隧道洞门及衬砌设计 精品
盾构隧道洞门施工方案5
盾构隧道洞门施工方案洞门结构采用强度为C35、抗渗等级为P10，掺合成纤维的抗裂混凝土。
根据施工总体进度安排，洞门工程在相应的盾构区间掘进完成后施工。
采用人工拆除盾构始发、到达防水装置，安设洞门防水设施，人工绑扎、电焊焊接，人工立设洞门钢模，泵送商品砼灌注洞门砼。
1.1.1.1洞门预埋钢环的制作与安装（1）洞门预埋钢环的制作为了在盾构始发和达到时能够安装帘布橡胶板，以保证盾构的安全始发和顺利到达，需要在洞门处安装预埋钢环。
预埋件的制作需要注意以下几点：①根据实际施工情况及时采购材料和制作预埋件，满足工期的要求。
②选择符合设计要求的钢板和其它材料，保证其使用性。
③安排熟练的技术工人进行板材的切割、钻孔和焊接，保证加工质量。
④对钢环进行合理的分块制作，方便运输和在狭小的空间里进行安装。
⑤制作完成后进行尺寸检查，使之完全满足设计的要求。
（2）洞门钢环的安装洞门钢环的预埋与端头墙的钢筋绑扎一起进行，在安装过程中需要注意钢环的位置，以保证盾构的顺利始发和到达。
预埋件的安装需要注意以下几点：①根据结构施作的进度情况，及时运输钢环到施工现场。
安装时要做好同其它承包商的协调工作。
②做好测量工作，把误差控制在允许的范围内。
③做好钢环连接筋与端墙主筋的焊接，保证钢环与结构一体。
④焊接完成之后，对钢环进行支撑，防止在浇注混凝土时钢环跑偏。
⑤混凝土进行浇筑之前，封堵预留螺栓孔，为盾构始发和到达时顺利安装帘布橡胶板提供便利。
1.1.1.2洞门结构施工洞门衬砌施工前先要进行洞口压注水泥浆处理、拆除洞口环管片，按设计铺设防水层，安装缓膨型遇水膨胀止水条，绑扎钢筋，确保洞门钢筋与端墙结构连接牢固，立好模后浇筑混凝土。
洞门施工完成后，向洞门管片背衬补压浆以提高洞门防水性能。
（1）零环管片拆除洞门施工之前，首先对进洞口3环管片进行处理，从衬砌压浆孔内注入双液水泥浆，待其固结后再将洞口临时密封（折页式压板、帘布橡胶板等）拆除干净，利用专用工具进行洞门环的拆除，先拆一块邻接块，然后再自上而下依次拆除。
隧洞的衬砌设计案例
隧洞的衬砌设计一、衬砌的类型选择由于本隧洞内水压力较大，故采用双筋砼衬砌。
材料的物理力学指标如下：Ⅰ级钢筋：MPa GPa Eg MPa Rg g 150][;21;2400===σC 20砼：GPa E MPa MPa R m KN n h a h 26,2.2][,11;/25167.03=====σγμ； 岩石：GPa E cm kg K f m KN 10;/100;7;/25303====γ按Ⅲ级建筑物查规范，在正常情况下，安全系数为；检修情况下安全系数为。
二、计算断面的选择在实际工程中，为了达到经济、安全的目的，在不同段，一般采用不同的衬砌形式，且用分缝相结合，故在不同段要分别取断面进行衬砌计算，本次设计只取洞身进口断面进行计算，其它断面的衬砌按已建工程拟定。
三、拟定衬砌厚度采用式（4-10）,式中：m i 75.125.3==γ;—砼允许拉应力(M)；从绘制的水头线查得；MPa h 11.0=ωγ00)21)(1(01.0)1(01.0K Eh K Eh A μμμ-+++-=cm h 0.2111.02.211.02.2927.075.1=--+⨯⨯=∴30cm30cm205cm190cm 3。
岩石压力拱高h 为：m f H h 29.0705.2===γ； 重直山岩压力强度q 为：q =γh =25×=m ；由山岩压力产生的M 和N 采用公式（4-14）：∴M =(0.921A +B +26.43C )，N =+E +26.43F ) 系数A 、B 、C 、D 、E 、F 由表查得，M 、N 计算结果如下表1。
表12) 考虑外水压力，岩石重度γ=16KN/m 3。
垂直山岩压力强度q =γh =m计算公式与上同，其它量不变，则M =(0.921A +B +26.43C )，N =(0.921A +B +26.43C ) M 、N 计算结果如表2。
表2(2) 衬砌自重产生的弯矩和轴向力采用式 4-15，得M =(A 1+，N =(C 1+系数A 1、B 1、C 1、D 1由表查得，M 、N 计算结果如下表3。
二、隧道洞门及衬砌设计
《地下工程》课程设计报告二设计题目：隧道洞门及衬砌设计院系：河海学院专业：地质工程年级：2011 级班姓名：指导教师：翁其能重庆交通大学河海学院2014年6月25 日说明：本次《地下工程》课程设计任务书，依据重庆交通大学的课程设计有关要求、地质工程专业的课程设计指导办法编制，主要用于河海学院学院地质工程专业《地下工程》课程设计的任务安排，是地质工程专业学生完成课程设计的依据文件之一。
进行《地下工程》课程设计的学生应认真阅读、理解本设计任务书，完成本任务书所要求的课程设计任务。
本次《地下工程》课程设计任务书按照有关要求包括以下二个部分。
第一部分：课程设计的目的、内容、任务与工作准备第二部分：课程设计成果及要求第一部分课程设计的目的、内容、任务与工作准备一、课程设计的题目及意义本次课程设计为《地下工程》课程设计。
课程设计的题目为：隧道洞门及衬砌设计。
课程设计的意义：结合学生课堂学习内容，根据地下工程的实际要求，加深对所学知识的认识，提高应用所学知识解决实际问题的能力。
二、课程设计的目的本次课程设计要通过资料收集、方案选择、结构受力分析、结构设计等过程，达到加深对《地下工程》所学知识认识的目的，并对《地下工程》所学的知识进行总结和应用，学会理论联系实际，解决实际问题的能力。
并通过课程设计环节，锻炼实际工作能力。
三、课程设计的内容本次课程设计包括两个方面内容——隧道洞身的设计和隧道洞门的设计。
课程设计内容应具备：隧道横断面设计，隧道衬砌的设计，隧道洞室防排水设计，隧道开挖及防排水方案，洞门的相关设计，相关图纸。
四、课程设计的任务1.通过资料收集、整理，确定所选项目的设计依据、工程概况等。
2.洞身包括衬砌的计算。
3.洞门计算和验算。
4.提交课程设计成果。
五、课程设计的工作准备1．按照本任务书制定课程设计的工作计划, 依据本设计任务书对时间进行有效安排。
2. 为课程设计工作进行准备，比如提前安排好电脑的使用、网络的使用、调查计划的执行、图书资料的查阅等。
隧道洞门结构-明洞结构
较大，以抵抗山
体的侧向压力。
当基岩层完整，
坡面较陡，地下
水不大，采用重
力式内墙开挖量
较大时，可采用
钢筋混凝土锚杆
式内墙。
64
2.5.3 棚式明洞
3.棚室明洞的类型
(2)刚架式 ◆适用条件：当地形狭 窄，山坡较陡，基岩埋置 较深而上部地基稳定性差 时，为了使基础置于基岩 上且减小基础工程，可采 用刚架架式外墙，有时也 可采用长腿式明洞。
(1)因是在露天施工的，可以采用钢筋混凝土作拱圈。 外边墙体积大时，可以用素混凝土或石料。
(2)明洞顶上回填土是为了缓冲落石对衬砌的冲击而设 的，一般不应小于1.5m。在填土面上应留有不小于1:1.5 的流水坡。
(3)填土的上面及拱顶上方都要做一层粘土隔水层，以 防水渗入。
57
2.5.2 拱式明洞
5
2.4.1 隧道洞门的含义和作用
2.洞门的作用
（3）引离地表流水 地表流水往往汇集在洞口，如不予以排除，将会浸及线 路，妨碍行车安全。修建洞门，可以把流水引入侧沟，保证 了洞口的正常干燥状态。 （4）装饰洞口 洞口是隧道唯一的外露部分，是隧道正面的外观。修建 洞门也可以算是一种装饰。在城市附近的隧道，尤其应当配 合城市的美化，予以艺术处理。
《隧 道 工 程》
第 2 章 隧道主体建筑结构
第2讲
中南大学隧道与地下工程系
1
第 2 章 隧道主体建筑结构
2.1 隧道限界与净空 2.2 隧道衬砌断面设计 2.3 隧道洞身支护结构 2.4 隧道洞门结构 2.5 隧道明洞结构
2
2.4 隧道洞门结构
本节主要内容（重点）： ➢隧道洞门的含义和作用 ➢隧道洞门的结构类型 ➢不同类型隧道洞门的结构特征
隧道洞门设计 精品共39页
隧道洞门设计 精品
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。 Nhomakorabea•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
隧道洞门与洞门结构
- 偏压斜墙式拱形明洞
• 适用于地形倾斜，低侧处路堑外侧有较宽敞的地面供回填土石，以增
加明洞抵抗侧向压力的能力。
• 承受偏压荷载，拱圈为等截面，内侧边墙为等厚直墙式，外侧边墙不
等厚斜墙式。
- 半路堑单压式拱形明洞
• 受单侧的压力，结构内轮廓与隧道一致，左右对称，结构截面左右不
同，内侧边墙为等厚直墙，外墙需要相对地加大，而且必须把基础放在 稳固的基岩上
---洞门结构的构造
- 拱形明洞门
- 拱形明洞门可分为路堑式和半路堑式两类。路堑式明洞门有端墙式 （常用柱式）和翼墙式两种，与一般隧道门形式相类似
柱式拱形明洞门路堑式
翼墙式拱形明洞门路堑式
隧道洞门与洞门结构
---洞门结构的构造
- 半路堑式明洞门多用于傍山线路，其山侧与原地层相接，为了适应 傍山、横向地面坡陡的地形，一般也多以台阶形式加高端墙，并在山 侧设置挡墙支挡边坡，降低开挖高度，
• 当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响
范围以内时，隧道洞口标高应在洪水位以上，并加上 波浪的高度，以防洪水倒灌到隧道中去
隧道洞门与洞门结构
----隧道洞口位置的选定
•为了保证洞口的稳定和安全，边坡及仰坡均不宜开挖过高，不
使山体扰动太甚，也不使新开出的暴露面太大。一般情况下，设
计各类围岩中隧道洞口上方的仰坡和路堑的边坡控制高度和坡度 可参考下表
---明洞的构造
- 棚洞：当山坡的坍方、落石数量
较少，山体侧向压力不大，或因受地质、 地形限制，难以修建拱式明洞时可采用 棚式明洞。
棚式明洞常见的结构形式有盖 板式、刚架式和悬臂式三种。
- 盖板式棚洞
•盖板式棚洞是由内墙、外墙及
隧洞衬砌_精品文档
隧洞衬砌隧洞衬砌是在隧道工程中，为了加固洞身、防止地层塌方和涌水，保持隧道的稳定性和安全性而进行的一项重要工作。
隧洞衬砌的设计和施工涉及到材料的选择、结构的设计等多个方面，并且对建筑工程的质量和效率都有很大的影响。
本文将针对隧洞衬砌的概念、种类、材料以及施工方法等方面进行详细介绍。
一、隧洞衬砌的概念隧洞衬砌是为了改善岩石及其他地层的力学性质和保证隧道工程的安全而进行的工作。
在隧道开挖的过程中，地层会因受到人为工程开挖的破坏而不稳定，进而导致岩爆、滑坡、塌方等事故。
因此，为了确保隧道在使用过程中的安全和可靠性，就需要对洞身进行衬砌加固。
二、隧洞衬砌的种类1. 钢拱衬砌：使用钢材制作的拱形结构，可以提供较好的承载能力和稳定性，适用于较大跨度和高变形的隧道。
2. 混凝土衬砌：使用混凝土作为衬砌材料，具有强度高、稳定性好等特点，在一般情况下使用较为广泛。
3. 人字拱衬砌：主要用于较小直径的隧道，通过将拱形改为倒人字形，可以提高衬砌的稳定性和承载能力。
4. 喷射混凝土衬砌：将混凝土通过高压泵喷射到隧道壁上形成衬砌，适用于快速衬砌和较小规模的隧道。
三、隧洞衬砌的材料1. 钢材：使用高强度钢材可以提供更好的承载能力和稳定性。
2. 混凝土：使用强度高、耐久性好的混凝土可以确保衬砌结构的稳定和持久。
3. 聚合物材料：可以通过在衬砌中添加聚合物材料来提高其抗渗透性和防腐蚀性，增强衬砌的使用寿命。
4. 岩石锚杆：通过在衬砌结构中嵌入岩石锚杆，可以提高衬砌的抗拆裂能力和稳定性。
四、隧洞衬砌的施工方法1. 钢拱衬砌的施工：首先根据设计要求进行钢拱的制作，然后进行定位和安装，最后与其他部位进行连接和固定。
2. 混凝土衬砌的施工：首先在洞身的表面进行清理和处理，然后根据设计要求进行模板制作和安装，接着进行混凝土浇筑，最后进行养护和检验。
3. 人字拱衬砌的施工：与混凝土衬砌类似，但需要按照倒人字拱的形式进行模板制作和混凝土浇筑。
隧道洞门和衬砌的隧道工程课程设计计算书
隧道路面采用双面坡，路面水通过开口流入缝隙管，缝隙管设在两侧，洞内缝隙管主要排放消防及清洗水，使衬砌背后围岩水与污染水分离排放。隧道中央排水管设置了沉砂井、检查井，边墙脚纵向排水管设置了检查井，使隧道排水设施具有了可维修性。
隧道如遇涌水地段，应对于可能发生涌水的地段采用堵水处理，根据国内外堵水经验和隧道的具体情况，再采用超前探水等物理勘探手段，查明隧道前方地下水分布状况及水量后，适时采取预注浆，将大量水尽可能封堵在围岩内，使隧道开挖后不出现大量涌水，为隧道后续施工创造条件，以确保隧道施工能安全、按时完成。
3.1隧道洞内防排水
隧道防排水设计以复合式结构衬砌原则进行设计，隧道二次衬砌以自防水为主，衬砌采用防水混凝土。根据隧道围岩裂隙水的大小采取不同的防排水措施，主要防排水措施为：在初期支护与二次衬砌之间设置PVC防水板（2mmEVA防水板+300g/㎡无纺土工布）防水，并实现无钉铺设；并采用半圆排水管、EVA排水管等形成完善的防排水系统。
Ⅲ级围岩采用短台阶新奥法施工，台阶长度5米。台阶上部钻眼深度1.7m，光面爆破，每次进尺1.5米，台阶下部钻眼1.7m光面爆破，每次进尺1.5米。开挖过程中，初期支护紧跟工作面，尽快完成支护体系。
爆破设计当循环进尺在2.0m以内时采用二级斜眼复合楔形掏槽，当循环进尺大于2.0m时采用直眼掏槽。隧道边墙及拱部均按“光面爆破”设计，爆破后不得有欠挖，线性超挖控制在15cm以内。
第四章隧道衬砌设计
第四章隧道衬砌设计4.1围岩划分隧道围岩级别划分主要依据岩体弹性波速度、岩样饱和极限抗压强度、岩石质量指标，并结合围岩分化程度、完整性、坚硬程度、节理发育程度、断层及地下水影响程度等进行综合分类。
依据实际资料在确定隧道围岩级别时，制定以下原则：（1）以交通部行业标准《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）提供数据为围岩级别划分标准。
（2）遇断层破碎带，围岩级别较同类岩石降低1～2等级，影响带推至洞底以上40～80米与断层交界处。
（3）为便于隧道施工，按隧道开挖过程中可能遇到的地层和构造情况分段划分评价。
（4）未有钻孔控制段，参照勘测区同类岩石已有资料进行类比分级。
4.2支护形式的选择及参数确定由于本隧道为高速公路隧道，根据规范可知本隧道应采用复合式衬砌，即由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式，其中初期支护采用锚喷支护二次衬砌采用模铸混凝土衬砌。
同时衬砌设计参数以工程类比法并结合计算分析确定，断面型式采用等截面三心圆，对于Ⅲ级围岩采用无仰拱衬砌，对于Ⅳ、Ⅴ级围岩均采用带仰拱衬砌。
4.2.1初期支护布置如下：Ⅲ级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。
系统锚杆采用普通水泥砂浆锚杆，直径为22mm，长度为2.0m，采用梅花形布置，环、纵向间距为1.0m。
钢筋网矩形布置，间距25cm，采用直径6.5的钢筋。
Ⅲ级围岩喷射混凝土采用C20混凝土，厚度为10cm。
Ⅳ级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱架支撑配合喷射混凝土形成整体。
系统锚杆采用中空注浆锚杆,直径为25mm,长度为2.5m，采用梅花形布置，环、纵向间距为1.0m。
钢拱架型号为I16，间距为1.0m。
钢筋网矩形布置，间距25cm，采用直径6.5的钢筋。
Ⅳ级围岩喷射混凝土采用C30混凝土，厚度为15cm。
Ⅴ级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱架支撑配合喷射混凝土形成整体。
系统锚杆采用中空注浆锚杆,直径为25mm，长度为3.0m，采用梅花形布置，环、纵向间距为1.0m。
隧道洞门设计
环框式洞门
❖ 当洞口岩层坚硬、 整体性好（I级围 岩）、节理不发 育，路堑开挖后 仰坡极为稳定， 并且没有较大的 排水要求时采用
削竹式洞门
❖ 当洞口为松软的堆积层时，通常应避免大刷 坡、边坡，一般宜采用接长明洞，恢复原地 形地貌的办法。此时，可采用削竹式洞口。
❖ 洞口坡面较平缓，一般应与自然地形坡度相 一致。
❖ 3 洞口边坡、仰坡顶面及其周围，应根据情况设置排水沟及 截水沟，并和路基排水系统综合考虑布置。
❖ 4 洞门设计应与自然环境相协调。
隧道洞口位置一般有以下几种形式
❖ 1) 坡面正交型 ❖ 2) 坡面斜交型 ❖ 3) 坡面平行型 ❖ 4) 山脊突出部进人型。 ❖ 5) 沟谷部进入型
图7-1 隧道洞口轴线与地形的关系 1-坡面正交型；2-坡面斜交型；3-坡面平行型；
❖ 端墙式洞门 ❖ 翼墙式洞门 ❖ 环框式洞门 ❖ 台阶式洞门 ❖ 柱式洞门 ❖ 削竹式洞门 ❖ 遮光棚式洞门等。
端墙式洞门
❖ 适用于岩质 稳定的Ⅲ级 以上围岩和 地形开阔的 地区，是最 常使用的洞 门型式
翼墙式洞门
❖ 适用于地质较差 的Ⅳ级以下围岩， 以及需要开挖路 堑的地方。翼墙 式洞门由端墙及 翼墙组成。翼墙 是为了增加端墙 的稳定性，同时 对路堑边坡也起 支撑作用。其顶 面一般均设置水 沟，将端墙背面 排水沟汇集的地 表水排至路堑边 沟内
tan
tan(1 tan2) tan(1 tan tan)
❖ 土压力
E
1 [H
2
2
h0 (h
h0 )]b
(tan tan)(1 tan tan ) tan( )(1 tan tan )
h
tan tan
❖ 抗倾覆验算 ❖ 抗滑动验算 ❖ 墙身偏心距验算 ❖ 墙身强度验算
(仅供参考)第6章--山岭隧道洞门结构及洞口景观设计
第六章 山岭隧道洞门结构及洞口景观设计
第六章 山岭隧道洞门结构及洞口景观设计
第一节 概 述
隧道洞门作为整个隧道的外露部分，应该起到整条隧道的突出标志的作用，除了发挥其结构功 能外，还应该对周围的总体环境有一种符号和象征的意义。洞门型式的特点和美观影响人们对整个 隧道工程的评价。我国传统铁路隧道洞门根据地形特点分为基本型、变化型、和特殊型三大类十六 种型式，但始终脱离不了端墙、柱式的形式。传统洞门设计常常从力学和安全角度出发，照搬标准 图模式，适应地形特点变化作些修改，洞门结构型式上创新较少；而且墙式洞门施工过程中，开挖 进洞均需不同程度地对隧道洞口附近的边坡和仰坡进行刷坡处理。过多的刷坡破坏了原有植被及地 貌，有时甚至危及洞口附近山体的稳定。施工期间大面积的刷坡改变了洞口周边的生态环境，远远 不能满足当前生态和环境保护等方面的需要。因此传统的铁路隧道洞门型式和施工方法在一定程度 上是需要革新和补充完善的。随着社会的发展，人们对洞门建筑的要求已不仅仅停留在结构的功能 上，而对美学和环境的要求越来越重视，力求达到建筑学、园林学、美学理论的完美统一。
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第六章 山岭隧道洞门结构及洞口景观设计
经建立的洞口建筑设计数据库，大约有近 200 多个样本。可以作为设计中的重要参考依据。 该数据库包括 1 个表，8 个表单，1 个报表，9 个查询和一些宏命令。 数据库结构如图 6-2-10 所示： 表的设计:表主要是隧道洞口信息表，表的结构见图 6-2-11。 数据库中隧道洞口信息表是其的主要的内容。
隧道结构设计隧道工程结构构造设计课件(ppt 43页)
柱式拱形明洞门路堑式
翼墙式拱形明洞门路堑式
台阶式拱形明洞门（半路堑式）
台阶式拱形明洞门（偏压式）
2、棚式明洞
当山坡坍方，落石数量较少，山体侧压力不大，或因受地 质、地形条件的限制，难以修建拱形明洞时，可采用棚式明洞
棚式明洞的类型主要取决于外侧边墙的结构形式。通常有 墙式、刚架式，柱式和悬臂式(不修建外墙时)等 ※ 墙式棚洞(墙式棚式明洞)
大拱脚薄边墙衬砌
曲墙式衬砌
3、曲墙式衬砌 ※ 适用范围 ※ 作用 ① 地质条件较差，为抵御底鼓压力，配以仰拱使
衬砌形成环状封闭结构；
② 基础地基较好，可采用无仰拱的曲墙式衬砌。
4、喷混凝土衬砌、喷锚衬砌及复合式衬砌
① 要求用光面爆破开挖，使洞室周边平顺光滑， 成型准确，减少超欠挖。适当的时间喷混凝土，即 为喷混凝土衬砌；
环框式洞门
3、隧道洞门构造
⑴ 洞门仰坡坡脚至洞门墙背后的水平距离不小于1.5m，水 沟沟底与衬砌拱顶外缘的高度不应小于1.0 m，洞门墙顶应高 出仰坡脚0.5m以上。
⑵ 洞门墙基基底埋入土质地基的深度不应小于1.0m，嵌入 岩石地基的深度不应小于0.5m ，墙基底埋设的深度应大于墙 边各种沟、槽基础底埋设的深度；
路堑对称型明洞
路堑偏压型明洞
※ 路堑偏压型
适用于两侧山坡高差较大的路堑，高侧边坡有坍塌，落石 或泥石流；低侧边坡明洞墙顶以下部分为挖方，且能满足外侧 边墙嵌入基岩要求的地段
※ 半路堑偏压型
适用于半路堑靠山侧边坡较高，有坍塌、落石或泥石流等 不良地质现象，而外侧地面较为宽敞和稳定，上部填土坡面线 能与地面相交以平衡山侧压力的地段
③ 增加底部和墙部的支护抵抗力，防止内挤而产生剪切破坏。
福生庄公路隧道设计
收稿日期)3)作者简介杨志()),男,山东高青人,工程师。
福生庄公路隧道设计杨志1,王庆祝2,张连武3(1.山东华鲁建筑工程公司,山东济南250021;2.山东省交通规划设计院,山东济南250031;3.胶州市公路管理局,山东青岛266000)摘要:介绍了福生庄公路隧道洞门、隧道衬砌、监控量测、隧道防排水、通风及消防等部分的设计。
关键词:公路;隧道;设计中图分类号:U452.2文献标识码:AD esign of Fu Sheng-zhuangh i ghway tunnelY A NG Zhi 1,W A NG Q i ng -zhu 2,ZHA NG Li an -wu3(1.Shan d o n g Hua l u Co n s tru ctio n Eng i neeri ng Co rpora ti on ,Shando ng J i nan 250021Ch in a;2.Shando ng P rov i n ci a l Co mmun ic a tio nsP lannin g and Desi gn In stit u te ,Shan d o n g J inan 250031Ch i na;3.J iao z h o u H i gh way Bure au ,Shan d o n g Qin gdao 266000Ch i na )Ab stract :The paper i n troduced tunnel porta,l the t unnel lin i ng ,mon itori ngandm easu re m e n ,tt unnelwater p r oofi ng a nd d rai nage ,vent ilat i on a nd fire desi gn of Fu Sheng-z huang h igh way .K ey word s :h igh way ;tunne;l des i gn1工程概况福生庄公路隧道位于内蒙古卓资县城西,隧道进口里程为DK427+215,出口里程为DK428+780,隧道全长1565m 。
隧道结构构造详解课件
6.锚杆和钢架
3. 钢筋混凝土
7.装配式材料
4．石料和混凝土预制块
1．混凝土
优点
整体性好，既可以在现场浇筑，也可以在加工场 预制，而且可以机械化施工。可以在水泥中掺入 外加剂，以提高混凝土的性能。
缺点 灌注后不能立即承受荷载，需要进行养生，达到 预定强度才能拆模，占用的模板和拱架较多。普 通混凝土的耐侵蚀能力较差。
喷射混凝土是以压缩空气为动力，将掺有速凝剂的混凝土 拌和料与水汇合成为浆状，喷射到坑道的岩壁上凝结而成 的。当岩壁不够稳定时，可加设锚杆、金属网和钢架，构 成“锚喷式衬砌”，也称为“喷锚衬砌”。
适用：
在IV-VI级围岩中不宜单独采 用喷锚支护作永久衬砌，一般 考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、 完整、稳定的地段中可以采用。
隧道洞口段不宜采用。
不宜采用喷锚支护作为永久衬砌的情况有
①膨胀性围岩； ②粘土质胶结的软岩； ③大面积涌水地段； ④堆积层、破碎带等不良地质地段； ⑤对衬砌有特殊要求的隧道或地段，如洞口地段，要求 衬砌内轮廓很整齐、平整； ⑥辅助坑道或其它隧道与主隧道的连接处及附近地段； ⑦有很高的防水要求的隧道； ⑧围岩及覆盖太薄，且其上已有建筑物，不能沉落或拆 除者等； ⑨地下水有侵蚀性，可能造成喷射混凝土和锚杆材料的 腐蚀； ⑩最冷月平均气温低于-5℃地区的冻害地段。
我国高速铁路隧道不使用喷射混凝土作为内层衬砌。
6.锚杆和钢架
锚杆是一种插入到围岩岩体内的杆形构件，可加固围岩。
可分为机械型锚杆、粘结型锚杆以及预应力锚杆。
锚杆的杆体直径宜为20～32mm,杆体材料宜采用 HRB335,HRB400钢；垫板材料宜采用HPB235钢。锚杆用的 各种水泥砂浆强度不应低于M20。钢筋网材料可采用 HPB235钢，直径宜为6—12mm。 钢架是为了加强支护刚度而在初期支护或二次衬砌中 放置的型钢支撑或格栅钢支撑。
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《地下工程》课程设计报告二设计题目：隧道洞门及衬砌设计说明：本次《地下工程》课程设计任务书，依据重庆交通大学的课程设计有关要求、地质工程专业的课程设计指导办法编制，主要用于河海学院学院地质工程专业《地下工程》课程设计的任务安排，是地质工程专业学生完成课程设计的依据文件之一。
进行《地下工程》课程设计的学生应认真阅读、理解本设计任务书，完成本任务书所要求的课程设计任务。
本次《地下工程》课程设计任务书按照有关要求包括以下二个部分。
第一部分：课程设计的目的、内容、任务与工作准备第二部分：课程设计成果及要求第一部分课程设计的目的、内容、任务与工作准备一、课程设计的题目及意义本次课程设计为《地下工程》课程设计。
课程设计的题目为：隧道洞门及衬砌设计。
课程设计的意义：结合学生课堂学习内容，根据地下工程的实际要求，加深对所学知识的认识，提高应用所学知识解决实际问题的能力。
二、课程设计的目的本次课程设计要通过资料收集、方案选择、结构受力分析、结构设计等过程，达到加深对《地下工程》所学知识认识的目的，并对《地下工程》所学的知识进行总结和应用，学会理论联系实际，解决实际问题的能力。
并通过课程设计环节，锻炼实际工作能力。
三、课程设计的内容本次课程设计包括两个方面内容——隧道洞身的设计和隧道洞门的设计。
课程设计内容应具备：隧道横断面设计，隧道衬砌的设计，隧道洞室防排水设计，隧道开挖及防排水方案，洞门的相关设计，相关图纸。
四、课程设计的任务1.通过资料收集、整理，确定所选项目的设计依据、工程概况等。
2.洞身包括衬砌的计算。
3.洞门计算和验算。
4.提交课程设计成果。
五、课程设计的工作准备1．按照本任务书制定课程设计的工作计划, 依据本设计任务书对时间进行有效安排。
2. 为课程设计工作进行准备，比如提前安排好电脑的使用、网络的使用、调查计划的执行、图书资料的查阅等。
3.充分利用已有条件，根据课程设计的要求进行资料收集和数据收集工作。
4.做好其它学习工作安排，并保证课程设计的顺利实施。
第二部分课程设计成果一、设计依据1、现场踏勘情况及对工程环境的调查研究；2、国家现行有关建筑法律法规；设计规范、标准等。
3、参考规范：《建筑结构荷载规范》（GB50009-20XX）（20XX年版）《公路隧道设计规范》（JTG D70—20XX）《隧道工程》王成人民交通出版社覃仁辉主编,《隧道工程》,重庆大学出版社,20XX.12;2.王毅才主编,《隧道工程》,人民交通出版社,2000.8;JTG042-94 公路隧道施工技术规范,人民交通出版社,1995.8;张庆贺、朱合华编著，土木工程专业指南“隧道及地下工程分册”，中国水利水电出版社，1999.4本课《地下工程》教材二、设计资料该隧道取自“某某隧道隧道设计”进口段，公路等级为Ⅱ级，双车道。
该隧道段通过Ⅲ级围岩。
埋深15m，隧道围岩天然容重是23.8KN/m3。
对于洞口洞门设计与验算资料：地基土的摩擦系数为0.65.地基土的容重为=600KPa.17KN/m3.地基容许承载力σ三、隧道洞身设计1、隧道横断面设计1.1公路隧道建筑限界的确定根据此公路为双车道Ⅱ级，围岩Ⅲ级，据《公路隧道设计规范》选取隧道公路基本限界基本值如下：H建筑限界高度取5m;h检修道或人行道的高度取25cm; W行车道高度3.5x2m; L左、右侧向宽度0.5m; C余宽取0； R人行道或检修道J的宽度取1m; E建筑界线左右顶角宽度E=L=1m（当L（右）≤1m时E=L(右)，当L>1m时E=1m);隧道限界净宽：7+0.5x2+1x2=10(m)。
设计行车速度为60km/h。
具体建筑限界设计图如2.1所示：1.2隧道内轮廓线的确定本隧道为Ⅲ级围岩隧道，一般不产生较大的侧压力，不需设仰拱，可以采用直墙，此时隧道的净断面积最小，便利施工，还能减少墙部开挖量。
如图2.2所示。
在建筑限界以上设置射流风机，高度取1.1m，取施工允许误差0.1m。
根据《公路隧道设计范围》，并结合实际情况，本隧道作图法确定公路隧道直墙式衬砌断面内轮廓线。
其中，建筑界限外富余量0.1m，路面以下预留厚度0.5m.1.3 衬砌结构主要尺寸初步拟定在经验的基础上，施工和安全等综合考虑，边墙和拱顶均采用等截面衬砌设计，按照三级围岩的坚固系数值up f 值取10，拱顶衬砌厚度0d 拟定为40cm 。
边墙同样为40cm.路面以下设置厚50cm 。
最终确定公路隧道横断面图见附图2.1。
2、隧道衬砌设计2.1隧道衬砌解析半衬砌法进行内力计算（1）计算图示、基本结构及正则方程(a) (b)图2.3半衬砌基本结构及约束（a)计算简图 （b ）基本结构按拱顶切开处的截面相对变位为零的条件，课建立如下正则方程式： 022020022222211011122111=++∆+∆++=+∆+++u f x x βΔδx δx p p βδδσσ （2-1）式中：ik δ--单位变位ip ∆--荷载变位 f --拱圈矢高00,u β--拱脚截面的最终转角和水平位移。
σi ∆——弹性抗力σ引起的拱顶切口处相对角变与相对水平位移由结构力学求变位的方法得： ∑∑∆≈∆∆≈J M M E S ip J M M E S P i k i ik 0δ （2-2）如果式（2-1）的各变位都能求出，则可用结构力学的方法解算未知力21,X X ,此时，拱圈内力即可算出多余未知力X1和X2，进而求出拱圈内力.(a)(b)图2.4 （a)直墙拱 (b)计算简图2.2隧道埋深的确定及围岩压力的计算设计要求埋深为h c =15m ，则天然拱高度()[]=-⨯+⨯⨯=-51245.01*B i h s 0.45*2²*[1+0.1*（11-5）]=2.88（m)有效高度影响系数取α=2.2 ，hc h <=34.6*α故可判断为深埋隧道。
所以，对于高跨比7.1625.02.117<=÷=BH 的围岩，其竖向围岩松动压力为： )(54.6888.28.23245.0*1a s kp h q =⨯==⨯=-γγω由于是Ⅲ级围岩，侧压力系数在0～0.15范围。
又因为计算的知此边墙属于长梁，故可将水平均布压力为0。
2.3隧道衬砌方案的拟定参考《公路隧道设计规范》，本设计为双车道60km/h限速的二级公路，采用直墙式等截面整体式衬砌。
最终确定内、外轮廓线以及衬砌的尺寸见附图1-2深埋隧道外层初期支护，根据《规范》规定及实际情况，采用一般简易的C20喷射混凝土，且厚度为10cm。
防水板：采用塑料及无纺布，且无纺布密度为300g/m^2，防水板应采用满铺的满铺的EVA板防水层，厚度为2mm，搭接长度为200mm。
衬砌：根据《公路隧道设计规范》，采用25号模筑防水混凝土，厚度为60cm。
3、隧道洞室防排水设计及方案隧道防排水设计遵循“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理“的原则，采用完整的防排水体系，使隧道内防水可靠，排水通畅，保证运营期间隧道内不慎不漏，基本干燥。
3.1隧道洞内防排水在初期支护与二次衬砌之间设置PVC防水板（2mmEV A防水板+300g/m²无纺土分布）防水，并实现无钉铺设：并采用半圆排水管，EV A排水管等形成完善的防排水系统。
隧道衬砌排水是在初期支护与防水层之间设置环向半圆排水管，环向半圆排水管设置间距5~10m，纵向排水管采用EV A波纹管，设置在洞内初期支护边墙脚，沿隧道两侧，全隧道贯通，环向半圆排水管沿隧道拱背环向布设将水排纵向PVC波纹管，然后通过EV A塑料排水管将水导入隧道底部φ30中央排水管，引水至洞外排水沟。
在遇有地下水较大地段、集中渗水地段及在喷层中如遇较大渗水地段，应加设半圆排水管将水导入纵向排水管。
隧道路面采用双面坡，路面水通过开口流入缝隙管，缝隙管设在两侧，洞内缝隙管主要排放消防及清洗水，使衬砌背后围岩水与污染水分离排放。
隧道中央排水管设置了沉沙井、检查井，边墙脚纵向排水管设置了检查井，使隧道排水设施具有了可维修性。
隧道如遇涌水地段，应对于可能发生涌水的地段采用堵水处理，根据国内外堵水经验和隧道的具体情况，在采用超前探水等物理勘探手段，查明隧道前方地下水分布状况及水量后，适时采取预注浆，将大量水尽可能封堵在围岩内，使隧道开挖后不出现大量涌水，为隧道后续施工创造条件，以确保隧道施工能安全、按时完成。
3.2 施工缝、变形缝防水本隧道变形缝设置EV A背贴式止水带加中埋式橡胶止水带，两道防水，且嵌缝材料要求防水。
环向施工缝具体可根据施工情况进行调整，环向施工缝设置EV A背贴式止水带加橡胶止水条，两道防水。
仰拱与边墙施工缝应设置在电缆沟盖板以下。
施工时应注意防水板搭接，排水管预埋、止水带安装、注浆管预埋等等，如遇安装位置不合适时，应作适当调整。
3.3 隧道洞口防排水隧道开挖前应做好防排水处理工作。
如山顶、坡面低洼或沟槽应整平并做好排水设施。
结合洞口的地形情况，设置洞门墙排水沟以及在洞顶仰坡上方设置截水沟，防止雨水对坡面、洞口的危害，引地表水至路基边沟或洞门外端自然沟谷，以此形成完善的洞外排水系统。
具体防水措施：在初期支护与二次衬砌之间铺设2.0mm厚的EV A板防水层和密度控制在300g/㎡以上的无纺布，注意的是在施作防水板之前，要保证混凝土表面平顺，无尖点及钢筋露头。
路面结构下设φ300纵向中心水沟，侧边设宽50mm、深30mm的纵向凹槽；在衬砌两侧边墙背后底部设φ100的纵向排水盲管，纵向排水盲管由φ100的A类横向导水管和φ150的B类横向导水管与中央排水沟连接。
对于二次衬砌施工缝、沉降缝等薄弱环节，因此除按施工规范要求处理外，还应进行精心的设计，采用合适的防水材料和构造形式。
可在防水板下面添加一层背贴式止水带，并在施工缝处添加止水条。
隧道二次衬砌混凝土防水等级要大于6S。
二次衬砌施工缝、沉降缝的主要构造形式如附图所示。
4、隧道开挖施工方案4.1 隧道施工方法该隧道为Ⅲ级围岩隧道，根据设计要求采用新奥法。
选择正台阶法（短台阶）开挖。
上层台阶超前施工，施工时首先掘进上部弧形断面（高2.5m），然后逐一挖掘下面各层。
该施工方法工序较少、干扰小，上台阶孔可于下台阶出渣平行作业，最适合于采用锚喷作为永久支护的隧道开挖。
开挖时局部临时支护。
此法的缺点是上下部作业有干扰；作业时应注意下部作业对上部稳定性的影响。
台阶开挖注意事项：①台阶长度要适当；②解决好上、下半断面作业的相互干扰问题③下部开挖时，应注意上部的稳定；④上部开挖时，因临空面较大而使爆破坡度过大，应采取密布炮孔。
采用先拱后墙时，必须控制下部开挖厚度和爆破用药量，避免损伤拱圈；⑤采用光面爆破，尽量降低对围岩的扰动。
4.2 施工顺序：测量布眼→钻土导坑炮眼→上部开挖→上部初期支护→台车钻下导坑炮眼→下部开挖→下部初期支护→防水层施工→仰拱施工→二次衬砌（模筑砼）→管沟施工→路面施工。