崇溪河隧道设计毕业论文.doc 82页

'崇溪河隧道设计毕业论文第一章设计资料第一节隧道概况夏家庙隧道位于崇遵高速公路第十七标段（K117+215.869～K127+960.0006），为一般公路上的双洞室汽车单向行驶隧道，左洞长675m（K121+885～K122+560），右洞长675.1m（K121+882.66～K122+557.76），为直线隧道。设计纵坡坡度为－2.4%，控制在—2.1%～－2.5%之间。左线隧道最大埋深130.03米，右线隧道最大埋深117.41米。而根据设计资料有下表：线路与高程之间关系表表1-1线路左（K121+885～K122+560）右线（K121+882.66～K122+557.76）进口出口进口出口地面高程（m）904.65887.01906.23884.95设计高程（m）893.02876.82893.19877.29其中，893.19－893.02＝0.17m，877.29－876.82＝0.47m。即：崇溪河方向两洞口高差0.17米，遵义方向两洞口高差0.47米。依靠不同地质条件，隧道围岩可分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ三种不同类别，并依据围岩差的衬砌向围岩好的地段延伸5m的要求，作为衬砌段划分的依据。其中有：左线隧道：由进口桩号K121+885—K121+915段为Ⅱ类围岩，长30m，顶板以上围岩处于强风化层，节理发育，所以采用浅埋衬砌，并注意辅助施工方法。K122+370—K122+425段为Ⅱ类围岩，长55m，因为埋深较大，采用Ⅱ类围岩衬砌。K121+915—K121+950段，K122+120—K122+180段，K122+315—K122+370段，K122+425—K122+445段，K122+475—K122+552.36段，皆为Ⅲ类围岩，总长247.36m，采用Ⅲ类围岩衬砌。K121+950—K122+120段，K122+180—K122+315段，K122+445—K122+475段，为Ⅳ类围岩，全长335m，采用Ⅳ类围岩衬砌。右线隧道：由进口桩号K121+882.66—K121+915段为Ⅱ类围岩，长32.34m，和左线相同；K122+365—K122+400段也是Ⅱ类围岩，长35m，虽然位于隧道中段，但顶板以上围岩也处于强风化层，节理发育，并有岩溶，要加强处理。K122+400—K122+445段为Ⅱ类围岩，长45m，采用Ⅱ类围岩衬砌即可。K121+915—K121+950段，K122+110—K122+180段，K122+325—K122+365段，K122+515—K122+550.12段，皆为Ⅲ类围岩，总长180.12m，采用Ⅲ类围岩衬砌。K121+950—K122+110段，K122+180—K122+325段，K122+445—K122+515段，为Ⅳ类围岩，全长375m，采用Ⅳ类围岩衬砌。第二节技术标准与规范公路等级：山岭重丘一般二级公路82 行车时速：40公里/小时交通量：1700辆/小时隧道建筑界限：8.5m×5m（宽×高）纵坡：上行2%，下行2%环境卫生标准：δco=150ppm，K=0.0090m-1规范：《公路隧道设计规范》JTJ026--90《公路隧道施工技术规范》JTJ-042-94《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1―1999《锚喷混凝土支护技术规范》GBJ86-85隧道设计标准按《公路工程技术标准》山岭重丘区一般二等级公路隧道标准进行设计。第三节地质调查要点洞体范围内多有溶洞出现，且岩溶发育，有地下隐伏流，甚至有地表天窗。节理裂隙发育，岩体较为破碎，局部地段岩体破碎完整性差，隧道内有少量地下水渗漏，所以易受大气降水及地表水影响。所处山中有矿泉水，并部分被开采。围岩地质情况表表1-2岩石类别地质条件开挖情况Ⅱ类紫红色—中层泥岩，偶夹灰绿色泥质粉砂岩白岩山向斜核部，节理裂隙发育，岩体破碎，呈碎石状洞身浅埋，易引起洞顶岩体坍塌灰色薄中层状白云质灰岩小褶曲发育，产状局部变化大，节理裂隙发育，为岩溶发育带，其中K122+370～440岩溶剧烈发育，并有空间超过2米的充填型溶洞串珠状发育并与地表天窗和塌坑相通开挖会产生洞穴充填物垮塌并影响至地表Ⅲ类灰色中层状石英砂岩，偶夹灰绿色泥岩白岩山向斜核部节理裂隙发育，岩体破碎，呈碎石状态洞身浅埋，易引起局部岩体坍塌黑色薄中层状泥岩白岩山向斜南翼与忠庄背斜倾伏端相接带上，节理裂隙发育，呈块状镶嵌结构洞身浅埋，易引起局部岩体坍塌深灰色薄灰色中层状白云质岩忠庄背斜倾伏端上，发育小褶曲及小溶洞，地表水变为地下隐伏流，岩石产状局部变化较大，节理裂隙发育，呈块状镶嵌结构洞身浅埋Ⅳ类灰白色中厚层石英砂岩，偶夹白色薄层泥质砂岩白岩山向斜南翼节理裂隙较发育，岩体完整，呈大块状砌体结构围岩相对较为稳定，洞身多处于深埋段黑色、灰褐色薄层状（偶夹中层状）泥质白云岩，与灰褐色角砾状白云岩，含泥量较高白岩山向斜南翼与忠庄背斜倾伏端相接带上小褶曲发育，岩石产状局部变化大，节理裂隙发育，呈碎块状镶嵌结构82 深灰色薄灰色中层状白云质岩白岩山向斜南翼与忠庄背斜倾伏端相接带上，发育小褶曲，局部发育小溶洞，地表水变为地下隐伏流，岩石产状变化大，节理裂隙发育，呈块状镶嵌结构第二章总体设计第一节隧道选址一、多方案比选及总则1、隧道路线方案由设计任务书的规定可知，不需要考虑与公路的搭接问题，仅仅只要设计独立的隧道，所以可以制定新的隧道方案，进行多方案比选。比选方案罗列如下：方案A：原资料中的设计方案。方案B：原隧道下移，左右线皆从K121+880（地面高程为926m）～K122+580（地面高程为919m），隧道总长均为700m，中间岩柱最小间距为6m。方案C：进口桩号为K121+940，地面高程左线为930m，右线931m。出口桩号为K122+570，地面高程为920m，长度为630m，中间岩柱最小间距为6m。2、比选总则因为山岭地区山峦起伏、地形崎岖、地质复杂、自然条件变化差异很大，在此修建隧道可用于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；还可用作克服落石、塌方、雪崩、雪堆等危害。由此，路线方案是根据地形图和各种调查资料，进行技术、经济比较得来。方案比较要点是：线形适当（平面顺适、纵坡均衡、横面合理）顺应地形、路线延长、对附近地区的影响、安全性、用地、建设投资、养护费、行驶性能、施工的难易、与当地环境和景观的协调等。二、地形条件与隧道位置选择越岭路线的隧道，应进行较大面积的方案选择，拟定不同的越岭标高进行全面的技术、经济比较，选择工程地质条件较好的地段穿越。因为大面积方案已大致确定，所以只需要对标高，和施工地段优劣情况进行选择。例如：当隧道口标高低时，则隧道长，但展线短、线路拔起高度小、运营条件好，如方案B；当隧道口标高高时，隧道短，但展线长、线路拔起高度大、运营条件差，如方案C。需注意的是平面位置的选择，主要是穿越分水岭的不同高度垭口的选择。所以具体选择时，应着重考虑垭口地质条件的好坏和隧道的长短，一般忌讳穿越垭口。其中，分水岭垭口的高低、垭口两面的沟谷地势、山梁的厚薄、山坡的陡缓以及山前主、支台地分布情况等，与隧道平面位置及立面位置的选择密切相关。由此，隧道选址时，应对可能穿越的垭口，以不同的限坡、不同的进出口标高及不同的展线方式，找出线路方案，并结合两端引线工程综合比选。三、地质条件与隧道位置选择一般情况下，隧道位置应尽可能选择在地质构造简单、节理裂隙不发育、岩性较好的稳固的地层中通过，尽量避免穿越偏压大，地下水丰富和排水困难的沟谷低洼处等不良地质地段，以及地质构造极为复杂，含有有害气体、高温等地层。若必须通过时，应有切实可靠的工程措施。由此依地质条件可以想见，方案A中对设计、施工要求及辅助施工等标准较高。82 1、单斜构造单斜构造常见的工程地质问题为不均匀的地层压力或偏压，或者有顺层滑动等现象。隧道中线以垂直岩层走向穿越最为有利。若隧道与倾斜的岩层走向一致，则要注意岩层层理、片理、结构面、软弱夹层或不同岩层的接触带层间结合情况，节理裂隙发育程度，地下水活动等对隧道的影响，可能产生的不均匀压力、偏压和顺层滑动等对隧道的影响，特别是岩层倾角较大，岩间结合差，伴随以节理裂隙的有害切割时，施工中容易产生坍方和顺层滑动，需要予以足够的重视。其中根据顺层滑动的设计研究资料说明，当被切割的岩层中的软弱面走向与线路中线夹角α＜45°，岩层的倾角β视＞10°时，开挖路堑边坡可能产生顺层滑动；另外如果开挖临空时，倾向洞壁的一侧有两组及以上结构软弱面或节理裂隙为有害组合时候，如果施工、设计不当，亦将引起较大的偏压或顺层滑动，招致已成衬砌被剪断，坍滑堵塞或摧跨导坑等危害。2、褶曲构造褶曲构造一般特点是节理裂隙发育，大都有地下水，隧道开挖易坍方、掉块，并有突然涌水的可能其中向斜构造较背斜构造更为严重。（1）、所以隧道洞身不宜沿褶曲构造轴部通过，对于向斜构造要设法避开。若必须通过，则以垂直或大角度穿越构造轴部为宜。（2）、为避免地下水危害的可能，宜将隧道置于不透水层中，或争取隧道顶板为隔水层，对于褶曲构造来说尤其重要。（3）、将隧道置于褶曲构造的翼缘，较之顺沿轴部通过有利。此时，隧道所处的地质条件类似于单斜构造，但仍需要注意褶曲构造的特点以及地下水的可能影响。四、洞门与隧道位置选择隧道洞口地质条件较差，岩层多破碎、松散、风化严重，当开挖进洞时破坏了山体原有的平衡，极易产生坍方、顺层滑动，古滑坡复活等现象。故规定“一般情况，隧道宜早进洞，晚出洞”。尽量根据地形、地质，考虑隧道仰坡和路堑边坡的稳定性，避开不良地质段。1、地形条件隧道进出口中线力求与地形等高线正交或接近正交穿越最为有利。若不能满足，则要尽量要以大角度斜交进洞，保证地形等高线与线路中线斜交角度大于45°为上，但松软地层中，不宜采用斜交洞口。2、开挖进洞对于倾斜岩层，层理、片理结合很差或存在软弱结构面（夹层）不宜大挖，以免斩断岩脚过多，引起顺层滑动或坍方的危害，宜早进洞。3、隧道选择方案比较表表2-1方案优劣A高程最低，线路长度适中洞口Ⅱ类围岩，开挖较难稳定；洞门中线与地形等高线斜交，角度偏小；溶洞、暗流等施工条件复杂；B洞门中线与地形等高线正交展线短，运营条件相对较好；线路长；洞口余留施工面积较小C线路短；洞门中线与地形等高线正交展线长高程最高，运营相对较困难所以，最终选择方案B。82 此一方案的隧道位置选取图详见隧道平面图（大图1）。左右线皆从K121+880～K122+580，隧道总长均为700m，中间岩柱最小间距为6m。其进出口的地面高程分别约为926m、914m，设计高程为919m、905m，纵坡设计坡度为2%，长度700m。第二节隧道平曲线隧道内应避免设置平曲线，因为隧道位于曲线上，通常需要设置超高和加宽，使得施工变得复杂，而且断面不统一，它们的相互过渡也给施工增加了难度。所以本设计未设置平曲线，比较用的三个方案及最终方案都是直线隧道。第三节隧道断面一、隧道纵断面隧道的纵坡应考虑施工和建成后的洞内排水需要，坡度不小于0.3%，并不大于3%。如果考虑通风及施工出渣和运进材料方便，则在2%以下为佳。且作为单向通行隧道，设计成下坡对通风非常有利。因此将隧道坡度设计为2%，设置成为单面坡，但在施工中允许坡度有一定的变动。二、隧道横断面1、隧道限界图2-1山岭重丘一般二级公路的隧道建筑限界（m）在建筑限界内，不得有任何部件侵入。W——行车道宽度，取7.0m；C——余宽，行车速度40km/h＜100km/h，由此余宽选择0.25m；H——净高，一般公路取5m；L——侧向宽度，L=C=0.25m；E——建筑限界顶角宽度，0.25m＜1m，所以取0.25m；R——人行道宽度，取0.75；检修道宽度可与人行道合并。由此，隧道路面净宽：B=W＋2×R=7.0＋2×0.75=8.5m。其中，人行道的设计，应结合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而定。依据平面图可见，隧道虽然位于山区，但周围有一定数量的人居住，因此82 在隧道两侧都设置了人行道。而且因为隧道防排水要求较高，所以设置人行道后，隧道内排水边沟设计也可与之结合，并与检修道或余宽一起考虑。三、净空断面公路隧道横断面设计除要符合隧道建筑界限的规定外，还应考虑洞内排水、通风、照明、防火、监控、营运管理等附属设施所需要的空间，并考虑土压影响、施工方法等必要的富裕量，使得确定的断面形式及尺寸，达到安全、经济、合理。由此，横断面设计时，应尽力选择净断面利用率高、结构受力合理的衬砌形式。根据地质条件可知，进口段为Ⅱ类围岩，出口段为Ⅲ类围岩，洞身夹杂着Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩，且都节理裂隙发育。故采用受力较好，断面相对更经济合理的三心圆曲墙式衬砌。其中Ⅱ、Ⅲ类衬砌段为避免基础沉陷，设置了带仰拱的封闭形式。1、曲墙式衬砌断面（顶板上设置小断面通风道）一般通风道设置在顶板以上，即要使得其断面积小，又要使内轮廓线与建筑限界的侧墙部分的剩余空间最小，还要使拱部和侧墙的内轮廓线过度圆滑，适合受力特点。设置通风面积为8—9m2；若=1/2×dd′×GH=8.5m2，则有GH=8.5×2÷7=2.4m。取a、b两点为控制点，求ab的垂直平分线，在线上找O1，取O1A为半径（R1）作弧AB。在AB的延长线上取点P，O1P与对称轴的交点O2作为圆心，划O2P时要试作，使之在H点附近通过。所得到的弧段ABPH即为内轮廓线。需要设置仰拱时，取O3E（=R3）近似等于2倍的O2P。其中，a、b、c、d各点因施工精度的要求，至少需要10cm以上的富裕量，所以dD之间保留了10cm，aA之间保留了15cm。2、横断面基本设置：设置中高两侧低的路面，以便于路面排水。所以，横断面采用2%的人字坡。82 第三章隧道围岩及其计算荷载第一节围岩压力围岩压力的性质大小和分布规律系是正确进行坑道支护、结构设计和选择施工措施的重要条件。其应根据施工方法、围岩变形情况以及衬砌修筑时间对围岩压力的影响等因素确定。但在设计中无法准确的预料，只能在施工中通过施工量测的信息反馈，修正荷载调整衬砌结构参数，这是新奥法施工的重要环节。第二节荷载计算一、深埋隧道围岩压力1、垂直压力深埋公路隧道往往是直接采用铁路隧道规范的围岩压力计算公式。这经过可行性分析，结论是肯定的。但也应看到这个公式用于公路隧道围岩压力的计算有其明显不足之处，因为公路隧道与铁路隧道相比，在限界、跨度、高跨比等方面有其自身的特点。用于公路隧道围岩压力计算方面比采用采用铁路规范要优越、合理，但目前缺乏足够的公路隧道坍方调查资料对以上两式进行验证评估，因此规范中仍采用前式。但在使用过程中，对两式进行对比分析，能更加完善。由此以规范规定的公式为主，但对两式进行对比分析的结果如下：（1）、铁路隧道规范：围岩压力按松弛荷载考虑，其垂直均布压力可按下式计算：q=0.45×26—Sγω（3-1）式中q——垂直均布压力（kN/m2）；S——围岩类别；γ——围岩容重（kN/m3）；ω——宽度影响系数，ω＝1＋i（B―5）；其中，B为坑道宽度（m）；i系B每增减1m时的围岩压力增减率，以B＝5m的围岩垂直均布压力为准，当B＜5m时，取i＝0.2；B＝5～15m时，取i＝0.1。所以，根据B＝9m，取i＝0.1，得ω=1.4。计算表格表3-1围岩类别（S）Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类范围值容重γ（kN/m3）17～2019～2223～25垂直均布压力q（kN/m2）171.36～201.695.76～110.8857.96～63特定取值容重γ（kN/m3）202224垂直均布压力q（kN/m2）201.6110.960.5（2）、公路隧道规范：因为缺乏足够的公路隧道坍方情况，为此仍以铁路塌方调查资料为基础，经多方面的论证，找出的更适合于公路隧道围岩压力的计算公式是：82 P＝0.8γ×KB×e0.62（6—S）（3-2）其中，P——深埋隧道垂直均布围岩压力；KB——跨度影响系数，计算公式为：KB＝B/8＝1.125B——隧道开挖跨度（m）；e——自然对数底；计算表格表3-2围岩类别（S）Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类范围值容重γ（kN/m3）17～2019～2223～25垂直均布压力q（kN/m2）182.70～214.94109.85～127.1971.53～77.75特定取值容重γ（kN/m3）202224垂直均布压力q（kN/m2）214.9127.274.6由此可见，公路隧道的围岩压力计算结果较大，设计上可能要求相对保守，增大安全系数一些。但设计中仍采用规范要求，某些数值使用特定取值计算。2、水平压力水平均布压力，即主动侧压力e是随围岩类别而定，但必须满足的条件是：H/B＜1.7，H为坑道开挖高度（m），B为坑道开挖宽度（m）；不产生膨胀力的围岩及偏压不显著的隧道；采用钻爆法施工的隧道。水平压力与围岩对应表表3-3围岩类别Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类水平均布压力e（0.3～0.5）q（0.15～0.3）q＜0.15q数值60.48～100.816.64～33.27＜9.08在确定围岩水平压力值时，要考虑下列情况：Ⅳ、Ⅲ类围岩，主要产生垂直压力，因坑道侧壁较稳定，水平压力一般不大。但围岩的不均匀性和不连续性较突出，故可能局部出现较大的水平压力，必须注意；Ⅱ类围岩水平压力较大，对衬砌设计有很大影响，有条件宜进行实测。二、深埋、浅埋隧道分界正确判断浅埋和深埋隧道的分界深度，对选择浅埋段（包括洞口段）加强衬砌的类型、长度、施工方法以及是否需对地面建筑物施加防护等有着实际意义。目前分界深度多以坑道开挖对地表不产生影响，即引起应力重分布不涉及地表的原则，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。按荷载等效高度的判定为：HP=（2～2.5）hq（3-3）式中：HP——深浅埋隧道分界深度；hq——荷载等效高度，计算式为：；q——计算出的深埋隧道垂直均布压力（kN/m2）；γ——围岩容重（kN/m2）；并且Ⅰ～Ⅲ类围岩取HP=2.5hq；Ⅳ～Ⅴ类围岩取HP=2hq。计算表格表3-482 围岩类别（S）Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类注：Ⅳ类围岩位于隧道中间段，所以只需考虑进出口Ⅱ、Ⅲ类围岩的深浅埋分界线。荷载等效高度hq（m）10.085.042.52深浅埋隧道分界深度HP（m）2712.65.04三、浅埋隧道围岩压力　　浅埋隧道围岩压力分下列两种情况分别计算：1、埋深（H）小于或等于等效荷载高度hq　　此时的荷载视为均布垂直压力：q＝γH　，式中：γ——坑道上覆围岩容重；　Ｈ——隧道埋深，即坑顶至地面的距离；侧向压力e，按均布考虑时，其值为：e＝γ（H＋Ht）tg２（45°－）（3-4）式中：Ht　——坑道高度，7.4m；　　　Φ——围岩计算摩擦角，见下表。图3-1围岩压力图摩擦角取值表表3-5围岩类别ⅡⅢ类Ⅳ类Φ值（°）31～4243～5455～662、埋深大于hq、小于Hp为便于计算，作如下假定：图3-2围岩压力图（1）、假定土体中形成的破裂面是一条与水平成β角的斜直线，如图所示；　　（2）、EFHG岩（土）体下沉，带动两侧三棱土体（如FDB及ECA）下沉，整个土体ABDC下沉时，又要受到未扰动岩（土）体的阻力；82 　　（3）、斜直线AC或BD是假定的破裂面，分析时要考虑内聚力C并采用计算摩擦角Φ；另一滑动面FH或EG则并非破裂面，因此，滑面阻力要小于破裂滑面的阻力，若该滑面的摩擦角为θ，则θ值小于Φ值，无实测资料时，按表3-6选取。θ的选取表表3-6围岩类别≥ⅣⅢⅡθ值０.９Φ（０.７～０.９）Φ（０.５～０.７）Φ选定θ值（°）544024　　设坑道上覆岩体EFHG的重力为W，两侧三棱岩体FDB或ECA的重量为W１，未扰动岩体对整个滑动土体的阻力为F，当EFHG下沉，两侧受到的阻力为T或T′，由图可知，作用于HG面上的垂直压力总值为：(3-5)　　三棱体自重为：(3-6)其中：h为坑道底部到地面的距离；β为破裂面与水平面的夹角。　　依正弦定律，可得：(3-7)　　而代入三棱体自重后可得：(3-8)其中，λ——侧压力系数λ＝（3-9）（3-10）至此，极限最大阻力T值可求得。得到T值后，代入求得作用在HG面上的总垂直压力Ｑ浅：（3-11）　　由于GC、HD与EG、FH相比往往较小，而且衬砌与土之间的摩擦角也不同，前面分析时均按θ计，当中间土块下滑时，由ＦＨ及ＥＧ面传递，考虑压力稍大些对设计的结构也偏于安全，因此，摩阻力不计隧道部分而只计洞顶部分，即：在计算中用埋深H代替h。　　这样：，由于W＝BtHγ，得：（3-12）其中，Bt——坑道宽度。　　换算为作用在支护结构上的均布荷载，即（3-13）82 　　作用在支护结构两侧的水平侧压力为：e1＝γHλ，e2＝γhλ（3-14）侧压力被视为均布压力时，e＝（e1＋e2）（3-15）3、计算及单点算例：计算表格表3-7围岩类别Ⅱ类Ⅲ类Φ的取值（°）4050容重γ（kN/m3）2022单点的隧道埋深H（m）①7②9垂直均布压力q（kN/m2）140163.11水平均布压力e（kN/m2）46.5358.68其中，计算的第①点位于Ⅱ类围岩的进口洞门，根据埋深H＝7m＜10.08，可确定采用方法1计算；而计算的第②点位于Ⅲ类围岩的出口洞门处，根据埋深H＝9m＞5.04可知，采用方法2，且计算得：λ＝0.21；e1＝22×9×0.21＝41.58kN/m2；e2＝22×（9＋7.4）×0.21＝75.77kN/m2。　　　　　　　　　　　　　　82 第四章洞口及洞门设计洞口位置应根据地形、地质、水文条件和衬砌结构类型，并考虑边坡及仰坡的稳定，从保证施工和营运安全出发，通过经济、技术比较，综合研究确定。因为隧道的进口段为Ⅱ类围岩，出口段为Ⅲ类围岩，所以进出口全部采用翼墙式洞门——翼墙较长大，除支撑端防止滑动或倾倒外，还可支撑边坡，少挖土方。其中，端墙拱圈与洞身衬砌应为整体。又因为洞口的边坡及仰坡必须保证稳定，避免大挖大刷，所以根据设计开挖高度、坡度确定进口Ⅱ类围岩处的坡度为1：1.25，出口Ⅲ类围岩处的坡度为1：0.75。隧道位于遵义市区边，要兼顾美观、实用，且需要注意与环境相协调。洞门周围应绿化、美化。第一节洞门设计一、洞门设计规定及数据1、洞门仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离＞1.5m，取1.5m；2、洞门端墙与仰坡之间的水沟沟底至衬砌拱顶外缘的高度＞1.0m，取1.0；3、洞门墙顶应高出仰坡坡脚0.5m以上，取0.5m；4、水沟底下采用填土时，应夯填密实。基底埋入土质地基的深度不应小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不应小于0.5m。此次，出于安全考虑取1.5m；5、挡墙式翼墙需在地质情况有变化处，设置沉降缝，缝宽2～3cm，缝内填塞沥青。6、为防止泄水孔堵塞，在泄水孔洞口处需要设置反滤层，并在最底排泄水孔下部设置隔水层。二、建筑材料及施工要求端墙、顶帽、翼墙和洞口挡土墙：C20的混凝土构件。侧沟、截水沟、护坡等：5号水泥砂浆砌片石。洞门端墙厚度部分的拱、墙应与洞口环节衬砌用同一材料整体建筑，以使其连接良好。翼墙式洞门的端墙与翼墙应同时建筑，尽量使用统一材料。当洞顶仰坡土石有剥落可能时，坡面应清理加固。洞门应尽早修建，并尽可能避免在雨季施工。洞门修建前应做好洞口及仰坡周围的排水、截水设施，以保护仰、边坡的稳定，并与路基排水系统整体考虑。三、洞门计算洞门可视为挡土墙，按极限状态计算其强度，并应验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定。洞门主要验算规定如下：洞门墙验算规定表4-1墙身截面荷载效应值Sd≤结构抗力效应值Rd（按极限状态计算）墙身截面偏心距e≤0.3倍截面厚度基底应力σ≤地基容许承载力基底偏心距e岩石地基≤B/4～B/5（B为墙底地基厚度）82 滑动稳定系数KC≥1.3倾覆稳定系数KO≥1.5洞门计算可包括端墙和翼墙（挡墙）两大部分，其承受的土压力，基本上是按库伦理论计算，其设计计算方法和要求同挡土墙，并假定不论墙背倾斜和直立，土压力按水平方向作用考虑。根据任务书，以出口Ⅲ类围岩处的洞门为算例，参照《铁路工程设计技术手册——隧道》计算如下。1、原始资料仰坡率1：0.75，岩体内摩擦角φ＝60°，容重γ＝24kN/m3，ε＝53°08′；建筑材料采用混凝土，但洞门外墙面上为了美观，使用了天然石料镶面并勾缝，所以材料容重γ0＝24kN/m3。基底容许压应力[σ]＝0.6MPa，墙身仰角tgα＝0.1，基底摩擦系数f＝0.5，tgε＝1.33。查表洞门土压力系数表得：λ端＝0.0803；ω/tgω＝21°55′/0.4023；λ翼＝0.0483。2、洞门尺寸拟定（1）、依据所选用的洞口衬砌断面，按规范要求做出洞门尺寸图（图样附后）。（2）、按工程类比法初选洞门主墙厚b＝1.0m，翼墙厚1m。3、翼墙稳定性和强度验算翼墙计算条为取洞门端墙墙趾前的翼墙宽1m的条带。计算高度H平均＝（6.4＋1.5）－（7.9×0.1＋0.5）×tgε－1.5＝4.68m（1）、翼墙墙身偏心距验算①、墙背主动土压力：E＝×γH2λ＝×24×4.682×0.0483＝12.69kN/m2②、倾覆力矩（对B点）：MB＝×H平均×E＝×4.68×12.69＝19.80kN·m③、稳定力矩：自重∑N＝4.68×1×24－×0.5×24＝112.32－12.6＝99.72kN稳定力矩：MY＝（0.5+×4.68×0.1）×112.32－（4.68×0.1＋0.5）×12.6＝82.44－12.19＝70.25kN·m④、偏心计算：＝（70.25－19.80）/99.72＝0.506m＝0.5－0.506＝－0.006m＜0.3×1＝0.3m（可）⑤、墙身应力计算：=×（1±6×）＝＝kN·m＜[σ]＝600kN·m（可）82 （2）、翼墙基底的计算（按墙高H＝4.68+1.5＝6.18m计算）①、主动土压力：E′＝×γH2λ＝×24×6.182×0.0483＝22.14kN/m2②、倾覆力矩：MB′＝×H×E′＝×6.18×22.14＝45.61kN·m③、稳定力矩：自重∑N′＝99.72＋×1.0×24＝136.92kN稳定力矩：∑MY′＝（0.5+×6.18×0.1）×136.92＋1.5×24×＋×0.1×24×（×0.1＋1.5）－12.19（0.6＋0.5＋0.468）＝110.77＋27＋1.84－19.11＝120.5kN·m④、稳定计算：倾覆稳定安全系数＝＝2.64＞1.5（可）滑动稳定安全系数＝0.5×＝3.09＞1.3（可）⑤、基底偏心及应力验算：C′＝（120.5－45.61）/136.92＝0.547me′＝0.75－0.547＝0.203m＜B/5＝0.3m（可）基底应力：=×（1±6×）＝91.28×）＝kN·m＜[σ]＝600kN·m（可）4、端墙的验算检查端墙最不利的Ⅱ部分：（1）、尺寸及数据：a＝（0.6＋0.3＋0.3）－0.4×0.1＝1.16m取b＝0.5m（根据计算距离基底的距离为5m），有h0＝a＋0.1h0h0＝a/0.9＝1.16/0.9＝1.289mh0＋H＝11.7－5－0.5＝6.2mH＝6.2－1.289＝4.911m已知λ端＝0.0803；tgω＝0.4023；ω＝21°55′由表6-10可求得：＝1.16/（0.4023－0.1）＝3.837m图4-1洞顶大样图h′－h0＝2.548m82 H＋h0－h＇＝4.911－2.548＝2.363mσh＇＝γh’（1－h0/h＇）λ＝24×3.837×（1－1.289/3.837）×0.0803＝4.911kN/m2σH＝γHλ端＝24×4.911×0.0803＝9.646kN/m2(2)、主动土压力:E＝[σH×H＋×σh＇×h0]0.5＝[×9.464×4.911＋×4.911×1.289]×0.5＝13.202kN/m2(3)、倾覆力矩:M倾＝｛H×σH×H＋[h＇＋（H＋h0－h＇）]×σh＇×h＇－[（h＇－h0）＋（H＋h0－h＇）]×σh＇（h＇－h0）｝×0.5＝｛×4.911×23.239＋[×3.837＋2.363]××4.911×3.837－[×2.548＋2.363]××4.911×2.548｝×0.5＝｛38.042＋34.314－20.098｝×0.5＝26.129kN·m(4)、稳定力矩:墙身自重NN＝[（H＋h0＋0.25）×1－（0.435＋0.04＋0.025）×0.65×0.5＋0.6×0.25－0.5×0.12]×0.5×24＝[6.45－0.163＋0.15－0.005]×0.5×24＝154.368×0.5＝77.18kNM稳＝｛6.45×0.5（1＋0.468）－0.435×0.65×0.5[（H＋h0－0.4）×0.1＋1－×0.435]－0.065×0.65×0.5[（H＋h0－0.4）×0.1＋1.0＋×0.065]＋0.25×0.6（0.468＋0.2）－0.005（0.468－0.1×2/3）｝×0.5×24＝｛4.734－0.203－0.034＋0.1－0.002｝×0.5×24＝110.28×0.5＝55.14kN·m(5)、强度及偏心计算：c＝（110.28－52.258）/154.368＝0.376me＝0.5－0.376＝0.124m＜0.3b＝0.3m（可）σ＝154.368×0.5÷（1×0.5）×（1±6×）＝154.368×）＝kN·m＜[σ]＝600kN·m（可）5、端墙与翼墙共同作用验算（Ⅲ部分）（1）、数据：b＝1.9m，H0＋h0＝11.70－0.5＝11.20mH0＝11.20－1.289＝9.911mσH＝γHλ端＝24×9.911×0.0803＝19.10kN/m2（2）、主动土压力：82 E＝[σH×H0＋×σh＇×h0]1.9＝[×19.10×9.911＋×4.911×1.289]×1.9＝185.86kN/m2（3）、洞门端墙自重：N端＝1.9×24[（11.70－0.25）×1.0－0.5×0.65×0.5＋0.6×0.25－0.5×0.12]＝[11.45－0.163＋0.15－0.005]×1.9×24＝521.30kN（4）、洞口翼墙自重N翼＝[0.5（3.98＋0.15）×6.4＋0.5（3.98＋3.98＋0.15）×0.5（1.5＋1.6）×1－×0.3×6.4×1.33]×24＝[13.22＋6.29－1.15]×24＝18.36×24＝440.64kN（5）、端、翼墙共同作用滑动稳定性：KC＝f·∑N/∑E＝0.5×（521.30＋440.64）/185.86＝2.59＞1.3（可）6、结语图4-2洞门结构计算图（单位：cm）本次设计是以出口段的Ⅲ类围岩处的洞门为范例，其他翼墙式洞门的验算如上。由此可知，翼墙的验算结果符合规范要求，此类洞门及数据是可用的。其中，翼墙可作为垂直洞门式或八字式，这就视洞口地形及开挖量大小而定。第二节体积计算因为地形平面图只有1：1000及1：2000的图，所以开挖线及土方量的绘制与计算都不甚精确，所以按《铁路工程设计手册——隧道》附录四进行计算。一、适用范围及适用方法本方法适用于自然地面坡度1：0.5～1：∞，开挖边坡1：0.3～1：2，采用圆角法开挖的隧道仰坡。82 从地形图上用比例尺量得平均自然坡n，再由计算深度h——翼墙前端起坡点与自然坡的高差，开挖坡度m，查表可得每端洞口的仰坡体积V。算式有：转角范围仰坡数量：V1或V2＝πh3/12·CX2（m3）（4-1）正面仰坡断面积：（4-2）正面仰坡开挖数量：V3＝A×L（m3）（4-3）每端洞口的仰坡体积：V＝V1＋V2+V3（m2）（4-4）式中：L——洞门上部宽度（m）；θ——转角角度；系数，（4-5）二、仰坡体积计算1、进口：h1＝7m；1：m＝1：1.25；1：n＝1：∞；所以得：V1、V2＝140m3，A＝31m2，V3＝310m3，V＝590m3。2、出口：h2＝9m，1：m＝1：0.75；1：n＝1：1；所以得：V1、V2＝1718m3，A＝122m2，V3＝1220m3，V＝4656m3。3、统计数量：估算V总＝2（V进＋V出）=2×（590＋4656）＝10492m3。图4-3计算示意图82 第五章隧道衬砌及路面第一节衬砌设计要求一、一般规定衬砌采用复合式衬砌。复合式衬砌设计应综合考虑包括围岩在内的支护结构、断面形式、开挖方法、施工顺序和断面的闭合时间等因素，力求充分发挥围岩所具有的自承能力。复合式衬砌由外层和内层复合而成，其外层为初期柔性支护，可采用喷射混凝土、锚杆、钢筋网、钢支撑等支护形式，单一或合理组合而成；内层为二次衬砌，一般采用现浇混凝土衬砌。两衬砌间宜采用防水层措施。依围岩类别、工程地质条件、埋置位置及施工条件确定结构类型和尺寸。确定开挖尺寸时，应预留必要的初期支护变形量，其量值根据围岩条件、支护刚度、施工方法等确定，并应量测校正。二、设计要点1、隧道洞口内应设置加强衬砌段，其长度以伸入洞内深埋段一般不宜小于10m。2、围岩较差段的衬砌应向围岩较好段延伸5m以上。偏压衬砌段应延伸至一般衬砌段5m以上。而辅助坑道、联络通道、避车洞等与主隧道连接处的衬砌设计应加强处理。3、设置仰拱的隧道，路面以下应以浆砌片石或贫混凝土回填。4、在对衬砌有不良影响的软硬地层，以及衬砌结构类型变化处，应设置沉降缝。在Ⅱ类围岩洞口约50m的范围内，衬砌拱墙环节每隔10m左右即设置。其中，混凝土衬砌缝宽约1cm，中间夹以沥青油毛毡，随灌筑随做，若有漏水现象，再在衬砌内缘凿成V形槽，塞以沥青麻筋。衬砌的工作缝应与设计的沉降缝、伸缩缝结合布置，并尽量少设置工作缝。5、隧道衬砌背后的空隙必须回填密实，并应与拱、墙灌筑同时进行。当用先拱后墙法时，拱脚以上1m范围内，应用与拱圈同级的混凝土一起灌筑。不良地质地段，除回填密实外，可进行压浆加固。第二节衬砌设计一、衬砌类型分类因为通过方案比选，本设计最后选用的隧道线路是方案B。而本设计左右线皆从K121+880（地面高程为926m）～K122+580（地面高程为919m），总长为700m。所以参考原设计资料，大致估计出围岩及衬砌情况如下：各段衬砌长度表5-1衬砌长度（m）Ⅱ类衬砌Ⅲ类衬砌Ⅳ类衬砌进口浅埋段中间段隧道左线3555275335隧道右线358021037582 而公路隧道要避免截面变化，所以隧道全部采用曲墙式衬砌。不过，Ⅱ、Ⅲ类围岩地段要设置仰拱，Ⅳ类则不需设置。其中Ⅱ类围岩浅埋地段较长，采用了浅埋式衬砌；而Ⅲ类围岩应浅埋段较短，则不考虑浅埋段，仅仅在洞口开挖时进行加固，或增大衬砌参数。由此衬砌有四类，即：Ⅱ类浅埋段的加强衬砌（Q2）、Ⅱ类深埋段的复合式衬砌（S2）、Ⅲ、Ⅳ类复合式衬砌（S3、S4）。二、衬砌基本尺寸各类衬砌基本参数表表5-2围岩类别Q2S2S3S4初期支护锚杆φ25锚杆L＝4.0mφ25锚杆L＝3.5mφ22锚杆L＝3.5mφ22锚杆L＝3.0m钢筋网双层φ8钢筋网25cm×25cm双层φ8钢筋网25cm×25cm双层φ6钢筋网25cm×25cm单层φ6钢筋网25cm×25cm喷射混凝土C20喷射混凝土25cm厚C20喷射混凝土20cm厚C20喷射混凝土20cm厚C20喷射混凝土15cm厚钢拱架20b工字钢间距0.8m20b工字钢间距1.0m18b工字钢间距1.0m——二次衬砌C25钢筋混凝土60cm厚C25钢筋混凝土60cm厚C25钢纤维混凝土50cm厚C25素混凝土45cm厚预留变形量（cm）1515105辅助施工长管棚Φ108mm×6mmL=40m侧壁导坑法施工超前小导管侧壁导坑法施工超前锚杆——三、衬砌建筑材料拱圈：采用C20的喷射混凝土；边墙：采用C25的混凝土；仰拱：采用C25的混凝土；仰拱填充：采用C10片石混凝土；水沟沟身及电缆槽身：采用C15的混凝土；水沟盖板及电缆槽盖板：采用C15的钢筋混凝土。其中，喷射混凝土采用的是防水混凝土；而钢纤维混凝土中，钢纤维的掺入不需改变传统喷射混凝土配合比设计，普通喷射混凝土的配料、拌和、供料和喷射方法适用于湿拌钢纤维喷射混凝土。钢纤维与其它骨料一同在拌和时加入，使钢纤维能均匀地分解开来，不会出现团聚成球的问题。所以其更为具有刚硬和低塌落度的特性，但也易于拌和，能良好地喷射。施工中掺入高效减水剂可改善钢纤维喷射混凝土的工作性能，应避免过量加水来改变其稠度，导致强度降低。第三节路面一、混凝土板洞内行车道路面，宜采用水泥混凝土路面，墙部应设置变形缝，路面等处也应相应设置变形缝。行车道路面设计应符合交通部颁发的《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012—84）和《公路柔性路面设计规范》（JTJ014—86）的有关规定。82 依据规范，将交通等级设定为重。且可知路面横向坡度一般为1%～2%，混凝土面板为矩形，取纵向缩缝间距（板宽）为3.5m，横向缩缝间距（板长）取5m，初定厚度25cm。二、接缝设计1、混凝土面板纵缝：与路线中线平行，一般可分为纵向缩缝和纵向施工缝。因为一次铺筑宽度为3.5m，小于路面宽度，所以应设置纵向施工缝。采用平缝，设置了拉杆的纵向施工缝。构造如右图：2、混凝土面板横缝：横缝一般分为横向缩缝、胀缝、横向施工缝。（1）、假缝：横向缩缝采用假缝。在邻近胀缝或路面自由端部的3条缩缝内，均宜加设传力杆。右图是假缝加传力杆型。（2）、胀缝：在隧道口根据施工温度至少设置2条胀缝。而与柔性路面相接处、板厚改变处、小半径平曲线和凹形竖曲线纵坡变化处，也均应设置。胀缝采用滑动传力杆，并设置支架或其他方法予以固定。如右图：3、注意事项：每日施工终了，或浇筑混凝土过程中因故中断浇筑时，必须设置横向施工缝——尽量少设置，无可避免时，采用传力杆滑动型。其位置宜设在胀缝或缩缝处。设在胀缝处的施工缝与传力杆型相同；设在缩缝处的施工缝应采用平缝加传力杆型。其中，拉杆采用φ14螺纹钢筋，最大间距为80cm，Lmin＝70cm。传力杆采用φ25的光面钢筋，Lmin＝45cm，间距30cm。82 82 第六章防水与排水第一节防排水总则隧道渗漏水的长期作用，可能造成隧道侵蚀破坏，对各种附属结构及设备的绝缘、防锈、防蚀也会有影响，且路面积水会使行车环境恶化，降低轮胎和路面的附着力。所以隧道应结合衬砌采取可靠的防水和排水措施，保证使用期内行车安全、设备正常使用。一般视水文地质因地制宜采取“以排为主，防、排、截、堵相结合”的综合治理原则，达到排水通畅、防水可靠、经济合理、不留后患的目的。其中：“防”——指衬砌抗渗和衬砌外围防水，包括衬砌外围防水层和压浆。“排”——指使衬砌背后空隙及围岩不积水，减少衬砌背后的渗水压力和渗水量。“截”——指从地面截走，减少地面水下渗；从地下采取导坑、泄水洞、井点降水等截水措施，减少地下水流向衬砌周围。“堵”——采用注浆、喷涂、嵌补抹面等方法堵住渗水裂缝、空隙、裂缝。总之，因对地表水、地下水应采取妥善的处理，使得洞内外形成一个完整畅通的防排水系统。一般公路隧道应做到：拱部不滴水、边墙不滴水；路面不冒水、不积水、设备箱洞处不渗水第二节防水隧道附近有泉水，所以要考虑修建隧道而造成的地表水和地下水位降低、流失，影响居民生活和农田灌溉的可能，不宜将水源截断、堵死。但若隧道围岩的水，主要由洞顶地表水补给时，可在洞顶地表进行处理，以隔离水源。一、洞内防水隧道衬砌修建的是复合式衬砌，所以在初期支护和二次衬砌之间采用了耐老化，耐细菌腐蚀、容易操作且焊接时无毒气的夹层防水层。而初期支护采用防水混凝土，二次衬砌则可用普通混凝土。1、本设计的基本情况（1）、选用的1cm厚的聚乙烯（PVC）复合土工布防水板，在拱部和边墙都铺设。二次衬砌中的各种构件都尽量不凿穿PVC板，否则应做特殊防水处理。（2）、因为采用了防水层，所以PVC板背后一般可不铺设排水盲沟。但在实际施工中，若发现开挖或第一次网喷后渗水严重，视围岩出水情况，在实际测算渗水量后，应铺设排水盲沟。所以留了设置环向排水盲沟的位置，并且一般采用波纹软管，间距10-30m。（3）、使用防水混凝土衬砌，混凝土应满足抗渗要求，混凝土的抗渗标号不宜低于B4。混凝土表层应尽量平滑，以减少对防水层的损害。2、防水混凝土（1）、原料：400以上的普通硅酸盐水泥；符合级配的天然河砂；石子宜用圆形卵石和人工敲碎的方整碎石，软弱风化颗粒含量部大于10%，片状颗粒含量部大于15%，石子粒径宜在5～40mm之间；粉细料（粒径在0.05～0.15mm）宜采用磨细的石英砂、石粉及风砂等。混凝土中加入了外加剂或密实剂，施工较为方便，抗冻性、耐蚀性都较强。82 （2）、配置注意事项：砂率在35～45%间，抗渗标号越高，砂率越大；粉细砂掺量，应掺入集料重量的2.5～8%的粉细料，抗渗标号越高，粉细料掺量越多；水灰比一般不大于0.6。加气剂通常使用松香热聚物和松香酸钠，也可使用合成洗涤剂及新的加气剂材料乳化剂OP。混凝土中空气含量应控制在3～5%为宜。因含气量每增加1%，混凝土强度则降低5%。3、衬砌各缝防水：衬砌设计、施工中的各接缝的防水防渗应采取专门的加强防水措施，除按施工技术规则要求处理接缝处。（1）、本设计采用企口式施工缝。如右图（单位cm）：在灌筑第二层前先刷水泥浆两遍再铺设1cm厚的砂浆（用原混凝土的配合比，除去粗集料）过半小时以后再灌筑第二层混凝土。其防水性能较好，但施工较为复杂。（2）、沉降缝、伸缩缝的防水：橡胶带的质量可靠，抗渗标号可达到B8，可承受较大的相对变形，耐久性较好，施工也较为简便，但价格贵，不易更换。橡胶止水带使用规格为300×φ22×R18×8，单位为mm，单位质量为3.4kg/m。接头方式采用搭接或复合接，搭接宽度可取10cm。第三节排水洞内一般设置纵向排水沟、横向排水沟或横向排水暗沟等排水设施。一、排水沟设计规定1、水沟坡度水沟坡度应与路线坡度一致，一般排水沟不小于0.5%，困难地段不小于0.3%。因为本隧道设计的纵向坡度为2%，所以排水沟尽量保持在2%；而路面横向排水沟不应小于1.0%，横向排水暗沟坡度不应小于2%。2、侧边水沟：隧道内宜设置双侧水沟，水沟的侧面应设置足够的排水孔。水沟采用较为普遍的高式侧沟。断面是矩形，取断面积为50cm×40cm（高×宽）。而进水孔的设置可密集些（0.5～1m），墙侧进水孔可间隔5～10m设置，可设泄水孔、泄水管等与墙侧盲沟相连。二、外环截水沟为防止地表水冲刷仰坡、流入隧道，在洞口边仰坡上方设置截水沟。但当地表横坡陡于1：0.75时可不设。其设置要求如右图：1、设置距离82 设于边仰坡坡顶以外不小于5m，所以取6～8m。沿等高线向线路一侧或两侧排水。2、坡度根据地形设置，但应不小于0.3%，以免淤积。当纵坡过陡时，应设计急流槽或跌水连接。一般在地面自然坡度陡于1：1时，水沟宜作成阶梯式，以减少冲刷。3、断面应根据流入截水沟的汇水区流量确定。水沟深度宜高出计算水面20cm。本设计取底宽60cm，深度60cm。4、洞口仰坡仰坡范围的水，可由洞门墙顶水沟排泄，可采用顺坡排水，坡度取0.05%。三、衬砌背后的排水设施靠围岩的边墙顶、边墙后，宜设置纵向和环向盲沟，将水引至边墙底泄水孔排出，边墙的泄水孔必须伸入盲沟内。而当边墙部分地下水较多时，可做单侧的竖向盲沟。采用的是波纹软管，间距10-30m。其中，在Ⅱ～Ⅲ类中的间距多为15m，Ⅳ类中则多取20m。另外，泄水孔底部超挖部分应用边墙同级材料与边墙基础同时灌筑。在设置盲沟位置，拱脚回填时应预埋水管，以起沟通作用；盲沟更应与衬砌同时灌筑。此外，衬砌施工时，应有防护措施，以防漏水造成浆液流失，影响衬砌质量及堵塞盲沟。第四节洞口防排水隧道洞口（包括边坡）应设置截水沟和排水沟，截排水的同时，将洞口边、仰坡地表水引出洞口以外。1、翼墙排水因为采用翼墙式洞门，所以墙顶水沟按照排入翼墙顶水沟的方式不同，可分为外引式和内引式。翼墙顶纵坡缓于1：1时，即Ⅱ类围岩段的进口洞门采用内引式；陡于1：1时的Ⅲ类围岩段出口洞门采用外引式。洞口边坡、仰坡则要采取防护措施，防止地表水的下渗和冲刷，因此水沟用5号浆砌片石砌筑，厚30cm，再用水泥砂浆勾缝或抹面。图6-5翼墙排水图当洞内外路堑为上坡时，可在洞口外设置反向排水边沟和截流涵洞，防止洞外水流入隧道内。2、其他：洞内外连接水沟应加设钢筋混凝土盖板，若连接水沟与洞内水沟盖板面标高不同，应在连接处用钢筋混凝土隔板堵塞，以防止道渣掉入洞内。其连接水沟长度应使盖板为整数，计算时盖板间的缝隙可考虑1cm。洞外路堑侧沟自洞口至汇水坑以外不小于1m范围内，应加以铺设。82 第七章通风、照明专题设计隧道应根据其长度、公路等级、车道数、设计交通量、计算行车速度、车辆种类与排放量、隧道海拔高程、隧道所经路线及洞口附近的自然条件、隧道断面与平纵线形、洞内装饰等因素，从安全、适用等因素综合考虑，采用经济、合理的设计方案进行通风与照明设计。其中，设计交通量为由远期前景设计年限年平均昼夜交通量换算的混合车高峰小时交通量，取1700辆/h。计算行车速度为洞内线形计算行车速度，一般不宜大于100km/h，本设计定为40km/h。第一节通风设计一、通风方式1、初步判断单向交通隧道，当L×N≥2×106（7-1）就要设置机械通风。其中L——隧道长度（m），有L＝700m；N——设计交通量（辆/h），取N＝1700辆/h；得：L×N＝700×1700＝1.19×106≤2×106，所以自然通风能满足条件。当N≥2858辆/h的时候，隧道才需要机械通风。但因为隧道通风照明是本次设计的专题，所以仍考虑机械通风的情况。且通风设施按近、远期交通量的变化分期设置，统一规划、一次设计，预留好相应的位置、接口。2、通风方式的选择机械通风方式可分为纵向式、半横向式、全横向式以及在此些基础上的组合通风方式。其中，山岭隧道的通风方式要更多的考虑经济性，所以多采用半横向式通风和纵向式通风。由此，以纵向式和半横向式通风两大类的单向交通隧道，进行方案比选如下：通风方式比选表7-1通风方式纵向式半横向式基本特征通风风流沿隧道纵向流动由隧道通风道送风或者排风，由洞口沿隧道纵向排风或送风代表形式射流风机式洞口集中送入式集中排出式竖井送排式送风半横向式排风半横向式形式特征由射流风机群升压由喷流送风升压洞口两端进风，中部集中抽风由喷流送风升压由送风道送风由排风道排风一般特征适用长度2500m左右2000m左右不受限制3000m左右活塞风利用很好部分较好很好较好不好洞内环境噪声较大口部噪声较大噪声较小噪声小火灾处理排烟不便排烟较方便排烟方便工程造价低一般较高82 管理与维护不便方便一般分期实施易不易难技术难度不难一般稍难稍难营运费低一般较高洞口环保不利有利一般一般有利通风方案确定采用纵向式射流风机。因为机械通风是为以后考虑，所以重要适用条件是：分期实施、技术难度、营运费、工程造价、活塞风利用情况。3、隧道通风要求（1）、单向交通的隧道设计风速不宜大于10m/s，特殊情况可取12m/s。人车混合通行的设计风速不宜大于7m/s。所以控制风速在5m/s。（2）、风机产生的噪声及隧道中废气的集中排放均应符合环保的有关规定。（3）、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，并便于防灾时的气流组织。（4）、隧道内营运通风的主流方向不应频繁变化。二、污染空气的稀释标准隧道通风主要应对一氧化碳（CO）、烟雾和异味进行稀释，以保证卫生条件、行车安全。提高隧道内行车的舒适性。1、CO设计浓度纵向通风系统中，ＣＯ浓度呈三角形分布，过隧道人员只在经过隧道出口或其他排风口的很短时间内，才经受最大的ＣＯ“点浓度”。因此设计时不必按全隧道的平均浓度，而按“点浓度”或最大ＣＯ计算浓度来计算需风量。（1）、因为采用的是射流风机纵向通风方式，所以CO设计浓度在规范所列各值的基础上提高50ppm，即可取δ＝300ppm。（2）、交通阻滞（隧道内各车道均以怠速行驶，平均车速为10km/h）时，阻滞段的平均CO设计浓度可取300ppm，经历时间不得超过20min。阻滞段的计算长度不宜大于1km。（3）、人车混合通行的隧道，其CO设计浓度取：δ＝150ppm。隧道内工作人员休息室和控制室等人员长期停留的工作间为24h。发生事故时，短时间（15min）以内为250ppm。所以CO设计浓度，在设计计算中，正常情况下取δ＝150ppm，阻滞时取δ＝300ppm。2、烟雾设计浓度采用的是钠灯光源，所以烟雾设计浓度取K＝0.0090m-1。当烟雾浓度达到0.012m-1时，应按采取交通管制等措施考虑。隧道内进行养护维修时，应按现场实际烟雾浓度不大于0.0035m-1考虑。三、需风量通风设计中，计算近期的需风量及交通通风力时应采用相应年份的交通量。而车辆有害气体的排放量以及与之相对应的交通量，都应有明确的远景设计年限，两者应相匹配。所以，需风量计算考虑两种交通量：N近期＝N＝1700辆/h，N远期＝N′＝2200辆/h。确定需风量时，应对计算行车速度以下各共况车速按20km/h为一档分别进行计算，并考虑交通阻滞状态，取其较大这为设计需风量。因为本设计的车速为40km/h，所以考虑两种车速：V1＝40km/h，V2＝10km/h。　82 目前柴油车的交通量占总交通量的10～13%。而随着公路交通的日益增长，大型的载重柴油车将会越来越多。且很多情况下，计算交通量时，只区分客车、货车、大型车、小型车，而不能区分发动机的种类，为了保证安全，常把大型货车和客车视为柴油车。所以在假定车辆发动机类型时，近期柴油机比例取15%，远期则取22%。1、CO排放量计算（7-2）式中，——隧道全长CO排放量（m3/s）；——CO基准排放量，可取0.01m3/辆·km；——考虑CO的车况系数，按规范取1.1；——车密度系数，按规范取＝1.5，＝6；——考虑CO的海拔高度系数，按规范取1.45；——考虑CO的车型系数，按规范取值如下表；——考虑CO的纵坡—车速系数，按规范取＝1.0，＝0.8；n——车型类别数，按规范取5；——相应车型的设计交通量（辆/h），数值假定如下表：近期、远期的各类车型计算表表7-2车型各种柴油车汽油车总计小客车旅行车、轻型货车中型货车大型客车、拖挂车1.01.02.55.07.0——近期2506504002002001700·2506501000100014004300远期5506005003002502200·5506001250150017505650所以有：近期近期阻滞远期远期阻滞2、稀疏CO的需风量的计算82 （7-3）式中，——隧道全长稀释CO的需风量（m3/s）——标准大气压（kN/m2），取101.325kN/m2；p——隧址设计气压（kN/m2）；T0——标准气温，取273K；T——隧道夏季的设计气温（K）。取T＝295K，则由（7-4）得，p＝109.490kN/m2。计算得：近期；近期阻滞；远期；远期阻滞。3、烟雾排放量的计算（7-5）式中，——隧道全长烟雾排放量（m2/s）；——烟雾基准排放量，可取2.5m2/辆·km；——考虑烟雾的车况系数，按规范取1.2；——车密度系数，按规范取＝1.5，＝6；——考虑烟雾的海拔高度系数，按规范取1.16；——考虑烟雾的纵坡—车速系数，按规范取不利情况＝1.45，＝0.85；——考虑烟雾的车型系数，按规范取值如下表；nD——柴油车车型类别数，按规范取3。因为是二级公路，所以不考虑集装箱车；——相应车型的设计交通量（辆/h），数值假定如下表。82 得：近期近期阻滞远期远期阻滞近期、远期的柴油车各类车型计算表表7-3车型柴油车总计轻型货车中型货车重型货车、大型客车、拖挂车0.41.01.5——近期6090100250·2490150264远期150180220550·601803305704、稀释烟雾的需风量计算（7-6）式中——隧道全长稀释烟雾的需风量（m3/s）；K——烟雾设计浓度，按规范取K＝0.0090m-1计算综合表表7-4状况近期（N＝1700辆/h）远期（N′＝2200辆/h）正常（V＝40km/h）阻滞（V＝10km/h）正常（V＝40km/h）阻滞（V＝10km/h）（m2/s）0.3890.9120.8401.969（m3/s）43.222101.33393.333218.78（m3/s）0.0200.0640.0260.084（m3/s）133.333213.334173.333280.0所以，由＜可知，隧道内所需要的新鲜空气由稀释CO控制。5、稀释空气中异味的需风量：82 隧道空间不间断换气频率，不宜低于每小时5次；采用纵向通风方式的隧道，隧道内换气风速不应低于2.5m/s。四、通风计算隧道通风计算中把空气作为不可压缩流体对待。隧道内的空气流则作为不随时间变化的恒定流处理，且视汽车行驶也为恒定流。在所设计的通风系统中，风机及交通通风力提供的风压和风量必须满足需风量的要求。而在标准大气压状态下的空气物理量为：容重γ＝11.77kN/m3，密度ρ＝1.20kg/m3，运动粘滞系数υ＝1.52×10-5m2/s。另外，隧道壁面摩阻损失系数及入口损失系数应根据隧道的断面当量直径和壁面糙率以及风道结构形状等取值，当为混凝土壁面时常用的损失系数取下表。损失系数表表7-5隧道壁面摩阻损失系数λr0.02主风道壁面损失系数λb、λe0.022连接风道壁面摩阻损失系数λd0.025隧道入口损失系数ζe0.6通风设计中应尽可能减少风道断面积变化和转弯次数，损失系数的取值应充分考虑隧道和风道壁面粗糙程度、结构形状。而交通通风力必须针对具体工程的通风系统进行分析，在交通阻塞或双向交通情况下宜作为阻抗力考虑，在单向交通情况下宜作为推力考虑。因为要求针对计算行车速度以下的各工况车速分别计算汽车交通通风力。所以本设计仍考虑两种车速，即：V1＝40km/h，V2＝10km/h。1、自然风阻力在通风计算中，因为自然风风向经常变化，从安全角度出发，一般可将自然通风力作为阻力考虑。自然风阻力的计算公式为：（7-7）式中——自然风阻力（N/m2）；——自然风作用引起的洞内风速（m/s），可取2～3m/s；——隧道入口损失系数，取0.6；——隧道避免摩阻损失系数，取0.02；ρ——空气密度（kg/m3），取1.2kg/m3；——隧道断面当量直径（m）。隧道断面当量直径按下式计算：（7-8）其中，——隧道净空断面积（m2），为54.90m2；隧道断面周长为28.30m。得：＝4×54.90÷28.30＝7.76m。82 所以2、交通风风力计算（7-9）因为是单向行驶的隧道，所以只需要考虑单向行驶的车辆，计算公式简化为：（7-10）式中，——交通通风力（N/m2）；n——隧道内与同向的车辆数（辆），；——隧道设计风速（m/s），一般情况下；——各工况车速（m/s）；——汽车等效阻抗面积（m）。汽车等效阻抗面积按下式计算：（7-11）式中，——小型车正面投影面积m2，可取2.13m2；——小型车空气阻力系数，可取0.5；——大型车正面投影面积m2，可取5.37；——大型车空气阻力系数，可取1.0；r1--大型车比例。参照规范附录B，以及设定的车辆类型取值。近期的大型车比例为35%，远期的大型车比例为48%。由此得：；；计算总表表7-6状况近期（N＝1700辆/h）远期（N′＝2200辆/h）正常阻滞正常阻滞各工况车速（m/s）11.112.7811.112.78（m3/s）133.333213.334173.333280.0设计风速（m/s）2.433.893.165.1082 车辆数n（辆）29.75118.9038.50153.88/0.0430.057（－）275.34-1.2363.20-5.38（N/m2）57.83-3.7783.22-28.313、通风阻抗力的计算（7-12）式中——通风阻抗力（N/m2）；所以有，近期：；近期阻滞：；远期：远期阻滞：4、射流风机通风方式：设置射流风机的目的是补充汽车交通通风力的不足，由喷流效果保持空气推力，使隧道内压力上升，以满足所需通风量的要求。（1）、通风压力模式：图7-1射流风机的通风方式模式图（2）、隧道内压力平衡应满足式：（7-13）式中，∑——射流风机群总升压力（N/m2）。计算结果汇总表表7-7状况近期（N＝1700辆/h）远期（N′＝2200辆/h）正常阻滞正常阻滞通风阻抗力（N/m2）12.0630.9120.4053.1282 自然风阻力（N/m2）12.77+24.8343.6833.1765.89交通通风力（N/m2）57.83-3.7783.22-28.31射流风机群总升压力∑（N/m2）-3347.45-50.0594.2结论交通通风力已能满足要求预留部分射流风机交通通风力已能满足要求预留部分射流风机（3）、射流风机所需台数计算：在满足隧道设计风速的条件下，射流风机台数的计算公式是：（7-14）式中，i——所需射流风机的台数（台）；——每台射流风机升压力（N/m2）。每台射流风机升压力的计算公式是：（7-15）式中，——射流风机的出口风速（m/s）；——射流风机的出口面积（m2）；η——射流风机的位置摩阻损失折减系数，按规范中的下表，取0.87。摩阻损失折减系数表表7-8Z/Dj1.51.00.7︵图示︶η0.910.870.85①、900型射流风机每台的升压力为：近期阻滞时，；i＝47.45/6.676≈7台。远期阻滞时，；i＝94.2/6.294≈15台。82 但如果用于本中隧道设计，则会因为风机数量过多，交通量不大，而大多时候可能闲置，极不经济，所以可以不考虑此种情况。②、1120型射流风机每台的升压力为：近期阻滞时，；i＝47.45/15.269≈3台。近期阻滞时，i＝94.2/14.561≈7台。同样风机数量过多，不但难以合理布置与隧道中，而且会因闲置而造成浪费。五、风机的选型和布置本设计因为自然通风即可满足，所以采用的方法是：预留射流风机的悬挂位置。即：防止过量的通风设施长期闲置，避免浪费，又以备隧道营运后，随实际情况的变化而进行的调整。1、射流风机的选型射流风机应选用具有消音装置且可逆转的公路隧道专用风机，宜选用大推力射流风机，并应满足下列要求：（1）、不宜频繁逆转射流风机的喷流方向，避免引起通风压力模式的不断改变。（2）、隧道内发生火灾时，在环境稳定为250℃的情况下，射流风机应能正常可靠的运转60min。恢复常温后，轴流风机不需要大修即可投入正常使用。（3）、在野外距风机出口10m且45处测量射流风机的A声级应小于77dB（A）（4）、射流风机电机防护等级应不低于IP55。2、射流风机的布置射流风机应设置于建筑限界以外10cm～20cm处，风机轴线与隧道轴线平行。设置方法采用的是拱顶悬吊式，并应考虑与壁面的摩阻损失，适当折减风机产生的升压力。　　支承风机的结构强度应保证在实际静荷载的15倍以上，所以风机安装前应做支承结构的载荷试验。同一断面上射流风机设置数量应视隧道断面形状、大小而定。射流风机纵向布置及设置间距应考虑风机效率、交通风力的利用、火灾对策、经济性等因素。根据实测与经验，在距进洞口约２００m范围内，汽车带进隧道的新鲜空气量是足够的，因此在该段落内不宜布置射流风机。而根据实验测试，口径小于1000mm的射流风机间距宜小于120m，口径大于1000mm的射流风机间距宜大于150m，由此风机产生较好的升压效果。且当风机分期安装时，应考虑预留空间和连接装置。所以当采用900型号的射流风机时，采用间距为80～100m；采用1120型号的射流风机，则选用间距200m。从进口处的200m处，依次预留射流风机在同一断面中线与两侧对称的三个位置（断面①）。然后，每隔150m，取同样三个位置的断面，得断面②、③、④。82 在第一期工程中，只在断面①、②、③的中轴线上安装1120型号的射流风机。如果通过实际观察，交通量有较大增加，或车型比例及发动机型号和设计时区别较大，则以实测数据为依据，重新计算，并适当增减预留风机的台数，以满足经济、合理性。六、火灾时的通风及通风监控1、火灾时的通风通风设计时必须考虑火灾对策，火灾时排烟风速可按2m/s～3m/s取值。纵向通风时，应视隧道内火灾点的位置确定风速、风向以及风机的正反转，尽量缩短火灾烟雾在车道内的行程。设置横洞的隧道，横洞门应有防烟功能。2、通风监控应根据隧道营运过程中的交通状况，适时调整通风力，在保证交通安全的前提下，以最经济的动力给隧道提供满足营运条件的通风力。（1）、控制方式：本设计是二等级公路的隧道，可采用自动控制和手动控制相结合的方式。自动控制方式由设置于隧道内的烟雾透过率传感器、一氧化碳浓度传感器、车辆检测器、风向与风速测试仪所得到的传感信号，通过控制网络进行风量控制。而手动控制方式是靠人工操纵仪器控制风量，在自动控制出现故障或检修时，采用单独控制的手动控制方式，由人工对各仪器和机械单独控制，也可对几个相关联的附属机械实施局面联动控制。所以手动控制是自动控制的保障，也是其前提——因为在隧道开始营运时，需收集交通量等资料，此时以手动控制易于掌握大致营运情况，便于编制自动控制时的程序。（2）、控制方法：控制方法分为直接控制法、间接控制法、程序控制法。虽然可依据具体情况选择一种或多种结合。但本设计只采用直接控制法：图7-3输入处理输出控制风量计算（a）控制流程（b）控制方式输出控制控制中心计算机系统通信计算机区域控制机2VI检测器CO检测器区域控制机1风机控制柜风机组风机控制柜风机组CO检测器VI检测器CO、VI检测直接法控制示意图82 可通过分布在隧道内各点的烟雾透过率传感器和一氧化碳浓度传感器，直接检测行驶车辆排放出的烟雾浓度和CO浓度值，经过计算处理后，给出控制信号，控制运转风机，供给必要的新鲜风量，稀释烟雾浓度和CO浓度，以达到设计要求的洞内卫生和安全标准。直接控制法的主要设备由控制中心计算机系统、区域控制器、VI传感器、CO传感器、风机控制柜和风机构成。是我国隧道内较普遍的方式。（3）、风量级档的设定：应设定相应于营运条件的风量级档，作为风量控制依据。风量级档的划分不宜过细，并应充分考虑营运动力消耗与风机运行时间。当隧道通风系统中有送风机、排风机与射流风机时，应针对各种风机确定合理的组合风量级档。（4）、监控设施：①、传感仪器：传感仪器包括烟雾透过率传感器、一氧化碳浓度传感器、车辆检测器、风向风速仪等。其中有：烟雾透过率传感器（VI仪）——设置位置与台数应根据通风方式及烟雾浓度分布特征确定。洞内布设间距可在300m～500m的基础上适当放宽，且宜在隧道进出口200m以上布置。传感器的投光部和感光部宜相距100m设置。因为越接近出口，浓度越高，所以仅在距离出口的200m，设置一台VI仪。一氧化碳浓度传感器（CO仪）——其布设间距与VI仪相同，宜采用红外线传感器。车辆检测器——分为环行线圈式、超声波式和光电式，应根据具体情况选用。本设计采用环行线圈感应圈，是通过车辆施过埋设于路面下的环行线圈而感应线圈的电感变化，应设置在洞口内侧较明亮处。风向风速检测仪（W仪）——宜采用叶片螺旋式风向风速仪，风向与风速应同时检测。②、监视装置：监视装置应集中在中央监控室，其控制平台应尽量小型化。③、自动控制装置：主要是由向风机发出指令的控制中续柜和监视风机运转状况并发出手动运转指令的监视控制柜构成。控制装置的构成与功能应根据隧道的等级和长度来确定。对于本隧道，可采用小型工业用信息处理机控制。④、信息传输装置信息传输的方式及装置应根据传输项目、传输线路和传输距离来确定，一般可采用数字循环传输方式及其装置。（5）、火灾时的通风监控要求：通风监控系统应有排烟控制功能；通风监控系统应结合排烟分区，确定相应的风量控制模式；通风监控系统应有火灾时的风机运转控制模式。（6）、通风监控设施规模：通风监控设施规模应与隧道类别和交通需求相适应，即应满足当前交通需要，又应考虑监控系统将来扩展需要。本设计的通风监控设施配置为：车辆检测器布设间距适量，隧道两端与洞中各一组；环境检测设施，即VI仪、CO仪在距离洞口200m处各布置一台；通风控制设施则采用手动与自动控制。（7）、通风控制应遵循下列原则：82 电机的启闭次数不应过频，防止风机出现振荡现象；当每日交通量较为固定或柴油车混入率变化较小时，应采用程序控制方式；应将监控装置采集的模拟数据进行数字变换，并将交通量数据与风机运转状况作对应性归纳；通风监控系统应在隧道营运过程中不断完善。第二节照明长度大于100m的隧道应设置电光照明，并按白天和夜间两种不同情况设计亮度。所以在本设计长700m，人车混行的隧道中，照明是重点之一。计算行车速度在公路隧道照明中是个敏感的参数，对整个照明系统的投资与营运电费影响很大。由此，隧道照明设计所采用的计算行车速度不宜大于100km/h，如大于则需要另作特殊设计。而因为本设计设定的行车速度仅为40km/h，按规范的步骤进行即可。其中，照明亮度要求是，路面左右两侧墙面2m高范围内的平均亮度，应不低于路面平均亮度。而维持亮度是指灯具在养护、清洗前的亮度，较初装亮度较低，设计时，营在照明计算结果中除以养护系数M。M值一般可取0.6～0.7。其中，平均亮度与平均照度间的换算关系和路面材料、使用年龄有关，一般可按水泥混凝土路面（10～13）lx/cd·m-2取。一、隧道照明系统隧道照明系统包括：中间段照明、入口段照明、过渡段照明、出口段照明、接近段减光设施、应急照明、洞外引道照明。1、中间段照明中间段亮度，按规范取：Lmin＝1.5cd/m2。但人车混合通行的隧道中，中间段亮度不得低于2.5cd/m2。所以取Lmin＝2.5cd/m2。隧道两侧墙面2m高范围内，宜铺设反射率不小于0.7的墙面材料。（1）、灯具布置应符合下列要求：①、灯具布置应满足闪烁频率低于2.5Hz或高于15Hz。②、中间段灯具的平面布置形式可采用中线布置、两侧交错布置或两侧对称布置。三种灯具布置形式表7-9布置形式图示A中线布置SB交错布置SC对称布置S而本设计所采用的布置形式是：C类的两侧对称布置。③、以内插法计算，路面亮度总均匀度U0应不低于0.37；路面中线亮度纵向均匀度Ul应不低于0.57。（2）、应急停车带和连接通道照明：应急停车带宜采用荧光灯光源，其照明亮度应大于7cd/m2；连接通道亮度应大于2cd/m2。2、入口段照明（1）、入口段亮度计算：（7-16）式中Lth——入口段亮度（cd/m2）；K——入口段亮度折减系数，取0.011；82 L20（S）——洞外亮度（cd/m2）。（2）、洞外亮度：洞外亮度在设计阶段，所以无实测资料。通过洞口山坡绿化或对结构物进行减光处理，尽量降低洞外亮度后，按规范取：L20（S）＝2000cd/m2。所以：但在洞口土建完成时，应采用黑度法进行洞外亮度实测。实测值与设计值的误差，如超过25%，应调整照明系统的设计。洞外亮度实测时实测位置为接近段起点，接近段长度应取洞外一个照明停车视距。按规范取，照明停车视距DS＝27m。（3）、入口段长度计算：（7-17）式中Dth——入口段长度（m）；DS——照明停车视距（m）；　　H——洞口内净空高度（m）。得：（4）、入口段灯具布置：　　入口段的照明由基本照明和加强照明两部分组成，前者的灯具布置应按中间段照明考虑，后者可用功率较大的灯具加强照明。　　但入口段的加强照明灯具，可以从洞口以内10m处开始布设，而且入口段长度Dth＜10。所以隧道入口的前10m范围作为入口段，不需加强照明，而基本照明则按中间段布置。3、过渡段照明（1）、过渡段亮度：　　过渡段由ＴＲ1、ＴＲ2、ＴＲ3三个照明段组成，与之相对应的亮度取下表：照明段亮度对应表表7-10照明段TR1TR2TR3亮度（cd/m2）（2）、过渡段长度：过渡段各照明段的长度依次取：。4、出口段照明　在隧道出口附近，前车背后的小型车辆常难以发现、视认，容易发生车祸。所以要设置出口加强照明段，以消除词类视觉困难。而在单向交通隧道中，更应设置出口段照明，所以设置为：出口段长度取60m，亮度宜取中间段亮度的5倍，即为2.5×5＝12.5cd/m2。5、照明相关：（1）、调光：应根据洞外亮度和交通量变化分级调整入口段、过渡段、出口段的照明亮度。取值为下表：调光取值表表7-11分级白天调光夜间调光82 Ⅰ晴天Ⅱ云天Ⅲ阴天Ⅳ重阴Ⅰ交通量较大Ⅱ交通量较小亮度cd/m2L20（S）＝20000.5L20（S）＝10000.25L20（S）＝5000.13L20（S）＝260与Lin相等，取2.50.5Lin但不小于1，取1.25（2）、减光措施：洞口外地段应尽量保持低亮度，可采取在路旁及洞口附近铺草坪和植树，洞外路面采用反射系数低的路面材料。接近段可采用以下洞外减光措施：从接近段起点起，在路基两侧种植常青树；大幅坡面绿化；墙面宜采用冷色调，其反射率应小于0.17。在接近段起点处的20°视场中，天空面积小于50％时，不宜设置遮光棚。（3）、应急照明：隧道应设置不间断、独立的照明供电系统，并尽量保证照明中断时间不超过0.3s，维持时间不短于3min。配合启用应急照明，应在洞外一定距离处设置信号灯或可变信息板显示警告信息。　　在启用应急照明时，洞内路面亮度应不小于中间段亮度的10％和0.2cd/m（4）、引道及停车带照明：　　洞外引道宜布设路灯。按规范取值，引道布灯长度与路面亮度分别不宜小于60m，及0.5cd/m2。隧道内设置紧急停车带时，停车处亮度应按基本亮度的1.5～2倍设计。二、照明计算及灯具布置1、利用系数曲线图计算路面平均水平照度可按照下式计算：（7-18）式中　　N——灯具布置系数，对称布置所以取２；　　　η——利用系数，由灯具利用系数曲线图查取，得0.32；φ——灯具额定光通量（lm），暂取8180lm；W——隧道路面宽度（m），得8.5m；S——灯具间距（m），若取10m。计算用的其他基本数据表表7-12光源高压钠灯路面类型水泥混凝土路面功率100W灯具安装方式对称布置，高度5m，取32°养护系数0.7观测点位置计算区域前方10m，侧向距离取1/4路宽，视点高1.5m灯具数量4个计算区域纵向长度S＝10m，横向宽度W＝8.5m所以可得：lx而平均亮度可得：L＝Eav÷13＝43.11÷13＝3.32cd/m2可见，中间段的亮度能满足。2、各段的照明计算情况82 将各段的长度、亮度、光源选择、灯具分布等情况汇总于下表，并用系数曲线图计算方法进行亮度、照度等验证：计算结果汇总表表7-13照明段接近段入口段Dth过渡段Dtr中间段出口段TR1TR2TR3长度（m）271026446749360亮度（cd/m2）2000226.62.20.772.512.5光源减光后的自然光400W的高压钠灯100W的高压钠灯100W的高压钠灯400W的高压钠灯光通量（lm）——480009000900048000间距S（m）——8515451415计算亮度（cd/m2）——24.37.292.430.812.612.96布置组数——1组6组3组1组36组4组由此可知：按选取的不同间距、功率布置的灯具，基本上都能满足规范要求。而灯具详细的布置情况，见照明设计示意图图纸。3、光源与灯具照明灯具的选择应符合照明要求，宜选择尺寸合理，耐腐蚀性强，不易老化，防潮和防喷流的灯具。照明灯具布置应起到诱导行车的作用，应避免一侧布设，并不得出现眩光。隧道内路面、墙面亮度应分布合理，照明灯具宜呈线形分布；一般情况下，路面亮度均匀度不应小于1/3。为充分发挥隧道照明设施的效能，隧道各段路面亮度应定期检测。（1）、隧道照明光源按下列要求选择：①、选择效率高、透雾性能较好的光源。本设计即选用了普通直管型的高压钠灯，且按功率分为NG400、NG100两种；其中，因为隧道出入口照明要求亮度较大，所以使用了小型大光通量的高压钠灯。②、短隧道、柴油车较少的城镇附近隧道、应急停车带、人行横通道、车行通道可选用显色指数较高的光源，如荧光灯。而本设计中也因此采用了嵌入式格栅荧光灯。③、光源的使用寿命应不低于10000h。（2）、隧道照明灯具应满足下列要求：　①、防护等级应不低于IP65，即防尘达到6级，无尘埃进入；防水达到5级，任何方向喷水无有害影响；②、应具有适合公路隧道特点的防眩装置；③、灯具结构应便于更换灯泡和附件；灯具零部件应具有良好的防腐性能；④、灯具配件安装应易于操作，并能调整安装角度；灯具不得侵入隧道建筑限界。82 第八章防火供电及营运管理等第一节防火及供电一、防火隧道作为事故多发段，容易诱发各种各样的火灾。由于空间结构上的特殊性，火灾烟气难以垂直向上排出，而只能从有限的通风口排出，所以极易沿隧道纵向水平扩散，给扑救带来不便，诱发大火灾。而完善的防火设施分为报警设施、紧急警报设施、消防设施和其他设施等四大部分，其他设施又包括排烟设施、避难设施、紧急停车带、导向设施、I·T·V、紧急照明设施和紧急电源设施等。因为本设计是中隧道，且仅为二等级公路，所以只需要考虑警报设施和灭火设施。1、警报设施紧急警报设施是安设在隧道车辆进入的洞口，通知隧道外车辆隧道内发生事故不能进入的一种装置。本设计采用了安装在隧道入口附近的警报显示板，以及音响信号发生器。安置在距离洞口110m处的显示板，显示各种信号，或事故发生即通知后续车辆停止进洞。同时，模拟警笛等音响信号，唤起驾驶员的注意。2、灭火设施做为一般隧道，本设计的隧道只安装了灭火器及消火栓两种消防设施，其中，选用的1211灭火器是以2个灭火器为一组，装入侧墙上设置的储藏箱内，与位于侧墙单侧的消火栓放置在一处，且设置的间隔皆为50m。二、供电隧道供电系统设计必须执行国家技术经济政策，做到保障人身安全，供电可靠，技术经济合理。隧道电力负荷应根据其重要性和中断供电在政治、经济上所造成的损失或影响程度定出负荷等级。隧道应设置独立的备用电源。隧道内一般采用三相四线制供电；供电系统宜采用380／220伏交流电的中性接地变压器。隧道内通风、照明以及事故用电应各自设置单独的回路。通风和照明供电的控制开关应集中设置在隧道口宜于操作处。第二节营运管理设施隧道营运管理设施，应按安全、经济、适用的原则进行设计。分期修建时，隧道断面应能满足后期安装设施的建筑限界要求。一、电缆与电缆槽隧道内的动力网路宜使用无麻层的铠装电缆；照明网路宜使用穿管绝缘导线或铠装电缆。通讯、信号与电力等电缆通过隧道时，宜设置电缆槽。1、电缆槽的布设规定（1）、通讯、信号电缆可设在一个电缆槽内，也可分设，但必须和电力电缆分槽布设。当电力电缆沿隧道边墙或顶板架设时，应有必要的防护措施。（2）、通讯、信号电缆的弯曲半径一般不小于1.2m，电力电缆的弯曲半径通常为电缆外径都6—30倍。（3）、电缆槽底有高低差时，纵向应顺坡连续。82 （4）、电缆槽一般宜与边沟一并考虑，并在适当地点预留引进或引出电缆的孔穴和检修洞。当电缆槽单独设置时，应设盖板，盖板顶面应与人行道或沟盖板平齐。2、电缆及电缆槽铺设采用混凝土槽敷设电力电缆时，槽内有可能浸水或油污时，应将电缆架在沟架上；槽底应铺设细砂或自熄性泡沫塑料垫层并加盖板；电缆的沟底敷设应互相分开，其间距不应小于10cm。又因为隧道在500m以上，所以应在电缆槽同侧设置余长电缆腔，在位于隧道中间，即350m处设置一处。3、电力插座：隧道内设置的供维修和养护作业用的电力插座，设置在人行道的一侧的侧墙上，安装高度取1.5m。二、通讯、信号及标志隧道应设置守护电话，并直接与隧道的管理机构相连通；隧道两端洞口处附近应设置限制车速，禁止超车、停车等标志；隧道内路面应划线，并与洞外路面划线保持连续性。三、消防及救援设施隧道长度L＝700m＜800m，所以不设置行车横洞。仅在距离隧道两端进出口200m处各设置一行人横洞，以供巡查、维修、救援及转换方向用。其中，行人横洞宽2.0m，高2.2m。衬砌类型与隧道相应部位衬砌类型相同；横洞的底面应与人行道盖板顶面平齐。四、其他设施隧道内一般不作内壁装饰，当需要时，内装应经济耐用，易于保养，并适当考虑美观。而其主要作用是：增强照明效果，并协调环境。因人眼对黄绿光最为敏感，所以内装材料以淡黄和浅绿为佳。82 第九章隧道施工设计第一节小净距隧道本次设计的是小净距隧道。它是介于普通分离式双洞隧道和连拱隧道的一种结构形式——相对与连拱隧道，小净距隧道能降低造价，又有利于公路整体线型规划及优化；然而，隧道的中间岩柱厚度因为比普通双洞要小，往往只有5m～8m，所以围岩稳定与支护结构受力要比普通分离式隧道复杂。因此在施工中，需要采取一定的工程措施，以保证围岩稳定与支护结构安全。一、隧道围岩的特性1、应力状态隧道施工时，因为隧道净距远小于普通分离式双洞隧道，所以出现了左右洞的应力场叠加，应力集中的情况。不但中间岩柱需要重点加固，其他部位的围岩受力情况也相对严峻，同样需要进行一定的处理。（1）、Ⅱ类围岩段：不加支护开挖时，中间岩柱处会出现一个蝶形塑性区，以表示围岩失稳的应力分布情况。而对围岩进行预加固后，再结合合理的开挖方法，能减小这一塑性区，以保证围岩稳定和初期支护安全的。由此可见，开挖Ⅱ类围岩时合理开挖方法和预加固措施的重要性。同时，在参考一些结构分析结果时，会看见Ⅱ类深埋段中间岩柱的受力要比Ⅱ类围岩浅埋段的受力更为严峻。估计可能是因为上覆层及四周围岩压力增大引起，所以在Ⅱ类围岩的深埋段施工时候，要更为注意。（2）、Ⅲ类围岩段：同Ⅱ类围岩段相比，只有塑性区相对有所减小。可见Ⅲ类围岩段对中间岩柱的预加固和合理施工方法也极为必要。而且深埋对中间岩柱的影响不如Ⅱ类围岩受埋深的影响大。（3）、Ⅳ类围岩段：虽然在净距4m的情况，采用全断面施工基本上也不会出现塑性区，但此时的安全系数较小，只相当于其他部位的1/2～1/3。所以施工中也有加固中间岩柱，特别需要注意的是爆破时的影响。2、加固措施（1）、预注浆：注浆范围对于左洞是从左拱脚到右侧墙脚，对于右洞则是从右拱脚到左侧墙脚处。（2）、参数：相对于普通双洞隧道，中间岩柱处初期支护的喷砼、钢支撑设计参数的参数需要加强。对以外的围岩加固同普通双洞隧道的相同部位，设计参数也略有加强。（3）、围岩加固主要采用贯穿两洞的水平预应力对拉钢筋或锚杆。设置范围多从左洞右侧拱腰到右侧墙脚，对应于右洞则是从左侧拱腰到左侧墙脚处。（4）、参考意见：对围岩的反复加固反而可能会削弱围岩的整体强度。因此提议对中间岩柱的加固不提倡多于二种的加固措施。所以设计的时候，取消了在用了预应力对拉钢筋后，取消了系统锚杆。（5）、对于Ⅳ类围岩段，考虑一般不会出现塑性区，则可只将系统锚杆加长0.5～1.0m，或在某些破碎处，再使用预应力对拉锚杆。3、中间岩柱：82 （1）、洞口刷坡：此时，两隧道中间岩柱坡口处原地面土体应暂时保留，以支挡坡面。洞口临时防护完成后，可挖除中间岩柱坡口土体，也可直接做成挡墙。但尽量沿隧道轴向对中间岩柱正面打入超前小导管，注浆加固中间岩柱坡面。直到注浆达到强度后再进行后行洞开挖。注浆前浆液在拌和机内进行搅拌，注浆结束至开挖的时间间隔，采用水泥—水玻璃浆液时为4h左右，以保证注浆材料有充分的胶凝时间，使与地层充分胶结硬化，达到加固、堵水的目的。安装注浆管时，在注浆管孔口处用胶泥与麻丝缠绕，使之与钻孔孔壁充分挤压塞紧，实现注浆管的止浆和固定。胶泥凝固到有足够强度后方可注浆。注浆结束后及时对注浆效果进行检查，如未达到设计要求时，必须补充孔再注浆。（2）、对拉钢筋的施工：采用φ25螺纹钢筋，张拉设备则用穿心式单作用千斤顶。预张拉应力为50KN，一端固定，另一端张拉。锚杆固定端和张拉端沿纵向间隔一排布置，在同一截面上间隔进行张拉，以避免产生局部压应力集中现象。螺纹钢筋的锚固在油泵开动、压力表指针稳定时进行。千斤顶施加预拉力时采取边张拉、边拧紧锚具的方法，施加初始预加力的相应油压值一般为设计油压的10%，以此做为丈量钢筋伸长量的起算点。预拉力锚杆的张拉一律采用双控法，油压值的误差不得超过±2%，伸长量的误差不得超过±5%。施工中千斤顶端部及非张拉端钢筋端部严禁站人，并加设防护措施。张拉后的钢筋在未灌浆前严禁碰击、踩踢。灌浆工作必须避开钢筋端部，以防预应力钢筋突然断裂弹出伤人。在有油压情况下，严禁拆卸油压系统中任何零件。第二节洞口与浅埋段工程一、洞口工程1、洞口开挖土石方进洞前应尽早完成洞口排水系统；按设计要求进行边坡、仰坡放线，自上而下逐段开挖不得掏底开挖或上下重叠开挖；清除洞口上方滑塌表土、灌木，及山坡危石；不得采用深眼大爆破开挖边仰坡，且石质地层拉槽爆破后，应及时清除松动石块；开挖中应随时检查边坡和仰坡，如有滑动、开裂等现象，应适当放缓坡度，保证边仰坡稳定和施工安全。洞口支挡工程应结合土石方开挖一并完成。注意边仰坡稳定和施工安全。因此在距离洞口而洞口埋深较浅、且上方覆盖有碎石可能出现的危害，采取的辅助施工措施为：地表注浆锚杆、管棚、甚至支挡结构。2、开挖进洞：钢支撑紧贴洞口开挖面进行支护，围岩差时（如Ⅱ类）用管棚支护围岩，支撑作业紧跟开挖作业，稳妥前进。3、洞门衬砌施工：（1）、洞门衬砌拱墙应与洞内相联的拱墙同时施工，连成整体；（2）、基础处的渣体杂物、风化软层和积水应清理干净；（3）、洞门衬砌拱墙应与洞内相联的拱墙同时施工，连成整体；（4）、端墙施工放样时，应保证位置准确和墙面坡度平顺；（5）、洞门端墙的衬砌与墙背回填应两侧同时进行，防止对衬砌边墙产生偏压；82 （6）、洞门衬砌完成后，及时处理洞门上方仰坡角受破坏处；（7）、当边仰坡地层松软、破碎时，应采取坡面防护措施；洞门的排水、截水设施应与洞门工程配合施工，并应与路堑排水系统连通。二、浅埋段工程1、浅埋段和洞口加强段：此处的开挖施工，应根据地质条件、地表沉陷对地面建筑物的影响以及保障施工安全等因素选择开挖方法和支护方式，并应符合下列规定：（1）、根据围岩及周围环境条件，Ⅱ类围岩段优先采用了正向单侧壁导坑法。（2）、严禁采用全断面开挖，由此在Ⅲ围岩段采用上下台阶法。并且在开挖后尽快施作锚杆、喷射混凝土、敷设钢筋网及钢支撑。当采用复合式衬砌时，应加强初期锚喷支护，Ⅱ类以下围岩，应尽快施作衬砌，防止围岩出现松动。（3）、锚喷支护及构件支撑的施工应符合规范要求。锚喷支护或构件支撑，应尽量靠近开挖面，其距离应小于1倍洞跨。所以，浅埋段的地质条件很差时，宜采用地表锚杆、管棚、超前小导管、注浆加固围岩等辅助方法施工。2、控制地表沉降，宜采取如下技术措施：（1）、Ⅱ类围岩采用单臂掘进机兼风镐开挖，以减少对围岩的扰动；Ⅲ、Ⅳ类围岩则采用爆破开挖，并短进尺、弱爆破。（2）、打设拱脚锚杆，提高拱脚初围岩的承载力。并及时施作仰拱或临时仰拱。（3）、地质条件差或有涌水时，宜采用地表预注浆结合洞内环形固结注浆。（4）、加强对地表下沉、拱顶下沉的量测及反馈，以指导施工，量测频率宜为深埋段时的2倍。第三节开挖开挖方式和开挖方法应按规范原则确定，并应具有较大的适应性。变换开挖方法时，应有过渡措施。开挖作业应遵守的规定是：合理确定开挖步骤和循环进尺，保持各开挖工序相互衔接，均衡施工；开挖断面尺寸应符合设计要求；爆破后，对开挖面和未衬砌地段应进行检查，对可能出现的险情，应采取措施及时处理；开挖作业中，不得损坏支护、衬砌和设备，并应保护好量测用的测点；做好地质构造的核对和素描，地质变化处和重要地段，应有照片记载。而岩石隧道的爆破则应采用光面爆破或预裂爆破技术，施工中更应提高钻眼效率和爆破效果，降低工料消耗。一、开挖方法1、开挖方法大致选定：（1）、Ⅱ类围岩：本设计采用单侧壁导坑法。Ⅱ类围岩段主要是是在洞口的浅埋地段，因为对地表下沉量有一定要求，且围岩条件较差，所以使用单侧壁导坑法。此类施工要注意各工序的合理安全，加强洞内施工管理和围岩监测工作，并掌握好两壁墙的拆除时间。需要注意的是：①、预应力对拉钢筋的施工要及时，尽量在先行洞开挖后既施作。②、避免左、右洞在同一桩号都是毛洞的现象。82 ③、如不抢工期，以掘进机或风镐开挖较稳定；而讲究进尺速度时候，光面爆破、预裂爆破控制情况等都是关键因素。（2）、Ⅲ、Ⅳ类围岩：为了尽可能减小对围岩的扰动，不宜采用全断面开挖法。而超前导坑预留光爆层虽然有较多优点，如扰动小，爆破效率高，但需要更多的实践去论证。所以采用较为常见的上下台阶法。对应的开挖顺序为：①—左洞上台阶开挖；②—左洞拱部锚喷初期支护；③—左洞下台阶开挖（落后上台阶8～10m）；④—左洞侧墙锚喷初期支护；⑤—右洞上台阶开挖；⑥—右洞拱部锚喷初期支护；⑦—右洞下台阶开挖（落后上台阶8～10m）；⑧—右洞侧墙锚喷初期支护；⑨—在岩石破碎带对中间岩柱进行注浆加固、预应力对拉钢筋加固；⑩—左洞全断面衬砌（落后右洞20～25m）左右；11—右洞全断面衬砌。上下台阶法适用与Ⅱ～Ⅳ类较软或节理发育的围岩，但要考虑中间岩柱的稳定，所以开挖Ⅲ、Ⅳ类围岩时，都采用台长为5～50m的短台阶法。这能缩短仰拱封闭时间，改善初期支护受力条件，但施工干扰较大，需要用辅助开挖措施稳定开挖面82 大致施工要求为：上下台阶之间的距离，应能满足机具正常作业，并减少翻渣工作量；顶部围岩破碎，施工支护需紧跟时，可适当延长台阶长度，减少施工干扰；台阶不宜多分层，装渣机械应紧跟开挖面，以减少趴渣距离。①、Ⅲ类围岩注意事项：为确保洞口的安全及稳定，先行洞开挖断面超前后行洞的距离控制在35～40m。并在开挖前打入超前小导管注浆以加固拱部围岩。浅埋段的洞身每开挖循环进尺和钢拱架间距相同，取1m；但深埋段考虑浅眼爆破因素，取1.5m。开挖后要及时支护，当下台阶开挖落后上台阶8～10m时，除做初期支护外，要对中间岩柱进行注浆支护，打入预应力对拉钢筋。②、Ⅳ类围岩注意事项：仅在岩石破碎局部设置预应力对拉钢筋或锚杆，对岩石进行加固。2、衬砌采用先拱后墙施工，所以下部断面开挖应符合下列要求：（1）、拱圈混凝土达到设计强度的70%之后方可进行下部断面的开挖；（2）、采取扩大拱脚、打设拱脚锚杆、加强纵向联结等措施，加固拱脚；（3）、下部边墙开挖后，应按设计规定及时做好支护。（4）、应及时量测拱顶、拱脚和边墙中部的位移，当变形速率有增大趋势时，应立即采取仰拱封闭或其他有效措施，保证围岩和衬砌尽快处于稳定状态。3、边墙马口跳槽的开挖：马口是先拱后墙法所独有的。其一般应错开施工，围岩状态较好时可采取对开施工，并符合下列要求：（1）、宜采取长短马口结合，减少跳槽次数。首轮马口长度，Ⅲ、Ⅳ类围岩不宜大于4m，Ⅰ、Ⅱ类围岩不宜大于2m。（2）、首轮马口的中心宜选在拱圈接缝处，并应注意岩层倾斜和稳定情况，防止顺层坍滑。（3）、回头马口开挖必须待相邻边墙封口24h后进行。（4）、洞口加强段开挖马口，拱圈悬臂长度不得超过首轮马口长度。4、导坑开挖时候应采取多循环，并符合以下要求：（1）、导坑断面应根据地质条件、支护形式、机具设备和运输、通风、排水的要求进行作业安全要求等来确定；（2）、各类临时支撑不得妨碍坑内运输作业。在地质条件较好时，如Ⅱ类深埋段，下导坑可保持较长的超前距离5、分布开挖扩大时，应符合下列要求：开挖同时打眼，周壁采用光面爆破；围岩压力较大时，分布开挖应与支撑配合进行；当洞口段地址较差或覆盖层较薄时，应在洞内稳定地层处想洞口方向逐步扩挖和浇筑拱圈，保证洞口段施工安全。当分层扩大时，应加强断面量测工作，防止超欠挖；并配合出渣进行断面检查，清除欠挖，处理危石。6、仰拱开挖：采用半幅开挖，在挖到设计深度时，底面要平顺，并清除渣物；要排干净积水，做好排水设施；隧道底两隅与侧墙联结处应平顺开挖，避免引起应力集中。本设计中，预先打入锚杆再开挖。82 二、钻爆设计因为隧道Ⅲ、Ⅳ类围岩需要采用爆破施工，而且它们的成分大都是石英砂岩、白云质岩及部分泥质，只有节理发育程度的区别。所以都采用光面爆破。光面爆破是在主体石方爆破后，沿设计轮廓线将光爆层崩落，获得光滑、平整的壁面，达到控制轮廓线的目的。其可减少超欠挖，节约工程成本；开挖面平整、光滑，可减少支护工作量，有利于后期作业，而且对岩体破坏影响小，有利于围岩稳定；但其钻孔工艺复杂，要求钻孔水平高，钻孔量大，对施工人员素质要求较高。而进行光面爆破分为两种基本作业方法：预留光爆层法和一次分段法。本设计采用的是后者，即光面爆破孔和开挖主爆孔用迟发雷管同次分段起爆，光面爆破孔迟后主爆孔150～200ms。同时，考虑中间岩柱的稳定，及先行洞爆破对后行洞的影响，为确保安全性，将先行洞的震动速度控制在10～15cm/s以内，并以此作为爆破药量的计算依据。为避免爆破震动波的叠加，必须采用微差控制爆破，各段起爆时间应根据震动测试确定为宜。1、爆破参数选择爆破参数的选择方法大致有三种：工程类比法；计算法；现场实验法。因为光面爆破的理论计算目前并不是很全面，所以综合一般的计算参数及经验类比数据进行设计参数的确定，最后在施工时再做现场实验。（1）、采用光面爆破时，应满足下列要求：根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线；严格控制周边眼的装药量，并使药量沿炮眼的全长合理分布；周边眼宜采用小直径药卷和低爆速炸药。可借助传爆线以实现空气间隔装药。采用毫秒雷管微差顺序起爆，应使周边爆破时产生临空面。周边眼同段的雷管起爆时差应尽可能小。（2）、参数选用原则及炮眼布置要求：①、掏槽炮眼：导坑或局部开挖时，宜采用浅眼爆破，防止振动对支撑结构产生不良影响。虽然眼深小于2m时可用斜眼掏槽，但宜用浅眼直眼掏槽，并有多个方案可进行比选。掏槽眼方案比选表9-1掏槽类型优劣螺旋形较易形成槽腔，且爆破振动效应较小要设计合理菱形常用且效果良好小直径中空直眼适用用软岩、中硬岩中，节理裂隙较发育的浅眼爆破，较为普遍；工人易掌握，实施操作方便爆破产生的震动强大要大一些因为螺旋形炮眼的产生的振动效果相对较小，所以采用螺旋形掏槽眼：为使底部岩石破碎，减少飞石，掏槽眼布置在上断面较为靠下的部位。因为爆破的是中硬岩，所以掏槽眼在中部布置三个小直径炮眼，作为1号炮眼爆破的临空面。爆破顺序从1号眼开始，而后2号、3号、4号，螺旋形进行。装药量为炮眼深度的90%左右。②、周边眼：82 当断面较小或围岩软弱、破碎或在曲线、折线处开挖成形要求高时，周边眼间距E应取较小值；周边眼采用小直径药卷，并严格控制周边眼的装药量，并使药量沿炮眼全长合理分布，采用毫秒雷管微差顺序起炸，使周边炸破时产生临空面，同时周边眼同段雷管起炸时差尽可能小。抵抗线V应大于周边眼间距，软岩在取较小的周边眼间距的同时，抵抗线应适当增大；对于软岩或破碎性围岩，周边眼的相对距E/V应取较小值。③、辅助眼：与周边眼相比，只是V、E、单孔装药量q值较大些。一般E/V＝0.6～0.8。参考其他资料，Ⅲ类围岩的E值取80～100cm，Ⅳ类围岩则取60cm～80cm。辅助炮眼应交错均匀地布置在周边眼和掏槽眼之间，并垂直与开挖面打眼，力求爆下的石渣块体大小适合装渣的要求。开挖断面底部两隅处，应合理布置辅助眼，适当增加药量，消除爆破死角。断面顶部应控制药量，防止出现超挖。周边炮眼与辅助炮眼的眼底应在同一垂直面上，保证开挖面平整，但掏槽炮眼应比辅助炮眼眼底深10cm；对内圈眼的爆破诸参数则应加以严格控制，防止围岩过度龟裂，有另一种说法是：内圈眼比周边眼稀一些，间距为周边眼间距的1.5倍左右，抵抗线为间距的0.7倍④、不偶合系数D：装药型式应按掏槽炮眼孔径r与药卷径r的比值D（不偶合系数）确定。选用小直径药卷时，应防止爆炸中断现象。因为围岩较软，所以可采用导爆管装药型式。又因为眼深小于2m，所以也可采用空气柱装药型式。周边眼取较大值，以减少对围岩的扰动破坏。掏槽眼和辅助炮眼则相对取小值，以提高炸药的爆破效率。2、起爆与进尺：起爆顺序是从掏槽眼开始，一层一层地往外进行，最后是周边光面爆破。具体落实雷管段号时，要注意三点：首先应有合理的段间隔时间；其次同一段炮眼的装药量应小于最大单段的允许装药量；前一段爆破要尽量为后段爆破创造良好的临空面；而爆破开挖一次进尺根据围岩条件确定。采用半断面或台阶法开挖，眼深为1.0～3.0m的浅眼爆破，一般单位耗药量可取0.4～0.8kg/m3。所以采用的参数为隧道进尺为1.5m，单位耗药量可选为0.6kg/m3。但参考一些中硬岩隧道的实际单位耗药值，在Ⅳ类围岩中取K＝0.9kg/m3爆破器材——二号岩石硝铵炸药，药卷规格（直径mm×长度cm）20×20～60。标准型的参数则为直径35mm，长度165cmm，质量150g；采用台阶开挖时，应采用导爆管、毫秒雷管起爆周边眼，不得采用火花起爆。且由于导爆管具有经济、使用方便、抗外来电等优点，因此可使用导爆管代替电雷管构成导爆索——导爆管起爆网路。爆破深度L——以循环进尺长度1.5m为眼深，掏槽眼另加10%～20%，眼深1.7m。炮眼数目N——小直径（35～42mm）的炮眼，开挖面积在5～50m2的条件下，单位面积钻眼数为1.5～4.5个/m2。单位面积钻眼数目取小值，炮眼平均装药系数约在0.2～0.4间，炮眼数目增加20%左右。3、各类计算公式：（1）、炸药用药量：每循环爆破的总装药量Q值为82 Q＝K×L×S（9-1）式中，Q——每循环爆破总装药量（kg）；K——爆破单位体积岩石的炸药平均消耗量，简称炸药单耗量（kg/m3），取0.6kg/m3；L——爆破掘进进尺数（m）；S——坑道开挖断面面积（m2）。Ⅲ类围岩除去仰拱，开挖断面积S3＝80.06m2；Ⅳ类则为S4＝76.15m2得：Q3＝0.6×1.5×80.06＝72.05kg；Q4＝0.6×1.5×76.15＝68.54kg，（2）、炮眼数目的确定：（9-2）式中，α——各部炮眼的装药系数，指药卷总长度与炮眼长度比。Ⅲ类围岩的掏槽眼、辅助眼、周边眼的对应系数分别为0.5、0.4、0.4；Ⅳ类则对应0.55、0.45、0.45。β——药卷单位长度质量值，kg/m。（药卷直径φ分别为32、35、38、40、45、50mm，对应β值0.78、0.96、1.10、1.25、1.59、1.90kg/m）。q——单位平均装药量q＝α×β×L大约算得：N3＝0.6×80.06÷0.4÷0.78＝154个；N4＝0.9×76.15÷0.45÷0.96＝159个。（3）、比钻眼数量n：n是指单位开挖断面的平均钻眼数，为n＝N/S（9-3）比钻眼数n是评价在同等条件下，钻眼工作量的一个指标，通常这个范围在2～6个。其中掏槽眼的n值较大，周边眼次之，辅助眼最小。而平均计算后得：n3＝154÷80.06＝1.92个/m2；n4＝106÷76.15＝1.39个/m2（4）、最大一段的允许用药量根据振动速度的衰减规律，可采用下列公式对振动速度进行预估计算：Qm＝R3/（Vkp/K）3/a（9-4）式中：Vkp——振速安全控制标准，cm/s；K——与爆破地震波传播途径介质的性质有关的系数；Qm——最大一段允许装药量，kg；R——爆破中心到振速控制点的距离，m；α——爆破振动衰减指数。参考几座隧道的监测结果，取值K、α的值可根据下列地质条件近似采用：K=280，α=1.7，Q1/3/R值范围为0.04～0.2。由此可知：Vkp＝10cm/s时，Q1/3/R＝（10/280）1/1.7＝0.14，在范围内能满足要求；而Vkp＝15cm/s时，Q1/3/R＝（15/280）1/1.7＝0.18，也在范围内。Ⅲ、Ⅳ类围岩的最大允许用药量和振动速度之间能满足需要。（5）、爆破时间间隔的计算：通过记录的爆破震动持续时间,可按下式确定两段爆破的时间间隔:△t=Ri/Vs+Tyi-Ri+l/Vs=(Ri-Ri+l)/Vs+Tyi（9-5）82 式中，Ri和Ri+l——第i段和第i+l段爆破中心距要求的控制震动点的距离；Vs——不同岩石中的波速值；Tyi——第i段爆破的震动持续时间（通过同条件下的测试数据综合确定）。4、设计总表光面爆破有关参数汇总表9-2围岩类别Ⅲ类Ⅳ类范围各眼取值范围各眼取值掏槽周边辅助掏槽周边辅助装药不偶合系数D1.50～2.001.501.911.501.25～1.501.291.501.29周边眼间距E（cm）45～60—489055～70—5570最小抵抗线V（cm）60～75—6012070～85—70100相对间距E/V0.8～1.0—0.80.750.8～1.0—0.790.7周边眼装药集中度q（kg/m）0.20～0.300.400.280.400.30～0.350.360.300.36药卷直径φ（mm）20～6032223220～60352535炮眼直径d（mm）24～4848424824～48453845平均超挖量（cm）1510最大超挖量（cm）（cm）2525炮眼痕迹保存率（%）≥60≥80局部欠挖量（cm）55炮眼利用率（%）9090爆破振动速度（cm/s）≤10≤15三、钻爆作业与掘进机开挖1、钻爆作业作业时必须按钻爆设计进行钻眼、装药、接线和引爆。（1）、钻眼：定出开挖断面中线、水平线和断面轮廓，标出炮眼位置，经检查符合设计要求后方可钻眼。炮眼的深度、角度、间距应符合下列精度要求：掏槽眼——眼口间距误差和眼底间距误差不得大于5cm；辅助眼——眼口排距、行距误差均不得大于5cm；周边眼——沿隧道断面轮廓线上的间距误差不得大于5cm，周边眼外斜率不得大于5cm/m，眼底不超出开挖断面轮廓线10cm，最大不得超过15cm。周边眼宜一次同时起爆，当必须对爆破震动加以控制时，可根据地质条件分组起爆。内圈炮眼至周边眼的排距误差不得大于5cm；当开挖面凹凸较大时，应按实际情况调整炮眼深度，并相应调整装药量，力求除掏槽眼外的所有炮眼眼底在同一垂直面上。（2）、装药：82 将炮眼内泥浆、石屑吹洗干净。已装药的炮眼要及时用炮泥堵塞密封。周边眼的堵塞长度不宜小于20cm。（3）、引爆：进行爆破时，所有人员应撤至安全地点，爆破后必须待有害气体排出后方可进至开挖面工作。（4）、作业重点注意事项：开挖过程中，应监测围岩爆破扰动深度以及爆破震动对周围其他结构物的破坏程度。监测爆破震动应注意以下事项：考虑爆破方法、药量、距离、地质状况等因素，确定爆破最大振幅、频率；监测爆破对地面的震动影响，宜在铅垂方向及正交的两个水平方向（其中一方向为爆破点方向）上同时测定；检测爆破震动值的空间衰减情况时，至少应设3个测点。2、掘进机开挖Ⅱ类围岩段的洞口浅埋段只有35m，所以为安全起见，和顺利进洞，采用扰动较小的掘进机、人工风镐开挖。风镐以压缩空气为动力的手持式冲击破碎工具，运用比较灵活，在机械因为空间问题而难以施作时是相当重要。本设计采用国产的G10型风镐，主要是因为其冲击能量能达到43J。而在掘进机开挖前，应平整好场地，清除积水，创造良好的运转环境。当围岩干燥时，应在开挖面喷水或安设吸尘装置，防止粉尘扩散。第四节出渣与运输一、装渣和卸渣此项工作是爆破过程中最繁重的工作之一，消耗在这一工作上的劳动量，大约占整个掘进循环的30%～50%。因此在大力提高机械化水平的同时，尽量进行合理安排及综合利用，如：看能否将挖掘出土方运用与仰拱等有所需求的部位，减少装卸渣土量。1、装渣装渣设备应选用能在隧道开挖断面内发挥高效率的机械。其装渣能力应与每次开挖土石方量及运输车辆的容量相适应。装渣作业应符合的要求是：机械装渣作业应严格按操作规程进行，并不得损坏已有的支护和临时设备。在台阶或棚架上向下扒渣时，渣堆应稳定，防止滑坍伤人。而卸渣作业应符合的要求是：卸渣时，用专人指挥卸渣、平整；宜采用自动卸渣或机械卸渣方式；场地应修筑永久排水设施和其他防护工程，确保地表径流不致冲蚀渣堆。2、运输采用无轨式自卸卡车运输，所以运输道路宜铺设简易路面。道路的宽度及行车速度应符合下列要求：双车道净宽不得小于2倍车宽加2.5m，会车视距宜为40km；行车速度，在施工作业地段和错车时应不大于10km/h；成洞地段不宜大于20km/h。3、配置情况（1）、采用台阶法时：配备一台美国Caterpillar公司的CAT—320C型反铲斗挖掘机——因为其整机重量只有19.7t，而行走速度却达到了5.5m/s，铲斗容积也有3.2m3，此三项性能比上相对其他机械具有优势。82 不过本掘进机的外型尺寸较大，要进行现场考察观察进场情况。可用体型和自重较小的日本小松有限公司的PC—200掘进机代替。再用一台ZL-50装载机，3台5t自卸汽车装运出碴。（2）、采取侧壁导坑法时：掘进施工时，由于出碴量小，洞身截面小，大型出碴机械无法进入，只能采用人工配合小型机械装碴。每个洞口安排4台1t自卸小翻斗车或拖拉机装运出碴。第五节施工支护施工支护应配合开挖及时施作，确保施工安全。选择支护方式时，优先采用锚杆、喷射混凝土或锚喷联合作为临时支护。在软弱围岩中采用锚喷支护时，应根据地质条件结合辅助施工方法综合考虑。Ⅱ类围岩宜采用锚喷挂网的联合支护形式，并可结合辅助施工方法进行施工支护；Ⅲ、Ⅳ类围岩可采用锚杆、锚杆挂网、喷混凝土或锚喷联合支护。Ⅱ、Ⅲ类围岩都加设钢架。一、锚杆施工锚杆常用的有三种，即：全长粘结型锚杆、端头锚固型锚杆、楔缝式或胀壳式摩擦型锚杆。本设计采用全长粘结型锚杆，杆体主要是螺纹钢筋，用普通水泥砂浆或早强水泥砂浆作填充材料。锚杆采用Ⅱ级钢筋制作，采用螺纹钢筋，直径要求在16～22mm之间，所以一般取φ22，但在Ⅱ类围岩段使用的是φ25mm的。一般情况下使用普通水泥砂浆，当围岩自稳性差，需要尽早支护时，则使用早强砂浆。1、锚杆安设：安设作业在初喷混凝土后及时进行，因为使用的是砂浆锚杆，所以要将杆体整直、除锈和除油。钻孔前应根据设计要求定出孔位，作出标记，孔位允许偏差为±15mm，钻孔应圆而直，方向尽量与岩层主要结构面垂直。钻孔深度也有要求，即：水泥砂浆锚杆孔深允许偏差为±50mm；早强药包锚杆孔深应与杆体长度配合恰当。早强水泥砂浆的配合比（质量比）为：水泥：砂：水宜为1：1～1.5：（0.45～0.5），砂的粒径不宜大于3mm。采用硫铝酸盐早强水泥并掺早强剂。砂浆应拌合均匀，随拌随用，一次拌合的砂浆应在初凝前用完。注浆作业开始或中途停止超过30min时，应测定砂浆坍落度，其值小于10mm时，不得注入罐内使用。2、灌浆作业的要求：注浆开始或中途暂停超过30min时，应用水润滑灌浆罐及其管路；注浆孔口压力不得大于0.4Mpa；注浆管应插至距孔底5～10cm处，随水泥砂浆的注入缓慢匀速拔出，随即迅速将杆体插入，锚杆杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。若孔口无砂浆流出，应将杆体拔出重新注浆。二、喷射混凝土1、喷射混凝土、砂浆材料的原料要求有：水泥——采用普通硅酸盐水泥，标号高于425号，使用前做强度复查试验。速凝剂——注意保管，以免变质。应做速凝效果试验，要求初凝不超过5min，终凝不超过10min。应以试验确定最佳掺量，并在使用时准确计量。砂——采用硬质洁净的中砂或粗砂，细度模数宜大于2.5，含水率一般为5%～7%，使用前应过滤。82 石料——采用坚硬耐久的碎石或卵石，粒径不宜大于15mm，钢纤维喷射混凝土的碎石粒径不应大于10mm，且级配良好。钢纤维——可用普通碳素钢，其抗拉强度不得低于380Mpa，且不得有油渍及明显的锈蚀。钢纤维的直径宜为0.3～0.5mm，长度宜为20～25mm，且不得大于25mm。钢纤维含量宜为混合料质量的3%～6%，强度等级不低于C20。2、注意参数：（1）、喷射作业应分段、分片由下而上顺序进行，每段长度不宜超过6m；也应以适当厚度分层进行，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。其中，初喷厚度不得小于4～6cm。（2）、喷射混凝土作业紧跟开挖面时，下次爆破距喷射混凝土作业完成时间间隔，不得小于4h。（3）、采用钢筋网喷射混凝土时，在岩面喷射一层混凝土后再进行钢筋网的铺设，并在锚杆安设后进行。钢筋网应随受喷面的起伏铺设，与受喷面的间隙一般不大于3cm，并应与锚杆连接牢固，在喷射混凝土时避免晃动。（4）、采用钢架喷射混凝土时，选用工字钢。支撑接头由螺栓连接牢靠，当作为衬砌骨架时，接头应焊接。钢架之间必须用纵向钢筋联结，拱脚必须放在牢固的基础上，其应尽量与围岩接近，但应留2～3cm的间隙作为混凝土保护层。第六节衬砌施工衬砌施工时，其中线、标高、断面尺寸和净空大小都要符合设计要求。模板放样时，允许将衬砌轮廓线扩大5cm，以确保衬砌不侵入隧道建筑限界。在整体式衬砌施工中，发现围岩对衬砌有不良影响的硬软岩分界处，应设置沉降缝；Ⅱ～Ⅰ类围岩，距洞口约50m范围内，必要时可每各10m左右设置一个沉降缝。而且因为有地下水，所以施工缝、沉降缝和伸缩缝均应进行防水处理。一、拱架与模板拱架的间距根据衬砌地段的围岩情况、隧道宽度、衬砌厚度及模板长度确定，本设计取1m，最大不能超过1.5m。衬砌所用的拱架、墙架和模板，采用普通钢模板要求式样简单、装拆方便，表面光滑、接缝严密，有足够的刚度和稳定性。使用常用尺寸为：长100cm，宽50cm，拱部模板应制成一定的拱度，以适应拱部弧性形，宽度不宜太大，以利通用于曲墙，拱圈封顶处，需配备几块较窄模板，以适应调整的需要。施工中，使用衬砌模板台车或移动式整体模架，并配合混凝土泵或混凝土输送器浇筑衬砌。立墙架时，经复核检查拱部中线及净空无误时，可由拱脚挂线定位。且应对墙基标高进行检查，不得利用墙架兼作脚手架，防止模板走动变形。移动拱架模板时，应使模板完全脱离混凝土表面，方可移到规定的位置。拆除拱架、墙架和模板，应符合以下要求：①、不承受外荷载的拱、墙，混凝土强度应达到5.0MPa或在拆模时混凝土表面和棱角不被损坏并能承受自重。②、承受围岩压力较大的拱、墙，封顶和封口的混凝土应达到设计强度的100%；③、承受围岩压力较小的拱、墙，封顶和封口的混凝土应达到设计强度的70%。二、模筑衬砌82 混凝土拌和后，应尽快浇筑。浇筑时应使混凝土充满所有角落并充分进行捣固。混凝土运送时，原则上应才混凝土搅拌运输车，采用其他方法运送时，应确保混凝土在运送中不产生离析、损失及混入杂物。已经达到初凝的剩余混凝土，不得重新搅拌使用。浇筑混凝土节段长度应根据围岩状况、施工方法和机具设备能力等确定。1、拱圈施工应符合下列要求拱圈浇筑顺序应从两侧拱脚向拱顶对称进行，间歇及封顶的层面应成辐射状。分段施工的拱圈合拢宜选在围岩较好处。先拱后墙施工的拱圈，混凝土浇筑前应将拱脚支承面找平。石质隧道支承面可用碎石垫平，上铺2-3cm的砂子，用水晒湿。2、边墙施工应符合下列要求浇筑混凝土前，必须将基底石渣、污物和基坑内积水排除干净，严禁向有积水的基坑内倾倒混凝土干拌和物。墙基松动时，应进行加固处理。边墙扩大基础的扩大部分及仰拱的拱座，应结合边墙施工一次完成。采用先拱后墙法施工时，边墙混凝土应尽早浇筑，以避免对拱圈产生不良影响。墙顶刹尖混凝土应捣实。拱圈封顶应随拱圈的浇筑及时进行。墙顶封口应留7-10cm，在完成边墙灌筑24h后进行，封口前必须将拱脚的浮渣清除干净，封顶、封口的混凝土均应适当降低水灰比，并捣固密实，不得漏水。3、仰拱施工应符合下列要求：应结合拱墙施工抓紧进行，使结构尽快封闭。仰拱浇筑前应清除积水、杂物、虚渣等。应使用拱架模板浇筑仰拱混凝土。4、拱墙背后的空隙必须回填密实，并按下列要求与衬砌同时施工：先拱后墙法施工时，拱脚以上1m范围内的超挖，应用与拱圈相同标号混凝土同时浇筑。边墙基底以上1m范围内的超挖，宜用与边墙相同标号混凝土同时浇筑。其余部位（如仰拱），超挖在允许范围内可用与衬砌相同标号混凝土同时浇筑；超挖大于规定时，宜用片石混凝土或10号浆砌片石回填，不得用渣体任意回填。严禁片石侵入衬砌断面或仰拱断面。隧道通过含有侵蚀性地下水地段时，应对地下水作水质分析，衬砌应采用抗侵蚀性混凝土。衬砌浇筑完成拆除支架时，应先支顶后拆除。衬砌断面以外的支撑木和背板应拆除。衬砌拆模后应立即养护，养护时间一般为7-14d。5、衬砌采用防水混凝土时，施工中应满足下列要求：砂石集料应符合级配要求，水泥标号不低于425号。水灰比不应大于0.55；最小水泥用量不应小于200kg/m3，拱顶封顶部分不应少于350kg/m3。调制混凝土拌合物时，水泥重量偏差不得超过±2%，集料重量偏差不得超过±5%，和、水及加气剂重量偏差不得超过±2%。混凝土浇筑前，必须清除模板上泥污杂物，且要用水湿润，确保模板不漏浆。二、二次衬砌二次衬砌的施作，应在围岩和锚杆支护变形基本稳定后进行。围岩变形较大，流变特性明显时，应加强初期支护及早施作仰拱和二次衬砌。82 二次衬砌施工前，应做好地下水引排工作，仰供及基础部位的虚渣及积水必须清理干净；防水层或喷层表面粉尘应清除并洒水湿润。1、灌筑作业应符合以下要求由下向上依次灌筑，当设计规定需要先灌筑拱圈时，应采取防止拱脚下沉等措施，必要时，可架设纵向托梁。隧道有仰拱时，宜先灌筑仰拱；初期支护与二次衬砌的空隙，必须回填密实。2、采用泵送混凝土时，应按下列要求处理：混凝土泵连续运转；输送管道宜直，转弯宜缓，接头应严密；泵送前应润滑管道，润滑时采用按设计配合比拌制的水泥泵或按骨料减半配置的混凝土进行。3、混凝土应分层灌筑，但二次衬砌的混凝土应连续灌筑，不得不间歇时，在20～30℃时，浇筑普通硅酸盐水泥的间歇时间不应大于90min。4、混凝土养护时的规定有：采用硅酸盐水泥拌制的混凝土，其养护时间不得少于7d；掺有外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14d。加覆盖物或洒水，养护用水的温度应与环境温度基本相同。二次衬砌混凝土其强度达到2.5Mpa时，才可以拆模。5、防止二次衬砌混凝土开裂，应采取的措施：宜采用较大的骨灰比，降低水灰比，合理选用外加剂；合理确定分段灌筑长度及浇筑速度；混凝土拆模时，内外温差不得大于20℃；根据设计施作防水隔离层。第七节风水电作业和通风防尘一、供风和供水空气压缩机设备能力应满足同时工作的各种风动机具最大耗风量和足够风压；应设置在洞口处，并靠近变电站，应有防水、防温、保温和防雷击设施。水源的水量应能满足工程和生活用水需要。有自然水源则蓄水利用，水池高度应能保证洞内最高用水点的水压；容量也应有一定的储备量，保证洞内外集中的水的需要。隧道工作面使用风压应不小于0.5MPa，水压不小于0.3MPa。洞内风、水管路宜敷设在电缆电线相对的一侧，并不得妨碍运输，不影响边沟施工。管路前端至开挖面宜保持30m的距离，并用高压软管连接分风器和分水器。二、供电与照明1、隧道供电电压采用400/230V三相四线系统两端供电，其电压为：输入电压220V，输出电压36V、32V、24V、12V四个等级，便于依据作业工作面安全要求选用照明电压。动力设备应采用三相380V；隧道照明，成洞段和不作业段可用220V，一般作业段不宜大于36V，手提作业灯为12～24V；选用的导线截面应使线路末端的电压降不得大于10%；36V和24V线不得大于5%。2、布置和安装成洞地段固定的电线路，应使用绝缘良好的胶皮线架设；施工地段的临时电线路宜采用橡套电缆。照明和动力线路安装在同一侧时，必须分层加设。电线悬挂高度距人行地面的距离，110V以下时不小于2m；400V时应大于2.5m，6～10kV时不应小于3.5m。82 36V低压变压器应设在安全、干燥处，机壳接地，输电线路长度不应大于100m。动力干线上的每一分支线，必须装设开关及保险丝具，禁止在动力线路上加挂照明设施。3、施工照明设计（1）、照明设计：隧道作业地段必须用足够的照明，照明光线要充足均匀应满足以下要求：①、采用白炽灯时，施工地段每平方米不宜小于15W，不安全因素较大地段可用适当增加。②、运输巷道在未成洞段每隔6m，成洞地段每隔10m装设100W灯一盏；在主要交通道路等重要处应有安全照明。③、施工作业地段应采用不超过36V的低压电源，输电线路长度不大于100m。④、照明线路及灯具的架设高度一般不小于2.5m。三、通风、防尘、防有害气体隧道施工中，由于钻眼、炸药爆破、装渣、喷浆，内燃机械和运输汽车的排气，开挖时地层中放出的有害气体等因素，使洞内空气污染严重。因此，必须向洞内提供新鲜空气排除有害气体及降低粉尘浓度，同时也尽量控制不利于施工的因素。1、隧道作业环境的卫生标准（1）、隧道中氧气含量按体积计不小于20%，坑道内气温不宜高于30度。（2）、有害气体浓度：一氧化碳（CO）一般情况下不大于30mg/m3，特殊情况下，施工人员必须进入工作面时，可为100mg/m3，但工作时间不得超过30min。二氧化碳（CO2）按体积计不得大于0.5%；氮氧化物（NO2）在5～8mg/m3以下；甲烷（CH4）浓度按体积计不得大于0.5%。（3）、含10%以上游离二氧化硅的粉尘，每立方米空气中不得大于2mg；含10%以下游离二氧化硅的矿物性粉尘，每立方米空气中不得大于4mg。（4）、隧道洞内施工工作地点噪音不大于90dB；2、隧道施工通风：隧道施工必须采用机械通风。因为本设计的隧道长度为700m，是中隧道，且采用无轨运输，所以采用集中送风方式——在洞外设置大容量风机，将风管送风口设在开挖面附近，通过风管将新鲜空气从洞口吹入开挖面，并由隧道排除废风。隧道施工通风应能满足洞内各项作业所需要的最大风量。风量按每人每分钟供应的新鲜空气3m3计算，采用内燃机械作业时，1KW供风量不宜小于3m3/min；本设计采用质量轻，运输存放方便，价格便宜，可回收，修补连接容易的维尼龙胶布风大口径风管，轴流风机则选用直径为100cm，风量达到960m3/min，风压为3200，电动机功率＜80KW的JFD-100-4型号风机。3、施工防尘施工所产生的粉尘对人体有害，所以要定期测试粉尘浓度，并控制在国家规定的范围内。粉尘的产生主要来自于凿岩作业，它占洞内空气中含尘量的85%，其次是由于爆破产生的，约占10%，装渣运输只占5%。因此主要推行“湿式凿岩”是防尘工作措施，且采取防尘“四化”等综合措施。（1）、湿式凿岩标准化：打水风钻，以使岩粉湿润，减少扬尘，可降低80%的粉尘。（2）、机械通风经常化：在爆破完毕，主要作业进行期间，仍经常通风，以使得一些散在空气中的粉尘排出。对消除装渣运输等作业中所产生的粉尘是很有作用的。82 （3）、喷雾洒水正规化：为避免岩粉飞扬，在爆破后及装渣前喷雾洒水、冲刷岩壁。可在消除粉尘的同时，溶解少量有害气体，并降低坑道温度，使空气变得明净清爽。（4）、人人防护普遍化：每个施工人员应注意防尘、戴防尘口罩，搞好个人防护。第八节辅助施工方法采用辅助施工方法对地层进行预加固、超前支护或止水时，必须坚持的是强支护、短进尺、弱爆破、快封闭、勤量测的施工原则。因为本设计的进出口段为Ⅱ、Ⅲ类浅埋围岩，所以为了稳定开挖面、防止地表地层下沉，可依据实际情况选用了以下一种、或多种辅助施工方法：1、地面砂浆锚杆：锚杆垂直地表设置，也可适当倾斜；锚杆长度依据隧道覆盖层厚度和实际施工能力确定。此类仅设置于洞门浅埋段。2、超前锚杆支护：超前锚杆选用早强水泥砂浆锚杆，宜和钢架支撑配合使用并从钢架腹部穿过；与隧道纵向开挖轮廓线间的外插角选为10°，长度宜大于循环进尺，在3～5m之间；3、管棚钢架超前支护：洞口往往节理发育，结构破碎，所以采用此类强支撑。在钢架上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设管棚孔，其外插角以不侵入隧道开挖轮廓线越小越好。孔深在10～45m之间，所以在Ⅱ、Ⅲ类围岩构成的洞口段取φ108的管棚45m长。需要检查开挖的断面中线及高程，钢架安装垂直度允许误差为±2°，中线及高程允许误差为±5cm。4、超前小导管预注浆：因为处理相对较方便，所以用于隧道中间段的局部破碎处。采用φ40mm的无缝钢管制作，长度宜为3～5m。管壁每隔10～20cm交错钻眼，眼孔直径宜为φ6～8mm。同样采用10°的外插角钻孔，环向间距宜为20～50cm。小导管注浆前，应对开挖面及5m范围内的坑道喷射厚为5～10cm的混凝土封闭；注浆压力在0.5～1MPa，必要时可在孔口处设置止浆塞。5、注浆材料：采用水泥浆液，水灰比可采用0.8：1～2：1。第九节溶岩特殊地质地段施工根据设计的地质资料可知，隧道中有岩溶发育带，其中的K122+370～440岩溶剧烈发育，并有空间超过2米的充填型溶洞串珠状发育，且与地表天窗和塌坑相通；而在忠庄背斜倾伏端上及某些局部地区，有小溶洞，且地表水变为地下隐伏流。所以，考虑溶岩这一特殊地质地段的施工。一、溶岩地段的隧道施工措施1、引排水遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。在查明水源流向极其隧道位置的关系后，用暗管、涵洞渲泄水流，或开凿泄水洞。2、堵填82 若溶洞停止发育、跨径较小、无水，可根据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆砌片石、予以回填封闭；或加深边墙基础，加固隧道底部。当隧道拱顶有空溶洞时，可视溶洞的岩石破碎程度在溶洞顶部采用锚杆加固，并加设隧道护拱及拱顶回填的方法处理。3、绕行：可采取迂回导坑越过溶洞，继续进行隧道前方施工，并同时处理溶洞，以节省时间，加快施工进度。绕行开挖时，应防止洞壁失稳。二、溶洞地段施工1、观察及安排达到溶洞边缘时，要注意观察水情变化及裂隙溶蚀程度，当渗水及溶蚀程度有所增大时，应对掘进、支撑、排水等工作加以妥善安排。同时，施工各工序应紧密衔接，大小溶洞皆需要即使处理/2、充填方法：在溶洞充填体中开挖，若充填物较为松软，则采用插板法施工，并注意预留沉落量。当充填物为石块堆积时，可在开挖前预压砂砾及水泥砂浆加固。当溶洞较高且顶部破碎时，应先喷射混凝土加固，再在靠近溶洞顶部附近打入锚杆、并设置钢筋网和支架。3、开挖处理：在岩溶地段爆破，应尽量做到多打眼，打浅眼，并控制药量。当判断有岩溶水时，应利用超前的炮眼钻孔或预打的超前探水钻孔作涌水预报，以探明开挖面前方几米到几十米的水情，防止突水事故的发生。施工中对溶洞顶部应经常检查，及时处理危石。溶洞内不得任意抛填隧道开挖弃渣。第十节附属设施工程一、设备洞、横通道及其它本设计设置了两个行人横洞，分别设置在K122+080、K122+380处，因为隧道长为700m，小于800m，所以不设置行车横洞。其中，隧道边墙内的各类洞室以及消防洞、设备洞和横通道等与正洞联结地段的开挖，一般应在正洞掘进至其位置时，将该处一次开挖完成。设备洞及横通道等处及其他各类洞室的永久性防排水工程，宜采用锚喷支护，必要时尚应增设钢支撑。支护应紧跟开挖，与正洞联结地段，支护应加强，联结处的钢筋应互相联结可靠，绑扎牢固，使之成为整体。而人行横道两口各长5m范围内的衬砌，应与正洞衬砌一次同时完成，且在混凝土在灌筑过程中不得中断。需要注意的是：各类洞室及横通道与正洞联结处的折角处，防水层应根据铺设面的形状平顺铺设，不得出现空白。衬砌施工时候，要认真复查防排水工程的质量；要在防排水工程符合设计要求时，才可灌筑混凝土。衬砌中各类预埋管件、预留孔、槽以及衬砌边墙内的各类洞室应按设计位置定位，并在模板架设时应将经过防腐与防锈处理的预埋管、件绑扎牢固，留出各类孔、槽及边墙内的各类洞室位置；灌筑混凝土时应确保各类预埋管件、预留孔、槽及各类洞室不移位。二、装饰工程洞门及隧道的内装饰应根据设计的装饰材料及设计要求，采用相应的施工方法进行。装饰前应做好的工作包括：仔细检查衬砌内表面的渗漏水情况，必要时采取措施做好装饰前的防排水工作；对于贴面装饰，应将装饰作业的表面清洗干净并作好基层；进行装饰试验，检查装饰敷设和喷涂的质量、颜色及基底层的粘结牢固程度。82 装饰施工时，材料不得侵入隧道建筑限界；洞口装饰应表面平整、清洁，隧道名牌字样要求美观、醒目；因为使用了面砖材料，所以应作到横、竖缝通直，贴好后，外表面应平整，不得出现凹凸。装饰工程应能满足各类运营设施的维修和更换方便；各类洞室的防护门应开启方便、严密、防火、隔热。若想降低隧道内噪声，可在拱顶或边墙尚设置吸音板。三、营运管理设施射流风机安装时，不得侵入建筑限界；在安装前要进行试调试，并保证安装的位置、悬吊高度及风机间的间距必须符合设计要求，安装应牢固、可靠。同一隧道内应采用统一规格的消火栓、水枪和水笼带，隧道外输水管与消防水源及自动控制装置的联结等应按设计要处理。电缆通过隧道时，应穿管敷设。接地装置应配合土建施工同时进行，其隐蔽部分应在覆盖前作好测试、检查和验收，不得随意接线或断开，也不得随意改变数量。安装工程所用的金属配件、支撑件、紧固件兼要进行防锈蚀处理第十一节夏家庙隧道工程数量表工程数量表表9-3工程名称材料单位Ⅱ类浅埋（m）Ⅱ类（m）Ⅲ类（m）Ⅳ类（m）合计70135485710每延米工程数量洞身开挖土方m394.0492.8690.0276.15116845.1仰拱回填C10m39.879.879.74——6747.25喷射混凝土C20m35.984.664.663.545821.2仰拱拱圈C25m34.574.574.05——2901.1衬砌筑模C25m313.713.713.049.7416048.3钢筋网双层φ8m240.6840.488339.4双层φ637.3418109.9单层φ618.6813262.8洞身防水PVC板复合土工布m2232322.6221.931234.7预应力钢筋φ25螺纹钢kg228228228——157320管棚支护φ108×6mmkg287.28——————20109.6粘接型锚杆φ25mmkg80.7380.7316549.65φ22mm69.3582.1391947.05钢拱架20b工字钢kg1501.51435.629891118b工字钢1060.2——51419782 第十章隧道施工监测监控量测的目的是：通过对围岩和支护的观察和应力量测、变位等动态量测，及时反馈信息，以达到合理安排施工顺序、确保施工安全、修改设计参数和支护系统设计、进行日常的施工管理和积累资料等目的。有施工监测和信息化设计流程图如下：而复合式衬砌的设计，通常以工程类比法为主，并以现场监控量测进行工程实际检验和修正。第一节监测项目与方法隧道监测的对象主要是围岩、衬砌、锚杆和钢拱架及其他支撑，监测的部位包括地表、围岩内、洞壁、衬砌内和衬砌内壁等，监测类型主要是位移和压力，有时也监测围岩松动圈和声发射等其他物理量。大致分类如下表：一般监测分类表表10-1位移压力监测项目监测仪器监测项目监测仪器地表沉降水准仪围岩内压力压力盒，压力枕，应变计地表水平位移经纬仪衬砌混凝土内压力拱顶沉降水准仪，电子水平尺衬砌钢筋应力钢筋应力计，应变计拱脚基础沉降围岩与衬砌接触压力压力盒，压力枕围岩位移（径向）单点、多点、三维位移计锚杆轴力钢筋应力计，应变片，应变计，环式测力计围岩位移（水平）测斜仪，三维位移计钢拱架压力轴力计洞周收敛收敛计，巴塞特系统地下水渗透压力渗压计其他监测物理量表表10-2监测项目监测仪器注：因为是双洞小间距隧道，所以要考虑中间岩柱的稳定。由此在开挖时，要监测爆破开挖时的爆破震动情况。爆破震动测震仪围岩松动圈弹性波，形变电阻法前方岩体性态弹性波，超前钻，探地雷达82 声发射声发射检测仪一、监测项目而依据设计规范，选择必测项目和部分选测项目，罗列如下：1、地质和支护状况观察在开挖后及初期支护后进行，观察或描述岩性、结构面产状及支护裂缝。是借助肉眼凭经验判断，最直观的方法。尤其要注意的是中墙衬砌上的裂缝。2、周边位移规定是每10～50m设置一个断面，每个断面2～3对测点，使用收敛计，监测隧道周边或结构物内部净空尺寸的变化。作用是监控围岩的稳定性，进行位移反分析为修改参数、优化结构和施工工艺提供依据。所以根据地质情况，在进口段Ⅱ类围岩段，每隔10m设置一个断面，共设置4个；Ⅲ类围岩的出口段，每隔20m设置，共3个。其他断面设置依据规范，及围岩类别变化断面设置。每个断面布置两个三角形闭合测线，进行6条测线的收敛监控，部分断面布置3条测线。使用的是89003部队的QJ—85型坑道周边收敛计，最小读数0.001mm，量测精度±0.06mm。3、拱顶下沉规定是每10～50m设置一个断面，使用水平仪、水准尺、钢尺。其作用是判断围岩稳定性及进行位移反分析，为二次衬砌的施设提供依据。还可作为用收敛监测结果计算各点位移绝对量的验证用。断面选取情况和周边位移一致，每个断面布置6个测点。采用高精度水准仪，精度为0.05mm。4、锚杆或锚索内力及抗拔力每10m一个断面，每个断面至少做三根锚杆，软弱面设置5个测点。特点要注意的是为加固中间岩柱而打入的各种锚杆，及其受力、应用情况。使用的是在复杂环境下也能适用的钢弦式测力计。5、地表下沉当隧道埋深小于3倍洞径时，地表沉降动态是判断周围地层稳定性的一个重要标志，其监测结果能反映隧道开挖过程中围岩介质变形的全过程。因此在洞口埋深小于40m的浅埋段，隔10m设置一个断面，每个测线布置6个测点，中线则每5～20m一个测点。其他地段可依需要，隔5～50m设置断面。皆使用高精度的水准仪，精度为0.05mm。6、围岩体内位移（洞内设点）规定是每5～100m一个断面，每断面2～11个测点，洞内钻孔安设单点、多点杆式位移计。作用是通过钻孔多点位移计监测隧道围岩内沿轴向不同深度的轴向变形，可由此分析判断隧道围岩位移的变化范围和松弛范围，预测预报围岩的稳定性，以检验或修改计算模型及模型参数，同时为修改锚杆支护参数提供重要的依据。实际监测断面均在系统监测断面上。采用的是以注浆方式锚固的多点位移计，在每个钻孔中沿深度布设有5个测点，用频率仪测读。7、围岩压力及两支护间压力在代表性地段，即围岩类型变化处设置断面，每断面有15～20个测点，使用GYH—3型振弦式土压力盒。82 8、钢支撑内力及外力每10榀钢拱支撑一对测力计。目的是监控围岩稳定性和钢支撑自身的安全性，并为二次衬砌结构的设计提供反馈信息。在进行应力测试的每榀钢支撑上对称布置5个钢弦式表面应变计，共计25个测点。采用的振弦式应变计，经标定后用数字式频率仪测读。9、中墙衬砌应力及喷层表面应力监测目的是监测中墙衬砌、及喷层受力状态，为临时钢支撑的设置和开挖步骤的调整提供依据。依据围岩稳定情况，在中墙两侧对称布置共6个表面应力计，采用振弦式表面应力计，用数字式频率计测读。图10-1部分监测示意图二、监测说明及补充1、除了必测和选测项目外，建议采用针对中间岩柱进行力学性能测试的手段，例如围岩松动圈测试、后行洞爆破对先行洞二次衬砌的影响等。在施工期间，建议采用爆破震动进行监测控制。衬砌内应力、表面应力及裂缝量测，也是有其独特作用的。2、爆破开挖后应立即进行工程地质与水文地质状况的观察和记录，并进行地质描述，要注意地质变化处和重要地段。初期支护完成后，应进行喷层表面的观察和记录，并进行裂缝描述。3、隧道开挖后应及时进行围岩、初期支护的周边位移量测、拱顶下沉量测；安设锚杆后，应进行锚杆抗拔力试验。当围岩差、断面大或地表沉降控制严时宜进行围岩体内位移量测和其他量测。位于Ⅲ～Ⅰ类围岩中且覆盖层厚度小于40m的隧道，应进行地表沉降量测。4、测点应距开挖面2m的范围内尽快安设，并应保证爆破后24h或下一次爆破前测读初次读数。埋设测点的砂浆均需用速凝强的双快水泥。5、钢支撑压力的测试元件在钢支撑设置时安装并测点初读数。地表沉降和中墙衬砌的监测点需在开挖掌子面推进到距测试断面2倍隧道直径前布设。测试频率应根据围岩和支护的位移速度及离开挖面的距离确定。第二节量测数据及警戒值根据收集的资料，及时对现场量测数据绘制时态曲线（或散点图）和空间关系曲线。绘制位移—时间曲线时，曲线的时间坐标下应该注明施工工序，以及开挖工作面离量测断面的距离：82 当位移—时间曲线趋于平缓时，应进行数据处理或回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律。当位移—时间曲线出现反弯点时，则表面围岩和支护已不稳定，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。而针对工程实践的具体情况规定容许位移量与容许位移速率值，是进行施工监控的基础工作。其中，容许位移量是指在保证隧道不产生有害松动和保证地表不产生有害下沉量的条件下，自隧道开挖起到变形稳定为止，在起拱线位置的隧道壁面间水平位移总量的最大容许值，或拱顶的最大容许下沉量。亦即，隧道周壁任意点的实测相对位移值或用回归分析推算总相对位移值均应小于下表所列数值。隧道周边容许相对位移值（%）表10-3围岩类别覆盖层厚度mⅡ类Ⅲ类Ⅳ类＜500.2～0.80.15～0.50.10～0.3050～3000.60～1.600.40～1.200.20～0.50而容许位移速率是指在保证围岩不产生有害松动的条件下，隧道壁面间水平位移速度的最大容许值，它同样与岩体条件、隧道埋深及断面尺寸等因素有关。当位移速率无明显下降，而此时实测位移值已接近规定的数值、或者喷层表面出现明显裂缝时，应立即采取补强措施，并调整原支护设计参数或开挖方法。二次衬砌的施作即需满足下列要求：1、各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定；2、已产生的各项位移已达预计总位移量的80%～90%；3、周边位移速率小于0.1～0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07～0.15mm/d。第三节量测管理一、观测及其频度的确定隧道现场监控成立专门的量测小组，负责测点埋设、日常量测、数据处理和仪器保养维修工作，并及时将量测信息反馈于施工和设计。整个观测期间，应设立值班记录本，详细记载值班期间的一切情况，包括施工进度、施工部位、施工工艺流程、气候环境，及人工对隧道的观察情况、喷射混凝土和衬砌上的裂缝开展情况等。各监测项目通常的观测频度为：在洞室开挖或支护后的半个月内，每天应观测1～2次；半个月后到一个月内，或掌子面推进到距观测断面大于2倍洞径的距离后，每2天观测一次；一到三个月每周测读1～2次；三个月以后，每月测读1～3次。遇到突发事件则加强观测，各监测项目原则上应根据变化的大小来确定观测的频度。如洞周收敛位移和拱顶沉降的监测频度可根据位移速度及离开挖面的距离而定。不同的基线和测点，位移速度也不同，因此，应以产生最大唯一者来决定监测频度，整个断面内的各基线或测点应采用相同的监测频度。二、围岩稳定性判断准则以位移监测信息作为施工监控的依据，则判断围岩稳定性的依据是位移量和位移速率，因此针对规范规定的容许位移量和容许位移速率值，进行施工监控的基础工作。由于岩体的流变特性，岩体破坏前的变形曲线可分为三个区段：82 1、基本稳定区，主要标志是变形速率不断下降，即变形加速度小于0；2、过渡区，变形速度长时间保持不变，即变形加速度等于0；3、破坏区，变形速率渐增，即变形加速度大于0。相应地，现场监测到的位移—时间曲线也可能呈现出以上三种状态，即：对于隧道开挖后在洞内测得的位移曲线，如果始终保持变形加速度小于0，则围岩是稳定的；如果位移曲线随即出现变形加速度等于0的情况，亦即变形速度不再继续下降，则说明围岩进入“定常蠕变”状态，须发出警告，及时加强支护系统；一旦位移出现变形加速度大于0的情况，则表示进入了危险状态，须立即停工，进行加固。但一般而言，在实际工作中变形加速度并不好测量，所以直接采用前面规定的容许位移量和位移速率值即可。不过在某些变形较有测量、观察价值的典型或重要区域，仍可绘制出位移—时间曲线图，依据上面的三种状态做出围岩稳定与否的判断。但此时要区分出，分布开挖时围岩中随进度依时间释放的弹塑性位移的突然增加所造成的位移速率加速——这是由隧道开挖引起的，所以并不预示围岩进入破坏阶段。总之，在隧道施工险情预报中，应同时考虑收敛或变形速度，相对收敛量或变形量及位移—时间曲线，结合观察到的洞周围岩喷射混凝土和衬砌的表面状况等综合因素作出预报。隧道位移或变形速率的骤然增加往往是围岩破坏、衬砌开裂的前兆，当位移或变形速率的骤然增加报警后，为了控制隧道变形的进一步发展，可采取停止掘进、补打锚杆、挂钢筋网、补喷混凝土加固等施工措施，待变形趋于正常后才可继续开挖。82 第十一章衬砌结构程序验算曲墙式衬砌的拱圈和曲边墙作为一个整体按照无铰拱计算，施工时仰拱是在无铰拱业已受力之后修建，所以一般不需要考虑仰拱对衬砌内力的影响，即Ⅱ、Ⅲ类衬砌的仰拱可暂时不必考虑。第一节程序概况此次须用衬砌电算程序进行验算，借用另一隧道设计小组的TUBYSJ2004.FOR程序进行结构计算，依据最初的设定，通过手工输入必须的原始数据，验算衬砌厚度、截面受力等是否符合稳定要求。另外，Tuplotg.for程序依据结构计算程序输出的图形数据文件来绘制图形，显示计算图式、弯矩图、轴力图和位移图。一、衬砌单元划分原则及节点编号1、衬砌划分为30个单元，6大块。其中因为结构对称，只需要输入3块数据，即：第一块是曲墙式衬砌的直边墙段，第二块是曲边墙，第三块是拱圈部分。2、衬砌的拱脚、曲墙和拱部的交点必须在节点上，而此次的节点编号从左基点开始，按顺时针方向编号。因为拱部衬砌单元数应多于边墙的衬砌单元数目，所以第三块的拱部衬砌划分为16个单元，第二块的边墙划分为12个单元，第一块人工划分为2个单元。3、为衬砌断面建立坐标轴，以拱顶衬砌中心点为坐标原点，水平向右为X方向，竖直向下为Y方向。二、数据说明及选取、输入顺序1、m是衬砌单元划分数目，取30。荷载组数ld，取1。2、衬砌分块数目narea，取6。衬砌对称信息nsym，不对称为0，对称为1，因为衬砌对称，所以取1。衬砌单元外缘长度是否与轴线长度等长信息nclog，因为是等长的，所以取1。3、衬砌单元划分方式iauto，人工输入取0，自动编号取1。同一块内衬砌单元数目node，依据划分原则则衬砌对称，第一块取1，第二块取6，第三块取8。各衬砌所在结构中的位置是仰拱取0，边墙取1，拱部取2，而仰拱往往不需要考虑。衬砌类型信息ina，直墙式为1，曲墙式为2，取ina＝2。4、当iauto＝0时，人工输入衬砌块内所有衬砌单元节点处的厚度（i）各节点的坐标X（i），Y（i）；当iauto＝1时，则有：（1）、衬砌块位于直边墙上时，输入起始节点和最终节点的坐标值Xi，Yi，Xj，Yj以及厚度di，dj；（2）、衬砌块位于曲边墙上时，输入最终节点的坐标值Xi2，Yi2，曲边墙内轮廓半径r0，起始节点和最终节点的厚度di，dj；（3）、衬砌块位于拱圈时，输入拱圈半径r0，alf，bet值以及两端的厚度di，dj；5、围岩弹性抗力系数ckkr（i），弹性模量（i）。6、输入集中力信息，如果有集中力，则kload＝1，如果没有集中力，则kload＝0。因为设计中没有集中力，所以kload取0。82 7、隧道深浅埋信息nc，当隧道为深埋时取1，浅埋时取0。围岩的容重信息rg，混凝土容重信息cg。8、如果nc＝1，则输入围岩类别S，围岩侧压力系数ce，二次衬砌承担的外力百分比pcent。如果nc＝0，则输入拱顶以上的隧道埋深h1，围岩计算摩擦角fai，滑面摩擦角that（按《公路隧道设计规范》附录3.1取值），地面横坡afa，荷载分布信息nedi。9、输入材料信息ia，混凝土衬砌取0，石砌体衬砌取1，边墙为石砌体，拱部为混凝土衬砌取2，所以取ia＝0。拱脚截面混凝土施工信息ir，连续浇注时取0，间歇浇注时取1，所以取0。地基信息iw，岩石地基时取0，土质地基时取1，所以iw＝0。明洞形式信息ie，半路堑式明洞取0，棚式明洞取1，所以ie＝0。其中的混凝土抗拉强度rl，混凝土抗压强度ry，砌体极限抗压强度sry，混凝土允许抗拉安全系数pksy，左基底承载力psigml，右基底承载力psigmr，则都依据规范选取。第二节数据输入及验算结果衬砌验算依据设计选取的数据，分为Ⅳ类、Ⅲ类深埋，Ⅱ类浅埋及深埋四段衬砌验算。一、Ⅳ类衬砌的输入数据及结果3016110112-4.6758.125-4.6757.60.70.41612-3.0451.2957.20.450.4518223.66540500.450.4531*0.85e930*15e9012.42.340.210.50000160.01400.0340.03.62.42.745.045.0**********results**********dz=4nodedan(ig)dr(ig)1.37990790E-08.37990790E-082.39990550E-08.39990550E-083.44750050E-08.44750050E-084.24056500E-08.24056500E-085.15067300E-07-.15067300E-076.55841570E-07-.55841570E-077.93245420E-07-.93245420E-0782 8.10902650E-06-.10902650E-069.12330550E-06-.12330550E-0610.13613240E-06-.13613240E-0611.14734340E-06-.14734340E-0612.15660260E-06-.15660260E-0613.16344220E-06-.16344220E-0614.16729680E-06-.16729680E-0615.16735610E-06-.16735610E-0616.16729950E-06-.16729950E-0617.16344200E-06-.16344200E-0618.15660010E-06-.15660010E-0619.14733910E-06-.14733910E-0620.13612700E-06-.13612700E-0621.12329930E-06-.12329930E-0622.10902000E-06-.10902000E-0623.93238950E-07-.93238950E-0724.55836530E-07-.55836530E-0725.15064650E-07-.15064650E-0726.24060000E-08.24060000E-0827.44749180E-08.44749180E-0828.39990900E-08.39990900E-0829.37991210E-08.37991210E-08nodeniqimi035.61634000-.30684030.16898350134.502190003.16123400.33007640232.775570002.71527200.03273740330.555480003.54947800.11021730428.246300003.13329700-1.09104900525.822560001.21671700-2.01648800623.23612000.42266220-.80150130721.649090002.179831001.13257700821.154580001.37120500.71376750920.64828000.69363270.561792401020.15472000.13802820.632208301119.69595000-.30927530.883722201219.28989000-.662342501.280207001318.95219000-.941976601.790430001418.73128000-.123405902.390627001512.2050800014.20906000-.531965101618.73091000-.119216902.389438001718.95192000-.940106701.790022001819.28998000-.661812801.279738001919.69610000-.30887630.8832787082 2020.15504000.13855070.631757302120.64873000.69377540.561385702221.154500001.37214200.713660102321.649200002.180120001.132488002423.23644000.42266390-.801611602525.822850001.21682300-2.016487002628.246620003.13350200-1.090839002730.555800003.54936000.110234702832.775990002.71527700.032725052934.502520003.16126800.330077103035.61669000-.30684450.16898440ia=0ir=0iw=0ie=0rl=160.0ry=1400.0sry=340.0m1=1m2=29pkcl=3.6pkcy=2.4pksy=2.7psigml=45.0psigmr=45.0**********thecheck**********jdepesigmapsigma.4745E-02.1750E+00.5295E+02.4500E+02nodeepekpk1.957E-02.180E+00.156E+02.240E+012.999E-03.202E+00.192E+02.240E+013.361E-02.202E+00.204E+02.240E+014.386E-01.202E+00.194E+02.240E+015.781E-01.202E+00.180E+02.240E+016.345E-01.202E+00.240E+02.240E+017.523E-01.202E+00.240E+02.240E+018.337E-01.202E+00.264E+02.240E+019.272E-01.202E+00.277E+02.240E+0110.314E-01.202E+00.280E+02.240E+0111.449E-01.202E+00.272E+02.240E+0112.664E-01.202E+00.254E+02.240E+0113.945E-01.202E+00.256E+02.360E+0114.128E+00.202E+00.959E+01.360E+0115.436E-01.202E+00.441E+02.240E+0116.128E+00.202E+00.960E+01.360E+0117.945E-01.202E+00.256E+02.360E+0118.663E-01.202E+00.254E+02.240E+0119.448E-01.202E+00.272E+02.240E+0120.313E-01.202E+00.280E+02.240E+0121.272E-01.202E+00.277E+02.240E+0122.337E-01.202E+00.264E+02.240E+0123.523E-01.202E+00.240E+02.240E+0124.345E-01.202E+00.240E+02.240E+0125.781E-01.202E+00.180E+02.240E+0182 26.386E-01.202E+00.194E+02.240E+0127.361E-02.202E+00.204E+02.240E+0128.998E-03.202E+00.192E+02.240E+0129.957E-02.180E+00.156E+02.240E+01jdepesigmapsigma.4745E-02.1750E+00.5295E+02.4500E+02二、Ⅲ类衬砌的输入数据及结果3016110112-4.78.15-4.77.40.70.51612-3.071.327.20.50.518223.6940500.50.531*0.4e930*6e9012.22.330.210.50000160.01400.0340.03.62.42.740.040.0**********results**********dz=4nodedan(ig)dr(ig)1.12332770E-07.12332770E-072.11295700E-07.11295700E-073.13759550E-07.13759550E-074.53482010E-08.53482010E-085.48712870E-07-.48712870E-076.16019380E-06-.16019380E-067.27395630E-06-.27395630E-068.32175980E-06-.32175980E-069.36570560E-06-.36570560E-0610.40523880E-06-.40523880E-0611.43940600E-06-.43940600E-0612.46699820E-06-.46699820E-0613.48668100E-06-.48668100E-0614.49710500E-06-.49710500E-0615.49750910E-06-.49750910E-0616.49710480E-06-.49710480E-0617.48668530E-06-.48668530E-0682 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2.643E-02.270E+00.403E+01.240E+013.134E-02.270E+00.423E+01.240E+014.533E-03.270E+00.445E+01.240E+015.613E-02.270E+00.465E+01.240E+016.106E-02.270E+00.504E+01.240E+017.180E-01.270E+00.503E+01.240E+018.333E-01.270E+00.491E+01.240E+019.418E-01.270E+00.489E+01.240E+0110.450E-01.270E+00.493E+01.240E+0111.443E-01.270E+00.502E+01.240E+0112.413E-01.270E+00.513E+01.240E+0113.372E-01.270E+00.524E+01.240E+0114.318E-01.270E+00.514E+01.240E+0115no.469E+00.270E+00-.387E+00.360E+01no16.359E-01.270E+00.506E+01.240E+0117.193E-01.270E+00.556E+01.240E+0118.170E-02.270E+00.580E+01.240E+0119.153E-01.270E+00.557E+01.240E+0120.325E-01.270E+00.527E+01.240E+0121.509E-01.270E+00.495E+01.240E+0122.716E-01.270E+00.460E+01.240E+0123.961E-01.270E+00.420E+01.240E+0124.121E+00.270E+00.500E+01.360E+0125.867E-01.270E+00.391E+01.240E+0126.332E-01.270E+00.430E+01.240E+0127.115E-01.270E+00.431E+01.240E+0128.309E-01.270E+00.394E+01.240E+0129.153E-01.270E+00.403E+01.240E+01jdepesigmapsigma.2042E-01.2000E+00.2931E+03.2000E+02四、Ⅱ类深埋衬砌的输入数据及结果3016110112-4.758.2-4.757.450.80.61612-3.121.627.20.60.618223.6940500.60.631*0.15e930*1.8e9082 12.02.320.210.60000160.01400.0340.03.62.42.720.020.0**********results**********dz=4nodedan(ig)dr(ig)1.53174840E-07.53174840E-072.52680370E-07.52680370E-073.61649010E-07.61649010E-074.56271300E-08.56271300E-085.23792100E-06-.23792100E-066.66343100E-06-.66343100E-067.11339190E-05-.11339190E-058.13199400E-05-.13199400E-059.14898170E-05-.14898170E-0510.16392500E-05-.16392500E-0511.17636100E-05-.17636100E-0512.18585510E-05-.18585510E-0513.19205400E-05-.19205400E-0514.19472850E-05-.19472850E-0515.19524110E-05-.19524110E-0516.19472800E-05-.19472800E-0517.19204830E-05-.19204830E-0518.18584460E-05-.18584460E-0519.17634630E-05-.17634630E-0520.16390710E-05-.16390710E-0521.14896160E-05-.14896160E-0522.13197240E-05-.13197240E-0523.11336970E-05-.11336970E-0524.66325160E-06-.66325160E-0625.23782510E-06-.23782510E-0626.56471040E-08.56471040E-0827.61646570E-07.61646570E-0728.52679770E-07.52679770E-0729.53176470E-07.53176470E-07nodeniqimi086.84074000-2.28577500.40806660184.931130007.690692002.12239300281.944370007.35868400.59390490377.466360009.91916100-.81257720472.253100005.11486200-5.43053900565.642590001.84881400-5.1460580082 658.369060001.41833600-1.78192700753.87497000.859318301.45982200851.78498000-.088124041.97904400949.78881000-.543235802.796052001047.97585000-.546620203.741473001146.42968000-.158055304.660151001245.21924000.557435305.419499001344.399430001.517570005.912574001445.003700002.065975006.0593860015-36.1313300026.90780000-8.929268001645.002560002.066889006.059091001744.399430001.516898005.912067001845.21982000.555254305.418133001946.43013000-.157400204.658031002047.97634000-.547065303.739433002149.78958000-.542254702.794365002251.78800000-.087267661.977400002353.87875000.860765001.458190002458.372290001.41921600-1.783028002565.645630001.85024000-5.145865002672.255800005.11668400-5.428553002777.469430009.91806500-.812076402881.947480007.35841500.593819102984.934300007.690964002.122379003086.84392000-2.28573000.40808190ia=0ir=0iw=0ie=0rl=160.0ry=1400.0sry=340.0m1=1m2=29pkcl=3.6pkcy=2.4pksy=2.7psigml=20.0psigmr=20.0**********thecheck**********jdepesigmapsigma.4699E-02.2000E+00.1124E+03.2000E+02nodeepekpk1.250E-01.270E+00.927E+01.240E+012.725E-02.270E+00.101E+02.240E+013.105E-01.270E+00.106E+02.240E+014.752E-01.270E+00.944E+01.240E+015.784E-01.270E+00.103E+02.240E+016.305E-01.270E+00.133E+02.240E+017.271E-01.270E+00.145E+02.240E+018.382E-01.270E+00.147E+02.240E+019.562E-01.270E+00.145E+02.240E+0110.780E-01.270E+00.141E+02.240E+0111.100E+00.270E+00.136E+02.240E+0182 12.120E+00.270E+00.130E+02.240E+0113.133E+00.270E+00.114E+02.360E+0114.135E+00.270E+00.108E+02.360E+0115.247E+00.270E+00-.316E+01.360E+01no16.135E+00.270E+00.108E+02.360E+0117.133E+00.270E+00.114E+02.360E+0118.120E+00.270E+00.130E+02.240E+0119.100E+00.270E+00.136E+02.240E+0120.779E-01.270E+00.141E+02.240E+0121.561E-01.270E+00.145E+02.240E+0122.382E-01.270E+00.147E+02.240E+0123.271E-01.270E+00.145E+02.240E+0124.305E-01.270E+00.133E+02.240E+0125.784E-01.270E+00.103E+02.240E+0126.751E-01.270E+00.944E+01.240E+0127.105E-01.270E+00.106E+02.240E+0128.725E-02.270E+00.101E+02.240E+0129.250E-01.270E+00.927E+01.240E+01jdepesigmapsigma.4699E-02.2000E+00.1124E+03.2000E+02五、验算总结Ⅲ、Ⅳ类的衬砌结构验算是完全满足的，但是Ⅱ类浅埋和深埋段都在第15点，即拱顶处有可能遇上结构失稳的危险情况。所以辅助施工，和对某些危险地段进行特殊加强处理是极为有必要的，这在隧道施工中有叙述。82 第十二章英文翻译圣·伯纳迪诺（SanBernardino）隧道的整修开通于1967,6.6km长的圣·伯纳迪诺隧道位于在意大利北部和德国之间形成了一条重要贸易线路的13区（A13）的心脏部位。隧道现有的85m2的开挖面积包含有厚约350mm马蹄形单壳水泥衬砌。侧面的通风系统采用的排风道与行车空间分离，中间是100mm～150mm厚的混凝土顶板。车行道下面安排了送风道和位于两侧的多用途管道。两侧沿线布置的管道则是为地表水和路面雨量而设置的边沟。另外，西侧的管道包含了隧道营运时需要的所有电缆线。而安置于东侧管道的，则是由隔50m～80m设置的地下消防栓所形成的消防系统。隧道状况：30年来的运营在结构上留下了它们的痕迹。一份有系统的形象化检查和各种各样的技术性调查研究显示出，尽管隧道仍然能继续工作，但其安全明显的正出于遭受进一步破坏的威胁下。损坏程度的评价是三方面的。第一，水泥碳化的深度测定，包括密度、强度，以及硫酸盐和氯化物的浓度。第二，电化学的调查研究，使用电动势测量来测定混凝土的受荷状况。最后，使车行道的结构产生的位移和变形。这些结果显示出在间隔为2.5m的衬砌纵向接缝处，混凝土表层面板目前遭到了严重的腐蚀破坏。最严重的氧化生锈地段，和衬砌混凝土覆盖不足的位置是相一致的。除了接缝区域，衬砌的顶层在高浓度的氯化物中并未受到损害能表明，即使是高含氯的混凝土，衬砌的腐蚀仅仅在于实际上何处暴露于氧气中。由这些损坏可追查出是结晶盐的蔓延传播情况。格外困难的一点是环绕着各处的伸缩缝和施工缝，其区域要依据重量超过水泥总重的0.4%这一标准设置。氯化物的浓度常常超过总重的0.4%，同样能在表层面板深度为20mm～30mm的地方发现。中间的顶板通常处于良好状况，预计能留下来继续使用一段时间。无衬砌段的隧道拱顶仅仅受到地下水渗出侵蚀这一局部破坏。两侧边沟则因地表水常常含有高标准的硫酸盐和碳酸盐，受到的破坏较为严重。隧道安全要求：对于US$141.1M的整修项目，委托方提出了以下要求：施工安全必须能一直完全保证；隧道材料的耐久性和质量要未受损坏，且能再安全使用50年；机电设备的服务年限至少要达到25年；工作期间要能做到其它区域和地段不会因增加的交通量而负担过重；整修时必须能实现“交通畅通”——任何交通阻塞必须保证在限定的时间标准内解决，尽管7月和8月这一主要主要的旅游季节中，交通阻塞是不被允许的；并且整修应该能使运营和维修设备变得更容易，减少维修费用。82 代替混凝土制表层面板的设计看起来和原有结构很相似，因为它有三层墙状支护，两侧则有两层。附加的中心支护也是必需的，因为每次仅有一半的平板能被灌制。安装的新平板，就像爆破，要分两个阶段执行。为了保护衬砌混凝土结构不受盐类影响，铺开的地沥青聚合物制成的密封网状物与全部宽度上的平板相粘合。位于密封口处的人行道由两层构成，并且每次同样是安置一半。隧道仰拱降低了500mm，以便消除地面水破坏，并且提供需要的净空作为如紧急通道一般的中央通道。工程还包含隧道安全和通风装置的完全现代化，包括：安装一套新的防火通风系统，每隔96m有排气孔；建造一条新的逃生通道(使用行车道下的过道)；每隔125m装备一个给水栓；大约每隔250m设立带有紧急电话和灭火器的洞室；沿隧道的一侧每隔50m安置新的照明设备；并且安置新的有色反光墙镶板。主要修整和增加的通风系统为，向行车空间供应的由通风机房及入口直接贯入的新鲜空气，由安装的高容积通风系统使用隔96m设置的气流调节器来调节，即沿行车空间在适当的场所安装12台射流风机以控制轴向的空气流速，并且一套新的火灾探测系统安置于行车空间上方。工程管理：工程管理由委托方执行,即格瑞森地区（CantonGrisons）的工程建设部门。总的委任权由总项目管理部（GPM）负责，责任属于阿伯格（Amberg）工程AG。GPM的工作是指定计划，协调和检验设计师和专家的工作，并且计划和协调岁隧道各种各样类型的接施工——其中一些在同时发生。考虑到实际情况是整修施工期间的同时，保证交通持续畅通，GPM常常有责任协调隧道营运的工作和维护交通。事实上GPM常常负责工程技术指导，在工程设计和构造施工之间提供必须的联系。实际上的构造施工是由委托方管理(工程指导和现场监督)。因为整修工作的复杂性，委托方决定制订一份工程质量管理计划(PQM)——特别是在实际施工有车辆流动的时候进行。这里有几个作为目标的区域，但它们主要强调安全性。在PMQ项目之中，问题能有系统地指出，清楚地阐述、记录，并且最后用结构方法的形式验证来解决。每个复杂部分都由各个制作过程参与而成。公布的目标是关注于相对较少却非常重要的风险（事件），和概括出行为简单实用的条款。一般的测量与实际提出的文件结合而成的工作结构能达成目标。实际上，这包含了结构质量、安全以及警报系统等部分。工程的四个部分：工程被划分了成四个独立的合同段。第1段，开始与1998年，结束于2002的秋天，包括降低仰拱和修整行车道下不阻碍交通的东、西两侧边沟。狭窄的施工条件需要使用特制的、简便的掘进机器来挖出混凝土和岩石。为了新的电缆线，空的导管预先埋设在仰拱下方带有排水系统（空气间隙薄膜和渗流管）的混凝土仰拱中。原排水管道被全部整修，安置了由聚酯纤维水泥预制的半管边沟。第3部分由结构工作时需要改善隧道安全问题构成。这包括了新的防火排风系统和从行车空间进入行车道下逃生通道的紧急过道。第3部分预计将立即开始并且将在第2部分最近的结构施工期间改进安全性之前进行，预计在本年中期开始。第3部分新的通风系统的安置需要12抬位于设备洞的射流风机起作用，并且为了防火通风系统的气流调节器删除中间顶层的存在。82 因为这项工作必须在最到仍在运营的同时解决，这便要在安静下来的夜间进行。洞室由空气掘进机挖空，有21m长，高2.25m，深1.1m。工作地点限定在200m的长度内，并且允许隔封一条通行车道。极其受约束的条件和安全预防措施使得后勤方面的支出非常昂贵。挖掘和浇筑工作分七个阶段进行，并要持续性地监控，即依靠振动和变形测量现有结构。为控火的气流调节器，每隔96m将中间顶层锯开，用混凝土切割车切割出2.2m×2.2m的设备洞。建立的射流风机和灭火器，并为其安设电缆，将在结构施工期间进行，并且继续在地下为隧道控制系统工作。逃生通道：西侧将建造17条通道，其中13条从行车空间开始，另外4条包括在洞室中。通道将采用单层喷射混凝土。纵向坡度在7.2%或.7%之间，它们的长度则在30m和40m之间使它们能相配。作为与原结构最接近的地区，爆破仅仅允许在周末的夜晚，同时在使用炸药和检查爆破后原有结构期间，隧道须被封闭。每次控制的最大炸药量是200g。另外，装药量减少到100g每次和进尺减少到0.5m是需要个别阐述论证的。第一次进尺最好不要超过700mm。工作将要一直监控振动测量。振动和警报体系也要安装，便于任何时候对可靠界限被超出或探测出的破坏做出反应。达到60mm/s的冲击波仍是可以接受的。第2部分：第2部分由诸如密封、路肩、人行道，路面排水设备和消防系统等联合工程的混凝土表层面板的整修构成。工作由星期一凌晨4点到星期五下午1点，必须的工作条件是整个工作期间在工作场所范围内有效地封闭一条车道。而且，在周末、假日，以及夏季的四周内(主要的交通旺季)必须能保证两条车道通行的持续性。最大的工作区段长800m，仅在隧道某段有车辆通行的任何时间内设置牢固的VarioGuard车障与通行区分开。每一次工作将按超出隧道长度的三分之一进行，可分解为三个阶段。第一阶段，初步工作(拆毁墙衬砌，路肩和人行道)。第二阶段，混凝土表层面板修复(平板的拆毁和重建,路面排水区域，给水栓消防系统)。第三阶段，路面(密封、路肩、人行道)。减少施工段对道路车流量的依赖，承包方计划设置更多车道的建议被采纳。车道被设置在路面下的中间通道，而且将首先用于搬运碎石以及提供拌合混凝土。新的表层面板由能得到侧面三层墙支持和隧道拱顶两侧支持的无接缝混凝土平板构成。使用的是B40/30的防冻混凝土。平板的修复场所是由两个工作现场构成，每个大约200m长。在每一地段，一般的表层面板将被代替，包括为改造车道，在两个工作段和进入工地的通道所需要的间隔，以及总的直线单车道运输与需要长800m的工作段长度相接。为了施工现场，制定了一个固定的循环周期。在每一周，替换90m的混凝土表层面板，承包方必须在半边被拆毁后，分割平板结构，然后沿着合成平板部件的拆除和推移，安置模板和衬砌，为新的半平板灌制混凝土，并且处理混凝土表面。工作必须以如此的方法制订，即在星期五下午1点切割刚用混凝土浇筑的部件，用一周的时间成形。具体的混凝土规划和筑模必须有相应的计划。为保证平板的质量和耐用性，至少需要24小时，并有计划地进行各种各样的量测。除了综合的检查化合的配制和养护混凝土之外，最小的混凝土强度要求在10N/mm2上，由成熟的混凝土依据运输量测试检验来断定。早期混凝土需要养护以避免过早干燥，并用环氧树脂密封以提供附加保护抵抗氯化物的渗入。在超过1,600m的高度，工作环境因极端的天气条件使得需要对混合物进行防冻测量，运输、放置，以及混凝土的后期处理。隧道中的工作场所必须能被掩蔽并且有时候能均匀加热。对整个整修工程，现今最好的估计是建造期是八年。期待能在2006年完成。补注：总项目经理，彼得·文厄和路易斯·斯琴恩伯格，两个副项目经理是阿伯格（Amberg）工程AG的顾问，描述的是位于瑞士的圣·伯纳迪诺（San82 Bernardino）隧道整修工程中正在进行并且即将来临的工作。（图1）上方：圣·伯纳迪诺隧道的当前情况。（图2）左边：衬砌段和车道下混凝土的损坏和腐蚀。（图3）右边：隧道未整修前的标准横断面。（图4）下方：带有延续的纵向衬砌段的新车道横断面。（图5）左边：隧道施工中有限的施工区。（图6）下面：降低仰拱的进水管。82'