西安工业大学建工院土木工程毕业设计总说明书.docx
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西安工业大学建工院土木工程毕业设计总说明书
1设计总说明书
1.1线路方案比选
1.1.1隧道选址选线原则
综合分析本隧道的地形地质图，考虑到线路的特性，地形地质条件对施工难易程度的影响，根据以下原则对隧道进行选址：
（1）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，稳定的地层中通过。
应注意避免岩层软弱结构面、断层，必须通过时，应使隧道的通过长度最小。
（2）隧道穿越两种岩性迥然不同的岩层接触带时，应避免平行和接近平行，应尽可能垂直或接近垂直方向穿越接触带。
（3）当隧道通过单斜构造时，隧道中线以垂直岩层走向穿越最为有利。
当隧道中线与非水平岩层走向一致或斜交角很小时，应力求将隧道置于岩性较好、强度较高的层内。
如岩层倾角较大，又有粘着力较差的软弱夹层时，应注意有产生顺层滑动的可能。
（4）当隧道用过褶曲构造时，隧道位置选择在褶曲构造一翼或背斜褶皱中轴处通过较为有利。
不宜将隧道置于向斜轴部通过。
（5）越岭隧道首先可以从地形角度选择隧道穿越分水岭的不同高程及不同方向的垭口，选择时要着重考虑在线路总方向上的垭口，地质条件和隧道长度，最后拟定该垭口处越岭标高及两侧相应的展线方案。
综合考虑工期、经济效益、技术难度等，选择适合的临界标高。
（6）选择隧道的临界标高时，宜采用低标高并应注意下列因素：
要尽可能把隧道埋置于较好的地层中；应使洞口位置处于较好的工程地质、水文地质的地方，便于施工场地布置；隧道长度应考虑施工期限和施工技术条件。
（7）隧道内的线路宜设置为直线，当因地形、地质等条件限制时，可以设置为曲线，但是宜采用较大的曲线半径，慎用最小曲线半径，并宜将曲线设置在洞口附近；隧道内不宜设置反向曲线。
1.1.2金昭梁公路隧道选址及方案比选
根据隧道选址的原则，结合本地段的地形地质情况，本隧道的选址尽量保证隧道入口和出口段与地形图等高线垂直。
以下为隧道线型的两个方案：
方案一：
隧道选址从起点桩号K2+100到终点桩号K3+795.5，隧道全线为直线型，长度为1695.5m；起点地面高程为659.856m，设计高程为634.576m，终点地面高程为597.974m，设计高程为597.435m；线路的围岩类别为III、IV、V级。
优点：
可以缩短行车时间，确保行车视距，线形基本符合规范，对周围环境和景观影响较小；不经过村落，可忽略噪声等不利因素产生的影响；安全性好且通风、照明及养护施工相对简单、管理费用较小；相对施工工期短；可以提高隧道的运营效率；
缺点：
隧道进出口与地形适应性较差，受地形限制较大，增加了局部施工难度，使局部建设费用相应增加。
方案二：
隧道为曲线型，从隧道入口起第一段为长度909.0m的直线段，第二段是半径为5250m的圆曲线段，曲线段长度为670.7m，最后通过709.3m长的直线段到达隧道终点；线路的围岩类别大部分为IV、V级。
优点：
隧道能够较好的适应地形条件，整体施工难度较小；路线延长对邻近地区的影响小，前后线形衔接合理；出口引线和隧道的衔接协调，无较大的急转弯；
缺点：
需要设置超高和加宽，增加施工的难度；行车时间长，降低运营效率；隧道长度增加，导致开挖土石量增加，建筑限界需要加宽，整体投资预算增加；通风、照明及养护管理费用大；相对施工难度增加、工期长；对自然环境破坏较大。
结论：
经过综合分析比对，考虑到隧道平面的线形原则上采用直线，避免采用曲线，并且考虑到经济条件和施工的难易程度，因此线形选择应适当顺应地形。
为了保证建设投资的经济性，营运通风规模，施工作业效率和防排水效率，以及与当地环境和景观的协调等因素，最终确定为方案一为最优方案。
1.2隧道纵断面设计
隧道内线路坡度可设置为单面坡和人字坡。
坡道形式的选择依据和纵坡坡度的主要控制因素为行车安全性、环境保护、施工作业效率和排水要求。
单面坡多数出在越岭线路的展线及沿河线隧道中，单面坡隧道有利于隧道运营时的通风、排水。
考虑到金昭梁公路隧道所处的地质条件和地形特征以及隧道长度（全长为1695.5m，属于长隧道），结合隧道的起点和终点高程，决定本设计中该隧道采用单面坡。
根据规范隧道纵坡应以行车安全、排水、通风、防灾为基础并根据施工期间的排水、出渣、材料运输等要求确定，隧道内最小纵坡不应小于0.3%，特长、长隧道宜控制在2.5%以下，所以该隧道K1+100～K3+795.5设计为2.2%的下坡。
同时，在K2+500、K2+950、K3+350处设置人行横通道；在K2+850处设有车行横通道。
1.3隧道横断面设计
1.3.1建筑限界设计
（1）隧道建筑限界
金昭梁公路隧道的建筑限界按100km/h的时速进行设计，建筑限界横断面
各参数如下表所示：
表3.1隧道建筑限界横断面参数（cm）
设计速度
（km/h）
车道宽度
侧向宽度
检修道J
顶角宽度
W
左侧
右侧
左侧
右侧
左侧
右侧
100
2×375
75
100
75
100
75
100
隧道建筑限界断面图如下所示：
图3.1隧道建筑限界（单位：
cm）
（2）紧急停车带建筑限界
图3.2紧急停车带建筑限界（单位：
cm）
1.3.2隧道内轮廓设计
金昭梁公路隧道为等级为汽车专用高速公路，设计速度按100km/h的时速进
行设计几何尺寸如下表所示：
表3.2两车道隧道内轮廓几何尺寸（cm）
公路等级
设计速度（km/h）
高速公路
100
一般部
570
820
100
1500
160.6
—
紧急停车带
570
820
150
1800
162.4
747
（1）隧道标准断面内轮廓
根据建筑限界，利用三心圆画法，作出隧道内轮廓图如下图3.4所示。
图3.4隧道标准断面内轮廓（单位：
cm）
（2）紧急停车带内轮廓
图3.5紧急停车带内轮廓（单位：
cm）
1.3.3紧急停车带设计
金昭梁公路隧道为长隧道，因此在行车方向的右侧设置紧急停车带，其在隧道中具体位于里程桩号K2+700处。
其横向坡度设计为2%，长度和宽度设计如下图所示：
图3.3紧急停车带长度和宽度图（单位：
cm）
1.4洞门设计
金昭梁公路隧道入口，部分基岩裸露，岩体为强、中等风化花岗岩，结构面结合程度差，岩体破碎。
隧道出口部分基岩裸露，坡体稳定，岩体为中风化花岗岩，结构面结合程度差，岩体破碎。
隧道进出口均位于V类围岩，根据地质条件，选择适用于地质较差的IV级以下围岩的翼墙式洞门，洞门墙面坡度为1:
0.1，仰坡坡度为1:
1。
洞门构造示意图如下：
图3.6翼墙式洞门立面及剖面图（单位：
cm）
1.5隧道防排水设计
水，不仅是影响隧道正常施工的主要因素之一，也是影响隧道正常运营的重要因素之一，所以隧道防排水是非常重要的。
隧道防排水工程是一个复杂的有机联系的系统工程，无论是设计、施工还是运营过程中的任何细小的疏忽或缺陷，都可能造成隧道防排水失败。
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。
设计标准为使衬砌内壁不渗水。
隧道防排水应遵循“以排为主，防、排、截、堵相结合”的原则，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。
1.5.1隧道防水
（1）防水措施
① 公路隧道首先要重视防止地表水的下渗，其措施为填平、铺砌、勾补、抹面等；
② 公路隧道衬砌防水，首先采取引排措施，然后修建复合式衬砌，采用夹层防水层；
③ 混凝土应满足抗渗要求，本设计中抗渗等级不得小于S8；
④ 施工缝、抗震缝、变形缝等处的防渗应采用专门的防水措施。
（2）复合式衬砌的防水系统
本隧道设计采用复合式衬砌，在初期支护和二次衬砌之间铺设防水板和无纺布组成的防水层，以防地表水渗漏进入隧道内，无纺布的单位面积质量为350g/
，防水板采用易于焊接的高分子柔性防水卷材，厚度为1.5mm，搭接长度为110mm。
隧道二次衬砌的施工缝、沉降缝、伸缩缝应采取可靠的防水措施。
施工缝采取背贴式止水带与中埋式缓膨胀性橡胶止水条组合形成防水构造；沉降缝采用背贴式止水带与与中埋式橡胶止水带组合形式的防水构造；伸缩缝采用背贴式止水带防水构造。
1.5.2隧道排水
（1）围岩排水
在隧道周围铺设环向塑料盲管，将水引入边墙两侧φ10cm的纵向塑料排水管，然后通过φ10cmPVC横向排水管将水引入两侧φ16cm的侧式排水管，最后引入φ40cm中心排水管，从而排出洞外。
路缘通缝式排水沟、洞内管沟与洞外的天沟、排水沟、截水沟形成完整的排水系统。
电缆沟底部设横向及纵向集水沟，将可能流入电缆沟的水，通过纵向集水沟引出洞外。
（2）路侧边沟排水
路侧边沟主要引排营运过程中隧道内的清洗污水、消防污水和其它污水，电缆沟内的集水也计划引入路侧边沟。
路侧边沟低于路面垫层，避免边沟水对路面结构产生不利影响。
隧道洞内纵向排水沟坡度为2.0%，与隧道横向坡度保持一致，以便顺利排水。
路侧边沟采用开口式明沟，便于清洗，不易产生淤泥，不需要设沉砂池，采用预制结构，施工速度快，其结构如图3.7所示。
图3.7开口式路侧排水边沟
（3）路基结构排水
隧道底部设横向导管可以将衬砌背后的纵向排水管、侧向排水沟与中心排水管连接起来，将衬砌背后的地下水引入侧向排水沟，再引入中心排水管；横向排水管的坡度取2.5%,可以加快隧道横向排水能力。
横向排水管纵向间距取10m。
路面底部横向设计一定的排水坡度，在两水沟间路面底部设置横向塑料排水盲沟，以保证地下水能够迅速排入侧式排水沟，防止路面底部积水，避免路面冒水，破坏路面结构。
1.5.3洞口排水
为了防止地表水冲刷洞口和洞口边、仰坡的水流入隧道，本设计在隧道洞顶设置截水沟、洞口设置排水沟。
在边仰坡坡顶以外5m处，设置洞顶天沟，洞顶天沟的坡度设计为1%。
同时，对洞顶地表的陷穴、深坑加以回填，对裂缝进行堵塞。
为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。
1.6隧道支护结构
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。
1.6.1衬砌设计相关规定
（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，双车道隧道不宜小于5m，三车道隧道不宜小于10m；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。
（5）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。
1.6.2衬砌类型的选择
复合式衬砌是目前隧道工程常采用的衬砌类型，由初期支护和二次支护组成，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；二次支护则是在提供结构的安全储备或承受后期的围岩压力；同时，在两层衬砌之间采用具有缓冲、隔离性能的防水层。
本设计中隧道衬砌类型采用复合式衬砌。
其优点如下：
（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）其质量可靠，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）不仅能够充分发挥锚喷支护的优点，而且还可以发挥二次衬砌永久支护的可靠作用。
1.6.3围岩衬砌设计
金昭梁公路隧道所处围岩类别为III、IV、V类，其地质条件良好（设计过程中忽略所有地质不良现象）。
围岩等级划分：
公路隧道内K2+721～K3+234.5段为III类围岩；K2+354～K2+721，K3+234.5～K3+529.5段为IV类围岩；K2+100～K2+354，K3+529.5～K3+795.5段为V类围岩。
本设计衬砌断面均采用曲墙式断面，III、IV、V类围岩均采用复合式衬砌。
各类围岩衬砌设计如下：
（1）III级围岩衬砌设计
初期支护：
在拱圈60°范围内设置CD25中空注浆锚杆，梅花形布置，环、纵向间距为@120×120cm，锚杆长度250cm；喷射12cm厚C20混凝土及钢筋网，钢筋网间距为25cm；预留变形量50mm。
二次衬砌：
采用35cm厚C30混凝土。
（2）IV级围岩衬砌设计
初期支护：
在拱圈和边墙设置CD25中空注浆锚杆，梅花形布置，环、纵向间距为@100×100cm，锚杆长度300cm；喷射20cm厚C25混凝土及钢筋网，钢筋网间距为25cm；喷射混凝土中设钢格栅，间距1.0m；预留变形量80mm。
二次衬砌：
采用45cm厚C30混凝土。
（3）V级围岩衬砌设计
初期支护：
在拱圈和边墙设置CD25中空注浆锚杆，梅花形布置，环、纵向间距为@80×80cm，锚杆长度350cm；喷射25cm厚C25混凝土及钢筋网，钢筋网间距为20cm；喷射混凝土中设I20a型钢拱架，间距0.8m；预留变形量120mm。
二次衬砌：
采用60cm厚C30混凝土。
（4）V级围岩洞口加强段衬砌设计
初期支护：
在拱圈和边墙设置CD25中空注浆锚杆，梅花形布置，环、纵向间距为@80×70cm，锚杆长度350cm；喷射28cm厚C25混凝土及钢筋网，钢筋网间距为15cm；喷射混凝土中设I20a型钢拱架，间距0.7m；预留变形量120mm。
二次衬砌：
采用60cm厚C30混凝土。
围岩衬砌的各项主要技术指标见下表3.3，
表3.3围岩衬砌主要技术指标
围岩类别
初期支护
二次衬砌
喷射混凝土厚度（cm）
锚杆（m）
钢筋网
钢架间距
（cm）
现浇混凝土厚度（cm）
拱、墙
仰拱
位置
长度
环纵向间距
拱、墙
仰拱
III
12
—
拱
2.5
1.2×1.2
25×25
—
35
35
IV
20
—
拱、墙
3.0
1.0×1.0
25×25
100
45
45
V
25
25
拱、墙
3.5
0.8×0.8
20×20
80
60
60
V（加强）
28
28
拱、墙
3.5
0.8×0.7
15×15
70
60
60
1.7隧道通风设计
隧道通风方式的种类很多，选择时最主要考虑的是隧道长度和交通条件，同时还需考虑温度、环境、气象、地形以及地质等条件。
在充分考虑各种因素后，选择经济、有效、安全的通风方式是通风设计的宗旨。
通风设计需要考虑的主要问题是：
空气中有害物质的容许浓度；需风量的计算方法；判断自然通风的能力；机械通风方式的讨论；通风设备的选择以及经济性、耐久性等。
为了防止行驶中的汽车排出的有害废气和烟尘造成隧道内空气严重污染，影响人体健康、行车安全和隧道正常运营，道路隧道必须进行通风设计。
然而把污染空气的有害废气和烟尘的浓度稀释到容许浓度以下是现阶段设计施工中最实用，也是应用最普遍的方法。
根据金昭梁公路隧道的基本资料，本设计采用纵向机械式通风，经过计算，综合考虑选用SDS-1000型风机，实际布置风机为12组24台，具体过程详见隧道通风设计及计算部分。
1.8隧道照明设计
公路隧道的照明，是为了把必要的视觉信息传递给司机，防止因视觉信息不足而出现交通事故，从而提高驾驶的安全性和增加舒适感。
隧道照明需要考虑路面应具有一定的亮度水平，同时还需考虑设计速度、交通量、线型等影响因素，并从驾驶的安全性和舒适性等方面综合确定照明水平，特别是在隧道入口及其相应区段需要考虑人的视觉适应过程。
本隧道照明严格按照相关规范要求，分别设置洞外照明和洞内照明，洞外照明为接近段，洞内照明为：
入口段、过渡段、中间段、紧急停车带、应急系统和出口段照明。
照明计算以照明灯具的资料（如：
灯具额定光通量、功率等）为基础数据，并考虑了隧道内采用复合式沥青路面为计算条件，详细过程见隧道照明设计及计算部分。
灯具安装高度基本照明灯具为592cm，加强照明灯具为566cm。
灯具型号及数量统计见下表3.4，
表3.4灯具型号及数量统计
灯具类型
功率（W）
入口段
过渡段
中间段
出口段
紧急停车带
应急照明
合计（只）
高压钠灯
1000
72
40
0
0
0
0
0
0
0
0
112
250
0
0
56
56
0
0
0
0
0
0
112
100
18
16
22
22
32
218
20
28
0
58
434
荧光灯
100
0
0
0
0
0
0
0
0
10
0
10
升级会员 