學(xué)士溫州繞城高速公路江北嶺隧道設(shè)計

溫州繞城高速公路江北嶺隧道設(shè)計（襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計專題）第107頁共107頁1隧道的選址1.1基本地質(zhì)概況該工程是浙江溫州繞城高速公路，工程需要穿越幾個山嶺，為了減小工程對自然的破壞，則在經(jīng)過山嶺時需要設(shè)計隧道，另一方面也是縮短相應(yīng)的路程，提高城市交通的能力。這里是其中的一個隧道—江北嶺隧道。下面將具體介紹該處的詳細地質(zhì)情況：K4+535~K4+577、K5+134~K5+190段、K6+312~K6+372段以及K6+898~K6+929段，地形坡度在10°~40°之間，K4+535段附近有采石場，弱分化晶屑凝灰?guī)r裸露。在地質(zhì)資料圖(附圖1)上，表層⑦1層含碎石壓黏土，厚0.5~0.7米；⑧2層強分化晶屑凝灰?guī)r，厚1.5~2.5米，穩(wěn)定性差；⑧3層弱分化晶屑凝灰?guī)r，厚3-5米，節(jié)理發(fā)育，巖石呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)，Kv=0.56，u=0.25，[BQ]=300；⑧4層微分化晶屑凝灰?guī)r，節(jié)理較發(fā)育，巖體呈大塊狀結(jié)構(gòu)，Kv=0.56~0.68，u=0.25~0.23，[BQ]=450，巖石完整性較好，局部較破碎，圍巖質(zhì)量一般，各段圍巖的地質(zhì)情況大體相同，綜合評定為Ⅳ級圍巖，地下水為基巖裂隙水，水文地質(zhì)條件簡單，掘進時局部會出現(xiàn)滴水、淋水現(xiàn)象。K4+577~K5+134段，處于低山丘陵區(qū)，坡度i=20°~50°，坡面植被茂盛，局部地段基巖裸露。⑦1層含碎石壓黏土，厚度為0~0.5米。下伏基巖，巖性為晶屑凝灰?guī)r，巨厚層狀；⑧2層強分化層，厚度為2~5米，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎；⑧3層弱分化層，厚度為5~15米，節(jié)理發(fā)育，Kv=0.56，u=0.25，[BQ]=300；⑧4層微分化層，節(jié)理較發(fā)育，巖體呈大快狀砌體結(jié)構(gòu)，Kv=0.56~0.68，u=0.25~0.23，[BQ]=450，巖體節(jié)理列席較發(fā)育，主要列席有325°∠71°、204°∠181°、340°∠13°、175°∠68°。綜合評定，本段巖石完整性較好，為Ⅲ級圍巖，地下水為基巖裂隙水，水文地質(zhì)條件簡單。在K5+190~K6+312左右，本段處于低山丘陵區(qū)，最高點標高為395.4米，坡度為20°~50°，坡面植被茂盛，局部地段基巖裸露；⑦1層含碎石壓粘土，厚度為0~0.5米。下伏基巖，巖性為晶屑凝灰?guī)r，巨厚層狀；⑧2層強分化層，厚度為2~5米，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎；⑧3層弱分化層，厚度為5~15米，節(jié)理發(fā)育，Kv=0.56，u=0.25，[BQ]=300；⑧4層微分化層，節(jié)理較發(fā)育，巖體呈大快狀砌體結(jié)構(gòu)，Kv=0.56~0.68，u=0.25~0.23，[BQ]=450，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，主要裂隙有325°∠71°、340°∠13°、204°∠181°、175°∠68°，呈閉合狀。綜合評定，本段巖石完整性較好，局部較破碎，圍巖質(zhì)量較好，為Ⅲ級圍巖，地下水為基巖裂隙水，水文地質(zhì)條件簡單。K6+929~K6+995段，地表為山麓斜坡地形，坡度i=15°~25°，坡面植被茂盛，⑥4、⑦1層含碎塊石粘性土，稍密~中密，山坡處可見大量滾石，直徑為1.5~3.5米，最大可達6~8米，多屬于崩坡積。下伏晶屑凝灰?guī)r，巨厚層狀；⑧1層全分化層，厚度為10~11米，巖石分化呈砂土狀，局部夾強分化碎塊；⑧2層強分化層，厚度為2~5米，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎；⑧3層弱分化層，厚度為3~8米，節(jié)理發(fā)育，巖石呈碎石狀壓碎結(jié)構(gòu)，Kv=0.56，u=0.25，[BQ]=300；⑧4層微分化層，節(jié)理較發(fā)育，巖體呈大塊狀砌體結(jié)構(gòu)，Kv=0.56~0.68，u=0.25~0.23，[BQ]=450。本段為古崩塌體，巖性以含粘性土碎石、塊石為主，穩(wěn)定性差。主要為粘性土碎石、塊石以及強分化—微分化晶屑凝灰?guī)r，基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石完整性較差，局部較破碎，綜合評定為Ⅴ級圍巖。1.2隧道的選址隧道的位置應(yīng)該選擇在穩(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)雜以及嚴重不良地質(zhì)地段；若必須通過時，應(yīng)有切實可靠的工程施工，而隧道洞口也不宜設(shè)在滑坡、崩塌、巖堆、危巖落石、泥石流等不良地質(zhì)以及排水困難的溝谷處或者不穩(wěn)定的懸崖陡壁下。并且應(yīng)遵循“早進洞，晚出洞”的原則，合理選擇洞門位置，避免在洞口形成高邊坡和高仰坡。通常在多個路線方案中，根據(jù)地形圖和各種調(diào)查資料進行技術(shù)、經(jīng)濟比較之后，最后確定路線。一般路線比較要點是：線形適當（平面順適、縱坡均衡、橫面合理），順應(yīng)地形，路線延長對臨近地區(qū)的影響；安全性、用地、建筑投資、養(yǎng)護費、行駛性能、施工的難易，與當?shù)丨h(huán)境和景觀相協(xié)調(diào)等。對于長大隧道，通風(fēng)、照明、以及養(yǎng)護費用，都要綜合考慮，從而選擇最佳方案。根據(jù)提供的地質(zhì)地形圖和地質(zhì)條件，為了避開⑧2層不穩(wěn)定巖層，洞口設(shè)在K4+563處比較合理。入口選好之后，是出口的選擇?？紤]隧道的排水，需要設(shè)計一定的縱坡，還根據(jù)該饒城高速公路的海拔和地形等一系列情況，再由于在K6+995附近的地質(zhì)比較復(fù)雜，坡度為15°~25°，根據(jù)需要，高程不能太高，但越低的話，地質(zhì)情況越復(fù)雜，不良地質(zhì)地段越長，綜合考慮，出口選擇在K6+995段比較合理，由于該段有大量的滾石，出口還必須采取明洞形式，這樣可以用來抵御塌方、落石、滑坡、泥石流等病害，在施工中提高安全保障，通車后也可以保證車輛通行順暢。路線選定之后，隧道的大概長度就確定了，約為2430m，屬于長隧道。2隧道縱橫斷面設(shè)計2.1隧道縱斷面設(shè)計隧道縱斷面是隧道中心線展直后在垂直面上的投影。隧道內(nèi)線路坡度可以設(shè)置為單面坡或者人字坡，由于該隧道屬于長隧道，再考慮兩端的出渣、排水等問題，宜采用人字坡，再考慮通風(fēng)的問題，縱坡一般控制在2%以下比較好，若超過該值，汽車在行駛過程中排出的有害物質(zhì)迅速增多，為了保證隧道內(nèi)的空氣質(zhì)量，應(yīng)該滿足這個要求，綜合各方面因素考慮：在K4+563到K6+565這2030m段，縱坡坡度設(shè)計為：i1=+1.4%在K6+565到K6+995段，縱坡設(shè)計為：i2=-1.2%人字坡在縱坡變更處應(yīng)根據(jù)視距要求設(shè)置豎曲線，豎曲線的半徑和豎曲線的最小長度也要符合《公路隧道設(shè)計規(guī)范》的要求（豎曲線是為了提高視線的誘導(dǎo)作用以及滿足乘客乘坐舒適，在隧道中盡可能考慮選用較大豎曲線半徑和豎曲線長度），因為該隧道是在繞城高速公路上的，設(shè)計速度為100km/h，并且它是凸形豎曲線，按照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》的要求，豎曲線最小半徑和最小長度如下表格：表2.1.1豎曲線最小半徑和最小長度（m）設(shè)計速度（kmm/h）1201008060凸形豎曲線半徑一般值170001000045002000特殊值11000650030001400凹形豎曲線半徑一般值6000450030001500特殊值4000300020001000豎曲線長度100857050所以設(shè)計豎曲線半徑為10000m，豎曲線長度為85m。另外，由于該隧道屬于長隧道，在隧道中間每隔一定的間距要設(shè)置人行橫道和車行橫道，間距嚴格按照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》的要求，人行橫道間距不大于500m，而車行橫道的間距不大于1000m。所以，該隧道設(shè)計車行橫道間距為750m，人行橫道在鄰近洞口處的間距設(shè)計為500m，在隧道中間的間距設(shè)計為250m。車行橫道和人行橫道的橫截斷面圖及具體尺寸如下圖示：（a）車行橫道（b）人行橫道圖2.1.2車行橫道和人行橫道的橫截斷面圖及具體尺寸(單位：cm)2.2隧道的橫斷面設(shè)計在隧道橫斷面設(shè)計的時候，首先要明確隧道凈空、隧道行車限界、隧道建筑限界的概念。隧道凈空是隧道襯砌的內(nèi)輪廓所包圍的空間，包括隧道建筑限界通風(fēng)以及其他所需的斷面積；隧道建筑限界是為保證隧道內(nèi)各種交通的正常運行與安全，而規(guī)定在一定寬度和高度范圍內(nèi)不得有任何障礙物的空間限界，任何部件都不得侵入隧道建筑限界之內(nèi)；隧道行車限界是保證汽車行駛所需的內(nèi)輪廓。這些在《公路隧道設(shè)計規(guī)范》中都有明確的規(guī)定，具體如下：建筑限界高度在高速公路、一級公路和二級公路取5.0m；另外，在高速公路和一級公路上，還應(yīng)該設(shè)置檢修道：左右檢修道的寬度各為0.75m，側(cè)向?qū)拕t有不同的要求，在速度為100km/h的高速公路上：左側(cè)向?qū)挒?.5m，右側(cè)向?qū)挒?.0m，兩車道隧道的車道寬為3.75m×2隧道橫斷面的坡度在單向交通中取單面坡，一般取i=1.5%~2.0%，該隧道設(shè)計橫斷面坡度為：i=1.5%，具體圖形如下：圖2.2.1隧道建筑限界（單位：cm）另外，因為該隧道屬于長隧道，為了避免在營運中車輛行駛在洞內(nèi)出現(xiàn)問題而阻斷交通，按《公路隧道設(shè)計規(guī)范》要求，在一定間距內(nèi)設(shè)置緊急停車帶，其側(cè)向?qū)挾葢?yīng)取3.5m，長度應(yīng)取40m，緊急停車帶的有效長度不得小于30m，具體尺寸如下：圖2.2.2緊急停車帶具體橫斷面圖形如下：圖2.2.3隧道緊急停車帶建筑限界（單位：cm）設(shè)置間距不宜大于750m，該隧道緊急停車帶設(shè)計與隧道的車行橫道相匹配,為750m。各斷面建筑限界及內(nèi)輪廓見附圖3~5。3隧道的洞門設(shè)計3.1概述洞門是隧道兩端的外露部分，也是聯(lián)系洞內(nèi)襯砌與洞口外路塹的支護結(jié)構(gòu)，其作用是保證洞口的安全和仰坡的穩(wěn)定，引離地表流水，減少洞口土石方開挖量。它也是標準隧道的建筑物，應(yīng)與隧道規(guī)模、使用特性以及周圍建筑物、地形條件等要相協(xié)調(diào)。洞門宜與隧道軸線正交，另外，洞門構(gòu)造及基礎(chǔ)設(shè)置應(yīng)遵循下列規(guī)定：①洞門仰坡坡腳至洞門墻背不宜小于1.5米，洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不小于1米，洞門墻頂高出仰坡腳不小于0.5米；②洞門墻應(yīng)根據(jù)實際需要設(shè)置伸縮縫、沉降縫和瀉水孔，洞門墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)定地基上，應(yīng)視地形及地質(zhì)條件，埋置足夠的深度，保證洞門的穩(wěn)定，松軟地基上的基礎(chǔ)，可采取加固基礎(chǔ)措施；隧道洞門的設(shè)計也要根據(jù)不同的地形，設(shè)計不同的洞門形式，洞門的形式主要包括：端墻式洞門、翼墻式洞門、環(huán)框式洞門、削竹式洞門和遮光棚式洞門等。端墻式洞門主要適用于巖質(zhì)穩(wěn)定的Ⅲ級以上圍巖和地形開闊的地區(qū)，是最常使用的洞門形式；翼墻式洞門主要適用于地質(zhì)較差的Ⅳ級以下圍巖，以及需要開挖路塹的地方，翼墻是為了增強端墻的穩(wěn)定而設(shè)置的，同時對路塹邊坡起支撐作用，對抗滑和抗傾覆性能好；環(huán)框式洞門是在洞口巖石堅硬、整體性好，節(jié)理不發(fā)育，而且不易風(fēng)化，路塹開挖后仰坡極為穩(wěn)定，并且沒有較大的排水要求時采用；遮光棚式洞門的入口通常外伸很遠，由于透光材料上面容易沾染塵垢油污，養(yǎng)護困難，因此很少使用該種洞門形式；削竹式洞門適合洞門周圍地形較平坦的地區(qū)。不管采取什么形式的洞門，它的邊坡和仰坡都有具體的要求，詳情參照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》165頁表7-1隧道洞門的形式與特征。洞門墻基礎(chǔ)必須埋入地基一定深度，埋入深度視地質(zhì)情況好壞確定，保證結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定。基礎(chǔ)設(shè)置在巖石上時，應(yīng)清除表面強風(fēng)化層。洞口邊、仰坡的高度由下表確定：表3.1.1洞口邊、仰坡的控制高度圍巖等級Ⅰ~ⅡⅢⅣⅤ~Ⅵ邊、仰坡坡率率貼壁1：0.31：0.51：0.51：0.51：0.51：0.51：0.51：1.251：1.5高度（m）15202520251518201518根據(jù)該隧道的地質(zhì)情況，該隧道的進口端為四級圍巖，設(shè)計入口段洞門形式為翼墻式洞門比較合理，而在隧道的出口端，地形較平坦，圍巖也較差，采取明洞比較合理。3.2隧道洞門的驗算設(shè)計計算參數(shù)參照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》表9.4.2(洞門設(shè)計參數(shù)),下面是略表。表3.2.1洞門設(shè)計參數(shù)仰坡坡率計算摩擦角φ（°）重度（kN/mm3）基底摩擦系數(shù)ff基底控制壓應(yīng)力力（MPa）1:0.570250.600.801:0.7560240.500.601:150200.400.40~0..35由上表取值：仰坡坡率i=1：0.75，計算摩擦角φ=60°，重度=25kN/m3，基底摩擦系數(shù)f=0.50，基底控制壓應(yīng)力P=0.60MPa因為進口洞門設(shè)計為翼墻式洞門，再由規(guī)范表5.2.1和表5.2.3得混凝土的標準重度為和等級為C20的混凝土強度設(shè)計值分別為：=23kN/m3，抗壓強度fcd=10MPa抗剪強度fcmd=11Mpa，抗拉強度fctd=1.13MPa墻身構(gòu)造：翼墻式洞門墻身向外略傾，坡率為10：1，墻身厚度采用3m；基底埋深為1.5m，仰坡坡率為1：0.75，墻高為H=10.2m；基礎(chǔ)寬B=2.1m，墻背巖土體高h=9m；傾斜角α=arctan(0.1)=5.7°，由于墻身仰斜，即α=-5.7°；仰坡坡角β=arctan()=53°。具體計算簡圖如下：圖3.2.1洞門驗算簡圖（單位：m）土壓力系數(shù)：=0.072則主動土壓力：Ea===93.6KN其作用點的位置在距離墻趾h/3處，即：Zy=9/3=3m，Zx=（Zy-1）×0.072+1.5+0.3=1.95mEx=Ea×cos（α+δ）=92.4KN，Ey=Ea×sin（α+δ）=15.2KN沿墻身取1m做計算長度，則每沿米墻身的自重、力臂和作用力如下表：表3.2.2每沿米墻身的自重、力臂和作用力項目分塊體積Vi（m3）自重Gi（KN）力臂Gzi11×1.2=11.227.61.7820.5×0.55×1.22=0.336.92.5531.5×10..2=155.3351.91.5342.1×1.55=3.11572.451.08合計19.95458.85結(jié)合上面的計算，進行各項穩(wěn)定性驗算：①.抗滑穩(wěn)定驗算=×0.5=2.45＞[Kc]=1.3，則抗滑穩(wěn)定滿足要求。②.抗傾覆穩(wěn)定驗算==2.57＞[Ko]=1.6，則抗傾覆穩(wěn)定滿足要求。③.基底應(yīng)力及偏心驗算==0.92即：m＜=KPa＜[σ]=0.6MPa綜上所述，洞門墻各項驗算指標均符合《公路隧道設(shè)計規(guī)范》的設(shè)計要求，所以洞門是穩(wěn)定的，即擬定尺寸合理。下面是洞門側(cè)視和俯視簡圖：（a）隧道進口端洞門側(cè)視圖（b）隧道進口端洞門俯視圖（c）隧道進口立面圖圖3.2.2隧道進口洞門圖（具體尺寸詳見附圖6~8）4隧道襯砌設(shè)計（專題設(shè)計）4.1隧道的襯砌設(shè)計4.1.1概述隧道襯砌是一種超靜定結(jié)構(gòu)。設(shè)計初砌斷面主要解決內(nèi)輪廓線、軸線和厚度三個問題。隧道洞身的襯砌結(jié)構(gòu)類型大致可分為以下幾種類型：直墻式、曲墻式、偏壓襯砌、喇叭口襯砌、圓形斷面隧道、矩形斷面襯砌和復(fù)合式襯砌。在該隧道所有的地質(zhì)條件下，有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖，Ⅳ、Ⅴ級圍巖中，穩(wěn)定性較差，地基承載力弱，為保證結(jié)構(gòu)安全，應(yīng)采用有仰拱的封閉式襯砌斷面，并且曲墻式襯砌受力合理，對圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性好，適用于各種圍巖，所以整個隧道均采用，對于存在斷裂破碎帶、中部設(shè)置了緊急停車帶、有人行橫道和車行橫道的位置，襯砌應(yīng)采用鋼筋拱架加密加固，各級指標也都要相應(yīng)的提高。具體尺寸已經(jīng)在上一章的橫斷面設(shè)計中確定，襯砌厚度將在后面會詳細敘述。在隧道和地下工程中，支護結(jié)構(gòu)通常又分為初期支護和永久支護。初期支護是為了保證施工的安全、加固巖體和阻止圍巖變形、坍塌而設(shè)置的臨時支護措施；二次襯砌是保證隧道使用的凈空和結(jié)構(gòu)的安全而設(shè)置的永久性襯砌結(jié)構(gòu)。根據(jù)隧道圍巖的地質(zhì)條件、施工條件和使用要求,隧道的支護形式可以分：噴錨襯砌、整體式襯砌、復(fù)合式襯砌。無論在什么樣的圍巖中，隧道的襯砌都是非常重要的，所以襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計也是隧道當中的難點。整體式襯砌采用就地整體模筑混凝土襯砌，在隧道內(nèi)樹立模板、拱架，然后澆注混凝土而成；復(fù)合式襯砌是目前隧道工程中最常采用的襯砌形式，在初次襯砌和二次襯砌之間宜采用緩沖、隔離的防水夾層，目的是當?shù)谝粚赢a(chǎn)生形變及形變壓力較大時，仍給予極少量變形的可能，可降低形變壓力，而當一次襯砌支護力不夠時，可將少量變形壓力均勻的傳布到二次襯砌上、并依靠二次襯砌進一步制止繼續(xù)變形。初期支護采用錨噴支護，即由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼架等支護形式單獨或組合使用，二次襯砌采用模筑混凝土或模筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，襯砌截面采用連接圓順的等厚襯砌斷面，仰拱厚度宜與拱墻厚度相同。復(fù)合式襯砌還有以下優(yōu)點：充分發(fā)揮圍巖自承作用，把圍巖與支護襯砌做成統(tǒng)一承載結(jié)構(gòu)，改善襯砌受力條件，在初期支護保護下，安全方便地施做防水層及二次襯砌，安全且能保證質(zhì)量。噴錨襯砌作為隧道的永久襯砌，一般考慮在Ⅲ級以上圍巖中采用，當圍巖良好、完整、穩(wěn)定的地段，如Ⅱ級及以上圍巖，只需噴射混凝土即可，此時噴射混凝土的作用為：局部穩(wěn)定圍巖表層少數(shù)已松動的巖塊、保護和加固圍巖表層、防止分化，與圍巖形成表面較平整的整體支承結(jié)構(gòu)，保證營運安全。4.1.2洞身襯砌設(shè)計根據(jù)前面所訴，該隧道的圍巖條件較差，多數(shù)處于Ⅲ~Ⅴ級圍巖，即采用復(fù)合式襯砌。在開挖過程中，應(yīng)滿足隧道凈空和結(jié)構(gòu)尺寸，要考慮初期支護，并設(shè)置預(yù)留變形量，具體要求見下表：表4.1.1預(yù)留變形量（單位：mm）圍巖級別兩車道隧道三車道隧道Ⅱ－－10~50Ⅲ20~5050~80Ⅳ50~8080~120Ⅴ80~120100~1500Ⅵ現(xiàn)場測量確定注：圍巖破碎取大值；圍巖完整取小值。由于該隧道設(shè)計為兩車道，圍巖級別較復(fù)雜，為了確保隧道的穩(wěn)定，采用的是復(fù)合式襯砌，其襯砌設(shè)計的具體參數(shù)如下表所示，其中，為了確保隧道的穩(wěn)定，不影響完工后的運營，錨桿間距和鋼筋網(wǎng)格的布置取小值、噴錨厚度稍大值、二次襯砌厚度也取稍大的數(shù)值，詳細情況見下頁的表4.1.2：另外，結(jié)合該隧道的地質(zhì)條件以及圍巖形式，鋼筋網(wǎng)噴射混凝土和在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖中的錨桿設(shè)計還應(yīng)符合以下規(guī)定：①鋼鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格格應(yīng)按矩形形布置，間間距設(shè)置為為250mmm；②鋼鋼筋間的搭搭接長度取取40d（d為鋼筋直直徑，具體體大小見上上表）；③鋼鋼筋網(wǎng)噴射射混凝土厚厚度取300mm；④鋼鋼筋網(wǎng)應(yīng)結(jié)結(jié)合錨桿一一起使用，宜宜與錨桿綁綁扎連接或或焊接；⑤錨錨桿材料按按國標采用用HRB3335或HPB2235鋼筋筋，直徑取取20~322mm，除除考慮強度度要求外，還還由于鉆孔孔眼一般取取42mmm，這樣可可便于注漿漿；⑥錨錨桿一般沿沿隧道周邊邊經(jīng)向布置置；⑦錨錨桿的布置置可以按矩矩形布置，也也可以按梅梅花形布置置，其間距距不得大于于1.5mm，系統(tǒng)錨錨桿長度不不得小于22.0m。具具體取值在在后敘。表4.1.2兩車道隧隧道復(fù)合式式襯砌的設(shè)設(shè)計參數(shù)圍巖級別初期支護二次襯砌厚度（cm）噴射混凝土厚度度（cm）錨桿（m）鋼筋網(wǎng)鋼架拱、墻混凝土仰拱混凝土拱部、邊墻仰拱位置長度間距Ⅰ５—局部2.0———30—Ⅱ５~８—局部2.0~2.55———30—Ⅲ8~12—拱、墻2.0~3.001.0~1.55局部@25×2535—Ⅳ12~15—拱、墻2.5~3.001.0~1.22局部@25×253535Ⅴ15~25—拱、墻3.0~4.000.8~1.22局部@25×254545注：考慮隧道的的圍巖級別別復(fù)雜，確確保隧道的的安全運營營，各個參參數(shù)取大值值。在圍巖巖條件較差差的地段，應(yīng)應(yīng)在初期支支護內(nèi)設(shè)置置鋼架，考考慮圍巖的的穩(wěn)定和鋼鋼架的自身身剛度，采采用工字形形鋼鋼架。Ⅲ級圍巖中中用16號工字鋼鋼，Ⅳ級圍巖中中用18號，Ⅴ級圍巖中中用20aa號。鋼架架支護同樣樣要滿足以以下一些規(guī)規(guī)定：①鋼鋼架支護必必須有足夠夠的剛度和和強度，能能夠承受隧隧道施工期期間可能出出現(xiàn)的荷載載；②鋼鋼架支護間間距為0.5~~1.5mm。本設(shè)計計在Ⅲ級圍巖中中取1.22m，Ⅳ級圍巖中中取1.00m，Ⅴ級圍巖中中取0.88m。其中，在Ⅲ級圍圍巖中，拱拱部襯砌的的錨桿長2.5m，邊墻部部分的錨桿桿長2.0m，縱橫向向間距為1.2××1.2mm；Ⅳ級圍巖的的拱部錨桿桿長3.0m，邊墻的的錨桿長2.5m，縱橫向向間距為1.0××1.1mm；Ⅴ級圍巖的的拱部錨桿桿長3.5m，邊墻部部分錨桿長長3.0m，縱橫向向間距為0.8××0.8mm。均采用φ22，梅花形形布置。在圍巖條件很差差的地段，即即在Ⅴ級圍巖中中，還要設(shè)設(shè)置超前錨錨桿或超前前小導(dǎo)管以以加強襯砌砌的穩(wěn)定?；驹瓌t：：小導(dǎo)管直直徑采用42~550mm的無縫鋼鋼管，長3~5m，本設(shè)計計取50mm直徑，長4m；環(huán)向間間距和縱向向間距也不不宜太大，本本設(shè)計取30×880mm；采用梅梅花形布置置，兩組間間搭接長度度不小于100ccm，該設(shè)計計滿足要求求。下面是是小導(dǎo)管的的布置簡圖圖：圖4.1.1小小導(dǎo)管的布布置（單位：：cm）在緊急停車帶的的襯砌，可可以按照三三車道的參參數(shù)設(shè)計，具具體尺寸如如下表：表4.1.3緊緊急停車帶帶襯砌設(shè)計計參數(shù)圍巖級別初期支護二次襯砌厚度（cm）拱部邊墻噴砼厚厚度（cm）錨桿（m）鋼筋網(wǎng)拱、墻混凝土仰拱混凝土位置長度間距Ⅲ10~15拱、墻3.0~3.551.0~1.55拱、墻@25×254545Ⅳ15~20拱、墻3.0~4.000.8~1.00拱、墻@20×2050鋼筋混凝土50Ⅴ20~30拱、墻3.5~5.000.5~1.00拱、墻（雙層）@20×2060鋼筋混凝土50鋼筋混凝土由于該隧道所設(shè)設(shè)計的車行行橫洞所處處圍巖以Ⅲ、Ⅳ級為主，參參數(shù)即按照照上表中選選擇。各級圍巖的襯砌砌設(shè)計設(shè)計計和Ⅴ級圍巖的的超前支護護詳見附圖圖9~12。4.1..3明洞襯砌砌設(shè)計明洞結(jié)構(gòu)類型可可以分為拱拱形明洞、箱箱形明洞、棚棚洞三種。從從結(jié)構(gòu)特點點來說，現(xiàn)現(xiàn)澆拱形明明洞結(jié)構(gòu)整整體性較好好，承載力力大，能承承受較大的的垂直壓力力；箱形明明洞建筑高高度較小，地地基要求低低。下面就就對明洞襯襯砌設(shè)計做做具體說明明：拱形明明洞結(jié)構(gòu)和和隧道整體體式襯砌基基本相似，是是由拱圈、邊邊墻、鋪底底組成，當當山坡落石石較多，體體積較大時時，應(yīng)驗算算落石沖擊擊荷載下的的明洞結(jié)構(gòu)構(gòu)安全性；；當?shù)貙铀伤绍浕騻?cè)壓壓力較大時時，則應(yīng)該該設(shè)置仰拱拱，設(shè)置仰仰拱對地基基要求較低低，能減小小沉降變形形，抵抗較較大的側(cè)向向壓力；另另外，根據(jù)據(jù)近幾年的的工程經(jīng)驗驗，明洞襯襯砌宜采用用鋼筋混凝凝土結(jié)構(gòu)；；還有，由由于明洞是是修建在地地面上的建建筑物，襯襯砌結(jié)構(gòu)除除受地形、地地質(zhì)等的影影響外，不不可避免地地受到大地地氣溫變化化的影響而而產(chǎn)生脹縮縮，為了減減小襯砌變變形開裂，應(yīng)應(yīng)該設(shè)置伸伸縮縫。明明洞襯砌基基礎(chǔ)和隧道道襯砌基礎(chǔ)礎(chǔ)一樣，為為防止側(cè)溝溝及鋪底施施工開挖時時影響邊墻墻地基穩(wěn)定定，基礎(chǔ)標標高不宜高高于隧道側(cè)側(cè)溝溝底標標高或路面面基層標高高。該隧道頂部的過過水槽，是是排泄山溝溝洪水，需需注意泥石石流的影響響，溝渠底底距洞頂外外緣厚度不不小于1.5米，這也也是為了保保證地質(zhì)病病害發(fā)生時時，明洞不不受影響。另另外，該隧隧道的明洞洞出口處為為Ⅴ級圍巖，Ⅴ級圍巖的的邊墻，一一般不宜垂垂直開挖，而而需要用填填料回填，但但是明洞墻墻背主動土土壓力是按按圍巖計算算摩擦角計計算的，因因此邊墻背背回填料的的摩擦角不不應(yīng)低于地地層的計算算摩擦角。隧道出口明洞在在施工設(shè)計計中做說明明，這里就就不做驗算算。4.2隧道襯襯砌結(jié)構(gòu)電電算分析（采采用直剛法法）襯砌計計算時，噴噴錨襯砌和和復(fù)合式襯襯砌的初期期支護，可可采用彈塑塑性數(shù)值解解法或近似似解析法進進行計算，并并結(jié)合工程程類比法和和監(jiān)控量測測進行修正正。4.2.1襯襯砌單元劃劃分及節(jié)點點編號襯砌單元劃分應(yīng)應(yīng)滿足下列列要求：①本設(shè)計襯砌劃分分為6塊30個單元，由由于結(jié)構(gòu)對對稱，只需需輸入3塊數(shù)據(jù)；；②襯砌的拱腳，直直墻與拱部部的交點必必須在節(jié)點點上；③拱部襯砌單元數(shù)數(shù)目應(yīng)多于于邊墻的襯襯砌單元數(shù)數(shù)目，本設(shè)設(shè)計拱部襯襯砌劃分為為18個單元，邊邊墻劃分為為12個單元；；④襯砌結(jié)構(gòu)分塊時時，第一塊塊為余寬以以下部分，第第二塊為余余寬以上部部分，第三三塊為拱圈圈部分，除除第一塊采采用人工劃劃分單元外外，其余采采用自動劃劃分方式劃劃分單元；；⑤節(jié)點編號從左基基底開始，按按順時針方方向編號；；⑥以拱頂襯砌中心心點為坐標標原點，向向右為x方向，豎豎直向下為為y方向建立立坐標系。4.2.2輸輸入數(shù)據(jù)順順序根據(jù)源程序的輸輸入數(shù)據(jù)格格式，要求求按下列順順序輸入數(shù)數(shù)據(jù)：①襯砌單元數(shù)目mm，荷載組組數(shù)ld；②襯砌分塊數(shù)目nnareaa，對稱信信息nsym，單元外外緣是否與與軸線長度度等長信息息ncloog；③襯砌單元劃分方方式iautto，同一塊塊內(nèi)襯砌單單元數(shù)目node，各襯砌砌塊所在襯襯砌結(jié)構(gòu)中中的位置locaat，襯砌類類型信息ina；④當iauto=00時，人工工輸入襯砌砌塊內(nèi)所有有襯砌單元元節(jié)點處的的厚度a(i)各節(jié)點的的坐標x(i)、y(i)；當iautto=1時：a.襯砌塊位于直邊邊墻上時，輸輸入起始節(jié)節(jié)點和最終終節(jié)點坐標標值xi、yi，xj、yj以及其厚厚度di、dj；b.襯砌塊位于曲邊邊墻上時，輸輸入最終節(jié)節(jié)點的坐標標值xi2、yi2，曲邊墻墻內(nèi)輪廓線線半徑r30，起始節(jié)節(jié)點和最終終節(jié)點的厚厚度di、dj；c.襯砌塊位于拱圈圈時，輸入入拱圈半徑徑r0，alf、bet值以及塊塊兩端的厚厚度di、dj；d.圍巖彈彈性抗力系系數(shù)ckkrr(i)，彈性模模量e(i)；e.輸入集集中力信息息，如果有有集中力，則kload=1，如果沒有集中力，則kload=0，本設(shè)計沒有集中力，故kload=0；f.隧道埋埋深信息nc（深埋隧隧道nc=1，淺埋隧隧道nc=0），圍巖巖容重rg，砼容重cg；g.如果ncc=1，輸入圍圍巖類別s，側(cè)壓力力系數(shù)ce，二次襯襯砌承擔外外力的百分分比pcennt，如果nc=0，輸入拱拱頂以上隧隧道埋深h1，圍巖計計算摩擦角角fai，滑面摩摩擦角that，地面橫橫坡afa，荷載分分布信息nedi；h.輸入材料料信息ia，拱腳截截面砼施工工信息ir，地基信信息iw，明洞形形式信息ie，砼抗拉拉強度rl，抗壓強強度ry，砌體極極限抗壓強強度sry，砼允許許抗拉安全全系數(shù)pkcl，抗壓允允許安全系系數(shù)pkcy，砌體抗抗壓安全系系數(shù)pksy，左基底底承載力psiggml，右基底底承載力psiggmr；4.2.3各級級圍巖的驗驗算過程①下面是各級圍巖巖的計算初初始數(shù)據(jù)a：Ⅲ級圍圍巖的計算算初始數(shù)據(jù)據(jù)：301（襯砌劃劃分為30個單元；；荷載組數(shù)數(shù)取1）611（襯砌分分為6塊；結(jié)構(gòu)構(gòu)對稱取1；等截面面取1）01111-55.12558..482-5..3757.44821..000.515111（直墻、曲曲墻、拱圈圈計算參數(shù)數(shù)）-5..3757.4482-5.33753.733200.50.5（由隧道道輪廓結(jié)構(gòu)構(gòu)尺寸得到到）192225.91267..3522.66500.50.531**1.5ee5（圍巖彈彈性抗力系系數(shù)取規(guī)范范所給范圍圍的平均值值）30**2.6ee6（C25混凝土彈彈性模量，規(guī)規(guī)范中可查查）012.552..2（深埋取1、淺埋取0；圍巖容容重；混凝凝土容重）3.0555.035..0100.01（圍巖巖類別；側(cè)側(cè)壓力系數(shù)數(shù)；二襯承承擔的外力力百分比）000001660.019000.03500.0（材材料、拱腳腳截面混凝凝土施工、地地基、明3.662.442.771533.1153..1洞信息；；混凝土抗抗拉、抗壓壓強度、砌砌體極限抗抗壓強度；；混凝土允允許抗拉、抗抗壓安全系系數(shù)、砌體體抗壓安全全系數(shù)；左左、右基底底承載力）b：Ⅳ級淺淺埋隧道圍圍巖計算初初始數(shù)據(jù)（各各數(shù)據(jù)代表表的意思和和上面的一一致，下同同）：30016 110 1111-77.52117..400-7..6076.55910..840.8441 2112-77.635.99355.13 0.5550..551 12229..4570.000..000.550.555311*6.55e5300*2.995e600 2.222..2455..0335.010.00100000 200..011900..03350.003..622.42.751770.051770.0c：Ⅳ級深埋隧道圍巖巖計算初始始數(shù)據(jù)：30016 1101111-55.12558..482-5..3757.44820..840.8441 2112-77.635.99355.13 0.5550..551 122229..4570.000..000.550.555311*6.55e5300*2.995e601 2.222..2455..0335.010.001000001660.019000.03500.03..622.42.71533.1153..1d：Ⅴ級圍圍巖的計算算初始數(shù)據(jù)據(jù)：30016 1110 1111-77.52117..400-7..6076.55910..840.8441 2112-77.635.99355.13 0.6550..651 122229..4570.000..000.650..65311*1.55e5300*2.995e6002.02..25..0555.035..0100.0100000 200..011900..03350.0033.62.42.771553.11533.1②輸出結(jié)果（由于于在此驗算算的過程中中，數(shù)據(jù)繁繁多，就不不一一列出出，只將Ⅴ級圍巖的的驗算過程程列于此做做代表說明明，而各級級圍巖的最最后計算結(jié)結(jié)果仍將表表述于下：：a：Ⅴ級圍巖的計算過過程及結(jié)果果：**********inpuutdaata***********mm=300n=91nnmid==15id=6igg=29ld=1naarea==6nnsym==1ncclog==1iix((i)y(i))ix(i))y((i)00-7.552177.40001-7..6076.599122-7.663766.26113-7..6475.933044-7.559744.93775-7..4453.955366-7.119522.99117-6..8482.055888-6.440811.16669-5..8790.3223100-5.2268-00.461111-44.5800-1.1180122-3.8823-11.825513-33.0044-2.3390144-2.1132-22.86881500.00000.00001662.1132-22.86881733.0044-2.33901883.8823-11.82551944.5800-1.11802005.2268-00.46112155.87990.33232226.440811.16662366.84882.00582447.119522.99112577.44553.99532667.559744.93772777.64775.99302887.663766.26112977.60776.55913007.552177.4000****theeaxiialllengtthoffeleementts:cclg(mm)00.81440..3310.33310.999500.99550.999500.99550..9950.99950.99950.999500.99550..9950.99950.99950.999500.99550..9950.99950.99950.999500.99550..9950.99950.99950.999500.99550..3310.33310.8114****theeoutterssidelenggthoofellemennts:clogg(m)0.811400.33110..3310.99950.99950.999500.99550..9950.99950.99950.999500.99550..9950.99950.99950.999500.99550..9950.99950.99950.999500.99550..9950.99950.99950.999500.99550..3310.33310.8114al(mm)263.99322664.78802688.2600272..9172278.7750284.55832990.41172966.2500302..0833307.9917313.77503119.58833255.4177331..25053.3379306.6621228.7550344.583340..41746.225052.088357.9917663.7550699.583375..41781.255087.0083991.7440955.220096..068fa(mmm)90.0000833.040086..52090.0000995.8333101.66671007.50001133.3333119..1671125.0000130.88331336.66671422.5000148..3331154.1167180.00002005.83332111.6677217..5002223.3333229.11672335.00002400.8333246..6672252.5500258.33332664.16672700.0000273..4802276.9960270.0000ckkr(mm+1)0..150EE+0600.1500E+0660.1550E+0060.1150E++060..150EE+060..150EE+0600.1500E+0660.1550E+0060.1150E++060..150EE+060..150EE+0600.1500E+0660.1550E+0060.1150E++060..150EE+060..150EE+0600.1500E+0660.1550E+0060.1150E++060..150EE+060..150EE+0600.1500E+0660.1550E+0060.1150E++060..150EE+060..150EE+0600.1500E+0660.1550E+0060.1150E++060..150EE+060..150EE+06e(m)0..295EE+0700.2955E+0770.2995E+0070.2295E++070..295EE+070..295EE+0700.2955E+0770.2995E+0070.2295E++070..295EE+070..295EE+0700.2955E+0770.2995E+0070.2295E++070..295EE+070..295EE+0700.2955E+0770.2995E+0070.2295E++070..295EE+070..295EE+0700.2955E+0770.2995E+0070.2295E++070..295EE+070..295EE+0700.2955E+0770.2995E+0070.2295E++070..295EE+07a(m+11)0..84000.84000.65500.66500..6500..65000.65000.65500.66500..6500..65000.65000.65500.66500..6500..65000.65000.65500.66500..6500..65000.65000.65500.66500..6500..65000.65000.65500.66500..8400..840ib(m,,6)001122334455334455667788667788991001119910011112213314412213314415516617715161718192018819920021122223321222324252624252627282927282930313230031132233334435533334435536637738836637738839940041139940041142243344442243344445546647745546647748849950048849950051152253351152253354455556654455556657758859957758859960061162260061162263364465563364465566667768866667768869970071169970071172273374472273374475576677775576677778879980078879980081182283381182283384485586684485586687788889987788889900900911loadcasse=11foorce((m+1,,3)jointlevvel-eeverrticaal-qmomment--m節(jié)點水平壓力豎豎向壓力位移01.23350..8540.000011.73391..1630.000021.00090..5780.000032.02231..4180.000043.01192..9790.000052.97724..3410.000062.89945..7050.000072.78867..0690.000082.65508..4300.000092.48869..7840.0000102.299611..1230.0000112.088212..4370.0000121.844713..7120.0000131.599314..9340.0000145.111126..1430.0000151.977038..3420.000016--7.400928..8410.000017--2.300917..4350.000018--2.677816..6800.000019--3.011915..6970.000020--3.322814..4940.000021--3.600313..0850.000022--3.844111..4870.000023--4.03399..7240.000024--4.19957..8230.000025--4.30085..8150.000026--4.37763..7350.000027--2.93331..6090.000028--1.46630..5780.000029--2.52211..1630.000030--1.79910..8540.0000iiss=5331************rresullts************dz=11noodedann(ig))ddr(igg)10.2006596651E--040.2206599651EE-0420.8005081116E--050.8805088116EE-053--0.3002787704E--05-0.3302788704EE-054--0.1111671190E--04-0.1111677190EE-045--0.1556054436E--04-0.1156055436EE-046--0.2117030074E--04-0.2217033074EE-047--0.3003974467E--04-0.3303977467EE-048--0.4006543380E--04-0.4406544380EE-049--0.5111452253E--04-0.5511455253EE-04110--0.6223728899E--04-0.6623722899EE-04111--0.8008162273E--04-0.8808166273EE-04112--0.1221769901E--03-0.1121766901EE-03113--0.1994908859E--03-0.1194900859EE-03114--0.2443939939E--03-0.2243933939EE-03115--0.2660417715E--03-0.2260411715EE-03116--0.2225117769E--03-0.2225111769EE-03117--0.2007670029E--03-0.2207677029EE-03118--0.1444335532E--03-0.1144333532EE-03119--0.1002862256E--03-0.1102866256EE-03220--0.8112522205E--04-0.8812522205EE-04221--0.6665996670E--04-0.6665999670EE-04222--0.5226430012E--04-0.5526433012EE-04223--0.3889364429E--04-0.3389366429EE-04224--0.2772398877E--04-0.2272399877EE-04225--0.1991241140E--04-0.1191244140EE-04226--0.1333946615E--04-0.1133944615EE-04227--0.2221451123E--05-0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pk節(jié)點各點的各點的的最大各點的的各各點所需的的偏偏心矩偏心矩安全系數(shù)安全系數(shù)數(shù)10.4888E-00100.3788E+0000..917EE+010.2240E++0120.3550E-00100.2922E+0000..716EE+010.2240E++0130.2552E-00100.2922E+0000..738EE+010.2240E++0140.9441E-00200.2922E+0000..779EE+010.2240E++0150.5226E-00200.2922E+0000..805EE+010.2240E++0160.5552E-00200.2922E+0000..830EE+010.2240E++0170.4551E-00200.2922E+0000..862EE+010.2240E++0180.4333E-00100.2922E+0000..816EE+010.2240E++0190.1003E+00000.2922E+0000..721EE+010.2240E++01100.1222E+00000.2922E+0000..717EE+010.2240E++01110.1111E+00000.2922E+0000..790EE+010.2240E++01120.8115E-00100.2922E+0000..919EE+010.2240E++01130.5331E-00100.2922E+0000..106EE+020.2240E++01140.4998E-00100.2922E+0000..115EE+020.2240E++01150.2003E+00100.2922E+0000..307EE+000.3360E++01160.1004E-00100.2922E+0000..129EE+020.2240E++01170.3776E-00100.2922E+0000..114EE+020.2240E++01180.2663E-00100.2922E+0000..110EE+020.2240E++01190.1555E-00100.2922E+0000..104EE+020.2240E++01200.6224E-00100.2922E+0000..855EE+010.2240E++01210.9449E-00100.2922E+0000..726EE+010.2240E++01220.9888E-00100.2922E+0000..673EE+010.2240E++01230.6338E-00100.2922E+0000..705EE+010.2240E++01240.1772E-00100.2922E+0000..760EE+010.2240E++01250.2883E-00200.2922E+0000..758EE+010.2240E++01260.1223E-001