1、本科毕业设计说明书通省隧道衬砌支护及施工组织设计STRUCTURE AND CONSTRUCTION ORGANIZATION DESIGN OF TONGSHENG TUNNEL LINING学院（部）： 土木建筑学院 专业班级： 土木 学生姓名： 指导教师： 2013 年 6 月 9 日安徽理工大学毕业设计通省隧道衬砌支护及施工组织设计摘要我国经济的高速发展，使得人们对交通设施建设的标准也越来越来高，在道路的修建中也越来越来重视行车的舒适性和环保，同时也要求提高其抵抗灾害的能力。因此，为了顺应地形减少对环境的破坏满足线形要求，保证行车的安全经济，本设计根据湖北省十堰市夷陵地区的水文地质条件
2、，选定隧道施工方案。在设计中，主要进行了隧道的结构、防排水及施工组织设计。首先是各种隧道工程施工方法简介，然后进行合理的隧道几何设计和结构设计计算，并且通过计算分析说明其支护结构的合理性；防排水方面，是在满足隧道适用性以及衬砌结构、路面、设备耐久性条件下，选择合适的防排水材料和设施以及设计防排水系统；施工组织设计中主要安排了监控量测、施工进度安排防排水等，并介绍了具体施工方法及其详细的施作过程。关键词：隧道工程;衬砌;结构; 防排水;施工组织安徽理工大学毕业设计ISTRUCTURE AND CONSTRUCTION ORGANIZATION DESIGN OF TONGSHENG TUNNEL
3、 LININGABSTRACTThe rapid development of Chinas economy, makes transport facilities construction standards and more to high, built of the road is more and more to pay attention to in the comfort and environmental protection, but also requires improving its ability to resist disasters. Therefore, in o
4、rder to follow the terrain to reduce environmental damage meet alignment requirements, ensuring safe economic. In the graduation design, the tunneling method and supporting structure are designed based on the hydrogeological condition of Yiling district located in Shiyan city in Hubei Province.In th
5、e design of the tunnel structure, drainage and construction organization design. First is the Introduction to the construction method of Tunnel Engineering, determine the entrance location, and then make reasonable tunnel geometry design and structure design, analysis and its support structure of ra
6、tionality; Waterproof and drainage, is to meet tunnel applicability and lining structure and the durability of pavement and equipment conditions, Choice of drainage materials and facilities against the right and the design of waterproof and drainage system ; coordinate major arranged supervision, co
7、nstruction schedule and drainage, and so on, and describes specific construction methods and detailed procedures for the application.KEYWORDS: Tunneling engineering；Lining ；Structure; Waterproof and drainage ；Construction organization安徽理工大学毕业设计目录摘要 .IABSTRACT .II1 概述 .11.1 我国山岭隧道的发展状况 .11.2 近年来隧道修建状
8、况 .12 山岭隧道施工方法 .42.1 矿山法 .42.1.1 概念 .42.1.2 施工方法 .42.2 新奥法 .72.2.1 发展 .72.2.2 新奥法施工特点 .72.2.3 新奥法理论要点及施工要点 .82.2.4 新奥法的主要支护手段与施工顺序 .92.2.5 新奥法适用范围 .102.3 盾构法 .112.3.1 概念 .112.3.2 施工方法及工艺要求 .112.3.3 线路安全保证措施 .142.3.4 施工监测及纠偏 .152.3.5 桥式盾构法施工特别强调事项 .162.4 几种施工方法的区别及优缺点 .163 工程概况 .194 隧道截面设计及计算 .214.1
9、设计图及围岩压力计算 .214.2 半拱轴线长度 S 及分段轴线长 S .224.3 载位移 主动荷载在基本结构中引起的位移 .264.4 载位移 .334.5 墙底位移 .384.6 解力法方程 .384.7 计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力 .394.8 最大抗力值的求解 .414.9 计算衬砌总内力 .424.10 截面强度检算 .434.11 配筋计算 .444.12 弯矩及内力图 .465 隧道洞门结构设计 .475.1 洞门设计 .475.1.1 洞门类型选择 .47安徽理工大学毕业设计i5.1.2 洞门设计 .475.1.3 洞门建筑材料 .476 隧道施工开挖方法及掘进
10、方式设计 .496.1 隧道开挖方法 .496.2 隧道掘进方式 .507 隧道防、排水设计及隧道附属设施设计 .527.1 防水设计 .527.1.1 防排水标准 .527.1.2 防水措施 .527.2 隧道洞内排水 .537.2.1 围岩疏导排水 .537.2.2 路侧边沟排水 .537.2.3 侧向排水沟 .547.3 洞口与明洞防排水 .547.3.1 洞口防排水 .547.3.2 明洞防排水 .547.4 洞内横通道 .557.5 内检修道、设备洞室 .557.6 洞内路面 .557.6.1 正线隧道路面 .557.6.2 人行横道路面 .557.7 其它系统 .558 隧道施工组
11、织设计 .578.1 施工方案 .578.2 施工方法及措施 .578.2.1 洞口施工 .578.2.2 明洞钢筋砼施工 .578.2.3 洞身开挖施工方法 .578.2.4 隧道通风及排水 .588.2.5 超前支护与初期支护 .598.2.6 隧道二次衬砌 .608.2.7 内砼路面施工方法及洞内附属施工 .618.3 施工注意事项 .629 结论 .6410 参考文献 .6511 致谢 .66安徽理工大学毕业设计01 概述1.1 我国山岭隧道的发展状况隧道修建技术是涵盖多种专业、交叉性很强的综合技术。隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件，并结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、
12、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。我国隧道修建技术的发展，大体上可划分为三个时期：第一阶段基本是人力开挖、利用锤、钎、镐等作为工具，手工操作、技术落后的时期。工人劳动强度大，效率很低，无法修建长大隧道，应对地质灾害的能力极其微弱。第二阶段隧道施工转入中、小型机械施工，隧道设计、施工技术有较大发展，通过实践和实验研究，改进、提高了勘测设计手段和施工组织方法，推广采用机械设备，研究试用光面爆破，对整治岩溶、岩爆、坍塌、涌水和瓦斯突出等也逐步积累经验。第三阶段世界范围内隧道技术高速发展，向高速化、自动化、智能化方向发展，战胜困难、不良地质的能力和技术不断提高，隧道修建速度不断提高。
13、改革开放以来，我国铁路、公路、水电站、引水等山岭隧道工程的发展进入了一个新的时期，隧道修建从传统的矿山法向采用以“新奥法”原则指导下的一系列新技术、新设备发展；隧道施工进入大型机械配套，是隧道修建技术追赶世界先进水平的时期，同时引入了隧道掘进机施工技术。如衡广铁路复线的大遥山隧道（14.29km） 、西康铁路的秦岭隧道（18.46km ） 、辽宁大伙房输水隧洞（85.32km） ，终南山公路隧道（18.04km） ，四川锦屏电站隧洞群（4 条主洞、2 条交通洞、1 条排水洞，单隧长度约 17km） ，西格铁路关角隧道（32.6km） ，吐库二线中天山隧道（22.452m， ） ，甘肃引大济湟工
14、程引水隧洞（24.2km） ，兰渝铁路西秦岭隧道（28.236km）等等。1.2 近年来隧道修建状况我国最早的交通隧道始于公元 66 年建成的陕西古褒斜道上的石门隧道。建国后，上 20 世纪 50 年代，我国仅有公路隧道 30 多座，总长 2.5 公里。60 至 70 年代，我国在干线公路开始修建一些百米以上的隧道，但标准很低。80 年代后期，我国才真正开始兴建高速公路和高速公路隧道。90 年代开通的成渝高速公路的中梁山隧道、缙云山隧道，把我国公路隧道单洞长度提高到 3 000 m 以上，并在处理通风、塌方、瓦斯、地下水和营运管理与交通监控技术等方面取得了突破性进展，为我国今后修建山岭长大公路
15、隧道积累了一些宝贵经验；90 代末，通车的四川省川藏公路上二郎山隧道（长 4160m） 、四川广安地区华蓥山公路隧道（长 4634km） 、云南楚大高速公路的九顶山隧道（长 3204m）开创了我国山岭长大隧道的建设史；广州珠江沙面水下公路隧道建成通安徽理工大学毕业设计1车和上海穿越黄浦江江底隧道(长度超过 3000 m)标志着我国水下沉埋隧道修建技术达到了新的水平；重庆铁山坪路隧道双线（全长 5 424 m ） 、北京至八达岭高速公路的谭峪沟隧道、重庆市川黔公路的真武山隧道；辽宁沈大高速公路韩家岭隧道（亚洲最宽的四车道公路隧道）等，应当说，目前我国公路隧道的施工技术水平已接近国际先进水平，部分
16、已达到国际领先水平。我国是个多山国家，75左右国土都是山地或重丘，且江河纵横，海域宽阔。近十年来，公路网交通逐渐向崇山峻岭穿越，向离岸深水延伸，山岭公路隧道以年均 350公里的速度增长，28 座水下公路隧道也已建成通车；同时，在城市建设中，以节约土地和保护环境为宗旨，城市道路隧道方兴未艾，地下互通立交也应运而生。总体上，公路隧道的建设已进入快速发展时期，其建设成就表现为基础理论日趋成熟，研究手段日益全面，勘测设计技术日益先进，建设规模日益宏大，结构型式日趋丰富，施工技术迈进机械化，材料日益先进，装备渐趋完备等。1.2.1 基础理论方面从 20 世纪 70 年代末开始，随着“新奥法”原理的引入和
17、推广，公路隧道技术人员逐渐注意到隧道围岩为“三位一体” （产生荷载、承载结构和建筑材料）的特性，并通过控制爆破、锚喷支护和现场监测等手段成功应用，提高了我国的公路隧道建设水平；而且在实践中也对新奥法进一步发展，特别是结合我国公路隧道建设国情，在基础理论方面开展了进一步的探索研究，如浅埋暗挖法等。1.2.2 研究手段方面早期，工程类比法和经典力学解析法是公路隧道的主要研究方法。然而，隧道一旦遇到复杂工程地质条件，或形成特殊断面结构时，一方面难以找到类似工程先例可以借鉴，难以找到适合的经典力学解析模型可以应用；另一方面，仅凭上述方法也无法确保合理性与准确性。因此，随着各项技术的发展，借助计算机对隧
18、道工程进行全过程数值模拟的研究方法逐渐得到了广泛应用。作为近代科学主要研究手段的实验法，无疑也是极其重要的研究方法。它是隧道工程研究中的一个强有力武器，可以弥补数值仿真分析方法的不足，二者相辅相承。总体上，工程类比法、经典解析法、数值模拟法和实验法构成了隧道工程的研究方法体系，特别是后两者已成为解决重大技术难题的主要有效手段。1.2.3勘测设计技术方面公路隧道勘测设计水平有了较大提高。首先是地质勘察手段的进步，如现代物探工具和高速地质钻机的使用。在初测地质勘查和施工阶段地质超前预报工作中普遍采取了地震波反射法、声波反射法、红外线探水法和地质雷达等。各种地质勘察方法的综合，使得地质情报的可靠度有
19、了较大的改进；在设计理念方面，环保意识有所加强，施工前预设计、施工阶段信息化反馈动态设计的原则得到了推广；由于计算机技术的安徽理工大学毕业设计2采用，隧道围岩、结构、地层和临近构筑物的受力、变形及破坏的数值分析，为设计提供了量化依据；计算机辅助设计（CAD）手段的普及，使绘图工作的状况大为改观。在以上进步的基础上，公路隧道设计质量有了很大提高。1.2.4建设规模方面隧道建设规模主要表现为众多超特长隧道和超大跨扁平隧道的建设。据不完全统计，目前国内的特长公路山岭隧道（含在建）已达到 179 座，其中，双洞四车道、全长 18.02 公里的陕西秦岭终南山公路隧道，已于 2007 年 10 月建成通车
20、，是世界双洞规模世界第一的公路隧道，为超特长公路隧道建设技术的典型代表。对于大跨扁平隧道，双洞六车道隧道国内已建成近百座，其建设技术已基本成熟；双洞八车道公路隧道也相继建成了数座，2004 年建成通车的辽宁韩家岭隧道是我国第一座单洞四车道公路隧道，2006 年建成的深圳雅宝隧道最大开挖宽度 21.1m，最大开挖高度 13.7m，是我国第一座投入运营的双洞八车道公路隧道，2008 年 10 月，国内最长双洞八车道隧道广州龙头山隧道也竣工通车，近日河南、新疆等地也在开展双洞八车道公路隧道的建设。1.2.5结构型式方面早期公路隧道普遍采用双洞分离式的结构型式。但因种种条件限制，很多情况下双洞隧道左右
21、线间距往往不能满足建设需求，因此出现了连拱式和小净距式的隧道结构型式。此外，伴随着桥隧相连和实现地下互通等特殊条件或功能的技术要求的出现，分岔式隧道结构型式、桥隧混合结构型式、地下立交结构型式的工程实践也日益增多。对于连拱隧道，其中墙型式已从最初的整体式直中墙到夹心式直中墙，再发展到夹心式曲中墙；从对称连拱隧道发展到不对称连拱隧道，甚至无中墙；从全暗或全明连拱隧道发展到明暗组合的连拱隧道。相对连拱隧道而言，小净距隧道因其工程风险较小、造价相对较低等优点，也逐步得到了广泛应用。为解决桥隧紧邻问题，新开发了一种结构型式分岔式结构，其结构型式可分为两类：第一类依次由洞口的连拱结构段、小净距结构段，逐
22、渐过渡为正常的双洞分离式结构；第二类洞口段先设置为四车道大拱，然后逐渐过渡为连拱隧道、小净距隧道，最后转变为标准的双洞分离隧道。2007 年建成的湖北沪蓉西高速公路八字岭隧道、2008 年通车的山西晋济高速公路月湖泉隧道、拍盘隧道等均是典型工程。特别是拍盘隧道，为适应整幅桥型结构伸入隧道，开发形成了特殊的上下双层桥隧混合共建结构，最大开挖跨径达 25.77m，矢跨比 0.35，断面面积达 346.6m2。由于地下互通式立交可减少拆迁、保护环境，并可直接实现地下隧道之间或地下隧道与地面道路之间的交通转换，因此该型结构近年来也应运而生。由于相关研究的不断深入与工程实践的迫切需要，使得小净距隧道的中
23、夹岩厚度、连拱隧道的中隔墙安徽理工大学毕业设计3厚度的极限值不断被刷新，并伴随着一批新结构型式的开发与实践，丰富了隧道的结构型式，增强了隧道工程的生命力。2 山岭隧道施工方法2.1 矿山法2.1.1 概念暗挖法的一种，主要用钻眼爆破方法开挖断面而修筑隧道及地下工程的施工方法。因借鉴矿山开拓巷道的方法，故名。用矿山法施工时，将整个断面分部开挖至设计轮廓，并随之修筑衬砌。当地层松软时，则可采用简便挖掘机具进行，并根据围岩稳定程度，在需要时应边开挖边支护。分部开挖时，断面上最先开挖导坑，再由导坑向断面设计轮廓进行扩大开挖。分部开挖主要是为了减少对围岩的扰动，分部的大小和多少视地质条件、隧道断面尺寸、
24、支护类型而定。在坚实、整体的岩层中，对中、小断面的隧道，可不分部而将全断面一次开挖。如遇松软、破碎地层，须分部开挖，并配合开挖及时设置 临时支撑，以防止土石坍塌。喷锚支护的出现，使分部数目得以减少，并进而发展成新奥法。按衬砌施工顺序，可分为先拱后墙法及先墙后拱法两大类。后者又可按分部情况细分为漏斗棚架法、台阶法、全断面法和上下导坑先墙后拱法。在松软地层中，或在大跨度洞室的情况下，又有一种特殊的先墙后拱施工法侧壁导坑先墙后拱法。此外，结合先拱后墙法和漏斗棚架法的特点，还有一种居于两者之间的蘑菇形法。2.1.2 施工方法1 先拱后墙法也称支承顶拱法。在稳定性较差的松软岩层中，为了施工安全，先开挖拱
25、部断面并即砌筑顶拱，以支护顶部围岩，然后在顶拱保护下开挖下部断面和砌筑边墙。在开挖边墙部分的岩层之前，必须将顶拱支承好,故有上述别称。开挖两侧边墙部分的岩层时(俗称挖马口),须左右交错分段进行，以免顶拱悬空而下沉。该法施工顺序见图 1 (图中阿拉伯数字为开挖顺序，罗马数字为衬砌顺序，下同)。施工时,须开挖上下两个导坑，开挖上部断面时的大量石碴，可通过上下导坑之间的一系列漏碴孔装车后从下导坑运出，既提高出碴效率，又减少施工干扰。当隧道长度较短、岩层又干燥时，可只设上导坑。在此种场合，为避免运输和施工的干扰，可先将上半断面完全修筑完毕，然后再进行下半断面的施工。本法安徽理工大学毕业设计4适用于松软
26、岩层，但其抗压强度应能承受拱座处较高的支承应力；也适用于坚硬岩层中跨度或高度较大的洞室施工，以简化修筑顶拱时的拱架和灌筑混凝土作业。该法在外文文献中也称为比国法。 2 漏斗棚架法也称下导坑先墙后拱法。适用于较坚硬稳定的岩层。施工时先开挖下导坑，在导坑上方开始由下向上作反台阶式的扩大开挖，直至拱顶；随后在两侧由上向下作正台阶式的扩大开挖，直至边墙底；全断面完全开挖后，再由边墙到顶拱修筑衬砌。施工顺序见图 2。此法在下导坑中设立的漏斗棚架,是用木料架设的临时结构。横梁上铺设轻便钢轨，在下导坑运输线路上方留出纵向缺口,其上铺横木,相隔一定间距,留出漏斗口供漏碴用。在向上扩大开挖时,棚架作工作平台用。
27、图中 2 至 5 部爆出的石碴全落在棚架上，经漏斗口卸入下面的斗车运出洞外。这种装碴方式可减轻劳动强度。下导坑的宽度，一般按双线斗车运输决定。由于宽度较大，在棚架横梁下可增设中间立柱作临时加固用。设立棚架区段的长度，安装碴的各扩大开挖部分的延长加上一定余量来决定。用漏斗棚架装碴优点显著，故在中国以漏斗棚架命名。此法曾广泛应用于修建铁路隧道。3 台阶法又有正台阶法和反台阶法之分。正台阶法系在稳定性较差的岩层中施工时，将整个坑道断面分为几层，由上向下分部进行开挖，每层开挖面的前后距离较小而形成几个正台阶（图 3a） 。上部台阶的钻眼作业和下部台阶的出碴，可以平行进行而使工效提高。全断面完全开挖后，
28、再由边墙到顶拱筑衬砌。在坑道顶部最先开挖的第一层为一弧形导坑，需要钻较多的炮眼，导坑超前距离很短，可使爆破时石碴直接抛落到导坑之外,以减轻扒碴工作量,从而提高掘进速度。如坑道顶部岩层松动，应即在导坑内用锚杆或钢拱架作临时支护，以防坍塌。反台阶法则用于稳定性较好的岩层中施工，也将整个坑道断面分为几层，在坑道底层先开挖宽大的下导坑，再由下向上分部扩大开挖（图 3b)。进行上层的钻眼时,须设立工作平台或采用漏斗棚架，后者可供装碴之用。4 全断面法将整个断面一次挖出的施工方法。适用于较好岩层中的中、小型断面的隧道。此法能使用大型机械，如凿岩台车、大型装碴机、槽式列车或梭式矿车、模板台车和混凝土灌筑设备等进行综合机械化施工。新奥法的出现，扩大了全断面法和
