人防洞室保护专篇教案.docx
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人防洞室保护专篇教案
观音桥商圈东大道工程初步设计说明（人防洞室保护专篇）
1、概述
1.1项目建设背景
2010年6月18日，继上海浦东、天津滨海之后，中国第三个国家级新区——重庆两江新区正式挂牌成立，这给作为两江新区商业核心的观音桥商圈带来新的发展机遇。
按照江北区委、区政府的规划，观音桥商圈将加快向东、西、南、北、中五个方位扩展，打造“一心四片”商圈核心区，从而使商圈核心面积由1.5平方公里扩张至3平方公里。
在中心片区，形成50万平方米“太阳谷”商务高地；东边向洋河片区延伸，打造吸引各地美食的荟萃之地；西边向小苑片区延伸，打造浪漫金街、朗晴广场婚恋基地、嘉陵水街时尚浪漫之地；南边向野水沟片区、三钢厂片区延伸，打造国际创意研发、汽车展示、异国风情的创意风情之地；北边向鹞子丘片区延伸，打造别墅级商务总部、6A甲级写字楼、超五星级酒店的商务示范之地。
商圈提档升级，交通是重点。
随着观音桥商圈城市功能的不断积聚和丰富，吸引客流逐年攀升，商圈范围不断扩大，加之近年来城市机动化水平的不断提高，商圈既有的交通系统已渐滞后其发展步伐，拥堵日益严重，难以支撑其可持续发展。
观音桥商圈交通何去何从，已经成为关系商圈健康持续发展的关键问题。
在未来的发展规划中，观音桥商圈将按照“过境快速、到达便捷、总量限制、综合整治”的原则和“远近结合、分期推进、标本兼治”的交通改善思路。
按照江北区政府的工作报告，今年将启动建设东西北三条骨干道路的建设。
受观音桥商圈办的委托，我公司开展东大道道路工程的方案设计。
项目区域位置
1.2设计依据
《重庆市城乡总体规划》（重庆市规划设计院）
《重庆主城区综合交通规划》（2005-2020）
《观音桥商圈6.8平方公里控制性规划》
《小苑片区控制性规划》
《新牌坊至渝中综合交通改善规划》
【林同棪国际工程咨询（中国）有限公司2012.08】
道路沿线1：
500地形图【重庆市勘测院2013.04】
地勘单位提供的人防洞室实测数据资料（电子版）
《重庆市观音桥商圈东大道工程补充工程地质勘察报告》（重庆市高新工程勘察设计院有限公司2015.03）
1.3采用的主要技术标准
国家标准、规范
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）
《道路交通标志和标线》（GB5768-2009）
《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）
《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）
《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）
《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）
《爆破安全规程》（GB6722-2003）
《室外排水设计规范》（GB50014-2006）2011年版
《给水排水工程构筑物结构设计规范》（GB50069-2002）
《给水排水工程管道结构设计规范》（GB50332-2002）
《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-2008）
建设部标准、规范
《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012）
《城市道路路线设计规范》（CJJ193-2012）
《城市道路路基设计规范》（CJJ194-2013）
《城镇道路路面设计规范》（CJJ169-2012）
交通部标准、规范（参考）
《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）
《公路隧道设计细则》（JTG\TD70-2010）
《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）
《公路隧道施工技术细则》（JTG／TF60-2009）
《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ0261-1999）
《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/TD71-2004）
《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）
《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）
《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）
《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）
《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）
《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）
地方标准、规范
《城市道路交通规划及路线设计规范》（DBJ50-064-2007）
1.4项目规模
本次方案设计内容为观音桥商圈东大道工程。
商圈东大道为城市次干道，设计车速40km/h，东大道设计为双向四车道，分左右两幅，单幅宽度为8.75m，道路全长约2.347公里。
2、工程建设条件
2.1东大道与现有人防洞室关系
东大道起点至K0+140段，包含路槽段和隧道进洞段，洞口从三钢二支路下方进洞。
东大道西侧为城市经典小区高层建筑，东侧为平安摩卡高层建筑，南侧为青目花园小区多层建筑。
在道路下方存在网状分布的人防工程洞室，洞室修建时间久远。
2.2人防洞室现状
根据现场踏勘，人防洞室均为无衬砌支护的毛洞，围岩条件以砂岩为主，表面不平整，无明显渗水等不良情况。
周边小区建筑楼基础局部穿过了洞室。
2.3地质构造
勘察范围位于龙王洞背斜南西翼倾伏端，岩层呈单斜状构造，无区域性断层通过，构造地质条件简单（见图3.3-1）。
根据现场调查结合周边项目勘察资料，本次东大道岩层产状分为三段：
1）左线K0+000~K0+360与右线K0+000~K0+320段产状190°∠6°，2）左线K0+360~K1+180与右线K0+320~K1+100段产状280°∠9°，3）左线K1+180~K1+476.980与右线K1+100~K2+326.187段产状260°∠10°。
场地内岩石发育构造裂隙如下：
J1：
倾向352左右，倾角71～80，闭合，裂隙间距约1.0～2.0m，为硬性结构面，隙面闭合，无充填，延伸3～10m，结构面结合程度差。
J2：
倾向110～140左右，倾角53～59，一般为55。
闭合，裂隙间距约1～3m，为硬性结构面，隙面闭合，无充填，延伸3～10m。
结构面结合程度差。
2.4地层岩性
隧道沿线钻探揭露地层有：
第四系全新统的人工填土层（Q4ml）、残坡积层（Q4el+dl），侏罗系中统上沙溪庙组（J2S）。
现依据地层的新老关系对其岩性特征分述如下：
（1）第四系全新统人工填土层（Q4ml）
杂填土：
杂色，主要由砂岩块石、碎石和泥岩碎石、角砾，砂土、粘土和少量建筑、生活垃圾等组成。
骨架颗粒含量45～60%，粒径一般30～500mm。
堆填年限一般大于10年，结构主要呈中密状，局部呈稍密状。
在场地表层均有分布，一般厚2～6m；其中右线K1+300~K1+820段与左线隧道出洞口段厚度大，钻探揭露最厚达31.7m（ZY80）。
（2）第四系全新统残坡积层（Q4el+dl）
粉质粘土：
紫褐色。
土多呈可塑状，干强度中等，韧性中等，稍有光泽，无摇振反应，呈中等压缩性。
在拟建场地零星分布，厚度1.00～2.90m，钻孔最大揭露厚度2.90m（ZY5）。
土层与下伏侏罗系中统基岩呈不整合接触。
（3）侏罗系中统沙溪庙组（J2s）
为炎热干燥氧化环境下河、湖交互相红色碎屑岩，多韵律、多旋回沉积组合，岩性为紫红色厚层状砂质泥岩、灰色中厚层状细～中粒砂岩。
岩体裂隙较发育～不发育，呈整体块状结构，岩体较完整～完整。
1.砂岩:
灰色、灰白色，主要矿物成分为石英、长石，含少量云母及粘土矿物，中～细粒砂状结构，薄～中层状构造，为泥、钙质胶结，以钙质胶结为主。
本层呈薄～中层状位于砂质泥岩之上或透镜体夹于砂质泥岩之中。
2.砂质泥岩：
包括泥岩、砂质泥岩。
紫红色，泥质、粉砂质结构，薄～中层状构造，主要矿物成分为粘土矿物，含钙质、砂质。
整个场地均有分布，是场地内的主要地层。
场区基岩强风化层厚度一般2.0m左右。
局部地段基岩强风化带厚度较大，为2.00～3.50m。
基岩强风化带岩体破碎，风化裂隙发育，岩质软。
3.泥质砂岩：
灰色、灰黑色，由云母、长石等矿物组成，含泥质较重，钙泥质胶结。
细粒结构，厚层状构造。
强风化带岩芯较破碎，呈块状、短柱状，中风化带岩芯较完整，呈柱状，锤击声不清脆。
2.5水文地质条件
拟建场地其原始地貌隶属浅丘沟谷地貌。
场区地下水富水性受地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制，为大气降雨和地面水体渗漏补给，水量大小与降水因素关系密切，受气候和季节性变化较大。
根据现有地下水稳定水位可以看出，在地貌位置低处钻孔发现地下水位，说明地下水在线状工程范围内分布不均匀，未形成统一的稳定地下水潜水面，所反映地下水属上层滞水为主。
因此线状工程范围地下水补、径、排相对简单。
根据沿线地下水的赋存条件、水理性质及水力特征，沿线地下水可划分为第四系松散层孔隙水、基岩裂隙水。
松散层孔隙水
松散层孔隙水不连续分布在人工填土层和残坡积层中，动态变化幅度大，水质成分由含水介质的性质决定，水量大小受地貌和覆盖层范围、厚度、透水性制约，主要由大气降水补给，受季节、气候影响大。
本次勘察选取勘察区内填土厚度较大的钻孔ZY52、ZY86、ZY96号钻孔作抽水试验，当水位降至某一深度后稳定不少于八小时，测得稳定流量，据此计算ZY52号钻孔松散层渗透系数为1.127（m/d），影响半径为32.77m。
ZY86号钻孔松散层渗透系数为1.524（m/d），影响半径为9.73m，ZY96号钻孔松散层渗透系数为1.742（m/d），影响半径为10.94m。
抽水试验数据、图示与表格详见附录1）。
综上所述，勘察范围内人工填土层与残坡积层中的松散层孔隙水水量小，主要受大气降雨和地面水体渗漏补给，通过土体内部空隙排泄下渗至下覆岩体内并最终汇集于勘查区外低洼地带。
由于勘察区地处城市中心，市政排水系统完善，通过大气降雨与地表渗流补给水体较小，故勘察区内松散层孔隙水水量较小。
由于勘察区内杂填土块石含量较高，杂填土渗透性较好，低洼地段有利于局部水体蓄存，故在隧道穿越段局部可能出现涌水。
基岩裂隙水
基岩裂隙水包括风化裂隙水和构造裂隙水。
风化裂隙水分布在浅表层基岩强风化带中，为局部上层滞水，水量小，受季节性影响大，各含水层自成补给、径流、排泄系统。
构造裂隙水分布于厚层块状砂岩层中，以层间裂隙水或脉状裂隙水形式储存；砂质泥岩相对隔水，水量稍小，动态不稳定。
该类地下水主要赋存于基岩裂隙中，水量较小，由于岩层倾角较缓，砂质泥岩与砂岩呈互层状，隧道埋深较浅，勘察区内基本不存在潜水。
2.5围岩力学参数的采用
岩土体物理力学设计参数值一览表见下表。
岩土体物理力学参数推荐值
岩石名称
砂岩
砂质泥岩
泥质砂岩
杂填土
强风化
中风化
强风化
中风化
强风化
中风化
天然重度（kN/m3）
23.0*
24.41
23.5*
24.11
23.5*
24.06
22.5
饱和重度（kN/m3）
23.5*
24.90
24.0*
24.33
24.0*
27.08
23.0
自然抗压强度（MPa）
/
39.64
/
13.24
/
23.72
/
饱和抗压强度（MPa）
/
31.85
/
8.07
/
17.16
/
内聚力C（kPa）
/
1580
/
552
/
469
0
内摩擦角φ（ο）
30
34.37
30
31.23
30
30.62
30*
抗拉强度（kPa）
/
460.2
/
167.4
/
147.2
/
弹性模量（MPa）
/
5777.9400
1579.4380
2073.1270
/
变形模量（MPa）
/
5387.9350
1469.3490
1937.3410
/
泊松比μ
/
0.18
/
0.32
/
0.29
/
完整系数K
/
0.67
0.71
0.68
/
岩质地基容许承载力基本值（kPa）
/
1800
/
1000
/
1200
现场实测为准
岩体水平抗力系数（MPa/m）
/
240
/
80
/
80
/
岩土体与锚固体粘结强度（MPa）
0.1
0.4
0.08
0.20
0.08
0.25
/
围岩与圬工的摩擦系数
0.40
0.50
0.35
0.40
0.35
0.45
/
岩体静力侧压系数
/
0.15
/
0.50
/
0.45
/
拟建东大道隧道穿越岩体岩性主要以砂岩、砂质泥岩与泥质砂岩为主，其强风化砂岩岩体基本质量等级为Ⅴ类，中风化砂岩岩体基本质量等级为Ⅲ类；强风化砂质泥岩岩体基本质量等级为Ⅴ类，中风化砂质泥岩岩体基本质量等级为Ⅳ类；强风化泥质砂岩岩体基本质量等级为Ⅴ类，中风化泥质砂岩岩体基本质量等级为Ⅳ类。
拟建东大道土、石工程分级根据《公路工程地质勘察规范》JTGC20-2011与勘察资料确定土、石等级为Ⅲ类。
岩土体物理力学参数：
根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013第4.5.5条与边坡岩体类型确定岩体等效内摩擦角；根据第6.3.4条确定岩体破裂角。
土体等效内摩擦角与重度根据地区经验值确定。
砂岩岩体破裂角62.18°，等效内摩擦角55°；
砂质泥岩岩体破裂角60.61°，等效内摩擦角50°；
泥质砂岩岩体破裂角60.31°，等效内摩擦角50°；
填土等效内摩擦角取30°；
杂填土重度为22.5kN/m3；
岩体水平抗力系数：
中风化砂岩180MN/m3，中风化砂质泥岩80MN/m3；
土体水平抗力系数比例系数：
8.0MN/m4；
3道路工程设计简述
3.1设计技术标准
东大道主要技术标准如下表：
表5.1东大道主要设计标准
序号
项目名称
规范值
观音桥商圈东大道（左线）
观音桥商圈东大道（右线）
1
道路等级
城市次干路
城市次干路
2
设计年限
——
交通量饱和设计年限15年
SMA沥青砼路面结构设计年限10年
3
设计行车速度
30、40、50
40km/h
4
标准路幅
——
隧道单幅8.5m路基段全幅36-38m
5
路线长度
——
2322.710m
2347.605m
6
最大纵坡
7%
3.0%（隧道段）
3.0%（隧道段）
7
最小圆曲线半径
70
117m
117m
8
最小竖曲线半径
400
2500m（凸）
2500m（凸）
9
停车视距
40
≥40m
≥40m
10
路面结构设计荷载
——
BZZ-100型标准车
BZZ-100型标准车
3.2平面设计
根据前期规划、方案的研究成果，道路设计等级为城市次干路，设计速度40km/h，路幅宽度为双向四车道，本次设计根据道路的功能要求并结合交通分析，考虑隧道的结构形式、实施难度、沿线土地的使用等多方面的因素：
平面设计：
东大道起于规划商圈南大道，与南大道平交，分左右两幅向北延伸，下穿建新东路后形成小净距隧道，沿324医院东侧的建筑红线下穿至北城天街（此段均为小净距隧道），北城天街至兴隆路段为连拱隧道，兴隆路段至洋河北路段采用先连拱后小净距隧道后在洋河中路出洞，终点接入黄泥磅立交。
东大道左线全长2322.710m，最小平曲线半径117米；右线全长2347.605m，最小平曲线半径117m。
左右线全线共设置7处平曲线，半径均满足规范要求。
同时对半径小于250米的路段按照规范进行了超高加宽。
3.3纵断面设计
因拟建道路现状建筑较多，且沿线地形高差较大，本次设计考虑在地势较高且建筑较多的位置以隧道的形式穿过，同时考虑上部建筑基础的深度，控制道路标高在地面20m以下，减少拆迁。
东大道左线共设置6段纵坡，其中最小纵坡为0.3%，隧道段最大纵坡为3.0%，路基段最大纵坡为5.0%，最小竖曲线半径R凹=3000m，R凸=2500m。
东大道右线共设置6段纵坡，其中最小纵坡为0.3%，隧道段最大纵坡为3.0%，路基段最大纵坡为5.0%，最小竖曲线半径R凹=3000m，R凸=2500m。
4隧道工程设计简述
4.1隧道基本设计指标
隧道主要设计指标表
项目
设计指标
隧道所处道路等级
城市次干道
隧道长度等级
长隧道
隧道跨度分类
中跨度隧道
隧道结构安全等级
一级
隧道抗震设防标准
按烈度6度设计，设计基本地震动峰值加速度0.05g，并按7度构造
隧道埋深
浅埋隧道
可变荷载
城市-A级
隧道横断面形式
小净距隧道、连拱隧道
隧道标准建筑限界
限界净高5m，限界净宽8.5m
隧道设计速度
40km/h
隧道通风方式
机械通风
最大纵坡
3%
4.2隧道总体设计
（1）隧道总体布置
左线隧道起终点为K0+080.00~K1+935.35，隧道全长1855.35m；右线隧道起终点为K0+080.00~K1+965.00，隧道全长1885m；隧道断面为单洞两车道。
（2）隧道内轮廓
隧道跨越人防洞室段分为明挖施工段和暗挖施工段，断面如下。
暗挖段断面图
5现状人防洞室保护设计
5.1本项目与人防洞室的关系
（1）平面关系
如下图所示，蓝线为人防洞室分布，大部分受影响的洞室走向与道路隧道走向基本一致。
需要加固处理的区域如图中蓝色阴影所示，所涉面积约953m2：
（2）纵剖面关系
如下图所示，隧道最不利位置位于桩号K0+140处，距离隧道底板3.35m
（3）横剖面关系
如下图所示，明挖段隧道最不利位置距离隧道底板4.34m
如下图所示，暗挖段隧道最不利位置距离隧道底板3.35m
5.2人防洞室加固方案
（1）明挖段围岩-结构法受力分析
模型建立如下，简化地面线，对于两侧的建筑按施加在地梁上的等代荷载模拟，框架结构按每层楼20KPa考虑。
基坑按分层对称开挖模拟，基坑支护采用限制边坡侧向位移来简化模拟。
施工完成后明洞浇筑、土石回填、以及车辆荷载按施加在基坑底部的均布荷载简化模拟：
计算围岩变形结果如下：
开挖步骤一：
洞顶上拱0.12mm，洞室底部上拱0.035mm。
开挖步骤二：
洞顶上拱0.34mm，洞室底部上拱0.098mm。
开挖步骤三：
洞顶上拱0.62mm，洞室底部上拱0.17mm。
该步骤为施工期间最不利状态。
回填运营后：
洞顶上拱0.4mm，洞室底部上拱0.11mm。
该步骤反应后期回填和运营反压作用于洞室，减少上拱变形，但又未产生反向位移，对洞室实际有利。
初始状态洞室周边围岩Z方向应力：
拱顶0.5MPa，拱腰0.45MPa（压）
最大开挖状态洞室周边围岩Z方向应力：
拱顶0.486MPa，拱腰0.4MPa（压），应力减少。
初始状态洞室周边围岩X方向应力：
拱顶1.24MPa（压），拱腰-0.01MPa（拉）
最大开挖状态洞室周边围岩X方向应力：
拱顶1.2MPa（压），拱腰-0.036MPa（拉），拱腰部位拉应力增大。
综上所述，隧道采取明挖施工，对下方构筑物来说，实际是卸载作用，即卸掉了原有洞室上方的围岩自重，使得自重应力场重新分布。
从分析结果看，洞室产生了微小变形，围岩应力也较小，且不产生塑性区，对洞室无不利影响。
（2）暗挖段围岩-结构法受力分析
模型建立如下，简化地面线，对于两侧的建筑按施加在地梁上的等代荷载模拟，框架结构按每层楼20KPa考虑。
模拟隧道暗挖施工，按各步骤一次性开挖到位考虑。
施工完成后车辆荷载按施加在隧道路面的均布荷载简化模拟：
计算围岩变形结果如下：
中导洞开挖：
拱顶上拱0.0044mm，拱腰上拱0.071mm，洞室底部上拱0.021mm。
左洞开挖：
拱顶上拱0.34mm，拱腰上拱0.3mm，洞室底部上拱0.072mm。
右洞开挖：
拱顶上拱0.52mm，拱腰上拱0.48mm，洞室底部上拱0.125mm。
最终状态：
拱顶上拱0.52mm，拱腰上拱0.5mm，洞室底部上拱0.13mm。
最终状态：
X方向拱腰围岩产生0.024MPa拉应力。
最终状态：
Z方向拱顶围岩产生0.55MPa压应力。
综上所述，隧道采取暗挖施工，对下方构筑物来说，实际也是卸载作用，即卸掉了原有洞室上方的围岩自重，使得自重应力场重新分布。
从分析结果看，洞室产生了微小变形，围岩应力也较小，且不产生塑性区，对洞室无不利影响。
5.3加固措施
基于以上分析，控制上方开挖施工对人防洞室影响的主要思路为：
提高人防洞室衬砌刚度和强度，抵抗位移变化从而抵抗应力变化引起的不利影响和承担上部传递的车辆荷载；加固周边围岩，强化周边承载拱刚度和强度，控制围岩的塑性变形，保障围岩完整性；控制一次性开挖量，减少荷载释放强度。
使得变形更缓慢，应力变化不剧烈。
主要通过限制下方洞室围岩的侧向和竖向位移来实现，应使得下方洞室衬砌能承担施工期间围岩上拱变形产生的应力和运营期间的上方车辆荷载。
加固方式：
对于人防洞室采取直接对洞室内部加强衬砌的方案，在洞室内部周身设置全长黏结型砂浆锚杆，锚杆环向间距1.2m，纵向间距1.5m，注浆加固围岩。
洞室喷射8cmC20砼整平，再浇筑32cm模筑砼形成二衬。
如下图所示：
5.4人防保护区范围内的保护性施工措施
（1）减少隧道施工影响的技术措施
考虑到该处设计隧道的埋深较浅，又处于建筑和人防构筑物的控制保护区域，施工工序应尽量考虑强化岩体的稳定性，减少隧道开挖造成的岩体应力变化幅度和变化速率，以保护周边建、构筑物，特别是对下方人防隧道的影响。
施工采用先加固人防洞室，再开挖的方案。
当采用明挖施工时，需控制一次的开挖量。
当采用暗挖施工时，需采取长管棚并注浆的预支护方案，强化对岩体的加固结合单侧壁导坑法施工，分左、右侧壁两部开挖，减少对一次性释放岩土荷载的数量。
（2）隧道的无爆破施工方案
设计在该区域范围内部采用无爆破施工。
暗挖方案设计拟采用劈裂法与液压冲击锤法结合的方式实现无爆破施工。
明挖方案设计拟采用小型挖掘机机械开挖。
（3）监控量测方案
针对施工对人防洞室的影响控制，需进行专项的人防洞室监测。
监测指标包含：
围岩变形、围岩应力、洞室位移变化、洞室结构裂缝变化。
专项监测在施工完后需进行一年的运营观测。
（4）应急处理预案
当遇到既有人防洞室隧道有向不利方向变化的趋势时，考虑对既有人防洞室隧道的加固处理，具体方法有：
既有隧道衬砌表面粘贴钢带，锚杆锚固；既有隧道衬砌内模筑钢筋混凝土套衬；既有隧道衬砌内增设劲性骨架喷射混凝土套衬；加强监控量测，对于施工后发现隧道衬砌出现病害，立即启动应急措施，进行病害处理和结构加固。
6主要工程数量
项目
单位
数量
处理面积（水平投影）
m2
953
折算长度
m
190
C20喷射砼
m3
201.4
D22全长黏结型砂浆锚杆
m
2850
锚垫板
套
1140
钢筋网（φ8）
kg
8018
C30防水砼（P8）
m3
817
HPB300钢筋
kg
1957
HRB400钢筋
kg
91029
平整围岩表面
m2
2261
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