毕业论文-木冲隧道左线工程的设计与施工

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ABSTRACTTHEDESIGNCOMPLETETHELEFTHANDLANETUNNELREDWOODDESIGNANDCONSTRUCTIONTHELENGTHOFTHELEFTLINEOFMUCHONGTUNNELIS1825METER,ITCROSSESKARSTAREAS,FORMATIONISMAINLYMADEOFSANDSTONE,SHALEANDSILTSTONECAMBRIANSTRATAFIRSTOFALL,BASEDONENGINEERINGREQUIREMENTSANDDESIGNSPECIFICATIONSTODETERMINETHETUNNELSECTION,ANDTHENUNDERTHE“LOADTHESTRUCTURE“LAWOFTHESTRUCTURETHROUGHTHEANSYSCALCULATIONOFSTRENGTH,ACCORDINGTOTHERESULTSOFREINFORCEMENTCALCULATIONTHEMAINTUNNELLEVELTOGRADE,LEVEL,ANDGRADECLASSBASEDGRADEANDLEVELDESIGNISMORESTABLEROCKSOUSEFULLFACEEXCAVATION,LEVELANDGRADEROCK,ROCKTHESITUATIONASARESULTOFPOORDESIGNOFTHEEXCAVATIONCROSSSECTIONUSINGALARGERHOLEINTHEWALLGUIDEMETHODNATMISTHEMAINTUNNELCONSTRUCTIONMETHODSNATMISTHECONSTRUCTIONMETHODTHATSHOTCRETEANCHORISTHEMAINMEANSOFSUPPORTBYDETECTINGTHEDEFORMATIONBYTHEMONITORINGOFMECHANICALFORMOFROCKANDSUPPORTINGTHEWORKOFSTATESTRUCTURESEVALUATETHELEVELOFDESIGNANDCONSTRUCTIONOFIMPROVEMENTSINATIMELYMANNERWITHTHEADJUSTMENTLEADPIPEROOFSUPPORTSTHETUNNELTHEEARLYSUPPORTADOPTSADVANCEDORRADIALGROUTINGBOLTLINKEDNETWORKOFSTEELGRATINGSANDCONSTRUCTIONTECHNOLOGY,SUCHASWETSPRAYWHENTHEROCKANDTHEINITIALSUPPORTFACILITIESACHIEVESTABILITYTHENSECONDARYLININGKEYWORDSEXPRESSWAYTUNNELDESIGNOFLININGSTRUCTURECONSTRUCTIONNATM目录第1章绪论111课题研究背景112国内公路隧道发展状况113国外公路隧道发展状况214设计内容3141主要研究的内容3142基本要求3第2章设计的原则和标准421设计依据422主要技术指标4第3章工程概况531工程概况532工程地质及水文地质5321地形地貌5322地质构造5323地层岩性7324水文地质特征9325岩溶发育特征9326不良地质现象9327地震烈度10328隧道围岩分类10第4章内轮廓的确定1241内部净空的确定1242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1451围岩压力计算14511级围岩压力计算14512级围岩压力计算1452衬砌内力计算15521ANSYS加载求衬砌内力过程15522级围岩衬砌内力计算与强度检验16523级围岩衬砌内力计算与强度检算1953衬砌结构强度检算原理2254衬砌截面配筋计算23541截面配筋原理23542级围岩配筋计算24543级围岩配筋计算2555裂缝检验27第6章隧道施工技术及施工工艺2961新奥法施工29611新奥法施工的基本原则29612新奥法的施工工序3063施工方案的确定30631全断面开挖施工3164爆破设计31641炮眼的种类和作用32642掏槽形式32643隧道爆破的参数设计33644炮眼的布置35645光面爆破3665中隔壁法CD法施工39651中隔壁法施工要求39652CD法的施工工序4066管棚支护40661管棚的构造组成41662管棚的设计参数41663超前管棚施工的工艺流程41664管棚施工4267围岩初期支护43671锚杆施工43672钢筋网安设45673钢架施工45674C25喷射混凝土4768衬砌施工49681二次衬砌施工工序49682施工方法5069围岩监控量测52691监控量测目的52692现场监测项目、仪器及要求52693几种重要的量测方法53610防排水施工546101隧道防水施工流程546102洞内防排水556103防水层铺设576104止水带、止水条施工程序576105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第1章绪论11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。12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13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16781681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。18951906已经出现了长1973KM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5385KM。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，2001年初投入运营的挪威西部的拉达尔隧道长245KM是目前世界上最长的公路隧道。14设计内容141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142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21设计依据公路工程技术标准JTJ00197公路隧道设计规范JTJ02690公路隧道通风照明设计规范JTJ02611999公路抗震设计规范JTJ00489公路水泥混凝土路面设计规范JTJ01294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22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1025M净高5MCO设计浓度正常行驶时CO250PPM交通堵塞时CO300PPM20MIN烟雾设计浓度正常行驶时K0007M1事故时K0009M1第3章工程概况31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JTJ02690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ZK20645ZK24315。隧道建筑限界宽为1025米，紧急停车带处断面加宽25米，高为5米，采用单心圆断面，半径为R565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YK22470、左线以ZK22470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。32工程地质及水文地质321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540587M，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，以溶蚀侵蚀和山前堆积为特点。322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。3221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。3222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ZK23850、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ZK21000，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ZK22575一带通过，F4从ZK21810一带通过。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。3223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。323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。3231第四系Q32311残坡积层QELDL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2040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050M不等。在贺州洞口区一带的ZK1013号钻孔揭露厚度为170240M。32312坡洪积层QDLPL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2050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9003420M。3232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01430M，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12801430M，在ZK10号孔揭露到280M厚的强风化泥质砂岩。弱风化带厚度5901775M,，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。3233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。3234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80120，倾角2050，局部有小褶曲。3235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组砂岩弱，常形成低缓的山坡及谷地为特征。3236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。324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011018M/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20050M，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1200000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PH705745,侵蚀性CO2269743MG/L，SO42100MG/L，HCO312551535MMOL/L，按公路工程地质勘察规范JTJ06498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。325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ZK79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。326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。327地震烈度根据中国地震动参数区划图GB183062001，隧道区地震动峰值加速度为005G地震基本烈度度，区域稳定性较好。328隧道围岩分类隧道范围内可分为、级围岩。3281级围岩进口ZK24184ZK24270段、ZK22100ZK22300段及出口ZK20666ZK20740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。3282级围岩ZK20740ZK20800段、ZK21085ZK21140段、ZK21650ZK21725段，ZK22500ZK22550段、ZK23675ZK23725段、ZK24140ZK24184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。3283级围岩ZK21140ZK21650段、ZK21725ZK22100段、ZK22300ZK22500段、ZK22550ZK23675段、ZK23725ZK24140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。3284级围岩左线ZK20800ZK21085段，共360M；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41内部净空的确定公路隧道净空包括公路建筑限界如图41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41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50M，该隧道为高速公路隧道故取50M2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1520图41公路隧道建筑界限4路面采用单面坡时，建筑限界底边线和路面重合42结构断面形式及尺寸初步拟定结构断面的标准形式图42V100KM/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51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51表51围岩压力计算相关系数重度岩体相似摩擦角隧道水平系数岩体两侧摩擦角围岩级别KN/M32446012319460423511级围岩压力计算此断面位于木冲高速公路隧道左线ZK22565处，埋深29288M，隧宽118M，隧高92M，围岩容重，计算时取纵向单位宽度的一环。24KN/M1Q045SH168M，BIM1Q30SH大于25，因此隧道为深埋。Q垂直压力和水平压力计算如下24756KN/H10113E512级围岩压力计算此断面位于位于木冲高速公路隧道左线ZK20765处，埋深964M，隧宽93M，隧高119M，围岩容重为19KN/M，计算时取纵向单位宽度的一环。511Q0452SH52IB式中，B坑道的宽度；IB每增加1M，围岩压力的增减率以B5M为基准，当B5M时，取I01；等效荷载高度值；QHS围岩级别；围岩的容重；宽度的影响系数；1569MIB1Q0428SH根据公路隧道设计规范，围岩取25，围岩取2。H小于，因QHQHQ此隧道为浅埋。垂直压力和水平压力计算如下00200021246,23,TAN1,T4TANT86TTA21TTNTTAN15KN/M763/HQBE52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。521ANSYS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。522级围岩衬砌内力计算与强度检验表52断面1的衬砌结构及围岩参数表结构及围岩容重3KN/M弹性抗力系数MPA/弹性模量GPA泊松比C35钢筋混凝土2531502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51级围岩变形图表53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1905E02146E05035620E03101E0012193E02146E05035132E03100E0013237E03147E05035161E02100E001表52级围岩弯矩图图53级围岩轴力图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4688E03147E05035468E02899E0115130E04150E05035869E02623E0136198E04154E05035129E01308E0137239E04160E05035150E01186E0138194E04169E05035115E01407E0139345E03196E05035176E02100E00110300E04246E05035122E01354E01311278E04306E05035908E02592E01312611E03381E05035160E02100E00113205E03462E05035445E03101E00114121E03549E05035221E03100E00115141E03543E05035259E03100E00116484E03538E05035900E03101E00117707E03537E05035132E02101E00118310E03544E05035570E03101E00119123E04561E05035220E02995E01120436E04540E05035806E02671E01321552E04515E05035107E01463E01422516E04489E05035105E01477E01423370E04463E05035799E02677E01324159E04439E05035361E02950E01125772E03417E05035185E02100E00126301E04399E05035754E02710E01327482E04387E05035125E01334E01428598E04380E05035157E01154E01429634E04380E05035167E01125E01430597E04386E05035155E01165E01431480E04398E05035121E01362E01432299E04415E05035719E02736E01333745E03436E05035171E02100E00134161E04460E05035351E02954E01135372E04485E05035768E02700E01336518E04511E05035101E01509E01437554E04535E05035103E01492E01438436E04556E05035784E02688E01339123E04538E05035228E02993E01140314E03531E05035592E03101E00141700E03531E05035132E02101E00142465E03536E05035867E03101E00143119E03543E05035218E03100E00144119E03456E05035261E03100E00145250E03374E05035668E03101E00146455E03300E05035152E02101E00147281E04241E05035117E01392E013续表48299E04194E05035154E01167E01349375E03168E05035223E02994E01150191E04159E05035120E01366E01351238E04153E05035155E01162E01352197E04148E05035133E01277E01353131E04145E05035901E02598E01354696E03146E05035476E02894E01155243E03146E05035166E02100E00156163E02146E05035111E03100E001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523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54。表54断面2的衬砌结构和围岩参数表结构及围岩容重3KN/M弹性抗力系数MPA/弹性模量GPA泊松比C35钢筋混凝土2531502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54级围岩变形图图55级围岩弯矩图图56级围岩轴力图表55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抗压抗裂强度验算1221E03359E05045614E03101E0012743E02359E05045207E03100E0013476E03359E05045133E02101E0014145E04360E05045401E02969E0115276E04366E05045755E02828E0116419E04373E05045112E01619E0137500E04383E05045130E01508E0138385E04399E05045965E02714E0139130E04454E05045287E02994E01110685E04548E05045125E01542E01311596E04670E05045889E02756E01112956E03827E05045116E02101E00113868E03100E06045868E03101E00114582E03118E06045493E03101E00115396E03118E06045335E03100E00116894E03117E06045764E03101E00117122E04117E06045104E02101E00118376E03119E06045316E03100E00119265E04123E06045215E02100E00120868E04119E06045730E02840E01121109E05114E06045956E02718E01322101E05109E06045927E02735E01323722E04104E06045694E02858E01124302E04996E05045303E02991E01125166E04954E05045174E02101E00126609E04921E05045661E02873E01127967E04897E05045108E01646E01328119E05885E05045134E01483E01429126E05885E05045142E01436E01430119E05898E05045133E01495E01431959E04921E05045104E01668E01332599E04954E05045628E02888E01133155E04995E05045156E02101E00134313E04104E06045301E02992E01135732E04109E06045671E02868E01136102E05114E06045895E02753E01137110E05118E06045932E02732E01338868E04122E06045712E02849E01139260E04119E06045218E02100E00140412E03117E06045352E03100E00141120E04117E06045103E02101E00142824E03117E06045704E03101E00143307E03118E06045260E03100E00144565E03992E05045569E03101E001续表45105E04823E05045128E02101E00146324E03673E05045481E03101E00147619E04547E05045113E01614E01348687E04461E05045149E01396E01349144E04405E05045355E02980E01150377E04386E05045977E02706E01351497E04373E05045133E01491E01352420E04364E05045115E01600E01353280E04357E05045785E02812E01154150E04359E05045417E02964E01155512E03359E05045143E02101E00156565E02359E05045158E03100E001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53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53AKNRBH式中，安全系数，值见表46；K轴向力；N混凝土或衬砌的抗压极限强度，值见表47；ARA构件纵向弯曲系数，对于隧道衬砌可取；10截面宽度；B截面厚度；H轴向力偏心影响系数，查规范可得，计算公式如下。2300010648/1569/154/EEHEH表56K的取值表混凝土砌体荷载组合破坏原因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24202723混凝土达到抗拉极限强度3630表57的取值表AR混凝土强度等级强度种类C15C20C30C35C40C50抗压AR120155190225295365弯曲抗压150194242281369456抗拉1142020222731注片石混凝土的抗压极限强度可采用表中的值表中的弯曲抗压极限强度按WA125R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541076/BHKNE式中，R1混凝土抗拉极限强度；检算截面偏心矩。0E当时，由抗压强度控制承载能力，不必检算抗裂；当时，由2H02EH抗拉强度控制承载能力，不必检算抗压。54衬砌截面配筋计算541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，SSA，1CNXFB1当时，为大偏心受压。如，则05XH2SX或WGGKNERBA55002XHA式中，K安全系数；M弯矩；混凝土弯曲抗压极限强度标准值，125；WRWRA钢筋的抗拉或抗呀计算强度标准值，HRB335的是335MPA；G、受拉和受压区钢筋的截面面积M2；A、自钢筋或的重心分别至截面最近边缘的距离；AGAH截面高度；H0截面的有效高度M，H0HA；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。05XH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562A0G05KNERBHAA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GA572A0G0E542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强度验算21552E04515E05035107E01463E01不合格22516E04489E05035105E01477E01不合格27482E04387E05035125E01334E01不合格28598E04380E05035157E01154E01不合格29634E04380E05035167E01125E01不合格30597E04386E05035155E01165E01不合格31480E04398E05035121E01362E01不合格36518E04511E05035101E01509E01不合格37554E04535E05035103E01492E01不合格5421单元37配筋计算1000MM350MM，荷载产生的最大轴向力设计值为BHN535KN,M554KNM，混凝土强度等级为C351250MPA,281MPA，20MPA，纵向受力钢筋选用Q235级ARW1R380；取40MM，则350G2N/MA0HA40310MM，35040310；安全系数K24抗压；此时0H103MM。0E则44MM170MM故属于大偏心受压WKXRB05H又44MMMM，取；28A2SXA此时公式为，0GGSKNEAR0135/43M2SHE得MM，取MMAX035401M22SHEMM，取MMA974X03540M22SHE1512MM2，W0GGKNRBXAA因为其满足抗压要求，因此可按构造配筋G2002148BH则选用HRB335101882M5452单元30配筋计算125125WRA650610设40MM、40MM，则H35040310MMAKN24898KN21552000KNX102MMMM，取MMA12X03514207MSHE978MM2B，1次/周；5围岩内部位移地表设点水准仪、水准尺每代表性地段一个断面，每断面35个钻孔开挖面距量测断面前后B，1次/周；693几种重要的量测方法6931拱顶下沉与地表沉降1拱顶下沉地下工程的拱顶部位也是受力的敏感点，其变化反映了初期支护结构顶部和地层受力后的变化情况，尤其是浅埋地下工程，它直接涉及地面的沉降，是关系邻近房屋安全的重要因素，因此，拱顶下沉监控量测也是浅埋暗挖法的必测项目之一。拱顶下沉监控量测就是紧随开挖面离开挖面2M以内在结构拱顶部位布设一个或多个分部开挖测点，在施工期间监控量测其下沉情况。通常，纵向测点布设与水平净空周边收敛监控量测相对应，随地层好坏和结构跨度大小而定，测点间距一般为3100M取35M。测点布设为每15M一个断面。量测工具水准仪、水准尺、铟钢尺。量测频率开挖面距量测断面前后2B时1次/天；开挖面距量测断面前后2B时1次/2天；开挖面距量测断面前后5B时1次/周。2地表地中沉降地表、地中沉降测点原则上应布置在隧道的中心线上，并在与隧道轴线正交平面的一定范围内布设必要数量的测点。并在有可能下沉的范围外设置不会下沉的固定测点