5施工指导思想-69-8.6隧道工程的施工顺序-69-8.7工程质量和工期的保证措施-69-8.7.1质量保证措施-69-8.7.2工期保证措施-71-8.8质量、安全保证体系-71-8.8.1质量保证体系-71-8.8.2安全保证体系-72-8.9施工方案和施工方法-72-8.9.1工程区段的划分-72-8.9.2具体施工方法-72-8.9.3钻爆施工-73-8.9.4劳动力安排-74-8.9.5洞内装饰-74-8.10隧道防坍预防措施-74-第九章动态设计与信息化施工-76-9.1地质预报-76-9.2监控量测-76-9.3隧道动态设计和信息化施工-77--80- 第十章结论-78-参考文献-79-致谢-80--80- 第一章工程概述1.1工程地质条件1.1.1地形地貌隧道位于宿豫县蔡集桥乡玉皇村西100m处，进口桩号K42+160，出口桩号K42+295，隧道全长135m。隧址区属中低山地貌，隧道进口段基岩直接出露。山坡坡度20°～30°，地面标高在255.00～293.50m之间，相对高差38.50m。山脊走向与等高线基本垂直，山脊上部较陡，下部较缓；进口较缓，出口较陡。1.1.2地层岩性隧址区分布的地层主要为白垩系上统（K2）细沙岩夹薄层泥岩。黄褐色—棕红色，泥质—细粒结构，厚度状构造。全-强风化岩体，节理裂隙不发育，呈微张状，岩体呈块状-碎石状；弱风化岩体，节理不发育，呈闭合状，岩体呈巨块状。1.1.3区域地质构造隧址区属秦岭构造带东段，段裂构造不发育。岩层产状17°∠18°，洞走向与岩层走向夹角为1°。见有一组节理，产状为：325°∠68°;平均每米一条。节理等结构面组合易在拱顶及侧壁形成不稳定砌型体。1.1.4地震情况根据1：400万《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），隧址区的地震基本烈度小于VI度；勘探区地震动峰值加速度为0.05g。1.1.5水文地质条件隧址区地下水以基岩裂隙为主，赋水性相对贫乏，主要由大气降水补给，施工期间未见地下水。1.1.6隧道围岩分类隧道围岩类别的划分，原则上按《公路工程地质勘察规范》(JTJ064─98)进行，根据工程地质与水文地质调绘，结合钻探、岩土测试及浅层地震纵波波速值等综合分析，可划分为Ⅱ、Ⅲ、IV类围岩。-80- 在进出洞口段及左线中部，地形条件差、地质条件复杂，洞顶板厚度薄，为第四系冲洪积、残坡积土层及强～弱风化层，受构造作用影响，岩层破碎，呈碎石状压碎结构，施工建设条件差，划分为Ⅱ类围岩；块石碎石状结构状页岩，划分为Ⅲ类围岩；在洞身顶覆盖层较厚段，为强～微风化页岩，岩体相对完整，呈块状砌体结构，划分为Ⅳ类围岩。1.1.7围岩物理力学性质指标依据《公路工程地质勘察规范》(JTJ064─98)附录F，现推荐各类围岩的物理力学性质指标表表1.1各类围岩的物理力学性质指标表围岩类别密度（KN/m3）弹性抗力系数KMPa/m弹性模量E（静态）Gpa泊松比μ计算摩擦角φ（°）摩擦系数（圬工与围岩）Ⅰ1.70<100<10.50≤30≤0.25Ⅱ2.00100<20.45310.3Ⅲ2.2020020.35430.3Ⅳ2.5050050.30550.5Ⅴ2.701200200.20670.61.2工程地质评价1、右线进出洞口稳定性评价进洞口段岩体均为全—强风化细砂岩。风化强烈，裂隙较发育，稳定性较差，出口处围岩顶板较薄，开挖施工不当易坍塌，地表水易渗入洞。（1）主洞围岩稳定性评价洞身围岩主要划分为II、III类围岩。II类围岩稳定性差，洞室施工拱部支护不当时，易产生打坍塌及侧壁失稳现象，雨季有降水渗入时，有滴水现象及局部有线状水流渗入。III类围岩节理裂隙等结构面组合易在拱顶及侧壁形成不稳定楔形体，围岩稳定性一般，洞室施工拱部支护不当时，可能发生坍塌，侧壁有时失去稳定性，属弱透水层，岩体中可出现滴水现象（一般渗流）。（2）围岩特征全—强风细化沙夹泥岩，节理裂隙较发育，多呈微张状，局部泥质充填，呈碎石状松散结构—块石状镶嵌结构。RQD=60%。1.3隧道设计说明设计标准及遵循规范-80- 1.本隧道所处路段为双向两车道高速公路，隧道建筑限界按100km/h行车速度确定。2.本隧道施工图设计按初步设计批复意见进行优化。3.地质资料采用《垄溪隧道工程地质勘察报告》4.遵循规范《公路隧道设计规范》JTGD70-2004；《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999；《公路工程技术标准》JTJ001-97。《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89《锚喷混凝土支护技术规范》GBJ86-85《地下工程防水技术规范》GB50108-2001《建筑灭火器配置设计规范》GBJ140-90《建筑电气设计技术规范》JGJ16-83《电气装置安装工程施工及验收规范》GB50254-96~GB50259-96-80- 第二章隧道整体设计2.1一般规定与设计原则2.1.1一般规定隧道设计应满足公路交通规划的要求，其建筑限界、断面净空、隧道主体结构以及通风、照明等设施，应按《公路工程技术标准》进行设计。当近期交通量不大时，可采取一次设计分期修建。2.1.2设计原则（1）在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上，综合比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。（2）地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向，以避免不良地质地段；长隧道的位置亦尽可能避开不良地质地段，并与隧道的走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。（3）根据公路等级和设计速度的确定车道数和建筑限界。在满足隧道功能和结构良好的情况下，确定经济合理的断面内轮廓。（4）隧道内外平、纵线形应协调，以满足行车的安全、舒适要求。（5）根据隧道长度、交通量及其构成、交通方向以及环保要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交通监控等要点设施的设置规模。必要时特长隧道应做防火专项设计。（6）应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和营运要求，对隧道内外排水系统、消防结合系统、辅助通道、弃渣处理、管道设施、交通工程措施、环境保护等作综合考虑。（7）当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。2.2隧道横断面设计原则隧道横断面设计原则如下所示：（1）隧道限界高度高速公路、一级公路、二级公路取5m；三、四级公路取4.5m。（2）余宽设置当设置检修道和人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应设不小于25cm的余宽。-80- （3）隧道路面横坡当隧道为单向交通时，应取单面坡，当隧道为双向交通时，可取双面坡，坡度应根据隧道的长度，平、纵线形等因素综合分析确定，一般可采用1.5%─2.0%。当路面采用单面坡时，建筑限界底边线应与路面重合；当采用双面坡时，建筑限界底边线应水平置于路面最高处。（4）单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路修建。（5）隧道内轮廓设计隧道内轮廓设计除了应满足隧道限界的规定外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰的要求，并为通风、照明、消防、监控管理等设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量，使确定的断面形式及尺寸符合安全经济、合理的原则。（6）公路隧道的建筑限界公路隧道的建筑限界，不仅要提供汽车行驶的空间，还要考虑汽车行驶的安全、快捷、舒适和防灾，因此要求设计中应充分研究各种车道的与公路设施之间所处的空间关系，任何部件（包括通风、照明、安全、监控和内装饰等附属设施）均不得侵入隧道建筑限界之内。2.3隧道建筑限界图2.1公路隧道建筑限界（单位：cm）玉皇隧道为单向双车道，设计时速为100km/h，如上图2.1，根据的有关规定：隧道建筑限界高度：H=5.0m；修道高度：m；车道宽度：m；左侧向宽度：m；右侧向宽度：m；左顶角宽度：m；右侧向宽度：m；检修道左侧：m；检修道右侧：m；路面坡度：；隧道建筑限界净宽：m。-80- 2.4隧道衬砌内轮廓设计根据《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）规定，隧道的内轮廓拱部为单心半圆=570cm，侧墙为大半径圆弧=820cm，仰拱圆弧半径=1500cm，仰拱与侧墙间用一个小半径圆弧连接=100cm。两车道的100km/h标准内轮廓图如图2.2，详图见设计A3图纸1。图2.2两车道的100km/h标准内轮廓图（有仰拱）-80- 第三章洞门设计3.1洞口地质条件隧道入口，基岩直接出露，进出口洞口段，地形条件差，地址条件复杂，洞顶厚度薄，为第四系冲洪积、残坡积土层及强—弱风化层，受构造影响，岩层破碎，呈碎石状压碎结构，施工建设条件差，划分为II类围岩；块石碎石状结构状页岩，划分为III类围岩；进口段岩体均为全—强风化细砂岩。风化强烈，裂隙较发育，稳定性较差；出口段围岩顶板较薄，开挖施工不当易坍塌，地表水易渗入洞。所用洞门应洞门处仰坡应注意防护措施，边坡采用锚固处理。3.2洞门的设计方案3.2.1洞门形式的选择本隧道按分类玉皇隧道右线属短隧道，基本服从于路线走向，路线与地形等高线基本正交，洞门按受力结构设计。洞门形式结合实际地形、地质情况选定。根据洞门所处地段的地形地貌及工程地质条件，遵从“早进洞，晚出洞”的设计原则，并考虑洞门的实用、经济、美观等因素，因此本隧道使用端墙式洞门。端墙式洞门简图见图3.1。图3.1端墙式洞门简图3.2.2洞门构造要求按《公路隧道设计规范》（JTG-2004），洞门构造要求为：-80- （1）洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0m，洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m。（2）洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按计算或结合其他工程类比确定。（3）洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地基及地形条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不小于0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m。基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。（4）松软地基上的基础，可采取加固基础措施。洞门结构应满足抗震要求。3.2.3验算满足条件采用挡墙式洞门时，洞门墙可视为挡土墙，按极限状态验算，并应验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。验算时应符合表3.1和表3.2（《公路隧道设计规范》JTG－2004）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。表3.1洞门墙设计参数仰坡坡率计算摩擦角容重基底摩擦系数基底控制压应力(Mpa)1：0.570250.600.801：0.7560240.500.601：150200.400.40~0.351：1.2543~45180.400.30~0.251：1.538~40170.35~0.400.25表3.2洞门墙主要验算规定墙身截面荷载效应值≤结构抗力效应值（按极限状态算）墙身截面荷效应值≤结构抗力效应值(按极限状态计算)墙身截面偏心距≤倍截面厚度滑动稳定安全系数≥基底应力σ≤地基容许承载力倾覆稳定安全系数≥-80- 基底偏心距岩石地基≤B/5～B/4；土质地基≤B/6----3.3洞门结构设计计算3.3.1计算参数计算参数如下：（1）边、仰坡坡度1：0.75；（2）仰坡坡角，；（3）地层容重kN/m3（4）地层计算摩擦角；（5）基底摩擦系数0.5；（6）基底控制应力。3.3.2建筑材料的容重和容许应力（1）端墙的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为MU100，水泥砂浆的强度等级为M10。（2）容许压应力，重度。3.3.3洞门各部尺寸拟定根据《公路隧道设计规范》（GTJ-2004），结合洞门所处地段的工程地质条件，拟定洞门端墙高度：，其中基底埋入地基的深度为1.0m，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1m，洞门墙顶高出仰坡坡脚1m，墙厚1.5m，设计仰坡1：0.75具体见图3.1。3.4洞门验算3.4.1洞门土压力计算根据《公路隧道设计规范》（JTG－2004），洞门土压力计算图示具体见图3.2。-80- 图3.2洞门土压力计算图最危险滑裂面与垂直面之间的夹角：（3.1）式中：围岩计算摩擦角；洞门后仰坡坡角；洞门墙面倾角。代入数值可得：故：。根据《公路隧道设计规范》（JTG－2004），土压力为：（3.2）-80- 式中：土压力；地层重度；侧压力系数；墙背土体破裂角；洞门墙计算条带宽度，取b=1m；土压力计算模式不确定系数，可取。把数据代入各式，得：由三角函数关系可得：。洞门土压力：式中：δ--墙背摩擦角δ=。3.4.2抗倾覆验算端墙计算简图如图3.3所示，挡土墙在荷载作用下应不致绕墙底脚O点产生倾覆时应满足下式：（3.3）式中：倾覆稳定系数，1.6；全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩；-80- 全部水平力对墙趾O点的稳定力矩。图3.3端墙计算简图由图3.3可知：墙身重量：kN；kN·mkN·m。代入式（3.3）得：（满足要求）3.4.3抗滑动验算对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性：（3.4）式中：滑动稳定系数；作用于基底上的垂直力之和；墙后主动土压力之和，取；-80- F—基底摩擦系数，取f=0.5。由图3.3可知：（满足要求）3.4.4基底合力偏心矩验算设作用于基底的合力法向分力为，其对墙趾的力臂为，合力偏心距为，则：合力在中心线的右侧。计算结果满足要求。MPa，计算结果满足要求。3.4.5墙身截面偏心矩及强度验算（1）墙身偏心矩（3.5）式中：计算截面以上各力对截面型心力矩的代数和；作用于截面以上垂直力之和。将数据代入墙身偏心矩的公式，得可：，计算结果满足要求。（2）应力-80- （3.6）（满足要求）3.5洞口边坡锚固设计根据工程类比法对洞口边坡进行锚固处理，加固方案为锚杆、钢网、喷射混凝土的复合式锚固，参数为：喷射的混凝土10cm;选用ф8钢筋网、间距为20m20cm；选用Φ504注浆小导管，长4.0m，按梅花形布置，间距120cm120cm。-80- 第四章隧道洞身初期支护设计4.1支护形式的选择及参数确定由于该隧道为高速公路隧道，隧道洞口围岩级别为Ⅳ，V级，隧道洞身围岩为V、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ级围岩，其中V、Ⅳ围岩一般无自稳能力成洞条件差易发生忠大塌方，Ⅲ级围岩自稳能力差成洞条件差，易诱发小塌方，Ⅱ级围岩属硬质岩稳定性好，Ⅳ、Ⅴ级围岩初期支护为主要承载结构和二次衬砌与之共同承载，按承载结构设计。Ⅲ、Ⅱ类围岩由初期支护受力，二次衬砌按构造要求设计，作为安全储备。根据公路使用要求，隧道围岩地质条件和施工条件，按照按照《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）中衬砌结构设计规定，按新奥法原理设计，该公路隧道应采用复合式衬砌，即由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式，其中初期支护采用喷、锚、网、钢架支护。4.2Ⅳ、Ⅴ级围岩的初期支护设计4.2.1隧道的宽度与高度确定mm式中：-拱部圆弧半径；d—衬砌厚度预估为0.7m；e—预留变形量取为0.1m；路面至起拱线的高度（无仰拱时）、衬砌内轮廓净高（有仰拱时）。4.2.2判断隧道深、浅埋（1）V级围岩深埋和浅埋的分界，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。荷载等效高度计算公式如下：（4.1）式中：隧道深浅埋的分界高度；等效荷载高度，；垂直均布压力（kN/m3）；-80- 围岩重度kN/m3。在矿山法施工的条件下，Ⅳ-Ⅵ级围岩取；Ⅰ-Ⅲ级围岩取；所以取。（4.2）式中：围岩的级别，；围岩的重度，20kN/m3；宽度影响系数，；隧道宽度，m。以B=5m为基准，B每增加1m时的围岩压力的增减率，当B<5m时，取i=0.2，当B>5m时，取i=0.1。将数据带入式4.2，得：m由于该隧道V级围岩埋深为1.2m～18.5m,所以V级围岩为浅埋（2）IV级围岩深埋和浅埋的分界，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。mm由于该隧IV级围岩埋深为18.5～28.5m,所以IV级围岩为深埋。4.2.3隧道围岩压力计算（1）V级围岩围岩压力计算按照《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）中规定，浅埋隧道荷载分下述两种情况分别计算：-80- 埋深（H）小于或等于等效荷载高度时，荷载视为垂直均布压力，即：（4.3）式中：垂直均布压力（kN/m2）；隧道上覆围岩容重（kN/m3）；隧道埋深。侧向压力按均布荷载考虑时,（4.4）式中：侧向均布压力（kN/m2）；围岩计算摩擦角；隧道高度（m）。隧道埋深大于小于，见《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）附录E图E.0.2-1，隧道上覆岩体EFHG的重力为W，两侧三棱体或的重力为，未扰动岩体整个滑动土体的阻力为F，当下沉，两侧受阻力或，作用于HG面上的垂直压力总值为：（4.5）图4.1浅埋隧道围岩压力计算三棱体自重为：（4.6）式中：隧道底部到地面的距离（）；破裂面与水平面的夹角（）。据正弦定理可得：-80- （4.7）将式4.6代入式4.7可得：式中：侧压力系数；其他符号意义同前。至此，极限最大阻力值可求得。得值后，代入式4-7可求得作用在HG面上的总垂直力：（4.8）由于GC、HD与EG、EF相比往往较小，而且衬砌与土之间的摩擦角也不同，前面分析时按计，当中间土块下滑时，由HF及EG面转递，考虑压力稍大些对设计的结构也偏于安全，因此，摩阻力不计隧道部分而只计洞顶部分，即在计算中用H代替h，这样式4.8为：。由于，所以:（4.9）式中：隧道宽度（m）。换算为作用在支护结构上的均布荷载为：（4.10）作用在支护结构两侧的水平侧压力为：，（4.11）侧压力视为均布压力时：（4.12）-80- 埋深H小于或等于等效荷载高度时，荷载视为垂直均布荷载查得计算参数：kN/m3H=13垂直均布压力MPa侧向压力MPa围岩计算摩擦角，取50°埋深大于小于按上述第二种情况计算，依据《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）查表A.0.4-1得所需数据：，，，m，，。将数据代入上述公式，得：-80- 。（2）IV级围岩围岩压力计算当隧道深埋时，主要的围岩压力为松动压力和形变压力。查得计算参数：kN/m3，m，S=4垂直均布压力式中q为垂直均布压力（kN/m2），γ为围岩重度（kN/m3），h为坍落拱高度（m），按式取。MPae=0.3q=0.043MPa4.3锚喷支护的计算与设计4.3.1计算，，及设计过程中为了简化计算，将隧道看成是圆形洞室，当采用点式锚杆可看成锚杆两端有集中力，假设集中力分布于锚固区锚杆内外两端两个同心圆上如图4.2所示，由此在洞壁上产生的支护附加抗力，而在锚杆内边分布力为，其中为锚杆内端半径。-80- 图4.2隧道锚杆简化分布计算图平衡方程及塑性方程为：（4.13）（4.14）式中：、分别为加锚后的、值，一般可取=、由和锚杆抗剪力折算而得：（4.15）由平衡方程及塑性方程两式得：（4.16）由（4.17）将4.16代入4-17得：（4.18）令锚杆内端点的径向应力为-80- ，并位于塑性区内，则弹塑性区内，则弹塑性界面上有：（4.19）式中：为有锚杆时的塑性区的半径。由此得：（4.20）此外，考虑锚杆内端分布力，则有：（4.21）由4.20、4.21两式得有锚杆时的塑性区半径为：（4.22）当锚杆内端位于塑性区之内，且在松动区之外时，有锚杆时的最大松动半径为：（4.23）当锚杆内端位于松动区时则有：（4.24）有锚杆时洞壁位移：-80- （4.25）（4.26）对于点锚式锚杆，可按锚杆与围岩的共同变形理论获得锚杆的轴力与内外位移：（4.27）（4.28）（4.29）式中：；；；由于锚杆是集中荷载，其围岩变位实际上是不均匀的，在加锚杆的洞壁处位移量最小，如果锚杆设有托板，则锚端还会有局部承压变形，因此在计算锚杆拉力时应乘以一个小于1的安全系数，即：（4.30）其中k与岩质和锚杆间距有关，岩质差时取。-80- 图4.3加锚区与非加锚区洞壁围岩位移比较由Q即能算出，即：（4.31）式中：e、i分别为锚杆的横向和纵向间距。当锚杆有预拉力作用时，则：（4.32）显然，上述式子要求锚杆拉力小于锚杆锚固力。计算时，需要通过试算求出、及，并按下式求出洞壁位移：（4.33）及锚杆拉力：（4.34）全长粘结式锚杆通过砂浆对锚杆的剪力传递而使锚杆处于受拉状态。现在来求对于一般围岩可以认为锚杆与围岩具有共同的位移，而略去围岩与锚杆间的相对变形，显然，锚杆轴力沿全长是不均匀的，锚杆中存在一中性点，该点的剪应力为零，两端锚杆受有不同方向的剪力，中性点上锚杆拉应力即轴力最大，在锚杆两端为零。锚杆轴力与位移如图4.4所示：-80- 图4.4锚杆内力及位移分布考虑锚杆上任意一点的位移为：（4.35）当（4.36）当（4.37）当-80- （4.38）当（4.39）式中：为锚杆最大轴力出的半径，此处剪力为零。由此计算得锚杆最大轴力为：（4.40）为简化计算可用等效力来代替，由此可将按两种锚杆轴力图的面积等效，求得：（4.41）由此得：（4.42）4.3.2V级围岩段锚喷支护设计（1）设计参数的确定由4.10可知，V级围岩压力MPa,考虑到在初期支护时会遇到各种偶然的因素，如地震的影响，温差的变化，雨季时水的影响等，取4.0MPa，并根据《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）表A.0.4-1得MPa，，MPa。-80- ，设计时为了简化计算，将隧道看成圆形洞室，根据隧道内轮廓和建筑限界，设m，m，m锚杆的间距m，m锚杆的直径采用，，m2弹性模量MPa，抗拉强度MPa，抗剪强度MPa，安全系数k=0.6,喷层混凝土采用，,弹性模量MPa，无锚杆时的初始围岩位移取围岩预留变形的0.3倍，所以m，有锚杆时的隧道位移m。（2）计算，，由公式4.39得：由公式4.42得：-80- 由公式4.22得有锚杆的塑性区半径将，,,代入通过Excel表格试算得：，将带入，，的表达式反求出，，。洞壁位移为：（3）锚杆的设计与计算为让锚杆充分发挥作用，应使锚杆应力尽量接近锚杆的抗拉强度，并有一定的安全系数。-80- （4.43）锚杆的抗拉安全系数应在1~1.5之间。（满足要求）按本法计算，锚杆有一个最佳长度，在这一长度时将使喷层受力最小。为防止锚杆和围岩一起塌落，锚杆的长度必须大于松动区厚度，而且有一定的安全度，即要求：。（4.44）代入数据得：（满足要求）锚杆间距e，i应满足下列要求：，（4.45）（满足要求）此条件能保持锚杆有一定的实际的加固区厚度，并防止锚杆间的围岩发生塌落，此外的合理选择还应使喷层具有适当的厚度，这样才能发挥喷层作用。（4）喷层的设计与计算喷层除作为结构要起到承载作用外，还要求向围岩提供足够的反力，以维持围岩的稳定性，为了验证围岩的稳定，需要计算最小的抗力以及围岩的稳定性安全系数-80- ，松动区内滑体的重力为：（4.46）又有：（4.47）代入（4.46）得:（4.48）要求的值应在2~4.5之间。（满足要求）作为喷层的强度校核，要求喷层内壁切向应力小于喷层混泥土抗压强度，按厚壁筒理论有：（4.49）式中：；为喷层混凝土抗压强度设计值；为喷射混凝土内壁半径。（满足要求）喷层厚度t：(4.50)式中：为喷层安全系数取1.5。-80- m即，cm<25cm。（满足要求）4.3.3IV级围岩段锚喷支护设计（1）设计参数的确定IV级围岩压力，考虑到在初期支护时会遇到各种偶然的因素，如地震的影响，温差的变化，雨季时水的影响等，取：2，并根据《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）表A.0.4-1得。=0.35，设计时为了简化计算，将隧道看成圆形洞室，根据隧道内轮廓和建筑限界，设，锚杆的间距m，m锚杆的直径采用，m2，弹性模量MPa，抗拉强度MPa，抗剪强度MPa，安全系数k=0.8，喷层混凝土采用，弹性模量，,抗压强度设计值无锚杆时的围岩，有锚杆时的隧道位移m。。（2）计算，，-80- 由公式4.22得：由公式4.22得无锚杆的塑性区半径：代入参数，通过试算得：，将带入，，的表达式反求出，，。洞壁位移为：（3）锚杆的设计与计算为让锚杆充分发挥作用，应使锚杆应力尽量接近锚杆的抗拉强度，并有一定的系数。（4.34）-80- 锚杆的抗拉安全系数应在1~1.5之间。（满足要求）按本法计算，锚杆有一个最佳长度，在这一长度时将使喷层受力最小。为防止锚杆和围岩一起塌落，锚杆的长度必须大于松动区厚度，而且有一定的安全度，即要求：。（4.35）代入数据得：（满足要求）锚杆间距e，i应满足下列要求：，（4.36）（满足要求）此条件能保持锚杆有一定的实际的加固区厚度，并防止锚杆间的围岩发生塌落，此外的合理选择还应使喷层具有适当的厚度，这样才能发挥喷层作用。（4）喷层的设计与计算喷层除作为结构要起到承载作用外，还要求向围岩提供足够的反力，以维持围岩的稳定性，为了验证围岩的稳定，需要计算最小的抗力以及围岩的稳定性安全系数，松动区内滑体的重力为：-80- 通过试算得：要求的值应在2~4.5之间。（满足要求）作为喷层的强度校核，要求喷层内壁切向应力小于喷层混泥土抗压强度。按厚壁筒理论有：式中：；为喷层混凝土抗压强度设计值；为喷射混凝土内壁半径。（满足要求）喷层厚度t：式中为喷层安全系数取1.5。-80- 即，（满足要求）4.3.4构造要求该隧道锚杆设计采用全长粘结型锚杆，沿隧道开挖轮廓线径向布置，设计为按梅花型方式布置。考虑该隧道为高速公路隧道，隧道围岩地质条件和施工条件，按《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）设计喷射混凝土内布置钢筋网。由于本隧道的围岩分级为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级。考虑到Ⅴ级围岩破碎成洞条件差，采用钢拱架支护具体见表4.1。4.1初期支护参数表项目单位围岩级别ⅤⅣ喷射混凝土C20混凝土cm2515径向锚杆直径mmφ22φ22长度cm400300锚杆布置cm100×100120×120钢筋网直径mmφ8φ8钢筋布置cm20×2020×20钢拱架类型--I18--间距cm80---80- 第五章二衬设计计算隧道二次衬砌的设计与内力采用理正隧道衬砌计算软件计算，利用程序计算结果进行配筋计算及验算。隧道二衬按曲墙式衬砌进行计算，计算过程及结果如下。5.1Ⅴ级围岩二衬受力计算与配筋设计计算模型如图5.1所示。计算简图[计算条件]-80- [基本参数]规范标准：水工砼规范SL/T191-96承载能力极限状态：1.0正常使用极限状态：1.0设计状况系数：1.00衬砌断面类型：三心圆拱形(地铁)每段计算的分段数：10计算迭代次数：10抗力验证要求：高[衬砌参数]底部半宽：5.925(m)底拱半径：15.225(m)底拱半中心角：18.981(度)底拱厚度：0.450(m)侧墙高度：2.000(m)侧墙厚度：0.450(m)顶拱半径：5.925(m)顶拱厚度：0.450(m)底拱围岩弹抗系数：150.000(MN/m3)侧墙围岩弹抗系数：150.000(MN/m3)顶拱围岩弹抗系数：150.000(MN/m3)衬砌的弹性模量：29500.000(MPa)[荷载参数]底部山岩压力(侧)：0.000(kN/m)底部山岩压力(中)：0.000(kN/m)侧向山岩压力(上)：39.000(kN/m)侧向山岩压力(下)：56.000(kN/m)顶部山岩压力(侧)：353.000(kN/m)顶部山岩压力(中)：353.000(kN/m)内水压力水头：0.000(m)外水压力水头：0.000(m)衬砌容重：23.000(kN/m3)[荷载组合参数]编号荷载名称是否计算分项系数1衬砌自重√1.002顶岩压力√0.80-80- 3底岩压力〤1.004侧岩压力√0.80[配筋参数]对称配筋：是混凝土等级：C25纵筋等级：Ⅱ级(fy=310kPa,fyk=335kPa)箍筋计算：计算箍筋等级：Ⅰ级(fy=210kPa,fyk=235kPa)箍筋间距：250(mm)配筋计算as：50(mm)配筋调整系数：1.00裂缝计算：计算采用的荷载效应组合：长期效应组合最大裂缝宽度允许值：0.40(mm)单侧钢筋：4D36砼保护层厚度：40(mm)-80- [内力配筋计算]计算结论:经过4次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!侧底圆角(从右向左等分10段):0-2353.729745.576-106.326-1.5906.8220.1931.0800.0896.6满足1-2435.210636.101-229.810-2.4907.1600.1851.1800.0583.8满足2-2502.147525.629-333.665-3.4247.3520.1721.1810.1348.8满足3-2554.558411.952-417.524-4.3737.3800.1551.11842.9348.8满足4-2592.190292.396-480.582-5.3157.2310.1341.12617.1348.8满足5-2614.451164.007-521.525-6.2286.8980.1111.03117.2348.8满足6-2620.36523.749-538.503-7.0886.3820.0871.03321.2348.8满足7-2608.562-131.277-529.133-7.8735.6860.0620.93200.6348.8满足8-2577.291-303.601-490.541-8.5614.8240.0390.72721.1348.8满足9-2524.467-495.149-419.452-9.1323.8150.0180.61844.8348.8满足10-2447.749-707.008-312.319-9.5702.6830.0010.4800.0786.4满足侧墙(从底向上等分10段):0-2447.749-707.008-312.319-9.5702.6830.0010.4800.0786.4满足1-2445.679-616.278-180.000-9.6062.663-0.0110.4800.0527.2满足2-2443.609-526.748-65.724-9.6432.611-0.0180.4800.0348.8满足3-2441.539-439.07730.826-9.6802.547-0.0180.4800.0348.8满足4-2439.469-353.357110.040-9.7172.488-0.0150.4800.0348.8满足5-2437.399-269.212172.277-9.7542.448-0.0070.4800.0348.8满足6-2435.329-185.885217.781-9.7902.4400.0030.4800.0348.8满足7-2433.259-102.332246.617-9.8272.4690.0150.4800.0348.8满足-80- 8-2431.189-17.309258.617-9.8642.5430.0280.4800.0348.8满足9-2429.11970.538253.352-9.9002.6620.0410.4800.0348.8满足10-2427.049162.580230.122-9.9372.8260.0530.4800.0348.8满足侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):0-2427.049162.580230.122-9.9372.8260.0530.4800.0348.8满足1-2430.336182.076149.232-10.2332.5650.0760.4800.0348.8满足2-2423.644189.89462.409-10.5132.4240.0890.4800.0348.8满足3-2406.797194.151-27.024-10.7842.3230.0910.3800.0348.8满足4-2380.286196.978-118.143-11.0452.1740.0820.3800.0348.8满足5-2344.782194.307-209.577-11.2891.8910.0620.3800.0348.8满足6-2300.621175.810-296.607-11.5011.3870.0320.2800.0348.8满足7-2247.296125.124-368.281-11.6600.584-0.0080.11161.9348.8满足8-2182.97227.538-404.776-11.740-0.583-0.0540.01574.3348.8满足9-2107.585-62.773-395.916-11.711-2.139-0.1020.01492.2348.8满足10-2024.126-135.512-349.083-11.542-4.068-0.1470.0998.9348.8满足顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):0-2024.126-135.512-349.083-11.542-4.068-0.1470.0998.9348.8满足1-1935.808-190.000-272.631-11.206-6.312-0.1840.0800.0348.8满足2-1845.883-226.096-175.107-10.680-8.784-0.2110.0800.0348.8满足3-1757.557-244.197-64.999-9.952-11.375-0.2250.0800.0348.8满足4-1673.900-245.22349.514-9.017-13.963-0.2260.0800.0348.8满足5-1597.767-230.587160.797-7.880-16.422-0.2140.0800.0348.8满足6-1531.718-202.149261.977-6.556-18.630-0.1880.0800.0348.8满足7-1477.948-162.166347.143-5.071-20.475-0.1520.01321.1348.8满足8-1438.233-113.224411.513-3.456-21.865-0.1060.02070.4348.8满足-80- 9-1413.872-58.164451.570-1.751-22.728-0.0550.02537.2348.8满足10-1405.6630.000465.1640.000-23.0200.0000.02695.7348.8满足[配筋结果]衬砌内侧纵筋最大面积As=3321.2mm2，外侧纵筋最大面积As1=3321.2mm2；纵筋面积总和As=6642.5mm2。箍筋最大面积Av=896.6mm2。截面尺寸抗剪验算：满足。注:此处纵筋即为受力筋。-80- ----------------------------------------------------------------------[裂缝计算]----------------------------------------------------------------------计算结论:经过4次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!轴向力弯矩围岩抗力实配钢筋裂缝宽度拉筋应力NkMk(单侧)Wmaxstress(kN)(kN.m)(kPa)(mm)(MPa)底拱(从中心向左等分10段):0-2399.6393.3160.0984D36------1-2398.50512.1510.0994D36------2-2395.11038.5680.1004D36------3-2389.50981.8820.1094D36------4-2381.874139.6890.1304D36------5-2372.616206.0080.1754D36------6-2362.550268.8300.2554D36------7-2353.072307.3530.3794D36------8-2346.327289.4570.5544D36------9-2345.299170.3310.7764D36------10-2353.729-106.3261.0234D36------侧底圆角(从右向左等分10段):0-2353.729-106.3261.0234D36------1-2435.210-229.8101.0744D36------2-2502.147-333.6651.1034D36------3-2554.558-417.5241.1074D36------4-2592.190-480.5821.0854D36------5-2614.451-521.5251.0354D36------6-2620.365-538.5030.9574D36------7-2608.562-529.1330.8534D36------8-2577.291-490.5410.7244D36------9-2524.467-419.4520.5724D36------10-2447.749-312.3190.4024D36------侧墙(从底向上等分10段):0-2447.749-312.3190.4024D36------1-2445.679-180.0000.3994D36------2-2443.609-65.7240.3924D36------3-2441.53930.8260.3824D36------4-2439.469110.0400.3734D36-------80- 5-2437.399172.2770.3674D36------6-2435.329217.7810.3664D36------7-2433.259246.6170.3704D36------8-2431.189258.6170.3814D36------9-2429.119253.3520.3994D36------10-2427.049230.1220.4244D36------侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):0-2427.049230.1220.4244D36------1-2430.336149.2320.3854D36------2-2423.64462.4090.3644D36------3-2406.797-27.0240.3484D36------4-2380.286-118.1430.3264D36------5-2344.782-209.5770.2844D36------6-2300.621-296.6070.2084D36------7-2247.296-368.2810.0884D36------8-2182.972-404.7760.0004D36------9-2107.585-395.9160.0004D36------10-2024.126-349.0830.0004D36------顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):0-2024.126-349.0830.0004D36------1-1935.808-272.6310.0004D36------2-1845.883-175.1070.0004D36------3-1757.557-64.9990.0004D36------4-1673.90049.5140.0004D36------5-1597.767160.7970.0004D36------6-1531.718261.9770.0004D36------7-1477.948347.1430.0004D360.22129.28-1438.233411.5130.0004D360.28169.09-1413.872451.5700.0004D360.33195.010-1405.663465.1640.0004D360.34204.0注:裂缝结果中"---"表示按规范对于e0/h0<=0.55的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。-80- 变形图（设计值）变形图（标准值）单位：mm单位：mm抗力分布图（设计值）抗力分布图（标准值）单位：kPa单位：kPa轴力图（设计值）轴力图（标准值）单位：kN单位：kN-80- 剪力图（设计值）剪力图（标准值）单位：kN单位：kN弯矩图（设计值）弯矩图（标准值）切向位移图（设计值）切向位移图（标准值）-80- 法向位移图（设计值）法向位移图（标准值）转角位移图（设计值）转角位移图（标准值）5.2Ⅳ级围岩二衬受力计算与配筋设计Ⅳ级围岩二衬受力计算模型如下：-80- [计算简图]---------------------------------------------------------------------[计算条件]----------------------------------------------------------------------[基本参数]规范标准：水工砼规范SL/T191-96承载能力极限状态：1.0正常使用极限状态：1.0设计状况系数：1.00衬砌断面类型：三心圆拱形(地铁)每段计算的分段数：10计算迭代次数：10抗力验证要求：高[衬砌参数]-80- 底部半宽：5.875(m)底拱半径：15.175(m)底拱半中心角：18.981(度)底拱厚度：0.350(m)侧墙高度：2.000(m)侧墙厚度：0.350(m)顶拱半径：5.875(m)顶拱厚度：0.350(m)底拱围岩弹抗系数：350.000(MN/m3)侧墙围岩弹抗系数：350.000(MN/m3)顶拱围岩弹抗系数：350.000(MN/m3)衬砌的弹性模量：29500.000(MPa)[荷载参数]底部山岩压力(侧)：0.000(kN/m)底部山岩压力(中)：0.000(kN/m)侧向山岩压力(上)：43.000(kN/m)侧向山岩压力(下)：43.000(kN/m)顶部山岩压力(侧)：142.000(kN/m)顶部山岩压力(中)：142.000(kN/m)内水压力水头：0.000(m)外水压力水头：0.000(m)外水压力折减系数()：0.400顶拱灌浆压力：0.000(kPa)顶拱灌浆压力作用范围角：60.000(度)其它段灌浆压力：0.000(kPa)衬砌容重：23.000(kN/m3)[荷载组合参数]编号荷载名称是否计算分项系数1衬砌自重√1.002顶岩压力√0.603底岩压力〤1.004侧岩压力√0.605内水压力〤1.006外水压力〤1.007顶部灌浆压力〤1.008其余灌浆压力√1.00[配筋参数]-80- 对称配筋：是混凝土等级：C25纵筋等级：Ⅱ级(fy=310kPa,fyk=335kPa)箍筋计算：计算箍筋等级：Ⅰ级(fy=210kPa,fyk=235kPa)箍筋间距：250(mm)配筋计算as：50(mm)配筋调整系数：1.00裂缝计算：计算采用的荷载效应组合：长期效应组合最大裂缝宽度允许值：0.40(mm)单侧钢筋：4D16砼保护层厚度：40(mm)-80- [计算结果][内力配筋计算]计算结论:经过5次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!轴向力剪力弯矩切向位移法向位移转角围岩抗力单侧纵筋箍筋面积抗剪验算NQMUVWAsAv(kN)(kN)(kN.m)(mm)(mm)(度)(kPa)(mm^2)(mm^2)底拱(从中心向左等分10段):0-684.6930.000-2.1050.0000.1540.0000.1600.0294.1满足1-684.4140.105-2.154-0.0380.150-0.0010.1600.0294.1满足2-683.562-0.862-2.031-0.0770.141-0.0010.0600.0294.1满足3-682.085-3.958-0.929-0.1140.125-0.0020.0600.0294.1满足4-679.904-9.9792.446-0.1510.107-0.0010.0600.0294.1满足5-676.928-18.7669.589-0.1880.0930.0000.0600.0294.1满足6-673.104-27.93321.421-0.2240.1030.0040.0600.0294.1满足7-668.524-31.08136.734-0.2600.1640.0120.1600.0294.1满足8-663.582-16.08149.715-0.3000.3110.0240.1600.0294.1满足9-659.18235.15046.895-0.3470.5730.0380.2600.0294.1满足10-656.881142.7854.882-0.4040.9390.0460.3600.0294.1满足侧底圆角(从右向左等分10段):0-656.881142.7854.882-0.4040.9390.0460.3600.0294.1满足1-670.968119.050-17.656-0.5361.0190.0460.4600.0294.1满足2-681.83098.529-36.388-0.6781.0780.0430.4600.0294.1满足3-689.93180.163-51.783-0.8251.1090.0390.4600.0294.1满足4-695.59362.474-64.091-0.9751.1070.0330.4600.0294.1满足-80- 5-698.94343.672-73.279-1.1211.0680.0270.4600.0294.1满足6-699.87021.768-78.984-1.2610.9910.0200.3600.0294.1满足7-698.001-5.309-80.493-1.3890.8750.0120.3600.0294.1满足8-692.692-39.566-76.738-1.5000.7210.0050.3600.0294.1满足9-683.038-82.796-66.322-1.5890.534-0.0020.2600.0294.1满足10-667.905-136.403-47.567-1.6540.318-0.0070.1600.0294.1满足侧墙(从底向上等分10段):0-667.905-136.403-47.567-1.6540.318-0.0070.1600.0294.1满足1-666.295-110.051-22.959-1.6660.285-0.0110.1600.0294.1满足2-664.685-86.362-3.366-1.6790.243-0.0120.1600.0294.1满足3-663.075-65.68711.789-1.6920.200-0.0120.1600.0294.1满足4-661.465-47.91323.104-1.7050.161-0.0100.1600.0294.1满足5-659.855-32.57731.119-1.7180.131-0.0070.0600.0294.1满足6-658.245-18.95836.251-1.7310.113-0.0030.0600.0294.1满足7-656.635-6.16238.757-1.7430.1080.0010.0600.0294.1满足8-655.0256.80738.704-1.7560.1180.0050.0600.0294.1满足9-653.41520.97935.954-1.7690.1420.0090.0600.0294.1满足10-651.80537.34630.166-1.7810.1800.0130.1600.0294.1满足侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):0-651.80537.34630.166-1.7810.1800.0130.1600.0294.1满足1-649.51025.66215.543-1.8240.1650.0180.1600.0294.1满足2-644.21015.2016.236-1.8660.1800.0210.1600.0294.1满足3-636.2669.5480.735-1.9100.2040.0220.1600.0294.1满足4-626.2609.790-3.507-1.9550.2270.0210.1600.0294.1满足5-614.84315.322-9.134-2.0010.2390.0200.1600.0294.1满足-80- 6-602.59223.832-18.131-2.0470.2280.0170.1600.0294.1满足7-589.85130.548-30.890-2.0900.1760.0100.1600.0294.1满足8-576.48527.122-44.813-2.1250.0580.0010.0600.0294.1满足9-561.7028.687-53.301-2.148-0.152-0.0120.0600.0294.1满足10-545.340-7.740-53.379-2.149-0.469-0.0250.0600.0294.1满足顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):0-545.340-7.740-53.379-2.149-0.469-0.0250.0600.0294.1满足1-528.039-20.485-46.725-2.120-0.891-0.0380.0600.0294.1满足2-510.440-29.545-35.042-2.054-1.403-0.0480.0600.0294.1满足3-493.170-35.017-20.012-1.944-1.979-0.0550.0600.0294.1满足4-476.830-37.099-3.249-1.786-2.584-0.0580.0600.0294.1满足5-461.972-36.08213.747-1.581-3.182-0.0570.0600.0294.1满足6-449.092-32.34229.630-1.329-3.734-0.0510.0600.0294.1满足7-438.614-26.32943.244-1.036-4.205-0.0420.0600.0294.1满足8-430.878-18.55653.656-0.710-4.565-0.0300.0600.0294.1满足9-426.135-9.58360.183-0.361-4.791-0.0150.0600.0294.1满足10-424.5370.00062.4060.000-4.8680.0000.0600.0294.1满足[配筋结果]衬砌内侧纵筋最大面积As=600.0mm2，外侧纵筋最大面积As1=600.0mm2；纵筋面积总和As=1200.0mm2。箍筋最大面积Av=294.1mm2。截面尺寸抗剪验算：满足。注:此处纵筋即为受力筋。-80- [裂缝计算]计算结论:经过5次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!轴向力弯矩围岩抗力实配钢筋裂缝宽度拉筋应力NkMk(单侧)Wmaxstress(kN)(kN.m)(kPa)(mm)(MPa)底拱(从中心向左等分10段):0-1068.350-3.2940.0794D16------1-1067.930-3.3690.0784D16------2-1066.644-3.1760.0724D16------3-1064.414-1.4510.0644D16------4-1061.1143.8240.0544D16------5-1056.60314.9820.0474D16------6-1050.80133.4570.0524D16------7-1043.85057.3580.0854D16------8-1036.37077.5980.1654D16------9-1029.77073.1380.3094D16------10-1026.4847.4500.5094D16------侧底圆角(从右向左等分10段):0-1026.4847.4500.5094D16------1-1048.634-27.7700.5534D16------2-1065.791-57.0360.5854D16------3-1078.688-81.0820.6024D16------4-1087.836-100.3010.6014D16------5-1093.438-114.6400.5804D16------6-1095.325-123.5330.5384D16------7-1092.915-125.8600.4754D16------8-1085.196-119.9470.3924D16------9-1070.744-103.6000.2904D16------10-1047.772-74.1880.1734D16------侧墙(从底向上等分10段):0-1047.772-74.1880.1734D16------1-1046.162-35.6080.1544D16------2-1044.552-4.9050.1314D16------3-1042.94218.8300.1074D16------4-1041.33236.5380.0864D16------5-1039.72249.0650.0704D16------6-1038.11257.0680.0594D16-------80- 7-1036.50260.9460.0574D16------8-1034.89260.7990.0624D16------9-1033.28256.4080.0764D16------10-1031.67247.2330.0974D16------侧顶圆角(从侧拱脚向右等分10段):0-1031.67247.2330.0974D16------1-1030.10124.1450.0904D16------2-1023.5709.5570.0984D16------3-1012.6431.0520.1124D16------4-998.245-5.3960.1254D16------5-981.403-13.9750.1324D16------6-963.046-27.8740.1274D16------7-943.752-47.8490.1004D16------8-923.364-70.0590.0374D16------9-900.647-84.0700.0004D16------10-875.265-84.6130.0004D16------顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):0-875.265-84.6130.0004D16------1-848.251-74.3460.0004D16------2-820.639-55.9820.0004D16------3-793.449-32.2070.0004D16------4-767.652-5.6030.0004D16------5-744.14721.4260.0004D16------6-723.73846.7180.0004D16------7-707.11568.4170.0004D16------8-694.83285.0250.0004D16------9-687.29695.4390.0004D16------10-684.75698.9850.0004D16------注:裂缝结果中“---”表示按规范对于e0/h0<=0.55的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。-80- 变形图（设计值）变形图（标准值）单位：mm单位：mm抗力分布图（设计值）抗力分布图（标准值）单位：kPa单位：kPa-80- 轴力图（设计值）轴力图（标准值）单位：kN单位：kN剪力图（设计值）剪力图（标准值）单位：kN单位：kN弯矩图（设计值）弯矩图（标准值）-80- 切向位移图（设计值）切向位移图（标准值）法向位移图（设计值）法向位移图（标准值）-80- 转角位移图（设计值）转角位移图（标准值）-80- 第六章钻孔爆破开挖根据该隧道工程地质条件和施工条件，隧道洞身开挖采用爆破开挖，爆破方式采用光面爆破。光面爆破施工，可以减少对围岩的扰动，增强围岩的自承能力，特别是在不良地质条件下效果更为显著，不仅可以减少危石和支护的工程量，而且保证了施工的安全；由于光面爆破使开挖面平整，岩石无破碎，减少了裂隙，这样可以大大减少超欠挖量。不但减少出碴量，而且还很大程度的减少了支护的工作量，从而降低成本，加快了施工进度。光面爆破是新奥法施工的第一要素，实施光面爆破可减弱对围岩的扰动，缩小松动范围，使开挖轮廓圆顺，是保证隧道的工程质量，施工安全的一个关键技术。6.1爆破材料的选取由于目前在隧道爆破施工中一般使用二号岩石硝铵炸药，所以该隧道也使用二号岩石硝铵炸药，选用非电雷管和塑料导爆管做为引爆和传爆的材料。因为塑料导爆管具有：抗电、抗火、抗水、性能好；起爆和传爆性能稳定，甚至扭转、局部断药、管端对接均能正常传爆；运输和使用过程中抗破坏能力强安全简单，使用方便，价格便宜等，且可作为非危险品运输，由于它不能起爆炸药与非电雷管配合使用。6.2Ⅴ级围岩爆破开挖Ⅴ级围岩以松散层含碎石亚粘土-强风化沙质板岩为主，围岩完整性、稳定性极差，易坍塌。主要采用机械配合人工开挖的方法进行，充分减小对周边围岩的扰动。开挖时采用超短台阶法，上台阶超挖3～5m。6.3Ⅳ级围岩爆破开挖Ⅳ级围岩长台阶法开挖，上下断面均采用光面爆破，一次性爆破施工。上台阶距洞顶高为5.7m6.3.1炮眼直径的确定炮眼直径的大小直接影响凿岩生产率、炮眼数目、炸药量、药分布的均匀度、爆下的岩石块度和隧道壁的平整度均有影响。我国通常将隧道爆破用的炸药制成药卷使用，通常所用的爆破标准药卷规格为，装药尽重为150g，长度为200mm。另有等，在工程中常用不耦合系数-80- 值来控制药卷直径，不耦合系数。值控制在1.1~1.4之间，实际爆破设计时，对掏槽眼及辅助眼应采用较小的值。以提高炸药的爆破效率；对周边眼则采用较大的值。以减小对围岩的破坏。所以取为32mm，D为35.2~44.8mm，取D=40mm。6.3.2炮眼深度的确定炮眼深度是指炮眼底到开挖作业面的垂直距离。合理的炮眼深度，对提高掘进速度和炮眼利用率都有较大影响。随着凿岩，装渣运输设备的改进。目前普遍存在加长炮眼伸度以减少作业循环次数的趋势。(6.1)式中：－每掘进循环的计划进尺数m；－炮眼利用率，一般要求不低于85%。目前较多采用的炮眼深度为1.2~3.5m。所以选取炮眼深度为L=2m，每掘进循环的计划进尺数m。6.3.3炸药消耗量计算爆破一立方米原岩所需得炸药量，称为单位耗药量，通常以q（kg/m3）表示。单位耗药量取决于岩石性质，隧道断面、炮孔直径和深度等因素。一般用以下四中方法确定：（1）单耗药量确定方法①查表，参考定额或有关资料数据表。②参照条件类似的爆破工程炸药消耗成本或矿山单位耗药量的统计值。③通过标准爆破漏斗试验求算。④根据经验公式确定：(6.2)式中：K-常数，对于平巷可取0.25~0.35；f-岩石的坚固性系数，f=6；—巷道断面影响系数，，S为巷道掘进断面面积；—药径影响系数，，d为所用炸药的直径；—炸药爆力系数，，e为所用炸药的爆力。取K=0.3，f=0.6，d=32mm，e=320Ml.。上半断面的面积。-80- 参考表6.2，取。表6.1平巷掘进炸药消耗量确定掘进断面积/m²岩石单轴抗压强度/MPa20~3040~6060~100120~140150~2004~61.051.502.152.642.936~80.891.281.892.332.598~100.781.121.692.042.3210~120.721.011.511.902.1012~150.660.921.361.781.9715~200.640.901.311.671.85＞200.600.861.261.621.80（2）每循环进尺装药量确定（6.3）kg（3）掏槽眼每孔装药量（6.4）式中：桩药系数，掏槽眼取0.6，崩落眼取0.55，周边眼取0.5；卷密度，二号岩石炸药取0.78kg/m；掏槽眼深度。掏槽眼深度应大于其它眼深度15cm~20cm，取20cm。取掏槽眼深度2+0.2=2.2m，kg取为1.03kg。掏槽眼数目取为=4个，则掏槽眼耗药量。（4）周边眼每孔装药量kg周边眼间距由表6.1取为600mm，沿开挖轮廓线均匀布置，算的该断面周长为20015mm，则周边眼数目33个，耗药两。-80- （5）崩落眼的药量：kg崩落眼每孔装药量：崩落眼数目：取为73个应用相同的方法可计算得下半断面的周边眼数目30个，崩落眼个，具体施工参数表如下：图6.1Ⅳ围岩炮眼布置图-80- 第七章隧道防排水设计7.1隧道防排水的一般规定隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。同时，当采取防排水工程措施时，应注意保护自然环境。当隧道内渗漏水引起地表水减少，影响居民生产、生活用水时，应对围岩采取堵水措施，减少地下水的渗漏。7.1.1高速公路隧道防排水规定(1)拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水。(2)有冻害地段的隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结。(3)车行横通道、人行横通道等服务通道拱部不滴水，边墙不淌水。7.1.2隧道内排水规定(1)路面两侧应设纵向排水沟，引排营运清洗水、消防水和其它废水。(2)隧道纵向排水坡宜与隧道纵坡一致。(3)路侧边沟可设置为开口式明沟或暗沟。当边沟为暗沟时，应设沉沙池、滤水蓖，其间距宜为m(4)检修道或人行道的道面应考虑排水，可酌情设的横坡，亦可在墙脚与检修道交角处设宽mm,mm的纵向凹槽，以利道面清洁排水7.1.3路面结构底部排水设施规定(1)路面结构下宜设纵向中心水沟(管)，集中引排地下水。(2)中心水沟(管)断面积应根据隧道长度、纵坡、地下水渗流量，通过水力计算确定。(3)中心水沟(管)纵向应按间距m设沉沙池，并根据需要设检查井。检查井的位置、构造不得影响行车安全，并应便于清理和检查。(4)隧底应设横向导水管，以连接中心水沟(管)与衬砌墙背排水盲管。横向导水管的直径不宜小于mm，横向坡度不应小于2%，其纵向间距应根据地下水量确定，一般可按m设置。当不设隧底中心水沟(管)时，横向导水管的纵向间距不宜小于m。(5)路面底部应设不小于的横向排水坡度。(6)寒冷和严寒地区有地下水的隧道，最冷月份平均气温低于10-80- ℃时，应采用深埋中心水沟;最冷月份平均气温低于25℃时，应在隧道下设防寒泄水隧洞。7.1.4隧道衬砌外排水设施规定(1)在衬砌两侧边墙背后底部应设沿隧道的纵向排水盲管(沟)，其孔径不应小于mm。(2)沿衬砌背后环向应设置导水盲管，其纵向间距不应大于20m，遇水量较大时，环向盲管应加密。对有集中出水处，应单独设竖向盲管。环向盲管、竖向盲管的直径不应小于mm。(3)环向盲管、竖向盲管应一与边墙底部的纵向排水一盲管(沟)连通;纵向排水盲管(沟)应与横向导水管连通，以形成完整的纵横向排水系统。环向盲管、竖向盲管、纵向排水盲管应用无纺布包裹。7.2隧道防水的总体布置隧道防排水采取防、排、截、堵结合的综合治理原则，遵循“多道防水原则”设置了三道防水线（其中第二道防水线是主体）。具体布置如下：第一道防水线：施工开挖后形成的或遇到的涌水裂隙进行注浆封闭，之后进行初期支护。第二道防水线：初期支护与二次模筑衬砌之间设置封闭的防水层。第三道防水线：二次模筑防水混凝土衬砌（抗渗标号不小于S8），并对变形缝及施工缝等做专门防水处理。7.3洞门截排水设计洞门截排水的主要目的是截流洞口边仰坡漫流下来的地表水，防止水流在洞门处下渗或冲刷洞门结构，影响洞门结构安全、行车安全和美观。采取的确主要措施为：在洞门端墙后设置截水沟。截水沟的宽度为m，深m，水沟采用浆砌片石铺砌，厚度为，沟面用沙浆涂抹。洞门仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为m，洞门端强与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶的外缘高度为m，洞门墙顶高出仰坡坡脚m。7.4洞顶截水天沟设计洞顶截水天沟修筑在边坡一定距离外，环抱隧道洞门的截水沟。其主要目的是截断洞口边坡地表水的来源，防止地表水冲刷边、仰坡和洞门区域。水沟采用浆砌片石铺砌，厚度为cm，断面形式为矩形。具体设计如下：(1)天沟设置与仰坡坡顶以外m处，天沟沿等高线向路线一侧或两侧排水。-80- (2)天沟坡度根据地形设置，但不应小于，以免淤积。(3)水沟深度应高于计算水位cm，一般底宽和深度均为cm。(4)天沟长度应使边坡坡面不受冲刷为宜，下游应该将水引到适当地点排泄，避免冲刷山体。7.5隧道复合式衬砌防水设计在初期支护与二次衬砌之间，设置由防水板与无纺布组成的防水层，以防止地下水渗漏进人衬砌内。防水层应采用耐老化、耐细菌腐蚀、易操作且焊接时无毒气的高分子柔性防水卷材。防水板厚度不得小于mm，接缝搭接长度不得小于mm；同时无纺布密度不得小于g/m²。施工过程中，采用高分子柔性防水卷材防水层时，初期支护表面的各种突出物和二次衬砌中预埋的各种构件不能凿穿防水层，必须采用“无钉铺挂”工艺。当无法避免时，该出需作特殊的防水处理。同时，二次衬砌既是隧道结构的重要组成部分，又是隧道防水的屏障。提高混凝土的密实性，既是二次衬砌本身耐久性的要求，也是增强二次衬砌自防水能力的保证。为此，规定二次衬砌混凝土应满足抗渗要求，抗渗等级不得低于。为使混凝土的抗渗等级和抗压强度满足设计要求，施工过程中配合比选择应注意以下几点：第一，水灰比不得大于0.6；第二，水泥用量不得少于kg/m³；第三，砂率应适当提高，并不得低于。其次，防水混凝土衬砌施工时必须采用机械振捣。7.6洞内防排水设计隧道排水系统：环向排水盲管—纵向排水管—横向排水管—路基中央排水管—洞外。沿衬砌背后环向应设置导水盲管，其纵向间距为20m，环向盲管的直径为mm。在衬砌两侧边墙背后底部设沿隧道的纵向排水盲管(沟)，其孔径为mm。环向盲管应与边墙底部的纵向排水一盲管(沟)连通;纵向排水盲管(沟)应与横向导水管连通。环向盲管、纵向排水盲管应用无纺布包裹。路面结构下设纵向中心水沟(管)，集中引排地下水。中心水沟(管)纵向按间距设沉沙池，并根据需要设检查井。检查井的位置、构造不得影响行车安全，并应便于清理和检查。隧底应设横向导水管，以连接中心水沟(管)与衬砌墙背排水盲管。横向导水管的直径为mm，横向坡度为2%，其纵向间距按m设置。同时，路面底部设的横向排水坡度。路面两侧应设纵向排水沟，其纵坡与隧道纵坡一致，以引排营运清洗水、消防水和其它废水。路侧边沟设置为开口式明沟。检修道设的横坡，在墙脚与检修道交角处设宽mm、深mm的纵向凹槽，以利道面清洁排水。-80- 7.7变形缝和施工缝处理在隧道衬砌中，为了使混凝土衬砌满足变形要求，需要设置变形缝；由于施工停顿，也会产生大量的施工缝，这些缝隙构造往往是防水的薄弱环节，往往成为隧道漏水的主要发生位置，故对其进行特殊处理。在变形缝设置止水带，在施工缝设置膨胀橡胶条或者止水带。止水带、膨胀橡胶条应尽量安装在衬砌厚度的中间。止水带安装应平直垂直于工作缝，两端埋设牢固、可靠；膨胀橡胶条在安装前应采取缓膨胀处理措施，避免施工过程中提前膨胀导致防水失败，安装应牢固可靠。7.8洞内外排水衔接(1)洞内外连接水沟应设钢筋混凝土盖板；(2)洞外路基排水边沟至汇水坑以外m范围内，岩石破碎及易风化处要采用浆砌片石铺砌；(3)连接水沟的侧墙应该预留泻水孔，间距为cm；(4)为保证水流通畅，洞内中心排水沟与路基排水边沟连接的斜水沟与线路中心的夹角为，斜水沟采用内径为cm的预制钢筋混凝土圆管，出口设端墙。7.9治水过程中的环境问题(1)过分排泄地下水，导致地下水资源大量流失，使隧道区域的地下水位下降，植被枯死，影响工农业生产以及居民的生活；(2)当洞内地下水具有浸蚀性，如含盐、含碱、含硫、含硫酸根离子时，以及隧道内因施工、冲洗、维修而排出的污泥浊水，可能造成水污染。为防止隧道排水造成环境污染，应采取以下措施：①处理后排水；②排入地下，渗透过滤；③污泥浊水沉淀后排放。-80- 第八章施工组织设计8.1工程概况公路等级：高速公路车道类型：单向双车道设计时速：100km/h围岩类别：ⅴ级围岩隧道类型：曲墙拱隧道支护形式：复合式衬砌洞门类型：端墙式洞门8.2预定目标承诺质量目标:确保本全合同段全部分项工程达到交通部《公路工程质量检验评定标准》(JTJ071-98）中的优良等级，单位工程一次质量检验合格率100%，优良率达90%以上,确保投诉处理率100%。安全目标:消灭因违章施工危及公路行车及以上事故；杜绝职工因工死亡事故，无职工一次负伤5人以上或一次重伤3人以上事故；重伤率控制在0.6‰以下，轻伤率控制在5‰以内。环境保护目标:杜绝重大环境污染责任事故，确保社会、居民投诉及抱怨事件的处理率100%。8.3编制说明编制依据:(1)工程地质勘察报告(2)《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)(3)《公路隧道施工技术规范》(JTJ042-94)(4)《中华人民共和国安全生产法》、《建设工程安全管理条例》等工程建设安全生产管理规定。(5)国家、贵州省现行环境保护、劳动保护的有关法律、法规等。编制原则:-80- 遵循“标准性、可行性、连续性、经济性、安全性、环保性”的六大原则。总体设计思路:以“高起点、高标准、高质量、高效益”为总体目标，精心组织、科学规划。做到开工必优，精益求精，铸造精品工程。8.4工程施工总体部署8.4.1施工原则根据本隧道地质情况和设计特点，结合单位隧道施工技术水平和机械配备情况，以保证工程质量和安全生产为目的，按照新奥法的施工原理进行方案制订和组织施工。在施工中结合设计，积极推广国内外隧道施工新技术，采用大型施工机械设备配套施工。开挖、出碴、喷锚与二次衬砌施工相配合一条龙作业。施工中，坚持“短开挖、少扰动、强支护、实回填、严治水、勤量测”的原则，严禁超挖，及时施作二次衬砌。采用先进的监控量测技术对围岩地质进行超前探测，根据信息反馈拟定相应的施工方案。8.4.2施工主要对策(1)领导重视，质量第一我单位将把该标段施工当成“形象”工程进行组织管理，从全单位中选派具有高级职称、丰富的施工经验、年富力强的人员组成项目管理班子，配备有战斗力的优秀施工队伍，并在施工中把搞好工程质量作为我们工作中的重中之重；以工作质量来保工期和做好环境保护。(2)合理划分管理区段和施工任务，健全各种管理制度该标段工程量大，为此认真分析业主要求、标段设计、工程量、工程特点，按管理学原则结合实际情况，合理划分区段和任务，建立各级组织，健全各种管理制度，使全标段的单位、分部、分项工程均置于组织和管理制度的控制之下。(3)合理选择施工方法、合理进行资源配置，确保按期建成根据标段工程特点合理选择施工方案，并根据标段内工程情况，从人、机、料、法、环出发，上足劳动力，配备先进充分的施工机械，保证材料供应，采用先进的施工工艺，保持整洁、文明的施工场地，保障施工生产顺利开展，确保工程按期优质建成。(4)建立健全各级安全组织和安全制度，保障施工安全认真建立健全各级安全组织和安全制度，将安全责任落实到每个人，使安全生产人人有责任，事事有人管，坚决杜绝各类安全事故的发生。(5)合理安排施工顺序，减少成本投入(6)其它施工对策严格按照设计要求对特殊工程进行处理，保证施工的工程质量。强化环保意识，施工中要充分考虑保护当地的生态环境。-80- 系统考虑，积极联系，在施工中充分考虑沿线当地村民的利益，确保当地老乡的各方面利益不受影响，确保机耕通道、人行道正常通行。认真贯彻国家、当地政府、甲方制定的环境保护法律法规、标准，组织标准化文明施工。8.5施工指导思想(1)科学组织、合理投入、高速优质、不留后患。(2)以四格隧道为核心进行施工队伍组织、机械设备选型配套和各种资源配置。(3)坚持技术先行，对特殊地段的施工尽可能的避开冬季，对重点工程的施工技术进行系统、深入的研究，确保施工方案的先进性、可行性和可靠性。(4)自始至终把“环境保护”工作放在施工过程日常工作中的重要位置，常抓不懈。8.6隧道工程的施工顺序隧道工程根据围岩类别等实际情况采用合理的施工方法。锚喷一次支护，模筑混凝土二次支护，中间设置防水层。防护、排水等附属工程紧跟隧道工程，两者施工间隔不宜过长，保证防护、排水工程在施工中即能起到一定作用，维护隧道工程的安全和稳定。合理安排各分项工程的施工顺序，以提高劳动生产率，加快施工进度。其主要工程的具体施工顺序如下：地质勘察→开挖→出碴→锚喷一次支护→设置防水层→模注二次混凝土→路面工程及附属结构。8.7工程质量和工期的保证措施8.7.1质量保证措施(1)质量目标、方针本工程的质量目标为“确保质量等级优良，保证省部优，争创国优”。质量方针：“永恒追求更好，向顾客提供满意的优质产品”。(2)质量管理组织机构及工程质量管理责任制①质量管理组织机构项目经理部成立“质量管理领导小组”，由项目部经理牵头，项目部总工程师、项目部各有关业务部门人员和各施工队队长、主管工程师和专业工程师参加。同时形成内外贯通、纵横到位的质量管理组织机构。在此基础上形成完善的质量管理体系。②质量管理责任制根据质量创优目标，我部将在中标后建立系统的岗位责任制。-80- (3)建立质量情报信息网络，加强质量管理以质量技术管理网络为基础，建立质量情报信息网络，确定施工管理人员、技术人员、质量检查员为质量信息情报员。项目经理部设专人负责质量管理信息档案管理工作，及时搜集、传递、整理、分类和归档，作为总结前阶段质量管理工作、确定下阶段质量管理目标的辅助基础。质量情报信息的内容有：①进入工地的各种原材料、成品、半成品的质量检查验收情况。②施工组织设计或施工方案、技术交底、图纸会审、设计变更、及有关质量记录情况。③国家和上级部门以及业主和监理工程师颁布的有关工程质量的法规；④械设备、计量测试仪器人员素质等其它影响工程质量的调查记录和处理情况。以上信息的搜集整理，按照责任分工，必须保证其准确性、及时性、可靠性和实用性。(4)保证工程质量的技术组织措施为实现工程一次验收合格率100%、优良率95%以上，确保质量等级优量的质量目标，对本工程实行质量创优责任目标管理、质量目标终身责任制和全面质量管理，日常管理按ISO9002质量体系进行运转，严格执行我部质量体系文件的规定，本着“出手必优、全线创优”原则，严格执行标准。①强化质量教育,增强全员创优意识利用现场质量标语、板报、上质量课、现场分析会、观摩会等多种宣传教育形式，不断强化全员质量意识，使大家认识到质量第一、保证优质工程是企业生存、发展的需要，从而牢固树立“质量第一、信誉第一、用户至上”的观点，调动每个职工创优的积极性和自觉性。②制定创优规划完善质量保证体系③加强组织建设严格质量管理制度健全组织制度，本着“谁主管，谁负责”的原则，行政主管亲自挂帅。建立质量创优领导小组，下属施工队也设相应的质量管理机构；各作业班组设质检员，形成自上而下的质量管理网络。明确各级质检人员实现质量创优目标的任务、责任和权限，并赋予他们验工计价质量签证否决权。④强化计量工作完善检测手段按规定标准设置中心试验室，配齐各种试验设备和计量器具及专职计量检测人员，积极使用先进的检测仪器，严格执行计量设备和器具的检定规程，保证取值的正确性。技术及试验人员要及时深入工地进行计量检测，以保证计量检测数据的真实性和准确性，同时定期对各种计量检测试验器具进行维修、保养，以保证检测精度。⑤坚持标准化管理,严格质量控制-80- 施工中推行全方位的标准化管理。依据国家和交通部现行质量检验的有关规定，制定各种岗位的工作和作业标准。施工中，做到事事有标准，事事依标准；规范施工，对标检查，按标奖罚，用标准规范作业行为。把好材料验收关，严格控制原材料质量。把好操作程序和工序交接关，严格按操作规程施工，工序交接检查要按标准进行，上道工序不合格，下道工序不准施工。把好质量评定关，质量检查评定达不到标准的工程，坚决推倒重来，直到达标为止。⑥突出重点严格质量管理点管理针对本工程的特殊过程和关键工序以及质量关键部位和施工中的薄弱环节，建立质量管理点。根据特点，编制特殊工程施工工艺方案和质量控制方案，实施预测预防，进行超前控制，防患于未然，以保证每一分项工程和每个关键工序控制点的施工质量。8.7.2工期保证措施我部承诺按合同要求按期完工。确定目标后，组织保证就是决定因素，我部将成立由项目经理任组长、项目部及基层施工队有关人员参加的“保证工期领导小组”，健全岗位责任制，制定制度和切实可行的措施保证工程按时完成。具体如下：(1)建立岗位责任制，实施进度监控管理；(2)合理配置资源，满足进度要求；(3)优化施工方案，科学组织施工；(4)开展劳动竞赛，引入竞争机制；(5)加强调度指挥，强化协调力度；(6)做好施工保障工作:①协调好与政府和附近群众的关系，充分利用我部多年国内各地的施工经验，把工作做到前面，以减少对群众的干扰，为施工全面展开创造条件；②细致了解掌握当地水文天气等方面的信息，制定可行的特殊季节施工措施，合理安排施工顺序，落实到位，保证进度；③切实落实施工安全防护措施，以安全保进度；④保证施工质量，避免因反复报检、返工等质量原因影响工程进度，抓质量、促进度是目前保证工期的有效手段；⑤加强设备管理与维护，提高设备的完好率、利用率和施工机械化作业程度；⑥加强材料供应工作，避免因停工待料而影响工期。8.8质量、安全保证体系8.8.1质量保证体系本隧道质量管理保证体系的建立原则为：紧紧围绕质量管理目标制订切实可行的质量创优规划，坚持“以人为本”的观点，通过质量管理及组织、技术保证措施和及时准确的质量管理信息系统，实现项目施工整个过程的质量控制。见＂附录A-80- 质量管理体系框图＂。8.8.2安全保证体系安全是施工生产永恒的主题,它将贯穿施工生产的全过程。依据国家安全生产以及劳动保护与卫生管理等有关法律法规，针对本工程的具体情况和以往安全生产的经验，制定保证施工安全的主要措施，作为项目执行过程中实施安全工作的标准和要求。(1)安全管理组织机构工程实施中，成立以项目经理部经理为主任，副经理和项目总工程师为副主任，项目经理部有关业务部门领导为委员的安全生产委员会；队相应成立安全领导小组，形成安全管理组织体系。以施工安全、人身安全、设备安全为首要职责，层层签订安全包保责任状，严格遵守有关安全生产的法律法规和技术标准，建立健全安全生产管理制度，定期召开安全工作会议，发现问题及时解决。制定安全规划，搞好安全培训，消除事故隐患，把不安全的因素消灭在萌芽状态。(2)实现安全目标的保证措施①建立健全安全生产责任制，做到分工明确，责任到人；②施工人员上岗前必须进行安全教育和培训，强化安全意识。合格后持证上岗。调换工种人员，必须重新进行安全培训；③建立和完善各项安全作业制度和防护措施，使全体施工人员有章可循，有法可依；④认真实施标准化作业，开展安全质量标准工地建设，搞好文明施工；⑤搭设和使用脚手架，严格遵守有关的技术标准和安全技术规程。吊、挂式脚手架使用的钢丝绳和其它绳索，不得有缺陷并满足规定安全系数。升降设备要有可靠的制动装置。8.9施工方案和施工方法洞身开挖是隧道施工的关键工序，本隧道施工方案以新奥法的原理为基础，采用锚喷初期支护，以量测数据为施工依据。开挖采用盾构机,遇见特殊情况时可实施光面爆破。8.9.1工程区段的划分根据本标段工程的工程量并结合施工设计图纸，同时又考虑到业主工期要求，拟将本标段划分为一个区段来施工，具体的划分和施工任务安排如下：第一工区承担四格隧道进口的生产任务；施工区段内隧道工程平行施工，分项工程流水作业。8.9.2具体施工方法-80- (1)施工测量测量是正确施工和安全保证的关键。开工前，首先复测设计中线，并在山顶布设导线网联系进出洞口方向，达到设计精度，进出口高程进行复测闭合，采用统一高程。施工中在洞内布设导线，建立中线与导线互控网络，经常将洞内点引出洞外与导线网联系，进行检测复核。贯通后进行洞内与洞外控制点闭合测量。确保隧道中线精度符合要求。(2)洞口施工先行施作洞顶截水天沟、有效治理地表水，确保边仰坡稳定。边仰坡锚网喷防护应自上而下，随开挖分层及时施作，施工时应特别注意坡顶喷砼防护层与原坡面的衔接，必要时视实际情况防护范围适当上延，防止土石进一步风化引起水土流失，导致锚喷网防护部分失效。(3)洞身施工洞身开挖时务必要做到“少扰动、早支护、勤量测”，初期支护为喷射混凝土加锚杆，锚杆的锚固力不得低于设计和规范确定的抗拔力，锚杆安设后每10m隧道或300根至少作一组锚杆抗拔力试验，每组不少于3根。二次支护为模筑混凝土。为保证混凝土具有良好的密实性、耐久性，达到设计要求的抗压、抗折、抗渗指标，在开工前，严格进行砼配合比的选配，确定最优配合比方案。砼应两侧对称灌注，保证两侧灌注高差不超过1m。砼灌注过程中要注意振捣，防止过捣或漏捣现象出现，保证砼密实，表面光滑，无蜂窝麻面。灌注结束清理现场，及时检修、保养输送泵和清洗管道，以备下循环使用。砼灌注完成后，按规范进行养生。施工中所用钢架在加工过程中须严格按设计要求制作，做好样胎、放线、复核和试拼，并作上号码标记，确保制作精度。每榀钢架安装时,先准确测量定位,放控制桩点,保证其安装的精度符合设计轮廓的要求。钢架应放在牢固的基础上,钢架与围岩应尽量靠近。但应留2～3cm间隙作混凝土保护层。严禁在钢架背后用碎石或块石填充。隧道开挖石碴符合填料要求的纵向调配进行其他工程填筑，不符合填料要求的通过自卸汽车运至碎石加工厂进行破碎后，再行利用。（4）结构防排水:见“第七章隧道防排水设计”。8.9.3钻爆施工(1)在掌子面上划出开挖轮廓线尺寸根据围岩情况，在钻爆前划开挖轮廓线时，考虑施工误差、预留围岩变形等因素，轮廓线外要适当缩小尺寸,并根据爆破后断面尺寸进行调整。(2)保证钻孔质量-80- 炮孔间距符合设计，除周边孔外的其它孔方向应与隧道方向平行，孔底在同一平面上。(3)装药爆破按设计装药，并按顺序传爆。(4)建立人员定位施钻制度对爆破后的断面进行检查，作出超欠挖实测图，进行分析，进行处理，认真分析超欠挖原因以便采取对策，并认真执行奖惩制度。8.9.4劳动力安排隧道工程是本合同段的重点。为确保隧道按期、优质、安全的完成施工，抽调2个专业化隧道施工队伍并对隧道工程实行专业化作业分组，抽调经验丰富、专业性强的人员参加隧道施工，配足人员、设备。洞内劳动力安排如下表“表8.1四格隧道洞口劳动力安排表”.8.9.5洞内装饰(1)瓷砖粘贴①贴瓷砖前先将二次衬砌混凝土表面凿毛，再用高压水冲洗二次衬砌混凝土表面，将污物、粉尘和油烟洗净；②施作基层。挂线检查二次衬砌混凝土面的平整度，每2m间距挂线找平，抹水泥砂浆作瓷砖基层，压平拉毛；③划线分块，搭设工作平台。划线时以瓷砖位置和涂料的分界线为准，向下预排瓷砖位置。施工时，从上向下依次粘贴瓷砖，确保瓷砖上端线顺直；④采用砂浆拌和机就地拌制砂浆，挤浆法粘贴瓷砖，粘贴时应注意保证砂浆强度，砂浆饱满，缝隙横平、竖直，瓷砖表面平整，环向圆顺，颜色一致，强度合格；⑤填缝：面砖交接处用白色水泥砂浆填缝；⑥清理瓷砖面：用抹布将瓷砖表面的砂浆或水泥浆污迹清除，保证瓷砖表面清洁。(2)喷涂防火涂料①清洗作业面----将污物、粉尘和油烟洗净。②找平作业表面----将作业表面错出部位凿除，有凸凹不平的地方凿毛，用水泥砂浆找平。③涂刷底漆----在喷涂防火料前，用底漆刷一遍，并将表面找平。④喷防火涂料时分三次喷涂至图纸要求厚度，在室温下每次喷涂间隔时间不小于24h，喷涂完成后应按常规养护28d。8.10隧道防坍预防措施(1)通过试验，确定最佳开挖进尺；(2)作好地质超前预报工作，消除水对围岩的不利作用；-80- (3)对工人作好防坍安全技术措施的培训(4)如需爆破采用微震爆破，控制爆破震动；(5)开挖后及时初喷混凝土封闭围岩；(6)局部碎裂地段加强超前支护；(7)严格初期支护及超前支护的施工质量；(8)洞内经常储备抢险、防灾物资-80- 第九章动态设计与信息化施工根据《公路隧道设计规范》（JTG—D70—2004）第1.0.7条规定：隧道土建设计应体现动态设计与信息化施工思想，制定地质观察和监控量测的总体方案：地质条件复杂的隧道，应制定地质预报方案，以及时评判设计的合理性，调整支护参数和施工方法。通过动态设计使支护结构适应于围岩实际情况，更加安全、经济。结合本隧道实际情况，制定如下方案：9.1地质预报预报的具体内容如下：对照勘测阶段的地质资料，预报地质条件的变化情况对施工的影响程度；可能出现塌方、滑动影响施工时，预报其部位、形式、规模、发展趋势，并提出处理措施；隧道将要穿过不稳定岩层、较大断层，需施工部门改变施工方法或做应急措施的预报；预报可能出现突然涌水、突泥地点、涌水、突泥量大小、地下水泥砂含量及对施工的影响；岩体突然开裂或原有裂缝逐渐加宽时，应预报其危害程度；在位移量测中发现围岩变形速率加快时，应预报对围岩稳定性的影响程度；隧道浅埋地段地面出现下沉或裂缝时，应预报对隧道稳定和施工的影响程度；洞口可能出现滑坡、坠石，应及时做预报；预报由于施工不当，可能造成围岩失稳及其改进措施。9.2监控量测隧道施工过程中应进行监控量测，以及时掌握围岩动态和支护工作状态，保证围岩稳定与施工安全，确保二次衬砌施做时机。隧道按照《锚杆喷射混泥土技术规范》的要求，以量测资料为基础及时修正初期支护参数，实施动态设计、动态施工。隧道将洞内外观测、水平净空变化量测、拱顶下沉量测及浅埋隧道地表下沉量测作为必测项目，各级围岩量测断面间距为：Ⅱ级围岩100～150m；Ⅲ级围岩30～50m；Ⅳ级围岩10～50m；Ⅴ级围岩5～10m。二次衬砌应在隧道监控量测的基础上进行信息化施工。二次衬砌应在围岩和初期支护变形基本稳定后施作。变形基本稳定应符合下列规定：（1）围岩和初期支护的变形具有明显减少的趋势，或处于稳定状态；-80- （2）水平收敛（拱脚附近）速度小于0.2mm/d、拱顶下沉速度小于0.15mm/d；（3）施作二次衬砌前的总变形量，已达预计变形量的80%以上；（4）初期支护表面裂缝不在发展。当不能满足上述条件、围岩变形无收敛趋势时必须采取措施使初期支护基本稳定后，允许施作二次衬砌，或者根据需要采用加强衬砌，及时施工。在洞口浅埋地段二次衬砌应及时施作。9.3隧道动态设计和信息化施工在分析和整理地质预报数据的基础上，确定隧道的动态设计和信息化施工，确保隧道工程设计、施工安全、经济性和美观性。（1）洞口信息化设计和施工据现场的地质、地形情况，确定隧道洞门形式、洞门桩号、洞门开挖形式、成洞面位置、边仰坡的防护形式及辅助施工措施。（2）围岩的准确分级根据隧道开挖露出的地质情况和地质预报内容，准确确定隧道每一段的围岩级别，及时修正隧道衬砌支护参数和施工方案。（3）不良地质地段的设计与施工根据地质预报的结果，分析隧道前方可能出现的不良地质情况，进行设计参数的优化和确定相应施工方案，预测施工中可能突发的情况。（4）初期支护的设计与施工根据监控量测的数据，对隧道初期支护参数进行优化设计和选择更合理的施工方法，并调整围岩的预留变形量。-80- 第十章结论玉皇公路隧道是大广高速公路中的一座分离式隧道,通过查阅相关资料和书籍,并参考一些工程实例,确定了设计方案并进行了相关验算,完成以下设计任务:1、隧道断面尺寸设计根据《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）有关规定，确定隧道的内轮廓尺寸以及该隧道的建筑限界；2、选定洞门形式并进行结构设计根据地质条件选择端墙式洞门，并进行洞门抗滑移验算、洞门抗倾覆验算、基底合力偏心矩与承载力验算、墙身截面偏心矩验算；3、洞身支护方式设计隧道洞身采用复合式衬砌，即由喷锚初期支护、防水层以及模筑混凝土二次支护组成；4、隧道防排水简单设计根据有关规定，对洞门、施工缝进行防排水处理，并在隧道内设置“环向排水盲管—纵向排水管—横向排水管—路基側式排水管—洞外”的排水系统；6、隧道施工组织设计从质量保证、安全保证、施工保证等方面提出相应的措施以确保工程的有序进行；7、隧道的动态设计与信息化施工玉皇隧道的动态设计与信息化施工的设计思想源于新奥法的隧道设计与施工理念，充分利用围岩的自稳作用，充分利用围岩位移与衬砌支护抗力的相关性，在保证隧道净空的前提下，根据隧道的围岩变形趋势，及时改变设计参数，以保证隧道施工的安全、经济。8、绘制有关图纸包括隧道洞门设计图、洞身衬砌断面图、喷锚支护图以及防排水系统图等有关图纸。-80- 参考文献[1]陈秋南主编.隧道工程[M].北京:机械工业出版社，2007年，82－110.[2]王毅才主编.隧道工程[M].北京:人民交通出版社，2006年，105－112.[3]覃仁辉主编.隧道工程[M].重庆:重庆大学出版社，2001年，84－72.[4]徐干成、白洪才、郑颖人、刘朝主编.北京:地下工程支护结构[M].中国水利出版社，2001年，87－93.[5]易萍丽人主编.现代隧道设计与施工[M].重庆:中国铁道出版社，1997年，114－135.[6]周爱国主编.隧道工程现场施工技术[M].北京:人民交通出版社，2004年，31－84.[7]李镜培、赵春风主编.土力学[M].北京:高等教育出版社，2004年，185－207.[8]沈蒲生主编.混凝土结构设计原理M].北京:高等教育出版社，2005年，341－360.[9]刘佑荣、唐辉明主编.岩体力学[M].武汉:中国地质大学出版社，2003年，172－190.[10]夏永旭、王永东主编.隧道结构内力计算[M].北京:人民交通出版社，1999年，230－244.[11]刘建坤、曾巧玲、侯永峰主编.路基工程[M].北京:中国建筑工业出版社，2006，124－190.[12]中华人民共和国行业标准.JTJ063-85公路隧道勘测规程.北京:人民交通出版社,1986.[13]中华人民共和国行业标准.JTGD70-2004公路隧道设计规范.北京:人民交通出版社,2004.[14]中华人民共和国行业标准.GB50086-2001锚杆喷射混凝土技术规范.北京:中国计划出版社,2001.[15]中华人民共和国行业标准.JTJ042-94公路隧道施工技术规范.北京:人民交通出版社，1994.-80- 致谢在毕业设计即将完成之际，我的心情十分激动。从开始进入课题到设计的完成，我遇到了很多困难,在次过程中我得到了老师的亲切关怀和悉心指导，同时教研室的各位老师也给予我了热心的帮助。正是由于各位老师的关怀和帮助,我的毕业设计才能够在规定时间内按时完成。通过这次的毕业设计，使我对自己所学的专业知识有了更为深刻的理解和认识；另外，培养了自己理论联系实际、独立思考、分析问题和解决问题的能力；同时，自己的工程设计、绘图、计算机运用和外语翻译能力也得到了加强。在此，我对岩土教研室的各位指导老师表示最衷心的感谢和最诚挚的敬意。同时，我还要感谢身边的每一位同学，正是由于同学们的帮助和支持，我才能克服一个个的困难，直至本设计的完成。最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示由衷的感谢！并真心的祝愿各位老师和即将走上工作岗位的同学在今后的工作和生活中一路顺风。-80-'