七道拐隧道左线施工图设计Word版（共125页）

1、 2015届学生毕业设计材料（四）学 生 毕 业 设 计课题名称七道拐隧道左线施工图设计姓 名罗明晖学 号1103314-29学 院土木工程学院专 业土木工程（城市地下空间与隧道工程方向）指导教师邓宗伟(副教授)2015年6月2日 目录 HYPERLINK l _Toc21122 摘要 七道拐隧道左线施工图设计摘要：本设计课题为七道拐隧道左线施工图设计，属于公路隧道。隧道进口桩号：zk41+670，隧道出口桩号：zk42+795，路线设计纵坡-2.5。设计过程充分考虑围岩应力特征、结构受力、隧道断面形式、通风等设计因素，使其达到优化结构、保障运营安全和延长适用寿命的目的。最后重视环保、工程绿化

2、和环境后评价。本设计对隧道的设计内容主要包括从地质、地形、经济、环保的方面对路线的方案确定；对隧道平面、纵断面、横断面的设计以满足经济、合理、安全、施工容易等要求；对隧道衬砌结构设计和计算以保证衬砌能够满足围岩压力的要求；在排水设计遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则下，采用完整的防排水体系，使隧道内防水可靠，排水通畅，保证运营期间隧道内不渗不漏，基本干燥；根据隧道进出口地形和工程地质条件，结合开挖边仰坡的稳定性及洞口防排水需要，选用经济、美观并有利于视线诱导的洞门形式；在考虑尽量少刷坡和隧道“早进洞、晚出洞”的原则确定洞门位置；选择合适隧道施工方案使之满足本隧道围岩节理发育

3、、围岩不稳定易发生变形等要求；隧道通风、照明的设计和计算。关键词：方案比选；衬砌结构；施工方法；结构计算；排水；洞门；通风；照明Seven Tunnel Left Line Construction Drawing DesignAbstract：The design of the seven tunnel left wire construction plan, belonging to the highway tunnel. Tunnel entrance number: zk41+670, tunnel exit pile number: zk42+795, route design lo

4、ngitudinal slope -2.5%. Process design fully consider the factors of rock characteristics, structure stress, tunnel cross section form, ventilation design, to optimize the structure and to ensure safe operation and prolong the life of. Finally, environmental protection, engineering green and environ

5、mental assessment. The design of tunnel design content mainly includes from the aspects of geology, topography, economy, environmental protection scheme of route determination; tunnel plane, longitudinal section and cross section of the design to meet the economic and reasonable, safety, easy constr

6、uction and other requirements; on tunnel lining structure design and calculation to ensure the lining can meet the requirements of the pressure of surrounding rock; in the drainage design follow the prevention, drainage and interception and blockage combined, according to local conditions.Not consid

7、ered reliable comprehensive management principle, the complete waterproof and drainage system, make the tunnel waterproof and drainage unobstructed, ensure the operation of the tunnel during infiltration leakage, drying; according to the tunnel import and export terrain and geological conditions, co

8、mbined with the excavation side slope stability and anti hole drainage is required, the choice of economic, beautiful in appearance and is conducive to the line of sight induced portal form; in as little as possible brush slope and tunnel early into the hole and late out of the hole principle to det

9、ermine the portal position; to choose suitable tunnel construction scheme to meet the tunnel surrounding rock joint development, surrounding rock stability is prone to deformation, tunnel ventilation, lighting design and calculation. Keywords: scheme selection; lining structure; construction method;

10、 structure calculation; drainage; portal; ventilation; lighting第一章 工程概况1.1工程概况七道拐隧道位于惠水县断杉镇木兴村至罗甸县罗沙乡水井湾村境内，隧道进口位于断杉镇木兴村南西约450米的中山陡坡地带，路线以南西方向延伸，下穿中山脊状山岭，隧道出口位于罗沙乡水井湾村北西约50米处中山陡坡地带，区内山体走向北东，山体较高大，呈狭长的脊状，延伸较稳定，为本标段最主要的山脊，交通不便。隧道为穿越该山岭而设，隧道型式为分离式，净空(宽高)均为10.755.0m，采用电光照明，机械通风。其中左线里程：ZK41+670ZK42+795，全

11、长1125m；右线YK41+640YK42+815，总长1175m，惠水端和罗甸端洞门型式均为端墙式。拟建隧道路面标高：左线进口处约956.985m，出口处约928.86 m，路面纵向坡度：-2.50%，最大埋深约为163.17m；右线进口处约957.74m，出口处约928.36m，路面纵向坡度：-2.50%，最大埋深约为171.39m。隧道走向南西，稍呈向北西微凸的弧形展布。（1）地形、地貌隧道区属剥蚀峰丛低中山地貌区，地貌特征为山体呈脊状山，走向近北西展布，延伸较远。山体主要由二叠系下统茅口组（P2m）、二叠系下统栖霞组（P2q）、石炭系上统马坪组（C3mp）、石炭系中统黄龙群组（C2hn

12、）碳酸盐岩地层构成。隧道轴线经过处地面标高915.741116.13m，相对高差约200.39m。隧道经过的山体较高大，连绵延伸，地形起伏较大，自然坡度一般3055。隧道轴线与山脉走向基本正交，隧道洞身主要穿越中山，地表植被稀疏，灌木、杂木、杂草稀疏分布，洞身交通不便。（2）地层岩性根据钻探、物探及地质调绘，隧道区地层岩性由新至老为第四系全新统坡残积（Q4dl+el）粉质黏土，二叠系下统茅口组（P1m）、二叠系下统栖霞组（P2q）、石炭系上统马坪组（C3mp）、石炭系中统黄龙群组（C2hn）灰岩。（3）第四系土层 主要为全新统坡残积粉质黏土，主要分布于隧道进、出洞口斜面坡地带及洞身地表，其结构

13、特征如下： 1-42粉质黏土（Q4dl+el）：黄褐色，硬塑，含约5%15%的角砾，粒径一般220mm，分布不均匀。该层土在地表溶槽、溶隙内呈星点状、片状、带状不连续分布，上部常见植物根分布，层厚0.88.4m，隧道围岩类别为级。（4）基岩 基岩为二叠系下统茅口组（P2m）、二叠系下统栖霞组（P2q）、石炭系上统马坪组（C3mp）、石炭系中统黄龙群组（C2hn）灰岩，依据其岩石风化、节理裂隙发育程度及强度差异划分为中风化一个风化岩带：中风化灰岩（P2m），呈层状连续分布，隐晶质结构，中厚层状构造，节理裂隙较发育，裂隙面见褐黄色褐红色铁质浸染，岩质较硬，岩体较完整，饱和单轴抗压强度40.8150

14、.35MPa，平均45.58MPa；弹性波速Vp= 43004450 m/s，根据经验，岩体完整性系数KV=0.350.70，为较破碎较完整岩体。中风化灰岩（P2q），呈层状连续分布，隐晶质结构，中厚层构造，节理裂隙较发育，隙面见褐黄色褐红色铁质浸染，岩质较硬，岩体较完整，弹性波速Vp= 44004600 m/s，根据经验，岩体完整性系数KV=0.500.70，为较破碎较完整岩体。中风化灰岩（C3mp），呈层状连续分布，隐晶质结构，中厚层构造，节理裂隙较发育，隙面见褐黄色褐红色铁质浸染，岩质较硬，岩体较完整，饱和单轴抗压强度为44.28MPa；弹性波速Vp= 43004450 m/s，根据经验

15、，岩体完整性系数KV=0.350.70，为较破碎较完整岩体。中风化灰岩（C2hn），呈层状连续分布，隐晶质结构，中厚层构造，节理裂隙较发育，隙面见褐黄色褐红色铁质浸染，岩质较硬，岩体较完整，饱和单轴抗压强度为42.8144.69MPa，平均43.75MPa；弹性波速Vp= 43004450 m/s，根据经验，岩体完整性系数KV=0.350.70，为较破碎较完整岩体。（5）区域地质构造本区构造形迹定形于燕山期构造作用，使地壳发生大面积间歇性掀斜式抬升。根据区域地质资料，隧道区未见有断裂构造通过，隧道进出口局部沟谷深切揭露出中风化岩层，显示岩层节理裂隙较发育，节理产状不明显。工作区灰岩处于单斜构造

16、，岩层产状：232242，4560。（6）地震及区域稳定性设计线位经过的地区处于地台稳定区，晚近期新构造活动迹象微弱少见，历史上无重大地震记录，未发生5级以上地震。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），区内地震动峰值加速度为0.05g，峰值频谱特征周期为0.35s，全线地震烈度处于度。依据公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）中的有关规定，对于该隧道工程宜按度区进行抗震设防。（7）水文地质条件隧道区未见地表水。地下水主要为第四系松散土层中的孔隙潜水、岩溶裂隙水。第四系松散土层孔潜水分布于表层的残坡积粉质黏土等地层中，该层零星分布，厚度薄、连续性差，一般不含水，仅在降雨后含水

17、，不能形成稳定的地下水面，且迅速向下伏地层渗透和顺坡汇于低洼地带，补给下伏地层或形成溪流。岩溶裂隙水赋存于灰岩溶蚀裂隙及溶蚀孔洞中，一般来说该组灰岩透水性较弱，但隧址区垂直溶蚀裂隙及近似垂直溶蚀裂隙发育，顺层面和裂隙岩溶发育，地下水交替频繁，层间裂隙溶蚀扩大，上下连通性较好，为地表水和地下水之间的流通提供了有利通道，形成强透水带，补给来源主要是大气降水的入渗补给和相邻地层的侧向补给，顺垂直溶隙和层面渗流，径流途径长，主要沿沟谷地段以下降泉形式排泄。该岩溶裂隙水埋藏较深，水量较丰富，本次勘察在钻探深度内均未揭露到该层地下水。（8）隧道涌水量预测隧址区属于亚热带至温带云贵高原湿润季风气候区，光照充

18、足，降水量充沛，无霜期长，严寒酷暑时间较短，但常出现干旱、冰雹、低温、绵雨、雪凝等自然灾害。累年年平均气温1115，最冷1月份，月平均气温l3.1摄氏度，年平均最低气温04，无酷暑严寒，气候温和。雨量充沛，多年平均降雨量10001500mm，但降雨量地区分配不均，降水分布由东向西，从南到北，逐渐减少，秋季，夏季常发生暴雨洪涝，37月为冰雹天气的重灾区。按年降水有效渗入时间系数估计该段地下水的因渗入补给量Q=XFi/Ai=0.201.501155800/200=1552.50(m3/d)=17.96(L/s)式中:渗入系数，=0.20；X:年降水量，X=1.500m；Ai：年降水有效渗入时间；按

19、Ai=200天计。（9）不良地质现象隧道区不良地质主要为岩溶，隧址区地表石槽常见，隧址区灰岩垂直及近似垂直溶隙发育，顺裂隙及层面存在溶隙、溶槽和溶洞的可能，勘察期间在钻孔SDK25、SDK26揭露溶洞，洞高1.22.4m，埋深6.9015.20m，顶板高程939.64981.30m，结合调绘、钻探资料及物探资料综合分析，隧址区岩溶发育强度为强烈发育。1.2隧道设计技术标准公路等级：高速公路；设计速度：100km/h；隧道建筑限界：限界净宽：0.75+0.5+23.75+1.00+1.00=10.75m限界净高：5.0 m汽车荷载等级：公路级1.3 设计标准及遵循规范本隧道为分离式单向两车道高速

20、公路隧道，隧道建筑限界按100km/h行车速度确定。地质资料：1.银川至龙邦公路贵州境惠水至罗甸（黔桂界）段可行性研究报告及补充报告；2.贵州高速公路开发总公司与中咨公司签定的银川至龙邦公路贵州境惠水至罗甸（黔桂界）段工程勘察设计合同；3.银川至龙邦公路贵州境惠水至罗甸（黔桂界）高速公路两阶段初步设计咨询审查报告；4.贵州省交通运输厅关于惠水至罗甸公路初步设计的批复（黔交建设【2012】232号）；5.银川至龙邦国家公路贵州境惠水至罗甸（黔桂界）段定测外业验收咨询审查意见；6.关于银川至龙邦高速公路贵州境惠水至罗甸（黔桂界）段两阶段施工图设计审查会议纪要（黔高速专议201334号）；7.银川至

21、龙邦公路贵州境惠水至罗甸（黔桂界）高速公路工程施工图设计审查报告；8.公路行业及相关行业有关技术标准、规范、规程等；9.贵州省有关技术规定和有关会议纪要规定。设计规范：公路工程技术标准（JTG B012014）公路隧道设计规范（JTG D702014）公路勘测规范（JTG C102007）公路勘测细则（JTG/T C102007）公路隧道通风照明技术规范（JTJ 026.11999）公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D402011）公路工程抗震设计规范（JTJ0042013）公路隧道施工技术规范（JTJ0422009）地下工程防水技术规范（GB 501082008）锚杆喷射混凝土支护技术规范

22、（GB 500862001）公路工程基本建设项目设计文件编制办法交公路发2007358号公路工程地质勘察规范（JTJ0642011）1.4 主要建筑材料(1)混凝土 初衬混凝土强度等级为C35;二衬混凝土强度等级为C25。 (2)普通钢筋 箍筋及构造钢筋采HPB235钢筋； 主筋采用HRB335钢筋。第二章 总体设计2.1 概述隧道设计应满足公路交通规划的要求，其建筑限界、断面净空、隧道主体结构以及营运通风、照明等设施，应按公路工程技术标准（JTG B012014）规定的预测交通量设计。当近期交通量不大时，可采取一次设计，分期修建。2.2 隧道总体设计遵循原则1)本隧道设计遵循能充分发挥隧道功

23、能，安全、经济利于生态环境保护的原则。2)本隧道有完整的勘测、调查资料，综合考虑了地形、地质、水文、气象、地震、交通量以及施工和运营条件，设计符合安全适用、质量可靠、经济合理、技术先进的要求。3)本隧道建筑限界根据公路工程技术标准（JTG B01-2014）、公路隧道设计规范（JTG D70-2014）的要求拟定。 4)本隧道主体结构按永久性建筑设计，具有规定的强度、稳定性和耐久性；建成的隧道能适应长期营运的需求，方便维修作业。5)本隧道进行了专门的防排水设计，遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，对地表水、地下水采取妥善的处理，使洞内外形成一个完整的畅通的防排水系统。6)本

24、隧道设计为动态设计，施工时应根据围岩的实际情况、地质超前预报资料、监控量测结果等及时调整支护方案。7)本隧道设计贯彻了国家有关技术经济政策，合理采用了新技术、新材料、新设备、新工艺。8)本隧道设计符合国家有关国体管理、环境保护、水土保持等法律法规的要求。2.2.1隧道建筑限界七道拐隧道的建筑限界按100km/h时速高速公路进行设计，如图，在建筑限界内不得有任何部件侵入，隧道为单向双车道，根据公路隧道设计规范（JTG D702014）表4.4.1规定以及银川至龙邦公路贵州境惠水至罗甸（黔桂界）高速公路隧道技术标准，得建筑限界如下：车道宽度W=3.502=7.0m 侧向宽度L左=0.5m L右=1

25、.0m检修道R左=0.75m R右=0.75m隧道净宽10.75m 建筑限界高度H=5.0m检修道高度取2.5m隧道建筑限界见图2.1单位（mm）：755075010030250120250120507501007530500隧道建筑限界图2.1 单位（mm）2.2.2内轮廓设计本公路隧道除满足隧道建筑限界的要求外，还考虑到洞内路面、排水、检修道、通风、照明、消防、内装、监控等设施所需要的空间，采用工程类比法结合其他工程实践确定安全、经济、合理的断面形式和尺寸。隧道内轮廓横断面设计如图2.2所示单位（mm）： 2.2 外轮廓设计采用等截面拱的外轮廓线，与内轮廓线平行，距离为衬砌的厚度。如洞口处

26、级围岩类型，初期支护喷射混凝土厚度取15cm，二次衬砌厚度为55cm，预留变形量10cm，总共80cm厚。2.3紧急停车带设计2.3.1建筑限界设计根据公路隧道设计规范（JTG D702014）4.4.5规定，在车行方向右侧设置紧急停车带，其宽度包括右侧向宽度取3.0m，长度取50m,有效长度取40m，隧道总长1125m，在zk41+670处设置紧急停车带，停车带的路面横坡取水平。紧急停车带建筑限界的构成及具体尺寸如图2.3：（单位：mm）25004000750750750250040005001000500500350图2.3紧急停车带段隧道建筑限界2.3.2内轮廓线设计本公路隧道除满足隧道

27、建筑限界的要求外，还考虑到洞内路面、排水、检修道、通风、照明、消防、内装、监控等设施所需要的空间，采用工程类比法结合其他工程实践确定安全、经济、合理的断面形式和尺寸，隧道紧急停车带加宽部分内轮廓横断面设计图2.4单位（mm）：内轮廓横断面设计图2.4单位（mm）2.4人行横道与车行行道设计2.4.1人/车行横道建筑限界设计人行横通道 车行横车道人/车行横道建筑限界设计设计图2.5单位（mm）上图为人行横道和车行横道的建筑限界，人行横道的设置位置位于进出口位置与车行横道的中间位置, 其桩号分别为zk42+795和zk42+395；车行横道的桩号为zk42+237。第三章 洞门设计3.1 洞门设计

28、步骤1.公路隧道设计规范（JTG D702014）关于洞口的一般规定 1）洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、营运要求，通过经济、技术比较确定。2）隧道应遵循“早进洞、晚出洞”的原则，不得大挖大刷，确保边坡及仰坡的稳定。3）洞口边坡、仰坡顶面及其周围，应根据情况设置排水沟及截水沟，并和路基排水系统综合考虑布置。4）洞门设计应与自然环境相协调。2.确定洞门位置洞口位置的确定应符合下列要求1）洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。2）洞口位置应设于山坡稳定、地质条件较好处。3）位于悬崖陡壁下的洞口，不宜切削原山坡；应避免在不稳定的悬崖陡壁下进洞。4）跨沟或沿沟进洞时，应

29、考虑水文情况，结合防排水工程，充分比选后确定。5）漫坡地段的洞口位置，应结合洞外路堑地质、弃渣、排水及施工等因素综合分析确定。6）洞口设计应考虑与附近的地面建筑及地下埋设物的相互影响，必要时采取防范措施。7）洞门宜与隧道轴线正交；地质条件较好；做好防护；设置明洞。3.1.1 洞口地质条件隧道进口，洞口上覆薄层粉质黏土，断续分布，松散结构，易冲蚀滑塌，影响洞口；围岩为中风化灰岩，岩质较硬，节理裂隙发育，地表石芽、石槽相间，钻探揭露溶隙发育，表明该段岩溶较发育，主控结构面为层面，结合一般，岩体较破碎，呈镶嵌碎裂结构中厚层状结构，纵向弹性波速4300m/s,Kv=0.35，BQ=243.75。地下水

30、主要为第四系松散土层孔隙水和岩溶裂隙水，受大气降水补给，水量较小，季节性变幅较大。点滴状出水为主，雨季可能淋雨状出水或地表水突入。3.1.2 洞门类型选定洞门类型及适用条件 洞门的形式很多，从构造形式、建筑材料以及相对位置等可以划分许多类型。目前，我国公路隧道的洞门形式有: 端墙式洞门翼墙式洞门环框式洞门台阶式洞门柱式洞门遮光棚式洞门等。 端墙式洞门 适用于岩质稳定的级以上围岩和地形开阔的地区，是最常使用的洞门型式 翼墙式洞门 适用于地质较差的级以下围岩，以及需要开挖路堑的地方。翼墙式洞门由端墙及翼墙组成。翼墙是为了增加端墙的稳定性，同时对路堑边坡也起支撑作用。其顶面一般均设置水沟，将端墙背面

31、排水沟汇集的地表水排至路堑边沟内 环框式洞门 当洞口岩层坚硬、整体性好（I级围岩）、节理不发育，路堑开挖后仰坡极为稳定，并且没有较大的排水要求时采用 台阶式洞门 当洞门傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时，为减小仰坡高度及外露长度，可以将端墙顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形的特点，减少仰坡土石方开挖量。 遮光棚式洞门 当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。遮光构造物有开放式和封闭式之分，前者遮光板之间是透空的，后者则用透光材料将前者透空部分封闭。但由于透光材料上面容易沾染尘垢油污，养护困难，所以很少使用后者。形状上又有喇叭式与棚式之分 洞门形式的选择按分类，隧道右线属长隧道，基本服从于

32、路线走向，路线与地形等高线基本正交，洞门按受力结构设计。洞门形式结合实际地形、地质情况选定。根据洞门所处地段的地形地貌及工程地质条件，遵从“早进洞，晚出洞”的设计原则，并考虑洞门的实用、经济、美观等因素，因此本隧道使用端墙式洞门。3.1.3 洞门构造要求按公路隧道设计规范（JTG D702014）,洞门构造要求为：1.洞门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、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按计算或结合其他工程类比确定。3.洞门墙基础必须置于稳固地基上，应

33、视地基及地形条件，埋置足够深度，保证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不小于0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m。基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。4.松软地基上的基础，可采取加固基础措施。洞门结构应满足抗震要求。3.1.4 验算满足条件表3.1 洞门设计计算参数仰坡坡率计算摩擦角（o）重度（kN/m3）基地摩擦系数f基底控制压应力（Mpa）1:0.570250.600.801:0.7560240.500.601:150200.400.40-0.351:1.2543-45180.400.30-0.251:1.538-40170.3

34、5-0.400.25表3.2 洞门墙主要验算规定墙身界面荷载效应值Sd结构抗力效应值Rd（按极限状态计算）墙身截面荷载效应值Sd结构抗力效应值Sd（按极限状态计算）墙身截面偏心距e0.3倍截面厚度滑动稳定安全系数Kc1.3基底应力地基容许承载力倾覆稳定安全系数Ko1.6基底偏心距e岩石地基B/5-B/4；土质地基B/63.2 隧道墙式洞门结构计算3.2.1 计算参数计算参数如下： (1)边、仰坡坡度1:0.5； (2)仰坡坡脚=34，tan=0.67，=6； (3)地层容重=25KN/M3; (4)地层计算摩擦角=70； (5)基底摩擦系数0.60；(6)基底控制压应力【】=0.80Mpa3.

35、2.2 建筑材料的容重和容许应力1）墙端的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为Mu100，水泥砂浆的强度等级为M10。2）容许压应力【a】=1.127Mpa，重度t=22KN/ m3。3.2.3 洞门各部尺寸的拟定根据公路隧道设计规范（JTG D702014），结合洞门所处地段的工程地质条件，拟定洞门翼墙的高度：H=13.00m；其中基底埋入地基的深度为1.5m，洞门翼墙与仰坡之间的水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度1.6m，洞门翼墙与仰坡间的的水沟深度为0.5m，洞门墙顶高出仰坡坡脚2.45m，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为2.5m，墙厚2.5m，设计仰坡为1:0.5,具体见图纸。3.3

36、 洞门验算根据公路隧道设计规范（JTG D702014），洞门土压力计算图示具体见图图3.3 洞门土压力计算简图最危险滑裂面与垂直面之间的夹角；式中；围岩计算摩擦角；为洞门后仰坡坡脚；为洞门墙面倾角带入数值可得；tan=0.466=25根据公路隧道设计规范（JTG D702014），土压力为；由三角关系得；式中: 土压力（KN）;地层重度（KN/m3）侧压力系数；墙背土体破裂角；b洞门墙计算条带宽度（m），取b=1.0m；土压力计算模式不确定系数，可取=0.6。=0.108h=6.875=1.811洞门土压力E：E=118.029kn式中；墙背摩擦角3.3.1抗倾覆验算端墙计算图示如图3.4所

37、示，挡土墙在荷载作用下应绕O点产生倾覆时应满足下式：式中: K0倾覆稳定系数，；全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩；全部水平力对墙趾O点的稳定力矩；图3.4 墙身计算简图由图3.2可知；墙身重量G；G=对墙趾的力臂；对墙趾的力臂；2.06G对墙趾的力臂；1.26887.619465.778KN/M代入上式得；故抗倾覆稳定性满足要求3.3.2抗滑动验算对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性：式中: Kc滑动稳定系数作用于基底上的垂直力之和；墙后主动土压力之和，取； f基底摩擦系数，取f=0.4由图3.2得；6.2621.3故满足抗滑稳定性要求3.3.3基底合力偏心矩验算设作用于基底的合力法向分力为，

38、其对墙趾的力臂为，合力偏心矩为e，则： =0.623-0.623=-0.1230合力在中心线左侧=0.1333m计算结果满足要求3.3.4 墙身截面偏心矩及强度验算1）墙身截面偏心矩e1）墙身截面偏心矩e 式中： M计算截面以上各力对截面形心力矩的代数之后； N作用于截面以上垂直力之后。108,.053KN/M673.62KN将数据代入墙身偏心矩E的公式，可得；=0.160M0.3B=0.3M 2)应力453.344Kpa=1.27Mpa满足要求。通过以上验算说明端墙式洞门的尺寸合理。第四章 隧道洞身初期支护结构设计4.1支护形式的选择及参数确定本隧道为高速公路隧道，隧道洞口处围岩级别为级，隧

39、道洞身围岩为、级围岩，详见表4.1：表4.1 七道拐隧道左线围岩稳定性评价一览表里程桩号长度(m)纵波速度(m/s)工程地质、水文地质条件围岩级别稳定性评价ZK41+670(进口)ZK41+715454300m/s隧道进口，洞口上覆薄层粉质黏土，断续分布，松散结构，易冲蚀滑塌，影响洞口；围岩为中风化灰岩，岩质较硬，节理裂隙发育，地表石芽、石槽相间，钻探揭露溶隙发育，表明该段岩溶较发育，主控结构面为层面，结合一般，岩体较破碎，呈镶嵌碎裂结构中厚层状结构，纵向弹性波速4300m/s,Kv=0.35，BQ=243.75。地下水主要为第四系松散土层孔隙水和岩溶裂隙水，受大气降水补给，水量较小，季节性变

40、幅较大。点滴状出水为主，雨季可能淋雨状出水或地表水突入。进洞浅埋段，围岩稳定性差。施工开挖坡体易失稳产生滑塌，洞顶和侧壁易坍塌、落石及冒顶。地下水主要为第四系孔隙水及岩溶裂隙水，水量总体较丰富，围岩以点滴状出水，雨季可能淋雨状出水，强降雨可能突水突泥。施工过程中加强支护及防、排水措施。ZK41+715ZK41+775604300m/s围岩为中风化灰岩，岩质较硬，节理裂隙较发育，垂直溶隙发育，岩体较完整较破碎，呈中厚层状结构，纵向弹性波速4300m/s,Kv=0.50，BQ=306.25。地下水为岩溶裂隙水，受大气降水补给，水量较小，季节性变幅较大。隧道开挖以点滴状渗水，雨季可能淋雨状出水。围岩

41、稳定性较差，隧洞埋藏较浅，开挖易产生坍塌、掉块。地下水以岩溶裂隙水为主，水量小，以点滴状渗水为主。应注意及时支护和防、排水措施。ZK41+775ZK41+850754300m/s围岩为中风化灰岩，节理裂隙较发育，岩质较硬，岩体较完整，呈厚层状结构，纵向弹性波速4300m/s，Kv=0.70，BQ=357.84。地下水为岩溶裂隙水，受大气降水补给，水量较小，季节性变幅较大。隧道开挖以点滴状渗水，雨季可能淋雨状出水。围岩稳定性较好，局部可能掉块。地下水以岩溶裂隙水为主，水量小，以渗水为主。应注意支护及防、排水。ZK41+850ZK41+955105/围岩为中风化灰岩，岩质较硬，节理裂隙较发育，垂直

42、溶隙发育，岩体较完整较破碎，呈中厚层状结构，Kv=0.50，BQ=307.84。地下水为岩溶裂隙水，受大气降水补给，水量较小，季节性变幅较大。隧道开挖以点滴状渗水，雨季可能淋雨状出水。围岩稳定性较差，隧洞埋藏较浅，开挖易产生坍塌、掉块。地下水以岩溶裂隙水为主，水量小，以点滴状渗水为主。应注意及时支护和防、排水措施。ZK41+955ZK41+98530/围岩为中风化灰岩，岩质较硬，节理裂隙发育，岩体较破碎，呈中厚层状结构，地势低洼，隧道埋深浅，雨季利于地表水涌入，Kv=0.45，BQ=245.34。地下水主要为岩溶裂隙水，受大气降水补给，水量较小，季节性变幅较大。隧道开挖以淋雨状出水，隧洞地势低

43、洼，雨季有利于地表水涌入，可能突水突泥。浅埋段，围岩稳定性差。施工开挖坡体易失稳产生滑塌，洞顶和侧壁易坍塌、落石及冒顶。地下水主要为第四系孔隙水及岩溶裂隙水，水量总体较丰富，围岩以点滴状出水，雨季可能淋雨状出水，强降雨可能突水突泥。施工过程中加强支护及防、排水措施。ZK41+985ZK42+02540/围岩为中风化灰岩，岩质较硬，节理裂隙较发育，垂直溶隙发育，岩体较完整较破碎，呈中厚层状结构，Kv=0.50，BQ=307.84。地下水为岩溶裂隙水，受大气降水补给，水量较小，季节性变幅较大。隧道开挖以点滴状渗水，雨季可能淋雨状出水。围岩稳定性较差，隧洞埋藏较浅，开挖易产生坍塌、掉块。地下水以岩溶

44、裂隙水为主，水量小，以点滴状渗水为主。应注意及时支护和防、排水措施。ZK42+025ZK42+49547044004600m/s围岩为中风化灰岩，节理裂隙较发育，岩质较硬，岩体较完整，呈厚层状结构，纵向弹性波速4400-4600m/s，Kv=0.70，BQ=357.84。地下水为岩溶裂隙水，受大气降水补给，水量较小，季节性变幅较大。隧道开挖以点滴状渗水，雨季可能淋雨状出水。围岩稳定性较好，局部可能掉块。地下水以岩溶裂隙水为主，水量小，以渗水为主。应注意支护及防、排水。ZK42+495ZK42+63013543004350m/s围岩为中风化灰岩，岩质较硬，节理裂隙较发育，垂直溶隙发育，岩体较完整

45、较破碎，呈中厚层状结构，纵向弹性波速4300-4350m/s，Kv=0.50，BQ=311.74。地下水为岩溶裂隙水，受大气降水补给，水量较小，季节性变幅较大。隧道开挖以淋雨状出水，雨季可能突水突泥。围岩稳定性较差，隧洞埋藏较浅，开挖易产生坍塌、掉块。地下水以岩溶裂隙水为主，水量小，淋雨状出水，雨季可能突水突泥。应注意及时支护和防、排水措施。ZK42+630ZK42+690604300m/s围岩为中风化灰岩，节理裂隙较发育，岩质较硬，岩体较完整，呈厚层状结构，纵向弹性波速4300m/s，Kv=0.70，BQ=361.74。地下水为岩溶裂隙水，受大气降水补给，水量较小，季节性变幅较大。隧道开挖以

46、点滴状渗水，雨季可能淋雨状出水。围岩稳定性较好，局部可能掉块。地下水以岩溶裂隙水为主，水量小，以渗水为主。应注意支护及防、排水。ZK42+690ZK42+7304043504450m/s围岩为中风化灰岩，岩质较硬，节理裂隙较发育，垂直溶隙发育，岩体较完整较破碎，呈中厚层状结构，纵向弹性波速4350-4450m/s，Kv=0.50，BQ=311.74。地下水为岩溶裂隙水，受大气降水补给，水量较小，季节性变幅较大。隧道开挖以点滴状渗水，雨季可能淋雨状出水。围岩稳定性较差，隧洞埋藏较浅，开挖易产生坍塌、掉块。地下水以岩溶裂隙水为主，水量小，以点滴状渗水为主。应注意及时支护和防、排水措施。ZK42+7

47、30ZK42+795654450m/s隧道出口，洞口上覆薄层粉质黏土，断续分布，松散结构，易冲蚀滑塌，影响洞口；围岩为中风化灰岩，岩质较硬，节理裂隙发育，地表石芽、石槽相间，钻探揭露溶洞，表明该段岩溶较发育，主控结构面为层面，结合一般，岩体较破碎，呈镶嵌碎裂结构中厚层状结构，纵向弹性波速4450m/s，Kv=0.35，BQ=249.24。地下水主要为第四系松散土层孔隙水和岩溶裂隙水，受大气降水补给，水量较小，季节性变幅较大。点滴状出水为主，雨季可能淋雨状出水或地表水突入。出洞浅埋段，围岩稳定性差。施工开挖坡体易失稳产生滑塌，洞顶和侧壁易坍塌、落石及冒顶。地下水主要为第四系孔隙水及岩溶裂隙水，水

48、量总体较丰富，围岩以点滴状出水，雨季可能淋雨状出水，强降雨可能突水突泥。施工过程中加强支护及防、排水措施。强支护及防、排水措施。 根据公路使用要求，隧道围岩地质条件和施工条件，按照公路隧道设计规范（JTG D70-2014）中衬砌结构设计规定，该公路隧道应采用复合式衬砌。隧道洞身段均依照“新奥法”原理采用复合式衬砌，即以锚杆、喷混凝土或钢筋网喷混凝土、钢拱架为初期支护，以模筑混凝土或钢筋混凝土为二次衬砌，共同组成永久性承载结构。在初期支护与二次衬砌之间敷设土工布加1.5mmEVA防水板为防水层。衬砌结构支护参数根据围岩级别、工程地质水文地质条件、地形及埋置深度、结构受力特点，并结合工程施工条件

49、、环境条件，通过工程类比和结构计算综合分析拟定。其中、级围岩结合理论计算进行设计，洞口段考虑结构加强。各种衬砌形式支护参数见表4.2.表4.2 隧道复合式衬砌设计参数围岩级别初期支护二次衬砌喷射混凝土厚度（cm）锚杆（m）钢筋网（cm）钢架间距（cm）现浇混凝土厚度（cm）拱、墙仰拱位置长度纵向距离拱、墙仰拱VI通过试验计算确定V2025520拱、墙3.03.50.61.020206010045（钢筋混凝土）IV1822拱、墙2.53.00.81.2202010015040III812拱、墙2.53.01.01.22525局部35II58局部2.02.51.01.5局部30I530 隧道衬砌设

50、计应符合以下规定： 1、隧道洞口内应设置加强衬砌段，其长度以伸入洞内深埋段一般不宜小于10m。 2、围岩较差段的衬砌应向围岩较好段延伸5m以上。偏压衬砌段应延伸至一般衬砌段内5m以上。 3、设置仰拱的隧道，路面下应以浆砌片石或贫混凝土回填。4、在软硬地层和衬砌结构类型变化处，应设计沉降缝。4.2围岩的初期支护设计4.2.1 隧道宽度B与高度H隧道的宽度B与高度H确定可按下式进行计算，计算结果为：式中： 拱部圆弧半径（m）； 衬砌厚度预估，喷射混凝土厚度+二次衬砌厚度（m）； 预留变形量（m）； 路面至起拱线的高度（m）。4.2.2 判断隧道深、浅埋深埋和浅埋的分界，按荷载等效高度值，并结合地质

51、条件、施工方法等因素综合判定。荷载等效高度计算公式如下： （4.1）式中： 隧道深浅埋的分界高度；等效荷载高度，； 垂直均布压力（）； 围岩重度。在矿山法施工的条件下，-级围岩取；-级围岩取。 （4.2）式中： 围岩的级别； 围岩的重度；宽度影响系数，；隧道宽度。以B=5m为基准，B每增加1m时的围岩压力的增减率，当B5m时，取i=0.1。判断：设隧道埋深为H（坑顶至路面的距离，m）HHp，隧道为深埋； HHp，隧道为浅埋。4.2.3 隧道围岩压力计算 1）计算各级围岩的hq和Hp表4.3 各级围岩的hq和Hq围岩级别 s拱部圆弧半径(m) r5.75.75.7衬砌厚度(m) d0.50.60

52、.7预留变形量(m) e0.10.10.1路面至起拱线高度(m) H11.6061.6061.606隧道宽度(m) B=2r1+2d+2e12.612.813.0隧道高度(m) Ht=H1+r1+d+e7.9068.0068.106围岩重度（KN/m3) 242218围岩压力增减率 i0.10.10.1宽度影响系数： =1+i*(B-5)1.761.781.80垂直均布压力(kn/m3)：76139.4228.1等效荷载高度(m) 3.1676.33612.67Hp前系数 2.5 or 2.022.52.5隧道深浅埋的分界高度(m) Hp6.36415.9131.83隧道围岩深、浅埋的判断：表

53、4.4 七道拐隧道左线各级围岩段隧道的埋深情况序号起止桩号实际埋深（m）围岩级别深，浅埋判断1ZK41+670(进口)ZK41+71530.22浅埋2ZK41+715ZK41+77566.16深埋3ZK41+775ZK41+85069.82深埋4ZK41+850ZK41+95537.3浅埋5ZK41+955ZK41+98530.8浅埋6ZK41+985ZK42+02566.84深埋7ZK42+025ZK42+150155.28深埋8ZK42+150ZK42+31092.1深埋9ZK42+310ZK42+37098.36深埋10ZK42+370ZK42+49572.6深埋11ZK42+495ZK

54、42+63063.94深埋12ZK42+630ZK42+69070.88深埋13ZK42+690ZK42+73034.62浅埋14ZK42+730ZK42+79534.62浅埋3)深埋隧道围岩压力的确定（1）垂直均布压力的计算： (4.3) 式中：S围岩级别； 围岩的重度； 宽度影响系数，=1+i(B-5)； B隧道宽度； i以B=5m为基准，B每增加1m时的围岩压力的增减率。 当B5m时，取i=0.2；当B5m时，取i=0.1。（2）水平均布压力的计算： 按照公路隧道设计规范（JTJ D70-2014）确定。表4.5 围岩水平均布压力围岩级别、水平均布压力e0，为了便于施工，初衬按设计。图4

55、.7 浅埋隧道支护结构上的荷载（3）级围岩的围岩压力计算由于围岩属于深埋所以围岩压力由公式(4.2)得： 查得计算参数：,则： 4.3 隧道支护结构设计本隧道处在 = 3 * ROMAN * MERGEFORMAT III = 5 * ROMAN * MERGEFORMAT V级围岩中。根据公路隧道设计规范（JTG D702014），级围岩中，复合式衬砌的初期支护应主要按工程类比法设计。其中、级围岩的支护参数应通过计算确定。 结合表4.2及公路隧道设计规范（JTG D702014）做如下设计： 1、级围岩条件下喷射混凝土厚度为10cm，拱、墙部2.5m锚杆，间距1.5m，局部25cm25cm钢

56、筋网。 2、级围岩条件下喷射混凝土厚度为15cm，拱、墙部3.0m锚杆，间距1.0m，25cm25cm钢筋网。 3、级围岩条件下喷射混凝土厚度为20cm，拱、墙部3.5m锚杆，间距0.8m，20cm20cm钢筋网。 4、级围岩隧道进口端部分设置仰拱，其余段级围岩隧道不设仰拱，、级围岩段隧道设置仰拱。 5、级围岩钢支撑选用I18工字钢,每榀间距0.8m。支护材料取喷射混凝土采用C25，钢筋网选用Q235钢筋，钢筋直径8mm。锚杆为全长粘结型，直径22mm,选用HRB335，22钢筋。采用剪切滑移破坏法计算：现假定锚杆、喷射混凝土所组成的联合支护，它们的总支护抗力可视为各支护抗力之和，即： (4-

57、14)式中P所提供的总的支护抗力；P1喷混凝土提供的支护抗力；P2锚杆提供的支护抗力；P3围岩本身提供的支护抗力；P4钢支撑提供的支护抗力。计算所得的P值应大于阻止剪切滑移所需的最小支护抗力值， 现以级围岩为例，进行验算。即PPmin 4.3.1喷混凝土提供的支护抗力P1值喷混凝土抗力是指沿剪切面喷层所提供的平均分配在剪切区高度b上的抗剪力。剪切滑移体向坑道方向移动时对喷层产生水平推力，此时，如喷层强度不足，则在剪切滑移体的上下边缘处（应力集中区）形成两个剪切滑移面。当处于受力极限平衡时，其水平推力与两个剪切面上的水平抗剪分力相平衡。即：而 则 (4-15)式中：喷混凝土厚度；喷混凝土抗剪强度

58、， =0.43c（c为喷混凝土的抗压强度）； 喷混凝土的剪切角，取=30 b外轮廓半径,b=B/2=12.6/2=6.3m剪切滑移面的平均倾角，取经验数据： （为围岩的内摩擦角，取)其中，为剪切滑移面与最小主应力轨迹线成角b为剪切区高度。为加固带高度，取l为形成加固带时锚杆的有效长度,取3.2m，t为锚杆横向间距，则有：得：=20cm=0.2m=0.43=0.4312.5=5.38MPa为方便计算，取60。 =3.19m 将所有数据代入式4-15得： 4.3.2 锚杆提供的支护抗力P2值锚杆受力破坏有两种情况：锚杆体本身的强度不足而被拉断。这种情况下锚杆提供的平均径向支护抗力： （4-16）式

59、中F锚杆的断面积；锚杆的抗拉强度；e、t锚杆的纵向及横向间距。则： 锚杆粘结破坏，即砂浆锚杆与孔壁之间的粘结力不足而破坏。这种情况下锚杆提供的平均径向支护抗力： （4-17） 式中S为锚杆抗拔力，即锚杆的锚固力，；D钻孔直径，在此设计中取D=100mm；L锚固段长度；孔壁与注浆体之间极限粘结强度，砂岩取=0.85MPa则 代入（4-17）式中得： 则取锚杆提供的平均径向支护抗力。由于在范围内的锚杆才能对剪切滑移体产生抗力，则： =4.3.3 围岩本身提供的支护抗力P3值剪切滑移体滑动时，围岩在滑面上的抗滑力，其水平方向的分力在剪切区高度b/2上的抗滑力P3为 （4-18）式中 剪切滑移体长度，

60、其值为 =分别为沿滑移面的剪切应力和垂直于滑移面的正应力，它们按摩尔包络线为直线时的假定求出（见图4.8）： (4-19)由图4.3可知将值代入上式，得 （4-20）式中的为围岩物理力学指标，c取0.15MPa，取，径向主应力值随剪切滑移面上的位置而变化，难以确定，所以假定等于各支护结构所提供的径向支护抗力之和，即式中 喷混凝土层提供的支护抗力 锚杆提供的径向支护力: 则, 将值代入（4-20）式得 将代入（4-19）式得 将以上数据代入（4-18）式得4.3.4 钢支撑提供的支护抗力P4值 计算时可换算成相应的喷混凝土支护抗力，即 （4-21）式中 每米隧道钢材的当量面积，此处取70cm2；