大学隧道毕业设计模板

来源：智榕旅游

摘要

本设计围绕会何家寨隧道右线而进行，本隧道为高速公路隧道中隧道，隧道长646m，设计为单向双车道，设计车速为80km/h，建筑限界净宽为10.25m。衬砌采用三心圆曲墙式结构，支护结构和围岩共同承载，并充发挥出围岩的自承能力。新奥法作为隧道结构设计的核心，合同段隧道围岩条件较复杂，有III、IV、V级三种级别的围岩，在IV、V围岩段均采用有初支、防水层、二衬组成的复合式衬砌。初期支护为喷锚支护，采用锚杆、喷射混凝土、钢筋网、钢拱架共同作用，二次衬砌采用模筑砼。洞门设计严格按照《公路隧道设计规范》（GTJ-2004）中的相关规定进行相关验算，采用翼墙式洞门；初支根据《公路隧道设计规范》（GTJ-2004）、《隧道工程》和相关工程实例进行设计；二次衬砌利用理正岩土6.0版软件算出相关数据，并进行配筋计算；同时，根据相关参考资料和工程实例进行了隧道施工组织设计、防排水设计和监控量测的设计，绘制了相应的图纸。

关键词：复合式衬砌；翼墙式洞门；中隧道；新奥法；曲墙

ABSTRACT

This design will around the hejiazai tunnel right line，This is a medium length of highway tunnel，Tunnel length of 646m，This design is Unidi- rectional double lane,A design speed of 80 km/h.Construction boundary clear width is 10.25m. Lining use Three heart garden Curved wall,support structures and Rock Shared Load.and Make full use of Rock Load bearing.New Austrian Tunnelling Method is Tunnel structure design core,Tunnel has a complicated surrounding rock condition,have III、IV、V country rock,Initial support、water barrier and secondary lining form Compound lining of the III、IV country roc.Initial support for bolt support Shotcrete,The two lining is Building concrete.tunnel porta is wing wall tunnel portal.In strict accordance with the portal design at《Code for highway tunnel design》（GTJ-2004），Initial support according to《Code for highway tunnel design》（GTJ-2004）design.two lining utilization of LiZheng rock and soil6.0 design.At the same time,According to the relevant information and engineering examples Construction organization design and waterproof drainage and Monitoring measurement.

Key words：composite lining;wing wall tunnel portal;Middle tunnel;NATM;Curved wall

第一章隧道工程概况 .................................................. 1

1.1 工程概况 .......................................................... 1

1.2 工程地质 ................................................... 1

第二章隧道总体设计 .................................................. 3

2.1 一般规定与设计原则......................................... 3

2.1.1 一般规定............................................. 3 2.1.2 设计原则............................................. 3 2.2 主要技术标准及执行规范..................................... 3

2.2.1 技术标准............................................. 3 2.2.2 执行规范............................................. 4 2.3 设计依据................................................... 4 2.4 隧道平面及纵断面设计....................................... 4 2.5 隧道横断面设计............................................. 5

2.5.1 隧道建筑限界......................................... 5 2.5.2 隧道衬砌内轮廓线设计................................. 5 2.6 支护形式的选择............................................. 6

2.6.1 洞门衬砌设计......................................... 6 2.6.2 洞身衬砌设计......................................... 6

第三章洞门设计与计算 ............................................... 7

3.1 洞口地质条件............................................... 8

3.1.1 怀仁端洞口........................................... 8 3.1.2 赤水段洞口........................................... 8 3.2 洞门类型的选择............................................. 8 3.3 洞门各部的尺寸拟定......................................... 8 3.4 计算参数................................................... 9 3.5 建筑材料的容许应力与容重................................... 9 3.6 洞门稳定性验算............................................. 9

3.6.1 计算洞门前一延米的平均高度........................... 9 3.6.2 土压力计算.......................................... 10 3.6.3 翼墙稳定性验算...................................... 12 3.6.4 主洞端墙验算........................................ 14

3.6.5 主洞与翼墙共同作用的................................ 15

第四章隧道初期支护设计与计算 .................................... 16

4.1 概述...................................................... 16 4.2 初期支护的设计............................................ 16 4.3 V级围岩初期支护机构计算 .................................. 16

4.3.1 喷混凝土提供的支护抗力P1值 ......................... 17 4.3.2 钢支撑提供的支护抗力P2值 ........................... 19 4.3.3 锚杆提供的支护抗力P3值 ............................. 19 4.3.4 围岩本身提供的支护抗力P4值 ......................... 20 4.3.5 最小支护抗力值Pmin................................... 22

第五章隧道二次衬砌设计............................................ 25

5.1 概述...................................................... 25 5.2 隧道深浅埋确定............................................ 25

5.2.1 计算断面参数确定.................................... 25 5.2.2 深浅埋判定计算...................................... 25 5.3 隧道围岩压力确定.......................................... 27

5.3.1 Ⅴ级围岩压力计算.................................... 27 5.3.2 Ⅳ级围岩压力计算.................................... 29 5.3.3 Ⅲ级围岩压力计算.................................... 29 5.4 V级围岩二次衬砌理正岩土软件验算（电算） .................. 29

5.4.1 Ⅴ级围岩二衬计算条件................................ 30 5.4.2 Ⅴ级围岩二衬内力配筋结果............................ 32 5.4.3 Ⅴ级围岩二衬内力配筋计算............................ 32 5.4.4 V级围岩二衬裂缝计算 ................................ 36 5.5 IV级围岩二衬衬砌理正岩土软件验算（电算） ................. 42

5.5.1 Ⅳ级围岩二衬计算条件................................ 43 5.5.2 IV级围岩配筋结果 ................................... 45 5.5.3 V级围岩二衬内力配筋计算 ............................ 45 5.5.4 V级围岩二衬裂缝计算 ................................ 49 5.6 二衬配筋计算.............................................. 55

5.6.1 V级围岩配筋 ........................................ 55 5.6.2 IV级围岩配筋 ....................................... 55 5.6.3 III级围岩配筋 ...................................... 55

第六章隧道防排水设计 .............................................. 55

6.1 一般规定与设计原则........................................ 55

6.1.1 一般规定............................................ 55 6.1.2 设计原则............................................ 56 6.2 隧道防水设计.............................................. 56 6.3 隧道排水设计.............................................. 56 6.4 洞口段排水设计............................................ 56

第七章施工组织设计 ................................................. 57

7.1 概述...................................................... 57 7.2 施工部署.................................................. 58 7.3 施工准备.................................................. 58

7.3.1 技术准备............................................ 58 7.3.2 施工机具、材料准备.................................. 59 7.3.3 施工人员准备........................................ 59 7.4 隧道总体施工方案.......................................... 59

7.4.1 洞口施工............................................ 60 7.4.2 洞身开挖............................................ 60 7.4.3 初期支护............................................ 63 7.4.4 二次衬砌............................................ 64 7.5 施工通风.................................................. 65 7.6 施工注意事项.............................................. 65

第八章隧道施工监控量测 ...................................... 67

8.1 概述...................................................... 67 8.2 监控量测.................................................. 67

8.2.1 监控量测的目的...................................... 67 8.2.2 监控量测的具体内容和量测技术........................ 67 8.2.3 量测手段............................................ 68 8.2.4 监控量测的主要方法、步骤及范围...................... 69

第九章结论 ........................................................... 71 参考文献 ................................................................. 72 致谢 ................................................................. 73

第一章隧道工程概况

1.1 工程概况

何家寨隧道为分离式隧道，隧道走向呈北西西走向，稍呈弧线形展布。其中：右洞起讫桩号YK69+864～YK70+510，总长646m，属中隧道。隧道净空10.25×5.0m，左右线进出洞门型式均为端墙式；采用电光照明，机械通风。右线平面设计为209.115m直线接160.095m A=410m的圆曲线接276.789m R=1050m的圆曲线，纵面设坡率为1.3%的单向坡。

1.2 工程地质

何家寨隧道洞口怀仁端隧道围岩等级为Ⅴ级，围岩主要为第四系填筑土，残坡积碎石土、角砾土；松散；下伏强风化灰岩、泥岩，裂隙发育，质软，散体～碎裂结构，围岩自稳性差，侧壁不稳定，成洞条件差。地下水为土层孔隙水，基岩裂隙水，水量小，雨季点滴状或线状出水。赤水断隧道围岩等级为Ⅴ级，围岩上覆松散填筑土，残坡积碎石土，角砾土。下伏中风化灰质泥岩，裂隙发育，岩体破碎～较破碎，碎裂～碎裂镶嵌状结构。围岩自稳性差，侧壁不稳定，成洞条件差。地下水以点滴状或线状出水；隧道YK69+900～YK69+970段围岩级别为Ⅳ级，岩性为强～中风化灰岩、泥岩互层，裂隙较发育，岩质软硬不均，岩体较破碎，碎裂～碎裂镶嵌层状结构。自稳性较差，拱顶围岩无支护时，易产生掉块、局部小规模小坍塌侧壁较不稳定。YK69+970～YK70+405段围岩等级为Ⅲ级，围岩主要为中风化灰岩泥岩互层，碎裂镶嵌层状、块状结构。裂隙稍发育，岩质软～硬，岩石完整性较好，层间结合好。自稳性一般，侧壁稳定性一般，成洞条件较好。洞身YK69+970～YK70+405段穿过洼地侧下方，洼地垂直发育高度可能已达到洞身地带，洼地周围岩体风化强烈，据钻探揭露，强风化体距洞顶板的中风化层厚度约20m，施工时应加强支护及防排水措施，避免发生坍塌、突水事故;隧道最大埋深约71m，围岩主要为龙马溪组灰岩、泥岩互层，部分为石牛栏组泥质灰岩，灰岩～细晶结构，薄层～中薄层层状结构。

表1.1 各类围岩物理力学指标

围岩级别

重度γ(kN/m)

弹性抗力系数K (MPa/m)

弹性模量E (GPa)

泊松比μ

内摩擦角φ(°)

粘聚力C (MPa)

容许承载力0(kPa)

摩擦系数f(圬工与围岩)

V IV III 备注

17～20 100～200 1～2 0.35～0.45 20°～27° 0.050.2

～

20～23 200～500 1.3～6 0.30～0.35 27°～39° 0.2～0.7

23～25 500～1200 6～20

0.25～0.30 39°～50° 0.7～1.5

400～700

0.4

1200～1800

0.45

2000～3000

0.5

(表面不光滑)

第二章隧道总体设计

2.1 一般规定与设计原则

2.1.1 一般规定

隧道设计应满足公路交通规划的要求，设计根据现行有关规范，规程和技术标准，借鉴参考相关类似工程，结合本隧道实际情况，其建筑限界、断面净空、隧道主体机构以及营运通风、照明等设施，应按照《公路工程技术标准》（JTG B01）规定的预计交通量设计，当近期交通量不大时，可采取一次设计，分期修建。 2.1.2 设计原则

1.在地形、地段、地质、气象、社会人文和环境等问题调查的基础上，综

合比选隧道轴线方案的走向、平纵线型。洞口位置等，提出推荐方案。

2.地质条件很差时，特长隧道的位置应控制线路走向，以避开不良地质地段；长隧道的位置也应该尽可能的避开不良地质地段，并与路线走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。

3.根据公路等级和设计速度确定车道数和建筑限界。在满足隧道功能和结构受力良好的前提下，确定经济合理的断面轮廓。

4.隧道内外平、纵断面线型应协调，以满足行车的安全，舒适要求。 5.根据隧道长度，交通量及其构成、交通方向以及环保要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交通监控等机电设施的设置规模。必要时特长隧道应作防灾专项设计。

6.应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和营运要求，对隧道内外防排水系统、消防给水系统，辅助通道、弃渣处理、管理设施、交通工程设施、环境保护等作综合考虑。

7.当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要措施。

2.2 主要技术标准及执行规范

2.2.1 技术标准

1.公路等级：高速公路 2.设计速度：80km/h 3.隧道建筑限界：

建筑限界：0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75=10.25m

限界净高：5.0m

4.汽车荷载等级：公路—Ⅰ级

2.2.2 执行规范

1.《公路工程技术标准》（JTG B01-2003） 2.《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004） 3.《公路工程地质勘查规范》（JTJ 064-98） 4.《公路隧道勘察规程》（JTJ 064-98）

5.《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086-2001） 6.《地下工程防水技术规范》（GB 50108-2008） 7.《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）

2.3 设计依据

1.《贵州省赤水至望谟高速公路（怀仁至赤水段）工程可行性研究报告》2009 年5月

2.《关于怀仁至赤水高速公路可行性研究报告的批复》黔发改交通（2009） 293 号

3.《贵州省赤水至望谟高速公路（怀仁至赤水段）第二合同段勘查设计合同》 4.《初测外业验收咨询报告》2009年9月20 5.《初测外业验收会议纪要》高路办议[2009]8号 6.《初步设计咨询报告》2009年12月 7.《定测外业验收咨询报告》2010年2月

8.《怀仁高速公路施工图审查会议纪要》（路高办议[2010]13号）2010年8

月25日

9.相关技术标准、规范、规程等

2.4 隧道平面及纵断面设计

隧道的平面布置主要服从线路总体走向，在综合考虑地形地貌特征及经济性的前提下，主要考虑隧道进口、出口、隧址区工程地质条件等因素。隧道纵断面设计综合考虑了隧道长度、通风、照明、主要施工方向、洞口的位置、排水以及隧道进、出口接线等因素，隧道平、纵面详见相应图纸。各隧道设置及平、纵指标见表2.1

表2.1 隧道平纵设置一览表

隧道名称线位何家寨隧道

隧道起讫桩号

隧道长度(m) 646m

纵坡(%) 进口段/出口段 1.3/1.3

平曲线半径进口段/出口段缓和曲线/缓和曲

线

备注单坡

右线 YK69+864～YK70+510

2.5 隧道横断面设计

2.5.1 隧道建筑限界

根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)高速公路隧道建筑限界的规定：本隧道的设计速度为80km/h，所以：

限界净宽 0.75+0.5+3.75×2+0.75+0.75=10.25m（具体指标见表2.2）限界净高 5m (见图2.1)

人行横道建筑限界：高250cm 宽200cm

表2.2 公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度（单位m）

公路等级高速公路设计速度车道宽度横向宽度L /（km/h） W 左侧右侧 80 3.75×2 0.5 0.75 检修道J 左侧 0.75 右侧 0.75 建筑限界净宽 10.25

图2.1 公路隧道建筑限界（单位m）

2.5.2 隧道衬砌内轮廓线设计

根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)的一般规定：衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、支护结构、施工条件等，并充分利用围岩的自承能力。衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，而且要尽量圆顺。《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)规定了隧道内轮廓线的统一标准，即侧墙为大半径圆弧，拱部为单心圆拱，仰拱与侧墙之间用小半径的圆弧来连接。两车道隧道标准内轮廓断面如图2.2所示。

图2.2 两车道隧道标准内轮廓断面图(单位：cm

2.6 支护形式的选择

2.6.1 洞门衬砌设计

洞口工程设计以“早进洞，晚出洞”为原则，最大限度降低洞口边坡的开挖高度，以保证山体的稳定，减小队洞口自然环境的破坏。

结合本隧道进出口的实际情况，进口均采用翼墙式洞门，采用C25混凝土。 2.6.2 洞身衬砌设计

隧道洞身均依照“新奥法”原理采用复合式衬砌，即以锚杆，喷射混凝土或者钢筋网喷混凝土，钢拱架为初期支护，以模筑混凝土为二次衬砌，共同组成永久性承载结构。在初支和二衬之间铺设1.2mmHDPE单面自粘胶膜防水板为防水层。衬砌结构支护参数根据围岩级别、工程地质水文地质条件、地形及埋置深度、结构受力特点、并结合工程施工条件、环境条件、通过工程类比法和结构计算综

第三章洞门设计与计算

合分析拟定。

3.1 洞口地质条件

3.1.1 怀仁端洞口

洞口所处地段地貌为斜坡，地形坡度位34°，表层第四系覆盖层为素填土、碎石土、角砾土，厚度一般为2.0～19.3m。下伏基岩岩性为龙马溪组灰岩、泥岩互层，强风化层厚度大，岩质软，岩体呈松散～碎裂状结构。 3.1.2 赤水段洞口

洞口所处地段微地貌为缓坡，岩性为石牛栏组泥质灰岩，岩质较硬，表层第四系覆盖层为角砾土碎石土、素填土，松散状，其分布不均，厚度约2.0～6.2m。

3.2 洞门类型的选择

隧道洞口的位置根据进出口地形地貌以及工程地质条件等因素，结合边坡、仰坡开挖的稳定要求和洞门的排水要求，以“早进洞，晚出洞”的原则决定；

由于本隧道进出口均为Ⅴ级围岩，围岩条件理想，所以进出口均采用翼墙式洞门。

3.3 洞门各部的尺寸拟定

根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)规定，结合洞门所在地段的

工程地质条件，为了保证洞门的排水要求和稳定性，基础设施及洞门尺寸为：

1.洞门高为12.2m，墙厚0.8m，翼墙式洞门正墙墙面坡度取1:0.1 2.洞口边坡、仰坡坡比采用1:1，处于安全考虑，仰坡坡脚至洞门墙

背的水平距离为1.8m，以防仰坡土石掉落到路面上。

3.洞门墙嵌进地基1.5m。

4.洞门墙顶高出仰坡脚0.75m，以防水流溢出墙顶，也防止掉落土石弹出。

5.翼墙厚度为0.8m，翼墙长度5m，翼墙坡度为1:1，倾斜1:0.2。 6.洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底与衬砌拱顶外缘的高度1.1m，以免落

石破坏拱圈。

3.1 洞门参数确定

仰坡坡率计算摩擦角φ(°) 容重γ（KN/m）基地摩擦系数f 基地控制压力（Mpa） 1:0.5 70 25 0.6 0.80 1:0.75 60 24 0.5 0.60 1:1 50 20 0.4 0.40～0.35 1:1.25 43～45 18 0.4 0.30～0.25

1:1.5 38～40 17 0.35～0.4 0.25

3.2 洞门墙主要验算规定

墙身截面荷载效应值Sd 墙身截面偏心距e 基底应力σ 基底偏心距e 滑动稳定安全系数Kc 倾覆稳定安全系数K0

≤结构抗力效应值Rd(按极限状态算) ≤0.3倍截面厚度 ≤地基容许承载力 ≤B/6，B—墙底宽度 ≥1.3 ≥1.6

3.4 计算参数

1.挡土墙的边坡、仰坡坡度1:1 2.地层容重γc=18KN/m3

3.地层计算摩擦角50o 4.基底摩擦系数f=0.4

5.基底控制压应力[σ]=0.4Mpa

6.仰坡坡脚ε=45°，tanε=1，α=5.9°

3.5 建筑材料的容许应力与容重

翼墙的材料为水泥砂浆片石砌体，水泥砂浆的强度等级为M10，片石的强度等级为MU100。

容重γc =22KN/m，容许应力[σ]=2.2Mpa。

3.6 洞门稳定性验算

3.6.1 计算洞门前一延米的平均高度

洞门前一延米处的高度：7.2m 则洞门前一延米处的平均高度为

7.2108.6m 2

3.6.2 土压力计算

计算简图见下页3.2所示

图3.2 洞门土压力荷载计算简图

土压力系数计算：

最危险滑裂面与垂直面之间的夹角可按下式计算：

tan2tantan(1tan2)(tantan)(tantan)(1tantan)tantan(1tan2)tan(1tantan)

(3.1)

式中 ——最危险滑裂面与垂直面之间的夹角，(°)； )； ——围岩计算摩擦角(°

——洞门后仰坡坡角(°)；

——墙面倾角(°)。

E12'γλHhhh00bξ 2(3.2)

λ(tanωtanα)(1tanαtanε)

tan(ω)(1tanωtanε)(3.3)

h'a

tantanatan

1tantan(3.4)

h0(3.5)

GtHb1 (3.6)

式中

E——土压力(Kpa)；

H——洞门前一延米的平均高度； ——侧压力系数； c——地层容重（KN/m3） b1——翼墙的宽度；

a——洞口仰坡坡角到洞门墙背的水平距离，取1.8m； b——洞门墙条带计算宽度（m），取b=1m； ——墙背土体平破裂角； t——翼墙现浇混凝土重度；

——土压力计算模式不确定系数，可取ζ=0.6；

取α=5.9°，50 ε=arctan0.8=39° 把数值带入可得到：

tan0.6737

arctanarctan0.673733.97o

λ(tanωtanα)(1tanαtanε)

tan(ω)(1tanωtanε) 

0.6737-0.10331-1.00.110330.1922 tan5033.971-1.00.6737 将上面的数值带入（3.2）式中，可得到土压力E；

12'EγλHhhh0bξ 0212E180.19228.61.463.081.4610.679.22KN 2

233

3ExEcos77.22cos335.968.54KN EyEsin79.22sin335.937.54KN

式中 墙背摩擦角 3.6.3 翼墙稳定性验算 a.抗倾覆稳定性验算：

挡土墙在荷载作用下应绕着墙趾产生倾覆的时候，应该满足下式： K0（3.7）

式中： K0——倾覆稳定系数，K0≥1.6；

MMy01.6

My——全部的垂直力对墙趾的稳定力矩(kN·m)；

M0——全部的水平力对墙趾的稳定力矩(kN·m)。

墙身自重G：GtHb1228.60.8151.36KN

Ex对墙趾的力臂：ZxH8.62.8m 33Ey对墙趾的力臂：Zyb1Htan/30.88.60.103/31.16m G对墙趾的力臂：ZGb1Htan0.88.60.1030.84m

2212'EγλHhhh00bξ 2

1 180.19228.621.463.081.4610.679.22KN 2Ex68.54KN

Ey37.54KN

MyGZGEyZy151.360.8437.541.16171KNm

M0ZxEy2.837.54105.1KNm

KMyM171105.11.631.6 0 ∴满足抗倾覆稳定性要求

b.合力偏心距验算

设作用于基底上的垂直合力为

NGEy

NGEy151.3637.54189KN

设其对墙趾的力臂是S，合力偏心距为e

SMyMON171105.11890.35m

eb2S0.820.350.05m1m 合力在中心线的左侧

e0.05b40.2m

计算结果满足要求

又：

maxN6eminb1b

（3.8）（3.9）3.10）

（

∴ max18960.01324.84kpa0.4Mpa 0.80.8 min18960.01147.65kpa0.4Mpa 0.80.8 满足基底压应力要求。 3.6.4 主洞端墙验算

土压力：

0.1922

Ey37.54KN

1 EcH2h0h'h0b

21 =180.19228.621.463.081.4610.6

2 79.22

GtHB228.60.8151.36KN

墙身界面的偏心距为：

eb

M0.3B N式中

M——计算界面以上各力对截面形心力矩的代数和 N——作用于截面以上的垂直合力

墙身截面偏心验算：

B8.62HHMEEy79.2228.6584.9KNm

26223 NGEy151.3628.65180.01KNm

ebM84.90.47m N180.01MB6eb1

Bmax min

max

61.360.231208.8kpa2.2Mpa 0.80.8min61.360.23155.55kpa2.2Mpa 0.80.8 ∴ 墙身截面偏心强度满足要求

3.6.5 主洞与翼墙共同作用的 a.土压力计算

0.1922

1E1cH2h0h'h0b 212 180.192212.21.463.081.4610.6 2 164.62KN

E279.22KN

EEE1122164.6279.22243.42KN

GGG278.4550828.4KN

b.滑动稳定性验算：

KcNfE1.3

N857.05KN

KcNfE857.050.41.411.3

243.42 ∴ 满足滑动稳定要求。

通过以上的验算，说明何家寨翼墙式洞门的尺寸合理，详图见设计图纸。

第四章隧道初期支护设计与计算

4.1 概述

在二衬施作之前，刚开挖之后马上进行的支护形式叫做初期支护，一般有钢筋网喷射混凝土、锚杆喷混凝土、喷射混凝土锚杆与钢架结合支护形式。

隧道开挖后，为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全度和方便施工，隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层。

4.2 初期支护的设计

何家寨隧道为高速公路中隧道，隧道洞口段为Ⅴ级围岩，隧道洞身段围岩等级为Ⅲ、Ⅳ级。其中Ⅴ级围岩长81米，Ⅳ级围岩长130米，Ⅲ级围岩长435米。

Ⅴ级围岩的侧壁不稳定，成洞条件差，自稳性差，容易产生大塌方；Ⅲ、Ⅳ围岩自稳性差，成洞条件一般～较好，可能会出现小塌方。根据隧道的施工条件、断面形式、地质条件等，并考虑充分发挥围岩自承能力，根据新奥法的原理，何家寨隧道应该采用复合式衬砌，即由初期支护加中间防水层以及二次衬砌组合而成的衬砌形式，其中初期支护采用喷、锚、网支护,工字型钢拱架，并根据不同的围岩级别辅以大管棚、超前小导管等超前支护措施。

复合式衬砌可以采用工程类比的方法进行设计，并通过理论分析来进行验算。初期支护的参数按规范，并应根据现场围岩监控量测信息对设计支护参数进行必要的凋整。

4.3 V级围岩初期支护机构计算

本隧道衬砌内轮廓线半径为5.43m，V级围岩预留变形量100mm，初衬厚度25cm，二衬厚度45cm，隧道的开挖半径a=5.43+0.1+0.25+0.45=6.23m。

隧道初期支护的结构计算采用剪切滑移破坏法计算，计算原理如图4.1：

图4.1 剪切滑移破坏法示意图

现假定锚杆、钢支撑、喷射混凝土所组成的联合支护，它们的总支护抗力可视为各支护抗力之和，即：

PP1P2P3P4 (4.2)

式中 P——所提供的总的支护抗力；

P1——喷混凝土提供的支护抗力； P2——钢支撑提供的支护抗力； P3——锚杆提供的支护抗力； P4——围岩本身提供的支护抗力。计算所得的P值应满足不等式：

PPmin

(4.3)

式中 Pmin——岩体中开挖隧道后防止产生剪切滑移破坏所需的最小支护阻力。

4.3.1 喷混凝土提供的支护抗力P1值

喷混凝土抗力是指沿剪切面喷层所提供的平均分配在剪切区高度b上的抗剪力。

剪切滑移体向坑道方向移动时对喷层产生水平推力，此时，如喷层强度不足，则在剪切滑移体的上下边缘处(应力集中区)形成两个剪切滑移面。当处于受力极限平衡时，其水平推力与两个剪切面上的水平抗剪分力相平衡。 Pb12Tscos (4.4)

d Tsss (4.5)

sins

将(4.5)式代入(4.4)可得：

P12dsscos (4.6)

bsins式中 ds——喷混凝土厚度；

s——喷混凝土抗剪强度；

as——喷混凝土的剪切角，取as300； b——剪切区高度；

——剪切滑移面的平均倾角。  0 (4.7)

21aWln 0 tana(4.8)

t)ttt2a]a W（la）[cos()sin()tan()2a2a2a4cos(t)2a4(4.9)

sin(式中 ——围岩内摩擦角，取24；

——剪切滑移面与最小主应力轨迹线成角，、0均见图4.1；

W——加固带高度；

t——锚杆横向间距。

将数据代入各式中，可得：

45

257

ds25cm0.25m

s0.43c0.4312.55.38MPa

b2acos26.23cos576.78m

1sin11126.236.23W(3.56.23)cossintan26.2326.2326.234cos126.2343.48m

00.995

16.233.48ln1.28rad=73.3 1.546.23

73.3578.15 2 将各参数代入(4.6)式可得：

'P1P1sin20.255.38cos8.150.794cos8.150.785MPa

6.78sin304.3.2 钢支撑提供的支护抗力P2值

钢支撑提供的支护力计算时可换算成相应的喷混凝土支护抗力，即：

2Fst P2cos

bsint(4.10) 式中：由于I20a工字钢截面面积为35.578cm2， Fs——每米隧道钢材的当量面积，每米的用钢量换算成截面面积为Fs35.5cm2；

t——钢材的抗剪强度，取t15s； at——钢材的剪切角，一般采用at45

t155.3880.7MPa

代入式中可得：

235.510480.7P2cos8.150.120cos8.150.118Mpa6.78sin45

4.3.3 锚杆提供的支护抗力P3值

锚杆受力破坏有两种情况：

1.锚杆体本身的强度不足而被拉断。此种情况下的锚杆提供平均径向支护抗力：

FP3' (4.11)

et式中 F——锚杆的断面积；

——锚杆的抗拉强度；

e、t——锚杆的纵向及横向间距。将数据代入(4.11)式可得：

F335380.1106P3'0.199MPa

et0.80.8

2.锚杆粘结破坏，即砂浆锚杆与孔壁之间的粘结力不足而破坏。这种情况下锚杆提供的平均径向支护抗力：

S etSDls P3'式中 S——锚杆抗拔力，即锚杆的锚固力；

D——钻孔直径，在此设计中取D100mm； I——锚固段长度，为3.5m；

(4.12) (4.13)

s——孔壁与注浆体之间极限粘结强度，取s0.65Mpa；将数据代入(4.13)式可得：

S0.13.50.650.714103kN

将数据代入(4.12)式可得：

0.714103P3'1.12MPa

0.80.8两者取较小值，则锚杆提供的平均径向支护抗力为：

P3'0.199MPa

由于在α～θ0范围内的锚杆才能对剪切滑移体产生抗力，则：

P3P3'1coscos0cos10.199cos57cos73.3

cos570.094MPa4.3.4 围岩本身提供的支护抗力P4值

剪切滑移体滑动时，围岩在滑移面上的抗滑力，其水平方向的分力在剪切区高度b/2上的抗滑力P4为：

式中

S'——剪切滑移面长度；

τn、σn——分别为沿滑移面的剪切应力和垂直于滑移面的正应力。

a0tan576.2373.357tan57S'e1e14.08m sinsin57

剪切滑移曲面半径：

P42S'ncos2S'nsin bb(4.14)

raetan6.23e73.357tan579.65m

n、n按摩尔包络线为直线时的假定求出(见图4.2)：

n132cos (4.15) (4.16) (4.17)

n2由(4.15)~(4.17)式可得：

131322sin

1-3coscntan

1sin cos

132c3tan(4.18)

ττnooσ1oσ3图4.2 包络线图

σnσ

最小主应力σ3随剪切滑移面位置而变化，难以确定，所以假定3等于各支护结构所提供的径向支护抗力之和：

3P 1'P2'P3'

式中 P1'——喷混凝土层提供的径向支护抗力；

(4.19)

P2'——钢支撑提供的径向支护抗力； P3'——锚杆提供的径向支护力。将数据代入上式可得：

3P1'P2'P3'0.7940.1200.1991.113MPa

11.11320.150.824tan24

1sin242.7MPacos24

将σ1、σ3代入(4.15)和(4.16)式得：

2.71.113ncos240.725MPa

2.71.1132.71.113nsin241.584MPa22

将以上数据代入(4.14)可得：

24.080.725cos8.1524.081.584sin8.15P40.593MPa

6.786.78

将P1、P2、P3、P4代入式(4.2)式可得：

PP1P2P3P40.7850.1180.0940.5931.59MPa

4.3.5 最小支护抗力值Pmin

按重力平衡条件方法求解。塑性区岩体会随塑性径向位移的增长而形成松散区。松散区的岩体在重力的作用下形成松散压力，为了保持坑道稳定，用支护力与它平衡(如图4.3)。当处于受力极限平衡状态时，所求得的支护抗力即为

当滑移体处于受力极限平衡状态时

pmin。

图4.3 开挖支护后坑道受力示意图

bminGGbhb(r0a)

min(r0a)卡斯特纳公式

22pc0ra01c （4.24）

111 （4.25）

则

1(2c2p0(1)1)a1(1) c （4.26）

Pmin 式中：

——为围岩的重度，此处为Ⅴ级围岩，取γ=20KN/m3

p0——为初始应力，设处于均质岩体中，则yh20200.40MPa

——塑性系数

c——岩石单轴抗压强度

c1sin1sin242.37

1sin1sin242ccos20.15cos240.462a1sin1sin24

则：

将数据带入式中得

min12.3720.46220.402.3711206.2310.26a0.4622.371 

即：支护设计满足要求

同理可得出Ⅲ、Ⅳ围岩条件下的初支数据见表4.1

表4.1 隧道复合式衬砌初期支护的设计参数

围岩级别 III IV V

喷射混凝土厚度(cm) 拱部、边墙

10 15 25

仰拱 —

位置拱、墙拱、墙拱、墙

锚杆(m)

钢筋网(cm)

长度

间距

钢架

min

2.5 3.0

1.5 1.2

拱、墙@25×25 拱、墙@25×25 拱、墙@20×20

— 拱、墙拱、墙、

仰拱

25 3.5 1.0

表中 1．锚杆沿着隧道周围径边布置，采用全长粘结型，按梅花形排列，采用φ22钢筋；

2．钢筋网布置成矩形，采用φ8的钢筋，钢筋搭接长度为30d，钢筋网与锚杆焊接； 3．采用I20a工字钢钢架支护，截面面积为35.578cm，间距：1m(V级)、1m(IV级)； 4．钢架与围岩之间的喷射混凝土保护层厚度和临空一侧的混凝土保护层厚度均5cm； 5．喷射混凝土采用C25，钢筋网选用HPB235钢筋。

第五章隧道二次衬砌设计

5.1 概述

隧道二次衬砌是隧道工程施工在初期支护内侧施作的模筑混凝土或钢筋混凝土衬砌，与初期支护共同组的复合式衬砌。指在隧道做完初支的条件下，用混凝土等材料修建的内层衬砌，以达到加固支护、方便设置照明、通讯等设施的作用，以适应现代化高速道路隧道建设的要求。

5.2 隧道深浅埋确定

5.2.1 计算断面参数确定

隧道宽度Bt内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量；隧道高度Ht内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量；

∴ Bt25437021021246cm12.46m Ht162.25437010785.2cm7.825m 5.2.2 深浅埋判定计算

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确定。按荷载等效高度的判定公式为:

Hp2~2.5h （5-1）

式中

Hp——浅埋式隧道分界深度； h ——荷载等效高度，即塌落拱高度；

在矿山法施工条件下，Ⅳ～Ⅵ级围岩取Hp2.5h；Ⅰ～Ⅲ级围岩取 Hp2h。

h0.452s1 1iB5 （5-2） B——隧道宽度，本隧道取B12.46m；

s——围岩级别；

i——B每增减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，取i0.1。

在Ⅴ级围岩情况下

h0.4525110.112.46512.57m

Hp2.5h2.512.5731.43m

Ⅴ级围岩隧道最大埋深为20m

∴ 当埋深大于31.43m时，为深埋，当埋深小于31.43m时为浅埋

在Ⅳ级围岩情况下

h0.4524110.112.4656.3m Hp2.5h2.56.315.75m

∴ 对于Ⅳ级围岩，均大于浅埋分界深度Hp15.75m，为深埋

在Ⅲ级围岩情况下

h0.4523110.112.4653.14m Hp2.0h2.03.146.28m

∴ 对于Ⅲ级围岩，均大于浅埋分界深度Hp6.28m，为深埋

5.3 隧道围岩压力确定

5.3.1 Ⅴ级围岩压力计算

由于在Ⅴ级围岩覆盖层中隧道埋深既有小于荷载等效高度h段又有处于等效荷载高度h和分界深度Hp之间段。且等效高度段和分界深度之间段的垂直均布压力和侧压力均大于等效高度以下段，所以在此取等效荷载高度h和分界深度

Hp之间最大埋深段为研究对象。如图5.1所示。

图5.1 浅埋隧道围岩压力计算

H qH1tan （5-3）

B （5-4）

tantanc 式中

tantanc

tan1tantanctantanctantan2c1tanctanctan （5-5）

B——隧道宽度；

——侧压力系数；

H——隧道埋深，在此取H20m； ——破裂面与水平面夹角； c——计算摩擦角，取c40

——滑面摩擦角，取0.5c0.54020 ——围岩重度，20KN/m3

∴ tantan40o

tan240o1tan40otan40otan20o2.57

2.57tan40ooooo2.5712.57tan40tan20tan40tan200.27

20q202010.27tan40o254.5Kpa

12.46

e1H （5-6） e2h （5-7）

e（5-8）式中

e1,e2——作用在支护结构两侧的水平侧压力 e——侧向均部压力

h——隧道底到地面的距离，hHtH7.8252027.825m ∴

1e1e2 2 e120200.27108Kpa e22027.8250.27150.25Kpa e5.3.2 Ⅳ级围岩压力计算

Ⅳ级围岩全段均为深埋，所以：

qh216.3132.3Kpa

e0.15~0.3q，取e0.3q0.3132.339.66Kpa 5.3.3 Ⅲ级围岩压力计算

Ⅲ级围岩全段均为深埋，所以：

qh233.1472.22Kpa e0.15q0.1572.2210.8Kpa

1108150.25129.1Kpa 2

5.4 V级围岩二次衬砌理正岩土软件验算（电算）

本设计利用理正岩土5.6版本软件算隧道二次衬砌

表5.1 衬砌基本参数

设计参数规范标准承载能力极限状态γ0

衬砌断面类型每段计算的分段数计算迭代次数抗力验证要求

指标

砼规范GB50010-2002

1.0 三心圆拱式

10 10 高

图5.2 计算简图

5.4.1 Ⅴ级围岩二衬计算条件

表5.2 衬砌参数

衬砌参数底拱半径底拱半中心角底拱厚度侧拱半径侧拱角度侧拱厚度顶拱半中心角顶拱拱顶厚度底拱围岩弹抗系数侧拱围岩弹抗系数顶拱围岩弹抗系数衬砌的弹性模量

表5.3 荷载参数

数据 15.450(m) 18.000(度) 0.450(m) 8.380(m) 15.000(度) 0.450(m) 89.900(度) 0.600(m) 100.000(MN/m3) 100.000(MN/m3) 100.000(MN/m3) 33500.000(MPa)

荷载参数底部山岩压力(侧) 底部山岩压力(中) 侧向山岩压力(上) 侧向山岩压力(下) 顶部山岩压力(侧)：顶部山岩压力(中) 内水压力水头外水压力水头外水压力折减系数(β)

顶拱灌浆压力顶拱灌浆压力作用范围角

其它段灌浆压力衬砌容重

表5.4 荷载组合参数

编号 1 2 3 4 5 6 7 8

荷载名称衬自重顶压力底岩压力侧岩压力内水力外水压力顶部灌浆压力其余灌浆压力

表5.5配筋参数

对称配筋：混凝土等级：纵筋等级：拉结筋计算：拉结筋等级：

数据 0.000(kN/m) 0.000(kN/m) 108.000(kN/m) 150.250(kN/m) 254.500(kN/m) 254.500(kN/m) 0.000(m) 0.000(m) 0.400 20.000(kPa) 60.000(度) 0.000(kPa) 23.000(kN/m3)

是否计算

√ √ √ √ √ √ √ √

分项系数 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

是 C35

HRB335(fy=300MPa,fyk=335MPa)

计算

HPB335(fy=300MPa,fyk=335MPa)

拉结筋间距：配筋计算as：配筋调整系数：裂缝计算：最大裂缝宽度允许值：单侧拟采用纵筋直径：砼保护层厚度：

100(mm) 65(mm) 1.00 计算 0.40(mm) 20(mm) 50(mm)

5.4.2 Ⅴ级围岩二衬内力配筋结果

通过理正岩土6.0软件的精确计算，截面尺寸和抗剪强度满足要求，具体见表5.6～5.10。

图5.3 衬砌内外侧纵筋配置图

5.4.3 Ⅴ级围岩二衬内力配筋计算

表5.6 底拱内力配筋计算

分轴向力剪力弯矩切向

段位移 N Q M U (kN) (kN) (kN.m) (mm) 0 1

-1752 0.00

-1750 -33.

法向转角围岩单侧纵筋(配位移抗力筋率) V W As（ρ） (mm) (度) (kPa) (mm2)

0.1 0.1

拉结筋截面

面积验算 Av (mm2)

62.03 0.000 0.586 0.000 70.503 -0.08

0.617 0.008

900.0(0.23%) 146.3 满足 900.0(0.23%) 146.3 满足

2 3 4 5 6 7 8 9 10

-1744 -64.

-1735 -86.

-1723 -94.

-1708 -80.

-1692 -34.

-1676 56.6

-1661 205.

-1650 422.

-1646 713.

95.059 -0.16

132.87-0.254 2 178.56-0.345 9 223.25-0.453 9 253.45-0.586 9 250.03-0.740 7 187.52-0.949 2 34.453 -1.18

-244.9-1.463 8

表5.7 侧拱内力配筋计算

0.720 0.017 0.920 0.031 1.255 0.049 1.771 0.073 2.513 0.102 3.510 0.133 4.755 0.159 6.178 0.174 7.618 0.163

0.1 0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8

900.0(0.23%) 146.3 满足 2786.8(0.72%146.3 满足

)

900.0(0.23%) 146.3 满足 900.0(0.23%) 146.3 满足 900.0(0.23%) 146.3 满足 900.0(0.23%) 146.3 满足 900.0(0.23%) 146.3 满足 900.0(0.23%) 146.3 满足 900.0(0.23%) 146.3 满足

分轴向力剪力弯矩切向段位移 N Q M U (kN) (kN) (kN.m) (mm) 0 1 2 3 4 5

-1646 713.

-1720 603.

-1779 487.

-1823 366.

-1850 240.

-1862 109.

-244.93 -328.64 -398.04 -452.40 -491.04 -513.30

法向转角围岩单侧纵筋(配位移抗力筋率) V W As（ρ） (mm) (度) (kPa) (mm2)

0.8 0.8 0.8 0.8 0.7 0.7

拉结筋截面

面积验算 Av (mm2)

-1.46 7.618 0.16 -2.43 7.727 0.15 -3.40 7.694 0.14 -4.36 7.515 0.13 -5.29 7.187 0.11 -6.17 6.714 0.10

900.0(0.23%) 146.3 满足 914.1(0.24%) 146.3 满足 1550.9(0.40%

)

2054.0(0.53%

)

2416.3(0.63%

)

2631.2(0.68%

)

146.3 满足 146.3 满足 146.3 满足 146.3 满足

6 7 8 9 10

-1857 -27.-518.5

5 4

-1837 -169 -506.0

-1800 -316 -475.3

-1747 -467 -425.5

-1677 -623 -356.2

-6.98 6.102 0.08 -7.71 5.360 0.06 -8.34 4.499 0.05 -8.85 3.535 0.04 -9.24 2.486 0.02

0.6 0.5 0.4 0.4 0.2

2692.0(0.70%

)

2592.0(0.67%

)

2324.8(0.60%

)

1884.2(0.49%

)

1264.6(0.33%

)

146.3 满足 146.3 满足 146.3 满足 146.3 满足 146.3 满足

表5.8 侧底圆角内力配筋计算

分轴向力剪力弯矩切向段位移 N Q M U (kN) (kN) (kN.m) (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-1677 -623 -356.2

-1675 -554 -252.5

-1673 -484 -161.0

-1672 -414-81.92

. 2

-1670 -343 -15.18

-1668 -273 39.199 -9.249 -9.269 -9.290 -9.311 -9.332 -9.353

-1666 -203 81.254 -9.37

-1664 -133 110.99-9.39

6 4

-1662 -63.128.40-9.41

7 6 5

-1660 6.89133.42-9.43

9 1 5

-1658 78.3125.92-9.45

4 9 6 法向转角围岩单侧纵筋(配

位移抗力筋率) V W As（ρ） (mm) (度) (kPa) (mm2) 2.486 0.028 2.551 0.015 2.583 0.006 2.594 0.001 2.595 -0.00

2.593 -0.00

2.596 0.002 2.610 0.007 2.638 0.012 2.682 0.017 2.743 0.023

0.2 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3

拉结筋截面验面积算 Av (mm2)

满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足

1264.6(0.33%146.3

)

900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3

表5.9 侧顶圆角内力配筋计算

分段

轴向力 N (kN)

剪力 Q (kN) 弯矩 M (kN.m)

切向位移 U (mm) 法向转角围岩单侧纵筋(配位移 W 抗力筋率) V (度） As（ρ） (mm) (kPa) (mm2) 2.743 0.023 2.226 0.034 1.759 0.039 1.288 0.037 0.752 0.026 0.092 0.009 -0.737 -1.758 -2.971 -4.357 -5.880

-0.014 -0.038 -0.062 -0.084 -0.102

0.3 0.2 0.2 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

900.0(0.23%

)

900.0(0.23%

)

900.0(0.23%

)

900.0(0.23%

)

900.0(0.23%

)

900.0(0.23%

)

900.0(0.23%

)

900.0(0.23%

)

900.0(0.23%

)

900.0(0.23%

)

900.0(0.23%

)

拉结筋面积 Av (mm2) 146.3 146.3 146.3 146.3 146.3 146.3 146.3 146.3 146.3 146.3 146.3

截面验算

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-1658 78.3

-1659 125.

-1658 150.

-1654 154.

-1646 137.

-1631 96.0

-1608 39.5

-1578 -10.

-1543 -46.

-1503 -74.

-1461 -94.

3 125.929 -9.45

77.520 -9.70

12.483 -9.91

-59.230 -10.0

-128.02-10.23 2 -183.39-10.35 1 -214.89-10.35 4 -221.03-10.26 9 -207.57-10.16 6 -179.25-9.929 8 -139.71-9.573 5

满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足满足

表5.10 顶拱内力配筋计算

分轴向力剪力弯矩切向

段位移 N Q M U (kN) (kN) (kN.m) (mm) 0 1 2 3 4

-1461.3 -1420.2 -1378.6 -1337.8 -1299.3

法向转角围岩单侧纵筋(配位移抗力筋率) V W As（ρ） (mm) (度) (kPa) (mm2) -5.880 -7.420 -8.988 -10.53 -12.01

-0.102 -0.114 -0.121 -0.123 -0.118

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

拉结筋截面验面积算 Av (mm2)

满足满足满足满足满足

-94.-139.73 1 -114 -94.89

-126 -43.13

-131 12.198 -128. -9.575 -9.097 -8.494 -7.768

67.857 -6.92

900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3

5 6 7 8 9 10

-1264.2 -1233.9 -1209.1 -1190.9 -1179.7 -1175.9 -118120.77. 7 -102 168.18

-81.207.697 4 -56.237.357 6 -29.255.730 8 0.00261.960 4

-5.96

2 -4.902 -3.756 -2.543 -1.283 0.000

-13.37 -14.55 -15.52 -16.24 -16.68 -16.83

-0.109 -0.094 -0.075 -0.052 -0.027 0.000

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 900.0(0.23%) 146.3 943.5(0.25%) 146.3 1013(0.26%)

146.3

满足满足满足满足满足满足

5.4.4 V级围岩二衬裂缝计算

表5.11 底拱裂缝计算

分段 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

轴向力 Nk (kN) -1752.455 -1750.563 -1744.950 -1735.828

弯矩 Mk (kN.m) 62.030 70.503 95.059 132.874

纵筋面积(配筋率) (单侧) (mm2) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 2786.8(0.72%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%)

表5.12 侧底圆角裂缝计算

分段 0 1 2 3

轴向力 Nk (kN) -1646.10

9 -1720.65

5 -1779.69

8 -1823.03

弯矩 Mk (kN.m) -244.938 -328.646 -398.043 -452.404

纵筋面积(配筋率)

(单侧) (mm2) 900.0(0.23%) 914.10.24%) 2497.7(0.65%) 3007.2(0.78%)

纵筋直径 (单侧) (mm) 20 20 20 20

裂缝宽度 Wmax (mm) 0.00 0.00 0.37 0.39

拉筋应力 stress (MPa) 0.0 0.0 235.3 235.8

纵筋直径 (单侧) (mm) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

裂缝宽度 Wmax (mm) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

拉筋应力 stress (MPa) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

-1723.591 178.565 -1708.884 223.253 -1692.668 253.456 -1676.300 250.030 -1661.566 187.529 -1650.670 34.453 -1646.109 -244.938

4 5 6 7 8 9 10

-1850.56

4 -1862.21

7 -1857.92

7 -1837.57

5 -1800.96

8 -1747.81

9 -1677.74

-491.047 -513.309 -518.540 -506.090 -475.314 -425.579 -356.284

3537.8(0.92%) 3852.4(1.00%) 3583.0(0.93%) 3794.9(0.99%) 3403.7(0.88%) 2758.7(0.72%) 2240.3(0.58%)

20 20 20 20 20 20 20

0.36 0.35 0.40 0.35 0.36 0.39 0.33

225.8 221.2 241.9 221.3 226.5 239.3 227.6

表5.13 侧墙裂缝计算

分段 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

轴向力 Nk (kN) -1677.74

8 -1675.84

6 -1673.94

4 -1672.04

2 -1670.14

0 -1668.23

9 -1666.33

7 -1664.43

5 -1662.53

3 -1660.63

弯矩 Mk (kN.m) -356.284 -252.518 -161.038 -81.922 -15.184 39.199 81.254 110.996 128.406 133.421

纵筋面积(配筋率)

(单侧) (mm2) 2240.3(0.58%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%)

纵筋直径 (单侧) (mm) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

裂缝宽度 Wmax (mm) 0.33 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

拉筋应力 stress (MPa) 227.6 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

-1658.72

125.929

900.0(0.23%)

0.00

0.0

表5.14 顶拱裂缝计算

分段 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

轴向力 Nk (kN) -1658.729 -1659.659 -1658.940 -1654.941 -1646.214 -1631.276 -1608.774 -1578.980 -1543.490 -1503.815 -1461.350

弯矩 Mk (kN.m) 125.929 77.520 12.483 -59.230 -128.023 -183.395 -214.895 -221.036 -207.576 -179.259 -139.713

纵筋面积(配筋率)

(单侧) (mm2) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%)

表5.15 顶拱裂缝计算

分段 0 1 2 3 4 5 6 7

轴向力 Nk (kN) -1461.350 -1420.249 -1378.617 -1337.855 -1299.318 -1264.283 -1233.903 -1209.177

弯矩 Mk (kN.m) -139.713 -94.895 -43.139 12.198 67.857 120.777 168.187 207.694

纵筋面积(配筋率)

(单侧) (mm2) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%) 900.0(0.23%)

纵筋直径 (单侧) (mm) 20 20 20 20 20 20 20 20

裂缝宽度 Wmax (mm) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

拉筋应力 stress (MPa) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

纵筋直径 (单侧) (mm) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

裂缝宽度 Wmax (mm) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

拉筋应力 stress (MPa) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

8 9 10

-1190.914 -1179.711 -1175.936

237.356 255.738 261.964

900.0(0.23%) 1519.6(0.39%) 1632.9(0.42%)

20 20 20

0.00 0.39 0.36

0.0 243.9 236.3

满足裂缝限制的配筋结果：

衬砌内侧纵筋最大面积As = 3852.4mm2，外侧纵筋最大面积As1 = 3852.4mm2；

拉结筋最大面积Av = 146.3mm2。截面尺寸(抗剪)验算：满足。

图5.4变形图（设计值）mm

图5.6 抗力分布图（设计值）Kpa

图5.5 变形图（标准值）mm

图5.7 抗力分布图（标准值）mm

图5.8 轴力图（设计值）KN 图5.10 剪力图（设计值）KN

图5.9 轴力图（标准值）KN

图5.11 剪力图（标准值）KN

图5.12 弯矩图（设计值）KN.m 图5.14 切向位移图（设计值）mm 图5.13 弯矩图（标准值）KN.m

图5.15 切向位移图（标准值）mm

图5.16 法向位移图（设计值）mm 图5.17 法向位移图（标准值）mm

图5.18 转角位移图（设计值）度图5.19 转角位移图（标准值）度

5.5 Ⅳ级围岩二衬衬砌理正岩土软件验算（电算）

本设计利用理正岩土5.6版本软件算隧道二次衬砌

表5.16 衬砌基本参数

基本参数规范标准：承载能力极限状态γ0：

衬砌断面类型：每段计算的分段数：计算迭代次数：抗力验证要求：

数据

砼规范GB50010-2010

1.0 三心圆拱形

10 10 高

图5.20 计算简图

5.5.1 Ⅳ级围岩二衬计算条件

表5.17 衬砌参数

衬砌参数底部半宽底拱半径底拱半中心角底拱厚度侧墙高度侧墙厚度顶拱半径顶拱厚度底拱围岩弹抗系数侧墙围岩弹抗系数顶拱围岩弹抗系数衬砌的弹性模量

数据 5.475(m) 15.350(m) 19.000(度) 0.350(m) 1.761(m) 0.350(m) 5.780(m) 0.350(m) 250.000(MN/m3) 250.000(MN/m3) 250.000(MN/m3) 31500.000(MPa)

表5.18 荷载参数

荷载参数底部山岩压力(侧) 底部山岩压力(中) 侧向山岩压力(上) 侧向山岩压力(下) 顶部山岩压力(侧) 顶部山岩压力(中) 内水压力水头外水压力水头外水压力折减系数(β)

顶拱灌浆压力顶拱灌浆压力作用范围角：

其它段灌浆压力衬砌容重

表5.19 荷载组合参数

编号 1 2 3 4 5 6 7 8

荷载名称衬自重顶压力底岩压力侧岩压力内水力外水压力顶部灌浆压力其余灌浆压力

表5.20 配筋参数

配筋参数

参数

是否计算

√ √ √ √ √ √ √ √

分项系数 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00

数据 0.000(kN/m) 0.000(kN/m) 39.660(kN/m) 39.660(kN/m) 132.300(kN/m) 132.300(kN/m) 0.000(m) 0.000(m) 0.400 20.000(kPa) 60.000(度) 0.000(kPa) 24.000(kN/m3)

对称配筋：混凝土等级：纵筋等级：拉结筋计算：拉结筋等级：拉结筋间距：配筋计算as：配筋调整系数：裂缝计算：最大裂缝宽度允许值：单侧拟采用纵筋直径：砼保护层厚度：

是 C35

HRB335(fy=300MPa,fyk=335MPa)

计算

HPB335(fy=300MPa,fyk=335MPa)

100(mm) 65(mm) 1.00 计算 0.40(mm) 20(mm) 50(mm)

5.5.2 Ⅳ级围岩配筋结果

通过理正岩土6.0软件的精确计算，截面尺寸和抗剪强度满足要求，具体见表5.21～5.25。

图5.21 衬砌内外侧纵筋配置图

5.5.3 Ⅴ级围岩二衬内力配筋计算

表5.21 底拱内力配筋计算

分轴向力剪力弯矩切向段位移 N Q M U (kN) (kN) (kN.m) (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-954.0 0.00

-953.5 -4.5

-952.0 -11.

-949.5 -22.

-945.6 -38.

-940.5 -54.

-934.1 -61.

-927.1 -43.

-920.8 27.8

-917.5 181.

-920.2 443.

法向转角围岩单侧纵筋(配位移抗力筋率) V W As（ρ） (mm) (度) (kPa) (mm2)

0.1 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.3 0.5 0.7

拉结筋截面

面积验算 Av (mm2)

-8.646 0.000 0.250 0.000 -7.545 -0.05

-3.584 -0.10

5.019 -0.15

20.53 -0.20

44.38 -0.25

74.76 -0.30

103.1 -0.35

109.8 -0.42

60.63 -0.52

-93.83 -0.63

0.239 -0.00

0.210 -0.00

0.172 -0.00

0.145 -0.00

0.165 0.008 0.287 0.023 0.580 0.046 1.104 0.075 1.869 0.099 2.750 0.097

700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足

表5.22 侧底圆角内力配筋计算

分轴向力剪力弯矩切向段位移 N Q M U (kN) (kN) (kN.m) (mm) 0 1 2

-920.3 443.

-970.2 387.

-1012 325.

-93.83 -0.63

-130.3-0.991 0 -161.6 -1.34

法向转角围岩单侧纵筋(配位移抗力筋率) V W As（ρ） (mm) (度) (kPa) (mm2) 2.750 0.097 2.795 0.092 2.786 0.086

0.7 0.7 0.7

拉结筋截面

面积验算 Av (mm2)

700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 1067.8(0.37%

123.9 满足

3 4 5 6 7 8 9 10

-1046 259.

-1072 187.

-1088. 110.

-1095 28.0

-1091 -59.

-1076 -152 -187.31 -206.94 -220.04 -226.16 -224.81 -215.56

-1050 -249 -197.9

-1011 -351 -171.6

3 4 -1.695 -2.034 -2.355 -2.651 -2.916 -3.144 -3.329 -3.467 2.723 0.078 2.605 0.069 2.431 0.059 2.204 0.049 1.927 0.039 1.603 0.029 1.240 0.020 0.843 0.012

0.7 0.7 0.6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2

) 1410.5(0.49%

)

1673.2(0.59%

)

1849.7(0.65%

)

1933.5(0.68%

)

1918.5(0.67%

)

1798.4(.63%) 1567.5(0.55%

)

1220.5(0.43%

) 123.9 满足 123.9 满足 123.9 满足 123.9 满足 123.9 满足 123.9 满足 123.9 满足 123.9 满足

表5.23 侧墙内力配筋计算

分轴向力剪力弯矩切向段位移 N Q M U (kN) (kN) (kN.m) (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

-1011 -351 -171.6

-1010 -306 -113.6

-1009 -262 -63.61

-1007 -218 -21.29

-1006 -177 13.527 -1004 -136 41.148 -1003 -98.

-1001 -60.

-1000 -22.

-998 16.9

61.842 75.797 83.070 83.561

-3.467 -3.483 -3.499 -3.515 -3.531 -3.547 -3.563 -3.579 -3.595 -3.611

法向转角围岩单侧纵筋(配位移抗力筋率) V W As（ρ） (mm) (度) (kPa) (mm2) 0.843 0.012 0.858 -0.00

0.843 -0.00

0.809 -0.01

0.770 -0.01

0.734 -0.01

0.709 -0.00

0.701 0.001 0.714 0.008 0.750 0.015

0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2

拉结筋截面面积验算 Av (mm2)

1220.5(0.43%123.9 满足

)

10 -997

58.11 76.993 -3.62

0.808 0.023 0.2 700.0(0.25%) 123.9 满足

表5.24 侧顶圆角内力配筋计算

分轴向力剪力弯矩切向段位移 N Q M U (kN) (kN) (kN.m) (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-997.2 58.1

-997.6 64.7

-995.6 65.9

-991.1 66.2

-984.4 67.7

-975.7 69.4

-965.1 67.4

-952.6 56.1

-937.7 31.0

-919.5 -4.5

-898.5 -35.

76.993 -3.62

53.849 -3.72

29.443 -3.80

4.859 -3.89

-20.06-3.971 8 -45.65-4.064 1 -71.35-4.134 7 -94.59-4.201 2 -111.5-4.247 6 -116.3-4.258 9 -108.7-4.235 0

法向转角围岩单侧纵筋(配

位移抗力筋率) V W As（ρ） (mm) (度) (kPa) (mm2) 0.808 0.023 0.709 0.035 0.670 0.043 0.659 0.046 0.648 0.045 0.606 0.039 0.501 0.027 0.303 0.012 -0.016 -0.472 -1.071

-0.008 -0.030 -0.051

0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0

拉结筋截面面积验算 Av (mm2)

表5.25 拱顶内力配筋计算

分轴向力剪力弯矩切向段位移 N Q M U (kN) (kN) (kN.m) (mm) 0 1 2

-898.5 -35.

-871.4 -52.

-844.0 -64.

法向转角围岩单侧纵筋(配位移抗力筋率) V W As（ρ） (mm) (度) (kPa) (mm2) -1.071 -1.901 -2.883

-0.051 -0.074 -0.092

0.0 0.0 0.0

拉结筋截面面积验算 Av (mm2)

-108.75 -88.484 -61.787 -4.230 -4.151 -3.999

700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足

3 4 5 6 7 8 9 10

-817.2 -69.

-791.9 -70.

-768.9 -66.

-749.0 -58.

-732.8 -47.

-720.8 -32.

-713.5 -16.

-711.0 0.00

0 -31.17-3.767 5 0.934 -3.44

32.307 -3.03

60.929 -2.54

85.075 -1.97

103.35-1.351 2 114.73-0.684 6 118.590.000 8 -3.963 -5.078 -6.162 -7.152 -7.990 -8.626 -9.023 -9.158

-0.103 -0.106 -0.102 -0.091 -0.074 -0.052 -0.027 0.000

0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 700.0(0.25%) 123.9 满足 765.4(0.27%) 123.9 满足 827.3(0.29%) 123.9 满足

5.5.4 V级围岩二衬裂缝计算

表5.26 底拱裂缝计算

分段 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

轴向力 Nk (kN) -954.031 -953.554 -952.081 -949.501 -945.673 -940.516 -934.162 -927.183 -920.875 -917.501 -920.292

弯矩 Mk (kN.m) -8.646 -7.545 -3.584 5.019 20.537 44.386 74.761 103.122 109.871 60.634 -93.833

纵筋面积(配筋率)

(单侧) (mm2) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%)

纵筋直径 (单侧) (mm) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

裂缝宽度 Wmax (mm) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

拉筋应力 stress (MPa) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

表5.27 侧底圆角裂缝计算

分段

轴向力 Nk (kN)

弯矩 Mk (kN.m)

纵筋面积(配筋率)

(单侧) (mm2)

纵筋直径 (单侧) (mm)

裂缝宽度 Wmax (mm)

拉筋应力 stress (MPa)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

-920.292 -970.299 -1012.65

8 -1046.84

3 -1072.32

4 -1088.56

5 -1095.01

7 -1091.12

7 -1076.34

5 -1050.13

6 -1011.99

-93.833 -130.310 -161.617 -187.311 -206.943 -220.049 -226.163 -224.819 -215.564 -197.965 -171.632

700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 1174.6(0.41%) 1551.6(0.54%) 1840.6(0.65%) 2034.6(0.71%) 2126.9(0.75%) 2110.3(0.74%) 1978.2(0.69%) 1724.2(0.60%) 1342.5(0.47%)

20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

0.00 0.00 0.39 0.35 0.34 0.35 0.35 0.35 0.35 0.34 0.37

0.0 0.0 246.1 233.4 228.3 226.0 225.2 225.3 226.4 229.6 238.4

表5.28 侧墙裂缝计算

分段 0 1 2 3 4 5 6 7

轴向力 Nk (kN) -1011.99

5 -1010.51

6 -1009.03

7 -1007.55

8 -1006.07

8 -1004.59

9 -1003.12

0 -1001.64

弯矩 Mk (kN.m) -171.632 -113.693 -63.618 -21.295 13.527 41.148 61.842 75.797

纵筋面积(配筋率) (单侧) (mm2) 1342.5(0.47%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%)

纵筋直径 (单侧) (mm) 20 20 20 20 20 20 20 20

裂缝宽度 Wmax (mm) 0.37 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

拉筋应力 stress (MPa) 238.4 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

8 9 10

-1000.16

1 -998.682 -997.203

83.070 83.561 76.993

700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%)

表5.29 侧顶圆角裂缝计算

分段 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

轴向力 Nk (kN) -997.203 -997.613 -995.639 -991.171 -984.424 -975.708 -965.198 -952.691 -937.765 -919.581 -898.508

弯矩 Mk (kN.m) 76.993 53.849 29.443 4.859 -20.061 -45.654 -71.354 -94.591 -111.571 -116.384 -108.757

纵筋面积(配筋率) (单侧) (mm2) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%)

表5.30 拱顶裂缝计算

分段 0 1 2 3 4 5

轴向力 Nk (kN) -898.508 -871.472 -844.067 -817.247 -791.918 -768.921

弯矩 Mk (kN.m) -108.757 -88.484 -61.787 -31.177 0.934 32.307

纵筋面积(配筋率)

(单侧) (mm2) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%)

纵筋直径 (单侧) (mm) 20 20 20 20 20 20

裂缝宽度 Wmax (mm) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

拉筋应力 stress (MPa) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

纵筋直径 (单侧) (mm) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

裂缝宽度 Wmax (mm) 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

拉筋应力 stress (MPa) 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0

20 20 20

0.00 0.00 0.00

0.0 0.0 0.0

6 7 8 9 10

-749.007 -732.820 -720.875 -713.554 -711.088

60.929 85.075 103.351 114.734 118.598

700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 700.0(0.25%) 841.9(0.30%) 910.0(0.32%)

20 20 20 20 20

0.00 0.00 0.00 0.39 0.37

0.0 0.0 0.0 245.0 240.3

满足裂缝限制的配筋结果：

衬砌内侧纵筋最大面积As = 2126.9mm2，外侧纵筋最大面积As1 = 2126.9mm2；

拉结筋最大面积Av = 123.9mm2。截面尺寸(抗剪)验算：满足。

图5.22 变形图（设计值）mm 图5.23 变形图（标准值）mm

图5.24 抗力分部图（设计值）Kpa 图5.25 抗力分布图（标准值）Kpa

图5.26 图轴力（设计值）KN

图5.28 弯矩图（设计值）KN.m 图5.27 轴力图（标准值）KN

图5.29 弯矩图（标准值）KN.m

图5.30 切向位移图（设计值）mm mm

图5.32 法向位移图（设计值）mm 图5.34 转角位移图（设计值）度图5.31 切向位移图（标准值）

图5.33 法向位移图（标准值）mm

图5.35 转角位移图（标准值）度

5.6 二衬配筋计算

5.6.1 V级围岩配筋

V级围岩二次衬砌内侧钢筋取HRB335Φ22，间距100mm，外侧钢筋取HRB335Φ22，间距100mm，Ⅴ级围岩二次衬砌箍筋取Φ8@ 200×250 mm（环向×纵向）。

5.6.2 Ⅳ级围岩配筋

Ⅳ级围岩二次衬砌内侧钢筋取HRB335Φ28，间距250mm，外侧钢筋取HRB335Φ28，间距250mm，Ⅴ级围岩二次衬砌箍筋取Φ8@ 200×250 mm（环向×纵向）。

5.6.3 Ⅲ级围岩配筋

通过计算和工程类比，Ⅲ级围岩的受力较小，二衬不做承载结构，不用配筋衬砌也可达到强度需求。所以III级围岩二衬不进行配筋处理。

第六章隧道防排水设计

6.1 一般规定与设计原则

6.1.1 一般规定

高度公路隧道应该防排水设计应该满足下面的条件：

1）排水沟不能冻结，在易冻地区的公路隧道要做到衬砌背后不积水。 2）设备箱洞、路面、边墙和拱部不渗水。

3）人行横道、检修通道等辅助通道不滴水、不渗水。

6.1.2 设计原则

隧道防排水设计的基本原则是“防、排、堵、截，因地制宜，综合治理”。通过科学施工手段、合理的防排水设计，从而达到可靠、安全、通畅、经济的防排水目的。同时需要结合水文地质条件、材料限制、技术水平等因素。

6.2 隧道防水设计

1）混凝土自防水：本路段隧道衬砌结构均采用防水混凝土，根据工程的埋深及地下水位情况，防水混凝土抗渗标号不小于P6。采用低水化热水泥，增加磨细炭灰用量，采用高效减水剂，控制水灰比，浇筑耐久性的防水混凝土。

2）洞身衬砌结构防水：隧道采用半包防水，在初支和二衬之间拱顶至边墙脚下纵向排水管范围设1.2mmHDPE单面自粘胶膜防水板，与无纺土工布配合使用。

3）特殊部位防水：没处环向施工缝设置一道带注浆管的膨胀橡胶止水条进行止水。沉降缝设置在隧道围岩荷载明显变化和衬砌形式变化处或地质明显变化的Ⅳ、Ⅴ级围岩处，沉降缝在结构混凝土中部设遇水膨胀型橡胶止水带。

6.3 隧道排水设计

为了能够有效的实现对地下水的利用，本隧道采用路面污水与衬砌背后地下水分开排放的排石方案。采用边墙两侧10cm纵向塑料排水盲沟以实现路面污水和地下水分流。

隧道开挖后，根据各类围岩地下水的发育状况，在岩面环向设置Ω型弹簧排水管，以引流围岩渗漏至基地纵向水管内，使隧道初期支护内排水良好。

为了有效地排除二次衬砌背后给水，消除二次衬砌背后的静水压力，在初期支护与防水层之间每间隔10米设置一处环向排水盲管，再将盲管与边墙底部的纵向φ10cmPVC管相连接，然后通过φ10cmPVC横向导水管，将水引入隧道底中央排水管或埋管派出洞外。

6.4 洞口段排水设计

1）结合洞口地形在洞顶距洞口边坡仰坡3-5m以外设置5050cm截水沟，将地表水截排入天然沟或者路基边沟中，防止雨水坡面及洞口冲刷的危害。

2）洞门两侧边墙底及边墙后设置，盲沟将水引至边墙泄水孔拍出。 3）对于下坡隧道进口，为避免雨水顺坡流入隧道，影响正常行车，在距离洞口4.2m处设置通缝式横向路面截水沟，将水引截排至两侧路基边沟。同时，

阻止路基两侧边沟水流入隧道，采取反坡排水。

第七章施工组织设计

7.1 概述

在隧道建设过程中，以运用先进的科学方法和施工设备，尽可能为施工方创造良好的施工条件，累积工作经验，改变不良施工环境，不断加强和优化施工技术水平，从而达到合同对工程质量、安全生产、文明施工和进度要求为隧道施工组织设计的主要任务。隧道施工组织设计是穿插在准备阶段到施工完成验收阶段的全部过程。制作施工组织设计要要从隧道断面尺寸、地理条件、对周围环境的

影响、施工进度要求以及隧道长度等多方面考虑。主要内容包括人员配置、施工所需材料、场地设置、机械设备、工程数量等。

7.2 施工部署

项目施工组织管理机构框图如下

项目经理项目副经理现场经理总工程师安全员材料员施工员质检员资料员技术员

掘进队防水队炮工对机械运输队锚喷队机械安装队衬砌队图7.1 项目组织结构图

为安全、优质、按期完成本合同段的施工任务，本着精干、高效的原则，按项目组建本合同段工程管理机构，全面负责本合同段工程的施工组织管理工作。项目经理部下设六部一室(工程技术部、安全监察部、质量监察部、资料部、财务部、设备物资部、综合办公室，工程技术部下设中心实验室和测量班)，分别负责本合同段工程项目的施工技术、安全、质量、计划、财务、物资设备保障、材料试验与检验、行政管理等工作。

7.3 施工准备

7.3.1 技术准备

(1)工程部技术主管组织施工员、工程技术人员熟悉施工图纸，仔细了解设计图纸的细节，明确设计的意图，在现场进行设计文件、图纸核对，发现图纸设计问题时要及时反映。

(2)试验送检准备：联系试验室和质量监督站，配合开挖、喷锚、二次衬砌的施工，对工地上使用的各种原材料，工程结构性材料及加工材料进行送检，按相关规定进行检测校正合格，报监理工程师核准。

(3)根据施工图纸和业主所提供的测量导线网，水准点，控制点，经复测没有错误之后布设施工控制网和水准高程点，引测施工测量基点、基线，报监理工程师认可。

(4)对监控量测仪器，测量仪器，按规定进行测绘校正，并且将检测资料报监理工程师审核。

7.3.2 施工机具、材料准备

(1)制作施工机具的进场计划，并准备进场，对达不到要求的机具设备禁止入场。

(2)制作各种施工工艺设备及小型生产工具、小型配件、安全防护用品、劳保用品须要计划，并安排好进场工作，对不达标的禁止进场。

(3)制作各种材料的运用计划，施工过程中所用材料种类，材料的供给点必须按照设计和规范要求。在开工之前，一定要根据规定对其进行检测；否则，禁止进场使用。 7.3.3 施工人员准备

(1)做各部门人员的准备工作，责任落实到具体人员，明确各个位置的职责权限，制作各项专业管理工作细目。

(2)对进场人员进行动员教育，包括文明生产、纪律要求、安全施工、成品保养等相关注意事项。

(3)对主要作业工种人员，如电工、衬砌工、钢筋工、焊工、爆破工、模板工等工种，根据质量保障要求，结合本工程实际情况进行相应的岗位培训，未通过考核者禁止上岗。

7.4 隧道总体施工方案

何家寨隧道为复合式衬砌设计，根据喷锚法进行施工。本工程段右线采用双向施工，从进口和出口同掘进。在施工过程中利用超前预报系统，进行超前地质钻探。主体工程以新奥法为核心，V级围岩段采用台阶分部开挖法也叫环形开挖留核心土法，IV级围岩采用短台阶法，III级围岩利用全断面法掘进，分部开挖

作业，平行交错跟进，衬砌完善配套”多工作面推进的施工方案。总体实施掘进(钻爆、无轨运输出碴)、支护(小导管、拌、运、锚、喷)、衬砌(拌、运、灌、振捣)三条流程。采用大功率、大口径、压入式长大隧道供风技术。

超前支护小导管预注浆，超前锚杆，以及二次衬砌的施作。 7.4.1 洞口施工

依据隧道进出口的地形特征和工程地质情况，结合洞口排水要求，考虑开挖边仰坡稳定性要求，本着\"早进晚出\"的原则来确定隧道洞口位置。

洞口边、仰坡施工。施作完截、排水沟之后，接着进行边、仰坡开挖，为防止围岩风化和雨水渗透引起滑坡或坍塌，要根据设计任务及时进行喷锚支护采用超前小导管和超前锚杆进行支护，洞门及附属施工。在进洞施工正常后，应该早一点安排隧道洞门施工，避免雨季施工，防止天气因素影响洞口的稳定。洞门附近的防排水设施要和路基排水系统接通，并结合洞门施工尽快完成。

注意事项。土石方开挖后要实时完成翼墙施工，基础超挖部分应用与基础同级混凝土和基础同步浇筑；设置沉降缝在软弱地基分界的地方设置以避免翼墙及挡墙基础的不均匀沉降；洞外排水系统要和翼墙的泄水孔及时连通；洞门工程和截、排水设施同时进行施工。 7.4.2 洞身开挖

何家寨隧道情况复杂，围岩条件为III、IV、V级围岩，V级围岩段长81m，IV级围岩段长130m，III级围岩段长435m，结合工程地质条件、施工水平、技术难度和设计要求等因素，决定对V级围岩段进行台阶分部开挖法，对IV级围岩采用段台阶法，对III级围岩段采用全断面法。

1.V级围岩施工

隧道进出口段为V级围岩，围岩自稳性能差，侧壁不稳定，成洞条件差、岩质较软，又处于浅埋段，受到浅埋压力的影响，在施工的过程中易产生塌方，为了避免塌方，保障施工安全，同时不影响工期，所以在此段采用环形开挖留核心土法即台阶分部开挖法。

(1)施工工序(图8.2)：

图7.2 台阶分部开挖法开挖和支护顺序图

Ⅰ)超前小导管注浆预加固拱部； ⑵上弧形导坑开挖； Ⅱ)拱部喷锚支护； ⑷中核开挖； ⑸下部中槽开挖； Ⅳ下部喷锚支护； ⑺下部左侧开挖； Ⅷ)下部左侧喷锚支护； ⑼下部右侧开挖； Ⅹ)下部右侧喷锚支护； Ⅺ)灌注仰拱；

Ⅻ)铺设1.2mmHDPE单面自粘胶膜防水板 VI）二次衬砌 2.VI围岩施工

隧道深埋段VI围岩洞身段主要为强～中风化灰岩，泥岩互层，裂隙较发育，自稳性差，侧壁较不稳定，成洞条件一般，全段处于深埋段，开挖易产生掉块，局部小规模坍塌，为了保障施工安全，加快进度，避免小塌方，在此段采用短台阶法，台阶长度控制在10～15m。

(1)施工工序(图7.3)：

图7.3 短台阶法施工

1）上半部开挖 2）上拱部喷锚支护 4）下半部中央部开挖

5）边墙部开挖（左右跳槽开挖） 6）二次衬砌 3.III级围岩施工

隧道深埋段III级围岩洞身段主要为中风化灰岩泥质互层，裂隙较发育，岩石完整性好，层间结合好，自稳性一般，侧壁稳定性一般，成洞条件较好。无支护时易掉块，综合考虑各种工程情况，III围岩全段采用全断面开挖法，以此加快工程进度。

（1）施工工序(图7.4)： 1)全断面开挖 II)喷锚支护 3)模筑混凝土 III)灌注仰拱

图7.4 全断面开挖施工方法

7.4.3 初期支护

隧道初期支护由锚杆、钢拱架、喷射混凝土、钢筋网组成，本隧道围岩软弱，开挖后马上初喷5米的素砼，根据设计要求，再进行钢拱架、钢筋网、锚杆的施作，使各部分联合受力。具体施工工艺流程见图7.5

开挖清理岩面初喷混凝土封闭岩面安装钢架施作系统锚杆，挂钢筋网复喷混凝土至设计厚度量测数据分析、反馈图7.5 初期支护施工工艺流程

具体支护参数见表7.1

表7.1 支护参数表

喷射混凝土厚度(cm) 拱部、边墙

10 15 25

仰拱 — 15 25

位置拱、墙拱、墙拱、墙

锚杆(m)

钢筋网(cm)

长度 2.5 3.0 3.5

间距 1.5 1.2 0.8

拱、墙@25×25 拱、墙@25×25 拱、墙@20×20

— 拱、墙拱、墙、

仰拱钢架

围岩级别 III IV V

表中 1．锚杆沿着隧道周围径边布置，采用全长粘结型，按梅花形排列，采用φ22钢筋；

7.4.4 二次衬砌

本隧道均采用复合式衬砌，整体式浇筑二次衬砌。为了工程质量和加快进度速度，隧道配备一台衬砌台车，采用HBT30C型混凝土输送泵灌注，MR4510型搅拌运输车，运输混凝土。灌注时采用泵压法，插入式振动器进行振捣。其具体施工操作要点如下：

1）为了充分发挥围岩的自承能力，在围岩产生一定的形变后再施作二次衬砌。

2）要求素砼的生产、运输能力与素砼输送泵的灌注能力的连续性。 3）合理引排地下水；根据设计的要求处理施工缝；必须保证基础部位无积水和杂物。

4）预留大于或等于2个注浆孔在拱顶部位。保证拱部的整体性，来达到顶缸的同步升降。

5）连续且对称的灌注混凝土，如果遇到特别原因保证不了灌注的连续性而采用间隙灌注时，停工时间要短，此时的砼表面保证粗糙。

6）施工机械处在正常启动状态，设备能力要达到二次衬砌砼施工的需求。 7）拆模时，砼的脱模强度一定要在2.5MPa以上。施工流程如下

施工准备测量放样台车就位防水材料准备安装堵头模混凝土准备浇筑混凝土混凝土达到2.5MPa式拆模，移动台车施工准备

7.5 施工通风

由于隧道开挖过程中，喷射混凝土、出渣以及爆破等影响，会产生大量扬尘和有害气体，为了保障施工安全，所以必须使用通风设备，再次采用混合式通风设备，以达到目的，具体根据《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）中11.3的有关规定执行。

7.6 施工注意事项

1.保证安全施工，文明施工，在保证安全的情况下要适当的提高进度 2.隧道开挖过程中，发现问题要及时反映，遇到与前期勘查不符的地质情况，要马上报告，及时作出设计变更。

3.做好工程监控量测，发现问题要及时处理。发现较大变形要马上疏散施工人员。

4.尽量避免在雨季施工洞口段，防止天气因素影响洞口稳定。 5.要保证超前支护的施工质量，防止危险的发生。

6.要仔细检查初期支护的渗漏水情况，并通过相关手段进行处理之后再铺设防水板。

7. 根据《公路隧道施工规范》和《公路隧道喷锚构筑法技术规范》相关要

求来进行喷锚支护。

8.严格遵照安全条例，把安全放在第一要素。

第八章隧道施工监控量测

8.1 概述

在隧道施工过程中，通过使用水准仪、全站仪、数显收敛仪等量测设备，来对围岩相对于支护的形变、地表沉降、应力应变的改变来进行量测，通过这些数据来反映隧道开挖对周边的影响、围岩稳定和支护受力状态，保证施工安全的控制措施叫隧道的施工监控量测。具体设计流程见图8.1。

图8.1 监控设计流程

8.2 监控量测

8.2.1 监控量测的目的

何家寨隧道地质条件较复杂，围岩等级有III、IV、V级三个等级，围岩变化较大，施工方法为新奥法，进出口段均为V级围岩，岩质较软、节理裂隙发育。根据《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）的相关规定，通过监控量测来掌握围岩力学形态的变化规律、监视险情、了解洞内地质情况、做好工程预报、超前预报等以达到安全施工、科学施工的目的，提高施工效率。 8.2.2 监控量测的具体内容和量测技术

根据《公路隧道施工规范》（JTG 042—1994）的相关规定，结合围岩级别、工程概况、工程大小等因素来确定测试项目。具体见表8.1。

表8.1 监控量测项目

类别必测项目拱顶下沉锚杆、锚索内力及抗拔力地表沉降监测选测项目围岩弹性波测试钢支撑的内力和外力支护结构内力量测围岩压力和层间支护应力在地表设点的围岩体内位移在隧道内设点的围岩体内位移项目地质情况和支护情况观测周边位移 8.2.3 量测手段

表8.2量测手段

序号

量测间隔时间

项目名称

方法及工具

布置

1~15d

16d~1个月

1~3个月

>3个月

岩性、结构面

地质和支护开挖后及初期支护1 产状及支护裂

状况观察后进行

缝观察或描述

每10~50m一个断面，每断面2~3对测点

2 周边位移邦特收敛计 1~2次/d 1次/2d

1~2次/周 1~3次/月

3 拱顶下沉

水平仪、水准仪、钢尺

每10~50m一个断面 1~2次/d 每10m一个断面，每个断面不少于做3根锚杆

每10~50m一个断面，每个断面不少于7个测点；隧道断面不少于2个；断面间距5m~50m

1次/2d

1~2次/周 1~3次/月

锚杆或锚索

各种锚杆检测

4 内力及抗拔

器及抗拔器

力

— — — —

5 地表下沉

水平仪、水准仪

开挖面距量测断面前后<2B时，1~2次/d；开挖面距量测断面前后<5B，1次/2d 开挖面距量测断面前后>2B，1次/周

在地表设点的围岩体内6

位移

在隧道内设7

点的围岩体内位移

围岩压力的8

及两层支护间压力

钢支撑内力9

及外力支护、衬砌内应力、表面应10

力及裂缝量测

围岩弹性波测试

每5~100一个断面，

洞内断面安

每断面3~5个测点

放位移计

每代表性地段一个

地面钻孔中安

断面，每断面3~5

设各类位移计

钻孔

每代表性地段一个断面，每断面15~20测点

每10榀钢拱支撑一对测力计

同地表下沉要求

压力盒 1~2次/d 1次/2d

1~2次/周 1~2次/周

1~3次/月 1~3次/月

钢筋应力计、表面应力计

应变计、应力计、测缝计及表面应力解除法

超声波仪和钻具

1~2次/d 1次/2d

在代表断面，每断

1~2次/d

面最佳为11个测点

1次/2d

1~2次/周 1~3次/月

每个断面多个测孔 — — — —

8.2.4 监控量测的主要方法、步骤及范围 1. 监测项目

(1)何家寨隧道使用新奥法施工，现场量测时必不可少的程序，用以了解施工各阶段实时情况，把握围岩的动态，保障施工安全，并为初期支护参数的调整、二次衬砌和仰拱的施工需要现场量测提供信息。

(2)拱顶下沉量测点布置：拱顶。

(3)净空收敛量测以量测水平收敛为主，起拱线一条，起拱线以上2m一条，

基底线以上1m一条。

(4)量测横断面范围：V级围岩为81m、IV级围岩为130m、III级围岩为435m。 (5)测点埋设要靠近工作面，方便反映围岩收敛情况 2. 支护状况和地质情况的观察

洞内外通过对岩石的形变、风化程度，裂隙节理发育情况、地下水分部情况、工作情况等进行经验观测，结合施工实际开挖工作面图，记录工作面的状态和围岩分类。洞口部位还包括对洞顶沉陷、边坡稳定的观察。 3.类比工程经验

根据以往的经验来判断现场量测情况，结合工程实况，作出实时工程规划 4.周边位移量测

每20m设立一个净空水平收敛和拱部下沉的量测断面，当遇到围岩变化处需增加一个测量断面。各级围岩起点同样加一个测量断面。在拱顶下沉设一个测点，在拱脚、腰线部位设置净空水平收敛点、拱顶三个部位设立，并在腰线部位设水平测线一条。布置如图9.2。

图9.2 周边位移量测点布置图

第九章结论

何家寨隧道为上下分离式高速公路中隧道，洞口为浅埋，洞身为深埋，通过查阅专业书籍和规范并结合工程实例，确定了设计方案并进行了相关验算，完成以下设计任务：

1、隧道断面尺寸设计

根据《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）相关规定，确定公路隧道隧道建筑限界和该隧道的内轮廓尺寸。

2.选定洞门形式和洞门参数及洞门验算

根据工程地质条件，根据相关专业书籍和规范，何家寨隧道进出口均采用翼墙式洞门结构形式，以水泥砂浆片石砌体为主要建筑材料，并进行相关截面验算、稳定性验算、基地合力偏心距验算等。

3.洞身支护方式设计

隧道洞身采用复合式衬砌，即由喷锚初期支护、防水层以及模筑混凝土二次支护组成。

4、隧道防排水简单设计

据《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）相关规定，对洞隧道进行防排水设计，具体设计情况见相关图纸设计。

5、隧道施工组织设计

根据《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）相关规定，从安全施工、保障质量、文明施工、进度要求等方面确定相应的措施来保障工程进行有序。

6、隧道监控量测设计

使用专业监控量测仪器，对地表沉降，围岩与支护结构的变形、应力、应变进行量测，通过量测数据来反映隧道掘进对地表影响程度，围岩稳定性和支护的工作状态，是指导施工的重要手段。

7、绘制有关图纸

包括隧道建筑限界图、洞身衬砌断面图、喷锚支护图、洞门设计图等有关图纸。

参考文献

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[13] GB50026-2001.锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].北京:中国计划出版社，2001

致谢

时间犹如白驹过隙，眨眼间四年的时间过去了。在这四年里，失去了一些东西，同时也得到了更多的东西，知识、人生哲理，哭过笑过。从论文的选题到查阅资料，到对论文的反复斟酌、修改，我经历了彷徨、迷茫、浮躁、喜悦和满足，到论文的最终定稿如拨开浮云见云日，心情是那样的放松。

通过这次毕业设计，我的知识面大大扩宽了，使得我更加深入的理解了本专业，学会了各种土木工程相关软件，我要感谢我的导师陈伟老师，师者传道授业解惑也，从我的选题，定题到设计、反复修改直至最后定稿，陈伟老师仿佛像一盏明灯般的照耀着我，他广博的学识和耐心的态度给予了我极大的帮助，使得我顺利完成论文，只言片语说不尽，唯有心中感恩。

我还要感谢王志斌老师、贺建清老师，雷勇老师，安永林老师、阳生权老师、邓修辅老师、尹志政老师等在大学四年中给我们授课的所有老师们，是你们教会了我知识，同时教会了我做人的道理，丰富了我的人生。

最后我还要感谢四年来陪伴着我的同学们，是你们在我低潮时鼓舞了我，在我喜悦时让我能有人分享，你们是我人生最宝贵的财富

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