【文章內(nèi)容簡介】 .......................................................................................... 73 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計及施工方案 I 南水北調(diào)中線工程吳莊隧洞 設(shè) 計與施工組織 摘要 南水北調(diào)工程是我國西部大開發(fā)的標(biāo)志性工程，其中中線工程是一項跨流域調(diào)水的特大工程擔(dān)負(fù)著向北京、天津等重要城市的供水及沿線的農(nóng)田灌溉等重大任務(wù)。本設(shè)計主要是針對中線工程的吳莊隧道進(jìn)行設(shè)計以及施工組織的編寫。 設(shè)計共包括三個部分：緒論、隧道的設(shè)計、隧道施工組織的編寫。其中第一部分緒論包括：工程總概況、地形地貌、水文與地質(zhì)、工程的難點與特點幾部分；第二部分隧道的設(shè)計包括：設(shè)計依據(jù)、方案比選、結(jié)構(gòu)設(shè)計（包括隧道襯砌設(shè)計與洞門的設(shè)計與檢算）；第三部分隧道施工組織的編寫包括：施工準(zhǔn)備、隧道施工（包括 工程量與施工方法）、場地的平面部署、結(jié)構(gòu)的防排水、環(huán)境保護(hù)、監(jiān)控量測以及施工質(zhì)量保證措施。 在附錄中包括了隧道設(shè)計的一些相關(guān)圖紙和專業(yè)英語的翻譯。 關(guān)鍵詞：分離式雙洞隧道 雙連拱式隧道 帶耳墻的端墻式洞門 有限單元桿系 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計及施工方案 II DIVERT WATER FROM THE SOUTH TO THE NORTH PROJECT OF CENTER LINE WU VILLAGETUNNEL DESIGN AND CONSTRUCTION ORGANIZATION COMPILE ABSTRACT Divert water from the south to the north project is the sign project of the west big development of our country, in which the project of center line is a step valley the especially big project of tune water bear to the water supply of the important cities such as Beijing and Tianjin and along the significant tasks such as the farmland irrigation of line. Design major is aim at the project of center line Wu village tunnel design as well as construction anization pile. Design includes 3 parts totally: Tunnel construction anization and the design of introduction and tunnel pile. In which, it is the first to divide into introduction to include: Project total general situation, topography landforms, hydrology and the difficulty of geology and project and characteristic some parts of。 The design of second partial tunnels includes: Design basis and scheme than choose, structural design (include tunnel lining build the design of design and hole door with Jian calculate )。 The partially tunnel construction anization of 3th pile to include: Construction preparation and tunnel are under construction ( include project quantity and construction method ) , the defence of structure and the plane disposition of place drain , environmental protection, monitoring i nstrumentation as well as construction quality guarantee measure. In appendix, have included the translation of professional English and some related blueprints of tunnel design. Keyword: Type twohole tunnels split Twopany push type tunnel Take the type hole door of end wall of ear wall Limited unit rod 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計及施工方案 1 1 緒論 我國是一個幅員遼闊的國家，南北跨越幾千公里；但是我國的水資源分布極其不平衡：南方多雨且易形成洪澇災(zāi)害，而北方卻非常干旱，經(jīng)常出現(xiàn)旱災(zāi)。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，缺水已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。為了解決這一難題，我國制定了南水北調(diào)的重大工程規(guī)劃。 南水北調(diào)工程是我國西部大開發(fā)的標(biāo)志性工程，其中中線工程是一項跨流域調(diào)水的特大工程擔(dān)負(fù)著向北京。天津等重要城市的供水及沿 線的農(nóng)田灌溉等重大任務(wù)。 中線工程的吳莊隧洞長 2475 米，是整個中線工程中最長的一個隧洞，它的設(shè)計與施工直接制約著整個中線工程。同時吳莊隧洞無論從隧道的長度，還是從隧道施工的難易程度上來說，在我國類似的工程都還很少，可以借鑒的類似工程事例不多，這對隧洞的設(shè)計與施工帶來了不少困難，我們選擇這個課題是為了能夠盡力用所學(xué)的知識來對南水北調(diào)工程的設(shè)計做出一點貢獻(xiàn)。 在設(shè)計時，我們對隧道的形式提出了兩種不同的設(shè)計方案：分離式雙洞、雙連拱隧洞；在經(jīng)過一系列的比選之后，我們從隧道襯砌的受力，施工難易、以及隧道建成后的管理 等各方面進(jìn)行了綜合考慮，最終選定了分離式雙洞的設(shè)計方案。 在對隧道襯砌的設(shè)計過程中，我們使用了目前國際通用的結(jié)構(gòu)計算軟件 進(jìn)行計算，隧道洞門采用帶耳墻的端墻式洞門，將洞門視為擋土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算，為了減少隧洞與總干渠相連部分的水頭損失，我們在總干渠與隧洞相連部分設(shè)置了漸變段。 我們希望通過對吳莊隧洞的設(shè)計，來提高我們自身的能力，同時也希望我們的設(shè)計能夠?qū)δ纤闭{(diào)工程中線吳莊隧洞的設(shè)計提供一定的借鑒。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計及施工方案 2 2 工程概況 工程總概況 南水北調(diào)工程是我國西部大開發(fā)的標(biāo)志性工程，其中中線工程是一項 跨流域調(diào)水的特大工程擔(dān)負(fù)著向北京。天津等重要城市的供水及沿線的農(nóng)田灌溉等重大任務(wù)。 吳莊隧道設(shè)計流量 160 m3/s，加大流量為 190 m3/s，洞內(nèi)加大水深為 m。隧道進(jìn)口處總干渠設(shè)計水深為 ，相應(yīng)加大水深為 ，渠底寬為 27m，一級邊坡1： ，縱向比將 1： 25000。隧道出口出總干設(shè)計水深為 ，相應(yīng)加大水深為，渠底寬為 28m，一級邊坡 1： 2，縱向比將 1： 25000。隧道粗糙率為 ，隧道的水頭損失為 。 吳莊隧洞位于河北滿城縣西 5 公里的吳莊村 石牛山村，交通便利，隧道穿過石牛山，通過地段巖性單一，進(jìn)口段有 8條小斷層，破碎帶 5～ 40cm，并伴有 3條節(jié)理密集帶，隧道出口處僅有一條較大的斷層帶及 11條節(jié)理密集帶。 隧道位于低山丘地帶，隧道最大埋深 307m，進(jìn)出口埋深 12～ 15m。地下水位埋藏較深，一般穩(wěn)定在 37m 左右，低于隧道開挖高程 20m。 進(jìn)出口漸變段以黏土為主，吳莊隧道穿越燧石條帶白云巖，圍巖分為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類，共 7段，基本穩(wěn)定的Ⅱ類圍巖長 462 米，穩(wěn)定性較差的Ⅲ類圍巖長 883 米，Ⅳ類不穩(wěn)定圍巖長 979 米。 隧道工程所使用的混凝土骨料以及石料均采用 來自漕河沙礫中心料場和玉山石料場。 隧道建筑物由兩部分組成：隧道主體工程及外圍工程。主體工程包括隧道洞身與隧道洞門；外圍工程包括進(jìn)出口漸變段、閘門、墩頭、邊坡防護(hù)等。 吳莊隧道全長內(nèi)的斷面為曲墻帶仰拱的斷面形式，隧道采用分離雙洞布置形式。為兩條無壓輸水隧道，兩隧道間距為 30m。 地形與地貌 本區(qū)地貌單元屬于太行山東部邊緣低山丘陵區(qū)，隧道斜穿石牛山主峰西側(cè)，主峰山脈走向 NW348176。，最高高程為 ，隧道穿越的山脈走向 NWSE 向，與軸線呈近71176。交角，山丘最大高程為 370m，相對高差為 290～ 270m，山坡坡度為 30176。～ 40176。，隧道進(jìn)出口山前坡地高程為 75～ 82m，為坎狀梯田，沖溝發(fā)育，起形態(tài)發(fā)展明顯首構(gòu)造控制。 水文與地質(zhì) 水文地質(zhì)條件 本區(qū)屬于溫帶大陸季風(fēng)氣候，年降水量 580mm， 7～ 8 月份占 70%，多年平均氣溫 ℃，一月份平均氣溫 ℃，七月份平均氣溫 ℃。極端最低氣溫為 ℃，極端最高溫度為 ℃凍土厚度為 。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計及施工方案 3 隧道按地下水埋深條件分為第四系空隙潛水及基巖裂隙水。其中第四系空隙水主要埋藏與第四系松散巖中，大都由地表徑流流走。基 巖裂隙水存儲于巖石的空隙與裂隙中，大氣降水沿上述通道運轉(zhuǎn)，都為基巖中的懸掛水，其水量較小，主要首季節(jié)控制。 本區(qū)地下水埋藏較深，對施工影響不大，汛期由于大氣降水的增大，進(jìn)出口段地下水位迅速上升對施工有一定的影響，應(yīng)考慮施工排水、節(jié)理密集帶處洞頂?shù)姆€(wěn)定性問題。 從洞口部位的機井中采取的水樣進(jìn)行了水質(zhì)分析，為重碳酸鈣鎂型水。按照《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》中環(huán)境水腐蝕標(biāo)準(zhǔn)，地下水對混凝土無腐蝕性。 隧道所在的牛山山體主要為燧石條帶白云巖與粗晶白云巖等，大都為可容性差的碳酸巖類，由于大氣降水的長期沖刷與淋漓，使巖 體表面形成小的容孔洞及溶隙，一般溶孔為 2～ 10mm，溶隙為 10～ 30cm。 在進(jìn)出樓段的鉆孔中都可以看到大部分強風(fēng)化與部分弱風(fēng)化巖柱及節(jié)理面上都可以見到溶蝕現(xiàn)象，局部強風(fēng)化巖柱上溶蝕呈蜂窩狀并填充有紅黏土。而吳莊隧道進(jìn)口穿越在弱風(fēng)化巖中，其余都為微風(fēng)化巖，故溶蝕現(xiàn)象不會對工程產(chǎn)生叫大的影響。 工程地質(zhì)狀況 吳莊隧道地質(zhì)構(gòu)造簡單，除進(jìn)出口漸變段結(jié)構(gòu)外，洞身段為土巖多層結(jié)構(gòu)外，洞身段均為單一結(jié)構(gòu)，現(xiàn)分別進(jìn)行說明： ?進(jìn)口漸變段幾閘室段 (樁號 v370+941～ v371+006) 進(jìn)口漸變段及閘室長 60m，為土巖多層結(jié)構(gòu)。地面標(biāo)高為 ～ ，表層為第四紀(jì)上更新統(tǒng)中段黃土狀壤土，呈灰黃色，以輕粉質(zhì)壤土為主 ,部分為中粉質(zhì)壤土 ,少量為重粉質(zhì)壤土。壤土中夾雜著含量不等的碎石壤土，碎石成分為燧石條帶白云巖。本層底高程為 ～ ，最大厚度為 。 第二層為第四紀(jì)上更新統(tǒng)下沖擊層，巖性為紅黃色壤土，以中粉質(zhì)壤土為主。夾有粘土、碎石土透鏡體。層底高程為 ～ ，最大厚度為 22m。 第三層為第四紀(jì)上更新統(tǒng)上坡段坡殘積，巖性為棕紅色含碎石黏土、含黏土碎石層。碎石成分為燧石條帶白云巖 ，本層基地高程為 ～ ，最大厚度為 14m。 基巖為弱風(fēng)化燧石條帶白云巖與粗晶白云巖夾白云質(zhì)砂巖，碎屑白云巖等，強風(fēng)化厚度為 2～ 16m，弱風(fēng)化最厚在 18m 以上。 ?洞身段 (樁號 v371+006v373+280) 該段長 2179。 2274m，山體基巖裸露為巖層單一結(jié)構(gòu)。 進(jìn)口表層樁號 v371+006～ v371+590 為黃土土壤，厚 0～ 樁號 v371+590～ v371+625 表層及黃土壯壤土下為含碎石黏土，厚 0～ 10m，基巖含碎石黏土碎石中粗砂透鏡體，出口表層為黃土壯壤土厚 0～ 10m 。底部夾 含碎石黏土透鏡體。隧道進(jìn)出石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計及施工方案 4 口松散層以下及其它段巖石為燧石條帶白云巖與粗晶白云巖夾白云質(zhì)砂巖，碎屑白云巖，為厚 中厚層，巖層的產(chǎn)狀進(jìn)出口稍微有所變化，表層強風(fēng)化 2～ 33m，除進(jìn)出口部分為弱風(fēng)化巖石外，其余為微風(fēng)化或新鮮巖層，洞身以上巖層厚度為 10～ 370m。 ?出口漸變段及閘室段 (樁號 v373+280～ v371+375) 出口漸變段及閘室長 90m，為土巖多層結(jié)構(gòu)。地面標(biāo)高為 ～ 90m。 表層為第四紀(jì)上更新統(tǒng)中段沖擊層，巖性為黃土狀壤土，為輕粉質(zhì)壤土。本層底高程為 ～ ，最大厚度為 。 第二層為第四紀(jì)上更新統(tǒng)下段洪擊層，巖性為紅黃色壤土，以重粉質(zhì)壤土為主層底高程為 ～ ，最大厚度大于 19m。 第三層為第四紀(jì)上更新統(tǒng)上段坡殘積層，巖性為含碎石紅黏土、碎石土，碎石含量極不均勻。本層基地高程為 ～ ，最大厚度為 10m。 基巖為弱風(fēng)化燧石條帶白云巖，碎屑白云巖，強風(fēng)化厚度為 ～ 3m，弱風(fēng)化厚度為 2～ 18m。 施工難點與特點 進(jìn)出口段邊坡的穩(wěn)定性問題 隧道進(jìn)出口表層為第四系松散層，厚為 1～ 22m，夏布基巖為強 弱 微風(fēng)化燧石條帶白云巖與粗晶 白云巖夾白云質(zhì)砂巖夾碎屑白云巖、白云質(zhì)砂巖巖層的最大挖深為 17m，屬于巖質(zhì)中高邊坡。巖層與隧道中線呈 59176。夾角，隧道進(jìn)口有 f f3 斷層通過， N