2014届毕业设计指导书(山岭隧道)

1、2021届毕业设计指导书供参考隧道建筑限界是为了保证隧道内各种交通的正常运行于平安，而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界。在设计的时候，应充分研究各种车道与公路之间所处的空间关系，任何部件包括隧道本身的通风、照明、平安、监控及内部装修等附属设施均不得侵入隧道限界之内。隧道建筑限界是决定隧道净空尺寸的依据，对设计、施工、运营来说都很重要，而且隧道是永久性的建筑，一旦建成，就很难改动。因此，隧道建筑限界确实定，对隧道的设计来说至关重要。公路隧道建筑限界由行车道宽度W，路缘带S，侧向宽度L，人行道R或检修道J等组成。当设置人行道时，含余宽C。具体取值根据公路隧道设计标准JTG D7

2、0-2004确定。公路隧道工程地质复杂、施工工序繁多、开挖衬砌断面大, 在科学的设计理论指导下,提倡优化设计, 最大限度地满足平安、适用、经济、美观的要求。隧道洞室的轴线一旦选定以后,事实上围岩的介质和初始地应力场等边界条件也就客观存在不能改变了,故设计中只能不断地调整洞室断面的几何形态、尺寸等,以改善围岩的应力分布及其稳定性状态，并使工程量最小。隧道断面形状设计的方案不是唯一的,而是有许多方案可供选择,这就提出了如何优化的问题，本设计中就是在满足根本几何形状，满足合理受力的条件下，通过编写断面优化程序，使断面面积最小，施工工程量最小。矩阵位移发又叫直接刚度法,它是以结构节点位移为根本未知量,

3、连接在同一节点各单元的节点位移应该相等,并等于该点的结构节点位移(变形协调条件);同时作用于某一结构节点的荷载必须与该节点上作用的各个单元的节点力相平衡(静力平衡条件)。首先进行单元分析，找到单元节点力和单元节点位移的关系单元刚度矩阵，而后进行整体分析，将每一个节点有共同位移的单个元刚度矩阵元素简单地叠加起来，建立以节点静力平衡为条件的结构刚度方程，在利用边界条件，有结构刚度方程中解出未知的结构各节点的位移，也就是解结构刚度方程，然后在根据变形协调条件，求得汇交于该节点各单元节点位移，进而求出单元节点力衬砌内力。直接刚度法计算过程标准，可以充分发挥电子计算机的自动化效能，有利于编制程序，它是目

4、前广为使用的一种方法。其一般计算过程如下：（1） 对隧道衬砌整体结构沿其轴线进行离散，计算各分块单元的根本几何参数；选择结构坐标系和局部坐标系，将各节点和单元进行编号；并对围岩弹性抗力支承链杆进行设置。（2） 把所有节点荷载沿结构坐标系分解，建立节点荷载列向量和节点位移向量的关系式。（3） 利用各单元在局部坐标系中的单元刚度矩阵公式，计算局部坐标系中各单元的刚度矩阵。（4） 进行坐标转换，并将单元刚度矩阵按“对号入座法那么叠加到结构刚度矩阵中。（5） 引入边界约束条件，修改结构刚度矩阵，计算各节点位移；必要时对弹性支承链杆的设置进行调整。（6） 利用杆件在结构坐标系中的单元刚度方程公式，计算结

5、构坐标系由节点位移产生的节点力。隧道衬砌属于实体的拱形结构，这种结构受力弯矩和轴力的影响较大。因此要把衬砌轴线离散化为一些同时能承受弯矩和轴力的直杆单元梁单元，并将单元的联接点称为节点。同时，假定单元是等厚的，其计算厚度取为单元两端厚度的平均值。单元的数目视计算精度的需要而定，为了保证衬砌内力分析的精度要求，隧道衬砌一般划分为30个单元以上，但单元数目也不需要太多，一般在60个单元以内。隧道边墙的底端直接放在岩层上的，故可以假设边墙底端时弹性固定的，即能产生转动和垂直下沉。但由于边墙底面和围岩之间摩擦力甚大，一般不能产生水平位移，故应在边墙底面的水平方向上加以约束。对于一些特殊形式的衬砌，比方

6、拱和边墙的轴线不连续带耳墙的明洞或者墙基需要展宽时，需要添加一个特殊单元刚性单元。对于有仰拱的曲墙衬砌，由于仰拱一般是在拱圈和边墙受力变形根本稳定后才修建的，因此通常可忽略仰拱对衬砌内力的影响。如需要在计算中考虑仰拱的作用，可将仰拱也划分为梁单元，仰拱、边墙、拱圈三者一并考虑进行计算。在实际工程结构中，主动荷载和结构自重一般不直接作用在节点上。为了配合衬砌的离散化，主动荷载和结构自重也要进行离散，也就是将作用在衬砌上的分布荷载至环城作用在节点上的等效节点荷载。等效节点荷载的置换有以下两种方法。一种是简单近似的方法，即按简支梁分配的原那么进行置换，而不计作用力迁移位置时所引起的力矩的影响。对于竖

7、向或水平的分布荷载，其等效界电力分别近似地取为节点两相邻单元水平或垂直投影场独得一般乘以衬砌计算宽度一面积范围内的分布荷载的总和。对于衬砌自重，其等效节点力可近似地取为节点两相邻单元重量的一半。由于荷载本身计算的准确性差，按近似方法计算对最终的结果影响不大，故该方法得到了较为广泛的应用。另一种方法是按静力等效的原那么对节点力进行置换，即节点力所做虚功等于单元分布荷载所做的虚功。将弹性抗力作用范围内的连续围岩，离散为假设干条彼此互不相关的矩形岩柱。矩形岩柱的一个边长时衬砌的纵向计算宽度，通常取为单位长度，另一个边长时两相邻的衬砌单元的长度之半的和，岩柱的深度与传递轴力无关故不予考虑为了便于力学计

8、算，用一些具有一定弹性性质的弹性支承弹性链杆来代替岩柱，并让它以铰接的方式支承在衬砌单元之间的节点上，所以它不承受弯矩，只承受轴力。弹性链杆的弹性特性即为围岩的弹性特性，用刚度系数K表示。这种方法不假定弹性抗力分布范围与分布规律，比拟接近实际情况。弹性链杆应服从局部变形的假定。对于墙脚的弹性固定，可以用一个能约束转动和垂直位移的弹性支座来模拟。计算隧道陈其结构所需的单元主要有三种：一种是代表衬砌结构能承受轴力和弯矩的直梁单元衬砌单元；一种是模拟围岩对衬砌的约束作用的弹性支承链杆单元；另一种是模拟墙脚弹性固定的弹性支座单元。每个衬砌单元在两端共有6个节点位移分量轴向位移、横向位移、转角位移和6个

9、节点力分量轴力、剪力和弯矩，写成矩阵形式有局部坐标系下：= 上式缩写成： =为了进行整体分析，需要将坐标系中的单元刚度矩阵转换到总体坐标系或称结构坐标系中，将以上式子用矩阵形式表示有= 上式缩写成： =上式九是在两种坐标系中单元节点力的转换式，式中称为坐标转换矩阵。显然，节点力之间的这种转换关系，对节点位移同样适用，因此有 =因此，在总体坐标系中单元刚度方程式应为 =其中=对于梁单元，上式中的代表六个节点力，为便于建立节点的平衡方程，根据单元刚度矩阵的分块性质，可以将它写成Si：Sj。同样，代表两端六个节点位移，也可以写成i：j，这样成为=围岩对衬砌的约束作用采用弹性链杆来模拟。假设弹性支承链

10、杆按水平方向设置，其总体坐标系与局部坐标系一致，设衬砌变形后支承链杆的压缩位移为u,而围岩对衬砌的弹性抗力为R,根据温克尔假定，其抗力与水平方向位移之间的关系为R=()u式中 弹性支承所在围岩的弹性抗力系数； b隧道计算宽度，一般取为1m； 竖直投影长度，= 根据墙底的变形协调条件及力的传递作用，弹性支座单元的端点位移和端点力与墙底位移和墙底力相对应。由于弹性支座单元的局部坐标系与总体坐标系一致，因此总体坐标系下墙脚弹性支座单元的位移与反力的关系可直接得到，写成矩阵形式为 =式中 墙底围岩的切向弹性抗力系数，因为不考虑它的横向位移，所以可取为一个任意大值； 墙底围岩的法向弹性抗力系数，通常取为

11、=1.2K，K为围岩侧向弹性抗力系数； B墙底宽度； b沿线路方向隧道计算宽度为b。对于隧道衬砌，当拱脚和墙顶衬砌轴线不连续或者墙底需要展宽根底时，就要添加一个特殊的衬砌单元，即刚性单元。这种单元能承受局部垂直荷载和水平荷载的作用，其单元本身可看作是刚性的，在理论上讲单元的EA和EI均为无穷大。在实际数值计算中，刚度不可能取为无限大。一般两相邻杆件，当它们的刚度比超过8-10倍时，那么刚度大的杆件可视为是绝对刚度的。在实际运算中，通常取刚性单元为普通单元刚度的30倍。对于结构每个节点建立静力平衡方程式，将所有节点的平衡方程式集合在一砌就是结构的刚度方程。以节点为单位进行分块的结构总刚度矩阵的形

12、成是很有规律的1只有汇交于节点为单元才可能对结构刚度矩阵第i行的子阵提供维持节点平衡的杆端力，因此，在组成结构刚度矩阵第i行的子阵时，只需考察共有节点i的各单元的影响。2各单元对结构刚度矩阵有影响的子阵的两个下标，与结构刚度矩阵中同一个子阵的两个下标完全相同。即其中的任一个子阵K由各单元下脚标相同的子阵叠加而成。这样，只要将在结构坐标系中每个单元的港督矩阵的四个子阵按其下角标在以节点为单位进行分块的结构矩阵终究位，即所谓“对号入座，就可得到结构总体刚度矩阵。1结构感度矩阵式一个对衬矩阵。利用对称性，可以只存储矩阵的上三角局部或下三角局部，这样既可以节省近一半的计算机储存容量，又可以减少运算时间

13、。另外，利用这一性质还可以校对结构刚度矩阵的正确性。2结构刚度矩阵是一个高度稀疏的矩阵，矩阵每大多数元素为零，非零元素的个数一般只占元素总数的5%左右，并且都集中在主对角线周围的一格狭窄的带内，数学上把这种矩阵称为带状矩阵。利用结构刚度矩阵的稀疏性，设法只存储非零元素，可以大量节省计算机的存储容量。3结构刚度矩阵的奇异性。用直接刚度法按所有节点都可能产生位移建立起来的结构刚度矩阵是奇异矩阵，也即矩阵的行列式等于零，它不存在逆矩阵。这是因为假设只给定节点力，那么节点位移并不能唯一确定，此时单元两端没有支承，除了杆体本身产生弯曲和轴向变形外，还可产生任意的刚体位移。所以在求解结构刚度方程时，必须有

14、足够的边界约束条件以限制结构的刚体位移，才能使方程得到唯一的解。以上已经用直接刚度法建立了结构刚度方程。但这个方程式无法求解，只有在引入必要的边界条件，即位移约束后，才能对其进行求解。引入位移约束条件的常用方法有两种：一种是调整矩阵中行和列的位置，即将结构刚度方程中的节点位移和相应的节点荷载重新排列，使未知的节点位移和相应的节点力派在矩阵前面，而的节点位移在通常约束的条件下为零和相应的节点力派在矩阵后面，得到新的结构刚度方程；另一种方法就是所谓的划“1置“0法，即将结构刚度矩阵中对应于节点位移为零的行和列的全部元素置零，仅在主元素位置上置1，同时将荷载项中与零位移分量相对应的荷载分量也置零。这

15、样就相当于在求解未知节点位移分量的方程组中，加进一组其节点位移分量为零的方程式，求解的结果并不影响其惟一性和正确性，该方法在边界条件为零的条件下使用。求解刚度方程就是求解线性方程组，求解线性方程组得方法很多，比方高斯消去法、迭代法等，具体可参考有书籍。对已进行边界约束处理的结构刚度方程求解，即可得出第一次近似的节点位移值。当计算出某点的水平位移分量<0时，即说明衬砌是向隧道内变形的，故应将该点的弹性支承链杆i从计算图式中去掉，修改结构总刚度矩阵中有关元素，重新求解节点位移，直至凡布置有链杆支承处都符合0的条件为止。求出最终的结构节点位移后，根据变形协调条件结构节点位移与汇交于此节点的单元

16、节点位移相等，从结构节点位移列阵中，即可找出各单元的节点位移，即： =而后，由单元刚度方程=以及坐标转换矩阵T，就可求出对应于单元局部坐标的单元节点力：=T=B 式中：B=T称为应力矩阵。这里应注意，按上式所求得的是各单元端点的单元节点力。而前面已经提到衬砌内力系指衬砌节点上的轴力、弯矩和剪力。对于作用有节点外荷载的节点来说，汇交于该节点的各衬砌单元的节点力，尤其是轴力和剪力显然各不相同，一种最简单的简化处理方法就是上下两个单元的平均值作为衬砌的内力。将结构进行离散，将各节点和单元进行编号，并对围岩弹性抗力支承链杆进行设置 输入根本原始数据计算单元几何参数及各节点荷载 形成各种单元在局部坐标系

17、下的单元刚度矩阵将局部坐标系下单刚转换成整体坐标系下的单刚单刚叠加，形成结构刚度方程，并进行边界处理解刚度方程组，求出节点位移 否判断抗力链杆设置是否正确 是求出各单元节点内力 进行衬砌结构内力检算是结束在初步拟定衬砌的内轮廓线形状参数的根底上，在不同围岩条件、不同隧道埋深情况下，选取衬砌结构截面厚度，计算围岩压力，按荷载结构法算出衬砌内力，按素混凝土处理，依据破损阶段法来检算所选内轮廓形状是否合理，最终裁定不同级别围岩、不同埋深下的衬砌形状。确定围岩压力常用的方法有：现场实地测量法、理论公式计算法和统计法。统计法是目前常用的方法，本设计采用的统计法。具体到不同的隧道埋深和明暗洞情况下，计算又

18、不同：深埋隧道在开挖过程中，围岩可以形成自然拱，围岩本身分担局部荷载；浅埋隧道由于覆土层小，不能形成自然拱，在没有支护结构时，上覆土会踏落比拟大的高度，围岩压力相对较大；明洞拱圈为回填土，侧压力比拟大。深埋、浅埋和明洞的结构荷载计算采取不同的计算方法。1） 暗挖隧道浅深埋情况确实定1浅埋和深埋隧道的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。按荷载等效高度的判定公式为： 式中： 浅埋隧道分界深度m荷载等效高度m按下式计算： 其中 S围岩级别；宽度影响系数，；B隧道宽度；iB每增减1m时的围岩压力增减率，以B=5m的围岩垂直均布压力为准，当B<5m时，取i=0.2：B&

19、gt;5m时，取i=0.1。在矿山法施工的条件下，级围岩取： 级围岩取：为了保证结构平安，通常采用的是钢筋混凝土衬砌，在这里作内力检算是按照素混凝土进行的，目的在于通过检算，分析拟定的衬砌内轮廓线是否合理，核查偏心和强度是否满足要求，判定结构配筋按构造配筋，还是必须按内力要求进行配筋。素混凝土衬砌结构内力检算是按破损阶段法对偏心距和强度进行的，具体检算过程如下：1 强度检算a、当时，对于隧道混凝土和石砌体衬砌，由抗压强度控制其承载能力，因此按抗压强度进行检算，其具体计算公式为： 式中 检算截面轴向力偏心距，；M、N作用于检算截面的弯矩和轴向力；K混凝土和石砌结构平安系数，其取值见表5-2 混凝

20、土或砌体的抗压极限强度，参照有关标准取值；b、h截面的宽度和厚度通常b取1m 构件的纵向弯曲系数，对隧道衬砌拱圈及墙背紧密回填的边墙可取 轴向力偏心影响系数，其值为： b、当时，从抗裂要求出发，有截面抗拉强度控制承载能力，其计算公式为： 式中 混凝土的抗拉极限强度，其他符号意义同前。 2 偏心检算 为了充分发挥混凝土的抗压性能，克服其抗拉强度低的缺点，公路设计标准对轴力的偏心距作了限制，如表3-2所示。表3-2 偏心距要求2墙身偏心距隧道和明洞混凝土衬砌基底偏心距岩石地基隧道和明洞石砌拱脚截面混凝土为间歇灌注土质地基边墙为石砌而拱圈用混凝土 设计中衬砌内力计算与检算利用直接刚度法程序求得，并且

21、对所求得的内力进行分析，以确定内轮廓是否合理，以及衬砌结构所要加强的部位。暗洞采用复合式衬砌，明挖段采用整体式模筑衬砌的支护结构形式。本设计通过对隧道做出详细和具体分析，结合工程实例以及公路隧道公路标准的推荐，最终定出武阳隧道合理的支护结构体系。隧道衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、施工条件等，并应充分利用围岩的自承能力。衬砌应有足够的强度和稳定性，保证隧道长期使用平安，设计中应符合以下规定：1) 衬砌断面宜采用曲边墙拱形断面；2) 隧道围岩较差地段应设仰拱。仰拱曲率半径根据隧道断面形状、地质条件、地下水、隧道宽度等因素来确定，路面与仰拱之间可以采用混凝土或片石混凝土填充。当隧道边墙底以下

22、为整体性较好的坚硬岩石时，可以不设仰拱；3) 隧道洞口段应设加强衬砌。加强衬砌段的长度应根据隧道地形，地质和环境条件确定，一般情况下，三车道隧道应不小于15m；4) 围岩较差地段的衬砌应向围岩较好地段延伸510m；偏压衬砌段应向一般衬砌段延伸，延伸长度应根据偏压情况确定，一般不小于10m。以以下出两个隧道支护参数表：表4-1 云阳山隧道复合式衬砌局部支护参数表衬砌类型初期支护二次衬砌C25锚杆钢筋网喷射砼钢拱架级围岩浅埋D25注浆锚杆L=3m双层6钢筋网喷射砼C20厚26cm18工字钢闭合环，间距75cm拱墙部C25钢筋砼45cm，仰拱C25钢筋砼45cm级围岩深埋D25注浆锚杆L=3m双层6

23、钢筋网喷射砼C20厚26cm18工字钢，间距75cm拱墙部C25钢筋砼45cm，仰拱C25钢筋砼45cm级围岩22药卷锚杆L=3m单层8钢筋网喷射砼C20厚22cm22格栅间距100cm拱墙部C25砼40cm级围岩22药卷锚杆单层6钢筋网喷射砼C20厚10cm拱墙部C25砼35cm级围岩紧急停车带双层6钢筋网喷射砼C20厚24cm16工字钢，间距100cm拱墙部C25砼45cm表4-2 垄家垭隧道复合式衬砌局部支护参数表衬砌类型初期支护二次衬砌C25锚杆钢筋网喷射砼钢拱架明洞边坡单层6钢筋网边坡10cm拱墙部钢筋砼60cm，仰拱C25钢筋砼50cm级围岩单层8钢筋网喷射砼C20厚25cm18工

24、字钢，间距80cm拱墙部C25钢筋砼45cm，仰拱C25钢筋砼40cm级围岩D25注浆锚杆L=3m单层8钢筋网喷射砼C20厚18cm4拱墙部C25钢筋砼40cm，仰拱C25钢筋砼40cm5.1 洞门设计的现状12公路隧道洞门设计是在参照铁路隧道洞门设计的根底上，根据公路工程的特殊需要开展设计的，因其受许多因素的影响，加之经验缺乏，设计中存在一些不完美之处,主要有：公路工程在选线时，越岭方案比选等级比铁路抵，资料匮乏，方案充分论证不够，加之常以经济杠杆来决定隧道的长短，故而以短隧道越岭较多，为使得洞身短，节约投资常使进出口洞门处于山谷中，地质、地形条件均不利于洞门结构的布设，缺点有：1坡积层厚，

25、开挖边坡高，开挖量大，环境破坏多，洞门结构稳定性差；2端墙洞顶水沟排水不便；3洞门外须设挡墙或边坡防护，工程量大，造价高；4对行车速度有一定影响。国外洞门形式选取，以保护环境，减少开挖，保持原有地貌为原那么，多采用环框明洞式洞门，该洞门型式简单，各种附属设施布置方便。国内洞门形式受路线位置的影响，多以端墙式洞门为主，该种洞门形式与地形结合紧密，但洞门美化建筑效果差，有时候隧道处于风景区或其它须洞门适度美化的环境中，洞门端墙造型受地形限制，更增加了设计难度。如设计为造型较好的洞门形式，须开挖一定区域，来施作洞口结构或到达一定的视觉效果，工程量大，造价高。我认为洞门形式的选择应以保护环境为原那么，

26、尽量轻巧、简单，以少动自然边界条件为原那么，对有特殊美化要求的洞门设计，应对经济与环境评估作出比选。 隧道洞口位置确实定洞口位置确实定与洞门结构形式、边仰坡开挖方式、洞口附近地形、地质及水文地质等条件有关。通常采用在1:500的洞口地形图上用作图法初步确定洞门位置，并且通过横纵断面的比拟最终确定。在确定洞口位置时要遵循“早进晚出的原那么，并且为了保证施工及运营的平安，尽量防止开挖深路堑，根据上述两个原那么，可选择覆土层厚度为23m的位置作为洞口的明暗交界处。5.3 洞门构造设计 洞门构造的一般规定1：1. 洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶

27、外缘的高度不小于1.0m，洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m。2. 洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泻水孔；洞门墙的厚度可按计算或结合其他工程类比确定。3洞门墙根底必须置于稳定地基上，应视地形及地质条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定。基地埋入土质地基的深度不应小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不应小于0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m；地基为冻胀土层时，应进行防冻胀处理。基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。4松软地基上的根底，可采取胛骨根底措施。5洞门结构应满足抗震要求。根据构造要求，结合工程实例以及铁路隧道洞门标准图，来拟定各局部尺寸。隧道施工组织设计是指

28、导隧道施工的根本技术和经济文件。它是根据交通行业施工文件的要求，工程的性质，现场的具体条件，施工的技术装备和施工力量等，确定合理的施工方法和施工进度，对于整个工程的施工过程作出科学较全面的规划和布置，并制定隧道工程所需的投资、材料、机具，设备劳动力等供给方案，从而指导隧道施工平安、有序、快速的进行。施工组织设计的内容主要包括：施工方案、施工进度、人机材人力、机械和材料需要量、现场平面布置。这四项内容有机地联系在一起 ，互相促进互相制约。这四项内容以施工进度为主，先保证隧道工程的工期要求，施工方案是根本，资源需要量是保证施工进度和施工方案实施的必要条件，也是决定施工现场平面布置的重要因素。对于本

29、设计隧道属于高速公路山岭隧道，采用新奥法施工，其具体的施工组织设计内容为：1、确定合理的施工方案及相关辅助施工措施；2、施工进度安排及资源编制；3、交接桩工作；4、现场监控量测。其中现场监控量测将在具体设计的时候做作出详细论述。6.1 施工方案比选1.公路隧道常用的开挖方法有：1全断面开挖法：按照隧道设计轮廓一次爆破成型，然后进行喷锚支护和二次衬砌的施工方法。2.台阶法：指正台阶二步开挖法，是全断面开挖的改良方法。根据台阶的不同又可以分为：1 长台阶法：指上下台阶之间的距离较远，一般上台阶超前50m以上，或大于5倍洞跨。施工中上下部配属同类机械进行平行作业，当机械缺乏时也可用同一套机械设备交替

30、作业。2 短台阶法：这种方法的上部台阶长度小于5倍但大于11.5倍洞跨，上下断面多采用平行作业，由于短台阶法可以缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩的变形，故适用范围较广。3 超短台阶法：这种方法的上台阶仅超前35m，只能用交替作业施工。其缺点是：上下断面相距较近，机械设备集中，作业时间相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。3.台阶分布开挖留核心土法：这种方法将开挖断面分成环形拱部，上部核心、下部台阶三个局部，主要适用于土质围岩及软弱围岩。施工中可根据土质的好坏，将环形拱部断面分成一块或几块开挖。环形开挖尺寸一般11.5m，不宜过长。因其上部留有核心土支挡开挖工作面，且施工时

31、能迅速及时地施作拱部初期支护，所以开挖面稳定性好。核心土和下部开挖均是在拱部支护完成的情况下进行的，施工较平安。4.CD法：此法是把断面分成四块，即先行导坑上部，先行到坑下部，后行导坑上部，后行导坑下部。此法适应于跨度断面大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中的浅埋隧道。5.双侧壁导坑法眼镜法：此法将整个断面分为6块，左导坑上部 、左导坑下部、右导坑上部、右导坑下部、中央部拱顶、中央部其它局部。适用于断面跨度大、地表沉陷要求严格、围岩 条件特别差的浅埋隧道。6.CRD法：为了增加掌子面的稳定，控制下沉量，可采用增设临时仰拱的措施封闭成环，即CD工法变成CRD工法。此法适用于浅埋软岩的大跨或特大跨

32、隧道，它具有台阶法及侧壁导坑法的优点，与侧壁导坑法相比具有较快的施工速度；同时本法通过中隔墙的减跨、临时仰拱及时封闭成环组成有力的支护体系，能非常有效的控制拱部下沉与收敛。表6-1 几种施工方法的比拟工程全断面法台阶法CD法双侧壁导坑法CRD法工法的平安性不够平安不够平安较平安平安平安施工技术难度低较低较高高高施工机械类型大型大、中型中、小型小型小型施工工序简单较简单较多多多工程造价低较高较高高高掌子面的稳定性差较差较好好好地表沉陷大较大较小小小周边收敛控制差较差较好好好适用范围地质条件好，有三条机械化施工作业线地质条件较好、技术熟练地质条件较差、平安要求高跨度大、平安要求高地质条件差、平安要

33、求高 通过对各种施工方案的必选，并且考虑隧道的实际工程地质条件以及现场的机械设备确定各级围岩衬砌的开挖方法。6.2 辅助施工措施设计隧道进出口开挖，由于覆土层比拟薄，地质条件比拟差，以及开挖洞内软弱围岩开挖，如果施工不当，易引起土体坍塌，造成施工危险，影响施工进度，为了保证施工的顺利进行，采取辅助施工措施来作超前预支护，加固周边围岩。常用的辅助施工措施有3：超前锚杆：主要用于土砂质地层、膨胀性地层、裂隙发育的岩体以及断层破碎带中；管棚：主要用于隧道位于松软地层中，或遇到从塌方体中穿过，或浅埋隧道，要求限制地表沉陷量，或在很差的地质条件下进洞等情况中；超前注浆小导管：适用于较枯燥的砂土层、砂卵石

34、层、断层破碎带、软弱围岩浅埋段。此外，还有预注浆加固地层和地表注浆锚喷预加固等措施。根据工程经验，对于本设计，在进出口级围岩处采用管棚，级围岩地段采用超前小导管注浆来加固地层，级围岩采用超前锚杆加固。具体设计将在设计说明书中详细介绍。6.3 钻爆设计开挖土体采用钻爆技术，是新奥法施工的一项关键工作，占整个隧道施工工程量的比重较大，造价约占20%-40%，同时钻爆施工是控制隧道工期的关键工序，对于保证开挖速度、保证围岩稳定和支护平安有重要意义，因此对钻爆开挖作业提出如下要求：1.按设计要求开挖出端面包括形状、尺寸、外表平整度及超欠挖等要求；2.石碴块度石碴大小运中，抛掷范围相对集中，便于装碴运输

35、；3.钻眼工作量少，掘进速度快，少占作业循环时间，并尽量节省爆破器材；4.爆破在充分发挥其能力的前提下，减小对围岩震动破坏，以保证围岩稳定；5.减少对施工用机具设备及支护结构的破坏，减少周围环境的破坏。6.3.1 钻孔机具和爆破材料选择目前在隧道开挖爆破中，广泛采用的钻孔机具为凿岩机和钻孔台车，其工作原理都是用镶嵌在钻头体前端的凿刃反复冲击并转动破碎岩石成孔。钻孔台车适宜用于大断面或全断面隧道开挖中使用。施工的时候可根据具体的开挖方法，以及现场的施工条件决定采用什么钻孔机具。爆破材料是指炸药和起爆、传爆材料，起爆、传爆材料主要包括雷管、导火索、导爆等能提供和传递起爆能量，使炸药发生爆炸的材料。

36、1） 炸药选择炸药的性能主要取决于所含化学成份，主要性能有敏感度、爆速、爆力、猛度殉爆距离、爆炸稳定性和临界直径，最正确密度，管道效应和安定性。隧道爆破中使用的炸药，应该是爆炸力大、使用平安、产生油毒气体少的炸药。目前工程用炸药一般以某种或几种单质炸药为主要成分，另加一些外加剂混合而成。常用的炸药类型有铵锑炸药，浆状炸药和乳化炸药。我国通常将隧道爆破用的炸药制成药卷使用，标准药卷规格为外径32mm，装药净重为150g，长度200mm。另外常用的药卷直径型号还有22mm，25mm，35mm，40mm等，长度为165500mm，可按爆破设计的装药结构和用药量来选择使用。用于光面爆破的炸药，有爆速低

37、、猛度小、密度小的要求，通常制成小直径药卷。2） 起爆、传爆材料起爆传爆材料作用在于在装药以外的平安距离处通过发爆点火，通电或激发枪和传递，使安在药包或药卷中的雷管起爆，并引发药包或药卷爆炸，从而爆破岩石，常用的起爆传爆系统有：导火索和火雷管，电雷管，及塑料导爆管与非电雷管分别组成的系统。根据现在常用和工程类比的方法，为实现微差爆破20ms-400ms，本设计采用非电毫秒雷管。3） 炮眼直径炮眼直径大小对凿岩速度，炮眼数目，炸药单耗量，隧道壁的平整程度和石碴块度等有影响。炮眼直径应与药卷直径的大小相匹配，以免发生管道效应，导致药卷拒爆。常采用不耦合系数来控制两者关系，不耦合系数，取值为1.1至

38、1.4之间，且要求药卷直径不小于炸药的临界直径。实际爆破设计时，对掏槽眼及辅助眼应采用较小的值，以提高炸药的爆破效率；对周边眼那么可采用较大的值，以减小对围岩的破坏。通常的隧道开挖爆破，就是将开挖断面的不同种类炮眼分区布置和分区顺序起爆，逐步开挖扩大槽口，共同完成一个循环进尺的爆破掘进。其中掏槽眼最先起爆，为临近炮眼和爆破创造临点面，掏槽眼质量的好坏，直接影响整个隧道爆破的成败。根据施工方法，开挖断面大小，围岩状况和凿岩机具的不同，掏眼方式分为斜眼掏槽和直眼掏槽。由于直眼不受围岩软硬和开挖断面大小的限制，可以钻深眼，长短钻杆配合可实现多台凿岩机同时作业，爆破碴石集中，便于快速出渣，有利于加快掘

39、进速度，不易打坏支撑，排架及其他设备。掏槽眼形式确实定可结合工程类比法。周边眼爆破爆破方法主要有光面爆破和预裂爆破，主要是征对周边眼的设计来说的，通过正确确定周边眼的各爆破参数，使爆破后的围岩断面轮廓线整齐，最大限度地减轻围岩的震动破坏，尽可能的维持围岩完整性和稳定性的爆破。本隧道设计采用光面爆破，光面爆破对围岩扰动小，又尽可能保存了围岩自身原有的承载能力，从而改善了衬砌结构的受力状况；又由于围岩壁面平整，减少了应力集中和局部落石现象，增加了施工平安度；减少了超挖和回填量，假设与喷锚支护相结合，能节省大量混凝土数量，降低工程造价，加快施工进度。周边眼的设计参数如下：1周边炮眼间距如图6-1所示

40、，在不耦合装药的前提下，光面爆破应满足炮孔内静压力合理必须小于爆破岩体的极限抗压强度，而大于岩体的极限抗拉强度的条件。周边炮眼间距： (6-1) 其中=10-16。 图 6-1 光面爆破周边眼布置2） 光面层厚度及炮眼密集系数光面层厚度就是周边炮眼爆破的那一局部岩层，即周边炮眼的最小抵抗线W。周边眼密集系数是周边炮眼间距与最小抵抗线的比值。实践说明，光面爆破以K=0.8左右为宜，光面层厚度一般取50-90cm。 3周边眼装药量而选的2号岩石硝铵炸药直径为25mm，每延米的炸药用量为0.48kg，即=0.48kg/m，装药系数、×0.4=0.192kg/m，因此可以满足线装药密度控制要

41、求(0.04-0.4kg/m)。4周边眼的布置炮眼的布置受地质条件、断面大小、炸药性能等因素的影响。周边眼应严格按照设计要求来布置，断面拐角处应布置炮眼。为了满足钻机钻眼需要和减少超欠挖，周边眼设计位置应考虑3%5%的外插斜率。并应使前后来两排的衔接台阶高度即锯齿形的齿高最小为准，此高度一般要求为10cm左右，最大也不应大于15cm。一般地，对于松软岩层，眼底应落在设计轮廓线上，对于中硬岩及硬岩，眼底应落在设计轮廓线下1015cm，底板眼一般都落在设计轮廓线以外。根据设计隧道的地质资料，并且根据工程类比法确定。炮眼深度是指炮眼底到开挖作业面的垂直距离，合理的炮眼深度，对提高掘进速度和炮眼利用率

42、都有较大的影响。计算方法是根据每一循环所要求的进尺数及实际利用的炮眼利用率来确定，计算公式为： (6-2)式中 l 炮眼利用率，一般不低于85%，本设计取90%单位炸药消耗量即爆破单位体积岩石的炸药平均消耗量，是计算炮眼数目的重要依据，根据国家相关的规定确定。 是指在一定开挖面上钻炮眼的数量，它直接影响凿岩的工作量，过多或者过少都会降低爆破的效果和掘进速度。其计算公式为3： (6-3)k爆破单位岩体岩石的炸药平均消耗量，简称炸药的单耗量，kg/m3；s开挖断面面积；a装药系数，即装药长度与炮眼睛全长的比值，隧围岩、炮眼的类别不同而不同，一般取0.5-0.8；r每延米药卷的炸药重量，kg/m。装

43、药结构是指继爆炸药和起爆炸药卷在炮眼中的布置型式。按起爆药卷在炮眼中位置和其中雷管的聚能穴的方向可以分为正向装药和反向装药，按其连续性那么可分为连续装药和间隔装药。掏槽眼和辅助眼多采用大直径药卷孔底连续装药，周边眼可采用小直径药卷连续装药或大直径药卷间隔装药。炮眼布置应按以下原那么进行布置：a将算出炮眼数目均匀或大致均匀的分布于开挖面上；b掏槽眼一般布置在开挖面中央偏下部，其深度应比其他掘进眼深1520cm，为了得到平整的开挖面，除了掏槽眼和底部炮眼外的所有掘进眼眼底应落在同一个平面上，底部炮眼深度一般与掏槽眼相同或略小；2之间，要与循环进尺断面大小和掏槽方式相协调；d辅助眼应由内向外逐层布置

44、，逐层起爆，逐步接近开挖断面轮廓形状；e严格按照设计位置布置周边眼；f当炮眼深度超过2.5m时，靠近周边眼的内圈与周边眼有相同的斜率，对于本设计因为炮眼深度小于2.5m，所以可以不考虑；g当岩层层理明显时，炮眼方向应尽量垂直于层理面，如节理发育，那么炮眼位置应避开节理，以防卡钻和影响爆破。6.4 施工进度方案与劳动力、资源编制 具体的组织与设计参照?隧道施工及组织管理指南?4进行设计。 附属设施设计包括了：防排水设计、通风照明设计、电缆槽设计、路面路基结构设计、紧急停车带设计等。 防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理的原那么，结合水文地质条件，施工技术水平，材料来源和本钱等，选

45、择适宜的方法，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车平安。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外形成一个完整畅通的防排水系统。防排水要求 ，按高速公路要求设置：1） 拱部、边墙、路面、设备箱洞不漏水；2） 有冻害地段的隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结；3） 车行横通道，人行横通道等效劳通道拱部不滴水，边墙不淌水；4） 注意保护自然环境，当隧道内渗水引起地表水减少，影响居民生产、生活用水时，应对围岩采取堵水措施，减少地下水渗漏。本隧道设计主要防水设施为防水层含无纺布、衬砌防水、止水带等；主要排水设施为隧道内中心排水水沟、纵向盲沟、竖向盲管、两端路侧边沟等；主要堵水措施有围岩体内压注水

46、泥浆或其它化学浆液、设止水墙等。 通风设计由于车辆在隧道内部行驶会排放尾气，尾气中含有一氧化碳、烟雾等有害物质，为了冲淡有害物质浓度，将洞外新鲜空气引进隧道内面，满足司机呼吸要求，必须进行隧道通风设计。公路隧道通风设计应综合考虑交通条件、地形、地物、地质条件、通风要求、环境保护要求、火灾时的通风控制、维护与管理水平、分期实施的可能性、建设与营运费用等因素。根本要求如下：1单向交通隧道设计风度不宜大于10m/s，特殊情况下可取12m/s，人车混行的隧道设计风速不应大于7m/s。2风机产生的噪声及隧道中的废气集中排放均应该符合环保要求.3) 确定的通风方式在交通条件等发生变化时，应具有较高的稳定性，并能适应火灾工况下的通风要求。4隧道内营运通风的主流方向不应频繁发生变化。从世界各国的隧道实例来看，长度在200m以下，甚至200500m的对向交通隧道，在一定的交通量以下，可以考虑用自然通风。武阳隧道采用机械式通风，通风量的计算应根据稀释隧道内空气中的有害物浓度到达允许浓度时所需的新鲜空气量确定。?公路隧道通风照明设计标准?JTJ026.1-1999对照明作出了规定，具体可查询此标准。其他附属设施设计包括了设备管线沟设计, 路面路基设计，行人、行车横洞