【正文】 根據(jù)隧道區(qū)巖石力學性質試驗資料及圍巖級別各類圍巖物理力學指標建議值見表12各級圍巖巖體物理力學參數(shù)及圍巖自穩(wěn)能力見表13表12 隧道圍巖物理力學指標建議值圍巖級別 重度KNm3 單軸飽和抗壓強度Mpa 彈性波速ms 內聚力cMpa 內摩擦角Φ Ⅳ 230 250 3300 07 45 Ⅴ 200 100 2500 02 40 表13 各級圍巖巖體物理力學參數(shù)及圍巖自穩(wěn)能力表圍巖級別 抗剪強度 彈性模量104Mpa 泊松比μ 圍巖自穩(wěn)能力 C Mpa Φ Ⅳ 07 45 8 034 一般無自穩(wěn)能力數(shù)日至數(shù)月內可發(fā)生松動小塌方進而發(fā)展為中至大塌方埋深小時以拱部松動破壞為主埋深大時有明顯塑性流動變形和擠壓破壞 Ⅴ 02 40 7 020 無自穩(wěn)能力 第九節(jié) 工程地質評價與建議 本隧道方案共劃分3個圍巖段圍巖級別為ⅣⅤ級各圍巖段工程地質評價及工程建議如下 ZK04618～ZK04643長25m YK04642～YK04672長30m 進口段 圍巖級別為Ⅴ級進口段位于一走向150176。的V形沖溝左側斜坡坡腳近溝底處斜坡坡向240176。斜坡呈凸線形斜坡下陡上緩坡度30176?！?0176。沖溝切深20～40m溝底及斜坡基巖出露巖層走向與洞軸線走向基本一致巖層傾角平緩地層為志留系頁巖夾少量粉砂巖開挖過程中可能產生洞口坍塌拱部無支護時可出現(xiàn)局部坍塌受大氣降水影響明顯隧道出水一般為滴水 隧道洞身段左線ZK04643～ZK04803長160m右線YK04672～YK04822長150m圍巖級別為IV級圍巖為志留系下統(tǒng)龍馬溪組頁巖夾粉砂巖裂隙較發(fā)育為相對隔水層圍巖自穩(wěn)性一般隧道開挖中可能產生掉塊及塌方 ZK04803～ZK04836長33m YK04822～YK04861長39m 出口段 圍巖級別為Ⅴ級出口段位于一走向130176。的V形沖溝左側斜坡坡腳近溝底處斜坡坡向200176。斜坡呈凸線形斜坡下陡上緩坡度30176?！?5176。沖溝切深20～30m溝底及斜坡基巖出露巖層走向與洞軸線走向近乎一致巖層傾角平緩地層為志留系頁巖夾少量粉砂巖為軟巖巖體較破碎開挖過程中可能產生洞口坍塌拱部無支護時可出現(xiàn)局部坍塌受大氣降水影響明顯隧道出水一般為滴水 IV級圍巖在拱部無支護時可能松動破壞易出現(xiàn)坍塌及掉塊可能發(fā)展形成中～大塌方側壁穩(wěn)定性較差爆破震動過大易坍塌施工時可采取光面爆破施工時可采用臺階分部開挖二次復合支護Ⅴ級圍巖的裂隙發(fā)育層間結合較差洞體無支護時可產生較大的坍塌側壁穩(wěn)定性較差施工時可采用導洞或臺階分部開挖二次復合支護 地質縱斷面見附圖1第二章 設計要求第一節(jié) 主要技術標準 交通量 隧道設計按遠期交通量2030年交通量值設計 設計速度 隧道幾何線形斷面凈空按80kmh設計 隧道照明設計速度按80kmh設計 隧道通風設計速度按80kmh設計 隧道建筑界限 根據(jù)《公路工程技術標準》JTGB012003確定隧道建筑界限如圖21圖21 公路隧道建筑限界單位cm 石峽2號公路隧道為單向雙車道設計時速為80kmh根據(jù)的有關規(guī)定隧道建筑限界高度H 50m車道寬度W 3752 m左側向寬度LL 050m右側向寬度LR 075m左頂角寬度EL 10m右頂角寬度ER 10m檢修道左側J 075 m檢修道右側J 075 m路面坡度i 15隧道建筑限界凈寬1025m道內輪廓的基本形式 我國公路隧道建設規(guī)模較大各地在設計隧道橫斷面時標準不統(tǒng)一隧道輪廓有采用圓形襯砌斷面直墻式襯砌斷面及曲墻式襯砌斷面在石峽2號公路隧道中我采用了曲墻式襯砌斷面作隧道的橫斷面形式其中石峽2號公路隧道兩車道曲墻式三心圓隧道內輪廓如圖22圖22 隧道內輪廓圖單位cm第二節(jié) 設計規(guī)范本次公路隧道設計所參考和采用的技術規(guī)范包括《公路隧道設計規(guī)范》 JTG D702004《公路隧道施工技術規(guī)范》 JTG F602009《錨桿噴射混凝土施工技術規(guī)范》 GB 500862001《地下工程防水技術規(guī)范》 GB 501082001《公路水泥混凝土路面技術規(guī)范》 JTG F302003《公路工程技術標準》 JTG B012003《公路橋涵設計通用規(guī)范》 JTG D602004《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》 JTG D632007《爆破安全規(guī)程》 GB67222011《公路隧道通風照明設計規(guī)范》 JTJ02611999第三章 洞口及洞門設計第一節(jié) 一般規(guī)定 1洞口位置應根據(jù)地形地質條件同時結合環(huán)境保護洞外有關工程及施工條件運營要求通過經濟技術比較確定 2隧道應遵循早進洞晚出洞的原則不得大挖大刷確保邊坡及仰坡的穩(wěn)定 3洞口邊坡仰坡頂面及其周圍應根據(jù)情況設置排水溝及截水溝并和路基排水系統(tǒng)綜合考慮布置 4洞門設計應與自然環(huán)境相協(xié)調第二節(jié) 洞口工程 1洞口的邊坡及仰坡必須保證穩(wěn)定有條件時應貼壁進洞條件限制時邊坡及仰坡的設計開挖最大高度可按表31控制表31 洞口邊仰坡控制高度圍巖分級 Ⅰ～Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ～Ⅵ 邊仰坡坡率 貼壁 103 105 105 1075 1075 11 1125 1125 115 高度m 15 20 25 20 25 15 18 20 15 18 2隧道洞口覆蓋層較薄也是地表水流經之處很容易滲透到襯砌內部所以在仰坡周圍應設置排水溝及截水溝使地表水入槽避免滲水漏水避免地表水漫流洞頂排水溝要引到路塹排水溝把水排出路基之外否則會釀成水災影響路基的穩(wěn)定 3洞口邊仰坡應采取必要的防護措施如護面墻石砌護坡鋪草皮等當洞口處有落石塌方泥石流等可能時應采取清刷或設置明洞及支擋構造物以保證施工安全和正常運營第三節(jié) 洞門工程 一般要求 1．隧道應修建洞門洞門形式的設計應保證營運安全并與環(huán)境協(xié)調設在城鎮(zhèn)旅游區(qū)附近及高速公路一級公路的隧道尤應注意與環(huán)境相協(xié)調有條件時洞門周圍應植樹綠化 2．洞門宜與隧道軸線正交 3．洞門構造及基礎設置應遵循下列規(guī)定 1洞門仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離不宜小于15m洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不小于10m洞門墻頂高出仰坡坡腳不小于05m 2洞門墻應根據(jù)實際需要設置伸縮縫沉降縫和泄水孔洞門墻的厚度可按計算或結合其他工程類比確定 3洞門墻基礎必須置于穩(wěn)固地基上應視地形及地質條件埋置足夠的深度保證洞門的穩(wěn)定 4基底埋入土質地基的深度不應小于10m嵌入巖石地基的深度不應小于05m 5洞門結構應滿足抗震要求 洞門形式及方案比選 洞門的形式很多從構造形式建筑材料以及相對位置等可以劃分為許多類型目前我國公路隧道的洞門形式有端墻式翼墻式臺階式柱式削竹式和喇叭口式等它們的特點如表32所示表32 隧道洞門的形式與特征項目 端墻式 翼墻式 臺階式 柱式 削竹式 喇叭口式 適用的圍巖條件 軸線與坡面基本正交邊仰坡坡率為103～105 邊仰坡坡率為1075～115 邊仰坡坡率為105～1125 邊仰坡坡率為105～1075 洞門周圍地形平緩 地形地質條件較好洞口周圍開闊積雪地帶易吹入雪 特征 易于施工 抗滑抗傾覆性能較好 可減少靠山側仰坡開挖高度一般與偏壓襯砌配合使用 洞口受地形限制無法布置翼墻式洞門 模型板配筋較費事耗資大 模型板配筋較費事耗資大 石峽2號公路隧道的進出口采用的洞門形式石峽2號公路隧道的進出洞口圍巖破碎穩(wěn)定性差不利于隧道拱壁的穩(wěn)定成洞困難易發(fā)生塌方洞身段巖體力學強度較低埋深較淺綜合考慮地質條件和各種洞門形式最后決定接長一段長43m的明洞并且采用端墻式洞門第四節(jié) 洞門構造要求 公路隧道因為車道數(shù)目和寬度行車速度等多樣性公路隧道洞門需單獨設計沒有標準圖可以引用但是設計原理是基本相同的公路洞門尺寸大小可以參考鐵路洞門設計的構造要求 1端墻的高度應使洞身襯砌的上方尚有1m以上的回填層以減緩山坡滾石對襯砌的沖擊洞頂水溝深度應不小于04m為保證仰坡滾石不致跳躍超過洞門落到線路上去端墻應適當上延形成擋渣防護墻其高度從仰坡坡腳算起應不小于05m在水平方向不宜小于15m 2端墻厚度應按擋土墻的方法計算 洞門端墻截面最小厚度 當墻高小于6m 時取50cm 當墻高大于或等于6m取60cm端墻頂部可稍小些 3端墻寬度與路塹橫斷面相適應下底寬度應為路塹底寬加上兩側水溝寬度上方則依照邊坡坡度按高度比例增寬在緊靠襯砌邊墻外側的洞門端墻基礎寬度不小于05m端墻兩側還要嵌入邊坡以內約30cm以增加洞門的穩(wěn)定洞門端墻側與路塹邊坡相接時應嵌入路塹邊坡深度為50cm 4端墻應設置頂帽其厚度洞門大于25cm并設10cm的飛檐 5洞門端墻基礎應設置在穩(wěn)固地基上其深度視地質條件凍害程度而定一般應在06～10m左右埋置路基面取不小于100cm在洞門設計范圍內的洞口襯砌基底埋置深度與洞門相同第五節(jié) 洞門尺寸擬定 由于隧道洞口段進出口均有一節(jié)較長的明洞襯砌由于洞門背后一定范圍內是以回填土為主山體的推滑力不大地形相對比較對稱橫坡度不是很大不陡所以采用端墻式洞門有利于山體的平衡穩(wěn)定減少對植被的破壞有利于環(huán)境的保護求 1進口洞門墻面傾斜度為102墻身斷面形式為仰斜這樣受到的土石壓力比直墻的要小一些墻身寬度即端墻的厚度初步擬訂為16m墻趾寬為04m 2洞頂水溝尺寸為端墻形成的擋渣防護墻高度為05m從仰坡坡腳算起在水平方向寬為12m從坡腳算起為10m端墻基礎嵌入地基的深度為10m3洞門后面是明洞明洞回填采用有M75漿砌片石碎石以及回填土洞門縱向剖面如圖31所示洞門設計見附圖3求 根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》JTG D702004采用的端墻式洞門洞門墻可視作擋土墻按照極限狀態(tài)驗算其強度并驗算端墻繞墻趾傾覆及沿基底滑動的穩(wěn)定性并應符合《公路路基設計規(guī)范》《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》等有關規(guī)定第六節(jié) 洞門計算求 對于一般的洞門區(qū)別于明洞洞門作用在端墻墻背上的土壓力為主動土壓力其按照庫侖理論進行計算無論墻背仰斜或直立土壓力的作用方向均假定為水平為偏于安全墻體前部的被動土壓力不予以考慮而對于明洞門端墻其土壓力的計算要根據(jù)有關設計手冊進行 洞門計算時應選取最不利位置控制部位進行計算通常將端墻按1m或05m劃分成條帶對不同形式的洞門選取的位置也就不一樣經綜合考慮選取主拱圈外側的05m 寬計算條帶作為控制截面度設計 1原則方法 洞門正面基本尺寸已經擬定在端墻的控制部位截取05m寬的檢算條帶視作擋土墻對檢算條帶進行截面偏心或基底偏心計算以求得檢算條帶的厚度作為擋墻的厚度進而進行強度和穩(wěn)定性計算符合規(guī)范要求以后再結合工程類比確定端墻的厚度 這里先根據(jù)初步擬定的結構厚度用試算法計算其強度和偏心符合規(guī)范要求以后根據(jù)檢算結果確定端墻厚度 2計算參數(shù) 回填土片石M75漿砌片石混凝土墻背傾角端墻采用C20混凝土結構相應 結構的自重計算由圖31可知結構分為三部分W1W2W3由圖31可知各分部體積為V1 040510 02m3V2 160597 776m3V3 061005102 04m3則結構自重 31其中W結構自重 γ材料容重 V分部體積由公式31可得分部結構自重為圖31 洞門縱面圖 回填材料自重計算 32其中W材料自重 γ材料容重 h高度由式32可得回填材料自重為土 干砌碎石 M75漿砌片石由于是明洞門端墻所以其土壓力的計算要根據(jù)有關設計手冊進行為方便起見在此作了簡化計算 33其中E側壓力 λ側壓力系數(shù)取統(tǒng)一的側壓力系數(shù)為 W回填材料自重 則由33可得墻后回填的相應側壓力為 土碎石漿砌片石側壓力作用的位置分別對應于各分段高度的中心 3穩(wěn)定性計算 1基底應力及合力偏心距驗算 為保證端墻基底應力不超過地基容許應力應進行基底應力驗算同時為了避免不均勻沉陷應控制作用于端墻基底的合力偏心距 作用于基底的合力偏心距為 34 其中作用于基底合力的法向分力且 對墻趾的力臂 基底寬度B 2m 全部的垂直力對墻趾的穩(wěn)定力矩 35 其中Wi垂直力 SiWi到墻趾的力臂 則由式35可得全部的垂直力對墻趾的穩(wěn)定力矩為 全部的水平力對墻趾的傾覆力矩 36 其中Ei水平力 HiEi到墻趾的力臂 則由式36可得全部的水平力對墻趾的穩(wěn)定力矩為故由式34可得對墻趾的力臂 作用于基