【文章內(nèi)容簡介】 道發(fā)展?fàn)顩r 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國的公路建設(shè)也蓬勃發(fā)展，特別是高等級(jí)公路建設(shè)更是日新月異，全國性高等級(jí)公路路網(wǎng)格局正在形成。由于高等級(jí)公路的線形技術(shù)指標(biāo)較高，當(dāng)其進(jìn)入山區(qū)或重丘區(qū)時(shí)，就不可避免的需要采用隧道來穿山越嶺。因此，在高等級(jí)公路迅速發(fā)展的帶動(dòng)下，作為公路重要組成部分的公路隧道石家莊鐵道學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 也迎來了規(guī)模空前的建設(shè)熱潮。例如，成渝高速公路重慶段總長 104km，較原成渝公路重慶段 156km 縮短路程 52km，其中尤以中梁山隧道和給云山隧道縮短路程最為顯著，且隧道建成后高速公路線形順暢，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益俱佳。又如， 310國道寶雞 — 牛背段，設(shè)計(jì)為二級(jí)汽車專用公路，全長約 40km，其中隧道累計(jì)長度 5km 多，占路線比例較大 .浙江、福建、吉林、貴州等省部分路段的情況也與之類似，隧道成群出現(xiàn)。由于隧道造價(jià)較高，運(yùn)營管理相對(duì)復(fù)雜，所以各地 對(duì)隧道建設(shè)都十分重視。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的公路隧道建設(shè)起步較晚。 80 年代前，僅個(gè)別公路上設(shè)有一些短隧道。 80 年代中后期，首先在我國經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的東南沿海地區(qū)出現(xiàn)了長度超千米的公路隧道，如深圳的梧桐山隧道長 2km 多，首次在我國采用全橫向通風(fēng)。進(jìn)入90 年代，公路的迅速發(fā)展對(duì)公路隧道提出了越來越高的要求，隧道建設(shè)的意義與作用也不斷加大。到 1996 年底，我國建成的的山嶺公路隧道為 3160m，即中梁山隧道。在建的長度超過 4km 的山嶺隧道有二郎山隧道、華釜山隧道和大溪一湖霧山隧道隧道。正在規(guī)劃中的西安一安康公路上的秦 嶺隧道長度將超過 9km。隨著公路隧道長度的不斷增加，設(shè)計(jì)、施工和管理的難度也逐漸增加。例如，二郎山隧道位于嚴(yán)寒的川藏線，設(shè)計(jì)中通風(fēng)方案選擇就十分困難，施工中又遇高地應(yīng)力和巖爆等，運(yùn)營管理中將要解決低溫通風(fēng)、隧道滲漏結(jié)冰等工程問題。華螢山隧道施工中遇到圍巖大變形，施工難度很大。大溪一湖霧嶺隧道為了減少建成后的通風(fēng)費(fèi)用，改善通風(fēng)效果，在國內(nèi)首次采用豎井送排風(fēng)通風(fēng)方案。為此前期進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究工作 國外公路隧道發(fā)展?fàn)顩r 近代隧道興起于運(yùn)河時(shí)代，從 17 世紀(jì)起，歐洲陸續(xù)修建了許多運(yùn)河隧道。起戰(zhàn)法國的馬爾 派斯運(yùn)河隧道，建于 16781681 年長 157m 他可能是暈火藥開鑿的最早用火藥開鑿的航運(yùn)隧道。 1820 年以后，鐵路陳偉新的運(yùn)輸手段， 1827 年在英國， 1837年在法國先后開始修建鐵路隧道，隨著鐵路運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展，隧道也越來越多先從當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的歐洲各國開始，然后是美國和明治維新后的日本。我國第一條鐵路隧道是 1890年建成的臺(tái)灣獅球嶺隧道， 1903 年建成第一做長度超過 3km的興安嶺隧道。 18951906已經(jīng)出現(xiàn)了長 。目前最長的鐵路隧道已達(dá) 。第一座用 于現(xiàn)代交通的水底隧道是 1807 年開工的英國泰晤士河下公路隧道，施工過程中該隧道因水患而 停工 1823 年由法國工程師渤呂奈爾接手，歷時(shí) 18年盾構(gòu)完成。我國第一條水底公路隧道是 1970年建成的上海黃浦江水底隧道。較為完善的水底道路隧道建成于 1927 年位于紐約的哈德遜河底的荷蘭隧道。石家莊鐵道學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 19 世紀(jì)初歐洲的法意瑞士等國就已在山區(qū)修建公路隧道， 2022 年初投入運(yùn)營的挪威西部的拉達(dá)爾隧道長 。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 主要研究的 內(nèi)容 對(duì)平鐘高速公路木沖左線隧道主題結(jié)構(gòu)與施 工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，內(nèi)容主要有： ：包括機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)的主要規(guī)范規(guī)程及設(shè)計(jì)應(yīng)最遵循的主要原則 ：包括工程的設(shè)計(jì)范圍，工程地質(zhì)概述 3．主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：包括隧道內(nèi)部凈空的確定，工程材料，結(jié)構(gòu)斷面形式及尺寸初步擬定。 4．初期支護(hù)及二次襯砌設(shè)計(jì)：確定初期的支護(hù)參數(shù)，對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢算。包括計(jì)算模型的確定，荷載取值，計(jì)算結(jié)果與分析，襯砌配筋，強(qiáng)度及裂縫寬度計(jì)算。利用商業(yè)有限元結(jié)構(gòu)計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算。要求熟練掌握計(jì)算過程，獲得正確計(jì)算結(jié)果。 5．施工方案設(shè)計(jì)：施工方法選擇及施工方案設(shè)計(jì) 6．外文翻 譯，要求自找外文期刊上地下工程方面的科技論文進(jìn)行翻譯 基本要求 1．綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)和基本技能，解決實(shí)際問題，進(jìn)一步提高運(yùn)算，制圖以及使用技術(shù)資糧的技巧。 2．樹立正確的工程設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是，謹(jǐn)慎，刻苦鉆研，勇于創(chuàng)新的科研態(tài)度和精神。 3．掌握調(diào)查研究，理論分析，設(shè)計(jì)計(jì)算等學(xué)習(xí)方法，養(yǎng)成即能獨(dú)立思考，又能相互密切合作的態(tài)度 4．對(duì)一般公路隧道設(shè)計(jì)內(nèi)容，組成及施工方法有比較全面的了解。 石家莊鐵道學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 設(shè)計(jì)的原則和標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)依據(jù) ①《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 JTJ00197 ②《 公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ02690 ③《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》 ④《公路抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ00489 ⑤《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》 JTJ01294 ⑥ 《 鋼筋混凝土設(shè)計(jì)原理 》 ⑦ 《 爆破新技術(shù)與現(xiàn)場安全管理及強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)》 主要技術(shù)指標(biāo) 設(shè)計(jì)行車速度： 100km/h 設(shè)計(jì)交通量： 2025 年交通量 26006輛 /日 (小車 ) 隧道建筑限界 凈寬： 凈高 5m CO設(shè)計(jì)濃度 正常行駛時(shí)δ co=250ppm 交通堵塞時(shí)δ co=300ppm(20min) 煙霧設(shè)計(jì)濃度 正常行駛時(shí) K= 事故時(shí) K= 石家莊鐵道學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 3 章 工程概況 工程概況 本隧道處于平樂至鐘山高速公路賀州支線上，位于鐘山縣鳳翔鎮(zhèn)木沖村南約 1公里處，橫穿紅花嶺和犁頭山。根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JTJ02690)和隧道所在路段的地形條件，隧道設(shè)計(jì)為兩座獨(dú)立的分離式隧道，兩座獨(dú)立隧道的軸線間距為50米，左線長 3670 米 (ZK20+645～ ZK24+315)。隧道建筑 限界寬為 米，緊急停車帶處斷面加寬 米，高為 5 米，采用單心圓斷面，半徑為 R= 米，最大埋深為 357米。 本隧道位于兩個(gè)標(biāo)段 9 標(biāo)、 10 標(biāo)范圍內(nèi)，標(biāo)段的劃分右線以 YK22+470、左線以ZK22+470為界，小于該樁號(hào)部分路段屬于 9 標(biāo)，大于該樁號(hào)部分路段屬于 10標(biāo)。 工程地質(zhì)及水文地質(zhì) 地形地貌 木沖隧道位于兩巖溶侵蝕盆地之間的低山區(qū)，處于地面較明顯的東西分水嶺地帶，山頂渾圓，標(biāo)高 540587m ，屬侵蝕構(gòu)造低山壟脊谷地地貌，山體走向近南北向 。區(qū)域地勢中部高陡，兩端低 緩。隧道通過地段主要為淺切割的低山地形，地面起伏較大，橫坡坡度一般在 20186?！?30186。，局部可達(dá) 35186?！?45186。中部偏西方向?yàn)閯兾g侵蝕較深的近南北向木沖溝谷。地段內(nèi)以侵蝕地貌為主，溯源侵蝕強(qiáng)烈，故地形陡峻、溝谷密布，相對(duì)高差可達(dá)百佘米，其溝谷多呈樹枝狀，放射狀。地表植被發(fā)育，以松樹為主的高大喬木及灌木叢生長茂密。進(jìn)出口兩端位于山前盆地邊緣地帶，以溶蝕侵蝕和山前堆積為特點(diǎn)。 地質(zhì)構(gòu)造 測區(qū)主要地段位于望高至楓木山逆斷層、涼亭至雅珠頂逆斷層兩條較大區(qū)域性斷裂所圍限的地帶內(nèi)，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。隧道區(qū)受 地質(zhì)構(gòu)造的影響較嚴(yán)重，局部很嚴(yán)重，推測該斷層在隧道地段內(nèi)可能會(huì)形成數(shù)米至十多米的擠壓破碎 (裂 )帶。設(shè)計(jì)隧道正交山體及主要構(gòu)造線和巖層走向。 石家莊鐵道學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 褶皺： 據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，測區(qū)位于鐘山至沙田短軸向斜的西翼，區(qū)內(nèi)地層主要傾向東，測區(qū)東側(cè)地段由于壓扭性斷層 F1 的擠壓推覆作用，在硬質(zhì)和較軟質(zhì)巖石相間的郁江組 (D2y)地層中形成次級(jí)向斜及褶曲，其軸向與主要構(gòu)造線一致呈南北向。 斷層： 根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和地面調(diào)查及綜合初勘物探勘察出現(xiàn)明顯的異常特征推斷，設(shè)計(jì)隧道經(jīng)過區(qū)段內(nèi)有 2條區(qū)域性斷層 (F F2)和 2條次級(jí)斷層通過。斷層走向近南北向，與隧道軸向近垂直。現(xiàn)分述如下： F1 斷層：屬望高至楓木山壓扭性斷層的中段，分布在測區(qū)東側(cè)近賀州方向隧道口 ZK23+850、斷層走向近南北向，斷面傾向西，傾角約 35186?！?40186。，為一西盤上升，東盤下降的逆斷層。在測區(qū)外賀州口北邊去木沖山路下的山溝中，可見該斷層影響帶的構(gòu)造形跡，郁江組 (D2y)地層中的灰?guī)r被擠壓呈透鏡體并被黑色碳質(zhì)泥質(zhì)物充填，兩側(cè)地層明顯缺失，中泥盆統(tǒng)郁江組 (D2y)逆沖在下侏羅統(tǒng)石梯組 (J1s)之上。推測該斷層在隧道地段內(nèi)可能會(huì)形成數(shù)米至十多米 的擠壓破碎 (裂 )帶。 F2斷層：屬?zèng)鐾ぶ裂胖轫攭号鄬拥闹卸?，位于測區(qū)西側(cè)近同古方向的隧道口，推測在 ZK21+000，據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，斷層傾向東，傾角在 30186?！?35186。間，屬逆斷層，地段內(nèi)可見東盤蓮花山組 (D1l)砂巖逆沖于西盤榴江組 (D3l)灰?guī)r之上。在測區(qū)外北邊山溝可見 D3 灰?guī)r碎塊混雜在 (D1l)硅化破碎砂巖中，旁側(cè)蓮花山 (D1l)砂巖有明顯的擠壓現(xiàn)象，兩側(cè)地形地貌類型不同。由于斷層分布在隧道通過地帶較硬質(zhì)的砂巖和石灰?guī)r中，推測斷裂帶以擠壓破碎為主，破碎巖石及影響帶寬度可達(dá)數(shù)米以上。 F F4斷層：推斷 F3從 ZK22+575一帶通過， F4從 ZK21+810一帶通過。其共同特點(diǎn)是，剖面上斷層通過點(diǎn)出現(xiàn)明顯的綜合物探異常，推斷為性質(zhì)不明的隱伏斷層。 節(jié)理裂隙： 據(jù)地面調(diào)查及鉆孔揭露，隧道區(qū)內(nèi)巖石受構(gòu)造擠壓作用強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部很發(fā)育，以構(gòu)造型節(jié)理裂隙為主，多呈閉合～微張，隙間為方解石及炭質(zhì)物充填。據(jù)實(shí)測 110條裂隙資料統(tǒng)計(jì)，作裂隙走向玫瑰花圖 (見附圖 12)和赤平極射投影圖 (見附圖 13)，隧道區(qū)較發(fā)育的裂隙主要有 3組：①走向在 30186?！?50186。之間，傾向北西，傾角 55186。～ 75186。，②走向在 70186?！?90186。之間，傾向北西，傾角 60186。～ 80186。，③走向在 0186?！?20186。之間，傾向南東，傾角 60186?！?70186。之間。 石家莊鐵道學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 地層巖性 測區(qū)內(nèi)分布地層以泥盆系為主，東側(cè)有少量的侏羅系地層，巖石以砂頁巖為主，間夾少量的灰?guī)r夾層及透鏡體。出露地層有第四系 (Q)、侏羅系下統(tǒng)石梯組 (J1s)、泥盆系上統(tǒng)榴江組 (D3l)、中統(tǒng)郁江組 (D2y)、下統(tǒng)那高嶺組 (D1n)及蓮花山組 (D1l)。 第四系 (Q)： 殘坡積層 (Qel+dl)： 為粘土混碎石，褐黃，紫紅色等，土層均勻性差，粘土 粘性差，呈硬～可塑狀，碎石含量 2040％不等，成分主要為砂頁巖碎屑，棱角～次棱角狀，粒徑 2～ 10cm為主，呈稍密實(shí)狀。區(qū)內(nèi)一般都有分布，厚 0～ 。在賀州洞口區(qū)一帶的 ZK10～13號(hào)鉆孔揭露厚度為 ～ 。 坡洪積層 (Qdl+pl)： 以亞粘土混碎石為主，局部為亞粘土或塊石土，紫紅色、棕黃色等，土層均勻性差，碎石含量 2050％不等，呈稍密 中密實(shí)狀，亞粘土呈硬～可塑狀，碎 (塊 )石成分主要為砂頁巖，次棱角狀為主，少量呈次圓狀。主要在同古方向洞口一帶， ZK7～ 9號(hào)鉆 孔揭露厚度為 ～ 。 侏羅系下統(tǒng)石梯組 (J1s)： 分布于隧道東段賀州方向一帶的望高－楓木斷層 (F1)以東地段。下部為紫紅色厚層泥質(zhì)砂巖、頁巖，夾中厚層砂巖，原生巖石致密堅(jiān)硬，地表常風(fēng)化呈松散的三角形碎粒。中部為灰色、灰白色、灰綠色厚層長石石英砂巖，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，偶含 1～ 2mm長石、石英礫，呈半滾圓～滾圓狀，原生巖石致密堅(jiān)硬，地表風(fēng)化較深，呈灰白色砂土狀。上部為紫紅色厚層狀泥質(zhì)砂巖、砂巖、頁巖，偶夾薄～中厚層泥質(zhì)灰?guī)r，巖石抗風(fēng)化強(qiáng)度較郁江組 (D2y)砂巖弱，地貌上常形成低緩的 山坡。本巖性組巖石以淺紫紅色為主，巖層產(chǎn)狀主要為 260176?！?290176。∠ 20176?！?60176。，與下伏中泥盆統(tǒng)郁江組 (D2y)地層為斷層接觸。 該層在 ZK10～ ZK13 鉆孔有揭露，巖性為砂巖、頁巖、泥質(zhì)砂巖，局部夾灰?guī)r，中～厚層狀，呈互層或夾層出現(xiàn)，按風(fēng)化程度可劃分為強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化和微風(fēng)化： 強(qiáng)風(fēng)化帶厚 ，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，組織結(jié)構(gòu)已破壞，巖石風(fēng)化成碎石角礫混粘土狀。其中 ZK1 ZK13 號(hào)孔揭露到強(qiáng)風(fēng)化頁巖夾砂巖，厚 ～ ，在ZK10號(hào)孔揭露到 厚的強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖。 石家莊鐵道學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 弱風(fēng)化帶厚度 ～ ,，巖石中節(jié)理裂隙發(fā)育，多閉合狀，部分微張，被泥質(zhì)充填，呈碎石狀鑲嵌結(jié)構(gòu)。其中 ZK ZK13 號(hào)孔為灰綠色泥質(zhì)砂巖夾淺灰色砂巖、 ZK11號(hào)孔為灰色灰?guī)r。 微風(fēng)化帶在 ZK10 和 ZK12號(hào)孔均有揭露到，巖性主要為砂巖、泥質(zhì)砂巖，局部夾灰?guī)r及頁巖。巖石中節(jié)理發(fā)育，被方解石及炭質(zhì)物充填，呈塊碎狀鑲嵌結(jié)構(gòu)。 上泥盆統(tǒng)榴江組 (D3 l)： 分布于隧道鐘山口 F2 斷層以西地段，上部為灰色、淺灰色薄～中厚層扁豆?fàn)罨規(guī)r、灰?guī)r夾薄層鈣質(zhì)頁巖及泥質(zhì)條帶，層間結(jié)合較緊密，巖石致密堅(jiān)硬，常形成陡 崖或溶溝；下部為深灰色、黃褐色薄層硅質(zhì)頁巖、硅質(zhì)巖、砂巖，微層理發(fā)育，地表易風(fēng)化呈三角形碎塊，當(dāng)?shù)鼐用裢趤礓伮访?，易剝蝕成小山丘。 該層在 ZK7～ 9號(hào)鉆孔有揭露，主要為微風(fēng)化灰?guī)r，灰色、綠灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中～厚層狀，巖石較堅(jiān)硬，裂隙發(fā)育，充填方解石和泥炭質(zhì)，巖石質(zhì)量指標(biāo) RQD 為61～ 73，巖芯呈柱狀為主，少量碎塊狀。