隧道畢業(yè)設(shè)計(jì)例子2

18/18隧道畢業(yè)設(shè)計(jì)例子2設(shè)計(jì)

Abstract

Heshantunnelastheexpresswayone.Whichisthekeyprojectofexpresswaycoilingthecity.Thedesignofcavepassageadoptswhittlesthebamboostyleholedoor,styleinordertolookprettygood.Astoliningcutting,compositestyleismychoicelightlyexcavateismywayforthebeginningofcavepassageaswellasentireliningcutting.Entilationinthetunnelisadoptedintheeffluxstylemachinedirectionway.Inaddition,10seriessof20air-blowerswhichdimeterare1120mm.Natriumlightingisforlighting.Whenbuildingit,itwillbeexplodedall-aroundwayandsomoothsurfacewillbeleftafterexploding.Inthecourseofpractisingthescitntificmanagementwillbeanecessarystep.

Keywords:Compositestyleliningcutting、Ventilation、Lighting、Explodinginall-aroundway.

目錄

3.3襯砌內(nèi)力計(jì)算(10)

3.4襯砌設(shè)計(jì)(19)

4隧道運(yùn)營(yíng)設(shè)施及其設(shè)計(jì)(30)

4.1通風(fēng)設(shè)計(jì)(30)

4.2照明設(shè)計(jì)(42)

4.3緊急停車帶(46)

4.4人行、車行連通通道(47)

4.5消防(48)

5隧道施工組織(51)

5.1場(chǎng)地布置(51)

5.2施工方案比較(51)

5.3施工方案選擇(52)

5.4隧道施工前的準(zhǔn)備工作(52)

6隧道施工測(cè)量與監(jiān)控測(cè)量(54)

6.1隧道施工測(cè)量(54)

6.2施工監(jiān)控量測(cè)(56)

7隧道開(kāi)挖施工(62)

7.1洞門(62)

7.2明洞施工方案(62)

7.3爆破設(shè)計(jì)(63)

7.4道路施工的除渣運(yùn)輸(71)

8隧道襯砌施工(72)

8.1隧道襯砌一般規(guī)定(72)

8.2襯砌類型(72)

8.3超前支護(hù)(73)

8.4初期支護(hù)(74)

8.5仰拱及二次襯砌(80)

9隧道施工防排水(83)

9.1洞內(nèi)施工排水(83)

9.2結(jié)構(gòu)防排水(83)

9.3防排水施工(84)

9.4變截面地段防水處理(86)

9.5富水地段防水處理(87)

10隧道施工期間的通風(fēng)(88)

11洞內(nèi)路面及其它附屬(91)

11.1路面基層施工(91)

11.2附屬工程(91)

12設(shè)備、人員、材料、工期計(jì)劃(93)

13安全、保障措施(97)

13.1安全保證措施(97)

13.2質(zhì)量保證措施(98)

14環(huán)境保護(hù)措施(100)

15致謝(102)

第一章概況

1.1工程概況

1.2設(shè)計(jì)依據(jù)

本設(shè)計(jì)依據(jù)JTGD70－2004《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，JTJ001－88《公路工程技術(shù)規(guī)范》，GBJ86－85《錨噴混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》，《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

1.3設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

全線按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01－2003）中規(guī)定段雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，按設(shè)計(jì)車速100km/h。

1.4地形地貌、地質(zhì)、地震情況

地質(zhì)、地貌、地震情況見(jiàn)隧道設(shè)計(jì)資料。

1.5交通情況

本段所在區(qū)域公路交通網(wǎng)很發(fā)達(dá)，現(xiàn)有交通均可用于筑路材料等運(yùn)輸，但部分道路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低，作為施工運(yùn)輸?shù)缆飞许毰c有關(guān)部門協(xié)商。

1.6水

沿線山溪、小型水庫(kù)、池塘等分布較多，可就近取水。大潮及旱季砼工程施工用水需檢驗(yàn)合格方可使用。附近基本有自來(lái)水設(shè)備，可供應(yīng)生活用水。

1.7電

沿線村莊密集，電力線、網(wǎng)分布齊全，施工時(shí)與有關(guān)部門協(xié)商后可就近利用。同時(shí)配備大型發(fā)電設(shè)備，以滿足電力短缺時(shí)施工需要。

1.8通訊

沿線村莊可引接通信線路。

1.9技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

起訖樁號(hào)：左洞：ZK116+15+ZK116+505

右洞：ZK116+45+ZK116+535；

隧道全長(zhǎng)：490m;

凈高：5.0m；

凈寬：14.25m；

洞門形式：削竹式洞門；

縱坡類型：?jiǎn)蜗蚱缕侣剩?.2%；無(wú)超高；

設(shè)計(jì)車速：100km/h；

設(shè)計(jì)交通量：5000輛/h。

2總體設(shè)計(jì)

2.1隧道選址：

鶴山隧道位置的選擇滿足《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。本隧道按分類屬于短隧道，通常在確定線路時(shí)，要在多個(gè)路線方案中，根據(jù)地形圖和各種資料進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的比較之后，最后確定一條路線，線形對(duì)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(fù)雜以及嚴(yán)重不良地段，當(dāng)必須通過(guò)時(shí)，要有切實(shí)

可靠的工程措施。在本隧道中，考慮到洞口出地形有些復(fù)雜，但隧道為短隧道，當(dāng)設(shè)置平曲線時(shí)，隧道會(huì)車視距與停車視距很難滿足要求，綜合考慮，隧道采用直線形。

2.2隧道縱斷面設(shè)計(jì)：

隧道內(nèi)的縱坡形式，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，可設(shè)置單面坡和人字坡兩種。隧道內(nèi)縱面線應(yīng)考慮行車安全性，營(yíng)運(yùn)通風(fēng)規(guī)模、施工作業(yè)效率和排水要求。隧道縱坡不應(yīng)小于0。3%，一般情況下不應(yīng)大于3%，當(dāng)受地形等條件限制時(shí)，高速公路、一級(jí)公路的中、短隧道可適當(dāng)加大，但不宜大于4%。當(dāng)采用較大縱坡時(shí)，必須對(duì)行車安全性、通風(fēng)設(shè)備和營(yíng)運(yùn)費(fèi)用、施工效率的影響等做充分的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合論證。

綜合以上所述，本隧道屬于短隧道，所以選擇單向坡對(duì)運(yùn)行通風(fēng)、排水有利。但在施工中，由于水量較不均勻，在施工中充分考慮設(shè)計(jì)要求，以求達(dá)到更好的施工效率，設(shè)計(jì)隧道縱坡為2.2%。

2.3隧道橫斷面設(shè)計(jì)

2.3.1建筑限界

（1）隧道橫斷面設(shè)計(jì)主要是對(duì)隧道凈空的設(shè)計(jì)。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(yùn)行所必需的。是建筑物不得侵入的一種限界。

（2）公路隧道建筑限界包括車道、路肩、路緣帶、人行道等的寬度及車道、人行道的凈高。鶴山隧道建筑限界如圖[2-1]所示。

圖2-1公路隧道建筑限界（單位：mm）

圖[2-1]公路隧道建筑限界

圖中：H——建筑限界高度，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，高速公路、一般公路中取5.0m;

W——行車道寬度，取3×3.75m；

L——左側(cè)向?qū)挾龋?.50m;

L

L——右側(cè)向?qū)挾龋?.0m;

R

J——檢修道寬度，0.75m;

h——檢修道高度，0.25m;

E——建筑限界左頂角寬度，0.50m;

L

E——建筑限界右頂角寬度，1.0m;

R

i——隧道路面橫坡，為單面坡，且為2%.

（3）公路隧道橫斷面設(shè)計(jì)，除滿足隧道建筑限界的要求外，還應(yīng)考慮洞內(nèi)路面排水檢修、通風(fēng)照明、消防、內(nèi)裝監(jiān)控等設(shè)施的所需空間，還要考慮仰坡曲率的影響，并根據(jù)施工方法確定出安全經(jīng)濟(jì)合理的斷面形式和尺寸。鶴山隧道斷面布置可見(jiàn)大圖：圖I

隧道為短隧道，故不設(shè)緊急停車帶。

2.4洞口、洞門

2.4.1洞口

根據(jù)地形條件，結(jié)合防排水要求，以“早進(jìn)洞，晚出洞”為原則確定洞口位置，由于三車道隧道跨度大，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(fù)洞口自然景觀，洞口段均設(shè)一段明洞。

2.4.2洞門

（1）機(jī)場(chǎng)段洞口地形較緩，地質(zhì)條件差，經(jīng)綜合分析采用削竹式洞門，邊仰坡1：1.5，用正六邊形制混凝土空心塊鋪設(shè)，空心植草，明洞段邊、仰坡采用土錨噴混凝土防護(hù)。洞門形式見(jiàn)圖[2-3]

圖[2-3]削竹式洞門

（2）鶴山隧道采用明洞出洞，洞門上部無(wú)回填土石，荷載較小，且對(duì)洞門下部地基進(jìn)行了土石置換，灰土回填夯實(shí)處理加固，地基承載力較好，故明洞洞門按照構(gòu)造要求設(shè)計(jì)，不需進(jìn)行洞門計(jì)算及驗(yàn)算。

2.5建筑材料

根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，所選取的建筑材料如下：

（1）明洞襯砌，鋼筋混凝土二次襯砌及洞內(nèi)溝管采用C25混凝土，素混凝土二次襯砌采用C20混凝土，初期支護(hù)采用C20噴射混凝土，仰拱回填采用C10

混凝土。

（1）直徑d5m時(shí)，取i=0.1.則[])525.14(1.01245.014-?+??=-ph=6.93

在礦山法施工條件下，IV類圍巖取2.5pqHh=，即2.5pqHh==17.325m根據(jù)鶴山隧道工程地質(zhì)橫斷面圖，按式[3-5]、式[3-6]判斷Ⅳ類圍巖區(qū)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設(shè)計(jì)高程-h隧道凈空高式[3-5]

hMIN=h地面高程-h設(shè)計(jì)高程-h隧道凈空高式[3-6]

然后，選取兩者的平均值h來(lái)加以判斷，即2MINMAXhhh+==2

)45.8638.2420.59()45.860.2467.28(--+--=10.866m則有：qphhH〈〈，該隧道在Ⅳ類圍巖分布區(qū)段內(nèi)為淺埋。

B、圍巖壓力計(jì)算

依照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的淺埋隧道荷載計(jì)算方法，隧道圍巖壓力采用式[3-7]進(jìn)行計(jì)算，

(1tan)tt

QHqHBBγλθ==-淺淺式[3-7]式中：γ——隧道上覆圍巖重度，23γ=3kNm；

H——隧道埋深，坑頂至地面的距離，m；

tB——坑道寬度，m；

θ——滑動(dòng)面的摩擦角，度，Ⅳ類圍巖中(0.7~0.9)Cθ?=；

Q淺——作用在隧道頂部的總垂直壓力；

q淺——作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的均布荷載，MPa；

λ——側(cè)壓力系數(shù),由式[3-8]計(jì)算；

[]

tantantan1tan(tantan)tantanCCCβ?λββ?θ?θ-=+-+式[3-8]

其中tanβ按式[3-9]計(jì)算，

tantanCβ?=式[3-9]其中：β——破裂面與水平面的夾角，度；

C?——圍巖計(jì)算摩擦角，度，查表得60C?=；

作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的水平側(cè)壓力分別按式[3-10]、式[3-11]計(jì)算，

1eHγλ=式[3-10]2ehγλ=式[3-11]側(cè)壓力視為均布?jí)毫r(shí)按式[3-12]計(jì)算，1211()()22

eeeHhγλ=+=+式[3-12]其中23γ=3kNm,H=2.436m,tB=15.85m,60C?=,0.848Cθ?==。

（2）II類圍巖、III類圍巖

鶴山隧道II、III類圍巖根據(jù)規(guī)范規(guī)定，按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)。

2內(nèi)力計(jì)算

（1）IV類圍巖

A、建立近似結(jié)構(gòu)模型

依據(jù)設(shè)計(jì)院的初步設(shè)計(jì)并結(jié)合隧道建筑結(jié)構(gòu)形式的安全性驗(yàn)算結(jié)果以及建筑界限的要求，將Ⅳ類圍巖分布區(qū)內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算模型設(shè)置為曲墻式拱。

B、曲墻式襯砌內(nèi)力計(jì)算

在曲墻式襯砌內(nèi)力計(jì)算中，考慮圍巖彈性抗力影響，采用抗力分布規(guī)律理論來(lái)進(jìn)行暗洞襯砌內(nèi)力計(jì)算，并采用下述假定，計(jì)算圖如圖[3-1]。

圖[3-1]暗洞襯砌內(nèi)力計(jì)算圖

抗力區(qū)的上零點(diǎn)在拱頂兩側(cè)45°附近的a點(diǎn)（45≈a?），下零點(diǎn)在拱腳c點(diǎn)，最大抗力值發(fā)生在h點(diǎn)，h點(diǎn)的位置約在抗力區(qū)的32高度處，即achc3

2≈，或者在最大跨度附近。ah段抗力圖形按二次拋物線分布，可利用式[3-13]進(jìn)行計(jì)算,

b

aa

b????σσ2223coscoscoscos--=式[3-13]h

c段的抗力圖形考慮邊墻剛度較大，且外緣一般為直線形，本身彈性變形較小，故假定其與高度成直線比例關(guān)系。

曲墻式襯砌作為墻腳彈性固定于圍巖上，兩側(cè)受圍巖約束的無(wú)鉸尖拱來(lái)計(jì)算，其結(jié)構(gòu)如圖[3-2]所示。由于墻底摩擦力較大，可略去水平位移影響，故墻底只考慮轉(zhuǎn)角。

圖[3-2]墻底轉(zhuǎn)角計(jì)算圖

邊墻底部的轉(zhuǎn)角cβ可按式[3-14]確定，

)(211cpcMfxx++=ββ式[3-14]式中：30112dc

k=

β?？闪谐鱿铝蟹匠探M[3.15]，

01122111=+?++cpxxβδδ

02222211=+?++cpfxxβδδKhxxhchphhσβδδ=

+?++2211方程組[3-15]方程中，?

=dsEIyh11δ?

=dsEIyyh12δ??+=?+?=?dsEI

MdsEIMTTpσσ111?

?+=?+?=?dsEIyMdsEIyMTTpσσ222??+=?+?=?dsEI

yMdsEIyMThhThp11σσ其中：1y——任意截面中心至抗力最大截面的垂距。

將)(211cpcMfxx++=ββ中的cβ代入方程組，可得求解冗力1x，2x和hσ的方程組[3-16]：

0)()(1111221111=+?++++cppMfxxββδβδ

0)()(12122221211=+?++++cppMffxfxββδβδ

KMffxfxhcphphhσββδβδ=

+?++++11222111)()(方程組[3-16]

其中，K——校正系數(shù)，一般取0.5～0.8。求得1x，2x和hσ值后，襯砌任意截面的內(nèi)力可按式[3-17]、式[3-18]計(jì)算，

pMyxxM++=21式[3-17]

pNxN+=?cos2式[3-18]

計(jì)算截面結(jié)果可用式[3-19]、式[3-20]、式[3-21]校核，?

=+0cELMdsβ式[3-19]?=+0cfEI

Mydsβ式[3-20]?=-+01K

hEIdsMyhcσβ式[3-21]其中，cβ——邊墻基底的轉(zhuǎn)角，1ββccM=。

任意截面i的徑向位移riδ可由式[3-22]求得，ciciriadsEI

MMβδ+=?式[3-22]式中，M——在全部荷載、彈性抗力及冗力共同作用下，基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎矩，

即結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)的彎矩；

iM——單位徑向作用于i點(diǎn)在基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎矩。

按上式求算徑向位移riδ時(shí)，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)預(yù)先假定彈性抗力分布規(guī)律；當(dāng)抗力分布無(wú)法假定時(shí)，可用不記抗力的M代替iM求得在全部荷載及冗力作用下的riδ，乘以K值，作為抗力的第一次近似值，再利用式[3-24]計(jì)算riδ，逐次接近。

根據(jù)鶴山隧道的具體情況結(jié)合上述理論進(jìn)行計(jì)算。

由式[3-13]可得，

b

aa

b????σσ2223coscoscoscos--=其中，bhb?σσsin?=80sin?=hσhσ98.0=又26.292

809.47718.102ee21h=+=+=σMPa所以hhσ?σσ98.0cos45coscos45cos98.02223--=h

hσ?σ98.0cos5.0cos35.098.022--=則計(jì)算得到曲墻拱的最大抗力及其分部關(guān)系為，

h

hσ?σσ98.0cos5.0cos35.098.022--=25.22cos57.632-=?σ

邊墻低部的轉(zhuǎn)角cβ可按式[3-14]確定，

)(211cpcMfxx++=ββ)3

122.10886.5(4.621?+?+=xx85.23051.374.621++=xx其中，4.62534012123

301=??==dckβ然后，用方程組[3-15]求解冗力1x，2x和hσ，

0)()(1111221111=+?++++cppMfxxββδβδ

0)()(12122221211=+?++++cppMffxfxββδβδ

KMffxfxhcphphhσββδβδ=

+?++++11222111)()(

其中，f為上拱計(jì)算高度，取為5.86m，??=???==632.006.16

13368.5322

11dsdsEIyhδ22

1232.0632.006.1613368.532yydsdsydsEIyyh==????

==?δ???=????=+=?+?=?2.1506.16

13386.53271.222

111dsdsEIMdsEIMTTpσσ22226.7ydsEIyMdsEIyMTTp=+=?+?=??

?σσ559.006.16

133)86.532(71.222

211=????=+=?+?=????dsdsEIyMdsEIyMThhThpσσ

并且令xyδ的假設(shè)值均為1，所以可得，

007.364.62.15)4.686.51()4.61(21=?++?+++xx

007.364.686.56.7)4.686.51()4.686.51(2221=??++?++?+yxx

7

.071.2207.364.686.56.7)4.686.51()4.686.51(2221=??++?++?+yxx（2）II類圍巖、III類圍巖

II類圍巖、III類圍巖的內(nèi)力計(jì)算均可按上述方法得到。

II類圍巖、III類圍巖可按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)。

3．4襯砌設(shè)計(jì)

鶴山隧道的襯砌設(shè)計(jì)采用工程類比設(shè)計(jì)、理論計(jì)算以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)三種途徑相結(jié)合的辦法進(jìn)行具體操作。在工程類比法中介紹比較相似隧道的襯砌類型和方案；而理論計(jì)算則包括預(yù)支護(hù)設(shè)計(jì)、初期支護(hù)設(shè)計(jì)和二次襯砌設(shè)計(jì)三大部分內(nèi)容。

3.4.1預(yù)支護(hù)設(shè)計(jì)

預(yù)支護(hù)指預(yù)先設(shè)于隧道輪廓線以外一定范圍內(nèi)的支護(hù)或與開(kāi)挖面后方的支護(hù)的共同組成的支護(hù)系統(tǒng)，是有效的輔助施工措施?？梢栽谒淼篱_(kāi)挖后至洞頂支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生支護(hù)作用前的時(shí)段內(nèi)，支承臨空的巖體，從而維持開(kāi)挖面的圍巖穩(wěn)定。

鶴山隧道預(yù)支護(hù)選用超前錨桿，小導(dǎo)管注漿及管棚，詳見(jiàn)表[3-1]，

1超前錨桿設(shè)計(jì)

超前錨桿又稱斜錨桿，是沿隧道縱向在拱上輪廓線外一定范圍內(nèi)向前上方斜插角，或者沿隧道橫向在拱腳附近以下方傾斜一定外插角的密排沙漿錨桿。前者為拱部超前錨桿，后者稱為邊墻超前錨桿。拱部超前錨桿用支托拱上部臨空面的圍巖，起插板作用。邊墻超前錨桿在我們采用的先拱后墻法開(kāi)挖邊墻的過(guò)程中，

將起拱線附近巖體所承受的較大拱部荷載傳遞至深部圍巖，從而提高了施工中的圍巖穩(wěn)定性。

表[3-1]預(yù)支護(hù)類型

超前錨桿設(shè)計(jì)錨桿參數(shù)按經(jīng)驗(yàn)選取

（1）錨桿直徑：III級(jí)圍巖為18～22mm，Ⅳ級(jí)圍巖為20～24mm。

（2）錨桿長(zhǎng)度：一般為3～5m，與鉆孔機(jī)具的鉆眼能力和開(kāi)挖工序循環(huán)進(jìn)尺相配合，拱部超前錨桿縱向兩排之間應(yīng)重疊1m以上的水平搭接段。

（3）錨桿間距：III級(jí)圍巖為40～60cm，Ⅳ級(jí)圍巖為30～50mm。

（4）錨桿外插角：拱部III級(jí)圍巖為5°～30°，IV級(jí)圍巖拱部為10°～20°；邊墻為10°～30°。填充砂漿標(biāo)號(hào)≥200號(hào)，并選用早強(qiáng)砂漿。

2小導(dǎo)管注漿設(shè)計(jì)

小導(dǎo)管是沿隧道縱向在拱上部開(kāi)挖輪廓線外一定范圍內(nèi)向前上方傾斜一定角度，或者沿隧道橫向在拱腳附近向下方傾斜一定角度的密排注漿花管。注漿花管的外露端通常支于開(kāi)挖面后方的格柵鋼架上，共同組成預(yù)支護(hù)系統(tǒng)。

注漿小導(dǎo)管既能加固洞壁一定范圍內(nèi)的圍巖，又能支托圍巖其支護(hù)剛度和預(yù)支護(hù)效果均大于超前錨桿。對(duì)于我們隧道施工中可能碰到的砂土層、砂卵（礫）石層、斷層破碎帶、軟弱圍巖淺埋段等地段很有幫助。

小導(dǎo)管注漿設(shè)計(jì)錨桿參數(shù)按經(jīng)驗(yàn)選取，

（1）小導(dǎo)管直徑：小導(dǎo)管用φ42～50mm熱軋無(wú)縫鋼管加工制成，長(zhǎng)度3～5m。

（2）小導(dǎo)管構(gòu)造：小導(dǎo)管前部應(yīng)鉆注漿孔?？讖綖?～8mm，孔間距10～20cm，并呈梅花形布置。前端加固成錐形，尾部長(zhǎng)度不小于30cm，作為不鉆注漿孔的預(yù)留止?jié){段。

小導(dǎo)管注漿參數(shù)按以下選取：壓注漿泥砂漿水灰比5.0

w～0.1。當(dāng)圍巖

c

/

破碎，巖體止?jié){效果不好時(shí)，同樣可以采用水泥—水玻璃雙液注漿。注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，必要時(shí)在孔口設(shè)止?jié){塞；小導(dǎo)管環(huán)向設(shè)置間距一般為20～50cm，外插角10°～30°。兩組小導(dǎo)管間縱向水平搭接長(zhǎng)度不小于100cm。

3管棚設(shè)計(jì)

管棚是將鋼花管安插在已鉆好的孔中，沿隧道開(kāi)挖輪廓線外排列形成的鋼管棚，管內(nèi)注漿，必要時(shí)還可加鋼筋籠，并與強(qiáng)有力的型鋼鋼架組合成預(yù)支護(hù)系統(tǒng)以支承和加固自穩(wěn)能力極低的圍巖，對(duì)防止軟弱圍巖的下沉、松弛和坍塌等有顯著的效果。

導(dǎo)管參數(shù)按經(jīng)驗(yàn)選?。簩?dǎo)管為熱軋無(wú)縫鋼管，外徑80～180mm，長(zhǎng)度為10～45m，分段安裝，分段長(zhǎng)度為4～6m，兩段之間用“V”型對(duì)焊或絲扣連接；導(dǎo)管上須鉆注漿孔，孔徑為10～16mm，孔間距為15～20cm，呈梅花型布置。導(dǎo)管的尾部留有不鉆孔的止?jié){段；導(dǎo)管中可以增設(shè)鋼筋籠，以提高導(dǎo)管的抗彎能力。與管棚配合使用的鋼架，可采用鋼軌、H型鋼及鋼管的加工而成。

3.4.2初期支護(hù)設(shè)計(jì)

初期支護(hù)指錨桿噴射混凝土支護(hù)，在楊家川隧道中采用了鋼筋網(wǎng)和鋼架配合支護(hù)。

1噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)

（1）噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)厚度的計(jì)算

對(duì)于噴層的抗局部沖切破壞或粘結(jié)破壞的計(jì)算如下，

A.按沖切破壞計(jì)算噴層厚度1d，可按式[3-23]計(jì)算，

L

uRGK

d=1

式[3-23]式中，G——不穩(wěn)定巖塊重力，kg；

LR——噴射混凝土設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，MPa；

u——不穩(wěn)定巖塊露出面周邊長(zhǎng)度，cm；

K——安全系數(shù)，取2.5。

根據(jù)鶴山隧道的具體情況計(jì)算，

IV類圍巖分布區(qū)：

LuRGK

d=110

45605.

2272430??=93.14=cm

其中，G=272.43MPa，LR=10MPa，u=4.56m，K=2.5。

III類圍巖分布區(qū)、II類圍巖分布區(qū)的情況按構(gòu)造設(shè)計(jì)。

B.按粘結(jié)破壞計(jì)算噴層厚度2d，可按式[3-24]計(jì)算。

n

uRGK

d=2

式[3-24]式中，nR——噴層與巖面間的粘結(jié)強(qiáng)度，MPa；

其他符號(hào)意義同前。

同樣根據(jù)鶴山隧道隧道的具體情況計(jì)算，

IV級(jí)圍巖分布區(qū)：nuRGKd=230

45605.2272430??=98.4=cm其中，G=272.43MPa，nR=30MPa，u=4.56m，K=2.5。

III級(jí)圍巖分布區(qū)的情況按構(gòu)造設(shè)計(jì)。

所以得出結(jié)論：噴射混凝土與巖石的粘結(jié)強(qiáng)度，與巖體強(qiáng)度、巖面粗糙及潔凈程度等有關(guān)，一般情況是LR＞nR，在硬巖中，粘結(jié)強(qiáng)度能滿足要求，當(dāng)噴層厚度＜100mm時(shí)，多為沖切破壞；當(dāng)噴層厚度≥100mm時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度較低時(shí)，噴層可能為粘結(jié)破壞。

（2）鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)

鶴山隧道施工的特殊地段，必須考慮架設(shè)鋼筋網(wǎng)來(lái)輔助支護(hù)。鋼筋網(wǎng)可提高噴射混凝土的抗剪和粘結(jié)強(qiáng)度，有利于抵抗巖石塌落和承受沖擊荷載，能提高噴層的整體性，使其應(yīng)力分布均勻，從而減少混凝土的收縮和噴層裂縫。在變形大而自穩(wěn)性差的軟弱圍巖的混凝土噴層中，應(yīng)設(shè)置1～2層鋼筋網(wǎng)。當(dāng)隧道掘進(jìn)遇到噴層與土砂層一起剝落時(shí)，此時(shí)可以安設(shè)防剝落鋼筋的網(wǎng)眼較密的鋼筋網(wǎng)效果會(huì)很好。

鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：

A、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土的厚度不應(yīng)小于100mm，且不能大于250mm；

B、鋼筋網(wǎng)按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)，鋼筋直徑一般為4～12mm，我們具體施工時(shí)可以參考選用直徑在6～10mm范圍內(nèi)的鋼筋；

C、鋼筋間距考慮布置在150～300mm范圍之間；

D、鋼筋網(wǎng)保護(hù)層厚度不應(yīng)小于20mm。

2錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)：

Q——危巖使錨桿產(chǎn)生的剪力Q，按式[3-28]計(jì)算：

α

βsinsinWQ=式[3-28]gR——鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa；

gr——鋼筋抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa；

α——錨桿與地質(zhì)結(jié)構(gòu)面的夾角，度；

β——錨桿與鉛垂線的夾角，度；

K——安全系數(shù)，一般取為2.4。

并且可按式[3-29]直接計(jì)算鋼筋直徑d，gRKNdπ4=

式[3-29]式中符號(hào)意義同前。

根據(jù)鶴山隧道的具體情況計(jì)算，

IV級(jí)圍巖分布區(qū)：45.1340

54.2054.2=?==ggRKNAcm224.020sin34055.077.524.2sin=???==

αggrKQAcm226.1340

14.366.1764.244=???==gRKNdπcm其中，αβαsin)sin(-=WN20

sin)520sin(43.272-?=54.205=kNαβsinsinWQ=

20

sin5sin43.207?=77.52=kNα=20°，β=5°，W=272.43kN，gR=340MPa（按II級(jí)鋼筋設(shè)計(jì)強(qiáng)度選用），=gr0.55gR，K=2.4。

III級(jí)圍巖分布區(qū)的情況按構(gòu)造設(shè)計(jì)。

B、錨桿長(zhǎng)度計(jì)算，按式[3-30]計(jì)算，

21lhlly++=式[3-30]式中，1l——錨桿固端長(zhǎng)度，cm，具體按式[3-31]計(jì)算，

mg

rdRKl41=式[3-31]

其中，mr——砂漿與鋼筋的粘結(jié)力，MPa；

gR——鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa；

d——錨桿鋼筋直徑，cm；

K——安全系數(shù)，一般取為2.0。

2l——錨桿外露長(zhǎng)度，cm，考慮設(shè)置托板、鋼筋網(wǎng)等要求，外露長(zhǎng)度2l按規(guī)定取為15cm，但此時(shí)不能超過(guò)噴射混凝土的厚度；

yh——錨桿加固圍巖厚度，cm，一般用聲波由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

具體計(jì)算1l、yh和2l的大小，

IV級(jí)圍巖分布區(qū)：

錨桿固端長(zhǎng)度1l：5.763

434035.1241=???==mg

rdRKlcm其中，mr=3MPa（選用螺紋鋼筋），gR=340MPa（II級(jí)鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度），d=1.35cm，K=2.0。

錨桿加固圍巖厚度yh：yh的取值一般由聲波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，我們按IV類圍巖特性并參考選取以往經(jīng)驗(yàn)值得到：120=yhcm

錨桿外露長(zhǎng)度2l：210l=cm

所以IV級(jí)圍巖分布區(qū)內(nèi)的設(shè)計(jì)錨桿長(zhǎng)度為：

115.2151205.7621=++=++=lhllym

III級(jí)圍巖分布區(qū)的情況按構(gòu)造設(shè)計(jì)。

（2）錨桿對(duì)側(cè)壁危巖的加固計(jì)算,計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖[3-5]，

驗(yàn)算抗滑穩(wěn)定性。

沿裂面AB下滑力，按式[3-32]計(jì)算，

)cos(αβ-=WE式[3-32]抗滑力按式[3-33]計(jì)算，

αφααφαβsintansincostan)sin(g

grANNWE+++-='式[3-33]

當(dāng)EE>'時(shí)，巖塊ABC處于穩(wěn)定狀態(tài)。其中，N為錨桿拉力，按ggRAN=計(jì)算。當(dāng)考慮安全系數(shù)K后，錨桿所需面積按式[3-34]計(jì)算，

)

tansinsin/cos(]tan)sin()cos([φαααφαβαβggggRrRKWA++=式[3-34]式中，φ——裂面AB的內(nèi)摩擦角，度；

其他符號(hào)意義與前面相同。

根據(jù)鶴山隧道具體情況計(jì)算，

IV級(jí)圍巖分布區(qū)：

沿裂面AB下滑力為：)cos(αβ-=WE)530cos(82.208-?=19.189=kN抗滑力為：αφααφαβsintansincostan)sin(ggrANNWE+

++-='54.3567=kN

得到EE>'，則此時(shí)巖塊ABC處于穩(wěn)定狀態(tài)。

當(dāng)考慮安全系數(shù)K后，錨桿所需面積為：

)

tansinsin/cos(]tan)sin()cos([φαααφαβαβggggRrRKWA++=)

45tan5sin3405sin/1875cos340(]45tan)530sin()540cos(5.2[82.208??++????=24.0=cm2

式中，φ=35°，其他同前。

3.4.3二次襯砌設(shè)計(jì)

二次襯砌宜采用等厚薄形馬蹄形斷面，在圓、弧、直線間應(yīng)圓順連接。II類圍巖的二次襯砌不受力或受力不大，根據(jù)施工和構(gòu)造要求確定襯砌厚度，通常采用二次襯砌的最小厚度，一般為30cm。III級(jí)及以上圍巖復(fù)合式襯砌按承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為發(fā)揮圍巖自承作用，允許圍巖與支護(hù)襯砌有一定變形，故二次襯砌不宜太厚（不宜大于45cm），一般取為45cm。并且，仰拱襯砌的厚度為60cm。

為保證隧道襯砌、通信信號(hào)和供電線路等設(shè)施正常使用，隧道襯砌應(yīng)根據(jù)要求采取防水措施。當(dāng)有地下水時(shí)，初期支護(hù)和二次襯砌之間可設(shè)置塑料板防水層或采用噴涂防水層，也可采用防水混凝土襯砌；當(dāng)?shù)叵滤r(shí)，僅在公布設(shè)置防水層。防水層一般采用全斷面不封閉的無(wú)壓式，也可用全斷面封閉的有壓式。防水層應(yīng)在初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后、二次襯砌灌注前施作。

最后，得出鶴山隧道襯砌設(shè)計(jì)參數(shù)，如表[3-2]所示，

表[3-2]襯砌設(shè)計(jì)參數(shù)

第四章隧道運(yùn)營(yíng)設(shè)施及其設(shè)計(jì)

4.1通風(fēng)設(shè)計(jì)

4.1.1調(diào)查

1交通量歷時(shí)變化包括隨小時(shí)、星期、季節(jié)、和年的變化情況，尤其交通量逐年變化的情況，是進(jìn)行通風(fēng)規(guī)劃分期實(shí)施的主要依據(jù)。對(duì)難以區(qū)分的大型載貨車、大型車、小型車，而不能區(qū)別發(fā)動(dòng)機(jī)的種類，因而為保證安全，常把大型貨車和客車視為柴油車。

2凍害調(diào)查對(duì)設(shè)計(jì)尤為重要，氣溫、氣壓、溫度等是通風(fēng)計(jì)算和設(shè)備選型的重要參數(shù)。

4.1.2通風(fēng)方式

可按下列方法初步判定是否設(shè)置機(jī)械通風(fēng)。

由于本隧道為單向交通隧道，則可用公式[4-1]

6

≥?式[4-1]

LN210

式中：L——隧道長(zhǎng)度（m）；

N——設(shè)計(jì)交通量（輛/h）。

其中L、N為設(shè)計(jì)資料給定，取值為N=5000輛/h，L=490m

由上式，得

490×5000=2.45×106>2×106

以上只是隧道是否需要機(jī)械通風(fēng)的經(jīng)驗(yàn)公式，只能作為初步判定，是否設(shè)置風(fēng)機(jī)還應(yīng)考慮公路等級(jí)、隧道斷面、長(zhǎng)度、縱坡、交通條件及自然條件進(jìn)行綜合分析，由初步設(shè)計(jì)可知知本設(shè)計(jì)需要機(jī)械通風(fēng)。

4.1.3通風(fēng)方式的選擇

1機(jī)械通風(fēng)方式可分為縱向式、半橫向式、全橫向式以及在這三種基礎(chǔ)上的組合通風(fēng)方式。

2選擇機(jī)械通風(fēng)方式考慮下列因素：

（1）交通條件

（2）地形、地物、地質(zhì)條件

（3）通風(fēng)條件

（4）環(huán)境保護(hù)要求

（5）火災(zāi)時(shí)的通風(fēng)條件

（6）維護(hù)與管理水平

（7）分期實(shí)施的可能性

（8）工程造價(jià)、營(yíng)運(yùn)電力費(fèi)、維護(hù)管理費(fèi)

3鶴山隧道為射流式縱向通風(fēng)，其特征形式是由射流風(fēng)機(jī)群升壓，適風(fēng)長(zhǎng)度為2500左右，工程造價(jià)低，分期實(shí)施容易，技術(shù)難度不高，營(yíng)運(yùn)費(fèi)用低，但洞內(nèi)環(huán)境噪聲較大，排煙不變，不易管理維護(hù)。通風(fēng)系統(tǒng)略圖見(jiàn)圖[4-1]

濃度分布

隧道風(fēng)速

隧道內(nèi)壓

圖[4-1]裝有射流式風(fēng)機(jī)的縱向式通風(fēng)

4.1.4污染空氣的稀釋標(biāo)準(zhǔn)

1隧道通風(fēng)主要是對(duì)一氧化碳、煙霧和異味進(jìn)行稀釋。對(duì)一氧化碳進(jìn)行稀釋的目的是保證衛(wèi)生條件；對(duì)煙霧進(jìn)行稀釋的目的是保證行車安全；對(duì)異味進(jìn)行稀釋的目的是提高隧道內(nèi)的行車舒適性。公路隧道中，汽車排放出的廢氣中的有害物質(zhì)很多。其中一氧化碳對(duì)人體健康的影響比較突出，且將其稀釋至無(wú)害于人體健康的需風(fēng)量常是最多的，故通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)以將其濃度控制在一定的安全限度內(nèi)，作為主要的設(shè)計(jì)指標(biāo)之一，即CO的設(shè)計(jì)濃度。

2CO設(shè)計(jì)濃度

本隧道采用縱向是通風(fēng)，CO設(shè)計(jì)濃度可按《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》查表按中插值法的再加上50ppm。設(shè)計(jì)隧道長(zhǎng)度為490m，查表知()ppmppm30=δ。

3煙霧設(shè)計(jì)濃度

鶴山隧道采用納光燈光源，煙霧設(shè)計(jì)應(yīng)按規(guī)范查表。設(shè)計(jì)車速為100km/h，k（m2）=0.0065m-1。

4.1.5需風(fēng)量

1CO排放量應(yīng)按式[4-2]計(jì)算61

1()3.610nCOcoadhivmmmQqffffLNf==????????∑式[4-2]式中：COQ——隧道全長(zhǎng)CO排放量（m3/s）；

coq——CO基準(zhǔn)排放量（m3/輛·km）；

af——考慮CO車況系數(shù)查表取1.0；

df——車密度系數(shù)，查表取0.6；

hf——考慮CO的海拔高度系數(shù)，海拔高度取760m查表取1.18；mf——考慮CO的車型系數(shù)，查表；

ivf——考慮CO的縱坡—車速系數(shù)，查表取1.4；

n——車型類別數(shù)；

mN——相應(yīng)車型的設(shè)計(jì)交通量（輛/h）查表。

由上式，得61

1()3.610nCOcoadhivmmmQqffffLNf==????????∑=0.01659m3/s

2稀釋CO的需風(fēng)量應(yīng)按式[4-3]計(jì)算60()0

PT10PTCOreqcoQQδ=???式[4-3]

式中：()reqcoQ——隧道全長(zhǎng)稀釋CO的需風(fēng)量（m3/s）；

0P——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（KN/m2）取101.325KN/m2；

δ——CO設(shè)計(jì)濃度，經(jīng)前面計(jì)算為300ppm；

P——隧道設(shè)計(jì)氣壓（KN/m2），取120KN/m2；

0T——標(biāo)準(zhǔn)氣壓（K）取273K；

T——隧道夏季的設(shè)計(jì)氣溫（K）取302K；

由上式，得60

()0

PT

10PTCO

reqcoQQδ=???=610273302

120325

.10130001659

.0???

=51.65

3煙霧排放量應(yīng)按式[4-4]計(jì)算()()()()61

1()

3.610Dn

VIVIaVIdhVIivVImmVImQqffffLNf==?????????∑式[4-4]式中：VIQ——隧道全長(zhǎng)煙霧排放量；

VIq——煙霧基準(zhǔn)排放量（m2

/輛·km）可取2.5m2/輛·km；

()aVIf——考慮煙霧的車況系數(shù)，查表取1.0；

()hVIf——考慮煙霧的海拔高度系數(shù)，查表取1.09；

()ivVIf——考慮煙霧的縱坡—車速系數(shù)，查表取1.0；

()mVIf——考慮煙霧的車型系數(shù)，查表；

Dn——柴油車車型類別數(shù)，查表。

由上式，得()()()()61

1()3.610DnVIVIaVIdhVIivVImmVImQqffffLNf==?????????∑=()61

12.51.00.61.091.02640()3.610DnmmVImNf=?????????∑=2.6378m3/s

4稀釋煙霧的需風(fēng)量應(yīng)按式[4-5]計(jì)算()VIreqVIQQK

=式[4-4]式中：()reqVIQ——隧道全長(zhǎng)稀釋煙霧濃度的需風(fēng)量（m3/s）；

K——煙霧設(shè)計(jì)濃度（m-1）查表取0.0065m-1。

由上式，得()VIreqVIQQK

=

=2.63780.0065=405.82m3/s5稀釋空氣中異味的需風(fēng)量

隧道空間不間斷換氣頻率，不宜低于每小時(shí)5次；采用縱向式通風(fēng)的隧道，隧道內(nèi)換氣風(fēng)速不應(yīng)低于2.5m/s。

4.1.6通風(fēng)計(jì)算

1一般規(guī)定

（1）在所設(shè)計(jì)的通風(fēng)計(jì)算中，風(fēng)機(jī)及交通通風(fēng)力提供的風(fēng)壓和風(fēng)量必須滿足需風(fēng)量的要求。

（2）應(yīng)根據(jù)通風(fēng)計(jì)劃，初步設(shè)計(jì)，技術(shù)設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)等不同階段，進(jìn)行粗略或詳細(xì)的通風(fēng)計(jì)算。

（3）在隧道通風(fēng)計(jì)算中可把空氣作為不可壓縮的流體對(duì)待；隧道內(nèi)的空氣流可作為不隨時(shí)間變化的恒定流處理，且視汽車行駛也為恒定流。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓狀態(tài)下的空氣物理量可按表[4-1]取值。

表[4-1]空氣物理量

（4）隧道壁面摩阻損失系數(shù)及人口損失系數(shù)應(yīng)根據(jù)隧道或風(fēng)道的斷面當(dāng)量直徑和壁面糙率以及風(fēng)道結(jié)構(gòu)形狀等取值，當(dāng)為混凝土壁面時(shí)常用損失系數(shù)可按表[4-2]取值。其它材料、彎道及變斷面摩阻損失系數(shù)可按附錄A計(jì)算或取值

表[4-2]損失系數(shù)

（5）隧道設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能減少風(fēng)道斷面積變化和轉(zhuǎn)彎次數(shù)，損失系數(shù)的取值應(yīng)充分考慮隧道和風(fēng)道壁面粗糙程度、結(jié)構(gòu)形狀。

（6）交通通風(fēng)力必須針對(duì)具體工程的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析。交通通風(fēng)力在交通阻塞或雙向交通情況下宜作為阻抗力考慮，在單向交通量情況下宜作為推理考慮。

2自然風(fēng)阻力

（1）在通風(fēng)計(jì)算中，一般可將自然通風(fēng)力作為阻力考慮。

（2）自然風(fēng)阻力應(yīng)按式[4-5]計(jì)算

2(1)2

mernrLpVDρζλ=++???式[4-5]式中：mp——自然風(fēng)阻力（N/m2）;

nν——自然風(fēng)作用