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隧道设计计算书

贵开高速都溪隧道右线施工图设计

摘要：

贵阳至开阳都溪隧道是一座上下行分离的双向四车道长隧道，全线位于贵阳市白云区都拉营镇都溪村境内，本隧道是贵阳至开阳的重要交通路线。

严格按照现行公路隧道设计规范和设计任务书的要求，本设计只进行贵阳至开阳都溪隧道右线的施工图设计，公路设计等级为高速公路，设计时速为80km/h,隧道全长1215m。

衬砌结构计算方面，洞身段主要采用复合式衬砌，初次支护采用弹塑性理论（地层结构法），考虑地层与围岩之间的相互作用，进行锚喷支护的设计与计算；二次衬砌运用有限元软件进行结构内力分析并根据分析结果进行配筋和验算。

洞门设计方面，充分考虑洞口位置的地形、地质情况，贵阳端采用端墙式洞门，开阳端采用翼墙式洞门。

隧道通风采用射流式纵向通风；照明采用钠光灯照明。

排水方面，遵照“截、堵、排”相结合的设计原则处理地下水的问题。

施工方面，采用新奥地利隧道施工法，从两端洞门同时进行开挖,根据不同围岩级别分段施工，主要采用全断面法，单向侧壁导坑开挖法和台阶法，以及光面爆破，并进行合理的施工组织设计。

关键词：

隧道；复合式衬砌；洞门；新奥地利隧道施工法

Theconstructiondrawingdesignoftherightlineinguikai

highwayduxitunnel

Abstract:

TheDuxitunnelfromGuiyangtoKaiyangisanascending-descendingseparationbidirectionalfourvehicletrafficlanespriesttunnel,whichlocatesatDuxivillageDulayintownintheGuiyangBaiyunDistrict,thistunnelisimportanttransportationroutefromGuiyangtoKaiyang.Accordingtotherequestofpresenthighwaytunneldesignstandardandthedesignprojectdescription',thisdesignonlycarriesontunnelrightlineconstructiondrawingdesignfromGuiyangtoKaiyang,whosehighwaydesignrankisthehighway,thedesignspeedis80km/h,andthetunnelspan1215m.Inthetermofliningworkstructurecomputation,theholefiguremainlyusescompositelining,theprimarysupportsandprotectionsusetheelasto-plasticitytheory（stratalconfigurationlaw）,considethenteractionbetweenstratumandcountryrock,andadoptthedesignandcayulationofshotcrete-anchoragesupport;SecondaryliningcarriesonthestructureendogenicforceanalysisusingthefiniteelementsoftwareandcarrIesonthereinforcingbarsandthecheckingcalculationbasedontheanalysisresults.Inthetunnelportaldesignaspect,havingfullyconsideredtheterrainoftunnelopenning,thegeologicalsituation,theendof

Guiyangsectiontunnelusestheendwalltypeportal,theKaiyang'sendusesthewingwalltype

portal.Thetunnelventilationuseslongitudinalventilationofthejetflowtype;Theilluminationusesthesodiumlampillumination.Inthedrainingwateraspect,thedesigndealswiththequestionoftheundergroundwaterfollowingtheprincipleofthetruncation,stopsup,theplatoon.Intheconstructionaspect,thedesignusesNATMtunneltechnology,excavatesfromthebothsidesofportal.carriesonpartitionconstructionbasiedonthedifferentadjacentformationrank,theconstructionfunctionmainlyadoptstheexcavationmethodofunidirectionalsidewallguidinghole,benchingtunnellingmethod,aswellasperimeterblasting,andcarriesonthereasonableconstructionorganizationplan.

keyword：

tunnel；compositelining；tunnelportal；NATM

第一章绪论

1.1隧道简介

1.1.1隧道及其分类

隧道通常指作用地下通道的工程建筑物。

一般可分为两大类：

一类是修建在岩层中的，称为岩石隧道；一类是修建在土层中的，称为软土隧道，埋深较浅的隧道，一般采用明挖法施工，埋置较深的隧道则多采用暗挖法施工。

隧道按其所处的位置不同可分为山岭隧道、水下隧道（河底和海底）以及城市隧道等。

隧道按其横断面形状分为圆形、椭圆形、马蹄形、眼镜形（孪生形）等。

隧道按其用途可分为交通隧道（包括公路隧道、铁路隧道、城市地铁、人行隧道等）和运输隧道（包括输水隧道、输气隧道、输液隧道等）。

公路隧道按其长度的不同又分为四类,见表1-1所示：

表1.1公路隧道分类

隧道分类

特长隧道

长隧道

中隧道

短隧道

隧道长度（m）

L>3000

3000≥L>1000

1000≥L>500

L≤500

隧道长度，是指进出口洞门端墙之间的水平距离，即两端端墙面与路面的交线同路线中线交点间的距离，并以此作为计量支付的依据。

尽管隧道有各种用途、不同长度及横断面形状，但其构造组成大体相同，均由主体建筑物和附属建筑物两大部分组成。

1.1.2隧道的作用及其优点

隧道在山岭地区可用做克服地形或高程障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏，保护生态环境；还可用做克服落石、坍方、雪崩、雪堆等危害。

在城市可减少用地，构成立体交叉，解决交叉路口的拥挤阻塞，疏导交通，保护环境，提高社会综合效益。

在江河、海峡、港湾地区，可不影响水路通航。

修建隧道既能保证路线平顺、行车安全、提高舒适性和节约运费，又能增加隐蔽性、提高防护能力和不受气候影响。

1.1.3隧道工程及其发展

隧道工程从原始的洞室开挖（明挖法，盖挖法），经历了钻爆开挖，发展到现在的盾构法，沉管法，顶管法和沉箱法。

计算理论也经历也一发展阶段，依次经历了刚性理论，弹性理论，弹塑性理论，连续介质理论和数值分析和反馈理论。

隧道施工的应用范围也不断地扩大，由岩质隧道扩展到现在的土质隧道和水工隧道，由铁路隧道扩展到公路隧道，地铁隧道，水工隧道，地下管线隧道，观光隧道，相应的施工方法也由单一的木支撑开始，经历了钢支撑，发展到现在的柔性支付（复合式支护）。

对于开挖的隧道柔性支护应用越来频繁，设计理论由荷载结构法发展到现在的地层结构法。

荷载结构法计算比较简单，但没有考虑围岩和结构之间的相互作用，与工程实际相比误差较大。

目前，地层结构法还处于发展阶段，国内外诸多学者提出许多计算模型，例如，同济大学孙军院士提出隧道网络神经分析法，侯学渊教授提出的同济大学模型，PECK.R.B教授提出PECK公式等，对地层结构法的发展和完善起着极大的推动作用。

随着隧道向软土等复杂地质条件下的应用，盾构技术也越来越受到重视，作为一种非开挖技术，盾构法能够有效地控制地面沉降，提高施工效率等，盾构机机型也不断增加，主要有泥土静压平衡盾构，泥水静压平衡盾构，网格挤压盾构，网格水力机械出土盾构等，能够适应不同的地质情况，大大地扩展了施工范围。

随着计算理论的发展，数值分析的应用，施工监测和信息反馈不断发展，施工经验的积累，隧道工程技术不断也不断地向前迈进

1.1.4新奥法施工

新奥法是本世纪四十年代开始发展起来的，它是以喷混凝土和锚杆为主要支护手段的一种方法。

这种方法把坑道的衬砌支护与围岩看作是互相作用的一个整体，既发挥围岩的自承能力，又使支护起到加固围岩的作用。

在确保坑道稳定的基础上，使设计更加合理、经济。

目前这种方法还处于经验设计阶段，需在实施过程中根据现场测量数据加以修正。

新奥法与传统的矿山法相比，更能结合实际地质条件。

随着理论上的日益完善，将会在地下工程中得到更加广泛的应用。

1.2目的和意义

1.2.1立题的目的:

毕业设计是对大学四年学习知识的检验和考察，通过这次毕业设计使学生对本专业的知识有更深一步的了解，和更深一步的掌握，以便在以后的学习工作中能灵活的运用所学专业的知识。

1.2.2立题的意义：

本项设计是贵阳至开阳高速公路都溪隧道右线施工图设计，公路等级高，技术标准高，将其作为毕业设计课题，是把所学的基础理论、专业知识、基本技能综合运用于实际工程设计中的一次完美组合，本项毕业设计有针对性地在隧道选线、隧道衬切、支护设计、隧道洞门设计、隧道防排水设计、隧道通风照明设计、隧道爆破设计、隧道施工组织设计等方面进行了深入研究，通过比较的研究方法，能够使我掌握各分项设计中的重难点，掌握计算的方法及计算要点，满足我以后工作和继续深造的需要。

第二章设计要求

2.1技术要求

2.1.1主要的技术标准

1、隧道设计按实际交通量设计

2、设计速度与净空

（1）设计速度隧道几何线形，断面净空按80km/h设计。

隧道照明设计速度按80km/h设计。

隧道通风设计速度按80km/h设计。

（2）隧道净空：

根据《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）确定

a、建筑限界基本宽度：

行车道宽度：

W—2×3.75m

侧向宽度：

L左—0.50m

L右—0.75m

检修道宽度：

J—0.75m

总基本宽度为：

10.25m

b、隧道建筑限界净高：

5.0m（检修道净高2.5m）。

c、洞内紧急停车带

宽3.5m，长30m，过渡段2×5m，净高5m。

3、洞内环境控制标准

（1）隧道内一氧化碳CO允许浓度：

a、隧道内工作人员休息室和控制人员长期停留的工作间为24ppm。

b、正常营运时为150ppm。

c、发生交通阻塞时，短时间（20min）以内为300ppm。

（2）隧道内烟尘允许浓度：

a、正常营运时：

计算行车速度80km/h时为0.0070m-1；

b、交通阻塞时为0.012m-1

2.1.2材料

1、混凝土：

C25、C35、C40混凝土；

2、钢筋；

3、锚杆；

4、管棚；

5、土工布。

2.2设计基本资料

贵阳至开阳都溪隧道是一座上下行分离的双向四车道长隧道。

隧道左线起讫桩号为ZK121+420～ZK122+665,全长1227m，右线起讫桩号为YK121+400～YK122+615,全长1215m。

左线隧道贵阳端372.415m位于R=1500m、A=547.723的缓和曲线内，开阳端位于直线内；右线隧道贵阳端386.04m位于R=1250m、A=500的缓和曲线内，开阳端位于直线内，最大超高2%。

隧道纵面位于2.5%的上坡段。

左线贵阳端190.5m位于半径为25000m的凸型竖曲线中，开阳端225m位于半径为40000m的凸型竖曲线中。

右线贵阳端204.5m位于半径为25000m的凸型竖曲线中，开阳端180.641m位于半径为40000m的凸型竖曲线中。

第三章初步设计

3.1围岩分类

1、YK122+560～615段

围岩主要为强～弱风化薄层状炭质硅质板岩，少量强～弱风化泥质砂岩，岩石强度低；炭质硅质板岩呈土夹石状，岩体呈角碎状松散结构，围岩类别为Ⅴ类，围岩易坍塌，浅埋时易出现地表下沉或坍至地表。

岩层渗透性差，可能产生浸润状渗水、局部滴状渗水或线状滴水，衬砌不及时易产生塌方。

2、YK121+400～555、YK122+449～560段

围岩为弱～微风化薄层状硅质岩、夹炭质硅质板岩，节理裂隙发育，岩石坚硬，岩体呈块碎石镶嵌结构。

贵阳端洞口处岩层走向与隧道轴线近直交，围岩稳定性较好；开阳端洞口处岩层走向与隧道轴线呈小角度相交，倾角40～50°，

对围岩稳定性影响不大。

围岩类别为Ⅲ类，拱顶未支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，其中YK122+449～560段右侧山体较薄，存在一定的的偏压。

围岩为弱透水层可能产生浸润状渗水、局部滴状漏水。

3、YK121+555～658、YK122+399～449段围岩为弱～微风化薄～中厚层状炭质硅质板岩、炭质砂岩，节理裂隙发育，岩性较坚硬～较软弱，岩体破碎呈碎石状压碎结构，围岩稳定性较差。

围岩类别为Ⅳ类，拱部无支护时可产生大的坍塌，侧壁可能失稳。

围岩为弱透水层，可能产生浸润状渗水、局部滴状漏水。

4、YK121+658～YK122+399段

围岩为微风化～未风化厚层状变质砂岩、夹中～厚层状砂质板岩，岩性坚硬，岩体完整呈大块状砌体结构。

围岩类别为Ⅱ类；YK171+950～YK172+399段岩层走向与洞身轴线小角度相交且倾角平缓，顶板可能产生塌落。

围岩为弱透水层，可能产生浸润状渗水、局部滴状漏水，节理裂隙发育段可能产生线状滴水。

3.2横断面设计要点

隧道净空断面除应符合建筑限界的规定以外，还应考虑通风设备及排水、照明、消防、监控、管线电缆等设施所需的空间，并考虑土压影响，施工方法等必

要的富余量。

经综合考虑该隧道采用曲墙式断面构造。

1、净空

经过断面优化分析后确定隧道净空断面为单心圆。

内空考虑了侧墙预留装修层5cm，拱部考虑了施工误差5cm，净高5.0m，并预留20cm，拱顶部可安装一组（两台）直径Φ1120mm的射流风机，通讯、消防、配电洞室等在侧墙部位另留空间。

2、横断面构造

（1）隧道横断面采用锚喷支护复合模筑混凝土衬砌，内夹防排水层。

（2）路面采用双面横坡，坡度2%，路面双侧设排水沟，路基中心设中心排水沟。

（3）横断面右侧沟槽设弱电缆及消防配水管，左侧沟槽设强电电缆。

（4）紧急停车带净空断面增加紧急停车带宽3.5m，其它同标准断面

3.2.1隧道净空与限界的基本概念

隧道净空：

隧道衬砌内轮廓线所包围的空间，根据“隧道建筑限界”确定的隧道建筑限界：

为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围。

图3.1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-左侧向宽度；LR-右侧向宽度；C-余宽；J-检修道宽度；R-人行道宽度；h-检修道或人行道的高度；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建筑限界高度，高速公路、一级公路、

二级公路取5.0m；三、四级公路取4.5m。

当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应设不小于25cm的余宽。

3.2.2检修道和人行道的设计

高速公路和一级公路隧道内应设置检修道。

其它等级公路隧道，应根据隧道所在地区的行人密度、隧道长度、交通量及交通安全等因素确定人行道的设置。

检修道或人行道宜双侧设置；检修道或人行道的宽度按表3.1规定选取；检修道或人行道的高度可按20—80cm取值，并综合考虑以下因素：

1、检修人员步行时的安全；

2、紧急情况时，驾乘人员拿取消防设备方便；

3、满足其下放置电缆、给水管等的空间尺寸要求。

②连拱隧道的左侧可不设检修道或人行道，但应设

50cm（120km/h与100km/h时）或

表3.1公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度（m）

公路等级

设计速度（km/h）

车道宽度（W）

侧向宽度

余宽

人行道R

检修道J

隧道建筑净宽

左侧LL

右侧

左侧

右侧

设检修道

设人行道

不设人行道、检修道

高速公路一级公路

120

3.75

×2

0.75

1.25

0.75

100

3.75

×2

0.5

0.75

10.5

3.75

×2

0.5

0.75

10.25

3.50

×2

0.5

0.75

9.75

二级公路三级公路四级公路

3.75

×2

0.75

3.50

×2

0.5

3.50

×2

0.25

0.75

3.25

×2

0.25

7.5

3.00

×2

0.25

注：

①三车道隧道除增加车道数外，其它宽度同表；增加车道的宽度不得小于3.5m。

25cm（80km/h与60km/h时）的余宽。

③设计速度120km/h时，两侧检修道宽度均不宜小于1.0m；设计速度100km/h时，右侧检修道宽度不宜小于1.0m。

隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡；当隧道为双向交通时，可取双面坡。

坡度应根据隧道长度，平、纵线形等因素综合分析确定，采用2.0％。

当路面采用单面坡时，建筑限界底边线与路面重合；当采用双面坡时，建筑限界底边线应水平置于路面最高处。

隧道内轮廓设计除应符合隧道建筑限界的规定外，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，同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量，使确定的断面形式及尺寸符合安全、经济、合理的原则。

隧道内路侧边沟应结合检修道、侧向宽度、余宽等布置，其宽度应小于侧向宽度，并布置于车道两侧。

3.2.3隧道衬砌标准内轮廓设计

根据《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）规定，隧道的内轮廓标准拱部为单心半圆R1=543cm,侧墙为大半径圆弧R2=615.8cm,仰拱圆弧半径R4=1415cm，仰拱与侧墙间用一个小半径圆弧连接R3=100cm。

如图3.2所示：

图3.2隧道内轮廓线

3.2.4紧急停车带设计

长、特长隧道应在行车方向的右侧设置紧急停车带。

双向行车隧道，其紧急停车带应双侧交错设置。

紧急停车带的宽度，包含右侧向宽度应取3.5m，长度

应取40m，其中有效长度不得小于30m。

紧急停车带的设置间距不宜大于750m。

停车带的路面横坡，长隧道可取水平，特长隧道可取0.5％—1.0％或水平。

a）

b）

图3.3紧急停车带的建筑限界、宽度和长度（单位：

cm）

a）宽度构成及建筑限界；b）长度

图3.4紧急停车带的内轮廓线

第四章洞门设计

4.1洞门设计步骤

《公路隧道设计规范》关于洞口的一般规定：

1、洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、营运要求，通过经济、技术比较确定。

2、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。

3、洞口边坡、仰坡顶面及其周围，应根据情况设置排水沟及截水沟，并和路基排水系统综合考虑布置。

4、洞门设计应与自然环境相协调。

4.1.1确定洞门位置

4.1.1.1洞口位置的确定应符合下列要求：

1、洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。

2、洞口位置应设于山坡稳定、地质条件较好处。

3、位于悬崖陡壁下的洞口，不宜切削原山坡；应避免在不稳定的悬崖陡壁下进洞。

4、跨沟或沿沟进洞时，应考虑水文情况，结合防排水工程，充分比选后确定。

5、漫坡地段的洞口位置，应结合洞外路堑地质、弃渣、排水及施工等因素综合分析确定。

6、洞口设计应考虑与附近的地面建筑及地下埋设物的相互影响，必要时采取防范措施。

7、洞门宜与隧道轴线正交；地质条件较好；做好防护；设置明洞

4.1.1.2洞口地质条件

贵阳至开阳高速公路隧道右线洞口入口端位于山体斜坡下部，斜坡自然坡度

约为35°左右，隧道轴线与地形等高线在右洞为大角度相交，位置较好，覆盖层为碎石质土等残坡积物，厚度约0.50～3.0m，下伏基岩为弱风化硅质岩，强度高，岩体破碎呈块碎石镶嵌结构。

岩层表层裂隙较发育，在浅部略有张开，往下闭合；岩层走向与线路近正交，倾向与坡向相近，倾角25～35°，自然边坡

较稳定，开挖后易产生崩塌及顺层滑动。

出口端洞门位于侧冲沟中，沟底地形较缓，地形坡度约8°。

覆盖层为可塑状亚粘土，厚度3m左右，下伏强弱风化炭质硅质板岩、灰岩、泥质砂岩，岩体破碎，开挖后稳定性差。

进出口均位于山体斜坡下部及冲沟中，洞门以上汇水面积较大，易形成短暂性小洪流，对洞口易产生不利影响，应采取截水措施。

4.1.2确定洞门类型

4.1.2.1洞门类型及适用条件

洞门的形式很多，从构造形式、建筑材料以及相对位置等可以划分许多类型。

目前，我国公路隧道的洞门形式有

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