毕业设计：高速公路隧道毕业设计(终稿)-精品

设 计 摘 要

摘要：鹤山隧道为高速公路隧道，为绕城高速的重点工程。在本设计中洞门采用了削竹式洞门，以达到美观的要求。衬砌方面主要为复合式衬砌，洞口段采用明洞开挖，并进行超前支护及整体衬砌。隧道通风采用射流式纵向通风，并配置10组20台直径1120的风机，照明采用钠光灯照明。施工方面，采用全断面一次光面爆破，并进行科学施工管理。

关键词：复合式衬砌、通风、照明、全断面爆破

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Abstract

He shan tunnel as the expressway one. Which is the key project of expressway coiling the city. The design of cave passage adopts whittles the bamboostyle hole door, style in order to look pretty good. As to lining cutting, composite style is my choice lightly excavate is my way for the beginning of cave passage as well as entire lining cutting. Entilation in the tunnel is adopted in the efflux style machine direction way. In addition, 10 seriess of 20 air-blowers which dimeter are 1120mm. Natrium lighting is for lighting. When building it, it will be exploded all-around way and somooth surface will be left after exploding. In the course of practising the scitntific management will be a necessary step. Key words : Composite style lining cutting 、Ventilation、Lighting、Exploding in all-around way.

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目 录

摘要…………………………………………………………………… 1 1 概况 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2

1.1工程概况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2 1.2隧道设计依据„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2 1.3设计标准„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2 1.4地形地貌、地质、地震情况„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2 1.5水文、气象„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 1.6交通情况„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 1.7水„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 1.8供电„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 1.9通信„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 1.10技术标准 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4

2 总体设计 ………………………………………………………… 5

2.1隧道位置选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 2.2隧道线形设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 2.3隧道横断面设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 5 2.4洞口设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 2.5建筑材料„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8

3 衬砌设计 ………………………………………………………… 10

3.1衬砌类型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3.2衬砌基本尺寸拟定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10

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3.3衬砌内力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3.4衬砌设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 19

4 隧道运营设施及其设计 ………………………………………… 30

4.1通风设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 30 4.2照明设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 42 4.3紧急停车带„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 46 4.4人行、车行连通通道„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 47 4.5消防„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 48

5 隧道施工组织 …………………………………………………… 51

5.1场地布置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 51 5.2施工方案比较„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 51 5.3施工方案选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 52 5.4隧道施工前的准备工作„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 52

6 隧道施工测量与监控测量 ……………………………………… 54

6.1隧道施工测量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 54 6.2施工监控量测„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 56

7 隧道开挖施工 …………………………………………………… 62

7.1洞门„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 62 7.2明洞施工方案 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 62 7.3爆破设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 63 7.4道路施工的除渣运输„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 71

8 隧道衬砌施工 …………………………………………………… 72

8.1隧道衬砌一般规定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 72

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8.2衬砌类型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 72 8.3超前支护„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 73 8.4初期支护„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 74 8.5仰拱及二次衬砌„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 80

9 隧道施工防排水 ………………………………………………… 83

9.1洞内施工排水„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 83 9.2结构防排水„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 83 9.3防排水施工„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 84 9.4变截面地段防水处理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 86 9.5富水地段防水处理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 87

10 隧道施工期间的通风…………………………………………… 88 11 洞内路面及其它附属…………………………………………… 91

11.1路面基层施工 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 91 11.2附属工程 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 91

12 设备、人员、材料、工期计划………………………………… 93 13 安全、保障措施………………………………………………… 97

13.1安全保证措施 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 97 13.2质量保证措施 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 98

14 环境保护措施……………………………………………………100 15 致谢………………………………………………………………102

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第一章 概况

1.1 工程概况 1.2 设计依据

本设计依据JTGD70－2004《公路隧道设计规范》，JTJ001－88《公路工程技术规范》，GBJ86－85《锚喷混凝土支护技术规范》，《公路隧道通风照明设计规范》等进行设计计算。 1.3 设计标准

全线按《公路工程技术标准》（JTGB01－2003）中规定段双向六车道高速公路标准建设，按设计车速100km/h。 1.4地形地貌、地质、地震情况

地质、地貌、地震情况见隧道设计资料。 1.5 交通情况

本段所在区域公路交通网很发达，现有交通均可用于筑路材料等运输，但部分道路建设标准较低，作为施工运输道路尚须与有关部门协商。 1.6 水

沿线山溪、小型水库、池塘等分布较多，可就近取水。大潮及旱季砼工程施工用水需检验合格方可使用。附近基本有自来水设备，可供应生活用水。 1.7 电

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沿线村庄密集，电力线、网分布齐全，施工时与有关部门协商后可就近利用。同时配备大型发电设备，以满足电力短缺时施工需要。 1.8 通讯

沿线村庄可引接通信线路。 1.9 技术标准

起讫桩号：左洞：ZK116+15+ZK116+505

右洞：ZK116+45+ZK116+535；

隧道全长：490m; 净高：5.0m； 净宽：14.25m； 洞门形式：削竹式洞门；

纵坡类型：单向坡 坡率：2.2%；无超高； 设计车速：100km/h； 设计交通量：5000辆/h。

2 总体设计

2.1 隧道选址：

鹤山隧道位置的选择满足《公路隧道设计规范》的要求。本隧道按分类属于短隧道，通常在确定线路时，要在多个路线方案中，根据地形图和各种资料进行技术、经济的比较之后，最后确定一条路线，线形对隧道很重要，一般隧道的平面线形以采用直线或大半径曲线为好。隧道位置选择在稳定的地层中，尽量避免穿越工程地质和水文地质极为复杂以及严重不良地段，当必须通过时，要有切实

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可靠的工程措施。在本隧道中，考虑到洞口出地形有些复杂，但隧道为短隧道，当设置平曲线时，隧道会车视距与停车视距很难满足要求，综合考虑，隧道采用直线形。

2.2 隧道纵断面设计：

隧道内的纵坡形式，根据《公路隧道设计规范》，可设置单面坡和人字坡两种。隧道内纵面线应考虑行车安全性，营运通风规模、施工作业效率和排水要求。隧道纵坡不应小于0。3%，一般情况下不应大于3%，当受地形等条件限制时，高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大，但不宜大于4%。当采用较大纵坡时，必须对行车安全性、通风设备和营运费用、施工效率的影响等做充分的技术、经济综合论证。

综合以上所述，本隧道属于短隧道，所以选择单向坡对运行通风、排水有利。但在施工中，由于水量较不均匀，在施工中充分考虑设计要求，以求达到更好的施工效率，设计隧道纵坡为2.2%。

2.3 隧道横断面设计 2.3.1 建筑限界

（1）隧道横断面设计主要是对隧道净空的设计。隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。隧道净空是根据“建筑限界”确定的。“限界”是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内的空间是保证车辆安全运行所必需的。是建筑物不得侵入的一种限界。

（2）公路隧道建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度及车道、人行道的净高。鹤山隧道建筑限界如图[2-1]所示。

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图2-1 公路隧道建筑限界（单位：mm）

图[2-1] 公路隧道建筑限界

图中：H——建筑限界高度，根据规范规定，高速公路、一般公路中取5.0m;

W——行车道宽度，取3×3.75m；

LL——左侧向宽度，0.50m; LR——右侧向宽度，1.0m; J——检修道宽度，0.75m; h——检修道高度，0.25m;

EL——建筑限界左顶角宽度，0.50m; ER——建筑限界右顶角宽度，1.0m; i——隧道路面横坡，为单面坡，且为2%.

（3）公路隧道横断面设计，除满足隧道建筑限界的要求外，还应考虑洞内路面排水检修、通风照明、消防、内装监控等设施的所需空间，还要考虑仰坡曲率的影响，并根据施工方法确定出安全经济合理的断面形式和尺寸。鹤山隧道断面布置可见大图：图I

隧道为短隧道，故不设紧急停车带。 2.4 洞口、洞门

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2.4.1 洞口

根据地形条件，结合防排水要求，以“早进洞，晚出洞”为原则确定洞口位置，由于三车道隧道跨度大，净空高，一般情况下成洞面处边坡及仰坡高度接近20m，为了保证边仰坡的稳定，尽量恢复洞口自然景观，洞口段均设一段明洞。 2.4.2 洞门

（1）机场段洞口地形较缓，地质条件差，经综合分析采用削竹式洞门，边仰坡1：1.5，用正六边形制混凝土空心块铺设，空心植草，明洞段边、仰坡采用土锚喷混凝土防护。洞门形式见图[2-3]

洞门

图[2-3] 削竹式洞门

（2）鹤山隧道采用明洞出洞，洞门上部无回填土石，荷载较小，且对洞门下部地基进行了土石置换，灰土回填夯实处理加固，地基承载力较好，故明洞洞门按照构造要求设计，不需进行洞门计算及验算。 2.5 建筑材料

根据《公路隧道设计规范》，所选取的建筑材料如下：

（1）明洞衬砌，钢筋混凝土二次衬砌及洞内沟管采用C25混凝土，素混凝土二次衬砌采用C20混凝土，初期支护采用C20喷射混凝土，仰拱回填采用C10

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混凝土。

（1）直径d<12mm的钢筋采用I级钢，直径d≥12mm的钢筋及锚杆采用II级钢；钢拱架采用20b号及18b号工字钢；注浆钢管及长管棚采用热轧无缝钢管。

（3）在III～IV类围岩地段采用ZW-II型药卷作为锚固剂，超前锚杆采用早强沙浆作为锚固剂。

（4）防水层选用≥400g/m2无纺布与1.2mm厚改性LDPE防水板复合而成。

3 隧道衬砌设计及计算

3.1 衬砌类型

鹤山隧道衬砌类型采用复合式衬砌。复合式衬砌是指外层锚喷作初期支护，内层用模筑混凝土作二次衬砌的永久结构，两层间可根据需要设置防水层。复合式衬砌可用于各种围岩。 3.2 衬砌基本尺寸拟定

隧道衬砌内轮廓的形状及尺寸的确定，应根据隧道建筑限界、结构受力条件、施工、营运等方面的要求全面考虑，力求经济合理。 3．3衬砌内力计算 3.3.1暗洞衬砌

鹤山隧道的围岩类别有II类、III类、IV类。根据《隧规》规定：隧道复合式衬砌可采用荷载结构法计算。Ⅰ至V类围岩中，复合式衬砌的初期支护主要按工程类比法设计，其中IV、V类围岩的支护参数通过计算确定，计算方法为地层结构法。I、II、III类围岩中的二次衬砌为安全储备，按构造要求设计； IV、V类围岩的二次衬砌为承载结构，可采用地层结构法计算内力和变形。

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1 荷载计算 （1）IV类围岩 A、判断隧道埋深类型

依据《公路隧道设计规范》规定浅埋和深埋隧道的分类，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定。

浅埋和深埋隧道的分类按式[3-1]判定，

Hp(2~2.5)hq 式[3-1] 式中：Hp——浅埋隧道分界深度，m；

hq——荷载等效高度，按式[3-2]计算：

hqq 式[3-2]

其中：——围岩重度， kNm3；

q——深埋隧道的垂直均布压力， kNm2，按式[3-3]计算：

q=h 式[3-3]

h——塌落拱高度，m，按式[3-4]计算；

h=0.452s-1 式[3-4]

s——围岩类别；

——宽度影响系数，1i(B5)； B——隧道宽度，m；

i——B每增减1m时的围岩压力增减率，B>5 m时，取i=0.1. 则 hp0.4524110.1(14.255)=6.93

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在矿山法施工条件下，IV类围岩取Hp2.5hq，即Hp2.5hq=17.325m 根据鹤山隧道工程地质横断面图，按式[3-5]、式[3-6]判断Ⅳ类围岩区的隧道最大埋深高度hMAX和最小埋深高度hMIN，

hMAX=h地面高程-h设计高程-h隧道净空高 式[3-5] hMIN=h地面高程-h设计高程-h隧道净空高 式[3-6]

然后，选取两者的平均值h来加以判断， 即hhMINhMAX(28.6724.608.45)(59.2024.6388.45)== 10.866m 22则有：h〈hHp，该隧道在Ⅳ类围岩分布区段内为浅埋。 q〈B、围岩压力计算

依照《公路隧道设计规范》推荐的浅埋隧道荷载计算方法，隧道围岩压力采用式[3-7]进行计算，

q浅Q浅HH(1tan) 式[3-7] BtBt式中：——隧道上覆围岩重度，23 kNm3；

H——隧道埋深，坑顶至地面的距离，m；

Bt——坑道宽度，m；

——滑动面的摩擦角，度，Ⅳ类围岩中(0.7~0.9)C； Q浅——作用在隧道顶部的总垂直压力；

q浅——作用在支护结构上的均布荷载，MPa； ——侧压力系数,由式[3-8]计算；

tantanC 式[3-8]

tan1tan(tanCtan)tanCtan第 - 13 - 页 共 46 页

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其中tan按式[3-9]计算，

（tan2C+1）tanCtantanC 式[3-9]

tanCtan其中：——破裂面与水平面的夹角，度；

C——围岩计算摩擦角，度，查表得C60；

作用在支护结构两侧的水平侧压力分别按式[3-10]、式[3-11]计算，

e1H 式[3-10] e2h 式[3-11]

侧压力视为均布压力时按式[3-12]计算，

e11(e1e2)(Hh) 式[3-12] 22其中23 kNm3,H=2.436 m, Bt=15.85m, C60,0.8C48。 （2）II类围岩、III类围岩

鹤山隧道II、III类围岩根据规范规定，按构造要求设计。 2 内力计算 （1）IV类围岩 A、建立近似结构模型

依据设计院的初步设计并结合隧道建筑结构形式的安全性验算结果以及建筑界限的要求，将Ⅳ类围岩分布区内隧道结构内力计算模型设置为曲墙式拱。

B、曲墙式衬砌内力计算

在曲墙式衬砌内力计算中，考虑围岩弹性抗力影响，采用抗力分布规律理论来进行暗洞衬砌内力计算，并采用下述假定，计算图如图[3-1]。

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φa

图 [3-1] 暗洞衬砌内力计算图

抗力区的上零点在拱顶两侧45°附近的a点（a45），下零点在拱脚c点，最大抗力值发生在h点，h点的位置约在抗力区的

22高度处，即hcac，或者33在最大跨度附近。ah段抗力图形按二次抛物线分布，可利用式[3-13]进行计算,

cos3acos2 式[3-13] b22cosacosbhc段的抗力图形考虑边墙刚度较大，且外缘一般为直线形，本身弹性变形较小，

故假定其与高度成直线比例关系。

曲墙式衬砌作为墙脚弹性固定于围岩上，两侧受围岩约束的无铰尖拱来计算，其结构如图 [3-2]所示。由于墙底摩擦力较大，可略去水平位移影响，故墙底只考虑转角。

图 [3-2]墙底转角计算图

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边墙底部的转角c可按式[3-14]确定，

c1(x1fx2Mcp) 式[3-14] 式中： 1可列出下列方程组[3.15]，

12。 3k0dcx111x2121pc0 x121x2222pfc0

x1h1x2h2hphcy1ds EIhK 方程组[3-15]

方程中， h1h21p1T1yy1ds EIMMTdsds EIEI 2p2T2 hphThMyMTydsds EIEIMyMTy1ds1ds EIEI其中：y1——任意截面中心至抗力最大截面的垂距。

将c1(x1fx2Mcp)中的c代入方程组，可得求解冗力x1，x2和h的方程组[3-16]：

x1(111)x2(12f1)1p1Mcp0 x1(21f1)x2(22f21)2pf1Mcp0

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x1(h1f1)x2(h2f21)hpf1Mcp其中，K——校正系数，一般取0.5～0.8。

hK方程组[3-16]

求得x1，x2和h值后，衬砌任意截面的内力可按式[3-17]、式[3-18]计算，

Mx1x2yMp 式[3-17] Nx2cosNp 式[3-18]

计算截面结果可用式[3-19]、式[3-20]、式[3-21]校核，  Mdsc0 式[3-19] ELMydsfc0 式[3-20] EIhMy1dsh0 式[3-21] cEIK其中，c——边墙基底的转角，cMc1。

在冗力和荷载作用下，基本结构的内力和变形与原结构完全相同，可利用产生的弯矩图来求变形，计算简图如图[3-3]， e q x2 x1 φM φi x2 i x1 l Mi φi i 图 [3-3]荷载计算图 第 - 17 - 页 共 46 页

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任意截面i的径向位移ri可由式[3-22]求得， riMMidscaci 式[3-22] EI式中，M——在全部荷载、弹性抗力及冗力共同作用下，基本结构产生的弯矩，

即结构计算结构的弯矩；

Mi——单位径向作用于i点在基本结构产生的弯矩。

按上式求算径向位移ri时，通常根据经验预先假定弹性抗力分布规律；当抗力分布无法假定时，可用不记抗力的M代替Mi求得在全部荷载及冗力作用下的ri，乘以K值，作为抗力的第一次近似值，再利用式[3-24]计算ri，逐次接近。

根据鹤山隧道的具体情况结合上述理论进行计算。 由式[3-13]可得，

cos3acos2 bcos2acos2b其中，bhsinbhsin800.98h 又he1e210.71847.80929.26MPa 22cos345cos20.35cos2所以0.98h 0.98h2220.5cos0.98cos45cos0.98hh则计算得到曲墙拱的最大抗力及其分部关系为，

0.35cos2 0.98h20.5cos0.98h63.57cos222.25

边墙低部的转角c可按式[3-14]确定，

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c1(x1fx2Mcp)6.4(x15.86x2108.22)6.4x137.51x2230.85

其中，112126.4 k0dc340325313然后，用方程组[3-15]求解冗力x1，x2和h，

x1(111)x2(12f1)1p1Mcp0

x1(21f1)x2(22f21)2pf1Mcp0

x1(h1f1)x2(h2f21)hpf1McphK

其中，f为上拱计算高度，取为5.86m，

h125.68y13dsds0.632

1EI331.0626h225.68yy13dsds0.632yds0.32y2

1EI331.0626y222.715.86MM3Tdsdsds15.2

1EIEI331.0626MyMTydsds7.6y2 EIEI1p1T12p2T2hphTh222.71(5.86)2My1MTy13dsdsds0.559

1EIEI331.0626第 - 19 - 页 共 46 页

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并且令xy的假设值均为1，所以可得，

x1(16.4)x2(15.866.4)15.26.436.070

x1(15.866.4)x2(15.8626.4)7.6y25.866.436.070

x1(15.866.4)x2(15.8626.4)7.6y25.866.436.0722.71 0.7（2）II类围岩、III类围岩

II类围岩、III类围岩的内力计算均可按上述方法得到。 II类围岩、III类围岩可按构造要求设计。 3．4衬砌设计

鹤山隧道的衬砌设计采用工程类比设计、理论计算以及现场监控量测三种途径相结合的办法进行具体操作。在工程类比法中介绍比较相似隧道的衬砌类型和方案；而理论计算则包括预支护设计、初期支护设计和二次衬砌设计三大部分内容。

3.4.1预支护设计

预支护指预先设于隧道轮廓线以外一定范围内的支护或与开挖面后方的支护的共同组成的支护系统，是有效的辅助施工措施。可以在隧道开挖后至洞顶支护结构产生支护作用前的时段内，支承临空的岩体，从而维持开挖面的围岩稳定。

鹤山隧道预支护选用超前锚杆，小导管注浆及管棚，详见表[3-1]， 1 超前锚杆设计

超前锚杆又称斜锚杆，是沿隧道纵向在拱上轮廓线外一定范围内向前上方斜插角，或者沿隧道横向在拱脚附近以下方倾斜一定外插角的密排沙浆锚杆。前者为拱部超前锚杆，后者称为边墙超前锚杆。拱部超前锚杆用支托拱上部临空面的围岩，起插板作用。边墙超前锚杆在我们采用的先拱后墙法开挖边墙的过程中，

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将起拱线附近岩体所承受的较大拱部荷载传递至深部围岩，从而提高了施工中的围岩稳定性。

表 [3-1]预支护类型

类型 适用条件 技术要求 III～Ⅳ级围岩，开挖临空面后沿拱上部的纵向或沿拱脚附近超前锚杆 的数小时内可能剥落或局部坍的横向设砂浆锚杆 塌的岩块 沿拱上部的纵向或沿拱脚附近小导管注浆 Ⅳ级围岩自稳能力很低 的横向设φ42～50mm，长3～5m花管，管内注浆 沿隧道外缘设φ≥80mm，长L≥管棚 Ⅳ级及以上围岩，无自稳能力 10m的花管，管内注浆，管外端支于钢架上 超前锚杆设计锚杆参数按经验选取

（1）锚杆直径：III级围岩为18～22mm，Ⅳ级围岩为20～24mm。 （2）锚杆长度：一般为3～5m，与钻孔机具的钻眼能力和开挖工序循环进尺相配合，拱部超前锚杆纵向两排之间应重叠1m以上的水平搭接段。

（3）锚杆间距：III级围岩为40～60cm，Ⅳ级围岩为30～50mm。 （4）锚杆外插角：拱部III级围岩为5°～30°，IV级围岩拱部为10°～20°；边墙为10°～30°。填充砂浆标号≥200号，并选用早强砂浆。 2 小导管注浆设计

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小导管是沿隧道纵向在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜一定角度，或者沿隧道横向在拱脚附近向下方倾斜一定角度的密排注浆花管。注浆花管的外露端通常支于开挖面后方的格栅钢架上，共同组成预支护系统。

注浆小导管既能加固洞壁一定范围内的围岩，又能支托围岩其支护刚度和预支护效果均大于超前锚杆。对于我们隧道施工中可能碰到的砂土层、砂卵（砾）石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋段等地段很有帮助。

小导管注浆设计锚杆参数按经验选取，

（1）小导管直径：小导管用φ42～50mm热轧无缝钢管加工制成，长度3～5m。 （2）小导管构造：小导管前部应钻注浆孔。孔径为6～8mm，孔间距10～20cm，并呈梅花形布置。前端加固成锥形，尾部长度不小于30cm，作为不钻注浆孔的预留止浆段。

小导管注浆参数按以下选取：压注浆泥砂浆水灰比w/c0.5～1.0。当围岩破碎，岩体止浆效果不好时，同样可以采用水泥—水玻璃双液注浆。注浆压力控制在0.5～1.0MPa，必要时在孔口设止浆塞；小导管环向设置间距一般为20～50cm，外插角10°～30°。两组小导管间纵向水平搭接长度不小于100cm。 3 管棚设计

管棚是将钢花管安插在已钻好的孔中，沿隧道开挖轮廓线外排列形成的钢管棚，管内注浆，必要时还可加钢筋笼，并与强有力的型钢钢架组合成预支护系统以支承和加固自稳能力极低的围岩，对防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌等有显著的效果。

导管参数按经验选取：导管为热轧无缝钢管，外径80～180mm，长度为10～45m，分段安装，分段长度为4～6m，两段之间用“V”型对焊或丝扣连接；导管上须钻注浆孔，孔径为10～16mm，孔间距为15～20cm，呈梅花型布置。导管的尾部留有不钻孔的止浆段；导管中可以增设钢筋笼，以提高导管的抗弯能力。与管棚配合使用的钢架，可采用钢轨、H型钢及钢管的加工而成。

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3.4.2 初期支护设计

初期支护指锚杆喷射混凝土支护，在杨家川隧道中采用了钢筋网和钢架配合支护。

1 喷射混凝土支护设计

（1）喷射混凝土支护设计厚度的计算

对于喷层的抗局部冲切破坏或粘结破坏的计算如下，A.按冲切破坏计算喷层厚度d1，可按式[3-23]计算， dGK1uR L式中，G——不稳定岩块重力，kg；

RL——喷射混凝土设计抗拉强度，MPa；

u——不稳定岩块露出面周边长度，cm；

K——安全系数，取2.5。

根据鹤山隧道的具体情况计算， IV类围岩分布区：

d1GK2724302.5uRL45601014.93cm 其中，G=272.43MPa，RL=10MPa，u=4.56m，K=2.5。 III类围岩分布区、II类围岩分布区的情况按构造设计。B.按粘结破坏计算喷层厚度d2，可按式[3-24]计算。 dGK2uR n式中，Rn——喷层与岩面间的粘结强度，MPa； 其他符号意义同前。

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式[3-23] 式[3-24]

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同样根据鹤山隧道隧道的具体情况计算， IV级围岩分布区：d2GK2724302.54.98cm 456030uRn其中，G=272.43MPa，Rn=30MPa，u=4.56m，K=2.5。 III级围岩分布区的情况按构造设计。

所以得出结论：喷射混凝土与岩石的粘结强度，与岩体强度、岩面粗糙及洁净程度等有关，一般情况是RL＞Rn，在硬岩中，粘结强度能满足要求，当喷层厚度＜100mm时，多为冲切破坏；当喷层厚度≥100mm时，粘结强度较低时，喷层可能为粘结破坏。

（2）钢筋网喷射混凝土支护设计

鹤山隧道施工的特殊地段，必须考虑架设钢筋网来辅助支护。钢筋网可提高喷射混凝土的抗剪和粘结强度，有利于抵抗岩石塌落和承受冲击荷载，能提高喷层的整体性，使其应力分布均匀，从而减少混凝土的收缩和喷层裂缝。在变形大而自稳性差的软弱围岩的混凝土喷层中，应设置1～2层钢筋网。当隧道掘进遇到喷层与土砂层一起剥落时，此时可以安设防剥落钢筋的网眼较密的钢筋网效果会很好。

钢筋网喷射混凝土支护设计应符合下列要求：

A、钢筋网喷射混凝土的厚度不应小于100mm，且不能大于250mm；

B、钢筋网按构造要求设计，钢筋直径一般为4～12mm，我们具体施工时可以参考选用直径在6～10mm范围内的钢筋；

C、钢筋间距考虑布置在150～300mm范围之间； D、钢筋网保护层厚度不应小于20mm。 2 锚杆支护设计：

锚杆在衬砌中取到的作用有：悬吊作用、组合梁作用、加固作用。

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锚杆支护设计参数计算（锚杆局部加固计算） （1）锚杆加固拱部危岩计算，一般按悬吊原理确定锚杆参数，计算简图如图[3-4]， 裂隙面baab裂隙面W锚杆Wba-b-a 图 [3-4] 锚杆计算图 A、所需锚杆截面面积Ag按式[3-25]、式[3-26]计算（锚杆将重力为W的危岩锚固在稳定岩体上，危岩使锚杆产生拉力N和剪力Q， Ag AgKN 式[3-25] RgKQsin 式[3-26] rg式中， N——危岩使锚杆产生的拉力N， 按式[3-27]计算： NWsin() 式[3-27] sinQ——危岩使锚杆产生的剪力Q，按式[3-28]计算：

QWsin 式[3-28] sinRg——钢筋抗拉设计强度，MPa； rg——钢筋抗剪设计强度，MPa；

——锚杆与地质结构面的夹角，度；

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——锚杆与铅垂线的夹角，度；

K——安全系数，一般取为2.4。

并且可按式[3-29]直接计算钢筋直径d， d式中符号意义同前。

根据鹤山隧道的具体情况计算， IV级围岩分布区：Ag4KN 式[3-29] RgKN2.4205.542

1.45cm Rg340KQ2.452.772

sinsin200.24cm rg0.553404KNRg42.4176.661.26cm

3.14340AgdWsin()272.43sin(205)205.54kN 其中，Nsinsin20Wsin207.43sin552.77kN Qsinsin20，=20°，=5°，W=272.43kN，Rg=340MPa（按II级钢筋设计强度选用）

rg0.55Rg，K=2.4。

III级围岩分布区的情况按构造设计。 B、锚杆长度计算，按式[3-30]计算，

ll1hyl2 式[3-30] 式中，l1——锚杆固端长度，cm，具体按式[3-31]计算，

l1KdRg4rm 式[3-31]

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其中，rm——砂浆与钢筋的粘结力，MPa；

Rg——钢筋抗拉设计强度，MPa；

d——锚杆钢筋直径，cm； K——安全系数，一般取为2.0。

l2——锚杆外露长度，cm，考虑设置托板、钢筋网等要求，外露长度l2按

规定取为15cm，但此时不能超过喷射混凝土的厚度；

hy——锚杆加固围岩厚度，cm，一般用声波由现场测定。 具体计算l1、hy和l2的大小， IV级围岩分布区： 锚杆固端长度l1：l1KdRg4rm21.3534076.5cm

43其中，rm=3MPa（选用螺纹钢筋），Rg=340MPa（II级钢筋抗拉设计强度），

d=1.35cm，K=2.0。

锚杆加固围岩厚度hy：hy的取值一般由声波现场测定，我们按IV类围岩特性并参考选取以往经验值得到：hy120cm 锚杆外露长度l2：l210cm

所以IV级围岩分布区内的设计锚杆长度为：

ll1hyl276.5120152.115m

III级围岩分布区的情况按构造设计。

（2）锚杆对侧壁危岩的加固计算,计算简图如图[3-5]，

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l CBaabWb-abA 图[3-5]锚杆加固侧避危岩计算图 依据计算示意图，用锚杆加固侧壁岩块ABC，阻止其沿裂面AB下滑，即可验算抗滑稳定性。

沿裂面AB下滑力，按式[3-32]计算，

EWcos() 式[3-32] 抗滑力按式[3-33]计算，

EWsin()tanNcosNsintanAgrgsin 式[3-33]

当EE时，岩块ABC处于稳定状态。其中，N为锚杆拉力，按NAgRg计算。当考虑安全系数K后，锚杆所需面积按式[3-34]计算， AgW[Kcos()sin()tan] 式[3-34]

(Rgcosrg/sinRgsintan)式中，——裂面AB的内摩擦角，度；

其他符号意义与前面相同。 根据鹤山隧道具体情况计算， IV级围岩分布区：

沿裂面AB下滑力为：EWcos()208.82cos(305)189.19kN 抗滑力为：EWsin()tanNcosNsintan第 - 28 - 页 共 46 页

Agrgsin3567.54kN

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得到EE，则此时岩块ABC处于稳定状态。 当考虑安全系数K后，锚杆所需面积为：

AgW[Kcos()sin()tan]

(Rgcosrg/sinRgsintan)208.82[2.5cos(405)sin(305)tan45] (340cos5187/sin5340sin5tan45)0.24cm2

式中，=35°，其他同前。 3.4.3 二次衬砌设计

二次衬砌宜采用等厚薄形马蹄形断面，在圆、弧、直线间应圆顺连接。II类围岩的二次衬砌不受力或受力不大，根据施工和构造要求确定衬砌厚度，通常采用二次衬砌的最小厚度，一般为30cm。III级及以上围岩复合式衬砌按承载结构设计，为发挥围岩自承作用，允许围岩与支护衬砌有一定变形，故二次衬砌不宜太厚（不宜大于45cm），一般取为45cm。并且，仰拱衬砌的厚度为60cm。

为保证隧道衬砌、通信信号和供电线路等设施正常使用，隧道衬砌应根据要求采取防水措施。当有地下水时，初期支护和二次衬砌之间可设置塑料板防水层或采用喷涂防水层，也可采用防水混凝土衬砌；当地下水小时，仅在公布设置防水层。防水层一般采用全断面不封闭的无压式，也可用全断面封闭的有压式。防水层应在初期支护变形基本稳定后、二次衬砌灌注前施作。

最后，得出鹤山隧道衬砌设计参数，如表[3-2]所示，

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表[3-2] 衬砌设计参数

项目 表1-1-3隧道复合式衬砌支护参数 类 型 超前支护 间 距 长 度 喷射 混凝土 厚度 径 向 系 初 统 期 锚 支 杆 护 钢 筋 网 钢 筋 cm 15×15 75 75 15×15 15×15 无 布 置 钢拱架 榀间距 cm 二次衬砌 仰拱 25号 混凝土 cm cm 直 径 mm ф6 ф6 ф6 布 置 锚 杆 cm 100×80 100×100 120 120×长 度 cm 350 300 300 直 径 mm ф25 ф25 ф22 25号 cm 25 20 15 mm cm m ф50×5小导管 40 4.5 小导管 40 4 单位 V IV III 围岩级别 60 60 50 50 45 第 - 30 - 页 共 46 页

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第四章 隧道运营设施及其设计

4.1 通风设计 4.1.1 调查

1 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。

2 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。 4.1.2 通风方式

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[4-1]

LN2106 式[4-1]

式中：L——隧道长度（m）； N——设计交通量（辆/h）。

其中L、N为设计资料给定，取值为N=5000辆/h，L=490m 由上式，得

490×5000=2.45×106 >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

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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。 4.1.3 通风方式的选择

1 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。

2 选择机械通风方式考虑下列因素： （1）交通条件

（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

3 鹤山隧道为射流式纵向通风，其特征形式是由射流风机群升压，适风长度为2500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。通风系统略图见图[4-1]

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隧道内压隧道风速浓度分布

图 [4-1]装有射流式风机的纵向式通风 4.1.4 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》查表按中插值法的再加上50ppm。设计隧道长度为490m，查表知ppm30ppm。 3 烟雾设计浓度

鹤山隧道采用纳光灯光源，烟雾设计应按规范查表。设计车速为100km/h，k（m2）=0.0065m-1 。

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4.1.5 需风量

1 CO排放量应按式[4-2]计算 QCOn1qfafdfhfivL(Nmfm) 式[4-2] 6co3.610m1式中：QCO——隧道全长CO排放量（m/s）； qco——CO基准排放量（m3/辆·km）； fa——考虑CO车况系数查表取1.0； fd——车密度系数，查表取0.6；

fh——考虑CO的海拔高度系数，海拔高度取760m查表取1.18； fm——考虑CO的车型系数，查表；

fiv——考虑CO的纵坡—车速系数，查表取1.4； n——车型类别数；

Nm——相应车型的设计交通量（辆/h）查表。 由上式，得

QCOn1qcofafdfhfivL(Nmfm) 3.6106m13

3

0.01659m /s

2 稀释CO的需风量应按式[4-3]计算 Qreq(co)QCOP0 T106 式[4-3] P T0第 - 34 - 页 共 46 页

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式中：Qreq(co)——隧道全长稀释CO的需风量（m3/s）；

P20——标准大气压（KN/m）取101.325 KN/m2

；

——CO设计浓度，经前面计算为300ppm；

P——隧道设计气压（KN/m2），取120KN/m2；

T0——标准气压（K）取273K；

T—— 隧道夏季的设计气温（K）取302K；

由上式，得

QQCOreq(co)P0 T T106P 0 =

0.01659300101.325120302273106 =51.65

3 烟雾排放量应按式[4-4]计算

n Q1DVI3.6106qVIfa(VI)fdfh(VI)fiv(VI)L(Nmfm(VI))m1式中：QVI——隧道全长烟雾排放量；

q2VI——烟雾基准排放量（m/辆·km）可取2.5 m2/辆·km； fa(VI)——考虑烟雾的车况系数，查表取1.0； fh(VI)——考虑烟雾的海拔高度系数，查表取1.09； fiv(VI)——考虑烟雾的纵坡—车速系数，查表取1.0； fm(VI)——考虑烟雾的车型系数，查表；

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式[4-4]

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nD——柴油车车型类别数，查表。 由上式，得

nD1 QVIqVIfa(VI)fdfh(VI)fiv(VI)L(Nmfm(VI)) 63.610m1nD1 =2.51.00.61.091.02640(Nmfm(VI))

3.6106m1 =2.6378m3/s

4 稀释烟雾的需风量应按式[4-5]计算 Qreq(VI)QVI 式[4-4] K式中：Qreq(VI)——隧道全长稀释烟雾浓度的需风量（m3/s）； K——烟雾设计浓度（m-1）查表取0.0065 m-1。 由上式，得

QVI K2.6378 ==405.82 m3/s

0.0065 Qreq(VI)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。 4.1.6 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。

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（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[4-1]取值。

表[4-1]空气物理量

容重γ(KN/m3) 密度ρ(kg/m3) 运动粘滞系数ν(m/s) 211.77 1.20 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[4-2]取值。其它材料、弯道及变断面摩阻损失系数可按附录A计算或取值

表 [4-2]损失系数

隧道壁面摩阻损失系数λ0.02 r 主风道（含竖井）壁面摩阻损失系数λbλe 0.022 连接风道壁面摩阻损失系数λ0.025 d 第 - 37 - 页 共 46 页

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隧道入口损失系数ξe 0.6 （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。 2 自然风阻力

（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[4-5]计算 pm(1erL2)Vn 式[4-5] Dr2式中：pm——自然风阻力（N/m2）;

n——自然风作用引起的洞内风速（m/s），可取2 m/s～3 m/s； e——隧道入口损失系数，查表取0.6； r——隧道壁面摩阻损失系数，查表取0.02； ——空气密度（kg/m3）； Dr——隧道断面当量直径（m）。 隧道断面当量直径按式[4-6]计算： Dr4Ar 式[4-6]

隧道断面周长第 - 38 - 页 共 46 页

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式中：Ar——隧道净空断面面积（m2）为98.09m2； D4Arr隧道断面周长

=498.0957.11=6.87m

由上式，得

pm(1LerD)V2n r2 =10.60.024901.26.8722.52 =11.35N/m2 3交通风力可按式[4-7]计算 pAmtAN(vtvr)2 r2式中：pt——交通风阻力（N/m2）； vr——隧道交通风速（m/s）； vt——计算行车速度（m/s）； Am——汽车等效阻抗面积（m2）。

汽车等效阻抗面积可由式[4-8]计算

Am(1r1)Acscsr1Ac1c1 式中：Acs——小型车正面投影面积（m2），可取2.13m2； cs——小型车空气阻力系数，可取0.5；

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式[4-7] 式[4-8] l

Ac1——大型车正面投影面积（m2）可取5.37； c1——大型车空气阻力系数，可取1.0; r1——大型车比例，给定40%。

Am(1r1)Acscsr1Ac1c1

=140%2.130.540%5.371.0 =2.787m2 4 通风阻抗力可按式[4-9]计算 pr(1er式中：pr——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[4-2]

△△L2)vr 式[4-9] Dr2图[4-2] 射流风机通风方式模式

（2）计算 1)计算条件

隧道长度 Lr=490m

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隧道断面积 Ar=98.09m2 断面当量直径 Dr=6.87m 设计交通量 N=5000辆/h 大型车混入率 r1=40%

计算行车速度 vt=100km/h=27.78m/s 自然风引起的洞内风速 vn=2.5m/s 需风量 Qreq=149.91m3/s 隧道设计风速 vr= 2)隧道内所需升压力

pprpmpt 由式[4-9]

pr(1erL2)vr Dr226401.20)5.42 16.202QreqAr=5.4m/s

=(10.60.02 =195.21 由式[4-5]，并设vn=2.5m/s

pm(1erL2)Vn Dr24901.2 =10.60.022.52 6.872 =11.35N/m2

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由式[4-7]

ptAmN(vtvr)2 Ar2 pt=13.57

p=4.25+11.35-13.57=2.03

3）1120型射流风机所需台数

1120型射流风机每台的升压力为pj，由 Aj=0.98m =

2

AjAr=0.0101

= v2j=30m/s 可得

pjv2j(1) =0.315N/m2

则 ivr=0.0517 vjp=6台 pj合计需要6台1120型射流风机，按3组布置。

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另附几张图纸和表格，大家可以看看，在我的博客里也有下载：

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