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专业班级土隧101姓名1111学号222222222211分组第三组
开题日期：
2013年11月11日完成日期：
2013年11月22日
题目石家庄公路隧道工程设计
一、设计的目的
（1）掌握隧道衬砌结构设计；
（2）掌握隧道施工方法；
（3）掌握隧道钻爆设计过程；
二、设计的内容及要求
（1）根据提供的隧道工程设计区段条件，采用工程类比法设计隧道衬砌横断面，确定衬砌断面形状及各部尺寸，绘制隧道内轮廓图及隧道复合衬砌结构图；
（2）根据所确定的隧道断面及其它工程条件，制定隧道施工方案，确定相应断面开挖和支护方法并绘制相应施工断面图；
（3）针对所确定的开挖方法，确定各炮眼类型的炮眼数目；
编制钻爆参数表；
绘制钻爆设计图；
绘制爆破网络图。
（4）上交设计说明书及设计图纸一套。
三、指导教师评语
四、成绩
指导教师（签章）
年月日
一、设计任务
1、隧道名称：
石家庄公路隧道
2、位置和线形：
石家庄隧道位于宁武县石家庄镇，隧址区属构造剥蚀基岩小起伏低中山区，海拔高程1550-1405米，相对高差55米。
微地貌为基岩山梁、陡坡，隧址区基岩裸露。
进口里程为HK70+220，出口里程为HK70+525，全长305米。
隧道位于直线上，隧道洞内纵坡为0.882%。
隧道底板最大埋深55米。
属短隧道。
全线采用四车道高速公路建设，设计速度采用60Km/h。
3、洞口段地质情况：
洞口段围岩为第四系碎石土，含砂岩、页岩等，结构松散。
围岩稳定性较差，围岩级别为Ⅴ级。
隧道洞口采用采用端墙式洞门。
石家庄隧道围岩分级表：
里程
长度（H）
围岩级别
HK70+220~HK70+245
25
Ⅴ
HK70+500~HK70+525
二、主体工程设计
1、设计标准
①设计速度：
60Km／h；
②建筑限界：
净宽9.75米，净高5.0米；
③车道数目与行车方式：
采用双洞四车道。
2、平纵面设计
隧道轴线全线设计为直线，隧道平面布置原则采用“双连拱断面”。
隧道位于直线上，隧道洞内纵坡采用单面坡，坡度设为0.882%，隧道底板最大埋深55米。
3、隧道横断面
该隧道位于长度超过3000m的长距离直线上，如果设置分离式隧道，将造成分离路基长度偏长，隧道前后段路基工程量增加较大，所以设计为“双连拱隧道”。
隧道单洞净宽9.75米，行车道宽7.00米（2×
3.50），左、右侧路缘带分别宽为0.5米和0.75米。
隧道按设计规范要求，50米的高速公路短隧道无需设置紧急停车带和人行横洞。
隧道内轮廓图
4、洞口与洞门工程
（1）、洞口
隧道遵循“早进晚出”的原则，不大挖大刷，确保边坡及仰坡的稳定。
洞口边坡、仰坡顶面及其周围，设置排水沟和截水沟，与路基排水系统综合考虑布置。
洞口边坡、仰坡采取加固措施，采用绿化护坡。
考虑到与环境的相互协调，和“出洞上桥”的设计方案，隧道洞口采用端墙式洞门。
使建筑结构极大程度的融入到自然环境中，使之既美观又符合功能要求，达到浑然天成的效果。
洞口边、仰坡控制高度设计：
围岩分级
Ⅴ级围岩
边、仰坡坡率
1:
1.25
高度（m）
15
（2）、洞门
1、洞门仰坡坡脚至洞门墙背的水平居设为1.5m，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度设为1.0m，洞门墙顶高出仰坡脚设为0.5m；
2、洞门根据本隧道实际，设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔，洞门强厚度设为0.5m；
3、洞门墙基础设置在稳固地基上，保证洞门稳定。
基底嵌入岩石地基深度为0.5m。
洞门混凝土端墙设计参数：
洞门砌体端墙设计参数：
5、衬砌结构设计
隧道衬砌结构根据隧道所通过岩层的围岩条件、隧道埋深受力特点，高速公路应采用复合式衬砌方案。
1、初期支护采用锚喷支护，即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式单独或组合使用。
锚杆支护采用全长粘结锚杆；
2、二次衬砌采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面采用连接圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度于拱墙厚度相同；
3、隧道洞口结构松软，设置加强衬砌。
根据地形、地质和环境条件等，本隧道加强段设置为15m（两车道隧道不小于10m）；
4、在确定开挖断面时，除应满足隧道净空和结构尺寸外，还应考虑初期支护并预留适当的变形量。
预留变形量的大小可根据围岩级别、断面大小、埋置深度、施工方法和支护情况等、采用工程类比法预测。
Ⅴ级围岩预留变形量为：
两车道隧道
80-120mm
两车道隧道复合式衬砌设计参数：
初期支护
二次衬砌厚度
喷射混凝土厚度（cm）
锚杆（m）
钢筋网
钢架
拱、墙混凝土
仰拱混凝土
拱部、边墙
仰拱
位置
长度
间距
15-25
----
拱、墙
3.0-4.0
0.8-1.2
拱、墙@20×
20
拱、墙、仰拱
45
隧道复合衬砌结构图：
三、防排水设计
1、防水
1、本隧道采用复合式衬砌，在初期支护与二次衬砌之间设置防水板和无纺布（其中防水板采用防水卷材，厚度1.5mm，接缝搭接长度为100mm。
选用密度为300
的无纺布）；
2、洞口和洞深围岩破碎，向围岩内预注浆。
2、排水
1、隧道纵向排水坡设置为0.882%，与隧道纵坡一致；
2、路侧边沟设置为开口式暗沟。
设沉沙池、滤水篦，其间距为25米，鉴于隧道较短，可直接设置在隧道中央；
3、隧底设置导水槽，以连接中心水沟（管）与衬砌墙排水盲道。
横向导水管直径为100mm，横向坡度为2%；
4、路面底部设置1.5%的横向排水坡度；
5、在衬砌两侧边墙背后底部设沿隧道的纵向排水盲管（沟），孔径为80mm；
6、沿衬砌背后环向设置导水盲管，纵向间距为20m，环向、竖向盲管直径为50mm。
四、隧道施工
1、辅助施工措施
本段隧道为双车道隧道,在洞口浅埋地段及Ⅴ级软弱围岩地段施工难度较大,必须采取强有力的辅助施工措施与初期支护相结合,相辅相成,才能完成隧道施工任务。
隧道设计采用的辅助施工措施有:
管棚法、超前小导管、超前钻孔注浆、超前锚杆以等。
管棚法：
1、导管环向根据本隧道地层性质、地层压力、导向设置部位、钻孔机具和隧道开挖方式等条件确定为40cm，纵向两组管棚水平搭接长度为3.0m；
2、导管选用热轧无缝钢管，外径设为150mm，长度为30m，分段安装，分段长5m；
3、导管上的注浆孔孔径设为10mm，间距设为15cm，呈梅花形布置；
4、考虑本隧道地质松软，部分易破碎，需在钢管内注入水泥砂浆；
5、在护拱上沿隧道开挖轮廓线纵向钻设的管棚孔不得侵入隧道开挖轮廓线。
孔深设计为30m。
护拱的基础放在稳定的基础上。
①超前小导管：
1、小导管采用直径45mm的无缝钢管，长度设计为4m；
2、小导管前部注浆孔孔径设计为6mm，间距设计为15cm，呈梅花形布置，尾部长度设计为30cm；
3、小导管环向设置间距设计为30cm，外插角为
，两组小导管间纵向水平搭接长度设计为100cm；
4、小导管与格棚钢架组成支护系统。
②超前钻孔注浆：
1、注浆孔径设计为110mm，注浆压力根据现场试验确定；
2、注浆材料为水泥浆或水泥砂浆。
③超前锚杆：
1、拱部超前锚杆设计为隧道拱部外弧长的1/3；
2、锚杆直径选为20mm；
3、锚杆长度设计为4m，拱部超前锚杆纵向两排应有1m的水平搭接段；
4、锚孔直径设计为40mm，设置两排锚孔；
5、超前锚杆外插角选为
；
6、填充砂浆选用早强砂浆，强度等级不低于M20。
2、隧道总体施工方法
石家庄隧道位于宁白公路及石黄公路附近，交通条件较好，隧道进出洞口均与桥梁相连，需修建便道出渣。
建议隧道施工方案为从保德端开始施工。
石家庄隧道出渣量不大，废渣可弃于路线北侧沟谷。
弃渣场顶部需平整，必须设置排水沟，以防止雨水的冲刷。
3、洞口施工设计
隧道施工应按新奥法组织实施，主要工序采用机械化作业，隧道出渣采用无轨运输，二次衬砌浇注采用模板台车，隧道施工开挖总体上要求拱部采用光面爆破，以最大限度地保护周边岩体的完整性，同时减少超挖量，提高初期支护的承载能力。
隧道施工过程中应注意结合监控量测结果，采取相应的措施。
隧道二次衬砌应尽快施做，避免日久围岩松弛失稳。
雨季是隧道施工事故多发季节，隧道开挖应避开雨季，无法避免时应充分作好临时加固的物质材料与方案准备，以便及时支撑加固，避免隧道塌方。
1、开挖方法：
隧道整体采用中洞法和上半断面长台阶法开挖（隧道为双连拱隧道最适合选用中洞法；
Ⅴ级围岩，地层条件较差，因此选用上半断面长台阶法）。
①中洞法：
先开挖中洞并支护，在中洞内施作隧道中墙混凝土，对于305m的短隧道，先贯穿中洞，然后再施工两侧侧洞；
中洞开挖后及时施作初期支护，再分段灌注中墙混凝土，每一纵向段长度为4-10m，在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模，并进行临时横向支撑。
②上半断面长台阶法：
上半断面先进25m，拉中槽落底，在保证围岩稳定的条件下，再进行边墙扩大及底部开挖。
上部开挖进尺控制在1.5m一下，严格控制爆破药。
2、支护方式：
采用初期喷、锚、格栅钢架支护与二次模筑混凝土的复合衬砌方案。
3、二次衬砌：
二次衬砌浇注采用模板台车。
4、超欠挖控制：
拱脚、墙角以上1m范围内断面严禁欠挖。
平均超挖如图：
项目
规定值或允许偏差
检查方法和频率
拱部
破碎岩、土（Ⅴ级围岩）
平均100，最大150
水准仪或断面仪；
每20m一个断面
仰拱、隧底
平均100，最大250
水准仪每20m检查一次
在进行洞口段开挖施工前必须施作好洞顶截水沟，防止地表水体渗入开挖面影响明洞边坡和成洞面的稳定；
在进行开挖过程中，边坡防护必须与边坡开挖同步进行，开挖到成洞面附近时要求预留核心土体，待洞口长管棚施工完成后再开挖进洞。
洞口地质较差，应尽量避开雨季施工，明洞衬砌完成后应及时回填。
4、出渣与运输
石家庄公路隧道属于短隧道，经济方便等综合考虑选用无轨运输作业。
1、运输线路或道路由专人进行维修和养护，线路两侧的废渣或余渣及时清除；
2、进洞的各类施工机械和车辆，选用带净化装置的柴油机动力；
3、洞内设计铺设简易路面，做好排水及路面维修；
4、在洞口、平交道口、狭窄的施工场地，设置明显的警示标志，设置专人指挥交通；
5、本隧道为双车道，双车道净宽设计为9.75mm，大于两倍车宽加2.5m，会车视距大于40m；
6、行车速度，在施工作业地段和错车时限制车速15km/h，成洞地段限制车速20km/h；
7、洞内加强通风，环境符合职业健康标准。
五、隧道路面
1、本隧道（高速公路隧道）路面结构采用复合式沥青混凝土，4厘米细粒式SBS改性沥青混凝土上面层，6厘米中粒式沥青混凝土下面层，26厘米水泥混凝土面板，15厘米低标号混凝土整平层；
2、岩石路基的整平层混凝土的弯拉强度与基层相同，设计为10cm；
3、基层采用素混凝土，厚度选为15cm，抗拉轻度应不低于C20或弯拉强度不低于1.8MPa，设置与混凝土面层相对应的横向缩缝，一次铺摊宽度设为8.0m，设置纵向缩缝；
4、本高速公路隧道路面采用连续配筋混凝土面层；
5、路面表面构造采用拉毛制作；
构造深度如图：
公路等级
高速公路
构造深度
1.0mm
6、采用复合式沥青路面上面层，沥青面层具有与混凝土面板粘结牢固、防水渗入、抗滑耐磨、低温抗开裂、高温抗车辙、抗剥离的良好性能；
7、隧道复合式路面沥青上面层铺装结构设计为由粘结层和沥青面层组成，沥青厚度选为10cm，采用双层式沥青面层，变面层采用抗滑表层，沥青表面层厚度、混合料类型与洞外路段相同；
8、在粘结层上设置防水层。
六、隧道爆破设计
1、根据地质岩性条件，爆破技术采用光面爆破技术。
2、炮眼深度、角度、间距参数设计：
（1）、掏槽眼设计采用四眼菱形斜眼掏槽。
掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不大于50mm；
、辅助眼眼口排距、行距误差不大于50mm；
（2）、周边眼沿隧道设计断面轮廓线上的间距误差不大于50mm，周边眼外斜率不大于50mm/m，眼底不超出开挖断面轮廓线100mm，最大不得超过150mm；
（3）、内圈炮眼至周边眼的排距误差不大于50mm，炮眼深度为0.84m。
3、装药前将炮眼内泥浆、石屑吹洗干净。
已装药的炮眼应及时堵塞密封。
周边眼的堵塞长度设计为250mm。
4、爆破器材的选择设计：
（1）、炸药：
干燥地段采用2#岩石硝铵炸药，有水地段采用乳化炸药；
（2）、雷管：
在正常地段采用非电毫秒雷管。
5、循环进尺的确定
主要根据地质条件考虑，Ⅴ级围岩每循环开挖进尺计划为0.8m。
6、爆破参数的确定
（1）炮眼直径：
50mm
（2）炮眼深度L:
（3）炮眼数目N：
依据《爆破工程师手册（隧道）》
q-单位炸药消耗量（设计值0.5kg/m3）
s-开挖面积（设计值70.125
）
r-每米炮眼长度装药量（设计为0.5kg）
V级围岩炮眼数：
每米炮眼长度装药量
炸药名称
炸药有效密度
每米炮眼装药量（kg）
硝铵炸药
0.95～1.05
0.5
安全硝铵炸药
1.0～1.15
Ⅴ级围岩台阶法开挖爆破参数：
项目
爆破参数
周边眼间距E（cm）
50
周边眼抵抗线W（cm）
相对距E/W
1.0
装药集中度（kg/m3）
0.336
堵塞长度（mm）
250
装药结构（周边眼）
间隔装药
起爆方式
非电起爆
（4）炮眼布置的原则
首先布置掏槽眼然后根据光面爆破原则布置周边眼底板眼辅助眼
（5）单孔装药量的计算
（公式3）
q－单孔装药量
k－单耗量（Ⅴ级围岩设计为0.5kg/m3）
a－炮眼间距（设计值0.5m）
w－炮眼爆破方向的抵抗线（设计值0.5m）
l－炮眼深度（V级设计为0.84m）
λ－炮眼所在部位系数
炮眼部位系数λ取值：
炮眼部位
掏槽眼
辅助眼
周边眼
λ值
2.5
1.5
V级围岩周边眼单孔装药量：
（6）装药结构
周边眼采用直径25mm小药卷，间隔装药；
其余炮眼直径采用50mm普通药卷连续装药结构。
周边眼光面爆破间隔装药结构示意图：
普通炮眼连续装药结构示意图：
7、炮眼布置图：
七、环境保护
隧道设计充分体现“以人为本、生态路、环保路、旅游路”的主体设计理念，隧道进出洞口设计和施工尽量减少开挖，充分体现“早进洞晚出洞”的原则，保护洞口自然环境。
隧道施工废水需净化排放，隧道运营期间的洞内清洗水和地下水分开排放；
噪音和粉尘要有处理措施；
隧道弃渣首先考虑在利用作为混凝土骨料或路基填料，剩余部分集中堆放并做好坡脚防护，工程完工后可在弃渣场表面进行植树造林，以美化环境。
八、动态设计
隧道通过施工地质超前预报、围岩监控量测，研究围岩的收敛变形量测，拱顶下沉量测，仰拱底鼓量测，围岩压力量测，钢拱内力量测等，了解各分步施工中隧道衬砌结构受力状态，结合对量测数据的科学分析和论证，合理调整支护参数，优化设计，保证工程的安全性、经济性达到最佳状态。
九、参考文献
1、公路隧道设计规范_JTG_D70-2004；
2、JTG_F60—2009公路隧道施工技术规范；
3、隧道工程，中国铁道出版社。
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