西南交大高速公路隧道课程设计.docx
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西南交大高速公路隧道课程设计
泥巴山隧道技术调研报告
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（一）隧道概况及地质条件
泥巴山隧道位于青藏高原和四川盆地交汇处;龙门山断裂带边缘,是雅西高速关键控制性工程；四川省已建成的最长的公路隧道。
泥巴山隧道全长超过10公里，是我国西部复杂山区高难度公路隧道的典型工程。
隧道穿越17条大断层，埋深超过1000米的路段达5公里，最大埋深达1650米，通风斜井长1500米，地下风机房6000平方米，其规模均为国内之最。
隧址区地处四川盆地与青藏高原过渡的盆地边缘山区，地貌分区属于峨眉山一大相岭深切割高中山区。
隧道穿越的大相岭总体NNW-SSE向延伸，山势雄浑宽厚（见图2-1），海拔2000
3400m向南逐渐转为近南北向，岭谷平行，是大渡河与青衣江两大水系的地表分水岭。
区内地形切割强烈，山势陡峻，高差悬殊。
大相岭北坡（进口端）:
纵向及横向沟谷较发育，多形成树枝状水系，沟谷间距2-3km,2OOOm以上沟谷呈V型，谷坡陡峻，一般>
，谷底坡角
多为残坡积、崩坡积物覆盖，多成悬崖陡壁;2000m以下，被沟谷切割成独立的台地。
大相岭南坡（出口端）:
沟谷发一育程度相对较差，多为与构造线垂直的横向沟谷，沟谷呈V型，谷坡多>
，近谷底坡角多>
，沟床纵坡降大，沟谷一般狭窄，多成悬崖峭壁，谷坡植被茂密。
隧址区地处四川盆地中亚热带季风湿润气候与青藏高原大陆性干冷气候的交界地带。
北东侧进口端湿润多雨，降雨量平均1300mm，最大1760mm，最小928mm，雨季降水量占全年降雨总量的83%，相对湿度81%;最高气温35
，最低气温一5
年平均气温15
最大积雪厚度8cm;南曲恻出口端则气候干燥，干湿李节分明，隆
雨量平均742mm，最大920mm，最小545mm，雨季降水量占全年的83%。
相对湿度为67%。
平均气温18
，最高气温40
，最低气温一3.3
，积雪少量。
区内以NNW-SSE向大相岭为地表分水岭，其北东属属青衣江水系，南西侧属大渡河水系。
地表沟谷纵横，地表水系较为发育，各主要冲沟内常年有水，水量较丰。
其中，进口端主要有木沟岩沟、高桥河，属青衣江流域的荣河、经河上游支流;出口端主要有施查沟、青林沟、狮子沟属大渡河水系流沙河支沟。
（二）沿线围岩级别划分情况
岩石是水文地质结构的重要物质基础，（火山岩）岩石建造特征决定了岩石内部的矿物组成、结构构造及其分布特征，将直接决定水文地质结构的渗透结构类型及空间分布。
据现场调查及钻孔编录统计表明，隧址区地表出露及隧道洞身揭露的地层主要有下震旦统苏雄组陆相火山岩（Z,sx）、开建桥组（Z,k）、上震旦统灯影组白云岩（Zed）及零星出露的第四系松散堆积层。
第四系松散堆积层按成因可分为崩坡积层（Q4c+dl）、坡洪积层（Q尸+p1）和残坡积层（Q尸+d1）等，主要为块（碎）石土，块石成分主要为流纹岩、安山岩，分选性和磨圆度均较差，呈棱角状一次棱角状，局部充填少量粘土。
其中崩坡积层主要分布于较高高程，而坡洪积层分布高程则相对较低，残坡积层主要分布于地势相对平缓的隧道出口端。
根据各钻孔岩芯揭示，隧址区第四系分布具有以下几点特征。
（1）分布不均匀，从1.6
，主要集中在8
。
（2）进口端岸坡第四系厚度较小，多数小于9m，而出口端岸坡厚度相对较大，绝大多数大于8m。
（3）2300高程以上的坡顶沿纵向槽谷内覆盖层较厚多数大于20m。
上震旦统灯影组为一套浅灰、灰色中至厚层状微晶白云岩、粉晶白云岩、泥质白云岩、硅质白云岩，具层状构造、皮壳状构造、葡萄状构造;主要分布于隧道出口约K63+400以外，与下伏的开建桥组呈断层式（曹大坪断层，F7）接触，受断层影响，地层发生倒转，产状为53
85。
<54
65。
。
下震旦开建桥组（Zlk）下部以紫红色、紫灰色砂质凝灰岩为主，夹灰绿色流纹质玻屑凝灰岩、砂砾岩等，上部以灰紫色、灰绿色含砾砂质凝灰岩、凝灰角砾岩、流纹质玻屑凝灰岩及凝灰长石岩屑砂岩为主。
该组地层主要分布于隧道出口端约K62+680
K63十400，与下伏塑性组呈不整合接触。
下震旦统苏雄组是一套陆相火山岩，是隧址区地表及隧道洞身穿越的主体地层，由于岩浆结晶分异及多次火山喷发旋回，使得苏雄组火山岩的岩性组合具有垂向分层性，即每次火山喷溢可构成一次火山旋回，其中每一次喷溢岩浆的结晶分异则可导致隧址区火山岩具有韵律层状构造。
据大相岭地区苏雄组地层剖面显示，该组地层自下而上依次为:
基性
中性
酸性三个岩性段，构成一个完整的岩浆发展系列，且随着火山活动规模的扩大，由下段基性层和中段中性层的中心喷发为主，逐步演变成上段酸性层的裂隙式喷发为主。
可见大相岭地区早震旦世的火山活动尽管规模越来越大，而喷发强度逐渐减弱。
隧道洞身主要穿越苏雄组中段的中性安山岩段和上段的流纹岩段。
流纹岩段:
大相岭地区其它苏雄组剖面显示，下段为流纹质英安质凝灰熔岩;中段为安山岩、安山斑岩、安山质凝灰熔岩、火山角砾岩、凝灰岩夹流纹斑岩、玄武岩:
上段为流纹斑岩、流纹质凝灰熔岩、凝灰岩。
该岩性段总厚度大于2500m。
而根据隧道轴线钻孔揭示，流纹岩段与下伏安山岩段界线清晰，据此推算，其厚度仅为500m
-1340m，多数为500-800m之间，表明处于大相岭背斜核部的流纹岩段的“冲起构造，，及其形成背斜山过程中，遭受一定程度的剥蚀。
据钻孔岩性推测，隧道洞身穿越的流纹岩段以下段为主，局部穿越中段。
流纹岩中段主要分布于隧道进口至K55+940左右，其岩性主要为流纹质熔岩为主，局部不连续夹安LlJ岩、玄武岩。
如钻孔SZKl（YK54+703）分别在1681.7-1755m高程段和1573.9m-1612.5m高程段分别揭露安山岩及安山岩一玄武岩夹层，钻孔SZK2（K55+333）在1576.4m-1605.7m高程度揭露安山岩段，而其它钻孔均未在流纹岩内揭露安山岩夹层。
根据隧址区地质构造分析，这种分布现象的原因主要与Fx3或Fx4上盘（即隧道出口端一侧）的逆冲有关。
流纹岩下段主要分布于K59+00}-K62+680，主要以流纹质熔岩为主，其中穿插基性辉绿岩脉和酸性花岗岩脉。
安山岩段:
大相岭地区区域上安山岩段总厚度约1854米。
由于安山岩段在隧道洞身段被上覆流纹岩层包裹，钻孔揭示安山岩段顶面至隧道洞身高程最大总厚度约1000m，且钻孔岩芯也没有揭露安山岩段下部的（近源）爆发相火山岩（如:
安山质集块岩、安山质角砾岩、凝灰岩等），据此推测，隧道洞身穿越的安山岩段主要为其中、上部，即主
要岩性为安山质熔岩安山质凝灰熔岩，反映了中上部的喷溢一灰流相相成因特征。
这与大相岭地区早震旦世火山活动相吻合。
（三）施工通风技术
通风编制原则：
隧道施工通风的编制需根据隧道长度、断面大小、施工方法、施工设备配套等综合考虑。
长大隧道施工必须采用机械通风，在满足通风效果的前提下，充分利用现有设备，进行合理调配，随着隧道掘进长度的延伸，通风方案的编制应分阶段进行，通风量应是动态的。
3.3编制参数（见表3）
3.4风量计算从以下四个方面考虑:
（1）洞内允许最小风速计算得Q1
（2）排除爆破炮烟计算得Q2
（3）设备计算得口Q3
（4）洞内最多工作人员数计算得Q4，最后比较
取其最大值。
3.4.1按最小风速计算风量（每个工作面）
Q1=
=015x8265x60=74385m3/min
式中，V为最小风速为015m/sA为开挖断面积8265m2。
3.4.2按稀释爆破炮烟计算风量：
式中:
G—每循环装炸药量，224kg
B-炸药爆炸时的有害气体生成量，岩层中爆
破取4Q
A-隧道断面面积，8265m2;
t-通风时间，30min
L-巷道全长或临界长度，m;
3.4.3按洞内最多作业人员计算风量
洞内作业人员每洞60人，每人供风量3m3/min
风量备用系数取1.20
Q3=60x3x12=216m3/min
3.4.4按稀释内燃机车废气计算风量
根据隧规规定，内燃机械作业时1kW供风量
取45m3/min。
内燃机总功率为103x1（挖掘机）+160x1（装
载机）+225x10（运输车）=2513kW（其中各台柴
油机设备工作时柴油机利用率系数，装载机、运碴
汽车、内燃机车均取0.63）。
3.4.5开挖工作面通风量计算
开挖面通风是由射流通风机送新鲜空气到离开挖面最近的车行通道，再由轴流通风机通过通风管送到开挖面，通风距离是从车行通道到开挖面，最大距离700m,需要的风量如上计算，最低风速需用风量为74385m3/min，爆破排烟需1499.6m3/min洞内最多作业人员需要风量为216m3/min按稀释内燃机车废气计算风量，取掌子面同时工作的挖掘机1台，装载机1台，运碴汽车2台，内燃机功率取103x1（挖掘机）+160x1（装载机）+225x2（运输车）=713kW，考虑功率利用系数063则所需风量为2021.4m3/min
因上述在计算开挖工作面风量时，均未考虑漏风而损失的风量，故洞内实际所需总风量P应为:
Q需=Q风机=PQmax
式中，P为漏风系数（按1000m风管考虑，漏
风系数P=1.18）;Qmax为计算所需风量的最大值，
取2021.4m3/min根据公式，计算得:
通风机所需提供的风量Q风机=1.18x2021.4=23853m3/min
3.4.6高海拔地区风量修正Q高
由于大相岭泥巴山隧道海拔较高,隧道最大高程约为1560m,已接近1600m,因此,在计算风量时,应考虑高山地区由于大气压力的降低,在计算总风量时要加以修正。
代人（5）式中计算得：
Q高
（5）
式中,Q正为正常条件下计算的风量;P为高山
地区大气压力（mmHg）,见表4。
代入式（5）计算得:
Q高
m3/min
因此,通风机需要提供的最大风量:
2905.2m3/min
3.5风压计算
为保证把足够的风量送到工作面,并在风管出风口保持一定的风速,这就要求风机具有一定的风压，克服沿途的所有阻力。
通风机应具备的风压为:
P机
P总阻=P动压+P摩阻+P局阻
（1）动态风压P动
P动
（6）
式中,
为空气密度,取1.2kg/m3;V为末端管
口风速,计算得19m/s。
代入式（6）:
P动=0.6
192=216.6Pa
（2）摩擦阻力P阻
（7）
式中:
α-风阻系数,取0.0025;
L-隧道通风长度,取1000m（轴流风机吸入新鲜风长度,根据实际情况调整计算通风阻力）;
d-配用风管直径,
1.8m计算（根据风管直径调整计算通风阻力）。
考虑漏风和坡度影响,则
（3）局部阻力P局
根据风量及风压计算结果并考虑经济性,结合现场已有设备的情况,选用SDF（C）-NO125型风机,最大风量为2912m3/min,最大风压为5355Pa,满足施工要求。
3.6射流风机计算
射流风机的风量必须满足稀释内燃机车废气所需的风量以及隧道回风的速度影响,射流风机所需的风量为:
Q机=V
A
k（9）
式中:
V-隧道回风风速m/s,取0.3m/s;
A-已衬砌段面积,64.11m2
k-沿程损失,取1.4。
Q机=0.3
64.11
1.4=26.9m3/s
根据风量的计算结果并考虑经济性,选择SSFl10-4P/30kW型射流风机,风量为29m3/s,风速为35.6m/s,推力为1095N。
3.6.1射流通风段通风阻力计算
通风阻力等于摩擦阻力和局部阻力之和。
（1）隧道摩擦阻力
式中:
α-摩擦阻力系数,对于混凝土衬砌隧道α=
（29.4
68.7）
10-4,取α=0.006;
L-射流通风全长,根据车行通道位置,最长距离为5000m;U为隧道周长,34.9m;
Q-通风量,8549.2m3/minA60=142.5m3/s;
A-已衬砌段面积,64.11m2。
（2）通过车行通道时的摩擦阻力
式中:
A-摩擦阻力系数,对于喷锚支护巷道,A=（78.5
118）
10-4,取A=0.011;
L-车行通道长度,48.5m;
U-隧道周长,22.5m;
Q-通风量,142.5m3/s;
A-车行通道面积,37m2。
（3）局部阻力
其中,E为局部阻力系数,进洞口取0.6,出洞口取1,进入加宽带取0.04,出加宽带取0.1,右线进车通道取2.8,左线出车通道取0.92,总阻力系数=0.6+1+8
（0.1+0.04）+2.8+0.92=6.44;Q为空气密度,取1.2kg/m3;Q为通风量,142.5m3/s;A为已衬砌段面积,64.11m2。
总的通风阻力P=Pf1+Pf2+Pf3=80.69+4.81+19.09=104.59Pa
3.6.2射流风机风压计算
式中:
Pj-风压,Pa;
K-喷流系数,取0.85
Vj-射流风机出口风速;Vj=35.6m/s,取Vj=
35m/s;
-面积比,
=Aj/A=0.01;Aj为射流风机的出
口面积,0.636m2;
A-隧道横断面面积,64.11m2;
W-速度比,W=VsVj=2.2235=0.063;
Vs-隧道内风速,2.22m/s。
计算得:
Pj=11.71Pa
3.6.3射流风机台数计算
所需射流风机的台数:
3.7通风系统设备配套配置
3.7.1隧道施工通风设备配套（见表5）
3.7.2风管的选择与安装
通风管选用了PVC增强维纶布风管,风管直径与所选主风机型号匹配。
风管在安装过程中应注意以下问题:
（1）当外径不同的风机与风管连接安装时,或外径不同的风管连接时,应以渐变段过渡以降低局部阻力。
渐变段长度以3~5m为宜。
（2）当需要采用三通风管时,两条小风管的过流面积之和应等于大风管的过流面积。
三通风管可用金属材料制造,用金属卡固定软风管,便于重复使用。
（3）风管的安装应吊挂平直,避免褶皱,风管的连接须牢固、紧密,且不漏风。
在横洞交接处避免死弯,其转弯半径不小于风管直径的3倍,以减少局部阻力。
出现问题应及时维修,保证通风效果。
（4）对于压入式通风,根据有关试验,在风机出口有汽锤效应,冲击力是正常压力的3倍左右,容易对软质风管形成大的冲击力而使软质风管破坏漏风。
因此,在风机出口设置了18m（10DBD为风管直径R1.8m）长的硬质风管。
3.7.3风门的制作
风门除采用单层空心砖砌筑,双面砂浆抹面,墙体边角处采用砂浆充填密实外,也可采用挂设防水板,周边密实,两种方法的目的都是防止其通过横通道漏风。
3.8通风布置
对于特长公路隧道,其通风方案的优劣不仅关系到隧道的施工进度,还直接影响作业人员的身体健康,是控制工程施工经济成本的关键所在。
由于隧道开挖打眼、爆破、出渣、喷锚等各工序污染的程度不同,通风量和通风难度随着隧道的延伸而逐步加大,特别是上坡方向的隧道向外排出污染空气时,难度就更加明显,通风量的设计应是动态的。
因此,通风方案根据5公路隧道通风照明设计规范6分段进行了实施。
3.8.1压入式通风
第一条车行横通道未贯通前,实施压入式通风,具体施工方案如下:
采用两台SDF（c）-l12.5轴流式通风机位于洞口以外30m处,向隧道开挖面直接送风,通风效果随距离的增加逐步降低,压入式通风距离一般可达到700~1000m。
3.8.2巷道式通风
第一条车行横通道贯通之后即可实施巷道式通风。
（1）在右线YK63+175里程（距洞口605m）处将两台SDF（C）-l12.5轴流式通风机移至右线车行通道后40m处位置,作压入式通风,用软管通过横通道分别接至离两洞掌子面15m处,向掌子面压入新鲜空气。
（2）右洞掌子面污浊空气通过车行通道向左洞排出,为防止左洞污风流阻碍从横洞排出的右洞掌子面污风,在左洞未封闭的车行通道口前方15m以内安装一台30kW射流风机,使横洞口与射流风机之间范围形成负压,加快右洞污风循环。
（3）由于左洞作为出碴洞,在左洞从洞口开始每隔300~700m安装1台30kW射流风机,加速污风循环,射流风机之间的距离根据洞内排烟效果进行调整（300~700m）。
（4）随着掌子面的向前掘进,轴流风机随车行通道的开挖完成向前同步移动,并根据排风道长度增加射流风机。
（5）开启轴流风机前,先开启运转射流风机,达到控制风流方向的目的。
（6）随着进风洞长度的增加,轴流风机离洞口距离逐步增大,可在进风洞增加射流风机加速新鲜风流动速度。
（7）横通道除最前面一个通风外,其余全部用风门进行封闭。
3.8.3二次巷道式通风
当主洞与斜井贯通后,采用了斜井排风,这时将车行横和人行通道及其他三个交叉口封闭,只留左线一个排风道交叉口进行排烟,为了加快斜井排除污风,在斜井井底布置一台射流风机排风,以克服通风阻力。
4通风使用效果及注意事项
4.1使用效果
经过大相岭泥巴山隧道的实践与应用,该通风满足了洞内作业的通风要求。
具有如下优点:
（1）创造了洞内良好的通风环境;
（2）洞内作业环境满足施工人员的作业要求,呼吸顺畅,洞内温度为25~28e,湿度为80%~90%;
（3）显著改善了施工环境,通风时间短,空气质量好,缩短了循环作业中的实际通风时间,加快了施工进度;
（4）洞内能见度适宜,出碴运输车辆和交叉作业工序从未受到洞内空气效果的影响,也未发生过安全事故。
4.2注意事项
要想得到满意的通风效果,缩短通风时间,光靠理论的计算和合理的通风方式是不够的,还要依据经验,采取综合治理措施,不断完善。
（1）加强现场的通风管理,减少施工过程中出现的通风降损,主要在综合防尘措施、净化内燃设备尾气、充分通风、保持洞内道路平整。
（2）不断优化通风系统布局,通风时将洞内的废气彻底排除干净,尽量避免各种形式的/循环风0在隧道内形成。
（3）安排专人进行通风管理,制定严格的规章制度,配备相应的检测仪器,在需要时及时进行通风指标的检测。
（四）隧道整体构造
隧道结构按新奥法施工原理进行设计，采用复合衬砌型式，通过结构分析计算、技术经济比较及工程类比等多种方法，同时结合本隧道工程地质特点进行结构设计。
结构设计重点对可能出现不良地质问题进行预案设计。
（1）断层破碎带及高压涌突水
对隧道内条大的断层性质、规模、含水情况以及可能发生涌突水的危险程度的不同，分三个等级采取针对性的应对措施
（2）岩爆
（3）大变形
大变形分初级大变形和中级大变形，处治措施主要以主动适应变形的方式为主。
主要的处理措施如下：
①采用自进式长锚杆和智能中空注浆锚杆主动约束洞周变形。
②扩大开挖断面，加大预留变形量，以适应围岩变形。
③加深仰拱，改善仰拱受力。
④采用喷钢纤维砼和可缩式钢架构成初期支护体系，同时设置纵缝。
⑤加强二次模筑混凝土衬砌支护承载力，二次衬砌采用厚钢筋混凝土。
⑥采用侧壁导坑法施工。
（五）防灾救援及消防技术
（1）火灾发生后，立即关闭两个公路隧道，即只准车辆出，不准车辆进入；
（2）横通道处的隧道断面上要设车道表示器和可变情报板，同时横通道上方要设明显的标志；
（3）一个隧道发生火灾后，另一个隧道暂时变为双向交通，组织车辆迅速驶离隧道。
（4）横通道要设防火门，一旦发生火灾，必须立即启动防火门（有中控室计算机自动控制），全部车流疏散后，关闭防火门；
易燃易爆和危险品车辆进入隧道的安全运输管理办法
长大隧道在公路系统中的重要性不言而喻，世界各国对装有易燃、易爆、危险品的车辆进入隧道都建立了一套安全的管理办法，其中主要内容为限制性措施、检测措施、安全保护措施、正常运输情况的管理措施、事故情况下的处理措施、紧急情况下的救援措施等。
针对泥巴山隧道，深入调查分析进入隧道的危险车辆的组成、通过时间等，经过对行使车辆的有效安全管理，将在隧道内的事故率降低到最小。
（六）运营监控技术
（1）洞口施工采用零开挖进洞技术，弱化隧道洞门，加强交通标志的诱导性，减轻行车进洞前的紧张心理。
（2）洞口段采用耐磨的青混凝土路面，提高路面防滑能力。
（3）加强照明，减轻光线和空间变化带来的不安因素。
（4）改善特长隧道内平纵线型，在隧道内1/3和2/3处调整了平面线型，增加设置了两个半径
为曲线段，提高驾驶人员在隧道内的注意力。
（5）隧道两侧边墙分段刷涂颜色变化、诱导性的条带，拱部防火涂料分段采用不同的颜色，路面和拱部设立变化多样、醒目的交通标志以及富于变化的灯光带，提高驾驶员在隧道内的注意力，降低驾驶疲劳感，提高行车安全性。
（6）设置气象观测站，随时为隧道运营提供气象支持。
（7）设置能见度传感器，通过中央控制计算机、可变限速显示牌和雨雪冰雾提示牌等，降低隧道洞口外交通事故。
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