[毕设论文]天台山公路隧道设计

1、本科学生毕业设计天台山公路隧道设计系部名称： 土木与建筑工程学院 专业班级： 土木工程（岩土）11-3班 学生姓名： 臧浩然 指导教师： 刘振平 职 称： 讲师 黑 龙 江 工 程 学 院二一五年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of Tiantai HillHighway TunnelCandidate：Zang HaoranSpecialty：Civil Engineering（Geotechnical）Class：11-3 Supervisors：Liu Zhenping Heilongjiang Institute o

2、f Technology2015-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计 I摘要本设计为天台山公路隧道设计，该隧道位于雅安泸沽高速公路第五标段，为直线型分离式单向行驶两车道长隧道，上行线桩号为K95+238K96+704，全长1466m；下行线桩号为K95+230K96+688，全长1458m。所处围岩级别为III、IV、级。隧道采用单向坡，坡度分别为1.2%、1.3%。隧道衬砌采用复合式衬砌，断面形式为曲墙拱形断面，洞门为翼墙式洞门，明洞与暗洞形式相同，明洞采用明挖法施工，暗洞采用新奥法施工。本次设计主要内容为隧道总体设计、明洞设计、衬砌设计、通风照明设计、防排水设计、施工方案设计。通

3、过总体设计确定了隧道平面、纵断面、横断面线形及人、车行横通道位置；通过洞门设计确定了洞门的位置及形式；通过明洞和衬砌设计确定了明洞长度、明洞及衬砌结构形式；最后确定了通风照明防排水及施工方案并绘制了30张图纸。通过以上设计，经验算后，确定本次设计合理，方案可行。关键词：隧道；衬砌；明洞；洞门；明挖法；新奥法 IIABSTRACTThis is the highway tunnel design of Tiantai hill . The tunnel is located at the 3th section of the highway of Shijin to Lugu . It is a

4、 linear separated one-way tunnel with two lanes on eachside . The uplink is K95+238K96+704 , and its total length is 1466m . The downlink mileage is K95+230K96+688 , and its total length is 1458m .The strength of the surrounding rock of the tunnel belongs to III and IV level. This tunnel is designed

5、 as single slope, and the slope are 1.2% and 1.3%. The combined type is used linking . The cross section form of the tunnel is curved walls aches, and the tunnel portal is designed as the wing wall. Meanwhile, the open cut hole and the dark hole have the same form . The open excavation method is use

6、d to construct the open cut hole, and the dark hole was constructed by NATM .The main content of this design includes the overall tunnel design, the open cut hole design , the lining design , ventilation and lighting design , waterproof and drainage design, construction scheme design . According to

7、the overall tunnel design determined the tunnel plane , vertical section and cross section , and the cross channel positions for pedestrians and vehicles. Cross section the location and the form of the tunnel portal are determined , and identified the length of tunnel , strctural formsof the open cu

8、t hole and the lining are confirmed . At last, it determined the design for lighting and ventilation , and drainage construction schemes , and made twenty-seven drawings . According to the above design, after checking , proved the design is reasonable and the scheme is feasible .Keywords:Tunnel;Lini

9、ngs;The open cut hole;Portal;open excavation method; NAT黑龙江工程学院本科生毕业设计目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc19815 摘要 绪论选题的目的和意义毕业设计是对大学四年学习知识的检验和考察，通过这次毕业设计使学生对本专业的知识有更深一步的了解，和更深一步的掌握，以便在以后的学习工作中能灵活的运用所学专业的知识。本项设计是雅安至泸沽高速公路天台山隧道设计，公路等级高，技术标准高，将其作为毕业设计课题，是把所学的专业知识、基础理论、基本技能综合运用于实际工程设计中的一次完美组合，本项毕业设计有针对性

10、地在隧道选线、隧道衬切、支护设计、隧道洞门设计、隧道防排水设计、隧道通风照明设计等方面进行了研究，通过比较的研究方法，能够使我掌握各分项设计中的重难点，掌握计算的方法及计算要点，满足我以后工作和继续深造的需要。隧道工程发展现状 我国交通隧道的建设有3个非常明显的趋势：一是需修建的长隧道越来越多，长度越来越长；二是以隧道方式跨越江、河、湖、海水域的工程越来越多；三是城市隧道和地下铁道的建设将迎来高潮。在隧道施工技术方面，从20世纪六七十年代钢钎大锤作业的施工方法，到80年代推广应用“新奥法”，20世纪又引进了大型隧道掘进机（TBM），从液压凿岩台车的应用到隧道掘进机的引进，以及在地铁隧道和城市隧

11、道中广泛采用盾构法，隧道施工技术有了很大的进步，有些方面达到甚至超过了国际先进水平。在隧道施工中，较为广泛地采用“新奥法”原则的矿山法技术改进和发展方向是：提高开挖成洞速度；提高应变能力，降低工程成本；改善施工作业环境条件和安全技术，隧道掘进机和盾构施工方法具有施工速度快、隧道成型好、机械化强度以及周边环境一个像小等显著优点，沉管隧道适用于水底地形平坦、水深及跨度不太大的情况，在我国也将逐渐得到应用。21世纪我国交通隧道的建设和隧道施工技术必将有一个新的更大的发展。今后，从可持续发展战略出发，我国隧道工程技术发展的重点:一方面是隧道工程质量，包括工程质量的控制和检测技术；另一方面是隧道工程与生

12、态环境的协调，例如洞口环境的保护、围岩变形和地表沉降的控制、地下水资源的保护等。这些问题不但涉及施工新技术的开发，而且关系到设计理念的转变。设计依据主要设计资料（1）天台山地形图；（2）天台山隧道起终点里程及坐标；（3）天台山隧道工程地质勘察报告；（4）设计车速，交通量及增长率；（5）各级围岩的物理力学指标标准值。技术标准及技术规范（1）公路勘测规范（JTG C10-2007）（2）公路隧道设计规范（JTG D70-2004）（3）公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）（4）公路工程技术标准（JTG B01-2014）（5）公路隧道交通与辅助设施施工技术规范（JTG/TF72-201

13、1）（6）公路隧道交通工程设计规范（JTG/T D71-2004）（7）锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB 50086-2001）（8）公路工程地质勘察规范（JTG C20-2011）（9）公路隧道照明设计细则（JTG/T D702/2-01-2014）（10）公路隧道通风设计细则（JTG/T D702/2-01-2014）设计内容1、隧道总体设计（1）工程地质评价；（2）围岩等级确定；（3）隧道选址；（4）隧道平面、纵面、横断面设计。2、隧道洞门设计（1）洞口选址；（2）确定洞门形式。3、隧道明洞设计（1）明洞长度计算；（2）确定明洞形式；（3）洞门构造设计。4、衬砌结构设计（1）围岩压力计算

14、；（2）衬砌内力计算；（3）衬砌强度验算。5、防水和排水设计6、通风和照明设计7、施工方案设计8、施工图绘制建筑材料选用根据公路隧道设计规范，所选取的建筑材料如下：级围岩：采用超前小导管的辅助施工方案；初期支护为长3m25普通砂浆锚杆，系统锚杆纵横间距100100cm，梅花型布置；12单层钢筋网，网格间距2525cm，18号工字钢，间距80cm；初次衬砌采用15cm厚喷射混凝土，二次衬砌为45cm厚C25模筑混凝土带仰拱。初衬和二衬之间设置1.2mm厚的PVC防水板和300g/m2无纺布作为复合防水层不变。级围岩：采用超前小导管的辅助施工方案；初期支护为长3m25普通砂浆锚杆，系统锚杆纵横间距

15、100100cm，梅花型布置；12单层钢筋网，网格间距2525cm，18号工字钢，间距80cm；初次衬砌采用15cm厚喷射混凝土，二次衬砌为35cm厚C25模筑混凝土带仰拱。初衬和二衬之间设置1.2mm厚的PVC防水板和300g/m2无纺布作为复合防水层不变。级围岩：级围岩部分初期支护拟采用长3m25普通砂浆锚杆，系统锚杆纵横间距150150cm，梅花型布置，12单层钢筋网，网格间距2525cm，18号工字钢，间距100cm，10cm厚喷射混凝土，初次衬砌采用15cm厚喷射混凝土，二次衬砌为35cm厚C25混凝土不带仰拱。初衬和二衬之间设置1.2mm厚的PVC防水板和300g/m2无纺布作为复

16、合防水层不变。行人横洞衬砌设计为初期支护采用5cm厚C20喷射混凝土，局部锚杆，二次衬砌为20cm厚素混凝土，初衬和二衬之间设防水板和无纺布作为复合防水层。行车横洞衬砌设计为初期支护采用10cm厚C20喷射混凝土，锚杆纵横间距100100cm，梅花型布置，8单层钢筋网，网格间距2525cm，二次衬砌为35cm厚素混凝土，初衬和二衬之间设防水板和无纺布作为复合防水层。拟解决的主要问题（1）隧道选址；（2）隧道洞门位置及形式选择；（3）隧道衬砌断面设计。 隧道总体设计隧道工程概述拟建天台山隧道位于四川省汉源县县城SW约10km的小堡乡境内，线路进口接青杠嘴特大桥，出口接宰螺河大桥；隧道进、出口紧邻

17、大渡河右岸展布，横穿大渡河右岸凸岸“尖顶山”山脊，为双洞分离长隧道；隧道上行线长1466m,下行线长1458m，单洞双车道，建筑限界净宽10.25m，净高5.0m，上、下行线洞净距设计为45m；上行线起止里程桩号为K95+238K96+704，设计路基标高852.5872m，纵坡1.3%，横坡-2%；下行线起止里程桩号为YK95+230YK96+688，设计路基标高852.5870m，纵坡1.2%，横坡2%。隧道工程地质条件拟建隧道在工可勘察阶段共施工钻孔1个，位于天台山山脊斜坡，揭露岩性均为流纹斑岩，初步勘察阶段在进、出口共施工钻孔3个，分别位于详细勘察线路桩号K95+288.57R6.79

18、、K96+594.70L15.30及K96+645.32L19.70，此次详细勘察设计钻孔3个，即ZK95+264.5R5.0、ZK95+680.0R20.0及ZK96+683.0R8.0，施工钻孔分别位于拟建隧道进口、进口上部斜坡及出口。地形地貌隧址区位于川藏高原与四川盆地过渡带，大渡河位于拟建隧道西北侧，地形地貌主要受地质构造及岩性控制，山川水系与构造近一致，多呈南北向展布，宏观上呈两山夹一河(大渡河)的地貌形态。拟建隧道穿越区内最高山尖顶山，海拔1410m，山体浑厚。隧址区内最低面大渡河一般季节河面标高仅775m，河谷宽缓呈“U”形，坡降约0.81.2%，水流湍急，由西向东流。地形由西向

19、东逐渐变低，区内相对高差达635m，属剥蚀构造中等切割中山缓脊宽谷地貌。拟建隧道穿越的顶尖山位于大渡河河曲右岸，系一向N60W突出倾伏的山脊，呈SE高NW低之势，相对高差近635m。拟建隧道进、出口分别位于尖顶山NE部大渡河南侧山梁(岗子上)斜坡及小堡乡背部山体陡坡下。尖顶山植被覆盖一般，多为近年来退耕还林后形成的少量灌木及杂草，水土流失严重。大渡河两岸、级阶地、堆积扇发育，阶地多被开垦辟为旱地及修筑民居。地层岩性据地面地质调查及钻探揭露表明隧址区场地地层由新至老为：1.第四系全新统坡残积层（Q）含角砾低液限粘土：黄灰色、褐红色，角砾成分为流纹斑岩及少量正长岩，呈棱角状，石质多为强风化，一般粒

20、组组成为：60mm约占10%，602mm约占1530%，0.074mm约占60%，硬塑；主要分布于拟建隧道穿越的尖顶山山脊及其边沿斜坡表面，厚0.25m不等。2.第四系全新统崩坡积层（Q）块石：褐黑色、暗紫红色，石质成分为流纹斑岩、英安斑岩、熔结火山角砾岩，块石约占80%，最大块径达9.9m，多为弱风化石质，呈棱角次棱角状，呈松散堆积，具架空结构，充填少量粉粘粒及角砾。该组地层主要分布于隧道出口坡脚(K96+600K96+675)一带，厚212m不等。3.上中更新统冰积、冰水沉积层（Q）该层以小块石夹土、块石夹土为主，分布于尖顶山NE端斜坡段(K95+160K95+891)，在进口段处堆积形成

21、冰积扇，主要为就近岩体经冰蚀、冰水沉积形成，一般厚度在525m，经ZK95+264.5R5.0m揭露其厚度达32.30m，结合青杠咀大桥相关钻孔及ZK95+680R20.0钻孔揭露其底部与苏雄开建桥组流纹斑岩和晋宁期花岗岩（2）呈分段不整合接触，揭露其主要土性为含砂低液限粉土，块石夹土、块石质土、小块石夹土、小块石质土及含细粒土角砾土。4.第四系中更新统冰积冰水堆积层（Q）块石夹(质)土：分布于出口段，杂色，石质成份以花岗岩、花岗闪长岩及流纹斑岩为主，次为流纹岩、英安岩、安山岩及辉绿岩、凝灰岩等组成，根据ZK96+683R8.0及宰螺河大桥ZK96+709.5揭露其一般粒径组成为：200mm约

22、占3060%，20060mm约占1535%，6020mm约占1015%，202mm约占510%，余为少量砂及细粒充填。呈棱角状圆状，石质坚硬，成分多为弱风化，湿，中密密实，厚度分别为25.70m、28.00m，上部覆盖0.504.00m的含砾低液限粉土，下伏NQx半成状泥岩。出口浅埋段洞身、洞顶及洞底路基多为中密块石质土。5.第四系全新统上第三系上新统昔格达组（NQx）泥岩与砂岩不等厚互层：灰、黄灰、褐灰色，矿物成分以粘土矿物及长石、石英为主，含少量云母碎片，砂、泥质结构，薄中厚层状构造，疏松，水平微细层理发育，呈半成岩状，质极软，强度低，具饱、脱水特征，属极软岩，在隧道出口段ZK96+683

23、R8.0揭露其埋藏于25.7029.90m，厚4.20m，位于洞底下部，伏于中密块石夹土下；地表出露主要分布于隧道进口以东约180m的大渡河右岸。6.晋宁期花岗岩（2）花岗岩：紫红及紫灰色，中、粗粒等粒结构，块状构造，主要矿物成分为石英、钾长石、正长石，均呈他形半自形晶，斑晶主要为黑云母、条纹长石为主，约占2060%，发生弱绢云母化、绿泥石化蚀变。晚期侵入流玟斑岩中。岩体破碎较完整，分布于隧道洞身地表K95+565YK95+814，洞轴线K95+741K96+037（夹于洞身段中部），宽249236m，该地层岩性为隧道开挖的主体岩性之一。7.震旦系下统开建桥、苏雄组（Zas-k）该组地层以流纹

24、斑岩为主，与熔结火山角砾岩、英安斑岩等构成喷发韵律，夹安山岩。暗紫红色、紫灰色、绿灰色，玻基斑状结构、玻基交织结构，流纹斑杂状、块状构造，矿物成份以钾长石及石英为主，斑晶矿物以钾长石、石英、酸性斜长石为主，斑晶110mm，含量2545%，基质为玻璃质及长英质。裂隙发育，岩体呈破碎较完整状，节理裂隙面见少量绢云母化蚀变矿物，表层岩体较破碎呈块状及碎石状，强风化带厚度08m。分布于隧址进口及出口至山脊段；熔结火山角砾岩及英安斑岩主要分布于出口，与流纹斑岩相间产出，产状不规则，多以俘虏体产出。流纹斑岩为隧道进、出口段开挖揭露的主体岩性。 喷出岩(流纹斑岩、安山岩、英安斑岩、熔结火山角砾岩等)喷发韵律

25、在岩性触带上存在有多条一定宽度(1550m)的构造破碎带，花岗岩岩体内部亦存在在有构造破碎带，据地面地质调查构造破碎带均倾向于SWW向，倾角一般5070。地质构造区域构造仅在隧址区进口在建环湖路上见有一小型断裂构造，该断裂隐伏于地表冰积块石夹土下，带宽610m，可见延伸长度14m，断裂产状为28046，破碎带内为构造角砾岩及糜棱岩，两侧为流斑斑岩及辉长岩岩脉。由于该隧道覆盖层厚，可能还隐伏有多条小型断裂破碎构造。隧址区地质构造隧址区内地表无褶皱、隆起及大型断裂存在，隧址区在大渡河沿岸间断性地出露有流纹斑岩、花岗岩及安山岩、英安斑岩、熔结火山角砾岩，该套岩性多呈块状、大块状，局部岩体较完整。地震

26、根据中国地震动峰值加速度区划图及中国地震动反应谱特征周期区划图知测区地震动峰值加速度为0.15g及地震动反应谱特征周期为0.45s；拟建隧道区为7度地震基本烈度区；区内近年来未发生过破坏性的地震。水文地质气候和气象勘察区在1：50万区域水文地质普查报告（石棉、贡嘎地区）中，被划为大渡河河谷干燥少雨区。大渡河谷地冬季温暖干燥，春未夏初干旱多风，夏季闷热，四季不分明，具亚热带气候特征。多年平均气温16.918.0，最高40，最低-3.3。无霜期达10个月以上，多年平均降雨量664.4mm，一般小于750mm，最小仅544.8mm，雨季为每年59月，多暴雨或阵雨，雨季降雨量约占全年降雨量的83%。地

27、表水位于隧道进、出口下方的大渡河、宰锣河为隧址区内地表水、地下水汇集排泄地，同时大渡河为区内最低侵蚀基准面。区内冲沟具有流程短、汇水面积小，大暴雨有水流、晴时流量小或无水流、在部分时段内为干沟之特点，隧址区内地表水体不发育。地下水隧址区地下水类型主要为基岩裂隙水，次为松散岩类孔隙潜水。隧址区地下水具有补给、赋存条件差，迳流、排泄条件好，其渗透性能差异大，岩体含水性、富水性均差，地下水贫乏的特点，具有动态变化受时空及降水强度控制特征。总体上水文地质条件简单。环境腐蚀性评价据1：50万区域水文地质普查报告(贡嘎、九龙、金矿、荣经、石棉幅)，该区花岗岩和流纹斑岩类区域地下水水质均属重碳酸钙钾钠(HC

28、O3-Ca-(Na+K)型水，环境水对混凝土均无腐蚀性，对混凝土结构中钢筋、对钢结构具有弱腐蚀。不良地质隧址区现状无滑坡、泥石流、大、中型崩塌等不良地质现象存在。隧道地质评价场地稳定性评价根据中国地震参数区划图（GB183062001），本区地震动反应谱特征周期为0.45s，地震动峰值加速度为0.15g，地震基本烈度为7度，据1：20万石棉幅区域地质调查报告及1：50万石棉、贡嘎幅区域水文地质普查报告说明隧址区为大渡河中等切割不稳定坚硬岩工程地质区，区域稳定性中等。隧址区距榆林磨西石棉区域性活动断裂约30km，远离活动性断裂带，区内无断层通过，流纹斑岩及花岗岩等火成岩呈岩墙、岩钟等产状产出，整

29、体性好，由 (小)块石（夹）土、中密角砾土及流纹班岩、花岗岩等构成的遂址区场地为、类坚硬中硬场地土场地，为抗震有利地段，场地稳定性中等。隧道围岩分级1.围岩基本质量指标BQ和BQ计算表见表2.1表2.1 隧道地质围岩分级表岩性饱和抗压强度岩体纵波波速岩块纵波波速完整系数KvBQ值修正系数修正后BQ值围岩级别（MPa）（m/s）（m/s）K1K2K3左、右洞进、出口浅埋段及流纹斑岩121.983293053500.303360.400.500246洞身段流纹斑岩121.983378353500.554660.20.20426洞身段花岗岩50.160398556090.503650.20.30.5

30、265洞身段安山岩121.983-0.403880.20.50318花岗岩、流纹斑岩(安山岩)接触构造破碎带、花岗岩岩体中的构造破碎带、安山岩岩脉等洞身段夹于流纹斑岩中的英安斑岩121.983441956090.454140.30.50334洞身段夹于流纹斑岩中的熔结火山角砾岩85.389461957630.403880.30.50308出口段夹于流纹斑岩中的英安斑岩121.983421456090.303360.40.50246出口段夹于流纹斑岩中的熔结火山角砾岩85.389333257630.302460.40.50246备注：表中英安斑岩、熔结火山角砾岩及安山岩未采取足够所需参数，因其共

31、生于流纹斑岩中且物理力学参数近似，计算时英安斑岩、安山岩Rc值采用流纹斑岩Rc值，熔结火山角砾岩Rc值采用流纹斑岩Rc值乘以0.7的系数求得，表中Kv值根据Jv值对照查表与钻孔取得(Vp体/Vp岩）2计算值及钻孔岩芯RQD值等因素综合确定；因英安斑岩与熔结火山角砾岩分布无规律，故按夹层处理，实地调绘地表裸露基岩洞身段英安斑岩、熔结火山角砾岩比出洞口浅埋段完整。2.隧道围岩分级表见表2.2表2.2 隧道围岩分级表围岩级别岩土各称段落范围洞身长度（m）所占比例(%)上行线 (YK)下行线(ZK)上行线下行线上行线下行线 （小）块石夹（质）土流纹斑岩 ZK95+238 ZK95+417 YK95+2

32、30 YK95+37316914311.5 9.8安山岩、岩脉构造、破碎带 ZK95+417 ZK95+427 YK95+373 YK95+38720141.40.9流纹斑岩 ZK95+427 K95+698 YK95+387 YK95+62227123518.516.1流纹斑岩、花岗岩间构造、破碎带 ZK95+698 ZK95+744 YK95+622 YK95+66546433.22.9花岗岩 ZK95+744 K95+959 YK95+665 YK95+84021517514.712花岗岩、岩体破碎带 ZK95+959 ZK95+987 YK95+840 YK95+85628161.91

33、.1花岗岩 ZK95+987 ZK96+072 YK95+856 YK96+95285965.86.6安山岩、花岗岩间构造、破碎带 ZK96+072 ZK96+106 YK95+952 YK95+98434322.32.2安山岩 ZK96+106 ZK96+153 YK95+984 YK96+03447503.23.5流纹斑岩 ZK96+153 ZK96+627 YK96+034 YK96+61946358532.341.7流纹斑岩、小块石、块石、夹(质)土 ZK96+627 ZK96+704 YK96+619 YK96+68888695.23.2隧道选址结合本地段的地形地质情况，天台山隧道的

34、选址归结为以下几个方面：（1）选择合适的临界标高，在保证隧道埋深的前提下尽量减少隧道的长度；（2）洞口段中线尽量选择与地形等高线垂直。隧道洞口位置选择综合隧道地址和洞口位置的选择，并结合地质图及进出口相接的大桥，本隧道进出洞口均在小块石、块石类土层中，综合考虑地形地质以及路线需要。该隧道的上行线入、出口桩号为K95+238K96+704，全长1466m；下行线入、出口桩号为K95+230K96+688，全长1458m，上下行线平面均设为直线。隧道线型设计平面设计根据地质、地形、路线走向、通风等因素确定隧道的平曲线线形。隧道平面线形原则上采用直线，避免曲线。本隧道设置四个人行横向通道，一个车行横

35、向通道，设计时速80km/h，根据地形地质资料，确定采用直线隧道。隧道平面设计具体位置见表2.3。天台山隧道为高速公路隧道。根据相关规定高速级公路的隧道应设计为上下行分离的独立双洞，按对两洞结构彼此不产生有害影响的原则，分离式独立双洞的最小净距可根据规范要求取值。具体参考数据见表2.4。表2.3 隧道平面设计具体位置上行线位置下行线位置人横向通道（1）K95+467人横向通道（1）K95+467人横向通道（2）K95+767人横向通道（2）K95+767紧急停车带K95+927紧急停车带K96+007车横向通道K95+967车横向通道K95+967人横向通道（3）K96+167人横向通道（3）

36、K96+167人横向通道（4）K96+467人横向通道（4）K96+467表2.4 分离式独立双洞的最小净距围岩级别IIIIIIIVVVI最小净距（m）1.0B1.5B2.0B2.5B3.5B4.0B注：B隧道开挖断面的宽度。本隧道洞口级围岩，根据表2.2，隧道双洞最小净距应3.5B，即42.2m，本隧道根据洞口地形、地貌和地质条件，两洞净距实际取值为45m。隧道纵断面设计隧道纵断面坡度如表2.5。表2.5 纵断面坡度设计表上行线下行线里程桩号坡度长度里程桩号坡度长度K95+238K96+7041.3%1466K95+230K96+6881.2%1458隧道横断面设计1、建筑限界在建筑限界内不

37、得有任何部件侵入，根据公路隧道设计规范（JTG D70-2004）选取隧道建筑限界的基本值如下：建筑限界设计见图2.3。（a）两车道建筑限界（b）含紧急停车带建筑限界图2.3 主洞建筑限界（单位：cm）（a）紧急停车带 （b）人横向通道建筑限界 （c）车横向通道建筑限界图2.4 紧急停车带、人行、车行洞建筑界限（单位：cm）隧道净宽：0.75+1+23.75+0.5+1=10.75m长、特长隧道按规范应在行车方向的右侧设置紧急停车带，双向行车隧道，其紧停车带应双侧交错设置。天台山隧道属于长隧道，需要紧急停车带，并且需要设车行横通道、人行横洞，根据现行规范，人行横洞和车行横洞的建筑限界如上图所示

38、。2、隧道净空断面隧道的净空设计除应在符合隧道建筑限界的规定外，还应考虑洞内排水、通风、照明、防火、监控、运营管理等附属设施所需要的空间并考虑土压力的影响、施工等必要的富余量，使确定的断面形式及尺寸达到安全、经济、合理。本隧道属于两车道断面隧道，采用三心圆确定衬砌内轮廓线。其内轮廓线见图2.5和图2.6所示。图2.5 标准断面内轮廓图图2.6 含紧急停车带的内轮廓图本章小结隧道总体设计是隧道建设成功与否的关键,是由隧道所处的地区地质、水文地质条件、隧道工程概况等条件进行设计的，包括隧道的选址、洞口位置的选择、隧道平面设计、纵断面设计及隧道横断面设计。为隧道衬砌内力计算，洞门设计，通风、照明防排

39、水设计，施工方法的选择提供依据。 洞门设计洞口段地质评价入口端地质评价入口段围岩由第四系中更新统冰积。冰水沉积层小块石、块石夹土、粉土、角砾土等流纹斑岩组成。第四系土体覆盖层厚7-33m，局部角砾及粉、粘粒富集，稍密实，弱中等泥、钙质胶结；流纹斑岩为硬质岩，强风化厚0-7m，为强风化坚硬岩，系较软岩类；弱风化流纹斑岩，受构造影响较强烈，构造节理裂隙发育，主要发育三组裂隙，主控裂隙走向和洞轴线平行，岩体破碎较完整，呈碎裂状，块状结构，多呈镶嵌碎裂结构及裂隙块状结构，结构面结合差一般。土体自稳能力差，为级围岩。出口端地质评价出口段由第四系全新统块石及中更新统冰 冰水堆积层小块石、块石夹土、粉土等及

40、震旦系苏雄、开建桥组流纹斑岩、英安斑岩、熔结火山角砾岩组成，局部角砾及粉粘粒富集，泥、钙质胶结。流纹斑岩为硬质岩，为弱风化坚硬岩，受构造影响较强烈，构造节理裂隙发育四组，主控裂隙与岩破碎较完整，呈碎裂块状结构，多呈镶嵌碎裂结构及裂隙块状结构，结构面结合差一般。岩石段易产生剥落掉块、落石、土体及半成状砂岩。围岩岩自稳能力差，为级围岩。洞门设计洞门类型选择1、入口端根据隧道洞门处地形和岩性选择为翼墙式洞门：上行线K95+238，下行线K95+230。2、出口端根据隧道洞门处地形和岩性选择为翼墙式洞门：上行线K96+704，下行线K96+688。洞门设计1、洞门构造依据公路隧道设计规范（JTG D7

41、0-2004），洞门结构、形式设计需要满足一定的要求。该隧道采用翼墙式洞门，考虑到洞口围岩性质和洞门与等高线斜交形式，采用路堑偏压型明洞洞门形式。构造图见图3.1、3.2、3.3。 图3.1翼墙式洞门示意立面图图3.2翼墙式洞门示意侧面图图3.3翼墙式洞门示意平面图本章小结洞门的设置与选择，首先重要的就是运营的安全，其次是洞门的样式，不仅要与周围相协调，还应该确保周围资源的合理利用。因此，考虑到天台山两洞口的地质条件，洞门宜采用翼墙是洞门，且设置明洞。天台山隧道是高速公路的隧道，所以，洞口周边的绿化也非常重要，一是美化环境，二是可以有效地防治山体滑坡和泥石流，确保特殊天气的行车安全。 隧道明洞

42、设计明洞的应用（1）浅埋隧道，洞顶覆盖层较薄难以用暗挖法施工者；（2）受坍方、落石、泥石流等不良地质条件危害的隧道洞口或路堑地段；（3）作为与公路、铁路、河沟等立体交叉的一种方法。明洞常位于隧道两端洞口或傍山隧道；在某些情况下，当隧道中部穿过断层或其他破碎地层而离地表又不太深备则明洞亦可位于隧道中部；根据情况，亦有可能整个隧道均用明挖法修建。综上所述，本隧道超浅埋段即采用明洞，并采用明挖法施工。明洞长度确定本隧道围岩等级为IV级，将高度小于等于hq，即超浅埋段设为明洞。有效高度按下式计算： （4.1）代入数据得：=12.283m式中：S围岩级别；宽度影响系数，；B隧道宽度（m）；B每增减1m时

43、的围岩压力增减率，以B=5m的围岩垂直均布压力为准，当B5m时，取i=0.1。将超浅埋段设为明洞，则出入口明洞长度可由公式4.2计算。 （4.2）式中：洞口处山体斜坡坡度；隧道内路面纵坡坡度。代入数据得： （1）设上行线入口段Xm处埋深为hq，斜坡坡度取20，隧道内路面纵坡为1%，则有：，解得。考虑到当地地质因素，上行线入口明洞长度取40m。（2）设上行线出口段Xm处埋深为hq，斜坡坡度取21，隧道内路面纵坡为1%，则有：，解得。考虑到当地地质因素，上行线出口明洞长度取40m。（3）设下行线入口段Xm处埋深为hq，斜坡坡度取40，隧道内路面纵坡为1%，则有：，解得。考虑到当地地质因素，下行线入

44、口明洞长度取20m。（4）设下行线出口段Xm处埋深为hq，斜坡坡度取30，隧道内路面纵坡为1%，则有：，解得。考虑到当地地质因素，下行线出口明洞长度取25m。综上所述，明洞的具体位置见下表4.1。表4.1 明洞位置计算表上行线里程桩号明洞长度（m）下行线里程桩号明洞长度（m）入口段K95+238K95+27840入口段K95+230K95+25020出口段K96+664K96+70440出口段K96+663K96+68825明洞类型选择明洞按结构形式不同主要分为两大类，分别为拱形明洞和棚式明洞。按荷载分布，拱式明洞又可分为路堑对称型、路堑偏压型、半路堑偏压型和半路堑单压型；按构造棚式明洞又可分

45、为墙式、刚架式、柱式等。此外，还有特殊结构明洞，以适应特殊场合。本隧道中，根据围岩等级，地质条件和地形地势，选择路堑偏压型拱式明洞，明洞主要由顶拱和内、外边墙组成的混凝土或钢筋混凝土结构，整体性较好，能承受较大的偏压力。由于内外墙基础相对位移对内力影响较大，所以对地基要求较高。尤其外墙基础必须稳固，必要时需要加设仰拱。通常用作洞口接长衬砌的明洞，以及用明洞抵抗较大坍方推力和支撑边坡稳定。本章小结本章根据规范说明了明洞的应用，结合规定，考虑到实际地质条件，天台山隧道应设置明洞，明洞上下行总长125m，其中上行线明洞长80m，下行线明洞长45m。在修建隧道之后可以采用回填的方式，与山体的走向大体一

46、致，保持了天台山的原有风貌。 隧道衬砌设计概述隧道洞身的衬砌结构根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用要求大致可以分为以下几种类型：喷锚衬砌、整体式衬砌和复合式衬砌。规范规定，高速公路的隧道应采用复合式衬砌。隧道衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、支护结构、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，保证隧道长期安全使用。表5.1 隧道复合式衬砌支护参数表 围岩级别喷射混凝土厚度（cm）锚杆（m）钢筋网钢拱架拱墙仰拱位置长度间距杆体材料III12拱、墙3.01.520MnSi钢筋拱、墙25x25IV15拱、墙3.01.020MnSi钢筋拱、墙252515拱、墙3.01.

47、020MnSi钢筋拱、墙2525表5.2 二次衬砌参数表围岩级别拱墙混凝土（cm）仰拱混凝土（cm）砼级别钢筋种类钢筋直径（mm）钢筋面积(mm2）III3535C20IV3535C25HRB3352519644545C25HRB335251964注：钢筋面积为纵向每延米断面的钢筋面积。表5.3 断面计算参数（单位：m）围岩级别隧道高度H隧道宽度B备注III7.3212.06正常断面IV7.03212.06正常断面7.03212.06正常端面注1：隧道高度h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量；注2：隧道跨度b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量。深埋与浅埋分界截面的判断隧道进、出口段埋深较浅

48、，需按浅埋隧道进行设计。 由明洞计算可知：对V级围岩：深埋与浅埋分界截面的判断m 深埋：浅埋：超浅埋：围岩压力计算基本参数：围岩为级，容重kN/m3，围岩的弹性抗力系数K=0.5kN/m3，衬砌材料为C25钢筋混凝土，弹性模量Eh=2.95kPa。基本参数：围岩为级，容重kN/m3，围岩的弹性抗力系数K=0.5kN/m3，衬砌材料为C25钢筋混凝土，弹性模量Eh=2.95kPa。深埋与浅埋分界截面围岩压力计算1、围岩垂直均布压力根据公路隧道设计规范(JTG D70-2004)的有关计算公式及已知的围岩参数，代入公式： （5.1） 式中：S围岩的级别，取S=4； 围岩容重，根据基本参数=20KN

49、/m3；宽度影响系数，由式=1+i(B-5)=1.706计算；B隧道宽度，B=2（5.43+0.5+0.1）=12.06m； i以B=5.0m的垂直均布压力增减率。因B=12.06m5m,所以i=0.1。所以围岩竖向荷载：2、围岩水平均布压力其中IV类围岩压力的均布水平力，这里取值0.3。级围岩分浅埋和深埋分界截面围岩压力计算1、围岩竖向压力根据公路隧道设计规范(JTG D70-2004)的有关计算公式及已知的围岩参数，代入公式中可得： （5.2）式中：围岩容重，取=17KN/m3；隧道埋深取2.5hq；坑道宽度；为侧压力系数。 （5.3）式中：围岩计算摩擦角取；取0.6代入上式得：=。侧压力

50、系数：所以围岩竖向荷载：2、水平侧压力级围岩深埋与浅埋分界截面衬砌内力计算衬砌几何要素计算图示如下：图5.1 衬砌结构计算图示1、衬砌几何尺寸内轮廓线半径：r1=5.43m，r2=7.93m；拱轴线半径：r1=5.7+0.35/2=5.655m；r2=8.27.93+0.45/2=8.155m拱顶截面厚度：d0=0.35m；拱底截面厚度：dn=0.35m；外轮廓线半径：R1=5.43+0.35=5.78m，R2=7.93+0.35=8.28m；拱轴线各段圆弧中心角：1=90，2=143629。2、半拱轴线长度S及分段轴长S半拱轴线长度：将半拱轴长度等分为10段，则：3、各分块截面中心几何要素（

51、1）与竖直轴的夹角i由于所要平均分配的弧长均在同一圆周上，因此各弧段对应的圆心角也是相等的。角度闭合差：。（2）接缝中心点坐标计算计算时采用以下计算公式：，其中，x、y的计算结果列入表5.4单位位移计算表中。位移计算1、单位位移用辛普生法近似计算，按计算列表进行。单位位移的计算见表5.4。表5.4 单位位移计算表截面sincosxy1/Iy/Iy/I(1+y)/I系数000100279.8800279.8833821111.1123690.1927340.9812511.0802730.105088279.8829.4123013.090871341.7988564222.2247380.37

52、82410.9257072.1200380.416410279.88116.54630848.531077561.5070742333.3371070.5495640.8354523.0803060.922294279.88258.134682238.0759931034.2287394444.4494770.7002800.7138683.9250701.603769279.88448.868165719.8806461897.5003592555.5618460.8247370.5655164.6226512.435281279.88681.5946641659.8744913302.94

53、72024666.6742150.9182680.3959595.1468943.385651279.88947.5874373208.2003025383.2585582777.7865840.9773660.2115545.4781394.419242279.881236.8723285466.0378418219.6658804888.8989530.9998150.0192165.6039655.497296279.881538.60178084582362621996.9233140.992708-0.1205415.5459016.581983279.88

54、184224827016089.50703610104.6080560.967674-0.2522055.3429967.649125279.882140.86293516375.72790520937.3371573078.79240.66829348302.81671769862.870503注1：I截面惯性矩，b取单位长度；注2：不考虑轴力的影响。 计算精度校核：闭合差： 2、载位移主动荷载在基本结构中引起的位移。竖向力：式中：bi衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度。b1=1.113352m，b2=1.071727m，b3=0.989876m，b4=0.870

55、945m，b5=0.719390m，b6=0.540885m，b7=0.342123m，b8=0.130541m，b9=0.00116。水平压力：式中：hi为衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长。h1=0.108241m，h2=0.3207m，h3=0.521146m，h4=0.70207m，h5=0.856695m，h6=0.979226m，h7=1.065087m，h8=1.111039m， h9= 1.111463m，h10= 1.092513m。自重：式中：d接缝的衬砌截面厚度；h混凝土的重度。作用在各楔形块上的力均列入表5.5，各集中力均通过相应图形的形心。均由图直接量得，其值见表5.

56、5。各集中力均通过相应图形的形心。（1）外荷载在基本结构中产生的内力楔块上各集中力对下一接缝的力臂由图5.1量得，分别记为aq、ae、ag。内力按下式计算，则：弯矩： （5.4）轴力： （5.5）式中：、相邻两接缝中心点的坐标增值。M0ip、N0ip的计算见表5.5及附表5.6。表5.5 载位移Mp0计算表截面集中力力臂QaqGagEaeQGEaqagae0000000000154.69909.51191.59550.52300.53730.225828.60585.11090.3603252.65399.51194.72710.46970.51210.322424.73194.87101.5

57、238348.63269.51197.68170.39880.46770.406819.39524.44873.1250442.78959.511910.34850.31300.40580.476013.39213.85974.9260535.34369.511912.62770.21540.32870.52747.61363.12626.6597626.57379.511914.43380.10980.23920.55902.91752.27558.0686716.80859.511915.699400.14080.5697-0.00081.33968.943786.41359.511916

58、.3767-0.10970.03720.5590-0.70350.35359.155090.05709.511916.3830-0.2332-0.04730.5347-0.0133-0.45028.75981009.511916.10360-0.11960.50210-1.13728.0860i-1(Q+G)i-1EXYXi-1(Q+G)Yi-1EM0p0000000001.08030.105100-34.077064.21091.59551.03980.311366.76420.4967-132.4647126.37676.32260.96030.5059121.35563.185-283.

59、9876184.521314.00430.84480.6815155.87689.5436-471.5859236.822724.35280.69760.8315165.203220.2497-674.4382281.678236.98050.52420.9504147.667635.1451-870.5126317.763851.41430.33121.0336105.257653.1413-1039.1941344.084267.11370.12581.078143.294971.3522-1163.6462360.009683.4904-0.05811.0847-20.903590.56

60、09-1241.5999369.578599.8733-0.20291.0671-74.9897106.5790-1280.1381表5.6 载位移Np0计算表截面sincosi(Q+G)iEsini(Q+G)cosiEN0ip0010000010.1927340.98125164.2108931.59547212.3756101.56555910.81005120.3782410.925707126.3767506.32259047.8008065.85286841.94793830.5495640.835452184.52126714.004282101.40624711.69990089