公路隧道毕业设计

标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]

榆树坪隧道综合设计

(长安大学公路学院 西安 710064 )

摘要：

本设计按照“新奥法”施工的要求，对某山岭二级公路上的榆树坪隧道进行了综合设计。主要内容包括：路线方案的拟定比选、隧道横纵断面设计、隧道衬砌结构设计、路基路面防排水及管线沟槽设计以及施工组织设计，并进行了隧道二次衬砌的结构计算，IV级围岩隧道施工阶段分析，同时还完成了隧道通风、照明的计算及设计。

关键词：

隧道 新奥法 防排水 衬砌结构

通风 照明 监控测量 结构计算

第一章 隧道设计说明书

一、 设计概况

榆树坪隧道位于吴旗县，是连接刘河湾，胜利山，贺石湾，洛源桥，榆树坪地区的山岭二级公路区段上重要的通道，该地区为构造剥蚀侵蚀低山地貌，地质地形复杂，拟建隧道经过区域地表地形整体起伏较大，其中最低标高1252.0m,最高标高1512.0m。该隧道拟设计为单洞双向隧道，该隧道为整体一段，入口桩号K0+015，出口桩号K2+，全长2125.87m，采用双坡，坡度为第一段%，第二段%。

隧道行车道宽度按照设计行车速度60km/m考虑。明洞施工按明挖法施工，暗洞按“新奥法”施工。隧道衬砌结构设计采用“新奥法”复合式衬砌，并采用高压钠灯光电照明、射流风机机械通风；隧道洞门形式根据地形条件采用入口削竹式，出口端墙式洞门。隧道围岩以较为破碎的白云岩、片麻岩、玄武岩、页岩、变质砂岩为主，围岩级别以Ⅲ，Ⅳ、Ⅴ级为主。

二、 隧道主要技术标准

定的远景交通量设计，采用单洞双向隧道

公路等级：山岭重丘二级公路

设计交通量：262辆/h（近期）,540/h（远期）

隧道设计车速：60km/h

隧道建筑限界

根据《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）规定确定：

行 车 道： W=2×3.50m

侧向宽度： LL=0.50m

余 宽： C= 0.25m

人行道宽： R=1.00m

限界净高： 5.00m

隧道净高： 7.09m

检修道高： 0.25m

三、 隧道设计标准规范

《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）

《公路隧道施工技术规范》（JTJ042—94）

《公路隧道通风照明设计规范》（—1999）

《公路隧道勘测技术规范》（JTJ063－85）

《公路工程技术标准》（JTJ001—97）

四、 隧道工程水文、地质

（一）自然地理概况

1. 地形地貌

隧道地处北大巴山加里东褶皱带，该褶皱束位于北大巴山加里东褶皱带的北部，山脉大致呈西北——东南走向，该处主峰胜利山海拔1512.0m,山脊呈南北走向，南侧山坡陡峭，坡度一般在40°左右，局部达到55°，北侧山坡平缓，坡度一般在20°左右。地貌上属于有变质岩、沉积岩组成的低山地貌。

2. 气象水文

该地区属暖温带半湿润季风气候地带。具有温暖、雨量适中、四季分明、雨热同季。年平均气温13℃，≥0℃积温4826.7℃，持续期长达299天；≥10℃积温4224.6℃，持续期长达204天；≥20℃积温2488.0℃，持续期长达98天，无霜期212天。多年平均降水量为833.3mm，主要集中在夏秋两季，为537.9mm，占全年降水量的%。年平均风速1.9米/秒，最大风速17米/秒。雨季主要集中在夏季，占全年降水量65%左右。山区地质情况较为复杂，植被丰富，以高大乔木、灌木为主，自然景观优美，野生动植物种类繁多。隧道所处地区属于洛河水系，区内有川道。

（二）地质构造特征

1. 地层岩性

1) 强风化砂质板岩：灰至灰黑色，变余结构，板状构造，矿物成分以砂质、绢云母为主，岩石较软手掰不易断，节理裂隙发育，岩芯多呈短柱状至长柱状。

2) 玄武岩 灰黑至灰色，主要矿物成分为斜长石和辉石呈隐晶质细粒或斑状结构气孔或杏仁状构造，致密性坚硬、脆性，强度很高。

3) 大理岩 由灰石岩或白云岩经重结晶变质而成，等力变晶结构，块状构造。主要矿物成分为方解石，遇稀盐酸强烈起泡，长呈白色，浅红色淡绿色，深灰色。

4) 白云岩 主要矿物为白云石，也有方解石和粘土矿物，结晶结构硬度较高稳定性较石灰岩好。

5) 片麻岩 具有典型的片麻状构造变晶或变余结构，一般晶粒粗大，主要矿物为适应和长石，还有云母，角闪石，辉石等。颜色视深色矿物含量多少而定，其强度较高。

6) 页岩 由粘土脱水胶结而成，以粘土矿物为主。大部分有明显的薄层理，成叶片状，易风化，强度低与水作用易于软化而丧失稳定性。

7) 砂岩 砂质结构由50%以上粒径介于―0.2mm的砂粒胶结而成粘土含量小于25%，结构疏松强度和稳定性不高。

8) 闪长岩 灰黑至黑，主要矿物成分为斜长石、辉石和角闪石，呈斑状结构，块状构造或条带构造，致密性坚硬、脆性，强度很高。

2. 构造特征

隧道地处北大巴山加里东褶皱带，该褶皱束位于北大巴山加里东褶皱带的北部。隧址区位于高坪——老县街复向斜，有断层通过，隧道进出口段斜坡岩层产状为18659，隧道出口岩层产状为18054，节理及发育。

3. 断层

隧道区内断层较发育，已查明断层2条，以北东向断层为主，次为近西向，亦见南北向断层。断层性质以压纽性、压性、扭性为主，个别为张性、张扭性。断层多期活动的特点，早期以压性、压纽性、扭性为主，且规模较大，晚期以张性为主，规模小。对隧道有影响的断层没有。

4. 地震活动及地壳稳定性概略分析

勘查区位于扬子板块西北缘，根据板块运动的观点，其构造运动微弱，故勘查区在大地构造位置上属稳定地段。

勘查区属华南地震区秦巴地震亚区汉中地震带，虽断裂构造发育但活动性断裂不甚发育，地震活动微弱，属弱地震活动区。该地震带多为3级以下弱震，4级以上地震自公元前1177年至980年间共发生8次，主要分布在汉中市区（3次），新集（1次），略阳（1次）阳县（1次）等处，最大震级为级，发生于1636年，震中位于汉中市区。根据国家地震局资料，勘查区的地震基本烈度为Ⅵ度预测未来最大震级为5级，因此，可以认为勘查区为相对稳定区。

（三）水文地质条件

榆树坪隧道全长2125.87m，最大埋深约为357m，属于深埋长隧道。根据地表调查，隧道区主要接受大气降雨垂直补给，总体水量较丰富。地下水主要接受大气降雨的垂直补给，按照隧道用水分类标准，进出口V级围岩范围内，由于岩体极破碎，雨水会沿裂隙下渗，出现淋雨状，当岩体较完整时，出水状态属于渗滴涌水。

本次涌水量估算方法采取极限状态下(多年日最大降水量)降水入渗法：

2.74QaFP进行计算。

（四）不良地质现象

据地面调查，隧道区无崩塌、滑坡、泥石流、危岩等不良地质现象，场地天然稳定性良好。

（五）隧道围岩类别

1. 隧道围岩级别划分依据和原则

隧道围岩类别主要依据岩石弹性波速度，岩石饱和极限抗压强度、岩石质量指标，并结合岩石风化程度、完整性、坚硬程度、节理发育程度、断层及地下水影响程度等进行综合分类。

依据上述实际资料在确定隧道围岩级别时，制定以下原则：

1) 以交通部行业标准《公路隧道设计规范》（JTJ026-90）提供数据为围岩级别划分标准。

2) 遇断层破碎带，围堰类别较同类岩石降低1--2级，影响带推至洞底以上40—80m 与断层交界处。

3) 为便于隧道施工，按隧道开挖过程中可能遇到的地层情况分段进行评价。

未有钻孔控制段，参照勘查区同类岩石已有资料进行类比分类

2. 隧道围岩级别划分

按上述围岩级别划分原则，将隧道围岩级别划分汇入下表。

围岩级别划分总表

围岩级别 Ⅲ级 Ⅴ级 Ⅳ级 总长

隧道名称 （米） （米） （米） （米）

南古庄沟隧道（—）

各类围岩比例（%）(一) % % % 100%

（六）隧道稳定性评价

1. 洞室稳定性评价

在工程地质测绘和勘探的基础上，综合分析评价认为隧道进口段为极不稳定地段；整体强度很低，多呈弹塑性变形，稳定性很差，进出口基岩浅埋段，岩石风化强烈，稳定性差，为易失稳段；其余洞段，岩石较破碎，岩体呈碎石块状或块（石）碎（石）状镶嵌结构，风化中等，岩石较软，整体强度较低，稳定性较差。

综合分析诸影响因素，隧道多数地段为III、Ⅳ级围岩，洞室处于较稳定状态，少数地段为V级围岩，洞室稳定性较差。隧道洞室底部地基，除洞口段稳定性较差外，其余地段均处于稳定状态。

2. 洞口斜坡稳定性评价

影响洞门斜坡稳性的主要因素是地层岩性，结构面与斜坡坡面产状的组合关系及水文地质条件等。

按组成斜坡的岩性，进出口斜坡均属土体斜坡，现对其稳定性评价如下：洞口斜坡均属碎石土类斜坡。岩性为含粘粉质碎块石，洞门附近该层厚约3-5m。土体较松散，未见地下水出露，粘粉质含量低，基本不具粘聚力，内摩擦角370左右，极易坍塌至地表，洞门不稳定。据计算与综合分析，该类土边坡，当边坡角下于土的内摩擦角370时，处于稳定状态。

五、 方案比选

（一）方案介绍

方案一：采用沿河方案设计，线路全长4414.79m，不设隧道，沿洛河经川道，陈子沟，漩水川，吴旗镇到达榆树坪。

方案二：采用两条短隧道，经庙台到达榆树坪。道路全长3437.98m，第一条隧道长155.90m，第二条隧道长，第一条隧道属于短隧道，第二条隧道属于中隧道，两条隧道采用46.8m长桥梁链接。

方案三：采用刘河湾至榆树坪航空线进行路线布置，线路全长3121.7m,路线采用2125.87m隧道，为长隧道。。

（二）比选

根据地形地质条件，施工量，施工难易程度，经济意义，环境保护将三个方案进行比较并确定方案。

（三）地形地质条件

方案一，地形较为平坦，地质情况比较单一，多为沿河河岸河滩地形。

方案二和方案三，地质地形情况基本相同，懂采用隧道架桥通过不良地质和复杂地形。

（四）施工量

方案1：线路总长4414.79米，多为平原路堤构造。

方案2：线路总长4379.8米，其中隧道1070.8米，隧道围岩等级分别为V级、IV级，围岩强度较差。

方案3：线路总长3121.7米，其中隧道2125.87米，隧道围岩等级为V级、IV级、III级。

（五）施工难度

方案1：线路较长，道路线性较差，其中要穿越吴起镇、漩水川等人员比较密集的居民区，施工难度较大，施工过程的场地布置困难，施工期间占用原有道路，将造成市区内交通拥堵等状况。

方案2：线路较短，隧道标高较高，在K1+073处地面高程远小于隧道标高，需采用高架桥通过，再经K1+120修建914.18m的隧道，隧址处多为强风化岩层，围岩强度较差且次方案隧道处于浅埋段的长度大大增长，施工难度较大，且与方案三相比线路长度增加1258m增加近40%线路长度。