XX车道XX公路XX千米每小时X级围岩隧道设计.docx
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XX车道XX公路XX千米每小时X级围岩隧道设计
城市地下与空间工程方向
隧道工程课程设计（施工）
专业班级：
10级城市地下与空间工程地下二班
学号：
20102219
姓名：
李国梁
日期：
2013年7月
指导老师：
刘思思老师
一：
目录
一：
目录·······································2
二：
任务书·····································3
2.1课程设计的目的··························3
2.2设计题目································3
2.3内容及要求······························3
2.4任务····································4
2.5设计参考资料····························4
2.6提交成果································4
三：
计算书·····································4
3.1概况介绍································4
3.2隧道设计································6
3.3施工····································7
3.5辅助施工措施····························20
3.6特殊地段处理措施························21
四：
附图
二隧道工程课程设计任务书（施工方案）
2.1.课程设计的目的
通过课程设计，使学生熟悉公路隧道施工工艺，掌握公路隧道施工设计的基本方法
2.2.课程设计的题目
“两车道高速公路车速120km/hⅴ级围岩段隧道施工方案设计”
2.3.设计内容及要求
2.3.1隧道横断面设计，包括隧道建筑限界、隧道净空、汽车横洞、行人横洞、有紧急停车带的横断面等。
2.3.2隧道施工方案设计，根据给定的围岩等级及相应地质情况选定适当的施工方法，绘制施工方案横断面图及爆破方案设计图。
2.3.3将设计选定的有关数据分别绘制在相应图的相应栏中，并写出设计说明书一份。
说明书中要写出施工方案的必选分析施工注意事项等。
2.3.4辅助施工方法设计。
2.4.任务
2.4.1隧道施工方案设计，绘制相应围岩段施工方案设计图，需要爆破的围岩，画爆破设计示意图，不需要爆破的围岩，画施工方法示意图。
2.4.2辅助施工方法设计，所有同学根据地质情况适当使用超前锚杆、超前小导管、管棚设计三种，不做硬性规定。
2.5设计参考资料
（1）《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）；
（2）《隧道工程》陈秋南机械工业出版社；
2.6提交成果
2.6.1设计任务书一份，包括设计题目、设计内容、设计要求等；
2.6.2设计说明书（施工方法等）一份；
2.6.3隧道横断面设计图1~2张、施工方案设计图1~2张、辅助施工方法设计图1~2张；
三隧道课程设计计算书
3.1概况介绍
3.1.1编制依据
1.隧道工程招标文件及施工招标设计图纸。
2.国家行业颁布施行的现行有关技术规范、验收标准和法律法规。
3.现场踏勘考察收集的资料以及对工程环境的调查和分析。
4.必须执行质量检查制度，严格遵守操作规程，做好材料试验工作。
施工中应做好技术交底工作，进行技术、质量、安全教育，确保工程质量，并坚持文明施工。
3.1.2编制原则
严格遵守并积极响应业主招标文件、答疑文件规定的内容和施工招标设计图纸的要求，编制施工组织设计
3.1.3指导思想
结合实际，因地制宜，以人为本，精心组织，科学施工，技术先进，安全可靠，经济合理，优质高效
3.1.4对隧道坡度的要求
隧道纵坡不应小于0.3％，不应大于3％，本隧道取2％。
3.1.5隧道通风、排水、供电、供水及其他系统的布置
隧道口安装1台MFA60P2-S通风机供风，通风管使用φ1000负压柔性风管，悬挂于隧道拱腰部位，压入式通风。
安装排水盲管：
按设计尺寸、位置在喷混凝土面上安装透水盲管设置排水沟。
隧道为上坡掘进时，设距边墙0.5m设临时排水沟，纵坡排水，汇入洞外排水系统；下坡掘进时，每隔20～30m设一集水坑和抽水站，依次将水抽排出洞。
要求排水沟能够满足排水的需求供电要求380V动力电，能够保证施工用电和照明用电。
其他设备要求必须有混凝土输送泵、喷浆机、注浆机、混凝土搅拌机、钢筋切断机、木工圆盘锯、运输设备等。
3.1.6隧道运输设备选择
运输设备统一选用汽车运输
3.2隧道设计
3.2.1选择隧道的形状
选择直墙式半圆拱加反拱。
围岩情况为ⅴ类，所以采用短台阶法施工。
直墙式便于台阶法施工，而且施工简单，安全。
3.2.2确定隧道断面尺寸
根据公路隧道设计规范可得隧道的断面尺寸如下表
隧道建筑界限横断面组成宽度表
注：
所有设计宽度单位均为m。
公路等级）
设计速度（km/h）
车道宽度
W
侧向宽度L
人行道R
检修道j
隧道建筑界限净宽
左侧LL
右侧LR
左侧
右侧
设检修道
高速
公路
120
3.75*2
1.00
1.00
1.00*2
0.10
0.10
11.7
本高速公路隧道，取设计时速为120km/h，则建筑限界高度H＝5.0m。
检修道高度h＝0.5m。
设检修道时，不设余宽，即：
C=0。
取行车道宽度W=3.75m×2＝7.5m，侧向宽度为LL=1.00m,
LR=1.00m：
，建筑限界顶角宽度为：
，隧道纵坡不应小于0.3％，不应大于3％，本处取2％。
具体建筑限界见1号图附图一所示。
断面附属设施布置如1号图附图二
隧道内轮廓几何尺寸表
公路等级
设计速km/h）
R1
R2
R3
R4
H1
H2
H’2
R5
高速公路
120
一般部
570
820
100
1500
160.6
200
164.5
—
紧急停车
570
820
150
1800
162.4
200
151.5
747
注：
所有尺寸单位均为厘米。
由《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）4.4.6有：
上、下行分离式独立双洞的公路隧道之间应设置横向通道。
3.3施工
3.3.1隧道掘进施工方案的确定
ⅴ级围岩采用台阶法施工，把断面分成上下两个断面两部分分别开挖。
（1）洞口施工
洞口土石方施工采用人工配合挖掘机分两次开挖，第一次开挖至起拱线位置，待拱顶以上边仰坡防护措施完成后，进行起拱线以下部分开挖。
（a）施工前，按设计进行测量放线，标出起拱线位置及拱脚开挖宽度并用红油漆作出明显标志后，进行开挖作业。
（b）开挖前按要求施作洞口仰坡截、排水系统，然后用挖掘机从上至下逐层顺坡开挖，并用自卸汽车运至弃碴场弃置。
（c）洞口开挖成型后，及时施作锚喷及边坡防护，稳定边坡。
（2）明洞钢筋砼施工
明洞土石方开挖完成后，绑扎仰拱钢筋，灌注仰拱混凝土，砼达到设计强度后，衬砌台车就位并安装明洞洞身段模型，绑扎边墙及拱部钢筋，砼输送泵一次连续浇注成形。
（3）洞身开挖施工方法
（a）挂齿进洞方法
为保证隧道进洞施工安全，进洞前，安装型钢支架、关模并浇筑套拱混凝土，然后施作超前管棚注浆加固围岩。
采用弧形导坑法进洞，用挖掘机为主要开挖机具。
进洞后，转换工序，进行洞内进行级围岩施工。
隧道洞口开挖面呈多向受力状态，容易发生坍塌事故,为保证隧道破口时施工安全和结构稳定，设超前管棚注浆加固围岩。
大管棚采用DP120型跟管钻机钻管孔，将加工好压浆孔钢管随钻头跟进孔内，用丝扣接长钢管，确保管孔位置正确，避免“沉头”和串孔。
加快各工序的施工进度，及时封闭，及时成环，喷砼加厚。
（b）施工顺序
测量布眼→钻上导坑炮眼→上部开挖→上部初期支护→台车钻下导坑炮眼→下部开挖→下部初期支护→防水层施工→仰拱施工→二次衬砌（模筑砼）→管沟施工→路面施工。
（c）洞身开挖
①钻爆设计说明
隧道爆破作业采用微振动光面控制爆破，钻眼采用简易凿岩台车。
本设计台阶法分部开挖法开挖，装药参数，装药结构及起爆顺序和起爆方式的设计（施工炸药串爆图见2号图附图一）。
每次爆破进尺根据围岩状况确定：
每次爆破后均对围岩及其稳定性作出评估，其结果作为下一循环进尺的依据。
Aⅴ级围岩采用短台阶新奥法施工，台阶长度5米。
台阶上部钻眼深度1.7m，光面爆破，每次进尺1.5米，台阶下部钻眼1.7m光面爆破，每次进尺1.5米。
开挖过程中，初期支护紧跟工作面，尽快完成支护体系。
爆破设计当循环进尺在2.0m以内时采用二级斜眼复合楔形掏槽，当循环进尺大于2.0m时采用直眼掏槽。
隧道边墙及拱部均按“光面爆破”设计，爆破后不得有欠挖，线性超挖控制在15cm以内。
②爆破器材选择
采用击发枪导爆管轴向起爆、非电毫秒雷管及导爆索并联孔内微差起爆体系。
炸药采用乳化炸药。
光面爆破专用炸药构造简图如下图所示。
③爆破效果监测及爆破设计调整
每循环爆破后，对残眼长度、爆碴集中度和块度、周边孔痕迹率、岩面平整度、循环间衔接台阶高度、围岩稳定性以及断面轮廓、超欠挖情况等爆破效果参数进行量测与描述，并根据爆破效果适当调整循环进尺、周边孔、内圈孔间距及抵抗线、掘进孔密集度及炸药用量、掏槽孔布置及掏槽孔深度等爆破设计参数。
爆破设计见附件7《爆破设计图》所示。
④爆破后找顶
选派有施工经验、工作责任心强、体格强壮的人员担任找顶工作，每座隧道每班配不少于2名的找顶工找顶。
消除下道工序的施工隐患，并为初期支护加强度提供依据。
（4）隧道通风及排水
（a）通风
隧道口安装1台MFA60P2-S通风机供风，通风管使用φ1000负压柔性风管，悬挂于隧道拱腰部位，压入式通风。
当隧道施工长度大于500m时，增加1台通风机抽出式通风，通风管使用φ600的胶皮风管悬挂在另一侧边墙上。
（b）防尘
施工防尘采用水幕降尘和个人戴防尘口罩相结合，在距掌子面30m外边墙两侧各放一台水幕降尘器，爆破前10min打开阀门，放炮30min后关闭。
隧道为上坡掘进时，设距边墙0.5m设临时排水沟，沿纵坡排水，汇入洞外排水系统；下坡掘进时，每隔20～30m设一集水坑和抽水站，依次将水抽排出洞。
（5）超前支护与初期支护
（a）超前小导管注浆加固地层
小导管注浆作业包括打孔布管、封面、注浆三道工序。
①打孔布管：
采用凿岩风钻或台车打眼打孔，孔眼长度大于小导管长度。
小导管顶部成尖锥状，尾部焊箍，管壁按梅花形布置小孔，尾部置于钢架腹部，增加共同支护能力。
②封面：
注浆前，喷射砼封闭工作面，以防漏浆。
③注浆：
采用水泥浆液注浆，在孔口设置止浆塞，浆液配合比由现场试验确定，注浆时先注无水孔，后注有水孔，从拱顶向下注，如遇窜浆或跑浆，则间隔一孔或几孔注浆。
（b）中空注浆锚杆施工
①隧道开挖后即按设计要求初喷砼后，即进行锚杆钻孔作业。
②中空式注浆锚杆采用风钻打眼。
打眼时须严格按设计要求控制孔眼位置，间距及外插角。
施工时采用TAPS断面仪严格放线控制。
③锚杆孔成孔后即可安装已加工制作好的锚杆。
④严格控制好注浆压力和注浆量，并及时施工监测资料和施工现场的实际情况修正参数。
（c）锚杆钢筋网
严格按设计要求和围岩类别设置长度和密度足够的锚杆，并在开挖后尽快安设。
锚杆钻孔、安设方向与岩面垂直。
注浆锚杆安设就位后，用注浆机注入水泥浆。
药卷锚杆采用凿岩机械将锚杆和放药卷入孔中。
钢筋网的铺设要与开挖面紧贴，挂网前应先初喷一层砼，钢筋网与锚杆电焊牢固，钢筋网挂好后，再复喷砼至设计厚度。
（d）型钢钢架施工
钢架在洞口1∶1样台上制作焊接成型后运入洞内进行安装。
钢架每榀由各单元组成。
钢架安装前先对岩面初喷砼后，测设隧道中线，确定标高，然后再测其横向位置，用红油漆作出明显标志，钢架安装方向垂直于隧道中线。
钢架安装时，各单元之间采用螺栓通过连接板进行连接，同时为确定钢架与钢架之间的整体稳定性，每榀钢架之间沿环向设置钢筋进行连接。
（e）湿喷砼施工方法
①原材料要求
水泥：
采用普通硅酸盐水泥。
细骨料：
采用硬质洁净的中砂或粗砂，砂率根据现场试验确定。
粗骨料：
采用坚硬耐久的碎石，粒径不大于15mm，级配良好。
水：
采用不含有影响水泥正常凝结、硬化及影响砼耐久性的有害杂质的工程用水。
速凝剂：
DS液体型速凝剂，掺量由试验确定。
②湿喷砼施工方法
A喷射机械安装好后，先注水、通风、清除管道内杂物，同时用高压风吹扫岩面，清除岩面尘埃。
B上料保证连续性，校正配料的输出比。
C操作顺序：
喷射时先开液态速凝剂泵，再开风，后送料，以凝结效果好，回弹量小，表面湿润光泽为准。
D喷射机的工作风压严格控制在0.5～0.75Mpa范围内，从拱脚到边墙脚风压由高到低，拱部的风压为0.4～0.65Mpa，边墙的风压为0.3～0.5Mpa。
E严格控制喷嘴与岩面的距离和角度。
喷嘴与岩面垂直，有钢筋时
角度适当放偏，喷嘴与岩面距离控制在0.8～1.2m范围以内。
F喷射时自下而上，即先墙脚后墙顶，先拱脚后拱顶，避免死角，料束呈旋转轨迹运动，一圈压半圈，纵向按蛇形，每次蛇形喷射长度为3～4m。
（6）隧道二次衬砌
二次衬砌根据围岩不同分别采用钢筋砼或砼。
（a）正洞施工方法
正洞二次衬砌工艺流程如下图：
（b）钢筋制作安装
二次衬砌钢筋在1∶1的制作样台上，分单元分片制作成形，各单元间预留足够的搭接长度。
运至施工现场安装时，将每片钢筋用纵向钢筋联结成一个整体，连接采用绑扎焊接，纵向钢筋应预留一定长度以便与下组衬砌钢筋的联接，并设加强连接筋。
搭设作业台架，便于边拱钢筋的安装。
（c）砼施工
①模板：
本合同段隧道每作业面配备一台衬砌台车和一套模板，平移式交错作二次衬砌（每节衬砌长度12m）。
②砼的拌制：
在洞口设置拌和站，供应砼；
③砼的运输：
采用3台规格为6m3的搅拌运输车进行砼运输供应；
④砼的浇注：
采用砼输送泵泵送浇注砼，并备用一台砼输送泵。
⑤砼的振捣：
选用插入式捣固器和高频附着式振捣器进行砼振捣。
（d）衬砌背后注浆
为防止二次衬砌与外防水层之间形成空隙，采用在二次衬砌背后压浆的施工措施进行处理。
①压浆孔设在拱顶，每5m隧道预留1个注浆孔。
②压浆孔底部孔口紧贴外防水层，为确保压浆孔不被堵塞以及不剌破防水层，采用预留注浆孔措施。
③二次衬砌砼灌注56天后，从注浆管逐孔压入1∶1水泥浆液，
充填二次衬砌与外防水层之间的间隙
（e）仰拱施工
①仰拱清底：
仰拱开挖完成后，将仰拱顶面标高在边墙上标
示，根据仰拱设计断面检查实际断面尺寸，利用采用人工配合清除仰部欠挖，检查合格后进行仰拱施工。
②仰拱施工：
仰拱砼在模型安装后，用砼运输车运至工作面，插入式捣固器振捣，及时养护。
③填充砼施工：
在仰拱砼强度达到设计强度后进行填充砼施工。
采用砼运输车运至工作面，插入式捣固器振捣，根据仰拱顶面标高人工找平顶面并拖毛，及时养护。
（f）管沟施工
隧道管沟随仰拱一次开挖成型外，开挖后及时清帮，并尽快立模灌注砼衬砌。
（7）隧道防排水
（a）概述
隧道正洞的结构防水设计要求“以防为主，防、排、截、堵相结合”的综合治理原则。
①防水系统
防水系统由防水砼、防水板和施工缝、变形缝处设置的止水条、止水带组成。
②排水系统
隧道排水系统由环向、纵向排水管（盲沟）组成。
③衬砌拱部进行充填压注水泥砂浆，施做二次砌时拱部纵向按每隔5m间距预留压浆孔。
（b）防水层施工
采用平台作业车作施工平台，先在初期支护壁上钉衬垫，衬垫为梅花型布置，将防水板粘结在衬垫上。
防水层与初期支护密贴，但保
持一定的松驰度，粘结牢固。
初期支护有渗水地段采用在渗水区及其周边一定范围内，花管注浆封堵，或引排至纵向排水管。
只有当渗水完全封堵后，才能铺设防水层。
（8）内砼路面施工方法及洞内附属施工
路面工程不是整个标段的控制工程，但是整个路面工程的施工质量却是关键环节，特别是洞内的路面砼一定要保证质量。
为整个线路运营创造良好条件。
（a）、水泥砼路面整平层施工
路面整平层施工工艺流程
路面整平层施工工艺流程图
②测量放线
标高测量与控制：
根据安装模型进度，在立模前一天将纵、横缝交叉点打入钢筋桩，钢杆高出路面30cm，用红油漆在钢筋上划出标高标记，作好记录作为复测依据。
立模完成后，砼灌注前，应分别用经纬仪拉小白线等方法复测模板顺直度，用水平仪检测模板标高。
③模板加工
模板根据路面设计厚度采用28号轻型槽钢加工成型，型钢口必须打磨平整，以保证型钢立面平整，上口平直，拉传力杆直径，位置根据设计在槽钢高度上钻孔设定，模板外侧设定位卡环。
④模板的安装
安装模板：
根据路面下基层表面上弹划的墨线，确定模板位置，利用钢筋桩标高点临时固定模板，然后用钢筋桩标明和定位环固定模板。
安装完毕，检查合格后，涂抹脱模剂。
立模方法：
正洞路面宽度为7.5m，大于5m，分左半线和右半线两次立模，连续浇灌砼的施工方法。
导洞和横通道路面宽5.0m，采用一次性立模灌注。
拆模：
砼灌注完成12小时后即可拆模，拆模时先拆除支撑，用锤振松模板脱离砼，拆模时不能损坏砼棱角，局部不能拆除的模板可用侧链向外牵拉，避免损坏成型砼，拆卸完模板及时清理，以备下次倒用。
⑤砼施工技术要求
整平层10号砼厚为20cm~22cm，可以1次性灌注，砼摊铺采用人工摊铺、整平。
对混合料的振捣，每一位置的持续时间，应以混合料停止下沉，不再冒气泡，并泛出砂浆为准，不宜过振，振捣时应振
动梁为主同时辅以人工局部找平，并应随时检查模板有无下沉、变形或松动。
整平层浇筑完毕后，及时养生、养生采用麻布或草帘覆盖后洒水养护。
（b）水泥砼路面面层施工
①在整平层施工完成后，进行测量放线、立模（工艺同整平层施工一致）。
②隧道内路面面层砼为35号防水砼，面层厚度为26cm，采用1次性浇筑，机械摊铺作业。
③砼浇筑
吸水：
在提浆后的砼表面铺设滤布，在滤布上铺设气垫薄膜吸水，用素水泥浆密吸垫周边，以免漏气，安装吸头，起动吸水机真空泵，真空度控制在40～550mmHg（60～73Kpa）。
抹面：
吸水完成后立即用粗抹机抹光，用靠尺检查路面平整度，满足要求后进行压槽作业。
压槽：
抹面完成后进行横向压纹处理。
拆模：
砼浇注完成12小时后，即可拆模进行养护。
切缝：
砼浇注24小时后，即可沿路面分幅弹墨线进行切缝
作业，施工时必须保持有充足的水份，切割完成后及时将切缝清扫干净。
（c）接缝
纵向设置平缝纵缝并调协拉杆，对已浇砼板的缝壁应涂刷沥青，并应避免涂在拉杆上。
横向按设计要求设置横缝。
（d）施工缝
正洞混凝土灌注，连续作业，尽量减少施工缝；对施工缝要预埋连接钢筋处理。
（e）填缝
缝槽应在养生期满后及时填缝，填缝前保证缝内干燥清洁，防止砂石
等杂物掉入缝内并经监理工程师检合批准方能填缝。
填缝料做到与砼缝壁粘附紧密，其灌注深度为3～4cm时，可填入孔柔性衬底材料。
（f）洞内附属工程
洞内附属工程包括监控、消防设备、风向风速检测、营运管理设施等的预埋构件、标线、照明以及洞内装饰等的施工。
按设计及规范要求进行施作。
3.4辅助施工措施
3.4.1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围，向地层打入一排纵向锚杆，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。
开挖一个尺寸后，再打入一排纵向锚杆，在掘进，如此往复
布置原则：
1.超前锚杆的设置范围，对于拱部宜为隧道拱部外弧全长的六分之一到二分之一；
2.锚杆长度定为3到5米；
3.填充砂浆宜为早强砂浆，其强度不低于
3.4.2管棚
当隧道位于松软土层中时，或者遇到塌方，需要从塌方中穿过去，或者浅埋隧道，要求限制地表沉陷量，在很差的地质条件下进洞的时候均可以采用管棚进行预支护。
管棚设计原则：
1.管棚的形状和导管的布置应该根据隧道开挖的形状选择；
2.导管环向间距应该根据底层性质，地层压力，导管设置部位，
3.钻孔机具等条件确定，一般为30~50cm，纵向两组导管应该有不小于30m的水平搭接长度。
4.导管宜选择热轧无缝钢管，外径宜为80~180mm，长度为10~45m，分段长4~6m，前后两段管子之间用丝扣连接，后者焊接，连接长度为10~45m
5.导管注浆孔径宜为10~16，间距宜为15~20，呈梅花状分布。
6.当需要增加管棚钢之架的刚度时，可以在钢管里注浆。
7.在护拱上沿隧道开挖轮廓纵向钻设的管棚孔不得浸入隧道开挖轮廓线，孔深设计宜为10~45，护拱的基础应该放在稳定的基础上。
3.5特殊地段处理措施
3.5.1岩溶溶洞
隧道通过岩溶区，应查明溶洞分布范围和类型，岩层的完整稳定程度、填充物和地下水的状况，据此确定施工方法。
对尚在发育或穿越暗河水囊等地质条件复杂的岩溶区，应查明情况慎选施工方案。
对有可能突然发生大量涌水、流石流泥、崩坍落石等，必须事先制定措施，确保施工安全。
在岩溶地段，隧道常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、绕”四种。
（1）引遇到地下暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。
（2）堵对已停止发育、跨径较小，无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置及其填充情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭；或加深边墙基础，加固隧道底部。
（3）越到隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，可加深该侧的边墙基础。
（4）绕在岩溶区施工，个别溶洞处理耗时且困难时，可采用迂回导坑绕过溶洞们继续进行隧道前方的施工，节省时间，加快施工进度，同时处理溶洞。
3.5.2岩体构造破碎带
（1）先排水（4）强支护
（2）短开挖（5）快衬砌
（3）弱爆破（6）勤检查，勤测量
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