毕业设计-高速公路隧道毕业设计(终稿).doc

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1、l设 计 摘 要摘要：鹤山隧道为高速公路隧道，为绕城高速的重点工程。在本设计中洞门采用了削竹式洞门，以达到美观的要求。衬砌方面主要为复合式衬砌，洞口段采用明洞开挖，并进行超前支护及整体衬砌。隧道通风采用射流式纵向通风，并配置10组20台直径1120的风机，照明采用钠光灯照明。施工方面，采用全断面一次光面爆破，并进行科学施工管理。关键词：复合式衬砌、通风、照明、全断面爆破AbstractHe shan tunnel as the expressway one. Which is the key project of expressway coiling the city. The design

2、of cave passage adopts whittles the bamboostyle hole door, style in order to look pretty good. As to lining cutting, composite style is my choice lightly excavate is my way for the beginning of cave passage as well as entire lining cutting. Entilation in the tunnel is adopted in the efflux style mac

3、hine direction way. In addition, 10 seriess of 20 air-blowers which dimeter are 1120mm. Natrium lighting is for lighting. When building it, it will be exploded all-around way and somooth surface will be left after exploding. In the course of practising the scitntific management will be a necessary s

4、tep.Key words : Composite style lining cutting 、Ventilation、Lighting、Exploding in all-around way. 目 录摘要 11 概况 21.1工程概况 21.2隧道设计依据 21.3设计标准 21.4地形地貌、地质、地震情况 21.5水文、气象 31.6交通情况 31.7水 41.8供电 41.9通信 41.10技术标准 42 总体设计 52.1隧道位置选择 52.2隧道线形设计 52.3隧道横断面设计 52.4洞口设计 72.5建筑材料 83 衬砌设计 103.1衬砌类型 103.2衬砌基本尺寸拟定 103

5、.3衬砌内力计算 103.4衬砌设计 194 隧道运营设施及其设计 304.1通风设计 304.2照明设计 424.3紧急停车带 464.4人行、车行连通通道 474.5消防 485 隧道施工组织 515.1场地布置 515.2施工方案比较 515.3施工方案选择 525.4隧道施工前的准备工作 526 隧道施工测量与监控测量 546.1隧道施工测量 546.2施工监控量测 567 隧道开挖施工 627.1洞门 627.2明洞施工方案 627.3爆破设计 637.4道路施工的除渣运输 718 隧道衬砌施工 728.1隧道衬砌一般规定 728.2衬砌类型 728.3超前支护 738.4初期支护

6、748.5仰拱及二次衬砌 809 隧道施工防排水 839.1洞内施工排水 839.2结构防排水 839.3防排水施工 849.4变截面地段防水处理 869.5富水地段防水处理 8710 隧道施工期间的通风 8811 洞内路面及其它附属 9111.1路面基层施工 9111.2附属工程 9112 设备、人员、材料、工期计划 9313 安全、保障措施 9713.1安全保证措施 9713.2质量保证措施 9814 环境保护措施10015 致谢102第一章 概况1.1 工程概况1.2 设计依据本设计依据JTGD702004公路隧道设计规范，JTJ00188公路工程技术规范，GBJ8685锚喷混凝土支护技

7、术规范，公路隧道通风照明设计规范等进行设计计算。1.3 设计标准全线按公路工程技术标准（JTGB012003）中规定段双向六车道高速公路标准建设，按设计车速100km/h。1.4地形地貌、地质、地震情况 地质、地貌、地震情况见隧道设计资料。1.5 交通情况本段所在区域公路交通网很发达，现有交通均可用于筑路材料等运输，但部分道路建设标准较低，作为施工运输道路尚须与有关部门协商。1.6 水沿线山溪、小型水库、池塘等分布较多，可就近取水。大潮及旱季砼工程施工用水需检验合格方可使用。附近基本有自来水设备，可供应生活用水。1.7 电 沿线村庄密集，电力线、网分布齐全，施工时与有关部门协商后可就近利用。同

8、时配备大型发电设备，以满足电力短缺时施工需要。1.8 通讯沿线村庄可引接通信线路。1.9 技术标准起讫桩号：左洞：ZK116+15+ZK116+505右洞：ZK116+45+ZK116+535；隧道全长：490m; 净高：5.0m；净宽：14.25m；洞门形式：削竹式洞门；纵坡类型：单向坡 坡率：2.2%；无超高；设计车速：100km/h；设计交通量：5000辆/h。2 总体设计2.1 隧道选址：鹤山隧道位置的选择满足公路隧道设计规范的要求。本隧道按分类属于短隧道，通常在确定线路时，要在多个路线方案中，根据地形图和各种资料进行技术、经济的比较之后，最后确定一条路线，线形对隧道很重要，一般隧道的

9、平面线形以采用直线或大半径曲线为好。隧道位置选择在稳定的地层中，尽量避免穿越工程地质和水文地质极为复杂以及严重不良地段，当必须通过时，要有切实可靠的工程措施。在本隧道中，考虑到洞口出地形有些复杂，但隧道为短隧道，当设置平曲线时，隧道会车视距与停车视距很难满足要求，综合考虑，隧道采用直线形。2.2 隧道纵断面设计：隧道内的纵坡形式，根据公路隧道设计规范，可设置单面坡和人字坡两种。隧道内纵面线应考虑行车安全性，营运通风规模、施工作业效率和排水要求。隧道纵坡不应小于0。3%，一般情况下不应大于3%，当受地形等条件限制时，高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大，但不宜大于4%。当采用较大纵坡时，必须

10、对行车安全性、通风设备和营运费用、施工效率的影响等做充分的技术、经济综合论证。综合以上所述，本隧道属于短隧道，所以选择单向坡对运行通风、排水有利。但在施工中，由于水量较不均匀，在施工中充分考虑设计要求，以求达到更好的施工效率，设计隧道纵坡为2.2%。2.3 隧道横断面设计2.3.1 建筑限界（1）隧道横断面设计主要是对隧道净空的设计。隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。隧道净空是根据“建筑限界”确定的。“限界”是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内的空间是保证车辆安全运行所必需的。是建筑物不得侵入的一种限界。（2）公路隧道建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度及车道、人行道的净高。

11、鹤山隧道建筑限界如图2-1所示。图2-1 公路隧道建筑限界图中：H建筑限界高度，根据规范规定，高速公路、一般公路中取5.0m;W行车道宽度，取33.75m；左侧向宽度，0.50m;右侧向宽度，1.0m;J检修道宽度，0.75m;h检修道高度，0.25m;建筑限界左顶角宽度，0.50m;建筑限界右顶角宽度，1.0m;i隧道路面横坡，为单面坡，且为2%.（3）公路隧道横断面设计，除满足隧道建筑限界的要求外，还应考虑洞内路面排水检修、通风照明、消防、内装监控等设施的所需空间，还要考虑仰坡曲率的影响，并根据施工方法确定出安全经济合理的断面形式和尺寸。鹤山隧道断面布置可见大图：图I隧道为短隧道，故不设紧

12、急停车带。2.4 洞口、洞门2.4.1 洞口 根据地形条件，结合防排水要求，以“早进洞，晚出洞”为原则确定洞口位置，由于三车道隧道跨度大，净空高，一般情况下成洞面处边坡及仰坡高度接近20m，为了保证边仰坡的稳定，尽量恢复洞口自然景观，洞口段均设一段明洞。2.4.2 洞门（1）机场段洞口地形较缓，地质条件差，经综合分析采用削竹式洞门，边仰坡1：1.5，用正六边形制混凝土空心块铺设，空心植草，明洞段边、仰坡采用土锚喷混凝土防护。洞门形式见图2-3 图2-3 削竹式洞门（2）鹤山隧道采用明洞出洞，洞门上部无回填土石，荷载较小，且对洞门下部地基进行了土石置换，灰土回填夯实处理加固，地基承载力较好，故明

13、洞洞门按照构造要求设计，不需进行洞门计算及验算。2.5 建筑材料根据公路隧道设计规范，所选取的建筑材料如下：（1）明洞衬砌，钢筋混凝土二次衬砌及洞内沟管采用C25混凝土，素混凝土二次衬砌采用C20混凝土，初期支护采用C20喷射混凝土，仰拱回填采用C10混凝土。（1）直径d5 m时，取=0.1.则 =6.93在矿山法施工条件下，IV类围岩取，即=17.325m根据鹤山隧道工程地质横断面图，按式3-5、式3-6判断类围岩区的隧道最大埋深高度hMAX和最小埋深高度hMIN， hMAX=h地面高程-h设计高程-h隧道净空高 式3-5hMIN=h地面高程-h设计高程-h隧道净空高 式3-6然后，选取两者

14、的平均值h来加以判断，即= 10.866m 则有：，该隧道在类围岩分布区段内为浅埋。B、围岩压力计算依照公路隧道设计规范推荐的浅埋隧道荷载计算方法，隧道围岩压力采用式3-7进行计算， 式3-7式中：隧道上覆围岩重度，；隧道埋深，坑顶至地面的距离，m；坑道宽度，m；滑动面的摩擦角，度，类围岩中；作用在隧道顶部的总垂直压力；作用在支护结构上的均布荷载，MPa；侧压力系数,由式3-8计算； 式3-8其中按式3-9计算， 式3-9其中：破裂面与水平面的夹角，度；围岩计算摩擦角，度，查表得；作用在支护结构两侧的水平侧压力分别按式3-10、式3-11计算， 式3-10 式3-11侧压力视为均布压力时按式3

15、-12计算， 式3-12其中,H=2.436 m, =15.85m, ,。（2）II类围岩、III类围岩鹤山隧道II、III类围岩根据规范规定，按构造要求设计。2 内力计算（1）IV类围岩A、建立近似结构模型依据设计院的初步设计并结合隧道建筑结构形式的安全性验算结果以及建筑界限的要求，将类围岩分布区内隧道结构内力计算模型设置为曲墙式拱。 B、曲墙式衬砌内力计算在曲墙式衬砌内力计算中，考虑围岩弹性抗力影响，采用抗力分布规律理论来进行暗洞衬砌内力计算，并采用下述假定，计算图如图3-1。 图 3-1 暗洞衬砌内力计算图抗力区的上零点在拱顶两侧45附近的点（），下零点在拱脚点，最大抗力值发生在点，点的

16、位置约在抗力区的高度处，即，或者在最大跨度附近。段抗力图形按二次抛物线分布，可利用式3-13进行计算, 式3-13段的抗力图形考虑边墙刚度较大，且外缘一般为直线形，本身弹性变形较小，故假定其与高度成直线比例关系。曲墙式衬砌作为墙脚弹性固定于围岩上，两侧受围岩约束的无铰尖拱来计算，其结构如图 3-2所示。由于墙底摩擦力较大，可略去水平位移影响，故墙底只考虑转角。图 3-2墙底转角计算图边墙底部的转角可按式3-14确定， 式3-14式中： 。可列出下列方程组3.15， 方程组3-15方程中， 其中：任意截面中心至抗力最大截面的垂距。将中的代入方程组，可得求解冗力，和的方程组3-16： 方程组3-1

17、6其中，校正系数，一般取0.50.8。求得，和值后，衬砌任意截面的内力可按式3-17、式3-18计算， 式3-17 式3-18计算截面结果可用式3-19、式3-20、式3-21校核， 式3-19 式3-20 式3-21其中，边墙基底的转角，。 在冗力和荷载作用下，基本结构的内力和变形与原结构完全相同，可利用产生的弯矩图来求变形，计算简图如图3-3，图iiMiMlix2x1ix2x1qe 3-3荷载计算图任意截面的径向位移可由式3-22求得， 式3-22式中，在全部荷载、弹性抗力及冗力共同作用下，基本结构产生的弯矩，即结构计算结构的弯矩；单位径向作用于点在基本结构产生的弯矩。按上式求算径向位移时

18、，通常根据经验预先假定弹性抗力分布规律；当抗力分布无法假定时，可用不记抗力的代替求得在全部荷载及冗力作用下的，乘以值，作为抗力的第一次近似值，再利用式3-24计算，逐次接近。根据鹤山隧道的具体情况结合上述理论进行计算。由式3-13可得，其中，又MPa所以则计算得到曲墙拱的最大抗力及其分部关系为，边墙低部的转角可按式3-14确定，其中，然后，用方程组3-15求解冗力，和， 其中，为上拱计算高度，取为5.86m，并且令的假设值均为1，所以可得，（2）II类围岩、III类围岩II类围岩、III类围岩的内力计算均可按上述方法得到。II类围岩、III类围岩可按构造要求设计。34衬砌设计鹤山隧道的衬砌设计

19、采用工程类比设计、理论计算以及现场监控量测三种途径相结合的办法进行具体操作。在工程类比法中介绍比较相似隧道的衬砌类型和方案；而理论计算则包括预支护设计、初期支护设计和二次衬砌设计三大部分内容。3.4.1预支护设计预支护指预先设于隧道轮廓线以外一定范围内的支护或与开挖面后方的支护的共同组成的支护系统，是有效的辅助施工措施。可以在隧道开挖后至洞顶支护结构产生支护作用前的时段内，支承临空的岩体，从而维持开挖面的围岩稳定。鹤山隧道预支护选用超前锚杆，小导管注浆及管棚，详见表3-1，1 超前锚杆设计超前锚杆又称斜锚杆，是沿隧道纵向在拱上轮廓线外一定范围内向前上方斜插角，或者沿隧道横向在拱脚附近以下方倾斜

20、一定外插角的密排沙浆锚杆。前者为拱部超前锚杆，后者称为边墙超前锚杆。拱部超前锚杆用支托拱上部临空面的围岩，起插板作用。边墙超前锚杆在我们采用的先拱后墙法开挖边墙的过程中，将起拱线附近岩体所承受的较大拱部荷载传递至深部围岩，从而提高了施工中的围岩稳定性。表 3-1预支护类型 类型适用条件技术要求超前锚杆III级围岩，开挖临空面后的数小时内可能剥落或局部坍塌的岩块沿拱上部的纵向或沿拱脚附近的横向设砂浆锚杆小导管注浆级围岩自稳能力很低沿拱上部的纵向或沿拱脚附近的横向设4250mm，长35m花管，管内注浆管棚级及以上围岩，无自稳能力沿隧道外缘设80mm，长L10m的花管，管内注浆，管外端支于钢架上超前

21、锚杆设计锚杆参数按经验选取（1）锚杆直径：III级围岩为1822mm，级围岩为2024mm。（2）锚杆长度：一般为35m，与钻孔机具的钻眼能力和开挖工序循环进尺相配合，拱部超前锚杆纵向两排之间应重叠1m以上的水平搭接段。（3）锚杆间距：III级围岩为4060cm，级围岩为3050mm。（4）锚杆外插角：拱部III级围岩为530，IV级围岩拱部为1020；边墙为1030。填充砂浆标号200号，并选用早强砂浆。2 小导管注浆设计小导管是沿隧道纵向在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜一定角度，或者沿隧道横向在拱脚附近向下方倾斜一定角度的密排注浆花管。注浆花管的外露端通常支于开挖面后方的格栅钢架

22、上，共同组成预支护系统。注浆小导管既能加固洞壁一定范围内的围岩，又能支托围岩其支护刚度和预支护效果均大于超前锚杆。对于我们隧道施工中可能碰到的砂土层、砂卵（砾）石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋段等地段很有帮助。小导管注浆设计锚杆参数按经验选取，（1）小导管直径：小导管用4250mm热轧无缝钢管加工制成，长度35m。（2）小导管构造：小导管前部应钻注浆孔。孔径为68mm，孔间距1020cm，并呈梅花形布置。前端加固成锥形，尾部长度不小于30cm，作为不钻注浆孔的预留止浆段。小导管注浆参数按以下选取：压注浆泥砂浆水灰比。当围岩破碎，岩体止浆效果不好时，同样可以采用水泥水玻璃双液注浆。注浆压力控制在0

23、.51.0MPa，必要时在孔口设止浆塞；小导管环向设置间距一般为2050cm，外插角1030。两组小导管间纵向水平搭接长度不小于100cm。3 管棚设计管棚是将钢花管安插在已钻好的孔中，沿隧道开挖轮廓线外排列形成的钢管棚，管内注浆，必要时还可加钢筋笼，并与强有力的型钢钢架组合成预支护系统以支承和加固自稳能力极低的围岩，对防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌等有显著的效果。导管参数按经验选取：导管为热轧无缝钢管，外径80180mm，长度为1045m，分段安装，分段长度为46m，两段之间用“V”型对焊或丝扣连接；导管上须钻注浆孔，孔径为1016mm，孔间距为1520cm，呈梅花型布置。导管的尾部留有不钻

24、孔的止浆段；导管中可以增设钢筋笼，以提高导管的抗弯能力。与管棚配合使用的钢架，可采用钢轨、H型钢及钢管的加工而成。3.4.2 初期支护设计初期支护指锚杆喷射混凝土支护，在杨家川隧道中采用了钢筋网和钢架配合支护。1 喷射混凝土支护设计（1）喷射混凝土支护设计厚度的计算对于喷层的抗局部冲切破坏或粘结破坏的计算如下，A.按冲切破坏计算喷层厚度，可按式3-23计算， 式3-23式中，不稳定岩块重力，kg；喷射混凝土设计抗拉强度，MPa；不稳定岩块露出面周边长度，cm；安全系数，取2.5。根据鹤山隧道的具体情况计算，IV类围岩分布区：cm其中，=272.43MPa，=10MPa，=4.56m，=2.5。

25、III类围岩分布区、II类围岩分布区的情况按构造设计。B.按粘结破坏计算喷层厚度，可按式3-24计算。 式3-24式中，喷层与岩面间的粘结强度，MPa； 其他符号意义同前。同样根据鹤山隧道隧道的具体情况计算，IV级围岩分布区：cm其中，=272.43MPa，=30MPa，=4.56m，=2.5。III级围岩分布区的情况按构造设计。所以得出结论：喷射混凝土与岩石的粘结强度，与岩体强度、岩面粗糙及洁净程度等有关，一般情况是，在硬岩中，粘结强度能满足要求，当喷层厚度100mm时，多为冲切破坏；当喷层厚度100mm时，粘结强度较低时，喷层可能为粘结破坏。（2）钢筋网喷射混凝土支护设计鹤山隧道施工的特殊

26、地段，必须考虑架设钢筋网来辅助支护。钢筋网可提高喷射混凝土的抗剪和粘结强度，有利于抵抗岩石塌落和承受冲击荷载，能提高喷层的整体性，使其应力分布均匀，从而减少混凝土的收缩和喷层裂缝。在变形大而自稳性差的软弱围岩的混凝土喷层中，应设置12层钢筋网。当隧道掘进遇到喷层与土砂层一起剥落时，此时可以安设防剥落钢筋的网眼较密的钢筋网效果会很好。钢筋网喷射混凝土支护设计应符合下列要求：A、钢筋网喷射混凝土的厚度不应小于100mm，且不能大于250mm；B、钢筋网按构造要求设计，钢筋直径一般为412mm，我们具体施工时可以参考选用直径在610mm范围内的钢筋；C、钢筋间距考虑布置在150300mm范围之间；D

27、、钢筋网保护层厚度不应小于20mm。2 锚杆支护设计：锚杆在衬砌中取到的作用有：悬吊作用、组合梁作用、加固作用。锚杆支护设计参数计算（锚杆局部加固计算）（1）锚杆加固拱部危岩计算，一般按悬吊原理确定锚杆参数，计算简图如图3-4，图 3-4 锚杆计算图A、所需锚杆截面面积按式3-25、式3-26计算（锚杆将重力为的危岩锚固在稳定岩体上，危岩使锚杆产生拉力和剪力， 式3-25 式3-26式中， N危岩使锚杆产生的拉力， 按式3-27计算： 式3-27 Q危岩使锚杆产生的剪力，按式3-28计算： 式3-28钢筋抗拉设计强度，MPa；钢筋抗剪设计强度，MPa；锚杆与地质结构面的夹角，度；锚杆与铅垂线的

28、夹角，度；安全系数，一般取为2.4。并且可按式3-29直接计算钢筋直径d， 式3-29式中符号意义同前。根据鹤山隧道的具体情况计算，IV级围岩分布区：cm2cm2cm其中，kNkN=20，=5，=272.43kN，=340MPa（按II级钢筋设计强度选用），0.55，=2.4。III级围岩分布区的情况按构造设计。B、锚杆长度计算，按式3-30计算， 式3-30式中，锚杆固端长度，cm，具体按式3-31计算， 式3-31其中，砂浆与钢筋的粘结力，MPa；钢筋抗拉设计强度，MPa；锚杆钢筋直径，cm；安全系数，一般取为2.0。锚杆外露长度，cm，考虑设置托板、钢筋网等要求，外露长度按规定取为15c

29、m，但此时不能超过喷射混凝土的厚度；锚杆加固围岩厚度，cm，一般用声波由现场测定。具体计算、和的大小，IV级围岩分布区：锚杆固端长度：cm其中，=3MPa（选用螺纹钢筋），=340MPa（II级钢筋抗拉设计强度），=1.35cm，=2.0。锚杆加固围岩厚度：的取值一般由声波现场测定，我们按IV类围岩特性并参考选取以往经验值得到：cm锚杆外露长度：cm所以IV级围岩分布区内的设计锚杆长度为：mIII级围岩分布区的情况按构造设计。（2）锚杆对侧壁危岩的加固计算,计算简图如图3-5，图3-5锚杆加固侧避危岩计算图依据计算示意图，用锚杆加固侧壁岩块，阻止其沿裂面下滑，即可验算抗滑稳定性。沿裂面下滑力，

30、按式3-32计算， 式3-32抗滑力按式3-33计算， 式3-33当时，岩块处于稳定状态。其中，为锚杆拉力，按计算。当考虑安全系数后，锚杆所需面积按式3-34计算， 式3-34式中，裂面的内摩擦角，度；其他符号意义与前面相同。根据鹤山隧道具体情况计算，IV级围岩分布区：沿裂面下滑力为：kN抗滑力为：kN得到，则此时岩块处于稳定状态。当考虑安全系数后，锚杆所需面积为：cm2式中，=35，其他同前。3.4.3 二次衬砌设计二次衬砌宜采用等厚薄形马蹄形断面，在圆、弧、直线间应圆顺连接。II类围岩的二次衬砌不受力或受力不大，根据施工和构造要求确定衬砌厚度，通常采用二次衬砌的最小厚度，一般为30cm。I

31、II级及以上围岩复合式衬砌按承载结构设计，为发挥围岩自承作用，允许围岩与支护衬砌有一定变形，故二次衬砌不宜太厚（不宜大于45cm），一般取为45cm。并且，仰拱衬砌的厚度为60cm。为保证隧道衬砌、通信信号和供电线路等设施正常使用，隧道衬砌应根据要求采取防水措施。当有地下水时，初期支护和二次衬砌之间可设置塑料板防水层或采用喷涂防水层，也可采用防水混凝土衬砌；当地下水小时，仅在公布设置防水层。防水层一般采用全断面不封闭的无压式，也可用全断面封闭的有压式。防水层应在初期支护变形基本稳定后、二次衬砌灌注前施作。最后，得出鹤山隧道衬砌设计参数，如表3-2所示，表3-2 衬砌设计参数 项目单位围岩级别表

32、1-1-3隧道复合式衬砌支护参数VIV III超前支护类 型mm505小导管小导管间 距cm4040长 度m4.54初期支护喷射混凝土厚度25号cm252015径向系统锚杆直 径mm252522长 度cm350300300锚 杆布 置cm10080100100120120钢筋网钢拱架直 径mm666钢 筋布 置榀间距cmcm1515751515751515无二次衬砌25号混凝土cm605045仰拱cm6050第四章 隧道运营设施及其设计4.1 通风设计4.1.1 调查 1 交通量历时变化包括随小时、星期、季节、和年的变化情况，尤其交通量逐年变化的情况，是进行通风规划分期实施的主要依据。对难以区分的大型载货车、大型车、小型车，而不能区别发动机的种类，因而为保证安全，常把大型货车和客车视为柴油车。2 冻害调查对设计尤为重要，气温、气压、温度等是通风计算和设备选型的重要参数。4.1.2 通风方式可按下列方法初步判