观音岩隧道设计说明

设计说明书
1 概述
1.1设计过程
2005年5月下旬至6月上旬我院按照交通部《公路工程技术标准》（JTJB01-2003）、《公路隧道设计规范》（JTGD070-2004）、《公路隧道技术规范》（JTJ042-94）和《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）进行了黄金岗、观音岩等两座隧道的初步设计。

其中观音岩隧道净宽12.0m=2×4.5m+2×1.5m(检修道、人行道)；净高5.0m。

按新奥法设计，采用复合衬砌进行支护。

隧道全长度454米，为曲线隧道。

因隧道出口位置对电站泄洪洞仰坡开挖后对路基存在干扰，改为长隧道方案。

同时根据业主要求本隧道作为电站场内临时交通隧道，为节约投资，确定本隧道建筑限界为9.0×4.0m，车辆限高4米，对超高车辆实行交通管制，从隧道中间通过。

同时要求根据地质情况，处于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩渗水量小于10L/min.10m地段，可采用喷锚衬砌，不做防水处理；其余地质较差地段及渗水严重地段按复合式衬砌进行设计。

1.2设计原则
⑴隧道的净空尺寸除满足建筑限界和建筑设计要求外,尚应考虑施工误差、测量误差、结构变形、沉陷等因素予以确定,其值可根据地质条件、埋设深度、荷载、结构形式、施工工序等条件并参照类似工程的实测值加以确定。

⑵本隧道结构设计按永久性与临时性相结合的方法进行结构设计，保证
结构具有一定的耐久性。

1.3隧道设计技术标准
⑴公路等级：参照山岭重丘区一般二级公路；
⑵计算行车速度为40km/h，隧道内实行限速20 km/h；
⑶按单洞双车对向交通设计；
⑷建筑界限：净宽9.0m=2×3.5m+2×0.25 m +2×0.75m(含2×0.25m
余宽)；净高4.0m；（隧道限高4.0米，对超限车辆实行交通管制，从隧道中间通过）
⑸隧道路面横坡：单向坡2.0%（直线段）；
1.4建设规模
⑴长度
长度、洞口桩号见下表：
隧道长度、桩号一览表
⑵各类围岩所占的比例
根据本工程《详细工程地质勘察报告》，观音岩隧道穿越Ⅲ、Ⅳ两种围岩，各类围岩所占比例如下表：
各类围岩所占隧道比例
1.5主要规范、手册及新技术应用
1.5.1规范、手册
⑴《公路工程技术标准》JTGB01-2003
⑵《公路隧道设计规范》JTGD70-2004
⑶《公路隧道通风照明技术规范》JTJ026.1-1999
⑷《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2002
⑸《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89
⑹《公路隧道施工技术规范》JTJ012-94
⑺《地下工程防水技术规范》GB50108-2001
⑻中华人民共和国工程建设标准强制性条文《公路工程部分》
⑼《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）
⑽交通部1996年1月1日颁发的《公路工程基本建设项目建设文件编制
办法》
⑾《隧道》铁路工程设计手册
1.5.2主要新技术、新材料的应用
本隧道采用的新技术、新材料主要有：
⑴隧道纵向盲沟采用HPDE单壁打孔波纹管代替原有的SH型软式透水管，提高了盲沟的强度和透水性。

⑵防水层采用热风双焊缝无钉铺设工艺，方便了施工，又确保了施工质量。

⑶砼采用湿喷工艺，减少回弹。

1.6行车安全保障措施：在洞外两端设置限速、严禁超车等标志，并在洞外设置行车诱导防撞护栏设施，必要时设置路面减速振荡线，以保障行车安全。

1.7施工安全措施：请严格按照《公路工程施工安全技术规程》办理，实行安全责任制，加强监控量测，采取一切必要的安全预防措施，建立安全组织机构，切实保障施工安全。

2隧道工程地质条件及评价2.1地形地貌
隧址区位于大渡河左岸，大渡河左岸地势较陡。

地貌上属构造剥蚀狭谷地貌，隧道进口处地面标高1407.20m，自然边坡坡向约260º，坡度35～45º,局部有陡坎。

洞身段埋深较大,地表有2个沟槽,是由于地表风化破碎岩体受地表剥蚀而成,但沟槽较短,只在坡体外侧沟槽较深,在平面上隧道与此沟槽有一定的距离,因此对隧道顶板无影响。

出口段地面标高1426.32m，自然边坡坡向约255º，坡度30～40º，自然边坡总体上东高西低。

2.2不良地质
据钻探及地质调绘表明，隧址区无不良地质现象存在。

2.3地层
根据钻探及地质调绘表明，隧址区内出露基岩裂隙极其发育，地层主要有第四系冰碛层（Q fgl）、前震旦系晋宁-澄江期闪长岩（δ2），现分述下：第四系坡积层（Q dl）:为块石土，块石含量为60%,碎石含15%,其他为粉土,厚度约1.80～2.30米,结构松散～稍密,分布于隧道进口的坡体上。

第四系冰碛层（Q fgl）:少量分布于隧址区地表。

前震旦系晋宁-澄江期强风化闪长岩（δ2）：深灰色,强风化,构造裂隙极发育,裂面多被铁质浸染，岩芯极为破碎,层厚0～6.8m。

前震旦系晋宁-澄江期中风化闪长岩（δ2）：,深灰色,中风化,构造裂隙极发育,裂面多被铁质浸染。

岩芯上部极为破碎，约25m以下岩芯较为完整。

2.4水文地质情况
2.4.1地下水
主要为孔隙水分布于第四系覆盖层中，水量贫乏，接受大气降水补给，向地势低洼处或向下渗透入基岩裂隙中，仅于雨后山坡面浅层出现,地下水活动微弱。

2.4.2地表水
隧址区西侧为大渡河河谷，大渡河属常年流水，水位、水量受季节影响，勘察期标高1310.37m，一般洪水位约1317.53m，最大洪水位1330.00m，距设计隧道路面高差60m，对隧道基本无影响。

2.3围岩级别的划分及稳定性评价
观音岩隧道推荐方案岩性为前震旦系晋宁-澄江期闪长岩（δ2）。

根据围岩岩性特征、岩体强度、岩体结构特征、风化强度、结构面发育分布特征、岩体完整程度等，结合物探成果资料，按《公路工程勘察规范》（JTJ064-98）中围岩分类标准，对隧道围岩类别划分结合隧道勘测设计规范，划分出新的围岩级别,其结果见下表：
2.4隧道围岩的稳定性评价
隧道围岩为闪长岩（δ2）。

隧道进口段和出口段主要分布强风化～中风化层，硬质岩，受构造影响严重，裂隙发育，呈碎石状镶嵌结构，属Ⅳ级围岩，其拱部无支护时可能产生较大的坍塌，顶部开挖过程中易掉块，侧壁有时失去稳定。

洞身段主要分布中风化层，硬质岩，受构造影响严重，裂隙发育，呈碎石状镶嵌结构，属Ⅲ级围岩，拱部无支护时可能产生小坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍塌。

经现场调查和区域地质资料分析，隧道穿越岩体不具备瓦斯等有害气体产生的条件。

隧址区区域构造相对稳定，成洞条件较好。

各岩土层物理力学性质见下表
隧道各段围岩级别的划分表
2.5洞口斜坡的稳定性评价
进口段工程地质评价
进洞口段轴线与地形线近于垂直，洞口自然边坡坡度35º～45º，坡底高程1382m，高于设计路面高程约5m，进口处地势南高北低，洞口段斜坡岩土体天然条件下稳定。

开挖时应人工边坡，边坡为块石土边坡，成洞较困难，尽量晚进洞，洞口应在岩体里，但由于区域构造的影响，岩石节理、裂隙较发育，易掉块。

施工时应及时支护。

出口段工程地质评价
出口段轴线与地形线交角为45º～50º，洞口自然边坡坡度35º～45º，坡底高程1388m，低于设计路面高程约6m，出口段地势东高西低，洞口段斜坡自然条件下稳定，开挖形成人工岩质边坡，成洞较为容易，隧道出口尽量早出洞，但由于区域构造的影响，节理、裂隙较发育，易掉块。

施工时应及时支护。

洞口处边坡开挖建议值如下:
边坡允许坡度建议值表
2.6结论及建议
①通过工程地质测绘、物探、钻探、室内实验分析等工作，查明了观音岩隧道工程地质条件，可作为隧道方案设计的工程地质依据。

②观音岩隧道围岩为前震旦系晋宁-澄江期中风化闪长岩（δ2），在0-25米段岩体较破碎;23-25米以下岩体较完整。

隧道进口段K1+508～K1+600与出口段K2+216～K2+338围岩级别为IV级；隧道洞身段K1+600～K2+216围岩级别为III级，较适宜成洞
③隧址区区域构造相对稳定，地震基本烈度为VII度。

④隧址区地下水主要为基岩裂隙水，活动性微弱～一般，开挖后呈滴或线状、细股状流水。

对隧道稳定性影响不大。

地下水对砼无侵蚀性。

⑤隧道穿越地段无瓦斯等有害气体产生。

⑥洞口段围岩稳定性较差，拱部无支护时可能产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定，顶部开挖过程中易掉块。

应对其采取有效支护措施或超前支护。

总之，尽量晚进洞，早出洞。

⑧洞身围岩基本稳定，拱部无支护时可能产生小坍塌，侧壁基本稳定，但爆破震动过大易坍塌。

应对其采取有效支护措施。

⑨隧道施工时，宜采用矿山法施工，小断面开挖，尽可能降低对隧道围岩的扰动。

3隧道总体设计
3.1平纵设计
观音岩隧道（K1+497～K2+330、长度833米）为曲线隧道。

3.1.1平面
观音岩隧道K1+522.812—K1+806.257；K2+182.388—K2+330均位于R=251m 的圆曲线内，不设加宽，超高4%，其余路线位于直线段内。

3.1.2纵断面
观音岩隧道纵坡采用单向坡，设计纵坡为+0.4054%(由泸定至康定为上坡方向)。

3.2内空断面
隧道横断面除应满足隧道建筑限界的规定外，还应考虑排水、照明、消防，管线电缆等设施所需要的空间，并考虑土压力的影响、施工方法等必要的富余量。

经过优化分析确定隧道内空断面为净宽9.0m，净高4.0三心圆曲边墙断面结构。

3.3隧道运营通风
由于本隧道作为临时交通隧道，施工期内交通量不大，依照《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999），结合该公路使用性质，本隧道采用自然通风即可。

3.4.消防设施
隧道内每隔50米设一组灭火器(一组内装三个MF—8干粉灭火器)。

3.5营运照明
依据《公路隧道通风照明设计规范》照明标准要求以及参考国外部分资料,拟定本隧道照明设计标准见下：
在照明设计中昼夜亮度要求不同,为节约能源,设计照明电路如下控制: 加强照明控制由室外照度控制仪检测信号PC通过分晴天、阴雨及雾天两段控制基本照明，在夜间由PC分两个时段控制。

观音岩隧道照明设计标准
详见隧道电气工程及相关设计说明。

4隧道土建设计
4.1洞口位置及洞门型式
4.1.1洞门位置及型式
依据隧道洞口平面线型及地形、地质情况，选用经济、美观并有利于视线诱导的洞门形式，根据尽量少刷坡和隧道早进洞晚出洞的原则确定洞门桩号。

4.1.2洞门设计
隧道洞口位置如下：
观音岩隧道进口：K1+497，设计高程1378.75米
观音岩隧道出口：K2+330，设计高程1382.22米
洞门形式: 观音岩隧道两端均采用端墙式洞门。

4.1.3洞门施工注意事项
⑴洞口边、仰坡开挖应自上而下开挖，岩石边、仰坡采用光面爆破，并及时支护，不得采用深眼大爆破开挖。

⑵隧道进洞前作好洞口区域的截排水工作。

⑶洞门墙基必须置于稳固的地基达到设计承载力要求。

4.2洞身结构设计
4.2.1明洞
明洞结构为现浇钢筋混凝土衬砌结构。

4.2.2洞身衬砌
4.2.2.1洞身衬砌设计原则
隧道进出口段按新奥法施工原理进行洞身结构设计，即以系统锚杆、喷砼、钢筋网、格栅钢架组成初期支护与二次模筑砼相结合的复合衬砌型式；初期支护与二次衬砌之间设防排水夹层。

通过结构分析计算、技术经济比较及工程类比，确定洞身衬砌支护，隧道洞身段按喷锚衬砌设计，不做防水处理。

4.2.2.2洞身支护参数
洞身支护参数表单位：cm
注：上表中钢架加括号的为HK160a型钢钢架，其余为格栅钢架；模筑砼和仰拱砼加括号的为钢筋砼，其余为素砼。

4.3特殊洞身结构设计
4.3.1洞口Ⅳ级围岩地段的处理
隧道洞口地段为闪长岩碎，结构松散，浅埋时易坍至地表，成洞条件较差，洞口段衬砌结构为复合式衬砌。

初期支护为锚喷支护，同时辅以格栅钢架（或HK160a型钢钢架）支撑，由于结构松散，设计实施了超前支护，施工时在进洞前首先作好边仰坡的防护与加固，尽量减少对围岩的扰动，做到“管超前、弱爆破、短开挖、少扰动、早封闭、强支护、勤量测、紧衬砌”。

4.4防排水设计
4.4.1洞身防排水设计原则
隧道防排水“以排为主，防、排、截、堵相结合”为设计的综合治理原则，达到排水畅通，防水可靠、经济合理、不留后患的目的。

4.4.2洞身防排水措施
a.排水措施
⑴渗水流处设置橡塑板盲沟，设计按10米一道计量，渗水面积较大地段橡塑板盲沟可并排设置。

⑵集中股水流处设置开孔塑料管盲沟，设计按20米一道计量，盲沟管端部应穿越初期支护直接与股水流处对接以达到更好的排水效果。

⑶隧道两侧边墙初期支护底部分别设置ф100HPDE单壁打孔波纹纵向排水管以引排盲沟水(单壁打孔波纹管内径为ф100，外径为ф116)。

b.防水措施
全隧道满铺1.2mm厚EVA防水卷材及300g/m2无纺布（靠围岩一侧），防水卷材及无纺布应在初期支护验收合格后方可施工。

同时，应特别检查喷砼支护表面，除去露出的尖锐物，其平整度应符合D/L＝1/6的要求（L为相邻凸出距离，D为凹进深度）。

铺设衬砌背后的塑料防水板前，应在防水板内侧（靠近围岩侧）先铺设300g/m2无纺布，无纺布用暗钉圈固定在喷层上。

防水卷材的铺挂应采用热风双焊缝无钉铺挂工艺，防水卷材搭接长度不小于10厘米并应保证接缝质量，防水板的搭接质量应采用气压测试进行抽检：两条焊缝间生成2.5巴的气压，在15分钟内，气压下降值应小于0.25巴以内，防水卷材拉伸强度（横向及纵向）不小于17Mpa，断裂伸长率（横向及纵向）不小于550％，其它检测标准应按GB18173.1-2000标准进行检测。

（2）二次衬砌模筑砼采用防水砼浇筑，防水砼等级为S8，防水砼中应掺入HEA微膨胀剂以增加砼抗渗抗裂能力。

（3）隧道洞身模筑砼变形缝（一般在明洞与暗洞交界处、洞口浅埋段、洞口偏压段、基础位于第四系覆盖层和基岩分界处的环向施工缝）设置橡胶止水带，纵向施工缝和洞身深埋段的环向施工缝应设置带注浆管遇水膨胀止水条。

（4）隧道内边墙下部的HDPE纵向排水暗管应外包一层无纺布，以避免土砂颗粒进入管内，造成管道淤塞。

C．洞内路面水
隧道内的路面水通过路面横坡及纵坡排至路侧排水沟。

4.4.3洞口防排水设计
为防止地表汇水冲蚀洞口工程，在洞顶设置洞顶排水沟，在边、仰坡以上还设置了洞外截水沟。

将水排入路基水沟或天然水沟中。

4.5路面工程
隧道主洞洞内路面为水泥砼刚性路面，面层为25cm厚水泥砼，其设计抗弯强度不小于5Mpa,整平层为平均16cm厚C10砼，其厚度最小不小于12cm。

5施工组织设计
5.1施工方法
a.明洞施工：采用明挖法
b.洞口破碎围岩浅埋地段
对隧道洞口碎石状地层采用小导管进行超前支护，然后采用环形掏槽开挖施作钢架及初期支护，模筑混凝土及仰拱要求及早施作。

c.洞身地段
根据围岩特征及开挖后的应力分布情况，建议洞身Ⅳ级围岩地段采用台阶法开挖施工，Ⅲ级围岩地段采用全断面开挖法施工。

d.为减少对围岩扰动及减少超挖，必须采用光面爆破技术。

5.2施工组织建议
本隧道可采用双向施工，施工平均每月成洞按100米左右计，土建施工完成时间应控制在8个月左右，考虑到各种因素的影响，土建施工时间应控制在10月以内完成。

5.3施工监控量测
5.3.1现场监控量测的必要性
本隧道采用新奥法设计和施工,为了掌握施工中围岩和支护的力学动态及稳定程度,以及确定施工工序,保证施工安全,进行现场监控量测是十分必要的.
5.3.2量测的目的及任务：
（1）掌握围岩和支护的动态，进行隧道日常的施工管理。

（2）经对量测数据的分析处理与必要的计算和判断后进行预测和反馈，以保证施工安全和隧道稳定。

（3）已有工程的量测结果可以应用到其它类似工程中作为设计和施工的依据。

5.3.3量测的内容和方法详见观音岩隧道监控量测设计图。

5.3.4量测数据处理和应用按《公路隧道施工技术规范》JTJ012-94相关条文办理。

5.4施工用水、用电及弃土场
a.施工用水
隧址区的大渡河河常年有水流，流量较大，对砼无侵蚀性，可作为隧道建设的工程用水。

b.施工用电
具体由施工单位与业主协商，按照招投标文件规定解决。

c.隧道弃土场及施工便道
隧道弃土场和施工便道详见本标段相关路线的设计文件。

5.5施工中注意事项
5.5.1洞口施工
洞口施工应在做好洞顶排水设施后方可开挖边仰坡，洞口开挖后应及时
按设计做好边仰坡防护；洞口衬砌应及早施工，明洞应及时回填，并随时修建洞门墙，以确保洞口山体稳定。

明洞及洞门墙开挖时，应用锚杆喷混凝土进行临时支护。

5.5.2明洞
a.在明洞拉槽开挖前应结合路基情况事先做好排水工作，洞口环形截水沟
应先期完成。

b.当明洞结构基础一侧在基岩上，另一侧在土层上时，为防止不均匀沉降，土层区段的明洞基础、路基床均应挖至基岩面，且基岩面应挖成台阶形，再砌筑浆砌片石基础后，方可做明洞结构及路基基层。

c.明洞应落在稳固基础上，如遇基础不稳，应进行处理，具体方法视实际情况确定，明洞基础承载力要求≥400KPa。

5.5.3暗洞
a.洞口开挖原则：以尽量减少洞口刷坡，争取早进洞的原则，进行因地制宜开挖，设计图纸提出的开挖进洞位置仅作参考，具体可根据实际情况经业主，设计单位，监理共同确认后进行调整。

b.重视隧道掌子面前方的超前地质预报工作。

施工图地质勘察不可能完全准确反映实际情况，一些特殊的地质现象随时会出现，为了安全作业，并有效地指导施工，对一些重点不良地质地段应采取措施进行超前地质预报工作。

c.对于采用小导管注浆预支护的区段，在初期支护完成后，为防止过大变形，并从安全角度出发应根据量测情况及时施作二次衬砌。

d.现场监控量测是新奥法原理进行隧道设计和施工必不可少的手段。

在施工中，应按设计要求加强量测，及时反馈，以便修正设计，指导施工。

量测资料作为支护隐蔽工程的重要技术内容，应纳入竣工文件，作为隧道验收内容之一。

e.喷射砼采用湿喷工艺。

f.初期支护与二次衬砌间超挖部分的处理：
Ⅰ)在允许超挖范围内，采用同级砼回填。

Ⅱ)超挖大于允许值时，可预留注浆管，待二次衬砌浇筑完毕，采用压注同级砼或水泥砂浆回填密实。

Ⅲ)初期支护与二次衬砌之间的空隙应压注水泥砂浆填满。

g. 二次衬砌施作时必须先浇筑仰拱，然后进行拱部二次衬砌作业；二次衬砌应采用液压模板台车泵送砼整体浇筑，以保证二次衬砌密实。

h.施工时应切实注意洞内与洞外的车道布置、管沟的衔接。

5.5.4施工工艺要求
a.锚杆
⑴隧道系统锚杆选用普通砂浆浆锚杆，锚杆必须设置垫板，并灌注早强水泥砂浆；必须在砂浆强度达到5.0Mpa之后才允许上紧垫板螺母；施工时锚杆垫板必须与围岩密贴，锚杆尽量垂直于围岩层面施作。

⑵锚杆的选择：φ22普通砂浆锚杆；垫板可选用Q235钢，垫板长×宽≥150×150mm，厚度≥6mm；螺母采用球形螺母；
b.防水层
⑴衬背防水层施工以可靠便利为原则。

采用洞外先拼接成大块体，再在洞内大块体铺挂。

防水卷材应实现无钉孔铺挂，不允许用钉子穿透卷材钉在喷射
混凝土层表面上。

防水层铺装原则上只允许环向接缝，不允许存在纵向接缝。

衬背防水层施工铺装应超前隧道二次衬砌30～50m。

防水层施工质量应经监理工程师验收合格并签发文件后才能浇筑二次衬砌。

⑵块体制作
大块体先在洞外平台上拼接而成。

大块体沿隧道纵向以3～4幅卷材拼接为宜,环向长度以隧道喷砼层内壁周长决定，如以设计理论值应考虑超挖影响，一般取1.1～1.15系数。

⑶拼接要求
拼接缝宽度10cm，大块体之间采用双接缝热熔工艺，两条接缝之间留空隙，以备充气（或吸气）检验焊缝质量。

⑷焊缝检验
①大块体：可用带气压表的打气筒充气检验焊缝质量，大块体每条焊缝均应检验，将双缝之间空隙两端密封，插入打气筒，打气加压至100Ka保持3min 气压不降低即定为合格。

②洞内大块体之间接缝：用充气检验焊缝质量按①办理。

5.5.4其它注意事项
a.施工单位应全面熟悉设计文件和建设环境，并作好施工前对现场的调查研究工作，编制好施工组织设计。

b.隧道施工前，应对导线网进行复核，并定期对其基准点和水准点进行校合。

洞内控制点根据施工进度设定
c.隧道两洞口同时施工时，施工测量应加强协调联系，以保证隧道平面控制测量的精度、隧道内两相向施工中线在贯通面上的极限误差、由洞外和洞口内控制测量误差引起在贯通面产生的贯通误差影响值、洞内导线测角、量距的精度以及两洞口水准点的间往返测高差不符值均应符合《公路隧道勘测规程》（JTJ063-85）之规定。

d.初期支护完成后，在施作二次衬砌之前应采用地质雷达检测初期支护与围岩壁是是否存在空腔，如发现空腔现象应及时采取措施，以保证其密实性。

6有关问题
6.1本隧道水泥采用大厂水泥，光圆钢筋HPB235（Ⅰ级）符合GB13013-91标准，Ⅱ级钢筋系指符合GB1499-1998（HRB335）标准规格，水泥采用42.5或42.5R 普通硅酸盐水泥。

6.2本隧道中间段采用喷锚衬砌设计，按照相关规范要求，如果在10米范围内每分钟渗水数量大于10L，则建议采用复合衬砌。