隧道设计-计算书

'贵开高速都溪隧道右线施工图设计摘要：贵阳至开阳都溪隧道是一座上下行分离的双向四车道长隧道，全线位于贵阳市白云区都拉营镇都溪村境内，本隧道是贵阳至开阳的重要交通路线。严格按照现行公路隧道设计规范和设计任务书的要求，本设计只进行贵阳至开阳都溪隧道右线的施工图设计，公路设计等级为高速公路，设计时速为80km/h,隧道全长1215m。衬砌结构计算方面，洞身段主要采用复合式衬砌，初次支护采用弹塑性理论（地层结构法），考虑地层与围岩之间的相互作用，进行锚喷支护的设计与计算；二次衬砌运用有限元软件进行结构内力分析并根据分析结果进行配筋和验算。洞门设计方面，充分考虑洞口位置的地形、地质情况，贵阳端采用端墙式洞门，开阳端采用翼墙式洞门。隧道通风采用射流式纵向通风；照明采用钠光灯照明。排水方面，遵照“截、堵、排”相结合的设计原则处理地下水的问题。施工方面，采用新奥地利隧道施工法，从两端洞门同时进行开挖,根据不同围岩级别分段施工，主要采用全断面法，单向侧壁导坑开挖法和台阶法，以及光面爆破，并进行合理的施工组织设计。关键词：隧道；复合式衬砌；洞门；新奥地利隧道施工法TheconstructiondrawingdesignoftherightlineinguikaihighwayduxitunnelAbstract:TheDuxitunnelfromGuiyangtoKaiyangisanascending-descendingseparationbidirectionalfourvehicletrafficlanespriesttunnel,whichlocatesatDuxivillageDulayintownintheGuiyangBaiyunDistrict,thistunnelisimportanttransportationroutefromGuiyangtoKaiyang.Accordingtotherequestofpresenthighwaytunneldesignstandardandthedesignprojectdescription",thisdesignonlycarriesontunnelrightlineconstructiondrawingdesignfromGuiyangtoKaiyang,whosehighwaydesignrankisthehighway,thedesignspeedis80km/h,andthetunnelspan1215m.Inthetermofliningworkstructurecomputation,theholefiguremainlyusescompositelining,theprimarysupportsandprotectionsusetheelasto-plasticitytheory(stratalconfigurationlaw),considethenteractionbetweenstratumandcountryrock,andadoptthedesignandcayulationofshotcrete-anchoragesupport;SecondaryliningcarriesonthestructureendogenicforceanalysisusingthefiniteelementsoftwareandcarrIesonthereinforcingbarsandthecheckingcalculationbasedontheanalysisresults.Inthetunnelportaldesignaspect,186 havingfullyconsideredtheterrainoftunnelopenning,thegeologicalsituation,theendofGuiyangsectiontunnelusestheendwalltypeportal,theKaiyang’sendusesthewingwalltypeportal.Thetunnelventilationuseslongitudinalventilationofthejetflowtype;Theilluminationusesthesodiumlampillumination.Inthedrainingwateraspect,thedesigndealswiththequestionoftheundergroundwaterfollowingtheprincipleofthetruncation,stopsup,theplatoon.Intheconstructionaspect,thedesignusesNATMtunneltechnology,excavatesfromthebothsidesofportal.carriesonpartitionconstructionbasiedonthedifferentadjacentformationrank,theconstructionfunctionmainlyadoptstheexcavationmethodofunidirectionalsidewallguidinghole,benchingtunnellingmethod,aswellasperimeterblasting,andcarriesonthereasonableconstructionorganizationplan.keyword：tunnel；compositelining；tunnelportal；NATM186 第一章绪论1.1隧道简介1.1.1隧道及其分类隧道通常指作用地下通道的工程建筑物。一般可分为两大类：一类是修建在岩层中的，称为岩石隧道；一类是修建在土层中的，称为软土隧道，埋深较浅的隧道，一般采用明挖法施工，埋置较深的隧道则多采用暗挖法施工。隧道按其所处的位置不同可分为山岭隧道、水下隧道(河底和海底)以及城市隧道等。隧道按其横断面形状分为圆形、椭圆形、马蹄形、眼镜形(孪生形)等。隧道按其用途可分为交通隧道(包括公路隧道、铁路隧道、城市地铁、人行隧道等)和运输隧道(包括输水隧道、输气隧道、输液隧道等)。公路隧道按其长度的不同又分为四类,见表1-1所示：表1.1公路隧道分类隧道分类特长隧道长隧道中隧道短隧道隧道长度(m)L>30003000≥L>10001000≥L>500L≤500隧道长度，是指进出口洞门端墙之间的水平距离，即两端端墙面与路面的交线同路线中线交点间的距离，并以此作为计量支付的依据。尽管隧道有各种用途、不同长度及横断面形状，但其构造组成大体相同，均由主体建筑物和附属建筑物两大部分组成。1.1.2隧道的作用及其优点隧道在山岭地区可用做克服地形或高程障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏，保护生态环境；还可用做克服落石、坍方、雪崩、雪堆等危害。在城市可减少用地，构成立体交叉，解决交叉路口的拥挤阻塞，疏导交通，保护环境，提高社会综合效益。在江河、海峡、港湾地区，可不影响水路通航。修建隧道既能保证路线平顺、行车安全、提高舒适性和节约运费，又能增加隐蔽性、提高防护能力和不受气候影响。186 1.1.3隧道工程及其发展隧道工程从原始的洞室开挖（明挖法，盖挖法），经历了钻爆开挖，发展到现在的盾构法，沉管法，顶管法和沉箱法。计算理论也经历也一发展阶段，依次经历了刚性理论，弹性理论，弹塑性理论，连续介质理论和数值分析和反馈理论。隧道施工的应用范围也不断地扩大，由岩质隧道扩展到现在的土质隧道和水工隧道，由铁路隧道扩展到公路隧道，地铁隧道，水工隧道，地下管线隧道，观光隧道，相应的施工方法也由单一的木支撑开始，经历了钢支撑，发展到现在的柔性支付（复合式支护）。对于开挖的隧道柔性支护应用越来频繁，设计理论由荷载结构法发展到现在的地层结构法。荷载结构法计算比较简单，但没有考虑围岩和结构之间的相互作用，与工程实际相比误差较大。目前，地层结构法还处于发展阶段，国内外诸多学者提出许多计算模型，例如，同济大学孙军院士提出隧道网络神经分析法，侯学渊教授提出的同济大学模型，PECK.R.B教授提出PECK公式等，对地层结构法的发展和完善起着极大的推动作用。随着隧道向软土等复杂地质条件下的应用，盾构技术也越来越受到重视，作为一种非开挖技术，盾构法能够有效地控制地面沉降，提高施工效率等，盾构机机型也不断增加，主要有泥土静压平衡盾构，泥水静压平衡盾构，网格挤压盾构，网格水力机械出土盾构等，能够适应不同的地质情况，大大地扩展了施工范围。随着计算理论的发展，数值分析的应用，施工监测和信息反馈不断发展，施工经验的积累，隧道工程技术不断也不断地向前迈进1.1.4新奥法施工新奥法是本世纪四十年代开始发展起来的，它是以喷混凝土和锚杆为主要支护手段的一种方法。这种方法把坑道的衬砌支护与围岩看作是互相作用的一个整体，既发挥围岩的自承能力，又使支护起到加固围岩的作用。在确保坑道稳定的基础上，使设计更加合理、经济。目前这种方法还处于经验设计阶段，需在实施过程中根据现场测量数据加以修正。新奥法与传统的矿山法相比，更能结合实际地质条件。随着理论上的日益完善，将会在地下工程中得到更加广泛的应用。186 1.2目的和意义1.2.1立题的目的:毕业设计是对大学四年学习知识的检验和考察，通过这次毕业设计使学生对本专业的知识有更深一步的了解，和更深一步的掌握，以便在以后的学习工作中能灵活的运用所学专业的知识。1.2.2立题的意义：本项设计是贵阳至开阳高速公路都溪隧道右线施工图设计，公路等级高，技术标准高，将其作为毕业设计课题，是把所学的基础理论、专业知识、基本技能综合运用于实际工程设计中的一次完美组合，本项毕业设计有针对性地在隧道选线、隧道衬切、支护设计、隧道洞门设计、隧道防排水设计、隧道通风照明设计、隧道爆破设计、隧道施工组织设计等方面进行了深入研究，通过比较的研究方法，能够使我掌握各分项设计中的重难点，掌握计算的方法及计算要点，满足我以后工作和继续深造的需要。186 第二章设计要求2.1技术要求2.1.1主要的技术标准1、隧道设计按实际交通量设计2、设计速度与净空（1）设计速度隧道几何线形，断面净空按80km/h设计。隧道照明设计速度按80km/h设计。隧道通风设计速度按80km/h设计。（2）隧道净空：根据《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）确定a、建筑限界基本宽度：行车道宽度：W—2×3.75m侧向宽度：L左—0.50mL右—0.75m检修道宽度：J—0.75m总基本宽度为：10.25mb、隧道建筑限界净高：5.0m（检修道净高2.5m）。c、洞内紧急停车带宽3.5m，长30m，过渡段2×5m，净高5m。3、洞内环境控制标准（1）隧道内一氧化碳CO允许浓度：a、隧道内工作人员休息室和控制人员长期停留的工作间为24ppm。b、正常营运时为150ppm。c、发生交通阻塞时，短时间（20min）以内为300ppm。（2）隧道内烟尘允许浓度：a、正常营运时：计算行车速度80km/h时为0.0070m-1；b、交通阻塞时为0.012m-1186 2.1.2材料1、混凝土：、、混凝土；2、钢筋；3、锚杆；4、管棚；5、土工布。2.2设计基本资料贵阳至开阳都溪隧道是一座上下行分离的双向四车道长隧道。隧道左线起讫桩号为ZK121+420～ZK122+665,全长1227m，右线起讫桩号为YK121+400～YK122+615,全长1215m。左线隧道贵阳端372.415m位于R=1500m、A=547.723的缓和曲线内，开阳端位于直线内；右线隧道贵阳端386.04m位于R=1250m、A=500的缓和曲线内，开阳端位于直线内，最大超高2%。隧道纵面位于2.5%的上坡段。左线贵阳端190.5m位于半径为25000m的凸型竖曲线中，开阳端225m位于半径为40000m的凸型竖曲线中。右线贵阳端204.5m位于半径为25000m的凸型竖曲线中，开阳端180.641m位于半径为40000m的凸型竖曲线中。186 第三章初步设计3.1围岩分类1、YK122+560～615段围岩主要为强～弱风化薄层状炭质硅质板岩，少量强～弱风化泥质砂岩，岩石强度低；炭质硅质板岩呈土夹石状，岩体呈角碎状松散结构，围岩类别为Ⅴ类，围岩易坍塌，浅埋时易出现地表下沉或坍至地表。岩层渗透性差，可能产生浸润状渗水、局部滴状渗水或线状滴水，衬砌不及时易产生塌方。2、YK121+400～555、YK122+449～560段围岩为弱～微风化薄层状硅质岩、夹炭质硅质板岩，节理裂隙发育，岩石坚硬，岩体呈块碎石镶嵌结构。贵阳端洞口处岩层走向与隧道轴线近直交，围岩稳定性较好；开阳端洞口处岩层走向与隧道轴线呈小角度相交，倾角40～50°，对围岩稳定性影响不大。围岩类别为Ⅲ类，拱顶未支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，其中YK122+449～560段右侧山体较薄，存在一定的的偏压。围岩为弱透水层可能产生浸润状渗水、局部滴状漏水。3、YK121+555～658、YK122+399～449段围岩为弱～微风化薄～中厚层状炭质硅质板岩、炭质砂岩，节理裂隙发育，岩性较坚硬～较软弱，岩体破碎呈碎石状压碎结构，围岩稳定性较差。围岩类别为Ⅳ类，拱部无支护时可产生大的坍塌，侧壁可能失稳。围岩为弱透水层，可能产生浸润状渗水、局部滴状漏水。4、YK121+658～YK122+399段围岩为微风化～未风化厚层状变质砂岩、夹中～厚层状砂质板岩，岩性坚硬，岩体完整呈大块状砌体结构。围岩类别为Ⅱ类；YK171+950～YK172+399段岩层走向与洞身轴线小角度相交且倾角平缓，顶板可能产生塌落。围岩为弱透水层，可能产生浸润状渗水、局部滴状漏水，节理裂隙发育段可能产生线状滴水。3.2横断面设计要点186 隧道净空断面除应符合建筑限界的规定以外，还应考虑通风设备及排水、照明、消防、监控、管线电缆等设施所需的空间，并考虑土压影响，施工方法等必要的富余量。经综合考虑该隧道采用曲墙式断面构造。1、净空经过断面优化分析后确定隧道净空断面为单心圆。内空考虑了侧墙预留装修层5cm，拱部考虑了施工误差5cm，净高5.0m，并预留20cm，拱顶部可安装一组（两台）直径Φ1120mm的射流风机，通讯、消防、配电洞室等在侧墙部位另留空间。2、横断面构造（1）隧道横断面采用锚喷支护复合模筑混凝土衬砌，内夹防排水层。（2）路面采用双面横坡，坡度2%，路面双侧设排水沟，路基中心设中心排水沟。（3）横断面右侧沟槽设弱电缆及消防配水管，左侧沟槽设强电电缆。（4）紧急停车带净空断面增加紧急停车带宽3.5m，其它同标准断面3.2.1隧道净空与限界的基本概念隧道净空：隧道衬砌内轮廓线所包围的空间，根据“隧道建筑限界”确定的。隧道建筑限界：为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围。图3.1公路隧道建筑限界（单位：cm）H-建筑限界高度；W-行车道宽度；LL-左侧向宽度；LR-右侧向宽度；C-余宽；J-检修道宽度；R-人行道宽度；h-检修道或人行道的高度；EL-建筑限界左顶角宽度，EL=LL；ER-建筑限界右顶角宽度，当LR≤1m时，ER=LR,当LR＞1m时,ER=1m186 建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公路取4.5m。当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应设不小于25cm的余宽。3.2.2检修道和人行道的设计高速公路和一级公路隧道内应设置检修道。其它等级公路隧道，应根据隧道所在地区的行人密度、隧道长度、交通量及交通安全等因素确定人行道的设置。检修道或人行道宜双侧设置；检修道或人行道的宽度按表3.1规定选取；检修道或人行道的高度可按20—80cm取值，并综合考虑以下因素：1、检修人员步行时的安全；2、紧急情况时，驾乘人员拿取消防设备方便；3、满足其下放置电缆、给水管等的空间尺寸要求。表3.1公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度（m）公路等级设计速度（km/h）车道宽度（W）侧向宽度余宽C人行道R检修道J隧道建筑净宽左侧LL右侧LR左侧右侧设检修道设人行道不设人行道、检修道高速公路一级公路1203.75×20.751.250.750.75111003.75×20.510.750.7510.5803.75×20.50.750.750.7510.25603.50×20.50.750.750.759.75二级公路三级公路四级公路803.75×20.750.75111603.50×20.50.5110403.50×20.250.250.759303.25×20.250.250.257.5203.00×20.250.250.257注：①三车道隧道除增加车道数外，其它宽度同表；增加车道的宽度不得小于3.5m。②连拱隧道的左侧可不设检修道或人行道，但应设50cm（120km/h与100km/h时）或186 25cm（80km/h与60km/h时）的余宽。③设计速度120km/h时，两侧检修道宽度均不宜小于1.0m；设计速度100km/h时，右侧检修道宽度不宜小于1.0m。隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡；当隧道为双向交通时，可取双面坡。坡度应根据隧道长度，平、纵线形等因素综合分析确定，采用2.0％。当路面采用单面坡时，建筑限界底边线与路面重合；当采用双面坡时，建筑限界底边线应水平置于路面最高处。隧道内轮廓设计除应符合隧道建筑限界的规定外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰的需要，并为通风、照明、消防、监控、营运管理等设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量，使确定的断面形式及尺寸符合安全、经济、合理的原则。隧道内路侧边沟应结合检修道、侧向宽度、余宽等布置，其宽度应小于侧向宽度，并布置于车道两侧。3.2.3隧道衬砌标准内轮廓设计根据《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)规定，隧道的内轮廓标准拱部为单心半圆R1=543cm,侧墙为大半径圆弧R2=615.8cm,仰拱圆弧半径R4=1415cm，仰拱与侧墙间用一个小半径圆弧连接R3=100cm。如图3.2所示：186 图3.2隧道内轮廓线3.2.4紧急停车带设计长、特长隧道应在行车方向的右侧设置紧急停车带。双向行车隧道，其紧急停车带应双侧交错设置。紧急停车带的宽度，包含右侧向宽度应取3.5m，长度应取40m，其中有效长度不得小于30m。紧急停车带的设置间距不宜大于750m。停车带的路面横坡，长隧道可取水平，特长隧道可取0.5％—1.0％或水平。186 a）b)图3.3紧急停车带的建筑限界、宽度和长度（单位：cm）a）宽度构成及建筑限界；b）长度186 图3.4紧急停车带的内轮廓线186 第四章洞门设计4.1洞门设计步骤《公路隧道设计规范》关于洞口的一般规定：1、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。2、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。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。4.1.1确定洞门位置4.1.1.1洞口位置的确定应符合下列要求：1、洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。2、洞口位置应设于山坡稳定、地质条件较好处。3、位于悬崖陡壁下的洞口，不宜切削原山坡；应避免在不稳定的悬崖陡壁下进洞。4、跨沟或沿沟进洞时，应考虑水文情况，结合防排水工程，充分比选后确定。5、漫坡地段的洞口位置，应结合洞外路堑地质、弃渣、排水及施工等因素综合分析确定。6、洞口设计应考虑与附近的地面建筑及地下埋设物的相互影响，必要时采取防范措施。7、洞门宜与隧道轴线正交；地质条件较好；做好防护；设置明洞4.1.1.2洞口地质条件186 贵阳至开阳高速公路隧道右线洞口入口端位于山体斜坡下部，斜坡自然坡度约为35°左右，隧道轴线与地形等高线在右洞为大角度相交，位置较好，覆盖层为碎石质土等残坡积物，厚度约0.50～3.0m，下伏基岩为弱风化硅质岩，强度高，岩体破碎呈块碎石镶嵌结构。岩层表层裂隙较发育，在浅部略有张开，往下闭合；岩层走向与线路近正交，倾向与坡向相近，倾角25～35°，自然边坡较稳定，开挖后易产生崩塌及顺层滑动。出口端洞门位于侧冲沟中，沟底地形较缓，地形坡度约8°。覆盖层为可塑状亚粘土，厚度3m左右，下伏强弱风化炭质硅质板岩、灰岩、泥质砂岩，岩体破碎，开挖后稳定性差。进出口均位于山体斜坡下部及冲沟中，洞门以上汇水面积较大，易形成短暂性小洪流，对洞口易产生不利影响，应采取截水措施。4.1.2确定洞门类型4.1.2.1洞门类型及适用条件洞门的形式很多，从构造形式、建筑材料以及相对位置等可以划分许多类型。目前，我国公路隧道的洞门形式有:端墙式洞门、翼墙式洞门、环框式洞门、台阶式洞门、柱式洞门、遮光棚式洞门等。1、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2、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。3、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可采用环框式洞门。4、台阶式洞门当洞门傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时，为减小仰坡高度及外露长度，可以将端墙顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形的特点，减少仰坡土石方开挖量。5、遮光棚式洞门186 当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。遮光构造物有开放式和封闭式之分，前者遮光板之间是透空的，后者则用透光材料将前者透空部分封闭。但由于透光材料上面容易沾染尘垢油污，养护困难，所以很少使用后者。形状上又有喇叭式与棚式之分。4.1.2.2洞门形式的选择按分类，贵阳至开阳都溪隧道右线属长隧道，基本服从于路线走向，路线与地形等高线基本正交，洞门按受力结构设计。洞门形式结合实际地形、地质情况选定。根据洞门所处地段的地形地貌及工程地质条件，遵从“早进洞，晚出洞”的设计原则，并考虑洞门的实用、经济、美观等因素，因此本隧道使用贵阳端洞口采用端墙式洞门，开阳端洞口采用翼墙式洞门（带挡土墙）。洞门简图见图4.1。图4.1翼墙式洞门正面186 图4.2翼墙式洞门侧面图4.3端墙式洞门正面186 图4.4端墙式洞门侧面4.1.3洞门构造要求按《公路隧道设计规范》（JTG-2004）,洞门构造要求为：1、洞门仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0m，洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m。2、洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按计算或结合其他工程类比确定。3、洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地基及地形条件，埋置足够深度，保证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不小于0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m。基底埋置深度应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。4、松软地基上的基础，可采取加固基础措施。洞门结构应满足抗震要求。4.1.4验算满足条件采用挡墙式洞门时，洞门墙可视为挡土墙，按极限状态验算，并应验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。验算时应符合表4.1和表4.186 2（《公路隧道设计规范》JTG-2004）的规定，并应符合《公路路基设计规范》、《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》的有关规定。表4.1洞门墙设计参数仰坡坡率计算摩擦角φ（度）容重γ（kN/m3）基底摩擦系数f基底控制压应力(MPa)1:0.570250.60.81:0.7560240.50.61:150200.40.40-0.351:1.2543-45180.40.30-0.251:1.538-40170.35-0.40.25表4.2洞门主要验算规定墙身截面荷载效应值Sd≦结构抗力效应值Rd（按极限状态计算）墙身截面荷载效应值Sd≦结构抗力效应值Rd(按极限状态计算)墙身截面偏心距e≦0.3倍截面厚度滑动稳定安全系数Kc≧1.3基底应力σ≦地基容许承载力倾覆稳定安全系数Ko≧1.6基底偏心距e岩石地基≦B/5-B/4;土质地基≦B/6（B为墙底厚度）4.2洞门结构设计计算4.2.1端墙式洞门设计计算4.2.1.1计算参数计算参数如下：1、边、仰坡坡度1:0.5；2、仰坡坡脚ε=63.5°，tanε=2，α=0°；3、地层容重γ=20KN/m3;4、地层计算摩擦角φ=70°；5、基底摩擦系数0.6；186 6、基底控制应力【σ】=0.8Mpa4.2.1.2建筑材料的容重和容许应力1、墙端的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为Mu100，水泥砂浆的强度等级为M10。2、容许压应力【σa】=2.2Mpa，重度γt=22KN/m3。4.2.1.3洞门各部尺寸的拟定根据《公路隧道设计规范》（JTG-2004），结合洞门所处地段的工程地质条件，拟定洞门翼墙的高度：H=11m；其中基底埋入地基的深度为1,0m，洞门翼墙与仰坡之间的水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度1.4m，洞门翼墙与仰坡间的的水沟深度为0.5m，洞门墙顶高出仰坡坡脚0.7m，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1.5m，墙厚1.5m，设计仰坡为1:0.5,具体见图纸。4.2.2翼墙式洞门设计计算4.2.2.1计算参数计算参数如下：1、边、仰坡坡度1:1.25；2、仰坡坡脚ε=39°，tanε=0.8098，α=9°；3、地层容重γ=18KN/m3;4、地层计算摩擦角φ=45°；5、基底摩擦系数0.4；6、基底控制应力【σ】=0.3Mpa4.2.2.2建筑材料的容重和容许应力1、墙端的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为Mu100，水泥砂浆的强度等级为M10。2、容许压应力【σa】=2.2Mpa，重度γt=22KN/m3。186 4.2.2.3洞门各部尺寸的拟定根据《公路隧道设计规范》（JTG-2004），结合洞门所处地段的工程地质条件，拟定洞门翼墙的高度：H=12m；其中基底埋入地基的深度为1,0m，洞门翼墙与仰坡之间的水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度1.4m，洞门翼墙与仰坡间的的水沟深度为0.5m，洞门墙顶高出仰坡坡脚0.7m，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1.5m，墙厚2.2m，设计仰坡为1:1.25,具体见设计图纸。4.3洞门验算4.3.1端墙式洞门验算4.3.1.1洞门土压力计算根据《公路隧道设计规范》（JTG-2004），洞门土压力计算图示具体见图4.2。图4.5洞门土压力计算简图最危险滑裂面与垂直面之间的夹角：186 （4.1）式中:——围岩计算摩擦角;ε——洞门后仰坡坡脚；α——洞门墙面倾角将数值代入式（4-1）可得：故：ω=13.19°根据《公路隧道设计规范》（JTG—2004），土压力为；（4.2）（4.3）（4.4）式中:E——土压力（KN）;——地层重度（KN/m3）λ——侧压力系数；ω——墙背土体破裂角；b——洞门墙计算条带宽度（m），取b=1.0m；ξ——土压力计算模式不确定系数，可取ξ=0.6。把数据分别代入式（4-2）、（4-3）、（4-4），得：=0.052813=6.400048由三角关系可得：h0=3m洞门土压力E：186 （4.5）式中：δ——墙背摩擦角=4.3.1.2抗倾覆验算端墙计算图示如图3.3所示，挡土墙在荷载作用下应绕O点产生倾覆时应满足下式：（4.6）式中:K0——倾覆稳定系数，；——全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩；——全部水平力对墙趾O点的稳定力矩；由图4.3可知：墙身重量G：G=818.125kNEx对墙趾的力臂：；对墙趾的力臂：G对墙趾的力臂：代入上式得：186 >1.6故抗倾覆稳定性满足要求4.3.1.3抗滑动验算对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性：（4.7）式中:Kc——滑动稳定系数——作用于基底上的垂直力之和；——墙后主动土压力之和，取=Ex；F——基底摩擦系数，取f=0.4由图3.3得：>1.3故抗滑稳定性满足要求4.3.1.4基底合力偏心矩验算设作用于基底的合力法向分力为，其对墙趾的力臂为ZN，合力偏心矩为e，则：>0合力在中心线的右侧。计算结果满足要求186 基底控制压应力，计算结果满足要求。4.3.1.5墙身截面偏心矩及强度验算1、墙身截面偏心矩e（4.8）式中：M——计算截面以上各力对截面形心力矩的代数之后；N——作用于截面以上垂直力之后。将数据代入墙身偏心矩E的公式，可得：，计算结果满足要求。2、应力（满足要求通过以上的验算，说明洞门的尺寸合理。详图见设计图纸。4.3.2翼墙式洞门验算4.3.2.1洞门土压力计算根据《公路隧道设计规范》（JTG-2004），洞门土压力计算图示具体见图4.2。最危险滑裂面与垂直面之间的夹角：（4.1）式中:——围岩计算摩擦角;186 ε——洞门后仰坡坡脚；α——洞门墙面倾角代入数值可得：故：w=34.21°根据《公路隧道设计规范》（JTG—2004），土压力为；（4.2）（4.3）（4.4）式中:E——土压力（KN）;——地层重度（KN/m3）λ——侧压力系数；ω——墙背土体破裂角；b——洞门墙计算条带宽度（m），取b=1.0m；ξ——土压力计算模式不确定系数，可取ξ=0.6。把数据代入各式，得：=0.193=2.876由三角关系可得：h0=1.4m洞门土压力E：186 式中：δ——墙背摩擦角=4.3.2.2抗倾覆验算翼墙计算图示如图3.3所示，挡土墙在荷载作用下应绕O点产生倾覆时应满足下式：（4.5）式中:K0——倾覆稳定系数，；——全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩；——全部水平力对墙趾O点的稳定力矩；由图4.3可知：墙身重量G：Ex对墙趾的力臂：；对墙趾的力臂：G对墙趾的力臂：代入上式得：>1.6故抗倾覆稳定性满足要求186 4.3.2.3抗滑动验算对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性：（4.6）式中:Kc——滑动稳定系数——作用于基底上的垂直力之和；——墙后主动土压力之和，取=Ex；F——基底摩擦系数，取f=0.4由图3.3得：>1.3故抗滑稳定性满足要求4.3.2.4基底合力偏心矩验算设作用于基底的合力法向分力为，其对墙趾的力臂为ZN，合力偏心矩为e，则：>0合力在中心线的右侧。计算结果满足要求基底控制压应力，计算结果满足要求。186 4.3.2.5墙身截面偏心矩及强度验算1、墙身截面偏心矩e（4.7）式中：M——计算截面以上各力对截面形心力矩的代数之后；N——作用于截面以上垂直力之后。将数据代入墙身偏心矩E的公式，可得：，计算结果满足要求。2、应力（满足要求通过以上的验算，说明洞门的尺寸合理。详图见设计图纸。186 第五章通风、照明与排水设计5.1通风设计5.1.1调查：1、通风规划和设计时，应对交通量、气象及环境进行调查。（1）交通量调查的内容包括车辆类型、数量及其历时变化等，应了解汽车发动机的种类和汽车实载情况。（2）交通量历时变化包括随小时、星期、季节、和年的变化情况，尤其交通量逐年变化的情况，是进行通风规划分期实施的主要依据。对难以区分的大型载货车、大型车、小型车，而不能区别发动机的种类，因而为保证安全，常把大型货车和客车视为柴油车。（3）气象调查的内容包括隧道进出口气压、风向、风速、温度、湿度、冻害及相关地区的气象资料，并根据需要作实地观测。（4）冻害调查对设计尤为重要，气温、气压、温度等是通风计算和设备选型的重要参数。（5）环境调查包括地形、地物、地质、洞口及竖（斜）井口附近的建筑物分布，居民分布，重要设施等。2、调查的同时还应对通风噪声、废气排放及竖（斜）井施工可能对周围环境和居民生活造成的影响进行初步设计。3、应通过对其他各条件相似的已建隧道运营情况调查或实测，对通风噪声、废气排放等的不良影响进行分析并作出初步评价，其中，风机噪声问题应与交通噪声综合起来进行预测分析。5.1.2通风方式1、可按下列方法初步判定是否设置机械通风。由于本隧道为单向交通隧道，则可用公式（5.1）（5.1）式中：L——隧道长度（m）；186 N——设计交通量（辆/h）。其中L、N为设计资料给定，取值为N=3000辆/h，L=1215m由上式，得：1215×3000=3.645×106>2×106以上只是隧道是否需要机械通风的经验公式，只能作为初步判定，是否设置风机还应考虑公路等级、隧道断面、长度、纵坡、交通条件及自然条件进行综合分析，由初步设计可知知本设计需要机械通风。2、交通量组成车辆比例：小型货车15.7%中型货车20.3%大型货车6.1%小型客车45.5%中型客车8.2%大型客车2.5%拖挂车1.7%5.1.3通风方式的选择机械通风方式可分为纵向式、半横向式、全横向式以及在这三种基础上的组合通风方式。应充分考虑各通风方式的特点，并根据隧道的长度、平曲线半径、纵坡、海拔高度、交通条件、气象条件、环境条件，经综合比较后，选择较为安全、经济和营运维护方便的通风方式。5.1.3.1隧道通风的要求1、单向交通的隧道通风设计风速不宜大于10m/s，特殊情况可取12m/s；双向交通的隧道设计风速不应大于8m/s；人车混合通行的隧道设计风速不应大于7m/s。2、风机产生的噪声及隧道中废气的集中排放均应符合环保的有关规定。3、确定的通风方式在交通条件等发生变化时，应具有较高的稳定性，并便于防灾时的气流组织。4、隧道内营运通风的主流方向不应频繁变化。5、选择机械通风方式考虑下列因素：（1）交通条件186 （2）地形、地物、地质条件（3）通风条件（4）环境保护要求（5）火灾时的通风条件（6）维护与管理水平（7）分期实施的可能性（8）工程造价、营运电力费、维护管理费都溪隧道右线为射流风机纵向式通风，其特征形式是由射流风机群升压，适风长度为1500m左右，工程造价低，分期实施容易，技术难度不高，营运费用低，但洞内环境噪声较大，排烟不变，不易管理维护。5.1.4污染空气的稀释标准1、隧道通风主要是对一氧化碳、烟雾和异味进行稀释。对一氧化碳进行稀释的目的是保证卫生条件；对烟雾进行稀释的目的是保证行车安全；对异味进行稀释的目的是提高隧道内的行车舒适性。公路隧道中，汽车排放出的废气中的有害物质很多。其中一氧化碳对人体健康的影响比较突出，且将其稀释至无害于人体健康的需风量常是最多的，故通风设计时以将其浓度控制在一定的安全限度内，作为主要的设计指标之一，即CO的设计浓度。2、CO设计浓度本隧道采用纵向是通风，CO设计浓度可按《公路隧道通风照明设计规范》查表3.3.2-1按中插入法计算再加上50ppm。设计隧道长度为1224m，查表得。3、烟雾设计浓度都溪隧道采用纳光灯光源，烟雾设计应按规范查表。设计车速为80km/h，k（m2）=0.0070m-1。5.1.5需风量1、CO排放量应按式（5.2）计算186 （5.2）式中:——隧道全长CO排放量（m3/s）；——CO基准排放量（m3/辆·km），可取0.01；——考虑CO车况系数查表取1.00；——车密度系数，查表取0.75；——考虑CO的海拔高度系数，海拔高度取400m查表取1.00；——考虑CO的车型系数，查表经计算取2.5；——考虑CO的纵坡—车速系数，查表取1.2；L——隧道长度，1215m；——车型类别数；——相应车型的设计交通量（辆/h）查表。由上式，得2.295m3/s2、稀释CO的需风量应按式（5.3）计算（5.3）式中:——隧道全长稀释CO的需风量（m3/s）；——标准大气压（KN/m2）取101.325KN/m2；——CO设计浓度，经前面计算为299ppm；——隧道地址的设计气压（KN/m2），取120KN/m2；——标准气压（K）取273K；—— 隧道夏季的设计气温（K）取302K；186 由上式，得==71.7m3/s3、烟雾排放量应按式（5.4）计算（5.4）式中：——隧道全长烟雾排放量；——烟雾基准排放量（m2/辆·km）可取2.5m2/辆·km；——考虑烟雾的车况系数，查表取1.0；——考虑烟雾的海拔高度系数，查表取1.0；——考虑烟雾的纵坡—车速系数，查表取1.0；——考虑烟雾的车型系数，查表经计算取1.18；——柴油车车型类别数，查表。由上式，得：=0.851m3/s4、稀释烟雾的需风量应按式（5.5）计算（5.5）式中：——隧道全长稀释烟雾浓度的需风量（m3/s）；——烟雾设计浓度（m-1）查表取0.0070m-1。由上式，得=0.851/0.0070=121.57m3/s186 5、稀释空气中异味的需风量隧道空间不间断换气频率，不宜低于每小时5次；采用纵向式通风的隧道，隧道内换气风速不应低于2.5m/s。5.1.6通风计算1、一般规定（1）在所设计的通风计算中，风机及交通通风力提供的风压和风量必须满足需风量的要求。（2）应根据通风计划，初步设计，技术设计和施工图设计等不同阶段，进行粗略或详细的通风计算。（3）在隧道通风计算中可把空气作为不可压缩的流体对待；隧道内的空气流可作为不随时间变化的恒定流处理，且视汽车行驶也为恒定流。在标准大气压状态下的空气物理量可按表5.1取值。表5.1空气物理量容重γ(KN/m3)11.77密度ρ(kg/m3)1.20运动粘滞系数ν(m2/s)1.52×10-5（4）隧道壁面摩阻损失系数及人口损失系数应根据隧道或风道的断面当量直径和壁面糙率以及风道结构形状等取值，当为混凝土壁面时常用损失系数可按表5.2取值。其它材料、弯道及变断面摩阻损失系数可按《公路隧道通风照明设计规范》附录A计算或取值186 表5.2损失系数隧道壁面摩阻损失系数λr0.02主风道（含竖井）壁面摩阻损失系数λbλe0.022连接风道壁面摩阻损失系数λd0.025隧道入口损失系数ξe0.6(5）隧道设计中应尽可能减少风道断面积变化和转弯次数，损失系数的取值应充分考虑隧道和风道壁面粗糙程度、结构形状。（6）交通通风力必须针对具体工程的通风系统进行分析。交通通风力在交通阻塞或双向交通情况下宜作为阻抗力考虑，在单向交通量情况下宜作为推理考虑。（7）应针对计算行车速度以下各工况车速分别计算汽车交通通风力。2、然风阻力（1）在通风计算中，一般可将自然通风力作为阻力考虑。（2）自然风阻力应按式（5.6）计算（5.6）式中：——自然风阻力（N/m2）;——自然风作用引起的洞内风速（m/s），可取2m/s～3m/s；——隧道入口损失系数，查表取0.6；——隧道壁面摩阻损失系数，查表取0.02；——空气密度（kg/m3），查表取1.20kg/m3——隧道断面当量直径（m）。隧道断面当量直径按式（5.7）计算：（5.7）186 式中：——隧道净空断面面积（m2）为76.87m2；==9.55m由上式，得==15.54N/m23、交通风力可按式（5.8）计算（5.8）式中：——交通通风力（N/m2）；——隧道交通风速（m/s）；——计算行车速度（m/s）；——汽车等效阻抗面积（m2）。汽车等效阻抗面积可由式（5.9）计算（5.9）式中：——小型车正面投影面积（m2），可取2.13m2；——小型车空气阻力系数，可取0.5；——大型车正面投影面积（m2）可取5.37；——大型车空气阻力系数，可取1.0;——大型车比例，给定38.8%。186 ==2.780m24通风阻抗力可按式（5.10）计算（5.10）式中：——通风阻抗力（N/m2）。5、射流风机计算（1）通风压力模式，射流风机的通风方式模式如图5.1图5.1射流风机通风方式模式（2）计算1)计算条件：隧道长度=1215m隧道断面积=76.3m2断面当量直径=9.55m设计交通量=3000辆/h大型车混入率=38.8%计算行车速度=80km/h=22.22m/s自然风引起的洞内风速=2.5m/s需风量=205.48m3/s186 隧道设计风速==2.67m/s2)隧道内所需升压力由式（5.10）=18.56N/m2由式（5.6），并设=2.5m/s=15.9N/m2由式（5.8）=8.27N/m2=18.56+15.91-8.227=26.2N/m2(3）FSD7.1型射流风机所需台数FSD7.1型射流风机的型号参数如下：电极数：2P、转速：2900r/min、叶轮角度：α4、流量：10.15m2/s、出口风速：25.5m/s、轴向推力280N、机功率：7.5kw、推力/功率（N/kW）：37.3、噪声67dB。7.1型射流风机每台的升压力为，由=0.63585m2==0.00827=650.25m/s==0.106可得186 =5.77N/m2则=5台合计需要5台FSD7.1型射流风机，按5组布置。5.2照明设计5.2.1.入口段亮度：(5.11)式中：——入口段亮度（）——入口段亮度折减系数，取；——洞外亮度（）。由经验数据知：早：中：晚：故有：早：中：晚：5.2.2.过度段亮度过度段由、、三个照明段组成，与之对应的亮度为：早：186 中：晚：5.2.3过渡段长度1、中间段亮度取2、出口段照明出口段亮度为倍的中间段亮度，即，出口段长度取灯具布置采用对称排列布置，间距为，在照明系统中应有调光设备，使隧道内亮度能随洞外亮度变化而调节。调光设备有两种：（1）不连续调光；（2）连续调光。前者按“强烈日光”，“有云”，“阴天”，“黎明或傍晚”，“夜间”等5级调节，并由光电元件自动控制。根据不同亮度时间段采用对称开放、交错开放及单排开放。后者是用可控硅的导通角和输出电压，从而改变灯管电源和亮度，实现无级连续自动调光。夜间没有白天那样强烈的暗适应问题，交通量也大大减少，所以照明标准可以适当降低。其减少的程度以不因此而导致交通事故为限度，一般折减系数可取0.5。夜间沿隧道全长按同一标准照明，但为了不使出入口处产生明暗洞效果，应在洞外接续道路设置相应照明。186 5.3防排水系统设计5.3.1防排水的一般规定在隧道修建过程中，防排水是最重要的一个环节之一，它对于隧道的整体稳定性和营运设备的正常使用和行车安全有至关重要的作用。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完善通畅的防排水系统。防排水有关规定如下：1、隧道应结合衬砌采取可靠的防水和排水措施，保证使用期内行车安全、设备正常使用。2、隧道防排水应视水文地质条件因地制宜地采取“以排为主，防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，达到排水通畅、防水可靠、经济合理、不留后患的目的。其中：“防”：即要求隧道衬砌、防水层具有防水能力，防止地下水透过防水层、衬砌结构渗入洞内；“排”：即隧道应有畅通的排水设施，将衬砌背后、路面结构层下的积水排入洞内中心水沟或路侧水沟，排出衬砌背后的积水，能减少或消除衬砌背后的水压力，排得越好，衬砌渗漏水的几率就越小，防水也就更容易；排出路面结构层下的积水，能防止路面冒水、翻浆、结构破坏；“截”：对易于渗漏到隧道的地表水，应采用设置截水沟、清除积水、填筑积水坑洼地、封闭渗漏点等措施。对于地下水，应采取导坑、泻水洞、井点降水等措施；“堵”：针对隧道围岩有渗漏水地段，采用注浆、喷涂、堵水墙等方法，将地下水堵在围岩体内。3、对地表水、地下水应采取妥善的处理，使洞内外形成一个完整的通畅的防排水系统。一般公路隧道应做到：①拱部不滴水、边墙不渗水；②路面不冒水、不积水、设备箱洞处不渗水；③冻害地区隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结。4、当采取防排水工程措施时，应注意保护自然环境。186 5.3.2隧道防排水设计5.3.2.1防水工程1、衬砌柔性防水工程衬砌柔性防水工程设置在二次衬砌面与喷混凝土面之间，以提高衬砌的密水性，以防止水从二次衬砌裂缝中渗出并扩大混凝土裂缝，柔性防水层材料建议采用施工安装方便、无毒阻燃，且耐久性、防水性、缓冲性能等均好的防水卷材。在防水卷材与喷混凝土层间设置土工布，其作用兼作衬背排水层及缓冲层。明洞背部防水层采用厚防水卷材，选择晴朗干燥天施工，防水层外部应作水泥砂浆保护再作填土。2、衬砌漏水防止工程(1）衬砌自防水结构为了防止柔性防水层由于施工原因可能出现局部地方防水失败，故二次衬砌做成自防水混凝土结构。采用低碱性膨胀水泥混凝土，自防水结构抗渗标号要求达。为了提高混凝土抗冻性，混凝土掺加引气剂。(2）止水带在衬砌浇筑工作缝设置背贴式橡胶止水带。橡胶止水带需采用耐寒性能好的三元乙丙橡胶材料。(3）暗洞施工要求采用泵送混凝土，以保证浇筑质量及衬砌与初期支护之间密实不留空隙。3、隧道防水的规定(1）隧道首先要重视防止地表水的下渗，其措施为填平、铺砌、勾补、抹面等。对于坑穴、钻孔等均应填实封闭。(2）围岩破碎、涌水易坍地段，应直接向围岩内预加浆。当涌水量大时，应采用化学浆液。向衬砌背后压浆时，应防止因压浆而堵塞衬砌背后的排水措施。(3）隧道衬砌防水，首先采取引排措施，然后敷设衬砌内、外防水层；也可修建复合式村砌，采用夹层防水层。(4）混凝土应满足抗渗要求，寒冷地区冻害地段和严寒地区所采用混凝土的抗渗标号不宜低于S4。186 (5）施工缝、变形缝等处的防渗应采取专门的防水措施。4、防水层内外之间的防水层，可用聚异丁烯等防水材料或用喷涂乳化沥青等防水剂，在喷层表面有凹凸不平时，应事先用砂浆敷面，做成找平层，以便岩层壁与防水层密贴。防水层接缝处，一般用热气焊接，或采用电焊接，亦可以用适当的溶剂做溶液焊接，用以保证防水的质量。外贴式防水层是衬砌背后铺贴的一种防水措施，根据所处的地质、水文地质、结构特点，合理选用。5、“三缝”防水“三缝”是防水最薄弱的环节，也就是经常出现渗漏的地方，在隧道防水处时，除注意全面的防水措施外，还应该考虑接缝的局部防水处理。（1）施工缝的防水处理：对于平接式施工缝，在浇灌第二层混凝土前用钢丝刷将底层刷毛或在第一层浇灌4-5小时后，用高压水将混凝土表面冲洗，直至露出表面石子为止，然后在按⊥型施工缝方法刷水泥浆及铺设水泥砂浆。（2）沉降缝、伸缩缝的防水处理：沉降缝一般设在软硬地层分界地段，以防不同地基沉陷而引起衬砌变形、开裂；伸缩缝是适应衬砌混凝土因温度变化而伸缩变形的一种现象，防水可用沥青麻筋填塞。5.3.2.2隧道排水工程为了不让围岩涌水及隧道内的路面滞水，而能迅速排出隧道，必须考虑排水工程设计。排水工程包括衬砌背面排水工程、路基排水工程、路缘排水工程。(1)衬砌背面排水工程在衬背土工布排水层与喷混凝土之间设环向盲沟，环向盲沟采用软式透水管，洞口及富水区段纵向间距为2.5m；其余位置环向盲管按纵向间距铺设。(2)路基排水工程指路面以下的排水工程，分纵向中央排水沟与横向排水沟。其作用是一方面将衬砌背面排水引出，另一方面将路基基床围岩涌水排走。纵向中央排水沟由带孔内径离心式钢筋混凝土水管外裹186 土工布滤层及煤渣保温层组成，中心水沟沿隧道全长布置，将地下水排出洞口。横向排水沟与纵向中央排水沟连接（在盲井处），将衬砌背排水从墙脚纵向盲沟处引入中央排水沟。横向排水沟每隔设置一处。具体位置可适当调整。建议纵向中央排水沟槽开挖在初期支护完成后进行。(3)路缘排水工程为了处理车辆带入的水和隧道内清洗及消防排放的污水，在道路肩部设置的边沟为路缘排水工程处理内部污水。污水排出洞门外与路基两侧沟槽相通。洞内路缘排水沟每隔设置一只沉砂井以利清污1、洞内排水洞内一般应设置纵向排水沟、横向排水坡或横向排水暗(盲)沟等排水设施。排水沟应符合下列规定：（1）水沟坡度应该与路线坡度一致，一般排水坡不小于0.5%，困难地段不小于0.3%，路面横向排水坡不应小于1.0%，横向排水暗(盲)沟的坡度则不应小于2%。（2）隧道内应设置双侧水沟。有仰拱的隧道或需设置深埋水均的隧道宜设置中心水沟。水沟的侧面应设置足够的进水孔。（3）水沟过断面应根据水力计算确定。必要时，水沟应设置沉沙井、检查井，并铺设盖板，其位置、结构构造应考虑便于清理和检查。2、洞外排水洞外排水应根据地形、地质、气象情况，结合农田水利情况全面策划，综合治理，因地制宜的设置疏水、截水、引水设施。3．洞口防排水（1）隧道、辅助坑道的洞口(包括边仰坡)应设置截水沟和排水沟；洞口边坡、仰坡应采取防护措施，防止地表水的下渗和冲刷。（2）洞口外路堑为上坡时，可在洞口外设置反向排水边沟和截流涵洞，防止洞外水流入隧道内。（3）靠围岩的边墙顶、边墙后，宜设置纵向和竖向盲沟，将水引至边墙底泄水孔排出。明洞侧沟应防止地面水侧向流入。186 5.3.2.3都溪隧道防排水设计都溪隧道防排水设计的总的设计思路为：1.洞外水就近排走，绝不能流入洞内；2.洞内外及时快捷地排到洞外。1、隧道洞内防排水设计本区域围岩地下水以裂隙水为主，隧道防排水设计采取防、排、堵相结合的综合治理原则，由于中隔墙直接顶到围岩，二次衬砌独立成环，中隔墙两侧类似分离式单洞铺设防水层，防水层由300g/m2无纺土工布和1.2mm厚EVA防水卷材组成，采用无钉工艺铺设。防水层背后每隔5m设一道环向排水盲沟，滞留在喷层与防水层之间的裂隙水流入边墙脚防水板背后的纵向塑料盲沟，再通过设在边墙脚间隔5m一对的引水孔，引入隧道洞内纵向排水沟。隧道二次衬砌及仰拱采用防渗等级不低于S8的防水混凝土，作为第二道防水措施，使隧道达到排水通畅、防水可靠、经济合理、不留后患的目的。2、隧道洞内防排水设计对于两端洞口段地表水采用以截为主，排、堵、截结合的原则，即在洞口山坡按常规设置截水天沟，洞门顶部设排水沟，在边墙背后设渗水盲沟，使洞内外形成一个完整畅通的排水系统。同时路面底下设置纵横向排水盲沟，排走渗入低洼处的积水。隧道防水剂采用WG-HEA型防水剂，每立方混凝土掺25kg；施工缝采用ＢＷⅡ缓膨型橡胶止水条，沉降缝采用中埋式橡胶止水带。186 第六章隧道衬砌设计隧道设计规范的一般规定：隧道一般应衬砌，衬砌可以采用整体式衬砌或复合式衬砌。在Ⅳ类及以上围岩的隧道中，除洞口外，可以采用锚喷衬砌;Ⅵ类围岩也可以采用喷浆防护。隧道衬砌设计应符合以下规定：1、隧道洞口内应设置加强衬砌段，其长度以伸入洞内深埋段一般不宜小于10m。2、围岩较差段的衬砌应向围岩较好段延伸5m以上。偏压衬砌段应延伸至一般衬砌段内5m以上。3、设置仰拱的隧道，路面下应以浆砌片石或贫混凝土回填。4、在软硬地层和衬砌结构类型变化处，应设计沉降缝。6.1隧道洞身初期支护设计6.1.1围岩压力计算6.1.1.1隧道的宽度B与高度Ht的确定隧道的宽度B与高度Ht确定可按下式进行计算：B=2+2d+2e（6.1）Ht=++d+e（6.2）式中：——拱部圆弧半径（m）；d——衬砌厚度预估，喷射混凝土厚度+二次衬砌厚度（m）；e——预留变形量（m）；——路面至起拱线的高度（m）。6.1.1.2判断隧道深、浅埋深埋和浅埋的分界，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断。按等效荷载高度计算公式如下：186 =（22.5）(6.3)式中:Hp——隧道深浅埋的分界高度；hq——等效荷载高度，=；q——垂直均布压力(kN/m2)；γ——围岩垂直重度（kN/m3)。在矿山法施工条件下：Ⅳ---Ⅵ级围岩取Hp=2hq；Ⅰ---Ⅲ级围岩取Hp=2.5hq；q=0.45(6.4)式中：S——围岩级别；γ——围岩的重度；ω——宽度影响系数，=1+i(B-5)；B——隧道宽度；i——以B=5m为基准，B每增加1m时的围岩压力的增减率。当B5m时，取i=0.2；当B5m时，取i=0.1。判断：设隧道埋深为H（坑顶至路面的距离，m）H>Hp，隧道为深埋；H25扩大炮孔周边炮孔底板炮孔1.501.321.151.000.900.900.600.551.001.751.601.351.251.101.050.700.651.102.201.901.601.451.301.250.850.751.202.502.301.901.751.601.451.100.901.40注：表列q值系炮孔深度1.2-3.0者。炮孔深度<1.2者，适当增加5%-10%；炮孔深度>3.0者，适当增加10%-15%。结合本隧道实际情况，Ⅱ级围岩取1.45kg/m3，Ⅲ级围岩取1.25kg/m3，Ⅳ级围岩取1.05kg/m3，Ⅴ级围岩取0.90kg/m3。3、炮孔数目炮孔数目主要与挖掘的断面尺寸、岩石性质、炸药性能、自由面数目等有关。目前尚无统一的计算方法，本设计根据每米炮孔的平均装药量qL计算(7.2)N——炮孔数目；qL——每米炮孔平均装药量；S——掘进断面面积；——装药系数，与炸药的种类有关，硝铵炸药为0.5-0.7；62%的硝化甘油炸药为0.95-1.20；安全硝铵炸药为0.5-0.8；Ⅱ级围岩：N=（1.45×103.865）/0.60=251Ⅲ级围岩：N=(1.25×96.597)/0.60=201和紧急停车带218Ⅳ级围岩：N=(1.05×96.73)/0.60=167Ⅴ级围岩：N=（0.9×92.356）/0.60=137扩大开挖时，最小抵抗线W一般为孔深的2/3，圈距与W相同，孔距为1.5W，由此可初步确定炮孔数目，然后根据实际效果加以调整。186 4、炮孔深度炮孔深度指炮孔底至炮孔自由面的垂直距离。炮孔深度受掘进深度、采用的钻孔设备、循环方式、断面大小等影响。循环组织方式有浅孔少循环和深孔少循环两种。深孔钻孔时间长，进尺打，总的循环次数少，相应的辅助时间可减少。但钻孔阻力大，钻速受影响。我国常用孔深为1.5-2.5m。确定炮孔深度的方法有多种。一般取掘进断面高（或宽）的0.5-0.8倍；围岩坚硬及断面小时，对爆破夹制力大，系数取小值。也可根据所使用的钻孔设备确定，采用手持式或气腿式凿岩机时，炮孔深度一般为1.5-2.5m；使用中小型台车或其他重型钻机时，孔深一般为2.0-3.0；使用大型门架式凿岩台车时，孔深可达5m。另外，炮孔深度L还可按月(或日)进度计划确定，本设计采用日进度计划确定，如下式：(7.3)式中——掘进循环计划进尺数（m）；M——每月用于掘进作业的天数，按日进度计算式，M=1；N——_每日完成的掘进循环数，取N=1；η——_炮孔利用率，0.85-0.9；η1——正规循环率，0.85-0.9，按日进度计划式，η1=1。Ⅴ级围岩：L=2.5/(1x1x0.9x1)=2.8m，取2.8m，考虑到掏槽孔应比其他炮孔深10%-25%左右或200mm左右，因此掏槽孔取3.0m。Ⅳ级围岩：L=3.0/(1x1x0.9x1)=2.7m，取3.3m，考虑到掏槽孔应比其他炮孔深10%-25%或200mm左右，因此掏槽孔取3.5m；Ⅲ级围岩：L=3.0/(1x1x0.9x1)=3.3m，取3.3m，考虑到掏槽孔应比其他炮孔深10%-25%或200mm左右，因此掏槽孔取3.5m；Ⅱ级围岩:L=3.0/(1x1x0.9x1)=3.3m，取3.3m，考虑到掏槽孔应比其他炮孔深10%-25%或200mm左右，因此掏槽孔取3.5m。5、炮眼间距炮眼间距是指同一排（或同一段号）两炮眼之间的距离，通常应大于抵抗线，小于炮眼的深度，有经验公式：，本隧道：186 Ⅴ级围岩：a=1.5×68=90cm；Ⅳ级围岩：a=1.5×62=90cm；Ⅲ级围岩：a=1.2×75=93cm；Ⅱ级围岩：a=1.2×75=102cm。7.2.3.7Ⅱ、Ⅲ级围岩爆破设计参数表表7.5Ⅱ级围岩钻爆设计参数表炮孔名称炮眼深度（m）炮眼间距(cm)炮眼直径(mm)个数药卷直径(mm)线密度(kg/m)装药类型单孔药量（kg）总药量（kg）全断面法周边眼3.3604838320.75间隔2.47594.05二圈眼3.3904024320.75集中2.47559.4辅助眼3.39040131320.75集中2.475324.23掏槽眼3.5-4016320.75集中2.62542底板眼3.3604822320.75集中2.47554.45合计231574.13开挖断面（m2）96.60炮眼密度(个/m2)2.39单位用药量（kg/m3）1.98186 表7.6Ⅲ级围岩钻爆设计参数表炮孔名称炮眼深度（m）炮眼间距(cm)炮眼直径(mm)个数药卷直径(mm)线密度(kg/m)装药类型单孔药量（kg）总药量（kg）短台阶法周边眼3.3604832320.75间隔2.47579.2二圈眼3.3904019320.75集中2.47547.025辅助眼3.39040143320.75集中2.475353.93掏槽眼3.5-408320.75集中2.62521底板眼3.3604828320.75集中2.47569.3合计230570.45开挖断面（m2）103.87炮眼密度（个/m2）2.21单位用药量（kg/m3）1.837.2.3.8装药结构与堵塞装药结构是指继爆炸药和起爆炸药卷在炮眼中的布置型式。不耦合装药时，药卷直径要比炮孔直径小，目前多采用此种。间隔装药时药卷之间用炮泥或空气隔开。这种装药爆破振动小，故较适用于光面爆破等抵抗线较小的控制爆破以及炮孔穿过软硬相间岩层时的爆破。反向装药由于爆破作用时间长，破碎效果好，故优于正向装药。本设计周边眼采用小直径药卷空气间隔装药，掏槽眼和辅助眼采用标准直径及25mm、20mm的药卷孔底连续装药。在炮孔孔口一段应堵塞炮泥。炮泥通常用粘土或粘土加砂混合制作，也可用装有水的聚乙烯塑料袋做充填材料。堵塞长度约为炮孔长度的1/3，当孔长小于1.2m时，堵塞长度需有炮孔长度的1/2左右。7.2.3.9炮眼布置1、对炮孔布置的要求，除合理确定炮孔爆破参数外，还需合理布置工作面炮孔。合理的炮孔布置应能保证：186 （1）有较高的炮孔利用率；（2）先爆炸的炮孔不会破坏后爆炸的炮孔，或影响其内装药炮轰的稳定性；（3）爆破快度均匀，大小符合装岩要求，大块率小；（4）炮堆集中，炮堆高度和宽度符合要求，飞石距离小，不会损坏支架或其他设备；（5）爆破后断面和轮廓高度和宽度符合要求；不会发生欠挖或过量超挖；壁面平整并能保持隧道围岩本身的强度和稳定性；（6）便于打孔，并尽可能减少钻孔机械和设备的移动。2、炮孔布置的方法和原则（1）周边孔按光面爆破参数布置（除特殊情况外，不包括底孔）。原则上，周边孔应布置在设计轮廓线上，但为便于打孔，通常向外（或向上）偏斜一定角度。偏斜角又称外甩角，根据炮孔深度来调整（一般为3-5°）。在坚硬岩石中，孔底应超出设计轮廓线100mm左右，软岩中应在设计轮廓线内100-200mm。周边孔深度不应大于崩落孔深度，且炮孔填泥长度至少为0.2m。采用光面爆破的全断面炮孔数目较普通爆破约增加15%-20%.（2）选择适当的掏槽方式和掏槽位置。掏槽位置会影响岩石的抛掷距离和破碎块度，也会影响炮孔的数目，通常将掏槽槽腔位置选在断面中央偏下。直孔掏槽面积（包括辅助掏槽孔）占总断面5%-10%，楔形掏槽面积占总断面10%-20%。掏槽孔应比其他炮孔深10%-25%或200mm左右，装药系数也应比其他炮孔大。（3）布置好周边孔、掏槽孔后，布置崩落孔。崩落孔以槽洞为中心层布置，圈距一般为650mm-800mm，孔距和最小抵抗线之比一般为0.8-1.0附近。（4）底孔孔口应高出底板水平150mm左右；孔深宜与掏槽孔相同，孔距和抵抗线与崩落孔相同。为避免欠挖、消除底坎、应适当减少底孔的间距（根据岩石情况而定）、一般为0.5-0.6m，并使钻孔方向朝底板下方有一定的倾斜角度。软岩中倾角可小些，在硬岩中倾角要大些，是炮孔根部低于底板标高100-150mm为宜。此外，底孔较其他周边孔要增加装药量，减少堵塞长度。根据上述原则，并结合本隧道的各爆破参数，可得炮眼及掏槽眼布置如186 图7.3。（a）Ⅲ级围岩短台阶法施工掏炮眼布置（b）Ⅱ级围岩全断面法施工炮眼布置图7.3炮眼布置7.2.4仰拱施工仰拱应及时施工，以便施工支护封闭成环。仰拱砼施工采取防干扰作业平台，在仰拱施工区段搭设一简易防干扰作业平台，平台上铺设轨道，使洞内出碴运输和仰拱施工互不影响。、施工顺序：1、测量放样，确定内轨顶标高，用于推算仰拱基坑底标高；2、采用隧道扒碴机一次性开挖到位（隧道开挖时仰拱爆破一次到位，仰拱暂不出碴），人工辅助清理底部浮碴杂物；186 3、将上循环砼仰拱接头凿毛处理，仰拱与边墙基础间设连接筋。7.2.5防水板挂设隧道部分地段设有防排水措施:铺设防水板、施工缝设止水条、环向设软式透水管、抗渗砼，这对隧道衬砌不渗不漏的质量要求及防止地下水对砼的侵蚀具有重要的作用。根据设计地段及实际需要施作。7.3总体施工进度计划7.3.1总体施工计划（进度指标）隧道工程：都溪隧道进度指标见表7.5表7.5都溪隧道施工进度指标表区间类别贵阳段开阳段备注Ⅴ级围岩开挖84m/月Ⅳ级围岩开挖106m/月106m/月Ⅲ级围岩开挖112m/月112m/月Ⅱ级围岩开挖126m/月126m/月衬砌80~120m/月都溪隧道进度计划见表7.6、详见设计图纸。表7.6都溪隧道施工进度计划表序号工程项目起止日期工期（月）备注1施工准备2011.5.17～2011.6.1712隧道工程2011.6.18～2012.2.1182.1都溪隧道进口端2011.6.18～2011.7.171（1）开挖与支护2011.6.18～2011.12.15.4（2）二次衬砌2011.6.27～2011.12.316.1（3）附属工程2011.10.14～2012.2.1142.2都溪隧道出口端2011.6.18～2011.7.171（1）开挖与支护2011.6.18～2011.11.305.4186 （2）二次衬砌2011.6.17～2011.12.316.4（3）附属工程2011.10.14～2012.2.1147.4主要工程项目施工方案、方法与技术措施7.4.1施工方案选择所要考虑的因素采用合适的方法进行隧道施工，对于工程安全、工期及经济等方面都起了十分重要作用，在选择隧道施工方法时常要考虑的因素有：(1)工程地质和水文条件：这是决定施工方法的最关键因素，如果地质条件比较差，在开挖隧道是用采取预支护措施，或辅助施工措施，比如管棚和超前小导管，保证施工安全；(2)隧道结构：施工方法要根据隧道结构形式来确定，隧道开挖跨度和高度小，可以考虑采用全断面开挖，否则跨度太大，开挖时间过长，围岩临空时间太长，很难保证围岩在施工过程中的稳定，为了减小一次开挖高度，可以采用分部开挖的方法，例如台阶法、导坑法等；(3)施工条件和机械配置情况：确定施工方法要结合施工单位的条件，不能超出施工的既有的施工条件。在本设计，假设施工条件和机械配置情况可以满足设计要求；(4)工期：根据工程的紧迫性，确定施工方法。如果工期要求比较短，则应采取措施，比如导坑法，实行多断面开挖，来减小施工时间；(5)工程投资与造价；(6)环境保护要求：隧道施工的爆破、运输弃土、排放施工废水和洞口边仰坡刷坡等工序都会对当地的环境造成一定的影响。在确定隧道施工方法时必须考虑有关部门对环境保护的规定。综合以上各因素，选择合理施工方法，以满足施工安全、经济等方面的要求。7.4.2明洞段施工方法比选及施工1、明洞段工程概况本隧道明洞段起讫里程：从贵阳段YK121+388～YK121+400长22m186 段，断面形式为四心圆拱形结构。位于隧道的车辆入隧道段，从开阳段隧道以2.500%的坡度下坡，到里程YK122+615时进入明暗分界里程后暗挖进洞。2、施工方法比选隧道明洞段，贵阳端设计最大深度在YK121+400处为8.15m，埋深较小，且隧道进口周围地形比较开阔，周围环境对施工范围的限制较小，因此可以采用放坡开挖法，放坡开挖机械化程度高，施工速度快，质量也易得到保证。常用的隧道明洞施工方法有“先墙后拱法”和“先拱后墙法”。先墙后拱法，优点：衬砌整体性好，施工空间大，有利于施工；缺点：土方开挖量大，刷坡较高。先拱后墙法，优点：土石方开挖量较小，则刷坡较小；缺点：衬砌整体性差，施工空间小，防水层施工不方便。3、明洞段施工（1）边坡加固由于本隧道的设计明洞开挖较小，为了施工的方便，采用先墙后拱的方法，在边坡开挖的同时，对边坡采取喷锚支护稳定边坡，具体参数为：10cm厚喷射混凝土+20×20cmφ6钢筋网，并打入φ22的砂浆锚杆，间距为120cm×120cm，呈梅花型布置，如图：隧道明挖段开挖土方约为：（2）施工顺序土质自上而下为第四系亚粘土，硅质岩，Ⅲ级围岩，采用分层开挖，每层开挖高度约为4m，共分四层开挖，如图5.2186 图7.4YK121+400处明洞开挖图a）正面图b）侧面图图7.5明洞开挖顺序图施工步骤：1)上部台阶开挖；2)下部台阶开挖，在开挖的同时，对边坡进行加固，进行喷锚支护；3)检查基底地质情况、土质与承载力是否与设计相符，如承载力不足可采用基底加固措施措施，清除软土、泥浆及浮碴，浇筑素混凝土垫层；4)按设计厚度施工仰拱，施作仰拱与侧墙的连接部分，做好底部防水措施；5)排水沟及仰拱的填充；6)曲边墙及拱圈的施作；7)对曲边墙及拱圈施作防水层。（3）回填施工186 明挖段共需1243.6m3回填土，将在基坑开挖及区间隧道掘进时，把可利用的碎石土、砂土，存放到业主指定的临时存碴场，于回填时二次倒用。回填范围二次模筑衬砌结构以外，一直回填到地面标高。在明挖段入口处，拱顶高度设计为2.5m高。回填料准备明挖段的开挖出来的土，取样试验后，若能满足设计要求或简单处理过后能满足设计要求，即存放在业主指定的临时堆土场，留作回填之用。不合格者弃运到指定地点。粘土及素土回填前，分别取样测定其最大干容重和最佳含水量，做压实试验，以确定填料含水量控制范围，铺土厚度、压实密度等参数。爆破石碴利用时，要进行粒径挑选后堆存。回填根据试验数据，确定分层厚度回填按分层摊平夯实，并在顶板保护层强度达到设计要求后开始回填。7.4.3暗洞施工方案比选7.4.3.1公路隧道常用的开挖方法有：1、全断面开挖法：按照隧道设计轮廓一次爆破成型，然后进行喷锚支护和二次衬砌的施工方法。2、台阶法：指正台阶二步开挖法，是全断面开挖的改进方法。根据台阶的不同又可以分为：(1)长台阶法：指上下台阶之间的距离较远，一般上台阶超前50m以上，或大于5倍洞跨。施工中上下部配属同类机械进行平行作业，当机械不足时也可用同一套机械设备交替作业。(2)短台阶法：这种方法的上部台阶长度小于5倍但大于1～1.5倍洞跨，上下断面多采用平行作业，由于短台阶法可以缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩的变形，故适用范围较广。(3)超短台阶法：这种方法的上台阶仅超前3～5m186 ，只能用交替作业施工。其缺点是：上下断面相距较近，机械设备集中，作业时间相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。(4)台阶分布开挖留核心土法：这种方法将开挖断面分成环形拱部，上部核心、下部台阶三个部分，主要适用于土质围岩及软弱围岩。施工中可根据土质的好坏，将环形拱部断面分成一块或几块开挖。环形开挖尺寸一般1～1.5m，不宜过长。因其上部留有核心土支挡开挖工作面，且施工时能迅速及时地施作拱部初期支护，所以开挖面稳定性好。核心土和下部开挖均是在拱部支护完成的情况下进行的，施工较安全。3、CD法：此法是把断面分成四块，即先行导坑上部，先行到坑下部，后行导坑上部，后行导坑下部。此法适应于跨度断面大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中的浅埋隧道。4、双侧壁导坑法(眼镜法)：此法将整个断面分为6块，左导坑上部、左导坑下部、右导坑上部、右导坑下部、中央部拱顶、中央部其它部分。适用于断面跨度大、地表沉陷要求严格、围岩条件特别差的浅埋隧道。5、CRD法：为了增加掌子面的稳定，控制下沉量，可采用增设临时仰拱的措施封闭成环，即CD工法变成CRD工法。此法适用于浅埋软岩的大跨或特大跨隧道，它具有台阶法及侧壁导坑法的优点，与侧壁导坑法相比具有较快的施工速度；同时本法通过中隔墙的减跨、临时仰拱及时封闭成环组成有力的支护体系，能非常有效的控制拱部下沉与收敛。几种施工方法的比较，如表7.7186 表7.7几种施工方法的比较项目全断面法台阶法CD法双侧壁导坑法CRD法工法的安全性不够安全不够安全较安全安全安全施工技术难度低较低较高高高施工机械类型大型大、中型中、小型小型小型施工工序简单较简单较多多多工程造价低较高较高高高掌子面的稳定性差较差较好好好地表沉陷大较大较小小小周边收敛控制差较差较好好好适用范围地质条件好，有三条机械化施工作业线地质条件较好、技术熟练地质条件较差、安全要求高跨度大、安全要求高地质条件差、安全要求高贵开高速都溪隧道右线为单向两车道隧道的中跨度结构，综合考虑安全经济高效等等因素，在进口Ⅲ，Ⅳ级围岩段采用短台阶法，在中间段Ⅱ级围岩采用全断面开挖法，在开阳端Ⅴ级围岩采用单侧壁导坑法。短台阶法的主要优点是：缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值，所以适用范围很广，Ⅱ~Ⅵ类围岩都能采用，尤其适用于Ⅱ，Ⅲ类围岩，是新奥法施工中主要采用的方法。单侧壁导坑法的主要优点是：将断面横向分成三块，每步开挖的宽度减小，而且封闭型的导坑初期支护承载能力大，所以单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。Ⅲ，Ⅳ级围岩地段采用短台阶法进行施工，短台阶法能缩短支护结构封闭的时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制隧道变形收敛速度和变形值。短台阶法的缺点是因为上台阶的长度有限，故出渣时对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业。Ⅱ级186 围岩地段采用全断面开挖法，其施工工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理；工作空间大，便于开展大型机械施工；开挖一次成型，对围岩的扰动次数少，有利于围岩的稳定；施工进度快，且造价较低。7.4.4暗洞施工方法设计7.4.4.1单侧壁导坑法的施工方法设计1、概述贵开高速都溪右线隧道出口段围岩级别为Ⅴ级，无自稳能力，成洞条件差。隧道施工过程中受浅埋的影响，开挖时临空面稳定性差，易产生塌方。为了保证施工安全，缩短工期，此处采用单侧壁导坑法。2、施工顺序将断面分成为侧壁导坑1、上台阶2、下台阶3三部分开挖。如图7.6图7.6单侧壁导坑法施工步骤：(a)开挖侧壁导坑，并进行初期支护(锚杆加钢筋网，或锚杆加钢支撑，或钢支撑，喷射混凝土)，应尽快使导坑的初期支护闭合；(b)开挖上台阶，进行拱部初期支护，使其一侧支承在导坑的初期支护上，另一侧支承在下台阶上；(c)开挖下台阶，进行另一侧边墙的初期支护，并尽快建造底部初期支护，使全断面闭合；186 (d)拆除导坑临空部分的初期支护；(e)建造内层衬砌。7.4.4.2短台阶法施工(1)概述贵开高速都溪隧道右线Ⅲ，Ⅳ级围岩地段采用短台阶法施工。这样相比于单侧壁导坑施工方法，施工的速度加快，且能够缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制隧道变形收敛速度和变形值。(2)施工顺序这种方法将断面分成上下两个断面开挖，两个断面相距一般取小于5倍但大于1到1.5倍洞宽，因此可以取为2倍洞宽，约为22m,上下两个断面基本上平行作业，如图7.7：图7.7短台阶法开挖和支护顺序图施工步骤：(a)上部土开挖；(b)架立钢支撑，锚喷支护；(c)下台阶开挖；(d)边墙及仰拱架立钢支撑，锚喷支护；(e)灌注仰拱；(f)铺设环向盲沟及防水板，整体灌注二次衬砌。7.4.4.3全断面法施工(1)概述贵开高速都溪右线隧道中间Ⅱ186 级围岩地段采用全断面开挖法施工，将隧道断面一次爆破成型。全断面法施工优点是施工工序少，相互干扰少，便于组织施工和管理；工作空间大，便于开展大型机械施工；开挖一次成型，对围岩的扰动次数少，有利于围岩的稳定；施工进度快，且造价较低。(2)施工顺序这种方法将断面一次成型，如图7.8：图7.8全断面法开挖和支护顺序图施工步骤：(a)全断面开挖；(b)施作初期支护，架立钢支撑，锚喷支护；(c)铺设环向盲沟及防水板，整体灌注二次衬砌。7.5辅助施工措施设计隧道进出口开挖，由于覆土层比较薄，地质条件比较差，以及开挖洞内软弱围岩开挖，如果施工不当，易引起土体坍塌，造成施工危险，影响施工进度，为了保证施工的顺利进行，采取辅助施工措施来作超前预支护，加固周边围岩。7.5.1辅助施工措施选择常用的辅助施工措施有：1、超前锚杆：主要用于土砂质地层、膨胀性地层、裂隙发育的岩体以及断层破碎带中；2、管棚：主要用于隧道位于松软地层中，或遇到从塌方体中穿过，或浅埋隧道，要求限制地表沉陷量，或在很差的地质条件下进洞等情况中；186 3、超前注浆小导管：适用于较干燥的砂土层、砂卵石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋段。此外，还有预注浆加固地层和地表注浆锚喷预加固等措施。对于本设计，在出口Ⅴ级围岩处采用管棚，以及采用超前小导管注浆来加固地层，进口Ⅲ级围岩采用超前锚杆加固。7.5.2辅助施工措施设计1、管棚设计隧道出口段YK122+575-YK122+615地段采用管棚加固。出口段为40m长管棚，采用C25钢筋混凝土套拱作为长管棚导向墙。长管棚的参数：（1）钢管规格：热轧无缝钢管φ108mm,壁厚6mm，节长为3m,6m;（2）管距：环向间距50cm；（3）倾角：仰角2度(不包括路线纵坡)，方向：与路线中线平行；（4）钢管施工误差：径向不大于20cm。管棚如下图7.9：(a)长管棚立面186 (b)长管棚纵面(c)钢花管大样图图7.940m长管棚长管棚施工:(a)配备XY-28-300电动钻机，钻进并顶进长管棚钢管。(b)本设计采用C25砼套拱作长管棚导向墙，套拱在明洞轮廓线以外施作。(c)管棚应按照设计位置施工，应先打有孔钢花管，注浆后在打无孔钢花管，无孔钢花管可以作为检查管，检查注浆的质量。钻机立轴方向必须准确控制，以保孔口的孔向正确，每钻完一孔就顶进一根钢管，钻进中经常采用测斜仪量测钢管钻进偏斜度，发现偏斜超过设计要求立即纠正。(d)钢管采用3m、6m管节逐段接长，连接接头采用厚壁箍，上满丝扣，丝扣长度为15cm；为保证受力均匀性，钢管接头应纵向错开，偶数第一节用3m，奇数第一节用6m，以后各节均用6m。管棚入土长度为47米。(e)186 注浆:长管棚注浆按固结管棚周围有限范围内的土石设计，浆液扩散半径不小于0.5m。注浆采用分段注浆。注浆参数参考如下：(1)灌注浆液:水泥－水玻璃浆液；b.水泥浆与水玻璃体积比1:1,水泥浆水灰比1:1；c.注浆压力初压0.5～1.0MPa，终压2.0MPa；d.注浆前应先进行注浆现场试验，注浆参数应通过现场试验按实际情况确定，以利施工和保证工程质量。(f)注浆结束:注浆结束后及时清除管内浆液，并用M30水泥砂浆紧密填充，增强管棚的刚度与强度。(g)完成长管棚注浆施工后，在管棚支护环的保护下，按设计的施工步骤进行开挖。(2)超前注浆小导管除了出洞口管棚外，Ⅴ级地段(YK122+560-YK122+615)施作超前注浆小导管。超前小导管采用直径为42mm热轧无缝钢管，壁厚为3.5mm，管壁四周钻直径为8mm压浆孔，前端呈尖锥状，尾部1.0米不设压浆孔。钢管与衬砌中线以14度仰角打入拱部围岩。钢管环向间距为50cm，小导管的长度取为3.5米，如图7.10：(a)超前小导管立面186 (b)超前小导管纵面(c)钢管大样图7.10Ⅴ级围岩地段超前注浆小导管超前小导管施工：(a)如图7.10所示，先沿隧道开挖工作面的拱部，向地层中钻一排孔眼，其直径比管径大6cm，钻孔外插角为14度，孔眼间距为50cm(b)采用外径为42mm的热轧无缝钢管，单根长为3.5m将钢管插入钻孔内，前后两排导管搭接长度为1.3m；(c)钢管构造如图5-7所示，管壁上留注浆孔，孔径为8mm，孔眼间距为15cm，呈梅花形布置，通过管壁上的注浆管向地层内注浆；(d)小导管插入钻孔后，预留长20cm的外露部分，以便连接注浆管，钢管的尾部架设在钢架上，并焊死；(e)导管的尾部从工字钢钢拱架的腹部穿过，并与钢拱架焊接牢固，共同形成预支护系统。(3)超前锚杆进口Ⅲ级地段(YK121+400～YK121+435186 )采用超前锚杆作为辅助施工措施。超前锚杆采用直径为22mm早强砂浆锚杆，长度取为3.5m,纵向间距取为2米，环向间距取为60cm，呈梅花型布置，外插角取为8度，如图7.11：(a)超前锚杆立面(b)超前锚杆纵面图7.11Ⅳ级围岩地段超前锚杆超前锚杆施工：186 在开挖掘进之前，在开挖面的拱部一定范围内，沿隧道断面的周边，向地层内打入一排超前锚杆。然后用风钻将它们顶入，用早强砂浆使它们与孔眼岩壁粘结。超前锚杆的尾部从工字钢钢拱架的腹部穿过，并与钢拱架焊接牢固，共同形成预支护系统。通过以上设计，将辅助施工措施的设计参数列于表7.8中表7.8辅助施工措施明细表辅助施工措施规格长度(cm)纵向间距(cm)搭接长度(cm)外插角(度)环向间距(cm)进出口Ⅴ级围岩管棚加固φ108mm，壁厚6mm热轧无缝钢管4500---300150Ⅴ级围岩超前小导管加固φ42mm，壁厚3.5mm热轧无缝钢管4002401301450Ⅲ级围岩超前锚杆φ22早强砂浆锚杆3002001507607.6资源供应编制7.6.1每洞口劳动力配备1、每端洞口需配备的总劳动力人数M总(以V级围岩段施工为例)V级围岩月成洞84m,对照表7.9，隧道长度为1215m,采用环形留核心土法，表中双口成洞进度70m，则单口为35m,单口总劳动力人数为450人。所以每延米成洞劳动力人数=450/35。故V级围岩每延米成洞劳动力人数：。出工人数配备如表7.9，表7.9出工人数配备隧道长度施工方法0.5～2.0km＞2～4km＞4～6km＞6km70m100m120m150m全断面法300～330350～370380～400410～430先墙后拱法360～440440～480520～560600～640先拱后墙法460～500600～640700～740800～8402、配备各工种总数配备各工种人数所占比重可参照表7.10：186 7.10配备各工种人数比重洞内洞外工种所占比列工种所占比例开挖0.27～0.22机电工0.05～0.04支撑0.06～0.03木材加工0.03～0.02衬砌0.26～0.23砂石加工0.06～0.05运输0.20～0.14爆破器材加工0.03～0.02三管两线0.06～0.05机修工0.03～0.02机电工0.05～0.04其他0.02合计0.90～0.71平均0.80合计0.22～0.17平均0.20非生产人员按总人数的12～14%计算，生产工人的实际出勤率按85～95%计算。则每端洞口实际配备总人数(三班制)：。根据工程类比法，最后确定都溪隧道右线隧道每一洞口劳动力排表：7.11都溪隧道右线每一洞口劳动力安排表人员及组别工作内容管理人员队长1施工现场、调度室、全面管理、组织书记1负责全队政治思想工作，后勤保障工作技术副队长兼主管1主管技术工作，并兼职环保工程师1配合技术主管搞好技术工作安全员2安全、质量检查掘进班钻爆工26钻孔、装药、起爆、打管棚出碴工20装碴运碴、扒碴、机械排险喷锚工20锚杆、喷砼、挂网、注浆机修工12机械维修钢筋工18格栅钢架加工、安装杂工18扒碴、物料倒运、洞内掘进辅助工作调度室调度长2洞内、洞外各工序协调调度员3洞内开挖、出碴、衬砌各工序协调衬砌班砼拌合工6拌合砼、拌合机械维修砼输送工12运输砼、运输车保养维修、输送泵操作砼工38台车移位、立端头模、捣固、接泵管等防水工11安装透水管、引排水、铺设防水板杂工15洞外物料倒运、衬砌辅助工作保障班电工4电气设备安装、维修供风、水工10高压送风、供水、通风、管路维修运输工12运料、砂、石、钢材、水泥等运输186 （续上表）合计2437.6.2材料机械需要量计算根据隧道工程数量，材料消耗定额，施工进度安排，分洞口计算所需钢材、木材、水泥、砂石等主要材料，以及拱架、高压风管，通风管等周转(备配)材料，并分季(月)编制材料、备品供应计划。由于设计资料有限，除了混凝土和钢材可以根据成果图来编制外，其他材料无法做出计算。机械需要量计算：根据施工方法确定机械类型，按照工程数量，施工进度安排和机械台班定额计算机械需要量，并考虑一定备用机械。采用工程类比，指定每一个洞口施工机具的配备情况如下表7.12所示。表7.12机械需要量序号机械品种需要量序号机械品种需要量1空气压缩机4台14潜水泵5台2风动凿岩机100台15抽水机4台3钻钎机5台16低压变压器3台4电瓶车2台17斗车40辆5充电机2台18平车12辆6混凝土搅拌机2台19平移调车器2台7混凝土捣固机8台20碎石机2台8砂浆拌合机2台21磨砂机2台9风动压浆机12台22电焊机1台10电动压浆机2台23氧焊机1台11喷混凝土机5台24钻床1台12卷扬机4台25砂轮1台13通风机10台26钻杆对焊机1台7.6.3交接核对工作为了使工程得以成功顺利进行，需要做的交接核对工作有：1、现场核对设计文件主要内容（1）隧道与所在区段的位置，是否与线路总平面和总断面图一致。（2）设计提供的工程地质，水文地质的测绘和钻探资料是构符合实际；对穿过的岩层可能出现不稳定的因素及岩层内有无瓦斯情况，应进一步了解，必要时补测钻探资料。186 （3）隧道进出口和辅助坑道的类型和位置，是否适应现场面条件；洞口稳定程度，是否安全。（4）设计的施工方法和有关技术措施，结合实际条件考虑，有无变更必要。（5）核对洞口桥涵，挡护墙等工程的相互关系和施工衔接，及其对洞内施工场地布置的影响。（6）弃渣方案是否符合施工布置的要求，对占用耕地和农田灌溉的影响。（7）排水系统是否安排妥当。2、测量桩橛的交接和核对根据设计单位交付的控制桩位和设置永久水准基点进行交接和核对。（1）竖井进洞依据的桩橛：每个洞口应设有中线投点桩和两点以上后视桩橛，并设有两个水准基点，作为进洞依据。（2）主要的中线测量桩，其方位和坐标均应进行复测和检算，洞口和辅助坑道的水前基准点应该联测一次，查对是否达到精度要求。3、地质调查（1）岩层走向及地下水活动程度，裂隙的特征及其组合关系，特别对通过断层，褶皱，破碎带对施工的影响。（2）隧道通过岩溶地区，应查明溶洞分布情况，洞穴大小范围，有水，无水，与隧道位置的关系和影响隧道稳定的各种因素。（3）隧道通过黄土地层，应鉴别是属于老黄土还是新黄土，了解其厚度及其中夹杂层成分。（4）隧道通过含盐地层，应了解其分布范围，层位及厚度，对硫酸盐，碳酸盐含有量大，膨胀压力大的含盐地层，应查明地下水身流情况及地下水中SO42-离子，游离碳酸的含量。（5）隧道通过含有煤地层，应了解有害气体瓦斯(CH4)的浓度、涌出量及压力等，并预计出现煤层及瓦斯突的可能部分。（6）隧道通过地下水发育地区，了解其来源、类型及水压、水量、水质与地表水补排的关系；了解含水层、透水层、隔水层与地下水位分布组合对隧道施工的影响。4、气候与气象调查186 （1）调查当地冬季平均气温、最底气温开始和持续的时间，以及了解冻害情况。（2）调查雨季的总雨量、最大降雨量极其发生时间。（3）调查当地最大风力等级和持续时间，以及各季风变化情况。在雷雨区应查明雷击范围和雷击日数及其发生时间。（4）调查洪水期的最高水位，山洪爆发对施工设施和房屋危害程度，枯水期对河运的影响。5、供水调查（1）选用的水源水质是否符合卫生标准；其水量在枯水季节能不能满足施工和生活用水。（2）如需使用附近农田灌溉用的水库或池塘的蓄水，必须查明其蓄水量能否满足弄灌和隧道施工两者用水的最大需要，并取得有关方面的同意。（3）利用地表水源位于洞顶附近时，须分析地表水和地下水的补排关系，预计隧道开挖后地表水是否有可能向开挖出坑道下渗流失。（4）在调查水源同时，应考虑供水方案的布置，如蓄水池或抽水站的位置及集中供水等措施。6、砂石集料调查（1）砂石集料的质量和产量，并考虑采集和运输受洪水和冰雪季节的影响；（2）有无足够的堆料场地；（3）选择产地应根据开采条件、运距远近、供应方法等进行综合经济比较。7、其他调查（1）经济调查a.查明当地可支援的季节性劳动力；各种建筑材料的产量；施工用具加工能力；可资利用的动力或电源及其供应量，以及交通运输条件等。b.引入线便道方案和拟利用的公路。便道应了解曲线半径，桥梁载重，病害工点。c.当地可供居住的房屋数量，需要进行临时建筑用地，及其拆迁补偿费用的调查。（2）生活方面的调查186 a.调查主副食品和燃料的供应情况和供应点至工地的运输条件。b.当地的邮局、商店、银行、能否满足工地需求。c.调查当地医疗卫生条件与多发病、常见病和传染病的情况。（3）当地风俗习惯调查深入了解当地少数的宗教、风俗习惯，以便教育施工人员严格遵守民族政策，尊重当地民族风俗习惯。8、运输便道引入线（1）引入股线的线路技术标准不宜过低，应充分考虑行车安全和运输需要。（2）引入线要全常年通畅，不受季节，气候变化的影响，以保证隧道施工正常进行。（3）引入线要求直达施工场地，并注意线路与有关工程的干警扰。9、场地引入（1）材料堆放场地应考虑一下因素：a.各种大堆材料的堆放，应结合混凝土搅拌站、水泥库以及材料加工房一起规划。b.砂石大堆材料场地面积，应考虑在洪讯期内，储备量的堆放。c.堆料场应结合地形条件，尽量利用高站台低货位，以得装车进洞。d.卸渣场地应根据卸渣方法、弃渣总量利用方案和地形条件综合进行布置，并尽量不占或少占耕地，防止堵塞洞口其他建筑物或影响施工。（2）运渣轨道布置应考虑下列因素：a.根据出渣口地形和洞内，外运量，考虑卸渣线、编组线、牵出线的股道和长度，以及弃渣环形道、绞坡道等进行布置。b.编组站的股道及其长度，应结合堆料场和料库位置确定。c.充电、维修斗车等宜设专用岔线。d.出渣和进料的线路，应与其他股道分开设置，做到互不干扰。e.如平行导坑与出渣口在同一场地，应统筹布置网路。f.洞内使用台车等大型机械时，出口应设组装场地和通至洞内的专用线。因地形条件限制，利用洞内弃渣逐步发展场地后才能进行施工的临时工程，应规划过渡措施，分期安排。出渣口场地应该做好临时排水系统。186 参考文献：[1]JTGB01－2003.《公路工程技术标准》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布1998[2]JTGD70－2004.《公路隧道设计规范》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布2004[3]JTGC10－2007.《公路勘测规范》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布2007[4]JTG/TC10－2007.《公路勘测细则》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布2007[5]JTJ026.1－1999.《公路隧道通风照明技术规范》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布1999[6]JTGD40－2002.《公路水泥混凝土路面设计规范》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布2002[7]JTJ004－89.《公路工程抗震设计规范》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布1990[8]JTJ042－94.《公路隧道施工技术规范》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布1995[9]GB50108－2001.《地下工程防水技术规范》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布2001[10]GB50086－2001.《锚杆喷射混凝土支护技术规范》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布2001[11]交公路发[2007]358号.《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布2007[12]JTJ064－98.《公路工程地质勘察规范》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布1999[13]JTGB06-2007.《公路基本建设工程概、预算编制办法》.[M].北京.186 中华人民共和国交通部发布2007[14]JTG/TB06-02-2007.《公路工程预算定额》.[M].北京.中华人民共和国交通部发布2007[15]覃仁辉.《隧道工程》.[M].重庆大学出版社.新疆大学出版社.重庆.2005[16]戴俊.《爆破工程》.[M].机械工业出版社.北京.2008[17]陈建平.吴立.闫天俊等《地下建筑结构》.[M].人民交通出版社北京2008[18]沈明荣陈建峰《岩体力学》.[M].同济大学出版社.上海.2006[19]章新华《FLAC程序及其在双连拱隧道开挖方案比选中的应用》.[J].深圳土木与建筑.2006年3月.第3卷.第1期[20]徐虹晶李宁刘佳力等《公路隧道太阳能LED照明系统研究现状分析》.[J].吉林交通科技.2009年.第3期[21]夏永旭等《现代公路隧道发展概述》.[J].交通建设与管理2006.12[22]罗石宝《浅谈盾构隧道施工质量控制》.[J].工程科技.2007年第2期186 设计总结此次毕业设计历时三个月，在辅导老师的悉心指导和我同学的热心帮助下，我顺利的完成了毕业设计任务书所要求的各项任务。在设计中充分运用了所学的理论知识，同时从中学到了许多课堂上无从学到的知识，真实受益良多。毕业设计是按教学计划完成理论教学和相关实践教学之后的综合性教学，是对专业方向教学的继续深化和拓展，是培养学生工程实践能力的重要教学阶段，其目的在于全面培养、训练学生运用已学的专业基本理论、基本知识、基本技能，进行本专业工程设计或科学研究的综合素质。本着这样一个毕业设计目的，我进行了宁乡县X96三级公路云山隧道施工图设计。云山隧道是一条长为415米的双向隧道，隧道穿越了III级、IV级到V级围岩所以隧道的施工灵活性大，开挖方式多种，支护形式也是的多样这就给我的设计带来很大的工作量。本设计中我对此隧道进行了选线、隧道衬切、支护设计、隧道洞门设计、隧道防排水设计、隧道通风照明设计、隧道爆破设计、隧道施工组织设计等。使我们能够更好的掌握、应用我们所学的知识，为我们将来的工作打下良好的基础。通过此次毕业设计使我对隧道的设计，施工及维护都有一个深入的、系统的了解，把我大学所学的知识运用于实践，真正做到学以致用。同时，锻炼自己的查阅书籍，利用规范的能力，利用专业软件和网络的能力，以及和同学合作与老师交流的团队精神。而且为以后的工作、学习打下了结实的基础；四年来,我们所学的土木工程方面的知识面比较广，但是专业知识的学习还不够深，不够精，特别是作为桥梁与隧道专业的毕业生却对隧道设计和施工工艺不甚了解，所以在设计时遇到了相当大的困难，要做好毕业设计对我们来说无疑是一次巨大的挑战。此次设计，我采用ANSYS有限元分析软件对隧道结构进行计算，同时也参考规范和大量资料对隧道进行了隧道施工图的设计。由于软件的应用使我们的设计能够顺了的完成，同时，也开阔了视野，使我受益匪浅。由于是第一次做这样一个相对完整的设计，没有设计经验，没有施工经验，因此本设计中也存在很多不足之处，同时也有很多细节之处没有进行详细的设计。毕业设计虽说告一段落，但是我会在将来的学习、工作中不断提高，积累经验，增强自己的理论知识，并有效的和实际结合起来。186 总而言之，此次毕业设计是大学最为重要的环节，是我走出学校走向工作岗位前的一次大练兵。它不仅提高了我的专业基本理论、基本知识、基本技能及综合能力，也为我的大学的学习生活划上了圆满的句号。这将是我人生中一次最有价值最有意义的学习过程，令人回味。186 致谢时间飞逝，大四的毕业设计即将结束。在设计中和老师的指导下，以及我校土木工程专业桥梁与隧道方向的培养目标、要求和我本人的主要工作去向，有针对性地在隧道选线、隧道衬切、支护设计、隧道洞门设计、隧道防排水设计、隧道通风照明设计、隧道爆破设计、隧道施工组织设计等方面进行了深入研究和初步的设计，因个人能力水平有限、时间仓促，本设计不可避免的存在不足之处，错误也在所难免，请老师和同学们不吝批评指正。在毕业设计即将结束之际，我要向在四年的本科学习中给予我帮助的老师和同学致以最诚挚的感谢！首先，我要感谢我的设计指导老师：邓宗伟老师和郭尤林老师，感谢您们一直以来的谆谆教导，感谢您们不厌其烦的指导和解决我在设计中遇到的困难和出现的各类问题。使我能够顺利的设计能够顺利完成毕业设计。从与您们的接触中，从您们的身体力行中，我不仅仅学到了很多设计的知识，还有许多做人的道理！这将会激励我在今后的工作生活中更加努力，奋斗不止。在此谨向敬爱的指导老师表示诚挚的谢意！感谢邓宗伟老师、王新忠老师、董武忠老师、文国华老师、张锴老师、陈强老师等四年授课的辛劳。还要感谢所有帮助过我的老师。感谢重庆大学的朋友王志伟（硕士）以及一起在大学学习和参加毕业设计吴双兰同学、吴晓龙同学、尤廷玉同学在设计过程过给予我的帮助，使我们的设计更加科学合理、符合工程实际。感谢我的父母，他们一直支持着我，希望本设计可以作为献给他们的礼物，能让他们感到我永远是他们的骄傲！再次感谢关心我，培养和帮助我的父母、老师及同学！感谢您们！王麟2012年6月3日186 附录一应用ANSYS有限元分析软件分析隧道衬砌的命令流应用ANSYS有限元分析软件进行IV级围岩隧道衬砌分析的命令流如下，供学习参考，进行其他各级围岩衬砌分析的命令流在此省略。/filname,IVjiweiyanercichenqi/units,si/com,structural/prep7!总体参数*AFUN,DEG!改变角度的单位为度!计算需输入的参数“×××”处表明要输入数据，其余为一般默认数据或公式*SET,hh,-10!输入拱顶计算水头高度(在拱顶以上为+，拱顶以下为-）×××*SET,cqtm,29.5e9!C25衬砌弹性模量×××*SET,cqmd,2500!C25衬砌密度(kg/m3)×××*SET,wytm,400e6!V级围岩弹性反力系数MPa/m×××*SET,Wyzd,22e3!V级围岩重度(N/m3)×××*SET,ryls,0.3!输入二衬承受围岩压力比例(深埋)×××*SET,s,4!按规范输入围岩级别×××*SET,rmts,0.2!深埋隧道侧压力系数λ，按规范输入×××*SET,hd,0.65!底板厚度×××*SET,hq,0.5!拱墙厚度×××*SET,Bkd,12.02!隧道最大开挖宽度，用于计算围岩荷载*SET,Bkh,7.612!隧道最大开挖高度，用于计算水压荷载!围岩有关参数*SET,W,1+0.1*(Bkd-5)*SET,ha,0.45*2**(s-1)*w!深埋隧道围岩压力计算高度186 !深埋隧道荷载计算*SET,qs,Wyzd*ha*ryls!深埋隧道竖直荷载(已考虑承载比例)*SET,es,rmts*qs!深埋隧道水平荷载(已考虑承载比例)*SET,ww,10000!水的容重（N/m3）!单元类型定义ET,1,BEAM3!第1类单元为梁单元,模拟衬砌ET,2,LINK10!第2类单元为弹簧连杆,模拟弹性抗力KEYOPT,2,2,0!2类单元不具有刚度的参数设定KEYOPT,2,3,1!2类单元为单压的参数设定!材料定义MP,EX,1,cqtm!第1类材料弹性模量MP,NUXY,1,0.2!第1类材料泊松比MP,DENS,1,cqmd!第1类材料密度MP,EX,2,wytm!第2类材料弹性围岩模量!定义梁单元实常数r,1,hq,hq**3/12,hq!拱墙衬砌实参r,2,hd,hd**3/12,hd!仰拱衬砌实参!*DIM,houdu,,5!*DO,i,1,5,1!houdu(i)=hq+(hd-hq)/5*i!*ENDDO*DO,i,1,5,1r,2+i,hq+(hd-hq)/5*i,(hq+(hd-hq)/5*i)**3/12,hq+(hd-hq)/5*i!顺接过渡段的衬砌实!参*ENDDO!定义连杆单元实常数r,8,0.5!拱部连杆r,9,0.476!仰拱连杆186 r,10,0.512!顺接处连杆r,11,0.5*(0.5+0.512)!顺接处交点连杆52、72号节点处r,12,0.5*(0.476+0.512)!顺接处交点连杆52、72号节点处n,1,795.4045,87.2836,n,2,800.2687,87.3672,n,3,805.1271,87.6179,n,4,809.9741,88.0355,n,5,814.8039,88.6195,···················n,76,771.1982,89.3690,n,77,776.0050,88.6195,n,78,780.8348,88.0355,n,79,785.6818,87.6179,n,80,790.5402,87.3672,n,81,795.4045,77.2836,n,82,801.8344,77.4200,n,83,808.2327,77.8276,n,84,814.5692,78.5004,n,85,820.8167,79.4297,····················n,156,763.8568,80.6041,n,157,769.9922,79.4297,n,158,776.2398,78.5004,n,159,782.5762,77.8276,n,160,788.9745,77.4200,NUMSTR,elem,1!衬砌单元自动编号,并将起始号设为1*DO,i,1,10,1Type,1Real,2186 Mat,1E,i,i+1*ENDDO*DO,i,11,15,1Type,1Real,18-iMat,1E,i,i+1*ENDDO*DO,i,16,66,1Type,1Real,1Mat,1E,i,i+1*ENDDO*DO,i,67,71,1Type,1Real,i-64Mat,1E,i,i+1*ENDDO*DO,i,72,79,1Type,1Real,2Mat,1E,i,i+1*ENDDOType,1Real,2mat,1186 E,80,1NUMSTR,elem,100!连杆单元自动编号,并将起始号设为100*DO,i,1,10,1!仰拱连杆8Type,2Real,9Mat,2E,i,i+80*ENDDO*DO,i,72,80,1!仰拱连杆8Type,2Real,9Mat,2E,i,i+80*ENDDO*DO,i,17,65,1!拱部连杆9Type,2Real,8Mat,2E,i,i+80*ENDDO*DO,i,12,16,1!顺接连杆10Type,2Real,10Mat,2E,i,i+80*ENDDO*DO,i,66,70,1!顺接连杆10Type,2Real,10Mat,2186 E,i,i+80*ENDDOType,2Real,11Mat,2E,16,96E,66,146Type,2Real,11Mat,2E,11,91E,71,151!创建衬砌单元组esel,s,type,,1cm,e-cq,elem!创建连杆单元组esel,s,type,,2cm,e-lg,elemallselSAVENummrg,allCmsel,allcsys,0!将连杆外侧节点设为固定端*do,i,81,160,1D,i,all*enddocsys,0FINISH/SOL186 SFCUM,all,ADD,!净水压力*do,i,1,80,1*get,ECY,elem,i,cent,Y*if,hh,lt,0,and,ECY,gt,hh+bkh,then*SET,pw,0*else*SET,Pw,-(hh+bkh-ECY)*Ww*endifSFBEAM,i,1,PRES,Pw,,,,,,*enddo!垂直均布围岩压力*do,i,19,63,1*SET,P,qsF,i,FY,-p*(0.5*ABS(Nx(i+1)-Nx(i))+0.5*ABS(Nx(i)-Nx(i-1)))*enddo*SET,P,ha*WyzdF,18,FY,-p*(0.5*ABS(Nx(21)-Nx(20)))F,64,FY,-p*(0.5*ABS(Nx(63)-Nx(64)))!水平均布围岩压力*do,i,42,80,1!左侧围岩*SET,P,esF,i,Fx,p*(0.5*ABS(Ny(i+1)-Ny(i))+0.5*ABS(Ny(i)-Ny(i-1)))*enddo*do,i,2,40,1!右侧围岩*SET,P,esF,i,Fx,-p*(0.5*ABS(Ny(i+1)-Ny(i))+0.5*ABS(Ny(i)-Ny(i-1)))*enddocsys,0allsel186 ACEL,0,10,0!加重力加速度ANTYPE,4!分析类型为瞬时小位移NLGEOM,0TIME,1SOLVFINISH附录二Surfacedeformationanalysisofshieldtunnelconstruction186 andthree-dimensionalfiniteelementanalysisYuningZhuhehua(TongjiUniversity)Abstract:Withtheincreasingdensityoflandmarkbuildings,thesubwayconstructionprocessonthegroundworriedabouttheenvironmentalprotectionisagrowingproblemcannotbeignored.Shieldtunnelingtechnologysuccessfullyusedinsubwayconstruction,howreasonablepredictionandcontrolofshieldconstructionofthesurfacedeformationasanewtopic.Inthebasisofanextensiveliterature,summarizedpreviouscalculationmethod,thefiniteelementmethodofshieldtunneldeformationofthree-dimensionalfiniteelementsimulation,comparedwiththemeasureddataaremoresatisfiedwiththeresults.Keywords:tunnel,grounddeformation,three-dimensionalfiniteelementanalysis1.Facebook:Aftertheintroductionofshieldtunnelwithacenturyofdevelopment,whilesignificantdevelopment,butinevitablyleadtoformationofthedisturbancecausedbygrounddeformationandlandsubsidence,especiallyintheshieldtunnelinsoftsoilparticularly.Disturbanceleadtosoildisturbanceledtothestrengthandmodulusdecreasewillleadtoalongconsolidationandsecondaryconsolidationsettlement.Deformationoverarangeoflocallevel,itwillseriouslyendangertheadjacentbuildingsandthesafetyofundergroundpipelinenetwork,causingaseriesofgeotechnicalproblems.Thus,theconstructionoftheshieldaroundtheformationmechanismofdisturbanceissignificant.2.ShieldTunnelConstructiononamajoranalysisofsurfacesettlementfactor:ShieldTunnelConstructiononamajoranalysisofsurfacesettlementfactorsanumberofsuccessfulexperienceathomeandabroad;resultinginsurfacesubsidenceduetoshieldformationdamagecreatedduringtheconstructioncausedgroundmovement,causedbyshieldconstructionofgroundmovementoffactors:(1)opendiggingthesoilsurfacemovement.Shieldthecuttingsurfacewhenthesoillooseningandcollapse,destructionoftheoriginalformationstressbalance,leadingtogroundsubsidenceoruplift.186 (1)Backshieldinshieldconstruction,soexcavationcavingorloosesurfacedamagecausedbyformationofsurfacesubsidenceresultingfromusingthedewateringanddryingstepstoincreasetheeffectivestressofsoil,onceagainarousedthedeformationofsoilconsolidation.(2)Tailsoiltosqueezeintothegap,mainlyduetoinadequategrouting,maketherearendofthetunnelshieldaroundthesurroundingsoilcavingtothetail,resultinginformationdamage,resultinginsurfacesettlement.(3)Promotechangeinthedirectionofshield,tailcorrection,lookingupward,forward,forwardcurveshapeofrelativelylargeareaofexcavationwillbetheactualdesignofexcavationinthegroundsurfacecausedlosses.(4)Coniothyriumbetweenmobileandgroundfrictionandshearing,causingformationdamage.(5)Consolidationoftheroleofsoildisturbanceduringconstruction,whichoftentimesseveralyearsofconsolidationsettlement,inthesoftsoilinthesettlementofitsshareoftheproportionof35%ormore.(6)Whilemovingforwardwiththefrontshieldbarriertoformationintheshieldthroughthegapthatcouldnotbegeneratedafterfilling.(7)Inwaterandsoilunderpressuretunnelliningdeformationwillcauseasmallamountofgroundloss.Comprehensivepracticalexperienceovertheyearscanbedrawn:shieldgroundmovementcausedbyfactorsthatpromotethemainshielddiameter,depth,soilquality,shieldconstruction,etc.,inwhichthetunnelalignment,shielddiameteranddepthofdesignconditionssuchassoilstrengthanddeformationcharacteristics,thedistributionofgroundwaterlevelofobjectivefactorssuchasgeologicalconditions;andthetypeofshield,auxiliaryconstructionmethods,lininggrouting,constructionmanagementandotherfactorsisthemajorfactor.3.Groundmovementduringshieldadvancefeaturesandcalculation3.1.GroundmovementcharacteristicsBasedonthestratigraphicanalysisofalargenumberofmeasureddatashowthatthecurveaccordingtothesituationofgroundsubsidence,groundmovementcanbedividedintobeforethearrivalofthegrounddeformationofshield;shieldtoreachthe186 groundbeforethedeformationofshieldinfrontofthegrounddeformation,shieldmomentsafterthepassageofgrounddeformation,deformationofthsurfaceoffivepost-consolidationphase.3.2Thecalculationofsurfacedeformation3.2.1.EstimationofSurfaceSubsidencemainly:atraditionalmethod(analyticalmethod)------mininggrounddeformationcausedbytheuseofRBPECKformula(1969);bNumericalAnalysis------usuallythree-dimensionalfiniteelementmethod,boundaryanalysis;cnewneuralnetworkalgorithmandmathematicaltheoryofsystemsusingfuzzycontroltheoryexpertsystem.(1)RBPECKformula:RBPECKandin1969byalargenumberofsettlementdataandrelatedengineeringdataanalysispresentedonthesurfacesettlementtroughliketheconceptofanormaldistributioncurve,thatthelossofsurfacemovementiscauseddueformation,andtheShieldTunnelingThesurfacesubsidenceisoccurringinundrainedconditions,sothegroundshouldbeequalto(2)toconsiderconsolidationfactorsPECKcorrectionformula:AccordingtotheShanghaisaturatedsoftclaystratatunneltestresultsofthestudysite,theShanghaischolarthatthesoilaroundthetunnelatthetopandtailshieldgroutingintheprocessoffillinggroundloss,soilgeneratedbytheextrusionpressureofthedissipationofsuper-gap,surelytheformationoftheeffectivestressincreases,causingconsolidationsettlement.thevolumelossofsurfacesettlementcurve.(3)numericalmethods(bambooSankyopracticalformula):Japan'sBamboo3Joeelasticmediaestimatesofthefiniteelementmethodtogettheformulaofground:theformulaforthetunnelcoverdepthH(m);Dfortheoutershielddiameter(m);Eforthemulti-layersoileffectiveaverageelasticmodulus.Elastic-plasticfiniteelementanalysisofmediamustbeusedaccordingtodifferentsoilconstitutivemodelforthecorrespondingfiniteYuanben.Hack,RoweandraisedinCanadathegapgandthelossofrelationshipformation:theformula:diametertunnel3.2.2PredictionofGroundDeformationinSubwayConstructionmethodofdynamicsystemThemainmethodofthesystem:themodelparametersestimatedsequentialleast186 squaremethod;theintroductionofthesequentialdecayfactorsolution;modelorderoftheFtestdecisionmethod;neuralnetworkpredictionmethod.3.2.3ShieldTunnelConstructioninNumericalAnalysisSoildisturbanceinthemechanismbasedonthechoiceoffiniteelementmodeltosimulatetheprocessofshieldconstruction.Previousfiniteelementmodelusedtostudyavarietyofshieldtunnel,includingtwo-andthree-dimensionalcalculationofelasticandelastic-plasticconstitutiverelationsandworkingconditionsontheconstructionofthesimulation.Strictlyspeaking,thenumericalmethodisappliedtoshieldtunnelinganalysisandcalculationofdeformationisalsoaprediction..FEMisanumericalanalysisoftoday'sgenerallyacceptedmethodforsolvingengineeringproblemsencounteredinthebesteffectivegeneralmethodapplicabletotheapplicationofexpansionfromsolidtosolvetheacoustics,nuclearphysicsandfluidmechanicsproblems.Infact,thefiniteelementhasnowbecomeknownforsolvingtheboundaryandinitialconditionsortobecomeoneofthetwopartialdifferentialgroupAnumericalrule.FEMandcomputertechnologywiththedevelopmentoftunnelconstructiontechnologyCalculationandAnalysisfocusedontheutilizationofthisapproach.Ghsboussi1987discussedinthetunnelprojectontheapplicationoffiniteelementsimulationusingthepossibilityofgroundmovement.Inthefiniteelementanalysissimulationofstressconditions,thetunnelexcavationandliningsetforeachstage.Calculationsshowthattwo-dimensionalplanestrainanalysisisthesimulationofgroundmovementthemosteffectiveandsimplestwaytothiswastheconclusion.ItoHisake1979finiteelementanalysiswereusedintheshieldsurroundingthedynamiccharacteristicsofsoil.Theirearlywork,withtheintegralequationtheorycombinedwithfiniteelementanalysisoftheroleoftheexternalpressureonthetunnelliningwillbecalculatedandmeasuredresultsandfielddataandmodelresultswerecomparedto1982,hewasausefulboundaryfiniteelementoftheelasticandviscoelasticstratumwerecausedbythree-dimensionaltunnelformationwereanalyzed.Consideredintheanalysisofthedrivingspeed,locationofexcavationface,suchastheimpactofthetunnellining.186 Ghabboussi1983wereusedsuchastwo-dimensionalandthree-dimensionalfiniteelementmethodsimulationintheconstructionoftwoundergroundpassagethroughthetunnelatthetopofthemechanicalimpact,andwerecomparedwiththemeasured.Paper,constructionandexcavationasabartodealwithnonlinearproblems,thatusingnonlinearsoilmodel.InGhabboussipreviousstudieshaveproposedsimulatedexcavationandtunnelingconstructionofnumericalmethods,duetothebackwardnessofcomputerhardwarelevel,makingthree-dimensionalfiniteelementanalysiswascalculatedforuseXiangdangtolarge,soilnonlinearproblemgeometryShangZhiShinonlinear,theconstructionoflinearanalogonlyactivatesomeunitstoexpand..LiGuihua1986Finiteelementsimulationofelasticparametersoftheconstructionspace,andsummarizestheOfficeoftheempiricalformula.Theformulacanbeestimatedatdifferentdepths,differentdiameteranddifferentspaceparameters,thehorizontaldistancefromtunnelaxiswithdifferentsurfacesubsidence.Meanwhile,theuseofdifferentgapparametersandcansimulatedifferentsubsidencefactors,whichcanestimatethesurfacesubsidence.ThisistheChinesescholarsinthenumericalanalysisofshieldtunnelconstructionearlierdeformationresults.LeeRowe1990inakindofusedtosimulatetheconstructionprocess,thefollow-upgroundmovement,aroundtheoutsidetoopenthetunnelandsurfacestresseffectssuchasgroundsubsidenceplasticfiniteelementmethodtosolvenonlinearproblemsaregivenstepsandissuitableforthree-dimensionaltunnelanalysisofelastic-plasticsoilconstitutivemodel.Hewasalsointhewatertunnelprojectin1991,theuseofathree-dimensionalelasticfiniteelementanalysistocalculatetheexcavationofthedisplacement,theanalysiscansimulatetheadvanceofthetunnelshieldandtunnelconstructioncausedbythelossofsoil.Alsoin1992,toreflectthetunnelusinggroundlossparameteratthetopoftheverticaldisplacementandtheconstructionoftunnelsinsoftgroundthesizeofthelossofthree-dimensionalplasticdeformationitisworkingface,shieldperformance,thesetofliningtheshapeandconstructiontechnologyfunction,estimateitandusethecorrecttwo-dimensionalfiniteelementorexperienceinrelationtothedisplacementofthegroundrulesbepredicted.SunJun1996bycalculationofviscoelasticflow,inaccordancewiththe186 constructionsequenceontheShanghaisoftclayshieldtunnelconstructionprocess,thedifferentstagesofthesoilbytheforceofstressandexposuretosurfacesoilpressureandthecycleofconstructionofsurfaceexcavationsecondaryconsolidationsettlementproblems,thenumericalsimulation.ZengQing(1995)[12],inelasticsemi-analyticalmethod,two-lanetunnelconstructionprocessofsurfacemovement,tunnelinthenumericalsimulationAkagi&Komiya(1996years),anewprocesstoconsidershieldconstructiontechnologyforfiniteelementsimulationofshieldtunnelingmachines,whichuseamethodofexcavationunits.RuanlinWang1997,usingthefiniteelementanalysissoftware(Super-SAP),ontheshieldtunnelconstructionfortheelasticfiniteelementsimulationofthesoilproperties,tunneldepthandotherfactorstheroleofmutualinfluenceandcommonproblems.Typicaldeformationofsoftgroundtunnelconstructionthree-dimensionalfiniteelementanalysiscanbeseenfromtheaboveliterature,foreigntunnelingshielddimensionalfiniteelementsimulationisstillintheresearchstage,fewapplicationinengineeringpractice[14and17].Theanalysisofthree-dimensionalfiniteelementmethodusingplastic,softgroundsectionofasimulation,reflectingtheshieldtunnelconstructiontopromotepositivesoilgroutingcabinpressureandtail,especiallyonthesurroundingsoilsurfacedeformation.Shieldtunnelingthree-dimensionalfiniteelementcalculationmodelforthesoilandtheshieldandthecontactinteractionbetweenthesegmentshouldbeusedtosimulatecontacttheory,takingintoaccountthecomplexityoftheproblemcontacts,whereakindofJianhuafangfaCaiYong.Astheconstructionoftheshieldcausedbythesurroundingsoildisturbance,thegapwiththelowertailstiffnessofthesoiltosimulate.Thisshieldaroundthelargedeformationofsoilcanbewellreflected.Thethicknessofsoildisturbancewithdifficulttodeterminecomputingneedsandexperiencesneedtobedetermined,theanalysisbythepaper[1]determinethedisturbedzonethickness20cm.Groutingforsimulationoftailusedtoimprovesoildisturbancewithstiffnessmethodtosimulate.186 Accordingtotheabovedescribed,fordynamicsimulationofshieldconstructionprocesscanbeaccomplishedwiththestiffnessofmigrationlaw.Stiffnessmethodistomoveforwardasshieldstiffnessandloadthemigrationprocess.Segmentintheshieldcaseandthesurroundingsoildisturbanceareequippedwiththedefaultunitofexcavationfaceforward,theshieldcaseisgraduallyin-depth,locationofsoildisturbancewithlowstiffnessunit"Health";takingintoaccounttheshieldEndlaggrouting,groutingmaterials,thetimerequiredforhardening,tailprolapseashortdistance,thelocationofsoildisturbancewithlowstiffnesselement"death",high-rigidityunit"health."Shieldtunnelconstructionprocessandconstructionofthestressandstrainthanprocessspeedexcavation,constructionorganizationshaveagreatrelationship,butalsotoseizethemainfactorsontheactualconstructionprocessofsomesimplification,sothatcalculationscanbesuitableforreflectissuesofconcerntoeveryone.Thus,accordingtotheactualconstructionprocess,theanalysisofsub-18excavationsteps.Moreover,inordertoreducethecalculationoftheborder,themainresearchlocationonthefull3Dmodelofthecentralexcavationstep12,eachlengthisthelengthofasegment.Atypicalthree-dimensionalfiniteelementmeshweakstratigraphicsection(Figure1),astheholestunneltunnel,diameterD=6.0m,thecenterdistancebetweentwoholesforthe12m,thetotalwidthofthetunnelwithtwoholesto18m,Thedepthofthetunnelcentralaxisofabout19m.Sincethesymmetryofshieldtunnel,theanalysiscountingonlyhalfofthetunnel.Undertheshieldconstructionexperience,theextentoftakingalong60m,width33m,high36.7m.ShieldthenegativedirectionofZaxisdirection,headingtherightdirectionfortheXaxishorizontal,verticaluptheYaxis.9999eight-nodehexahedronsolidelements,9999nodes.Figure1Surfacedeformationanalysisofshieldtunnelconstructionwiththree-dimensionalfiniteelementsimulationtu_1tu_4tu_51186 tu_52tu_6tu_7tu_8tu_9distordedlineafter_distu_1nonetu_1tu_4tu_51tu_52tu_6tu_7tu_8tu_9distordedlineafter_dis186 tu_1noneNote:tusaidsoil,saidsoildigitallabel;linethatmostoftheoverlayingsoil;distorededsaidbendingunit;afterdisfortheconcreteelement;noneforthenon-unit.Figure1Three-dimensionalfiniteelementanalysisofshieldtunnelmeshFig.13D-FEMmeshforshieldtunnelSoilwithplasticconstitutiverelation,theyieldcriterionforthelinearMohr-Coulombcriterion.Theguidelinesaremoresimpleandpractical.Forthesoilwitheight-nodehexahedralsolidelementtype.Intheory,thestructureof3Dthinshellelementshouldbeusedtoreflectthestructureofthesegmentoftheinternalforces,butmainlybecausethisanalysisconsideringsoilstressanddeformation,andthereforecanhexahedraleight-nodesolidelementtosimulateandcontrolshieldfilm.Table1CalculationparametersTable1ParametersforcomputationSoilElasticmodulusE/MPaPinenightratioSevere/kN·m-3Internalfrictionangle/(°)Cohesion/kPaInitialyieldstresscohesion/kPaa44.030.3219.515.153.588.470.085875-13.060.3019.316.149.280.850.091275-23.220.2819.615.946.776.840.0902463.760.2520.119.949.879.58186 0.1112070.3024.838.01.011.300.1934080.2023.941.12.002.310.2152090.2024.941.11.962.390.20490Segment0.1025.0Notes:a=sinj9+sin2j。Analysisandcomparisonofresultsfromthecalculationsindicatethatthree-dimensionalsoildeformationisdividedintofourareastofacetheworlddigginginthesquareinfrontoftunnelexcavationsoil,thesoilcompartmentbyapositivepressureofcompression,intheexcavationfacetheemergenceofabulgeabovetheregionbelowthesurfaceintheexcavationareawasasettlementofcompression;thetunnelexcavationfacebehindthesoil,inthetunnelatthetopisatypicalsettlingtank.InthebottomisanuninstallupliftFoursoildeformationzoneisthelocationofthecuttingsurfacewiththeever-changingmove.Frontsideoftheupliftedareaexcavationandsettlementareainfrontofandthenmoveforwardwiththeexcavation,excavationfacetherearofthesettlementtroughandupliftthefaceoftheexcavationandthenexpanded.Theformationofgroundsubsidencetrough,whiletheshieldinfrontoftheuplift.ShieldtunnelaxisfromFigure2Long-Shencurveshowsthelongitudinalsurface(showninthedataforthenumber),thisanalysisworkswelltosimulatetheshieldgroundupliftandsubsidencecausedbythesituation,thelawisconsistentwiththemeasured.Thecurvecanbedividedintofrontsideoftheupliftedareaexcavation,excavationfacesharplyafterthesedimentationareaofreactionzoneofstabilityand186 settlementareas.Amongthem,thesettlementareaisduetoareboundtailcausedupliftofsoilgrouting.ShenLongcanbeseenfromthecurves,themaximumupliftcapacityof3.54mm,itslocationinfrontofsquareintheexcavation10.5mDepartment,about1.5D;maximumsettlementamountof15.7mm,14.5mintheofficeaftertheexcavationface,about2.5D.Figure3to5forthedifferentdepthsfromthesurfacedoesnotshieldexcavationofsoilfromtheDepartmentofLungShencurve.Thefigureshowsthedepthofthegreatervolumeofsoilthesmallerthemaximumuplift,whilethemaximumsettlementvaluewillbe.Canmoreproperlyreflecttheshieldbeforethepassageoftimeandpassedthroughthelateraldeformationofthesurfacesizeandscope.,.Figure2,Step18thesurfacelongitudinalaxisofshieldtunnelLongShencurveFig.2Curveofearthverticalsettlementontunnelaxisatthe18thcomputationalstepFigure3,Step18undergroundtunnelaxisverticalsoil2.4mDepartmentLongShencurveFig.3Curveofearthverticalsettlement2.4mbelowontunnelaxisatthe18thcomputationastep186 Figure4,Step18ofshieldexcavation10.5mDepartmentoffacesurfacedeformationcurveFig.4Curveofearthsettlementatthepositionof10.5maheadofexcavationfaceatthe18thcomputationalstepFigure5,Step18ofshieldexcavationplaneofthesurfacedeformationcurveofFig.5Curveofearthsettlementoftheexcavationfaceatthe18thcomputationalstepConclusion:186 Throughthesoftgroundsectionofatypicalthree-dimensionalfiniteelementanalysisresultscanbeobtained,calculatedresultswellagreetheshieldtunnelconstructioncausedbythedeformationofsoil,butalsogivesthedeformationofgroundsoilLungShenmaximum,indicatingTheanalysisusedthree-dimensionalfiniteelementmodelcansimulateshieldadvanceonsoildeformationin.Migrationusingthestiffnessmethodcansimulatetheforwardandthetailshieldgroutingonthesoilpropertieschange.Becausethisanalysisfocusesonthesoildeformationandtheimpact,thereisnostructureontheinnersegmentmasterpieceofdetail.ThankTongjiUniversity,Dr.LinZhifiniteelementanalysisinthispaperfortheirhelp.References：[1]Yimagnificent.Shieldconstructionofthegroundmovementofsoildisturbanceandimpactof[doctoralthesisD].Shanghai:TongjiUniversity,1999.[2]GhaboussiJ,RankenRE,KarshenasM.Analysisofsubsidenceoversoftgroundtunnels[J].EvaluationandPredictionofSubsidence,1978,182－196.[3]ItoT,HistakeM.Surfacedisplacementscausedbytunneldrivinginanisotuopicviscoelasticground[A].4thInternationalConferenceRockMechanics[C].[s.l.]:s.n.],1979,l:677－684.[4]ItoT,HistakeK.tunnelboringgroundsubsidencecausedbythree-dimensionalanalysis[J].Translatedfromthetunnel,1985,(9):46-57.[5]GhaboussiJ,HansmireWH,ParkerHW.Finiteelementsimulationoftunnellingoversubways[J].JournalofeotechnicalEngineering,1983,109(3):318－334.[6]LiGuihua.Shieldofgroundsubsidenceduetoconstructionofestimationmethods[J].TongjiUniversity,198614(2):253－261.LIGui-hua,Estimationmethodsofgroundsettlementcausedbyshieldtunelling[J].JournalofTongjiUniversity,1986,14(2):253－261.[7]LeeKM,RoweRK.Finiteelementmodelingofthethree-dimensionalgrounddeformationsduetotunnellinginsoncohesivesoils:pantI-methodofanalysis[J].ComputersandGeotechnics,1990,(10):87－109.[8]LeeKM,RoweRK.Finiteelementmodellingofthethree-dimensionalgrounddeformationsduetotunnellinginsoftcohesivesoils:partII-results[J].Computersand186 Geotechnics,1990.10:111－138.[9]LeeKM,Rowe,R.K.Ananalysisofthree-dimensionalgroundmovements:Thethunderbaytunnel[J].CanadianGeotechnicalJournal,1991,28:25－41.[10]RoweRK,LeeKM.Anevaluationofsimplifiedtechniquesforestimatingthree-dimensionalundrainedgroundmovementsduetotunnellinginsoftsoils[J].CanadianGeotechnicalJournal,1992.29:39－52.[11]SunJun.Urbansettlementcausedbyconstructionactivitiesontheenvironmentalhazardsofpredictionandcontrol[A].Thetwenty-firstcenturyurbanandruralconstructionofthekeyscientificissues[C].Beijing:[sn],1996.[12]ZengQing.SubwayProjectpromoteinteractionbetweenparalleltwo-lanetunnelandconstructionmechanicsof[PhDthesisD].Shanghai:TongjiUniversity,1995.[13]RuanLinwang.SoftShieldpromotesoilandpileontheimpactoftheadjacentthree-dimensionalfiniteelementanalysis[thesisD].Shanghai:TongjiUniversity,1996盾构隧道施工地表变形分析与三维有限元分析于宁朱合华（同济大学）摘要：随着地标建筑物密度与日俱增，在地铁建筑过程中对地表坏境的保护是一个越来越不能忽视的难题。盾构法隧道施工技术成功运用于地铁施工后，如何合理预测和控制盾构施工对地表变形的影响成为了一个新课题。在查阅大量文献的基础上，总结前人计算方法，利用有限元方法对盾构隧道进行了三维有限元的变形模拟分析，与实测数据相比较计算结果较为满意。关键词：盾构隧道、地表变形、三维有限元分析1.引言盾构隧道施工技术经过了一百年的发展，虽然有了很大的发展，但不可避免引起地层的扰动，引起地层变形及地面沉降，特别是在软土盾构隧道中尤甚。扰动导致扰动导致土体强度和压缩模量降低将引起长时间的固结和次固结沉降。当地层变形超过一定范围时，将会严重危及临近建筑物和地下管线网的安全，引起一系列的岩土问题。由此可见，盾构施工对周围地层扰动机理的研究具有重要的意义。2.盾构隧道施工对地表沉降的主要分析因素186 综合国内外若干成功的经验，造成地表沉降原因是盾构法施工过程中产生地层损失引起地层移动，盾构法施工中引起地层移动的因素有：(1)开挖面的土体移动。盾构掘进时开挖面的土体松动和崩塌，破坏原来的地层应力平衡状态，导致地层沉降或隆起。(2)盾构法施工中盾构后退，使开挖面崩落或松动引起地层损失而产生地表沉降，采用降水疏干措施，土体有效应力增加，再次引起土体固结变形。(3)土体挤入盾尾空隙，主要原因是压浆不够，使盾尾后部隧道周围周边土体向盾尾崩落，产生地层损失，产生地表沉降。(4)盾构推进方向的改变、盾尾纠偏、仰头推进、曲线推进都会实际开挖面形状偏大于设计开挖面而引起的地层损失。(5)盾壳移动与地层间的摩擦和剪切作用，引起地层损失。(6)土体施工扰动固结作用，其中，次固结沉降往往要持续几年，在软土中它所占的沉降量的比例达35%以上。(7)随盾构推进而移动的正面障碍物，使地层在盾构通过后产生空隙而未能及时灌浆。(8)在水、土压力的隧道衬砌作用下产生变形，会引起小量的地层损失。综合多年来的经验实际可以得出：盾构推进引起的地层移动因素主要有盾构直径、埋深、土质、盾构施工等情况，其中隧道线型、盾构外径埋深等设计条件和土的强度、变形特性、地下水位的分布等地质条件是客观因素；而盾构的型式、辅助施工方法、衬砌壁后注浆、施工管理等因素是主要因素。3.盾构推进过程中地层移动的特征与计算方法3.1地层移动特征根据对地层大量实测资料的分析表明，按地层沉降变化曲线的情况，地层移动大致可分为盾构到达前的地面变形；盾构到达前的地面变形，盾构通过前的地面变形，盾构通过后的瞬间地面变形，地表后期固结变形等五个阶段。3.2地表变形的计算方法186 地表沉降估算方法主要有：a传统方法（解析法)------矿山开采引起的地表变形中采用的R.B.PECK公式（1969年）；b数值分析法------通常采用三维有限元法、边界分析法；c最新的神经网络算法和采用模糊数学理论的系统控制论专家系统。3.2.1估算方法(1)R.B.PECK公式：R.B.PECK与1969年通过对大量的地表沉降数据和相关工程资料分析后，提出了对地表沉降槽似正态分布曲线的概念，认为地表移动是由于地层损失所致，而且盾构施工引起的地表沉降是在不排水条件下发生的，所以地层损失体积应等于地表沉降曲线。(2)考虑固结因素的PECK修正公式：根据上海饱和软弱粘土地层的盾构隧道的现场测试结果的研究，上海学者认为，隧道顶部和周围土体在盾尾压浆充填地层损失过程中，土体受挤压而产生的超空隙水压的消散，必然相应的地层中的有效应力增加，从而引起固结沉降。(3)数值方法（竹三乔实用公式）：日本的竹三乔用弹性介质有限元法得出的估算地表沉降的公式：式中H为隧道的覆盖深度（m）；D为盾构外径（m）；E为多层土的有效平均弹性模量。弹塑性介质有限元分析，必须根据不同的土质采用相应的有限元本构模型。加拿大的Rowe和Hack提出的间隙g与地层损失的关系式：式中：为隧道外径3.2.2预测地铁施工中地表变形的动态系统方法该系统的主要方法有：模型参数估计的序惯最小二乘法；引入衰减因子的序贯解法；模型阶的F检验判决法；神经网络预测法等。3.2.3盾构隧道施工过程中的数值分析在对土体扰动机理研究的基础上，选择合理的有限元模型模拟盾构施工过程。前人采用各种有限元模型来研究盾构法隧道包括二维和三维计算弹性和弹塑性本构关系以及对施工工况的模拟。从严格意义上说，数值方法应用于盾构法隧道施工变形的分析计算也是一种预测研究。186 有限元是当今公认的一种数值分析方法求解工程中遇到各种问题的最好有效的通用方法，其应用范围从固体的应用分析扩展到求解声学、核物理和流体力学的问题。实际上，有限元目前成为求解已知边界和初始条件或成为两者之一的偏微分组一种通用的数值法则。伴随有限元和计算机技术的发展，盾构隧道施工技术变形的计算分析主要集中在这个方法的运用上。Ghsboussi1987年讨论了在隧道工程的应用中用有限元模拟地层位移的可能性。在有限元分析中模拟应力条件、隧道开挖和衬砌设置的各个阶段。计算表明，二维平面应变分析是模拟地层移动最有效和简单的方法这是当时的结论。ItoHisake1979年采用了有限元分析了盾构周围地基土的动态特征。他们在前期工作中，用积分方程理论结合有限元计算了作用于隧道衬砌上的外部压力，将计算结果并将计算结果和现场量测数据和模型试验结果进行了比较，1982年他有用边界有限元对弹性和粘弹性地层中浅埋隧道引起的三维地层进行分析。分析中考虑了掘进速度、开挖面位置、隧道衬砌等的影响。Ghabboussi等1983年分别采用了二维和三维有限元法模拟分析了在两条地下通道上方施工穿越隧道的力学影响，并与实测进行了对比分析。文中，吧施工和开挖当作非线性问题来处理，即采用土体非线性模型。在Ghabboussi之前的研究中，已经提出模拟开挖和掘进施工的数值方法，由于计算机硬件水平的落后，使得当时的三维有限元分析计算的用相当地大，土体的非线性问题只是几何上的非线性，施工线性的模拟只是激活部分单元来展开。李桂花1986年用弹性有限元模拟施工间隙参数，并总结处了经验公式。该公式可以估算不同埋深、不同直径和不同间隙参数下，距隧道轴线不同水平距离的地表沉陷。同时，利用不同的间隙参数又可以模拟不同的沉陷因素的影响，从而可以对地表的沉陷进行预估。这是我国学者在盾构隧道施工变形数值分析的较早成果。Lee186 Rowe1990年一种用于模拟施工工序、后续地层位移、隧道开外面周围及地表应力状态等对地面沉降影响的三维弹塑性有限元方法，给出了非线性问题的求解步骤和适合于三维隧道分析的弹塑性土体本构模型。其又于1991在输水隧道工程中，使用了一种三维弹性有限元分析来计算开挖的位移，该分析可以模拟隧道盾构的推进和因隧道施工引起的土体损失。又于1992年采用地层损失参数反映隧道顶部的垂直位移和软土隧道施工中地层损失的大小它是掌子面三维弹塑性变形、盾构机性能、衬砌的集合形状和施工工艺等函数，正确估算它并利用二维有限元或经验关系可对地层的位移规律加以预测。孙军1996年采用粘弹性流变计算方法，按照施工顺序，对上海地区软土盾构隧道施工过程中，不同受力阶段的土中应力和接触面的土压力以及循环开挖施工施工的地表沉降次固结问题，进行了数值模拟分析。曾晓清(1995年)[12]采用弹塑性半解析数值法对双线盾构隧道施工过程的地层移动、隧道受力进行了数值模拟分析。Akagi＆Komiya(1996年)提出一种新的考虑盾构施工过程有限单元技术用于模拟盾构机的掘进，提出了使用开挖单元的方法。阮林旺1997年利用有限元分析软件(Super-SAP)，对盾构法隧道施工进行了弹性有限元模拟，探讨了土层性能、隧道埋深等因素相互影响和共同作用的问题。典型软弱地层盾构隧道施工变形三维有限元分析从以上文献可见，国内外对盾构隧道施工的三维有限元模拟还处于研究阶段，在工程实践中较少应用[14～17]。本分析采用弹塑性三维有限元法，对某软弱地层剖面进行模拟，反映盾构隧道施工推进、正面土舱压力和盾尾注浆对周围土体特别是地表变形的影响。盾构隧道施工三维有限元计算模型的建立对于土体与盾构机和管片之间的接触作用应该用接触理论来模拟，但是考虑到接触问题的复杂性，这里采用一种简化方法。盾构周围由于施工所引起的土体扰动，盾尾空隙用降低土体刚度的方法来模拟。这样盾构周围土体的大变形现象就能很好反映。而土体扰动带的厚度很难确定，需要根据计算需要和经验来确定，本分析由文[1]确定扰动带厚度为20cm。对于盾尾注浆的模拟采用提高土体扰动带刚度的方法来模拟。根据上面的阐述，对于盾构施工过程的动态模拟可以用刚度迁移法来完成。刚度迁移法是将盾构向前推进看成刚度和载荷的迁移过程。在盾构机壳和管片周围的土体扰动带均设有预设单元，开挖面推进时，盾构机壳逐渐深入，土体扰动带位置的低刚度单元“生”；考虑到盾尾注浆的滞后性，注浆材料硬化所需要的时间，盾尾脱出一段距离后，土体扰动带位置的低刚度单元“死”，高刚度单元“生”。186 盾构隧道施工过程的应力和变形除与施工工序、开挖速度、施工组织有很大关系外，还要抓住主要因素对实际的施工过程进行一定的简化，使之能够适于计算又能反映大家所关心的问题。因此，根据实际施工过程，本分析分18个开挖步。而且，为了减小边界对计算的影响，主要研究位置放在整3D模型的中部12个开挖步上，每个长度是一个管片长度。三维有限元网格选取典型软弱地层剖面（如图1所示），区间隧道为双孔隧道，孔径D=6.0m，两孔之间中心距为12m，双孔隧道总宽度为18m，隧道中心轴线埋深为约19m。由于盾构隧道的对称性，本分析只计算半边隧道。根据盾构施工经验，影响范围取长60m，宽33m，高36.7m。盾构掘进方向为Z轴负方向，掘进方向水平向右为X轴，竖直向上为Y轴。共有9999个六面体八节点实体单元,9999个结点。盾构隧道施工地表变形分析与三维有限元模拟图1盾构隧道三维有限元计算网格Fig.13D-FEMmeshforshieldtunneltu_1tu_4tu_51tu_52tu_6tu_7tu_8tu_9distordedlineafter_distu_1186 nonetu_1tu_4tu_51tu_52tu_6tu_7tu_8tu_9distordedlineafter_distu_1none注：tu表示土层，数字表示土层标号；line表示最上覆土层；distoreded表示弯曲单元；afterdis为混凝土单元；none为无单元。土体采用弹塑性本构关系，屈服准则为直线性Mohr-Coulomb准则。该准则较为简单、实用。对于土体采用六面体八节点实体单元类型。从理论上讲，结构应该采用3D薄壳单元来反映管片的结构内力，但由于本次分析主要考虑土体的应力和变形，所以，可以用六面体八节点实体单元来模拟盾构机和管片。表1计算参数186 Table1Parametersforcomputation土层弹性模量E/MPa1.0泊松比重度/kN·m-321.3内摩擦角/(°)粘聚力/kPa初始屈服应力/kPa16.78a44.030.3219.515.153.588.470.085875-13.060.3019.316.149.280.850.091275-23.220.2819.615.946.776.840.0902463.760.2520.119.949.879.580.1112070.3024.838.01.011.300.1934080.2023.941.12.002.310.2152090.2024.941.11.962.390.20490管片0.1025.0注：a=sinj9+sin2j。对于开挖面土舱压力的模拟，根据盾构机施工实测资料，开挖面土舱压力一般在250～300kPa，本分析取250kPa。计算结果分析与比较由计算可知，三维土体变形分为186 4个区，以开挖面为界，在隧道开挖面前方土体中，受正面土舱压力的挤压作用，在开挖面上方出现一个隆起区域，在开挖面下方是一个沉降压缩区域；在隧道开挖面后方土体中，在隧道上方是一个典型沉降槽。而在其下方则是一个卸载隆起区。4个土体变形区的位置是随着开挖面的前进不断变化的。开挖面前方的隆起区和沉降区随开挖面前进而向前移动，开挖面后方的沉降槽和隆起区则随开挖面前进而不断扩大。地面形成沉降槽，而盾构前方为隆起区。从图2盾构隧道轴线地表纵向隆沉曲线可见（图中数据为编号），本次分析很好的模拟了盾构施工引起的地面隆起和沉降情况，与实测规律很吻合。该曲线可以分为开挖面前方的隆起区、开挖面后的急剧沉降区、沉降稳定区和沉降反弹区。其中，沉降反弹区是由于盾尾注浆导致土体隆起。从隆沉曲线可见，最大隆起量为3.54mm，其位置在开挖面前方10.5m处，约1.5D；最大沉降量为15.7mm，位于开挖面后14.5m处，约2.5D。图3～5为不同深度、距离盾构开挖面不距离处的土体隆沉曲线图。由图可见，深度越大，土体最大隆起量越小，而最大沉降量越大。能较很好地反映盾构通过前、通过时和通过后地表的横向变形大小和范围。图2第18步盾构隧道轴线地表纵向隆沉曲线Fig.2Curveofearthverticalsettlementontunnelaxisatthe18thcomputationalstep图3第18步盾构隧道轴线地下2.4m处土体纵向隆沉曲线Fig.3Curveofearthverticalsettlement2.4mbelowontunnelaxisatthe18thcomputationalstep186 图4第18步盾构开挖面前方10.5m处地表变形曲线Fig.4Curveofearthsettlementatthepositionof10.5maheadofexcavationfaceatthe18thcomputationalstep图5第18步盾构开挖面处地表变形曲线Fig.5Curveofearthsettlementoftheexcavationfaceatthe18thcomputationalstep186 结语通过对某典型软弱地层剖面三维有限元分析结果可以得出，计算结果较好地吻合了盾构隧道施工所造成的土体变形规律，也给出了地面土体变形的隆沉最大值，说明本分析所采用的三维有限元模型能够很好的模拟盾构推进对土体变形的影响。运用刚度迁移法能够很好地模拟盾构向前推进以及盾尾注浆对土体性质的改变。由于本分析侧重与对土体变形的影响，所以没有对管片结构的内力作详细地研究。感谢同济大学林志博士在本文有限元分析中所提供的帮助。参考文献[1]易宏伟.盾构法施工对土体扰动和地层移动影响的研究[博士论文D].上海:同济大学,1999.[2]GhaboussiJ,RankenRE,KarshenasM.Analysisofsubsidenceoversoftgroundtunnels[J].EvaluationandPredictionofSubsidence,1978,182－196.[3]ItoT,HistakeM.Surfacedisplacementscausedbytunneldrivinginanisotuopicviscoelasticground[A].4thInternationalConferenceRockMechanics[C].[s.l.]:s.n.],1979,l:677－684.[4]ItoT,HistakeK.隧道掘进引起的三维地面沉陷分析[J].隧道译从,1985,(9):46－57.[5]GhaboussiJ,HansmireWH,ParkerHW.Finiteelementsimulationoftunnellingoversubways[J].JournalofeotechnicalEngineering,1983,109(3):318－334.[6]李桂花.盾构法施工引起的地面沉陷的估算方法[J].同济大学学报,1986,14(2):253－261.LIGui-hua,Estimationmethodsofgroundsettlementcausedbyshieldtunelling[J].JournalofTongjiUniversity,1986,14(2):253－261.[7]LeeKM,RoweRK.Finiteelementmodelingofthethree-dimensionalgrounddeformationsduetotunnellinginsoncohesivesoils:pantI-methodofanalysis[J].ComputersandGeotechnics,1990,(10):186 87－109.[8]LeeKM,RoweRK.Finiteelementmodellingofthethree-dimensionalgrounddeformationsduetotunnellinginsoftcohesivesoils:partII-results[J].ComputersandGeotechnics,1990.10:111－138.[9]LeeKM,Rowe,R.K.Ananalysisofthree-dimensionalgroundmovements:Thethunderbaytunnel[J].CanadianGeotechnicalJournal,1991,28:25－41.[10]RoweRK,LeeKM.Anevaluationofsimplifiedtechniquesforestimatingthree-dimensionalundrainedgroundmovementsduetotunnellinginsoftsoils[J].CanadianGeotechnicalJournal,1992.29:39－52.[11]孙钧.城市工程活动引起土体沉降对环境公害的预测与控制[A].二十一世纪城乡建设中的关键科学问题[C].北京:[s.n.],1996.[12]曾晓清.地铁工程双线隧道平行推进的相互作用及施工力学的研究[博士学位论文D].上海:同济大学,1995.[13]阮林旺.软土盾构推进对相邻土层及桩体影响的三维有限元分析[硕士论文D].上海:同济大学,1997.[14]王敏强,陈胜宏.盾构推进隧道结构三维非线性有限元仿真[J].岩石力学与工程学报,2002,21(2):228232.WANGMin-qiang,CHENSheng-hong,3-Dimensionnonlinearfiniteelementsimulationoftunnelstructureformoving-forwardshield[J].ChineseJournalofRockMechanicsandEngineering,2002,21(2):228－232.[15]ItoT,HisatakeK.隧道掘进引起的三维地面沉降分析[J].隧道译丛,1985,(9):46－55.[16]徐永福,孙钧.隧道盾构掘进施工对周围土体的影响[J].地下隧道工程,1999,(2):9－13.[17]孙钧,袁金荣.盾构施工扰动与地层移动及其神经网络预测[J].岩土工程学报,2001,(5):261－267.SunJun,YuanJinrong,Soildisturbanceandgroundmovementundershieldtunnelinganditsintelligentpredictionby186 usingANNtechnology[J].ChineseJournalofGeotechnicalEngineering,2001,(5):261－267.[18]潘国荣,王穗辉,刘大杰.预测地铁施工中地表变形的动态系统方法[J].同济大学学报,2001,(3):294－298.PANGuo-rong,WANGSui-hui,LIUDa-jie.Dynamicmodelandforecastingofgrounddeformationonsubwayconstruction[J].JournalofTongjiUniversity,2001,(3):294－298.186 附录三毕业设计任务书一、设计（论文）的教学目的毕业设计是按教学计划完成理论教学和相关实践教学之后的综合性教学，是对专业方向教学的继续深化和拓宽，是培养学生工程实践能力的重要教学阶段，其目的在于全面培养、训练学生运用已学的专业基本理论、基本知识、基本技能，进行本专业工程设计或科学研究的综合素质。二、设计（论文）的主要内容1.根据原始资料给定的贵开高速都溪隧道的地质平面图与隧道纵断面图，初步设计隧道衬砌及洞门结构，位于曲线上的隧道应计算净空加宽值，公路隧道曲线加宽值的计算应符合有关规定；2.根据上述隧道结构，结合地质条件所决定的洞口边仰坡最大开挖高度和路基标高，遵照"早进洞，晚出洞"的原则，初步定出隧道进出口里程。确定洞口位置的过程中，需要多次前后挪动洞口位置反复比选，以确定最为合理的位置。比选时应将洞门位置和洞门结构综合考虑，并就可能的方案(除一般隧道结构外尚有明洞，偏压，斜交等结构类型)进行比较。最后，按最佳方案改正原定的初步设计，将洞口里程确定下来；3.进行洞口地段的其它设计，布置洞口地段的排水系统(截水天沟等)，绘制洞口布置图及洞口相关工程设计图(挡墙、地表锚杆加固等)；4.进行洞门结构设计，绘制洞门结构图，并应考虑洞门检查梯的布置；5.进行隧道支护结构设计，包括临时支护与永久支护。在学会使用ANSYS有限元分析软件的基础上，根据贵开高速都溪隧道右线地质情况建立有限元模型对隧道衬砌进行分析；设置运营通风设备，绘制衬砌结构图；6.采用自行修改,增补后的源程序检算有关隧道衬砌结构。计算后应就计算成果进行分析，必要时修改设计重新计算。7.绘制隧道纵断面总布置图，图中应预留总工程数量表位置，以便将陆续算出的各工程数量汇总填入其中；8.施工组织设计：（1）确定隧道施工方案，对有关工序进行说明，绘出施工方案图(含横断面工序图及纵断面工序展开图)；186 （2）根据施工期限安排施工进度，绘制施工进度图；（3）钻爆设计，绘制钻爆循环作业图(横道图)。10.全面整理设计说明书及设计图，准备答辩提纲。三、设计（论文）的基本要求1．按设计课题要求，独立完成设计任务，做出不同的设计方案，交出各自的成果。2．认真设计、准确计算、细致绘图、文字表达确切流畅。3．树立科学态度，注重钻研精神、独立工作能力的培养。4．严格按照有关文件要求进行毕业设计管理，努力提高毕业设计质量。5．图纸绘制要求：全部采用A3图纸(可加长)；计算机出图必须有3张；图纸布局要协调，要紧凑而不拥挤；线条粗细要正确，位置要准确；6．注重资料的收集、分析和整理工作，设计完成后，设计成果应按如下要求装订成册：（1）《毕业设计计算书》A4一份；（2）《毕业设计图纸》A4一份。7．图纸装订顺序：封面，目录，设计总说明，设计图纸、表格。8．设计计算书装订顺序：封面、目录、中英文摘要、设计总说明、设计计算的全部内容、设计课题对应的专业英文文章的复印件及其英译汉、《毕业设计任务书》、《毕业设计指导书》、致谢（300字左右）。四、进度安排序号论文（设计）各阶段内容起止日期1开题和调研报告、熟悉毕业设计任务，收集资料，做好毕业设计的准备工作3.21-3.272根据资料给定的线路条件、地形以及工程地质条件，初步设计隧道衬砌及洞门设计计算3.28-4.173进行隧道的平面、纵断面、典型支护结构断面的设计计算及隧道通风的设计计算4.18-5.154施工方案与爆破方案比选5.16-5.225进行隧道施工网络计划的计算，进行隧道施工爆破计算，施工通风的计算5.23-6.56编写说明书、文件装订、毕业设计答辩6.6-6.12186 五、主要参考文献[1]中华人民共和国交通部标准.公路工程技术标准（JTGB01－2003）[S].北京：人民交通出版社，1998.[2]中华人民共和国交通部标准.公路隧道设计规范（JTGD70－2004）[S].北京：人民交通出版社，2004.[3]中华人民共和国交通部标准.公路勘测规范（JTGC10－2007）[S].北京：人民交通出版社，2007．[4]中华人民共和国交通部标准.公路勘测细则（JTG/TC10－2007）[S].北京：人民交通出版社，2007．[5]中华人民共和国交通部标准.公路隧道通风照明技术规范（JTJ026.1－1999）[S].北京：人民交通出版社，1999．[6]中华人民共和国交通部标准．公路水泥混凝土路面设计规范（JTGD40－2002）[S]．北京：人民交通出版社，2002．[7]中华人民共和国交通部标准．公路工程抗震设计规范（JTJ004－89）[S]．北京：人民交通出版社，1990．[8]中华人民共和国交通部标准．公路隧道施工技术规范（JTJ042－94）[S]．北京：人民交通出版社，1995．[9]中华人民共和国建设部标准．地下工程防水技术规范（GB50108－2001）[S]．北京：人民交通出版社，2001．[10]中华人民共和国建设部标准．锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086－2001）[S]．北京：人民交通出版社，2001．[11]公路工程基本建设项目设计文件编制办法交公路发[2007]358号[M]．北京：人民交通出版社，2007．[12]中华人民共和国交通部标准．公路工程地质勘察规范（JTJ064－98）[S]．北京：人民交通出版社，1999．[13]中华人民共和国交通部标准．公路基本建设工程概、预算编制办法（JTGB06-2007）[M]．北京：人民交通出版社，2007．[14]中华人民共和国交通部标准．公路工程预算定额（JTG/TB06-02-2007）[M]．北京：人民交通出版社，2007．[15]覃仁辉．隧道工程[M]．重庆：重庆大学出版社，2005．186 [16]戴俊．爆破工程[M]．北京：机械工业出版社，2008．[17]陈建平，吴立，闫天俊等．地下建筑结构[M]．北京：人民交通出版社，2008．[18]沈明荣，陈建峰．岩体力学[M]．上海：同济大学出版社，2006．[19]章新华．FLAC程序及其在双连拱隧道开挖方案比选中的应用[J]．深圳土木与建筑，2006，3（1）．[20]徐虹晶，李宁，刘佳力等．公路隧道太阳能LED照明系统研究现状分析[J].吉林交通科技，2009，3．[21]夏永旭等．现代公路隧道发展概述[J]．交通建设与管理，2006，12．[22]罗石宝．浅谈盾构隧道施工质量控制[J]．工程科技，2007，2．186'