城市地下工程设计指导书.docx
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城市地下工程设计指导书
《城市地下工程》课程设计指导书
1设计原则
1.1路隧道的规划与设计过程中，应认真贯彻落实“安全、舒适、和谐、美观、耐久”的公路建设新理念，充分发挥隧道功能。
1.2隧道设计应有完整的调查及勘察资料。
1.3隧道主体结构必须按永久性建筑设计，具有规定的强度、稳定性和耐久性；建成的隧道应能适应长期营运的需要，方便维修作业。
1.4隧道支护衬砌设计应体现动态设计与信息化施工的思想
1.5隧道应进行专门的防排水设计，并使洞内、洞口与洞外形成完整的防排水系统。
1.6公路隧道营运管理设施应遵照安全、实用、高效、经济的原则进行设计。
当近期与远期系统配置差异较大时，可根据交通量构成及其增长情况等，统筹规划、一次设计、分期实施。
通风系统的土建工程一般不宜采用分期实施。
1.7隧道应尽可能选择抗震有利地带通过，避开地震危险地带及抗震不利地带，设计应达到“小震不坏，中震可修，大震不垮”的目标。
1.8隧道设计应贯彻国家有关技术经济政策，积极慎重地推广新技术、新材料、新设备、新工艺。
1.9隧道设计必须符合国家有关国土管理、环境保护、水土保持等法规的要求，应尽量保护原有植被，妥善处理隧道弃渣、废水、废气和噪声等问题。
1.10对大于1000米的隧道，宜采用上下行双洞布设，以利行车安全。
1.11隧道设计应满足现行《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）的要求。
2总体设计
2.1隧道位置的选择
1.隧道位置的选择应根据路线总体规划、交通运输条件及周边环境和地形变化条件确定；
2.隧道位置应选择在地质构造简单，岩性较好的稳固地层中通过。
尽量避免通过断层、崩塌、滑坡、溶洞、陷穴以及偏压显著、地下水丰富、富煤区和高瓦斯地带等地质不良地段，当绕避有困难时，应采取必要的工程处治措施；图2.1-1为某隧道岩溶地段的特大涌水病害，造成工程费用增加和工期延误；
3.隧道位置选择时，应重视洞口位置的选定，洞口的中线宜与地形等高线接近垂直。
如不能满足上述要求，要尽量以大角度斜交进洞，尽量避免与等高线平行进洞；洞口位置应避开峭壁、沟谷、山凹的中心，尽量在凸出的山坡附近进洞。
图2.1-2为典型的沟谷底部进洞，造成了支护数量大、施工困难和洞口接线边坡高度大的缺点；
4.隧道应遵循“早进洞、晚出洞”的原则，不得大挖大刷，确保边坡及仰坡的稳定，当洞口开挖不可避免时应确保隧道洞口的边坡及仰坡的稳定，边坡及仰坡的设计开挖最大高度可按表2.1-1控制。
表2.1-1洞口边、仰坡控制高度（m）
围岩分级
边、仰坡坡率
控制高度
Ⅳ
1:
0.75
15
1:
1
18
1:
1.25
20
Ⅴ
1:
1.25
15
1:
1.5
18
注：
① 洞口边、仰坡高度指路面设计标高至边、仰坡顶的高度。
② 对于Ⅱ级及其以上围岩，只要边仰坡安全能够得到保证，对其边坡高度要求可适当放宽；对于Ⅴ级及其以下的围岩，尽管边仰坡安全能够基本保证，但在设计过程中也应尽可能降低其高度。
③ 本表主要针对双车道隧道。
垭口的选定是越岭隧道方案的重要控制点。
一般以路线顺直、隧道长度最短的垭口作为越岭隧道方案比选的基础，同时应仔细分析垭口的工程地质和水文地质情况，避免隧道在严重不良地质垭口通过。
6.沿河、傍山隧道的位置选择应拱肩覆盖层过薄，隧道位置一般宜向山侧内移。
一般地质情况下隧道拱肩最小覆盖厚度（t）不得小于表2的数值。
如图3所示的傍山隧道,右拱肩覆盖层薄给设计和施工带来了较大的困难，增加了工程造价和不安全因素；
表2.1-2隧道拱肩最小覆盖厚度表
围岩分级
T（m）
备注
1:
1
1:
1.5
1:
2.0
1:
2.5
Ⅲ
5
5
Ⅳ（石质）
8
6
6
Ⅳ（土质）
15
12
9
9
Ⅴ
27
24
21
18
注：
①t值指隧道外侧拱肩至地面的地层最小厚度；
②表列数值应扣除表面腐值覆盖层厚度；
③表列数值适用于双车道隧道；
④Ⅵ级围岩的t值应通过分析计算后确定。
7.濒临水库地区的隧道，洞口路肩设计高程应高出水库计算洪水位（含浪高和壅水高）不小于0.5m，同时应注意水的长期浸泡造成库壁坍塌对隧道稳定的不利影响，并采取相应的工程措施；
表2.1-3隧道设计水位的洪水频率标准
隧道类别
公路等级
一级公路
二级公路
三级公路
四级公路
超长、特长隧道
1/100
1/100
1/50
1/50
长隧道
1/100
1/50
1/50
1/25
中、短、超短隧道
1/100
1/50
1/25
1/25
8.隧道洞口位置应根据地形、地质、水文条件，结合环境、洞外有关工程、施工条件、运营等要求，通过经济、技术比较确定。
9.在桥隧紧接的情况下，应综合考虑洞口与桥跨布局、结构处理的整体性，避免桥隧工程施工相互干扰；图2.1-4为桥隧紧接的工程实例。
2.2隧道平纵线形
1.隧道的平面线形布设应考虑地质、地形、路线走向等因素的影响，隧道内不宜采用设超高的平曲线；当由于特殊条件限制，隧道平曲线设计为需设超高的曲线时，其超高值不大于3%，同时满足视距要求。
表2.2-1不设超高的圆曲线最小半径（m）
设计速度（km/h）
路拱
80
60
40
30
20
≤2.0%
2500
1500
600
350
150
＞2.0%
3350
1900
800
450
200
2.隧道洞口内外各3S长度范围内平面形应保持一致，以利行车安全；
3.对洞身大部分位于直线段的长隧道，行车方向出口段需设置平曲线时，宜采用不设超高的平曲线，且偏角应大于7°；
4.隧道内应尽量设置缓坡，但隧道内最小纵坡不应小于0.5%。
对大于2000米的隧道最大纵坡最好控制2%以下，中、短隧道最大纵坡一般应控制在3%以下，在特别困难的条件下可适当放宽，但不应大于5%；短于100m的隧道，纵坡与隧道外路线的纵坡要求相同。
隧道纵坡纵线形设计中宜避免凹形曲线，所用凸形曲线的半径应满足停车视距的要求；
表2.2-2洞口视觉所需的最小竖曲线半径
设计速度（km/h）
80
60
凸形竖曲线半径（m）
12000
9000
6.隧道内一般宜采用单向坡，地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向人字坡。
7.隧道两端洞口接线纵坡不宜大于5%，过大的洞口接线纵坡会影响洞口段行车的舒适性和安全性。
2.3隧道内轮廓设计
1.公路隧道的建筑限界不仅应满足汽车行驶的需要，还应充分考虑汽车行驶的安全、快捷舒适和防灾等因素。
在建筑限界内不得有任何部件（包括通风、照明、安全、监控和内装饰等附属设施）侵入；各级公路隧道建筑限界如图3.2-1所示，各级公路隧道建筑限界基本宽度按表3.2-1执行，并应符合以下规定：
图3.2-1公路隧道建筑限界（单位：
cm）
H-建筑限界高度；W-行车道宽度；LL-左侧侧向宽度；LR-右侧侧向宽度；C-余宽；J-检修道宽度；R-人行道宽度；
h-检修道或人行道高度；EL-建筑限界左顶角宽度，EL＝LL；ER-建筑限界右顶角宽度，当LR≤1m时，ER＝LR，当LR＞1m时，ER＝1m。
表3.2-1公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度（单位：
m）
公路等级
设计
速度
（km/h）
车道
宽度
W
侧向宽度L
余宽
C
人行
道R
检修道J
隧道建筑限界净宽
左侧
LL
右侧
LR
左侧
右侧
设检修道
设人行道
不设检修道、人行道
60
3.50×2
0.50
0.75
0.25
0.75
0.75
9.75
二级公路三级公路四级公路
80
3.75×2
0.75
0.75
0.25
1.00
11.00
60
3.50×2
0.50
0.50
0.25
1.00
10.00
40
3.50×2
0.25
0.25
0.25
0.75
9.00
30
3.25×2
0.25
0.25
0.25
7.25
20
3.00×2
0.50
0.50
0.25
7.00
2.建筑限界高度：
二级公路取0m；三、四级公路取4.5m。
3．隧道建筑限界设计时，应依据现行《公路工程技术标准》，综合考虑技术经济因素确定余宽。
4．当为单向交通时，隧道路面宜采用单面坡，建筑限界底边线与路面重合；当为双向交通时，隧道路面宜采用双面坡，建筑限界底边线应水平置于路面最高处。
隧道路面横坡一般可采用1.5~2.0%，当隧道处于曲线路段时，路面横坡应符合超高设置有关规定。
5．考虑到单车道隧道的通行能力、交通安全及改扩建等问题，单车道四级公路的隧道宜按双车道四级公路的标准修建。
6．隧道内轮廓设计除应符合隧道建筑限界的要求外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰的需要，并为通风、照明、消防、监控、营运管理等设施提供安装空间，同时为衬砌变形及施工误差预留适当的富裕量，使确定的断面形式及尺寸符合安全、经济、合理的原则。
隧道内轮廓一般情况如图2.3-2。
7．各级公路隧道在设计内轮廓时，应考虑轮廓几何尺寸的受力合理性和工程造价的经济性，尽量采用曲墙单心圆拱和合理组合半径的曲墙三心圆拱；
8．主洞内轮廓（指未装饰的二衬表面）与行车限界之间应留有最小不少于10cm的间隙，行车、行人横洞的内轮廓与行车（行人）限界之间应留有最小不少于5cm的间隙，以供洞内装饰和用作施工误差补偿；
9．隧道仰拱矢跨比的取值应考虑隧道洞身的围岩条件，支护结构承压情况，一般情况下可采用1/8、1/10、1/12，建议通常采用1/10；
10．仰拱与边墙间应采用圆弧连接以改善岩（土）层、初支、二衬的受力，圆弧半径不应小于1.0米，并尽量采用较大的半径，如1.5米、2.0米等；
11．同一项目中隧道内轮廓尺寸应能满足隧道洞内路面所有的超高值，避免因超高不同而设计不同内轮廓尺寸的情况；
3洞口段设计
3.1隧道进出洞口采用早进晚出的原则。
尽量采用“零仰坡”设计，若条件限制，无法采用“零仰坡”进洞设计时，仰坡高度不宜超过3米；图3.1（a）过度的开挖，不仅破坏了自然景观同时也给洞口的稳定带来隐患；图3.1（b）“零仰坡”很好地与自然环境相结合；
3.2成洞面及其仰坡坡率应结合洞口地质情况确定，在确保成洞面稳定情况下，成洞面坡率宜为1:
0.25，成洞面仰坡刷坡坡率宜为0.5~0.75；
3.3当地形等高线与洞轴斜交，斜交角度大于15度，应针对不同斜交角度采用斜交成洞开挖，斜交角不宜大于45度；但洞门应采用正交。
若工程量较大，行车方向出洞口可设计斜交洞门；
3.4洞口围岩级别为Ⅴ、Ⅳ类围岩斜交进洞时，应采取斜交正做（虚拟棚洞）的方式进洞，即：
套拱做成梯形套拱，钢支撑采用正交布设。
当斜交角度较大时，套拱宜分成二次施工，即：
先施工一段斜套拱（一般为2米）作为管棚导向架，再施工大管棚注浆，最后施工套拱的梯形段（作为虚拟棚洞）。
3.5当成洞面斜交角大于30°时，设计中应进行洞口套拱稳定分析；
3.6成洞面喷射混凝土的标号应不低于C20;成洞面采用喷射砼防护时，应设置2m×2m间距的φ10cm的泄水孔。
3.7洞门形式的选择条件：
表3.7洞门选择条件
洞门形式
使用条件
削竹式
☆洞轴线与洞口地形登高线斜交角不大于15°；
☆洞口位于山鼻凸部，不得位于沟底；
☆洞口接线边坡高度小于16米。
墙 式
☆适用于可设洞口的任何地形。
3.8在墙式洞门设计中应根据地形情况设计为台阶状或其它形状，以避免墙背脱空现象，并增加洞门的美观；
3.9墙式洞门一般设计为仰斜和衡重式墙身，墙面坡度宜取1:
0.05～1:
0.25；洞门材料可采用钢筋混凝土、混凝土、片石混凝土、10号砂浆砌（块片料）石和混凝土预制块；仰斜式洞门墙的最小厚度宜满足表3.9要求：
表3.9截面厚度要求
建筑材料
最小厚度（cm）
钢筋混凝土、混凝土
30
片石混凝土
50
浆砌粗料石、混凝土预制块
80
浆砌片、块石
80
3.10墙式洞门基础底面埋入土质地基的深度不应小于1.0m，石质地基的深度不应小于0.5m，并宜大于洞门墙脚边各种沟槽底基底的埋置深度；洞门墙趾的埋入深度应符合表3.10要求。
表3.10洞门墙基础深度要求
地层
埋入深度h（m）
水平距离
L（m）
示意图
较完整的硬质岩层
0.5
≥1.0
一般硬质岩层
0.8
≥1.50
软质岩层
1.0
≥2.0
土层
≥1.0
≥3.0
3.11墙式洞门应在墙背设置20cm厚的砂砾透水层，以排除墙背围岩渗水减小墙背水压力，并在墙脚离地面高1m处设置间距2m的φ10cm的泄水孔，如图1所示；
3.12墙式洞门天沟应设在墙身上，如图3.12所示；天沟底应设不小于0.5%的排水坡；在正常情况下，天沟尺寸采用40×40cm，特殊情况下再另行进行具体设计；
3.13削竹式洞门设计中，洞门坡率（指衬砌）宜采用1：
0.5~1：
1，洞门填土坡率采用1：
1.5；如图3.13所示的削竹式洞门，能很好的与环境相结合并起到减小洞口亮度的作用，建议在设计中予以推广；
3.14当洞口段地面横坡大于35°且拱肩覆盖层小于0.5B（B为隧道开挖宽度）时，洞口宜采用5%的水泥稳定土反压。
4衬砌结构设计
4.1一般规定
1.公路隧道的一级公路、二级公路的隧道应采用复合式衬砌；三级及三级以下的公路隧道，隧道洞口段应采用复合式衬砌或整体式衬砌，洞身Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下可采用喷锚衬砌；明洞段采用模筑钢筋混凝土衬砌；
2.隧道的支护参数应综合考虑地形条件、地质条件、断面形状与大小、防水要求、使用功能、施工方法与施工措施等因素，充分利用围岩的自稳能力。
衬砌应具有足够的强度和稳定性，保证结构在设计基准期内的功能有效性和使用安全。
3.隧道衬砌设计参数应根据通过工程类比和结构验算等综合因素拟订。
在施工阶段，还应依据现场的监控量测和超前地质预报等信息反馈，进一步调整衬砌支护参数，确保洞室的稳定和结构使用安全。
4.Ⅴ级围岩和Ⅳ级围岩浅埋洞口段20米，无特殊原因其初期支护和二次衬砌均应设仰拱，且二次衬砌须用标号不小于C25的钢筋砼。
衬砌结构应在洞口段、浅埋地段、断层破碎带前后、硬软地层分界处及荷载发生较大变化处设置环向变形缝。
6.隧道洞口段衬砌应予以加强，加强范围应根据地形、地质和环境条件确定。
一般情况下两车道隧道应不小于10m。
7.车行横洞、Ⅳ、Ⅴ级围岩人行横洞道、通风联络通道等与主洞交叉段均应对衬砌适当加强，加强衬砌应向各交叉洞延伸，主洞延伸长度不小于0m，横通道延伸长度不小于3.0m。
8.围岩较差地段的支护应向围岩较好地段延伸3~5m，V级向IV级、IV级向III级延伸5m，其他的延伸3米；
9.Ⅲ至Ⅴ级围岩在设计时应考虑围岩的预留变形量，如表4.1，预留变形量的工程量计算方式：
开挖及初支应计算，回填不计。
表4.1各级围岩开挖预留变形量
围岩级别
两车道
（cm）
Ⅲ
3
Ⅳ
5
Ⅴ
10
4.2初期支护
1.初期支护和围岩稳定一般采用地层结构法计算，当IV级围岩覆盖层厚度小于0.75B，V级围岩覆盖层厚度小于B时，可采用荷载结构法计算；
2.初期支护应由普通喷射混凝土（或纤维喷射混凝土）、钢筋网、钢拱架（型钢拱架或钢筋格栅拱架）及锚杆等组合而成；表4.2为典型两车道隧道初期支护参数参考表；
表4.2典型两车道隧道初期支护参数（参考）
围岩情况
洞室埋深
初期支护
拱墙湿喷砼
模筑仰拱
系统锚杆
钢支撑
标号
厚度
标号
厚度
直径
长度
间距
类型
规格
纵距
（cm）
（cm）
（mm）
（m）
（m）
（m）
Ⅴ级
浅埋
C25
24
C25
24
25
3.5
1
工字钢
I18
0.5
深埋
C25
24
C25
24
25
3.5
1
工字钢
I18
0.7
Ⅳ级
浅埋
C20
20
22
3
1.2
钢格栅
25（4）
0.7
深埋
C20
18
22
3
1.2
钢格栅
25（4）
1
Ⅲ级
深埋
C20
10
22
2.5
1.2
Ⅱ级
深埋
C20
5
22
2.5
≤1.2
3.设计时所有喷射混凝土应采用湿喷技术，严禁使用其它形式的喷射方法施工，Ⅴ级围岩段采用C25喷射混凝土；其余段落采用C20喷射混凝土
4.设计中在计算喷射混凝土数量时应考虑预留变形量引起的增量（图纸不绘预留变形量），并在说明中注释，预留变形量按表4.1采用；
钢筋网采用φ6~8mm的HPB235钢筋构成，网目尺寸为20cm×20cm，净保护层厚度不小于2cm；
6.隧道中作为永久结构的锚杆必须采用全长粘结型锚杆，当采用其它类型锚杆时应在锚孔内关注水泥砂浆使锚杆得以永久的保护；
7.Ⅴ级围岩段的锚杆采用φ25mm壁厚5mm正反循环注浆的中空锚杆（锚体拉断强度≥180KN，拉断延伸率不小于6%，其它级别的围岩采用φ22mm的普通螺纹钢水泥药包锚杆，所有的锚杆均应设置端头垫板，垫板尺寸为150mm×150mm×10mm的A3钢板；
8.隧道钢支撑可采用型钢支撑和钢筋格栅拱架，常用的型钢有：
工22、工20、工18、U25，钢筋格栅一般由4根φ22HRB335主筋及φ12HRB335连接钢筋组成；钢支撑架设时应密贴初喷混凝土表面，未密贴的地方应用契形块填撑，契形块的间距不得大于80cm；
9.钢支撑的几何设计应考虑预留变形量的影响
10.钢拱架的分段应隧道的施工方法相对应，同时考虑安装重量不得大于150kg；
4.3二次衬砌
1.隧道复合式衬砌结构中的二次衬砌承担着全部或部分得围岩荷载和全部的设备荷载；其结构计算要按结构荷载法进行计算；分担荷载如表4.3-1所示；
表4.3-1二次衬砌荷载
围岩级别
荷载
Ⅴ
80%~60%的围岩压力+设备荷载
Ⅳ
40%~20%的围岩压力+设备荷载
Ⅲ
设备荷载
Ⅱ
设备荷载
2.二次衬砌拱墙身应采用不小于C25防水素混凝土或钢筋混凝土，仰拱采用不小于C25素混凝土或钢筋混凝土，仰拱回填采用C15片石混凝土；
3.仰拱与边墙之间应用小半径圆弧连接，小圆弧半径不小于1米，并尽可能取大值；
4.二次衬砌在明暗洞交接处、围岩变化处必须设沉降缝，明洞及Ⅴ级围岩每隔16～24米设一道沉降缝，Ⅳ级围岩每隔24～32米设一道沉降缝；
钢筋砼二次衬砌中的主筋净保护层应不小于4cm，主筋直径不小于12mm；表4.3-2为两车道隧道二次衬砌参数参考表
表4.3-2典型两车道隧道二次衬砌参数（参考）
围岩情况
洞室埋深
二次衬砌
拱部及侧墙
仰拱
厚度
主筋
厚度
主筋
（cm）
（mm）
（cm）
（mm）
Ⅴ级
浅埋
45
20（5）
45
20（5）
深埋
45
16（5）
45
16（5）
Ⅳ级
浅埋
40
16（5）
40
16（5）
深埋
35
Ⅲ级
深埋
30
Ⅱ级
深埋
30
4.4明洞
1.明洞两侧边墙位置要采用C20的片石混凝土回填，以利明洞衬砌受力；
2.明洞顶回填土应大于1.5米，一般情况下不大于3米，图4.4为典型的明洞一般构造图；明洞厚度一般取60cm；
3.对洞顶回填土小于3米的两车道明洞，其地基基本承载力要求不小于0.25MPa，对洞顶回填土大于3米或大于两车道的明洞的设计中应由计算确定地基基本承载力。
4.明洞回填土时，要保持两侧的基本平衡，两侧回填的高差应小于30cm，回填土的压实度不小于85%。
5防排水设计
1隧道设计时，除考虑地下水对隧道的影响外，还应考虑地表水系对隧道施工和营运的影响；
2隧道的防排水设计应考虑对周边环境（如居民饮用水、灌溉用水、生产用水）的影响；因地制宜的应用“防、排、堵”相结合的原则；
3洞口段排水沟应于接线路基或天然沟渠连接形成完整的排水系统；
4通常情况下隧道的地下水与路面污水应分别排放；
5有侵蚀性地下水时，应针对侵蚀类型，采用抗侵蚀混凝土，压注抗侵蚀浆液，或铺设抗侵蚀防水层；
6隧道中的排水管沟应按无压方式进行设计；沟或管的泄水能力按下式计算：
式中：
——沟或管的泄水能力（m3/s）；
——沟或管的平均流速（m/s）；
——过水断面面积（m2）；
——平均流速按下式计算：
——沟壁或管壁的粗糙系数；
——水力半径（m）
——水力坡度。
7为防止地下水渗出路面，在路面地下必须设置横向排水盲沟，材料为7X12ｃｍ的塑料盲沟；
8隧道防水板宜采用原生PVC或EVA板材＋无纺布，板材厚度不小于1.2mm，无纺布为短丝３００ｇ／ｍ２，两者不得复合使用；表8为EVA单膜指标（供设计人员参考）
表8EVA单膜指标（供设计人员参考）
序号
检验项目
单位
基本指标
1
厚度
Mm
1.2
2
抗拉强度
Mpa
横≥19纵≥21
3
断裂延伸率
%
横≥650纵≥600
4
热尺寸变化率
%
横≤2纵≤-4
5
低温弯折性
-35℃无裂纹
6
抗渗透性
0.2MPa24小时无渗透
7
耐酸碱性
稳定
9横向排水管（φ７．５ｃｍ的PVC管）及环向盲沟（7X12ｃｍ的塑料盲沟）的间距根据围岩各段落的地下水情况采用５ｍ～１０ｍ；设于初支及二衬之间的纵向排水管，应采用φ７．５ｃｍHDPE双壁打孔波纹管；
10侧埋式排水沟（或中央排水沟）应采用内径不小于φ２２ｃｍ的UPVC双壁打孔波纹管，其管径应根据地下水量和隧道纵坡计算确定。
表11为常用的内径Φ22cmU-PVC（内径Φ22cm）双壁打孔波纹管的指标。
表11U-PVC（内径Φ22cm）双壁打孔波纹管指标
序号
检验项目
标准要求
1
外观
管材内外壁不允许有气泡、裂口、分解变色线及明显的杂质。
内壁应光滑平整，不应有明显的波纹。
外壁波纹均匀。
管材凹部内外壁应紧密熔接，不应出现脱开现象。
2
规格尺寸（mm）
平均外径极限偏差：
-1.5~+0.8
平均内径：
≥216
承口平均内径：
≥250.9
承口深度：
≥55
3
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