隧道工程实训报告

隧道工程综合实训报告

(2011-2012学年第二学期)

班 级：10城轨（1）班 学 号： 姓 名： 指导教师：蒋英礼

完成日期：2012-05-30

教师评语 成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日

洛阳至南阳高速公路大安至寄料段隧道初步设计

摘要

随着科技的发展，社会的不断发展，高速公路的重要性越来越显著，而作为公路的一部分——隧道，对于施工和设计的要求也越来越高。本设计课题为高速公路隧道，重点研究新奥法施工。

洛阳至南阳高速公路大安至寄料段全线设一处隧道，即上台隧道为分离式隧道，左右路线间距为24米，隧道轴线间距35.6米，左线隧道全长1968米，右线隧道全长2079米。

隧址区位于华北地台南缘豫西褶皱带，未发现大的断层。工程地质调绘和物探工作亦未发现断层迹象，故认为场地范围内没有断层。岩性为安山岩，肉红色，粒状结构，杏仁状构造，质坚硬，节理裂隙较发育，微风化～全风化，分布于隧道址全区。本隧道围岩全为安山岩，节理裂隙的发育程度与该岩层埋深、风化程度强弱有关。

目录

第一章 设计原始资料

1.1 采用的技术标准和设计标准规范 1.1.1 主要技术标准 1.1.2 主要设计标准规范 1.2 工程概况 1.3地形地貌 1.4地层岩性 1.5地质构造

1.6隧址区气象水文地质条件 1.7隧道洞室围岩级别 1.8地震烈度 第二章 总体设计 2.1 选址的考虑 2.2 纵断面设计 2.3 橫断面设计

2.3.1 建筑界限

2.3.2 紧急停车带和橫向通道 2.3.3 内轮廓设计 第三章 衬砌设计 3.1 初期支护 3.2 二次衬砌

3.3 围岩压力的计算

3.3.1 断面参数的确定 3.3.2计算垂直均布压力 3.3.3围岩压力计算

3.3.4浅埋和深埋隧道的界限 第四章 施工设计 4.1 施工准备 4.2 辅助施工方法

4.2.1 超前锚杆 4.2.2 超前小导管注浆 4.3 施工设计

4.3.1 总体方案和部署 4.3.2 洞口施工 4.3.3 隧道内施工

参考文献--------吴家寨隧道左线六盘端初步设计 致谢

第一章 设计原始资料

1.1 采用的技术标准和设计标准规范

1.1.1 主要的技术标准

（1）隧道按规定的远期的交通量设计，采用单向行车双车道、上下行车道分离式设计。

（2）隧道设计车速，隧道的几何线型与净空按60km/h设计，隧道照明设计速度按60km/h设计。

1.1.2 主要设计标准与规范

(1) (2) (3) (4) (5)

《公路隧道设计规范》 JTJ026-90 《公路工程技术标准》 JTJ001-97

《公路工程抗震设计规范》 JTJ004-89

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》 GB50086-2001 隧道围岩级别按《公路隧道设计规范》 JTJ026-90

1.2 工程概况

洛阳至南阳高速公路大安至寄料段全线设一处隧道，即上台隧道为分离式隧道，左右路线间距为24米，隧道轴线间距35.6米，左线隧道全长1968米，右线隧道全长2079米。

1.3 地形地貌

隧道址区地貌单元属低山区，进口端地形坡度10～200，出口端地形坡度15～250，隧道上覆低矮灌木和杂草，植被较发育。地面高程374.22～552.72m，相对高差178.5m。该山岭北坡陡，南坡缓，隧道最大埋深176.76米。

1.4 地层岩性

根据地表工程地质调汇及钻孔揭露：隧址区隧道进口、出口路段山坡上有少量坡洪积亚粘土，下伏基岩为中元古界汝阳群（Pt22ry）及熊耳群（Pt22xn）。现将揭示深度范围内各岩土层基本特征由上之下（由新至老）分述如下：

（1）第四系

坡洪积亚粘土（Qe1+d1）：见于进出口地表，褐黄色，含碎石，碎石成分为石英砂岩、安山岩，棱角状，d=2～8cm不等，含量约20～30%，亚粘土，稍湿，松散，下部稍密，本次钻探揭露厚度为0.5～4.9m。

（2）中元古界汝阳群（Pt22ry）

分布在山顶上，里程为K11+780～K12+640路段，厚度4～51m，岩性为砂岩、砾岩夹泥岩页岩。

砂岩（Pt22ry）：紫红色，细晶结构，层状构造，矿物成分主要为长石、石英，硅质胶结，全风化～弱风化，节理裂隙发育程度与风化程度有关，分布在上台隧道山岭顶部，中夹薄层紫红色泥岩、页岩，隧道本身不接触。

砾岩夹泥岩页岩（Pt22ry）：杂色，砾状结构，块状结构，硅质胶结，砾石成分为石英砂岩、砂岩碎块，砾径10～20mm。中夹薄层紫红色泥岩、页岩。泥岩夹层构成软弱结构面。

（3）中元古界熊耳群（Pt22xn）：

岩性为安山岩，肉红色，粒状结构，杏仁状构造，质坚硬，节理裂隙较发育，微风化～全风化，分布于隧道址全区。本隧道围岩全为安山岩，节理裂隙的发育程度与该岩层埋深、风化程度强弱有关。

1.5 地质构造

隧址区位于华北地台南缘豫西褶皱带，未发现大的断层。工程地质调绘和物探工作亦未发现断层迹象，故认为场地范围内没有断层。

根据场地基岩露头测量统计，遂址区岩体构造节理、裂隙较发育。主要发育有五组，裂隙产状为：500 ∠630，930 ∠620，1400 ∠900，1470 ∠630，1700 ∠720，2200 ∠880。微张，裂面平直，节理间距0.1～0.4m。

1.6 隧址区气象水文地质条件

（1）气象

本项目处于北亚热带向温带过渡带，属大陆季风气候区，四季分明，无霜期长，光照适宜，雨量充沛。多年平均气温14.0～15.7℃，历年极端最高气温41.1℃，极端最低气温-21.0℃，多年降雨量在665.3～1173.4mm之间，雨季为6～9月，为洪水多发季节。

（2）地表水

进出口为一小型冲沟，平时无水，仅降雨后有短时小股水流，硫量较小。

（3）地下水

隧址区基岩裸露，进出洞口处，有少量坡洪积亚粘土，赋存少量孔隙水，风化基岩赋存裂隙水，主要靠大气降水补给。钻孔中均见地下水，地下水埋深均高于隧道顶设计高程。遂址进出口处有松散沉积物孔隙水赋存条件，由于土层薄，地形陡，故水量较小，开挖后可出现渗水。安山岩及石英砂岩风化裂隙发育，雨后可赋存少量地下水，由于山势陡峻，坡度大，排水条件好，故水量不丰，开挖后可出现渗水或线状流水。雨季施工，裂隙特别发育处可出现局部涌水现象，施工时应采取设防措施。经水质分析，地下水对混凝土无腐蚀性。

1.7 隧道洞室围岩级别

隧道围岩级别及长度见表1。

表1隧道围岩级别及长度统计表

隧道名称 里程桩号 长度（m） 围岩级别长度（m）

Ⅴ Ⅳ Ⅲ

上台隧道 ZK11+051～ZK12+000 949 69 269 611

YK10+991～YK12+000 1009 107.6 88 813.4

1.8地震烈度

本地区地震等级为七度,隧道的抗震性与地层密切相关,震害多发生在地层条件变化大和产生地层破坏的地点.地震受害的模式,大体上有三种:

(1)洞门、洞口受害,一般说,洞门、洞口多处于软弱的土砂地层种,地层的位移大,因而易于受害；

(2)不良地质区间的受害,不良地质区间在埋深大的场合,较难受震害,发生的比较少.此种震害都集中在有特殊条件的,如构造上有缺陷(厚度不足、背后有空洞等);

(3)断层错动的受害,隧道贯穿断层的场合,伴随断层的残留位移而受害.

第二章 总体设计

2.1 选址的考虑

隧道设计应附合以下原则：

（1）在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查基础上，综合必选隧道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等，提出推荐方案。地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向，以避开不良地质地地段；长隧道位置也应可能避开不良地质地段，并与路线走向综合考虑；中，短隧道可服从路线走向。

（2）根据公路等级和设计速度确定车道数与隧道界限。在满足隧道功能的结构受力良好的前提下，确定经济合理的断面轮廓。隧道内外、纵线形应协调，以满足行车的安全，舒适要求。

（3）根据隧道长度，交通量及其构造、交通方向及环保要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交通监控等机电设备的设计规模。必要时特长隧道要做防火专项设计。

（4）应结合公路等级，隧道长度、施工方法、工期与运营要求，对隧道内外防排水系统、消防给水系统、辅助通道、管理设施等做综合考虑。

（5）当隧道与邻近建筑有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。

大安至寄料段隧道位置包括洞身和洞口的两项，主要以地形，地质为主等进行综合考虑，宜首先排除不良地质地段，按地形条件拟定隧道及接线方案，在进行深入的地质调查，综合各方面因素，拟定隧道位置。

2.2 纵断面设计

本隧道的基本坡道形式为单坡，坡道形式的选择依据与纵坡坡度

的主要控制因素为通风问题及汽车行驶的利害。隧道的纵坡以不防碍排水的缓坡为宜，如果坡道过大，对汽车行驶、施工管理及养护管理都不利。单向通行的隧道设计对通风是有利的，汽车单向行驶产生的

废气少。因此，大安至寄料段高速公路隧道整体设计是单坡，纵坡坡度为1.5%。

2.3 橫断面设计

2.3.1 建筑界限

大安至寄料段隧道的建筑界限按60km/h时速设计，建筑界限取值如下表：

建筑界限橫断面宽度如下表：

表2.1 建筑界限设置 （单位：m） 侧向宽度 检修道J 顶角宽度 设计时车道宽 速 度 w 左侧 右侧 左侧 右侧 左侧 右侧 60km/h

7.5 0.75 1.25 0.75 0.75 0.5 0.5

表2.1 隧道建筑界限（单位：m）

2.3.2 紧急停车带和橫向通道

鉴于本隧道是长隧道，需要设置紧急停车带和橫向通道。设置宽2.5m、长25~40m的紧急停车带，间隔为750m。设有横向行人和行车通道。

2.3.3 内轮廓设计

根据隧道界限，利用三心圆法，得出隧道断面内轮廓图如下：

表2.3 隧道内轮廓 （单位：m）

第三章 衬砌设计

本隧道采用复合式衬砌，分初期支护和二次支护。初期支护采用喷锚支护，二次支护采用混凝土衬砌。

3.1 初期衬砌

初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用。根据不同围岩区别组合，锚杆支护采用全长粘结锚杆。由工程类比法，结合《公路隧道设计规范》，初期支护喷射混凝土材料采用C25级混凝土，支护参数取值如下：

表 3.2 初级支护参数表 围岩喷射砼厚度锚杆（m） 级别 （cm） 钢筋网 拱墙 仰拱 位置 长度 间距 杆件材料 Ⅲ 35 35 拱墙 3.0 1.0 20MnSi 钢筋 拱墙 @25ⅹ25 钢拱架 - Ⅳ 40 40 拱墙 3.5 1.2 20MnSi 钢筋 拱墙（双- 层）@25ⅹ25 其他参数、锚杆布置见衬砌断面图。

3.2 二次衬砌

二次衬砌采用现浇模筑混凝土，利用荷载结构法进行衬砌内力计算。二次衬砌厚度设置如下表：

表3.3 二次衬砌支护参数 围岩等级 拱、墙混凝土厚度 仰拱混凝土厚度 Ⅲ 35 - Ⅳ 40 35

图3.1 Ⅳ级围岩衬砌图（单位：m）

m1MX1MCMCMCM

图3.2 III级围岩衬砌图（单位：m）

3.3围岩压力的计算

对于IV级围岩，各力如下：

轴力最大的结点58，轴力199.283，剪力2.879，弯矩-11.216，位移0.000。 剪力最大的结点27，轴力-97.310，剪力28.080，弯矩18.270，位移0.000。 弯矩最大的结点27，轴力-97.310，剪力28.080，弯矩18.270，位移0.000。 位移最大的结点2，轴力135.158，剪力6.225，弯矩17.330，位移0.001。

对于III级围岩，各力如下：

轴力最大的结点58，轴力199.283，剪力2.879，弯矩-11.216，位移0.000。剪力最大的结点27，轴力-97.310，剪力28.080，弯矩18.270，位移0.000。弯矩最大的结点27，轴力-97.310，剪力28.080，弯矩18.270，位移0.000。位移最大的结点2，轴力135.158，剪力6.225，弯矩17.330，位移0.001。

3.3.1 断面参数确定

隧道高度h=内轮廓高度+衬砌厚度+预留变形量 隧道跨度b=内轮廓宽度+衬砌厚度+预留变形量

表3.3 预留变形量 （单位：mm） 围岩级别 两车道隧道 20～50 III 50～80 IV 注：围岩破碎时取大值；围岩完整时取小值。 所以：预留变形量，III级围岩为0.004m;IV围岩为0.005m. 得出：

III级围岩 h=8.89+0.15+0.04=8.98m

b=11.40+0.50+0.004=11.904m IV级围岩 h=8.89+0.50+0.005=9.485m b=11.40+0.50+0.005=11.905m

3.3.2 计算垂直压力：

垂直均布压力计算式：

qh （3-1）

而h0.452s1[1i(B5)] （3-2） 将3-1代入3-2得

q0.452s1[1i(B5)]

3式中的为围岩重度，此处 III围岩324 ，IV级围岩为kN/m422kN/m3

i为B每增加1m时围岩压力的增减率，以B=5m的围岩垂直均布压力为准，当B<5m时，取i=0.2,当B>5m时，取i=0.1。

B为隧道开挖高度，III级围岩B311.754m ；IV级围岩B49.485m 。 s为围岩类别，III级围岩s=3; IV级围岩s=4.

(1) III级围岩均布压力计算 已知：

开挖宽度 B311.90m4 开挖高度 H38.9m8

3围岩容重 324kN/m

B>5m,取i=0.1

H8.980.7521.高宽比 7 B11.94经计算：

q3240.45231[10.1(11.9045)]73.025kN/m2 （2）IV级围岩均布压力计算

已知：

开挖宽度 B411.905m

开挖高度 H49.485m 围岩容重 422kN/m3 B>5m,取i=0.1

H9.4850.7971. 高宽比 7B11.905 经计算：

12 q4220.45 42[10.1(11.9055)]kN131.m076/3.3.3浅埋和深埋隧道的界限

（1）浅埋和深埋隧道的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条

件、施工方法等因素综合判定。荷载等效高度值的计算公式如下：

HP(22.5)hq（3-3）

式中：HP--浅埋隧道分界深度（m） hq--荷载等效高度（m）,hpq

,q为由式（3-3）算出的深埋

隧道垂直均布压力（kN/m2）;为围岩的重度（kN/m3）。

在矿山法施工条件下，IV—IV级围岩取HP2.5hq ；I—III级围岩取

HP2hq

因此，III、IV级围岩的等效荷载高度值分别为 III级围岩 hq3q33q473.0253.04m3 24131.0765.958m 22IV级围岩 hq44故，浅埋隧道分界深度HP

III级围岩 HP22hp323.0436.086m IV级围岩 Hp42hp425.95811.916m

（2）浅埋段的确定

六盘水端：坡度大约为42º左右,纵断面坡度-1,80%,设进口段浅埋处埋深为HP,

根据几何关系：

xtan42x1.8%Hpx12.975m

所以有12.975m的浅埋段。

盘县端：坡度大约为72º左右，纵断面坡度-1.8%，设出口段浅埋埋深为Hp，

根据几何关系：

xtan72x1.8%Hpx3.895

则盘县端有3.895m的浅埋段。

3.3.4围岩压力的计算

3.3.4.1深埋隧道围岩压力计算

由式（3-1），坍落拱高度h0.452s1[1i(B5)],由式（3-2），垂直压力qh，水平均布压力根据围岩计算如下表：

围岩级别 水平均布压力e 注：H/B均小于1.7。 3.3.4.2浅埋隧道围岩压力计算 （1）埋深小于或等于等效荷载高度的隧道 垂直压力：

qH （3-4）

表3-5 水平均布压力计算表 III 0.14q IV 0.25q H为隧道埋深 侧向压力：

e(H1 )tan2(45c) （3-5）

2Ht2Ht—隧道高度，c—围岩计算摩擦角。

（2）埋深大于等效荷载高度时的围岩压力计算

垂直力：

qH(1H tan) （3-6）

BtBt——隧道宽度

水平侧压力：

水平侧压力视为均布压力时按下式计算：

1e(e1e2) （3-7） 2 e1H,e2h、 （3-8）

h、——隧道底部至地面的高度

=tan-tanctan[1tan(tanctan)tanctan]

（3-9）

(tan2c1)tanctantanctanctan

（3-10）

各级围岩的值见下表： 围岩级别 III 0.9c IV 0.6c 

第四章 施工设计

4.1 施工准备

作业队进驻施工场地后，必须做好现场调查，将其建在距离施工洞口不远的地方，且选址时注意方便运输，以及环境保护。

此外，作业队进驻施工场地后，还要做好各种水电，机械，交通等准备工作。

4.2 辅助施工方法

隧道施工过程中，可能出现遇到开挖工作面不能自稳，或地表深陷过大等情况，为了确保隧道工程顺利进行和施工安全，必须采取一定的工程措施对地层进行预支护或预加固，称之为辅助施工措施。辅助施工措施有较多种。

所以，辅助施工措施的选用，应该视围岩条件、涌水状况、施工方法、环境要求等因素综合而定，可以单独使用一种措施，也可以几种联合使用。在施工阶段往往还要根据开挖的具体情况予以修改，或

是加强，或是减弱甚至取消。

4.2.1 超前锚杆

在隧道开挖之前，在开挖面的拱部一定范围内，沿隧道断面的周边，向地层内打入一排向锚杆（或小钢管），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。开挖一个进尺后，再打入一排纵向锚杆，再掘进，如此往复推进，如下图所示。

φ22超前砂浆锚杆环向间距40

L=4mC25

图4.1 超前锚杆布置图

因隧道多为IV级围岩，所以用超前锚杆辅助施工。其参数如下：

表4.1 超前锚杆，超前钢管的设计参数

围岩级别 IV 锚杆直径/mm 18~22 小钢管直径/mm 32 锚杆、小钢管长度/mm 3~5 环向间距/mm 40~60 外插角 锚杆 小钢管 5º～10º 5º～10º 本设计的超前锚杆的基本设置为：锚杆直径取φ22，长4m,间距取40mm,外插角取12º。

4.2.2 超前小导管注浆

超前不导管注浆也是一种广泛使用的辅助施工措施，他往往与钢拱架一起设置。设置方式如下图。

φ40×5热轧无缝钢管,环向间距40

L=5mC20C25

图4.2 超前小导管设置方式

图4.3 超前小导管钢管构造图（单位：cm）

4.3 施工设计 4.3.1 施工总体设计

（1） 隧道隧道整体高宽比都小于 1.7，可以采用光面爆破开挖，但应控制好

爆破用药量，减少对围岩的扰动，保证开挖轮廓圆顺，减少超挖，不允许欠挖。

（2） 初次支护紧跟开挖面，爆破以后立即对围岩进行初喷、打设锚杆、挂钢筋网、

初喷厚度不小于 4mm，喷射砼分 1~3 次复喷达到设计要求，并覆盖钢筋网和锚杆露头。

中空锚杆施工采用专门设备和专用工艺。要求注浆饱满。

（3） 钢筋网必须单根现场绑扎，并随岩面起伏，贴岩面。

（4） 初期支护达到设计要求后的地段距开挖面的距离不得大于 10m。

（5） 二次衬砌砼浇筑采用机械泵送，一次成型。

（6） 加强施工监控量测工作，及时掌握围岩衬砌的应力、应变状态。量测信息应 及时反馈，施工、监理、设计随时掌握围岩和结构的工作状态，以便及时调整设计参数， 制定合理的施工措施和支护手段，节约工程费用，保证施工安全。

4.3.2 洞口施工

隧道隧道洞口及洞身基本在基岩中通过，洞口围岩为Ⅳ级围岩，施工开挖 对地面影响甚微，即使在埋深小的地段，只要及时支护，也不会产生地面塌陷等地质灾 害。洞身围岩主要为弱～微风化岩层，为弱透水层，且隧道地处孤山，无地表水体，隧 道开挖及运营过程中不会产生疏干地表水等危害。

总的来说，隧道建设对地质环境影响轻微。但隧道区地质环境脆弱，在设计和施工 时，应给予高度重视，特别是对环境影响大的弃渣的处治，设计时不应将弃渣置于斜坡

地段或冲沟、村庄附近。隧道开挖应采取超前支护，开挖后及时进行支护。在进行洞口

施工时，必须坚决执行晚出洞的原则，避免大挖大刷，做好洞口防排水工作，保护植被，

尽量使洞口简洁、美观、自然，与环境协调。

4.3.3 隧道内施工

隧道采用新奥法施工，新奥法的基本概念是以控制爆破(光面爆破、预裂爆破 等)为开挖方法；以喷锚作为主要支护手段，通过监测控制围岩变形，动态修正设计参 数和变动施工方法的隧道施工理念，其核心内容是充分发挥围岩的自承能力。

4.3.3.1 开挖方式

对于III级围岩，围岩较好的，采用全断面法，如下图：

对于IV、V级围岩，可采用台阶法，如下图：