学士南水北调中线工程吴庄隧洞设计与施工组织

石家庄铁道学院毕业设计（论文）PAGE43目录TOC\o"1-3"\h\zHYPERLINK\l"_Toc42425184"摘要 IHYPERLINK\l"_Toc42425185"Abstract IIHYPERLINK\l"_Toc42425186"1绪论 1HYPERLINK\l"_Toc42425187"2工程概况 2HYPERLINK\l"_Toc42425188"2.1工程总概况 2HYPERLINK\l"_Toc42425189"2.2地形与地貌 2HYPERLINK\l"_Toc42425190"醋2淹.泉3仙宋水僻文衫与亏地牵质益 棒2HYPERLINK\l"_Toc42425191"匀2浆.菠3风.内1挠何水暮文培地杀质轿条织件货 管2HYPERLINK\l"_Toc42425192"房2迟.油3嫩.撑2悉让工跨程直地搬质配状兽况凡 猪3HYPERLINK\l"_Toc42425193"稀2岂.握4瓦浆施挖工青难翻点房与辫特做点扔 去4HYPERLINK\l"_Toc42425194"肤2绩.酒4贱.浙1街占进沸出拳口皇段退边醉坡基的横稳道定霉性馆问安题悔 舱4HYPERLINK\l"_Toc42425195"眯2答.累4佩.冶2盗凉洞系身予的拣稳版定讲 修4HYPERLINK\l"_Toc42425196"义2舍.屿4晶.复3榴小隧矿洞攻整疮个孕断象面叔做挽为辫防坝水洽结挪构呜 亲4HYPERLINK\l"_Toc42425197"察2培.割4壶.河4址宅施绢工谊支睡护弟结经构玩 堪4HYPERLINK\l"_Toc42425198"轧3揭冈隧并道宰断肝面对设侍计然 愈5HYPERLINK\l"_Toc42425199"喝3拨.芽1贱旱设悉计肝依袋据立 鼓5HYPERLINK\l"_Toc42425200"球3津.者1夺.胀1纸袄工宰程仰等傅级麦 滴5HYPERLINK\l"_Toc42425201"组3忠.冠1猫.普2袋置建捧筑圾物仙级台别券 剃5HYPERLINK\l"_Toc42425202"漠3遇.些1鸽.荡3远个总排干工渠筹及狱隧肯道需水醒利砍要泪素橡 喜5HYPERLINK\l"_Toc42425203"进3燕.特1轰.链4母浆规先程表、捎规争范浓 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2工程概况2.1工程总概况南水北调工程是我国西部大开发的标志性工程，其中中线工程是一项跨流域调水的特大工程担负着向北京。天津等重要城市的供水及沿线的农田灌溉等重大任务。吴庄隧道设计流量160m3/s，加大流量为190m3/s，洞内加大水深为5.75m。隧道进口处总干渠设计水深为4.5m，相应加大水深为4.922m，渠底宽为27m，一级边坡1：1.25，纵向比将1：25000。隧道出口出总干设计水深为4.5m，相应加大水深为4.922m，渠底宽为28m，一级边坡1：2，纵向比将1：25000。隧道粗糙率为0.014，隧道的水头损失为0.437m。吴庄隧洞位于河北满城县西5公里的吴庄村石牛山村，交通便利，隧道穿过石牛山，通过地段岩性单一，进口段有8条小断层，破碎带5～40cm，并伴有3条节理密集带，隧道出口处仅有一条较大的断层带及11条节理密集带。隧道位于低山丘地带，隧道最大埋深307m，进出口埋深12～15m。地下水位埋藏较深，一般稳定在37m左右，低于隧道开挖高程20m。进出口渐变段以黏土为主，吴庄隧道穿越燧石条带白云岩，围岩分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类，共7段，基本稳定的Ⅱ类围岩长462米，稳定性较差的Ⅲ类围岩长883米，Ⅳ类不稳定围岩长979米。隧道工程所使用的混凝土骨料以及石料均采用来自漕河沙砾中心料场和玉山石料场。隧道建筑物由两部分组成：隧道主体工程及外围工程。主体工程包括隧道洞身与隧道洞门；外围工程包括进出口渐变段、闸门、墩头、边坡防护等。吴庄隧道全长内的断面为曲墙带仰拱的断面形式，隧道采用分离双洞布置形式。为两条无压输水隧道，两隧道间距为30m。2.2地形与地貌本区地貌单元属于太行山东部边缘低山丘陵区，隧道斜穿石牛山主峰西侧，主峰山脉走向NW348°，最高高程为411.6m，隧道穿越的山脉走向NW-SE向，与轴线呈近71°交角，山丘最大高程为370m，相对高差为290～270m，山坡坡度为30°～40°，隧道进出口山前坡地高程为75～82m，为坎状梯田，冲沟发育，起形态发展明显首构造控制。2.3水文与地质2.3.1水文地质条件本区属于温带大陆季风气候，年降水量580mm，7～8月份占70%，多年平均气温12.3℃，一月份平均气温-4.1℃，七月份平均气温26.2℃。极端最低气温为-23.3℃，极端最高温度为41.7℃冻土厚度为0.55m。隧道按地下水埋深条件分为第四系空隙潜水及基岩裂隙水。其中第四系空隙水主要埋藏与第四系松散岩中，大都由地表径流流走。基岩裂隙水存储于岩石的空隙与裂隙中，大气降水沿上述通道运转，都为基岩中的悬挂水，其水量较小，主要首季节控制。本区地下水埋藏较深，对施工影响不大，汛期由于大气降水的增大，进出口段地下水位迅速上升对施工有一定的影响，应考虑施工排水、节理密集带处洞顶的稳定性问题。从洞口部位的机井中采取的水样进行了水质分析，为重碳酸钙镁型水。按照《水利水电工程地质勘察规范》中环境水腐蚀标准，地下水对混凝土无腐蚀性。隧道所在的牛山山体主要为燧石条带白云岩与粗晶白云岩等，大都为可容性差的碳酸岩类，由于大气降水的长期冲刷与淋漓，使岩体表面形成小的容孔洞及溶隙，一般溶孔为2～10mm，溶隙为10～30cm。在进出楼段的钻孔中都可以看到大部分强风化与部分弱风化岩柱及节理面上都可以见到溶蚀现象，局部强风化岩柱上溶蚀呈蜂窝状并填充有红黏土。而吴庄隧道进口穿越在弱风化岩中，其余都为微风化岩，故溶蚀现象不会对工程产生叫大的影响。2.3.2工程地质状况吴庄隧道地质构造简单，除进出口渐变段结构外，洞身段为土岩多层结构外，洞身段均为单一结构，现分别进行说明：⑴进口渐变段几闸室段(桩号v370+941～v371+006)进口渐变段及闸室长60m，为土岩多层结构。地面标高为78.5m～97.8m，表层为第四纪上更新统中段黄土状壤土，呈灰黄色，以轻粉质壤土为主,部分为中粉质壤土,少量为重粉质壤土。壤土中夹杂着含量不等的碎石壤土，碎石成分为燧石条带白云岩。本层底高程为71.6～85.8m，最大厚度为18.5m。第二层为第四纪上更新统下冲击层，岩性为红黄色壤土，以中粉质壤土为主。夹有粘土、碎石土透镜体。层底高程为52.5～75.3m，最大厚度为22m。第三层为第四纪上更新统上坡段坡残积，岩性为棕红色含碎石黏土、含黏土碎石层。碎石成分为燧石条带白云岩，本层基地高程为49.0～62.3m，最大厚度为14m。基岩为弱风化燧石条带白云岩与粗晶白云岩夹白云质砂岩，碎屑白云岩等，强风化厚度为2～16m，弱风化最厚在18m以上。⑵洞身段(桩号v371+006-v373+280)该段长2×2274m，山体基岩裸露为岩层单一结构。进口表层桩号v371+006～v371+590为黄土土壤，厚0～5.5m桩号v371+590～v371+625表层及黄土壮壤土下为含碎石黏土，厚0～10m，基岩含碎石黏土碎石中粗砂透镜体，出口表层为黄土壮壤土厚0～10m。底部夹含碎石黏土透镜体。隧道进出口松散层以下及其它段岩石为燧石条带白云岩与粗晶白云岩夹白云质砂岩，碎屑白云岩，为厚-中厚层，岩层的产状进出口稍微有所变化，表层强风化2～33m，除进出口部分为弱风化岩石外，其余为微风化或新鲜岩层，洞身以上岩层厚度为10～370m。⑶出口渐变段及闸室段(桩号v373+280～v371+375)出口渐变段及闸室长90m，为土岩多层结构。地面标高为69.6m～90m。表层为第四纪上更新统中段冲击层，岩性为黄土状壤土，为轻粉质壤土。本层底高程为63.6～78.3m，最大厚度为10.5m。第二层为第四纪上更新统下段洪击层，岩性为红黄色壤土，以重粉质壤土为主层底高程为48.7～70.8m，最大厚度大于19m。第三层为第四纪上更新统上段坡残积层，岩性为含碎石红黏土、碎石土，碎石含量极不均匀。本层基地高程为48.7～61.3m，最大厚度为10m。基岩为弱风化燧石条带白云岩，碎屑白云岩，强风化厚度为1.5～3m，弱风化厚度为2～18m。2.4施工难点与特点2.4.1进出口段边坡的稳定性问题隧道进出口表层为第四系松散层，厚为1～22m，夏布基岩为强-弱-微风化燧石条带白云岩与粗晶白云岩夹白云质砂岩夹碎屑白云岩、白云质砂岩岩层的最大挖深为17m，属于岩质中高边坡。岩层与隧道中线呈59°夹角，隧道进口有f1、f3断层通过，NE、NW高角度节理、节理密集带发育，它们与缓倾角岩层相交组合将掩体切割成块状，且局部节理面与层面有夹泥，因此边坡及洞脸的稳定成为隧道施工的难点。2.4.2洞身的稳定隧道穿越的地段有断层节理密集带数条，探洞还发现小型断层断裂几层间夹泥多条，这些构造如果与层面节理面组合或相互结合，不论在洞顶或边墙，将岩体切割成大小不等的岩块，使隧道洞身的稳定成为施工的另一难点。2.4.3隧洞整个断面做为防水结构本结构为水工隧道，因此隧道施工的防水措施显得尤为重要，为了避免在隧道施工完成以后出现隧道因渗水问题而造成的损失隧道的防水十分重要，因此在隧道施工中对连接缝，沉降缝，伸缩缝进行处理时要注意。2.4.4施工支护结构隧洞进出口为浅埋破碎带，属于不稳定围岩，施工支护结构较复杂,隧洞施工近洞较困难。

3隧道断面设计3.1设计依据3.1.1工程等级南水北调中线工程是一项跨流域调水的特大工程，担负着向北京、天津等重要城市供水和沿线农田灌溉的重大任务，根据《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》的规定，和水利部水利委员会的有关设计大纲规定：南水北调中线工程为一等工程。3.1.2建筑物级别根据《南水北调中线总干渠工程初步设计大纲》对总干渠建筑物的要求吴庄隧道进口、出口渐变段、隧道洞身、闸门按一级建筑物设计。3.1.3总干渠及隧道水利要素根据总干渠总体设计，此处设计流量为160m3/s，加大流量为190m3/s，洞内加大水深为5.75m。隧道进口处总干渠设计水深为4.5m，相应加大水深为4.922m，渠底宽为27m，一级边坡1：1.25，纵向比将1：25000。隧道出口出总干设计水深为4.5m，相应加大水深为4.922m，渠底宽为28m，一级边坡1：2，纵向比将1：25000。隧道粗糙率为0.014，隧道的水头损失为0.437m。3.1.4规程、规范《混凝土结构设计规范》GBJ10-89《水工隧洞设计规范》SD134-84《水工钢筋混凝土结构设计规范》SDJ20-78《水工混凝土施工规范》SD207-823.2方案选择隧道布置形式3.2.1隧洞净空断面形式经过分析，按过水面积占隧洞净断面的80%计算，则每个隧洞净空断面积约为65m2。隧洞的进出口段为Ⅳ级不稳定围岩，围岩侧压力较大，因此考虑采用曲墙圆拱形式的断面。设计提供了两种不同隧道的布置形式：分离式双洞（如图3-1）和双联拱式（如图3-2）图3-1分离式双洞图3-2双联拱式3.2.2两种方案的比较选择方案一为分离式双洞，为两断面大小相等的分离式隧道，两条隧道中心线间距为30米。方案二为两侧断面大小相等的双联拱式隧道，中间隔墙厚度为1.5米。两方案的比较如表所示

表3-1两方案比较表隧道方案分离式双洞双联拱式优点两条隧道单独承受压力，单洞应力圈不叠加，隧道受力简单两单洞可以独立的施工，互不干扰。由于隧道断面较小，施工技术要求较低，施工工艺简单，施工进度快每沿米的模注混凝土两较少。当隧道一侧出现问题时，可以在不影响另一侧的情况下进行维修。施工集中，有利于集中管理。进出口段土方及圬工量较少。进出口段不需经过渐变段，水头损失少。缺点水流进出口都要经过渐变段，导致较多的水头损失。进出口段土方开挖量较大，圬工量大。施工分散，不便于集中管理。两侧隧道共同受力，受力情况复杂。在进行隧道开挖时，需要先进行中导洞的开挖，修筑中隔墙后才能进行下一步工序，施工方案复杂。施工断面较大，施工技术要求较高，施工工艺复杂。每沿米的模注混凝土两较大。当隧道一侧出现问题时，需要关闭整个隧道进行维修。经过对两种不同方案的优缺点的综合比较，设计最终采用方案一：分离式双洞隧道。

4隧道结构设计4.1隧道衬砌设计与检算4.1.1隧道主要支护参数根据工程类比及结构计算初步拟定初期支护和二次混凝土衬砌的参数。吴庄隧道进出口段均为Ⅳ级不稳定围岩，从设计资料来看，岩体的力学性能不是很差，有一定的自稳能力，所以不必考虑围岩的超前支护，如果开挖后地质条件变坏或量测到隧道拱顶下沉或地面下沉量较大，再进行超前支护在隧道设计方案中，在拱顶及边墙设置φ6╳φ8的钢筋网，隔栅间距250╳250mm，设1榀/米的四边形隔栅刚架，在刚架的接头处设置锁脚锚以固定刚架隔栅刚架在开挖初喷5cm混凝土后架设，然后补喷10cm混凝土包裹刚架直至设计厚度。二次衬采用C25钢筋混凝土模注整体式衬砌，厚度为600mm，钢筋混凝土衬砌的抗渗系数不低于0.85MP，标号为S8，抗蚀系数不低于0.8。浇注二次衬砌时要保证与初期支护的密贴不允许出现空洞，否则须进二次填充注浆。模注混凝土施工顺序为先墙后拱式施工顺序。4.2隧道衬砌结构参数的计算计算工况与荷载的拟订与计算本隧道为过水隧道，经过分析比较有水时与无水时隧道的受力变化不大，故只对两种不同的结构进行无水时的结构的计算。⑴围岩竖直压力的计算对于Ⅳ级围岩，根据《水工隧道设计规范》建议的方法进行计算：松动介质平衡理论计算围岩压力荷载高度按以下公式进行计算：h==（4.1）式中：B——隧道开挖断面宽度（m）H——隧道开挖断面宽度（m）f——岩石坚固系数，根据围岩的类别进行取值；φ——岩石的内摩擦角，根据围岩的类别进行取值；实际设计所采用的荷载为：q=0.7γh（4.2）式中：γ——围岩容重（KN/m）如果隧道埋深h1小于或等于计算得出的塌落拱的高度h时，为浅埋隧道，取q=γh；如果隧道埋深h1大于计算得出的塌落拱的高度h时，为深埋隧道，取q=0.7γh。⑵围岩水平荷载隧道浅埋时，水平荷载按以下公式计算：在拱顶处：e1=λq（4.3）在隧道仰拱地面处：e2=λ（q+γh）（4.4）⑶衬砌自重⑷围岩的弹性抗力弹性抗力是围岩抵抗隧道衬砌向围岩方向变形的能力，其值根据变形条件确定，按局部变形理论计算：P=kδ（4.5）式中：K——围岩的弹性抗力系数（KN/m）采用工程类比法确定，或采用下面的公式估算：k=100k0/R（4.6）式中：R——圆形隧道的开挖半径（m）对于非圆形隧道，近似取R=B/2。B为非圆形隧道的开挖宽度。k0——单位岩石的抗力系数（KN/m），即半径为1米的圆形隧道的抗力系数，其值一般可按下面的公式计算：k0=（4.7）式中：E——岩石的弹性模量（KN/m2）μ——岩石的泊松比4.3隧道衬砌结构的计算4.3.1建立模型采用《ANSYS5.7有限元结构分析程序》进行隧道衬砌结构的分析，将隧道衬砌模拟为置于弹性地基梁上的有限单元杆系进行分析；方案一：分离式单洞方案一的计算简图如图4-1所示：图4-1分离式单洞计算简图方案一衬砌离散单元节点编号如图4-2所示：图4-2分离式单洞计算节点编号方案二：双联拱式方案二的计算简图如图4-3所示：图4-3双联拱式计算简图方案二衬砌离散单元节点编号如图4-4所示：图4-4：双联拱式计算节点编号4.3.2结果分析方案一的计算结果表明在仰拱与边墙处出现了应力集中现象，最大应力出现在边墙和仰拱的交接处，其次在拱腰处。方案二的计算结果表明应力集中表现在两侧仰拱与边墙的交界处以及拱角与中间隔墙的交接处。这两种情况的轴力与弯距见表4-2，4-34.3.3截面强度的检算对于隧道衬砌结构按破坏阶段的偏心受压构件进行检算。计算结果见表。根据《水工隧洞设计规范》，考虑截面抗拉情况时截面的抗压和抗拉能力分别满足以下式子：抗压：KN≤（4.8）抗拉：KN≤（4.9）上式中：K——抗拉、抗压安全系数；Ⅰ级建筑物K=2.8；N——截面轴力；Ra、Rl——分别为衬砌混凝土的设计抗压与抗拉强度；b、h——分别为衬砌混凝土结构计算的截面宽度与高度；γ——截面抵抗距塑性系数，γ取1.55；e0——偏心距，e0=M/N，M为截面弯距；φ——混凝土构件的纵向弯曲系数。上述表中计算结果表明，只有在应力集中处不能满足抗拉要求，需要配筋，经过计算按构造配筋即可满足要求。配筋率为0.2%，受力筋为φ18，沿隧道中线每米5根，衬砌厚度方向内外分两层，架立筋为φ10，箍筋为φ6，混凝土保护层厚度为40mm，具体见设计图纸。4.3.4截面抗裂检算根据《水工隧洞设计规范》要求，隧道衬砌截面的抗裂满足下式：Kf≤γRfW0/（e0-W0/A0）（4.10）式中：Kf——钢筋混凝土构件的抗裂安全系数，对于一级结构物取1.15；Rf——衬砌混凝土的抗裂设计强度；A0——钢筋混凝土截面的换算面积；W0——换算截面受拉边缘的弹性抵抗距，W0=J0/（h-x0）；h——截面全高；x0——换算截面重心至受压边缘的距离；J0——换算截面对其重心的惯性距。经过计算最危险截面的抗裂安全系数为5.3大于1.15，满足要求。⑸截面裂缝宽度计算根据《水工隧洞设计规范》，钢筋混凝土截面如果满足截面抗裂要求，则截面裂缝宽度可不予以检算。图4-5分离式双洞Ⅳ类围岩深埋隧道衬砌断面变形图图4-6分离式双洞Ⅳ类围岩深埋隧道衬砌断面弯距图图4-7分离式双洞Ⅳ围岩深埋隧道衬砌断面轴力图图4-8双连拱隧洞Ⅳ围岩深埋隧道衬砌变形图

图4-9双连拱隧洞Ⅳ围岩深埋隧道衬砌断面轴力图图4-10双连拱隧洞Ⅳ围岩深埋隧道衬砌断面轴力图

表4-1方案一无水工况深埋隧道抗拉抗压系数表节点弯距轴力偏心距相对偏心距抗压能力抗压安全系数抗拉能力抗压安全系数号N.mNmNKaNKl1-130450.00-667280.000.200.3327411624.112660331.902-61473.00-663300.000.090.1542039156.3-1.7E+0724.893-19957.00-665350.000.030.0562310219.4-172701310.384-3026.80-672430.000.000.01775110111.5-12659867.535-3281.60-627500.000.010.01769745112.3-12757158.136-16053.00-586340.000.030.05635901010.8-166479211.367-37357.00-548430.000.070.1148180948.8-37919016.918-59852.00-512340.000.120.1937358037.3718750414.039-70797.00-476860.000.150.2532600176.824945865.2310-65929.00-442330.000.150.2532523677.424648645.5711-49852.00-409830.000.120.2036545648.9558670113.6312-26801.00-380310.000.070.12475152912.5-409434410.7713-574.39-354560.000.0805-122890813.861425528.00-333270.00-0.08-0.133.5E+07103.9-6846048.221548749.00-316970.00-0.15-0.26-2E+0747.5-4763656.011666910.00-306050.00-0.22-0.36-7E+0622.3-3794444.961778437.00-300780.00-0.26-0.43-5E+0616.7-3351094.461882378.00-301290.00-0.27-0.46-5E+0615.5-3237664.30361519.60-536750.000.070.01833600215.5-11757148.763760854.00-530170.00-0.11-0.19-5E+07103.4-5628964.253875739.00-527090.00-0.14-0.24-2E+0735.2-4961173.763966844.00-525930.00-0.13-0.21-3E+0756.8-5323724.054048609.00-525640.00-0.09-0.151.1E+08204.8-6281314.784129748.00-525640.00-0.06-0.091.9E+0735.5-7720615.884214729.00-525640.00-0.03-0.051.1E+0721.4-9443767.19435389.80-525540.00-0.01-0.02902564717.2-10965428.35442265.20-525320.000.00-0.01846501516.1-11590238.83455422.30-524980.00-0.01-0.02903297917.2-10958188.35表4-2：方案二无水工况深埋隧道抗拉抗压系数表节点号弯距轴力偏心距相对偏心距抗压能力抗压安全系数抗拉能力抗拉安全系数N．mNmNN1-3.87E+05-2.07E+060.190.3128261585.455.73E+062.762-1.88E+05-2.05E+060.090.1542271118.262.29E+0711.213-51866-2.03E+060.030.04645337012.70-2.10E+0710.35420377-2.03E+06-0.01-0.02900290517.72-1.04E+075.10539665-2.03E+06-0.02-0.031006921019.86-9.12E+064.50618471-2.01E+06-0.01-0.02891891617.73-1.05E+075.217-33655-1.98E+060.020.03692419113.97-1.69E+078.518-1.09E+05-1.94E+060.060.09518769210.70-1.88E+0896.889-1.96E+05-1.88E+060.100.1739664238.421.64E+078.7110-2.75E+05-1.81E+060.150.2532135717.107.88E+064.3511-2.82E+05-1.72E+060.160.2730720267.147.00E+064.0612-2.31E+05-1.62E+060.140.2433382018.238.78E+065.4113-1.41E+05-1.52E+060.090.16419490411.052.19E+0714.4414-29534-1.42E+060.020.03670521418.89-1.85E+0713.031587256-1.33E+06-0.07-0.112346999070.46-5.78E+064.34161.94E+05-1.26E+06-0.15-0.26-1.5E+0747.94-3.40E+062.69172.77E+05-1.21E+06-0.23-0.38-630144320.77-2.51E+062.07183.28E+05-1.19E+06-0.28-0.46-460407615.48-2.16E+061.82193.41E+05-1.19E+06-0.29-0.48-435937214.63-2.10E+061.76203.13E+05-1.22E+06-0.26-0.43-519785417.00-2.30E+061.88212.47E+05-1.28E+06-0.19-0.32-869841527.17-2.87E+062.24221.51E+05-1.36E+06-0.11-0.18-7.5E+07220.56-4.25E+063.122334164-1.46E+06-0.02-0.041057751429.01-8.70E+065.9624-88221-1.57E+060.060.09518296013.23-1.95E+08124.4525-1.99E+05-1.68E+060.120.2037033618.821.24E+077.3526-2.81E+05-1.79E+060.160.2631505977.057.47E+064.1827-3.13E+05-1.88E+060.170.2830414976.466.82E+063.6228-2.78E+05-1.96E+060.140.2433500496.848.87E+064.53续表4-2节点号弯距轴力偏心距相对偏心距抗压能力抗压安全系数抗拉能力抗拉安全系数N．mNmNN29-1.57E+05-2.00E+060.080.1345464979.073.99E+0719.933064351-2.02E+06-0.03-0.051189585623.59-7.89E+063.91313.97E+05-2.01E+06-0.20-0.33-831057816.55-2.82E+061.4061-3.87E+05-1.70E+060.230.3824740275.814.33E+062.5562-10269-1.67E+060.010.01763164818.24-1.35E+078.05631.75E+05-1.66E+06-0.11-0.18-1.5E+08356.04-4.38E+062.64642.33E+05-1.65E+06-0.14-0.23-2E+0747.95-3.61E+062.18652.18E+05-1.66E+06-0.13-0.22-2.5E+0761.39-3.78E+062.28661.71E+05-1.66E+06-0.10-0.17-2.7E+08659.88-4.45E+062.68671.16E+05-1.66E+06-0.07-0.122676900164.46-5.59E+063.376867925-1.66E+06-0.04-0.071368996732.92-7.19E+064.326933399-1.67E+06-0.02-0.031013237824.34-9.06E+065.447014140-1.67E+06-0.01-0.01885143721.26-1.06E+076.36719847.5-1.67E+06-0.01-0.01860908520.68-1.10E+076.617219397-1.66E+06-0.01-0.02916872022.04-1.01E+076.087341149-1.66E+06-0.02-0.041076472825.90-8.56E+065.157472315-1.66E+06-0.04-0.071435034934.57-7.00E+064.22751.07E+05-1.66E+06-0.06-0.112301126955.49-5.81E+063.50761.37E+05-1.66E+06-0.08-0.1445782249110.39-5.10E+063.07771.42E+05-1.66E+06-0.09-0.1456394724135.68-4.98E+063.007899142-1.67E+06-0.06-0.101988564447.55-6.08E+063.6479-27740-1.69E+060.020.03695942116.45-1.66E+079.8380-2.78E+05-1.73E+060.160.2731021777.197.17E+064.1681-6.87E+05-1.73E+060.400.6616286853.772.15E+061.2410121.791-3.50E+060.000.0081005049.25-1.21E+073.4510228.469-3.48E+060.000.0081006639.31-1.21E+073.4710335.303-3.46E+060.000.0081008289.38-1.21E+073.5010442.136-3.43E+060.000.0081009959.45-1.21E+073.5210548.97-3.41E+060.000.0081011659.51-1.21E+073.55

5洞门的设计与检算5.1洞门尺寸的拟定:根据吴庄所处的地理位置、功能、洞口地质状况等几个方面的因素综合考虑隧道进出口的洞门均选择带耳墙且左右洞门一体的形式。采用垂直等厚度耳墙，厚度为3.2m，高为8.42m；耳墙后仰坡坡率为1：1在两隧道之间的采用厚度为1.5m的耳墙。端墙采用等厚度截面，厚度拟定为1.5m端墙胸坡坡率采用1：0.2洞门端墙顶水沟槽至隧道衬砌的厚度为1.3m，端墙后仰坡坡率为1：1.25。水沟底部用回填土夯填密实。洞门的几何尺寸详见附图5.2洞门检算5.2.1耳墙墙身检算检算取1m的条带，检算条带取图5-1中阴影部分图5-1耳墙检算条带图已知条件：围岩级别为Ⅵ类围岩，围岩容重为γ=18.6KN/m3,内摩擦角φ=50o；基底摩擦系数取0.34耳墙墙身检算(尺寸见图5-2)a=1.8m；α=0o；tgα=0；ε=45o；tgε=1图5-2耳墙尺寸图1.(1)平均高度：H平均=8.42-1.0=7.42m(2)墙背主动土压力h0=(a╳tgε)/(1-tgε╳tgα)=1.8mA=(h0╳a)/H2tgω={tg2φ+tgε╳tgα-A╳tgε╳(1+tg2φ)/(1-tgε╳tgα)-[(1+tg2φ)(tgφ-tgε){(1-tgε╳tgα)(tgα+tg)-A(1+tgε╳tgα)}]1/2}/{tgε[1-A╳tgε╳(1+tg2φ)/(1-tgε╳tgα)](1+tg2φ)-tgφ(1-tgε╳tgα)}=0.529λ=[(tgω-tgα)(1-tgε╳tgα)/(1-tgω╳tgε)]/tg(ω+φ)=0.181λ1=[(tgω-tgα)(1-tgε╳tgα)/(1-tgω╳tgε)]/tg(ω+φ)=0.163λ2=(tgω-tgα)(1-tgε╳tgα)/[tg(ω+φ)(1-tgω╳tgε)]=0.346h1=a/(tgω-tgα)=3.402mH=7.42-h1=4.018mE=1/2γH2λ=92.676KNσh1=γh1λ1=10.314KNσH=γHλ2=25.858KN偏心及应力检算图5-3应力图倾覆力矩(对B点取距)MB=0.5╳σh1╳h1(H+h1/3)+0.5σH╳(H平均-a)2/3-0.5╳σh1╳(h1-a)[(h1-a)/3+H]=90.387+136.118-46.43=180.076KN╳m稳定力矩(对B点取距)自重N=569.856KN稳定力矩M=911.77KN╳m偏心检算c=(My-MB)/N=1.284me=b/2-c=0.316m<0.3╳3.2=0.96m应力检算σ=N/F╳(1±6e/b)=2.83(0.72)MP<[σ]5.2.2耳墙墙底检算取条带耳墙墙身检算相同（尺寸见图5-4）墙后土压力h0=(a╳tgε)/(1-tgε╳tgα)=1.8mA=(h0╳a)/H2tgω={tg2φ+tgε╳tgα-Atgε╳(1+tg2φ)/(1-tgε╳tgα)-[(1+tg2φ)(tgφ-tgε){(1-tgε╳tgα)(tgα+tgφ)-A(1+tgε╳tgα)}]1/2}/{tgε[1-A╳tgε╳(1+tg2φ)/(1-tgε╳tgα)](1+tg2ε)-tgφ(1-tgε╳tgα)}=0.578图5-4耳墙尺寸图λ=[(tgω-tgα)(1-tgε╳tgα)/(1-tgω╳tgε)]/tg(ω+φ)=0.379λ1=[(tgω-tgα)(1-tgε╳tgα)/(1-tgω╳tgε)]/tg(ω+φ)=0.155λ2=(tgω-tgα)(1-tgε╳tgα)/[tg(ω+φ)(1-tgω╳tgε)]=0.376h1=a/(tgω-tgα)=3.114mH=7.42-h1=5.306mE=1/2γH2λ=92.676KNσh1=γh1λ1=8.978KNσH=γHλ2=36.22KN倾覆力矩(对B点取距)图5-5应力图MB=0.5╳σh1╳h1(H+h1/3)+0.5σH╳(H平均-a)2/3-0.5╳σh1╳(h1-a)[(h1-a)/3+H]=88.681+264.553-33.881=319.353KN╳m稳定力矩(对B点取距)自重N=346.656KN稳定力矩My=1034.65KN╳m倾覆及抗滑检算：倾覆检算：KO=My/MB=3.24>1.5(可)抗滑检算：Kc=[∑N+∑EX]/(∑EX-∑N╳tgα)=1.4>1.3(可)偏心及应力检算偏心检算：c=(My-MB)/Ne=b/2-c=0.46<0.3╳3.2=0.96(可)应力检算：e<B/6σ=N/F╳(1±6e/b)=3.59(0.32)MPa<[σ]5.2.3端墙检算检算取1m的条带如图5-6阴影部分(尺寸如图5-7)图5-6端墙检算条带图图5-7端墙尺寸图1.墙后土压力围岩级别为Ⅵ类围岩，围岩容重为γ=18.6KN/m3,内摩擦角φ=50o；基底摩擦系数取0.34；条带高为5.65m；a=1.5m；tgα=0.2；tgε=0.8h0=(a╳tgε)/(1-tgε╳tgα)=1.667mA=(h0╳a)/H2=0.095tgω={tg2φ+tgε╳tgα-Atgε╳(1+tg2φ)/(1-tgε╳tgα)-[(1+tg2φ)(tgφ-tgε){(1-tgε╳tgα)(tgα+tgφ)-A(1+tgε╳tgα)}]1/2}/{tgε[1-A╳tgε╳(1+tg2φ)/(1-tgε╳tgα)](1+tg2φ)-tgφ(1-tgε╳tgα)}=0.522λ=[(tgω-tgα)(1-tgε╳tgα)/(1-tgω╳tgε)]/tg(ω+φ)=0.152λ1=[(tgω-tgα)(1-tgε╳tgα)/(1-tgω╳tgε)]/tg(ω+φ)=0.145λ2=(tgω-tgα)(1-tgε╳tgα)/[tg(ω+φ)(1-tgω╳tgε)]=0.218h1=a/(tgω-tgα)=4.286mH=5.65-h1=3.733mE=1/2γH2λ=100.553kNσh1=γh1λ1=6.151kNσH=γHλ2=7.802kN图5-8应力图倾覆力矩(对B点取距)MB={0.5╳σh1╳h1(H+h1/3)+0.5σH╳(H平均-a)2/3-0.5╳σh1╳(h1-a)[(h1-a)/3+H]}╳0.5=33.32kN╳m稳定力矩(对B点取距)自重N=194.4kN稳定力矩My=250.78kN╳m偏心检算c=(My-MB)/N=1012me=b/2-c=-0.37m<0.3╳1.5=0.45m应力检算σ=N/F╳(1±6e/b)=3.21(-0.6)MPa<[σ]经过检算，洞门的设计符合规范的规定，设计尺寸合格。

6施工组织设计6.1施工准备 6.1.1技术准备①熟悉审查图纸及相关文件；②掌握地质,地貌,水文等设计勘测文件；③进行各种工艺试验；④确定施工方案；⑤编制施工组织；⑥核实工程量。6.1.2施工现场准备①做好“三通一平”；②做好交接桩和施工前期放样；③临时设施的施工及准备；④各种物资的准备(进料,储备等)；⑤人员进场培训以及设备进场。6.1.3冬雨季施工准备①施工项目安排：安排好雨季施工项目和进度,做好雨季施工准备的技术措施以应付雨季来临时正常安全施工；②施工场地：做好施工场地周围的防排水设施,做好低洼地段的排水以及边坡的防护，保证安全。③施工设备的防护：预备好雨季的防护材料，抽水设备，雨季的施工材料，对水泥钢筋等易受潮材料做好防护，搭设储物棚，做好雨季机电设备的防雨，防潮,防电；同时要做好临时设施的防水。6.2施工工程量表6-1方案一工程量表开挖（m3）模注衬砌（m3）喷混凝土（m3）钢筋钢板锁脚锚杆每沿米工程量184.7639.7610.062897.56141.3864总工程量840658180908457736414408643279291200

表6-2方案二工程量表开挖（m3）模注衬砌（m3）喷混凝土钢筋钢板锁脚锚杆每沿米工程量183.6642.9210.782614.5870.68107.28总工程量83565390454022886.53207204321639.51456006.3施工方法隧道施工属于地下作业,洞内工作条件与地面工作有很大不同，工作面狭小，机具集中，光线不，,嘈音大，施工中不安全因素甚多，所以隧道施工要特别强调安全，要有严格的安全生产制度和完备的安全设施。根据类似工程施工经验，结合本标工程特点和业主有关招标文件的要求。II、III类围岩采用全断面光面爆破开挖；IV类围岩采用正台阶法施工。衬砌采用自行式液压衬砌台车，拱墙一次浇注。混凝土采用电子计量器计量，强制式拌和机拌和，3m3轨行式混凝土运输车运输，泵送混凝土入模，人工捣固。喷射混凝土采用TK961湿喷机湿喷法作业。整个隧洞采取四个工作面施工,施工流程如下：6.3.1洞口工程施工⑴洞口土石方施工①接中标通知书后，立即组织精测队按设计资料提供的三角网点及水准网点，进行全标段的控制测量和相邻标段隧洞轴线贯通控制测量，完全吻合设计资料提供的基本数据，且满足精度要求。按此精测资料进行洞口边、仰坡施工放样；②由于隧洞洞口边、仰坡地质结构较差，多为覆盖层，且开挖高差较大，采取分层自上而下进行。在开挖土石方的同时进行洞口截水沟、天沟的施工；③洞口覆盖层采用挖掘机挖装，自卸汽车运输，运至指定弃碴场。石方采用小炮松动爆破开挖人工配合清刷边坡。对弃碴场进行防护处理，边弃碴边防护，保证水土不流失。⑵边仰坡加固和防护①对已开挖成型的边仰坡采用锚杆（Φ22mm，L=3.0m，间距1.5m，梅花型布置），喷射混凝土5cm厚对坡面进行加固处理和防护；②对第二级坡面，考虑稳定性对起闸有影响，拟定对第二级坡面在喷射混凝土前绑扎钢筋网（φ6间距20cm×20cm）进行加固处理。

表6-3工程机械用量表机械类型序号名称数量（台班）型号土石方机械123履带式推土机自行式振动压路机蛙式夯325.9125107.79≤75KW≤8t≤250N.m运输类机械1234567轨道式气动铲斗装岩机载货汽车自卸汽车轨道平车轨道式运料车轨道式电瓶车带式运输机7407.7210959.449853.753382.77288.1734452.783982.51≤0.5m3≤4t≤4t≤8t≤3t≤8t≤10m钢筋加工机械123456交流电焊机1交流电焊机2钢筋调直机钢筋切断机钢筋弯曲机管子切断机3805.91561.17507.86530.19227.79141.99≤30kVA≤45kVA≤14㎜≤40㎜≤40㎜≤150㎜混凝土机械1234567混凝土搅拌机混凝土喷射机气动灌浆机电动灌浆机混凝土内部振动器灰浆搅拌机单极离心清水泵9816.323984.66480.09146.6819496.54188.1613049.08≤250L≤10m3/h≤3m3/h≤3m3/hd≤50mm≤400L≤60m3/h50m通风机械1234轴流通风机1轴流通风机2电动空气压缩机1电动空气压缩机212428.8112428.8121960.4411271.54隧洞开挖机械1234气腿式凿岩机气动锻钎机钻头磨床单筒慢速卷扬机45444.536408.066408.0619243.25≤90㎜≤10Kn

地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查地质调查工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构工程支护结构地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层预支护（小道管）地层