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设 计 摘 要
摘要：鹤山隧道为高速公路隧道，为绕城高速的重点工程。在本设计中洞门采用了削竹式洞门，以达到美观的要求。衬砌方面主要为复合式衬砌，洞口段采用明洞开挖，并进行超前支护及整体衬砌。隧道通风采用射流式纵向通风，并配置10组20台直径1120的风机，照明采用钠光灯照明。施工方面，采用全断面一次光面爆破，并进行科学施工管理。
关键词：复合式衬砌、通风、照明、全断面爆破
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Abstract
He shan tunnel as the expressway one. Which is the key project of expressway coiling the city. The design of cave passage adopts whittles the bamboostyle hole door, style in order to look pretty good. As to lining cutting, composite style is my choice lightly excavate is my way for the beginning of cave passage as well as entire lining cutting. Entilation in the tunnel is adopted in the efflux style machine direction way. In addition, 10 seriess of 20 air-blowers which dimeter are 1120mm. Natrium lighting is for lighting. When building it, it will be exploded all-around way and somooth surface will be left after exploding. In the course of practising the scitntific management will be a necessary step. Key words : Composite style lining cutting 、Ventilation、Lighting、Exploding in all-around way.
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目 录
摘要…………………………………………………………………… 1 1 概况 ???????????????????????? 2
1.1工程概况?????????????????????????? 2 1.2隧道设计依据???????????????????????? 2 1.3设计标准?????????????????????????? 2 1.4地形地貌、地质、地震情况?????????????????? 2 1.5水文、气象????????????????????????? 3 1.6交通情况?????????????????????????? 3 1.7水????????????????????????????? 4 1.8供电???????????????????????????? 4 1.9通信???????????????????????????? 4 1.10技术标准 ????????????????????????? 4
2 总体设计 ………………………………………………………… 5
2.1隧道位置选择???????????????????????? 5 2.2隧道线形设计???????????????????????? 5 2.3隧道横断面设计??????????????????????? 5 2.4洞口设计?????????????????????????? 7 2.5建筑材料?????????????????????????? 8
3 衬砌设计 ………………………………………………………… 10
3.1衬砌类型?????????????????????????? 10 3.2衬砌基本尺寸拟定?????????????????????? 10
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3.3衬砌内力计算???????????????????????? 10 3.4衬砌设计?????????????????????????? 19
4 隧道运营设施及其设计 ………………………………………… 30
4.1通风设计?????????????????????????? 30 4.2照明设计?????????????????????????? 42 4.3紧急停车带????????????????????????? 46 4.4人行、车行连通通道????????????????????? 47 4.5消防???????????????????????????? 48
5 隧道施工组织 …………………………………………………… 51
5.1场地布置?????????????????????????? 51 5.2施工方案比较???????????????????????? 51 5.3施工方案选择???????????????????????? 52 5.4隧道施工前的准备工作???????????????????? 52
6 隧道施工测量与监控测量 ……………………………………… 54
6.1隧道施工测量???????????????????????? 54 6.2施工监控量测???????????????????????? 56
7 隧道开挖施工 …………………………………………………… 62
7.1洞门???????????????????????????? 62 7.2明洞施工方案 ??????????????????????? 62 7.3爆破设计?????????????????????????? 63 7.4道路施工的除渣运输????????????????????? 71
8 隧道衬砌施工 …………………………………………………… 72
8.1隧道衬砌一般规定?????????????????????? 72
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8.2衬砌类型?????????????????????????? 72 8.3超前支护?????????????????????????? 73 8.4初期支护?????????????????????????? 74 8.5仰拱及二次衬砌??????????????????????? 80
9 隧道施工防排水 ………………………………………………… 83
9.1洞内施工排水???????????????????????? 83 9.2结构防排水????????????????????????? 83 9.3防排水施工????????????????????????? 84 9.4变截面地段防水处理????????????????????? 86 9.5富水地段防水处理?????????????????????? 87
10 隧道施工期间的通风…………………………………………… 88 11 洞内路面及其它附属…………………………………………… 91
11.1路面基层施工 ??????????????????????? 91 11.2附属工程 ????????????????????????? 91
12 设备、人员、材料、工期计划………………………………… 93 13 安全、保障措施………………………………………………… 97
13.1安全保证措施 ??????????????????????? 97 13.2质量保证措施 ??????????????????????? 98
14 环境保护措施……………………………………………………100 15 致谢………………………………………………………………102
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第一章 概况
1.1 工程概况 1.2 设计依据
本设计依据JTGD70－2004《公路隧道设计规范》，JTJ001－88《公路工程技术规范》，GBJ86－85《锚喷混凝土支护技术规范》，《公路隧道通风照明设计规范》等进行设计计算。 1.3 设计标准
全线按《公路工程技术标准》（JTGB01－2003）中规定段双向六车道高速公路标准建设，按设计车速100km/h。 1.4地形地貌、地质、地震情况
地质、地貌、地震情况见隧道设计资料。 1.5 交通情况
本段所在区域公路交通网很发达，现有交通均可用于筑路材料等运输，但部分道路建设标准较低，作为施工运输道路尚须与有关部门协商。 1.6 水
沿线山溪、小型水库、池塘等分布较多，可就近取水。大潮及旱季砼工程施工用水需检验合格方可使用。附近基本有自来水设备，可供应生活用水。 1.7 电
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沿线村庄密集，电力线、网分布齐全，施工时与有关部门协商后可就近利用。同时配备大型发电设备，以满足电力短缺时施工需要。 1.8 通讯
沿线村庄可引接通信线路。 1.9 技术标准
起讫桩号：左洞：ZK116+15+ZK116+505
右洞：ZK116+45+ZK116+535；
隧道全长：490m; 净高：5.0m； 净宽：14.25m； 洞门形式：削竹式洞门；
纵坡类型：单向坡 坡率：2.2%；无超高； 设计车速：100km/h； 设计交通量：5000辆/h。
2 总体设计
2.1 隧道选址：
鹤山隧道位置的选择满足《公路隧道设计规范》的要求。本隧道按分类属于短隧道，通常在确定线路时，要在多个路线方案中，根据地形图和各种资料进行技术、经济的比较之后，最后确定一条路线，线形对隧道很重要，一般隧道的平面线形以采用直线或大半径曲线为好。隧道位置选择在稳定的地层中，尽量避免穿越工程地质和水文地质极为复杂以及严重不良地段，当必须通过时，要有切实
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可靠的工程措施。在本隧道中，考虑到洞口出地形有些复杂，但隧道为短隧道，当设置平曲线时，隧道会车视距与停车视距很难满足要求，综合考虑，隧道采用直线形。
2.2 隧道纵断面设计：
隧道内的纵坡形式，根据《公路隧道设计规范》，可设置单面坡和人字坡两种。隧道内纵面线应考虑行车安全性，营运通风规模、施工作业效率和排水要求。隧道纵坡不应小于0。3%，一般情况下不应大于3%，当受地形等条件限制时，高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大，但不宜大于4%。当采用较大纵坡时，必须对行车安全性、通风设备和营运费用、施工效率的影响等做充分的技术、经济综合论证。
综合以上所述，本隧道属于短隧道，所以选择单向坡对运行通风、排水有利。但在施工中，由于水量较不均匀，在施工中充分考虑设计要求，以求达到更好的施工效率，设计隧道纵坡为2.2%。
2.3 隧道横断面设计 2.3.1 建筑限界
（1）隧道横断面设计主要是对隧道净空的设计。隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。隧道净空是根据“建筑限界”确定的。“限界”是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内的空间是保证车辆安全运行所必需的。是建筑物不得侵入的一种限界。
（2）公路隧道建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度及车道、人行道的净高。鹤山隧道建筑限界如图[2-1]所示。
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图2-1 公路隧道建筑限界（单位：mm）
图[2-1] 公路隧道建筑限界
图中：H——建筑限界高度，根据规范规定，高速公路、一般公路中取5.0m;
W——行车道宽度，取3×3.75m；
LL——左侧向宽度，0.50m; LR——右侧向宽度，1.0m; J——检修道宽度，0.75m; h——检修道高度，0.25m;
EL——建筑限界左顶角宽度，0.50m; ER——建筑限界右顶角宽度，1.0m; i——隧道路面横坡，为单面坡，且为2%.
（3）公路隧道横断面设计，除满足隧道建筑限界的要求外，还应考虑洞内路面排水检修、通风照明、消防、内装监控等设施的所需空间，还要考虑仰坡曲率的影响，并根据施工方法确定出安全经济合理的断面形式和尺寸。鹤山隧道断面布置可见大图：图I
隧道为短隧道，故不设紧急停车带。 2.4 洞口、洞门
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2.4.1 洞口
根据地形条件，结合防排水要求，以“早进洞，晚出洞”为原则确定洞口位置，由于三车道隧道跨度大，净空高，一般情况下成洞面处边坡及仰坡高度接近20m，为了保证边仰坡的稳定，尽量恢复洞口自然景观，洞口段均设一段明洞。 2.4.2 洞门
（1）机场段洞口地形较缓，地质条件差，经综合分析采用削竹式洞门，边仰坡1：1.5，用正六边形制混凝土空心块铺设，空心植草，明洞段边、仰坡采用土锚喷混凝土防护。洞门形式见图[2-3]
洞门
图[2-3] 削竹式洞门
（2）鹤山隧道采用明洞出洞，洞门上部无回填土石，荷载较小，且对洞门下部地基进行了土石置换，灰土回填夯实处理加固，地基承载力较好，故明洞洞门按照构造要求设计，不需进行洞门计算及验算。 2.5 建筑材料
根据《公路隧道设计规范》，所选取的建筑材料如下：
（1）明洞衬砌，钢筋混凝土二次衬砌及洞内沟管采用C25混凝土，素混凝土二次衬砌采用C20混凝土，初期支护采用C20喷射混凝土，仰拱回填采用C10
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混凝土。
（1）直径d<12mm的钢筋采用I级钢，直径d≥12mm的钢筋及锚杆采用II级钢；钢拱架采用20b号及18b号工字钢；注浆钢管及长管棚采用热轧无缝钢管。
（3）在III～IV类围岩地段采用ZW-II型药卷作为锚固剂，超前锚杆采用早强沙浆作为锚固剂。
（4）防水层选用≥400g/m2无纺布与1.2mm厚改性LDPE防水板复合而成。
3 隧道衬砌设计及计算
3.1 衬砌类型
鹤山隧道衬砌类型采用复合式衬砌。复合式衬砌是指外层锚喷作初期支护，内层用模筑混凝土作二次衬砌的永久结构，两层间可根据需要设置防水层。复合式衬砌可用于各种围岩。 3.2 衬砌基本尺寸拟定
隧道衬砌内轮廓的形状及尺寸的确定，应根据隧道建筑限界、结构受力条件、施工、营运等方面的要求全面考虑，力求经济合理。 3．3衬砌内力计算 3.3.1暗洞衬砌
鹤山隧道的围岩类别有II类、III类、IV类。根据《隧规》规定：隧道复合式衬砌可采用荷载结构法计算。Ⅰ至V类围岩中，复合式衬砌的初期支护主要按工程类比法设计，其中IV、V类围岩的支护参数通过计算确定，计算方法为地层结构法。I、II、III类围岩中的二次衬砌为安全储备，按构造要求设计； IV、V类围岩的二次衬砌为承载结构，可采用地层结构法计算内力和变形。
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1 荷载计算 （1）IV类围岩 A、判断隧道埋深类型
依据《公路隧道设计规范》规定浅埋和深埋隧道的分类，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。
浅埋和深埋隧道的分类按式[3-1]判定，
Hp?(2~2.5)hq 式[3-1] 式中：Hp——浅埋隧道分界深度，m；
hq——荷载等效高度，按式[3-2]计算：
hq?q? 式[3-2]
其中：?——围岩重度， kNm3；
q——深埋隧道的垂直均布压力， kNm2，按式[3-3]计算：
q=?h 式[3-3]
h——塌落拱高度，m，按式[3-4]计算；
h=0.45?2s-1? 式[3-4]
s——围岩类别；
?——宽度影响系数，??1?i(B?5)； B——隧道宽度，m；
i——B每增减1m时的围岩压力增减率，B>5 m时，取i=0.1. 则 hp?0.45?24?1??1?0.1?(14.25?5)?=6.93
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在矿山法施工条件下，IV类围岩取Hp?2.5hq，即Hp?2.5hq=17.325m 根据鹤山隧道工程地质横断面图，按式[3-5]、式[3-6]判断Ⅳ类围岩区的隧道最大埋深高度hMAX和最小埋深高度hMIN，
hMAX=h地面高程-h设计高程-h隧道净空高 式[3-5] hMIN=h地面高程-h设计高程-h隧道净空高 式[3-6]
然后，选取两者的平均值h来加以判断， 即h?hMIN?hMAX(28.67?24.60?8.45)?(59.20?24.638?8.45)== 10.866m 22则有：h〈hHp，该隧道在Ⅳ类围岩分布区段内为浅埋。 q〈B、围岩压力计算
依照《公路隧道设计规范》推荐的浅埋隧道荷载计算方法，隧道围岩压力采用式[3-7]进行计算，
q浅?Q浅H??H(1??tan?) 式[3-7] BtBt式中：?——隧道上覆围岩重度，??23 kNm3；
H——隧道埋深，坑顶至地面的距离，m；
Bt——坑道宽度，m；
?——滑动面的摩擦角，度，Ⅳ类围岩中??(0.7~0.9)?C； Q浅——作用在隧道顶部的总垂直压力；
q浅——作用在支护结构上的均布荷载，MPa； ?——侧压力系数,由式[3-8]计算；
??tan??tan?C 式[3-8]
tan??1?tan?(tan?C?tan?)?tan?Ctan??第 - 13 - 页 共 47 页
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其中tan?按式[3-9]计算，
（tan2?C+1）tan?Ctan??tan?C? 式[3-9]
tan?C?tan?其中：?——破裂面与水平面的夹角，度；
?C——围岩计算摩擦角，度，查表得?C?60?；
作用在支护结构两侧的水平侧压力分别按式[3-10]、式[3-11]计算，
e1??H? 式[3-10] e2??h? 式[3-11]
侧压力视为均布压力时按式[3-12]计算，
e?11(e1?e2)??(H?h)? 式[3-12] 22其中??23 kNm3,H=2.436 m, Bt=15.85m, ?C?60?,??0.8?C?48?。 （2）II类围岩、III类围岩
鹤山隧道II、III类围岩根据规范规定，按构造要求设计。 2 内力计算 （1）IV类围岩 A、建立近似结构模型
依据设计院的初步设计并结合隧道建筑结构形式的安全性验算结果以及建筑界限的要求，将Ⅳ类围岩分布区内隧道结构内力计算模型设置为曲墙式拱。
B、曲墙式衬砌内力计算
在曲墙式衬砌内力计算中，考虑围岩弹性抗力影响，采用抗力分布规律理论来进行暗洞衬砌内力计算，并采用下述假定，计算图如图[3-1]。
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φa
图 [3-1] 暗洞衬砌内力计算图
抗力区的上零点在拱顶两侧45°附近的a点（?a?45?），下零点在拱脚c点，最大抗力值发生在h点，h点的位置约在抗力区的
22高度处，即hc?ac，或者33在最大跨度附近。ah段抗力图形按二次抛物线分布，可利用式[3-13]进行计算,
cos3?a?cos2? 式[3-13] ???b22cos?a?cos?bhc段的抗力图形考虑边墙刚度较大，且外缘一般为直线形，本身弹性变形较小，
故假定其与高度成直线比例关系。
曲墙式衬砌作为墙脚弹性固定于围岩上，两侧受围岩约束的无铰尖拱来计算，其结构如图 [3-2]所示。由于墙底摩擦力较大，可略去水平位移影响，故墙底只考虑转角。
图 [3-2]墙底转角计算图
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