木冲隧道左线工程的设计与施工（附图纸及外文翻译）

PAGE摘要该设计运用所学的知识完成木冲隧道左线的设计与施工。木冲隧道左线长1825首先依据工程要求和设计规范确定隧道断面，然后根据“荷载-结构”法通过ANSYS对结构进行强度检算，根据检算结果配筋。隧道围岩等级主要以Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级为主。Ⅱ级和Ⅲ级围岩比较稳定设计采用全断面开挖，Ⅴ级和Ⅳ级围岩，由于围岩情况差，开挖断面较大设计采用中侧壁导坑法。隧道的主要施工方法：隧道采用新奥法施工，以喷射混凝土锚杆作为主要的支护手段，通过检测控制围岩变形，充分发挥围岩的自承能力。通过对围岩的力学形态以及支护结构的工作状态的监控量测来评价设计施工水平并及时的改进与调整。隧道采用管棚作为超前支护，初期支护采用超前或径向注浆锚杆(小导管)、型钢钢架、钢格栅及挂网湿喷等施工技术，当围岩与初期支护基本稳定后施做二次衬砌关键词：高速公路隧道结构设计施工新奥法

AbstractThedesigncompletethelefthandlanetunnelredwooddesignandconstruction.ThelengthoftheleftlineofMuChongTunnelis1825meter,itcrosseskarstareas,Formationismainlymadeofsandstone,shaleandsiltstoneCambrianstrata.Firstofall,basedonengineeringrequirementsanddesignspecificationstodeterminethetunnelsection,Andthenunderthe"load-thestructure"lawofthestructurethroughtheANSYScalculationofstrength,accordingtotheresultsofreinforcementcalculation.ThemaintunnelleveltogradeⅡ,Ⅲlevel,ⅣandⅤgradeclass-based.GradeⅡandⅢleveldesignismorestablerocksousefull-faceexcavation,LevelandgradeⅣⅤrock,rockthesituationasaresultofpoordesignoftheexcavationcross-sectionusingalargerholeinthewallguidemethod.NATMisthemaintunnelconstructionmethods.NATMistheconstructionmethodthatShotcreteAnchoristhemainmeansofsupportbydetectingthedeformation.BythemonitoringofmechanicalformofrockandSupportingtheworkofstatestructuresevaluatethelevelofdesignandconstructionofimprovementsinatimelymannerwiththeadjustmentLeadpiperoofsupportsthetunnel.TheearlySupportadoptsadvancedorradialgroutingboltlinkednetworkofsteelgratingsandconstructiontechnology,suchaswet-spray.WhentherockandtheinitialsupportfacilitiesachievestabilitythensecondaryliningKeywords:ExpresswayTunnelDesignofliningstructureConstructionNATM

目录第1章绪论 11.1课题研究背景 11.2国内公路隧道发展状况 11.3国外公路隧道发展状况 21.4设计内容 31.4.1主要研究的内容 31.4.2基本要求 3第2章设计的原则和标准 42.1设计依据 42.2主要技术指标 4第3章工程概况 53.1工程概况 53.2工程地质及水文地质 53.2.1地形地貌 53.2.2地质构造 53.2.3地层岩性 73.2.4水文地质特征 93.2.5岩溶发育特征 93.2.6不良地质现象 93.2.7地震烈度 103.2.8隧道围岩分类 10第4章内轮廓的确定 124.1内部净空的确定 124.2结构断面形式及尺寸初步拟定 13第5章公路隧道衬砌结构的设计和计算 145.1围岩压力计算 145.1.1Ⅲ级围岩压力计算 145.1.2Ⅴ级围岩压力计算 145.2衬砌内力计算 155.2.1ANSYS加载求衬砌内力过程 155.2.2Ⅲ级围岩衬砌内力计算与强度检验 165.2.3Ⅴ级围岩衬砌内力计算与强度检算 195.3衬砌结构强度检算原理 225.4衬砌截面配筋计算 235.4.1截面配筋原理 235.4.2 Ⅲ级围岩配筋计算 245.4.3 Ⅴ级围岩配筋计算 255.5裂缝检验 27第6章隧道施工技术及施工工艺 296.1新奥法施工 296.1.1新奥法施工的基本原则 296.1.2新奥法的施工工序 306.3施工方案的确定 306.3.1全断面开挖施工 316.4爆破设计 316.4.1炮眼的种类和作用 326.4.2掏槽形式 326.4.3隧道爆破的参数设计 336.4.4炮眼的布置 356.4.5光面爆破 366.5中隔壁法(CD法)施工 396.5.1中隔壁法施工要求 396.5.2CD法的施工工序 406.6管棚支护 406.6.1管棚的构造组成 416.6.2管棚的设计参数 416.6.3超前管棚施工的工艺流程 416.6.4管棚施工 426.7围岩初期支护 436.7.1锚杆施工 436.7.2钢筋网安设 456.7.3钢架施工 456.7.4C25喷射混凝土 476.8衬砌施工 496.8.1二次衬砌施工工序 496.8.2施工方法 506.9围岩监控量测 526.9.1监控量测目的 526.9.2现场监测项目、仪器及要求 526.9.3几种重要的量测方法 536.10防排水施工 546.10.1隧道防水施工流程 546.10.2洞内防排水 556.10.3防水层铺设 576.10.4止水带、止水条施工程序 576.10.5边沟施工 57第7章结论 59参考文献 60致谢 61附录 62附录AANSYS加载代码 62附录B附图 64附录C外文翻译 65石家庄铁道学院毕业设计PAGE97第1章绪论1.1课题研究背景我国幅员辽阔，人口众多，资源相对稀缺，各地经济发展很不平衡。交通运输发展相对落后，制约了经济发展。为了适应国民经济持续快速增长的需要，并促进经济社会发展。改革开放以来，我国将交通运输列为国民经济发展的战略重点之一。公路交通在国民经济和交通运输中具有覆盖面大、适应性强，机动灵活等特点和优势，因此受到重视，并得到快速发展，尤其包括高速公路、长大桥梁和公路隧道等公路基础设施的发展更是举世瞩目。中国山地、丘陵和高原很多，其面积约占国土总面积的69％。地形西高东低，自西向东呈现阶梯下降。第一级阶梯是青藏高原，平均海拔4500～5000米。据统计，世界上海拔8000米以上的高峰共14座，位于喜马拉雅山脉和喀喇昆仑山脉的中国国境线上和国境内者即达9座。第二阶梯是青藏高原、云贵高原和西北部黄土高原和内蒙古高原。云贵高原海拔2021～1000米。第三阶梯主要以平原、丘陵和低山地貌为主。自北而南分布着东北平原、华北平原和长江中下游平原，海拔多在200米以下，这里地势低平，沃野千里，是我国最重要的农业发达，人口、城镇、村落密集，工业基础雄厚，交通方便的地区。长江以南以低山丘陵为主，广大地区海拔大多小于500米,地面起伏不平，平坦的河谷平原、盆地与低缘的丘陵、断续相连的低山交错分布。在山区或半山区修筑的公路，由于过去公路建设资金严重短缺，多以盘山公路为主。这种公路不仅等级低，绕行里程长，占用可耕地多，而且能耗高，安全隐患多，生态环境破坏大等，因而造成巨大经济损失和人员大量伤亡。随着经济的迅速发展，人民生活水平的大幅度提高，公路交通建设规模日益扩大，技术进步达到新的水平，公路隧道建设不仅在山区和丘陵地区公路建设中，而且在东部江河桥隧跨越方案比选中，对公路隧道的选择和建设，日益引起重视，并有很大发展。1.2国内公路隧道发展状况改革开放以来，随着国民经济的迅速发展，我国的公路建设也蓬勃发展，特别是高等级公路建设更是日新月异，全国性高等级公路路网格局正在形成。由于高等级公路的线形技术指标较高，当其进入山区或重丘区时，就不可避免的需要采用隧道来穿山越岭。因此，在高等级公路迅速发展的带动下，作为公路重要组成部分的公路隧道也迎来了规模空前的建设热潮。例如，成渝高速公路重庆段总长104km，较原成渝公路重庆段156km缩短路程52km，其中尤以中梁山隧道和给云山隧道缩短路程最为显著，且隧道建成后高速公路线形顺畅，社会效益和经济效益俱佳。又如，310国道宝鸡—牛背段，设计为二级汽车专用公路，全长约40km，其中隧道累计长度5km多，占路线比例较大.浙江、福建、吉林、贵州等省部分路段的情况也与之类似，隧道成群出现。由于隧道造价较高，运营管理相对复杂，所以各地对隧道建设都十分重视。与发达国家相比，我国的公路隧道建设起步较晚。80年代前，仅个别公路上设有一些短隧道。80年代中后期，首先在我国经济较为发达的东南沿海地区出现了长度超千米的公路隧道，如深圳的梧桐山隧道长2km多，首次在我国采用全横向通风。进入90年代，公路的迅速发展对公路隧道提出了越来越高的要求，隧道建设的意义与作用也不断加大。到1996年底，我国建成的的山岭公路隧道为3160m，即中梁山隧道。在建的长度超过4km的山岭隧道有二郎山隧道、华釜山隧道和大溪一湖雾山隧道隧道。正在规划中的西安一安康公路上的秦岭隧道长度将超过9km。随着公路隧道长度的不断增加，设计、施工和管理的难度也逐渐增加。例如，二郎山隧道位于严寒的川藏线，设计中通风方案选择就十分困难，施工中又遇高地应力和岩爆等，运营管理中将要解决低温通风、隧道渗漏结冰等工程问题。华萤山隧道施工中遇到围岩大变形，施工难度很大。大溪一湖雾岭隧道为了减少建成后的通风费用，改善通风效果，在国内首次采用竖井送排风通风方案。为此前期进行了大量的实验研究工作1.3国外公路隧道发展状况近代隧道兴起于运河时代，从17世纪起，欧洲陆续修建了许多运河隧道。起战法国的马尔派斯运河隧道，建于1678-1681年长157m他可能是晕火药开凿的最早用火药开凿的航运隧道。1820年以后，铁路陈伟新的运输手段，1827年在英国，1837年在法国先后开始修建铁路隧道，随着铁路运输事业的发展，隧道也越来越多先从当时经济比较发达的欧洲各国开始，然后是美国和明治维新后的日本。我国第一条铁路隧道是1890年建成的台湾狮球岭隧道，1903年建成第一做长度超过3km的兴安岭隧道。1895-1906已经出现了长19.73km穿越阿尔卑斯山的最大铁路隧道。目前最长的铁路隧道已达53.85km。第一座用于现代交通的水底隧道是1807年开工的英国泰晤士河下公路隧道，施工过程中该隧道因水患而停工1823年由法国工程师渤吕奈尔接手，历时18年盾构完成。我国第一条水底公路隧道是1970年建成的上海黄浦江水底隧道。较为完善的水底道路隧道建成于1927年位于纽约的哈德逊河底的荷兰隧道。19世纪初欧洲的法意瑞士等国就已在山区修建公路隧道，2021年初投入运营的挪威西部的拉达尔隧道长24.5km是目前世界上最长的公路隧道。1.4设计内容1.4.1主要研究的内容对平钟高速公路木冲左线隧道主题结构与施工方案进行设计，内容主要有：1.设计原则：包括机构设计依据的主要规范规程及设计应最遵循的主要原则2.工程概况：包括工程的设计范围，工程地质概述3．主体结构设计：包括隧道内部净空的确定，工程材料，结构断面形式及尺寸初步拟定。4．初期支护及二次衬砌设计：确定初期的支护参数，对隧道衬砌结构进行检算。包括计算模型的确定，荷载取值，计算结果与分析，衬砌配筋，强度及裂缝宽度计算。利用商业有限元结构计算程序进行计算。要求熟练掌握计算过程，获得正确计算结果。5．施工方案设计：施工方法选择及施工方案设计6．外文翻译，要求自找外文期刊上地下工程方面的科技论文进行翻译1.4.2基本要求1．综合运用所学专业理论知识和基本技能，解决实际问题，进一步提高运算，制图以及使用技术资粮的技巧。2．树立正确的工程设计思想，培养实事求是，谨慎，刻苦钻研，勇于创新的科研态度和精神。3．掌握调查研究，理论分析，设计计算等学习方法，养成即能独立思考，又能相互密切合作的态度4．对一般公路隧道设计内容，组成及施工方法有比较全面的了解。

第2章设计的原则和标准2.1设计依据①《公路工程技术标准》JTJ001-97②《公路隧道设计规范》JTJ026-90③《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-2021④《公路抗震设计规范》JTJ004-89⑤《公路水泥混凝土路面设计规范》JTJ012-94⑥《钢筋混凝土设计原理》⑦《爆破新技术与现场安全管理及强制性标准》2.2主要技术指标设计行车速度：100设计交通量：2025年交通量26006辆/日(小车)隧道建筑限界净宽：10.25m净高CO设计浓度正常行驶时δco=250ppm交通堵塞时δco=300ppm(20min)烟雾设计浓度正常行驶时K=0.007事故时K=0.009

第3章工程概况3.1工程概况本隧道处于平乐至钟山高速公路贺州支线上，位于钟山县凤翔镇木冲村南约1公里处，横穿红花岭和犁头山。根据《公路隧道设计规范》(JTJ026-90)和隧道所在路段的地形条件，隧道设计为两座独立的分离式隧道，两座独立隧道的轴线间距为50米，左线长3670米(ZK20+645～ZK24+315)。隧道建筑限界宽为10.25米，紧急停车带处断面加宽2.5米，高为5米，采用单心圆断面，半径为R=5.65米，最大埋深为357米。本隧道位于两个标段9标、10标范围内，标段的划分右线以YK22+470、左线以ZK22+470为界，小于该桩号部分路段属于9标，大于该桩号部分路段属于10标。3.2工程地质及水文地质3.2.1地形地貌木冲隧道位于两岩溶侵蚀盆地之间的低山区，处于地面较明显的东西分水岭地带，山顶浑圆，标高540-587m，属侵蚀构造低山垄脊谷地地貌，山体走向近南北向。区域地势中部高陡，两端低缓。隧道通过地段主要为浅切割的低山地形，地面起伏较大，横坡坡度一般在20º～30º，局部可达35º～45º3.2.2地质构造测区主要地段位于望高至枫木山逆断层、凉亭至雅珠顶逆断层两条较大区域性断裂所围限的地带内，区域地质构造较复杂。隧道区受地质构造的影响较严重，局部很严重，推测该断层在隧道地段内可能会形成数米至十多米的挤压破碎(裂)带。设计隧道正交山体及主要构造线和岩层走向。3.2.2.1褶皱：据区域地质资料，测区位于钟山至沙田短轴向斜的西翼，区内地层主要倾向东，测区东侧地段由于压扭性断层F1的挤压推覆作用，在硬质和较软质岩石相间的郁江组(D2y)地层中形成次级向斜及褶曲，其轴向与主要构造线一致呈南北向。3.2.2.2断层：根据区域地质资料和地面调查及综合初勘物探勘察出现明显的异常特征推断，设计隧道经过区段内有2条区域性断层(F1、F2)和2条次级断层通过。断层走向近南北向，与隧道轴向近垂直。现分述如下：F1断层：属望高至枫木山压扭性断层的中段，分布在测区东侧近贺州方向隧道口ZK23+850、断层走向近南北向，断面倾向西，倾角约35º～40º，为一西盘上升，东盘下降的逆断层。在测区外贺州口北边去木冲山路下的山沟中，可见该断层影响带的构造形迹，郁江组(D2y)地层中的灰岩被挤压呈透镜体并被黑色碳质泥质物充填，两侧地层明显缺失，中泥盆统郁江组(D2y)逆冲在下侏罗统石梯组(J1s)之上。推测该断层在隧道地段内可能会形成数米至十多米的挤压破碎(裂)带。F2断层：属凉亭至雅珠顶压扭断层的中段，位于测区西侧近同古方向的隧道口，推测在ZK21+000，据区域地质资料，断层倾向东，倾角在30º～35º间，属逆断层，地段内可见东盘莲花山组(D1l)砂岩逆冲于西盘榴江组(D3l)灰岩之上。在测区外北边山沟可见D3灰岩碎块混杂在(D1l)硅化破碎砂岩中，旁侧莲花山(D1F3、F4断层：推断F3从ZK22+575一带通过，F4从ZK21+810一带通过。其共同特点是，剖面上断层通过点出现明显的综合物探异常，推断为性质不明的隐伏断层。3.2.2.3节理裂隙：据地面调查及钻孔揭露，隧道区内岩石受构造挤压作用强烈，节理裂隙发育，局部很发育，以构造型节理裂隙为主，多呈闭合～微张，隙间为方解石及炭质物充填。据实测110条裂隙资料统计，作裂隙走向玫瑰花图(见附图12)和赤平极射投影图(见附图13)，隧道区较发育的裂隙主要有3组：①走向在30º～50º之间，倾向北西，倾角55º～75º，②走向在70º～90º之间，倾向北西，倾角60º～80º，③走向在0º～20º之间，倾向南东，倾角60º～70º之间。3.2.3地层岩性测区内分布地层以泥盆系为主，东侧有少量的侏罗系地层，岩石以砂页岩为主，间夹少量的灰岩夹层及透镜体。出露地层有第四系(Q)、侏罗系下统石梯组(J1s)、泥盆系上统榴江组(D3l)、中统郁江组(D2y)、下统那高岭组(D1n)及莲花山组(D1l)。3.2.3.1第四系(Q)：3.2.3.1.1残坡积层(Qel+dl)：为粘土混碎石，褐黄，紫红色等，土层均匀性差，粘土粘性差，呈硬～可塑状，碎石含量20-40％不等，成分主要为砂页岩碎屑，棱角～次棱角状，粒径2～10cm为主，呈稍密实状。区内一般都有分布，厚0～5.0m不等。在贺州洞口区一带的ZK10～13号钻孔揭露厚度为1.70～2.40m。3.2.3.1.2坡洪积层(Qdl+pl)：以亚粘土混碎石为主，局部为亚粘土或块石土，紫红色、棕黄色等，土层均匀性差，碎石含量20-50％不等，呈稍密-中密实状，亚粘土呈硬～可塑状，碎(块)石成分主要为砂页岩，次棱角状为主，少量呈次圆状。主要在同古方向洞口一带，ZK7～9号钻孔揭露厚度为9.00～34.20m。3.2.3.2侏罗系下统石梯组(J1s)：分布于隧道东段贺州方向一带的望高－枫木断层(F1)以东地段。下部为紫红色厚层泥质砂岩、页岩，夹中厚层砂岩，原生岩石致密坚硬，地表常风化呈松散的三角形碎粒。中部为灰色、灰白色、灰绿色厚层长石石英砂岩，中细粒结构，偶含1～2mm长石、石英砾，呈半滚圆～滚圆状，原生岩石致密坚硬，地表风化较深，呈灰白色砂土状。上部为紫红色厚层状泥质砂岩、砂岩、页岩，偶夹薄～中厚层泥质灰岩，岩石抗风化强度较郁江组(D2y)砂岩弱，地貌上常形成低缓的山坡。本岩性组岩石以浅紫红色为主，岩层产状主要为260°～290°∠20°～60°，与下伏中泥盆统郁江组(D2y)地层为断层接触。该层在ZK10～ZK13钻孔有揭露，岩性为砂岩、页岩、泥质砂岩，局部夹灰岩，中～厚层状，呈互层或夹层出现，按风化程度可划分为强风化、弱风化和微风化：强风化带厚0-14.30m，岩石风化强烈，组织结构已破坏，岩石风化成碎石角砾混粘土状。其中ZK11、ZK13号孔揭露到强风化页岩夹砂岩，厚12.80～14.30m，在ZK10号孔揭露到2.80m弱风化带厚度5.90～17.75m,，岩石中节理裂隙发育，多闭合状，部分微张，被泥质充填，呈碎石状镶嵌结构。其中ZK10、ZK13号孔为灰绿色泥质砂岩夹浅灰色砂岩、ZK11号孔为灰色灰岩。微风化带在ZK10和ZK12号孔均有揭露到，岩性主要为砂岩、泥质砂岩，局部夹灰岩及页岩。岩石中节理发育，被方解石及炭质物充填，呈块碎状镶嵌结构。3.2.3.3上泥盆统榴江组(D3l)分布于隧道钟山口F2断层以西地段，上部为灰色、浅灰色薄～中厚层扁豆状灰岩、灰岩夹薄层钙质页岩及泥质条带，层间结合较紧密，岩石致密坚硬，常形成陡崖或溶沟；下部为深灰色、黄褐色薄层硅质页岩、硅质岩、砂岩，微层理发育，地表易风化呈三角形碎块，当地居民挖来铺路面，易剥蚀成小山丘。该层在ZK7～9号钻孔有揭露，主要为微风化灰岩，灰色、绿灰色，隐晶质结构，中～厚层状，岩石较坚硬，裂隙发育，充填方解石和泥炭质，岩石质量指标RQD为61～73，岩芯呈柱状为主，少量碎块状。3.2.3.4中泥盆统郁江组(D2y)：分布于木冲以东，F1断层以西地段。底部为灰～深灰色、灰绿色厚层状砂岩、泥质砂岩夹中厚层状页岩，偶夹薄层灰岩；中部为灰色，深灰色，绿色砂质页岩，夹灰色中厚层泥质砂岩；顶部为紫红色厚层状泥质砂岩、砂质页岩，偶夹薄层泥质灰岩。原生岩石致密坚硬，抗风化能力强，常形成陡峻的山坡。岩层倾向80º～120º，倾角20º～50º，局部有小褶曲。3.2.3.5下泥盆统那高岭组(D1n)：分布于木冲山间谷地一带，岩性有紫红色厚层砂质页岩、钙质页岩夹紫红色厚层泥质砂岩及中～厚层硅质灰岩、泥质灰岩透镜体。原生岩石致密坚硬，地表风化后页岩呈碎块状，硅质灰岩及泥质灰岩呈灰黄色多孔状及黄色土状。与上覆郁江组(D2y)及下覆莲花山组(D1l)3.2.3.6下泥盆统莲花山组(D1l)：分布于木冲以西至断层F2间地段，其上与那高岭组整合接触，其下因F2断层逆掩上冲而覆盖于上泥盆统榴江组之上。岩性有紫红色厚层砂岩、泥质砂岩、砂质页岩，下部有含砾砂岩，中部砂质页岩较多，岩石致密坚硬，常形成陡坡地形。岩层倾向80º～130º，倾角色30º～45º，局部有小褶曲。3.2.4水文地质特征测区属亚热带季风气候，年均降雨量1500～1800mm，为区域地下水的补给源。隧道区地势较高，中部一带南北向山体构成区段内东西向分水岭。由于区内地势陡峻，沟谷密布，岩土层透水性不佳，大气降水多顺山坡流失，少量渗入风化层的地下水多以分散渗流形式排入邻近冲沟，不具备向较深部位渗透的构造、岩性和地貌条件，因此区内地下水总体不丰富，水文地质条件较简单。隧道区地下水主要赋存于第四系覆盖层及风化基岩裂隙中，接受大气降雨入渗补给，以分散渗流形式排入邻近冲沟中，动态变化大，一般丰水季节水量相对丰富，枯水季节水量贫乏。岩土透水性在垂向上可分为：土层和强风化岩层为透水层，据2个钻孔注水试验结果，渗透系数K为0.11～0.18m/d。弱、微风化岩层为微透水层(局部构造破碎带及岩溶发育带为强透水层)。本次勘察只在贺州方向洞口区的ZK11号孔的溶洞中发现有地下水位，水位高程为200.50m，位于设计路基之上，和钻孔旁的冲沟地表水(水位高程约210m据《区域水文地质普查报告》(1：202100贺县幅)资料，用径流模数法和降雨入渗法进行估算，预测隧道最大涌水量约为301m3/d，地下水主要通过裂隙渗透汇入隧道中，对Ⅱ、Ⅲ据在ZK11号孔取的地下水及ZK10号孔旁冲沟中取的地表水水样分析结果：PH=7.05～7.45,侵蚀性CO2=2.69～7.43mg/L，SO42-=1.00mg/L，HCO3-=1.255～1.535mmol/L，按《公路工程地质勘察规范》(JTJ064-98)中附录D的评价标准评价，隧道区地下水及地表水对混凝土无分解类腐蚀性。3.2.5岩溶发育特征区内上泥盆统榴江组(D3l)为灰岩，岩石裂隙较发育，但多被泥炭质充填，在ZK7-9号钻孔施工过程中均全部返水，说明岩溶发育程度较弱。其它地层以碎屑岩为主，仅局部夹有灰岩，呈非可溶岩夹可溶岩，有利于岩溶发育，其中在ZK12号孔就揭露到充填溶洞，但由于灰岩夹层厚度薄，只能局部发育成小规模的溶洞(隙)3.2.6不良地质现象据地质测绘结果，测区内地表未发现有可燃、有害气体及其它显著不良地质现象。3.2.7地震烈度根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2021)，隧道区地震动峰值加速度为0.05g(地震基本烈度Ⅵ度)，区域稳定性较好。3.2.8隧道围岩分类隧道范围内可分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩。3.2.8.1Ⅴ级围岩进口ZK24+184～ZK24+270段、ZK22+100～ZK22+300段及出口ZK20+666～ZK20+740段，共360mⅤ级围岩合计360m3.2.8.2Ⅳ级围岩ZK20+740～ZK20+800段、ZK21+085～ZK21+140段、ZK21+650～ZK21+725段，ZK22+500～ZK22+550段、ZK23+675～ZK23+725段、ZK24+140～Zk24+184段，共334mⅣ级围岩为微风化(局部弱风化)砂岩、页岩、泥质砂岩夹灰岩，呈互层或夹层出现，受地质构造影响很严重，裂隙很发育，呈碎石状压碎结构，多位于断层、褶皱带。围岩开挖后，拱部无支护时容易产生坍塌，侧壁稳定性较差，受断层、褶皱影响可发生失稳现象。3.2.8.3Ⅲ级围岩ZK21+140～ZK21+650段、ZK21+725～ZK22+100段、ZK22+300～ZK22+500段、ZK22+550～ZK23+675段、ZK23+725～ZK24+140段，共2625mⅢ级围岩微风化砂岩、页岩、泥质砂岩夹灰岩，呈互层或夹层出现，受地质构造影响较重，裂隙发育，多为方解石及炭质物充填，层间结合一般，呈块状镶嵌结构。围岩开挖后拱部无支护时可产生小的坍塌，爆破震动过大易坍塌，侧壁基本稳定，岩石破碎段易产生小坍塌。3.2.8.4Ⅱ级围岩左线ZK20+800～ZK21+085段，共360mⅡ级围岩为微风化灰岩，中～厚层状，受地质构造影响较重，裂隙发育，方解石和泥炭质充填，呈块状镶嵌结构。围岩开挖后拱部基本稳定，裂隙密集带可产生小的坍塌，侧壁稳定。

第4章内轮廓的确定4.1内部净空的确定公路隧道净空包括公路建筑限界如图4-1图4-1公路隧道建筑界限图4-1公路隧道建筑界限通风及其他所需的断面积断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。公路隧道的建筑限界如图4-1包括车道、路肩、路缘带、人行道等宽度，以及车道人行道的净高。公路隧道的净空除包括公路建筑限界外，还包括通风管道、照明设备、防灾设备、监控设备运行管理设备等附属设备所需的空间以及富于量和施工允许误差等公路隧道设计规范建筑限界的规定：(1)建筑限界高度，高速公路、一级公路取5.0m，该隧道为高速公路隧道故取5.0m(2)当设置检修道或人行道时，不设余宽：当不设置检修道或人行道时，应设不小于25cm的余宽(3)隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡，该隧道为双线单向故取单面坡。坡度应根据隧道长度，平纵断面形式综合分析确定一般可采用1.5%~2.0%(4)路面采用单面坡时，建筑限界底边线和路面重合4.2结构断面形式及尺寸初步拟定结构断面的标准形式图4-2V=图4-2V=100KM/h设计时速标准断面

第5章公路隧道衬砌结构的设计和计算5.1围岩压力计算先根据隧道的建筑轮廓拟订隧道轮廓面的开挖尺寸、衬砌的类型，二衬的厚度等等。建筑轮廓图见附图4。围岩压力计算相关参数参见表5-1表5-1围岩压力计算相关系数围岩级别重度岩体相似摩擦角隧道水平系数岩体两侧摩擦角KN/m3°--°Ⅲ24460.123Ⅴ19460.4235.1.1Ⅲ级围岩压力计算此断面位于木冲高速公路隧道左线ZK22+565处，埋深292.88m，隧宽11.8m，隧高9.2m，围岩容重，计算时取纵向单位宽度的一环。=1.68m，mH大于2.5，因此隧道为深埋。垂直压力和水平压力计算如下：5.1.2Ⅴ级围岩压力计算此断面位于位于木冲高速公路隧道左线ZK20+765处，埋深9.64m，隧宽9.3m，隧高1(5-1)(5-2)式中，B——坑道的宽度；I——B每增加1m，围岩压力的增减率(以B=5m为基准)，当B<5m时，取i=0.2米，B>5m时，取i=0.1；——等效荷载高度值；S——围岩级别；γ——围岩的容重；——宽度的影响系数；根据公路隧道设计规范，Ⅵ~Ⅴ围岩取2.5，Ⅰ~Ⅲ围岩取2。H小于，因此隧道为浅埋。垂直压力和水平压力计算如下：5.2衬砌内力计算在衬砌的内力计算中，首先根据拟订衬砌结构的厚度及围岩的参数值，然后在ANSYS程序中建立模型并添加约束，进行加载，最后求得各单元的内力值。5.2.1ANSYS加载求衬砌内力过程(1)进入前处理，建立关键点；(2)合并线；(3)定义实常数；(4)划分单元；(5)建立弹簧单元；(6)进入处理阶段；(7)约束模型最下面点的位移，加重力，改变力的合并；(8)加载，求解；(9)进入后处理阶段；(10)显示位移表，看位移是否合理，显示出弯矩，轴力的列表，显示出弯矩图，轴力图。ANSYS代码见附录C。5.2.2Ⅲ级围岩衬砌内力计算与强度检验表5-2断面1的衬砌结构及围岩参数表结构及围岩容重()弹性抗力系数()弹性模量()泊松比C35钢筋混凝土2531.50.2Ⅲ级围岩24350利用ANSYS进行求解，得到衬砌的变形图、轴力图及弯矩图如下：图5-1图5-1Ⅲ级围岩变形图 表5-2表5-2Ⅲ级围岩弯矩图图5-3图5-3Ⅲ级围岩轴力图表5-3Ⅲ级围岩所有点的内力计算及强度检算结果。节点号弯矩轴力高h偏心距e轴力偏心距影响系数α抗压抗裂强度验算19.05E+02-1.46E+050.356.20E-031.01E+00121.93E+02-1.46E+050.351.32E-031.00E+0013-2.37E+03-1.47E+050.351.61E-021.00E+001

续表节点号弯矩轴力高h偏心距e轴力偏心距影响系数α抗压抗裂强度验算4-6.88E+03-1.47E+050.354.68E-028.99E-0115-1.30E+04-1.50E+050.358.69E-026.23E-0136-1.98E+04-1.54E+050.351.29E-013.08E-0137-2.39E+04-1.60E+050.351.50E-011.86E-0138-1.94E+04-1.69E+050.351.15E-014.07E-01393.45E+03-1.96E+050.351.76E-021.00E+001103.00E+04-2.46E+050.351.22E-013.54E-013112.78E+04-3.06E+050.359.08E-025.92E-013126.11E+03-3.81E+050.351.60E-021.00E+00113-2.05E+03-4.62E+050.354.45E-031.01E+00114-1.21E+03-5.49E+050.352.21E-031.00E+00115-1.41E+03-5.43E+050.352.59E-031.00E+00116-4.84E+03-5.38E+050.359.00E-031.01E+00117-7.07E+03-5.37E+050.351.32E-021.01E+00118-3.10E+03-5.44E+050.355.70E-031.01E+001191.23E+04-5.61E+050.352.20E-029.95E-011204.36E+04-5.40E+050.358.06E-026.71E-013215.52E+04-5.15E+050.351.07E-014.63E-014225.16E+04-4.89E+050.351.05E-014.77E-014233.70E+04-4.63E+050.357.99E-026.77E-013241.59E+04-4.39E+050.353.61E-029.50E-01125-7.72E+03-4.17E+050.351.85E-021.00E+00126-3.01E+04-3.99E+050.357.54E-027.10E-01327-4.82E+04-3.87E+050.351.25E-013.34E-01428-5.98E+04-3.80E+050.351.57E-011.54E-01429-6.34E+04-3.80E+050.351.67E-011.25E-01430-5.97E+04-3.86E+050.351.55E-011.65E-01431-4.80E+04-3.98E+050.351.21E-013.62E-01432-2.99E+04-4.15E+050.357.19E-027.36E-01333-7.45E+03-4.36E+050.351.71E-021.00E+001341.61E+04-4.60E+050.353.51E-029.54E-011353.72E+04-4.85E+050.357.68E-027.00E-013365.18E+04-5.11E+050.351.01E-015.09E-014375.54E+04-5.35E+050.351.03E-014.92E-014384.36E+04-5.56E+050.357.84E-026.88E-013391.23E+04-5.38E+050.352.28E-029.93E-01140-3.14E+03-5.31E+050.355.92E-031.01E+00141-7.00E+03-5.31E+050.351.32E-021.01E+00142-4.65E+03-5.36E+050.358.67E-031.01E+00143-1.19E+03-5.43E+050.352.18E-031.00E+00144-1.19E+03-4.56E+050.352.61E-031.00E+00145-2.50E+03-3.74E+050.356.68E-031.01E+001464.55E+03-3.00E+050.351.52E-021.01E+001472.81E+04-2.41E+050.351.17E-013.92E-013

续表482.99E+04-1.94E+050.351.54E-011.67E-013493.75E+03-1.68E+050.352.23E-029.94E-01150-1.91E+04-1.59E+050.351.20E-013.66E-01351-2.38E+04-1.53E+050.351.55E-011.62E-01352-1.97E+04-1.48E+050.351.33E-012.77E-01353-1.31E+04-1.45E+050.359.01E-025.98E-01354-6.96E+03-1.46E+050.354.76E-028.94E-01155-2.43E+03-1.46E+050.351.66E-021.00E+001561.63E+02-1.46E+050.351.11E-031.00E+001强度检算1-抗压合格2-抗压不合格3-抗拉合格4-抗拉不合格5.2.3Ⅴ级围岩衬砌内力计算与强度检算选择的混凝土和围岩参数见表5-4。表5-4断面2的衬砌结构和围岩参数表结构及围岩容重()弹性抗力系数()弹性模量()泊松比C35钢筋混凝土2531．50.2Ⅴ级围岩19150利用ANSYS进行求解，得到衬砌的变形图、轴力图及弯矩图分别如下：图5-4图5-4Ⅴ级围岩变形图图5-5图5-5Ⅴ级围岩弯矩图图5-6图5-6Ⅴ级围岩轴力图表5-5Ⅴ级围岩所有点的内力计算和强度检算结果节点号弯矩轴力高h偏心距e轴力偏心距影响系数α抗压抗裂强度验算12.21E+03-3.59E+050.456.14E-031.01E+00127.43E+02-3.59E+050.452.07E-031.00E+0013-4.76E+03-3.59E+050.451.33E-021.01E+0014-1.45E+04-3.60E+050.454.01E-029.69E-0115-2.76E+04-3.66E+050.457.55E-028.28E-0116-4.19E+04-3.73E+050.451.12E-016.19E-0137-5.00E+04-3.83E+050.451.30E-015.08E-0138-3.85E+04-3.99E+050.459.65E-027.14E-01391.30E+04-4.54E+050.452.87E-029.94E-011106.85E+04-5.48E+050.451.25E-015.42E-013115.96E+04-6.70E+050.458.89E-027.56E-011129.56E+03-8.27E+050.451.16E-021.01E+00113-8.68E+03-1.00E+060.458.68E-031.01E+00114-5.82E+03-1.18E+060.454.93E-031.01E+00115-3.96E+03-1.18E+060.453.35E-031.00E+00116-8.94E+03-1.17E+060.457.64E-031.01E+00117-1.22E+04-1.17E+060.451.04E-021.01E+00118-3.76E+03-1.19E+060.453.16E-031.00E+001192.65E+04-1.23E+060.452.15E-021.00E+001208.68E+04-1.19E+060.457.30E-028.40E-011211.09E+05-1.14E+060.459.56E-027.18E-013221.01E+05-1.09E+060.459.27E-027.35E-013237.22E+04-1.04E+060.456.94E-028.58E-011243.02E+04-9.96E+050.453.03E-029.91E-01125-1.66E+04-9.54E+050.451.74E-021.01E+00126-6.09E+04-9.21E+050.456.61E-028.73E-01127-9.67E+04-8.97E+050.451.08E-016.46E-01328-1.19E+05-8.85E+050.451.34E-014.83E-01429-1.26E+05-8.85E+050.451.42E-014.36E-01430-1.19E+05-8.98E+050.451.33E-014.95E-01431-9.59E+04-9.21E+050.451.04E-016.68E-01332-5.99E+04-9.54E+050.456.28E-028.88E-01133-1.55E+04-9.95E+050.451.56E-021.01E+001343.13E+04-1.04E+060.453.01E-029.92E-011357.32E+04-1.09E+060.456.71E-028.68E-011361.02E+05-1.14E+060.458.95E-027.53E-011371.10E+05-1.18E+060.459.32E-027.32E-013388.68E+04-1.22E+060.457.12E-028.49E-011392.60E+04-1.19E+060.452.18E-021.00E+00140-4.12E+03-1.17E+060.453.52E-031.00E+00141-1.20E+04-1.17E+060.451.03E-021.01E+00142-8.24E+03-1.17E+060.457.04E-031.01E+00143-3.07E+03-1.18E+060.452.60E-031.00E+00144-5.65E+03-9.92E+050.455.69E-031.01E+001

续表45-1.05E+04-8.23E+050.451.28E-021.01E+001463.24E+03-6.73E+050.454.81E-031.01E+001476.19E+04-5.47E+050.451.13E-016.14E-013486.87E+04-4.61E+050.451.49E-013.96E-013491.44E+04-4.05E+050.453.55E-029.80E-01150-3.77E+04-3.86E+050.459.77E-027.06E-01351-4.97E+04-3.73E+050.451.33E-014.91E-01352-4.20E+04-3.64E+050.451.15E-016.00E-01353-2.80E+04-3.57E+050.457.85E-028.12E-01154-1.50E+04-3.59E+050.454.17E-029.64E-01155-5.12E+03-3.59E+050.451.43E-021.01E+001565.65E+02-3.59E+050.451.58E-031.00E+001强度检算1-抗压合格2-抗压不合格3-抗拉合格4-抗拉不合格5.3衬砌结构强度检算原理隧道衬砌为双线复合式衬砌，参照《公路隧道隧道设计规范》按破损阶段法及允许应力法检算隧道结构截面。隧道截面抗压强度按下式计算：(5-3)式中，——安全系数，值见表4-6；——轴向力；——混凝土或衬砌的抗压极限强度，值见表4-7；——构件纵向弯曲系数，对于隧道衬砌可取；——截面宽度；——截面厚度；——轴向力偏心影响系数，查《规范》可得，计算公式如下：。表5-6K的取值表混凝土砌体破坏原因荷载组合永久荷载+基本可变荷载永久荷载+基本可变荷载+其它可变荷载永久荷载+基本可变荷载永久荷载+基本可变荷载+其他可变荷载混凝土或砌体达到抗压极限强度2.42.02.72.3混凝土达到抗拉极限强度3.63.0——表5-7的取值表强度种类混凝土强度等级C15C20C30C35C40C50抗压12.015.519.022.529.536.5弯曲抗压15.019.424.228.136.945.6抗拉1.42.02.02.22.73.1注：①片石混凝土的抗压极限强度可采用表中的值②表中的弯曲抗压极限强度按从抗裂要求出发，混凝土矩形截面偏心受压构件的抗拉强度按下式计算：(5-4)式中，R1——混凝土抗拉极限强度；——检算截面偏心矩。当时，由抗压强度控制承载能力，不必检算抗裂；当时，由抗拉强度控制承载能力，不必检算抗压。5.4衬砌截面配筋计算5.4.1截面配筋原理参照《公路隧道设计规范》受压构件对截面进行对称配筋。在对称配筋时，，(1)当时，为大偏心受压。如，则或(5-5)式中，K——安全系数；M——弯矩；——混凝土弯曲抗压极限强度标准值，=1.25；——钢筋的抗拉或抗呀计算强度标准值，HRB335的是335MPa；、——受拉和受压区钢筋的截面面积(m2)；、——自钢筋或的重心分别至截面最近边缘的距离；h——截面高度；h0——截面的有效高度(m)，h0=h-a；x——混凝土受压区的高度；b——矩形截面的宽度或T形截面的肋宽(m)；(2)当时，为小偏心受压，远离纵向力一边的钢筋不屈服。则矩形的截面对称小偏心受压构件的钢筋截面面积，可按下面公式计算：(5-6)EMBEDEquation.DSMT4当轴向力N作用于钢筋重心与钢筋的重心之间时，尚应符合下列要求：(5-7)Ⅲ级围岩配筋计算单元弯矩轴力高h偏心距e轴力偏心距影响系数α强度验算215.52E+04-5.15E+050.351.07E-014.63E-01不合格225.16E+04-4.89E+050.351.05E-014.77E-01不合格27-4.82E+04-3.87E+050.351.25E-013.34E-01不合格28-5.98E+04-3.80E+050.351.57E-011.54E-01不合格29-6.34E+04-3.80E+050.351.67E-011.25E-01不合格30-5.97E+04-3.86E+050.351.55E-011.65E-01不合格31-4.80E+04-3.98E+050.351.21E-013.62E-01不合格365.18E+04-5.11E+050.351.01E-015.09E-01不合格375.54E+04-5.35E+050.351.03E-014.92E-01不合格5.4.2.1单元37配筋计算1000mm350mm，荷载产生的最大轴向力设计值为：N=535KN,M=55.4KNm，混凝土强度等级为C35(=12.5.0MPa,=28.1Mpa，=2.0Mpa)，纵向受力钢筋选用Q235级(=380)；取=40mm，则=350-40=310mm，=350-40=310；安全系数K=2.4(抗压)；此时=103mm。则：=44mm170mm故属于大偏心受压又：=44mmmm，取；此时公式为：，得：=<0因此按照构造配筋，==700则选用HRB335(1018)5.4.2.2单元29配筋计算=1.25=1.25=设=40mm、=40mm，则=h=350－40=310mmKN=2.4380KN=912KNx=mm<0.55=0.550.31=170因此是大偏心，=32.4mmmm，取；=594.5mm2则选用HRB335(628)。Ⅴ级围岩配筋计算单元弯矩轴力高h偏心距e轴力偏心距影响系数α强度验算28-1.19E+05-8.85E+050.451.34E-014.83E-01429-1.26E+05-8.85E+050.451.42E-014.36E-01430-1.19E+05-8.98E+050.451.33E-014.95E-0145.4.3.1单元28配筋计算=1.25=1.25=设=40mm、=40mm，则=h=450－40=410mmKN=2.4885KN=2124KNx=mm<0.55=0.550.31=170mm因此是大偏心，=97.4mm>mm，取mm<0因为其满足抗压要求，因此可按构造配筋=经查表得：选用则选用HRB335(1018)5.4.3.2单元29配筋计算=1.25=1.25=设=40mm、=40mm，则=h=350－40=310mmKN=2.4885KN=2124000KNx=97.4mm<0.55=0.550.31=170因此是大偏心，=97.4mm>mm，取mm=-1512mm2因为其满足抗压要求，因此可按构造配筋=则选用HRB335(1018)5.4.5.2单元30配筋计算=1.25=1.25=设=40mm、=40mm，则=h=350－40=310mmKN=2.4898KN=21552021KNx=102mm<0.55=0.550.31=170因此是大偏心，想去.4mm>mm，取mm=-978mm2因为其满足抗压要求，因此可按构造配筋=则选用HRB335(1018)5.5裂缝检验永久荷载和可变荷载作用下，二次衬砌结构最大计算裂缝宽度应满足相关规范的要求。考虑裂缝宽度分布不均匀性及荷载长期作用影响后的最大裂缝宽度(cm)，可按下列公式计算：式中Eg——钢筋的弹性模量；——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数；，当时，取；时，取；——永久荷载和可变荷载作用下的弯矩；——矩形截面宽度；——混凝土的极限抗拉强度；——截面高度。——纵向受拉钢筋应力，可取；——纵向受拉钢筋的截面面积；——截面的有效高度：＝截面高度－保护层厚度；——平均裂缝间距(以厘米计)；——纵向受拉钢筋的直径(以厘米计)，当用不同直径的钢筋时公式中d改为换算直径(s为纵向受拉钢筋总周长)；——纵向受拉钢筋配筋率，；——与纵向受拉钢筋表面形状有关的系数：对螺纹钢筋，取；对光面钢筋，取；对冷拔低碳钢丝，取。当采用Ⅲ级钢筋作纵向受拉钢筋时，应将计算求得的最大裂缝宽度乘以系数1.1(注：如有可靠的设计经验或构造措施时，式中的系数2.0可适当减小)。单元弯矩轴力高h偏心距e轴力偏心距影响系数α强度验算29-6.34E+04-3.80E+050.351.67E-011.25E-01不合格已知：矩形截面(ZK22+565断面)：1000mm350mm，荷载产生的最大轴向力设计值为：N=380KN,M=63.4KNm，混凝土强度等级为C35(=22.5MPa,=28.1Mpa，=2.2MPa)，纵向受力钢筋选用HRB335级=520取=40mm，则=350-40=310mm，=350-40=310；安全系数K=3.6(抗拉)；对螺纹钢筋，取钢筋面积为；22.7mm；该单元，荷载产生的轴向设计值为：N=380KN,M=63.4KNm；计算得：=0.00203，=374，=0.012=677mm=0.03mm<0.2mm，满足要求。由于其他单元抗压强度满足要求按照构造配筋,所以无需检算其裂缝.

第6章隧道施工技术及施工工艺本合同段重难点工程为隧道，共有隧道2座，本标段为进口端，左线长1825m，右线长1820m。标段所经地区为典型的喀斯特地貌，地层为以砂岩、页岩、粉砂岩为主的寒武系地层。6.1新奥法施工6.1.1新奥法施工的基本原则新奥法(NewAustrilianTunnellingmethod－NATM)，是以喷射混凝土锚杆作为主要的支护手段，通过检测控制围岩变形，充分发挥围岩的自承能力的施工方法。新奥法施工的基本原则可以归纳为“少扰动、早支护、勤量测、紧封闭”。少扰动是指在隧道开挖时，要尽量减少对围岩的扰动次数和强范围和持续时间。即要求能用机械可挖的就不要用钻爆法开挖：根据这一原则，该隧道Ⅵ级围岩采用机械开挖。采用钻爆开挖时要严格控制爆破，尽量采用大断面开挖：根据围岩类别支护条件，开挖方法学则合理的循环进尺，对自稳性差的围岩应减小循环进尺，支护要尽量紧跟开挖面，缩短围岩应力松弛时间早支护是指开挖后及时施做锚喷支护，使围岩变形进入守控制状态，这样做一方面使围岩不至于因为过度变形而坍塌失稳：另一方面使围岩变形适度发展，以充分发挥围岩的自承能力。必要时采取超前预支护措施。勤量测，是指以直观可靠的量测方法和量测数据来准确的评价围岩的稳定状态，或判断其动态发展趋势，以便及时的调整支护形式，开挖方法，确保施工安全顺利进行。量测是现代隧道及地下工程理论的重要标志之一。也是掌握围岩动态变化过程的手段和进行工程设计施工的依据。紧封闭，一方面是采取喷射混泥土等防护措施，避免围岩因长时间暴漏而导致的强度和稳定性的衰减(尤其是对易风化的软弱围岩)：另一方面是指要适时对围岩施做封闭形支护，这样做不止可以阻止围岩变形，而且可以使支护和围岩能竟如良好的共同工作状态。6.1.2新奥法的施工工序新奥法的施工工序可用图6-1表示施工准备施工准备确定施工方案开挖初期支护量测监控是否符合管理基准防水隔离层二次支护竣工必要时需超前支护或预先进行地层改良图6-1新奥法施工工序修改施工方案改变开挖方法和顺序修正支护参数否是运用新奥法原理，隧道爆破采用光面爆破技术，塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆，初期支护采用超前或径向注