营盘路湘江隧道结构设计说明

营盘路湘江隧道结构设计
第一章设计原始资料
1.1 技术标准及设计标准规范
1.1.1 主要技术标准
（1）隧道按规定的远期交通量设计，采用三车道隧道。

（2）隧道设计车速，隧道几何线形与净空按50km/h设计。

1.1.2 主要设计标准规范
（1）《公路隧道设计规范》JTJ026-90；
（2）《公路工程技术标准》JTJ001-97；
（3）《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89；
（4）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001；
1.2 工程概况
长沙营盘路湘江隧道位于银盆岭大桥与橘子洲大桥间，东起营盘路，西接咸嘉湖路，下穿潇湘大道、傅家洲、橘子洲和湘江大道。

隧道左洞桩号：K16+115～K18+732，长2617m（其中明洞25m，暗洞2592m）；右洞桩号：K16+085～K18+725，长2640m（其中明洞25m，暗洞2615m）。

暗洞按新奥法施工，明洞按明挖法施工。

1.3 隧道工程地质概况
营盘路隧道地貌以丘陵为主，各隧道段地表均为斜坡地形，坡度大致为
10°～50°，坡面植被茂盛，局部陡坡地段基岩裸露。

隧道拟经过处山岭起伏变化较大，地形条件较为复杂。

主要地质以含碎石亚粘土地层、含粘性土地层、角砾凝灰岩、角砾岩地层为主，巨层厚状、块状构造较多，局部碎块石状。

地层整体上风化较为严重，节理发育，地层表面为全风化地带，在海拔较低的垭口位置有一定厚度的坡积层。

断裂带主要为F8和F9断层，F8断层与隧道走向基本垂直，倾角84°，宽度3～5m; F9断层与隧道走向交角很小，受断层影响，该处地质裂隙发育，岩体破碎，局部地段水量可能很大。

地下水类型主要为基岩裂隙水，水量贫乏。

经综合评定，隧道围岩大致为III级、IV级、V级。

第二章总体设计
2.1 一般规定
2.1.1
隧道设计应满足公路交通规划的要求，其建筑限界、断面净空、隧道主体结构以及营运通风、照明等设施，应按《公路工程技术标准》(JTG B01)规定的预测交通量设计。

2.1.2 隧道总体设计应遵循以下原则
在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上，综合比选隧道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等，提出推荐方案。

地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向，以避开不良地质地段；长隧道的位置亦应尽可能避开不良地质地段，并与路线走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。

根据公路等级和设计速度确定车道数和建筑限界。

在满足隧道功能和结构受力良好的前提下，确定经济合理的断面内轮廓。

隧道内外平、纵线形应协调，以满足行车的安全、舒适要求。

根据隧道长度、交通量及其构成、交通方向以及环保要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交通监控等机电设施的设置规模。

必要时特长隧道应作防灾专项设计。

应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和营运要求，对隧道内外防排水系统、消防给水系统、辅助通道、弃渣处理、管理设施、交通工程设施、环境保护等作综合考虑。

当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。

2.2 隧道位置选择
隧道位置应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质地段；当必须通过时，应有切实可靠的工程措施。

穿越分水岭的长、特长隧道，应在较大面积地质测绘和综合地质勘探的基础上确定路线走向和平面位置。

对可能穿越的垭口，应拟定不同的越岭高程及其相应的展线方案，结合路线线形及施工、营运条件等因素，进行全面技术经济比较后
确定。

路线沿河傍山地段，当以隧道通过时，其位置宜向山侧内移，避免隧道一侧洞壁过薄、河流冲刷和不良地质对隧道稳定的不利影响。

应对长隧道方案与短隧道群或桥隧群方案进行技术经济比较。

隧道洞口不宜设在滑坡、崩坍、岩堆、危岩落石、泥石流等不良地质及排水困难的沟谷低洼处或不稳定的悬崖陡壁下。

应遵循“早进晚出”的原则，合理选定洞口位置，避免在洞口形成高边坡和高仰坡。

濒临水库地区的隧道，其洞口路肩设计高程应高出水库计算洪水位(含浪高和壅水高)不小于0．5m，同时应注意由于水的长期浸泡造成库壁坍塌对隧道稳定的不利影响，并采取相应的工程措施。

隧道设计洪水频率标准取值；当观测洪水高于标准值时，应按观测洪水设计；当观测洪水的频率在高速公路、一级公路超过1／300，二级公路超过1／100，三、四级公路超过1／50时，则应分别采用1／300、1／100和1／50的频率设计。

根据以上原则，结合本地段的地形地质情况，营盘路隧道的选址归结为以下几个方面：选择合适的临界标高，在保证隧道埋深的前提下尽量减少隧道的长度；洞口段中线尽量选择与地形等高线垂直，具体问题再具体分析。

2.3 隧道纵断面设计
本隧道的基本坡道形式设为单坡。

坡道形式的选择依据和纵坡坡度的主要控制因素为通风问题和对汽车行驶的利害。

隧道的纵坡以不防碍排水的缓坡为宜，坡度过大，对汽车行驶、隧道施工和养护管理都不利。

单向通行的隧道设计成单坡对通风是非常有利的，因汽车都是单坡行驶，发动机产生的有害气体少，对通风也很有利。

并且隧道埋深较大，围岩很差，设置竖井通风施工难度较大；隧道围岩地下水主要以裂隙水为主，水量贫乏，对施工无太大影响；营盘路隧道由于路线需要，进出口段高程相差很大，设置人字坡将会使隧道长度增加；鉴于以上原因，该隧道决定采用有变坡点的单坡。

2.4 隧道横断面设计
2．4.1建筑限界
营盘路隧道的建筑限界按50km/h 时速进行设计，建筑限界取值确定如下： 建筑限界横断面宽度如下表：
图2.1 隧道建筑限界 单位（m ）
建筑限界横断面宽度如下表：
表2-1 建筑限界设置
2.4.2 紧急停车带
营盘路隧道为长隧道，所以在行车方向的右侧设置紧急停车带。

紧急停车
带的设置间距取750m，停车带的路面横坡取为水平。

紧急停车带的建筑限界、宽度和长度见下图：
图2.2 隧道紧急停车带建筑限界单位（m）
2.4.3 内轮廓设计
根据建筑限界，利用三心圆，得出各断面内轮廓如下图：
图2.3 隧道正常断面内轮廓图 1
图2.4 隧道紧急停车带内轮廓图单位（m）
2.5 施工计划
隧道设计应制订合理的施工计划。

施工计划主要包括：总工期要求、施工方法的确定、合理工区的划分、辅助通道的用途、施工便道、弃渣场、临时设施、监控量测方案等。

制订施工计划应遵循下列原则：
1 应考虑隧道长度、断面、工期要求、地质条件和当地自然条件等，确定合理的施工方法和施工进度。

2 工区划分应考虑隧道纵坡变化、水文与地质条件、渣场和便道修建条件以及土石方平衡等综合因素。

3 应结合工程地质与水文地质超前预报、施上方法以及营运通风方式等，对辅
助通道的设置目的、作用、必要性作出技术经济论证。

4 必要时应根据隧道的建设规模、地质条件等，对主要施工机械设备、大型洞内临时设备、洞外临时设备的技术指标作出要求。

2.6 建筑材料
隧道工程常用的各类建筑材料，可选用下列强度等级：
1 混凝土 C50、C40、C30、C25、C20、C15、C10；
2 石材 MUl00、MU80、MU60、MU50、MU40；
3 水泥砂浆 M25、M20、M15、M10、M7．5、M5；
4 喷射混凝土C30、C25、C20；
5 混凝土砌块MU30、MU20；
6 钢筋 HPB235、HRB335、HRB400
2.7 洞口设计
2.7.1 一般规定
洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、营运要求，通过经济、技术比较确定。

隧道应遵循”早进洞、晚出洞”的原则，不得大挖大刷，确保边坡及仰坡的稳定。

洞口边坡、仰坡顶面及其周围，应根据情况设骨排水沟及截水沟，并和路基排水系统综合考虑布置。

洞门设计应与自然环境相协调。

2.7.2 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，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。

2.7.3洞门
洞口地形较缓，地质条件差，经综合分析采用削竹式洞门。

削竹式洞门是一种稳定性好、基础承载力要求不高、自然和谐的轻型洞门。

本隧道削竹式洞门与明洞衬砌结构自然连接，各长10米。

洞门混凝土厚度与明洞一样，均为70cm。

洞门斜面比例为1：1，洞口端两侧设有M7.5浆砌片石洞门挡块，洞门
挡块预留Ф10排水孔，排水孔进口处放置无纺布。

洞门上端部分覆盖回填土，回填表土分别为20cm 厚种植土，10cm 厚砂砾垫层，30cm 厚粘土隔水层以及夯填土。

洞门结构基础应落在稳固的地基上，要求其地基承载力≥250kPa，当地基承载力不能满足要求时，应对地基进行加固处理使其达到要求。

洞门示意图如图2-6。

1000(削竹式洞门结构）1000（明洞衬砌）
1:
1
套拱
明洞
洞门
M7.5浆砌片石
洞门挡块
单位:cm
图2.6 削竹式洞门示意图 1
营盘路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。

第三章 隧道衬砌设计及计算
3.1衬砌类型
营盘路隧道支护结构采复合式衬砌，分初期支护和二次支护，初期支护采用喷锚支护，二次衬砌采用现浇模筑混凝土。

3.2围岩压力计算
3.2.1 计算断面参数确定
隧道高度h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量 隧道跨度b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量 各围岩级别计算断面参数如下表：
表3-1 计算断面参数 （单位：m ）
3.2.2 深、浅埋判别
隧道进、出口段埋深较浅，需按浅埋隧道进行设计。

3.2.2.1 浅埋隧道分界深度的确定 坍落拱高度按下式计算：
[]10.4521(5)s h i B -=⨯⨯+- （3-1） Ⅴ级围岩，s=5；B>5，i=0.1。

[]40.45210.1(17.4025)15.985h m =⨯⨯+⨯-=。

垂直均布力
q h γ= （3-2）
1815.985287.738/kN m =⨯=
荷载等效高度
q q
h γ
= （3-3）
287.738
15.98518m
==
p H ——浅埋隧道分界深度，m ；
q h ——荷载等效高度
γ——围岩重度，3 kN m q ——深埋隧道的垂直均布压力， 2 kN m h ——塌落拱高度，m
s ——围岩类别
ω——宽度影响系数，1(5)i B ω=+- 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. 浅埋隧道分界深度 2.5 2.515.98539.963p q H h m ==⨯=。

3.2.2.2 浅埋段的确定
进口段：坡度大约为17°左右，纵断面坡度2%，设进口段xm 处埋深为
p H ，根据几何关系：
p H tan172%p x x H -=o
139.862x m = 在设了46m 的明洞段之后，还有93.862m 的浅埋段。

出口段：坡度大约为30°左右，纵断面坡度1.2%，设出口段xm 处埋深为p H ，根据几何关系：
tan30 1.2%p x x H +=o 67.81x m =
进口段'x m 处埋深为q h ，根据几何关系：
''tan30 1.2%q x x h +=o '27.12x m =
则进口段有27.12m 的超浅埋段，40.69m 的浅埋段。

3.2.3 围岩压力计算 3.2.3.1 深埋隧道
由式（3-1），坍落拱高度[]10.4521(5)s h i B -=⨯⨯+-，由式（3-2），垂直压力q h γ=，水平均布压力根据围岩计算如下表：
表3-4 水平均布压力计算表
注：H
B
均小于1.7。

3.2.3.2 埋深小于或等于等效荷载高度的隧道 垂直压力：
q H γ= （3-4） H —隧道埋深 侧向压力：
21
()tan (45)22
c t e H H γΦ=+
-o （3-5） t H —隧道高度，c Φ—围岩计算摩擦角。

3.2.3.3 埋深大于等效荷载高度时的围岩压力计算 垂直力：
(1tan )t
H
q H B γλθ=-
（3-6） t B ——隧道宽度
水平侧压力：
水平侧压力视为均布压力时按下式计算：
121
()2
e e e =+ （3-7）
'12,e H e h γλγλ== （3-8）
'h —隧道底部至地面的高度
侧压力系数λ计算：
[]
tan tan tan 1tan (tan tan )tan tan c
c c βλββθθ-Φ=+Φ-+Φ （3-9）
tan tan c β=Φ+（3-10）
利用上述公式，计算各级围岩压力如下：
Ⅲ级围岩正常断面：[]310.45210.1(16.7225) 3.888h m -=⨯⨯+⨯-=
3.8882493.321/q kN m =⨯=
0.1393.32112.132/e kN m =⨯=
Ⅲ级围岩紧急停车带断面：[]310.45210.1(19.9225) 4.337h m -=⨯⨯+⨯-= 4.33724104.081/q kN m =⨯= 0.13104.08113.531/e kN m =⨯= Ⅳ级围岩正常断面：[]410.45210.1(17.1425)7.849h m -=⨯⨯+⨯-= 227.849172.672/q kN m =⨯= 0.2172.67234.534/e kN m =⨯=
Ⅳ级围岩紧急停车带断面：[]410.45210.1(20.3425)8.745h m -=⨯⨯+⨯-= 228.745192.399/q kN m =⨯= 0.2192.39938.48/e kN m =⨯= Ⅴ级围岩正常断面：15.985h m = 深埋：1815.985287.73/q kN m =⨯= 0.4287.73115.092/e kN m =⨯=
浅埋：取H=p H =39.963m,17.402t B m =,50c Φ=o ,0.630c θ=Φ=o
tan tan c β=Φ+ 1.192 3.358+
= ()3.358 1.192
0.1723.3581 3.358 1.1920.577 1.1920.577λ-=
=⨯+⨯-+⨯⎡⎤⎣⎦
39.963
1839.963(10.172tan 30)553.384/17.402
q kN m =⨯⨯-
⨯⨯=o 11839.9630.172123.725/e kN m =⨯⨯= 21852.0660.172161.195/e kN m =⨯⨯= 超浅埋：取15.985q H h m ==， 12.3t H m =
1815.985287.73/q kN m =⨯=
21
18(15.985)tan 20105.044/212.3
e kN m =⨯+⨯=⨯o
表3-6 各级围岩压力如下表
3.3 衬砌内力计算
衬砌内力计算的原理采用荷载结构法。

3.3.1 计算图示
计算图示采用半拱结构，在主动荷载作用下，顶部衬砌向隧道内变形而形成脱离区，两侧衬砌向围岩方向变形，引起围岩对衬砌的被动弹性抗力，形成抗力区。

为了方便计算，利用辛普生法近似计算各类位移，因此将半拱结构等分为10块，各分块上的外力近似地认为作用在各分块截面的中点上，据此得出计算图示如图5.1所示。

Q7
Q5Q2
y Q9q
e
图3.1 衬砌内力计算图示
弹性抗力图形分布规律按结构变形特征作如下假定：
下零点a 在墙角。

墙角处摩擦力很大，无水平位移，故弹性抗力为零。

上零点b 与衬砌垂直对称中线的夹角假定45°左右。

最大抗力点h 假定在最大跨度处附近，取2
3ah ab =。

3.3.2 衬砌几何要素 （1） 衬砌几何尺寸
内轮廓线为三心圆，半径为1r 、2r ，内径1r 、2r 所画圆曲线的终点截面与竖轴的夹角为1θ、2θ，截面厚度为d 。

（2） 半拱轴线长度S 及分段轴长S ∆
180
i i i S r θ
π=o （3-11）
半拱长度12S S S =+，将半拱轴线等分为10段，每段轴长S ∆。

（3） 各分块截面中心几何要素 与竖轴夹角i α：
1i i i ααθ-=+∆ （3-12）
111180
S a r θπ
∆=∆=o
（3-13）
截面6为第1段衬砌向第2段衬砌过渡的第一个截面，由几何关系，6a 计算如下：
116S S S ∆=∆- （3-14）
1612180
S a r θπ∆=+⨯o
（3-15）
22180
S r θπ
∆∆=⨯
o （3-16） 各截面中心点坐标计算：
1sin i i x r α=⋅，（i=1～5） （3-17） 1121()sin a r r θ=- （3-18） 21sin i i x r a α=⋅+ （i=6～10） （3-19）
1(1cos )i i y r α=- （i=1～5）
2121()cos a r r θ=- （3-20） 112H r a =- （3-21）
12cos i i y H r α=-，（i=6～10） （3-22）
3.3.3 主动荷载作用下的衬砌内力计算
取基本结构如图5.2所示，根据拱顶截面相对变位为零的条件，列出立法方程如下：
e
图3.2 衬砌内力计算基本结构
1112121
1212222
p p p ap
p p p ap ap
X X
X X f u
δδβ
δδβ
++∆+=
⎧
⎨++∆++=
⎩
（3-23）
由叠加原理，墙底位移
ap
β可以表示为
11221
()
ap p p ap
X X f
βββββ
=+++，由
于墙底无水平位移，故0
ap
u=，代入立法方程式得：
111121211
2
221122212
()()0
()()0
p p p ap
p p p ap
X X f
X f X f f
δβδββ
δβδββ
++++∆+=
⎧
⎨++++∆+=
⎩（3-24）
式中
ik
δ、
ip
∆——基本结构的单位位移和主动荷载位移
1
β——墙底单位转角
ap
β——基本结构墙底的荷载转角
f——衬砌矢高。

由辛普生法，得出各系数近似计算公式如下：
1
i K
ik s
M M S
d
EI E I
δ
∆
=⎰≈∑，
00
i p i p
ip s
M M M M
s
d
EI E I
∆
∆==∑
⎰（3-25）
03
12
d
k bd
β=，
ap p
M
ββ
=（3-26）
求出未知力后，根据结构力学的方法，采用下列公式求解各截面内力：
12
2
cos
p p p p
p p p
M X yX M
N X N
α
⎧=++
⎪
⎨
=+
⎪⎩
（3-27）
内力0
p
M、0
p
N的计算：
取计算图示如下图，由结构力学方法求出内力计算公式如下：
图3.3 内力计算图示
弯距：
00
1,
11
()
ip i p i i q g e
i i
M M x Q G y E Qa Ga Ea
-
--
=-∆+-∆---
∑∑（3-28）轴力：
0sin()cos
ip i i
i i
N Q G E
αα
=+-
∑∑（3-29）式中：Q、G、E—各分块上作用的垂直压力、重力、侧压力
q
a、
g
a、
e
a—垂直压力、重力、侧压力所对应的力臂
i
x∆、
i
y∆—相邻两截面中心点的坐标增量值，按下式计算：
1
1
i i i
i i i
x x x
y y y
-
-
∆=-
⎧
⎨
∆=-
⎩
（3-30）
3.3.4 弹性抗力作用下的内力计算
（1）各截面的抗力强度
抗力图形的分布可按以下假定计算：拱部bh段抗力按二次抛物线分布，任
一点的抗力
i
σ与最大抗力
h
σ的关系为：
22
22
cos cos
cos cos
b i
i h
b h
αα
σσ
αα
-
=
-
（3-31）
ah段任意点的抗力值：
2
1i
i h
h
y
y
σσ
⎡⎤
⎛⎫
⎢⎥
=- ⎪
⎢⎥
⎝⎭
⎣⎦
（3-32）（2）各分块上抗力集中值计算
'1
i R 2i i
i S σσ-+⎛⎫
=∆ ⎪⎝
⎭
外 （3-33） 集中力的方向垂直与衬砌外缘，并通过分块上抗力图形的形心。

（3） 抗力集中力与摩擦力的合力计算
i R R =（3-34）
其作用方向与抗力集中力的夹角为arctan βμ=，作用点为抗力集中力与衬砌外缘的交点。

计算单位抗力及相应的摩擦力在基本结构中产生的内力
将i R 的方向线延长，使之交于竖直轴，量取夹角，将其分解为水平与竖直两个方向的分力：
sin cos H i V i R R R R θ
θ=⎧⎨=⎩ （3-35）
根据结构力学方法，单位抗力及相应摩擦力在基本结构中产生的内力计算公式如下：
弯距：
0i ji ji M R r σ=-∑ （3-36） 轴力：
0sin cos i i V i H N R R σαα=-∑∑ （3-37） 式中：ji r — 力j R 至截面中心点i 的力臂 （5） 单位抗力及相应摩擦力产生的载位移
由式（5-13），载位移计算公式如下：
00
1100
22M M M S ds EI E
I M M yM S
ds EI E I σσσσσσ⎧∆∆==⎪⎪⎨∆⎪∆==⎪⎩∑⎰∑⎰ （3-38） （6） 墙底位移 由式（3-14）计算。

（7） 弹性抗力作用下产生的内力
解力法方程（3-12），得出未知力后，就可按式（3-15）计算弹性抗力作用下产生的内力，计算公式如下： 0
120
2cos M X yX M N X N σσσσ
σσσ
α⎧=++⎨=+⎩ （3-39）
3.3.5 最大抗力值的计算
由温克尔假定，得到最大抗力值的计算公式如下：
1hp
h h k σ
δσδ=
- （3-40） 由结构力学方法，结构在荷载作用下的变位和因墙底转动所产生的变位计算如下：
()sin ()sin p h p hp h i h h h h i h M M M S ds y y EI E I M M M S
ds y y EI E
I σσ
σδαδα⎧∆==-⎪⎪⎨
∆⎪==-⎪⎩∑⎰∑⎰ （3-41） 3.3.6 衬砌总内力计算
由叠加原理，衬砌总内力等于主动荷载作用下的结构内力与弹性抗力作用下的结构内力的叠加，按下式计算衬砌总内力：
p h p h M M M N N N σ
σ
σσ=+⎧⎨
=+⎩ （3-42） 3.3.7 计算结果
由于Ⅲ级围岩二次衬砌不承担荷载，故在此不予计算。

其他围岩内力计算过程见附录A ，下面仅将计算结果列出。

Ⅳ级围岩正常断面衬砌内力计算
表3-7 总内力计算表
将计算结果按比例绘制成弯距图与轴力图，见图3.4：
512.416
519.818556.991589.721
594.238
565.358
523.042
482.177
448.645
426.575
418.8681.863
68.58732.628
-14.785
-56.691-71.688-53.004
-8.687
18.142
-1.161
0.895
M(kN.m)
N(kN)
图3.4 Ⅳ级围岩正常断面衬砌结构内力图
（2） Ⅳ级围岩紧急停车带断面衬砌内力计算 计算结果如表5-8：
表3-8 总内力计算表
将计算结果按比例绘制成弯距图与轴力图，见图3.5：
717.025
718.057741.265
763.844
758.136
721.3
671.055
623.736
584.623
559.702
551.123110.256
93.25946.716
-15.815
-73.899-101.098
-79.246-13.962
28.0453.2731.247
M(kN.m)
N(kN)
图3.5 Ⅳ级围岩紧急停车带断面衬砌内力图
Ⅴ级围岩深埋正常断面衬砌内力计算 计算结果如表3-9：
表3-9 总内力计算表
将计算结果按比例绘制成弯距图与轴力图，见图3.6：
1930.843
1923.0071965.7521993.993
1970.769
1888.88
1780.759
1675.725
1587.74
1530.082
1509.539250.17
212.768110.579
-25.956
-151.167-208.448-183.116-76.509-0.174-34.709
2.242
M(kN.m)
N(kN)
图3.6 Ⅴ级围岩深埋正常断面衬砌内力图
Ⅴ级围岩浅埋正常断面衬砌内力计算 计算结果如表3-10
表3-10 衬砌的总内力
将计算结果按比例绘制成弯距图与轴力图，见图3.7：
3022.971
3053.2033151.782
3204.812
3150.005
2982.698
2763.472
2549.848
2370.518
2252.406
2210.713507.074
496.181174.469
-26.073
-311.806-466.825-447.953-263.714
-107.9-121.196
6.568
M(kN.m)
N(kN)
图3.7 Ⅴ级围岩浅埋正常断面衬砌内力
Ⅴ级围岩超浅埋正常断面衬砌内力计算 计算结果见表3-11：
表3-11 总内力计算表
将计算结果按比例绘制成弯距图与轴力图，见图3.8：
2665.364
2674.0392750.64
2799.038
2763.492
2634.421
2462.167
2293.85
2152.376
2059.257
2026.259401.117
340.535175.32
-45.194
-246.71-337.295
-288.671-114.64
9.428
-41.679
3.362
M(kN.m)
N(kN)
图3.8 Ⅴ级围岩超浅埋正常断面衬砌
第四章隧道施工设计
4.1 施工准备
营盘路隧道进洞口处地形开阔，有利于布置施工场地，隧道作业队进驻施工场地后，必须做好现场调查，做好以下施工前准备工作：
（1）隧道作业队进驻施工场地后，必须及时搭建好住处，配电房、压风机房、混凝土搅拌站、钢筋车间等生产房屋设在进洞口附近，在不影响施工的前提下，尽量靠近洞口，便于运输。

（2）隧道施工用电由附近乡镇高压电引接，接线长约3.5km，在隧道出口安装一台315KVA变压器，另外配备一台120KW发电机以作备用。

（3）施工用水：根据现场条件，营盘路隧道出口附近没有可供水源的天然河流，水源缺乏，必须从附近城郊的某水利工程处引水，引水距离为1.8公里左右，在施工现场设蓄水池两个。

（4）施工用风：在隧道出口设供风站一处，内设电动空压机1台。

（5）三管两线布置：综合施工现场实际情况，将高压风管、高压水管、通风管布置在洞口右侧，动力线和照明线布置在左侧。

照明线面成洞地段采用220V，掌子面附近采用36V安全电压。

（6）砼工厂：在隧道进口设2台JS500强制式拌合机，混凝土由混凝土输送泵输送。

（7）必须做好临时交通便道，便于同外界交通，以及各种材料的运输。

4.2 施工设计
4.2.1 总体方案和部署
（1）营盘路隧道开挖采用光面爆破，应控制好爆破用药量，减少对围岩的扰动，保证开挖轮廓圆顺，减少超挖，不允许欠挖。

（2）初次支护紧跟开挖面，爆破以后立即对围岩进行初喷、打设锚杆、挂钢筋网、初喷厚度不小于4mm，喷射砼分1~3次复喷达到设计要求，并覆盖钢筋网和锚杆露头。

中空锚杆施工采用专门设备和专用工艺。

要求注浆饱满。

（3）钢筋网必须单根现场绑扎，并随岩面起伏，贴岩面。

（4）初期支护达到设计要求后的地段距开挖面的距离不得大于10m。

（5）二次衬砌砼浇筑采用机械泵送，一次成型。

（6）加强施工监控量测工作，及时掌握围岩衬砌的应力、应变状态。

量测信息应及时反馈，施工、监理、设计随时掌握围岩和结构的工作状态，以便及时调整设计参数，制定合理的施工措施和支护手段，节约工程费用，保证施工安全。

4.2.2 隧道洞口施工
营盘路隧道出洞口为ⅴ级围岩，大部分围岩层为坡积层，地质条件很差，在进行洞口施工时，必须坚决执行晚出洞的原则，避免大挖大刷，做好洞口防排水工作，保护植被，尽量使洞口简洁、美观、自然，与环境协调。

本隧道洞口施工必须做好以下事项：
（1）在场地清理时，先清理洞口上方及侧面有可能滑塌的表土、树木、山坡危石等，平整洞顶地表，施做好洞口边、仰坡坡顶处的天沟，防止雨水流入施工场地。

（2）按洞门设计上的边、仰坡坡率放线，人工自上而下逐段开挖边、仰坡，打锚杆、喷射C20级混凝土、挂钢筋网维持边坡稳定，同时做好边坡防护工程。

（3）隧道出口为柱式洞门，洞门墙后土压力较大，必须按设计的洞门图纸精确施工，洞门基础应置于稳固的地基上，本隧道洞口地基土强度较低，做基础前可采用压浆进行地基加固处理，墙面采用釉面砖镶面，表面镶缝应顺直、均匀、美观。

（4）洞门拱墙应与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工连成整体，确保拱墙连接良好。

洞门墙端的砌筑与回填必须两侧同时进行，防止对衬砌产生偏压。

（5）洞口段采用双侧壁导坑法进洞，人工开挖，需要时采用弱爆破，进尺1m。

开挖前采用管棚注浆法对围岩进行预加固，开挖后用钢架紧贴洞口开挖面进行支护，再进行下次开挖作业。

施工过程中加强监控量测，收集量测数据及时分析指导施工。

4.2.3 明洞施工
明洞施工除了做好上述洞口施工的相应事项外，还应选择合适的施工方法进行开挖和衬砌的施工。

营盘路隧道进洞口段地表平缓，山体以隧道轴线为中心大致对称分布，不会对隧道形成偏压影响；洞口段100m左右为ⅴ级围岩，有相当一段长度为坡积含碎石亚粘土，其他部分为熔结凝灰岩节理裂隙发育，但路面标高以下地层下伏青
灰色凝灰岩，岩体呈大块状砌体结构，属硬质岩，可作为路面基础。

综合上述明洞段的地形地质条件，基于其上覆岩层破碎，边墙拱脚处岩层承载力较好这样的情况，明洞段采用全部明挖先墙后拱的施工方法。

全部明挖先墙后拱法的施工顺序如下：
（1）从上向下分台开挖临时边坡、仰坡，人工开挖，边坡开挖线设为1：0.3，仰坡坡率临时放坡为7°左右，采用临时喷锚支护保证仰坡的稳定。

（2）施作两侧边墙结构，根据设计图纸严格操作，进行边墙衬砌施工。

（3）施作拱圈结构，明洞衬砌其拱圈要按断面要求，制作定型挡头板，内、外模及骨架，加强各部分内、外模支撑，防止变形及位移。

（4）作防水层及回填，在衬砌达到设计强度的70%左右时进行回填，边墙墙背采用5#浆砌片石回填，拱顶采用原开挖石渣回填，密实。

回填土坡度设为7°，最低回填高度设为1.5m。

回填土尽量做到对称，防止产生偏压，如回填土高度与原坡面有高差，对原坡面进行适当放坡，使回填土与原坡面连接连贯。

明洞与隧道衔接的施工方法，隧道部分的拱圈必须由内向外和明洞拱圈衔接，施工时把隧道洞身衬砌向明洞方向延长一定的长度，达到整体防水效果。

4.2.4 暗洞施工
4.2.4.1 开挖方式
营盘路隧道围岩级别分别为Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级，有深埋段和浅埋段，因此根据《公路隧道施工技术规范》，类比其他工程，本隧道各级围岩所采用的开挖方式如下：
表4-1 各级围岩开挖方法
注意事项：
（1）正台阶开挖时上台阶一般超前50m，上台阶钻孔可以与下台阶出渣平行作业，以加快进度，减少工期。

（2）短台阶开挖进尺控制在5m以内，开挖后及时支撑与支护待拱圈混凝土达到设计强度的70%后再进行下部断面的开挖，开挖后及时支护。

（3）双侧壁导坑开挖进尺控制在10m以下，必须作好超前支护后再进行开挖，开挖后及时支撑和支护，保证施工人员的安全。

4.2.4.2 掘进方法
考虑到经济及施工进度，主要采用钻爆法掘进，浅埋段和进洞开挖在必要时采用人工掘进。

钻爆法开挖掘进时采用光面爆破法。

爆破作业时，先根据爆破设计中的参数进行爆破，在爆破作业中不断积累经验并修正设计爆破参数，以达到最佳爆破效果。

（1）爆破设计
①钻爆参数的确定
本隧道光面爆破掘进采用如下表的参数：
表4-2 爆破参数表
②爆破器材的选用
光面爆破的器材主要有：炸药、非电塑料导爆系统、毫秒雷管和导爆管等。

本隧道光面爆破对所使用的器材要求有：炸药要选择低爆速、低密度、低猛度、高爆力、小直径、传播性能良好的炸药；选择分段多，起爆同时性好的毫秒雷管。

根据上述要求选用的器材如下：2号岩石炸药，药卷直径分别为28mm、22mm、20mm，炸药爆速为2100m/s；在掏槽眼采用毫秒雷管，其余炮眼采用间隔为100~200ms。