本科毕业设计--贵州思剑高速公路帽子坡隧道右线初步设计.doc

贵州思剑高速公路帽子坡隧道右线初步设计1设计资料1.1 概述1.1.1 隧道概况帽子坡隧道位于黔东南州镇远县境内，是贵州思剑高速公路上的一项控制性工程。隧道采用的是分离式的双洞设计，依照双向四车道高速公路标准。其中左洞全长大约1300米，右洞全长1400米。该隧道右洞桩号为C1K1100+300至C1K1101+700。该隧道地质条件恶劣、围岩差、变化大。隧道自开挖，曾遇到级围岩、套拱下沉、无法进洞、地质断层、浅埋段等施工难题。1.1.2 地形地貌帽子坡隧道处于贵州省东部山区，属黔动东南州。该段表现为中山、低山形态。由于明显受到岩性构造的控制，呈沟谷发育且地形起伏比较大。地表的植物大多数是松木和杂木从。该隧道地质情况较为恶劣，地质构造主要为强风化砂质板岩、砂岩、泥夹层及断裂带。岩质乱、岩体破碎，呈中、薄层状结构。1.1.3 水文地质该路段地下水主要是碳酸岩岩溶水和基岩裂隙水。孔隙水相对较少。由水的动力性质、区内岩层的特性和地下水的存储空间等可以把地下水分为四类。分别为：基岩裂隙水、碳酸岩岩溶地下水、空隙潜水和构造裂隙水。因此在雨天施工时，隧道内部会有少量地下水。1.1.4 地震由中国地震动参数区规划图(GB18306-2001)可得到，场地区地震动反应谱特征周期为0.35s，动峰的加速度小于0.05g。对应地震基本烈度小于VI度。1.2 围岩级别分段划分及工程特性帽子坡岩石由于受到风化比较严重，呈风化裂隙发育。围岩的稳定性受到地下水的影响。根据强风化带纵波的速度可以判断围岩是级。根据弱风化带纵波的速度可以得到围岩是级，该围岩的岩体比较破碎。根据围岩岩体是否完整来判断围岩级别是否是级。若岩体破碎，则该处岩体级别是级。碎裂砂岩和碎裂长石石英构成了断裂带岩石。断裂岩中呈现出经挤压造成的牵引小褶曲。其特点是：带内呈节理裂隙发育，地下水较为活跃和岩石破碎。断裂岩的位置是由从上向下推测得到。变化范围很大。在具体施工时，不能采用设计工程地质纵断面图来进行施工。使用的衬砌结构要由开挖显示的断层位置和性质来确定。表1-1 围岩结构类型1.3 采用的技术标准规范(1)公路隧道施工规范 (JTJF60-2009)(2)公路隧道通风照明设计规范 (JTJ026.1-1999)(3)公路隧道设计规范 (JTGD70-2004)(4)公路工程技术标准 (JTGBO1-2003)(5)公路工程抗震设计规范 (JTJ004-89)(6)锚杆喷射混凝土支护技术规范 (GB50086-2001)(7)地下工程防水技术规范 (GB50108-2001)(8)混凝土结构设计规范 (GB50010-2002)2 隧道总体设计2.1 隧道位置的选择2.1.1 隧道洞口位置选择隧道洞口位置的选择要考虑多种因素。如：地理条件、洞口所处地势、隧道周围的环境以及其他相关施工。隧道洞口施工不能仅仅考虑经济问题。对于隧道勘测设计来说，洞口位置的选择是关键。洞口位置没有选好会造成很多影响。如：工期、造价和施工等。对于危机施工和营运安全的问题，一定要好好对待。因此应慎重考虑洞口的边坡和仰坡的稳定性。隧道右洞所处的地形环境比较优越，洞口位置的确定只需根据“早进晚出”的规则。即进口桩号为C1K1100+300，出口桩号为C1K1101+700。2.1.2 隧道洞身位置选择隧道位置的选择也比较重要，尽量避开不稳定的地层。若实在避免不了，那么务必采取有保障的施工。思剑高速帽子坡隧道右线设计长为1400m，进口桩号是C1K1100+300，出口桩号是C1K1101+700。洞口的设计要保证隧道坡面与轴线垂直。2.2 隧道几何设计2.2.1 隧道线路平面设计隧道中心线越直越好，其决定着隧道平面的好坏。设计过程中应尽量避免曲线。但是由于思剑高速帽子坡隧道进出口高度相差太大，因此隧道中心线只能采用曲线的形式。2.2.2 隧道线路纵断面设计纵断面是指隧道的中心线向垂直面作投影。本设计中的坡度设计尤为重要。隧道中的坡道分为两种：单坡和人字坡。一般对于单方向的隧道，采用单坡。因为单坡有利于通风。当汽车的运行处于下坡时，燃油少，减少有害气体的排放。但是下坡的坡度也不能大于3%，要不然会给施工带来不必要的麻烦。2.3 隧道洞身设计2.3.1 隧道横断面设计2.3.1.1 隧道建筑限界的确定帽子坡隧道右线是单向双车道隧道，限制时速为100km/h,建筑限界取值可为如下：那么隧道的宽度是：3.752+0.752+0.5+1.0=10.5m根据规范可以得到，横向坡度选择1.5%2.0%。本设计中选取i=2%，向右侧倾斜。由上述可得：建筑限界设计如图2.1 所示：图2.1 隧道建筑限界图(单位：cm)由规范可知，隧道里面都要设计紧急停车的地方。由公路隧道设计规范，可以得到紧急停车的地方额外建筑限界的设计图。如图2.2所示：(a)(b)图2.2 紧急停车带的建筑限界、宽度和长度(单位：cm)(a) 宽度构成及建筑限界 (b) 长度 该隧道为上下行分离独立双洞的设计。由规范可以得到横向人行、车行通道断面建筑限界的设计图。如图2.3所示：图2.3 横向人行、车行通道断面图(单位：cm)2.3.2 隧道内轮廓线的确定本隧道围岩条件相对较差。通过将公路隧道施工规范与具体施工情况相结合。该隧道的内轮廓线是根据三心圆法来实现的。由隧道工程得到的参考值，可以画出隧道内轮廓线。如图2.4所示：(a) 级级围岩内隧道内轮廓图(b) 级围岩内轮廓图（单位：cm）图2.4 隧道内轮廓线由于紧急停车带处于五级围岩，由规范可以得到下列数值：R1=570cm，R2=820cm，R3=150cm，R4=1800cm，R5=747cm，H1=162.4cm，H2=200cm，H2=151.5cm。隧道紧急停车带横断面的图如图2.5所示：图2.5 紧急停车带段横断面图(单位：cm)3隧道洞门设计3.1 隧道洞门结构3.1.1 概述洞门是一座隧道的出入口，是一座隧道的外在体现。在很多时候，洞门所处的地质环境往往都比较的差，这就意味着，我们要在更加差的环境下制造出更加牢固的结构。因为，在一些关键时候，隧道口就相当于生命关口。在进行洞门设计的时候，我们要特别注意做好坡顶的防排水设计，这是在实际情况中，被强调的较多的地方。同时，也要注意坡顶松散土石的滑落，在做好结构设计的同时，也应注意到一些细节的地方。洞门类型的选择与隧道入口处的地质情况有关联，在进行隧道设计时，我们应该选择最合理的洞门形式。我们一直都在提倡人与自然和谐发展，因此，我们也应该尽可能在少破坏原有环境下，做到与周边景致协调。3.2 隧道洞门设计与验算3.2.1 隧道洞门设计本隧道洞口入口段隧道入口为V级围岩，强弱风化砂质页岩，岩质较软，岩体较破碎，呈中、薄层状结构，因此选用翼墙式洞门。仰坡坡率1：1.25。洞门厚度B=1.4m。翼墙厚度1.4m。3.2.2 洞门稳定性及强度验算翼墙式洞门应检算以下三点（如图）：图3.1 洞门验算条带示意图1、翼墙处条带“”，靠近洞门处，宽1m。2、端墙最易损坏处条带“”。3、端墙与翼墙一起作用的条带“”。3.2.2.1条带“”的验算（挡土墙偏心、强度和稳定性）A 压力计算(1) 各项系数：=45° ，=38.7°，=18KN/，f=0.4，=5.7° , H=6.38m, B=1.4m, .(2) 土压力系数计算 土压力系数：(3) 土压力计算根据公路隧道设计规范可取土压力计算模式不确定性系数为=0.6，KNKNB、稳定性及强度验算a.倾覆稳定性验算：ZG=6.38 (洞门倾覆稳定性满足要求)b.滑动稳定性验算： (滑动稳定性满足要求)基底应力及合力偏心距的验算： (偏心距满足要求)c.基底应力验算： (满足规范要求)3.2.2.2 条带“”的检算（截面偏心、强度）(1) 土压力计算由图可知H=7.22m，又=0.224. b=0.5m,B=1.4m，得KNKN(2) 墙身截面偏心验算： (满足墙身截面偏心的要求)(3) 墙应力验算 因为出现负值 (满足规范要求)3.2.2.3 条带“”的验算（滑动稳定性）已知：=0.224，A 土压力计算对于端墙对于翼墙所以B 稳定性及强度验算a.倾覆稳定性的验算满足倾覆性要求。b.滑动稳定性验算 (满足滑动稳定性)c.基底合力的偏心距及压应力的验算 偏心距:满足基底合力偏心距要求.基底压力:有，d.墙身截面偏心的验算 满足墙身截面偏心要求。通过验算可知，设计的翼墙式洞门合格、可用。4 防排水设计4.1 水对隧道的危害隧道受水的危害很大，隧道的积水越久水对隧道的腐蚀就越大。这样就会损坏隧道的结构稳定性。在气温比较低的地方，隧道里面若有积水就容易冷冻结冰。由于热胀冷缩的原理会导致隧道结构受损坏。隧道进水在气温比较低的情况下，还会导致路面结冰，给行车带来不便，易发生交通事故。除此之外，还会给隧道侧壁和拱部的墙壁带来侵蚀，使隧道里的设施器材的功能和寿命减短。因此，隧道防排水设计是隧道施工中非常重要的设计环节。4.2 隧道防排水要求及原则隧道防排水要求可根据地下工程防水设计规范(GB50108-2001)总结如下：(1) 隧道的侧壁、顶部、设施区域和行车道不渗水。(2) 隧道内有冻害地段的隧道衬砌里面无积水。排水沟内不结冰。(3) 隧道两边不能有积水，顶部不能滴水影响行车安全。隧道内部的服务通道也不能漏水。(4) 若隧道内积水减少，渗入地下，给附近居民的日常生活带来不便。此时应该对隧道内的渗水进行围堵。在做好排水措施的前提下，也要保护好周围的环境。隧道内排水要按照水的性质去分别排放。这样才会避免排水设施受到阻碍，是排水设施畅通无阻。以此来避免洞内积水。隧道的防排水设计应该因地制宜。施工过程中要按照防、排、截和堵的原则进行。隧道内外的防排水系统要畅通无阻，将地表水和地下水排出隧道。这样就给隧道的内部设施带来保障，给行车带来安全。4.3 隧道内防排水设计帽子坡隧道地下水并不多。但是由于存在断层，容易出现突水。针对该隧道所处的实际情况，采取防排水设计的原则是：(1) 隧道外面以排水为主。(2) 隧道内的水采用防和排。(3) 对于断层内的突水采用截和堵。(4) 对地下和地表水也采用合理的方法应对。最终使隧道内外的排水系统连成一个畅通的排水体系。为了防止排水系统出现阻塞的情况，可以将清洁的水和污水分别排放。这样就可以保证整个排水系统畅通无阻。隧道内无积水，可以增加隧道内的各种设施的功能和寿命。还可以给行车带来方便。4.3.1 排水沟本隧道采用的防排水设计是中心排水沟。如图4.1所示：图4.1 防排水图由于隧道内的积水掺杂着泥沙和其他物质，因此要在隧道内设置沉砂池。每个沉砂池的间距为50米。检查井的间距要大于等于250m。隧道的中心水沟检查井的设计如图4.2 所示：图4.2 中央排水沟检查井4.3.2 盲沟隧道内应该设置盲沟，盲沟的设置成环向。盲沟间的距离由隧道内水量的多少来确定，一般间距为410m。盲沟之间纵横相连，最终将地下水和地表水汇聚到隧道排水沟一并排出。4.3.3 二次衬砌排水二次衬砌施工中造成的一些缝隙，也会给防排水带来一定的麻烦。因此，要设计相对可靠的防排水体系。要想设计可靠的防排水系统，不仅仅是按照施工规范上的要求。在施工的过程中，要采用防水效果好的材料。4.4 隧道洞外防排水设计隧道口外的地表水会冲刷隧道洞口和隧道两边的侧坡。为了避免这样的情况发生，可以从规范上得到解决方法。根据规范的要求可知：(1) 在隧道的洞口和侧坡设计与地理环境相应的排水设施。(2) 在隧道的两侧分别开挖排水沟，最终将水引入天然排水沟。(3) 在隧道口和两侧铺砌砂石，然后用水泥砂浆将砂石固定。5 隧道通风照明设计5.1 通风设计5.1.1隧道基本参数 道路等级：高速公路，分离式单向双车道（只计算右洞坡度2%）计算行车速度：Vt = 100km/h 空气密度： = 1.2 / 隧道断面积： Ar = 80.52 隧道当量直径：Dr = 10.3 m 设计交通量为：18000辆/高峰日 交通组成：汽油车小型客车 15%小型货车 18%中型货车 24%柴油车中型货车 24%大型客车 13% 大型货车 6% 隧道内平均气温： Tm =20 5.1.2 CO排放量(1) 取CO基准排放量为： =0.01/辆.(2) 取分CO的车况系数为： =1.0(3) 当Vt= 80 km/h 时，由 i = 2% = 1.2 = 0.75 具体如表5-1所示：表5-1考虑各工况车速系数工况车速 100 80 60 402010 1.4 1.2 1.0 1.01.00.8 0.6 0.75 1.0 1.5 3.06.0(4) 平均海拔高度： h=()=972m(5) 海拔修正系数： =0.000556h+0.777778=1.32(6) 交通量组成 ：单洞高峰每小时交通量为1200（辆中型车/高峰小时）。可得：汽油车小型客车 180小型货车 216中型货车 288柴油车中型货车 288大型客车 156大型货车 72由公式： = (5.1)其中：（） 当=100km/h时，CO排放量为 ： = = (5.2) 同理可得其它速度工况下CO量为：表5-2各工况车速下CO量 （）10080604020101.221.311.452.184.366.98(7) CO最大排放量：又上表知，=10km/h时 CO量最大，为： (5.3)(8) 稀释CO的需风量1) 根据规范，取CO设计浓度为 = 250ppm 交通阻塞时为300ppm。2) 设计温度 T = 273+20 = 293 K3) 大气压计算式： (5.4)其中：；。4) 稀释CO的需风量为： () (5.5)5.1.3烟雾排放量(1) 取烟雾基准排放量为 =2.5/辆.(2) 考虑烟雾的车况系数为 = 1.0(3) 各工况速度的修正系数,车密度系数如下表所示5-3考虑烟雾的各工况车速系数工况车速1008060402010 2.62.62.21.450.850.85 0.60.7511.536(4) 拔修正系数为 = 1.0(5) 由计算式： (5.6)其中： 当=100km/h时，烟雾排放量： =0.882/s (5.7)同理可算得，其它各工况车速下烟雾排放量，如下表：表5-4稀释烟雾各车速需风量(/s)10080604020100.8821.1021.2441.2301.4252.851(6) 当=10km/h时，烟雾产生最多，(7) 稀释烟雾的需风量：1) 取烟雾设计浓度为3.603/s 。2) 取烟雾稀释系数C=0.007。3) 稀释烟雾需风量=407() (5.8)其中：5.1.4 稀释空气内异味的需风量设计隧道内换气为5次/h，则有： (5.9)其中： 时间5.1.5 考虑火灾时排烟的需风量 取火灾排烟风速为 =3，有 = 80.523=241.56（） (5.10)由以上得，稀释隧道内的有毒烟雾需要的风量为407.5.1.6风机数量的计算(1) 设计车速： = 100=27.775.(2) 设计风速： =5.(3) 空气在隧道内流动受到的摩擦阻力=61.6() (5.11) 其中： (4) 自然风压 两侧洞口风压差值取为 ：=10 (5.12)(5) 交通风产生的风压为： (5.13) 其中 汽车等效阻抗面积： ()隧道内车辆数： 则=110.23Pa 令。 (6) 因此隧道内所需要的升压为 61.6+10-0 =71.6 Pa (5.14) (7) 1120型射流风机所需台数 由计算式 = (5.15) 所以 （台）. 因此，可设置4组8台风机,每组风机的间距为300m。5.2 照明计算入口段照明长度： (5.16) 式中： ，取150 ，取7.5代入数据算得=139m 。 各区段亮度计算：(1) 入口段亮度： (5.17)式中：（） ，取0.035 洞外亮度()。 入口段亮度计算： =0.0354500=157.5 (5.18)(2) 过渡段分别取，有：照明段亮度(3) 中间段 中间段的长度.中间段的亮度根据规范，取4.5.(4) 出口段取出口段长度为60m,其亮度为22.5，是中间段的五倍亮度。长时间在隧道内开车，人眼睛已经适应了隧道内昏暗的亮度，在将要开出隧道的时候我们应该设置一段照明亮段，让人眼适应隧道外的亮度，以免发生刚出洞口时候的产生眩晕的感觉，对行车安全有害。在装饰方面也应该要注意，在洞门处要选择折光色调的装潢，在洞口附近10m的地方不必加强照明。在隧道两端的灯具设置对称布置，其他地方设置中线布置，每隔12m布置一处。未消除在隧道内的视觉疲劳，也可以在中间段设置不同颜色的灯光，总体采用高压钠灯作为照明灯具。灯具的使用寿命要超过10000h,超过IP65的防护级别。5.3 照明控制为使得隧道内的光照亮度更有利于行车安全，因此有必要对隧道能的灯具进行人为控制亮度。实际就要求分白天和夜间进行控制，当外面亮度高的时候隧道内的亮度也要适当的提高，夜间亮度要适当的调暗。在技术上可以通过时控、光控和两者一起控制的手段达到有利行车安全照明的目的。隧道内安装三种灯具，分别是：1、应急灯，应急灯就是为防止隧道内突然停止供电的特殊情况下，作为应急照明使用。加强灯和全日灯；2、全日灯，作为正常使用的灯具，一般长期保持照亮；3、加强灯，能按照洞外不同亮度的时候，通过控制不同亮灯个数，达到控制亮度与外界亮度协调的目的。6 监控测量6.1 监控测量的目的和意义从新奥法能够知道，在对隧道进行开挖时可通过仪器测量对周围环境的影响程度。1、为什么需要监控量测(1) 为监控设计提供依据以及信息a 对围岩的力学形态的变化规律进行掌握。B及时掌握以及反馈支护的工作状态，对施工以及作业进行有效指导。(2)对危险情况进行提前预报以及进行监控a 对工程做出预报，确保施工策略及突发情况措施。B对危险情况进行监视，保证施工的安全这个目标。(3) 校对核实隧道工程在理论上的计算结果、对工程类比法进行完善a在对理论和数值进行分析方面，提供数据以及比对指标。b 可以为同类工程的比较提供作为参考的依据。c 对设计隧道工程以及对其施工提供了宝贵的以往经验。2、监控量测具有非常重要的意义。(1) 保证安全。动态管理周围岩石和支护的状态，依照量测得到的有关信息进行科学合理的施工。(2)对施工进行指导。分析量测得到的数据然后进行处理，对隧道周围岩层最后稳定需要的时间进行预测以及最后确认，对施工的先后顺序和二次衬砌的时间进行指正以及修改。(3)对设计的不完善处进行修正。根据隧逼升挖后所获得的量测信息，进行综合分析，对施工情况开始的设计进行检验是否符合要求并进行修正。(4) 对宝贵经验进行累积。已经完工的工程项目的量测的结果能够间接地用在比较相似的新工程里，当做设计和施工的参考依据。6.2 监控测量的任务、方法和内容1、监控量测的主要任务(1) 通过对周围岩石以及支护的观察以及根据情况动态地进行量测，以便能够合情理地对隧道施工程序及日常的施工进行安排和管理，保证安全地进行施工，修正设计的参数以及为后面项目的实施积累相关的资料。(2) 通过对周围岩石以及支护的变位和应力的量测，掌握周围岩石的支护的变化信息而且在第一时间进行反馈，修改支护系统设计，指导施工作业和管理等。(3) 通过对监控测量数据的处理以及计算后，进行预测和反馈，以确保施工时的所有的安全以及隧道周围岩石及支护衬砌结构的稳定。(4) 对已有的隧道工程的监测结果，可以分析和应用到其他相类似的工程项目里，成为 指导设计以及进行施工的非常重要依据。2、监控量测的方法和内容(1) 土地质况和支护的状况：一般是针对岩石性质、结构面产状及支护的裂缝粗细等进行观察。主要工具一般有：地质罗盘以及数码相机。布置通常是在开挖后以及在进行初期的支护后进行的。(2) 周围的长度通常是在开始挖掘后的洞的墙壁上安置测试点，以便收敛计量测点之间的距离，我们一般把两次测定的距离的差值定为这个时段的收敛值。布置即：30m 一断面，每断面3测点。周边位移测线布置图如下：图6.1 周边位移测线布置(3) 我们通常将拱顶下沉隧道拱顶内壁垂直方向的绝对位移值定为拱顶下沉量。在开始挖掘后的拱顶壁面上安置测试点，由于已经知道的高程水准点，用悬吊的钢尺以及水准仪量出测点的高程，高程之差（两次）就是所谓的拱顶下沉量。布置：每30m 一个断面。(4) 锚杆或锚索内力及抵抗拔力的有关工具有：不同类型的电测锚杆、锚杆测力计及拉拔器。布置：每10m 一断面，每断面三根锚杆（或者大于三）。(5) 地表下沉如果在隧道浅埋地段，那么每5m50m 设置一断面，每个断面安置10 个测点。如下图所示，采用水准仪和塔尺进行量测。(6) 周围岩石的内部的位移如果刚刚处于测试断面位置，则安放位移计来量测，每隔5100m一断面，一个断面5 个测点。(7) 支护、衬砌内力在开始支护内及第二次衬砌内部安置应变仪，二次衬砌内的钢筋采用钢筋应力计焊接。每断面11 个测点。(8) 钢支撑外力与内力在钢支撑侧面来连接钢筋应力计或表面应变计，或在横断面上安放压力盒时，需要进行量测。每1015m 一钢支撑，一对测力计。6.3 测量点布置(1) 关于量测点的安装以及设置需要确保初始值在爆破发生后的二十四小时内以及下一轮循环的爆破前完成，测取初读数。(2) 测试点应该设置在离被挖掘的地面2m的范围之内，并且小于或者等于循环的进尺，需要细心保护免受下一循环爆破的破坏。(3) 每个距离量测的测量点通常安置在同一个断面内，测点统一在一起，测设结果能够相互印证，一同进行分析以及应用。(4) 周围岩石承受压力量测，除应与锚杆轴力量测孔相对应布置外，还需要于具有代表性的部位设测点，以便了解支护体系在整个断面上的受力状态和支护作用。(5) 锚杆轴力量测在局部加强锚杆地段，要在加强区域内有代表性位置设置测锚杆。具体测点布置如图6.2：图6.2 测点布置图6.4 营运阶段的监控量测在公路隧道运营的阶段进行的监控量测在公路隧道运营的范围内，有对交通进行的监控、管理设施以及安全。公路隧道运营阶段所包括的交通监控以及管理系统技术，其主要包含公路隧道交通监控系统以及其的功能；对于通风与照明控制；对于火灾发生的检测及消防；还有在隧道发生异常时的报警设施和中央管理设施。7 施工设计山岭隧道的围岩一般为硬岩，故采用矿山法开挖。新奥法能够最大化的利用围岩的自稳能力。图解新奥法： 7.1 洞口施工7.1.1 截水沟施工 7.1.2 洞口土石方的施工(1) 把对施工表皮环境清理干净。 (2)(3) 进行开挖作业。(4) 清理坡面上的浮泥、虚碴，并修整坡面凹凸不平的地方。7.1.3 洞口边仰坡的防护根据进、出口边、仰坡土石的软硬，采用不同的刷坡方法。对坡积土层采用人工锄头刷坡；对松动岩层采用风镐刷坡；对较坚硬岩石采用风钻打眼，松动性爆破刷坡。刷坡严格按设计要求的坡比从上而下分段进行，刷坡时每段高度以不大于3m 为宜。每段边、仰坡刷坡经检查达到设计要求后，及时进行锚杆、挂网和喷射砼的防护。7.1.4 进洞方法进洞方法采用台阶法，上部开挖进尺控制在1.5m以内，并严格控制爆破药量。施工支护采用超前锚杆与系统锚杆相结合，挂网喷射混凝土。架设间距为1.0m的格栅钢拱架。全断面开挖出来并施作完施工支护后，适时施作整体式模注混凝土衬砌。超前锚杆采用早强水泥砂浆锚杆，锚杆长度为5m，间距50cm，锚孔直径40mm。填充砂浆采用M20早强砂浆。超前锚杆设置范围为隧道拱部外弧全长的1/2。7.2 明洞施工根据早进晚出的原则，隧道进出口往往要采用接长式明洞来保护洞口的安全。由于明洞埋置较浅，为了加大施工空间采用先墙后拱法开挖。如图7.1所示： 图7.1 明洞先墙后拱法 1 台阶1开挖 2 台阶2开挖 3 台阶3开挖 4 灌注边墙 5灌注拱部7.3 洞身开挖根据各种开挖方法的特点，结合本隧道的工程地质条件，并考虑本隧道为两车道隧道，断面较小，选择开挖方法如下：洞口段级围岩选用短台阶法，这种方法是分成上下两个断面开挖，两个断面相距较近，上台阶长度小于5倍但大于11.5倍洞宽，上下断面基本可以采用平行作业，其作业顺序为在上断面开挖一个进尺，然后再在下断面开挖一个进尺。短台阶法能缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件，当遇到软弱围岩时需慎重考虑，必要时应采用辅助施工措施稳定开挖工作面，以保证施工安全。短台阶法开挖顺序如图 7.2所示：图7.2 短台阶法开挖1上半部开挖 2拱部喷锚支护 3拱部衬砌 4下半部中央部开挖5边墙部开挖 6边墙部喷锚支护及衬砌上台阶超前50m以上或大于5倍洞宽。施工顺序与短台阶法相同，上、下部可配备同类机械进行平行作业。长台阶法开挖顺序如图7.3所示：1上半部开挖 2拱部喷锚支护 3拱部衬砌 4下半部中央部开挖5边墙部开挖 6边墙部喷锚支护及衬砌图7.3 长台阶法开挖7.4 爆破设计光面爆破流程：图7.4 光面爆破工艺流程图确定爆破参数、级围岩 长台阶法开挖：(1) 上台阶炮眼布置：1) 掏槽眼：布置如图 7.4：设循环进尺为2m，则掏槽炮眼深度2×(1+15%)2.3m，其余眼深为2m。空心圆圈代表不装药。数字按顺序带起爆顺序。图7.4 掏槽眼布置图2) 上台阶其他炮眼布置：（面积：47.76）光面爆破，见图7.5图7.5 上半断面炮眼布置图周边眼：间距E=50cm，周边眼至内圈眼距离为60cm，抵抗线W=75cm,周边眼装药集中度为0.25kg/m。采用不偶合和间隔装药结构，不偶合系数为1.8。将20×200mm 药卷按设计的装药集中度预先加工小药卷，并把药卷按3050cm 间距绑在竹片上，用导爆索串起即可。内圈眼：间距75 厘米，底板眼：间距100 厘米。其它炮眼：采用横向间距0.9m，竖向间距0.8m。(2) 下台阶炮眼布置：（面积：25.14 m2）见图7.6图7.6 下半断面炮眼布置图周边眼：间距E=50cm，周边眼至内圈眼距离为60cm，抵抗线W=75cm,周边眼装药集中度为0.30kg/m。采用不偶合和间隔装药结构，不偶合系数为1.4。将20×200mm 药卷按设计的装药集中度预先加工小药卷，并把药卷按3050cm 间距绑在竹片上，用导爆索串起即可。7.5 隧道支护施工7.5.1 初期支护本隧道的初期支护采用锚喷支护，其可以充分发挥围岩的自承能力。其中：(1) 级围岩采用22水泥沙浆的锚杆长度3.0m的锚杆，采用梅花型布置，布置间距纵向1.07m ,环向1.07m。喷射混凝土采用C25喷射混凝土，厚度80mm。(2) 级围岩采用WTD25中空注浆锚杆，其长度为3.0m，采用梅花型布置；布置间距纵向1.05m ,环向1.05m.喷射混凝土采用C25喷射混凝土，厚度150mm。(3) 级围岩采用WTD25中空注浆锚杆。它的锚杆长度为4.0m，采用梅花型布置，布置间距纵向0.95m ,环向0.95m。喷射混凝土采用C20喷射混凝土，厚度200mm。7.5.2 二次支护隧道的二次衬砌是为了保证隧道在服务年限中的稳定、耐久，以及作为安全储备的工程措施。本隧道的二次衬砌采用或钢筋混凝土材料。施工要点难点：1) 初期支护内轮廓与二次衬砌外轮廓间应紧密结合。由于超挖、坍塌等原因造成两者之间有空隙时，可采用同级混凝土、贫混凝土回填密实；当空隙较大时，也可用背板、钢支架、钢支撑等。拱顶背后不可能回填的很密实，可用单液水泥浆进行压浆。2) 应对仰拱的和底板的施作时间，分块施工顺序和与运输的干扰问题进行合理安排。仰拱和底板可以纵向分条、横向分段灌筑。纵向通常可分为左右两部分，交替进行；横向分段长度应视边墙施工缝、伸缩缝、沉降缝及运输要求确定。灌筑仰拱和底板时，必须把隧道底部的虚渣、杂物及淤泥清除干净，排除积水。超挖部分应用同级混凝土或片石混凝土灌筑密实。7.6 辅助施工本隧道的辅助施工有：预支护措施 预留核心土在洞口开挖时；超前锚杆在级围岩的开挖过程中；预加固措施有预注浆加固地层和地表喷锚加固。7.7 施工组织设计7.7.1 工程概况帽子坡隧为单向双车道赛道，隧道全长1292米，限制速度为100km/h。穿越的山岭主要有III、IV、V级围岩。7.7.2 安全管理组织机构图7.7 安全管理组织机构7.7.3 人员配置隧道内的施工人员初步预计为200 员，分为4 个班，分别为爆破开挖班、出渣班、初支班、二衬班。爆破开挖班，出渣班，初支班人员分为两部分，两班倒进行循环施工，二衬班等隧道围岩稳定后按时施做。隧道外施工人员分为装卸班、运输班、搅拌班、三班倒作业，保证24 小时不间断作业。同时后勤部门需保证原材料采购，工地水电供应，施工人员的饮食问题。水，电和原材料保证供应。7.7.4 施工工艺流程图7.8 施工工艺流程图8 衬砌设计(专题设计)8.1一般规定 隧道结构上的荷载应按下表8.1分类表8-1 隧道荷载分类编号荷 载 分 类荷 载 名 称1永 久 荷 载围岩压力2土压力3结构自重4结构附加恒载5混凝土收缩和徐变的影响力6水压力7 可 变 荷 载基本可变荷载公路车辆荷载，人群荷载8立交公路车辆荷载及其所产生的冲击力、土压力9立交铁路列车活载及其所产生的冲击力、土压力10其他可变荷载立交渡槽流水压力11温度变化的影响力 12冻胀力13施工荷载14偶 然 荷 载落石冲击力15地震