【正文】 呂玉山：付家滴隧道設(shè)計(jì) 22 KNEE x )630c o s ()c o s ( ?????? ???? KNEE y )630s in ()s in ( ?????? ???? 式中： ?—— 墻背摩擦角 ? =30? （ 4） 抗傾覆驗(yàn)算 翼墻計(jì)算圖示如圖 所示，擋土墻在荷載作用下應(yīng)繞 O 點(diǎn)產(chǎn)生傾覆時(shí)應(yīng)滿足下式： 0 0 Mk M???? 式中： K0—— 傾覆穩(wěn)定系數(shù)， 0 ? ； yM? —— 全部垂直力對(duì)墻趾 O 點(diǎn)的穩(wěn)定力矩； 0M? —— 全部水平力對(duì)墻趾 O 點(diǎn)的穩(wěn)定力矩； 圖 墻身計(jì)算簡(jiǎn)圖 由圖 可知： 墻身重量 G ： KNG 0 ????? xE 對(duì)墻趾的力臂： mHZ x ??? yE 對(duì)墻趾的力臂： mHBZ y a a n ?????? ?? 二 O一三屆土木工程（巖土及地下工程方向）畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 G 對(duì)墻趾的力臂： mHBZ G 6t a t a n ?????? ?? KNZEGZM yyGy .. ???????? KNZEM xx ????? 代入上式得： ??? 00 MMK y = = ? 故抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求 （ 5） 抗滑動(dòng)驗(yàn)算 對(duì)于水平基底，按如下公式驗(yàn)算滑動(dòng)穩(wěn)定性： 1 .3cNfK E????? 式中： cK —— 滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù) N? —— 作用于基底上的垂直力之和； E? —— 墻后主動(dòng)土壓力之和，取 E? = xE ； F —— 基底摩擦系數(shù)，取 f = 由圖 得： )()( ???????。 = 5. 09ta n 21 .8 ta n 6h ? ?m ?tan0 ah ? = ? = 根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（ JTG— 2020），土壓力為： 2 001 [ ( ) ]2E H h h h b?? ??? ? ? = ? ? )( 2 ???????? = 式中： E—— 土壓力（ kN） 。 圖 洞門土壓力計(jì)算簡(jiǎn)圖 最危險(xiǎn)滑裂面與垂直面之間的夾角： 222t a n t a n t a n ( 1 t a n t a n t a n ) ( t a n t a n ) ( 1 t a n t a n )t a n t a n t a n ) t a n ( 1 t a n t a n )? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? ?? ?? ?二 O一三屆土木工程（巖土及地下工程方向）畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 )()())()()(( a n222???????????????? = 故： ? =176。 （ 2）驗(yàn)算條帶的選取及計(jì)算要點(diǎn) 驗(yàn)算墻身截面 偏心和強(qiáng)度以及基底偏心、應(yīng)力及沿基底的滑動(dòng)和繞墻趾傾覆的穩(wěn)定性。 地層容重 3/24 mKN?? 地層計(jì)算摩擦角 60?? 基底摩擦系數(shù) ?f 基底設(shè)計(jì)控制壓應(yīng)力 ? ? ?? ② 、 建筑材料容重： （ 1）墻端的材料為水泥砂漿片石砌體，片 石的強(qiáng)度等級(jí)為 100uM ，水泥砂漿的強(qiáng)度等級(jí)為 10M （ 2）容許壓應(yīng)力 ? ? MPaa ?? ，重度 3/22 mKNt ?? 。隧道進(jìn)、出口邊、仰坡采用錨、網(wǎng)、噴 20C 混凝土防護(hù)。 隧道進(jìn)口縱坡十分陡峭，地面橫坡相對(duì)較緩，路線與等高線斜交，洞口位置由仰坡控制，定洞口于 9966?K ，洞門采用端墻式洞門；洞口段采用 IV 級(jí)圍巖 復(fù)合 式襯砌。 隧道洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為減少洞口段病害的發(fā)生，同時(shí)考慮到環(huán)保、綠化及抗震的要求，在隧道進(jìn)、出口及淺埋地 段結(jié)合地形、地質(zhì)情況設(shè)置鋼筋混凝土明洞結(jié)構(gòu)及復(fù)合式加強(qiáng)襯砌對(duì)該段結(jié)構(gòu)予以加強(qiáng)。洞門的作用在于支擋洞口正面仰被和路塹邊坡，攔截仰坡上方的小量剝落、掉塊、保持邊仰坡的穩(wěn)定，并將坡面匯水引離隧道，保證洞口路線的安全。驗(yàn)算時(shí)依據(jù) 表表 、 3的規(guī)定，并應(yīng)符合《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。此有利因素可作為安全儲(chǔ)備．在計(jì)算中是不予考慮的。為簡(jiǎn)化洞門墻的計(jì)算方法和便于施工，只檢算端墻最大受力部位的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，據(jù)此確定整個(gè)端墻的厚度和尺寸，這樣雖增加了一些圬工量，但從施工觀 點(diǎn)看．卻是合理的。 二 O一三屆土木工程（巖土及地下工程方向）畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 隧道洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)算假設(shè)及相關(guān)規(guī)定 洞門的端墻和翼墻均可視為墻背承受土壓力的擋土墻結(jié)構(gòu)，根據(jù)擋土墻理論設(shè)計(jì)。低山坡一側(cè)，如地質(zhì)餃差，地面較高，也可采用矮擋墻。亦稱偏壓隧道門。因此，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較差，仰、邊坡較緩時(shí)，通常均采用翼墻式洞門。翼墻起支撐端墻及保持路塹邊坡穩(wěn)定的作用．同時(shí)對(duì)減少洞口開挖高度和壓縮端墻寬度均為有利。此外．在城市、風(fēng)景區(qū)，采用柱式洞門 較為雄偉美觀。當(dāng)巖層有較大主動(dòng)側(cè)壓力時(shí)；如采用端墻式洞門則過(guò)于安全、浪費(fèi)圬工； 為此，區(qū)別受力大小，設(shè)計(jì)成橫向不等厚、最厚部位即呈柱形的柱式洞門。唯洞門頂排水條件稍差，若橫向山坡一側(cè)較低時(shí)，宜開挖溝槽橫向引排。 呂玉山：付家滴隧道設(shè)計(jì) 16 表 常見隧道門形式及適用條件表 基本形式 適用條件及特點(diǎn) 例 圖 端 墻 式 端墻式洞門俗稱一字式洞門，適用于自然山坡陡峻，洞口地形開闊，巖層較為堅(jiān)硬完整，山體壓力很小，開挖坡度 1:～ 1:?；茁袢肷疃葢?yīng)大于各種溝槽基底的埋置深度。 （ 8）洞門位置應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件，同時(shí)結(jié)合環(huán)境保護(hù)、洞外有關(guān)工程及施工條件、營(yíng)運(yùn)要求，通過(guò)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較確定。 ( 6 ) 隧道應(yīng)遵循“早進(jìn)洞、晚出洞”的原則，不得大挖大刷，確保邊坡及仰坡的穩(wěn)定。 （ 5）洞門結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足抗震要求。 （ 3）洞門墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固地基上，應(yīng)視地形及地質(zhì)條件，埋置足夠的深度，保證洞門的穩(wěn)定。 隧道洞門的構(gòu)造要求 （ 1） 洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離不宜小于 ，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 m ，洞門墻頂高出仰坡腳不小于 。 呂玉山：付家滴隧道設(shè)計(jì) 14 圖 隧道建筑限 界 R137隧道中線道路中線70085218R465R6503085185 圖 襯砌內(nèi)輪廓圖 250120700 7575502530隧道中線道路中線250120502530R137隧道中線道路中線70085218R465R6503085185二 O一三屆土木工程（巖土及地下工程方向）畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 第 5 章 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 隧道洞門設(shè)計(jì) 、隧道洞門的類型及適用條件 隧道洞門的形式很多，從構(gòu)造形式上大致可分為：端墻式、翼墻式、臺(tái)階式、柱式、削竹式、喇叭口式等。 根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定并結(jié)合本線情況，襯砌內(nèi)凈空采用三心圓曲墻式，內(nèi)凈空與建 筑限界之間的凈空還滿足設(shè)備安裝、通風(fēng)、裝飾及隧道施工誤差要求。如圖 所 示 表 隧道平面設(shè)計(jì)表 隧道名稱 起訖樁號(hào) 隧道長(zhǎng)度（ m ） 平面線形 付家滴 隧道 3407~9966 ?? KK 344 進(jìn)口和出口位于直線上，洞身位于三段 直 線和緩和曲線上 縱斷面設(shè)計(jì) 依據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（ JTG D70—2020），結(jié)合線路總體高程、隧道工程所處位置、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，以及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的通風(fēng)、排水問(wèn)題等綜合因素。 通過(guò)比較， 充分研究隧道所處地域的地形，地質(zhì)情況，隧道施工及兩端聯(lián)接既有公路的條件和投資等因素， 方案一為最優(yōu)方案 二 O一三屆土木工程（巖土及地下工程方向）畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 隧道平面設(shè)計(jì) 隧道平面線形總體上受兩端主線連接限制。 起訖樁號(hào)： 0867~8206 ?? KK ；隧道長(zhǎng) 254m ，起訖樁號(hào)：3 407~0 867 ?? KK 。 方案一的優(yōu)點(diǎn)是 近乎直線線性， 進(jìn)出口位于曲線上， 采用小半徑曲線較少， 并且與原公路線型結(jié)合較好，圍巖穩(wěn)定， ，機(jī)械通風(fēng)較好，維修養(yǎng)護(hù)較方便，投資較省，缺 點(diǎn)是 隧道較長(zhǎng)，開挖時(shí) 間較長(zhǎng) 。 呂玉山：付家滴隧道設(shè)計(jì) 12 第 4 章 隧道總體設(shè)計(jì) 選線方案比選 方案類別 比較項(xiàng)目 第一方案 第二方案 隧道長(zhǎng)度 (m ) 344 256 施工方法 難易程度 較易 較易 工期 較短 較短 養(yǎng)護(hù)維修工作量 少 少 優(yōu)點(diǎn) 隧道線形較好 進(jìn)出洞口線形較好 缺點(diǎn) 洞口施工難度稍大 隧道穿越地質(zhì)狀況復(fù)雜地帶； 工期較長(zhǎng) 方案一 ： 隧道長(zhǎng) 344m 。 （ 4）隧址區(qū)及其附近砂巖廣泛出露，巖質(zhì)性碎，可采碎石、條石。富水性較差，地下水貧乏。 （ 2）隧道進(jìn)出洞口開挖后邊坡可能產(chǎn)生掉塊落石等，應(yīng)加強(qiáng)預(yù)防護(hù)。構(gòu)造裂隙較發(fā)育。構(gòu)造裂隙較發(fā)育。 構(gòu)成 IV 級(jí)圍巖由于洞頂巖層厚度較薄，受風(fēng)化程度的影響 ，此類圍巖較破碎，成碎塊狀，拱部無(wú)支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生較大的坍塌，側(cè)壁有時(shí)失去穩(wěn)定。 構(gòu)成 II 級(jí)圍巖的地層巖性為砂巖，層間結(jié)合一般，地下水貧乏，拱部無(wú)支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生小坍塌，側(cè)壁基本穩(wěn)定。 圍巖分類及分布見表 。 表 巖石名稱 圍巖彈性波速 sm/ 圍巖類別 V V 2. 圍巖分類及分布 在巖石強(qiáng)度及完整性系數(shù)的基礎(chǔ)上，考慮圍巖特征、環(huán)境等因素進(jìn)行圍巖分類。 呂玉山：付家滴隧道設(shè)計(jì) 10 表 地層代號(hào) 巖石名稱 飽和抗壓強(qiáng)度 巖石等級(jí) 砂巖 ~ 硬質(zhì)巖 泥巖 ~ 軟質(zhì)巖 c ：圍巖彈性波速劃分隧道圍巖分類 本次工作中對(duì)洞身斷鉆孔進(jìn)行了聲波測(cè)井已獲得不同巖性，不同埋藏條件 下的彈性波速特征。 a ：巖石等級(jí)劃分 根據(jù)隧址區(qū)巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)資料，按巖石飽和抗壓強(qiáng)度將隧道圍巖確定為軟巖石（見表 ）。 1. 隧道圍巖劃分依據(jù) 隧道圍巖分類標(biāo)準(zhǔn)按照《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》 98064?JTJ 中附錄 G 隧道圍巖分類執(zhí)行。 ◆ 洞身段 付家滴隧道為巖質(zhì)隧道，隧道圍巖體地層為 侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組（ zJ1 ） 砂巖、泥巖，層理較發(fā)育，層間結(jié)合較差，弱分化帶言芯成短柱狀、柱狀，巖石強(qiáng) 度較高，巖質(zhì)硬。 ◆ 出洞口段 出洞 口位于斜坡的中部，樁號(hào)為 3407?K ，洞頂自然坡度約為 20? .洞口軸線與巖層走向正交，洞軸線與地形線斜交。 二 O一三屆土木工程（巖土及地下工程方向）畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 隧道主要工程地質(zhì)問(wèn)題評(píng)價(jià) ◆ 進(jìn)洞 口 段 付家滴 隧道進(jìn)洞口 位于原開巫路內(nèi)側(cè)，樁號(hào) 9966?K ，洞頂自然坡度 40 ?? 78~ ，進(jìn)洞口軸線與巖層走向斜交，洞軸線與地形線基本正交。 c 地下水腐蝕性分析 據(jù)水質(zhì)分析，水中 PH 值為 ～ ， Mg2+為 ～ ， HCO3為 ～， SO42為 ～ ， Cl為 ～ ，侵蝕性 CO2為 ～。根據(jù)地區(qū)工作經(jīng)驗(yàn)，洞內(nèi)弱風(fēng)化花崗巖一般呈淋濕狀態(tài)，有滲透水、滴水現(xiàn)象，斷裂帶偶有成股水流涌出，局部水量較大。由于隧道洞身主要受力區(qū)位于微、弱風(fēng)化花崗巖中，故洞內(nèi)地下水主要來(lái)自與隧道相交的構(gòu)造裂隙破碎帶，受構(gòu)造控制明顯。地下水類型為潛水，主要接受大氣降水的下滲及相鄰含水層的側(cè)向滲透補(bǔ)給，受地形、地貌影響變化較大，勘察期間測(cè)得各鉆孔混合水位標(biāo)高為 ~ 。根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘查規(guī)范》 98064?JTJ 附錄 D 環(huán)境水對(duì)砼腐蝕評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判定：地下水及地表水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。本次勘察對(duì)鉆孔進(jìn)行了抽水檢查試驗(yàn)，計(jì)算分析確定鉆孔 43ZK 滲透系數(shù)為 dm/ 。 基巖裂隙孔隙水主要賦存與砂巖裂隙中，富水性受地形地貌、裂隙發(fā)育程度影響明顯。 水文地質(zhì)條件 （ 1）地下水 型及富水性 隧址區(qū) 地下水類型 主要有松散巖類孔隙水和基巖裂隙孔隙水兩種類型。隧址區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，無(wú)斷層通過(guò)，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定。含少量砂質(zhì)。主要礦物成分為 巖屑石英等。