隧道设计说明.doc
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高整公路工程两阶段施工图设计（№A合同段）第五篇隧道SⅤ-1
说明
1
A省交通规划勘察设计研究院
1设计依据以及总体原则
1.1设计依据和技术标准
1.1.1设计依据:
1）勘察设计合同及相关批复文件
《高整公路公路工程勘察设计合同文件》（第三合同）；
A省交通厅桂交基建函[2010]564号文《关于高整公路公路初步设计的批复》的要求；
A省环境保护文件《关于高整公路公路工程环境影响报告书的批复》桂环管字（2009）268号。
1.1.2执行的交通部颁布的有关技术标准、规范、规程等：
⑴《公路工程技术指标》（JTGB01—2003）；
⑵《公路路线设计规范》（JTGD20—2006）；
⑶《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）；
⑷《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/TD71－2004）；
⑸《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1—1999）；
⑹《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086—2001）；
⑺《地下工程防水技术规范》（GB50108—2008）；
⑻《公路隧道施工技术规范》（JTGF60—2009）；
⑼《公路隧道施工技术细则》（JTG/TF60—2009）；
⑽《工程岩体分级标准》（GB50218—94）；
⑾《公路勘测规范》（JTGC10—2007）；
⑿《公路工程地质勘察规范》（JTJ064—98）；
⒀《爆破安全规程》（GB6722-2003）；
⒁《公路工程抗震设计规范》（JTJ004—89）；
⒂《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62－2004）；
⒃《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJD63—2007）；
⒄《公路沥青路面设计规范》TJGD50-2006；
⒅《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）；
⒆《公路项目安全性评价指南》（JTG/TB05-2004）；
⒇《公路建设项目环境影响评价规范》（JTGB03-2006）。
1.1.3技术标准
⑴隧道设计行车速度100公里/小时；路基宽度26m；
⑵隧道设计为高速公路双洞单向交通行车两车道分离式隧道；
⑶隧道长度超过100米，设置照明；若L·N≥2×106设置机械通风，否则自然通风；
⑷隧道设计交通量：
2033年交通量32562辆/日（小车）；
⑸隧道建筑限界净宽：
10.75m净高5m
⑹CO设计浓度正常行驶时δco=250ppm
交通堵塞时δco=300ppm（20min）
⑺烟雾设计浓度正常行驶时K=0.0065m-1
事故时K=0.009m-1
⑻火灾时，隧道内换气风速为2.5m/s
1.2总体原则
遵守现行的有关规范、规程，借鉴、参考国内外类似工程的成功经验，根据隧道所处的总体线形、地形、地质条件，结合施工、运营、管理等情况，遵循“安全、经济、合理、环保”的原则进行设计。
2初步设计（或技术设计）批复意见以及相关咨询意见的执行情况：
本合同段施工图技术标准按初设批复意见执行，结合新民交投集团有限公司、中交第二公路勘察设计研究院有限公司及新民公路学会对本项目初步设计的审查意见，根据地形、地质条件优化隧道平纵面线形，合理确定轴线、洞口位置和类型，对洞口段支护参数进行了进一步优化调整：
2.1隧道地质勘探工作
根据初步设计批复意见以及相关咨询意见，加强了隧道地质勘探工作，增设了部分钻孔，加大了勘探力度，重点加强对断裂破碎带等不良地质的勘察，通过相关工程试验，取得了可靠的围岩物理力学特性，并对围岩的稳定性作了综合分析评价。
2.2隧道线形优化
根据初步设计批复及相关咨询意见，对本合同段隧道平纵面线形进行了优化。
2.3隧道洞口
根据初步设计批复意见以及相关咨询意见，对隧道的洞口方案进行了合理的方案比较，隧道洞口采用削竹式及端墙式洞门。
2.4隧道支护参数
结合初步设计批复意见以及相关咨询意见，局部优化了洞身初期支护的结构设计。
2.5隧道纵断面图
根据初步设计相关咨询意见及《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》要求，对隧道（地质）纵断面图进行了钻孔柱状图式，坑探、槽探等内容的补充完善。
2.6隧道应急处理方案
根据初步设计相关咨询意见及《公路工程技术标准》JTGB01-2003，补充了交通或火灾事故的应急处理方案，详见隧道机电设计。
2.7隧道路面
根据区交通厅桂交基建函[2010]564号文《关于高整公路公路初步设计的批复》，本项目采用水泥混凝土路面。
3隧道设计
3.1隧道概况
本合同段段设一座分离式隧道，为千家洞隧道。
1）高整公路公路地处A省新民北部和中部地区，拟建千家洞隧道位于柳城县沙浦镇长隆村和凤山镇邓家新村交界处，隧道进口位于长隆村千家洞屯西南约800m，出口位于凤山镇邓家新村东北侧约400m，隧道走向约为190～170°，距离右侧融江最近距离约为1Km。
设计隧道为分离式隧道，隧道起于OK147+520、PK147+520，终于OK148+075、PK147+990，设计长度为512.5m（公里桩号长），隧道设计高程约为146m～134m（黄海高程），最大埋深约72m。
隧道区属低缓丘陵地貌。
3.2工程及水文地质勘察资料
3.2.1地形地貌
隧道区属低缓丘陵地貌，测区内山岭连绵，整体走向约为东西向，地势东侧略高，西侧略低，谷地和山顶高程约110～240m，最大相对高差约130m。
拟建隧道穿越同一座山体，少量山顶及山梁上见基岩出露，山体南北两侧为甘蔗地和农田，地势较平坦、开阔。
进洞口端位于山体坡脚处，山体斜坡自然坡角约10～20°，斜坡较缓；出洞口端位于半山腰一冲沟旁，斜坡自然坡角约25～45°，下部陡上部稍缓。
地表分水岭位于桩号PK147+740（OK147+760）附近。
隧道区整个山体植被茂盛，主要种植有桉树、松树、竹子等。
隧道勘察区未发现大规模滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象，自然状态下，整个山体较稳定。
3.2.2地层岩性
根据工程地质测绘及钻探资料，隧道区地层主要由第四系残坡积层粘土（Qel+dl）和石炭系下统大塘阶寺门段（C1d2）：
砂岩、页岩、页岩夹泥灰岩、灰岩等。
现从新到老分述如下：
1.第四系残坡积层（Qel+dl）：
粘土，褐黄色，黄色，硬～可塑状，土质较均匀，局部含少量碎石、角砾，干强度较高，韧性中等。
主要分布于隧道区山体表层，各个钻孔均有揭露，揭露厚度0.5～11.0m，平均厚度约4.5m。
2.石炭系下统大塘阶寺门段（C1d2）
砂岩，灰色，粗粒～细粒结构，中厚层状构造。
主要分布于进洞口及大部分洞身段，按其风化可划分为全风化、强风化、中风化、微风化四层：
（1）全风化砂岩，黄色，风化完全，仅部分地段尚能辨别原岩结构，岩质极软，岩心呈土状、土夹石状。
SK2、ZK4揭露，揭露厚度3.90～4.0m。
（2）强风化砂岩，浅黄色，灰褐色，岩体破碎，裂隙发育，岩芯多呈碎石、角砾状，岩质软。
局部地段岩体风化不均匀，夹中风化砂岩岩块。
CK1、SK2、SK4、ZK1有揭露，揭露厚度1.60～16.4m，层厚变化大。
（3）中风化砂岩，灰色，岩体较完整，局部较破碎，裂隙较发育，岩芯多呈短柱状，部分中柱状、碎块状，岩质较软。
CK1、SK2、SK4有揭露，揭露厚度1.50～19.0m，层厚变化大。
（4）微风化砂岩，岩体较完整～完整，岩质较硬，裂隙不发育，厚度大于50m。
页岩，灰黑色，页理结构，薄层状构造。
主要分布于P（0）K148+000至出洞口段，部分地段与砂岩形成互层状，按其风化可划分为全风化、强风化、中风化三层：
（1）全风化页岩，灰绿色，风化完全，仅部分地段尚能辨别原岩结构，岩质极软，岩心呈土状。
SK3、SK4、ZK2有揭露，揭露厚度4.8～8.0m。
（2）强风化页岩，灰色，灰褐色，岩体破碎，裂隙发育，岩芯多呈片状、碎块状，部分为土柱状，岩质软。
该层分布不均匀，局部夹泥灰岩。
SK3、SK4、ZK2有揭露，揭露厚度3.7～37.1m，层厚变化大。
（3）中风化页岩，灰黑色，岩体较破碎～较完整，裂隙较发育，岩芯多呈，少量短柱状，岩质较软，局部夹泥灰岩。
SK3、SK4、ZK2有揭露，揭露厚度1.2～10.2m，层厚变化大。
中风化灰岩位于隧址初步方案段，本隧道勘察区未揭露。
3.2.3地质构造及地震动参数
1.地质构造
根据地质调查及区域地质资料，隧道位于甲伴岭区域性大断层的主干断层-千家洞逆断层的南侧约500m处，处于甲伴岭区域性大断层的影响带内。
甲伴岭区域性断层带由数条近东西向的主干逆断层及性质不明的分支断层组成，延伸百余千米，断线向南、北方向弯曲呈弧形，断层破碎带宽约数千米。
隧道区附近的千家洞逆断层走向近东西，倾向南，延伸数十千米，错断石炭系中统和下统地层，规模较大。
第四纪以来，甲伴岭区域性断层带构造活动趋于稳定，断层无活化迹象，属非活动性断裂。
隧道区域构造相对较稳定。
隧道山体岩层呈单斜构造，由洞身及出口段测得的岩层产状为185°∠48°。
隧道区有一组产状为275°∠80°的节理很发育，微张状，延伸长度大于5m，节理面平直光滑，发育密度约为12条/m。
2.地震
据《新民通志·地震》隧道区属地震活动强度不高、频度较低的中强震地震构造区，近现代未发生过M>5.0地震，地震构造相对较稳定。
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），区内地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期0.35s，地震基本烈度小于Ⅵ度。
3.2.4水文地质
水文地质条件
隧址区内未见明显地表水体，地表水不发育。
勘察区地下水有2层地下水，一层为赋存于第四系冲积层中的孔隙潜水，受大气降水或地表水补给，水量贫乏；另一层为赋存于基岩裂隙中的裂隙水，受地表径流和孔隙水补给。
根据附近工程水质分析结果，测区地下水和地表水对砼无腐蚀性。
3.2.6隧道岩土工程地质特征及围岩分级
1、岩体工程地质特征
隧道主要穿越石炭系下统大塘阶寺门段（C1d2）地层，该地层岩性较复杂，有砂岩、页岩，部分地段为砂岩与页岩互层，呈薄～中厚层状构造。
岩质软～较硬状。
根据岩石风化程度不同，隧道区岩体可分为全风化、强风化、中风化、微风化四层，其特征如下：
全风化岩体极破碎，裂隙极发育，地震纵波波速约1880m/s，稳定性差。
强风化岩体破碎，风化强烈，裂隙发育，饱和抗压强度较低，地震纵波波速约2000～2500m/s，工程稳定性差。
中风化岩体（砂岩段）较完整，局部较破碎，裂隙较发育，饱和抗压强度一般为13.0～32MPa，地震纵波波速约为2750～3000m/s，工程稳定性较好，强度较低，岩体力学性质各向异性显著。
中风化页岩段抗压强度一般为10.0～20.0Mpa，强度较低，稳定性较差。
微风化岩石节理裂隙不发育，岩体较完整～完整，岩体饱和抗压强度一般达40Mpa以上，地震纵波波速一般大于4000m/s，工程地质稳定性较好。
2、隧道围岩分级
隧道围岩分级标准按照《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）中的围岩分级进行。
隧道围岩分级指标及围岩特征表
围岩级别
[BQ]
线位
分布地段
长度
（m）
围岩岩土特征
围岩开挖后的稳定状态
Ⅲ
367.5
左线
PK147+700～147+810
110
岩性为微风化砂岩，中厚层状构造，属较硬岩，岩体较完整～完整，裂隙局部较发育，需爆破掘进。
跨度10～20m可基本稳定，局部可发生掉块或小塌方
右线
OK147+730～147+860
130
Ⅳ
600
左线
PK147+610～147+700
90
岩性以中、微风化砂岩为主，少量中、微风化页，岩石较硬～较软，岩体较完整～较破碎，该段裂隙较发育，侧壁易产生塌方、小坍塌等不良现象。
需爆破掘进。
跨度5～10m可稳定数月，裂隙发育地段可能产生掉块或小～中型塌方。
PK147+810～147+920
110
右线
OK147+610～147+730
120
OK147+860～148+020
160
Ⅴ
960
左线
PK147+520～147+610
90
岩性以强～中风化砂岩、页岩为主，岩体破碎，该段风化裂隙发育，裂隙内多充填钙质、泥质等，易引发冒顶、坍塌等事故。
数日～数月内可发生松动变形、小塌方，进而发展为中～大塌方。
PK147+920～147+995
75
右线
OK147+530～147+610
80
OK148+020～148+095
75
3.2.7隧道工程地质问题分析与评价
（一）区域稳定性评价
隧道位于甲伴岭区域性大断层的影响带内，距其主干断层-千家洞逆断层最近约500m，该断层带属于非活动断层，测区区域地质相对较稳定。
（二）隧道进出洞口边坡、仰坡稳定性评价
隧道进口自然斜坡较缓，自然状态下稳定性好。
进洞口第四系覆盖层较厚，下伏强风化、中风化砂岩，岩质软～较软，受断层影响，岩体破碎，开挖后人工边坡的自稳定能力较差，建议进口边坡按1:
1.0的坡率放坡，并采取强支护措施。
出口段边坡自然斜坡较陡，位于冲沟边缘，自然状态稳定性较差。
出洞口第四系覆盖层较薄，下伏全风化、强风化、中风化砂岩与页岩互层，岩质极软～较软，岩体破碎，且岩层产状为185°∠48°，为顺向坡，开挖后人工边坡的自稳定能力差，建议进口边坡按1:
1.0的坡率放坡，并采取强支护措施。
（三）隧道洞身围岩稳定性分析
隧道洞身围岩为以中风化～微风化砂岩、页岩为主，岩体破碎～较完整，围岩级别以ⅤⅣ级、Ⅴ级、Ⅲ级为主。
隧道开挖时顶部及两侧临空面与节理面可能形成楔型松动岩块，拱部无支护时可产生掉块或小～中型塌方，岩体破碎地段可能产生较大坍塌。
隧道涌水量一般较小，旱季施工时，洞室以潮湿或点滴状出水为主，局部可能产生淋雨状出水；雨季施工时，以点滴状或淋雨状出水为主，岩体破碎地段，强降雨后可能会出现涌水情况，应加强动态预报及监测。
3.3隧道结构设计
3.3.1洞口、洞门设计
根据本项目隧道的特点，并结合路基及进出口地形地貌、工程地质、水文条件，在充分考虑隧道进出口综合排水的情况下，尽量减少洞口的开挖并考虑施工开挖边仰坡的稳定性，本着“早进晚出”的原则，确定隧道进出口位置。
洞门型式的选择力求结构简洁，并与洞口的地形、地貌协调一致，结合两端洞口处地势和地质情况，本项目洞门采用端墙式洞门及削竹式洞口，并对所有清方暴露边、仰坡面采用三维网植草进行绿化防护。
对洞口明洞槽开挖后的边、仰坡面采用早强砂浆锚杆、喷射混凝土、钢筋网防护，明洞洞身两侧采用M7.5浆砌片石回填，其上再采用碎石土回填，表层铺一层粘土作为隔水层，并铺设种植土进行植草绿化。
洞口回填的原则是尽可能的覆盖人工开挖痕迹，使洞口融入自然。
洞口施工中应尽量减少扰动周围岩体，尽早做好洞口边坡、仰坡的防护及隧道洞门，确保洞口安全。
3.3.2洞身结构设计
3.3.2.1明洞部分
根据围岩类别、地形、埋深成洞条件等进行设计。
为了施工中便于进洞及保持原有自然环境、维护高边坡及仰坡的稳定，同时，考虑进出口山体陡峭，为减少山体落石危及高速公路行车安全，结合路基边坡情况，设计时，洞口采用接长明洞进洞方案。
明洞衬砌段设计地基承载力要求不小于为300kPa。
3.3.2.2暗洞部分
根据“新奥法”设计和施工原理，结合防水、美观和给驾驶员安全感的要求，本隧道采用柔性支护体系结构的复合式衬砌，二次衬砌断面全部采用曲边墙式等截面断面。
暗洞采用超前大管棚进洞，根据地质情况对隧道浅埋段采用管棚及小导管对前方围岩进行注浆加固，深埋Ⅴ级围岩段采用小导管对前方围岩进行注浆加固后再开挖，开挖时采用打锚杆、安装型钢钢架、挂钢筋网及喷射混凝土等初期支护。
Ⅳ级围岩段采用超前锚杆对前方围岩进行注浆加固后再开挖，开挖时采用打锚杆、安装钢筋格栅钢架、挂钢筋网及喷射混凝土等初期支护。
在Ⅲ级围岩段开挖时采用打锚杆、挂钢筋网（局部）及喷射混凝土等初期支护。
在初期支护基本稳定的条件下，于初期支护内表面敷设防水卷材（普通PVC、EVA等防水板由于没有粘结密封层无法解决防水层与二衬之间的层间窜水问题，因此，本项目隧道防水卷材采用可与二衬混凝土反应粘并达到满粘及不可逆粘结效果的CPS反应粘结型预铺高分子三合一复合防水板），随后施工全断面模筑混凝土二次衬砌。
二次衬砌采用C25防水砼，其抗渗标号为S8（如防水砼抗渗标号达不到，则建议添加一定量的抗裂膨胀防水剂或直接采用微膨胀水泥浇筑）。
衬砌结构设计参数主要采用工程类比法并结合计算分析确定，各级围岩复合式衬砌支护参数如下表:
超前支护
φ89管棚
L=15～30m@50
α=2°～3°
第一环管棚
φ42超前小导管
间距
30
40
长度
450
450
角度
15
15
φ25超前锚杆
间距
40
长度
430
角度
15
初期支护
C25喷砼
26（有仰拱）
24（无仰拱）
20（无仰拱）
10
钢架
I20a@=55
I18@=80
钢筋格栅钢架@=100
φ8钢筋网
20×20
20×20
20×20
25×25
（局部）
锚杆
型号
φ25中空锚杆
φ25中空锚杆
φ22药卷锚杆
φ22药卷锚杆
长度
400
350
300
250
间距
（环×纵）
100×55
100×80
100×100
120×120
预留变形量
14
10
7
5
二衬
50（有仰拱）
45（有仰拱）
40（有仰拱）
35（无仰拱）
衬砌类型
S5-A1
S5-B
S4-B
S3
3.3.3路面、横洞及洞外转向车道设计
本合同段隧道内路面采用水泥路面，路面结构组成为：
30厘米水泥混凝土面层+0.6厘米改性乳化沥青稀浆封层+20厘米C20混凝土基层+15厘米C20混凝土整平层（无仰拱段）。
具体路面结构图及对路面各材料要求可参见相关隧道路面图纸及说明，施工中应注意所有路面材料的物理力学指标必须达到规范及设计要求。
隧道设一处人行横通道，横通道采用20厘米水泥混凝土路面。
3.3.4隧道装饰
为了隧道内部的安全和美观，对本隧道洞内进行装饰设计，拱顶喷涂隧道专用防火涂料，本合同段所有隧道设计防火涂料防火时间均为2h；隧道拱墙部分贴隧道专用瓷砖，施工中应按设计要求进行施工。
3.3.5废渣处理
隧道开挖洞渣除部分利用、填筑路基调配外，剩余部分弃入隧道洞口两侧的临时弃土场内或与路基永久弃土场共用。
弃渣堆砌时应作好相关防护，并采取表层覆土植树、植草绿化，以防止水土流失。
3.3.6防、排水设计
根据隧道所在地区的气象条件、水文条件，本隧道的防排水设计采用了以“防、排”为主，“防、排、堵、截”相结合的综合治理措施。
其各段的防、排水情况如下：
3.3.6.1洞外：
根据地形情况，在有条件的洞口上方边、仰坡外侧设置与地形相应的截、排水沟，引入路基边坡截水沟或附近天然沟中排走，截、排水沟应顺应地形，宜在洞口仰、边坡3～5米位置外设置，并应在洞口刷坡前预先用浆砌片石铺砌，用水泥砂浆抹面成“三面光”，并在必要位置加设跌水及急流槽等，跌水及急流槽形式可参照路基排水图。
3.3.6.2明洞：
明洞拱墙部外层铺设由1.2mm厚CPS反应粘结型预铺高分子三合一复合防水卷材构成的外贴式防水层，并在明洞两侧浆砌片石回填顶部外沿处及明洞衬砌墙脚处设置φ100×8mm单壁打孔波纹管，前者将渗水排至洞门坡面排走，后者通过与横向引水管相连，将衬砌背后的水引入中央排水管排走。
在明洞顶回填土表面铺30cm厚的粘土隔水层，并种植草皮，绿化坡面。
洞顶汇水通过设置洞顶截水沟引水排走。
3.3.6.3洞内：
为提高隧道防水能力，减少二衬与防水层层间串水问题，本项目在初期支护与二次衬砌间设置由“1.2mm厚CPS反应粘结型预铺高分子三合一复合防水卷材+400g/m2无纺布”组成的防水层。
要求对施工缝、工作缝、沉降缝作专门的防水处理，同时衬砌背后每间隔10米设置一道环向盲管（Φ75mm软式透水管），盲管与由φ100mm双壁打孔波纹管组成的纵向排水管相连通，通过横向排水管（采用φ100mm双壁打孔波纹管）流入隧道中央水管，洞内路面下渗水则通过路面下透水层流入隧道中央水沟排走；洞内环向及横向盲沟的位置可根据洞内渗水情况作适当调整，但数量只能增加，不得减少；隧道内变形缝采用中埋式橡胶止水带和背贴式止水带；施工缝采用带注浆孔止水条和背贴式止水带；施工缝、沉降缝不应设置于有集中水流地段。
4特殊地质条件下隧道设计
隧道围岩主要为中～微风化砂岩、页岩，稳定性较差，易引发坍塌、冒顶等事故，因此，宜采用信息法设计、施工，做好地质超前预报工作，加强支护，确保隧道安全。
隧道测区内水文地质条件相对较为简单，洞室围岩富水性较差，地表汇水面积较小，隧道施工时一般不会产生管道涌水现象，但遇强降雨后出现突然性管道涌水、突水可能性较大，应加强超前地质预报，提前做好应急预案。
由于隧道进、出洞口边坡稳定性较差，施工时若大爆破，极易引起隧道洞口边仰坡崩塌、掉块等情况，危及施工人员的人身安全，要求施工时应及时清除洞口危石及松散土，加强安全工作以及采用正确的施工方法和有效的边坡防护措施。
5辅助坑道设计
由于本合同段隧道为中隧道，根据工程规模情况，未考虑辅助坑道。
6长、特长隧道通风防灾、救援设计
本合同段有关隧道通风防灾、救援设计等请参见相关的隧道通风、消防、救援等设计图纸及说明。
7隧道施工监控预测、地质预报设计
由于岩土工程的复杂性和特殊性，在隧道施工过程中一般需要根据施工过程中洞内外地质调查、洞内观察、现场监控量测及岩土物理力学实验等施工反馈信息，进一步分析确定围岩的物理力学参数，以修改和最终确定隧道施工方法和支护方式。
本项目隧道的支护结构应用“新奥法”原理采用复合衬砌，要求在施工过程中必须进行现场监控量测，及时掌握围岩在开挖过程中的动态和支护结构的稳定状态，提供有关隧道施工的全面
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