【正文】 b ——截面 寬度 ； d ——截面厚度； φ ——構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)，對于隧道襯砌，明洞拱圈及墻背緊密回填的明洞邊墻，可取 φ = 1 ，其他構(gòu)件見規(guī)范； α ——軸向力的偏心影響系數(shù)，可查規(guī)范或按 α = 1 ? e/d 求得； Ra——混凝土或石砌體的抗壓極限強(qiáng)度，取 。檢查是否滿足規(guī)范所要求的數(shù)值，即 K = NjxN ≥ Kgf 式中： Njx ——截面的極限承載能力； N ——截面的實(shí)際能力（或軸力） ； Kgf ——規(guī)范規(guī)定安全系數(shù) 。 襯砌內(nèi)力及位移 27 圖 55 荷載作用下的 軸力圖 圖 56 荷載作用下的剪力圖 28 圖 57 荷載作用下的彎矩圖 圖 58 荷載作用下的位移圖 隧道主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)算 為保證襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的安全性，需進(jìn)行強(qiáng)度檢查。 配筋和配筋率 計(jì)算 結(jié)點(diǎn)總數(shù) 64 個(gè)，計(jì)算結(jié)果見下表 54。彎矩最大的結(jié)點(diǎn) 45，軸力 ，剪力 ，彎矩 ，位移。 結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析與計(jì)算 內(nèi)力與位移計(jì)算 結(jié)點(diǎn)總數(shù) 64 個(gè)，計(jì)算結(jié)果見下表 53。 r1 = r2 = r3 = r4 = θ1 = θ2 = θ3 = θ4 = 圖 53 三心圓曲墻拱數(shù)據(jù)輸入 （ 4）接著打開公路隧道設(shè)計(jì)向?qū)?，點(diǎn)擊荷載計(jì)算，接著繼續(xù)打開公路隧道設(shè)計(jì)向?qū)?，點(diǎn)擊添加材料，見圖 54 所示。 圖 51 一般公路隧道技術(shù)指標(biāo)輸入 （ 2）點(diǎn)擊生成隧道建筑限界圖， 接著點(diǎn)擊公路隧道設(shè)計(jì)向?qū)?，選中確定隧道襯砌橫斷面 ，點(diǎn)擊曲墻拱隧道，選擇三心圓法 ，具體見圖 52。 20 軟件使用說明 （ 1）打開同濟(jì)曙光公路隧道軟件，點(diǎn)擊公路隧道設(shè)計(jì)向?qū)?，出現(xiàn)公路分類對話框，將一般公路勾選 上。包含了多種荷載計(jì)算方式以及荷載分擔(dān)比例。? 60176。 表 52 隧道埋深參數(shù)值 圍巖類別 kN/m3 B(m) i ω q(kN m2? ) hq Hp(m) Ⅲ 25 Ⅳ 23 Ⅴ 20 綜合以上的計(jì)算， V 類圍巖在里程 K2+925~K3+10 和 K3+475~K3+580段最大埋深 ，隧道 V 類圍巖屬于淺埋隧道 ； IV類圍巖 在里程 K3+10~K 3+120 和 K3+350~K3+475 段最大埋深 ，隧道 IV類圍巖屬于深埋隧道 ；19 III 類圍巖在里程 K3+120~K3+350 段最大埋深 ，隧道 III 類圍巖屬于深埋隧道 。 隧道深埋和淺埋的分界，按荷載等效高度，并結(jié)合地質(zhì)條件、施工方法等因素綜合判斷。? φ2) 式中 : e ——側(cè)向壓力 18 γ ——圍巖容重 H ——隧道埋深 Hi——隧道高度 φ ——圍巖計(jì)算摩擦角 ， Ⅲ 級圍巖取 60176。 (2)不產(chǎn)生顯著偏壓及膨脹力的一般圍巖。 水平均布壓力按表 51 的規(guī)定確定 [10]。 圍巖的彈性抗力系數(shù)K = 106kN/m3，襯砌材料為 C25 混凝土，彈性模量為 Eh = 107kPa，容重 γ = 23kN/m3。其中龍頭嶺隧道兩車道曲墻式三心圓隧道內(nèi)輪廓如圖 43。在龍頭嶺隧道中， 由于隧道區(qū)巖石等級主要為 III、 IV、 V 類圍巖，圍巖等級較差。隧道道路路面橫坡取 %。 表 41 公路隧道建筑限界橫斷面組成最小寬度 （ m） 公路等級 設(shè)計(jì)速 度 Km/h 車 道 寬 度 w 側(cè)向?qū)?L 余 寬 C C 人行道 R 檢修道 J 隧道建筑限界凈寬 左側(cè) L1 右側(cè) L2 左側(cè) 右側(cè) 設(shè)檢 修 道 設(shè)人行 道 L2EEHWL1RdC15 續(xù) 表 41 一級公路 80 2 60 2 二級公路 80 2 60 2 龍頭嶺 公路隧道的建筑限界 由以上條件可確定 龍頭嶺 公路隧道的建筑限界，詳見圖 42。 （ 4） 當(dāng)路面采用單面坡，建筑限界底邊線應(yīng)與路面重合。 （ 2） 當(dāng)設(shè)置檢修道或人行道時(shí)，不設(shè)余寬。 14 圖 41 公路隧道建筑限界示意圖（單位： m） 注： H—建筑限界高度； L1—左側(cè)向?qū)挾龋?L2—右側(cè)向?qū)挾龋?c—余寬； R—人行道寬度； d—人行道的高度，按 20~80cm 取值； E—建筑限 界 頂角寬度，當(dāng) L ≤ 1m 時(shí)， E= L，當(dāng) L ≥ 1m時(shí) ， E = 1m。 主要設(shè)計(jì)步驟 襯砌斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大致可分為以下四個(gè)步驟： （ 1） 確定隧道類型，選定相應(yīng)建筑限界； （ 2） 根據(jù)圍巖類別初步擬定截面形狀和厚度； （ 3） 編制計(jì)算機(jī)程序，對擬定的各種襯砌斷面方案分別進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算比較，得出它們 面積 最小時(shí)所對應(yīng)的斷面幾何參數(shù)； （ 4）應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析程序，對得出的 襯砌結(jié)構(gòu)斷面最優(yōu)解進(jìn)行力學(xué)檢算，并對有關(guān)結(jié)果做出評價(jià)。但其形狀又不能如限界般曲折，要平順圓滑，以使結(jié)構(gòu)在受力及圍巖穩(wěn)定方面均處于有利條件。 （ 3） 從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)出發(fā)，內(nèi)輪廓線應(yīng)盡量減小 洞 室的體積，即使土石開挖量與圬工砌筑量為最省。還應(yīng)考慮洞內(nèi)排水、通風(fēng)、照明、監(jiān)控、營運(yùn)管理等附屬設(shè)施所需要的空間，并考慮土壓影響、施工等必要的富余量，使確定的斷面形式及尺寸，達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、合理。 12 表 31 豎曲線最小半徑和最小長度 （ m） 龍頭 嶺 公路隧道縱坡 根據(jù)隧道所在公路的總體高程要求及地質(zhì)條件等綜合情況， 龍頭嶺 公路隧道采用單坡隧道，采用縱坡為 %。 2．縱坡要求 隧道內(nèi)的縱坡變換不益過大、過頻，以保證行車安全視距和舒適性。高位洞口不利，因其是向下坡方向掘進(jìn)，出碴、排水不便車輛排除廢氣多。 隧道縱坡形式有：單坡和人字坡 ，如圖 31 所示。 隧道縱斷面設(shè)計(jì)的一般規(guī)定 隧道內(nèi)縱斷面線形應(yīng)考慮行車安全性，運(yùn)營通風(fēng)規(guī)模，施工作業(yè)效率和排水要求，《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（ JTG D70 —2021）得 隧道縱坡不小于 %一般情況不應(yīng)大于 3%；受地形等條件限制時(shí)，高速公路、一級公路的中短隧道可適當(dāng)加大，但不宜大于 4%；短于 100m 的隧道縱坡可該公路隧道外路線的指標(biāo)相同。 隧道縱斷面設(shè)計(jì) 隧道縱斷面是隧道中心線展直后在垂直面上的投影。隧道洞口 不宜設(shè)在滑坡、坍塌、巖堆、危巖落石、泥石流等不良地質(zhì)及排水困難的溝谷低洼處或不穩(wěn)定的懸崖陡壁下，應(yīng)遵循 “早進(jìn)晚出 ”的原則，合理選定洞口位置，避免在洞口行成高邊坡和高仰坡 [9]。所以隧道線路的設(shè)計(jì)中，洞口位置的選擇是一項(xiàng)重要的工作。 隧道洞口選擇 隧道位置選定后，隧道長度由它的兩端洞口位置確定，洞口是隧道的咽喉，隧道洞口位置的選擇是隧道勘測的重要環(huán)節(jié)之一，洞口位置的好壞，將直接影響隧道施工、造價(jià)、工期和運(yùn)營安全。隧道對應(yīng)的公路等級為一級，原則上應(yīng)服 從線路的基本走向，路、隧、橋綜合考慮 [8]。曲線隧道的維修養(yǎng)護(hù)工作條件不如直線隧道，而反向曲線隧道的條件比曲線隧道的更差。因?yàn)槎瓷韽澢?，洞壁對汽車的阻力大，使通風(fēng)條件變差。也增加了襯砌的圬工量。線路順直，則距離短，行車速度快，在隧道內(nèi)，就更是這樣。 10 第 3 章 隧道平面、縱斷面設(shè)計(jì) 隧道平面設(shè)計(jì) 隧道內(nèi)的路中心線是整個(gè)線路中心線的一個(gè)區(qū)段 ,設(shè)計(jì)時(shí)，首先滿足整個(gè)線路的各種技術(shù)指標(biāo)，而隧道 內(nèi)的環(huán)境比露天要差，無論汽車運(yùn)營還是維修養(yǎng)護(hù)，都處于不利條件下，所以 在設(shè)計(jì)隧道內(nèi)的線路時(shí)，除遵照露天線路所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)以外，為了適應(yīng)隧道的特點(diǎn)還要附加一些技術(shù)要求。 通過以上比較，我們可以看出方案 1 更為合理，線性順暢行車舒適，工程造價(jià)相對較低，對環(huán)境保護(hù)較好，有對區(qū)域經(jīng)濟(jì)有很好的促進(jìn)作用。方案 2隧道工程量最少但路線總工程量較大，拆遷費(fèi)用少。 ，方案 1 較環(huán)保，無論是對山體植被的保護(hù)還是對野生動(dòng)物的保護(hù)都較好。方案 3 對串聯(lián)起各個(gè)村莊，對經(jīng)濟(jì)促進(jìn)效果較好當(dāng) 由于拆遷問題引起的工期、造價(jià)增長較不便。但其由于開挖面多，進(jìn)度較快。施工難度小， 橋涵數(shù)量多，前期資金投入大， 該段 易發(fā)生泥石流等自然災(zāi)害。施工難度小，后期運(yùn)營管理費(fèi)用較低， 工程病害較少。 短隧道群很大一部分處于淺埋區(qū)段，施工中易受地表水影響發(fā)生垮塌，工程病害較多 1 路線 距離 適 中 ，只有一條 中 隧道，地形起伏 一般 ，路行車舒適性 好 。 9 續(xù) 表 21 工程病害 采用 中 隧道方案，對原有山體的破壞較少，工程病害較少。 填挖方量較小，對原有生態(tài)環(huán)境的破壞較小。 除 一座隧 道較 長外，短隧道群各自的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用均較低，但需要較多的人力在各處隧道布置。 營運(yùn)及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用 最長隧道長 655 米，營運(yùn)及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較低。 線路適短，隧道群洞口較多便于施工，圍巖等級多為 Ⅳ 、 Ⅴ級，淺埋區(qū)段長度較大，施工難度大。 線路較 長 ，隧道經(jīng)過部分淺埋區(qū)段施工難度較大，進(jìn)入隧道前的引道修筑會(huì)影響隧道進(jìn)度。 施工難度 線路較中 ，除隧道外展線 不 需要克服較大高程，挖填方 小 ，洞口少，施工工期 適中 。 線 路 總 長 52021米 。 線路總長 58700 米，其中隧道 509m，隧道圍巖等級 Ⅳ 、 Ⅴ 級為主，部分隧道路段深埋或淺埋。 工程數(shù)量 線路總長 53900 米，其中隧道 655 米，隧道圍巖等級為 Ⅲ 、 Ⅳ 、 Ⅴ級。圓曲線較少，行車舒適。 表 21 方案比選 項(xiàng)目 線路 1 線路 2 線路 3 8 續(xù)表 21 線性指標(biāo) 線路總長為 53900米，其中 中 隧道有 1座，總長 655 米，整條線路有 3 處設(shè)置圓曲線，曲率半徑較大，行車舒適。 現(xiàn)在從線性指標(biāo)、工程數(shù)量、施工難度、隧道功能、營運(yùn)及養(yǎng)護(hù)費(fèi)用、環(huán)境保護(hù)、 工程病害 等方面 進(jìn)行相互 比較， 最終 確定推薦方案。 方案三：隧道群方案，從起點(diǎn)到終點(diǎn)將沿途的 苦竹溪 、 溝村 幾個(gè)河溝均連接起來，路線線性較好但經(jīng)過淺埋區(qū)段和村莊較多，對施工難度和工程造價(jià)有一定影響。 方案二：繞線結(jié)合橋隧方案，從起點(diǎn)架橋到達(dá)隧址，路線途經(jīng) 苦竹溪 將中 隧道分為 2 座隧道。根據(jù)地形特征和地質(zhì)情況，沿 宏村 和 苦竹溪向各自上游展線，然后用一座中 隧道 克 服地形障礙連接兩 處 。通過勘察設(shè)計(jì)已確定出三種方案。 進(jìn)行方案比選是要參考以上幾條原則綜合進(jìn)行。盡可能避過不良地質(zhì)段如斷層、泥石流、崩塌等。若不能繞避而必須通過時(shí)，應(yīng)減短其穿越的長度，采取可靠的工程處理措施，以確保隧道施工及營運(yùn)的安全。隧道位置應(yīng)選擇在巖性較好、穩(wěn)定的地層中，將對施工和營運(yùn)有利，亦可節(jié)約投資。因此條文規(guī)定當(dāng)路線以隧道通過時(shí)，路線宜向山側(cè)內(nèi)移。河谷路線沿河傍山地段，常因地形、地質(zhì)復(fù)雜等原因而采用隧道通過。 地形條件 選擇越嶺隧道位置時(shí)，除應(yīng)進(jìn)行大面積的方案研究外，還要對可能穿越的埡口，要以不同的坡度，不同的進(jìn)出口標(biāo)高和不同的展線方式作出各種越嶺隧道方案，進(jìn)行同等研究。此區(qū)段內(nèi)白陽岔附近地質(zhì)情況較差，應(yīng)盡量避過。 性質(zhì)與運(yùn)量的影響 宏村是一個(gè)生態(tài)旅游區(qū) ，在選線時(shí)路線盡量進(jìn)過此處或者離此處較近。 此段道路就要考慮 宏村 和 苦竹溪 幾個(gè)有較大村落分布地段點(diǎn)后綜合選擇。 決定線路方向的主要因素 此區(qū)段道路地形起伏較大，山脈高大陡峭，可以選擇沿河谷展線到適當(dāng)隧址后隧道穿越地形障礙。此區(qū)段道路途經(jīng) 山 嶺 地 區(qū)，有較多的野生動(dòng)植物生長，要考慮其生存環(huán)境的影響。 本區(qū)段道路從 青陽縣 到 黃山市 ，沿途可能 經(jīng)過 的村莊有 宏村 、 苦竹溪 。 選線原則 公路隧道線路的選擇必須結(jié)合地形、地質(zhì)條件對諸多因素綜合研究、全面分析，以便選定既節(jié)省工程量又利于運(yùn)營的方案。區(qū)內(nèi)降水量充沛，植被不甚發(fā)育，山高坡較陡，溝谷深切，地表徑流暢通，降水量又相對集中。斷層性質(zhì)以壓扭性、壓性、扭性為主，個(gè)別為張性、張扭 性，斷層多期活動(dòng)的特點(diǎn)，早期以壓性、壓扭性、扭性為主，且規(guī)模較大，晚期以張性為主，規(guī)模小。砂巖雖堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，力學(xué)性質(zhì)較高，整體完整性較好，但其出露寬度窄，泥巖受構(gòu)造變形大，巖石軟弱不完整，抗風(fēng)化能力弱，其工程地質(zhì)條件差。 綜上所述，此地區(qū)巖土工程地質(zhì)性