XXX公路隧道设计毕业论文

XXX公路隧道设计毕业论文 第一章工程概况 第二章隧道整体设计 第三章公路隧道通风设计 第四章洞门设计 XXX公路隧道设计 第五章隧道洞身初期支护设计 第六章二衬设计计算 30 31 31 31 第七章施工组织设计 第八章隧道施工监控和量测 参考文献 XXX公路隧道设计 83 84 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)第一章工程概况1.1隧道位置XXX公路隧道位于XX省XX县XX村，是XX高速公路XX至XX段的一条分离式短隧道。综合各种因素考虑，隧道左线的起止桩号为:K26+260—K26+558，全长298m；隧道右线的起止桩号为：YK26+292—YK26+558。隧道纵坡整体为一单坡，坡度为-1.8%。1.2隧道工程地质概况该隧道洞口（进口）围岩级别为Ⅳ级，岩性为强风化下带～弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。隧道洞口（出口）隧道围岩级别为Ⅳ级岩性为强风化下带～弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。隧道K26+295～K26+349段围岩级别为Ⅲ级，岩性为弱风化玄武岩，属硬质岩，岩石柱状节理较发育，裂隙块状结构～镶嵌碎裂结构，节理裂隙面结合一般，岩质硬～坚硬，较完整。K26+504～K26+540段围岩级别为Ⅲ级，岩性为弱风化玄武岩，属硬质岩，岩石柱状节理较发育，裂隙块状结构～镶嵌碎裂结构，节理裂隙面结合一般，岩质硬～坚硬，较完整。K26+349～K26+504段围岩级别为Ⅱ级，岩性为弱风化、微风化玄武岩，属硬质岩，岩石柱状节理不发育，块状整体结构岩体，较完整。表1-1各类围岩主要物理力学指标表围岩级别力学指标ⅣⅢⅡ3kg/m3)弹性抗力系数K(MPa/m)400～5001000～12001400～1600弹性模量(静态)E(Gpa)~~~泊松比μ~~~~~~1500～20002600～30003000～3500饱和抗压强度Rb(Mpa)~~~XXX公路隧道设计表面不光滑时1.3设计标准及遵循规范1.3.1设计标准（1）隧道按规定的远期的交通量设计，采用分离式单向行驶两车道隧道（上、下1.3.2遵循规范（7）、隧道围岩级别按《公路隧道设计规范》JTGD70-2004 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)第二章隧道整体设计2.1一般规定与设计原则2.1.1一般规定隧道设计应满足公路交通规划的要求，其建筑限界、断面净空、隧道主体结构以及通风、照明等设施，应按《公路工程技术标准(JTGB01-2003)》规定的预测交通量进行设计。当近期交通量不大时，可采取一次设计分期修建。2.1.2设计原则（1）在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上，综合比选隧道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等，提出推荐方案。（2）地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向，以避免不良地质地段；长隧道的位置亦尽可能避开不良地质地段，并与隧道的走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。（3）根据公路等级和设计速度的确定车道数和建筑限界。在满足隧道功能和结构良好的前提下，确定经济合理的断面内轮廓。（4）隧道内外平、纵线形应协调，以满足行车的安全、舒适要求。（5）根据隧道长度、交通量及其构成、交通方向以及环保要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交通监控等要点设施的设置规模。必要时特长隧道应做防火专项设计。（6）应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和营运要求，对隧道内外排水系统、消防结合系统、辅助通道、弃渣处理、管道设施、交通工程措施、环境保护等作综合考虑。（7）当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。2.2隧道横断面设计原则隧道横断面设计原则如下所示：（1）隧道限界高度高速公路、一级公路、二级公路取5m；三、四级公路取4.5m。XXX公路隧道设计当设置检修道和人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应设不小于25cm（3）隧道路面横坡当隧道为单向交通时，应取单面坡，当隧道为双向交通时，可取双面坡，坡度应根据隧道的长度，平、纵线形等因素综合分析确定，一般可采用1.5%─2.0%。当路面采用单面坡时，建筑限界底边线应与路面重合；当采用双面坡时，建筑限界底边线应水平置于路面最高处。（4）单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路修建。（5）隧道内轮廓设计隧道内轮廓设计除了应满足隧道限界的规定外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰的要求，并为通风、照明、消防、监控管理等设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量，使确定的断面形式及尺寸符合安全经济、合理的原则。（6）公路隧道的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，因此要求设计中应充分研究各种车道的与公路设施之间所处的空间关系，任何部件（包括通风、照明、安全、监控和内装饰等附属设施）均不得侵入隧道建筑限界之内。2.3隧道建筑界限图2.1公路隧道建筑限界（单位：cm） 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)XXX公路隧道为单向双车道，设计时速为100km/h，如上图2.1，根据的有关规定：隧道建筑限界高度：H=5.0m；检修道高度：h=0.5m；车道宽度：W=3.75×2m；左侧向检修道左侧：J=1.0m；检修道右侧：J=1.0m；路面坡度：i=1.5%；隧2.4隧道衬砌内轮廓设计根据《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）规定，隧道的内轮廓拱部为半径R1=600cm的半圆，侧墙也为半径R1=600cm圆弧，仰拱圆弧半径R3=1500cm，仰拱与侧墙间用一个小半径R2=100cm的圆弧连接。两车道的100km/h内轮廓图如图2.2，详图见设计A3图图2.2两车道的100km/h内轮廓图（有仰拱）2.5隧道紧急停车带设计虽然该隧道属于短隧道，根据《公路隧道设计规范（JTGD70-2004）》的规定在隧道中应可不设置紧急停车带，但为了保险起见，该隧道设置紧急停车带一道。依据《公XXX公路隧道设计路隧道设计规范（JTGD70-2004）》的相关规定，该紧急停车带的宽为3.5m，长为40m。紧急停车带的内轮廓图如图2.3，详图见设计图纸2。图2.3两车道的100km/h紧急停车带内轮廓图（有仰拱） 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)第三章公路隧道通风设计3.1隧道通风要求1、单向交通的隧道设计风速不宜大于10m/s，特殊情况可取12m/s；双向交通的隧道设计风速不应大于8m/s；人车混合通行的隧道设计风速不应大于7m/s。2、风机产生的噪音及隧道中废气的集中排放均应符合环保的有关规定。3、确定的通风方式在交通条件等发生变化时，应具有较高的稳定性，并便于防灾时的气流组织。4、隧道内营运通风的主流方向不应频繁变化。3.2隧道内污染空气的稀释标准1、隧道通风主要应对一氧化碳（co）、烟雾和异味进行稀释。2、co设计浓度（1）采用全横向通风方式与半横向通风方式时，co设计浓度可按下表1取值；采用纵向通风方式时，co设计浓度可按表1所列各值提高50ppm取值。隧道长度（m）δ(ppm)注：隧道长度为1000m～3000m时，可按插入法取值。（2）交通阻滞（隧道内各车道均以怠速行驶，平均车速为10Km/h）时，阻滞段的（3）人车混合通行的隧道，长度不宜超过2000m，其co设计浓度应按表2取值。隧道长度（m）δ(ppm)注：隧道长度为1000m～2000m时，可按插入法取值。3、烟雾设计浓度（1）采用钠灯光源时，烟雾设计浓度应按表3取值；采用荧光灯光源时，烟雾设计浓度应提高一级。XXX公路隧道设计设计行车速度（Km/h）K(m-1)（2）当烟雾浓度达到0.012m-1时，应按采取交通管制等措施考虑。（3）隧道内进行养护维修时，应按现场实际烟雾浓度不大于0.0035m-1考虑。3.3需风量计算1、一般规定（1）通风设计中，车辆有害气体的排放量以及与之对应的交通量都应有明确的远景设计年限，两者应相匹配。计算近期的需风量及交通通风时应采用相应年份的交通量。（2）确定需风量时，应对计算行车速度以下各工况车速按20Km/h为一档分别进行计算，并考虑交通阻滞状态，取其较大者作为设计需风量。（3）在双向交通隧道中，上坡较长方向的交通量按设计交通量的60%进行计算。2、计算co排放量QCOco•fa•fd•fiv•L•(Nm•fm)=3.6106•0.01•1.0•0.6•1.9•1.4•0.298•(2600•1.0+650•2.5+434•5.0+371•7.0)0.01•1.0•0.6•1.9•1.4•0.298•8992=6_5m3/s3、计算稀释co所需风量QCOP0T6Qreq(co)=δ•PQCOP0T6__5•15•3.564、计算烟雾排放量VI•fa(VI)•fd•fh(VI)•fiv(VI)•L•(Nm•fm(VI)) 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)0.67053637.53.61065、计算稀释烟雾所需风量Qreq(VI)=K0.00653.4通风计算1、一般规定（1）在所设计的通风系统中，风机及交通通风力提供的风压和风量必须满足需风量的要求。（2）应根据通风计划，初步计划、技术设计和施工图设计等不同阶段，进行粗略或详细的通风计算。（3）在隧道通风计算中可把空气作为不可压缩流体对待；隧道内的空气流可作为不随时间变化的恒定流处理，且视汽车行驶也为恒定流。（4）隧道壁面摩阻损失系数及入口损失系数应根据隧道或风道的断面当量直径或壁面糙率以及风道结构形状等取值，当为混凝土壁面时常用损失系数可按表4取值。隧道壁面摩阻损失系数λre主风道（含竖井）壁面摩阻损失系数λb、λe连接风道壁面摩阻损失系数λd隧道入口损失系数ζe（5）通风设计中应尽可能减少风道断面积变化和转变次数，损失系数的取值应充分考虑隧道和风道壁面粗糙程度、结构形式。（6）交通通风力必须针对具体工程的通风系统进行分析。交通通风力在交通阻塞XXX公路隧道设计m或双向交通情况下宜作为阻抗力考虑；在单向交通情况下宜作为推力考虑。（7）应针对计算行车速度以下各工况车速分别计算汽车交通通风力。2、计算自然风阻力（1）在通风计算中，一般可将自然通风作为阻力考虑。隧道断面当量直径r隧道断面周长40=8me+λr•）••Vn2=(|1+0.6=(|1+0.6+0.02•298)|•1.2•2.522=8.79N/m23、计算交通通风力n=N•Lt=7.75汽车等效阻抗面积=(1-r1)•ACS•εCS+r1•Acl•εcl=0.426+3.222=3.648m2交通通风力 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)tA2trΔP=Am•ρ+n•(VtA2trr=xx7.75x(27.782.5)2=0.212x25.282=135.51N/m24、计算通风阻抗力e+λr•)••Vr2=2.345x0.6x2.52=8.794N/m23.5隧道通风方式和风机的选择因隧道中所需风机提供的风压mt=8.79+8.794135.51=117.93N/m2因为该值为负数，因此该公路隧道采用机械通风便可以满足通风的要求，但因该隧道内设有紧急停车带，为了将聚集在紧急停车带处的污染空气排出和应对突发情况，设置一组（2台）900型射流风机。XXX公路隧道设计第四章洞门设计4.1洞口地质条件隧道洞口（进口）围岩级别为Ⅳ级，岩性为强风化下带～弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。隧道洞口（出口）隧道围岩级别为Ⅳ级岩性为强风化下带～弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。因此，洞门处仰坡应采取防护措施。4.2洞门的设计方案4.2.1洞门形式的选择本隧道按隧道分类属短隧道，基本服从于路线走向，路线与地形等高线基本正交，洞门按受力结构设计。洞门形式结合实际地形、地质情况选定。根据洞门所处地段的地形地貌及工程地质条件，遵从“早进洞，晚出洞”的设计原则，并考虑洞门的实用、经济、美观等因素，因此本隧道使用翼墙式洞门。4.2.2洞门构造要求按《公路隧道设计规范》（JTG-2004洞门构造要求为：（1）洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0m，洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m。（2）洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按计算或结合其他工程类比确定。（3）洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地基及地形条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不小于0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m。基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。（4）松软地基上的基础，可采取加固基础措施。洞门结构应满足抗震要求。4.3洞门结构设计计算4.3.1洞门类型选择本隧道进口端和出口端洞口围岩基本相同，为Ⅳ级围岩，地质状况一般，拟采用翼墙式洞门。 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)4.3.2洞门稳定性及强度检算进口洞门的检算：进口采用带耳墙翼墙式洞门，见图4.1：a.检算翼墙时取洞门端墙前之翼墙宽1m的条带“Ⅰ“,按挡土墙检算偏心、强度及稳定性。b.检算端墙时取最不利部分“Ⅱ“作为检算条带，检算其截面偏心和强度。c.检算端墙与翼墙共同作用部分“Ⅲ“的滑动稳定性。检算条带“Ⅰ”XXX公路隧道设计tanω压力的计算各项物理学指标0γ00σ水泥砂浆砌片石γa=22kN土压力系数(λ)的计算：tan22=0（3）土压力的计算：H22λ22稳定性及强度的检算：（1）倾覆稳定的验算：ΣM356.40K0yΣM356.40ΣM0233.28满足倾覆稳定的要求。（2）滑动稳定的验算：KC满足滑动稳定的要求。 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)（3）合力的偏心距的验算：C=ΣMM0=356.3.28=0.518满足基底合力的偏心距。（4）基底压应力的验算：ΣNmaxΣNmaxminσmaxσσminσ满足基底压应力的要求。检算条带“Ⅱ”1土压力的计算：由以上计算知：λ=0.08HH22墙身截面偏心的验算：偏心距eb满足墙身截面偏心的要求。应力σXXX公路隧道设计满足墙身截面强度的要求。检算条带“Ⅲ检算条带“Ⅲ”1由以上计算知HHH 2 2E22b1G22b2122滑动稳定的验算：KC满足滑动稳定的要求。综合以上检算结果，翼墙、端墙均满足规范要求，故该设计合理。 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)第五章隧道洞身初期支护设计5.1支护形式的选择及参数确定由于该公路隧道为高速公路隧道，隧道洞口处围岩级别为Ⅳ级，隧道洞身围岩为Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ级围岩，其中Ⅳ级围岩分布在隧道进出口段长度为35m范围内，Ⅲ级围岩长度为90m，Ⅱ级围岩长度为155m，Ⅳ级围岩一般无自稳能力成洞条件差可能发生中大塌方，Ⅲ级围岩自稳能力差成洞条件较好，可能会出现小塌方，Ⅱ级围岩自稳能力较好成洞条件较好。根据公路使用要求，隧道围岩地质条件和施工条件，按照按照《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）中衬砌结构设计规定，按新奥法原理设计，该公路隧道应采用复合式衬砌，即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，其中初期支护采用喷、锚、网、钢拱架支护。5.2Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩的初期支护设计5.2.1Ⅳ级围岩隧道的宽度B与高度H确定Ⅳ级围岩隧道的宽度B与高度H确定可按下式进行计算，计算结果为：B=2r1+2d+2e=26.0+20.5+20.12=13.24mH=H1+r1+d+e=1.89+6.0+0.5+0.12=8.51m式中：?r1—拱部圆弧半径；d—衬砌厚度预估为0.5m；e—预留变形量取为0.12m；H1—路面至起拱线的高度。5.2.2Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩的初期支护设计根据《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）及《锚杆喷射混凝土支护技术规程》（GB50086—2001）的相关规定，该公路隧道初期支护采用工程类比法进行设计。1、锚喷支护的一般规定（1）锚喷支护的设计，宜采用工程类比法，必要时应结合监控量测法及理论验算（2）锚喷支护初步设计阶段，应根据地质勘察资料，按本规范表3.0.2的规定，XXX公路隧道设计斜井或竖井的锚喷支护类型和设计参数。（3）锚喷支护施工设计阶段，应做好工程的地质调查工作，绘制地质素描图或展示图，并标明不稳定块体的大小及其出露位置。实测围岩分级定量指标，按本规范表3.0.2的规定，详细划分围岩级别，并修正初步设计。（4）对Ⅳ、Ⅴ级围岩中毛洞跨度大于5m的工程，除应按照本规范表4.1.2-1的规定选择初期支护的类型与参数外，尚应进行监控量测，以最终确定支护类型和参数。规定，选择支护类型与参数外，尚应对围岩进行稳定性分析和验算；对Ⅲ级围岩还应进行监控量测，以便最终确定支护类型和参数。（6）对围岩整体稳定性验算，可采用数值解法或解析解法；对局部可能失稳的围岩块体的稳定性验算，可采用块体极限平衡方法。（7）对边坡工程锚喷支护设计，应充分掌握工程的地质勘察资料，按不同的失稳破坏类型，采用极限平衡法、数值分析法等方法进行边坡稳定性分析计算。2、围岩分级表（见下规范表3.0.2）中的岩体强度应力比的计算应符合下列规定：式中Sm—岩体强度应力比；fr—岩体单轴饱和抗压强度（MpaKV—岩体完整性系数；σ1—垂直洞轴线的较大主应力（KN/m21σ=γH1式中λ—岩体重力密度（KN/m3H—隧洞顶覆盖层厚度（m 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)XXX公路隧道设计 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)XXX公路隧道设计3、工程类比法公路隧道锚、喷、网、钢拱架的相关参数见下规范表4.1.2-1（摘自《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001。 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)XXX公路隧道设计245.2.3初期支护设计相关参数该隧道锚杆设计采用全长粘结型锚杆，沿隧道开挖轮廓线径向布置，设计为按梅花型方式布置。考虑该隧道为高速公路隧道，隧道围岩地质条件和施工条件，按《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）设计喷射混凝土内布置钢筋网。由于本隧道的围岩分级为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级。考虑到锚杆的衬托，各级围岩均采用钢拱架支护具体见表5.1。因在 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)25隧道中设置了紧急停车带，断面增大，所以该处的径向系统锚杆长度为3.5m，间距为100cmX100cm,喷射混凝土厚度为15cm.项目单位Ⅱ围岩级别ⅢⅣ喷射混凝土C20防水混凝土cm径向锚杆直径长度锚杆布置mmcmcm300300350钢筋网直径钢筋布置mmcm钢拱架类型cmXXX公路隧道设计26第六章二衬设计计算6.1隧道围岩压力计算根据《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）和《公路隧道设计细则》（JTG–TD70—2010）的有关规定进行各级围岩压力计算。6.1.1围岩压力计算的一般规定1、作为在隧道支护结构上的围岩压力为松散压力、形变压力、膨胀压力以及冲击压力等。围岩压力计算应综合考虑隧道所处地形条件、地质条件、隧道跨度、结构形式、埋置深度、隧道间距以及开挖方法等因素。2、隧道围岩压力计算过程中，应符合以下原则：（1）本规定适用于钻爆法施工的隧道，采用其他施工方法建设的隧道可参考采用。（2）围岩松散压力为作用在隧道全部支护结构的压力总和。在对初期支护或二次衬砌进行内力计算时，应采用适当的方法进行荷载分配，确定该支护层相应的计算荷载。（3）当隧道采用光面爆破、掘进机开挖等可减轻围岩损伤破坏的施工方法时，围岩松散压力的计算值可适当折减。3、埋深较浅的隧道可只计入围岩的松散压力；埋深较大的隧道不仅应计入围岩的松散压力，而且应计入围岩的形变压力；连供隧道、小净距隧道可不计入形变压力。4、计算围岩压力时各级围岩的物理力学参数宜通过室内或现场实验获取。6.1.2Ⅲ级围岩荷载计算1、根据《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）和《公路隧道设计细则》（JTG–TD70—2010）的经验公式计算围岩的垂直均布压力q和水平均布压力e。2、Ⅲ级围岩垂直均布压力的计算：由的Ⅲ级围岩的垂直均布压力q的值；由相关数据的： 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)272=77.76KN/m23、Ⅲ级围岩水平均布压力的计算：由e=λq得Ⅲ级围岩水平均布压力值；=9.33KN/m26.1.3Ⅳ级围岩荷载计算1、根据《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）和《公路隧道设计细则》（JTG–TD70—2010）的经验公式计算围岩的垂直均布压力q和水平均布压力e。2、Ⅳ级围岩垂直均布压力的计算：由的Ⅳ级围岩的垂直均布压力q的值；由相关数据的：XXX公路隧道设计283=136.08KN/m23、Ⅳ级围岩水平均布压力的计算：=34.02KN/m2得Ⅳ级围岩水平均布压力值；边墙底部水平压力：=76.02KN/m2为了计算的方便和保证围岩的稳定与安全，Ⅳ级围岩的水平均布压力采用一种值因Ⅱ级围岩的压力均很小，所以Ⅱ级围岩的计算采用Ⅲ级围岩的相关数值。6.2埋置深度的计算6.2.1Ⅲ级围岩埋置深度的计算深埋、浅埋隧道分界深度:HQq 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)296.2.2Ⅳ级围岩埋置深度的计算深埋、浅埋隧道分界深度:Hqq由设计任务书可知，该公路隧道均为深埋隧道。根据以上计算得出以下荷载值：表6-1各级围岩荷载值埋深类型荷载类型（KN/m2）Ⅲ级围岩深埋qeⅣ级围岩深埋qe6.3内力计算及结果6.3.1基本原理：隧道支护结构在承受围岩所施加的主动压力作用时将发生弹性变形，由于隧道支护结构周围有围岩存在,因此，它的这种弹性变形将受到围岩的约束作用，这种约束作用称为弹性抗力，它的大小与地层性质和隧道支护结构性质有关。该原理的基本假定：隧道支护结构是放置在弹性地基上的梁，梁在地层压力作用下将产生向地基方向的变形，地基将给梁以反作用力(即弹性抗力)，弹性抗力的大小和分布形式可根据不同的假定来得到，在本设计中，我们采用局部变形理论(即温克尔假定)：认为地基可以看成由无限多个各自孤立的弹簧构成，梁放在弹簧上，地基的沉降即相当弹簧压缩，弹簧常数即相当于弹性压缩系数，通过这一假定后，可以计算出结构的内力，并进行截面设计。XXX公路隧道设计本设计的结构计算采用ANSYS10.0结构有限元进行分析计算：本设计中拱圈梁单元采用Beam3，围岩抗力采用杆单元link1，荷载方面是把上面的计算荷载转化为节点荷载进行加载计算。其有限元模型如下图所示：图6.1有限元模型图注意：为了使模型的计算结果尽可能的与实际情况的结果相近，用杆单元模拟围岩抗力时要注意杆单元是只能受压，是不能受拉的；因此，在模型建立和计算时要把受拉的杆单元全部去掉，最后的结果是杆单元是全受压的。同时要尽可能使模型的约束情况与结构的实际情况相近，通过多次优化使得计算结果与结构实际受力相近。利用Ansys有限元分析结果图主要有：弯矩图、轴力图。6.3.2ANSYS计算的内力结果1、各级围岩输出的内力图： 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)图6.2Ⅲ级围岩弯矩图图6.3Ⅲ级围岩轴力图XXX公路隧道设计图6.4Ⅳ级围岩弯矩图图6.5Ⅳ级围岩轴力图 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)2、各级围岩输出数据Ⅲ级围岩：*****POST1ELEMENTTABLELISTING*****STATCURRENTCURRENTCURRENTCURRENTELEMSMIS6SMIS12SMIS1SMIS7XXX公路隧道设计*****POST1ELEMENTTABLELISTING*****STATCURRENTCURRENTCURRENTCURRENTELEMSMIS6SMIS12SMIS1SMIS7MINIMUMVALUESELEM14133131MAXIMUMVALUESELEM6565 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)Ⅳ级围岩：*****POST1ELEMENTTABLELISTING*****STATCURRENTCURRENTCURRENTCURRENTELEMSMIS6SMIS12SMIS1SMIS7XXX公路隧道设计-79016.-79016.-87051.-87051.-45337.-25734.-25734.79758.79480.-25661.-25661.*****POST1ELEMENTTABLELISTING*****STATCURRENTCURRENTCURRENTCURRENTELEMSMIS6SMIS12SMIS1SMIS7MINIMUMVALUESELEM31204031MAXIMUMVALUESELEM232255 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)6.4配筋及安全评价6.4.1Ⅲ类围岩配筋及评价1、Ⅲ类衬砌配筋（主筋）及检算根据内力图可得：最大正弯矩为M=136891N·m；轴力为N=-312506N；最大负弯矩为M=-144396N·m；轴力为N=-542836N。2、配筋计算（1）结构承受最大正弯矩的配筋计算：矩形截面的配筋计算：M=136891N·m；N=-312506N。b=1000mm，h=400mm，a=as=35mm，采用C25的混凝土所以不考虑附加偏心矩的影响，ea=0；此时的初始偏心矩为：ei=e0+ea=483mm；根据所取的计算模型，因为l0/h=0.8/0.4=2<8所以取偏心矩增大系数η=1.0；2>配筋计算：大小偏心距的判别：按《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）有：所以按大偏心计算。XXX公路隧道设计设纵向受拉钢筋的面积为As′（离轴力N比较近离轴力比较远的钢筋面积为As；均采用Q235级钢筋；根据平衡方程得：公式中：i+as=483+35=630.5mmx=Nfcmdb312506=13.51000=23.15mm则x<0.55h0=0.55365=200.75mm且x<2a=2×35=70mm所以x=70mm联解以上方程得：A's=Nefcdbx(h00.5x)fy(h0as)Ne=312506630.5=197035033N⋅m 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)SS13.5MPa；312506630.513.5100070(3650.570)<0ρminbh=0.0021000400=800mm2显然有：As,<ρminbh但根据规范要求，钢筋混凝土的配筋不得小于规定得最小配筋（构造配筋）。所以，此处按构造配筋：A=ρminbh=800mm2因此：As=4826mm2（6φ32）ρ=0.31%>ρmin=0.2%非少筋。满足要求！（2）结构承受最大负弯矩的配筋计算混凝土C25，偏心受压，Q235钢材Mmax＝-144396N·m；N=-542836Ne0=266mm>0.3h0=0所以不考虑附加偏心矩的影响，ea=0；此时的初始偏心矩为：ei=e0+ea=266mm；根据所取的计算模型，因为l0/h=0.8/0.4=2<8XXX公路隧道设计40所以取偏心矩增大系数η=1.0；2>配筋计算：大小偏心距的判别：按《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）有：i0所以按大偏心计算。设纵向受拉钢筋的面积为As′（离轴力N比较近离轴力比较远的钢筋面积为As；都采用Q235；根据平衡方程得：公式中：i所以x=70mm联解以上方程得：cmdbx(h00.5x)Ne=542836413.5=224462686N•m 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)41fcmd,542836x413.513.5x1000x70x(3650.5S<0ρminbh=0.002x1000x400=800mm2但根据规范要求，钢筋混凝土的配筋不得小于规定得最小配筋（构造配筋）。所以，此处按构造配筋：sminbh=800mm22；因此，As=3436mm2（7φ25）非少筋。所以，满足要求！3、Ⅲ类衬砌安全性评价：最大正弯矩和最大负弯矩都是属于大偏心，由于eo>0.2ho，不需要检算抗压强度，只要检算抗拉强度和裂缝。根据《隧道设计规范》（JTGD70—2004）的规定：隧道衬砌大偏心受压混凝土构件，在最后的检算主要是受拉裂缝的检算，主要裂缝检算合格，就可以不验算此项。（2）裂缝验算：1>最大正弯矩裂缝检算XXX公路隧道设计42所以需要进行裂缝验算。根据《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）的规定：对裂缝进行验算。经计算与查相关数据得：Es=210Gpa所以计算得：ωwax≈0裂缝满足要求。2>最大负弯矩裂缝检算所以需要进行裂缝验算。根据《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）的规定：对裂缝进行验算。经计算与查相关数据得：Es=210Gpa所以计算得：ωwax=0裂缝满足要求。（3）截面强度检算根据《公路隧道设计规范》(JTGD70—2004)的有关规定：钢筋混凝土矩形截面的大偏心构件（x≤0.55h0其截面强度检算应按照以下公式进行：其中：K－安全系数，按规范有关规定采用；Rw－混凝土弯曲抗压极限强度； 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)43g—钢筋的抗拉或抗压计算强度；,Ag,－受拉和受压区钢筋的截面面积；在本设计中，以上参数的取值为：1>最大正弯矩g代入计算有：左边＝750014.4N；右边＝1190000.0N;显然左边<右边满足要求！2>最大负弯矩相关参数如下：g=3436mm2,Ag,=1256mm2,b=1000mm，x=70m带入计算有：左边=1302806.4N右边=1702300.0N显然左边<右边满足要求！因此：对于本设计的衬砌配筋就按以上计算的选取！6.4.2Ⅳ类配筋及评价XXX公路隧道设计441、Ⅳ类衬砌配筋（主筋）及检算根据内力图可得：最大正弯矩为M=282131N·m；轴力为N=-784544N；最大负弯矩为M=-323478N·m；轴力为N=-963169N。2、配筋计算（1）结构承受最大正弯矩的配筋计算：矩形截面的配筋计算：Mmax=282131N·m；N=-784544N。b=1000mm，h=400mm，a=as=35mm，采用C25的混凝土所以不考虑附加偏心矩的影响，ea=0；此时的初始偏心矩为：ei=e0+ea=360mm；根据所取的计算模型，因为l0/h=0.8/0.4=2<8所以取偏心矩增大系数η=1.0；2>配筋计算：由1>的计算可知：偏心距：ei=ηxei=大小偏心距的判别：按《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）有：所以按大偏心计算。设纵向受拉钢筋的面积为As′（离轴力N比较近离轴力比较远的钢筋面积为As；均采用Q235级钢筋； 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)根据平衡方程得：N=fcmdbx+f'yA'sf Aysf;)+Nxe=fcmdbx)+公式中：+2a+2a=360+35=507.5mmx=Nfcmdxb784544=13.5x1000=58.11mm则x<0.55h0=0.55x365=200.75mm且x<2a=2×35=70mm所以x=70mm联解以上方程得：A's=Nefcdbx(h0'0.5x)fy(h0as)Ne=784544x507.5=398156080N⋅mfcm=SA,=S13.5MPa；784544x507.513.5x1000x70x(3650.5x70)XXX公路隧道设计46=1392mm2ρminbh=0.0021000400=800mm2显然有：,>ρminbh所以，此处钢筋取：5φ20,=1570mm2；因此，As=2454mm2（5φ25）ρ=0.40%>ρmin=0.2%非少筋。满足要求！（2）结构承受最大负弯矩的配筋计算混凝土C25，偏心受压，Q235钢材Mmin＝-323478N·m；N=-963169N2>初始偏心距e0:M3234780e==0N963169所以不考虑附加偏心矩的影响，ea=0；此时的初始偏心矩为：ei=e0+ea=336mm；根据所取的计算模型，因为l0/h=0.8/0.4=2<8所以取偏心矩增大系数η=1.0；2>配筋计算：由1>的计算可知：偏心距：ei=ηei=336m大小偏心距的判别：按《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）有：所以按大偏心计算。 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)47设纵向受拉钢筋的面积为As′（离轴力N比较近离轴力比较远的钢筋面积为As；都采用Q235；根据平衡方程得：N=fcmdbx+f'yA'sfyAs；公式中：由于x<0.55h0=0.55x365=200.75mm，且x>2a=2x35=70mm所以x=71.35mm联解以上方程得：=Nefcdbx(h0'0.5x)fy(h0as)Ne=963169x483.5=46562211.5N•mfcmd=13.5MPa；,963169x483.513.5x1000x72x(3650.5x7S=2352mm2ρminbh=0.002x1000x400=800mm2显然有：,<ρminbh所以，此处钢筋取：5φ25,=2454mm2；XXX公路隧道设计48因此，As=2945mm2（6φ25）ρ=0.6%>ρmin=0.2%非少筋。所以，满足要求！3、Ⅳ类衬砌安全性评价：最大正弯矩和最大负弯矩都是属于大偏心，由于eo>0.2ho，不需要检算抗压强度，只要检算抗拉强度和裂缝。根据《隧道设计规范》（JTGD70—2004）的规定：隧道衬砌大偏心受压混凝土构件，在最后的检算主要是受拉裂缝的检算，主要裂缝检算合格，就可以不验算此项。（2）裂缝验算：1>最大正弯矩裂缝检算所以需要进行裂缝验算。根据《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）的规定：对裂缝进行验算。经计算与查相关数据得：Es=210Gpa所以计算得：ωwax≈0裂缝满足要求。2>最大负弯矩裂缝检算所以需要进行裂缝验算。 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)49根据《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）的规定：对裂缝进行验算。经计算与查相关数据得：sEs=210Gpa所以计算得：ωwax≈0裂缝满足要求。（3）截面强度检算根据《公路隧道设计规范》(JTGD70—2004)的有关规定：钢筋混凝土矩形截面的大偏心构件（x≤0.55h0其截面强度检算应按照以下公式进行：其中：K－安全系数，按规范有关规定采用；Rw－混凝土弯曲抗压极限强度；Rg—钢筋的抗拉或抗压计算强度；,Ag,－受拉和受压区钢筋的截面面积；在本设计中，以上参数的取值为：1>最大正弯矩A代入计算有：左边＝1882905.6N；右边＝1397740N;XXX公路隧道设计显然左边>右边不满足要求！因此，增大AS的面积，取AS=4826mm2（6φ32代入计算有：左边＝1882905.6N；右边＝1955160.0N;显然左边<右边满足要求！2>最大负弯矩相关参数如下：,b=1000mm，x=72m带入计算有：左边=2311605.6N右边=1339385N显然左边>右边不满足要求！因此，增大AS的面积，取AS=7234mm2（9φ32代入计算有：左边＝2311605.6N；右边＝2348240.0N；显然左边<右边满足要求！ 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)因此：对于本设计的衬砌配筋就按以上计算的选取！6.5二次衬砌相关参数经以上计算和评价可得该公路隧道的二次衬砌相关参数见表6-2：表6-2二次衬砌相关参数表混凝土配筋Ag（mm2）'AgⅢ围岩最大正弯矩C25防水混凝土，厚度为40cm最大负弯矩Ⅳ围岩最大正弯矩最大负弯矩XXX公路隧道设计第七章施工组织设计7.1概述根据本隧道地质情况和设计特点，以保证工程质量和安全生产为目的，按照新奥法的施工原理进行方案制订和组织施工。进洞段采用锚杆作为超前支护，人工配合机械开挖；Ⅱ、Ⅲ级围岩段采用全断面法法施工；Ⅳ围岩段采用长台阶法。洞身开挖是隧道施工的关键工序，开挖方案主要根据围岩的情况确定，根本目的是保证施工人员和工程设施的安全，满足开挖质量要求，经济快速的完成施工任务。该隧道施工按照新奥法的原理，采用光面爆破技术，锚喷初期支护，以量测数据为施工依据。开挖采用钻孔台车和风动凿岩机钻孔实施光面爆破，轮式装载机装碴，自卸车出碴，利用砼喷射手和湿喷机进行锚喷支护。二次衬砌采用9m衬砌台车全断面进行，混凝土采用集中拌合，输送车输送，砼输送泵灌注，插入式振捣器捣实。本隧道掘进采用单向掘进方式施工，当隧道距贯通50m左右，爆破作业时互相提前1小时通知，以免发生意外情况；当距贯通15m时，采用独头掘进方式（为方便排水本隧道拟安排进口顺坡段施工，出口反坡停止掘进，安排其它后序作业）且爆破时提前通知并在停止施工的作业面200m左右设立明显的警戒标志。计划每个洞口平均月成洞40m左右，前一个月进行施工准备，铺设供水管路，建高位水池、拌合站、空压机房等临时设施，高压水池根据现场设置较方便处。平整施工场地，机械设备和人员进场，开挖洞外路基土石方，暴露洞口达到正式进洞条件。7.2施工准备该隧道进洞口地势较高，不利于布置施工场地，职工住处、配电房、压风机房、混凝土搅拌站、钢筋车间等生产房屋隧道布设不方便。因此，作业队进驻施工场地后，必须做好现场调查，将其建在距离施工洞口不远的地方，且选址时注意方便运输，以及环境保护。此外，作业队进驻施工场地后，还要做好以下施工前准备工作：1、隧道施工用电由附近乡镇高压电引接，接线长约3.5km，在隧道出口安装一台315KVA变压器，另外配备一台120KW发电机以作备用。2、施工用水：根据现场条件，该隧道出口附近没有可供水源的天然河流，水源缺乏，必须从远处引水，并在施工现场设两个蓄水池。3、施工用风：在隧道出口设供风站一处，内设电动空压机1台。4、三管两线布置：综合施工现场实际情况，将高压风管、高压水管、通风管布置 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)在洞口右侧，动力线和照明线布置在左侧。照明线面成洞地段采用220V，掌子面附近采用36V安全电压。5、砼工厂：在隧道进口设2台JS500强制式拌合机，混凝土由混凝土输送泵输送。6、必须做好临时交通便道，便于同外界交通，以及各种材料的运输。7.3辅助施工方法隧道施工过程中，可能会遇到开挖工作面不能自稳，或地表沉陷过大等情况，为了确保隧道工程顺利进行和施工安全，必须采取一定的工程措施对地层进行预支护或预加固，称之为辅助施工措施。预支护措施有预留核心土、喷射混凝土封闭开挖面、超前锚杆、管棚及临时仰拱封底。预加固措施有预注浆加固地层和地表喷锚加固等。而兼有预支护和预加固双重作用的有超前小导管注浆等。辅助措施的选用，应视围岩条件、涌水状况、施工方法、环境要求等因素综合而定，可以单独使用一种措施，也可以几种联合使用。一般在设计阶段应对辅助施工措施有初步考虑，并在设计图中表示出来。在施工阶段往往还要根据开挖的具体情况予以修改，或是加强，或是减弱甚至取消。7.3.1超前锚杆在隧道开挖之前，在开挖面的拱部一定范围内，沿隧道断面的周边，向地层内打入一排纵向锚杆（或小钢管通过锚杆对围岩的加固作用，形成超前于工作面的围岩加固棚，在此棚的保护下进行开挖。开挖一个进尺后，再打入一排纵向锚杆，再掘进，如此往复推进，如下图7-1所示。超前锚杆主要适用于土砂质地层、膨胀性地层、裂隙发育的岩体以及断层破碎带等，其设计参数见下表：表7-1超前锚杆、超前小钢管设计参数围岩级别锚杆直径/mm小钢管直径/mm锚杆、小钢管长度/mm环向间距/mm外插角锚杆小钢管Ⅳ18~22323~540~605°~10°5°~10°本设计的超前锚杆的基本设置为：锚杆直径取Φ22，长4m，间距取40mm，外插7.3.2超前小导管注浆 1道轴线超前小导管注浆也是一种广泛使用的辅助施工措施，他往往与钢拱架一起设置。设置方式见图7-2。1Φ22超前砂浆锚杆超前锚杆L=4mL=4m环向间距40cm超前锚杆L=4m18工字钢C20喷射混凝土 12%图7-1超前锚杆布置图（单位：cm）超前小导管L=5m环向间距40cm2%图7-2超前小导管设置方式（单位：cm） 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)Φ40mm钢管铁箍注浆孔Φ6mm锥头预留止浆段Φ6mm注浆孔管壁梅花形布置注浆图7-3超前小导管钢管构造图（单位：cm）小导管注浆属于渗入性注浆，虽然钢筋本身的支护能力不如管棚，但其注浆加固地层的效果要比管棚好。超前小导管注浆支护刚度和预支护效果均大于超前锚杆。在开挖掘进之前，先用喷射混凝土将开挖面和5m范围内的隧道围岩壁面封闭，然后沿拱部周边一定范围打入小导管，导管的外插角设置为12°,小导管插入钻孔之后外露长度为20cm，以便连接注浆管。两组小导管的前后纵向搭接长度为1m。小导管采用Φ40mm的无缝钢管，管壁钻有梅花形布置的注浆孔，其孔径为Φ6mm，间距为40mm。注浆以后应进行效果检查，可以用地质钻取注浆后的岩芯检查，也可以用声波探测仪测量岩体声波速度，判断注浆效果。检查结果如为达到要求应进行补孔注浆，如已达到设计要求，可进行开挖。7.4施工设计7.4.1总体方案和部署1、该隧道整体高宽比都小于1.7，可以采用光面爆破开挖，但应控制好爆破用药量，减少对围岩的扰动，保证开挖轮廓圆顺，减少超挖，不允许欠挖。2、初次支护紧跟开挖面，爆破以后立即对围岩进行初喷、打设锚杆、挂钢筋网、初喷厚度不小于4mm，喷射砼分1~3次复喷达到设计要求，并覆盖钢筋网和锚杆露头。中空锚杆施工采用专门设备和专用工艺。要求注浆饱满。XXX公路隧道设计3、钢筋网必须单根现场绑扎，并随岩面起伏，贴岩面。4、初期支护达到设计要求后的地段距开挖面的距离不得大于10m。5、二次衬砌砼浇筑采用机械泵送，一次成型。6、加强施工监控量测工作，及时掌握围岩衬砌的应力、应变状态。量测信息应及时反馈，施工、监理、设计随时掌握围岩和结构的工作状态，以便及时调整设计参数，制定合理的施工措施和支护手段，节约工程费用，保证施工安全。7.4.2洞口施工该隧道洞口及洞身基本在基岩中通过，洞口围岩为Ⅳ级围岩，施工开挖对地面影响甚微，即使在埋深小的地段，只要及时支护，也不会产生地面塌陷等地质灾害。洞身围岩主要为弱～微风化岩层，为弱透水层，且隧道地处孤山，无地表水体，隧道开挖及运营过程中不会产生疏干地表水等危害。总的来说，隧道建设对地质环境影响轻微。但隧道区地质环境脆弱，在设计和施工时，应给予高度重视，特别是对环境影响大的弃渣的处治，设计时不应将弃渣置于斜坡地段或冲沟、村庄附近。隧道开挖应采取超前支护，开挖后及时进行支护。在进行洞口施工时，必须坚决执行晚出洞的原则，避免大挖大刷，做好洞口防排水工作，保护植被，尽量使洞口简洁、美观、自然，与环境协调。本隧道洞口施工必须做好以下事项：（1）在场地清理时，先清理洞口上方及侧面有可能滑塌的表土、树木、山坡危石等，平整洞顶地表，施做好洞口边、仰坡坡顶处的天沟，防止雨水流入施工场地。（2）按洞门设计上的边、仰坡坡率放线，人工自上而下逐段开挖边、仰坡，打锚杆、喷射C20级混凝土、挂钢筋网维持边坡稳定，同时做好边坡防护工程。（3）洞门拱墙应与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工连成整体，确保拱墙连接良好。洞门墙端的砌筑与回填必须两侧同时进行，防止对衬砌产生偏压。（4）鉴于上述隧道进出口段的工程地质条件，进出洞口过渡地段围岩易产生掉块、崩塌，可采用超前多层锚杆支护或管棚支护，局部节理裂隙相对发育地段应采取超前小导管注浆，以固定洞壁和洞顶易松动的围岩。此外，隧道进出口洞口段开挖时，爆破震动过大易使围岩产生坍塌，同时，围岩暴露时间长时，可能会出现局部坍塌。施工时应注意用小爆破开挖，并及时做好衬砌。7.4.3隧道内施工 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)该隧道采用新奥法施工，新奥法的基本概念是以控制爆破(光面爆破、预裂爆破等)为开挖方法；以喷锚作为主要支护手段，通过监测控制围岩变形，动态修正设计参数和变动施工方法的隧道施工理念，其核心内容是充分发挥围岩的自承能力。该隧道围岩级别分别为Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级，因此根据《公路隧道施工技术规范》，类比其他工程，本隧道各级围岩所采用的开挖方式如下。（1）Ⅱ、Ⅲ级围岩：Ⅱ、Ⅲ级围岩地质条件较好，围岩基本稳定，故采用全断面法开挖。其优点是有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，干扰少，便于施工组织与管理，采用深孔爆破时，可加快掘进速度，且爆破对围岩的震动次数较少，有利于围岩的稳定。其缺点是由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，要求施工单位有较强的开挖、出渣与运输及支护能力，采用深孔爆破时，产生的爆破震动较大，对钻爆设计和控制爆破作业要求较高。全断面法施工工序如下：①用钻孔台车钻眼，然后装药、连接导火线；②退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；③排除危石；④喷射拱圈混凝土，必要时安设拱部锚杆；⑤用装渣机将石渣装入运输车辆，运出洞外；⑥喷射边墙混凝土，必要时安设边墙锚杆；⑦根据需要可喷第二层混凝土和隧道底部混凝土；⑧开始下一轮循环，施作二次模注混凝土衬砌。开挖和支护顺序见图7-4：2131图7-4全断面施工方法图XXX公路隧道设计全断面开挖法的注意事项：①加强对开挖面前方的工程地质和水文地质的调查。对不良地质情况，要及时预测、预报和分析研究，随时准备好应急措施，以确保施工安全和工程进度。②各工序机械设备要配套。如钻孔、装渣、运输、支护、衬砌等主要机械和相应的辅助机具，在尺寸、性能和生产能力上要相互配合，工作方面要环环紧扣，不致彼此受牵制而影响掘进，以充分发挥机械设备的使用效率和工序之间的协调作用。③加强各种辅助施工方法的设计和施工检查。尤其是软弱破碎围岩，应对支护后围岩的动态量测与监控，辅助作业的管理要求保持技术上的良好状态。④重视和加强对施工操作人员的技术培训，使其能熟练掌握各种机械和推广新技术，不断提高功效，改进施工管理，加快施工速度。⑤在选择支护类型时，应优先考虑锚杆和喷射混凝土、挂网、拱架等支护形式。（2）Ⅳ级围岩：鉴于Ⅳ级围岩稳定性不如Ⅱ、Ⅲ级围岩，故采用台阶分部开挖法。台阶分部开挖法又称环形开挖留核心土法，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。上部留核心土可以支挡开挖工作面，增强开挖工作面的稳定，核心土及下部开挖在拱部初期支护下进行，施工安全性较好。一般环形开挖进尺为0.5~1.0m，不宜过长，上下台阶可用单臂掘进机开挖，开挖和支护顺序见图7-5：2721311335464掘进方向57台阶分部开挖法1--上弧形导坑开挖2--拱部喷锚支护3--中核开挖4--下部开挖5--边墙部喷锚支护6--灌筑仰拱7--二次衬砌图7-5台阶分部开挖法 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)其优点是上下台阶干扰小，施工速度可加快。其缺点有开挖中围岩要经受多次扰动，而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，将可能使围岩变形增大，需要结合辅助施工措施对开挖工作面及前方岩体进行预支护或预加固。2、掘进方法该隧道为山岭隧道，考虑到经济及施工进度，主要采用钻爆法掘进，浅埋段和进洞开挖在必要时采用人工掘进。钻爆法开挖掘进时采用光面爆破法。爆破作业时，先根据爆破设计中的参数进行爆破，在爆破作业中不断积累经验并修正设计爆破参数，以达到最佳爆破效果。爆破设计（1）钻爆参数的确定本隧道光面爆破掘进采用如下表的参数：表7-2爆破参数表炮眼直径（mm）深度装药不偶合系数D周边眼间周边眼最小抵抗线相对距周边眼装药集Ⅱ450.35Ⅲ422.50.35Ⅳ0.25（2）爆破器材的选用光面爆破的器材主要有：炸药、非电塑料导爆系统、毫秒雷管和导爆管等。本隧道光面爆破的周边眼对所其使用的炸药的要求有：炸药要选择低爆速、低密度、低猛度、高爆力、小直径、传播性能良好的炸药。光面爆破的周边使用的雷管选用的要求有：选择分段多，起爆同时性好的毫秒雷管。根据上述要求选用的器材如下：2号岩石炸药，药卷直径分别为28mm、22mm、20mm，炸药爆速为2100m/s；在掏槽眼采用毫秒雷管，其余炮眼采用间隔为100~200ms的等差XXX公路隧道设计雷管，其振动速度为毫秒雷管采用振速的60%，并利用雷管自身的误差进行降振。导爆管：采用普通、抗水的导爆管。（3）起爆顺序：光面爆破分区起爆顺序是：掏槽眼—辅助眼—周边眼—底板眼。（4）炮眼设计①炮眼数目N—炮眼数量，不包括未装药的空眼数q—单位炸药消耗量，一般取q=1.2~1.4kg/m3S—开挖面面积τ—装药系数，即装药长度与炮眼全长的比值γ—每米药卷的炸药质量，kg/m表7-3炮眼数量参考值岩石级别开挖面积/m24~67~940~4320~24 次坚石23~30—(Ⅱ~Ⅲ)21~3027~3575~90 2011届土木工程专业学位毕业设计(论文)炮眼布置图见图7-6.23 141—掏槽眼2—周边眼3—辅助眼4—底板眼图7-6炮眼布置图注：本炮眼布置图适合全断面开挖法施工，如Ⅱ、Ⅲ级围岩②掏槽眼：采用双临空平行直眼掏槽，中空眼钻孔由小钻头改为大钻头将钻孔扩大，掏槽眼布置在开挖中心线左侧1.0m，高度为1.2m的位置。掏槽眼深度比其他炮眼深0.2m。③周边眼间距E根据上表取用，周边眼至内圈眼距离为0.6m，采用不偶合和间隔装药结构，不偶合系数见上表。周边眼设计位置考虑0.04的外插斜率。④底板眼：底板眼间距0.6m。⑤其它炮眼：采用横向间距0.8m，竖向间距1m。钻孔