2014屆畢業(yè)設計指導書(山嶺隧道)

1、2021屆畢業(yè)設計指導書供參考隧道建筑限界是為了保證隧道內各種交通的正常運行于平安，而規(guī)定在一定寬度和高度范圍內不得有任何障礙物的空間限界。在設計的時候，應充分研究各種車道與公路之間所處的空間關系，任何部件包括隧道本身的通風、照明、平安、監(jiān)控及內部裝修等附屬設施均不得侵入隧道限界之內。隧道建筑限界是決定隧道凈空尺寸的依據(jù)，對設計、施工、運營來說都很重要，而且隧道是永久性的建筑，一旦建成，就很難改動。因此，隧道建筑限界確實定，對隧道的設計來說至關重要。公路隧道建筑限界由行車道寬度W，路緣帶S，側向寬度L，人行道R或檢修道J等組成。當設置人行道時，含余寬C。具體取值根據(jù)公路隧道設計標準JTG D7

2、0-2004確定。公路隧道工程地質復雜、施工工序繁多、開挖襯砌斷面大, 在科學的設計理論指導下,提倡優(yōu)化設計, 最大限度地滿足平安、適用、經(jīng)濟、美觀的要求。隧道洞室的軸線一旦選定以后,事實上圍巖的介質和初始地應力場等邊界條件也就客觀存在不能改變了,故設計中只能不斷地調整洞室斷面的幾何形態(tài)、尺寸等,以改善圍巖的應力分布及其穩(wěn)定性狀態(tài)，并使工程量最小。隧道斷面形狀設計的方案不是唯一的,而是有許多方案可供選擇,這就提出了如何優(yōu)化的問題，本設計中就是在滿足根本幾何形狀，滿足合理受力的條件下，通過編寫斷面優(yōu)化程序，使斷面面積最小，施工工程量最小。矩陣位移發(fā)又叫直接剛度法,它是以結構節(jié)點位移為根本未知量,

3、連接在同一節(jié)點各單元的節(jié)點位移應該相等,并等于該點的結構節(jié)點位移(變形協(xié)調條件);同時作用于某一結構節(jié)點的荷載必須與該節(jié)點上作用的各個單元的節(jié)點力相平衡(靜力平衡條件)。首先進行單元分析，找到單元節(jié)點力和單元節(jié)點位移的關系單元剛度矩陣，而后進行整體分析，將每一個節(jié)點有共同位移的單個元剛度矩陣元素簡單地疊加起來，建立以節(jié)點靜力平衡為條件的結構剛度方程，在利用邊界條件，有結構剛度方程中解出未知的結構各節(jié)點的位移，也就是解結構剛度方程，然后在根據(jù)變形協(xié)調條件，求得匯交于該節(jié)點各單元節(jié)點位移，進而求出單元節(jié)點力襯砌內力。直接剛度法計算過程標準，可以充分發(fā)揮電子計算機的自動化效能，有利于編制程序，它是目

4、前廣為使用的一種方法。其一般計算過程如下：（1） 對隧道襯砌整體結構沿其軸線進行離散，計算各分塊單元的根本幾何參數(shù)；選擇結構坐標系和局部坐標系，將各節(jié)點和單元進行編號；并對圍巖彈性抗力支承鏈桿進行設置。（2） 把所有節(jié)點荷載沿結構坐標系分解，建立節(jié)點荷載列向量和節(jié)點位移向量的關系式。（3） 利用各單元在局部坐標系中的單元剛度矩陣公式，計算局部坐標系中各單元的剛度矩陣。（4） 進行坐標轉換，并將單元剛度矩陣按“對號入座法那么疊加到結構剛度矩陣中。（5） 引入邊界約束條件，修改結構剛度矩陣，計算各節(jié)點位移；必要時對彈性支承鏈桿的設置進行調整。（6） 利用桿件在結構坐標系中的單元剛度方程公式，計算結

5、構坐標系由節(jié)點位移產(chǎn)生的節(jié)點力。隧道襯砌屬于實體的拱形結構，這種結構受力彎矩和軸力的影響較大。因此要把襯砌軸線離散化為一些同時能承受彎矩和軸力的直桿單元梁單元，并將單元的聯(lián)接點稱為節(jié)點。同時，假定單元是等厚的，其計算厚度取為單元兩端厚度的平均值。單元的數(shù)目視計算精度的需要而定，為了保證襯砌內力分析的精度要求，隧道襯砌一般劃分為30個單元以上，但單元數(shù)目也不需要太多，一般在60個單元以內。隧道邊墻的底端直接放在巖層上的，故可以假設邊墻底端時彈性固定的，即能產(chǎn)生轉動和垂直下沉。但由于邊墻底面和圍巖之間摩擦力甚大，一般不能產(chǎn)生水平位移，故應在邊墻底面的水平方向上加以約束。對于一些特殊形式的襯砌，比方

6、拱和邊墻的軸線不連續(xù)帶耳墻的明洞或者墻基需要展寬時，需要添加一個特殊單元剛性單元。對于有仰拱的曲墻襯砌，由于仰拱一般是在拱圈和邊墻受力變形根本穩(wěn)定后才修建的，因此通?？珊雎匝龉皩σr砌內力的影響。如需要在計算中考慮仰拱的作用，可將仰拱也劃分為梁單元，仰拱、邊墻、拱圈三者一并考慮進行計算。在實際工程結構中，主動荷載和結構自重一般不直接作用在節(jié)點上。為了配合襯砌的離散化，主動荷載和結構自重也要進行離散，也就是將作用在襯砌上的分布荷載至環(huán)城作用在節(jié)點上的等效節(jié)點荷載。等效節(jié)點荷載的置換有以下兩種方法。一種是簡單近似的方法，即按簡支梁分配的原那么進行置換，而不計作用力遷移位置時所引起的力矩的影響。對于豎

7、向或水平的分布荷載，其等效界電力分別近似地取為節(jié)點兩相鄰單元水平或垂直投影場獨得一般乘以襯砌計算寬度一面積范圍內的分布荷載的總和。對于襯砌自重，其等效節(jié)點力可近似地取為節(jié)點兩相鄰單元重量的一半。由于荷載本身計算的準確性差，按近似方法計算對最終的結果影響不大，故該方法得到了較為廣泛的應用。另一種方法是按靜力等效的原那么對節(jié)點力進行置換，即節(jié)點力所做虛功等于單元分布荷載所做的虛功。將彈性抗力作用范圍內的連續(xù)圍巖，離散為假設干條彼此互不相關的矩形巖柱。矩形巖柱的一個邊長時襯砌的縱向計算寬度，通常取為單位長度，另一個邊長時兩相鄰的襯砌單元的長度之半的和，巖柱的深度與傳遞軸力無關故不予考慮為了便于力學計

8、算，用一些具有一定彈性性質的彈性支承彈性鏈桿來代替巖柱，并讓它以鉸接的方式支承在襯砌單元之間的節(jié)點上，所以它不承受彎矩，只承受軸力。彈性鏈桿的彈性特性即為圍巖的彈性特性，用剛度系數(shù)K表示。這種方法不假定彈性抗力分布范圍與分布規(guī)律，比擬接近實際情況。彈性鏈桿應服從局部變形的假定。對于墻腳的彈性固定，可以用一個能約束轉動和垂直位移的彈性支座來模擬。計算隧道陳其結構所需的單元主要有三種：一種是代表襯砌結構能承受軸力和彎矩的直梁單元襯砌單元；一種是模擬圍巖對襯砌的約束作用的彈性支承鏈桿單元；另一種是模擬墻腳彈性固定的彈性支座單元。每個襯砌單元在兩端共有6個節(jié)點位移分量軸向位移、橫向位移、轉角位移和6個

9、節(jié)點力分量軸力、剪力和彎矩，寫成矩陣形式有局部坐標系下：= 上式縮寫成： =為了進行整體分析，需要將坐標系中的單元剛度矩陣轉換到總體坐標系或稱結構坐標系中，將以上式子用矩陣形式表示有= 上式縮寫成： =上式九是在兩種坐標系中單元節(jié)點力的轉換式，式中稱為坐標轉換矩陣。顯然，節(jié)點力之間的這種轉換關系，對節(jié)點位移同樣適用，因此有 =因此，在總體坐標系中單元剛度方程式應為 =其中=對于梁單元，上式中的代表六個節(jié)點力，為便于建立節(jié)點的平衡方程，根據(jù)單元剛度矩陣的分塊性質，可以將它寫成Si：Sj。同樣，代表兩端六個節(jié)點位移，也可以寫成i：j，這樣成為=圍巖對襯砌的約束作用采用彈性鏈桿來模擬。假設彈性支承鏈

10、桿按水平方向設置，其總體坐標系與局部坐標系一致，設襯砌變形后支承鏈桿的壓縮位移為u,而圍巖對襯砌的彈性抗力為R,根據(jù)溫克爾假定，其抗力與水平方向位移之間的關系為R=()u式中 彈性支承所在圍巖的彈性抗力系數(shù)； b隧道計算寬度，一般取為1m； 豎直投影長度，= 根據(jù)墻底的變形協(xié)調條件及力的傳遞作用，彈性支座單元的端點位移和端點力與墻底位移和墻底力相對應。由于彈性支座單元的局部坐標系與總體坐標系一致，因此總體坐標系下墻腳彈性支座單元的位移與反力的關系可直接得到，寫成矩陣形式為 =式中 墻底圍巖的切向彈性抗力系數(shù)，因為不考慮它的橫向位移，所以可取為一個任意大值； 墻底圍巖的法向彈性抗力系數(shù)，通常取為

11、=1.2K，K為圍巖側向彈性抗力系數(shù)； B墻底寬度； b沿線路方向隧道計算寬度為b。對于隧道襯砌，當拱腳和墻頂襯砌軸線不連續(xù)或者墻底需要展寬根底時，就要添加一個特殊的襯砌單元，即剛性單元。這種單元能承受局部垂直荷載和水平荷載的作用，其單元本身可看作是剛性的，在理論上講單元的EA和EI均為無窮大。在實際數(shù)值計算中，剛度不可能取為無限大。一般兩相鄰桿件，當它們的剛度比超過8-10倍時，那么剛度大的桿件可視為是絕對剛度的。在實際運算中，通常取剛性單元為普通單元剛度的30倍。對于結構每個節(jié)點建立靜力平衡方程式，將所有節(jié)點的平衡方程式集合在一砌就是結構的剛度方程。以節(jié)點為單位進行分塊的結構總剛度矩陣的形

12、成是很有規(guī)律的1只有匯交于節(jié)點為單元才可能對結構剛度矩陣第i行的子陣提供維持節(jié)點平衡的桿端力，因此，在組成結構剛度矩陣第i行的子陣時，只需考察共有節(jié)點i的各單元的影響。2各單元對結構剛度矩陣有影響的子陣的兩個下標，與結構剛度矩陣中同一個子陣的兩個下標完全相同。即其中的任一個子陣K由各單元下腳標相同的子陣疊加而成。這樣，只要將在結構坐標系中每個單元的港督矩陣的四個子陣按其下角標在以節(jié)點為單位進行分塊的結構矩陣終究位，即所謂“對號入座，就可得到結構總體剛度矩陣。1結構感度矩陣式一個對襯矩陣。利用對稱性，可以只存儲矩陣的上三角局部或下三角局部，這樣既可以節(jié)省近一半的計算機儲存容量，又可以減少運算時間

13、。另外，利用這一性質還可以校對結構剛度矩陣的正確性。2結構剛度矩陣是一個高度稀疏的矩陣，矩陣每大多數(shù)元素為零，非零元素的個數(shù)一般只占元素總數(shù)的5%左右，并且都集中在主對角線周圍的一格狹窄的帶內，數(shù)學上把這種矩陣稱為帶狀矩陣。利用結構剛度矩陣的稀疏性，設法只存儲非零元素，可以大量節(jié)省計算機的存儲容量。3結構剛度矩陣的奇異性。用直接剛度法按所有節(jié)點都可能產(chǎn)生位移建立起來的結構剛度矩陣是奇異矩陣，也即矩陣的行列式等于零，它不存在逆矩陣。這是因為假設只給定節(jié)點力，那么節(jié)點位移并不能唯一確定，此時單元兩端沒有支承，除了桿體本身產(chǎn)生彎曲和軸向變形外，還可產(chǎn)生任意的剛體位移。所以在求解結構剛度方程時，必須有

14、足夠的邊界約束條件以限制結構的剛體位移，才能使方程得到唯一的解。以上已經(jīng)用直接剛度法建立了結構剛度方程。但這個方程式無法求解，只有在引入必要的邊界條件，即位移約束后，才能對其進行求解。引入位移約束條件的常用方法有兩種：一種是調整矩陣中行和列的位置，即將結構剛度方程中的節(jié)點位移和相應的節(jié)點荷載重新排列，使未知的節(jié)點位移和相應的節(jié)點力派在矩陣前面，而的節(jié)點位移在通常約束的條件下為零和相應的節(jié)點力派在矩陣后面，得到新的結構剛度方程；另一種方法就是所謂的劃“1置“0法，即將結構剛度矩陣中對應于節(jié)點位移為零的行和列的全部元素置零，僅在主元素位置上置1，同時將荷載項中與零位移分量相對應的荷載分量也置零。這

15、樣就相當于在求解未知節(jié)點位移分量的方程組中，加進一組其節(jié)點位移分量為零的方程式，求解的結果并不影響其惟一性和正確性，該方法在邊界條件為零的條件下使用。求解剛度方程就是求解線性方程組，求解線性方程組得方法很多，比方高斯消去法、迭代法等，具體可參考有書籍。對已進行邊界約束處理的結構剛度方程求解，即可得出第一次近似的節(jié)點位移值。當計算出某點的水平位移分量<0時，即說明襯砌是向隧道內變形的，故應將該點的彈性支承鏈桿i從計算圖式中去掉，修改結構總剛度矩陣中有關元素，重新求解節(jié)點位移，直至凡布置有鏈桿支承處都符合0的條件為止。求出最終的結構節(jié)點位移后，根據(jù)變形協(xié)調條件結構節(jié)點位移與匯交于此節(jié)點的單元

16、節(jié)點位移相等，從結構節(jié)點位移列陣中，即可找出各單元的節(jié)點位移，即： =而后，由單元剛度方程=以及坐標轉換矩陣T，就可求出對應于單元局部坐標的單元節(jié)點力：=T=B 式中：B=T稱為應力矩陣。這里應注意，按上式所求得的是各單元端點的單元節(jié)點力。而前面已經(jīng)提到襯砌內力系指襯砌節(jié)點上的軸力、彎矩和剪力。對于作用有節(jié)點外荷載的節(jié)點來說，匯交于該節(jié)點的各襯砌單元的節(jié)點力，尤其是軸力和剪力顯然各不相同，一種最簡單的簡化處理方法就是上下兩個單元的平均值作為襯砌的內力。將結構進行離散，將各節(jié)點和單元進行編號，并對圍巖彈性抗力支承鏈桿進行設置 輸入根本原始數(shù)據(jù)計算單元幾何參數(shù)及各節(jié)點荷載 形成各種單元在局部坐標系

17、下的單元剛度矩陣將局部坐標系下單剛轉換成整體坐標系下的單剛單剛疊加，形成結構剛度方程，并進行邊界處理解剛度方程組，求出節(jié)點位移 否判斷抗力鏈桿設置是否正確 是求出各單元節(jié)點內力 進行襯砌結構內力檢算是結束在初步擬定襯砌的內輪廓線形狀參數(shù)的根底上，在不同圍巖條件、不同隧道埋深情況下，選取襯砌結構截面厚度，計算圍巖壓力，按荷載結構法算出襯砌內力，按素混凝土處理，依據(jù)破損階段法來檢算所選內輪廓形狀是否合理，最終裁定不同級別圍巖、不同埋深下的襯砌形狀。確定圍巖壓力常用的方法有：現(xiàn)場實地測量法、理論公式計算法和統(tǒng)計法。統(tǒng)計法是目前常用的方法，本設計采用的統(tǒng)計法。具體到不同的隧道埋深和明暗洞情況下，計算又

18、不同：深埋隧道在開挖過程中，圍巖可以形成自然拱，圍巖本身分擔局部荷載；淺埋隧道由于覆土層小，不能形成自然拱，在沒有支護結構時，上覆土會踏落比擬大的高度，圍巖壓力相對較大；明洞拱圈為回填土，側壓力比擬大。深埋、淺埋和明洞的結構荷載計算采取不同的計算方法。1） 暗挖隧道淺深埋情況確實定1淺埋和深埋隧道的分界，按荷載等效高度值，并結合地質條件、施工方法等因素綜合判定。按荷載等效高度的判定公式為： 式中： 淺埋隧道分界深度m荷載等效高度m按下式計算： 其中 S圍巖級別；寬度影響系數(shù)，；B隧道寬度；iB每增減1m時的圍巖壓力增減率，以B=5m的圍巖垂直均布壓力為準，當B<5m時，取i=0.2：B&

19、gt;5m時，取i=0.1。在礦山法施工的條件下，級圍巖?。?級圍巖取：為了保證結構平安，通常采用的是鋼筋混凝土襯砌，在這里作內力檢算是按照素混凝土進行的，目的在于通過檢算，分析擬定的襯砌內輪廓線是否合理，核查偏心和強度是否滿足要求，判定結構配筋按構造配筋，還是必須按內力要求進行配筋。素混凝土襯砌結構內力檢算是按破損階段法對偏心距和強度進行的，具體檢算過程如下：1 強度檢算a、當時，對于隧道混凝土和石砌體襯砌，由抗壓強度控制其承載能力，因此按抗壓強度進行檢算，其具體計算公式為： 式中 檢算截面軸向力偏心距，；M、N作用于檢算截面的彎矩和軸向力；K混凝土和石砌結構平安系數(shù)，其取值見表5-2 混凝

20、土或砌體的抗壓極限強度，參照有關標準取值；b、h截面的寬度和厚度通常b取1m 構件的縱向彎曲系數(shù)，對隧道襯砌拱圈及墻背緊密回填的邊墻可取 軸向力偏心影響系數(shù)，其值為： b、當時，從抗裂要求出發(fā)，有截面抗拉強度控制承載能力，其計算公式為： 式中 混凝土的抗拉極限強度，其他符號意義同前。 2 偏心檢算 為了充分發(fā)揮混凝土的抗壓性能，克服其抗拉強度低的缺點，公路設計標準對軸力的偏心距作了限制，如表3-2所示。表3-2 偏心距要求2墻身偏心距隧道和明洞混凝土襯砌基底偏心距巖石地基隧道和明洞石砌拱腳截面混凝土為間歇灌注土質地基邊墻為石砌而拱圈用混凝土 設計中襯砌內力計算與檢算利用直接剛度法程序求得，并且

21、對所求得的內力進行分析，以確定內輪廓是否合理，以及襯砌結構所要加強的部位。暗洞采用復合式襯砌，明挖段采用整體式模筑襯砌的支護結構形式。本設計通過對隧道做出詳細和具體分析，結合工程實例以及公路隧道公路標準的推薦，最終定出武陽隧道合理的支護結構體系。隧道襯砌設計應綜合考慮地質條件、斷面形狀、施工條件等，并應充分利用圍巖的自承能力。襯砌應有足夠的強度和穩(wěn)定性，保證隧道長期使用平安，設計中應符合以下規(guī)定：1) 襯砌斷面宜采用曲邊墻拱形斷面；2) 隧道圍巖較差地段應設仰拱。仰拱曲率半徑根據(jù)隧道斷面形狀、地質條件、地下水、隧道寬度等因素來確定，路面與仰拱之間可以采用混凝土或片石混凝土填充。當隧道邊墻底以下

22、為整體性較好的堅硬巖石時，可以不設仰拱；3) 隧道洞口段應設加強襯砌。加強襯砌段的長度應根據(jù)隧道地形，地質和環(huán)境條件確定，一般情況下，三車道隧道應不小于15m；4) 圍巖較差地段的襯砌應向圍巖較好地段延伸510m；偏壓襯砌段應向一般襯砌段延伸，延伸長度應根據(jù)偏壓情況確定，一般不小于10m。以以下出兩個隧道支護參數(shù)表：表4-1 云陽山隧道復合式襯砌局部支護參數(shù)表襯砌類型初期支護二次襯砌C25錨桿鋼筋網(wǎng)噴射砼鋼拱架級圍巖淺埋D25注漿錨桿L=3m雙層6鋼筋網(wǎng)噴射砼C20厚26cm18工字鋼閉合環(huán)，間距75cm拱墻部C25鋼筋砼45cm，仰拱C25鋼筋砼45cm級圍巖深埋D25注漿錨桿L=3m雙層6

23、鋼筋網(wǎng)噴射砼C20厚26cm18工字鋼，間距75cm拱墻部C25鋼筋砼45cm，仰拱C25鋼筋砼45cm級圍巖22藥卷錨桿L=3m單層8鋼筋網(wǎng)噴射砼C20厚22cm22格柵間距100cm拱墻部C25砼40cm級圍巖22藥卷錨桿單層6鋼筋網(wǎng)噴射砼C20厚10cm拱墻部C25砼35cm級圍巖緊急停車帶雙層6鋼筋網(wǎng)噴射砼C20厚24cm16工字鋼，間距100cm拱墻部C25砼45cm表4-2 壟家埡隧道復合式襯砌局部支護參數(shù)表襯砌類型初期支護二次襯砌C25錨桿鋼筋網(wǎng)噴射砼鋼拱架明洞邊坡單層6鋼筋網(wǎng)邊坡10cm拱墻部鋼筋砼60cm，仰拱C25鋼筋砼50cm級圍巖單層8鋼筋網(wǎng)噴射砼C20厚25cm18工

24、字鋼，間距80cm拱墻部C25鋼筋砼45cm，仰拱C25鋼筋砼40cm級圍巖D25注漿錨桿L=3m單層8鋼筋網(wǎng)噴射砼C20厚18cm4拱墻部C25鋼筋砼40cm，仰拱C25鋼筋砼40cm5.1 洞門設計的現(xiàn)狀12公路隧道洞門設計是在參照鐵路隧道洞門設計的根底上，根據(jù)公路工程的特殊需要開展設計的，因其受許多因素的影響，加之經(jīng)驗缺乏，設計中存在一些不完美之處,主要有：公路工程在選線時，越嶺方案比選等級比鐵路抵，資料匱乏，方案充分論證不夠，加之常以經(jīng)濟杠桿來決定隧道的長短，故而以短隧道越嶺較多，為使得洞身短，節(jié)約投資常使進出口洞門處于山谷中，地質、地形條件均不利于洞門結構的布設，缺點有：1坡積層厚，

25、開挖邊坡高，開挖量大，環(huán)境破壞多，洞門結構穩(wěn)定性差；2端墻洞頂水溝排水不便；3洞門外須設擋墻或邊坡防護，工程量大，造價高；4對行車速度有一定影響。國外洞門形式選取，以保護環(huán)境，減少開挖，保持原有地貌為原那么，多采用環(huán)框明洞式洞門，該洞門型式簡單，各種附屬設施布置方便。國內洞門形式受路線位置的影響，多以端墻式洞門為主，該種洞門形式與地形結合緊密，但洞門美化建筑效果差，有時候隧道處于風景區(qū)或其它須洞門適度美化的環(huán)境中，洞門端墻造型受地形限制，更增加了設計難度。如設計為造型較好的洞門形式，須開挖一定區(qū)域，來施作洞口結構或到達一定的視覺效果，工程量大，造價高。我認為洞門形式的選擇應以保護環(huán)境為原那么，

26、盡量輕巧、簡單，以少動自然邊界條件為原那么，對有特殊美化要求的洞門設計，應對經(jīng)濟與環(huán)境評估作出比選。 隧道洞口位置確實定洞口位置確實定與洞門結構形式、邊仰坡開挖方式、洞口附近地形、地質及水文地質等條件有關。通常采用在1:500的洞口地形圖上用作圖法初步確定洞門位置，并且通過橫縱斷面的比擬最終確定。在確定洞口位置時要遵循“早進晚出的原那么，并且為了保證施工及運營的平安，盡量防止開挖深路塹，根據(jù)上述兩個原那么，可選擇覆土層厚度為23m的位置作為洞口的明暗交界處。5.3 洞門構造設計 洞門構造的一般規(guī)定1：1. 洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離不宜小于1.5m，洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂

27、外緣的高度不小于1.0m，洞門墻頂高出仰坡腳不小于0.5m。2. 洞門墻應根據(jù)實際需要設置伸縮縫、沉降縫和瀉水孔；洞門墻的厚度可按計算或結合其他工程類比確定。3洞門墻根底必須置于穩(wěn)定地基上，應視地形及地質條件，埋置足夠的深度，保證洞門的穩(wěn)定?；芈袢胪临|地基的深度不應小于1.0m，嵌入巖石地基的深度不應小于0.5m；基底標高應在最大凍結線以下不小于0.25m；地基為凍脹土層時，應進行防凍脹處理?；茁裰蒙疃葢笥趬吀鞣N溝、槽基底的埋置深度。4松軟地基上的根底，可采取胛骨根底措施。5洞門結構應滿足抗震要求。根據(jù)構造要求，結合工程實例以及鐵路隧道洞門標準圖，來擬定各局部尺寸。隧道施工組織設計是指

28、導隧道施工的根本技術和經(jīng)濟文件。它是根據(jù)交通行業(yè)施工文件的要求，工程的性質，現(xiàn)場的具體條件，施工的技術裝備和施工力量等，確定合理的施工方法和施工進度，對于整個工程的施工過程作出科學較全面的規(guī)劃和布置，并制定隧道工程所需的投資、材料、機具，設備勞動力等供給方案，從而指導隧道施工平安、有序、快速的進行。施工組織設計的內容主要包括：施工方案、施工進度、人機材人力、機械和材料需要量、現(xiàn)場平面布置。這四項內容有機地聯(lián)系在一起 ，互相促進互相制約。這四項內容以施工進度為主，先保證隧道工程的工期要求，施工方案是根本，資源需要量是保證施工進度和施工方案實施的必要條件，也是決定施工現(xiàn)場平面布置的重要因素。對于本

29、設計隧道屬于高速公路山嶺隧道，采用新奧法施工，其具體的施工組織設計內容為：1、確定合理的施工方案及相關輔助施工措施；2、施工進度安排及資源編制；3、交接樁工作；4、現(xiàn)場監(jiān)控量測。其中現(xiàn)場監(jiān)控量測將在具體設計的時候做作出詳細論述。6.1 施工方案比選1.公路隧道常用的開挖方法有：1全斷面開挖法：按照隧道設計輪廓一次爆破成型，然后進行噴錨支護和二次襯砌的施工方法。2.臺階法：指正臺階二步開挖法，是全斷面開挖的改良方法。根據(jù)臺階的不同又可以分為：1 長臺階法：指上下臺階之間的距離較遠，一般上臺階超前50m以上，或大于5倍洞跨。施工中上下部配屬同類機械進行平行作業(yè)，當機械缺乏時也可用同一套機械設備交替

30、作業(yè)。2 短臺階法：這種方法的上部臺階長度小于5倍但大于11.5倍洞跨，上下斷面多采用平行作業(yè)，由于短臺階法可以縮短支護閉合時間，改善初期支護的受力條件，有利于控制圍巖的變形，故適用范圍較廣。3 超短臺階法：這種方法的上臺階僅超前35m，只能用交替作業(yè)施工。其缺點是：上下斷面相距較近，機械設備集中，作業(yè)時間相互干擾大，生產(chǎn)效率低，施工速度慢。3.臺階分布開挖留核心土法：這種方法將開挖斷面分成環(huán)形拱部，上部核心、下部臺階三個局部，主要適用于土質圍巖及軟弱圍巖。施工中可根據(jù)土質的好壞，將環(huán)形拱部斷面分成一塊或幾塊開挖。環(huán)形開挖尺寸一般11.5m，不宜過長。因其上部留有核心土支擋開挖工作面，且施工時

31、能迅速及時地施作拱部初期支護，所以開挖面穩(wěn)定性好。核心土和下部開挖均是在拱部支護完成的情況下進行的，施工較平安。4.CD法：此法是把斷面分成四塊，即先行導坑上部，先行到坑下部，后行導坑上部，后行導坑下部。此法適應于跨度斷面大，地表沉陷難于控制的軟弱松散圍巖中的淺埋隧道。5.雙側壁導坑法眼鏡法：此法將整個斷面分為6塊，左導坑上部 、左導坑下部、右導坑上部、右導坑下部、中央部拱頂、中央部其它局部。適用于斷面跨度大、地表沉陷要求嚴格、圍巖 條件特別差的淺埋隧道。6.CRD法：為了增加掌子面的穩(wěn)定，控制下沉量，可采用增設臨時仰拱的措施封閉成環(huán)，即CD工法變成CRD工法。此法適用于淺埋軟巖的大跨或特大跨

32、隧道，它具有臺階法及側壁導坑法的優(yōu)點，與側壁導坑法相比具有較快的施工速度；同時本法通過中隔墻的減跨、臨時仰拱及時封閉成環(huán)組成有力的支護體系，能非常有效的控制拱部下沉與收斂。表6-1 幾種施工方法的比擬工程全斷面法臺階法CD法雙側壁導坑法CRD法工法的平安性不夠平安不夠平安較平安平安平安施工技術難度低較低較高高高施工機械類型大型大、中型中、小型小型小型施工工序簡單較簡單較多多多工程造價低較高較高高高掌子面的穩(wěn)定性差較差較好好好地表沉陷大較大較小小小周邊收斂控制差較差較好好好適用范圍地質條件好，有三條機械化施工作業(yè)線地質條件較好、技術熟練地質條件較差、平安要求高跨度大、平安要求高地質條件差、平安要

33、求高 通過對各種施工方案的必選，并且考慮隧道的實際工程地質條件以及現(xiàn)場的機械設備確定各級圍巖襯砌的開挖方法。6.2 輔助施工措施設計隧道進出口開挖，由于覆土層比擬薄，地質條件比擬差，以及開挖洞內軟弱圍巖開挖，如果施工不當，易引起土體坍塌，造成施工危險，影響施工進度，為了保證施工的順利進行，采取輔助施工措施來作超前預支護，加固周邊圍巖。常用的輔助施工措施有3：超前錨桿：主要用于土砂質地層、膨脹性地層、裂隙發(fā)育的巖體以及斷層破碎帶中；管棚：主要用于隧道位于松軟地層中，或遇到從塌方體中穿過，或淺埋隧道，要求限制地表沉陷量，或在很差的地質條件下進洞等情況中；超前注漿小導管：適用于較枯燥的砂土層、砂卵石

34、層、斷層破碎帶、軟弱圍巖淺埋段。此外，還有預注漿加固地層和地表注漿錨噴預加固等措施。根據(jù)工程經(jīng)驗，對于本設計，在進出口級圍巖處采用管棚，級圍巖地段采用超前小導管注漿來加固地層，級圍巖采用超前錨桿加固。具體設計將在設計說明書中詳細介紹。6.3 鉆爆設計開挖土體采用鉆爆技術，是新奧法施工的一項關鍵工作，占整個隧道施工工程量的比重較大，造價約占20%-40%，同時鉆爆施工是控制隧道工期的關鍵工序，對于保證開挖速度、保證圍巖穩(wěn)定和支護平安有重要意義，因此對鉆爆開挖作業(yè)提出如下要求：1.按設計要求開挖出端面包括形狀、尺寸、外表平整度及超欠挖等要求；2.石碴塊度石碴大小運中，拋擲范圍相對集中，便于裝碴運輸

35、；3.鉆眼工作量少，掘進速度快，少占作業(yè)循環(huán)時間，并盡量節(jié)省爆破器材；4.爆破在充分發(fā)揮其能力的前提下，減小對圍巖震動破壞，以保證圍巖穩(wěn)定；5.減少對施工用機具設備及支護結構的破壞，減少周圍環(huán)境的破壞。6.3.1 鉆孔機具和爆破材料選擇目前在隧道開挖爆破中，廣泛采用的鉆孔機具為鑿巖機和鉆孔臺車，其工作原理都是用鑲嵌在鉆頭體前端的鑿刃反復沖擊并轉動破碎巖石成孔。鉆孔臺車適宜用于大斷面或全斷面隧道開挖中使用。施工的時候可根據(jù)具體的開挖方法，以及現(xiàn)場的施工條件決定采用什么鉆孔機具。爆破材料是指炸藥和起爆、傳爆材料，起爆、傳爆材料主要包括雷管、導火索、導爆等能提供和傳遞起爆能量，使炸藥發(fā)生爆炸的材料。

36、1） 炸藥選擇炸藥的性能主要取決于所含化學成份，主要性能有敏感度、爆速、爆力、猛度殉爆距離、爆炸穩(wěn)定性和臨界直徑，最正確密度，管道效應和安定性。隧道爆破中使用的炸藥，應該是爆炸力大、使用平安、產(chǎn)生油毒氣體少的炸藥。目前工程用炸藥一般以某種或幾種單質炸藥為主要成分，另加一些外加劑混合而成。常用的炸藥類型有銨銻炸藥，漿狀炸藥和乳化炸藥。我國通常將隧道爆破用的炸藥制成藥卷使用，標準藥卷規(guī)格為外徑32mm，裝藥凈重為150g，長度200mm。另外常用的藥卷直徑型號還有22mm，25mm，35mm，40mm等，長度為165500mm，可按爆破設計的裝藥結構和用藥量來選擇使用。用于光面爆破的炸藥，有爆速低

37、、猛度小、密度小的要求，通常制成小直徑藥卷。2） 起爆、傳爆材料起爆傳爆材料作用在于在裝藥以外的平安距離處通過發(fā)爆點火，通電或激發(fā)槍和傳遞，使安在藥包或藥卷中的雷管起爆，并引發(fā)藥包或藥卷爆炸，從而爆破巖石，常用的起爆傳爆系統(tǒng)有：導火索和火雷管，電雷管，及塑料導爆管與非電雷管分別組成的系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)在常用和工程類比的方法，為實現(xiàn)微差爆破20ms-400ms，本設計采用非電毫秒雷管。3） 炮眼直徑炮眼直徑大小對鑿巖速度，炮眼數(shù)目，炸藥單耗量，隧道壁的平整程度和石碴塊度等有影響。炮眼直徑應與藥卷直徑的大小相匹配，以免發(fā)生管道效應，導致藥卷拒爆。常采用不耦合系數(shù)來控制兩者關系，不耦合系數(shù)，取值為1.1至

38、1.4之間，且要求藥卷直徑不小于炸藥的臨界直徑。實際爆破設計時，對掏槽眼及輔助眼應采用較小的值，以提高炸藥的爆破效率；對周邊眼那么可采用較大的值，以減小對圍巖的破壞。通常的隧道開挖爆破，就是將開挖斷面的不同種類炮眼分區(qū)布置和分區(qū)順序起爆，逐步開挖擴大槽口，共同完成一個循環(huán)進尺的爆破掘進。其中掏槽眼最先起爆，為臨近炮眼和爆破創(chuàng)造臨點面，掏槽眼質量的好壞，直接影響整個隧道爆破的成敗。根據(jù)施工方法，開挖斷面大小，圍巖狀況和鑿巖機具的不同，掏眼方式分為斜眼掏槽和直眼掏槽。由于直眼不受圍巖軟硬和開挖斷面大小的限制，可以鉆深眼，長短鉆桿配合可實現(xiàn)多臺鑿巖機同時作業(yè)，爆破碴石集中，便于快速出渣，有利于加快掘

39、進速度，不易打壞支撐，排架及其他設備。掏槽眼形式確實定可結合工程類比法。周邊眼爆破爆破方法主要有光面爆破和預裂爆破，主要是征對周邊眼的設計來說的，通過正確確定周邊眼的各爆破參數(shù)，使爆破后的圍巖斷面輪廓線整齊，最大限度地減輕圍巖的震動破壞，盡可能的維持圍巖完整性和穩(wěn)定性的爆破。本隧道設計采用光面爆破，光面爆破對圍巖擾動小，又盡可能保存了圍巖自身原有的承載能力，從而改善了襯砌結構的受力狀況；又由于圍巖壁面平整，減少了應力集中和局部落石現(xiàn)象，增加了施工平安度；減少了超挖和回填量，假設與噴錨支護相結合，能節(jié)省大量混凝土數(shù)量，降低工程造價，加快施工進度。周邊眼的設計參數(shù)如下：1周邊炮眼間距如圖6-1所示

40、，在不耦合裝藥的前提下，光面爆破應滿足炮孔內靜壓力合理必須小于爆破巖體的極限抗壓強度，而大于巖體的極限抗拉強度的條件。周邊炮眼間距： (6-1) 其中=10-16。 圖 6-1 光面爆破周邊眼布置2） 光面層厚度及炮眼密集系數(shù)光面層厚度就是周邊炮眼爆破的那一局部巖層，即周邊炮眼的最小抵抗線W。周邊眼密集系數(shù)是周邊炮眼間距與最小抵抗線的比值。實踐說明，光面爆破以K=0.8左右為宜，光面層厚度一般取50-90cm。 3周邊眼裝藥量而選的2號巖石硝銨炸藥直徑為25mm，每延米的炸藥用量為0.48kg，即=0.48kg/m，裝藥系數(shù)、×0.4=0.192kg/m，因此可以滿足線裝藥密度控制要

41、求(0.04-0.4kg/m)。4周邊眼的布置炮眼的布置受地質條件、斷面大小、炸藥性能等因素的影響。周邊眼應嚴格按照設計要求來布置，斷面拐角處應布置炮眼。為了滿足鉆機鉆眼需要和減少超欠挖，周邊眼設計位置應考慮3%5%的外插斜率。并應使前后來兩排的銜接臺階高度即鋸齒形的齒高最小為準，此高度一般要求為10cm左右，最大也不應大于15cm。一般地，對于松軟巖層，眼底應落在設計輪廓線上，對于中硬巖及硬巖，眼底應落在設計輪廓線下1015cm，底板眼一般都落在設計輪廓線以外。根據(jù)設計隧道的地質資料，并且根據(jù)工程類比法確定。炮眼深度是指炮眼底到開挖作業(yè)面的垂直距離，合理的炮眼深度，對提高掘進速度和炮眼利用率

42、都有較大的影響。計算方法是根據(jù)每一循環(huán)所要求的進尺數(shù)及實際利用的炮眼利用率來確定，計算公式為： (6-2)式中 l 炮眼利用率，一般不低于85%，本設計取90%單位炸藥消耗量即爆破單位體積巖石的炸藥平均消耗量，是計算炮眼數(shù)目的重要依據(jù)，根據(jù)國家相關的規(guī)定確定。 是指在一定開挖面上鉆炮眼的數(shù)量，它直接影響鑿巖的工作量，過多或者過少都會降低爆破的效果和掘進速度。其計算公式為3： (6-3)k爆破單位巖體巖石的炸藥平均消耗量，簡稱炸藥的單耗量，kg/m3；s開挖斷面面積；a裝藥系數(shù)，即裝藥長度與炮眼睛全長的比值，隧圍巖、炮眼的類別不同而不同，一般取0.5-0.8；r每延米藥卷的炸藥重量，kg/m。裝

43、藥結構是指繼爆炸藥和起爆炸藥卷在炮眼中的布置型式。按起爆藥卷在炮眼中位置和其中雷管的聚能穴的方向可以分為正向裝藥和反向裝藥，按其連續(xù)性那么可分為連續(xù)裝藥和間隔裝藥。掏槽眼和輔助眼多采用大直徑藥卷孔底連續(xù)裝藥，周邊眼可采用小直徑藥卷連續(xù)裝藥或大直徑藥卷間隔裝藥。炮眼布置應按以下原那么進行布置：a將算出炮眼數(shù)目均勻或大致均勻的分布于開挖面上；b掏槽眼一般布置在開挖面中央偏下部，其深度應比其他掘進眼深1520cm，為了得到平整的開挖面，除了掏槽眼和底部炮眼外的所有掘進眼眼底應落在同一個平面上，底部炮眼深度一般與掏槽眼相同或略?。?之間，要與循環(huán)進尺斷面大小和掏槽方式相協(xié)調；d輔助眼應由內向外逐層布置

44、，逐層起爆，逐步接近開挖斷面輪廓形狀；e嚴格按照設計位置布置周邊眼；f當炮眼深度超過2.5m時，靠近周邊眼的內圈與周邊眼有相同的斜率，對于本設計因為炮眼深度小于2.5m，所以可以不考慮；g當巖層層理明顯時，炮眼方向應盡量垂直于層理面，如節(jié)理發(fā)育，那么炮眼位置應避開節(jié)理，以防卡鉆和影響爆破。6.4 施工進度方案與勞動力、資源編制 具體的組織與設計參照?隧道施工及組織管理指南?4進行設計。 附屬設施設計包括了：防排水設計、通風照明設計、電纜槽設計、路面路基結構設計、緊急停車帶設計等。 防排水應遵循“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理的原那么，結合水文地質條件，施工技術水平，材料來源和本錢等，選

45、擇適宜的方法，保證隧道結構物和營運設備的正常使用和行車平安。隧道防排水設計應對地表水、地下水妥善處理，洞內外形成一個完整暢通的防排水系統(tǒng)。防排水要求 ，按高速公路要求設置：1） 拱部、邊墻、路面、設備箱洞不漏水；2） 有凍害地段的隧道襯砌背后不積水，排水溝不凍結；3） 車行橫通道，人行橫通道等效勞通道拱部不滴水，邊墻不淌水；4） 注意保護自然環(huán)境，當隧道內滲水引起地表水減少，影響居民生產(chǎn)、生活用水時，應對圍巖采取堵水措施，減少地下水滲漏。本隧道設計主要防水設施為防水層含無紡布、襯砌防水、止水帶等；主要排水設施為隧道內中心排水水溝、縱向盲溝、豎向盲管、兩端路側邊溝等；主要堵水措施有圍巖體內壓注水

46、泥漿或其它化學漿液、設止水墻等。 通風設計由于車輛在隧道內部行駛會排放尾氣，尾氣中含有一氧化碳、煙霧等有害物質，為了沖淡有害物質濃度，將洞外新鮮空氣引進隧道內面，滿足司機呼吸要求，必須進行隧道通風設計。公路隧道通風設計應綜合考慮交通條件、地形、地物、地質條件、通風要求、環(huán)境保護要求、火災時的通風控制、維護與管理水平、分期實施的可能性、建設與營運費用等因素。根本要求如下：1單向交通隧道設計風度不宜大于10m/s，特殊情況下可取12m/s，人車混行的隧道設計風速不應大于7m/s。2風機產(chǎn)生的噪聲及隧道中的廢氣集中排放均應該符合環(huán)保要求.3) 確定的通風方式在交通條件等發(fā)生變化時，應具有較高的穩(wěn)定性，并能適應火災工況下的通風要求。4隧道內營運通風的主流方向不應頻繁發(fā)生變化。從世界各國的隧道實例來看，長度在200m以下，甚至200500m的對向交通隧道，在一定的交通量以下，可以考慮用自然通風。武陽隧道采用機械式通風，通風量的計算應根據(jù)稀釋隧道內空氣中的有害物濃度到達允許濃度時所需的新鮮空氣量確定。?公路隧道通風照明設計標準?JTJ026.1-1999對照明作出了規(guī)定，具體可查詢此標準。其他附屬設施設計包括了設備管線溝設計, 路面路基設計，行人、行車橫洞