隧道工程本科毕业设计
论文
Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】
毕业设计（论文）任务书
课题名称 青花坪公路隧道综合设计 学院(部) 公路学院 专 业 公路隧道与岩土工程 班 级
学生姓名 张 学 号
4 月 16 日至 6 月 19 日共 9 周
指导教师(签字) 教学院长(签字)
2012年 04 月 16 日
一、设计内容（论文阐述的问题） 青花坪公路隧道综合设计，具体内容包括资料整理分析与开题报告的撰写、路线方案比选、平纵横断面设计、洞门及明洞设计、衬砌结构设计、防排水设计、通风照明设计等，编制设计文件和绘制图纸。 二、设计原始资料（实验、研究方案） 1、 1：1万地形图一张； 2、公路等级：高速公路； 3、交通量：近期（2022年）19100辆/日（标准车） 远期（2032年）32100辆/日（标准车） 三、设计完成后提交的文件和图表（论文完成后提交的文件） 1. 计算说明书部分： （1）设计说明书； （2）衬砌结构计算书； （3）通风计算书； （4）照明计算书。 2、图纸部分： 路线平、纵断面图；隧道内轮廓及建筑限界图；洞门立、平、侧面图；明洞结构图；衬砌结构图；防排水设计图；通风照明设计图；施工方案设计图；施工监控量测设计图；施工场地布置图；施工组织计划与进度安排图等。 四、毕业设计（论文）进程安排 序号 设计（论文）各阶段名称 日期（教学周） 1 收集熟悉资料，撰写开题报告，外文翻译 第1周 2 路线方案比选，平、纵、横断面设计 第2、3周 3 洞门、明洞及衬砌结构的设计与计算 第4、5周 4 隧道防排水设计、通风照明计算与设计 第6周 5 施工、监测方案设计、编写设计说明书 第7周 6 指导老师审查，修改、整理图纸；评阅人审阅，答辩 第8周 五、主要参考资料 《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)，人民交通出版社，； 《公路隧道通风照明设计规范》－1999)，人民交通出版社，； 《公路隧道施工技术规范》（JTG F60—2009）人民交通出版社，； 《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98），人民交通出版社，； 《公路路线设计规范》（JTG D20-2006），人民交通出版社，； 《公路工程技术标准》（JTG B01-2003），人民交通出版社，； 《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80\\1-2004)，人民交通出版社，； 李宁军, 公路隧道勘察设计，西安公路交通大学； 夏永旭, 王永东. 隧道结构力学计算，人民交通出版社，； 吕康成. 公路隧道运营设施，人民交通出版社，； 于书翰, 杜谟远. 隧道施工，人民交通出版社，； 吕康成. 隧道工程试验检测技术，人民交通出版社， 其他现行相关技术规范和规程； 所学各门课程之教材或讲义。 长安大学毕业设计（论文）开题报告表
课题名称 课题来源 自选 碾子沟高速公路隧道综合设计 课题类型 学 号 总体设计 指导教师 专 业 王永东 岩土与隧道工程 学生姓名 张太松 一、毕业设计目的与意义 课程设计是大学生完成大学学业的标志性作业。其目的是巩固消化课程的内容，进一步加强综合应用能力和设计能力的训练，启发创新思维，也是培养综合运用所学知识的过程和知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。 二、公路隧道的作用及优点 在我国山地、丘陵和高原很多，其面积约占国土总面积的69%。由于交通的滞后发展，而严重的影响了经济的发展。过去在山区或半山区修筑的公路，由于公路建设资金严重短缺，多以盘山公路为主。这种公路不仅等级低，绕行里程长，占用可耕的多，而且能耗高，安全隐患多，生态环境破坏大等。因而造成巨大的经济损失和人员大量伤亡。但随着经济的迅速发展，公路隧道不仅仅在山区和丘陵地区的建设，而且在江河跨越方案中，对公路隧道的选着也日益重视。公路隧道的修建不但能克服地理地形障碍，还能提高行车安全和舒适性，降低运输成本和节约时间，对恶劣气候时行车几乎不受影响。 三、公路隧道国内外的发展及其状况 近代隧道兴起于运河时代，从十七世纪起，欧洲陆续修建了许多运河隧道。其中法国兰葵达克（Languedoc）运河隧道，建于1666~1681年，长157m，它可能是最早用火药开凿的公路隧道。 隧道施工与地面建筑物施工不同，其空间有限，工作面狭小、光线暗，劳动条件差，给施工增加了难度。隧道工程的施工条件是极其恶劣的，体力劳动强度和施工难度都相当大。为了减轻劳动强度，人们曾经做过不懈的努力。古代一直使用“火焚法”和铁锤刚钎等原始工具进行开挖，直到上个世纪才开始采用钻爆作业，至今大约有一百多年的历史。在此期间发明了凿岩机，经过将近一个世纪的努力，发展成为今天的高效率大型多头摇臂钻机，工人们已经从繁重的体力劳动中解放出来了。和钻爆开挖法完全不同的还有两种机械开挖法。一种是用于软土地层的盾构机，发明于1818年，经过一个半世纪的不断改进，已经从手工开挖式盾构发展到机械化乃至全机械化盾构，能广泛用于各种复杂的软土地层的掘进。另一种是用于中等坚硬岩石地层的岩石隧道掘进机。 近十年来，我过已修建了不少长隧道、特长隧道以及隧道群，隧道占公路里程比重也不断增大。同时隧道建设技术不断提高和成熟。据统计公路隧道1790、总长度近1千公里。尤其是在2007年元月20日，由我国自行设计、自行施工、自行运营的秦岭终南山隧道通车，公里的秦岭终南山隧道不仅长度一举超越了日本的关越隧道，相比单洞双向行驶的莱尔多隧道，它更是世界上第一个采用双洞单向行驶的特长隧道，双洞全长公里，建设规模居世界第一。 但总体上来说，我国公路隧道建设技术还适应不了我国隧道发展的要求，与国外先进水平相比，还存在很大差距。 四、毕业设计的内容、方法及预期成果 1、设计主要内容公路隧道综合设计，具体包括资料整理分析，路线方案比选、平纵横断面设计、洞门及明洞设计、衬砌结构设计、防排水设计、通风照明设计等。 2、设计采用的方法 ①隧道位置的选择 根据地形、地貌、地质条件，结合路线平纵面实际指标，在范围内进行多方案比选 。 ②洞门设计 根据地形、地质条件不同，配合洞口构造物设计及与防护、排水布置，隧道照明需要，并做好环境保护，适当美化洞口。 ③衬砌结构计算与设计 对受地形、地质偏压、围岩类别、断面跨度、施工方法的不同等因素影响，衬砌各部位受力情况不相同，除在初期支护时进行加强处理外，设计时需要在断面结构形式上对受力不利的部位进行加强处理，必要时还须配置钢筋，以减少其对衬砌结构所产生的不利影响，保证衬砌及动口山体的稳定。 ④防排水设计 在防水设计中，主要在一、二次衬砌间全断面设置PVC、EVA等，复合土工防水板，在水流较多、防水薄弱地段 在二次衬砌施工缝设置止水带。在排水设计中，在墙角外设置纵向排水管。拱墙有大面积淋水及有集中涌水段还须设置排水板，环向排水沟，将集中水流通过横向排水管引入仰拱下中心水沟后排出洞外。 ⑤通风照明设计 通风设计根据隧道长度，交通量来选择通风方式。照明设计在隧道两侧拱腰处设置高压钠灯进行照明，为使光线顺利过渡，在洞口设置照明加强段、过渡段。（对于长度小于350M的隧道不设置照明设备。） 五、设计重点与难点 防排水设计和衬砌结构计算与设计都是设计中的重点。由于公路所经过的是陕南秦岭山地，那里降雨频繁，年降雨量达900-1250毫米 。因此防排水是设计中的重点。衬砌结构计算与设计不仅是设计中的重点也是难点，衬砌结构是隧道支撑的重要部分之一，而且计算较为复杂。 六、时间安排 1 收集熟悉资料，撰写开题报告，外文翻译 第1周 2 路线方案比选，平、纵、横断面设计 第2、3周 3 洞门、明洞及衬砌结构的设计与计算 第4、5周 4 隧道防排水设计、通风照明计算与设计 第6周 5 施工、监测方案设计、编写设计说明书 第7周 6 指导老师审查，修改、整理图纸；评阅人审阅，答辩 第8周 指导教师意见及建议： 指导教师签名： 年 月 日 注：1、课题来源分为：国家重点、省部级重点、学校科研、校外协作、实验室建设和自选项目；
课题类型分为：工程设计、专题研究、文献综述、综合实验。 2、此表由学生填写，交指导教师签署意见后方可开题。
摘 要
我国经济的高速发展，使得人们对交通设施建设的标准也越来越来高，在道路的修建中也越来越来重视行车的舒适性和环保，同时也要求提高其抵抗灾害的能力。因此，为了顺应地形减少对环境的破坏满足线形要求，保证行车的安全经济，本设计根据陕西省蓝田县灞源乡地区的地质地貌情况，选定隧道方案。隧道全长。
在设计中，主要进行了隧道的结构、通风、照明、防排水及施工组织设计。首先，选定隧道路线，确定洞口位置，然后进行合理的隧道几何设计和结构设计计算，并且通过计算分析说明其支护结构的合理性；通风照明方面，是在满足交通量和运营状况的条件下，通过计算结合施工的便利与否加以调整设计；施工组织设计中主要安排了监控量测、施工进度安排防排水等，并介绍了具体施工方法及其详细的施作过程。
关键词：隧道工程，设计，结构，通风，照明， 防排水，施工组织
ABSTRACT
The rapid development of China's economy, makes transport facilities construction standards and more to high, built of the road is more and more to pay attention to in the comfort and environmental protection, but also requires improving its ability to resist disasters. Therefore, in order to follow the terrain to reduce
environmental damage meet alignment requirements, ensuring safe economic, this design according to the Shang Luo County in Shaanxi Province village area of geological and geomorphological conditions, selected the bored tunnel approach. tunnel length.
In the design of the tunnel structure, ventilation, lighting, drainage and construction organization design. First of all, the selected routes, determine the entrance location, and then make reasonable tunnel geometry design and structure design, analysis and its support structure of rationality; ventilation and lighting, is to meet traffic and operation conditions, by calculating the combined construction of convenience or not adapted design; coordinate major arranged supervision, construction schedule and drainage, and so on, and describes specific construction methods and detailed procedures for the application.
KEY WORDS: Tunnel engineering, design, structure, ventilation, lighting, drainage, construction organization
目 录
第一章 设计总说明
设计原则概述
拟建的高速公路位于陕西省蓝田县灞源乡，是连接将军岔和老庄沟的重要交通道路，该公路能有效解决当地交通问题，加强地区间交流，降低运输成本，节省运输时间，促进经济发展。青花坪公路隧道位于此高速公路上，起始桩号为K3+000至K4+,总长约为1800m。隧道分为上、下行线分离式隧道，行车道宽度均按设计行车速度80km/h考虑；隧道衬砌结构设计采用“新奥法”复合式衬砌、高压钠灯光电照明、机械通风；隧道洞门型式主要采用削竹式、端墙式洞门。隧道围岩岩性以碎粉岩、碎裂岩、碎裂状白云岩为主，围岩级别以Ⅲ、Ⅳ级、Ⅴ级为主。该隧道对克服地形障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏以及保护生态环境起到了重要作用。
设计依据及执行规范：
《公路工程技术标准》（JTG B01—2003） 《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004） 《公路隧道设计细则》（JTG/T D70—2010） 《公路隧道施工技术规范》（JTG F60—2009） 《公路隧道通风照明设计规范》（—1999）
技术标准
公路等级 高速公路
设计行车速度 80km/h 隧道建筑限界
隧道净宽 ( ×2++++ 隧道净高
交通量 近期19100辆/日，远期32100辆/日，汽柴比
为：，上、下行比例1：1，双车道单向行驶
隧道内卫生标准：
CO允许浓度上行线275ppm,下行线275ppm；
VI允许浓度为m1，隧道内纵向风速小于等于10m/s
隧道建设地区工程地质条件
本项目位于陕西省东南部蓝田地区灞源乡，总体地形特征为中间高两边低，地势陡峭，相对高差在350m左右。河谷呈“人”字形，谷窄沟深，坡体陡峭，项目所在地围岩等级主要是Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级。
蓝田地区地跨长江、黄河两大流域，属亚热带向暖温带过渡气候带，具有明显的山地型气候特点，冬无严寒，夏无酷暑。 1月平均气温～℃，7月平均气温～℃，极端最低气温℃, 极端最高气温℃, 降水量 年均710～930毫米, 一般集中在7-10月，年平均风速s,瞬时最大风速8m/s，日照1860～2130多小时。无霜期为210天，最大冻土深度为23cm。
（1）含角砾粘质粉土
褐红色，湿，硬塑，稍密。成分以粘粉粒为主，角砾含量5-10%，砂含量10～15%，砂粒、角砾成分为白云岩，土体较均匀。
（2）含碎石、角砾粘质砂土
褐红色，湿，结构疏松。碎石、角砾含量20-25%，粘粉粒含量20-25%，砂粒含量50-60%，碎石角砾成分主要为白云岩，局部为泥岩、粉砂质泥岩、砂岩等，多为棱角状，分布较均匀，土体较均匀。
（3）细晶白云岩
灰白色，细晶，团块状结构，块状构造。主要矿物白云岩，含量大于90%，方解石2～10%，有机质少量。白云石部分已重结晶，颗粒较大，一般～，重结晶的白云石呈团块状分布，表面较干净，部分未结晶白云石，粒径小于，表面浑浊不清。岩石较坚硬，整体完整性较差，较破碎，分化较严重。饱和抗压强度～，抗剪强度C=～，Ф=～°，泊松比～，软化系数～。
（4）含灰质白云岩
浅灰色，细晶结构，条纹状构造。主要矿物白云石，含量85-90%，方解石含量10-15%，泥质、有机质少量。白云石粒径一般～，呈镶嵌状分布，其上散布有泥质及有机质，表面浑浊不清。方解石粒径一般左右，分布不均匀，呈条带状分布，岩石较坚硬，整体完整性较差，较破碎，分化较严重。
（5）含砾微晶灰岩
灰-浅灰色，岩石中的砾石为沉积时的混入物，其粒径2～15cm，为次园-棱角状，分布不均，含量5～20%，成分为泥晶白云岩。微晶灰岩呈微晶结构，生物碎屑结构，块状构造。主要矿物为方解石，含量不小于95%，少量有机质（2%）及生物碎屑（3%）。方解石粒径一般～，少部分未结晶灰质粒径。岩石较坚硬，整体完整性较差，抗分化能力较强。
（6）细粒长石石英砂岩
灰白色、细粒砂状结构，块状结构。碎屑成分主要为石英，含量大于75%，次为长石10～15%，硅质岩屑小于1%，粒径一般～，少数～。填隙物成分主要为硅质（5～8%）及少量粘土质。岩石为颗粒支撑接触式胶结。岩石坚硬，整体完整性较好，抗风化能力较强。
（7）泥岩
黄色，泥质结构，块状构造。主要成份为粘土矿物，含少量粉砂粒。岩石软弱，整体完整性差。物理力学性质差，接近于半成岩的粘性土。
综上所述，此地区岩土工程地质性质普遍较差。白云岩虽较坚硬，但受构造运动影响，较破碎，分化较严重，整体完整性较差。砂岩虽坚硬，抗风化能力较强，力学性质较高，整体完整性较好，但其出露宽度窄，泥岩受构造变形大，岩石软弱不完整，抗风化能力弱，其工程地质条件差。
隧道区断层较发育，以北东向断层为主，次为近东西向，亦见南北向断层。断层性质以压扭性、压性、扭性为主，个别为张性、张扭性，断层多期活动的特点，早期以压性、压扭性、扭性为主，且规模较大，晚期以张性为主，规模小。
勘测区地下水的补给主要来自大气降水。区内降水量较充沛，植被不甚发育，山高坡较陡，沟谷深切，地表径流畅通，降水量又相对集中，多以大雨和暴雨形式降落等，大部分以地表径流汇于沟谷中，不利于降水的下渗。故地下水补给作用较弱，区内地下水仍较贫乏。 不良地质现象
隧道路线走廊为长江水系，雨季时洪水暴涨，常携带泥土、碎石，在沟口形成洪积扇区，不良地质灾害主要有滑坡、泥石流。
横断面设计
根据《公路隧道设计规范》，隧道高度5米，行车道宽度米，双车道布置，净宽米，其中左侧余宽为，右侧余宽为，左右侧检修道宽度均为，路面坡度采用%；车行横通道高，路面宽度为4m，不设侧向余宽，左右侧检修道宽度均为；人行横通道高，路面宽2m，不设侧向余宽和检修道；并且同时考虑了下列因素：
（1）检修人员步行时的安全；
（2）紧急情况下，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，修道高度设为30cm。
隧道内轮廓设计除应满足隧道建筑限界的规定以外，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、运营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。本隧道采用《公路隧道设计规范》附录B提供的v=80km/h情况下的标准断面，断面为单心圆，R1=，R2=，R3=1m，R4=15m，断面周长为，面积为。
隧道衬砌结构
隧道围岩级别划分主要依据岩体弹性波速度、岩样饱和极限抗压强度、岩石质量指标，并结合围岩分化程度、完整性、坚硬程度、节理发育程度、断层及地下水影响程度等进行综合分类。
依据实际资料在确定隧道围岩级别时，制定以下原则：
（1）以交通部行业标准《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）提供数据为围岩级别划分标准。
（2）遇断层破碎带，围岩级别较同类岩石降低1～2等级，影响带推至洞底以上40～80米与断层交界处。
（3）为便于隧道施工，按隧道开挖过程中可能遇到的地层和构造情况分段划分评价。
（4）未有钻孔控制段，参照勘测区同类岩石已有资料进行类比分级。 隧道断面设计除符合建筑限界要求外，考虑到洞内排水、通风、照明、消防、监控等运营附属设施所需空间，并考虑到围岩收敛变形及施工等必要的预留量，内轮廓采用单心圆。隧道衬砌结构型式均采用“新奥法”复合式衬砌，衬砌设计参数以工程类比法并结合计算分析确定，断面型式采用等截面单圆心，对于Ⅲ级围岩采用无仰拱衬砌，对于Ⅳ、Ⅴ级围岩均采用带仰拱衬砌。
Ⅲ级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用砂浆锚杆，直径为22mm，长度为，环向间距为。Ⅲ级围岩喷射混凝土厚度为10cm，预留变形量为3cm。
Ⅳ级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用D25中空注浆锚杆,长度为，环向间距为；Ⅳ级围岩喷射混凝土厚度为22cm，预留变形量为7cm，钢拱架型号为I16，间距为1m。
Ⅴ级围岩初期支护采用径向系统锚杆，钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用D25中空注浆锚杆，长度为3m，环向间距为。Ⅴ级围岩喷射混凝土厚度为26cm，预留变形量为10cm，钢拱架型号为I20，间距为50cm。
断层围岩初期支护采用钢管支护、超前管棚周壁预注浆，钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。钢管支护采用直径为50mm的无缝钢管，长度为5m，外插角为30°，环向间距为40cm；超前管棚采用直径为89mm的热轧无缝钢管，长度为10m，外插角为2～5°，水平搭接长度不小于3m，环向间距为40cm。断层段围岩喷射混凝土厚度为25cm，预留变形量为15cm，钢拱架型号为I20，间距为50cm。
通过围岩监控量测，最终在初期支护相对稳定的条件下，全断面模筑二次混凝土衬砌。衬砌采用曲边墙拱形断面，明洞二次衬砌厚度为60cm，Ⅲ级围岩二次衬砌厚度为35cm，Ⅳ级围岩二次衬砌厚度为35cm，Ⅴ级围岩二次衬砌厚度为45cm，断层段二次衬砌墙脚下采用加厚曲边墙型式以减小隧道沉降，其厚度为60cm。
本隧道采用的辅助施工措施主要有如下几项：
（1）超前长管棚：设于两端洞口，通过注浆提高围岩自身承载能力，提高岩体对结构的弹性抗力，改善结构受力条件。管棚钢管均采用直径108×6mm热轧无缝钢管，环向间距50cm。接头用长15cm的丝扣直接对口连接。相邻钢管接头数至少应错开1m。
（2）超前小导管：设置在隧道洞内无长管棚支护的Ⅴ级围岩地段，采用外径42mm，壁厚，长400cm的普通钢管，在钢管距尾端1m范围外钻直径6mm压浆孔。钢管环向间距40cm，外插角控制在10～15度左右，尾端支撑于钢架上，也可以焊接于系统锚杆的尾端，每排小导管的纵向搭接长度至少为。
（3）超前锚杆：设置在隧道洞身Ⅳ级围岩浅埋地段。锚杆采用直径22mm，长350cm的砂浆锚杆，环向间距约40cm，外插角可采用5～15度不等。采用早强砂浆作为粘结材料，每排锚杆的搭接长度不小于。
防排水设计
（1）隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则。设计中采用的措施要求达到：排水通畅、防水可靠、施工方便，是隧道洞内基本干燥，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全，形成完整的防排水体系。
（2）洞内复合式衬砌采用厚EVA防水板防水，300g/m2土工布，土工布与防水板间的连接采用双缝焊机的焊接技术，接缝处留10cm长搭接长度，以备质量检查。铺设时采用无钉热合铺设法。隧道二次衬砌满足抗渗S6要求。
（3）隧道内设置纵向排水管、环向排水管、横向排水管、环向盲管等形成岩体－环向排水管－纵向排水管－横向盲管－侧式透水管－洞外一个完整的闭合回路，使岩体内的渗水可以畅通的排出，另外对于集中出水点，可预埋半
管。对于路面排水，设置开口式边沟，为防止预制块接缝间漏水，在接缝间设置防水板。
（4）隧道内所有施工缝和沉降缝均设置中埋式排水橡胶止水带。 （5）对于出水量较大的地段，采用超前注浆堵水，浆液采用水泥和水玻璃混合浆液，以加快其凝固速度。
通风设计
隧道分为上下行线单向行驶的分离式隧道，上行线和下行线长度均为，上行线纵坡%，下行线纵坡+%，设计行车速度为80km/h，设计高峰小时交通量近期为1471辆/h，远期为2472辆/h，大型车混入率为21%，通风断面面积，当量直径为，CO设计浓度为275PPm，烟尘允许浓度为。在综合考虑隧道所处的自然条件、交通量、隧道内行驶的车辆情况、隧道工程造价及维修保养费用、车辆行驶的活塞风作用下，通过计算确定在设计行车速度状态下上、下行线隧道均不需机械通风。在隧道内发生火灾时，并考虑最坏情况即在隧道出口发生火灾而隧道内停满了车辆，经过计算确定上、下行线设4台1120型射流风机，每两台一组，进出口集中布置；考虑远期交通量，经过计算确定在设计行车速度状态下上、下行线隧道均不需机械通风，在交通阻滞情况下即平均车速为10km/h，阻滞段长度取1000m，在1000m后计算时行车速度取设计行车速度的50%即40km/h。计算确定上、下行线隧道均设6台1120型射流风机，，每两台一组，进出口集中布置。风机在进口布置二组，第一组距洞口200m，第二组距第一组150m，在出口布置一组，距洞口200m，安装时风机的任何部分不得侵入建筑限界内。
照明设计
为使司机行车安全、舒适，解决隧道进出口的“黑洞” 、“白框”效应以及满足洞外亮度变化时的调光要求，隧道入口段照明分为基本照明和加强照明。隧道照明要考虑四种状况即：晴天、多云天、阴天、傍晚。分别考虑各种工况下的灯具照明情况，合理布置灯具，主控室预先设计程序在不同工况下控制各灯具的开关。基本照明：布置100w高压钠灯172组（间距，全长布置）；加强段照明：入口段需布置400W的高压钠灯57组（间距，布置(共，前10m不布置)），过渡段Ⅰ需布置250W的高压钠灯22组（间距，布置72m），过渡段Ⅱ需布置150W的高压钠灯12组（间距，布置89m），过渡段Ⅲ需布置100W的高压钠灯2组（间距，布置133m），出口段照明需布置250W的高压钠灯16组（间距，布置60m）。
隧道采用高压钠灯照明，并配有自充式电具作为应急照明使用。紧急停车带和人行横通道用荧光灯照明，隧道墙壁装饰采用防水涂料全断面喷涂。
洞门设计
（1）洞门部分在地质上通常是不稳定的。应考虑避开滑坡、崩塌、泥石流等不良地质地段。
（2）要遵循“早进洞晚出洞”的原则，选择洞口位置。
（3）为使洞口段衬砌结构受力条件较好，应使隧道中线与地形等高线正交，正交洞口的边、仰坡开挖较小而且均衡。
（4）隧道在洞口附近考虑施工场地、弃渣场地以及便道的位置，对组织施工时的难易程度和进度有很大影响。
隧道洞门形式的选择和隧道洞口的地形，地质条件以及隧道照明需要有
关，洞门附近围岩一般比较松碎松软，所以应根据实际情况，选择合适的洞门形式，并对边仰坡进行适当护坡。洞门是隧道的咽喉，也是外露部分，要适当进行洞门和动口环境的美化和协调。山岭隧道常用的洞门形式主要有端墙式、翼墙式、台阶式、柱式、削竹式和喇叭口式。本隧道洞门均采用削竹式。
施工方案
施工方案设计
本隧道主要以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩为主兼有断层，地质条件较差，隧道设计施工以新奥法理论基础，确定本隧道掘进施工原则为：弱爆破、短进尺、少扰动、早喷锚、强支护、勤量测、紧封闭。
新奥法理论要点如下：
（1）围岩是主要的承载单元，应充分保护围岩，采用控制爆破或机械开挖。
（2）允许围岩变形，但又要限制围岩变形，采用柔性支护，及时喷锚。 （3）进行监控量测，修正施工方法、支护参数。 （4）采用复合式衬砌，防止渗漏，减小而衬开裂。
（5）及时封闭，隧道断面形状尽量圆滑，避免拐角处应力集中。 隧道Ⅳ级围岩开挖采用台阶开挖法，由于隧道地质条件较差，因此要按短台阶、多循环要求开挖；隧道Ⅴ级围岩开挖采用拱部留核心土环形开挖。
隧道开挖过程中要及时进行施工监控量测，，它是保证工程质量的重要措施，也是判断围岩和衬砌是否稳定的，保证施工安全，指导施工顺序，进行施工管理，提供设计信息的主要手段。监控量测必测项目有地质和支护状况观察、周边位移、拱顶下沉、锚杆拉拔力，本隧道选测项目有地表下沉量测。
净空变形和拱顶下沉量测间距S为：当隧道埋深H小于30m时，S=10m;当H大于30m时，S=20m。地表下沉量测的隧道纵向间距S为：当隧道埋深H小于15m时，S=5m；大于15m小于30m时，S=10m；周边位移和拱顶下沉量测间隔时间为：1～15d，每天两次；16d～1M，每2天一次；1M～3M，每7天一次；以后
每月一次。地表下沉量测间隔时间为：掌子面距量测断面前后小于20m时，每天两次；大于20m小于50m时，每2天一次；大于50m时，每7天一次。
初期支护阶段根据最大位移值进行施工管理:
（1）当量测位移U小于Un/3表明围岩稳定，可以正常施工。
（2）当量测位移U大于Un/3并小于2 Un/3时，表面围岩变形偏大，应密切注意围岩动向，可以采取一定的加强措施，如加密、加长锚杆等。
（3）当量测位移U大于2Un/3时，表明围岩变形很大，应立即停止掘进，并采取特殊的加固措施，如超前支护、注浆加固等。
（4）当实测最大位移值或预测最大位移值不大于2 Un/3时，可以认为初期支护达到基本稳定。
二次衬砌的施做条件
（1）各测试项目的位移速率明显收敛，围岩基本稳定。 （2）已产生的各项位移已达到预计总位移量的80%～90%。 （3）周边位移速率小于，或拱顶下沉速率小于～d。
隧道所处地段地质条件较差，围岩级别大多为Ⅳ、Ⅴ级，自稳能力差。解决办法：施工中缩短台阶长度，短进尺，及时施做初期支护，尽早施做仰拱，使结构尽早成环，改善围岩受力性能。
洞身通过断层，断层围岩破碎，含水量大。解决方法：施工中短进尺，早封闭，强支护，加强施工中的监控量测，密切注意围岩变形，如有异常，马上采取措施。
洞身处于水位线附近，岩体含水量较大。解决方法：施工中特别注意防排水，采取小导管超前注浆堵水，对于集中出水点，安装半管排水。对于出水量很大的地段，可以考虑采用帷幕注浆。
对于落水洞地段，一般采用老黄土回填，从下到上分层夯实，顶层采用50cm厚C15混凝土封口，封口半径增大50～100cm，工程数量以实际发生计量。对无法查明的落水洞施工时应加强超前地质预报，进一步查明落水洞的位置、规模、与隧道的相对位置及对隧道的影响程度，采取相应的工程处理措施。
本项目路线隧道开挖洞渣除部分洞外浆砌工程外，其余需要调配利用和弃除。
沿线黄土冲沟发育，地形切割强烈，隧道弃土采取在冲沟内设坝弃土造田的方案。弃土场尽量冲沟支沟内，并于沟口设置土质拦挡坝，坝外侧坡面植树种草防护，坝体内侧弃土应碾压夯实。具体弃渣场地由路线统一考虑。
隧道开工前对洞门位置，明洞长度根据地形条件进一步核查，必要时现场研究确定。洞门及明洞施工必须在雨季到来之前完成。
隧道进出口埋藏浅，覆盖层薄，地质条件差，明洞长度可视实际边仰坡特定情况酌情调整。
新奥法设计施工是一体，施工图应视为预设计，施工过程中根据地质变化及监控量测情况进行信息反馈设计。
施工中时刻注意，要求严格执行围岩的监控量测程序（起内容包括地质监控、安全检查监控和量测监控），若围岩级别划分与地质不符合以及量测收敛值超过规定等情况，应及时与设计单位联系，搞好信息反馈设计，特别是雨季和大雨过后要加强监控量测。
初期支护钢拱架要尽可能与喷射混凝土密贴，每榀钢拱架拱腰、拱脚必须与墙脚锚杆焊成一体，超挖时必须用喷射混凝土充实密填。
初期支护完成后，在其表面沿隧道纵向3米（渗漏段）至5米（无渗漏段），在拱腰墙顶及墙下打3-4个泄水孔，孔深50cm,然后沿周边设φ160排水半管贴壁排水，并在半管外及时用砂浆封闭，使其与衬砌墙脚纵向排水管连通，要求初期支护表面用砂浆填平后，才能进行防水层的施做。
施工全过程中，拱脚、边墙及墙脚不得排水和积水，围岩为土质或遇水易软化的软岩时，洞内施工排水不得采用自流排水，应设积水坑，用泵抽排水。
隧道运营期间的监控、照明、通风等设施，在施工中必须做好预埋件的埋设工作。
环境保护
隧道设计时考虑了环境保护因素，尽可能避免因人为因素而导致新的山体病害的产生，减少对工程附近的建筑、居民生活、生产和环境的不良影响。为此，在环保设计中主要考虑以下几个方面：
（1）采用早进晚出的原则，减少深挖路段，保护自然坡体和植被。 （2）开挖出的石渣，尽可能纵向调配，作为路基填料；对于可用于做石料的石渣应集中堆放，经加工后用于砌体工程；对于废弃的石渣，应根据各工点的实际情况，集中堆弃。弃渣场地做好护坡挡墙防护，并做好排水设施，以防止洪水期冲走弃渣形成人为的泥石流。有条件时，在弃渣顶覆盖土层复垦还田，种树造林。
（3）施工期的污水应集中排放，并应经过沉淀、过滤。
（4）洞口边仰坡开挖应以光面爆破为主，辅以人工开挖，严禁爆破。 （5）做好施工场地竣工后的清理、绿化及复垦还田工作。
第二章 路线方案比选
方案比较是选线中确定路线总体布局的有效方法。在可能布局的多种方案中，通过方案比较决定取舍，选择出技术合理、费用经济、切实可行的最优方案。这里主要从线性指标、工程数量、地质条件、施工难度、隧道功能、营运及养护费用、环境保护、工程病害等对二条路线方案进行比较。详见下表： 线路1 线路总长为5200m，其中隧线性指标 道有4座，总长，整条线路为直线，坡度适中，行车舒适性较好 工程数量 线路总长5200m，隧道总长。 隧道围岩等级为Ⅲ、Ⅳ、地质条件 Ⅴ，其中多为Ⅲ、Ⅳ（硬岩）级围岩，浅埋较短 为隧道群，隧道以外的公路施工难度 修建中填挖方多出，有桥梁多处，隧道出入口较理想, 营运及养护费用 隧道为，营运及养护费用较高 开挖地方不是很多，对原来环境保护 自然环境的破坏比较小，占用农田少 采用隧道群方案，对原有山工程病害 体的破坏较少，工程病害较少 线路2 线路总长为7089m，隧道有2座，总长，整条线路有8处设置圆曲线，总转角大，曲率半径均较小，坡度较大，行车舒适性较差 线路总长7089m，其中隧道总长。 隧道围岩等级Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级为主，且多以Ⅳ（软岩）、Ⅴ围岩为主，断层破碎带较多，浅埋较长 隧道以外的公路修建中填挖方多出，有桥梁多处，出口有较小偏压且线形不太理想 隧道长，营运及养护费用一般 开挖地方较多，对原来自然环境的破坏比较大，搬迁居民较多，占用农田多 填挖方工程量大，破坏原有的应力平衡，会产生一系列的水文地质病害，比如：滑坡、泥石流、崩塌等 综合上述比较可得，方案2施工难度较大，成本较高，地质条件差，工期较长，为施工添加太多变数且其线形也不是很好，转角过多过大，造成行车不适，安全隐患多；方案1虽然运营及养护费用相对于方案2略高，工程数量较多，但技术指标合理，，对自然环境破坏小，线形较好，行车舒适安全，总投资小，工期短且工程病害较少。综合上述分析，结合高速公路的基本指标要求，选择方案1为推荐方案。
第三章 二次衬砌内力计算
基本资料
碾子沟高速公路隧道，结构断面如图所示，围岩级别为Ⅴ级，容重为𝛾=
20𝛾𝛾/𝛾3，围岩的弹性抗力系数𝛾=0.2×106𝛾𝛾/𝛾3，衬砌材料为C25混
凝土，弹性模量为𝛾𝛾=2.95×107𝛾𝛾𝛾，容重𝛾=23𝛾𝛾/𝛾3。 图1 衬砌结构断面
荷载确定
（1）根据公式，围岩竖向均布压力:
𝛾=0.45×2𝛾−1𝛾𝛾×? 式中: 𝛾−−围岩等级，此处取𝛾=5；
𝛾−−围岩容重，此处取𝛾=20𝛾𝛾/𝛾3；
——跨度影响系数，𝛾=1+𝛾(𝛾𝛾−5)毛洞跨度𝛾𝛾=11.76+
2×0.08= 11.92，𝛾=1+𝛾(𝛾𝛾−5)=1+0.1×(11.92−5)=1.692。
−−二次衬砌所承担的荷载比，取 所以有：
𝛾=0.45×2𝛾−1𝛾𝛾×?=0.45×25−1×20×1.692×0.7=
170.5536𝛾𝛾𝛾
（2）围岩水平均布压力:
𝛾=0.5𝛾=0.5×170.5536=85.2768𝛾𝛾𝛾
衬砌几何要素
内轮廓线半径𝛾1=5.43𝛾 𝛾2=7.93𝛾
内径r1 、r2所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角𝛾1=90° 𝛾2=
102.8138°
拱顶截面厚度𝛾0=0.45𝛾 墙底截面厚度𝛾𝛾=0.45𝛾
此处截面厚度为自内轮廓半径的圆心向内轮廓墙底做连线并延长至与外轮廓相交，其交点到内轮廓墙底间的连线。
外轮廓线半径：
𝛾1=𝛾1+𝛾0=5.43+0.45=5.88𝛾 𝛾2=𝛾2+𝛾0=7.93+0.45=8.38𝛾
轴线半径：
𝛾1′=𝛾1+0.5𝛾0=5.43+0.225=5.655𝛾 𝛾2′=𝛾2+0.5𝛾0=7.93+0.225=8.155𝛾
段圆弧中心角：𝛾1=90° 𝛾2=12.8138° △S
分段轴线长度
𝛾190°𝛾𝛾1′=×3.14×5.655=8.882853𝛾 180°180°𝛾212.8138° 𝛾2=𝛾𝛾2′=×3.14×8.155=1.822884𝛾
180°180°𝛾1=半拱轴线长度为:
𝛾=𝛾1+𝛾2=8.882853+1.822884=10.705737𝛾
将半拱轴线等分为8段，每段轴长为:
𝛾10.705737𝛾===1.338217𝛾
88（1）与竖直轴夹角i
𝛾180°1.338217180° 𝛾1=𝛾1=×=×=13.5655°
𝛾1′𝛾5.655𝛾𝛾2=𝛾1+𝛾1=13.5655°+13.5655°=27.1310°
𝛾3=𝛾2+𝛾1=27.1310°+13.5655°=40.6965° 𝛾4=𝛾3+𝛾1=40.6965°+13.5655°=54.2620° 𝛾5=𝛾4+𝛾1=54.2620°+13.5655°=67.8275° 𝛾6=𝛾5+𝛾1=67.8275°+13.5655°=81.3930° 𝛾1=7?𝛾−𝛾1=7×1.338217−8.882853=0.484666𝛾
𝛾1180°0.484666180°𝛾7=𝛾1+×=90°+×=93.4069°
𝛾2′𝛾8.155𝛾𝛾180°1.338217180°𝛾2=×=×=9.4069°
𝛾2′𝛾8.155𝛾𝛾8=𝛾7+𝛾2=93.4069°+9.4069°=102.8138° 另一方面，81290012.83210102.83210
𝛾8=𝛾1+𝛾2=90°+12.8138°=102.8138°
角度闭合差=0。 （2）接缝中心点坐标计算
𝛾1=1.3172𝛾, 𝛾2=2.5778𝛾, 𝛾3=3.6914𝛾, 𝛾4=4.5888𝛾, 𝛾5=5.2358𝛾, 𝛾6=5.5902𝛾, 𝛾7=5.6414𝛾, 𝛾5=3.5182𝛾, 𝛾6=4.8012𝛾, 𝛾7=6.1230𝛾,由图2上直接量出𝛾𝛾、𝛾𝛾。
图2 衬砌结构计算图示
𝛾8=5.4554𝛾; 𝛾8=7.4482𝛾;
𝛾1=0.1569𝛾, 𝛾2=0.6217𝛾, 𝛾3=1.3710𝛾, 𝛾4=2.3502𝛾,
计算位移
用辛普生法近似计算，单位位移值计算如下，按计算列表进行。
单位位移的计算见表
单位位移计算表 表
1 截 a 面 0 1 2 3 4 5 6 7 8 sina cosa x y d I 1/I y/I y/I 2 0 90 0 1 1 0 0 3 0 ∑ 0 0 (1+y)/I 积分
系数 1/3 1 4 2 4 2 4 2 4 1 2注: 1. I一截面惯性矩，Ibd 。b取单位长度。
122. 不考虑轴力的影响。
单位位移计算如下：
𝛾1𝛾11=∫𝛾𝛾≈∑=47.7901×10−6
𝛾𝛾𝛾0𝛾𝛾𝛾 𝛾12=𝛾21=∫0S
S̅𝛾̅̅̅1̅̅𝛾̅̅̅2̅
S
𝛾1̅̅̅̅
𝛾𝛾∑=134.7498×10−6 𝛾≈𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾̅̅̅2𝛾𝛾22𝛾22=∫𝛾𝛾≈∑=638.1797×10−6
𝛾𝛾𝛾0𝛾𝛾𝛾计算精度校核为:
𝛾11+2𝛾12+𝛾22=955.469×10−6
𝛾ss=
𝛾(1+𝛾)2∑𝛾𝛾𝛾=955.469×10−6
闭合差0。
—主动荷载在基本结构中引起的位移
(1)每一楔块上的作用力 竖向力：𝛾𝛾=𝛾𝛾𝛾
式中：衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度，由图2量得
𝛾1=1.3756𝛾,𝛾2=1.2992𝛾,𝛾3=1.1628𝛾,𝛾4=0.9333𝛾,
𝛾5=0.6715𝛾, 𝛾6=0.3684𝛾,𝛾7=0.0692𝛾 ∑𝛾𝛾=5.8800𝛾≈
𝛾2=5.8800𝛾（校核）
水平压力：𝛾𝛾=𝛾𝛾𝛾
式中：衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度：
𝛾1=0.1633𝛾,𝛾2=0.4806𝛾,𝛾3=0.7824𝛾,𝛾4=1.0183𝛾,
𝛾5=1.2122𝛾, 𝛾6=1.3317𝛾,𝛾7=1.3722𝛾,𝛾8=1.3618𝛾 ∑𝛾𝛾=7.7225𝛾=𝛾=7.7225𝛾（校核）
自重力：
𝛾𝛾−1+𝛾𝛾𝛾𝛾=×?𝛾×𝛾𝛾
2式中：𝛾𝛾−−接缝的衬砌截面厚度。
注:计算G8时，应使第8个楔块的面积乘以𝛾𝛾
作用在各楔块上的力均列入表2，各集中力均通过相应图形的形心。
载位移𝛾0𝛾计算表 表2
−𝛾𝛾𝛾 −𝛾𝛾𝛾 −𝛾𝛾𝛾 力臂 截 面 0 1 2 3 4 5 6 7 8 集中力 Q 0 G 0 E 0 0 0 0 0 0 0 0 续上表 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 - (2)外荷载在基本结构中产生的内力 内力按下式计算（见图3）。
弯矩：
0𝛾0𝛾𝛾=𝛾𝛾−1,𝛾− 轴力:
𝛾0𝛾𝛾=𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾∑(𝛾+𝛾)−𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾∑𝛾
𝛾𝛾式中:𝛾𝛾、𝛾𝛾−−相邻两接缝中心点的坐标增值，按下式计算:
𝛾𝛾=𝛾𝛾−𝛾𝛾−1 𝛾𝛾=𝛾𝛾−𝛾𝛾−1
0 载位移Nip计算表 表3
截 面 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 1 𝛾08𝛾0 0 0 0 0 0 0 基本结构中，主动荷载产生弯矩的校核为：
𝛾𝛾=−𝛾(𝛾8−)=−2522.582
24𝛾20𝛾8𝛾=−𝛾=−2542.827
2𝛾08𝛾=−∑𝛾𝛾(𝛾8−𝛾𝛾+𝛾𝛾𝛾)=−167.365
𝛾00𝛾08𝛾=𝛾8𝛾+𝛾8𝛾+𝛾8𝛾=−5232.774
另一方面，从表2中得到𝛾08𝛾=−5200.961 闭合差=
|5232.774−5200.961|
5200.961×100%=0.6%
（3）主动荷载位移 计算过程见表4
主动荷载位移计算表 表4
截 面 0 1 2 3 0 0 1 0 0 0 积分 系数 1/3 1 4 2 4 4 5 6 7 8 𝛾 ∑ 2 4 2 4 1 𝛾̅̅̅1𝛾̅̅̅0𝛾𝛾0𝛾𝛾=∫𝛾≈∑=−110527.975×10−6 1𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾0𝛾𝛾𝛾𝛾̅̅̅2𝛾̅̅̅0𝛾𝛾𝛾0𝛾𝛾𝛾𝛾≈∑=−500612.161×10−6 2𝛾=∫𝛾𝛾𝛾0𝛾𝛾𝛾𝛾计算精度校核为：
1𝛾+
2𝛾=−611140.136×10−6
𝛾𝛾=
𝛾(1+𝛾)𝛾0𝛾∑𝛾𝛾𝛾=−611140.136×10−6 闭合差： 0
（1）各接缝处的抗力强度
抗力上零点假定在接缝3，𝛾3=40.6965°=𝛾𝛾 最大抗力值假定在接缝5，𝛾5=67.8275°=𝛾𝛾 最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算：
𝛾𝛾𝛾2𝛾𝛾−𝛾𝛾𝛾2𝛾𝛾𝛾𝛾=𝛾
𝛾𝛾𝛾2𝛾𝛾−𝛾𝛾𝛾2𝛾𝛾𝛾算得：𝛾3=0 𝛾4=0.5404𝛾𝛾 𝛾5=𝛾𝛾
最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算：
𝛾𝛾=(1−
𝛾′𝛾𝛾′𝛾22)𝛾𝛾
yi一一所观察截面外缘点到h点的垂直距离； 一一墙角外缘点到h点的垂直距离。 yh算得：𝛾6=0.9021𝛾𝛾 𝛾7=0.5673𝛾𝛾 𝛾8=0 （2）各楔块上的抗力集中力R 按下式近似计算：
𝛾′𝛾=(
𝛾𝛾−1+𝛾𝛾)𝛾𝛾外
2楔块I外缘长度，可通过量取夹角，用弧长公式求得，R的方向垂直与衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心。
（3）抗力集中力与摩擦另力的合力R
按下式计算：
𝛾𝛾=𝛾′𝛾√1+𝛾2
式中：－为围岩与衬砌间的摩擦系数，此处取0.2。 则：
𝛾𝛾=𝛾′𝛾√1+0.22=1.0198𝛾′𝛾
将R分解为水平与竖直两个分力：
𝛾𝛾=𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾{𝛾=𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾 𝛾𝛾𝛾以上计算列入表5。
弹性抗力及摩擦力计算表
表5 截 σ 面 3 0 4 R 0 0 5 6 7 8 1 0 0 0 1 0 0 （4）计算单位抗力及其相应摩擦力在其基本结构中产生的内力
弯矩： 𝛾0𝛾𝛾̅̅̅=−∑𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾
轴力：𝛾0𝛾𝛾̅̅̅=𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾∑𝛾𝛾−𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾∑𝛾𝛾
rji为力至接缝中心点k的力臂。
计算见表6和表7
0M计算表 表
6 截 面 4 5 6 7 8 R4= R5= R6= R7= R8= 0N计算表 表7
截 面 4 5 6 7 8 90 1 0 0 （5）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移
计算见表8
单位抗力及摩擦力产生的载位移计算表 表8 积分 截 (h) 面 4 5 6 7 8 𝛾 ∑ 系数 1/3 2 4 2 4 1 𝛾1𝛾0𝛾𝛾0𝛾𝛾𝛾𝛾≈∑=−127.7689×10−6 1𝛾̅̅̅=∫𝛾𝛾𝛾0𝛾𝛾𝛾𝛾2𝛾0𝛾𝛾𝛾0𝛾𝛾𝛾𝛾≈∑=−765.6687×10−6 2𝛾̅̅̅=∫𝛾𝛾𝛾0𝛾𝛾𝛾计算精度校核：
1𝛾̅̅̅
𝛾+
2𝛾̅̅̅
=−893.4377×10−6
𝛾𝛾̅̅̅
𝛾(1+𝛾)𝛾0𝛾=∑=−893.4377×10−6 𝛾𝛾𝛾闭合差：0
单位弯矩作用下的转角：
1𝛾̅̅̅𝛾==658.4362×10−6
𝛾𝛾8主动荷载作用下的转角：
0𝛾0̅̅̅𝛾=−3424501.0422×10−6 𝛾𝛾=𝛾8𝛾𝛾单位抗力及其相应摩擦力作用下的转角：
0𝛾0̅̅̅𝛾=−9396.2371×10−6 𝛾𝛾̅̅̅=𝛾8𝛾̅̅̅𝛾解力法方程
衬砌矢高
𝛾=𝛾8=7.4482𝛾
计算力法方程的系数为：
𝛾11=𝛾11+𝛾̅̅̅𝛾=706.2263×10−6 𝛾12=𝛾12+𝛾𝛾̅̅̅𝛾=5038.9145×10−6 𝛾22=𝛾22+𝛾2𝛾̅̅̅𝛾=37165.3785×10−6 𝛾10=
1𝛾+𝛾0𝛾𝛾+(
1𝛾̅̅̅
+𝛾0𝛾𝛾̅̅̅)×𝛾𝛾
=−(3535029.017+9524.0061𝛾𝛾)×10−6 𝛾20=
2𝛾+𝛾𝛾0𝛾𝛾+(
2𝛾̅̅̅
+𝛾𝛾0𝛾𝛾̅̅̅)×𝛾𝛾 =−(26006980.823+
70750.722𝛾𝛾)×10−6
求解方程为：
𝛾1=
𝛾22𝛾10−𝛾12𝛾20=389.650−2.9697𝛾𝛾
𝛾2−𝛾𝛾112212式中： 𝛾1𝛾=389.650 𝛾1𝛾̅̅̅=−2.9697 𝛾11𝛾20−𝛾12𝛾10𝛾2==646.934+2.3063
𝛾2−𝛾𝛾112212其中：𝛾2𝛾=646.934 𝛾2𝛾̅̅̅=2.3063
计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力
计算公式为：
𝛾𝛾=𝛾1𝛾+𝛾𝛾2𝛾+𝛾0𝛾{0 𝛾𝛾=𝛾2𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾+𝛾̅̅̅𝛾0𝛾𝛾̅̅̅=𝛾1𝛾̅̅̅+𝛾𝛾2𝛾̅̅̅+𝛾𝛾{0 𝛾𝛾̅̅̅=𝛾2𝛾̅̅̅𝛾𝛾𝛾𝛾+𝛾𝛾̅̅̅
计算过程见附表9和表10。
截 面 0 0 1 2 主、被动荷载作用下衬砌弯矩计算表 表9 0 0 0 0 0 3 4 5 6 7 8 0 截面 主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表 表10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0 0 0 0 0 - 0 最大抗力值的求解
首先求出最大抗力方向内的位移。
考虑到接缝5的径向位移和水平方向有一定的偏离，因此修正后有：
𝛾𝛾𝛾(𝛾5−𝛾𝛾)𝛾𝛾𝛾𝛾5𝛾𝛾𝛾=𝛾5𝛾=∑
𝛾𝛾𝛾{ 𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾∑（𝛾5−𝛾𝛾）𝛾𝛾𝛾𝛾5̅̅̅=𝛾5𝛾̅̅̅=𝛾𝛾𝛾计算过程列入表11，位移值为：
𝛾𝛾𝛾=10184.557×10−6
−6𝛾𝛾𝛾̅̅̅=−87.550×10
最大抗力值为：
𝛾𝛾=
𝛾𝛾𝛾1̅̅̅𝛾−𝛾𝛾𝛾=110.044
截面 最大抗力位移修正计算表 表11 积分系数 0 1/3 1 1 2 3 4 5 4 2 4 2 4 ∑ 计算衬砌总内力
按下式计算衬砌总内力：
𝛾=𝛾+𝛾𝛾̅̅̅{𝛾=𝛾𝛾+𝛾𝛾𝛾𝛾
𝛾𝛾̅̅̅𝛾计算过程列入表12。
截面 衬砌总内力计算表 表12 e 0 1 2 3 4 5 6 7 8 ∑ 0 积分 系数 1/3 1 4 2 4 2 4 2 4 1 计算精度校核为以下内容。
根据拱顶切开点的相对转角和相对水平位移应为零的条件来检查：
𝛾𝛾∑+𝛾𝛾=0 𝛾𝛾𝛾式中：
𝛾𝛾∑=−211.340×10−6 𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾=𝛾8𝛾̅̅̅𝛾=207.193×10−6
闭合差=
|211.340−207.193|
207.193×100%=2.00%
𝛾𝛾𝛾∑+𝛾𝛾𝛾=0 𝛾𝛾𝛾式中：
𝛾𝛾𝛾∑=−1573.093×10−6 𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾=1543.215×10−6
闭合差=
|1573.093−1543.215|
1543.215×100%=1.94%
衬砌截面强度验算
（1）拱顶（截面0）
𝛾=0.0698𝛾<0.45𝛾=0.2025𝛾(可) 又有：𝛾=0.0698𝛾<0.2𝛾=0.09𝛾
𝛾=0.1551,可得： 𝛾𝛾 𝛾=1−1.5=0.7674
𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾 𝛾==5.4>2.4(可)
𝛾式中Ra——式中混凝土的极限抗压强度，取1.4×104𝛾𝛾𝛾。
2.截面7
𝛾=0.0080𝛾<0.2𝛾=0.09𝛾
𝛾 =0.0179,可得：
𝛾𝛾 𝛾=1−1.5=1.0268
𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾 𝛾==5.6>2.4(可)
𝛾3.墙底（截面8）偏心检查
𝛾𝛾=0.0003𝛾<=0.1125𝛾
4其他各截面偏心距均小于0.45d。
内力图
将内力计算结果按比例绘制成弯矩图与轴力图，如图4所示。 图4 衬砌结构内力图
第四章 通风计算
隧道需风量计算
隧道通风的基本参数：
道路等级： 高速公路，分离式双向4车道（计算单洞）； 设计行车速度： vt=80km/h 空气密度： ρ=1.20kg/m3 隧道长度： Lr= 隧道坡度： i=−1.5%； 隧道断面积： Ar=62.67m2； 隧道当量直径： Dr=8.094m；
设计交通量（近期2022年）： 19100辆/日（双向），设计交通量（远期2032年）： 32100辆/日（双向），高峰小时交通量按日交通量的14%计算； 交通组成：
汽油车：小型客车18% ，小型货车14% ，中型货车20%； 柴油车：中型货车22% ，大型客车16% ，大型货车10%； 隧道内平均气温； tm=20℃ CO排放量
（1）取CO基准排放量为：近期：qCO=0.01m3/辆·km 远期：qCO=0.01×（1−1.5%）（2）考虑CO的车况系数为：fa=1.0
（3）依据规范，分别考虑工况车速80km/h，60 km/h，40 km/h ，20km/h，10km/h（阻滞）。不同工况下的速度修正系数fiv和车密度修正系数fd如下表
10
=0.0086m3/辆·km
工况车速（km/h） fiv（i=−1.5%） fd 80 60 1 40 20 3 10 6 （4）考虑CO海拔高度修正系数： （5）考虑CO的车型系数如下表：
平均海拔高度：H=(1342.86+1320.08)⁄2=1331.47m，fh=1.524
车型 各种柴油车 fm 汽油车 小客车 旅行车、轻型货车 中型货车 大型货车、拖挂车 车辆折算系数 汽车代表车型 说明 （6）交通量分解：(考虑上下行交通量不均衡系数
小客车 中型车 大型车 拖挂车 由于所给交通量是基于标准车的，所以车辆数需除以相应的车辆折算系数。 故单洞高峰小时交通量为:
近期：19100×14%×0.5×1.1=1471辆·中型车/高峰小时
其中： 汽油车：小型客车265，小型货车206，中型货车196 柴油车：中型货车216，大型客车118，大型货车49
远期：32100×14%×0.5×1.1=2472辆·中型车/高峰小时
其中： 汽油车：小型客车445，小型货车346，中型货车329 柴油车：中型货车363，大型客车198，大型货车124 （7）计算各工况下全隧道的CO排放量：
vt=80km/h
QCO近=
13.6×10
13.6×10
6
n
·qCO·fa·fd·fh·fiv·L·∑（Nm·fm）=1.029×10−2m3/s
m=1n
QCO远=
−23
·q·f·f·f·f·L·∑（N·f）=1.504×10m/s adhivmmCO6
m=1
同样可以计算其他各工况车速下CO排放量如表所示： 各工况车速下CO排放量（单位：10−2m3/s）
工况车速 近期CO排放量 远期CO排放量 80 60 40 20 10 注：交通阻滞是按最长1000m计算
（1）根据规范，取CO设计浓度为：δ=275ppm
（2）隧道内平均气温：tm=20℃，换算为绝对温度T=273+20=293K （3）隧址大气压无实测值，按下式计算：P=Po·e式中：Po--标准大气压，101325Pa； g--重力加速度，9.81=m/s2；
h—隧址平均海拔高度，本隧道为
−gh
RT
R—空气气体常数，287J/kg·K 计算可得：P=86748Pa
（4）稀释CO的需风量：(以工矿车速为10km/h为例)
QCOP0T
Qreq（CO）=··×106=198.51m3/s
δPT0
其他工况车速下的稀释CO的需风量也可以根据此公式求得，见下表：
（单位：
m3/s）
工况车速 近期稀释CO需风量 远期稀释CO需风量 80 60 40 20 10 （1）取烟雾的基准排放量为：近期：qVI=2.5m3/辆·km
远期：qVI=2.5×（1−1.5%）
km
（2）考虑烟雾的车况系数为：fa=1.0
（3）依据规范，分别考虑工矿车速80km/h，60 km/h，40 km/h ，20km/h，10km/h（阻滞）。不同工况下的速度修正系数fiv（VI）和车密度修正系数fd如下表；
10
=2.149m3/辆·
工况车速（km/h） fiv(VI)(i=−1.5%) fd 80 60 1 40 20 3 10 6 （4）柴油车交通量（计算如CO）
近期：中型货车216，大型客车118，大型货车49 远期：中型货车363，大型客车198，大型货车124 （5）考虑烟雾海拔修正系数：
平均海拔高度：H=(1342.86+1320.08)⁄2=1331.47m，fh（VI）=1.281 （6）考虑烟雾的车型系数如下表
柴油车 轻型货车 中型货车 重型货车、大型客车、拖挂车 集装箱车 3～4 （7）计算各工况下全隧道的烟雾排放量：
vt=80km/h
QVI近=
13.6×106nD
·qVI·fa（VI）·fd·fh（VI）·fiv（VI）·L·∑（Nm·fm（VI））
m=1
=0.330m3/s
QVI远=
13.6×10
6
nD
·qVI·fa（VI）·fd·fh（VI）·fiv（VI）·L·∑（Nm·fm（VI））
m=1
=0.514m3/s
同样可以计算其他各工况车速下烟雾排放量如表所示：
各工况车速下烟雾排放量（单位：m3/s）
工况车速 烟雾排放量（近期） 烟雾排放量（远期） 80 60 40 20 10 注：交通阻滞是按最长1000m计算
（1）根据规范，取烟雾浓度设计值为K=0.0070/m，则烟雾稀释系数为C=0.0070
（2）烟雾稀释的需风量为：（以工矿车速为10km/h为例）
QVI
Qreq(VI)近==160.007/s
CQVI
Qreq(VI)远==249.53m/s
C
其他工况车速下的稀释烟雾的需风量也可以根据此公式求得，见下表： 单位：m3/s
工况车速 烟雾稀释需风量（近期） 烟雾稀释需风量（远期） 80 60 40 20 10 取每小时换气次数为3次，则有：
Ar·L62.67×1512.94
Qreq（异）=·n=×3=79.01m3/s
t3600
取火灾排烟风速为Vr=3m/s，则需风量为：
Qreq（火）=Ar·Vr=62.67×3=188.01m3/s
综合以上计算可确定在不同工况车速下各自的最大需风量：
（单位：m3/s）
工况车速 （km/h） 烟雾 CO 近期 远期 近期 远期 稀释空气内异味 考虑火灾需风量 80 60 40 20 10 单向交通隧道射流风机纵向通风计算
隧道长度： Lr= 隧道断面积： Ar=62.67m2 断面当量直径： Dr=8.094m； 设计交通量： N近=1471辆/h N远=2472辆/h 大型车混入率： r1=21% 隧址空气密度： ρ=1.20kg/m3 隧道设计风速： Vr=
车速（m/s） 近期需风量（m/s） 远期需风量（m/s） 33QreqAr
（1）空气在隧道内流动受到的摩擦阻力及出入口损失为：（以80km/h为例）
Lrρ
Pr=(1+ξe+λr·)··Vr2=33.87Pa
Dr2
其中：空气流进隧道的局部阻力系数；对于混凝土衬砌隧道，达西系数。 （2）隧道两洞口的等效压差。
由于无实测资料，引起隧道自然风流的洞口的等效压差取Pn=10Pa。 （3）交通风产生的风压力为：（以80km/h为例）
Pt=
汽车等效抗阻面积：
Amρ2
··n·（Vt−Vr） Ar2
Am=(1−r1)·Acs·ξcs+r1·Ac1·ξc1=1.97m2 Acs—小型车正面投影面积，为2.13m2 ξcs—小型车空气阻力系数，为 Ac1—大型车正面投影面积，为5.37m2 ξc1—大型车空气阻力系数，为
隧道内车辆数：近期：n=3600×V=27.82辆
t
N·L
远期：n=3600×V=46.75辆
t
N·L
则近期： Pt=193.83Pa 远期： Pt=325.72Pa
根据上式计算，采用可逆转射流风机，可充分利用交通风产生的风压，两洞口存在的等效压差由于较不稳定，应作为阻力计算，因此隧道内所需的升压力为：
近期：P=Pr+Pn−Pt
=33.87+10−193.83=−149.86Pa
远期：P=Pr+Pn−Pt
=33.87+10−325.72=−281.85Pa
1120型射流风机所需台数
1120型射流风机每台的升压力Pj根据下式计算：
Pj=ρ·Vj2·Φ·(1−ψ)
Aj=0.98m2；Φ=Aj；Vj=30m/s；ψ=Vr r
j
AV
各工况车速下的所需风机台数也可以根据此公式求得，见下表： 80 60 40 20 10 p近期(pa) p远期(pa) —— —— —— —— —— —— 3 3 5 5 从上表可以看到，在车速为10km/h时，需风量和所需风机数最大，我们取车速为10km/h需风量对应的速度来确定最终隧道风机数量。 根据公式 Vr=
QreqAr
，
由之前表中查的， Vr=3.17（近期）； Vr=4.63（远期）。 根据公式Pr=(1+ξe+λr·Dr)·
r
Lρ2
·Vr2，得
Pr= Pa（近期） Pr= Pa（远期） 根据公式 Pt=Am·
r
Aρ2
·n·（Vt−Vr）
2
取Vt=2.78m/s（车速为10km/h） 得： 近期：Pt=0.64Pa 远期：Pt=24.12Pa 再根据公式P=Pr+Pn−Pt （Pn=10Pa ）得： 近期：P=64.60Pa 远期：P=66.56Pa 1120型射流风机每台的升压力： Pj=ρ·Vj2·Φ·(1−ψ)
由于：Aj=0.98m2；Φ=j；Vj=30m/s；ψ=r Ar
Vj
A
V
则Vt=10km/h时，近期： Pj=15.10Pa 远期： Pj=14.28Pa 则所需风机台数：
近期：𝛾=𝛾=4.28台≈5台；远期：𝛾=𝛾=4.66台≈5台。
𝛾𝛾𝛾𝛾为满足近期和远期通风需要，设置6台风机，按每组2台布置，需要布置3组，具有一定的安全储备。
第五章 照明计算
基本资料（近期）
隧道设计车速80km/h，双车道单向交通，水凝混凝土路面，纵坡%，设计交通量1471辆/h，隧道内路面宽度W=8.75m，灯具安置高度米，双侧对称布置。
基本参数（近期）
接近段长度Ds=104.5m，洞外亮度L20(s)=4000cd/m2
入口段亮度： Lth=k·L20(S)=0.030×4000=120.0cd/m2
入口段平均照度： Eav=120.0×13=1560.0lx 入口段长度： Dth=1.154Ds−tan10°=89.57m 路面平均照度公式为： Eav=
η·Φ·M·NW·S
h−1.5
过渡段Ⅰ的亮度：LthⅠ=0.3Lth=40.0cd/m2 平均照度：EavⅠ=40.0×13=520.0lx 长度：DthⅠ=72m
过渡段Ⅱ的亮度：LthⅡ=0.1Lth=12cd/m2 平均照度：EavⅡ=12×13=156lx 长度： DthⅡ=89m
过渡段Ⅲ的亮度： LthⅢ=0.035Lth=4.2cd/m2 平均照度： EavⅢ=4.2×13=54.6lx 长度：DthⅢ=133m
中间段亮度： Lin=3.20cd/m2 Eav（in）=3.20×13=41.60lx
出口段亮度取中间段亮度的5倍，即：Eav=41.60×5=208.00lx，长度取
60m。
灯具布置（近期）
基本段取中间段布灯间距：取η=0.36，M=0.7，N=2 S=
η·Φ·M·NW·Eav
=12.47m（取）
Φ=9000（100w的高压钠灯）
加强段：入口段的布灯间距：Eav=Eav（入）−Eav（in）=1518.4lx S=
η·Φ·M·NW·Eav
=1.71（取）
Φ=45000（400w的高压钠灯）
过渡段Ⅰ的布灯间距：Eav=Eav（Ⅰ）−Eav（in）=478.4lx S=
η·Φ·M·NW·Eav
=3.37m（取）
Φ=28000（250w的高压钠灯）
过渡段Ⅱ的布灯间距：Eav=Eav（Ⅱ）−Eav（in）=114.4lx S=
η·Φ·M·NW·Eav
=8.06m（取）
Φ=16000（150w的高压钠灯）
过渡段Ⅲ的布灯间距：Eav=Eav（Ⅲ）−Eav（in）=13.0lx S=
η·Φ·M·NW·Eav
=39.87m（取）
Φ=9000（100w的高压钠灯）
出口段的布灯间距：Eav=Eav（出）−Eav（in）=166.4lx S=
η·Φ·M·NW·Eav
=5.54m（取）
Φ=16000（150w的高压钠灯）
基本资料（远期）
隧道设计车速80km/h，双车道单向交通，水凝混凝土路面，纵坡−1.5%，设计交通量2472辆/h，隧道内路面宽度W=8.75m，灯具安置高度米，双侧对称布置。
基本参数（远期）
接近段长度Ds=104.5m，洞外亮度L20(s)=4000cd/m2
入口段亮度： Lth=k·L20(S)=0.035×4000=140.0cd/m2 入口段平均照度： Eav=140.0×13=1820.0lx 入口段长度： Dth=1.154Ds−tan10°=89.57m 路面平均照度公式为： Eav=
η·Φ·M·NW·S
h−1.5
过渡段Ⅰ的亮度：LthⅠ=0.3Lth=42.0cd/m2 平均照度：EavⅠ=42.0×13=546.0lx 长度：DthⅠ=72m
过渡段Ⅱ的亮度：LthⅡ=0.1Lth=14.0cd/m2 平均照度：EavⅡ=14.0×13=182.0lx 长度： DthⅡ=89m
过渡段Ⅲ的亮度： LthⅢ=0.035Lth=4.9cd/m2 平均照度： EavⅢ=4.9×13=63.7lx 长度： DthⅢ=133m
中间段亮度： Lin=4.5cd/m2 Eav（in）=4.5×13=58.5lx
出口段亮度取中间段亮度的5倍，即：Eav=58.5×5=292.5lx，长度取
60m
灯具布置（远期）
基本段取中间段布灯间距：取η=0.36，M=0.7，N=2 S=
η·Φ·M·NW·Eav
=8.86m（取）
Φ=9000（100w的高压钠灯）
加强段：入口段的布灯间距：Eav=Eav（入）−Eav（in）=1761.5lx S=
η·Φ·M·NW·Eav
=1.47（取）
Φ=45000（400w的高压钠灯）
过渡段Ⅰ的布灯间距：Eav=Eav（Ⅰ）−Eav（in）=487.5lx S=
η·Φ·M·NW·Eav
=3.31m（取）
Φ=28000（250w的高压钠灯）
过渡段Ⅱ的布灯间距：Eav=Eav（Ⅱ）−Eav（in）=123.5lx S=
η·Φ·M·NW·Eav
=7.46m（取）
Φ=16000（150w的高压钠灯）
过渡段Ⅲ的布灯间距：Eav=Eav（Ⅲ）−Eav（in）=5.2lx， S=
η·Φ·M·NW·Eav
=99.69m（取）
Φ=9000（100w的高压钠灯）
出口段的布灯间距：Eav=Eav（出）−Eav（in）=234.0lx S=
η·Φ·M·NW·Eav
=3.94m（取）
Φ=16000（150w的高压钠灯）
结论
由规范可知，隧道的照明由基本照明和加强照明两部分组成，基本照明按中间段照明考虑。 灯具布置以远期数据为准，实际布置灯距只可比上述灯具小才能满足照明要求，根据上面计算可计算得：
基本照明：布置100w高压钠灯172组（间距，全长布置）；
加强照明：入口段需布置400W的高压钠灯57组（间距，布置(共，前10m不布置)），过渡段Ⅰ需布置250W的高压钠灯22组（间距，布置72m），过渡段Ⅱ需布置150W的高压钠灯12组（间距，布置89m），过渡段Ⅲ需布置100W的高压钠灯2组（间距，布置133m），出口段照明需布置250W的高压钠灯16组（间距，布置60m）。
调光
当洞外亮度和交通量发生变化时，入口段、过渡段、出口段照明亮度应根据洞外亮度和交通量变化分级调整。
白天调光
分级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 晴天 多云天 阴天 亮度 调光 开所有灯 开一半的灯 开1/4的灯 L20（S） L20（S） L20（S） 夜间调光 分级 Ⅰ Ⅱ 交通量较大 交通量较小 亮度 与Lin相同 但不小于1cd/m2 调光 开所有基本照明灯 开一半的基本照明灯 第六章 施工组织设计
概述
工程内容
本标段所包含的碾子沟隧道设计为分两座离式隧道：上行线全长1800m，下行线全长1800m，是所在高速公路工程施工中的控制性工程。
施工安排
1）隧道采用新奥法、机械化快速掘进施的施工方案，两头掘进开挖。Ⅴ级围岩地段采用环形开挖预留核心土法施工；Ⅲ、Ⅳ级采用正台阶法施工；断层破碎带采用CD法施工。
2）出渣运输采用无轨运输方式，先运至路基需填筑处，再将多余碴弃至洞外指定的弃碴场内，并按设计及地方环保部门要求做好挡护工程。
3）为保证工程质量，喷射混泥土采用湿喷技术，采用整体式液压钢模衬砌台车全断面衬砌，仰拱先行，及时闭合断面，增强衬砌结构的承载能力。
4)在进洞前，先施工管棚及护拱，在φ50管棚、超前小导管及护拱的保护下进行开挖。 施工顺序
施工队伍进场后，马上进行设计图纸与实际情况的核对工作，并组织修筑施工便道，平整场地，修建临时生产、生活房屋及施工需要的临时设施，安装调试施工机械设备，组织材料进场，进行职工开工前技术岗位培训，为进洞作好准备。
进洞前作好洞顶天沟（截水沟），开辟施工场地，为正洞施工排水、出碴、通风提供条件。施工顺序安排：先开挖明洞及洞门土方，进行喷锚支护，然后开始暗洞开挖，施作二衬前浇注完明洞混凝土，接着进行二衬施工，最后施作洞门。正洞施工按照先主洞后横洞的顺序进行，避免施工干扰。施工中水沟、电缆沟紧跟衬砌，最后统一铺筑混泥土路面。
施工方法及工艺
根据青花坪隧道左、右线围岩情况，综合考虑隧道施工的技术难度，保证满足工期要求的前提下，Ⅲ、Ⅳ级围岩采用正台阶法施工。 工程特点及主要技术措施
1)工程特点
青花坪隧道具有以下主要特点：
（1）挖断面大。两隧道单向行驶均为2车道，Ⅴ级围岩最大开挖宽度，最大开挖高度，开挖断面。
（2）埋深浅。隧道进、出口埋深浅，隧道上、下行进、出口均有明洞。
（3）地质条件差。隧道穿越岩层为泥岩夹页岩，薄层构造，层理发育，易风化成碎片状。
（4）地下水发育。地下水由大气降水补给，由于岩体破碎，地表水易于渗入，形成地下水。地下水使泥岩软化，使其强度大大降低。
（5）洞口标高较高，进洞条件困难。 2)主要技术措施
①由于地质条件差，隧道开挖采用线形微震爆破新技术和光面爆破技术，尽量减少对围岩的扰动，并及时做好初期支护，必要时提前施作二次衬砌，以确保施工安全和工程质量。
②对于易出现塌方的Ⅳ、Ⅴ级围岩，采用超前小导管等预支护措施，确保安全通过。开挖采用短进尺、弱爆破，洞口段尽量采用机械开挖，以最大限度减少对围岩的扰动。
③开挖方法，Ⅳ、Ⅴ级围岩采用超短台阶法，上、下台阶同时钻孔同时爆破，以减少爆破次数和对围岩的扰动。Ⅲ级围岩采用全断面法，以便使用大型机械。
④二次衬砌两隧道均采用衬砌台车，先墙后拱施工，以保证衬砌的整体性和防渗性。
⑤根据“新奥法”施工原理和要求，及时开展施工量测，做好信息反馈，以指导安全施工。
⑥加强排水措施，及时排除地下水，防止浸泡围岩。 进洞施工方法
在按设计放线后，采用挖掘机为主开挖洞口土石方。
本隧道进出口端左、右线均为Ⅴ级围岩，洞口围岩稳定性差。为确保安全进洞，在左、右线进出口端进洞前，按设计要求施工φ89管棚、施作护拱，在管棚、护拱的掩护下进行洞口段开挖施工。 明洞施工
青花坪隧道各口均有明洞，施工采用大开挖，开挖主要采用机械，局部坚硬岩石用控制爆破炸除。开挖前做好地表排水系统，开挖从上向下进行，随开挖随防护，防止滑塌。待暗洞掘进一定长度，不影响明洞混泥土衬砌安全时，进行先墙后拱全断面模注钢筋混泥土并及时做好防水层和回填，以确保安全，其工艺流程如下： 测量划线 → 开挖 边仰→ 坡防护 → 台车就位 → 绑扎钢筋 灌注→ 混泥土 → 做防水层 → 回填 明洞施工工艺流程图
1) 洞口Ⅴ级围岩开挖
洞口为Ⅴ级围岩浅埋段采用超短台阶法开挖，下台阶滞后上台阶3～5m，上台阶的碴用长臂反铲挖掘机清理到下台阶，然后装运出碴。
由于洞口围岩风化破碎，为了防止洞口坍塌和能顺利进洞，采用φ50小导管注浆进行超前支护围岩，开挖后及时做初期支护，并用工字钢架加强初期支护。开挖进尺控制一次立一榀工字钢拱架，以保证施工安全。为保证洞口稳定，在明洞衬砌外施作2m套拱,支挡仰坡,防止坍塌。
洞口开挖主要用机械进行，若有坚硬岩石时则采用控制爆破炸除，以降低震动减少对围岩的扰动。并且控制每次开挖进尺，即一榀工字钢拱架间距，以便及时架立钢拱架支护围岩，确保安全。
洞口开挖工艺流程如下图。
补施打测量划线 → 施做套拱 → 小导管并注浆 若使用爆破开挖时,其作业循环时间见下表。
作业循环时间表
喷打测项目 量划线 小导管并注浆 钻孔 装药爆破 通风除尘 清除危石 初喷混泥土 装碴运输 打锚杆挂网 立钢支撑 混泥土至设计厚度 时间 (h) 注：打小导管注浆时间为平均到每循环中的时间，不是实际施做时间。 合计 → 开挖 → 装碴运输 初喷泥土 打锚挂网 架钢拱架 → 喷混泥土至设计厚度 → 下一循环 → 混→ 杆→ 2) Ⅳ级围岩开挖
Ⅳ级围岩,岩石也较破碎,采用φ50小导管注浆进行超前支护并设有PS格构梁加强初期支护，亦采用超短台阶法开挖，用线形微震爆破法施爆。为了防止塌方保证施工安全,开挖后及时架立钢支撑和施作初期支护。其工艺流程如下图。
补施做测量划线 → 小导管并钻孔 → 装药爆破 → 通风降尘 → 清除危石 初喷→ 混→ 泥土 装碴运输 打锚→ 杆→ 挂网 立钢支撑 → 喷混泥土至设计厚度 控制掘进每循环进尺,即每二循环立三榀钢支撑，循环作业时间见下表。
作业循环时间表
补施做小项目 测量 导管并钻孔 时间 (h) 3) 工期安排（进度指标）
根据以往施工经验，我单位投入的机械设备，安排切实可行并留有余地的进度指标。综合月成洞如下：1号隧道上行；1号隧道下行；2号隧道上行；2号隧道下行。各工序进度指标见表5-7。
各工序施工进度指标
隧 围岩级别及衬砌 Ⅴ Ⅳ Ⅲ 装药爆破 通风除尘 清除危石 初喷混泥土 装碴运输 打锚杆挂网 立钢支撑 喷混泥土至设计厚度 合计 → 下一循环 道名 上行隧道 下行隧道 掘进 二次衬砌 仰拱及回填 水沟及电缆槽 路面及稳定层 掘进 二次衬砌 仰拱及回填 水沟及电缆槽 路面及稳定层 类型 项目 指标 月进尺(m) 月进尺(m) 月进尺(m) 月进尺(m) 月进尺(m) 月进尺(m) 月进尺(m) 月进尺(m) 月进尺(m) 月进尺(m) SⅤ 25 60 90 120 1000 30 60 90 120 1000 SⅣ 45 70 90 120 1000 50 70 90 120 1000 SⅢ 100 90 120 1000 主要工序的施工 1） 拱部超前支护
两隧道Ⅴ级围岩设有φ50×5小导管注浆超前支护，该隧道使用液压钻孔台车钻孔和安装。 2） 超前小导管施工
a．小导管参数。
长度—， 外径—φ50mm；环向间距—50和70cm. 外插角—5°；搭接长度—不小于。
材料─厚5mm热轧无缝钢管;注浆材料─水泥浆。
小导管四周钻4排φ8孔眼，呈梅花形布置，纵向间距15cm，前端做成尖形，尾部焊φ6加强箍。
b．小导管施工
小导管采用先钻孔后下钢管法施工，钻孔时开孔从工作面最后一榀工字钢拱架上部穿过，打入小导管后，钢管尾部和工字钢架焊接成整体。止浆墙采用喷射混泥土，掌子面和附近拱部范围,喷30cm厚混泥土进行封闭。孔口用CS麻丝胶泥止浆。然后进行注浆。其施工工艺如下： 测量布孔 c．注浆
(Ⅰ) 浆液。本隧道采用单液水泥浆。其水灰比暂定为1:1～:1。施工时根
→ 钻孔 → 清孔 → 顶入钢管 封闭→ 掌子面 → 清管 → 注浆 → 开挖 据实际试验调整确定。如果地下水大时，可注水泥，水玻璃双浆液。注浆使用425#水泥。
(Ⅱ) 注浆压力。初压～，终压4～5Mpa。 (Ⅲ) 单孔注浆量。
单孔注浆量和围岩的孔隙率有关，施工时可初步按下式计算： Q=π.—浆液注入量(m3) R0—注浆有效扩散半径(m) L—注浆段长度(m)
n—岩体裂隙率或孔隙率，一般取1～5% β—浆液的充盈系数，取～ d．注浆工艺
采用KBY50—70型双液注浆泵进行注浆， 注浆工艺流崐程如图：
水泥浆 高压水泥浆 水泥浆 注浆泵 压力表 混合器 岩体 高压水泥浆 压力表 注浆工艺流程图
e．注浆注意事项
(Ⅰ) 注浆前检查注浆泵、管路及接头的牢固程度，防止浆液冲出伤人。 (Ⅱ) 注浆时密切监视压力变化，发现异常及时处理。
(Ⅲ) 注浆注意防止串浆和跑浆，若发生串浆和跑浆要停止注浆，分析原因随时解决。
(Ⅳ) 做好注浆压力、注浆量、注浆时间等各项记录。 3）钻爆
钻爆是保证开挖断面轮廓平整准确、减少超欠挖、降低爆破震动、维护围岩自承能力的关键，采用光面爆破技术，可以达到以上目的，施工时要做好以下几项工作。
a．测量。测量是控制开挖轮廓精确度的关键。我处采用DMY-1型隧道断面激光测量仪，每一循环都由测量技术人员在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置。 b．钻孔。采用气腿式凿岩机钻孔。钻孔时按照炮孔布置图正确对孔，钻孔严格按设计炮孔方向钻进，把对孔误差减到最小，以确保爆破质量。掏槽孔要保证平行，周边孔开眼要在轮廓线内5cm，外插角1°～2°,保持开挖错台在10cm以内；周边孔对孔误差环向不大于5cm，径向不大于3cm；掏槽孔不大于
3cm，其它炮孔开眼误差不大于5cm。
c．装药。钻完孔要把炮孔吹洗干净，经检查合格后才可装药。装药分片分组负责，严格按爆破设计规定的装药量、雷管段号“对号入座”。爆破网路连接、检查及起爆，按照爆破设计要求和《爆破安全规程》 GB6722-86执行。
d．堵塞。堵塞炮孔可以提高炸药能量的利用率，从而减少炸药用量，降低爆破震动效应。装药后用合格炮泥进行认真堵塞，掏槽孔要把不装药部分堵满，周边孔堵塞长度不小于20cm，其余炮孔堵塞长度不小于最小抵抗线的80%，以确保爆破效果和安全。钻爆参数见爆破设计。 4） 初期支护
喷、锚支护可迅速控制或限制围岩松弛变形，充分发挥围岩自承能力，是“新奥法”施工的重要环节。本隧道采用锚、喷作初期支护，Ⅴ、Ⅳ级围岩挂有双层钢筋网，并有工字钢和PS格构梁加强初期支护。喷锚支护按照《锚杆喷射混泥土支护技术规范》GBJ86-85、《公路工程质量检验评定标准》JTJ071-98和其它有关规范、规则施工和检查。
喷射混泥土：预拌料在洞外以强制拌合机拌合，用混泥土输送车运至洞内工作面。采用TK-961型湿喷机和MBT/MEYCO混泥土喷射机械手进行“湿喷作业”以降低粉尘，减少回弹量。其工艺流程如下图。
料场 速凝剂
↓
→ 配料 → 拌合机 → 喷射机 喷嘴 ↑ ↑ 早强剂等外加剂 a．配合比
砂、石料由试验室按照规范选用合格料，水经过化验合格才可使用。初定配合比如下：
水泥：砂：碎石：水=1:2:2:
以上为参考配合比，施工中结合实际由实验室选定，喷射混凝土的混合料要随拌随用。按照试验室选定数量掺入早强剂和速凝剂。 b．喷射混凝土的质量标准
混凝土分层喷射，初喷厚度3～5cm,以后分层喷射至设计厚度。喷混泥土表面要平整圆顺，钢筋、钢拱架等不外露，保护层厚度不小于2cm。喷混泥土厚度要随时检查，厚度不够或不平则进行补喷。如果有开裂、下坠和滑移等现象要清除重喷。
高压风
5）锚杆
两隧道采用注浆锚杆，为保证施工质量，我单位采用专用NZ130A型注浆机注浆，采用掺加FDN早强剂砂浆，注浆用525号水泥，水灰比～，水泥和砂的比例1：1，并掺入5%氧化镁膨胀剂。施工时由试验室选定各种配合比，以保证锚固质量。
选用钻孔台车钻锚杆孔，钻孔前按设计位置定出孔位，当遇石质破碎时，可采取加深、加密锚杆措施。钻孔应和锚杆所在部位岩层面垂直，钻孔直径大于杆体直径15mm，钻孔深度大于锚杆长度10cm。锚杆安装作业在初喷混泥土后立即进行。
6）钢筋网片、工字钢拱架和PS格构梁的制作及安装。
加工时其材质、规格、结构形式严格按设计要求。焊接件的焊接工艺和质量按《钢结构工程施工及验收规范》GB50205-95的要求操作和检查。拱部钢筋网片直接在工作面制作,边墙钢筋网在洞外制作，进洞安装。钢拱架在洞外利用胎架制作，工字钢架也可在工厂订做。安装工作是在初喷混泥土和打锚杆后进行，安装时中线、高程和垂直度均由测量严格控制，并与锚杆钢筋网焊接成整体，在两榀钢拱架之间环向每米设一根φ22纵向连接钢筋把钢拱架连成整体。钢拱架和初喷混泥土表面密贴顶紧，若有空隙时先用特制的楔形混泥土垫块挤紧，再喷混泥土填充密实，尔后进行喷混泥土作业。 7） 装碴运输
两隧道均采用无轨运输出碴，使用装载机装碴，自卸汽车运碴至填方处或弃碴场。
上台阶的石碴用长臂反铲挖掘机清理到下台阶进行装运。 8）防排水施工
(Ⅰ) 隧道衬砌防水卷材的安设
两隧道衬砌防水采用TDT450土工布和～厚防水板，铺设在初期支护和二次衬砌之间。
防水卷材的安设在自制的台车上进行，台车长7m轨崐距与衬砌台车相同。安设采用吊挂式，每1m2不少于一个吊挂点。吊挂工作超前二次衬砌10～20 m。为了保证粘结质量，粘结工作在洞外进行，粘结成大块后进洞安装。洞外场地平整硬化，并采取防雨措施。防水卷材大块在平整的场地上拼接，环向长度根据隧道实际喷混泥土内轮廓长留出～富裕量，以防模注混泥土时拉坏。纵向一般用3～4幅拼接成一大块，以便于搬运吊挂为宜。拼接缝宽度10cm，洞内接缝和二次衬砌工作缝错开1m以上。防水卷材吊挂前，为防尖物刺破做好以下工作：
a．凸出的钢筋头等铁件，先切断，后锤平并抹砂浆防护。 b．清除喷混泥土表面的凸出石等尖物，并找平使表面平整圆顺。
（Ⅱ）施工缝和沉降缝防水
a．施工缝防水。
施工缝采用BW型遇水膨胀止水条止水。施工时在挡头板中线处钉一光滑板条，大小和1/2止水条同，拆模后在槽中放入止水条，并用胶和钉加以固定，防止灌筑下一环混泥土时移位。
b．沉降缝防水。
在围岩类别变化处和衬砌结构变化处设置沉降缝。沉崐降缝采用PE型中埋式橡胶止水带止水。
根据以往施工经验，橡胶止水带的安设比较困难，必崐须精心施工。模筑混泥土时，在沉降缝处设置钢筋夹，卡住止水带，并用浸沥青木丝板和挡头板一起夹住止水带，防止灌筑混泥土时变形移位。 （Ⅲ）衬砌排水施工
根据地下水情况,纵向间隔5～10m环向设置Ω型半管排水管,把水引入横向排水管经由排水沟排出洞外。环向排水管安装在初喷混泥土后进行，在有渗水处安装排水半管，然后再喷混泥土覆盖，若有渗水时，重复以上工作，直至喷混泥土表面无渗水为止。在初期支护完成后,有渗水处纵向间隔无水处间隔,从拱腰至墙底打深50cm排水孔3～5个,环向设置YAS型排水半管,把水引入纵向排水管，半管外用砂浆封闭。在边墙下部设PVCφ160×4纵向排水管和防水板同时施工。 9）二次衬砌 a 施工工序
采用全断面模筑二次衬砌。其衬砌施工时间由监控量测结果决定。一般水平收敛速度小于d，或拱项下沉速度小于d，即围岩变形基本稳定后施做。
两隧道用25号混泥土做二次衬砌，25号混泥土严格按“规范”及设计标准进行施工。根据泵送混泥土施工工艺设计配合比，通过试验后确定，保证达到强度指标25号。混泥土采用自动计量强制式拌合机拌制，搅拌时间不小于2min。混泥土用运输车运送至工作面，用输送泵送入衬砌台车模板内。用插入式震捣器和附着式震捣器震捣密实。每循环衬砌长度10m，其施工工艺流程如下图。
混自衬清 理基底 → 测量检查 → 砌台车就位 → 测量校核 动计量制混泥土 b 衬砌施工
二次衬砌采用HZQ-500型混泥土搅拌站拌制混泥土，搅拌站自动计量可保证混泥土质量，每小时生产25m3，完全可以满足要求。
衬砌施工严格按《公路隧道施工技术规范》JTJ042-94及其它有关规范组织施工。混泥土搅拌、运输、泵送及灌注间隙等时间，严格按规范操作。模板位置要准确，经技术人员检查无误后才可灌注混泥土。工作缝和沉降缝处按照设计位置安装好遇水膨胀止水条和止水带，并固定牢，防止灌筑混泥土时变形。严禁模板及堵头板损坏防水卷材，并设专人进行检查和粘补。按设计预留、预埋各种孔洞和管线。
对衬砌施工缝进行防渗处理，除安设止水带外，上一崐模混泥土端头进行凿毛清洗后才灌筑下模混泥土。此外，混泥土的工作缝要和防水卷材洞内接缝错开以上。 10)仰拱及回填
两隧道在Ⅴ、Ⅳ级围岩中设有仰拱，仰拱施工在二次衬砌后进行。仰拱和落底工作同时施工，即落底后随即施作仰拱以免边墙失去支撑时间太长。仰拱灌注24h后施作仰拱回填混泥土。混泥土拌制运输等工作与二次衬砌相同。
为了防止仰拱施工和其它工作的干扰,采用仰拱施工防干扰平台，经过几条一级公路隧道施工检验，效率极高。其施工工艺流程如下。
拼装工作平台 → 清挖基底 → 测量检查 → 仰拱立模 灌注仰→ 拱→ 混泥土 仰拱填充立模 灌注填→ 充→ 混泥土 养护 → 移动平台 泥土运输运送混泥土 泵送混土入模 震捣震捣 拆模 → 养 生 → 拌→ 车→ 泥→ 器→ 每次施工长度根据围岩情况决定，最长不超过8m。为保证边墙稳定，其施工缝和二次衬砌施工缝错开长度不小于。 11)水沟、电缆槽
水沟及电缆槽的施工是在仰拱及回填混泥土施工后进行，其工程量不大，但结构复杂、施工困难，必须精心施工。立模由测量技术人员严格控制尺寸、标高，预留、预埋件要同时施工，确保位置准确。盖板在洞外预制，交工前进洞内安装。 12)洞内路面
洞内行车路面为35#混泥土路面，根据施工实践，路面施工拟采用真空吸水工艺，以提高混泥土施工质量。为避免干扰，保证路面施工和加快施工进度，待隧道内其它工作都完成后再进行路面的施工。
路面设计宽度，结合以往施工情况，将路面划分为两幅，每幅宽，两幅相错施工。路面分块按设计要求施作。路面混泥土施工严格按照《混泥土真空吸水施工工法》及公路施工规范的有关规定实施，用平板震捣器和震动梁联合捣固，机械抹光，压纹机压纹理，切缝机切缝，保证路面平整度、抗滑粗糙程度及混泥土强度。
路面施工，混泥土搅拌运输方法与二次衬砌相同。真空吸水采用HZJ-60型。其施工工艺流程如下图。
检查清理基底 施工通风
两隧道较短，断面大利于通风，进洞掘进，在50m以内自然通风，50m以外每口用1台KJ66-11通风机进行压入式通风，通风机安在洞外15m处，风管用φ811mm阻燃抗静电软管，挂在边墙上，出风口距开挖面15～20m。若排烟困难时，用高压风辅助通风。
通风管理是通风效果好坏的关键，为了确保通风效果，必须加强通风管理。通风管要始终保持平、直、顺，接头严密不漏风，若有破损及时修补或更换。通风系统安装后，不经允许不可随意改动，非管理人员不得随意开关风机。
施工用风、水、电 1 施工用风
隧道用风动凿岩机钻孔，用风量较大，上、下行隧道每口安装2台
→ 测量放样 → 安装模板 → 安放接缝钢筋 摊铺泥土 整平震捣 抹光压实 → 养生 切缝→ 和
封缝 → 混→ 和→ 20m3/min空压机。用钻孔台车钻孔，高压风主要用于喷射混泥土，用风量较小，洞口安装1台20m3/min空压机。风管均用φ100钢管。 2 施工用水
为了保证施工用水，在山上修一高位水池，容量100m3，供生产和生活用水。水由附近溪流中供应。在溪流旁建一水池，安装抽水机提升至高位水池。上、下水管均用φ100钢管。 3 施工用电
各洞口设一10KV/配电所（含高、低压配电屏)。由附近高压电力(10KV)线引入。动力电源高压10KV，低压380V。洞内工作面照明用36V，其余照明用220V。
供电方式为由洞外配电所10KV母线出电缆供电。低压配电系统，均采用中性点接地的三相四线制供电。
为满足特殊情况下用电，或高压电不能满足时的需要，各隧道口均备一台200KW移动式发电机。
环境保护
本标段上场后环保工作要做好全面规划，对环保进行综合治理并与地方环保部门取得联系，按环保规定，做好施工现场的环境保护工作。
（1）、成立环保小组，建立环保措施，项目经理部、队分级管理，负责检查、监督各项环保工作的落实。
（2）、对职工进行环保知识教育，使人人心中都明确环保工作的重大意义，积极主动参与环保工作，自觉遵守环保的各项规章制度。
（3）、防止环境污染及水土流失。路基施工两侧做好排水沟，桥涵施工基坑开挖后，要尽快回填，以免影响河床稳定。雨季疏通排水设施及河道，防止雨水冲刷造成污染。
（4）、隧道内排水、其它施工废水按要求认真做好污水处理后按指定位置排放。隧道内施工要采取跟踪监测烟尘浓度及通风效果，不达标坚持不能施工，保持洞内施工环境达到国家规定标准。
（5）、生活污水采取集中排放，厕所粪便采用无害化处理，浴室排水采用毛发聚集井处理，食堂油污水采取隔油沉淀处理，然后按指定地点排放。生活垃圾配备临时卫生设施，采取集中收集，严禁乱扔乱弃，保持生活区的环境卫生。
（6）、隧道弃碴按指定位置堆放、防护、覆盖、绿化按设计要求种植草籽及树木，路基边坡及隧道洞口按设计进行绿化，在交付前负责对绿化的养护管理。
（7）、在施工中及车辆行驶时要控制噪音，经常行车的道路用洒水车洒
水，降低扬尘，防止干扰当地居民的正常生活。
（8）、工程竣工后，与业主及地方政府协商，拆除生产、生活设施，彻底清理，恢复原貌，临时征地按协议要求复耕或绿化，达到地方的满意。
（9）、教育参建人员严禁带火种进入林区，防止火灾，不允许乱砍乱伐树木，保护生态环境。
第七章 总结
设计总结
本次设计主要内容为：
（1）拟定两至三个选线方案，进行线性指标、工程数量、施工难度、隧道功能、营运及养护费用、环境保护、旧路利用等方面比较，确定推荐方案；
（2）根据技术指标拟定隧道内轮廓线，用工程类比法设计Ⅴ、Ⅳ级围岩复合衬砌，包括隧道路面、路基排水设施；
（3）采用结构荷载法，计算Ⅴ级围岩复合衬砌中二次衬砌的内力，并进行强度检核；
（4）进行隧道通风照明计算，确定风机数量和布置间距和隧道照明亮度曲线；
通过本次毕业设计使我对隧道设计的各个环节（包括围岩复合衬砌中二次衬砌的内力、隧道路面、路基排水、隧道通风、隧道照明、隧道的钻爆开挖等）有了更为深刻的认识，不仅掌握了计算方法，设计要点，而且记住了很多设计规范参数，对word、 Excel 等软件的使用更加得心应手。在绘制设计图纸的过程中我对图纸的规范也有了了解，熟练掌握了Auto CAD。这次毕业设计是把理论知识和工程实例相结合的过程，提高了我的自学能力，对我专业水平的提高起了很重要的作用，能使我我更好的走上工作岗位。
致谢
在毕业设计结束之际，我要向四年来所有在学习和生活上给予我帮助的老
师和同学致谢！感谢你们！
本设计的完成是在王永东老师的细心指导下进行的。在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利进行。从设计的选线到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了老师很多的宝贵时间和精力，在此向老师表示衷心的感谢！老师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生！
求学历程是艰苦的，但又是快乐的。感谢大学期间陪我一起成长的各位老师，谢谢你们在这四年中为我们所做的一切！默默无闻，滴滴汗水诚滋桃李满天下；拳拳有志，点点心血亲育英才泽神州！你们不求回报，无私奉献的精神
让我很感动，再次向你们表示由衷的感谢！在这四年中结识的各位生活和学习上的挚友是我人生中最大的一笔财富，在此，对你们表示衷心感谢。
谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，在这一刻，将最崇高的敬意献给你们！
本文参考了大量的文献资料，在此，向各学术界的前辈们致敬！
参考文献
【1】JTG D70，公路隧道设计规范[S]，北京，人民交通出版社，2004 【2】JTJ042，公路隧道施工技术规范[S]，北京，人民交通出版社，2009 【3】，公路隧道通风照明设计规范[S]，北京，人民交通出版社，1999 【4】JTJ011-94，公路路线设计规范[S]，北京，人民交通出版社，1995 【5】夏永旭，李又云，隧道结构力学计算[M]，北京，人民交通出版社，2004 【6】于书翰，杜谟远，隧道施工[M]，北京，人民交通出版社，1999 【7】李宁军，公路隧道勘测设计，西安公路交通大学讲义
【8】吕康成，公路隧道运营设施[M]，北京，人民交通出版社，2006 【9】陈建勋，马建秦，隧道工程试验检测技术[M]，北京，人民交通出版社，2005
【10】赵忠杰，公路隧道机电工程[M]，北京，人民交通出版社，2006
附件 外文翻译
安全科学
通过研究提出了由双排双头隧道风帘通风形成的疏散通道。 高然 李安贵 蕾问君 赵玉娇 张颖 邓宝顺
学校环境和市政工程、西安建筑科技大学、陕西 西安 710055,中华人民共和国中国铁路第一勘测设计院集团有限公司、陕西 西安 71004,中华人民共和国。 文章信息 历史条
2012年1月18收到
2012年三月八日收到修订后的形式 2012年3月13日接受 关键词
隧道疏散通道 烟 火 风帘通风 地铁间隧道 文摘
地铁区间隧道易发生火灾灾害,并且常常导致人员伤亡惨重。现介绍一个当隧道内火灾发生时帮助人们撤退的双排双头隧道通风辅助风帘逃生系统。它可以用来创造一个额外的无烟雾安全疏散通道隧道。风帘逃生系统的性能与采用传统的通风系统进行比较:纵向通风、自然通风。效果的释热速率、起火点位置,和火灾探测时间也进行了讨论。
研究也显示,相对于自然通风和纵向通风、碳一氧化碳、CO、浓度在双排双头系统中明显更低。获得相同的HRR、CO浓度价值在OTES中只有 ~ %或%的自然
通风和纵向通风的隧道。一个明显清晰的疏散通道是OTES。影响起火点位置的变化和火灾探测时间在隧道的通风中得到测试。作为这些变化形成的OTES是疏散通道的报道内容。
2012年教育部博士点基金有限公司版权所有 1， 介绍
地铁有很多优点。如大型pas -senger容量、高速度、低能耗和更少的traf -fic(史等问题,2012)。地铁系统正经历更大,旅客需求日益增长(钟等问
题,2008)。在过去几十年来,灾难性的火灾在地铁车站常发生,如1987年的伦敦国王十字车站火灾,（1992年也出现了很多问题),1995年的阿塞拜疆的巴库火灾，(纳尔逊和日志,2009)和2003年的韩国大邱火灾意外发生。数以百计的人死于那些火灾事故,火烟是造成死亡的主要原因(Alarie,2002)。这些都是强调火灾消防安全工程在-地面空间,他们也强调了加强安全需要通风系统为了维护一个安全撤离通道。
在最近十年中,许多研究进行地铁区间隧道火灾中烟气的控制。纵向通风和自然通风系统已经成为主要的通风方法在总结这些研究(黄等问题,2010;Carvel等问题,2001)。 自然通风如名字暗示的那样是这么简单名字。空气的运动控制的浮力吸烟产生的力的温度差异热烟气和周围的空气中。另一个驱动力活塞效应造成旅客列车推动移动一根烟通过隧道。然而,这种影响在实际火灾条件中很小(乔乔和周星驰,2003)。自然通风只能使用在足够短的隧道中。一项纵向通风系统在隧道要求的长度隧道是超过180欧元(联邦公路管理和联邦交通管理,2003)。
纵向通风类似于在自然通风中增加机械风机(Ingason和李。它很容易安装在隧道与小空间的通风管道所需-工作和比较低的初始购置资本成本(乔乔和周星驰,2003)。然而,它有一个问题,在下游防排烟秒~
了隧道(·霍尔瓦特等问题,2003)。基本特点的纵向通风是它创造了一个统一的纵向所有空气流通沿隧道(王,2009)。洁净的空气进入隧道从一个门户网站,流动,以火虽然来源烟雾。因此,隧道空间的下游起火点是完全受到烟雾。人们只能源-uate从地这边到隧道,而另一端的隧道充满了烟。这是不利于快速有效,也没有安全疏散。
主要目标的地铁隧道通风系统是为了确保一个安全疏散通道卢武铉等问题,2009)。所以,没有必要,以确保整个隧道空间是清楚的烟雾甚至,以确保整个低段隧道是清楚的抽烟。因此opposite-double风帘通风设计应检查作为一个选择——乘客源隧道基础。一种模拟可以采用通风装置——个人品德,提供干净的空气直接到呼吸区。那种通风报告为更有效的与传统混合通风和置换通风(Melikov,2004分;Melikov等问题,2007)。
本文提出了一个opposite-double风帘通风辅助隧道疏散系统(选票)作了简要介绍。它可以用来创造一个安全疏散通道通过隧道是免费的烟雾。它带来了一个新的分析视角通风系统乘客疏散系统设计和隧道火灾。Parame -为优化设计和关键选票火灾热释放的影响率、起火点位置,火焰检测时间也进行了讨论 Cp 温度不变时，特定的压力 希腊字母 D长度以网格单元大小 μ 导热系数 ρ Prandtl号码 λ 应变张量率为解决规模 缩写 施密特数 co 一氧化碳 平均流速 DNS 直接模拟 雷诺数 FVM 有限体积法 inx入力轴方向速度矢量 HRR 热释放率 iny-axis速度矢量方向 LES 涡流模拟 inz入力轴方向速度矢量 MW 兆瓦 部分转化为公司燃料的质量 OTES 双排双头辅助隧道逃生系统 烟尘产量分数 PPM 不良率 网格单元尺寸最小的在x方向 RANS 雷诺平均n—s方程 网格单元尺寸最小的y方向 RTE 辐射输运方程 网格单元尺寸最小的在z方向移动 网格单元的特征长度 nabla象征,向量场的分歧 2 扫描隧道及OTES设计模型 本研究选择的隧道是一个典型的地铁隧道,看看图1 .这条隧道的大小是200米8米。我们的opposite-double四米的隧道通风辅助风帘疏散系统(选票)一边是模仿的隧道。包括se-ven选票的部分:1st静压箱室时,2nd静压箱室1st飞机,2nd飞机,3rd喷气式飞机,飞机和4th导管,见图2。1st存在的ple-num室的左上角的隧道,1st空气射流与2nd喷气机。2nd室的全体连接到3rd喷气机,4th飞机和隐藏如下在隧道的地板上。这四个opposite-double空气射流形成的窗帘通风。喷气式飞机的大小和4th 1st喷气比那个大2nd和3rd的飞机,见图2。1st风管中连接和2nd静压箱室在低点周围的空气。
当OTES运作,送风最初指导到1st箱室和2nd导管。然后空气在这次全会的腔体的均匀分布均衡。在全会室的影响,送风速度的从四喷气机可以控制进口地区的飞机。Fi-nally,空气将被送入隧道并且创造出了撤离让地铁乘客通道撤离。 这些补充进来的空气速度和4th 1st射流是比它还小2nd和3rd的喷气机。这是由于供应2nd的空气和3rd射流是为了防止烟雾进入创造的疏散通道。这些补充进来的空气从2nd和3rd喷气机需要更多的动力动量携带抵消烟本身。
速度的烟是随机和的脉动,所以2nd3rd射流,无法防止烟从的整体进入-ing到创造了疏散通道。这些补充进来的空气从1st和4th射流的是必要的,以帮助2nd和3rd射流的按这个侵蚀查出创造的疏散pas -sageway。 因为吸烟的数量。这个侵蚀小,送风速度和4th 1st喷气机将rela -tively小。 值从射流送风之—在以后的章节式的文章。
1st和4th射流的反对以及同时对称,送风速度的两种截然不同的飞机都是相等的。同样,是2nd和3rd喷气机。在这个设计中,这些补充进来的空气上面的飞机将影响的较低的喷气机。反对这这些补充进来的空气动力在垂直方向将成为什么样的人水平方向可以忽略不计,将得到加强。这最终的效果将活塞气流在水平方向这创造了一个疏散通道从新鲜送风
在本文中,纵向通风、自然ventila -操纵也比选票。那两个通风方法广泛应用于地铁隧道的防排烟系统吗(黄等问题,2010分;Ingason和李,2010)。 当模拟等- - - - - -病理通风、隧道入口入口和出口门户将是“开放的”。以这种方式产生的烟可自由移动从隧道穿过隧道入口和出口。——为什么门户塔尔。当模拟纵向通风、隧道入口入口将“速度进口”,而将出口门户“开放”。风速的“速度入口”选为2米/秒根据前人的研究(Klote,1998)。 3 方法
测试opposite-double风帘的性能ventila -协助疏散系统提出隧道(选票),数值计算方法大涡模拟的(莱斯)使用。当玛莉莱斯,turbu -借气流模型、边界条件、火源characteris -tics资本流动、燃烧模型和辐射传热很可爱重要的因素。他们的准确性直接影响数值结果。细节设置的因素也是dis -人在本节说明。
安全科学示意图 图1 几何形状的隧道
图2下摆裁成圆角的观点的opposite-double隧道通风辅助疏散风帘系统
气流湍流模型
在过去的20年里,雷诺平均n - s方程(物理)的方法,直接数值模拟(DNS)大涡模拟(莱斯)的方法已经被发展用来预测fire-induced运输(McGrattan烟和Forney,2006)。 苹果的主要优点是增加了水平它能给予的细节,而物理计算的便宜平均方法只提供的结果。因此,莱斯提供在明显更精确的结果,包括物理流动流动分离(张等问题,2002分;教皇,2004)。
DNS法需要的网格的决议必须一样好的viscously确定的规模。 使用DNS简单几何和低雷诺数、稀土、流量提供非常有价值的信息,为验证或改善紊流模型。然而,大量的DNS网格点所需的所有比例增加resolu-tion大约为你3。这创造了diffi-culty在处理高反应具有较强的浮力流动数字,这样的当火灾和烟气运动问题在现实条件。
通过本研究,采用苹果湍流模型。现在更广泛的应用和报道在某些情况下,有较好的predic -对其的运输(Maele fire-induced吸烟,谢谢,2008)。在莱斯,耗散参数(动态粘度、热电导率、物质扩散系数)进行建模在长度尺度明确解决小于计算网格。这说明了这些参数(动态粘度、导热率,扩散系数和材料)不能直接应用于最实用模拟。他们必须更换代孕表达式他们的影响模型近似形式的统治方程
替代的表达中使用动态粘度苹果介绍了Smagorinsky(1963),谁立在一段时间内原始方程的数值积分模型的研究simula-tion和大气动力学的一般cir-culation。根据他们的分析,为模型的粘度l是: 使用C语言年代是Smagorinsky不变。在Smagorinsky sub-grid模型、常数C年代——是一个太经常参数。它是流动进行了优化和依赖的一范围从到为各种各样的流场。张丁晓萍。(2002年)研究的影响sub-grid Smagorinsky模型吗系数。结果表明,对于强浮力羽流,很好协议的实验数据和仿真结果之间观察使用C年代值为。 根据这些验证re-sults,常数C值年代在本文中被选择作为。剩下的扩散参数的热导率和物质扩散系数与湍流粘度。
粘度大、l莱斯、服务两个角色。首先,它提供了一个stabi -lizing效应的数值算法,阻尼出数值当他们出现在不稳定的流场,特别是在涡流”为核心产生。其次,它有适当的数学形式描述了耗散动能。从流程
动荡的Prandtl号码、公关、湍流施密特号码,Sc,被认为是不断对一个给定的场景。两价值观的公关和Sc是指定的根据先前的研究(张等问题,2002)。
那两个无量纲的编号、公关和Sc,连同C年代是最重要的参数fire-in-duced交通仿真的烟,特别是在预测的烟气温度。基于指定的公关、Sc和C年代,烟雾验证了温度是两个方面:一是烟雾温度随水平距离;另一个是烟。温度随时间变化的情况,见图3 a和b。它可以ob-served在两个数字模拟结果吻合较好实验数据。这表明选择的价值的公关,Sc andC年代是合适的。
图3。参数的验证与实验数据:(一)烟气温度在水平方向;(b)烟气温度通过时间;(三)有限公司比在水平 方向。 边界条件
火来源,本文在形状与尺寸的立方1米1米。1米的输出热量来源的火被确定通过热释放速率(HRR)和尺寸火灾的源头。以前研究表明在强度会增加后HRR新鲜空气sup-ply(逃离,2005)。但自然通风系统,纵向通风系统和选票都需要送风保持平衡和便于疏排烟。然而,文学搜索很少研究工作是如何进行的以量化的增加在不同的HRR量的空气供应。在此基础上,HRR在这项研究中的所采用的恒值给出了MW,10 MW,15 MW,20 MW,25 MW,30 MW及35 MW。 val-ues HRR基础上的新型合作医疗领域的研究里,隧道火灾(纳尔逊和日志,2009分;卢武铉等问题,2009) 燃烧方式
一氧化碳(CO)的浓度水平是一个重要的关切,在防火安全方面的风险评估。混合组分的燃烧该仿真模型用于预测浓度le-vel公司。在该模型中,混合组分的两部分组成显式计算。第一个是没有完全燃烧的燃料的质量分数,第二种情况是质量分数(即燃烧燃料的质量燃烧产品(McGrattan源于燃料)Forney,2006)。 在该模型中,假定一个hydrocar-bon正在燃烧的燃料是不变的前提下,公司收益的烟尘。这燃料的质量分数的转化为有限公司,y公司,是成正比的烟尘产量分数,y年代,感动了相关研制而成Koylu和Faeth(1991)。 胡锦涛等问题fire-induced模拟烟传播了很长一段时间和CO的运输通道(胡等问题,2008)。在他们的研究和y年代为,预测结果吻合较好与实验数据。摘要y的价值年代也将和比较验证了该方法的正确性预测结果,见图3 c。 辐射传热
包括辐射传热模拟的溶解-提出的辐射传输方程(写)。以下的解利用有限体积法(有限体积法)。热对流的ac -为解决计算的基本守恒方程。收益损益与传导和辐射热量代表出席在不同的热通量矢量在能量方程(普朗克研究所,1914)。 4 结果和讨论 疏散通道设计
安全的一个重要问题是真正隧道内火灾的情况下。对实现消防安全,选票必须高性能。因此,用于安全标准的性能进行评估选票必须严格。和系统设置的选票必须的被优化。
由于复杂的特点和阵阵隧道火灾,我们不知道多久会持续多久火要撤离。因此我们选择安全标准来评估选票是安全标准Occupa——我们劳动部门传统安全与健康机构(1996)。上限CO浓度的标准是50 PPM平均值八小时的时期。这是一个浓度时极限。有限公司考虑到人们不得不赶忙逃跑和必然有一个快而撤离呼吸速率,推迟吗公司集中的上限是选为。只有瞬时极限浓度被选为有限公司摘要50 PPM。
一氧化碳必然存在于创造了evac-uation通道。由于隧道长200米,整个创造了疏散通道有一个非常大的体积。和烟雾的隧道或在创建的疏散通道不均匀的分布。当地的高浓度CO也会是很不利的,人们的生活。因此,是毫无意义的cal-culate公司volume-weighted浓度的意思。 这是,因为值不能反映了当地CO浓度。在本文拟最大烟浓度公司在整个创造有效疏散通道(McGrattan和
Forney,2006)。 在该方法中,如果计算CO浓度符合安全标准,我们提到的以上,那么公司整个创造浓度撤离通道是否符合要求。
为了优化系统设置的选票,veloc -ty比例的送风从喷射和最小速度送风的大小进行了研究区域 ~ 。应该指出,原油疏散分析也很在火灾案件重要。
Vanem(2006)提出了一个基于风险绩效评估方法(Vanem疏散Skjong,2006)。 它可以用来验证性能的选票和帮助,使经济效益的考虑。然而,方法是基于流体力学统计而不是使用本研究。分析了粗疏散不是在这里。它仍然需要进一步的研究。
5 比较级的最小速度送风和热释放率
这些补充进来的空气的四个喷气机的选票有不同的func -当我们上面提到的措施。这些补充进来的空气从2nd喷气式飞机3rd旨在防止烟雾进入撤离通道,而供给的空气和4th射流1st是nec-essary只有帮助2nd和3rd战机,推动侵蚀抽烟从创造的疏散通道。这1st和4th(也2nd和3rd)射流对称反对以及定位,和送风速度的两种截然不同的飞机是平等的。在这个条件,如果我们可以获得最优速度比的供应空气和2nd 1st之间(也4th和3rd)飞机,我们可以deter-mine传动比之间的喷气机
获得最优的速度比1st和2nd之间(也4th和3rd)飞机,九种不同速度比1st之间和2nd(也4th和3rd)射流的审判。这个比率从至,见图4。 在这些试验中九个中的比例、供应空气流速的1st(4th)飞机仍在值为米/秒。
它可以清晰地看到图4的提高送风速度比的1st和2nd之间(也4th和3rd)飞机,公司在创建的疏散pas浓度-sageway明显下降。 这也暗示,与提高送风速度从2nd(3rd)飞机,公司浓度明显下降,当送风的1st(4th)射流保持不变。符合标准的,ra -公司生产的一氧化钛只需要至少。基于这些发现,供应空气流速的2nd(3rd)射流是选为两倍有多比1st(4th)喷射优化。 最低流速的大小送风
速度的大小不能增加供给的空气indef -initely。 大速度级意味着高成本implemen -信誉的困难。速度级只需要大CO浓度足以保证在创建的撤离通道满足安全标准。我们称之为速度马尼-tude需要满足这个要求:最小速度这些补充进来的空气。在这里,基于最优传动比,分钟-imum速度(4th)1st喷气给不同的火源从HRRs MW到35 MW,建立了seeFig。 5。在不同HRRs,最小的速度信息1st(4th)被选出来的产量CO浓度小于10分之多。从中可以发现分钟-imum速度的增加1st(4th)射流线性HRR -绉了。值得关注的是,1st最小速度(4th)射流是米/秒,当HRR是最大(35 MW)。所1st送风速度(4th)射流是选为米/秒研究。我们还可以设置送风速度的2nd(3rd)飞机是米/秒。 图6 巷道通风系统与OTES的CO浓度比较 4．2 火灾热释放的影响率
这是HRR速率产生火加热。这里HRRs 5兆瓦的10 MW,15 MW,20 MW,25 MW,30 MW35 MW是用来比较自然通风、纵向ven-tilation,选票通风系统性能控制吸烟。独特的选票从其他方法的通风因为它缔造一个疏散通道。值得注意的是以前,CO浓度是本文最大的烟公司在整个创造concen-tration疏散通道。自然通风和纵向通风evac-uation通道没有这样的创造,但我们公司浓度计算为便于比较同一位置。与自然ven-tilation比较和纵向通风、CO浓度与选票显着较
低,seeFig。6。最大的公司在创建concentra-tion疏散通道低于20分之多通过整个燃烧过程。HRR给予受测者相同CO浓度与%的选票仅为或,%的ventila-tion纵向通风。 一个明显清晰疏散通道是由选票,见图7。一个更大的公司在垂直方向浓度梯度可以看出选票比和纵向通风、自然通风。这表明的下部有一个非常低的。隧道CO浓度与OTES,可以提高evacua -提出的条件。
图7 .CO浓度在不同外形隧道通风系统(top)选票;纵向通风(中);(底部)自然通风
一项纵向通风系统有很多优点。它re-quires空间小了通风管道系统和更少的初始资本成本。也很容易安装在隧道(乔乔周星驰,2003)。然而,它有一个管理问题烟下游的隧道(·霍尔瓦特等问题,2003)。一个基本的纵向通风的特点是它创造了一套制服纵向流空气沿着隧道。洁净的空气进入隧道从一个门户,流量虽然起火点,并采取抽烟。因此,隧道空间下游的火完全是污染来源抽烟。人们只能疏散从隧道的一端,而另一端的隧道充满了烟。这种状况不利于乘客撤离。它也可以看到图7 b,尽管上游结束的隧道是干净的,tun-nel的下游端口是烟熏的巷道自然通风。然而,疏散通道由选票是沿着长度整个隧道,见图7。人们可以从疏散通道隧道的两端,因此增加的可能性com-plete撤离 图8。CO浓度的比较疏散通道用火焚烧源的位置。 图10。CO浓度比较疏散通道不同的火灾检测时间。 图9。CO浓度轮廓的疏散通道在火灾案件 起火点位置的影响
起火点位置的影响是非常重要的测试系统性能的选票。对不同火源有地点,烟分布格局在隧道里完全不同。下边的两个案例考虑;起火点位于cre -并疏散通道的选票,火源位于隧道外创造的疏散通道。为第一种情况,一个18米长
smoke-generating炮击区模型坐落在创建的疏散通道,见图10 - 8。不能通过区域的竞技,但这并不妨碍撤离。这是因为,虽然面积降低隧道分成两部分,两边的人可以进入最亲密的疏散passage-way,跟随它到各自的隧道出口。对第二种情况下,当火源位于隧道以外的创造疏散通道,CO浓度差异很小看到不同火源,见图9。这表明公司浓度在创建的疏散通道不是sensi-tive火灾源的位置。它也显示了选票的设计有能力允许从隧道的人们撤离不同的火灾源的位置。 探测火灾的影响
时间是火灾探测火灾点火检测(楚和阳光,2008)。这是一个关键参数,因为它直接阻止-矿井通风系统运行时开始。当消防检测时间太长,那么的烟雾也流入cre -疏散通道、并呆在那里。在这种情况下,它是必要的,以测试是否选票可以驱动烟创造及时疏散通道提供一个evacua -提出的路线。
七个可能火警探测时间从30年代到210年代在这里用来检查选票的性能在不同的火检测时间。选票将开始的操作立即当火,是侦破。当CO浓度在下面50 PPM,然后创建的疏散通道是清楚的。时间需要清楚创造的烟疏散通道记录,见图10。发现所需的时间的增加与增加的火灾探测,但最长的要求在年时间来清除空气通道小于20岁左右。 5 结论
一个opposite-double隧道通风辅助源风帘-基础系统(选票)作了介绍。这是模拟和它的表演能力去创造一个安全evacua -损耗是免费的烟通道通过隧道。这体系进行优化,送风速度的1st(4th)喷射系数为米/秒,而2nd(3rd)喷射系数为米/秒。根据这些设置,CO浓度的创造疏散通道小于甚至给出一个最大值HRR 35 MW。 这个效应的热释放速率、火灾源失水-小轿车,火焰检测时间也进行了讨论。
同时还发现,相比自然通风和纵向通风、CO浓度与选票是signif -icantly低。 获得相同的HRR、CO浓度%的选票仅为或 ~ %,自然通风纵向通风。一个明显清晰的疏散通道是由选票。一个更大的CO的浓度梯度垂直方向与选票可以看到比跟
纵通风、自然通风。提出的下半部分有一个非常低的隧道CO浓度与选票,乘客疏散利益从地铁隧道。
纵向通风系统有问题烟管理的烟气在下游快要熬出头了。尽管上游端口的隧道是清楚的烟下游的隧道是结束的巷道烟。——nat乌拉尔通风。疏散通道由选票在整个隧道的长度。人们可以撤离吞-撤销对隧道两端,因此提价的可能性完全撤离。
起火点位置的影响试验,以确保该系统选票的性能。这是找到了CO浓度cre -疏散通道不敏感材料的来源——火失水信息。它也显示了选票有能力允许的从隧道的人们撤离和不同的火灾的源头地点。
七个可能火警探测时间从30年代到210年代在这里用来检查选票的性能在不同的火检测时间。所需要的时间,创造清晰撤离通道的烟被记录下来。研究发现,所需要的时间随着增加了火灾探测的时间,然而离子-需要时间来清除度假区内的空气通道是以内20多岁。 鸣谢
该项目研究的主要内容是由自然科学况-中国的小轿车(Nos。、与陕西箴言-因斯的\" 13115 \"科技创新的重点项目“学习放在火上、乘员evacua交通诱导吸烟-小轿车和工程实践的巨大的运输终端地铁站”(编号。2009 ZDKG-47)。 参考文献
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