《毕业论文-木冲隧道左线工程的设计与施工20054.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文-木冲隧道左线工程的设计与施工20054.doc（95页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、摘摘 要要 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 1825m 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。 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级、级、 级和级为主。级和级围岩比较稳定设计采用全断面开挖，级和级围岩， 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
2、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 Abstract The design complete the left hand lane tunnel red wood design and construction .The length of the left line of Mu Chong Tunnel is1825 meter, it crosses karst areas, For
3、mation is mainly made of sandstone, shale and siltstone Cambrian strata. First of all, based on engineering requirements and design specifications to determine the tunnel section, And then under the “load - the structure “ law of the structure through the ANSYS calculation of strength, according to
4、the results of reinforcement calculation. The main tunnel level to grade , level, and grade class-based. Grade and level design is more stable rock so use full-face excavation, Level and grade rock, rock the situation as a result of poor design of the excavation cross-section using a larger hole in
5、the wall guide method. NATM is the main tunnel construction methods. NATM is the construction method that Shotcrete Anchor is the main means of support by detecting the deformation.By the monitoring of mechanical form of rock and Supporting the work of state structures evaluate the level of design a
6、nd construction of improvements in a timely manner with the adjustment Lead pipe roof supports the tunnel.The early Support adopts advanced or radial grouting bolt linked network of steel gratings and construction technology, such as wet-spray. When the rock and the initial support facilities achiev
7、e stability then secondary lining Keywords: Expressway Tunnel Design of lining structure Construction NATM 目录目录 第 1 章 绪论1 1.1 课题研究背景1 1.2 国内公路隧道发展状况1 1.3 国外公路隧道发展状况2 1.4 设计内容3 1.4.1 主要研究的内容3 1.4.2 基本要求3 第 2 章 设计的原则和标准4 2.1 设计依据4 2.2 主要技术指标4 第 3 章 工程概况5 3.1 工程概况5 3.2 工程地质及水文地质5 3.2.1 地形地貌5 3.2.2 地质构造
8、5 3.2.3 地层岩性7 3.2.4 水文地质特征9 3.2.5 岩溶发育特征9 3.2.6 不良地质现象9 3.2.7 地震烈度10 3.2.8 隧道围岩分类10 第 4 章 内轮廓的确定12 4.1 内部净空的确定12 4.2 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14 5.1 围岩压力计算14 5.1.1 级围岩压力计算14 5.1.2 级围岩压力计算14 5.2 衬砌内力计算15 5.2.1 ANSYS 加载求衬砌内力过程15 5.2.2 级围岩衬砌内力计算与强度检验16 5.2.3 级围岩衬砌内力计算与强度检算19 5.3 衬砌结构强度检算原理22
9、 5.4 衬砌截面配筋计算23 5.4.1 截面配筋原理23 5.4.2级围岩配筋计算24 5.4.3级围岩配筋计算25 5.5 裂缝检验27 第 6 章 隧道施工技术及施工工艺29 6.1 新奥法施工29 6.1.1 新奥法施工的基本原则29 6.1.2 新奥法的施工工序30 6.3 施工方案的确定30 6.3.1 全断面开挖施工31 6.4 爆破设计31 6.4.1 炮眼的种类和作用32 6.4.2 掏槽形式32 6.4.3 隧道爆破的参数设计33 6.4.4 炮眼的布置35 6.4.5 光面爆破36 6.5 中隔壁法(CD 法)施工 39 6.5.1 中隔壁法施工要求39 6.5.2 C
10、D 法的施工工序.40 6.6 管棚支护40 6.6.1 管棚的构造组成41 6.6.2 管棚的设计参数41 6.6.3 超前管棚施工的工艺流程41 6.6.4 管棚施工42 6.7 围岩初期支护43 6.7.1 锚杆施工43 6.7.2 钢筋网安设45 6.7.3 钢架施工45 6.7.4 C25 喷射混凝土47 6.8 衬砌施工49 6.8.1 二次衬砌施工工序49 6.8.2 施工方法50 6.9 围岩监控量测52 6.9.1 监控量测目的52 6.9.2 现场监测项目、仪器及要求52 6.9.3 几种重要的量测方法53 6.10 防排水施工54 6.10.1 隧道防水施工流程54 6.
11、10.2 洞内防排水55 6.10.3 防水层铺设57 6.10.4 止水带、止水条施工程序57 6.10.5 边沟施工57 第 7 章 结论59 参考文献60 致 谢61 附 录62 附录 A ANSYS 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 1 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
12、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 45005000 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 20001000 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
13、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
14、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 石家庄铁道学院毕业设计 2 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
15、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
16、，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，
17、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
18、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 石家庄铁道学院毕业设计 3 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，2001 年初投入 运营的挪威西部的拉达尔隧道长 24.5k
19、m 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
20、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。 石家庄铁道学院毕业设计 4 第 2 章 设计的原则和标准 2.1 设计依据 公路工程技术标准JTJ001-97 公路隧道设计规范JTJ026-90 公路隧道通
21、风照明设计规范JTJ026.1-1999 公路抗震设计规范JTJ004-89 公路水泥混凝土路面设计规范JTJ012-94 钢筋混凝土设计原理 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：100km/h 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 5m CO 设计浓度 正常行驶时 co=250ppm 交通堵塞时 co=300ppm(20min) 烟雾设计浓度 正常行驶时 K=0.007m-1 事故时 K=0.009m-1 石家庄铁道学院毕业设计 5 第 3 章 工程概况 3.1 工程概况 本隧道处于平乐至钟山
22、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+645ZK24+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 1
23、0 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 2030，局部可达 3545。中部偏西方向为剥蚀侵 蚀较深的近南北向木冲沟谷。地段内以侵蚀地貌为主，溯源侵蚀强烈，故地形陡峻、 沟谷密布，相对高差可达百佘米，其沟谷多呈树枝状，放射状。地表植被发育，以 松树为主的高大乔木及灌木丛生长茂密。进出口两端位于山前盆地边缘地带，以溶 蚀侵蚀和山
24、前堆积为特点。 3.2.2 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。 石家庄铁道学院毕业设计 6 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：
25、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 3540，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
26、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 3035 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(D1l)砂岩有明显 的挤压现象，两侧地形地貌类型不同。由于断层分布在隧道通过地带较硬质的砂岩 和石灰岩中，推测断裂带以挤压破碎为主，破碎岩石及影响带宽度可达数米以上。 F3、F4 断层：推断 F3 从 ZK22+575 一
27、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：走向在 3050 之间，倾向 北西，倾角 5575，走向在 7090 之间，倾向北西，倾角 6080，走 向在 020 之间，倾向南东，倾角 6070 之间。
28、 石家庄铁道学院毕业设计 7 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 210cm 为主，呈稍密实状。区内一般都有分布，厚 05.0m 不等。在贺州洞口
29、区一带的 ZK1013 号钻孔揭露厚度为 1.702.40m。 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， ZK79 号钻孔揭露厚度为 9.0034.20m。 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、
30、灰白色、灰绿色厚层长石石英砂岩，中细粒结构，偶含 12mm 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 2602902060，与下伏中泥盆 统郁江组(D2y)地层为断层接触。 该层在 ZK10ZK13 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
31、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 12.8014.30m，在 ZK10 号孔揭露到 2.80m 厚的强风化泥质砂岩。 石家庄铁道学院毕业设计 8 弱风化带厚度 5.9017.75m,，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(D3 l)：
32、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 ZK79 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 6173，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
33、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 80120，倾角 2050，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)地层为整合接触。岩石抗风化能力较郁江组砂岩及莲花 山
34、组砂岩弱，常形成低缓的山坡及谷地为特征。 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 80130，倾角色 3045，局部有小褶曲。 石家庄铁道学院毕业设计 9 3.2.4 水文地质特征 测区属亚热带季风气候，年均降雨量 15001800mm，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
35、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 0.110.18m/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
36、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)联系不 大，该洞口区地下水及降雨后的冲沟地表水对隧道影响较大。 据区域水文地质普查报告(1：200000 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、类围岩的稳定性影响较大。 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=7.057.45 ,侵蚀性 CO2=2.697.43mg/L，SO42-=1.00mg/L，HCO3- =1.2551.535mmol/L，按公路工程地质
37、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(D3 l)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)。 隧道区内岩溶总体不发育。 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。 石家庄铁道学院毕业设计 1
38、0 3.2.7 地震烈度 根据中国地震动参数区划图(GB18306-2001)，隧道区地震动峰值加速度为 0.05g(地震基本烈度度)，区域稳定性较好。 3.2.8 隧道围岩分类 隧道范围内可分为、级围岩。 3.2.8.1 级围岩 进口 ZK24+184ZK24+270 段、ZK22+100ZK22+300 段及出口 ZK20+666ZK20+740 段，共 360m。 级围岩合计 360m，其中同古方向洞口段为第四系坡洪积层的亚粘土混碎石组 成，结构较松散其余段为强弱风化页岩、砂岩、泥质砂岩夹灰岩，岩石风化强烈， 呈角砾碎石状松散结构。 3.2.8.2 级围岩 ZK20+740ZK20+80
39、0 段、ZK21+085ZK21+140 段、ZK21+650ZK21+725 段， ZK22+500ZK22+550 段、ZK23+675ZK23+725 段、ZK24+140Zk24+184 段，共 334m； 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。 3.2.8.3 级围岩 ZK21+140ZK21+650 段、ZK21+725ZK22+100 段、ZK22+300ZK22+500 段、 ZK
40、22+550ZK23+675 段、ZK23+725ZK24+140 段，共 2625m。 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。 3.2.8.4 级围岩 左线 ZK20+800ZK21+085 段，共 360m； 石家庄铁道学院毕业设计 11 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，
41、侧壁稳定。 石家庄铁道学院毕业设计 12 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 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：
42、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% 图 4-1 公路隧道建筑界限 石家庄铁道学院毕业设计 13 (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 4-2 V=100KM/h 设计时速标准断面 石家庄铁道学院毕业设计 14 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。
43、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 重度重度 岩体相似摩擦角岩体相似摩擦角 隧道水平系数隧道水平系数 岩体两侧摩擦角岩体两侧摩擦角 围岩级别围岩级别 KN/m3 - 24460.123 19460.423 5.1.1 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。24kN/m 1 q 0.45 2sh =1.68m ， )5(1Bi m 1 q 0.45 23.024 s h H 大于 2.5，因此隧道为深埋。 q h
44、垂直压力和水平压力计算如下： 24 3.02475.576kN/m q qh 12 0.150.15 75.57611.33eeq 5.1.2 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 11.9m，围岩容重为 19kN/m，计算时取纵向单位宽度的一环。 (5-1) 1 q 0.45 2sh (5-2)1(5)i B 石家庄铁道学院毕业设计 15 式中，B坑道的宽度； IB 每增加 1m，围岩压力的增减率(以 B=5m 为基准)，当 B5m 时，取 i=0.1； 等效荷载高度值； q h S围岩级别； 围岩的容重； 宽度的影
45、响系数； 1(5)1.69mi B 1 q 0.45 212.168 s h 根据公路隧道设计规范，围岩取 2.5，围岩取 2。H 小于，因 q h q h q h 此隧道为浅埋。 垂直压力和水平压力计算如下： 00 2 00 0 0 0 00 2 12 46 ,23 ,tan1,tan0.41 tan(tan1) tantan2.846 tantan tantan 0.21 tan1tan(tantan )tantan tan ()212.5kN/m 72.63kN/m h qh B eeh 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 ANSY
46、S 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。 5.2.1 ANSYS 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； 石家庄铁道学院毕业设计 16 (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。 5.2.2 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() 3 k
47、N/m 弹性抗力系数 ()MPa/m 弹性模量()GPa泊松比 C35钢筋混凝土2531.50.2 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 级围岩变形图 石家庄铁道学院毕业设计 17 表 5-3 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抗压抗裂强度验算 19.05E+02-1.46E+050.356.20E-031.01E+001 21.93E+02-1.46E+050.351.32E-031.00E+001 3-2.37E+03-1.47E+050.351.61E-021.00E+001 表
48、 5-2 级围岩弯矩图 图 5-3 级围岩轴力图 石家庄铁道学院毕业设计 18 续表 节点号弯矩轴力高h偏心距e轴力偏心距影响系数抗压抗裂强度验算 4-6.88E+03-1.47E+050.354.68E-028.99E-011 5-1.30E+04-1.50E+050.358.69E-026.23E-013 6-1.98E+04-1.54E+050.351.29E-013.08E-013 7-2.39E+04-1.60E+050.351.50E-011.86E-013 8-1.94E+04-1.69E+050.351.15E-014.07E-013 93.45E+03-1.96E+050.351.76E-021.00E+001 103.00E+04-2.46E+050.351.22E-013.54E-013 112.78E+04-3.06E+050.359.08E-025.92E-013 126.11E+03-3.81E+050.351.60E-021.00E+001 13-2.05E+03-4.62E+050.354.45E-031.01E+001 14-1.21E+03-5.49E+050.352.21E-031.00E