梁家院公路隧道设计

毕业设计（论文）报告纸共 2 页 第 1 页装订线目录第一章 线路拟定与方案比选 .11.1 线路拟定 . 11.2 方案比选 . 1第二章 设计总说明 .32.1 隧道设计概况 . 32.2 技术标准 . 32.3 隧道建设地区工程水文地质 .32.4 横断面设计 . 72.5 隧道衬砌结构设计 . 82.6 防排水设计 . 92.7 通风设计 . 102.8 照明设计 . 102.9 洞门设计 . 102.10 施工方案 . 111.11 监控量测 . 132.12 环境保护 . 17第三 章 二次衬砌内力计算 .183.1 基本资料 . 183.2 荷载确定 . 183.3 衬砌几何要素 . 193.4 计算位移 . 213.5 解力法方程 . 293.6 计算主动何在和被动荷载（h=1）分别产生的衬砌内力 .303.7 最大抗力值得求解 .313.8 计算衬砌总内力 .323.9 衬砌截面强度检算 .333.10 内力图 . 33第四章 隧道通风计算 . 354.1 隧道需风量计算 . 354.2.单向交通隧道射流风机纵向通风计算 .38第五章 照明计算 . 405.1 基本资料 . 405.2 接近段 . 405.3 基本照明计算 . 405.4 加强照明计算 . 405.5 结论 . 42第六章 施工组织设计 . 436.1 概述 . 43毕业设计（论文）报告纸共 2 页 第 2 页装订线6.2 施工方法及工艺 .436.3 环境保护 . 56第七章 总结 . 577.1 设计总结 . 577.2 致谢 . 57参考文献 . 59毕业设计（论文）报告纸共 59 页 第 1 页装订线第一章 线路拟定与方案比选1.1 线路拟定根据提供的地形图资料，起终点的位置，两点之间山势起伏状况，沟壑深度，选择 2-3 个方案。两点之间有一个巨大的山体阻隔，山体绵延很长，范围广阔，而且拔起的高度很高，地形错综复杂。山体之间有几条蜿蜒曲折的深沟，沟壑纵横，起伏沟的地形变化起伏较大。沿沟的地质情况复杂，岩石的强度较低，而且沿沟的方向展线，偏离线路航空距离较大，明显延长了公路里程。不仅增加了工程数量和施工难度，而且增加了施工费用。该山体植被茂密，如果选择傍山通过，则填挖方的工程数量较大，破坏了地表植被，对生态环境的保护不利，而且选择傍山隧道通过，则偏压比较严重，对隧道后期运营不利。偏压容易影响隧道衬砌，是因为偏压使衬砌结构受力不均匀，而且一侧围岩容易松动，增加了衬砌结构支撑力，衬砌很容易发生疲劳。该地区为山岭重丘区，山势徒峭，该处主峰海拔 1686.4m，海拔最低处 1312m,山脉大致成西北东南走向。地貌上属于有变质岩、沉积岩组成的中高山区，地质情况较复杂，断层节理多，围岩条件差，施工随时有涌水的可能。因此选择一条围岩地质条件相对较好，地质灾害相对较少，展线距离短，弃渣场地方便的线路，是本课程设计的关键。通过对地形图的仔细分析，对地质情况的了解，初步选定两个方案：方案一，为了克服山体拔起高度形成的阻隔，直接修一条长隧通过；方案二，沿沟展线走一段距离，然后选择较开阔的空间，形成良好的进洞条件，修两条较短的隧道。1.2 方案比选1.线形指标：方案一在平面上是一条直线，距离短，不需要圆曲线和缓和曲线进行过渡，行车舒适，节省时间。方案二，经过的地形平坦一些，但距离长，施工方便，不需要修较长的施工便道，便于弃渣，洞口外便于布置施工设施。在纵断面上，方案一拔起的高程较小，纵面整体坡度平缓，只需要一个较短的竖曲线过渡。方案二的隧道坡度较方案一大，对行车不利，而且路线坡度也较大。2.工程数量：方案一基本上是直线，距离短，但隧道长度比方案二多200m，在修隧道时，要修距离较长施工便道，路线上不需要开挖路堑，填挖方的工程数量较小。方案二距离长，填挖方的工程数量较大，开挖路堑比较多，桥梁的数量较多，隧道距离也短不了多少，相应的工程数量较多。毕业设计（论文）报告纸共 59 页 第 2 页装订线3.施工难度：方案一隧道较长，围岩地质情况较好，隧道埋深较深，经过的地形起伏比较大，交通不便，不利于利用大型机械设备;方案二经过的地形平坦，隧道进出口选择的空间比较大，便于利用施工机械，隧道的距离相对较短。故方案二施工难度相对于方案一较低。4.环境保护：方案一不需要开挖路堑，隧道较长，对地表植被的影响较小，有利于对当地生态环境的保护。方案二需要开挖路堑，对地表植被破坏较大，还容易产生施工后的地质灾害，易发生泥石流、塌方等地质灾害，不利于环境保护。5.运营及养护费用：方案一所经过的山体地质条件好，隧道经过山体中部，隧道受偏压较少，养护费用较低。方案二有两个隧道，其中一个隧道是傍山隧道，受偏压影响较大工程病害多，而且填挖方工程量大，破坏原有的应力平衡，会产生一系列的水文地质病害，比如：滑坡、泥石流、崩塌等。6.隧道功能：两个隧道都是为了克服巨大的山体阻隔，减少沿沟展线的距离，形成良好舒适的线性，对行车有利。7.旧路利用:两条线路没有与旧路形成交叉或平行，都不能有效的利用旧路。综上分析可得，方案一较方案二好。毕业设计（论文）报告纸共 59 页 第 3 页装订线第二章 设计总说明2.1 隧道设计概况梁家院公路隧道全长约为 2680m，起点桩号为 620m，终点桩号为 K3+330。隧道为上、下行分离式隧道，行车道宽度均按设计行车速度 100Km/h 考虑；隧道衬砌结构设计采用“新奥法”复合式衬砌、高压钠灯光电照明、机械通风；隧道洞门型式主要采用端墙式洞门。隧道围岩岩性以已较为破碎的白云岩、千枚岩、变质砂岩及泥岩为主，围岩级别以、级为主。该隧道对克服地形障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，提高行车的舒适性，减少对植被的破坏以及保护生态环境起到了重要作用。2.2 技术标准公路等级： 高速公路设计行车速度： 100km/h。隧道净宽： 10.50m ( 3.752+0.50+1.00+0.75+0.75)隧道净高： 5.0m交通量： 26000 辆/日，汽柴比为 0.71：0.29，上、下行交通量不均衡系数 1.1，双车道单向行驶。隧道内卫生标准：CO 设计浓度上行线 208ppm,下行线 208ppm；VI 设计浓度为 0.0065 ，隧道内纵向风速小于等于1m10m/s。2.3 隧道建设地区工程水文地质（一） 、区域地形、地貌隧道地处陕南山地西南部的秦岭山脉，山脉大致成西北东南走向，该处主峰海拔 1686.4，山脊成窄梁状，两侧山坡陡峭，坡度一般在 50左右，局部达到 60。沟谷发育。多为陡峭的 V 形谷，切割的深度较深。地貌上有属于变质岩、沉积岩组成的中高山区。毕业设计（论文）报告纸共 59 页 第 4 页装订线梁家院隧道横穿南秦岭山脉，地形崎岖，地势险要，山高沟深，植被茂密。区内海拔一般在 12001700 之间。隧道南口大北沟一带最低高程为 1390m，向北至海拔约为 1312m 梁家院，隧道洞身中部通过的最高高程为 1400m，在出口地势相对进口高。采用人字坡形，顺着梁家院到大北沟的方向，坡度依次为1.5%、-0.7%。（二） 、水文与气象受地势影响，南秦岭属海拔 1000m 左右的中高山区，为温带半湿润湿润季风气候。年平均气温 ，最冷为一月份，平均气温 ，极端最低气25C 1.6C温 ，最热为七月份，平均气温 ，极端最高气温 36.8。早霜期始于 1021.C31.月下旬，晚霜期终于 3 月下旬，无霜期 225 天，年降水量 700mm 左右，而雨季一般集中在 7 月至 9 月，具有春寒、伏旱、夏洪、秋涝的特点。降雪期为 11 月至翌年 2 月，积雪厚度一般为 24cm，最大 18cm，高山气候阴湿，中低山区雨量充沛。不良地质现象有雨季时洪水暴涨，常携带泥土、碎石，在沟口形成洪积扇区，不良地质灾害主要有滑坡、泥石流。（三） 、地质条件1、地层、岩性隧道穿越的山岭位于向斜的南翼，地层总体上向北倾斜。区域内主要的构造线以西北东南向延伸，与路线走向大角度交叉。地层主要是古生界泥盆系中统西峡岭沟组（D2d） ，岩性相对比较复杂，软质岩有白云岩、千枚岩、变质砂岩、泥岩。隧道地表层覆盖以第四系残破积层为主，为灰色、灰褐色亚粘土夹碎石土。主要岩土类特征如下：（1）含碎石、角砾粘质砂土褐红色，湿，结构疏松。碎石、角砾含量 20-25%，粘粉粒含量 20-25%，砂粒含量 50-60%，碎石角砾成分主要为白云岩，局部为泥岩、粉砂质泥岩、砂岩等，多为棱角状，分布较均匀，土体较均匀。（2）变灰岩夹硅质岩灰色、青灰色，细晶结构，薄片及薄层状构造，局部为受动力作用而强烈变形，褶皱发育，矿物成分为石英、方解石、燧石，局部可见大量方解石，石英脉体。（5）含砾微晶灰岩灰-浅灰色，岩石中的砾石为沉积时的混入物，其粒径 2-15cm，为次园-棱角状，分布不均，含量 5-20%，成分为泥晶白云岩。微晶灰岩呈微晶结构，生毕业设计（论文）报告纸共 59 页 第 5 页装订线物碎屑结构，块状构造。主要矿物为方解石，含量不小于 95%，少量有机质（2%）及生物碎屑（3%） 。方解石粒径一般 0.01-0.001mm，少部分未结晶灰质粒径0.001mm。岩石较坚硬，整体完整性较差，抗分化能力较强。（6）细粒长石石英砂岩灰白色、细粒砂状结构，块状结构。碎屑成分主要为石英，含量大于75%，次为长石 10-15%，硅质岩屑小于 1%，粒径一般 0.1-0.25mm，少数 0.25-0.4mm。填隙物成分主要为硅质（5-8%）及少量粘土质。岩石为颗粒支撑接触式胶结。岩石坚硬，整体完整性较好，抗风化能力较强。（7）泥岩黄色，泥质结构，块状构造。主要成份为粘土矿物，含少量粉砂粒。岩石软弱，整体完整性差。物理力学性质差，接近于半成岩的粘性土。综上所述，此地区岩土工程地质性质普遍较差。白云岩虽较坚硬，但受构造运动影响，较破碎，分化较严重，整体完整性较差。砂岩虽坚硬，抗风化能力较强，力学性质较高，整体完整性较好，但其出露宽度窄，泥岩受构造变形大，岩石软弱不完整，抗风化能力弱，其工程地质条件差。2、构造特征该地区构造主要为断层和节理，未见褶皱，岩层仅为向南西倾的单斜层。（1） 断层隧道区断层较发育，已查明有六条断层，以北东向断层为主，次为近东西向，亦见南北向断层。断层性质以压扭性、压性、扭性为主，个别为张性、张扭性，断层多期活动的特点，早期以压性、压扭性、扭性为主，且规模较大，晚期以张性为主，规模小。对隧道有影响的断层达三条，且均有宽度不等的破碎带和影响带，岩石破碎，个别断裂，富水性强，对隧道影响严重。（2） 节理勘查区发现四组主要节理，其走向分别为 10-20，30-40，290-300，330-340，节理多具有扭性特征。节理发育的密度在不同的岩石中和统一岩石的不同部位差异较大，在中后层的白云岩中，一般发育两组，每组 312 条/米，在断层破碎带两侧一般发育24 条每组，每组一般 515 条/米，最密可达 30 条/米；在薄中层白云岩中，一般发育两组，每组 38 条/米，在断层破碎带两侧，一般发育两组，每组 413 条/米；在厚巨厚层含砾微晶灰岩中，一般发育两组，每组一般 36 条/米；在中厚层长石英砂中，一般发育两组，每组 13 条/米。毕业设计（论文）报告纸共 59 页 第 6 页装订线节理的存在对围岩的稳定性有较大影响，它即使完整围岩裂开破碎，加剧其风化，又是降水下渗，导致围岩性质变化，致使围岩稳定性降低。节理的走向与隧道轴线夹角及节理的倾角不同，其对隧道稳定的预想程度就不同。区内对隧道影响较大的节理使其走向（290-300，330-340）与隧道轴线呈小角度斜交，第三组与隧道轴线垂直或大角度斜交的节理组合，对隧道的稳定性不利，洞顶最易发生掉块，坍塌等。3、 地震活动及地壳稳定性概略分析勘查区位于扬子板块西北缘，根据板块运动学观点，其构造运动微弱，故勘察区在大地构造位置属稳定地段。勘查区属华南地震区秦巴地震亚区汉中地震带，虽断裂构造发育但活动性断裂不甚发育，地震活动微弱，属弱地震活动区。该地震带多为 3 级以下若震，四级以上地震自公元前 1177 年至 980 年间共发生 8 次，主要分布在汉中市区（3 次） ，新集（1 次） ，略阳（1 次）,阳县（1 次）等处，最大震级为 5.5 级，发生于 1636 年，震中位于汉中市区。根据国家地震局的资料，勘查区的地震基本烈度为度预测未来最大震级为五级，因此，可以认为勘查区为相对稳定区。4、水文地质条件（1）地下水补给、排放条件勘测区地下水的补给主要来自大气降水。区内降水量较充沛，植被发育，山高坡较陡，沟谷深切，地表径流畅通，降水量又相对集中，多以大雨和暴雨形式降落等，大部分以地表径流汇于沟谷中，不利于降水的下渗。故地下水补给作用较弱，区内地下水较贫乏。地下水径流条件取决于含水层孔隙，裂隙，溶隙的发育程度及其连同性的强弱。区内第四系残坡积，崩破基层，随厚度相对较薄但其空隙发育，连通性也较好。基岩风化壳厚度及风化程度虽有差异，但其裂隙，溶隙，溶孔较发育，连通性较好。构造破碎带，节理裂隙发育，岩石极破碎，连通性好。故区内地下水径流畅通，气流向与地形一致，即以分水岭为界沿山坡流向沟谷。地下水的排泄多以地下径流的方式补给除外，局部以泉水方式排泄于沟谷。（3） 地下水的类型及富水性勘查区地下水按含水介质的差异概括成三种类型。 松散岩类孔隙水埋藏于残坡积，崩坡集中。这些松散层堆积厚度一般为 27 米，局部地毕业设计（论文）报告纸共 59 页 第 7 页装订线段厚度可达 1012 米。该层受降水补给，局部地段可得到基岩裂隙溶隙水补给，在沟谷底或有利地段以下降泉或面状渗流形式溢出。该层水得到基岩裂隙溶隙水补给，水量较大，水量随季节变化，丰水期增大，枯水期水量变小或干枯。 层状岩类裂隙水主要埋藏在上震旦统细粒砂岩，粉砂质泥岩中。分布于勘查区西部。由于该类含水层露出范围小，未发现该类水的出露点。据有关资料，该类水主要受大气降水补给，在沟谷底以下径流的形式补给第四系残破积层。该类水系裂隙含水，含水性不均一，富水性差。 构造破碎带裂隙水主要分布于各断层破碎带内。这些部位的岩石破碎，地下水补给和储水条件好。该类水为区内地下水的主要存在形式。调绘时未见泉水出露。该类水相对较丰富，水量较大，对隧道施工及围岩稳定不利。综上所述，勘查区地下水普遍较贫乏。在第四系残坡积物厚度较大的沟谷低洼地段，其汇水条件好，地下水埋藏较浅，水量相对较丰富。在构造带部位，地下水补给径流条件较好，水量较丰富。其余部位水性差，为相对贫水区。5、不良地质现象隧道路线走廊为长江水系，雨季时洪水暴涨，常携带泥土、碎石，在沟口形成洪积扇区，不良地质灾害主要有滑坡、泥石流。2.4 横断面设计2.4.1 建筑限界根据公路隧道设计规范 ，隧道高度 5 米，行车道宽度 3.75 米，双车道布置，净宽 10.50 米，其中左侧向宽度为 0.5m，右侧向宽度为 1.00m，左侧检修道宽度为 0.75m，右侧检修道宽度为 0.75m，路面坡度采用 1.5%；车行横通道高 5.0m，路面宽度为 4m，不设侧向余宽，左右侧检修道宽度均为 0.25m；人行横通道高 2.5m，路面宽 2m，不设侧向余宽和检修道；并且同时考虑了下列因素：（1）检修人员步行时的安全；（2）紧急情况下，驾乘人员拿取消防设备方便；（3）满足其下放置电缆、给水管等的空间尺寸要求。2.4.2 隧道内轮廓隧道内轮廓设计除应满足隧道建筑限界的规定以外，还应满足洞内路面、毕业设计（论文）报告纸共 59 页 第 8 页装订线排水设施、装饰的需要，并为通风、照明、消防、监控、运营