1、南石壁隧道工程设计南石壁隧道工程设计摘要南石壁隧道为越岭隧道，由左右分离的两座隧道组成。左线 675m，右线长 620m。隧道围岩级别为、级。该隧道采用新奥法设计与施工方法。设计内容包括初期支护设计、辅助施工措施设计、二次衬砌设计、防排水设计及监控量测等。南石壁隧道采用爆破开挖与机械开挖相接合的方法，主要采用钻爆法掘进，浅埋段和进洞开挖采用明挖法掘进。钻爆法开挖掘进时采用光面爆破法。开挖方法采用全断面法和台阶法开挖。采用复合式衬砌，并做好对隧道防水、排水的设计。此外还要加强对隧道的监控量测以指导隧道施工。隧道采用端墙式洞门，进洞时采用长管棚辅助施工以保证安全。施工过程中应做好洞内的通风、照明及
2、施工用电、用水。关键词：隧道；围岩；新奥法；钻爆法；端墙；管棚全套图纸加 153893706南石壁隧道工程设计THE ENGINEERING DESIGN OF NANSHIBI TUNNELABSTRACTThe Nanshibi Tunnel is crossline tunnel separated from the left and right, left tunnel length of 924m, the right line of the tunnel length is 964m. surrounding rock classificated for the , , . New
3、 Austrian Tunneling Method is used in the process of Design and Construction. Design includes the initial support design, construction technology of design, secondary lining design, Drainage Design and Monitoring, etcThe excavation method of Nanshibi tunnel combined the drill and blast method and me
4、chanical excavation method, and the drill and blast method mainly used in the drilling phase .Smooth blasting method used in the excavation process. Tunnel excavation methods were used to full-face method, step method. Composite lining, and make the tunnel waterproofing and drainage design. In addit
5、ion, we must also strengthen monitoring and surveying of the tunnel to guide the tunnel. The style of wing wall is used in tunnel Portal. The use of hole-assisted construction of pipe roof to ensure safety. Construction process should be well inside the cave, ventilation, lighting and construction o
6、f electricity, water。Key words: Tunnel; surrounding rock; New Austrian Tunneling Method; The drill and blast method ; end wall; pipe roof南石壁隧道工程设计目录1 概述 11.1设计参数 11.2隧道概况 11.3隧道地质 11.3.1地形地貌及气候条件 .11.3.2工程地质条件 21.3.3水文地质条件 31.3.5 地震及区域稳定性 52 隧道总体设计 .62.1 隧道位置选择 .62.1.1 隧道洞身位置选择 62.1.2 隧道洞口位置选择 62.2
7、隧道线路设计 .72.2.1平面线线形 72.2.2 纵面线形 72.2.4 洞外接线 72.3 隧道横断面设计 82.3.1隧道建筑限界 82.3.2隧道内轮廓线 93 隧道衬砌设计 .113.1 衬砌初步设计 .113.1.1 预留变形量 113.1.2 支护参数的选定 113.2 各级围岩衬砌断面 .124 隧道洞门设计 .144.1 洞门形式的确定 .144.1.1进出口的洞门确定 144.2 洞门形式设计 .144.3 洞门稳定性及强度验算 .155 防排水设计 .185.1 隧道防排水要求 .185.1.1 一般规定 185.1.2 防水要求 185.1.3 排水要求 185.2
8、防排水措施 195.2.1 防水措施 19南石壁隧道工程设计5.2.2 排水措施 196 通风设计 .236.1 概述 236.2 通风方式 236.3 机械通风设计 .246.3.1 需风量的计算 246.3.2 通风计算 286.3.3 隧道通风方案 297 照明设计 .317.1 照明计算 .317.1.1 中间段照明 317.1.2 入口段照明 317.1.3 过渡段照明 327.1.4 出口段照明 337.2 照明验算 338 隧道施工方案设计（专题部分） 358.1 隧道洞口段施工 358.1.1洞顶截水沟施工 358.1.2洞口边仰坡施工 368.1.3 洞口管棚辅助施工 368
9、.2 洞身施工方法 .378.3钻爆设计与施工 .378.3.1 光面爆破效果影响因素 388.3.2 光面爆破方案设计 388.3.2 级围岩光爆设计 388.4复合式衬砌施工 .408.4.1 锚喷支护 409 隧道施工的监测量控 469.1 监测的目的 .469.2 监测的内容和方法 .469.2.1 监测的项目 469.2.2 数据处理 48参考文献 .49致谢 50附录 51南石壁隧道工程设计1 概述1.1 设计参数隧道净宽： 0.75+1.25+23.75+1.0+1.0=11.50m隧道净高： 5.0m计算行车速度： 120km/h1.2 隧道概况南石壁隧道位于上高县南港镇南港水
10、库与新余市分宜县洞村乡苍上村之间，设计为分离式隧道，里程桩号 ZK172+136ZK173+060 （YK172+136YK173+100），全长 924m（右幅 964m），最大埋深约 110m。隧道进口路线设计标高为 114.779m(左幅)和 112.830m（右幅）, 隧道设计标高为 114.775m(左幅)和 112.825m（右幅）；隧道出口路线设计标高为 132.638m(左幅) 和 132.637m（右幅）, 隧道设计标高为 132.633m(左幅) 和 132.645m（右幅）。隧道左幅位于交点号 ZJD7 的左偏圆曲线上，曲线半径 R=2100m；右幅位于交点号YJD7 的
11、左偏圆曲线上，曲线半径 R=2025m。隧道纵面线型：右线为 2.211%(长 964m)的单向坡；左线为 2.096%(长 924m)的单向坡。1.3 隧道地质1.3.1 地形地貌及气候条件隧道区属构造剥蚀、构造侵蚀、溶蚀地貌。隧道横穿本区锦河水系与袁河水系的分水岭，该分水岭呈南东东向展布，其北侧地形陡峻，表现为一系列陡崖，南侧地势稍缓，平均自然坡角 20左右。地表植被发育，主要为灌木。第 1 页，共 78 页南石壁隧道工程设计隧道区属亚热带湿润季风气候，气候温和，年平均气温 1517；雨量充沛，年均降雨量 15941760 毫米；日照充足，日照时间年平均 16551777 小时；无霜期长，
12、年均无霜期 240 天以上。区内四季分明，3 月下旬初至 5 月下旬中为春季，气温回升，雨水增加，冷暖多变，常有低温阴雨天气。5 月下旬中至 9 月下旬中为夏季，初夏（5 月下旬中至 6 月底）温度适宜，雨水充沛；盛夏（78 月）天气炎热，常有干旱。9 月下旬中至 11 月下旬初为秋季，晴天多雨天少，有干旱，9 月下旬多秋寒（寒露风）。11 月下旬初至 3 月下旬初为冬季，严冬多霜雪。1.3.2 工程地质条件本隧道构造上位于蒙山复背斜的南翼，地层单斜向南西倾，产状 21526左右。另外，本隧道位于区域性构造萍乡新建大断裂的断裂带内。该断裂带由一系列规模大小不等的压性或压剪性冲断层、斜冲断层密切
13、排列组成，总体上北东东向延伸，长达 200 多公里，宽约 30km，在地质历史过程中曾有多期活动，其中印支期的活动形成一系叠瓦状逆冲推覆断层，断层宽度几米至 300 米，断层面呈波状，光滑并且有大量斜冲擦痕。断裂两侧地层形成紧密牵引褶皱，产状为南东或西北倾斜，倾角一般陡（5060）。该断裂带涉及隧道区的有两条平行的逆冲断层，倾向 190左右，倾角 5060，在地形上形成长达数百米、高数十米的陡崖（断层坎），大致与隧道相交于 K172+290 及 K172350 处。隧道区除进口段地形陡峻，基岩出露较好外，其余地段表层多为残坡积覆盖，基岩零星出露，为石炭系上统船山组及二叠系下统栖霞组地层。根据野
14、外调查、钻探等资料，隧道区地层分布特征及工程地质特征如下：1.3.2.1 第四系残坡积层（Q el+dl）主要分布于山坡低缓部位及陡坎坎脚，隧道进出口均有出露，最大揭露厚度 7.70m，由粘土、风化碎块石组成，碎块石呈棱角次园状，成分灰岩为主，次为页岩，结构松散。极限摩阻力 i=60-80kPa，推荐承载力( 0)170-250kPa。1.3.2.2 二叠系下统栖霞组（P1q）该地层分布于隧道洞身部位，自 ZK172+360 至隧道出口依次出露其下部、中部及上部地层，岩性变化较大，分别介绍如下：第 2 页，共 78 页南石壁隧道工程设计(1) 栖霞组上部 深灰色钙质页岩夹灰岩、炭质页岩，分布于
15、隧道近出口段，钻探揭露节理裂隙发育,局部发育小规模溶洞，页岩岩芯极易沿层面开裂,岩芯以饼状或短柱状为主，少量块状，RQD=10-30%。推荐承载力(0)600kPa。(2) 栖霞组中部 深灰色中厚层状灰岩，局部夹页岩，钻探揭露节理裂隙发育，为方解石脉充填呈网状，岩芯以中柱状为主，少量短柱状、长柱状，RQD=81%。单轴抗压强度 36.1110.4MPa，推荐承载力( 0)2000kPa。(3) 栖霞组下部 岩性为灰岩与钙质页岩互层，局部含炭质灰岩及煤线，该段地层因紧靠区域性断裂，岩体较为破碎。推荐承载力(0 )800kPa。1.3.2.3 石炭系上统船山组（C2c）该地层分布于隧道进口至 ZK
16、172+360 一带，岩性为灰白色厚层- 块状微晶灰岩夹少量白云岩，钻探揭露节理裂隙发育，为方解石脉充填，局部具溶蚀现象，岩芯完整呈柱状，RQD=95%。单轴抗压强度 54117.5MPa ，推荐承载力(0) 2400kPa。1.3.3 水文地质条件1.3.3.1 地表水隧道区山体自然坡度较陡，大气降水很快顺坡面排入两侧沟谷，山体表面一般无常年性地表流水，仅在隧道出口段右侧约 120m 处有一小型水库 梅岭水库，常年有水，其水面标高高于隧道设计标高约 20m，因水库底部有一层页岩隔水层，可防止库水下渗。1.3.3.2 地下水隧道区的地下水主要为松散层孔隙水及基岩裂隙水，均接受大气降水补给，水量
17、一般较小，呈季节性变化。1.3.3.3 地表、地下水化学特征根据水样分析结果，隧道区地表水、地下水对混凝土无腐蚀性。1.3.3.4 隧道围岩分级及其力学性质根据隧道围岩分级标准（公路隧道设计规范（JTG D70-2004）的有关规定，结合钻探、物探、岩土测试资料和区域资料，经综合分析，本隧道围岩可分为、等三级。具体分级分段情况及围岩性质见下表 1-1。第 3 页，共 78 页南石壁隧道工程设计表 1-1 隧道围岩级别分段划分一览表围岩里程桩号 长度（ m） 工程地质条件 水文地质级别洞口浅埋段围岩为厚层状灰岩，弱风化，节 渗水，雨季顺ZK172+136 24 理裂隙发育，浅层溶蚀较强烈。波速
18、1.80 裂隙小规模涌ZK172+160 2.25km/s 水。围岩为厚层状灰岩，节理裂隙发育，充填方 渗水，雨季顺ZK172+160 44 解石脉，钻探揭露局部具溶蚀现象，岩芯完整 裂隙小规模涌ZK172+204 呈柱状，RQD=95% 。 水围岩为厚层状灰岩，发育一逆冲断层；物探ZK172+204 66 推测岩溶、裂隙强烈发育，岩体破碎，波速 渗水，雨季顺ZK172+270 宽大裂隙涌水。2.85-3.40km/s围岩为厚层状灰岩，节理裂隙发育，一般充ZK172+270 50 渗水ZK172+320 填方解石脉，波速 3.954.50km/m。围岩为厚层状灰岩，发育一小规模逆冲断层， 渗水
19、，雨季顺ZK172+320 16ZK172+336 岩体受挤压较为破碎。 宽大裂隙涌水。围岩为中厚层状灰岩，受本区区域性断裂ZK172+336 无水或轻微ZK172+436 100 影响节理裂隙发育，充填方解石脉，波速 3.95 渗水4.50km/m。围岩为灰岩与钙质页岩互层，局部含炭质灰 无水或轻微ZK172+436 152 岩及煤线，另受本区区域性断裂影响岩体较为ZK172+588 渗水破碎。围岩为二叠系下统栖霞组中部中厚层状灰岩，局部夹页岩，钻探揭露节理裂隙发育，为 无水或轻微ZK172+588 274 方解石脉充填呈网状，岩芯以中柱状为主，少ZK172+862 量短柱状、长柱状。 RQ
20、D=81%，波速 3.95 渗水4.50km/m围岩为栖霞组上部钙质页岩、炭质灰岩，物 渗水，雨季顺探推测为岩溶、裂隙强发育区，钻探揭露节理 宽大裂隙或溶ZK172+862 160 裂隙发育 ,局部发育小规模溶洞，页岩岩芯极易ZK173+022 蚀裂隙小规模沿层面开裂 ,岩芯以饼状或短柱状为主，少量块涌水。状。RQD=10-30%，波速 1.852.40km/s 。围岩为为残坡积碎石土，松散稍密，碎石ZK173+022 38 渗水ZK173+060 成分主要为灰岩、页岩，亚粘土充填。渗水，雨季顺YK172+140 围岩为厚层状灰岩，强弱风化，节理裂隙YK172+160 20 发育，浅层溶蚀较强
21、烈。波速 1.80 2.25km/s 裂隙小规模涌水。围岩为厚层状灰岩，节理裂隙发育，充填方 渗水，雨季顺YK172+160 42 解石脉，钻探揭露局部具溶蚀现象，岩芯完整 裂隙小规模涌YK172+202 呈柱状，RQD=95% 。 水围岩为厚层状灰岩，发育一逆冲断层；物探YK172+202 66 推测岩溶、裂隙强烈发育，岩体破碎，波速 渗水，雨季顺YK172+268 宽大裂隙涌水。2.85-3.40km/s围岩为厚层状灰岩，节理裂隙发育，一般充YK172+268 50 渗水YK172+318 填方解石脉，波速 3.954.50km/m。第 4 页，共 78 页南石壁隧道工程设计续表 1-1Y
22、K172+318 围岩为厚层状灰岩，发育一小规模逆冲断层， 渗水，雨季顺 16 岩体受挤压较为破碎。 宽大裂隙涌水。YK172+334YK172+334 围岩为中厚层状灰岩，受本区区域性断裂 无水或轻微 108 影响节理裂隙发育，充填方解石脉，波速 3.95 渗水YK172+442 4.50km/m。YK172+442 围岩为灰岩与钙质页岩互层，局部含炭质灰 无水或轻微 150 岩及煤线，另受本区区域性断裂影响岩体较为 渗水YK172+592 破碎。围岩为二叠系下统栖霞组中部中厚层状灰YK172+592 岩，局部夹页岩，钻探揭露节理裂隙发育，为 无水或轻微 302 方解石脉充填呈网状，岩芯以中
23、柱状为主，少YK172+894 量短柱状、长柱状。 RQD=81%，波速 3.95 渗水4.50km/m围岩为栖霞组上部钙质页岩、炭质灰岩，物 渗水，雨季顺YK172+894 探推测为岩溶、裂隙强发育区，钻探揭露节理 宽大裂隙或溶 142 裂隙发育 ,局部发育小规模溶洞，页岩岩芯极易 蚀裂隙小规模YK173+036 沿层面开裂 ,岩芯以饼状或短柱状为主，少量块 涌水。状。RQD=10-30%，波速 1.852.40km/s 。YK173+036 围岩为为残坡积碎石土，松散稍密，碎石 64 渗水成分主要为灰岩、页岩，亚粘土充填。YK173+1001.3.5 地震及区域稳定性根据中国地震动参数区划
24、图 (GB 18306 2001 )，高速公路所在宜春、新余市未见新构造活动痕迹，区域稳定性较好，本隧道按照地震动峰值加速度系数 0.10 进行抗震设计。第 5 页，共 78 页南石壁隧道工程设计2 隧道总体设计2.1 隧道位置选择2.1.1 隧道洞身位置选择洞身的位置选择主要根据地形条件和路线条件来选择。公路隧道是克服地形障碍的有效手段，一般情况下，如果地形紧迫、山坡陡峭，采用隧道方案比较有利。隧道方案工程量大些，工期可能长些，但它能使路线平顺缓直，不需要用较大的坡度，不需要设置太多、太急的曲线。隧道长度大时，考虑通风的影响，希望把纵坡控制在 2%以下。对于不同的路线条件，有如下几种情况考虑
25、：（1）越岭隧道的路线，应进行较大面积方案的选择，对可能穿越的垭口，拟定不同的越岭高程及相应的展线方案，结合路线线形及施工、营运条件等因素，进行全面技术经济比较后确定。一般宜选择地质条件较好的垭口一侧穿越。（2）沿河傍山隧道，其位置宜向山侧内移，以保证隧道有足够的覆盖层厚度，避免河流冲刷和不良地质对隧道稳定的不利影响。应对长大隧道、短隧道群或桥隧群方案进行技术经济比较。2.1.2 隧道洞口位置选择隧道洞口位置的选择是隧道勘测设计的重要内容之一，应综合考虑洞口地形、地质条件、洞外有关工程及施工条件、营运要求和周围环境保护，通过技术、经济等因素比较确定，不能单纯考虑经济问题。在贯彻“早进晚出”的原
26、则时，洞口位置选择的具体要求有以下几点：（1）隧道洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。（2）洞口位置应设在山坡稳定、地质条件较好、地下水不太丰富及排水有利处。第 6 页，共 78 页南石壁隧道工程设计（3）洞口位于悬崖陡壁时，不宜切削原山坡，避免扰动坡面和破坏地表植被及暴露风化破碎岩层。（4）跨沟或沿沟进洞时，应考虑水文情况，结合防排水工程，洞口不宜设在沟谷低洼汇水处。（5）应使隧道轴线与地形等高线正交，使洞口结构物受力条件好，避免斜交进洞时存在偏压作用。（6）当洞口地形平缓时，一般也应早进洞晚出洞。（7）洞口位置确定以后，还要考虑施工场地的布置。（8）洞口附近有地面建筑及地下埋设物时，考虑提前进洞
27、，尽可能减少附近地面建筑物、地下埋设物与隧道的相互影响，必要时采取防范措施。根据以上各种因素的考虑，结合实际地质情况，做出如下设计：左线隧道进口桩号 ZK172+136，出口桩号 ZK173+060，隧道长度为 924m，右线隧道进口桩号为 YK172+136，出口桩号为 YK173+100，隧道长度为 964m。2.2 隧道线路设计2.2.1 平面线线形根据地质、地形、路线走向等因素确定隧道平面线线形。不宜设超高的平曲线。南石壁隧道的线形设计见南石壁隧道平面图。2.2.2 纵面线形坡道形式的选择依据和纵坡坡度的主要控制因素为通风问题和对汽车行驶的利害。隧道的纵坡以不防碍排水的缓坡为宜，坡度过
28、大，对汽车行驶、隧道施工和养护管理都不利。单向通行的隧道设计成单坡对通风是非常有利的，因汽车单坡行驶，发动机产生的有害气体少，对通风也很有利。本隧道的基本坡道形式设为单坡。结合本隧道的实际情况，纵坡采用单坡，右线坡率为 2.211%；左线坡率为 2.096%，路面横坡坡率取 2%。2.2.4 洞外接线根据该隧道的地形条件，参看规范，本隧道洞外接线设为 100m。第 7 页，共 78 页南石壁隧道工程设计2.3 隧道横断面设计2.3.1 隧道建筑限界公路隧道的建筑限界，不仅要提供汽车行驶的空间，还要考虑汽车行驶的安全、快捷、舒适和防灾等，因此要求设计中应考虑到车道与公路设施所处的空间关系，任何部
29、件均不得侵入建筑限界之内。公路的隧道建筑限界由行车道宽度（W）、右侧向宽度（L R）、左侧向宽度（L L）、检修道宽度（J）等组成。相应宽度的数值根据公路隧道设计规范取值如下表 2-1。表 2-1 建筑限界各控制尺寸取值 (单位：m)设计速 车道 隧道 侧向宽度 检修道 J 检修道 顶角宽度度 宽度 净高 高度 h左侧 LL 右侧 LR 左侧 右侧 左侧 EL 右侧 ER（/h） W120 23.75 5.00 0.75 1.25 1.00 1.00 0.60 0.75 1.00该隧道主洞建筑限界示意图如下图 2.1。2%图 2.1 主洞建筑限界图（单位：cm ）根据公路隧道设计规范中长隧道可
30、以不设紧急停车带和车行横通道。根据隧道线性的特征，以及为方便隧道检修和应急，在隧道 ZK172+400 、ZK172+750 两处设置人行橫洞，其限界和轮廓示意图如下图 2.2、2.3。第 8 页，共 78 页南石壁隧道工程设计图 2.2 人行横洞建筑限界图（单位：cm）图 2.3 人行横洞轮廓图（单位：cm）2.3.2 隧道内轮廓线根据建筑限界，利用三心圆法，得出隧道断面内轮廓图如图 2.4。第 9 页，共 78 页南石壁隧道工程设计O4隧道中线O2 O1O22%O3图 2.4 隧道内轮廓断面图（单位:cm）第 10 页，共 78 页南石壁隧道工程设计3 隧道衬砌设计3.1 衬砌初步设计公路
31、隧道应作衬砌，根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用要求可分别采用喷锚衬砌、整体式衬砌、复合式衬砌。高速公路、一级公路的隧道应采用复合式衬砌。 复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式。3.1.1 预留变形量在确定开挖断面时，除应满足隧道净空和结构尺寸外，还应考虑初期支护并预留适当的变形量。当无预测值时可参照表 3-1 选用，并应根据现场监控量测结果进行调整。表 3-1 预留变形量（mm ）围岩等级 两车道隧道 20-50 50-80 80-120注：围岩破碎取大值；围岩完整取小值3.1.2 支护参数的选定本隧道采用复合式衬砌，其支护参数可采用工程类比法确定，并通过理论分
32、析进行验算。初期支护及二次衬砌的支护参数可参照表 3-2 选用，并应根据现场围岩监控量测信息对设计支护参数进行必要的调整。表 3-2 两车道隧道复合式衬砌的设计参数初步设定围 预留 初期支护 二次衬砌厚度 cm岩 变形 喷射混凝土厚 锚杆（m） 钢筋网 钢架 拱、墙混 仰拱混级 量 度（cm） 凝土 凝土别 (cm) 拱部、边墙 位置 长度 间距 4 10 拱、墙 3.0 1.5 局部 35 2525 7 15 拱、墙 3.0 1.2 拱、墙 拱、墙 35 352525第 11 页，共 78 页南石壁隧道工程设计续表 3-2 11 25 拱、墙 4.0 1.2 拱、墙 拱、墙 45 45202
33、03.2 各级围岩衬砌断面根据以上设计可以得到各级围岩初步衬砌设计的断面图。施工时应根据围岩具体情况和监测结果修正支护参数。以下各图锚杆均为梅花型布置。其中洞口段和、级围岩段均设有仰拱，级围岩不设仰拱。各段衬砌断面如图 3.13.3。初期支护 HBC22N 组合式锚杆，单根长 3米25 钢纤维喷射混凝土，厚 10 厘米预留变形量，暂定 4 厘米防排水隔离层，ECA 复合土工防水板二次衬砌 25 号模筑防水混凝土，厚 35 厘米防火涂料级围岩图 3.1 级围岩衬砌图第 12 页，共 78 页南石壁隧道工程设计初期支护 HBC22N 组合式锚杆，单根长 3 米25 钢纤维喷射混凝土，厚 15 厘米
34、预留变形量，暂定 7 厘米防排水隔离层，ECA 复合土工防水板二次衬砌 25 号模筑防水混凝土，厚 35 厘米防火涂料级围岩图 3.2 级围岩衬砌图初期支护 HBC22N 组合式锚杆，单根长 3 米25 钢纤维喷射混凝土，厚 25 厘米预留变形量，暂定 11 厘米防排水隔离层，ECA 复合土工防水板二次衬砌 25 号模筑防水混凝土，厚 45 厘米防火涂料级围岩图 3.3 级围岩衬砌图第 13 页，共 78 页南石壁隧道工程设计4 隧道洞门设计4.1 洞门形式的确定4.1.1 进出口的洞门确定根据南石壁隧道的洞口地质条件以及纵断面图，该隧道武宁端和吉安端的进出口处围岩为厚层状灰岩，强弱风化，节理
35、裂隙发育，浅层溶蚀较强烈，地质条件较差，且洞顶围岩厚度较薄，碎石极易产生岩石塌落。所以决定统一采用端墙式洞门设计。4.2 洞门形式设计端墙式洞门构造及基础设置：洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为 3m；洞门端墙与仰坡之间的水沟底至衬砌拱顶外的高度为 1.5m；洞门墙顶高出仰坡坡脚线 0.5m；洞门仰拱填充 1.0m 厚度，基底埋入灰岩地基 2.4m；端墙厚 1m，墙身微向后倾斜，斜度约为 1:0.1。图 4.1 为洞门立面图。 i=3%1:11.01:设计标高 设计标高-剖面图图 4.1 端墙式洞门立面图（单位：cm ）第 14 页，共 78 页南石壁隧道工程设计4.3 洞门稳定性及强度验算4
36、.3.1 计算参数由规范可得洞门的计算参数如下：填土重度 =20kN/m3，基底控制应力 =400 kN/m2，基底摩擦系数 f=0.4，计算摩擦角 =50。墙身坡率 1：0.1，厚度 B 主=1m ，基底埋深 D=2m，墙高 H=13m。仰坡坡脚至端墙墙顶的距离 a=3m。4.3.2 土压力计算hH H图 4.2 土压力计算示意图土压力的计算见图 4.2，由计算参数和计算得下列数据：tan=0.1 tan=1 tan =1.192 =50（1）破裂面与垂直面上的夹角 ：tan 2 tan tan (1 tan 2 )(tantan )(tantan )1tan tan tan (1 tan
37、2) tan (1 tan tan )tan= 1.42 0.1 (1 1.42) (1.19 1) (1 0.1) (0.1 1.19)1 (1 1.42) 1.19 (1 0.1)=0.59（2）侧压力系数 的计算： (tan tan )(1 tan tan )tan( )(1tan tan )第 15 页，共 78 页南石壁隧道工程设计 (0.59 0.1) (1 0.9 1)5.67 (1 0.59)=0.19a 3h 6.1mtan tan 0.59 0.1a tan 3 1h = =3.3m0 1 tan tan 1 0.1（3）土压力 E 的计算1E= H 2 h ( h h )
38、 b 0 02= 12 20 0.19 132 3.3 (6.1 3.3) 1 0.6=20.3 kN/m3G = HbD= 20 13 1 2=520 kN4.3.3 稳定性及强度的验算（1）抗倾覆稳定性验算：由于墙体采用相同材料回填，所以认为是均匀的，故墙体中心即为几何中心所以通过几何关系可以得到自重对墙趾的稳定力臂:1Z x 3 H4.3m1Z y 2 D 1m从而可以求得： My G Z y 520kN M 0 E Z x 20.3 4.3 87.29kN My K o Mo第 16 页，共 78 页南石壁隧道工程设计 87.29520 5.95 K o 1.6满足倾覆稳定的要求。（2
39、）滑动稳定性验算：KC NfE520 0.420.3 10.24 1.3满足滑动稳定性要求。（3）基底应力及偏心距的验算：C M y M ON 520 87.29520 0.83e B2 C 1 0.83 0.17 B5 0.4基底两边缘（即趾部和踵部）的法向压应力 1 、 21 N M G Ey 6e (1 )2 AW B B1=127.4kN/m2 2=392.6kN/m2max=2=392.6kN/m2=800 kN/m2满足基底压应力验算要求由以上验算可知，该端墙式洞门满足验算要求。第 17 页，共 78 页南石壁隧道工程设计5 防排水设计水对隧道的危害有很多方面的。漏水的长期作用可能
40、造成隧道的侵蚀破坏，危害隧道的结构耐久性；隧道漏水还可能使隧道拱部和侧墙产生冰凌侵入净空；隧道滴水将使路面结冰，降低轮胎与路面的附着力，恶化隧道的营运条件，危及行车安全；隧道渗漏水还将极大地降低隧道内各种设施的使用功能和寿命。可见，隧道的防排水设计至关重要。5.1 隧道防排水要求5.1.1 一般规定隧道防排水设计应该对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。南石壁隧道作为高速公路隧道，应满足以下要求：（1）拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水；（2）有冻害地段的隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结；（3）车行横通道、人行横通道等服务通道拱部不滴水，边墙不淌水。（4）当隧道内渗水引
41、起地表水减少，影响居民生产、生活用水时，应对围岩采取堵水措施，减少地下水的渗漏，同时应注意保护自然环境。5.1.2 防水要求高速公路隧道的防水要求，隧道采用复合式衬砌时，在初期支护与二次衬砌之间应设置防水板及无纺布。要求：无纺布密度不小于 300g/ ；防水板应采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于 1.0mm，接缝搭接长度不小于 100mm。二次衬砌应满足抗渗要求。5.1.3 排水要求高速公路隧道应能保证排水通畅、避免洞内积水。隧道内排水应满足以下要求：（1）路面两侧应设纵向排水沟，引排运营清洗水、消防水和其他废水。（2）隧道纵向排水坡宜与隧道纵坡一致。第 18 页，共 78 页南石壁隧道工程设
42、计（3）路侧边沟可设置为开口式明沟或暗沟。当边沟为暗沟时，应设沉沙池、滤水篦，其间距宜为 25-30m。（4）检修道或人行道的道面应考虑排水，可酌情设 0.5%1.5%的横坡，亦可在墙脚与检修道交角处设宽 50mm、深 30mm 的纵向凹槽，以利道面清洁排水。5.2 防排水措施5.2.1 防水措施南石壁隧道采用复合衬砌，在初期支护和二次衬砌之间设置的防水板及无纺布参数如下：（1）无纺布密度为 300g/m；（2）采用易于焊接的防水卷材 EVA 复合防水板，厚度为 1.0mm，接缝搭接长度为 100mm。5.2.2 排水措施5.2.2.1 路缘排水路面两侧设纵向排水沟，引排运营清洗水、消防水和其
43、它废水。隧道纵向排水坡度与隧道纵坡一致，路侧边沟设置为明沟，=15cm，每隔 30m 左右设置集水坑，以利于清淤，集水坑深度较边沟低 20cm。电缆沟内的集水也应引入路侧边沟。检修道面宜设横坡1.5%，以利表面排水;在墙脚侧设宽 50mm、深 30mm 纵向凹槽，以便道面清洁排水，排水槽细部如图 5.1 所示。路缘开口式边沟路面a b图 5.1 明沟及设备共同沟第 19 页，共 78 页南石壁隧道工程设计5.2.2.2 路基排水路基排水工程由背面排水工程、横向排水工程和中心排水工程组成。隧道外缘防水层与喷射混凝土层之间设置纵向排水盲管、环向导水管，纵向排水盲管设置在边墙低部，沿隧道两侧布置，全
44、隧道贯通，环向导水管沿隧道衬砌外缘环向布设，并下伸到边墙与纵向排水盲管连通。衬砌背后的地下水通过环向、竖向导水管汇集到纵向排水盲沟以后，通过横向导水管，将衬砌背后的地下水引入纵向中心排水管排出洞外。（1）衬砌背后边墙脚设置全隧道贯通的纵向排水盲管是为了将衬砌背后的地下水汇集到衬砌最低位置，并可沿隧道纵向顺坡流动，排水坡度与隧道纵坡一致；（2）在衬砌背后设置环向、竖向导水盲管（沟），使衬砌背后形成环向、竖向导水通道。环向导水管是沿拱墙背整环连续铺设，设置间距取 20m。竖向导水管是以拱墙某一出水位置向下铺设到墙脚与纵向盲沟相连。环向导水管、竖向导水管管径取 100mm；（3）为防止岩土颗粒进入盲
45、管，盲管沟用无纺布包裹。墙背排水暗管PVC 引水管排水边沟横向导水管中心排水管检修道图 5.2 隧道内排水系统第 20 页，共 78 页南石壁隧道工程设计路面路面基层2%2% 2%横向导水暗管 横向导水管碎卵石滤层 中心排水管图 5.3 中心排水管示意图路面结构下设置管径为 300mm 的纵向中心水沟，中心排水沟对路面底积水流导效果明显，且可避免因置深埋侧沟引排地下水而导致衬砌边墙墙基加深、仰拱加深。5.2.2.3 洞口排水为了防止地表水冲刷洞口和洞口边、仰坡的水流入隧道，“隧道、辅助通道的洞口及明洞应设置截水沟和排水沟”。排水沟一般采用矩形断面，尺寸为 50cm50cm；截水沟可采用矩形断面
46、，也可以采用梯形断面。洞口水沟应不渗漏才能起到截排水的作用，并将洞口边仰坡地表水引至洞口以外。排水沟、截水沟迎水一侧边沟不能高于坡面。5.2.1 排水沟为避免地表水冲刷洞口和洞口边、仰坡的水流入，本隧道在洞顶部和洞口两侧边坡设置排水沟，洞顶部排水沟底宽 0.5m，深 0.5m。洞两侧边坡排水沟宽 0.5m,深 0.5m。5.2.2 截水沟根据公路隧道设计要求，本隧道截水沟采用矩形断面，且截水沟迎水一侧沟壁不能高于坡面。（1）截水沟设置在洞口仰坡顶以外 5m，截水沟的位置与地表水流方向垂直，以提高截水沟效果和缩短沟的长度；（2）截水沟横断面设置为矩形，其深度及底宽均为 0.5m；（3）截水沟采用
47、砼预制块进行维护；（4）截水沟纵坡坡度为 0.5%。第 21 页，共 78 页南石壁隧道工程设计具体的参数设置见图 5.3。5.3 排水沟和截水沟尺寸（单位：cm）为了防止地表汇水的渗透，“回填土表面宜铺设隔水层 ”，减少或隔断水流的通路。隔水层与边坡的搭接处往往是水流的良好通道，由于水流的渗透软化作用，易产生回填土的滑移，故要求回填土“与边坡搭接良好”。第 22 页，共 78 页南石壁隧道工程设计6 通风设计6.1 概述公路隧道一般只有出口与大气联通，隧道内的污染物不能很快扩散，空气中的污染物含量会逐渐积累。隧道内的空气污染物是由汽车排出的尾气和汽车携带的尘土和卷起的尘埃造成的。公路隧道内的
48、空气污染，既会对人体造成危害，又会影响行车安全。为了有效降低隧道内有害气体与烟雾的浓度，保证司乘人员及洞内工作人员的身体健康，提高行车的安全性和舒适性，公路隧道应做好通风设计保证隧道良好通风。因此，隧道通风主要对 CO、烟雾和异味等进行稀释。6.2 通风方式根据公路隧道通风照明设计规范（JTJ 0261-1999）规定，宜设置机械通风的条件为：LN 2 106 （单向交通隧道）式中： L隧道长度（m ）N设计交通量（辆/h ）其中： 左线长 L=924m 右线长 L=964m交通量 N=3000 辆/h代入计算得：左线 LN 924 3000 2.8 106 2 106右线LN 964 3000 2.9 106 2 106故：本隧道采用机械通风。第 23 页，共 78 页南石壁隧道工程设计6.3 机械通风设计根据公路隧道通风照明设计规范（JTJ 0261-1999）通过计算以下三种情况下隧道的需风量，取最大者作为设计标准。CO 设计含量：30010 -6烟雾设计含量：0.006m -1异味稀
