云陽山隧道右線設計

1、1 工程概況1.1 隧道概況云陽山隧道分布于茶陵縣縣城東側(cè)的云陽山，處于106 國道南側(cè)。隧道進口位于茶陵縣平水鎮(zhèn)把集村，出口位于云陽山林場四工區(qū)赤松仙村。本隧道中部主體為標準間距分離式上下行隧道，進、出口為小間距隧道。隧道右洞樁號為YK73+440YK76+676，長3230m，考慮隧道所處位置地形、地質(zhì)條件、施工方法、綜合造價等因素，隧道大部分地段左右洞室測設線間距控制在40m左右，衡陽端最小間距18.7m，炎陵端最小距離9.4m，兩端按小間距隧道設計。隧道左右線進出口及洞身1.2 地形地貌隧道衡陽端洞口位于茶陵縣平水鎮(zhèn)把集村，炎陵端洞口位于云陽山林場四工區(qū)赤松仙村。衡陽端洞口附近海拔15

2、0160m，炎陵端洞口附近海拔190200m。東側(cè)山坡整體坡度約27，西側(cè)山坡整體坡度約20，坡面溝壑縱橫。本隧道所在山地地形起伏大，山高坡陡，沿線地表植被發(fā)育，山內(nèi)人煙稀少，但云陽仙隧道位于106 國道南側(cè)，隧道洞口與106 國道相距較近，且有簡易公路相通，交通較便利。1.3 地質(zhì)條件1.3.1 地質(zhì)構(gòu)造隧道區(qū)處于一舒緩的復式背斜中，褶皺軸線與隧道軸線大角度相交。局部地段發(fā)育有小褶皺，如SYK7、SYK12 孔孔位處。褶皺軸線走向2030，向北東2030方向傾伏。隧道沿線無區(qū)域性斷層分布，但小規(guī)模斷層較發(fā)育，斷層寬度小于10m，一般35m，傾角大于50，傾向東、西斷層均有發(fā)育。斷層帶內(nèi)巖石破

3、碎、一般劈理發(fā)育。斷層走向與褶皺軸線相近。1.3.2 地層巖性勘探區(qū)的主要地層如下：第四系（Qh）主要為坡積亞粘土分布，含碎、塊石，沖溝內(nèi)分布的洪積塊（漂）石對隧道無影響。1.填筑土：褐、深褐色粘性土，結(jié)構(gòu)松散。在衡陽端洞門附近分布，厚度1.2m。2.塊（漂）石：灰、黃等雜色，在沖溝分布，為洪積成因，成分以石英砂巖巖為主，粒徑大者達12m，稍具磨圓。3.亞粘土：分布在較平緩的地段，其中以衡陽端洞門附近（ ZK73+442+590、YK73+440+610）分布廣泛，為坡積成因，可硬塑，一般夾強弱風化石英砂巖碎石、塊石。據(jù)地表觀測，塊石粒徑一般0.51m，大者達2m 以上，棱角次棱角狀，鉆孔揭露

4、最大厚度達5.8m。厚度一般為46m，但局部厚度可達10m 以上。侏羅系中統(tǒng)（J2）巖性以灰深灰色中厚厚層石英砂巖為主夾炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)泥巖等。炭質(zhì)頁巖夾層主要出現(xiàn)于下部和上部，局部夾不穩(wěn)定的無煙煤層。分布于K75+376K76+365.6（YK75+377.1YK76+375.7）段地表，地層總體傾向東北北東，傾角1020為主，推測洞身處無本層分布。泥盆系中統(tǒng)易家灣組（D2y）巖性為泥巖夾泥質(zhì)粉砂巖、砂巖，黃色夾小斑狀白色、部分為淺紫色、褐色等。全風化呈硬塑堅硬土狀，粘粒含量不均、一般含量較少，遇水易軟化。分布于隧道進口附近（YK73+442+570、YK73+440+580）。地表未見出露

5、，與下伏諸地層均為角度不整合接觸。泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組（D2t）按宏觀巖性組合特征可將該套地層分成上、下兩段。上段（D2t2）巖性以紫色板狀頁巖、中厚層石英砂巖、含礫石英砂巖等組成，夾硅質(zhì)泥巖。下段（D2t1）巖性為灰灰綠色中厚厚層狀中細粒石英砂巖為主夾含礫石英砂巖，局部夾淺灰色薄層狀硅質(zhì)泥巖，普遍具深色斑點。巖石普通具有不均一的變質(zhì)，巖性堅硬。該組地層總體特征是下段石英砂巖質(zhì)較純，單層厚度較大，所夾硅質(zhì)泥巖等夾層厚度小、所占比例低。上部地層以紫色板狀頁巖、中厚層石英砂巖、含礫石英砂巖等呈韻律分布，巖石單層厚度較小，顏色較深、較雜。分布于ZK73+570ZK74+280（YK73+580YK74

6、+275）、ZK74+680ZK76+638（YK74+685YK76+670）等段。大致以ZK74+840 為界，該點以西巖層向290310傾斜，傾角3050為主，該點以東巖層向北東東傾斜，傾角1020為主。奧陶系中統(tǒng)（O2）巖性以深灰灰黑色炭質(zhì)板巖夾灰深灰色變質(zhì)砂巖，其中變質(zhì)砂巖多以厚層狀分布，總體約占30%左右，炭質(zhì)板巖含炭量較高、污手。炭質(zhì)板巖較堅硬，變質(zhì)砂巖巖性堅硬。該套地層出露于ZK74+280+680（YK74+275+685）段，地表無該層出露，只在SZK12 孔下部揭露，巖層傾角一般40左右。1.3.3 水文地質(zhì)條件勘察區(qū)內(nèi)的地下水按其賦存的介質(zhì)可分為如下三類。一是覆蓋層中的

7、孔隙水，主要賦存于碎石土中，主要靠大氣降水補給，碎石土普遍較松散，在平緩的地段降水易滲入，但在坡面較陡的地段，降水大部分以面流的方式向下排泄，對地下水的補給較弱。粘性土層透水性差，為相對隔水層。 二是基巖裂隙水，主要是賦存于強弱風化基巖中。區(qū)內(nèi)基巖主要為石英砂巖、長石石英砂巖、變質(zhì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、變質(zhì)砂巖、炭質(zhì)板巖等一般為弱含水層，但在巖體破碎處為強透水層。全風化層含水微弱，為相對隔水層；強弱風化層為強弱透水層；微風化層及新鮮基巖為強弱透水層，在微風化層及新鮮基巖中，鉆探過程中沖洗液基本無漏失，壓水試驗過程中大部分孔段滲水極小，巖芯反映節(jié)理密閉，均說明其透水性極弱。三是構(gòu)造裂隙水，主要是斷裂

8、帶內(nèi)的裂隙水，構(gòu)造巖由碎裂砂巖、角礫巖組成，為弱透水。1.3.4 地震及區(qū)域穩(wěn)定性據(jù)國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB18306-2001），隧道所經(jīng)地域的地震動峰值加速度小于0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35s，對應地震基本裂度小于 度據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、工程地質(zhì)調(diào)查及勘探成果，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造地處湘東南東西向構(gòu)造帶內(nèi)，屬新華夏構(gòu)造體系，形成于印支期，受新華夏系構(gòu)造影響，主要褶皺及斷層均在此時期奠基，這些構(gòu)造均已穩(wěn)定，勘察成果表明，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動不明顯，局部表現(xiàn)為北東、北北東向斷裂，以差異抬升為主，區(qū)域地質(zhì)是穩(wěn)定的。1.3.5 圍巖級別分段劃分及工程特性在衡陽端巖石風化較強烈，風化

9、裂隙、卸荷裂隙發(fā)育，鉆孔揭露的影響深度為4550m，地下水影響圍巖穩(wěn)定。亞粘土、全強風化帶縱波速度為530-850m/s，綜合判斷其圍巖級別為級。弱風化微風化帶縱波速度為3000m/s 左右，滲透系數(shù)達，綜合判斷巖體較破碎的圍巖級別為級，巖體較完整的圍巖級別為級，衡陽端巖體破碎處為級。斷裂帶構(gòu)造巖由碎裂砂巖、碎裂長石石英砂巖組成，斷層碎裂巖中可見構(gòu)造透鏡體，局部可見擠壓形成的牽引小褶曲。沿斷裂發(fā)育硅化、綠泥石化。最顯著的特點是斷裂帶及其影響帶內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石破碎，地下水相對較活躍。其圍巖級別一般為級,其位置大部為從上往下推測而得，具有較大的變化范圍，在實際施工中應根據(jù)開挖揭示的斷層位置及性

10、質(zhì)采用對應的襯砌結(jié)構(gòu)類型，不可僅依據(jù)設計工程地質(zhì)縱斷面圖生搬硬套。正常圍巖主要為中厚或厚層狀的石英砂巖、長石石英砂巖、炭質(zhì)板巖、變質(zhì)砂巖，據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，以巖石飽和極限抗壓強度（Rb）來判斷，均屬硬質(zhì)巖或極硬巖。層間結(jié)合一般或良好。地震勘探及聲速測井測得的波速為3000-4500m/s。但節(jié)理較發(fā)育，一般有23 組，節(jié)理間距一般0.30.5m，但節(jié)理面一般密閉。地下水普遍不發(fā)育，一般不影響圍巖的穩(wěn)定。綜合各種勘探成果，判斷正常圍巖為、級。圍巖級別詳見工程地質(zhì)縱斷面圖1.3.6 隧道洞口邊、仰坡穩(wěn)定性評價衡陽端左右洞洞口均處在自然坡度10的山坡上，據(jù)鉆孔揭露及地面調(diào)查，覆蓋層為亞粘土夾碎、塊石，

11、其下為全風化泥巖夾泥質(zhì)砂巖、砂巖；透水性差，遇水易軟化。炎陵端左右洞洞口位于一與隧道軸線近垂直的山坡坡腳，為弱風化石英砂巖出露。左洞隧道軸線與等高線近垂直。據(jù)地面調(diào)查，巖層傾角陡立，對邊坡穩(wěn)定影響不大，節(jié)理裂隙較發(fā)育，傾角一般較陡立且具變形，對邊坡穩(wěn)定影響不大，弱風化基巖巖體穩(wěn)定。1.4 設計標準及技術(shù)規(guī)范1.4.1 技術(shù)標準計算行車速度： 100km/h隧道單洞建筑限界凈寬： 0.75+0.5+23.75+1.0+1.00=10.75m隧道建筑限界凈高： 5.0m整體式路基寬： 26.0m分離式路基寬： 13.0m1.4.2 主要技術(shù)規(guī)范公路隧道設計規(guī)范(JTG D70-2004)公路工程技

12、術(shù)標準(JTGBO1-2003)公路工程抗震設計規(guī)范(JTJ004-89)錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范(GB50086-2001)地下工程防水技術(shù)規(guī)范(GB50108-2001)混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范(GB50010-2002)公路隧道施工技術(shù)規(guī)范(JTG F602009)公路隧道通風照明規(guī)范(JTJ0261-2002)1.4.3 其他資料及云陽山隧道工程地質(zhì)勘察報告云陽山隧道設計外業(yè)驗收咨詢意見云陽山隧道施工圖設計招標文件評審意見2 隧道總體設計2.1 隧道選址云陽山隧道位置的選擇滿足公路隧道設計規(guī)范1的要求。本隧道總長度為3230m，按分類屬于長隧道，通常在確定線路時，要在多個路線方案中，根據(jù)地

13、形圖和各種資料進行技術(shù)、經(jīng)濟的比較之后，最后確定一條路線，線形對隧道很重要，一般隧道的平面線形以采用直線或大半徑曲線為好。隧道位置選擇在穩(wěn)定的地層中，盡量避免穿越工程地質(zhì)和水文地質(zhì)極為復雜以及嚴重不良地段，當必須通過時，要有切實可靠的工程措施。在本隧道中，考慮到洞口出地形有些復雜，當設置平曲線時，隧道會車視距與停車視距很難滿足要求，綜合考慮，隧道平面線形采用直線形。2.2 縱斷面設計隧道內(nèi)的縱坡形式，根據(jù)公路隧道設計規(guī)范1，可設置單面坡和人字坡兩種。隧道內(nèi)縱斷面設計應考慮行車安全性，營運通風規(guī)模、施工作業(yè)效率和排水要求。隧道縱坡不應小于0.3%，一般情況下不應大于3%，當受地形等條件限制時，高

14、速公路、一級公路的中、短隧道可適當加大，但不宜大于4%。當采用較大縱坡時，必須對行車安全性、通風設備和營運費用、施工效率的影響等做充分的技術(shù)、經(jīng)濟綜合論證。經(jīng)過對云陽山隧道的實際情況綜合考慮，決定采用人字坡。衡陽段入口為147.35 米的坡度為1.95%的上坡段，再是139.24 米的坡度為0.44%的下坡段。2.3 橫斷面設計2.3.1 隧道建筑限界隧道橫斷面設計主要是對隧道凈空的設計。隧道凈空是指隧道襯砌的內(nèi)輪廓線所包圍的空間。隧道凈空是根據(jù)“建筑限界”確定的?！跋藿纭笔且环N規(guī)定的輪廓線，這種輪廓線以內(nèi)的空間是保證車輛安全運行所必需的。是建筑物不得侵入的一種限界。公路隧道建筑限界包括車道、

15、路肩、路緣帶、人行道等的寬度及車道、人行道的凈高。云陽山隧道建筑限界如圖2.1 所示。圖2.1 隧道建筑限界圖單位(m)圖中：H建筑限界高度，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，取5.0m;W行車道寬度，取23.75 m；L左側(cè)向?qū)挾龋?.50 m;L 右側(cè)向?qū)挾龋?.0 m;J左檢修道寬度，0.75m;J右檢修道寬度，1.0 m;h檢修道高度，0.4m;E建筑限界左頂角寬度，0.50m;E建筑限界右頂角寬度，1.0 m;i隧道路面橫坡，為單面坡，且為1.5%.故隧道建筑限界如圖：2.3.2 緊急停車帶及橫向通道本隧道為3000 多米的長隧道，跟據(jù)規(guī)范要求設計緊急停車帶和橫向通道。雙向行車隧道緊急停車帶應雙側(cè)交錯設

16、置，緊急停車帶的寬度，包含右側(cè)向?qū)挾热?.5m，長度為40 m，其中有效長度取30 m，每隔750 m設置一個緊急停車帶。行車橫洞結(jié)合地質(zhì)情況每700800m 設置一處，軸線與行車主洞成70夾角，底面與行車主洞平齊，行人橫洞每隔250m 一處，即在兩個行車橫洞間設置兩處行人橫洞，軸線與行車主洞基本垂直，底面與檢修道平齊；所有橫洞以及緊急停車帶均盡可能設置在、級圍巖以上地段，不強求等間距設置。其建筑限界及橫向通道的尺寸如圖2.2 所示。左右洞隧道中部各設4 處緊急停車帶，供在隧道內(nèi)出事故的車輛使用。圖2.2 緊急停車帶建筑限界圖左右洞隧道中部各設置4 處行車橫洞和8 處行人橫洞，做為巡查、維修、

17、救援通道。 (a)車行橫洞 (b)人行橫洞圖2.3 橫向通道尺寸（單位：cm）2.3.3 隧道襯砌內(nèi)輪廓線本隧道采取標準斷面進行設計，由于該隧道通過圍巖級別為IIV。II、III 級圍巖段不設仰拱（圖2.4a）；IVV 圍巖段設置仰拱（圖2.4b）。（a） 不設仰拱(b)設置仰拱圖2.4 隧道內(nèi)輪廓圖（單位:cm）3 洞口與洞門設計洞門是隧道洞口用圬工襯砌并加以建筑裝飾的支擋結(jié)構(gòu)物，它聯(lián)系襯砌和路塹，是整個隧道結(jié)構(gòu)的主要組成部分，也是隧道進出口的標志。洞門的作用在于支擋洞口正面仰坡，攔截仰坡上方的最小剝落掉快，保持仰坡和邊坡的穩(wěn)定，并將坡面匯水引離隧道，保證洞口線路的安全，因此，對于確定洞內(nèi)施

18、工安全和醉倒正常運營具有重要的作用。另外，洞門是隧道唯一的外露部分，對它進行適當?shù)慕ㄖ囆g(shù)處理，可以起到美化環(huán)境的作用，尤其是在高速公路中的隧道更是如此。3.1 洞口根據(jù)地形條件，結(jié)合防排水要求，以“早進洞，晚出洞”為原則確定洞口位置，由于隧道跨度大，凈空高，一般情況下成洞面處邊坡及仰坡高度接近20m，為了保證邊仰坡的穩(wěn)定，盡量恢復洞口自然景觀，洞口段均設一段明洞。3.1 各種形式的洞門比較洞門的形式很多，從結(jié)構(gòu)形式、建筑材料以及相對位置等可劃分為許多類型。目前，我國公路隧道的洞門形式有：端墻式、翼墻式、臺階式、柱式、削竹式、和喇叭口式等，它們的特點如表3-1 所示：項目適用的圍巖條件特征景觀

19、端墻式軸線與坡面基本正交，邊、仰坡率為1:0.31：0.5易于施工、起到擋土墻的作用，支護洞門仰坡壁面面積大、兩側(cè)需降低其亮度（修鑿打毛壁面）；有重量感行車易感到壓抑翼墻式邊、仰坡率為1:0.51：1.5抗滑、抗傾覆性能較好壁面面積大、兩側(cè)需降低其亮度（修鑿打毛壁面）；有重量感行車易感到壓抑臺階式邊、仰坡率為1:0.51：0.75可減少靠山側(cè)仰坡開挖高度、一般與偏壓襯砌配合使用壁面面積大、兩側(cè)需降低其亮度（修鑿打毛壁面）；有重量感行車易感到壓抑柱式邊、仰坡率1:0.51 ：0.75洞口受地形限制、無法置翼墻式洞門較為宏偉削竹式洞門周圍地形平緩模型板、配筋較費事，耗資較大修飾周圍的景觀，使洞門與

20、之協(xié)調(diào)喇叭口式地形地質(zhì)情況較好，洞門周圍開闊積雪地帶易吹入雪模型板、配筋較費事，耗資較大對車輛行駛影響?。蛔钸m合洞門周圍地形3.2 設計原則洞口位置應根據(jù)地形、地質(zhì)條件，同時結(jié)合環(huán)境保護、洞外有關(guān)工程及施工條件、營運要求，通過經(jīng)濟、技術(shù)比較確定。著重考慮邊、仰坡的穩(wěn)定，同時應結(jié)合洞外有關(guān)工程、施工條件及運營要求，還要滿足有關(guān)規(guī)范，不能隨心所欲，但是我們可以利用這些因素進行巧妙地組合，使洞門建筑融匯于自然環(huán)境中，達到所需之目的。除了考慮“早進洞、晚出洞”的原則，在洞門實際構(gòu)思時應該考慮以下原則：（1）隧道洞門與結(jié)構(gòu)結(jié)合洞門是支撐山體、穩(wěn)定邊坡并承受覆蓋土層上的推力，因此洞門結(jié)構(gòu)要滿足強度要求。（

21、2）洞門形式與美觀相結(jié)合洞門不僅僅是擋土墻，它對隧道起到裝飾作用，對美化隧道以及整條公路具有很大作用，將外部自然環(huán)境與內(nèi)部人工環(huán)境分開，又將人類杰作與周圍景觀聯(lián)系起來。（3）洞門形式與周圍地形相協(xié)調(diào)一座隧道采用某種形式的洞門，應結(jié)合隧道所處的地理位置、地形地貌情況、洞口場地的寬闊程度來定，使之協(xié)調(diào)統(tǒng)一設計之前應進行細致的勘察，并進行多種方案必選，使之達到最佳。（4）環(huán)境與意境相結(jié)合隧道洞門位置或在叢林中，或在巖石之壁，或依山傍石，總之洞門所處的自然環(huán)境是得天獨厚的。它給設計人員一個展示才能、實現(xiàn)夢想的舞臺，同時也為人類生存帶來了舒適的環(huán)境。4 隧道襯砌設計及計算云陽山隧道支護結(jié)構(gòu)采復合式襯砌，

22、分初期支護和二次支護，初期支護采用噴錨支護，二次襯砌采用現(xiàn)澆模筑混凝土。4.1 初期支護初期支護采用噴錨支護，由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等支護形式組合使用，根據(jù)不同圍巖級別區(qū)別組合。錨桿支護采用全長粘結(jié)錨桿。由工程類比法，結(jié)合公路隧道設計規(guī)范， 初期支護噴射混凝土材料采用C20 級混凝土，支護參數(shù)取值如下表4-2。表4-2 初期支護參數(shù)表圍巖級別初 期 支 護噴射砼厚度（cm）20普通水泥砂漿錨桿（m）鋼筋網(wǎng)鋼拱架拱墻仰拱位置長度間距 桿體材料II5局部2.020MnSi鋼筋8拱、墻2.51.2520MnSi鋼筋拱、墻25X2512拱、墻2.520MnSi鋼筋拱、墻25X25拱、墻20拱

23、、墻3.020MnSi鋼筋拱、墻25X25拱、墻、仰拱4.2 二次襯砌二次襯砌采用現(xiàn)澆模筑混凝土，利用荷載結(jié)構(gòu)法進行襯砌內(nèi)力計算和驗算。二次襯砌厚度設置如下表： 表4-3 二次襯砌支護參數(shù) 單位：cm圍巖級別拱、墻混凝土厚度仰拱混凝土厚度II30-III35-IV3535V45454.3 圍巖壓力的計算4.3.1 斷面參數(shù)確定隧道高度H=內(nèi)輪廓線高度（包含仰拱厚度）+初襯厚度+二襯厚度+預留變形量隧道跨度B=內(nèi)輪廓線寬度+初襯厚度2+二襯厚度2+預留變形量 表4-4 預留變形量 單位：mm圍巖級別兩車道隧道II-III2050IV5080V80120注：圍巖破碎時取大值；圍巖完整時取小值。所以

24、：預留變形量級圍巖為0；級圍巖為0.02m；圍巖為0.06m；圍巖為0.10m得出：級圍巖 H = 7.865 + 0.05 + 0.30 + 0 = 8.215mB =11.4 + 0.052 + 0.302=12.10 m級圍巖 H = 7.865 + 0.08 + 0.35 + 0.02 = 8.315mB =11.4 + 0.082 + 0.352 + 0.022=12.3m級圍巖 H = 9.256 + 0.12+ 0.35 + 0.06 = 9.786mB =11.4+0.122+0.352+0.062=12.46m級圍巖 H = 9.356 + 0.2 + 0.45 + 0.1

25、=10.106mB=11.4 + 0.22 + 0.452 + 0.12=12.9m4.3.2 計算垂直均布壓力垂直均布壓力計算式：hq = h （4-1）而h = 0.45 2s1 1+i(B 5) （4-2）將（4-2）代入（4-1）得q = 0.45 2s 1 1+i(B 5)式中： 為圍巖重度，此處：級圍巖 2 = 25kN /m ；級圍巖3 = 24kN /m 級圍巖 = 22kN /m ;級圍巖 5 =18kN /m 。i 為B 每增加1m 時圍巖壓力的增減率，以B =5m 的圍巖垂直均布壓力為準，當B 5m 時，取i =0.2，當B 5m 時，取i =0.1。B 為隧道開挖高度，

26、級圍巖B2 =12.10 m ；級圍巖B3 =12.3m ；級圍巖B4 =12.46m ；級圍B5 =12.9m。s 為圍巖級別，級圍巖s = 2;級圍巖s = 3；級圍巖s = 4 ;級圍巖s = 5（1）級圍巖段圍巖均布壓力計算開挖寬度B2 =12.10m開挖高度H2 =8.215m圍巖容重2 = 25kN /mB 5m，取i =0.1又0.681.7經(jīng)計算有：q2 = 25=38.475 KN/m2（2）級圍巖段圍巖均布壓力計算已知：開挖寬度B3 =12.3m開挖高度H3 =8.315m圍巖容重3 = 24kN /mB 5m，取i =0.1高寬比經(jīng)計算：q3 = 24=76.466 kN

27、 /m2（3）級圍巖段圍巖均布壓力計算已知開挖寬度B4 =12.46m開挖高度H4 =9.786m圍巖容重4 = 22kN /mB 5m，取i =0.1高寬比經(jīng)計算:q4 = 22=138.28 kN /m2（4）級圍巖段圍巖均布壓力計算已知開挖寬度B5 =12.9m開挖高度H5 =10.106m圍巖容重5 =18kN /mB 5m，取i =0.1高寬比經(jīng)計算：q5= 18=231.984 kN /m24.3.3 淺埋和深埋隧道的分界（1） 淺埋和深埋隧道的分界，按荷載等效高度值，并結(jié)合地質(zhì)條件、施工方法等因素綜合判定。荷載等效高度值的計算公式如下： Hp = (2 2.5)hq （4-3）式

28、中： Hp 淺埋隧道分界深度（m ）hq 荷載等效高度（m ），hq =，q 為由式（4-3）算出的深埋隧道垂直均布壓力（kN /m2）； 為圍巖的重度（kN /m3）。在礦山法施工條件下，級圍巖取 Hp= 2.5hq ；級圍巖取Hp = 2hq 。因此，、級圍巖的等效荷載高度值分別為級圍巖 hq2 =級圍巖 hq3 =級圍巖 hq4 =級圍巖 hq5 =故，淺埋隧道分界深度Hp級圍巖Hp2 =級圍巖Hp3=級圍巖Hp4=級圍巖Hp5= 里程圍巖級別埋深范圍地質(zhì)情況深淺埋情況YK73+440YK73+585V-1.88m13.7m圍巖為坡積亞粘土，可硬塑，夾碎、塊石；全風化泥巖，呈硬塑土狀，遇

29、水易崩解；洞身及邊坡易失穩(wěn)。亞粘土及全風化泥巖為相對隔水層。YK73+585YK73+860IV13.7m70.96m4.3.4 圍巖壓力計算（一）深埋隧道圍巖壓力計算由式（4-1），坍落拱高度h = 0.45 21+i(B 5)，由式（4-2），垂直壓力q = h ，水平均布壓力根據(jù)圍巖計算如下表：表4-5 水平均布壓力計算表圍巖級別水平均布壓力e00.14q0.25q0.4q注：H/B 均小于1.7。（二）淺埋隧道圍巖壓力計算（1）埋深小于或等于等效荷載高度的隧道垂直壓力：q = H （4-4）H隧道埋深側(cè)向壓力： e= H 隧道高度， c 圍巖計算摩擦角。（2） 埋深大于等效荷載高度時的

30、圍巖壓力計算垂直力：（4-6） B 隧道寬度水平側(cè)壓力：5 防排水設計5.1隧道防排水概述隧道防排水根據(jù)“防、排、截、堵結(jié)合，綜合治理”的原則，采取切實可靠的設計、施工措施，達到防水可靠、排水暢通、經(jīng)濟合理的目的。本隧道擬采用防排截堵相結(jié)合的方法，在初期支護與二次襯砌之間設ECB板和無紡布堵水，全隧道布滿。襯砌邊墻腳砼與防水層之間設縱向透水軟管，環(huán)向?qū)?，設中心排水溝，襯砌背后的地下水可以由中心排水溝排出洞外，隧道洞門頂部設置洞頂截水天溝，仰坡上設置截水天溝。5.2洞外防排水5.2.1排水溝為避免地表水沖刷洞口和洞口邊、仰坡的水流入，本隧道在洞頂部和洞門兩側(cè)邊坡設置排水溝，洞頂部排水天溝底

31、寬0.6m，深0.6m。洞兩側(cè)邊坡排水溝寬0.5m，深0.5m。5.2.2截水溝 根據(jù)公路隧道設計規(guī)范要求，本隧道截水溝采用梯形斷面，且截水溝迎水一側(cè)壁不能高于坡面。截水溝設置在洞口仰坡頂外5m，截水溝的位置與地表水水流方向垂直，以提高截水溝效果和縮短溝的長度；截水溝橫斷面設置為矩形，溝底坡度設為2:1，其深度及底寬均為0.5m；截水溝采用砼預制塊進行維護；截水溝縱坡坡度為0.5%。 （a）排水溝 （b）截水溝 圖5.1 排水溝與截水溝示意圖（單位：cm） 5.3 洞內(nèi)排水 該隧道的襯砌設計采用的復合式襯砌，根據(jù)全面的考慮對防水設計采用在期支護與二次襯砌之間設置防水板及無紡布。隧道地下水的流程

32、為:圍巖防水板縱向透水管橫向?qū)苤行呐潘疁隙赐馀潘疁稀?） 洞身部分二次襯砌采用防水混凝土，襯砌背后采用ECB防水板加無紡布的防水層，采用無釘鋪設施工。 在襯砌的兩側(cè)邊墻背后的底部設置沿隧道的縱向排水盲管（溝），其孔徑為100mm。 沿襯砌背后環(huán)向設置導水盲管，其縱向間距為20m，環(huán)向盲管、豎向盲管的直徑為50mm。 環(huán)向盲管、豎向盲管與邊墻底部的縱向排水盲管（溝）連通；縱向排水盲管應與橫向?qū)苓B通，以形成完整的縱橫向排水系統(tǒng)。環(huán)向盲管、豎向盲管、縱向盲管應用無紡布包裹。圖5.2 隧道防排水措施圖襯砌施工縫防水方案：暗洞段復合襯砌間設防水層，防水層由300 gm 無紡土工布和12 mm 厚

33、EVA防水卷材組成，采用無釘工藝鋪設。EVA 防水卷材宜采用自粘式，可與后澆二次襯砌混凝土粘為一體，也可采用非自粘式EVA 防水卷材，但應分區(qū)防水，在施工縫和沉降縫處設背貼式止水帶。當防水板存在滲漏時，止水帶能防止地下水在二襯與防水板間大范圍流動。隧道二次襯砌拱部及邊墻采用防滲等級不低于s8 的防水混凝土，作為第二道防水措施。施工縫采用帶注漿管橡膠止水條，沉降縫采用中埋式橡膠止水帶。圖5.2 施工縫防水圖2） 路面排水1 在路面結(jié)構(gòu)下設縱向中心水溝，集中引排地下水。2 在隧道底設置直徑為100mm，橫向坡度為2.0%，縱向間距為50m 的橫向?qū)?。用來連接中心水溝和襯砌墻被排水盲管。6 通風

34、照明設計6.1 通風一般的公路隧道只有進出口與大氣相通，隧道內(nèi)污染物不能很快的擴散出去，空氣中污染物的含量會逐漸累積。這些污染物含量比較小的時候，通常影響不大。但是，如果含量超過一定程度就會造成很大的危害。比如：當CO 等含量增加到一定程度時，會對人體產(chǎn)生不同程度的中毒癥狀，甚至危害生命；另外，空氣中的煙霧和粉塵如果濃度達到一定程度，會使能見度下降，嚴重時會妨礙正常行車，對民眾造成傷害。因此，隧道通風主要是對CO（一氧化碳）、煙霧（或粉塵）和異味等進行稀釋。6.1.1 通風計的標準：(1) CO 設計含量表6-1 全橫向、半橫向通風時，CO 設計含量（體積分數(shù)） （單位： ppm ）隧道長度/

35、m10003000 /10-6250200（2）煙霧的設計含量表6-2 煙霧設計含量K計算行車速度/(km/h)10080K/m-10.00650.0070（3）異味稀釋及其他要求隧道內(nèi)不間斷換氣頻率不宜低于每小時5 次。采用縱向通風的隧道，隧道內(nèi)還清風速不應低于2.5m/s。通風設計時還必須考慮火災對策，長度大于1500m 且交通量較大的隧道應考慮排煙措施?；馂臅r的排煙風速可按23m/s 取值。選用的風機，在環(huán)境溫度為250情況下其可靠運轉(zhuǎn)時間不低于60min。6.1.2 需風量計算：云陽山隧道通風設計基本參數(shù)：道路等級：高速公路，分離式單向兩車道（計算單洞）行車速度：100km/h空氣密度

36、：=1.2 kg /m3隧道起止樁號、長度、縱坡和設計標高：設計標高：進洞口PH=143.33m，出洞口PH=197.47m設計交通量：2500 輛/h交通組成：汽油車：小型客車15%，小型貨車18%，中型貨車24%柴油車：中型貨車24%，大型客車13%，大型貨車6%；隧道內(nèi)平均氣溫： : tm = 20C0（1）CO 排放量 取CO基準排放量為：qco= 0.01m3 /輛km 考慮CO 的車況系數(shù)為：fa=1.0 依據(jù)規(guī)范，分別考慮工況車速100km/h，80km/h，60km/h，40km/h，20km/h，10km/h（阻滯），不同工況下的速度修正系數(shù)fiv 和車密度修正系數(shù)fd 如表

37、6-3 所示：表6-3 不同工況下的速度修正系數(shù)和車密度修正系數(shù)取值工況車速（km/h)1008060402010fivi = 2%1.41.21.0101.00.8fd0.60.7511.536考慮CO 的海拔高度修正系數(shù)：平均海拔高度： fh =1.46 考慮CO 的車型系數(shù)如表：表6-4 考慮CO 的車型系數(shù)表車型各種柴油車汽油車小客車旅行車、輕型貨車中型貨車大型貨車fm112.557 交通量分解：汽油車：小型客車375，小型貨車450，中型貨車600柴油車：中型客車600，大型客車325，大型貨車150 計算各工況下全隧道CO 排放量：Qco= （6-1）當 =100km /h 時QC

38、O=其他各種工況車速下CO 的排放量用同樣的方法計算，得出計算結(jié)果如表5-5：表6-5 各工況車速下CO 的排放量工況車速（km/h）1008060402010CO 量（m3/ s ）0.06137 施工設計（專題）云陽山隧道采用新奧法施工，新奧法的基本概念是以控制爆破(光面爆破、預裂爆破等)為開挖方法；以噴錨作為主要支護手段，通過監(jiān)測控制圍巖變形，動態(tài)修正設計參數(shù)和變動施工方法的隧道施工理念，其核心內(nèi)容是充分發(fā)揮圍巖的自承能力。云陽山隧道圍巖級別分別為級、級、級，有深埋段和淺埋段，因此根據(jù)公路隧道施工技術(shù)規(guī)范，類比其他工程，本隧道各級圍巖所采用的開挖方式如下。(1)、級圍巖：、級圍巖地質(zhì)條件

39、較好，圍巖基本穩(wěn)定，故采用全斷面法開挖。其優(yōu)點是有較大的作業(yè)空間，有利于采用大型配套機械化作業(yè)，提高施工速度，且工序少，干擾少，便于施工組織與管理，采用深孔爆破時，可加快掘進速度，且爆破對圍巖的震動次數(shù)較少，有利于圍巖的穩(wěn)定。其缺點是由于開挖面較大，圍巖相對穩(wěn)定性降低，且每循環(huán)工作量相對較大，要求施工單位有較強的開挖、出渣與運輸及支護能力，采用深孔爆破時，產(chǎn)生的爆破震動較大，對鉆爆設計和控制爆破作業(yè)要求較高。全斷面法施工工序如下：用鉆孔臺車鉆眼，然后裝藥、連接導火線；退出鉆孔臺車，引爆炸藥，開挖出整個隧道斷面；排除危石；噴射拱圈混凝土，必要時安設拱部錨桿；用裝渣機將石渣裝入運輸車輛，運出洞外；

40、噴射邊墻混凝土，必要時安設邊墻錨桿；根據(jù)需要可噴第二層混凝土和隧道底部混凝土；開始下一輪循環(huán)，施作二次模注混凝土襯砌。開挖和支護順序見下圖：全斷面開挖法的注意事項：加強對開挖面前方的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的調(diào)查。對不良地質(zhì)情況，要及時預測、預報和分析研究，隨時準備好應急措施，以確保施工安全和工程進度。各工序機械設備要配套。如鉆孔、裝渣、運輸、支護、襯砌等主要機械和相應的輔助機具，在尺寸、性能和生產(chǎn)能力上要相互配合，工作方面要環(huán)環(huán)緊扣，不致彼此受牽制而影響掘進，以充分發(fā)揮機械設備的使用效率和工序之間的協(xié)調(diào)作用。加強各種輔助施工方法的設計和施工檢查。尤其是軟弱破碎圍巖，應對支護后圍巖的動態(tài)量測與監(jiān)控，

41、輔助作業(yè)的管理要求保持技術(shù)上的良好狀態(tài)。重視和加強對施工操作人員的技術(shù)培訓，使其能熟練掌握各種機械和推廣新技術(shù)，不斷提高功效，改進施工管理，加快施工速度。在選擇支護類型時，應優(yōu)先考慮錨桿和噴射混凝土、掛網(wǎng)、拱架等支護形式。（2）級圍巖：鑒于級圍巖穩(wěn)定性不如、級圍巖，故采用臺階分部開挖法。臺階分部開挖法又稱環(huán)形開挖留核心土法，適用于一般土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖地段。上部留核心土可以支擋開挖工作面，增強開挖工作面的穩(wěn)定，核心土及下部開挖在拱部初期支護下進行，施工安全性較好。一般環(huán)形開挖進尺為0.51.0m，不宜過長，上下臺階可用單臂掘進機開挖，開挖和支護順序見下圖：其優(yōu)點是上下臺階干擾小，施工速度可

42、加快。其缺點有開挖中圍巖要經(jīng)受多次擾動，而且斷面分塊多，支護結(jié)構(gòu)形成全斷面封閉的時間長，將可能使圍巖變形增大，需要結(jié)合輔助施工措施對開挖工作面及前方巖體進行預支護或預加固。（3）V級圍巖：由于云陽山隧道V級圍巖處地質(zhì)條件復雜，含水量高，特別是隧道 三臺階七步開挖法是以弧形導坑開挖留核心土為基本模式，分上、中、下三個臺階七個開挖面，各部位的開挖與支護采用沿隧道叢向錯開，平行推進的隧道施工方法。它具有如下技術(shù)特點：施工空間大，方便機械化施工，可以多作業(yè)面平行作業(yè)。部分軟巖或土質(zhì)地段可以采用挖掘機直接開挖，工效較高。在地質(zhì)條件發(fā)生變化時，便于靈活、及時地轉(zhuǎn)換施工工序，調(diào)整施工方法。適應不同跨度和多種

43、斷面形式，初期支護工序操作便捷。在臺階法開挖的基礎上，預留核心土，左右錯開開挖，利于開挖工作面穩(wěn)定。當圍巖變形較大或突變時，在保證安全和滿足凈空要求的前提下，可盡快調(diào)整閉合時間。三臺階七步開挖法施工作業(yè)程序: 第一步，上部弧形導坑開挖:在拱部超前支護后進行，環(huán)向開挖上部弧形導坑，預留核心土，核心土長度宜為35m，寬度宜為隧道開挖寬度的1/31/2。開挖循環(huán)進尺應根據(jù)初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，開挖后立即初噴35cm混凝土。上臺階開挖矢夸比應大于0.3，開挖后應及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護。開挖采用人工配合挖掘機，共配備11人作業(yè)，其中開挖人員9人（風鎬手4人），挖掘機死機1人，工

44、班長1人；配備挖掘機1臺，風鎬4臺。 第二、三步，左、右側(cè)中臺階開挖：開挖進尺應根據(jù)初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，開挖高度一般為33.5m，左、右側(cè)臺階錯開23m，開挖后立即初噴35m混凝土，及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護。開挖采用人工配合挖掘機，配備開挖人員6人（風鎬手2人）;配備風鎬2臺。 第四、五步，左、右側(cè)下臺階開挖：開挖進尺應根據(jù)初期支護鋼架間距確定，最大不得超過1.5m，開挖高度一般為33.5m，左、右側(cè)臺階錯開23m，開挖后立即初噴35cm混凝土，及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護。開挖采用人工配合挖掘機，配備開挖人員6人（風鎬手2人）；配備風鎬2臺。 第六步，上、中、下臺階預

45、留核心土：開挖各臺階預留的核心土，開挖進尺與各臺階循環(huán)進尺一致，采用挖掘機開挖，安全員現(xiàn)場指揮。 第七步，隧底開挖:每循環(huán)開挖長度宜為23榀，開挖后及時施作仰拱初期支護，完成兩個隧底開挖、支護循環(huán)后，及時施作仰拱，仰拱分段長度宜為46m。采用人工配合挖掘機開挖，安全員現(xiàn)場指揮。開挖配備6人（風鎬手2人）。三臺階七步開挖法隧道支護:為保護圍巖的天然承載力，隧道支護應盡快施作。三臺階七步開挖法的初期支護有三臺階七步開挖法的初期支護有噴射混凝土、錨桿、錨管、鋼筋網(wǎng)和鋼架等組成，各部分聯(lián)合受力。初期支護在開挖后立即施作，以保護圍巖的自穩(wěn)能力。1. 初噴混凝土封閉巖面初噴混凝土應在開挖后立即進行。清除巖

46、面表面的空鼓和掉皮，埋設控制噴射混凝土厚度的標志釘。噴射混凝土必須滿足設計強度、厚度及其與巖面粘結(jié)力要求。噴射作業(yè)應分段分片依次進行，噴射作業(yè)從拱腳或墻腳自下而上進行，2.IV級圍巖較差、V級圍巖較好地段采用三臺階七步法。開挖采用挖機開挖，人工或風鎬配合修整，局部圍巖較好部分采用淺眼松動爆破，嚴格控制裝藥量。三臺階七步開挖法施工施工工藝見圖 “V級圍巖三臺階七步開挖法施工作業(yè)程序示意圖”及圖 “V級圍巖三臺階七步開挖法施工作業(yè)工藝流程圖”。以下是本標段采用三臺階七步開挖法的施工段落：三臺階七步開挖施工方法序號分段里程長度圍巖級別備注起始里程終止里程m1104+480104+680200a-12

47、107+340107+39050c-13111+480111+57090b-14111+620111+760140b-15113+380113+46181c-16113+578113+690112c-17113+690113+895205b-18113+895114+015120c-19114+015114+115100b-110114+655114+755100b-111114+755114+82570a-112114+825114+925100b-113116+465116+565100b-114116+565116+765200a-115116+765117+100235b-116118

48、+705118+855150hs17118+855119+015160a-118120+315120+390100b-119122+270122+317200b-1三、三臺階七步開挖法控制要點1.據(jù)隧道的水文地質(zhì)條件，嚴格按設計要求做好超前支護，控制好超前支護外插角，嚴格按注漿工藝加固地層，防止圍巖松弛，保證隧道開挖在超前支護的保護下施工，確保隧道施工安全。在斷層、破碎帶、淺埋段等自穩(wěn)性較差或富水地層中，超前支護應按設計要求進行加強，以確保安全。IV、V級圍巖三臺階七步法施工作業(yè)工藝流程圖上部弧形導坑開挖，施作初期支護開挖上、中、下臺階預留的核心土左右錯開開挖中臺階，施作初期支護左右錯開開挖下臺階，施作初期支護超前支護測量放樣施作砼仰拱施作仰拱填充圍巖穩(wěn)定性評判修正支護參數(shù)分段開挖隧底，施做臨時仰拱斷面檢查否滿足2.導坑應沿開挖輪廓線環(huán)向開挖，預留核心土，以人工開挖為主，機械開挖為輔，人工配合挖掘機從臺階上向下刨土。開挖后應及時支護；其他各分部平行開挖，平行施作初期支護，各分部初期支護銜接緊密，及時封閉成環(huán)；臨時仰拱緊跟下臺階，及時閉合構(gòu)成穩(wěn)固的支護體系。3.過程通過變形監(jiān)控量測，掌握圍巖和支護的變形情況，及時指導調(diào)整支護參數(shù)和預留變形量，保證施工安全；4.三臺階七步開挖法施工應做好工序銜接。工序安排應緊湊，盡量減少