公路隧道毕业设计.docx
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公路隧道毕业设计
南昌工程学院
学校名称]毕业论文模板
毕业设计（论文）
土木与建筑工程学院系（院）土木工程专业
毕业设计（论文）题目某特长隧道2标段初步设计
学生姓名Hanson
班级土木工程（地下方向）
学号
指导教师
完成日期2012年6月1日
某特长隧道2标段初步设计
The2sectionofthepreliminarydesignofExtra-longTunnel
总计毕业设计页
表格个
插图幅
摘要
本设计名称为“某特长隧道2标段初步设计”，是按照“新奥法”施工的要求，根据指导老师的要求及所给定的隧道的原始资料和设计技术要求，主要进行了隧道净空断面设计，隧道各级围岩衬砌结构构造设计，防排水设计，横洞设计，施工组织设计，及隧道地质预报和施工监控量测设计等内容。
由工程类比法，根据《公路隧道设计规范》拟定了相应的支护形式,该隧道除洞口段结合地形、地质条件设置，其余均按新奥法原理设计，采用柔性支护体系的复合式衬砌。
初期支护采用锚喷支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网等支护形式组合使用。
严格按照设计规范要求，经过理论验算，所有设计参数都符合规范要求，说明本设计是安全合理的。
关键词：
公路隧道衬砌结构新奥法防排水复合式衬砌
Abstract
Thedesignof"The2sectionofthepreliminarydesignofExtra-longTunnel",isinaccordancewiththe"NewAustrianmethod"constructionrequirements,undertheguidanceoftheteacher'srequestandthegiventunneloftheoriginalinformationandthetechnicalrequirementsfordesign,mainlyfortheclearanceoftunnelsectiondesignoftunnelsurroundingrockatalllevels,liningstructuredesign,waterproofanddrainagedesign,crossdesign,constructionorganizationdesign,andthetunnelgeologicalpredictionandconstructionmonitoringmeasurementdesignetc..
Theengineeringanalogymethod,accordingtothe"codefordesignofroadtunnel."outsupportingforms,thetunnelportalsection,exceptwithterraingeologyconditionisset,therestaccordingtothetheoryofNATMdesign,usingtheflexiblesupportingsystemforcompositelining.Initialsupportusingboltingshotcrete,bolt,composed,steelnetsupportingformincombination.Instrictaccordancewiththerequirementsofthedesigncode,throughtheorycalculation,allthedesignparametersareconsistentwithregulatoryrequirements,thedesignisreasonableandsafe.
Keywords:
Highwaytunnel；Liningstructurein；NATM；Drainage；Compositelining
第一章绪论
1.1研究的背景和意义
随着经济的迅速发展，交通工程已经成为国民经济发展的强力驱动与支撑。
随着高速公路建设的推进，交通基础设施建设也不断深入，目前隧道工程也已经成为公路交通系统中的重要组成部分。
它对优化道路线形、缩短公路里程有重大影响；同时对促进周边地区环境保护、经济发展及国防建设也具有深远影响。
据统计，隧道工程占高速公路工程的比例正逐年增加，这反映了我国公路隧道工程的建设经济实力的提高和技术水平的进步。
为了保持国民经济的持续、快速、健康发展，为了扩大内部需要，加快基础设施建设，我国也加大了对公路建设的投入，公路建设蒸蒸日上，因此，今后公路隧道修建将会越来越多。
通过本次设计，能更好的巩固大学四年来所学的各个方面的知识，培养个人的思考能力和动手能力，并能将所学的书本知识很好的联系到实际的设计操作中去，对隧道设计的初步阶段有初步的掌握及需要注意的规范要求有了必要的认识和了解，同时要系统的掌握设计计算步骤、方法，培养我们分析、解决问题的能力，为以后的走上工作岗位，从事有关设计、施工等具体实践工作奠定良好的理论及实践基础。
为今后祖国基础设施建设的隧道工程中贡献力量。
国内外研究概况
1.2.1国内发展简介
建国后30年所修建的均较低，线形指标要求不高。
我国公路运输服务方式和经营主体日益呈现多样化的趋势。
目前公路运输存在较多的问题，公路交通的基础设施水平还较差。
五十年代，我国仅有公路隧道30多道，但标准也很低。
进入八十年代，公路隧道的发展逐渐加快，具有代表性的工程有深圳梧桐山隧道和珠海板樟山隧道，福建珠海隧道和马尾隧道，甘肃七道梁隧道等。
到1990年底，我国建成的千米以上隧道已有十余座。
在大型公路隧道建设中，技术也随着不断提高，并学习和引进了很多国外先进技术。
福建鼓山隧道，洞内设有照明、吸音、防潮、通讯、防火等装置和闭路电视监控及雷达测速系统，这是我国第一座现代化的公路隧道。
为适应公路隧道建设的发展，八、九十年代，交通部组织编写了公路隧道的设计、施工、通风、养护照明建设技术等规范，对我国公路隧道建设起到了促进与推动作用，目前，我国公路隧道技术已有长足的发展，对围岩动态量测反馈分析技术，组合式通风技术，运营交通简易监控技术，新型防水、排水、堵水技术，围岩稳定技术，支护及衬砌结构技术等都有许多成功实例，其中大部分成果已处于国内领先水平，还有一些成果已达到国际先进水平。
然而公路质量与发达国家相比差距仍很大，还不能满足国民经济及社会发展的需求公路数量少、等级低、质量差。
1.2.2国外发展简介
国外隧道建设发展时间比较早，北欧瑞典和芬兰更是其中佼佼者。
瑞士在100多年前就建设了一条15km的铁路隧道。
瑞士1980年建设的St.Gotthard公路隧道20多年以来一直都是世界最长公路隧道。
挪威在2000年建成并投入运营的Leserdal隧道长25km，成为世界上最长的公路隧道。
瑞士在100多年的隧道建设中，欧洲各国逐步形成了自己的风格和特色，并积累了丰富的经验，许多技术和经验值得国内隧道同行的工程师们借鉴和学习。
第二章隧道设计说明
2.1隧道设计概况
该特长隧道是一座上下分离式的四车道公路特长隧道，左线隧道起讫桩号ZK6+500——ZK8+000,隧道总长1500m，右线隧道起讫桩号YK6+500——YK8+000，隧道总长1500m。
采用人字坡形，坡度为2.0%，两端设置明洞。
行车道宽度均按设计行车速度80Km/h考虑；，隧道衬砌结构设计采用“新奥法”复合式衬砌、高压钠灯光电照明、机械通风；隧道洞门形式主要采用端墙式洞门。
隧道围岩级别以III、IV级为主。
2.2技术标准及设计依据
（一）、公路等级：
二级公路
（二）、设计行车速度：
80km/h
（三）、隧道净宽：
10.25m（3.75×2+0.75+0.50+0.75+0.75）
（四）、隧道净高：
5.0m
（五）、交通量：
按第20年（2032年）交通量5280辆/日小客车进行设计。
（六）、隧道环境卫生标准：
交通阻滞时的平均车速采用10Km/h；
CO设计浓度上行线为300ppm,下行线为300ppm；
烟雾设计浓度上行线为0.007，下行线为0.009
（七）、设计依据：
①《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
②《公路隧道设计规范》（JTJD70-2004）
③《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）
④《公路路基设计规范》（JTJ013-86）
⑤《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012-84）
⑥《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）
⑦《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）
2.3隧道建设地区工程水文地质
（一）、区域地形、地貌
该公路隧道起点位于井冈山厦坪镇神源村附近，终点位于鹅岭乡神源村新屋小组附近，为一座上下分离式的四车道公路特长隧道。
沿推荐线隧道轴线，区内的最高点标高为1154.7米左右，隧道入口标高约为350.6米左右，相对高差约为804.10米，隧道出口标高约为374米左右，相对高差为780.7米。
隧道洞身山间冲沟发育，有些冲沟发育成水溪，主要为山间洪水和地下水的排泄通道。
该公路隧道比较线从厦坪镇神源村垄口小组以西约1000米处入口，入口处地貌为低山山体，山势较陡，山体自然斜坡为65°左右，植被发育。
（二）、水文与气象
区内气候属中亚热带季风型，四季分明，雨量充沛，冬无严寒，夏无酷暑等特点。
多年平均气温在14℃，最热月为7月，日平均温度24℃，极端最高日温33.7℃；最冷月为1月，日平均气温3.4℃，极端最低日温-11℃。
年平均日照1500小时，无霜期年平均为246天。
年平均降雨量12.60
（三）、地形地貌
隧道区以中低山地貌为主，山势陡峻，植被发育，自然坡度一般35°~55°，局部达65°左右，山体连绵起伏，微地貌发育，主要有山间冲洪积小盆地及山间冲沟等，山间冲沟一般常年均有流水，水质清澈，水量较大；隧道山体走向比较紊乱，大致呈南西向。
沿比较隧道轴线，区内的最高点标高为1109.00米左右，隧道入口标高约为380.00米左右，相对高差约为729.00米，隧道出口标高约为387.00米左1865毫米，降雨日214天，雷暴日68天。
降雨季节比较均匀，但夏季比其他月份约多4—8%。
春秋多云雾，年平均雾日96天，相对湿度在80%左右。
隧道入口和出口附近均发育有小溪，水量较大，长年流水。
隧道洞身冲沟发育，有些冲沟进一步发育为小溪。
区内小溪水流较大，流速遄急，落差较大。
区内地表水主要接受地下水和大气降水量的补给，因此地表水随大气降水的变化较大。
（四）、水文地质条件
1、井、泉分布情况、根据对隧道区内的工程地质调查和访问，在隧道区内，山间冲沟的沟底和山间洼地地下水露头，一般四季均有涌水，水量较大。
2、地下水类型、水体，丰水期，它可以接受地表水的侧向补给。
断陷盆地赋存的孔隙—裂隙地下水，接受区域地下水的侧向补给及降水的垂向补给，作缓慢的侧向（由盆边向
中心或地形低洼处）运动，排泄于河流。
3、地下水水质及其腐蚀性、本次勘察对隧道进出口附近的地表水及钻孔的地下水进行了取样和水质分析，水质分析结果见附表中的水质分析报告。
根据《公路工程勘察规范》（JTJ064-98）水质评价标准，进出口段地表水类型为重碳酸钾、钠型水，腐蚀等级为无腐蚀，常规防护，地下水类型为重碳酸钾、钠型水，腐蚀等级为无腐蚀，常规防护。
4、水文地质试验、为了评价含水层的富水性，推测和计算钻孔最大涌水量和单位涌水量，查明含水层的水文地质参数，为隧道涌水量的预测提供依据，本次勘察在钻孔中进行了压水试验工作，压水试验按规范要求进行。
根据钻孔压水试验确定岩层的透水率（q）及渗透系数（K），按岩层的透水率确定其裂隙系数。
（五）、不良地质现象
根据工程地质调查及钻探所示，隧道区主要存在的不良地质现象有：
隧道比较线及推荐线洞身均发育1条推测构造破碎带，同时构造破碎带6条以及揭露构造破碎带3条，在这些破碎带中，岩体破碎，成洞性差，隧道稳定性不好，在隧道施工过程中易产生掉块等不良现象；又由于这些破碎带中，地下水丰富，当隧道开挖到这些地带时，可能会产生涌水现象。
直接影响到洞室的稳定，应超前支护处理。
破碎带为地下水富集中带，开挖期间容易引起涌水，以导致塌方。
5、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》（JTJD70-2004）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。
表2-1围岩级别划分总表
围岩级别
隧道名称
III级
（米）
Ⅳ级
（米）
总长
（米）
某特长隧道
975
525
1500
各类围岩比例（%）
65%
35%
100%
2.4横断面设计
2.4.1建筑限界
根据《公路隧道设计规范》，隧道高度5米，行车道宽度3.75米，双车道布置，净宽10.25米，其中左侧向宽度为0.5m，右侧向宽度为0.75m，左侧检修道宽度为0.75m，右侧检修道宽度为0.75m，路面坡度采用2.0%；车行横通道高5.0m，路面宽度为4m，不设侧向余宽，左右侧检修道宽度均为0.25m；人行横通道高2.5m，路面宽2m，不设侧向余宽和检修道；
该公路隧道的建筑界限按80km/h时速进行设计，建筑界限取值确定如下：
图2.1隧道建筑界限（单位：
cm）
建筑界限横断面宽度如下表：
表2-2建筑界限设置（单位：
cm）
设计速度
车道宽度
侧向宽度
检修道J
顶角宽度
（km/h）
W
左侧
右侧
左侧
右侧
左侧
右侧
80
2×375
50
75
75
75
50
75
2.4.2内轮廓设计
根筑界限，利用三心圆，得出各断面内轮廓如见下图：
图2.2隧道标准断面内轮廓（单位：
cm）
图2.3紧急停车带断面内轮廓（单位：
cm）
2.5洞口、洞门及明洞设计
结合隧道进出口地形、地貌、工程地质和气象等自然条件以及其对坡面稳定、气象灾害、景观调和、车辆运行的影响，并考虑到施工开挖边坡的稳定性，本着“早进洞晚出洞”、“少开挖”的原则，确定隧道进出口位置、明洞形式，洞门形式的选择力求结构简单，并与洞口地形、地貌协调一致。
2.5.1洞口、洞门设计
隧道进口及洞身通过地段覆盖层、风化层较薄，洞门设明洞，明洞形式采用拱形明洞，明洞净空满足隧道建筑限界要求。
（1）洞门宜与隧道轴线正交，洞门构造及基础设置应遵循下列规矩：
①洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5，洞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1.0，洞门墙顶高出仰坡不小于0.5。
②洞门墙应根据实际需要，设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按计算或结合其它工程类比确定。
③洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地形及地质条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定。
基底埋入土质地基的深度不应小于1.0，嵌入岩石地基的深度不应小于0.5；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25；地基为冻胀土层时，应进行防冻胀处理。
基底埋置深度应大于墙边各沟、槽基底的埋置深度。
④松软地基上的基础，可采取加固基础措施。
⑤洞门结构应满足抗震要求。
（2）洞门部分在地质上通常是不稳定的。
应考虑避开滑坡、崩塌、泥石流等不良地质地段。
（3）本隧道入口处围岩分级为Ⅳ级，区域岩质稳定、地形开阔。
经综合考虑宜采用端墙式洞门形式，洞门上方女儿墙应有一定的高度，并有排水沟渠，使地表水沿排水渠道有序排离洞门，防止地表水沿洞门流入洞内。
洞门接长明洞，减少对仰、边坡的扰动，是洞门墙离开仰坡底部一段距离，确保落石不会滚落到行车道上。
边、仰坡交界处应采用圆角法开挖，以减少雨水冲刷。
图2.4端墙式洞门
2.5.2明洞设计
明洞净空必须满足隧道建筑限界要求，洞门一般作为直立端墙式洞门，明洞断面同隧道断面，明洞衬砌初步用于出口明挖段，明洞采用全断面整体式钢筋混凝土衬砌，考虑到环境保护的要求，洞口地段边坡仰坡采用护面墙、植草皮等防护措施，进口洞仰坡采用锚喷混凝土防护措施确保安全。
2.6隧道防、排水设计
（1）隧道防排水是保证隧道适用性以及衬砌结构、路面、设备耐久性的关键。
设计原则为使衬砌内壁不渗水。
隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则。
设计中采用的措施要求达到：
排水通畅、防水可靠、施工方便，是隧道洞内基本干燥，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全，形成完整的防排水体系。
（2）隧道内设置纵向排水管、环向排水管、横向排水管、环向盲管等形成岩体－环向排水管－纵向排水管－横向盲管－中央排水管－洞外一个完整的闭合回路，使岩体内的渗水可以畅通的排出，另外对于集中出水点，可预埋半管。
对于路面排水，设置开口式边沟，为防止预制块接缝间漏水，在接缝间设置防水板。
（3）隧道内所有施工缝和沉降缝均设置中埋式排水橡胶止水带。
（4）隧道采用复合式衬砌，在初期支护和二次衬砌之间应设置防水板，防水板应采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1.0mm，接缝搭接长度不小于100mm。
在防水卷材与喷混凝土层间设置土工布，其作用兼作衬背排水层及缓冲层。
（5）对于出水量较大的地段，采用超前注浆堵水，浆液采用水泥和水玻璃混合浆液，以加快其凝固速度。
（6）由于隧道所在区域冬季较为寒冷，故采取中心排水管深埋的措施。
（7）处于单标高的洞门墙，洞门外1m的地方均设路基横向截水沟，防止洞外路基路面水顺坡流入洞室。
（8）对于洞口排水，在洞口仰坡边缘5m以外，设置天沟，并加以铺砌。
对洞顶地表的陷穴、深坑加以回填，对裂缝进行堵塞。
为了防止洞外水流入隧道内，在地表水上游设置反向排水边沟或采取截流措施，地下水上游设泄水洞，洞外井点降水。
2.7隧道支护设计
在隧道及地下工程中，支护结构通常分为初期支护（一次支护）和永久支护（二次支护、二次衬砌）。
一次支护是为了保证施工的安全、加固岩体和阻止围岩的变形。
二次支护是为了保证隧道使用的净空断面和结构的安全而设置的永久性衬砌结构。
2.7.1衬砌设计规定
衬砌设计应符合下列规定：
（1）衬砌断面宜采用曲边墙拱形断面。
（2）隧道围岩较差地段应设仰拱。
仰拱曲率半径应根据隧道断面形状、地质条件、地下水、隧道宽度等条件确定。
路面与仰拱之间可采用混凝土或片石混凝土填充。
当隧道边墙底以下为整体性较好的坚硬岩石时，可不设仰拱。
（3）隧道洞口段应设加强衬砌。
加强衬砌段的长度应根据地形、地质和环境条件确定，一般情况下两车隧道应不小于10m。
（4）围岩较差地段的衬砌应向围岩较好地段延伸5至10m。
（5）偏压衬砌应向一般衬砌段延伸，延伸长度应根据偏压情况确定，一般不小于10m。
（6）净宽大于3.0m的横通道与主洞的交叉段应设加强衬砌，加强段衬砌应向各交叉洞延伸，主洞延伸长度不小于5.0m，横通道延伸长度不小于3.0m。
2.7.2衬砌结构选择
隧道衬砌结构的选择必须结合施工技术，安全作业以及使用适应性、造价综合考虑确定。
本隧道衬砌结构采用复合式衬砌。
目前复合式衬砌是隧道工程常采用的衬砌结构。
复合式衬砌的设计，目前以工程类比为主，理论验算为辅。
结合施工，通过测量、监控取得数据，不断修改和完善设计。
复合式衬砌是由初期支护和二次支护组成的，初期支护是限制围岩在施工期间的变形，达到围岩的暂时稳定；二次支护则是提供结构的安全储备或承受后期围岩压力。
两层衬砌之间宜采用缓冲、隔离的防水夹层，其目的是，当第一层产生变形及形变压力较大时，仍给予极少量形变的可能，可降低形变压力。
而当一次衬砌支护力不够时，可将少量形变压力均匀的传布到二次衬砌上，并依靠二次衬砌进一步制止继续形变，且不使一次衬砌出现裂缝时，二次衬砌也出现裂缝。
由于二层衬砌之间有了隔离层，则防水效果良好，且减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝。
确定开挖尺寸时，应预留必要的初期支护变形量，以保证初期支护稳定后，二次衬砌的必要厚度。
复合式衬砌的优点：
（1）设计、施工工艺过程与其相应的衬砌及围岩受力状态均较合理。
（2）质量可靠，能够达到较高的防水要求。
（3）便于采用锚喷、钢支撑等工艺。
（4）既能够充分发挥锚喷支护的优点，又能发挥二次衬砌永久支护的可靠作用。
2.7.3衬砌设计
该特长公路隧道2标段围岩类别为III、Ⅳ类，地质条件较为良好，设计衬砌断面均为曲墙式，III、IⅤ类围岩地段采用带仰拱复合式衬砌。
设置仰拱不仅是满足地基承载力的要求，更重要的是使结构及时封闭，提高结构的整体承载力和侧墙抵抗侧压力的能力，抵御结构的下沉变形，达到调整围岩和衬砌的应力状态的目的，使衬砌处于稳定状态。
复合式衬砌以锚杆、喷射混凝土和钢筋网混凝土、钢拱架为初期支护，模筑混凝土或钢筋混凝土为二次支护，在两次支护之间设PVC复合防水板作为防水层。
（1）初期支护
III、IⅤ类围岩初期支护采用径向系统锚杆、钢筋网及喷射混凝土。
（2）二次衬砌
根据隧道荷载大小确定其厚度及是否采用钢筋混凝土，二次衬砌施作的合理时间应根据施工检测数据确定，尽可能发挥初期支护的承载力，但又不能超过其承载能力。
2.8隧道通风设计
2.8.1通风设计应考虑的因素及应符合的要求
公路隧道通风设计应综合考虑交通条件、地形、地物、地质条件、通风要求、环境保护要求、火灾时的通风控制、维护与管理水平、分期实施的可能性、建设与营运费用等因素。
目前道路隧道通风方式大体如下：
自然通风
射流风机纵向通风
纵向通风竖（斜）井集中排风纵向通风
隧道通风方式竖（斜）井排送组合纵向通风
送风式半横向通风
半横向通风
机械通风排风式半横向通风
全横向通风
混合式通风
根据《公路隧道工程设计规范》，隧道通风应符合以下要求
（1）单向交通的隧道设计风速不宜大于10m/s，特殊情况下可取12m/s；双向交通的隧道的设计风速不应大于8m/s；人车混合通行的所遇到设计风速不应大于7m/s。
（2）风机产生的噪音及隧道中废气的集中排放均应符合环保的有关规定。
（3）隧道内运营通风的主流方向不应频繁变化。
（4）确定的通风方式在交通条件等发生变化时，应具有较高的稳定性，并能适应火灾工况下的通风要求。
2.8.2通风设计
在隧道运营期间，隧道内保持良好的空气和行车安全的必要条件。
为了有效降低隧道内有害气体与烟雾的浓度，保证司乘人员及洞内工作人员的身体健康，提高行车的舒适性和安全性，公路隧道应
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