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1、- 2 - Henan Polytechnic University 学院：土 木 工 程 学 院 姓名：贠 宝 锋 学号： 310707020623 班级：道路桥梁07-3班 指导老师：任 连 伟 日期：2010年5月22日目 录一、工程概况31.1 设计条件31.2 设计依据、任务及要求3二、 隧道几何设计42.1 隧道纵断面设计42.2 隧道横断面设计4三、 隧道结构设计63.1洞身衬砌结构63.2 洞门设计7四、隧道施工组织设计94.1 施工准备94.2 施工方法94.3 施工通风124.4 防水排水134.5 路面工程144.6 辅助坑道15一、工程概况1.1 设计条件川北隧道位于四
2、川北的山岭重丘区，是一条高速公路上一段全长为2714m的隧道。该隧道的设计桩号为k1+370k4+084,位于市区北方向，距离市区23km。该隧道一般地段埋深为100200m，最大埋深不超过300m，设计纵坡范围为-3.0%3.0%，定为2.75%。根据隧道设计条件中所出的地区气候类型及其埋深情况，估计隧道内的平均气温为1920。1. 地貌路线跨越区域为山岭重丘区，相对高差约500m，受构造影响，山势陡峻，山形零乱，沟谷纵横，透视条件十分困难。2. 气候条件位于川西北的山岭重丘区，属亚热带季风性湿润气候，春暖多雨，夏季干热，秋季凉爽，冬季寒冷，四季分明，严寒期短，暑热期长。平均降雨量1357.
3、8mm，平均降雨天数154.7天，多集中在48月，平均降雪天数10.7天，极端最高气温40.7，极端最低气温-13.7。昼夜温差较大，一般在12左右，霜冻期一般在25天左右。3工程地质、水文地质概况拟建某隧道围岩类别主要为类，洞口部位少量为类，区域性地质构造为单斜构造，岩层层理平缓，倾角510。1.2 设计依据、任务及要求设计依据：（1）公路隧道设计规范（JTG D70-2004）；（2）公路隧道施工技术规范（JTJ042-94）；（3）隧道工程王毅才 主编 人民交通出版社；（4）铁路隧道施工规范（TBJ204-96；本设计主要进行一座公路隧道的结构与施工设计即川北隧道1确定隧道洞口位置进行隧
4、道的结构计算和设计。2按照新奥法原理进行隧道衬砌结构设计。3隧道施工方案与施工组织设计。二、 隧道几何设计2.1 隧道纵断面设计公路隧道的纵断面设计要按照公路隧道设计规范（JTG D70-2004）规定进行，川北隧道在方案的确定时，在1/5000的地形图上，已经将隧道的路线和洞口的位置进行了确定，进口隧道的地面标高位600m，为了减小开挖量，就将进口的设计高度定为600m。出口的地面标高为680m。又因为该地区的大致地势是北高南低，并且是南边的地势比较平坦。所以，就将出口的设计标高定为680m。而该段隧道有是位于某城市的北方向23km,从总体上考虑，应使该高速公路的总路线的长度最短，从而最大限
5、度地减少工程造价。节省成本。平面线形我采用了直线形。这样，既减少了隧道施工的难度，又节省了工程造价。 在纵断面的确定中我采用了人字形坡，坡度为1%和-1.5%，该坡度可以满足工程技术规范的要求。即要小于3%的要求。在K2+750处设变坡点，控制标高为933.8m,半径R=20000m，曲线L=500m,切线长T=250m,外距E=1.56m。且在起点桩号K1+370处的设计标高为920.00m,在终点桩号K4+084处的设计标高为913.55m。2.2 隧道横断面设计隧道内轮廓方案的选取除满足建筑限界的要求外，还必须考虑隧道通风、照明、通讯、排水、装饰等其他设施及超高需要的空间，同时衬砌内轮廓
6、的形状和尺寸还要考虑结构受力特点、工程造价及施工方法等诸多因素进行分析比较，本着断面利用率高，衬砌结构受力均匀、合理、安全、经济的原则进行选取。道路隧道的建筑限界包括：车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度；隧道限界的规定是为了保证道路隧道中行车安全，在一定宽度、高度的空间范围内任何物件不得侵入的限界。该公路隧道的建筑限界如图2-1：图2-1 公路隧道的建筑限界图2-2 隧道净空图在设计隧道横断面时，由于地质条件所限，隧道内一些地区需设置仰拱； 由： r1+a-r2cos25r2sin2-a=b r1+a/sin1=r2 可得：r1=r2=5.3m, r3=6.9m隧道净空图如图2-2。三、 隧道
7、结构设计3.1洞身衬砌结构川北隧道采用新奥法原理设计,采用复合式衬砌,喷锚支护与混凝土衬砌相结合,是外衬砌为喷锚支护,内衬为整体混凝土衬砌。它是与新奥法结合,施工时先在洞壁表面上喷射混凝土、安装锚杆,形成柔性支护结构。它和围岩可有共同的有限度变化,释放围岩因开挖而引起的变形压力,使外衬与围岩共同组成的初步支护体系处于暂时平衡状态,保证施工安全。内衬整体混凝土是刚性的,在施工中,据围岩变形信息和施工工艺安排,在时间和空间上与外衬相隔一段时间和一段距离施工。一体现先柔后刚的支护原则。为防止地下水渗入隧道内,在外衬和内衬之间,铺设一层塑料防水板、土工布或土木复合膜做防排水层。川北方隧道地质条件较差，
8、如何达到设计参数合理、安全及可靠，就成为了该隧道设计的关键。本隧道结构参数的选取采用了工程类比与数值分析相结合的方法。即在目前国内已建成六车道连拱隧道的基础上，结合内轮廓断面形式、施工工序、开挖方法等综合因素进行支护参数的选取。以下为相关隧道的支护参数：表1 广州白云山隧道支护参数 围岩类型支护结构名称喷射混凝土厚（cm）25202015锚杆22间距（cm）100100100100100100长度（cm）300300300钢筋网6 2020双层6 2020双层6 2020双层6 2020双层钢拱架间距75间距100仰拱（cm）50模筑衬砌厚（cm）80454035 表2 京株高速公路靠依山隧道
9、支护结构参数表 围岩类型支护结构名称喷射混凝土厚（cm）2725 1012锚杆22间距（cm）1505010010015070长度（cm）4235cm钢管223.5m223.5m钢筋网8 2525双层6 2525双层6 2525双层6 2525双层钢拱架间距75间距100间距100仰拱（cm）50模筑衬砌厚（cm）50504040 由以上隧道支护结构参数为依据，拟定本隧道支护参数表和、类围岩的衬砌结构断面形式； 表3 隧道支护结构参数表 围岩类型支护结构名称喷射混凝土厚（cm）2525 10锚杆22间距（cm）8080100100100100长度（cm）350350300钢筋网6.5 2020
10、双层6 2525双层6 2525双层钢拱架间距75间距100间距100仰拱（cm）50模筑衬砌厚（cm）50403.2 洞门设计隧道洞门形式的选择和隧道洞口的地形，地质条件以及隧道照明需要有关，洞门附近围岩一般比较松碎松软，所以应根据实际情况，选择合适的洞门形式，并对边仰坡进行适当护坡。方案1：环框式洞门 用于洞口围岩坚硬完整，节理不发育，且不宜风化，路堑开挖后仰坡稳定，仰坡坡率一般为1：0.11：0.3，且无较大排水要求的隧道，正交斜交均可采用。方案2：端墙式洞门适用于洞口岩层节理发育，开挖边坡坡面稳定，边仰坡坡率为1：0.31：0.5的隧道，正交或斜交洞门均可采用。端墙式洞门施工较为简单，
11、便于引排水。方案3：翼墙式洞门适用与洞口地质条件差，通常为土层，风化破碎岩层，半土半石以及堆积等，山体压力大，仰坡坡率为1：0.751：1.5的隧道，这种洞门的结构具有较大的稳定性，翼墙支持了洞门主墙，提高了防止滑动和倾倒的能力，节省圬工，洞门顶汇水可有翼墙顶水沟排入路堑侧沟，排水方便。综上所属我们选中第三种翼墙式如图所示：图3-1 翼墙式洞门四、隧道施工组织设计4.1 施工准备隧道施工包括修建隧道的施工方法，施工技术和施工管理。在隧道施工前，应该做好施工准备和施工测量放样工作，即应做好现场调查研究，核对设计文件和编制隧道施工组织设计的工作。隧道施工顺序为：施工准备洞口排水系统施作洞前、洞口土
12、石方（成洞面加固、边仰坡防护）洞门、明洞段施工洞身开挖、初期支护滞后开挖面一定距离进行仰拱、铺底和墙脚施工滞后一定距离与开挖平行作业进行防水层铺设二次衬砌隧道贯通二次衬砌完成后进行沟槽施工洞内基层、路面施工洞内装饰防火涂料施工。隧道施工前必须完成的基本设施：施工便道，隧道施工用电、生活用电，隧道施工用水、生活用水。隧道施工通讯，隧道施工、生产、生活用房，隧道进口、洞口外挡护及排水工程，隧道内通风三管两路设置，隧道施工安排总体布置，隧道施工安排总体布置。4.2 施工方法根据地质水文条件，断面大小及形状，隧道长度，工程的支护形式，埋深，施工技术与设备，工程工期等因素的不同，山岭隧道施工可选择全断面
13、一次性开挖，全断面二次开挖，台阶式开挖，导洞法开挖等施工开挖方法。根据各个施工方法的特点和当地地质情况川北隧道的具体施工方法：1.进洞施工方法：1）、先将洞门及明洞挖出。开挖时，采用挖掘机按尺寸位置挖出洞门及明洞位置，避免对洞门仰坡及边坡的扰动。施工过程中加强对仰坡的观测，如东门在开挖过程中有无滑坡迹象，应对仰坡和边坡采取加固措施。并采取保留核心土的做法，先将明洞和洞门衬砌好，再挖除核心土石方；2）、挖出洞门及明洞位置后，立即衬砌明洞及洞门；3）、待明洞及洞门施工完毕后，在向前掘进；2.掘进开挖方法：隧道位于类围岩地段，采用短台阶上、下半断面法开挖；类围岩地段及紧急停车带地段，采用台阶分部开挖法，上断面唤醒开挖，保留核心土，上、下断面短进尺一次开挖，或下断面拉中槽挖马口。实施超前支护、钢架、锚喷等手段
