隧道工程设计洞口的选择工程概况

1、工程概况一、工程概况工程位于南阳市西峡县丹水镇周家营村，起讫里程为dyk321+500dyk321+678，全长178m，最大埋深约42m。二、地形地貌工点位于低山丘陵地区，基岩裸露，地形起伏较大，地势较开阔。三、气象特征 该工程处于南阳市西峡县境内，属北亚热带湿润气侯区的北部边缘，蒸发量远大于降水量，温差变化大，多风。年平均气温15.0，最冷月平均气温2.2，最热月平均气温26.7，极端最低气温-14.2，极端最高气温39.1；年平均降水量848.6mm；年平均蒸发量1549.2mm，年最大蒸发量1746.1mm；平均风速2.2m/s（主导风向nw）。四、地层岩性据邻近工点地质调查资料，综合

2、分析，工程涉及地层为：第四系全新统粉质黏土、白垩系上统砂岩夹泥岩。岩性详述如下：粉质黏土（q4dl1）：分布于工点范围内表层，黄褐色，厚度12m，土质不均，夹少量砂粒，硬塑，级普通土，0 =120kpa。砂岩夹泥岩（k2ss+ms）:青灰色-灰绿色，中砂状结构，中厚层-巨厚层状构造，泥钙质胶结一般，岩质软，风化层厚515m，属级软石，0400kpa。弱风化层属级软石，0500kpa。五、地质构造工程通过区域属于礼县一柞水华力西褶皱带。工点范围内地质构造简单，无断裂发育。六、水文地质特征本期勘察中该段范围内地下水不发育。但雨季施工遇降水量大时，洞身内局部地段可能有渗水。七、不良地质、特殊岩土工点

3、范围内无不良地质及特殊岩土发育。白垩系泥岩具弱膨胀性。八、工程地质条件评价及围岩分级（一）工程地质条件评价工点范围内地层稳定，主要为白垩系上统砂岩夹泥岩，表层风化较重，有薄层的风化松动层，工程地质条件一般。（二）围岩分级根据洞身通过地层岩性、工程地质、水文地质条件，并结合物探资料综合判定，隧道围岩分级为级。九、工程措施建议1、隧道边、仰坡坡率： 强风化砂岩夹泥岩： 1：1（须防护）弱风化砂岩夹泥岩： 1：0.75（须防护）隧道进、出口处坡面岩体风化严重，稳定性较差，应做好坡面防护，以保证施工安全。2、隧道施工尽可能避开雨季，排水系统亦应在雨季前完成。3、隧道洞身最大埋深约42m，以级围岩为主，

4、围岩稳定性较差，施工中易引发塌方，设计中应加强措施。4、地震动峰值加速度小于0.05g（相当于地震基本烈度小于六度），地震动反应谱特征周期采用0.35s。5、土壤最大冻结深度采用15cm。6、由于隧道埋深较浅，施工时应加强配合施工和超前预测预报工作。隧道位置的选择及纵断面设计地形是选定隧道位置的重要条件之一。一般山区铁路不论沿河傍山，在河道曲折、地势陡峭的峡谷地段或跨越分水岭，常常修建隧道。故仅就地形条件而言，可分为越岭隧道与河谷线隧道。越岭地段，一般山峦起伏、地形崎岖、地质条件复杂、自然条件变化差异很大，其中分水岭垭口的高低、垭口两面的沟谷地势、山梁的薄厚、山坡的陡缓以及山前主支沟台地的分布

5、情况等，与隧道平面位置及立面位置的选择关系密切。本隧道所在位置地势比较陡峭，由中密的、饱和石质灰岩为主、砂粘土充填的碎石土和钙质胶结、细晶结构质、节理发育的灰岩夹页岩及泥灰岩组成，结构比较单一适合做隧道。隧道纵断面设计隧道宜设在直线上，应尽量采用较大的曲线半径，并尽量避免设在反向曲线上。为了保证隧道内列车能安全平顺地行使，机车能够牵引足够的列车重量，同时考虑将隧道内的水顺利排出洞外以及通风要求等因素，必须对隧道内线路的纵断面进行合理地设计。隧道纵断面设计的主要内容包括选定隧道内线路坡道形式、坡度大小、坡段长度和坡段间的衔接等。一、 坡道形式隧道处于地层之内，除了地质有变化以外，线路的坡形本来不

6、受什么限制，用不着采用复杂多变的形式。一般可采用简单的单坡形或不复杂的人字坡形，如图1-1所示。 （a）单坡形 （b）人字坡形 图1-1 坡道形式由于本隧道所在位置地形比较陡峭，为了减少开挖量，必须要争取高程，所以选择了单坡形隧道。二、 坡度大小对于线路来说，考虑到运营效率，应具有良好的行车条件，线路的坡度以平坡为最好。但是，天然地形是起伏不定的，为了能适应天然地形的形状以减少工程数量，需要随着地形的变化设置与之相适应的线路坡度。但坡度不能太大，若坡度超过了线路最大允许的限制坡度，机车的牵引能力达不到，不是列车爬不上去，就是必须减轻列车的牵引重量。所以设计坡度时，注意应不超过限制坡度。如果在平

7、面上有曲线，还需为克服曲线的阻力，再减去一个曲线的当量坡度。即式中 设计中允许采用的最大坡度； 按照线路等级规定的限制最大坡度； 曲线阻力折算的坡度折减量；当机车进入隧道时，空气阻力就已增加，粘着系数也已开始减小，机车的牵引能力相应降低，因此不但隧道内的线路应按上述方式予以折减，洞口外一段距离内，也要考虑相应的折减。在上坡进洞前半个远期货物列车长度范围内，按洞内一样予以折减。至于列车出洞，机车已达明线，这就不存在折减问题了。另一方面，考虑隧道排水的需要，除了最大坡度的限制以外，还要限制最小坡度。因为隧道内的水全靠排水沟向外流出。铁路隧道设计规范规定，隧道内线路不得设置为平坡，最小的允许坡度不小

8、于3，在最冷月平均气温低于5的地区和地下水发育的隧道宜适当加大坡度。三、 坡段长度隧道内的线路坡段也不宜太短，因为坡段太短就意味着变坡点多而密集，列车行驶就不平稳。另外，如果隧道内坡度变化甚多，也将给施工和运营养护增加困难。所以，从行车平稳的要求和照顾施工和养护的方便出发，隧道内坡段长度最好不小于列车的长度，考虑到长远的发展，坡段长度最好不小于远期到发线的长度。本隧道采用单坡行隧道，因为隧道内线路的坡形单一，坡度已用到了最大限度，所以不宜把坡段定得太长，此外，顺坡设排水沟时，如果坡段太长，水沟就难于布置，不是流量太大，就是沟槽太深。有时为此需要设置许多抽水、排水设施，分级分段排水。这就给今后的

9、运营和维修增加了工作量。所以，隧道内线路的坡段不宜太长.第二章 洞门的选择及稳定性检算第一节 洞口位置的选择一、 选择洞口位置的原则确定隧道洞口位置时，应当结合地形特征、地质和水文地质条件、施工技术、运营条件以及附近相关工程，全面考虑，详细比较决定。多年实践的体会，总结出一个指导思想，即“早进晚出”。在一般情况下，这一指导思想是符合实际的。选定隧道洞口位置时，首先要按照地质条件控制边坡和仰坡的高度和坡面长度，其次是避开不良地质区域和排水影响，最后才谈得到从经济方面进行比较据周家营隧道位置的具体情况，确定洞口位置如下：1、地质条件：工点范围内地层稳定，主要为白垩系上统砂岩夹泥岩，表层风化较重，有

10、薄层的风化松动层，工程地质条件一般。2、围岩等级：由地质条件确定，岩层为较破碎的软岩，所以可确定为v级围二、 用作图法确定进洞里程和洞口边、仰坡开挖线当线路的方向确定后，可采用作图法来确定进洞里程和边、仰坡开挖线在洞口地形平面图上用作图法确定进洞里程：1、在洞口地形平面图上找出控制等高线。选定仰坡的极限开挖高度h在隧道纵断面地质图上粗略地拟定进洞位置，定出进洞的路基标高，则控制等高线标高为在洞口地形平面图上用作图法确定进洞里程：1、在洞口地形平面图上找出控制等高线。选定仰坡的极限开挖高度h在隧道纵断面地质图上粗略地拟定进洞位置，定出进洞的路基标高，则控制等高线标高为：h路=2246-(3.15

11、+7.70+0.8)=2234.35m=2234.35+15.65=2250m为了在洞口地形平面图上查找方便， 可取整数（但要保证开挖高度h在极限范围内），所以选h=15.65<18m。2、在预先选定的洞口附近，以洞门墙宽度b为距离，作对称于线路中心线的平行线和，由标准图得洞门墙宽度。3、以仰坡坡脚至开挖高度控制点的水平距离d 为半径，用分规沿（或）线移动，找出与控制等高线相切于a点(即控制点)的圆心o。其中d值可根据洞门构造图及仰坡坡率m求出，即d(hh)m=15.65-(3.15+7.70-0.8)×1=5.6m，其中h为路基面至仰坡坡脚的高度，h是仰坡的极限开挖高度。4、

12、过o点作线路中心线的垂线oo。5、以洞口里程至仰坡坡脚的的水平距离b=1.5+0.5+(3.15+7.70-0.35)×=0.715m为间距（由洞门图查得），作oo线的平行线pp,则pp线为洞口里程位置。图2-1 洞口里程的确定 同理可确定： 出洞：h路=2244-11.65=2232.35m h=17.65m h控=2232.35+17.65=2250m d=17.65-(3.15+7.70-0.8)=7.6m b=0.715m隧道长度dk431+065-dk429+610=1455m在实际设计中，若有几个控制点时，可根据“早进晚出”的原则，综合考虑洞口附近的地形、工程地质及水文地

13、质情况，经详细比较，才能最后确定洞口位置的最佳方案。(二) 绘制隧道洞口边、仰坡开挖线为了布置洞顶排水设施和洞口附近其它建筑物，需要定洞口边、仰坡开挖范围，在洞口地形平面图上绘制边、仰坡开挖线（即路堑边坡坡面及洞门仰坡坡面与地面的交线）。洞门位置确定后，可计算仰坡坡脚标高，= h路+（0.8+7.70+3.15-0.8）=2234.35+10.85=2245.2m，仰坡坡率为m=1, 即可计算各等高线距仰坡坡脚的水平投影距离：=(2249-2245.2)×1=3.8m =(2248-2245.2)×1=2.8m =(2246-2245.2)×1=0.8m =(22

14、44-2245.2)×1=1.2m边坡坡脚标高为h边=h路=2234.35m,边坡坡率为n=1,即可计算边坡坡脚的水平投影距离：=(2236-2234.35)×1=1.65m =(2238-2234.35)×1=3.65m =(2240-2234.35)×1=5.65m =(2242-2234.35)×1=7.65m =(2244-2234.35)×1=9.65m 绘制边、仰坡开挖线如图2-1： 3.1.2 洞口里程确定在洞口地形平面图上(1:100)用作图法确定进洞里程。(1)在洞口地形平面图上找出控制等高线(图2.1)。选定仰坡的

15、极限开挖高h=17m根据值在隧道纵断面图上粗略地拟定进洞位置，并在进口地形平面图中将其大致标出(见附录二中的图bs-01)，然后定出进洞的路基标高h=908.0-0.8=907.2则控制等高线标高为：图2.1 洞口里程的确定(2)在预先选定的洞口附近，以洞门墙宽度为距离，作对称于线路中心线的平行线ii和iiii，由洞门标准图得洞门墙宽度 b=15.00m。(3)以仰坡坡脚至极限开挖高度控制点的水平距离为半径，用分规沿ii(或iiii)线移动，找出与控制等高线相切于点(即控制点)的圆心。其中值可根据洞门构造图及仰坡坡率m(m=1.5)求出，即：d=(h-h)×m=(15-11)

16、5;1.5=9m 其中为路基面至仰坡坡脚的高度，为仰坡的极限开挖高度。(4)过点作线路中心线的垂线。(5)以洞口里程至仰坡坡脚的的水平距离为间距(由洞门图查得)，其中b=3m 作线的平行线，则线为洞口里程位置，故本文所确定的隧道出口的洞口里程为dk423+944。3.2 绘制洞口边仰坡开挖线为了布置洞顶排水设施和洞口附近的其它建筑物，需确定洞口边、仰坡开挖范围，在洞口地形平面图上绘制边、仰坡开挖线(即路堑边坡坡面及洞门仰坡坡面与地面的交线)。3.2.1 出口开挖线洞门位置确定后，计算仰坡坡脚标高h=h+h=982.15+11=993.15m 取993m根据仰坡坡率为m=1.5，即可计算出各等高

17、线距仰坡坡脚的水平投影距离为：对998m等高线 d1=(998-993)1.5=7.5m对997m等高线 d2=(997-993)1.5=6m对996m等高线 d3=(996-993)1.5=4.5m对995m等高线 d4=(995-993)1.5=3m对994m等高线 d5=(994-993)1.5=1.5m在洞门地形图上，作与洞门墙平行且相距为d1、 d2 、d3 、d4 、d5的平行线分别交990m、 997m、996m、995m、994m等高线于1、2、3、4、5点,连接、1、2、3、4、5 点，即为仰坡开挖线。确定边坡坡脚标高 h=h=982.15m边坡坡率为(v级围岩),即可计算出

18、不同标高位置的边坡顶至边坡坡脚的水平投影距离为：c=(984-982)1.25=2.5mc2=(985-982)1.25=3.75mc3=(986-982)1.25=5mc4=(987-982)1.25=6.25mc5=(988-982)1.25=7.5mc6=(989-982)1.25=8.75mc7=(990-982)1.25=10mc8=(991-982)1.25=11.25mc9=(992-982)1.25=12.5mc10=(993-982)1.25=13.75m作与路堑坡脚线平行且相距为的平行线交984m等高线于1点，同理作与路堑坡脚线相距为、的平行线交相应的等高线于2、39、10

19、、11点，连接、1、2、39、10、11各点，即为边坡开挖线。交角开挖线采取甲式开挖，以翼墙端点为起坡点，则起坡点标高为h=h=993.15m，由仰坡坡率m=1.5，边坡坡率n=1.25，则k在不同角度的取值为： k=1.26 k=1.3 k=1.36 k=1.42 k=1.48计算不同标高位置的坡顶至起坡点的水平投影距离r。左侧交角开挖线15°时 k取1.26mr1=（994-993)1.26=1.26mr2=（995-993)1.26=2.42m30°时 k取1.3r1=(995-993)1.3=2.6mr2=(996-993)1.3=3.9m45°时 k取1

20、.36r1=(995-993)1.36=2.72mr2=(996-993)1.36=4.08m60°时 k取1.42r1=(994-993)1.42=1.42mr2=(995-993)1.42=2.84mr3=(996-993)1.42=4.26m75°时 k取1.48r1=(996-993)1.48=4.44mr2=(997-993)1.48=5.92mr3=(998-993)1.48=7.4m右侧交角开挖线15°时 k取1.26r1=（994-993)1.26=1.26mr2=（995-993)1.26=2.42m30°时 k取1.3r1=(994-

21、993)1.3=1.3mr2=(995-993)1.3=2.6mr3=(996-993)1.3=3.9m45°时 k取1.36r1=(995-993)1.36=2.72mr2=(996-993)1.36=4.08m60°时 k取1.42r1=(994-993)1.36=1.36mr2=(995-993)1.36=2.72m75°时 k取1.48r1=(994-993)1.48=1.48mr2=(995-993)1.48=2.96mr3=(996-993)1.48=4.44m 以翼墙端点为圆心，以、为半径，分别交991、992m等高线于、点，连接、各点所形成的曲线交

22、等份线(累积度数为15°)于点(即为该等份线与开挖线的交点)。同理，可得其他等份线(、，累积度数分别为30°、45°)与开挖线的交点、，连接、各点，即得交角处开挖线。连接仰坡开挖线，边坡开挖线，交角开挖线即得洞门进口开挖线。如下图：3.2.2 进口开挖线确定洞门位置后，h路=982.15m，h=h+h=944.71+11=955.71m，取995m。极限开挖高度h=17 坡率m取1.5（v级围岩）h控=982.15+17=999.15 取999洞门墙宽b=15m h取11m d=(17-11)1.5=9根据仰坡坡率为m=1.5（v级围岩），即可计算出各等高线距仰坡

23、坡脚的水平投影距离为：对998m等高线 d=(998-993)1.5=7.5m对997m等高线 d=(997-993)1.5=6m对996m等高线 d=(996-993)1.5=4.5m对995m等高线 d=(995-993)1.5=3m对994m等高线 d=(994-993)1.5=1.5m在洞门地形图上，作与洞门墙平行且相距为d1、 d2 、d3 、d4 的平行线分别交998m、 997m、996m、995m、994m等高线于1、2、3、4点,连接、1、2、3、4 点，即为仰坡开挖线。确定边坡坡脚标高 h边=h路=982.15m根据边坡坡率为,即可计算出不同标高位置的边坡顶至边坡坡脚的水平

24、投影距离为：c1=(984-982)1.25=2.5mc2=(985-982)1.25=3.75mc3=(986-982)1.25=5mc4=(987-982)1.25=6.25mc5=(988-982)1.25=7.5mc6=(989-982)1.25=8.75mc7=(990-982)1.25=10mc8=(991-982)1.25=11.25mc9=(992-982)1.25=12.5mc10=(993-982)1.25=13.75m 作与路堑坡脚线平行且相距为的平行线交984m等高线于1点，同理作与路堑坡脚线相距为、的平行线交相应的等高线于2、39、10、11点，连接、1、2、39、1

25、0、11各点，即为边坡开挖线。采取甲式开挖，以翼墙端点为起坡点，则起坡点标高为h起=h路=982.15m，由仰坡坡率m=1.25，边坡坡率n=1.25，则k=1.25，可计算不同标高位置的坡顶至起坡点的水平投影距离r。交角开挖线k15=1.26 k30=1.3 k45=1.36 k60=1.42 k75=1.48左侧交角开挖线15°时 k取1.26r1=（994-993)1.26=1.26mr2=（995-993)1.26=2.42m30°时 k取1.3r1=(995-993)1.3=2.6mr2=(996-993)1.3=3.9m45°时 k取1.36r1=(9

26、95-993)1.36=2.72mr2=(996-993)1.36=4.08m60°时 k取1.42r1=(994-993)1.42=1.42mr2=(995-993)1.42=2.84mr3=(996-993)1.42=4.26m75°时 k取1.48r1=(996-993)1.48=4.44mr2=(997-993)1.48=5.92mr3=(998-993)1.48=7.4m右侧交角开挖线15°时 k取1.26r1=（994-993)1.26=1.26mr2=（995-993)1.26=2.42m30°时 k取1.3r1=(994-993)1.3=

27、1.3mr2=(995-993)1.3=2.6mr3=(996-993)1.3=3.9m45°时 k取1.36r1=(995-993)1.36=2.72mr2=(996-993)1.36=4.08m60°时 k取1.42r1=(994-993)1.36=1.36mr2=(995-993)1.36=2.72m75°时 k取1.48r1=(994-993)1.48=1.48mr2=(995-993)1.48=2.96mr3=(996-993)1.48=4.44m以翼墙端点为圆心，以、为半径，分别交998m、996m等高线于、点，连接、各点所形成的曲线交等份线(累积度数

28、为15°)于点(即为该等份线与开挖线的交点)。同理，可得其他等份线(、，累积度数分别为30°、45°)与开挖线的交点、，连接、各点，即得交角处开挖线。连接仰坡开挖线，边坡开挖线，交角开挖线即得洞门进口开挖线。如下图：图2-2边、仰坡开挖线第二节 洞门形式的选择一、 洞门结构的构造 洞门是用以保护洞口、排放流水并加以建筑装饰的支挡结构物。它联系衬砌和路堑，是整个隧道结构的主要组成部分，也是隧道进出口的标志。对于铁路隧道，隧道的场地就是其进出口洞门墙外表面与线路内轨顶面标高线交点之间的距离。此外，洞门是隧道的咽喉，也是隧道的外露部分，在保证安全的同时，还应根据实际情况

29、，选择适合的洞门形式，并应适当进行洞门美化和环境美化。洞门的作用有以下几方面：1.减小洞口土石方开挖量2.稳定边仰坡3.引离地面流水4.装饰洞口根据洞口地形、地质及衬砌类型等不同的情况和要求，洞门结构主要有以下两大类型：1.隧道门隧道门指修建在不设明洞的隧道洞口的支挡结构物，包括环框时洞门、短墙式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门、台阶式洞门、斜洞门和耳墙式洞门等。2.明洞门明洞门主要配合明洞结构类型设计，明洞有拱形明洞和棚洞之分，相应明洞门也分拱形明洞门和棚式明洞门两大类。棚式明洞门并不单独设置，通常在棚洞洞口端横向顶梁上加设端墙，以拦截落石，避免其坠入线路影响行车安全。二、 洞门形式的选择根据周家营隧道所处地段的地