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隧道专业毕业设计例文

梁家院隧道综合设计

（长安大学公路学院西安710064）

摘要：

本设计按照“新奥法”施工的要求，对某山岭重丘二级公路上的梁家院隧道进行了综合设计。

主要内容包括：

路线方案的拟定比选、隧道横纵断面设计、隧道衬砌结构设计、路基路面防排水及管线沟槽设计以及施工组织设计，并进行了隧道二次衬砌的结构计算，同时还完成了隧道通风、照明的计算及设计。

关键词：

隧道新奥法防排水衬砌结构

通风照明监控测量结构计算

ComprehensiveDesignoftheLiangJiaYuanTunnel

ChangyongCao

（TheHighwayCollegeofChang’anUniversityXi’an710064）

ABSTRACT:

AccordingtotheconstructionrequirementsofNATM,thecomprehensivedesignismadeforLiangJiaYuanTunnelwhichisincludedinasecondaryroadofthemountainousarea.Thisdesignpaperincludesthefollowingseveralaspects:

thedesignandcontrastofthetunnelroute,thedesignofthetransectandverticalsectionofthetunnel,theliningstructuredesign,thewaterproofanddrainagesystemofthepavementandsubgrade,thedesignofconstructionorganization,andcalculationofthesecondlining,thepaperalsocontainsthecalculationanddesignofventilationandlightingsystem.

KEYWORD:

tunnel;NATM;waterproofanddrainagesystem;liningstructure;

ventilation;lighting;monitoringsurvey;.structuralcalculation;

第一章隧道设计说明书

一、隧道设计概况----------------------------------------------------3

二、隧道设计标准规范------------------------------------------------3

三、隧道主要技术标准------------------------------------------------3

四、隧道工程水文地质------------------------------------------------3

1.自然地理概况----------------------------------------------------3

2.地质构造特征----------------------------------------------------4

3.水文地质条件----------------------------------------------------6

4、不良地质现象---------------------------------------------------7

5、隧道围岩级别---------------------------------------------------8

6、隧道稳定性评价-------------------------------------------------8

五、隧道设计概要--------------------------------------------------------9

1、隧道洞口设计---------------------------------------------------9

2、隧道横断面设计-------------------------------------------------9

3、洞门设计-------------------------------------------------------9

4、衬砌结构设计---------------------------------------------------9

5、防排水设计-----------------------------------------------------10

6、路面及内装饰设计-----------------------------------------------11

7、紧急停车带设计-------------------------------------------------11

8、洞内检修道设计-------------------------------------------------11

9、现场监控量测---------------------------------------------------11

10、通风照明设计--------------------------------------------------12

11、环境保护------------------------------------------------------13

12、施工方案及注意事项--------------------------------------------14

13、监控系统和防灾系统--------------------------------------------16

第二章梁家院隧道Ⅴ级围岩二次衬砌结构计算------------------------------19

第三章梁家院隧道通风计算----------------------------------------------34

第四章梁家院隧道照明计算----------------------------------------------39

第五章翻译原文------------------------------------------------------43

第六章英语译文------------------------------------------------------50

第七章致谢和感想----------------------------------------------------56

主要参考文献---------------------------------------------------------57

第一章隧道设计说明书

一、隧道设计概况

梁家院隧道位于连接崖家院子、梁家院、北沟地区的山岭二级公路区段上，该地区为山岭重丘区，山势陡峭，地质地形复杂，山脉大致成西北——东南走向，其中最低标高1208.4m,最高标高1859.6m。

该隧道拟设计为单洞双向隧道，入口桩号K0+820，出口桩号K3+96，全长2276m，采用人字坡形，坡度为2.0%，两端设置明洞，其中西南A洞口明洞长19m，东北B洞口明洞长26m。

隧道行车道宽度按照设计行车速度60km/m考虑。

明洞施工按明挖法施工，暗洞按“新奥法”施工。

隧道衬砌结构设计采用“新奥法”复合式衬砌，并采用高压钠灯光电照明、射流风机机械通风；隧道洞门形式主要采用端墙式洞门。

隧道围岩以较为破碎的白云岩、千枚岩、变质砂岩及泥岩为主，围岩级别以Ⅳ、Ⅴ级为主。

二、隧道设计标准规范

　　《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）

　　《公路隧道施工技术规范》（JTJ042—94）

　　《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1—1999）

　　《公路隧道勘测技术规范》（JTJ063－85）

　　《公路工程技术标准》（JTJ001—97）

三、隧道主要技术标准

（一）、隧道按规定的远景交通量设计，采用单洞双向隧道

（二）、公路等级：

山岭重丘二级公路

（三）、远景设计交通量：

2080辆/日

（四）、隧道设计车速：

60km/h

（五）、隧道建筑限界

根据《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）规定确定：

行车道：

W—2×3.50m

路缘带：

S—2×0.5m

检修道：

J—1.00m

限界净高：

5.00m

隧道净高：

6.92m

检修道高：

0.28m

四、隧道工程水文、地质

（一）、自然地理概况

1、地形地貌

隧道地处陕南山地西南部的秦岭山脉，山脉大致呈西北——东南走向，该处主峰海拔1859.6m,山脊呈窄梁状，两侧山坡陡峭，坡度一般在50°左右，局部达到60°。

沟谷发育，多为较陡峭的V型谷，切割深度一般80m左右，最深达到120m。

地貌上属于有变质岩、沉积岩组成的中高山区。

2、气象水文

该地区属大陆性季风气候，年气候变化十分明显，境内气候垂直变化及四季差异显著。

年平均气温25℃，最冷为一月份，平均气温为-11.6度，极端最低气温为-21.1度，最热为七月份，平均月气温31.2度，极端最高气温36.8度，年最高降雨量685.0毫米，年最低降水量386.6毫米，日最大降水量为151.8毫米，年平均降水量485.3毫米。

年平均风速1.9米/秒，最大风速17米/秒。

雨季主要集中在夏季，占全年降水量65%左右。

山区地质情况较为复杂，植被丰富，以高大乔木、灌木为主，自然景观优美，野生动植物种类繁多。

隧道所处地区属于汉江水系，区内无较大河流，仅发育几条无名小沟。

（二）、地质构造特征

1、地层岩性

该地区出露地层主要为震旦系上统灯影组和第四系全新统。

上震旦统灯影组主要以浅海相碳酸盐岩为主，主要分为：

（1）上震旦统灯影组（Z2dn）

为勘察区主要地层，占测区面积的76%，为一套主要由白云岩组成的单斜岩层。

根据岩层及其组合特征，可进一步划分3个岩性，现分述如下：

1）第一岩性段（Z2dn1）

分布于勘查区中，东部。

出露宽度约1270米，是隧道通过的主体岩层。

岩性为灰白色中厚层细晶白云岩。

见夹有黄色泥岩，粉沙质泥岩夹层（现为断层破碎带）。

与上覆地层呈断层接触。

岩层总体产状3300-3500<500-700.

2）第二岩性段（Z2dn2）

分布于勘查区西部，出露宽度30m左右。

岩性为灰白色中厚层细粒长石石英片岩和淡黄色泥岩，与上覆地层呈断层接触。

地貌上明显呈突起的山梁。

地层产状3250-3400<600-800.

3）第三岩性段（Z2dn3）

分布于勘查区西部隧道出口段，岩性为灰比色中厚层微晶白云岩。

地层产状3300-3500<600-700.

（2）第四系全新统Q4

占勘察区面积24%，区内仅发育残坡积和崩坡积两种类型。

1）第四系全新统残坡积物（Q4esl）

主要分布于勘查区各较大支沟和主沟内，分布范围及厚度受沟谷形态和地形控制。

岩性主要为褐色含碎石，和角砾粘质粉土。

厚度一般为0.5-4.0米，局部大于8米。

2）第四系全新全新统崩坡积物（Q4cl+sl）

分布于东北部隧道进口段。

岩性主要为含粘质粉质碎石块。

厚度4—9米。

测区的隔断裂带均有不同的动力变质岩，即构造岩。

根据动力变质程度强弱可分为碎裂状岩石，碎斑岩，构造角砾岩，三者主要处于断层破裂带内，宽0.5—75.0米。

2、构造特征

该地区构造主要为断层和节理，未见褶皱，岩层仅为向南西倾斜的单斜层。

（1）断层

　　隧道区内断层较发育，已查明断层达6条，以北东向断层为主，次为近西向，亦见南北向断层。

断层性质以压纽性、压性、扭性为主，个别为张性、张扭性。

断层多期活动的特点，早期以压性、压纽性、扭性为主，且规模较大，晚期以张性为主，规模小。

对隧道有影响的断层达3条，且均有宽度不等的破碎带和影响带，岩石破碎，个别断裂，富水性较强，对隧道影响严重，其中F3、F5、F6断层破碎带及影响带较宽，对隧道影响严重；F1、F2、F4断层破碎带及影响带相对较窄，对隧道影响较严重。

（2）节理

　　勘察区主要发育四组节理，其走向分别为10-200，50－600，290－3000，330－3400，节理多具扭性特征。

　　节理发育的密度在不同的岩石中和统一岩石不同的部位部位差异较大，在中厚层细晶白云岩中，一般发育两组，每组3--12条/米，在断层破碎带两侧一般发育2--4条每组，每组一般5--15条/米，最密可达30条/米；在薄--中层白云岩中，一般发育2组，每组3--8条/米，在断层破碎带两侧，一般发育2组，每组4--13条/米；在厚--巨厚层含砾微晶灰岩中，一般发育两组，每组一般3--6条/米；在中厚层长石石英砂中，一般发育2组，每组1—3条/米。

节理的存在对围岩稳定性有较大影响，它即使完整围岩裂开破碎，加剧其风化，又是降水下渗，地下水运移的通道和储存的空间，致使围岩稳定性降低。

节理的走向与隧道轴线夹角及节理的倾角不同，其对隧道稳定的预想程度就不同。

区内对隧道稳定影响较大的节理使其走向（290—3000，330--3400）与隧道轴线呈小角度斜交，第三组与隧道轴线垂直或大角度斜交的节理组合，对隧道稳定性不利，洞顶最易发生掉块，坍塌等。

3、地震活动及地壳稳定性概略分析

　　勘查区位于扬子板块西北缘，根据板块运动的观点，其构造运动微弱，故勘查区在大地构造位置上属稳定地段。

　　勘查区属华南地震区秦巴地震亚区汉中地震带，虽断裂构造发育但活动性断裂不甚发育，地震活动微弱，属弱地震活动区。

该地震带多为3级以下弱震，4级以上地震自公元前1177年至980年间共发生8次，主要分布在汉中市区（3次），新集（1次），略阳（1次）阳县（1次）等处，最大震级为5.5级，发生于1636年，震中位于汉中市区。

根据国家地震局资料，勘查区的地震基本烈度为Ⅵ度预测未来最大震级为5级，因此，可以认为勘查区为相对稳定区。

（三）、水文地质条件

1、地下水补迳排条件

　　勘查区地下水的补给主要来自大气排水。

区内降水量较少，多年平均降水量为485.3mm。

植被较多发育，山高坡较陡，沟谷深切，即表径流畅通，降水量又相对集中于夏季，大部分以地表径流汇于沟谷中，不利于降水的下渗。

故地下水补给作用较弱，区内地下水忍较贫乏。

　　地下水径流条件取决于含水层孔隙，裂隙，溶隙的发育程度及其连同性的强弱。

区内第四系残破积，甭破积层，随厚度相对较薄但其孔隙发育，连通性也较好。

基岩风化壳厚度及风化程度虽有差异，但其裂隙，溶隙，溶孔较发育，连通性也较好。

构造破碎带，节理裂隙发育，岩石极破碎，连通性好。

故区内地下水径流畅通，气流向与地形一致，即以分水岭为界沿山坡流向沟谷。

地下水的排泄多以地下径流的方式补给区外，局部以泉水方式排泄于沟谷。

2、地下水类型及富水性

勘查区地下水按含水介质的差异概括成三种类型。

（1）松散岩类孔隙水

埋藏于残坡积，崩坡集中。

这些松散层堆积厚度一般为2--7米，局部地段厚度可达10--12m。

该层受降水补给，局部地段可得到基岩裂隙溶隙水补给，在沟谷底或有利地段以下降泉或面状渗流形式溢出。

该层水得到基岩裂隙溶水补给，水量较大，水量随季节变化，丰水期增大，枯水期水量变小或干枯。

（2）层状岩类裂隙水。

主要埋藏在上震旦统细粒砂岩，粉砂质泥岩中。

分布于勘查区西部。

由于该类含水层露出范围小，未发现该类水的出露点。

据有关资料，该类水主要受大气降水补给，在沟谷底以下径流的形式补给第四系残破积层。

该类水系裂隙含水，含水性不均一，富水性差。

（3）构造破碎带裂隙水

　　主要分布于各断层破碎带及其影响带内。

这些部位岩石破碎，地下水补给和储水条件好。

该类水为区内地下水的主要存在形式。

调绘时未见泉水出露。

初勘ZK3、ZK4钻孔单孔抽水，涌水量分别为0.03和0.072L/S。

说明该类水相对较丰富，水量较大，对隧道施工及围岩稳定不利。

综上所述，勘察区地下水普遍较贫乏。

在第四系残坡积物厚度较大的沟谷低洼地段，其汇水条件较好，地下水埋藏较浅，水量相对较丰富。

在构造带部位，地下水补给径流条件较好，水量较丰富。

其余部位水性差，为相对贫水区。

3、水质评价

　　勘查过程中，分别对地下水天然露头（泉水）及人工揭露点（民井、钻孔中水）取样分析，其结果表明水质良好。

物理性质均为无CO3，无味，无嗅，透明。

矿化度0.154—0.332g/L，PH为7.4—7.8，侵蚀性CO2为零，SO42-含量0—29.2mg/l，Mg2+含量16.9—27.1mg/l，HCO3-含量3.18—5.69mol/l,.按《岩土工程勘查规范》（GB50021—94）规定评价，表明勘查区地下水对混凝土结构无腐蚀性。

（四）、不良地质现象

该地区围岩的岩性较复杂，主要为白云岩、千枚岩、砂岩和部分石英岩。

不良地质现象主要是崩塌和岩溶。

1、崩塌

勘查区发现一处，分布在隧道洞口。

平面状态呈不规则状态，长40--80m，宽110--150m，厚度4--10m，后缘高0.5—2m,岩性主要为含粘粉质碎块石。

其产生的主要原因是岩石破碎，再加之F2断层破碎带为一冲沟，易汇集雨水，丰水年雨季连续降雨，而产生崩塌，现已基本稳定。

2、岩溶

　　岩溶的发育与岩石的可溶性（主要取决于岩石的成分和结构），水的溶蚀能力及地质构造等因素有关。

本区可溶性岩主要是细晶白云岩，其结晶颗粒较大，一般0.2—0.6mm，含少量有机质，质地较纯，岩石呈中厚层状，层间结合力较差；通过取水样分析，水中基本不含侵蚀性CO2,游离性CO2含量较低，说明水的溶蚀能力较弱。

从岩石的成分和水质角度分析，不利于岩溶发育，但从岩石的结构看，叫有利于岩溶发育。

本区断裂构造极发育，由于构造对岩石的破碎，使水的循环交替加快，加剧了岩溶。

从地质构造角度看，有利于岩溶发育。

在地面调会中，观测到沿断面，大的节理裂隙面及层面溶槽，溶隙较发育，岩石中普遍发育有溶孔，孔径一般1--3mm，有时可见孔径达20CM，延伸不远。

在钻孔中取出的白云岩岩心溶孔很发育，孔径一般1--5mm，少数达20mm，溶隙宽度一般1--3mm，个别达5mm。

总之，从实际资料分析说明，勘查区白云岩溶孔，溶隙较发育，但未见发育有溶洞等，岩溶发育基准面低于隧道地板。

　　本区白云岩中有溶孔，溶隙发育，其发育深度低于隧道地板，其含有裂隙水，水量较丰富，隧道开挖过程中，可能出现涌水现象，应注意超前探测，并采取相应预防措施。

（五）、隧道围岩类别

1、隧道围岩级别划分依据和原则

隧道围岩类别主要依据岩石弹性波速度，岩石饱和极限抗压强度、岩石质量指标，并结合岩石风化程度、完整性、坚硬程度、节理发育程度、断层及地下水影响程度等进行综合分类。

依据上述实际资料在确定隧道围岩级别时，制定以下原则：

（1）以交通部行业标准《公路隧道设计规范》（JTJ026-90）提供数据为围岩级别划分标准。

（2）遇断层破碎带，围堰类别较同类岩石降低1--2级，影响带推至洞底以上40—80m与断层交界处。

（3）为便于隧道施工，按隧道开挖过程中可能遇到的地层情况分段进行评价。

未有钻孔控制段，参照勘查区同类岩石已有资料进行类比分类

2、隧道围岩级别划分

按上述围岩级别划分原则，将隧道围岩级别划分汇入下表。

围岩级别划分总表

围岩级别

隧道名称

Ⅴ级

（米）

Ⅳ级

（米）

总长

（米）

梁家院隧道

1367

909

2276

各类围岩比例（%）

60.6%

39.4%

100%

（六）、隧道稳定性评价

1、洞室稳定性评价

在工程地质测绘和勘探的基础上，综合分析评价认为隧道进口段第四系残坡积含碎石角砾粘质砂土，甭坡积含粘粉质碎块石，呈松散结构，极易坍塌，为极不稳定地段；隧道断层破隧带，岩石破碎，节理裂隙发育，大多富水，岩石呈碎裂状、散体状结构，整体强度很低，多呈弹塑性变形，稳定性很差，为隧道通过至软弱层段，也是隧道主要失稳段；进出口基岩浅埋段，岩石风化强烈，节理裂隙发育，岩石破碎，稳定性性差，为易失稳段；其余洞段，岩石受断层影响严重，节理发育，岩石较破碎，岩体呈碎石块状或块（石）碎（石）状镶嵌结构，风化中等，岩石较软，整体强度较低，稳定性较差。

综合分析诸影响因素，隧道多数地段为Ⅳ、Ⅴ级围岩，洞室处于不稳定状态，极少数地段为3级围岩，洞室稳定性较差。

隧道洞室底部地基，除洞口段为第四系含碎石角砾粘质砂土稳定性较差外，其余地段均处于稳定状态。

2、洞口斜坡稳定性评价

影响洞门斜坡稳性的主要因素是地层岩性，结构面与斜坡坡面产状的组合关系及水文地质条件等。

按组成斜坡的岩性，进出口斜坡均属土体斜坡，现对其稳定性评价如下：

洞口斜坡均属碎石土类斜坡。

岩性为含粘粉质碎块石，洞门附近该层厚约5-10m。

土体较松散，未见地下水出露，粘粉质含量低，基本不具粘聚力，内摩擦角380左右，极易坍塌至地表，洞门不稳定。

据计算与综合分析，该类土边坡，当边坡角下于土的内摩擦角380时，处于稳定状态。

五.隧道设计概要

（一）、隧道洞口设计

结合隧道进出口地形、地貌、工程地质和水文条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工营运条件，并考虑到施工开挖边仰坡的稳定性，本着“早进晚出”、“少开挖”的原则，确定隧道洞口位置、明洞型式，洞门型式的选择力求结构简单，并与洞口地形、地貌协调一致。

隧道进出口洞门均采用端墙式洞门，并进行了必要的装饰，明洞采用全断面整体式钢筋混凝土衬砌。

洞口地段边、仰坡根据实际情况采取一定的加固防护措施，暗洞进出洞口仰坡面采用锚喷混凝土临时防护措施，确保进洞安全。

（二）、隧道横断面设计

梁家院隧道的建设标准为：

山岭二级汽车专用公路。

根据《公路隧道设计规范》的规定，按双向双车道隧道设计，其行车道宽度3.50*2米,隧道的有效净宽10.00米,有效净高5.0米。

在满足上述净空限界标准的前提下，根据电缆槽和检修道的设置对空间的需求及照明、衬砌结构受力的合理性和开挖面积最小等条件，经过对各种衬砌内轮廓形式和参数的优化，最后选择了净宽10.64米,有效净宽10.00米,净高6.92米,有效净高5.0米的单心圆拱形式。

横断面采用复合式衬砌。

路面采用人字坡，坡度2%，路面两侧设纵向排水沟，路基中心设中心排水沟。

隧道右侧检修道沟槽设电力电缆槽，左侧设通讯信号电缆槽。

（三）、洞门设计

为保证营运安全，并与环境协调，根据隧道进出口地形和工程地质条件，结合开挖边仰坡的稳定性和路堑支挡及排水条件，设置端墙式洞门。

洞门与隧道轴线正交。

洞门仰坡坡脚到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部小于0.5m。

洞门墙基础必须放在稳固的地基上，松软地基上的基础采用加固基础措施。

此外，洞门结构应该满足抗震要求。

（四）、衬砌结构设计

梁家院隧道采用“新奥法”原理设计，衬砌形式为：

以锚喷混凝土作为初期支护，内层用模注混凝土作为二次衬砌的复合式衬砌结构，两层衬砌之间设置防水层，对于软弱围岩及断层破碎带采取适当的预支护措施，保证开挖面的稳定和初期支护的施作。

根据该隧道的工程地质及水文地质条件，采用工程类比法的方法拟定了各类围岩（深、浅埋）的衬砌参数，同时根据各类围岩的物理力学指标，采用有限元法验算衬砌