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1、专业资料隧道工程课程设计姓名：张业学号：2013104213班级：20131042班指导老师：刘敬辉日期：2016年7月1号设计说明书目录一、 原始资料二、设计任务及要求三、设计步骤四、施工方法的选择五、参考文献一、 原始资料(一) 地质及水文地质条件 风门凹隧道穿过山地丘陵， 按小净距隧道设置。隧道区地层岩性主要由第四系坡积亚粘土及老虎坳组砂岩层组成，具体如下：a、覆盖层：主要为坡积亚粘土（ Q d l），为隧道区表土层，黄色，略带红色，稍湿，硬可塑 硬塑， 含少量砂砾及碎石， 表层含少量植物根系， 坡积成因。层厚不均匀，最薄处为1 . 1 0 m 见于ZK144号孔，最厚处为4.00m见于
2、ZK143号孔，地层编号为9。做标贯试验1次，实测24击。其主要的物理力学指标为：含水率=21.5%，天然密度2.06g/cm3，直剪凝聚力= 2 3 . 7 k P a， 内摩擦角=24.7。b、基底： 按风化层分为全微风化岩层。1）、全风化砂岩（ Qe l） ： 黄色为主， 局部夹褐色等杂色， 岩芯已风化呈亚粘土状，含少量砂砾， 矿物基本已完全风化， 难辨原岩结构， 稍湿， 硬塑 坚硬土状。主要见于Z K 1 4 3号钻孔一带， 层厚为9 . 0 m。地层编号为1 3 - 1 - 6。做标贯试验3次： 实测击数最大值=46、最小值=39、平均值=42。直剪凝聚力=30kPa，内摩擦角=31
3、，压缩模量=1 0MP a，容许承载力 0 = 2 8 0 k P a 。2）、强风化砂岩（ D 2 l）：黄色，褐色，岩芯呈半岩半土状，矿物大部分已风化，略可辨原岩结构， 夹少量弱风化碎块， 底部分含量变大， 岩质软， 手捏易散， 遇水易软化。广泛分布， 层厚1 0 . 4 2 6 . 0 m。地层编号为1 5 - 2 - 6 。3）、弱风化粉砂岩（ D2 l） ： 灰色、褐色， 、岩芯十分破碎，节理裂隙发育，取芯困难，钻进容易。见于Z K 1 4 4号钻孔， 揭示厚度2 3 . 5 m。地层编号为1 5 - 3 - 4。岩石完整性系数KV 0.29。4）、弱风化砂岩（ D2 l）：褐黄色，
4、夹红色，黑色等杂色，岩芯呈碎石、碎块状，裂隙很发育， 钻进较慢， 岩质较硬， 敲击声稍沉， 略有回弹， 局部岩质坚硬， 风化程度低， 较新鲜， 接近微风化， 破碎较上部完整， 钻进缓慢， 锤击声清脆， 震手， 有回弹感。层厚极不均匀， 最薄处为3.7 0 m见于ZK 144号孔， 最厚处为1 5 . 0 0 m 见于ZK143号孔，平均厚度为9 . 3 5 m。地层编号为1 5 - 3 - 6 。5）、微风化泥质粉砂岩（ D2 l） ： 灰白色， 泥质结构， 手摸有滑腻感， 指甲可刻动，钻进较易，岩石较完整，呈短柱-长柱状，锤击易碎，节理裂隙较发育，呈闭合状。见于Z K 1 4 4号钻孔一带，
5、 厚度为3 . 6 0 m。地层编号为1 5 - 4 - 4 。6）、微风化砂岩（ D2 l） ： 灰白、灰黄色， 30 m以上岩芯十分破碎， 岩芯呈碎块状，岩质坚硬，较微硅化，采取率低，锤击不易碎， 30 - 41. 4 m岩石坚硬较完整，钻进缓慢，硅化， 4 1 . 4 - 5 5 . 2 m 较破碎， 呈碎块状-短柱状，硅化。见于ZK 1 4 4号钻孔一带，厚度为4 7 . 7 0 m。地层编号为1 5 - 4 - 6。岩石完整性系数KV 0.61 0.90。(详细地质资料示于隧道地质纵断面图中)。 (二) 线路条件 隧道建设规模按双洞六车道修建， 设计行车速度为1 2 0 k m /
6、h 。，线路坡度及平、纵面见附图，隧道建筑限界高5m， 洞内路面宽度1 1 . 2 5 m， 两侧设路缘带及检修道。详见“ 隧道内轮廓及建筑限界图”。 (三) 施工条件 具有一般常用的施工机具及设备, 交通方便, 原材料供应正常, 工期不受控制。附： (1) 1:2000的风门凹地形平面图二张； (2) 隧道地质纵断面图一张。二、设计任务及要求(一) 确定隧道进、出口洞门位置，定出隧道长度(二) 在1:2000的地形平面图上绘制隧道进口、出口边坡及仰坡开挖线；(三) 确定洞身支护结构类型及相应长度，并绘制类围岩地段复合式衬砌横断面图一张(比例1:100)；(四) 人行横通道布置示意图以及射流风
7、机布置示意图(五) 按所给定的地质资料及技术条件选择适当的施工方法，并绘制施工方案横断面分块图及纵断面工序展开图(六) 将设计选定的有关数据分别填入隧道纵断面总布置图的相应栏三、设计步骤（一）隧道洞门位置的确定洞门位置的确定与洞门结构形式、边仰坡开挖方式、洞口附近地形、地质及水文地质条件有关。先在1:200的洞口地形平面图上用作图法初步确定洞门位置, 然后在实地加以核对和修正。为了保证施工及运营的安全, 隧规提出了“在一般情况下，隧道宜早进洞，晚出洞”的原则。即尽量避免开挖深路堑，以确保洞口边、仰坡稳定。洞口围岩级别V，边坡仰坡的坡率取1:1.5，控制高度18米。采用作图法确定洞门位置，左线选
8、择翼墙式洞门、右线选择端墙式洞门。1. 左线翼墙式洞门（甲式开挖）甲式开挖后的边、仰坡范围由六个面组成：即一个仰坡面，两个边坡面，两个边仰坡的弧形联接面和一个路基面构成。在确定洞门位置时，可以近似将洞口路基面视为一个水平基准面。具体步骤如下：（1） 根据选定的洞门结构型式查得洞门墙顶半宽Bm=15.45m，翼墙端点至洞门里程的距离C=6m（见图1）(2) 计算 H路基H轨顶=93.292m-0.9m=92.393m注：在标准图中是用h2表示。 H控制H路基H设计=92.393m+18m=110.393m dH设计m=18m1.5=27m式中： H路基路基面设计标高； H轨顶内轨顶面标高； H设
9、计最大设计开挖高度； H控制控制等高线标高; 由轨顶面至路基面的垂直距离； 1：m边、仰坡坡率； d 边坡坡脚至等高线上控制点a的水平距离； b 洞门位置至仰坡坡脚水平距离(可由标准图中查得)；(3) 在1：500地形平面图上找出数值为H控制的等高线；(4) 沿线路中心线两侧作宽度为路堑底宽度之半的两根平行线、；(5) 以d为半径，沿（或）线移动，找出与控制等高线相切的点a后，在线（或线）上标出圆心O点；(6) 从O点向洞内方向移动C的距离得一点P，过P点作线路中心线的垂线PP，则PP即为甲式开挖时的洞门位置；(7) 按比例在1：500地形平面图上绘出洞门结构平面示意图。2. 右线端墙式洞门（
10、乙式开挖）乙式开挖范围比较复杂，由10个面组成，即一个仰坡面、二个弧形联接面、两个洞门墙顶的边坡面、两个不同路基宽度联接面、二个边坡面和一个路基面，其具体步骤如下：(1)根据选定的洞门结构型式找出洞门墙顶半宽度Bm=19.35m，仰坡脚至洞门起点的水平距离b=2.5m 以及仰坡脚至路基面的垂直距离h顶沟=8m（见图2）；(2) 计算 H路基=H轨顶=97.399m-0.9m=96.499m H控制H路基H设计=96.499m+18m=114.499m d(H设计h顶沟)m=(18m-8m) 1.5=15m式中： d仰坡脚至控制等高线上的控制点a的水平距离， 其他符号意义同上；(3) 在1：50
11、0地形平面图上找出数据为H控制的等高线；(4) 沿线路中心线两侧作宽为洞门墙顶宽度之半（即Bm)的两根平行线、；(5)以d为半径沿线（或线），找出与控制等高线相切的点a，并在（或）线上标出圆心O点；(6)从O点向路堑方向移动b的距离，得一点P，过P 点作线路中心线的垂线PP，则PP即为 乙式开挖时洞门位置；(7)按比例在1：500地形平面图上绘出洞门结构平面示意图，并标出洞门里程及其轨顶面标高。当进出口洞门位置确定以后，隧道起、终点里程之差即为隧道长度。注意隧道起、终点的里程系按隧道洞门墙外表面与线路内轨顶面的交点计算。(二) 绘制隧道洞口边、仰坡开挖线1仰坡开挖线（见图3）风门凹左线广州端隧
12、道进口仰坡坡脚标高为106m，仰坡坡率为1：1.5，为了求得仰坡与地表面的交线，先计算仰坡的等高线距仰坡坡脚的水平距离d1、d2、d3等。 对于108m等高线 d1=(108-106)1.5=21.5=3m 对于110m等高线 d2=(110-106)m=41.5=6m然后在图中按比例作与洞门墙平行且相距为d1的11线，交108m等高线于 点 ，作 22 线 与 洞 门 墙相距为d2交110m等高线于点 ， 以此类推 ，用虚线连接a 、 、 各 点 即 为 仰 坡 开 挖 线 。2. 绘制边坡开挖线的方法 (参见图 3 )其原理同前，若边坡坡脚标高为92.3m，边坡坡率1：n1：1.5，则不同
13、标高位置的边坡顶点至边坡坡脚的水平投影距离为： C 1(9492.3)n2.55m C 2(9692.3)n5.55m3.绘制仰坡与边坡交角处开挖线其原理同前，但是应注意当洞门开挖方法不同时，其刷坡起算点不同，即采用甲式开挖时，起坡点为翼墙端点G，而采用乙式开挖时，起坡点为仰坡坡脚K(参见图4)。当仰坡坡率与边坡坡率不同时，采用坡率逐渐变化的方法进行过渡。如若边坡坡率1：n1：0.5，仰坡坡率1：m1：1，则可以起坡点为圆心，每隔18作一射线，则放射线的坡率相应为1：0.8，1：0.85，1：0.90，1：0.95，1：1，然后用前述方法作出交角处的开挖线。(三) 确定洞身衬砌结构类型及长度并
14、绘制1:100的衬砌横断面图1确定洞身衬砌结构类型及长度 隧道通过地段的地质情况常有变化，应按其不同围岩类别选用不同类型的衬砌。在两类衬砌连接处，围岩较差地段的衬砌断面应向围岩较好地段作适当的延伸，一般延伸长度为510m。 隧道洞口地段由于覆盖层较薄，地质条件差，衬砌结构设计应慎重从事，通常都予以加强，一般隧道应在洞口位置设置不小于5m长的加强衬砌，衬砌加强地段的衬砌断面视地形地质实际情况，可选用低一级甚至两级围岩类别的衬砌断面。 对于曲线地段的衬砌断面都要加宽。注意：计算后的数值应取为10的整倍数，以方便现场制模。各类围岩相应的衬砌断面，可查阅相应的标准图，并将选用的衬砌断面的标准图号、加宽
15、值、长度，分别逐段填入总布置图中，各段长度一般应取米的整数。2绘制复合式衬砌断面图 绘制类围岩地段复合式衬砌横断面图一张，比例1：100。(四) 施工方法的选择本隧道要求采用新奥法施工中的短台阶法。此工程围岩级别为IV级，围岩稳定性差，初期支护能尽快闭合，短台阶法一次开挖的断面较小，有利于开挖面的稳定，两个断面相距较近。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。缺点是因为上台阶的长度有限，故出渣时对下半断面施工时的干扰较大，不能全部平行作业。注意事项：初期支护全断面闭合一般应在距开挖面30m以内完成，或在上断面开挖后30d内完成，拖延过久会影响围岩的稳定。当初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合。台阶的长度应在满足围岩稳定性要求的前提下
