目錄

第一章工程概述..................................................................3

1.1工程地質條件.............................................................3

1.1.1地形地貌...........................................................3

1.1.2地質情況...........................................................4

1.1.3水文地質條件.......................................................4

1.2隧道設計說明設計標準及遵循規(guī)范..........................................4

第二章隧道整體設計..............................................................4

2.1一般規(guī)定與設計原則.......................................................4

2.1.1一般規(guī)定...........................................................4

2.1.2設計原則...........................................................5

2.2隧道橫斷面設計原則.......................................................5

(1)隧道限界高度........................................................5

(2)余寬設置............................................................5

2.3隧道建筑限界.............................................................5

2.4隧道襯砌內輪廓設計.......................................................5

第三章洞門設計..................................................................7

3.1洞口地質條件.............................................................7

3.2洞門的設計方案...........................................................7

3.2.1洞門形式的選擇.....................................................7

3.2.2驗算...............................................................7

3.3洞門結構設計計算.........................................................8

3.3.1計算參數(shù)...........................................................8

3.3.2建筑材料的容重和容許應力...........................................9

3.3.3洞門各部尺寸擬定...................................................9

3.4洞門驗算.................................................................9

3.4.1洞門土壓力計算.....................................................9

3.4.2抗傾覆驗算........................................................10

3.4.3抗滑動驗算........................................................11

3.4.4基底合力偏心矩驗算................................................11

3.4.5墻身截面偏心矩及強度驗算...........................................12

3.5洞口邊坡錨固設計........................................................12

第四章襯砌內力計算(深埋).....................................................13

4.1基本資料................................................................13

4.2荷載確定................................................................13

(1)圍巖豎向均布壓力:..................................................13

(2)圍巖水平均布壓力:..................................................13

4.3襯砌幾何要素............................................................14

4.3.1襯砌幾何尺寸......................................................14

4.3.2半拱軸線長度S及分段軸長.......................................14

4.3.3各分塊接縫(截面)中心幾何要素.......................................14

4.4主動荷載在基本結構中引起的位移..........................................16

4.4.1單位彈性抗力及相應的摩擦力引起的位移..............................20

4.4.2墻底位移...........................................................22

4.5解力法方程..............................................................22

4.6計算主動荷載和被動荷載分別產生的襯砌內力................................23

4.7最大抗力值的求解........................................................24

4.8計算襯砌總內力..........................................................25

......................................................................26

4.9內力圖

...................................................................26

4.10襯砌驗算

...........................................................27

1.拱頂（截面0）

2.最大軸立面（截面8）...................................................28

第五章襯砌內力計算（淺埋）.....................................................30

5.1圍巖壓力計算................................................................30

5.1.1圍巖豎向壓力...........................................................30

5.1.2襯砌幾何要素..........................................................30

5.1.3半拱軸線長度S及分段軸長...........................................31

5.1.4各分塊接縫（截面）中心幾何要素..........................................31

5.1.5墻底位移..............................................................39

5.2解力法方程..............................................................39

5.3計算主動荷載和被動荷載分別產生的襯砌內力................................40

5.4最大抗力值的求解........................................................41

5.5計算襯砌總內力..........................................................42

......................................................................43

5.6內力圖

....................................................................43

5.7襯砌驗算

.......................................43

1.拱頂（截面0）

2.最大軸立面（截面8）...................................................44

第六章通風計算.................................................................46

6.1隧道需風量計算..........................................................46

6.1.1C0排放量.........................................................46

6.1.2稀釋CO的需風量..................................................48

6.1.3煙霧排放量........................................................48

注：交通阻滯是按最長1000m計算.........................................49

6.1.4稀釋煙霧的需風量..................................................49

6.1.5稀釋空氣內異味的需風量............................................50

6.1.6考慮火災時排煙的需風量............................................50

6.1.7結論..............................................................50

6.2單向交通隧道射流風機縱向通風計算........................................50

6.2.1計算條件..........................................................50

6.2.2內所需升壓力......................................................51

汽車等效抗阻面積：......................................................51

代入式（6-1）,可得：...................................................51

2

所需的升壓力為：........................................................51

6.2.31120型射流風機所需臺數(shù).............................................52

根據(jù)公式（6-3）：...............................................................................................................52

由之前表中查，得：......................................................52

代入公式（6-4）,得：...................................................52

根據(jù)公式（6-5）：..............................................................................................................52

第七章照明計算.................................................................54

7.1基本資料（近期）........................................................54

7.2基本參數(shù)（近期）........................................................54

7.3燈具布置（近期）........................................................55

7.4基本資料（遠期）........................................................56

7.5基本參數(shù)（遠期）........................................................56

7.6燈具布置（遠期）........................................................57

7.7結論....................................................................58

7.8調光....................................................................58

第八章施工組織設計.............................................................59

8.1工程概況................................................................59

8.2預定目標承諾............................................................59

8.3編制說明................................................................59

8.4施工指導思想............................................................59

8.5工程質量和工期的保證措施................................................59

8.5.1質量保證措施......................................................60

第一章工程概述

1.1工程地質條件

1.1.1地形地貌

本項目位于重慶市合川區(qū)三廟鎮(zhèn)福壽村六社，左線進口樁號為ZK231+355,

出口樁號為ZK233+925,全長2570m；右線進口樁號為YK231+343,出口樁號

為YK233+893,全長2550m。全隧均采用1.5%縱坡、1.5%橫坡。所在的地理位

置隸屬于剝蝕丘陵地貌，隧道洞身的開挖，會形成排水廊道，降低地下水位，對

周圍居民的日常用水及植物生長造成較小的影響。芭蕉灣隧道的施工將會產生大

量的棄渣，棄渣應該固定堆放：棄渣場的選擇就顯得尤為重要，選擇不當，將會

引發(fā)新的環(huán)境問題與地質問題，如：滑坡、泥石流等。隧道進出口居住少量居民，

隧道的施工及運營將給周圍的居民帶來一定的噪音污染。

3

1.1.2地質情況

芭蕉灣隧道進口段的溝槽及洞身淺埋地段的沖溝內是松軟土，厚0~6m不等,

盡管松軟土物理力學性質較差，但對隧道結構穩(wěn)定性影響甚微。洞身穿越侏羅系

中統(tǒng)上沙溪廟組泥巖夾砂巖，巖層傾角平緩，產狀變化較小，未見斷裂構造形跡:

芭蕉灣隧道隧道洞身由泥巖夾砂巖組成，質軟，易風化、崩解，洞頂易坍塌。隧

道范圍內泥巖易風化剝落，間夾的粉細砂巖薄層，間夾的灰綠色條帶的存在，少

量裂隙水的出現(xiàn)，使施工中易坍方、垮頂。坡崩積堆積體主要成份為塊石土，總

厚度達4~12m,對隧道開挖存在較大影響。隧道深孔有天然氣顯示，該隧道為低

瓦斯隧道。洞口基巖裸露，工程地質條件較好，但因巖質軟，強度低，邊坡穩(wěn)定

性差。

1.1.3水文地質條件

重慶市地下水是由于地球上的水被陽光照射，蒸發(fā)成水蒸汽，在大氣層中遇

到冰冷的空氣，凝聚成小水滴，之后降下雨水產生的，受到重慶市的地質條件以

及地貌特點等條件的作用下，水文條件異常雜亂，其地下水可分為碳酸鹽巖喀斯

特水、碎屑巖孔隙裂隙水、基巖層間裂隙水三類，其年儲量為129.65億n?。碳

酸巖類出露面積2903km2,占全市面積的35.2%。碎屑巖出露面積48953km2,

占全市面積的59.8%,裂隙孔隙水量為19.62億m3,而水量只占全市地下水總

儲存量的16.8%。地下水沿砂巖裂隙順層面流淌，普遍承壓或自流，但水量只有

4.9億m3,大約是重慶市地下水總儲存量的5%o

1.2隧道設計說明設計標準及遵循規(guī)范

（1）芭蕉灣隧道所處路段為單向兩車道高速公路，隧道建筑限界按80km/h行車

速度確定。

（2）芭蕉灣隧道施工圖設計按初步設計批復意見進行優(yōu)化。

第二章隧道整體設計

2.1一般規(guī)定與設計原則

2.1.1一般規(guī)定

4

構造、通風和照明等設施，遵循《公路工程技術標準》進行隧道設計，應符

合公路交通規(guī)劃的標準。

2.1.2設計原則

(1)在實地調查的基礎上，比較隧道方案的隧道方向、路線是否合理、洞口位

置等，提出推薦方案。

(2)當?shù)匦蔚孛草^為復雜時，特長隧道應調整隧道的路徑方向，降低隧道施工

中坍塌的風險；長隧道的位置亦盡可能避開不良地質地段，并與隧道的走向

綜合考慮；中、短隧道可服從路線走向。

(3)根據(jù)公路等級、設計速度、交通量的大小等來確定車道數(shù)和建筑限界。在

符合設計規(guī)范的規(guī)定后，確立適用，經(jīng)濟，合理的斷面內輪廓。

2.2隧道橫斷面設計原則

(1)隧道限界高度

高速公路、一級公路、二級公路取5m；三、四級公路取4.5m。

(2)余寬設置

當設置檢修道和人行道時，不設余寬；當不設置檢修道或人行道時，應設不

小于25cm的余寬。

2.3隧道建筑限界

15Q____________________________J75175]

圖2.1公路隧道建筑限界(單位：cm)

2.4隧道襯砌內輪廓設計

5

根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》(JTGD70-2004)規(guī)定，隧道的內輪廓拱部為單

心半圓6=543cm,側墻為大半徑圓弧4=793cm,仰拱圓弧半徑q=1500cm,仰拱

與側墻間用一個小半徑圓弧連接4=100cm。兩車道的80km/h標準內輪廓圖如圖

2.20

1025

圖2.2兩車道隧道標準內輪廓斷面圖(單位:cm)

6

第三章洞門設計

3.1洞口地質條件

工程地質條件較好，但因巖質軟，強度低，邊坡穩(wěn)定性差，劃分為IV類圍巖。

3.2洞門的設計方案

3.2.1洞門形式的選擇

芭蕉灣隧道右線按分類屬短隧道，大致按照隧道路徑走向，路頸與地形等高

線垂直，洞門依照各力大小及其方向設置。洞門樣貌根據(jù)現(xiàn)場勘探結果設計?；?/p>

于對洞門附近的巖石巖性的判斷，按“早進晚出”要求進行設計，以及對洞門的

耐久性、適用性、合理性等條件的結合，所以芭蕉灣隧道采用端墻式洞門。端墻

式洞門見圖3.1。

圖3.1端墻式洞門簡圖

3.2.2驗算

表3.1洞門墻設計參數(shù)

仰坡坡率計算摩擦角例。）容重4而）基底摩擦系數(shù)/基底需產力

1：0.570250.600.80

7

1：0.7560240.500.60

1：150200.400.40-0.35

1：1.2543~45180.400.30-0.25

1：1.538~40170.35~0.400.25

表3-2洞門墻主要驗算規(guī)定

W結構抗力效應W結構抗力效應

墻身截面荷載效墻身截面荷效應

值Rd(按極限狀態(tài)值Rd(按極限狀態(tài)計

應值Sd值Sd

算)算)

滑動穩(wěn)定安全系

墻身截面偏心距5().3倍截面厚

>1.3

e度數(shù)K,

傾覆穩(wěn)定安全系

S地基容許承載

基底應力6>1.6

力數(shù)K。

巖石地基WB/5?

基底偏心距eB/4；——

土質地基WB/6

3.3洞門結構設計計算

3.3.1計算參數(shù)

計算參數(shù)如下：

⑴邊、仰坡坡度：1。75；

(2)仰坡坡腳:￡=53.13°,a=6°；

地層容重：丫

(3)=24KN/ml?

(4)地層計算摩擦角:e=60。；

(5)基底摩擦系數(shù)：0.5.

(6)基底控制應力：[o-]=0.6MPao

8

3.3.2建筑材料的容重和容許應力

(1)端墻應使用水泥砂漿片石砌體，片石的強度等級為MU100,水泥砂漿

的強度等級為M10。

(2)容許壓應力：[%]=2.2MP“，重度：1=22KN/m,

3.3.3洞門各部尺寸擬定

假定洞門端墻高度："=10m,其中基底埋入地基的深度為1.0m,洞口仰坡

坡腳至洞門墻背的水平距離為1.5m,洞門墻頂高出仰坡坡腳1m,墻厚1.5m,設

計仰坡1：0.75具體見圖3.1。

3.4洞門驗算

圖3.2洞門土壓力計算圖

最危險滑裂面與垂直面之間的夾角:

tan2(p+tanatane-{(l+tan2夕)(tan0一tan￡)(tan夕+tana)(l-tanatan￡)

tan￡(l+tan2-tane(l-tanatane)

(3-1)

將數(shù)值代入式(3-1),可得:

9

tan①

tan2600+tan60tan53.13°-^(1+tan260°)(tan60°-tan53.13°)(tan60"+tan6°)(1-tan60tan53.13°)

tan53.13°(1+tan260°)-tan600(l-tan60tan53.13°)

=0.404

故：CD-arctan0.404=22°

土壓力為：

以[”2+h°(h，_h°“bJ

(3-2)

幾_(tanco-tancif)(l-tanatanc)

tan①+夕)(1-tanGtang)

(3-3)

h'=---------------

tan。一tana(3-4)

把數(shù)據(jù)代入式(3-3)、(3-4),得:

(tan22°-tan6°)(1-tan6°tan43.13°)

,4—\八)一0078

tan(22°+60°)(l-tan22°tan53.13°)

h----------------=----------------=5.02m

tan69-tanatan22°-tan6°

可得：

h0=a/(cots—tana)=2.33m

洞門土壓力E：

間”2+h°(h-h°)]bJ

=^x24x0.078x[102+2.33x(5.02-2.33)]xl.0x0.6

=59.68儂

E,=Ecos?-e)=59.68xcos(20。-6。)=51.6844KN

紇=Esin(b—a)=59.68xsin(36°-6°)=29.84KN

3.4.2抗傾覆驗算

YMV,

K=

°x^-(3-5)

式中:

K0一傾覆穩(wěn)定系數(shù)，K021.6；

10

XMy—全部垂直力對墻趾0點的穩(wěn)定力矩;

EM0—全部水平力對墻趾o點的穩(wěn)定力矩。

圖3.3端墻計算簡圖

墻身重量W：

W=1.5x10x1.0x22=330kN；

ZMy=Wx(b+：ga)+E,⑴+￡tga)=378.7164kN-m

M

So=Exy=172.2813kN-m

代入式（3-5）,可得:

VMV

K。==2.2>1.6（滿足要求）

SM<.

3.4.3抗滑動驗算

>N*f.

（3-6）

代入數(shù)據(jù)可得:

(W+E).)x0.5(33029.84)x0^

+34811>L3（滿足要求）

Ex51.6844

3.4.4基底合力偏心矩驗算

11

L―力一

_378.7164-172.2813

330+29.84

=0.5737m

=--0.5737=0.23>0

2

所以：

lei=0.23<—=—=0.25

1166

結果滿足要求。

max6e\398.74<,6x0.06、460.5952kPa

"n=丁"瓦l=一TTf尸19.1945kPa

5皿=460.5952kPa<基底控制壓應力[b]=0.6MPa

計算結果滿足要求。

3.4.5墻身截面偏心矩及強度驗算

(1)e

e=—<0.3B(3-7)

N

M=Ef--=51.6844x(---)-29.84x—=63.76kNm

X23r3

N=W+Ev=363+35.74=359.84kNm

將數(shù)據(jù)代入公式(3-7),得：

e="=^Z￡=o[8<0.36=0.3x1.5=0.45m

（滿足要求）

N359.84

(2)<T

,6e

1+—h(3-8)

bb

將數(shù)據(jù)代入公式(3-8),得：

359.84f,6x0.18、1

------1+------=0.412MPa<fro]=2.2MPa（滿足要求）

1.5I1.5)a

3.5洞口邊坡錨固設計

參數(shù)為：噴射C20的混凝土10cm;選用中8鋼筋網(wǎng)、間距為20mx20cm；選用

①50x4注漿小導管，長4.0m,按設計上的要求布置布置，間距120cmx120cm。

12

第四章襯砌內力計算（深埋）

4.1基本資料

芭蕉灣隧道，圍巖級別為IV級，容重為y=21KN/m3,圍巖的彈性抗力系數(shù)

^=0.2xl0ft^/m\襯砌材料應用C25混凝土，彈性模量為紜=295x1（）7kPa,

容重y=23KN/m3

4.2荷載確定

（1）圍巖豎向均布壓力：

4=0.45x2*3（4.1）

式中：

S一圍巖等級，此處取s=4；

尸一圍巖容重，此處取/=21KN/m3；

。一跨度影響系數(shù)。

毛洞跨度：

8=2d+2r+2e（4-2）

式中：

e—預留變形量取0.08o

將數(shù)據(jù)代入式（4-2）,可得：

3=2x5.43+2x0.7+2x0.08=12.42

跨度影響系數(shù)：

0=l+i（B-5）（4-3）

將數(shù)據(jù)代入式（4-3）,可得：

?=1+0.1x（12.42-5）=1.742

將數(shù)據(jù)代入式（4-1）,可得：

q=0.45x23x21x1.742x0.7=92.18664KPa

（2）圍巖水平均布壓力：

e=0.25q（4-4）

13

e=0.25q=0.25x92.18664=23.04666KPa

4.3襯砌幾何要素

4.3.1襯砌幾何尺寸

r\=5.43mr2=7.93m

(p}=90°夕2=104.60810

d0=0.7m

dm=0.7m

/?!=q+d0=5.43+0.7=6.13m

&=q+d0=7.93+0.7=8.63m

不個+O.5do=5.43+O.35=5.78m

r2'=r2+O.5do=7.93+0.35=8.28m

4=90。2=14.6072。

4.3.2半拱軸線長度S及分段軸長

0,，90°

--------TCX-------x--3-.14x5.78=9.0746m

180°'180°

014

="^77肛'=上竺嚓-X3.14X8.28=2.109993964,”

2180°-180°

S=S\+S2=9.0746+2.109993964=11.184593964m

S11.184593964

AS=1.3980742455/77

8

AS_1.3980742455

=4.7392x1O-8

7

Eh2.95xlO

4.3.3各分塊接縫(截面)中心幾何要素

(1)與豎直軸夾角生：

絲x幽J398074255*幽

=13.85880

r'兀5.7871

14

=13.8588°+13.8588°=27.71760

a3=a2+A6>,=27.7176°+13.8588°=41.5764"

a4=a3+A6?1=41.57640+13.8588"=55.43520

。5=4+△4=55.43520+13.8588"=69.29400

。6=。5+44=69.2940"+13.8588"=83.1528°

AS,=7AS-5,=7x1.398074255-9.0746=0.711919785

八AS,180”…0.7119197851800i

4=4+—Lx----=90°+------------x-----=94.9263°

7z

'r48.28n

△&=竺x吼」398074245、度

=9.67440

馬'n8.287i

=。7+△&=94.92630+9.67440=104.60070

A=0

（2）接縫中心點坐標計算

積分

截面asinacosaXyd1/1y/iy2/I(i+y)2/i系數(shù)

1/3

00.00000.00001.00000.00000.00000.734.96500.00000.000034.96501

1)3.85880.23950.97091.38450.16830.734.96505.88460.990447.72464

227.71760.46510.88532.68840.66330.734.965023.192315.383496.73302

341.57640.66360.74813.83571.45610.734.965050.912574.1337210.92384

455.43520.82350.56734.75972.50080.734.965087.4405218.6711428.51712

569.29400.93540.35365.40673.73630.734.9650130.6397488.1092784.35374

683.15280.99290.11925.73885.09090.734.9650178.0033906.19711297.16872

794.92630.9963-0.08595.74946.49100.734.9650226.95781473.18321962.06384

8104.60070.9677-0.25215.51267.86720.734.9650275.07662164.08302749.20131

￡279.7200836.64254196.75086149.7559

表4-1單位位移計算表

單位位移計算如下：

垢寸普四管理22565x6

普幺償Z尸混必時

15

「生慮?—V21=198.8924X10-<)

0

Ehl紇乙/

校核為:

%+2%+邑=291.4492x1(T$

久管X字=291.4492><叱

4.4主動荷載在基本結構中引起的位移

(1)每一楔塊上的作用力

豎向力：

Q=qbi(4-5)

E=1.4684,b2=1.3830,b3=1.2170,b4=0.9801

b5=0.6862,b6=0.3523,b7=0.0102

水平壓力：

g=ehj(4-6)

h,=0.1778,h2=0.5250,h3=0.8410,h4=1.1080

h5=1.3105,h6=L4367,h7=1.4720,h8=1.4342

=8.3025

自重力：