包家山隧道主体结构暨施工设计毕业论文

'包家山隧道主体结构暨施工设计毕业论文目录第一章工程概况11.1地理位置11.2地形地貌11.3隧道地质11.4气候气象21.5主要技术标准21.6设计依据3第二章总体设计42.1平面设计42.2纵断面设计42.3横断面设计52.3.1建筑限界52.3.2紧急停车带62.3.3横向通道62.3.4内轮廓设计72.4洞门、明洞设计72.4.1洞口设计72.4.2洞门设计82.4.3明洞设计92.5建筑材料10第三章围岩压力计算113.1埋深类型判断113.2围岩压力计算12第四章衬砌设计13IV 4.1预支护设计134.1.1超前锚杆设计134.1.2小导管注浆设计144.1.3管棚设计144.2初期支护设计144.2.1喷射混凝土支护设计154.2.2锚杆支护设计164.3二次衬砌设计20第5章衬砌结构计算215.1设计基本资料215.1.1岩体特性215.1.2衬砌材料215.1.3结构尺寸215.2主动荷载计算215.3分块图绘制225.4半拱轴线长度计算225.5几何要素计算235.5.1各截面与竖轴的夹角235.5.2各截面的中心坐标235.6单位位移计算245.7主动荷载位移计算265.7.1衬砌每一块上的作用力265.7.2主动荷载内力265.7.3主动荷载位移285.7.4墙底位移计算295.8解主动荷载力法方程295.9截面内力计算及校核305.10单位弹性反力变位计算315.10.1各截面弹性反力强度315.10.2弹性反力集中力315.10.3弹性反力作用下的结构内力32IV 5.10.4弹性反力产生的荷载位移325.11解单位弹性反力力法方程335.12最大弹性反力355.13多余力计算355.14总内力计算与校核365.14.1衬砌各截面内力365.14.2校核计算精度365.15内力图绘制375.16强度验算38第六章洞口、洞身工程施工396.1洞口工程396.1.1整体方案396.1.2洞口施工各项要求396.1.3截水沟施工406.1.4临时防护406.2洞身工程406.2.1整体方案406.2.2开挖方法416.2.3装岩运输416.3钻爆设计426.3.1爆破施工工艺426.3.2爆破参数446.3.3爆破设计图466.3.4质量检验标准48第七章衬砌支护施工497.1预支护施工497.1.1超前小导管预注浆497.1.2超前锚杆507.1.3超前管棚支护施工507.2初期支护施工51IV 7.2.1锚杆517.2.2挂网527.2.3喷射混凝土527.2.4拱架537.3仰拱及二次衬砌施工537.3.1仰拱施工537.3.2二次衬砌施工54第八章结论56参考文献57致谢58IV 河南理工大学本科毕业设计（论文）第一章工程概况第一章工程概况1.1地理位置小河至安康高速公路为国家高速公路规划网包头～茂名线陕西省境内重要组成部分，起点位于旬阳县小河镇坪槐村，与西部开发省际公路通道柞水至小河段相接，终点位于安康市五里镇尹家营，与拟建的安康至紫阳段高速公路相接。是陕西省规划的“米”字型公路主骨架中南北向的重要经济干线，属陕西省生产力布局和经济建设的主轴线之一。包家山特长隧道位于小康高速公路的咽喉部位，起止里程为ZK151+675～ZK162+850（YK151+650～YK162+845），长约11.2km，划分为10、11、12三个标段。是最艰巨的工程地段之一。该隧道进口位于旬阳县桐木沟，出口位于汉滨区茨沟镇路家沟口，穿越了南秦岭山脉的青山和玉皇山两道山峰，地形崎岖，地势险要，山高沟深，植被茂密，地质构造复杂，地层岩性多变，工程施工难度大。1.2地形地貌包家山隧道位于旬阳县桐木乡与汉滨区茨沟镇交界的玉皇山分水岭地带。隧道横穿南秦岭山脉，以少土多石的山区为主。旬阳县桐木沟沟床最低，海拔534.8m，玉皇山主峰最高，海拔1371.5m，区内海拔一般在500～1500m之间。隧道南口柴家河一带最低高程为677.4m，向北至分水岭玉皇山，高程为1361m，相对高差约684.6m；隧道北口桐木乡一带最低高程为539.70m左右，向南至青山梁最高高程为1240.2m，相对高差约700.5m；隧道洞身中部有麻坪河通过，地势相对较低，高程为896.8m，与两侧玉皇山、青山相对高差为464.2m和343.4m。1.3隧道地质隧址所在地质构造单元属于秦岭褶皱系南秦岭留坝—白河褶皱带，隧道穿越的的山岭位于复式向斜的南翼，地层总体上向北（起点方向）倾斜；区域主要构造线以北西——南东向延伸，与路线走向大角度交叉。隧道轴线横穿的主要断裂是麻坪河断裂。地层主要是古生界泥盆系中统大枫沟组（D2d）、石家沟组（D2s）和志留系下统梅子垭组（S1m）；区内地下水赋存的主要形式为构造裂隙水和岩溶水，地下水水质良好，对混凝土无侵蚀性。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第一章工程概况隧道围岩均为浅变质岩类，根据岩石构造和力学性质不同主要有千枚状软质岩类，片状半坚硬岩类和板状层状硬质岩类。其中以片岩、千枚岩为主，由于受区域构造的影响，岩石节理裂隙发育，部分地段糜棱岩化，岩体相对破碎。由于受区域构造影响，隧道区地质构造相对发育，沿隧道共发现断层37条，其中主要断层有13条；主要的褶皱构造有三组，分别为K151+700～K152+500地段、K153+100～K153+490地段及K161+200～K161+900地段；已发现的岩溶异常区有17处，包家山隧道围岩级别划分见表1-1。表1-1围岩级别划分表围岩级别ⅤⅣⅢ合计右线长度（m）6855782472811195百分比6.0%51.7%42.2%左线长度（m）7405588487211200百分比6.4%50.0%43.6%合计长度（m）142511370960022395百分比6.3%50.8%42.9%1.4气候气象受地势影响，南秦岭属海拔1000m左右的中高山区，为温带半湿润—湿润季风气候，由于受山地垂向变化的影响，气候差异也较大，区内气候为凉亚热带山地气候，1月份平均气温0.6℃，7月份平均气温23.7℃，年平均气温12.2℃，极端最高气温37.4℃，极端最低气温-12.6℃。早霜期始于10月下旬，晚霜终于3月下旬，无霜期225天，年降水量800～950mm，雨季一般集中在7月至9月，具春寒、伏旱、夏洪、秋涝的特点。降雪期为11月至翌年2月，积雪厚度一般2～4cm，最大18cm。高山区气候阴湿，中低山区雨量充沛。1.5主要技术标准（1）公路等级：高速公路（2）设计行车速度：80km/h（3）路基净宽：12.5米（4）隧道净宽：净-10.25米（5）隧道净高：净-5.0m（6）设计荷载：公路-Ⅰ级57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第一章工程概况1.6设计依据（1）《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）；（2）《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）；（3）《公路隧道施工技术细则》（JTG/TF60-2009）；（4）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；（5）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）；（6）《隧道工程》贺永年刘志强主编中国矿业大学出版社；（7）《隧道结构力学计算》夏永旭王永东主编人民交通出版社。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第二章总体设计第二章总体设计2.1平面设计由《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）4.3.5（P17)知，隧道洞口内外各3s设计速度行程长度范围的平面线形应一致。对于该隧道3s设计速度行程为66.7m，结合该隧道洞口外公路线形，对洞口处平面线形做如下设计：该隧道上行线进口位于曲线半径R=1100米的圆曲线上，进口段曲线长度460米；出口位于曲线半径R=6000米的圆曲线上，出口段曲线长度480米。下行线进口位于曲线半径R=4000米的圆曲线上，进口段曲线长度100米；出口位于曲线半径R=1240米的圆曲线上，出口段曲线长度595米。由《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）4.3.1（P137）知，隧道平面线形一般希望设计成直线，这主要是基于两点理由：取直线于通风有利，如果曲线尤其小曲线半径，通风阻力增大，对自然通风不利，同时会增大机械通风量；其二，如果隧道取较小半径曲线，通常需设置超高和加宽，这将是施工变得复杂，断面不统一以及它们的相互过渡都给施工增加了难度。直线隧道通风能力好，测量、衬砌内装比较简单，不会产生视距问题，施工方便，因此，工程的施工难度较小、造价低，工程中应优先采用。通过包家山隧道的地质报告了解到包家山隧道处于III、IV、V类围岩中，围岩稳定性较差，本身施工难度已较大。由于直线隧道方案在施工难度、工程投资和工期上较有优势，通过对隧道处路线平面线形的优化，因此，洞内部分能采用直线优先采用直线形式。对于由于地质条件限制，而不能采取直线的区段，在满足最小圆曲线半径以及停车视距和上、下行最小间距要求条件下，选用合适的曲线。对于长距离直线线形易产生的视觉疲劳问题，结合终南山隧道及其他既有长大隧道设计为直线线形的经验，可以在隧道内每隔一定距离设一个特殊灯光段，人为把隧道分成几截，给司机以出了洞又进洞的感觉，从而消除长距离直线的弊端。2.2纵断面设计隧道内的纵坡形式，根据《公路隧道设计规范》（JTG57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第二章总体设计D70-2004）4.3.3（P16），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。根据《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）4.3.4（P16），隧道内的纵坡形式，一般宜采用单向坡；地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡。如果采用双向坡，其竖曲线半径应尽量采用较大值，以提高行驶安全性、舒适性。综合以上所述，本隧道属于特长隧道，且本区域内断层透水导水较好，麻坪河水潜伏地下，形成岩溶裂隙水，各断层穿越隧道且与岩溶连通，对隧道有较大影响。所以选择人字坡可避免施工过程中的逆向排水现象，综合考虑隧道的地形、地址、围岩情况及洞口位置和施工的便宜性，将变坡点设置在玉皇山分水岭附近，以尽可能地避过不良地质段。最后，得出隧道纵断面设计方案为：隧道进口设计高程550m，出口设计高程693m；线路纵断面为人字坡，上、下行线线路最大坡度均为1.95%，上行线变坡点K159+543.256，下行变坡点K159+500；上行线坡度/坡长为+1.949%/7893.256和-0.4%/3301.744，下行线坡度/坡长为+1.95%/7825和-0.4%/3350。2.3横断面设计2.3.1建筑限界本公路设计等级为高速公路双向四车道，由《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）4.3.2（P16）有：高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的独立双洞。对于III、IV、V类围岩，分离式独立双洞间的最小净距分别为2.0B、2.5B、3.5B(B为隧道开挖断面的宽度)。图2-1隧道建筑限界57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第二章总体设计本高速公路位于秦岭山区，取设计时速为，则建筑限界高度H＝5.0m。且当时，检修道J的宽度不宜小于0.75m，取，检修道高度h＝0.5m。设检修道时，不设余宽，即：C=0。取行车道宽度W=3.75m×2＝7.5m，侧向宽度为：，建筑限界顶角宽度为：，，具体建筑限界如图2-1所示。2.3.2紧急停车带本隧道起止里程为ZK151+675～ZK162+850（YK151+650～YK162+845），长约11.2km，为特长隧道，故需设紧急停车带。以在行车方向的右侧设置紧急停车带。紧急停车带的设置间距取700m，停车带的路面横坡取为水平。紧急停车带的建筑限界、宽度和长度见图2.2所示。图2-2紧急停车带建筑限界、宽度、长度（单位：cm）2.3.3横向通道由《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）4.4.6(P19）有：上、下行分离式独立双洞的公路隧道之间应设置横向通道。本隧道长11.2km，可每隔750m设一处车行横通道,在两个车行横通道之间设置两处人行横通道。行车横洞与行车方向夹角为60°，两端与路缘带顺坡，并设置半径不小于5米的转弯喇叭口；行人横洞与行车方向夹角为90°，其底面与检修道盖板顶面平齐。横通道的断面建筑限界如图2.3所示。图2-3横通道的断面建筑限界（单位：cm)57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第二章总体设计2.3.4内轮廓设计根据建筑限界，利用三心圆，得出各断面内轮廓如下图：图2-4隧道正常断面内轮廓图（单位：cm）图2-5隧道紧急停车带内轮廓图（单位：cm）2.4洞门、明洞设计结合隧道进出口地形、地貌、工程地质和水文地质条件，并考虑到施工开挖边坡的稳定性，本着“早进晚出”、“少开挖”的原则，确定隧道进出口位置、明洞形式，洞门形式的选择力求结构简单，并与洞口地形、地貌协调一致。2.4.1洞口设计（1）洞口位置选择由《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）7.1.1(P31），洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程以及施工条件、营运要求，通过技术、经济比较确定。根据包家山隧道实际情况，将隧道进口选择在青山高程550m处，靠近东侧山坡边缘处。出口选择在玉皇山高程693m的山脊两侧。（2）洞口形式确定根据洞口所处位置的地形地质条件，进口采用坡面正交型——这是一种隧道轴线与坡面正交的形式，最为理想；出口采用山脊突出部进入型——山脊突出部一般是稳定的，但山脊突出部的背后侧可能存在断层。隧道进洞口及出洞口见图2-6及2-7。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第二章总体设计图2-6隧道进洞口图2-7隧道出洞口2.4.2洞门设计（1）设计原则洞门宜与隧道轴线正交，洞门构造及基础设置应遵循下列规则：①洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5，洞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1.0，洞门墙顶高出仰坡不小于0.5。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它工程类比确定。③洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地形及地质条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不应小于1.0，嵌入岩石地基的深度不应小于0.5；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25；地基为冻胀土层时，应进行防冻胀处理。基底埋置深度应大于墙边各沟、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。⑤洞门结构应满足抗震要求。（2）洞门类型确定①小康高速整体设计、施工理念在保证工程建设质量与进度的同时，小康高速公路管理处将“保护好生态环境”作为“第一追求”，将“恢复好生态环境”作为施工的“第一原则”，将“科技创新促进生态环保”作为建设的“第一动力”，将实现“自然环境原生态”作为验收的“第一关口”，明确提出了“零开挖”进洞的施工理念，并确定了不同的进洞方案。隧道洞门设计以绿化美化自然和谐为主、无大型构造物，隧道施工采取“零进洞”，贯彻“无洞门理念”，避免大开挖。②隧道洞门类型确定隧道进口位于浅层滑坡内，地形上陡下缓，而且滑面在洞口附近切入到隧道洞室内，围岩稳定性差。出口处围岩分级为V57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第二章总体设计级，区域岩质稳定、地形开阔。结合小康高速的整体设计、施工理念中的“零进洞、无洞门”理念，经综合分析采用融入“无洞门”理念，具有简洁明朗、有利于隧道洞口的环保、与周围景观十分和谐，给驾驶员以舒适的感觉等特点的削竹式洞门。洞门形式如图2.8所示。由于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。图2-8削竹式洞门2.4.3明洞设计(1)明洞基本参数设置进口位于浅层滑坡内，地形上陡下缓，而且滑面在洞口附近切入到隧道洞室内，围岩稳定性差，隧道上覆地层厚度很薄。但该处地形平缓，地势开阔，便于施工场地的布置。因此，考虑到支护和施工上的便利，左、右洞洞口段均设置明洞。出口段围岩级别为V级，虽地形较陡，但为了保持洞口的自然环境，同时防止洞口仰坡对隧道洞口造成危害，可将隧道延伸至天然地表以外，以明洞方式接长隧道。由于明洞围岩级别较差，垂直压力和侧压力较大，故采用拱式明洞，并加设仰拱，明洞内轮廓线与暗洞内轮廓线一致。衬砌厚度设为30cm。衬砌材料采用钢筋混凝土结构，C25级混凝土,直径25mmⅡ级钢筋。明洞边墙用5#浆砌片石回填，拱部用挖方土回填，以利于排水。明洞断面同隧道断面，明洞采用全断面整体式钢筋混凝土衬砌，考虑到环境保护的要求，边、仰坡采用空心植草、锚喷混凝土等防护措施确保安全。断面如图2.4所示。(2)明洞长度确定坍落拱高度按下式计算：(2-1)57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第二章总体设计S—围岩级别；B—隧道宽度(m)；—以B=5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率，当B<5m，取=0.2；当B>5m，取=0.1；①进口段为IV级围岩=5.9256m当埋深时，即为超浅埋隧道。设洞口段xm处埋深为，斜坡坡度为10°～25°，进口段路面纵坡为1.95%，则有17.2021m进口段明洞长度确定为17.2021m。②出口段为V级围岩=11.8512m当埋深时，即为超浅埋隧道。设洞口段xm处埋深为，斜坡坡度为60°～70°，路面纵坡为0.4%，则有4.3198m另设外接明洞2m，故出口明洞总长度确定为6.3198m。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。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第三章围岩压力计算第三章围岩压力计算3.1埋深类型判断依据《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。此处仅以Ⅳ级围岩为例进行判定。浅埋和深埋隧道的分类按式（3-1）判定，（3-1）式中：——浅埋隧道分界深度，m；——荷载等效高度，按式（3-2）计算：（3-2）——围岩重度，；q——深埋隧道的垂直均布压力()，按式（3-3）计算：（3-3）h——塌落拱高度，m，按式（3-4）计算；（3-4）——围岩级别；——宽度影响系数，；——隧道宽度（m）；——每增减1m时的围岩压力增减率，B>5m时，取=0.1.对IV级围岩：在矿山法施工条件下，IV-VI级围岩取，I-III类围岩取，即=14.814m根据包家山隧道工程地质横断面图，按式（3-5）、式（3-6）判断Ⅳ级围岩区的隧道最大埋深高度和最小埋深高度，（3-5）（3-6）57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第三章围岩压力计算然后，选取两者的平均值h来加以判断，青山段：=309.444玉皇山段：=310.994则有：，该隧道为深埋隧道。3.2围岩压力计算围岩压力计算仍以Ⅳ级围岩为例进行计算。由《公路隧道设计规范》6.2.3（P29），IV-VI级围岩中深埋隧道的围岩压力为松散荷载时，其垂直均布压力及水平均布压力可按下列公式计算：考虑公式适用条件：其中：H——隧道开挖高度（m）；B——隧道开挖宽度（m）。满足条件，故可以用以下公式计算。隧道支护结构的垂直均布压力：（3-7）（3-8）式中：——垂直均布压力（）；——围岩重度（）；——围岩级别；——宽度影响系数，；——隧道宽度（m）；i——每增减1m时的围岩压力增减率，以B=5m的围岩垂直均布应力为准，当B<5m时，取i=0.2；当B>5m时，取i=0.1。取s=4、=23：，，水平均布围岩压力：，取。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第四章衬砌设计第四章衬砌设计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。包家山隧道预支护选用超前锚杆，小导管注浆及管棚，详见表4-1。表4-1预支护类型类型适用条件技术要求超前锚杆III～Ⅳ级围岩，开挖临空面后的数小时内可能剥落或局部坍塌的岩块沿拱上部的纵向或沿拱脚附近的横向设砂浆锚杆小导管注浆Ⅳ级围岩自稳能力很低沿拱上部的纵向或沿拱脚附近的横向设φ42～50mm，长3～5m花管，管内注浆管棚Ⅳ级及以上围岩，无自稳能力沿隧道外缘设φ≥80mm，长L≥10m的花管，管内注浆，管外端支于钢架上4.1.1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，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。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：III级围岩拱部为5°～30°，IV级围岩拱部10°～20°；边墙为10°～30°。填充砂浆标号≥200号，并选用早强砂浆。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第四章衬砌设计4.1.2小导管注浆设计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～。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。4.1.3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。4.2初期支护设计初期支护指锚杆喷射混凝土支护，在包家山隧道中采用了钢筋网和钢架配合支护。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第四章衬砌设计4.2.1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，可按式（4-1）计算，（4-1）式中，——不稳定岩块重力，kg；——喷射混凝土设计抗拉强度，MPa；——不稳定岩块露出面周边长度，cm；——安全系数，取2.5。根据包家山隧道的具体情况计算，IV类围岩分布区：cm其中，=272.43MPa，=10MPa，=4.56m，=2.5。III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，可按式（4-2）计算。（4-2）式中：——喷层与岩面间的粘结强度，MPa；其他符号意义同前。同样根据包家山隧道隧道的具体情况计算，IV级围岩分布区：cm其中，=272.43MPa，=30MPa，=4.56m，=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＞，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57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第四章衬砌设计包家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。4.2.2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。锚杆支护设计参数计算（锚杆局部加固计算）（1）锚杆加固拱部围岩计算，一般按悬吊原理确定锚杆参数，计算简图如图4-1所示，图4-1锚杆计算图A、所需锚杆截面面积按式（4-3）、式（4-4）计算（锚杆将重力为的危岩锚固在稳定岩体上，危岩使锚杆产生拉力和剪力，（4-3）（4-4）式中，N——危岩使锚杆产生的拉力，按式（4-5）计算：57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第四章衬砌设计（4-5）Q——危岩使锚杆产生的剪力，按式（4-6）计算：（4-6）——钢筋抗拉设计强度，MPa；——钢筋抗剪设计强度，MPa；——锚杆与地质结构面的夹角，度；——锚杆与铅垂线的夹角，度；——安全系数，一般取为2.4。并且可按式（4-7）直接计算钢筋直径d，（4-7）式中符号意义同前。根据包家山隧7道的具体情况计算，IV级围岩分布区：cm其中：kNkN=340MPa（按II级钢筋设计强度选用），=20°，=5°，=272.43kN，0.55，=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（4-8）计算，57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第四章衬砌设计（4-8）式中，——锚杆固端长度，cm，具体按式（4-9）计算，（4-9）其中，——砂浆与钢筋的粘结力，MPa；——钢筋抗拉设计强度，MPa；——锚杆钢筋直径，cm；——安全系数，一般取为2.0。——锚杆外露长度，cm，考虑设置托板、钢筋网等要求，外露长度按规定取为15cm，但此时不能超过喷射混凝土的厚度；——锚杆加固围岩厚度，cm，一般用声波由现场测定。具体计算、和的大小，IV级围岩分布区：①锚杆固端长度：cm其中，=3MPa（选用螺纹钢筋），=340MPa（II级钢筋抗拉设计强度），=1.35cm，=2.0。②锚杆加固围岩厚度：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cm。③锚杆外露长度：cm④所以IV级围岩分布区内的设计锚杆长度为：mIII级围岩分布区的情况按构造设计。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第四章衬砌设计（2）锚杆对侧壁危岩的加固计算,计算简图如图4-2，图4-2锚杆加固侧壁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（4-10）计算，（4-10）抗滑力按式（4-11）计算，（4-11）当时，岩块ABC处于稳定状态。其中，N为锚杆拉力，按计算。当考虑安全系数K后，锚杆所需面积按式（4-12）计算，（4-12）式中，——裂面的内摩擦角，度；其他符号意义与前面相同。根据包家山隧道具体情况计算如下：IV级围岩分布区：①沿裂面下滑力为：②抗滑力为：得到，则此时岩块ABC处于稳定状态。③当考虑安全系数后，锚杆所需面积为：57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第四章衬砌设计式中，=35°，其他同前。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，得出包家山隧道衬砌设计参数，如表4-2所示，表4-2衬砌设计参数项目单位围岩级别IIIIVV超前支护类型mm小导管ф50×5小导管间距cm4040长度m44.5初期支护喷射混凝土厚度25号cm152025径向系统锚杆直径mmф22ф25ф25长度cm300300350锚杆布置cm120×120100×100100×80钢筋网直径mmф6ф6ф6钢筋布置cm15×1515×1515×15钢拱架榀间距cm无7575二次衬砌25号混凝土cm455060仰拱cm506057 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算第5章衬砌结构计算5.1设计基本资料5.1.1岩体特性岩体为IV级围岩，计算摩檫角，岩体重度，围岩的弹性抗力系数，基底围岩弹性反力系数。5.1.2衬砌材料采用C20混凝土，重度=23，弹性模量=25.5GPa，混凝土衬砌轴心抗压强度标准值=13.4MPa，混凝土轴心抗拉强度标准值=1.54MPa。5.1.3结构尺寸543cm573cm90°793cm823cm13°100cm130cm59°B=1146cm，H=850.6cm，=116.9cm，（拱顶厚度）=30cm。假设起拱线以下的起拱线为一段圆弧，半径为，圆心角为。结构断面见图5-1。图5-1结构断面图5.2主动荷载计算57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算作用在结构上的荷载形式为匀布竖向荷载q和均布水平向荷载e，其侧压系数为0.3，即e=0.3q均布竖向荷载:q==136.2888(KN)均布水平向荷载:e=0.3q=40.88664(KN)5.3分块图绘制因结构对称，荷载对称，故取半跨计算，如图5-2。图5-2结构分块图5.4半拱轴线长度计算此处不计算仰拱。a、由图可知，水平线以上轴线为一圆弧，半径为，=558cm，90°，水平线以下轴线为两圆弧，半径为、，=808cm、=115cm，13°，。b、计算半拱轴线长度S及分块轴线长度半拱轴线长度:=876.504+183.329+118.421=1178.254cm分块长度：=147.28175cm57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算5.5几何要素计算5.5.1各截面与竖轴的夹角===15.1230°==2=30.2460°==3=45.3689°==4=60.4919°==5=75.6149°==90.5096°=+=100.9534°=++=162.0001°校核角度：==90+13+59=162°5.5.2各截面的中心坐标计算过程单位为cm。=0,=057 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算坐标校核：5.6单位位移计算==1.731927=====57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算==校核：+2+=+2+-=满足精度要求，说明变位计算结果正确。在误差允许范围内，计算过程见5-1、5-2表表5-1曲墙拱结构几何要素及计算过程表要素截面00.00000.00001.00000.0000000.0000000.3000115.12300.26090.96541.4557781.9324700.3000230.24600.50370.86392.8107220.7596020.3000345.36890.71160.70253.9709781.6598300.3000460.49190.87030.49254.8561962.8315900.3000575.61490.96860.24845.4050554.1937160.3000690.50960.9999-0.00895.5796805.6518640.30037100.95340.9818-0.19005.4327997.1152850.44458162.00010.3090-0.95114.6587208.3543741.1690∑表5-2曲墙拱结构几何要素及计算过程表要素截面积分系数00.002250444.4444440.0000000.000000444.444444110.002250444.44444485.88755616.597512632.817068420.002250444.444444337.600889256.4423101376.088533230.002250444.444444737.7022211224.4602803144.309168440.002250444.4444441258.4844443563.5119686524.925301250.002250444.4444441863.8737787816.55728411988.749280460.002257443.1249172504.48176514154.99033019607.078788270.007319136.632554972.1795636917.3346588998.203393480.1331267.51169262.755484524.282787657.3054431∑8995.84729022902.462160100373.970900155174.25080057 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算5.7主动荷载位移计算5.7.1衬砌每一块上的作用力竖向力：(kN)侧向水平力：(kN)式中——相邻两截面之间的衬砌外缘的水平投影。——相邻两截面之间的衬砌外缘的竖直投影。自重力：(kN)以上各集中力均通过相应荷载图形的形心。5.7.2主动荷载内力分块上各集中力对下一分点的截面形心的力臂由CAD图量取，并分别记为、、。单元主动荷载图示如图5-3。图5-3单元主动荷载图示弯矩：轴力：=（）式中：、——相邻两截面中心点的坐标增量：=-=-、的计算过程如表5-3、5-4、5-5所示:57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算表5-3计算过程表参数截面集中力（KN）力臂（m）00000000001203.751810.1624418.1364420.7090.7290.244-144.46-7.408419-1.985292189.577710.16244123.755140.6200.6790.420-117.538-6.900297-9.977163163.137710.16244137.779260.4890.5830.568-79.7743-5.924703-21.45864123.886410.16244149.186630.3240.4460.676-40.1392-4.532449-33.2502576.8668810.16244156.004090.1370.2780.737-10.5308-2.825159-42.156762.45319810.166752261.2073-0.0600.0910.7470.147192-0.925245-45.72197012.61497762.147690-0.1140.70200.681209-43.62778020.35426548.409780-0.7510.592016.120578-28.6586表5-4计算过程表参数截面000000001001.4557780.19324700-153.8542213.91428.1364421.3549440.566355-289.842-4.60811-582.7193413.654431.891581.1602560.900228-479.945-28.7097-1198.534586.954569.670840.8852181.171760-519.583-81.6375-1877.675721.0034118.85750.5488591.362126-395.729-161.899-2490.816808.0327174.86160.1746251.458148-141.103-254.974-2933.397820.6526236.0689-0.1468811.463421120.5383-345.468-3201.278833.2676298.2166-0.7740791.239089645.015-369.517-2938.31表5-5计算过程表参数截面00.00001.00000.0000000.0000000.0000000.000000010.26090.9654213.9142-8.1364455.81023-7.8549247.9553120.50370.8639413.6544-31.8916208.3577-27.5511180.806630.71160.7025586.9545-69.6708417.6768-48.9438368.73340.87030.4925721.0034-118.857627.4892-58.5373568.951950.96860.2484808.0327-174.862782.6605-43.4356739.224960.9999-0.0089820.6526-236.069820.57062.101013822.671670.9818-0.1900833.2676-298.217818.102156.66114874.763280.3090-0.9511853.6219-346.626263.7692329.6763593.445557 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算校核：==（）==（）==-41.390835（）=++=-1400.778413-1479.115825-41.390835=-2921.285073（）计算误差：<5%在误差范围内。5.7.3主动荷载位移==-0.257805367===-1.051296686+=-1.309102053===-1.309102053校核：+=，计算过程见表5-6。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算表5-6，计算过程表参数截面1+积分系数00444.4444440.0000001.00000000011-153.854444.4444440.1932471.193247-68379.55549-13214.1-81593.742-582.719444.4444440.7596021.759602-258986.222-196726-45571323-1198.53444.4444441.6598302.659830-532679.9995-884158-141683844-1877.67444.4444442.8315903.831590-834519.9992-2363018-319753825-2490.81444.4444444.1937165.193716-1107026.666-4642555-574958246-2933.39443.1249175.6518646.651864-1299858.2-7346622-864648027-3201.27136.6325547.1152858.115285-437397.6961-3112209-354960748-2938.317.5116928.3543749.354374-22071.67972-184395-2064671∑-13390736.19-54605676.85-67996413.045.7.4墙底位移计算单位弯矩作用下墙底截面产生的转角：==主动荷载作用下墙底截面产生的转角：=5.8解主动荷载力法方程式中：=+=1.852114=+=5.413386=+57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算=2.771303==其中：f——拱矢高，=8.354374解：==379.1716（KN/m）==411.7443（KN）5.9截面内力计算及校核=（KN/m）=（KN）计算过程见表5-7表5-7，计算过程表参数截面积分系数00379.17160379.1716168520.7109010411.7443411.74431-153.854379.171679.56835304.886135504.866926185.909447.95531397.49795445.45332-582.719379.1716312.7618109.214448539.7305236870.8762180.8066355.7059536.51253-1198.53379.1716683.4255-135.933-60414.60373-1002784368.733289.25037657.98344-1877.67379.17161165.891-332.607-147825.4921-418581.22568.9519202.78407771.7365-2490.81379.17161726.739-384.9-171066.5515-717404.54739.2249102.27728841.50226-2933.39379.17162327.123-227.096-100631.7249-568756.82822.6716-3.664524819.00717-3201.27379.17162929.678107.579614698.88119104586.734874.7632-78.23142796.53188-2938.31379.17163439.866880.72756615.75352555270.4791593.4455-391.61201.8355∑-549808.137-4593303.25657 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算5.10单位弹性反力变位计算5.10.1各截面弹性反力强度最大弹性反力上零点假定在截面3，即=；下零点在墙脚a点，最大弹性反力值假定在截面5，即=，h点的高度约在抗力区2/3高度处，即弧（ah）=弧（ab）。在bh弧段上，拱圈任意截面的外缘弹性反力强度：=（kPa）在ah弧段上，边墙任意截面的外缘弹性反力强度：=（kPa）其中：——h点的弹性抗力；——所论截面（外缘点）至h点的垂直距离；——墙底（外缘点）至h点的垂直距离。5.10.2弹性反力集中力图5-4单元单位弹性反力荷载图示（kN），作用方向垂直于衬砌外缘，并通过分块上弹性反力图形的形心。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算以上计算过程见表5-8。表5-8各点弹性反力的计算过程表参数截面sincos40.5811400.2905701.5124110.43946160.49190.87030.49250.3824630.21643551.0000000.7905701.5124111.19566775.61490.96860.224841.1581230.29700460.8712560.9356281.5118151.41449690.50960.9999-0.00891.414355-0.01258970.4822850.6767711.5001541.015261100.95340.9818-0.19000.996783-0.19290080.0000000.2411431.3851060.334009162.00010.3090-0.95110.0103209-0.3176765.10.3弹性反力作用下的结构内力本设计不考虑摩檫力作用，仅考虑弹性反力集中力。=（）=（kN）其中：——力至k接缝中心点的力臂，由图5.2量得。5.10.4弹性反力产生的荷载位移==-2.514159==-1.484221+=-1.735637==-1.735637校核：+=，故计算正确。计算过程见表5-9、5-10、5-11。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算表5-9的计算过程表参数截面0.43946171.1956671.4144961.0152610.33400940.50410.221532________51.9250.8459620.684930.824329______-1.67029163.2251.4172622.0922.5013350.73941.048995____-4.96759274.3461.9098983.4024.0676592.1543.0559030.71140.810302__-9.84376284.9262.1647854.2765.1126723.2954.6746532.0142.2939960.92340.4104-14.656506表5-10的计算过程表参数截面461.83680.88160.47200.2164350.1883630.3834630.1883630577.29600.97550.21990.5134390.4973171.5405860.3826820.114635691.90290.9994-0.03320.500850.5008002.954941-0.0262990.5270997102.57900.9760-0.21780.307950.3023453.951724-0.7508281.0531738163.00040.2924-0.9563-0.009726-0.0030054.054933-3.8566473.853642表5-11，计算过程参数截面1+积分系数4-0.221532444.4444442.8315903.8315905.193716-98.458667-278.794577-377.25324425-1.670291444.4444444.193716-742.351555-3113.211594-3855.56314946-4.967592443.1249175.6518646.651864-2201.263793-12441.243590-14642.5073827-9.843762136.6325547.1152858.115285-1344.978343-9569.904229-10914.8825748-14.6565067.5116928.3543749.354374-110.095159-919.776134-1029.8712931∑-13058.859670-77092.315760-90151.175425.11解单位弹性反力力法方程57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算式中：=1.852114=5.413386=2.771303-1.761520（rad）=-4.275679=-2.955861其中：f——拱矢高，解得：==-1.885313（KN·m）==1.434868（KN）代入原方程检验，计算正确。单位弹性反力作用下截面的内力，并校核计算精度=++（KN·m）=+（KN）计算过程见表5-12：表5-12，计算过程表参数截面积分系数00.000000-1.8853130-1.885313-837.9168880101.4348681.43486810.000000-1.8853130.277284-1.608029-714.679555-138.10968401.3851761.38517620.000000-1.8853131.089929-0.795384-353.5040-268.522345201.2395401.23954030.000000-1.8853132.3816370.496324220.588444366.139317401.0080511.0080514-0.221532-1.8853134.0629581.956113869.3835552461.737781200.7067390.7067395-1.670291-1.8853136.0174292.4618251094.1444434588.53105740.1146350.3564760.4710296-4.967592-1.8853138.1096791.256774556.9078743147.56756420.527099-0.0127620.5143377-9.843762-1.88531310.209495-1.519580-207.624096-1477.30461641.053173-0.2726400.78053357 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算8-14.656506-1.88531311.987424-4.554395-34.211212-285.8132613.853642-1.3646412.489001∑2843.16370223752.777055.12最大弹性反力先求位移、：=880.7275=1.058519（rad）=-5.473786（rad）==+==4.179101==+==-2.466254===168.0882565计算过程见表5-13：表5-13计算过程表参数截面积分系数5444.4444440.0000-384.92.46182500.00000046425.4487991.5268-227.0961.256774-147516810.85765227101.8112023.0516107.5796-1.51958033423.59-589.029562486.2318274.1886880.7275-4.55439522989.3-131.5421121∑-138348.2063-865.94505657 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算5.13多余力计算==379.1716+（-1.885313）168.0882565=62.272625（KN·m）==411.7443+1.434868168.0882565=652.92876（KN·m）5.14总内力计算与校核5.14.1衬砌各截面内力=+（KN·m）=+（KN）计算结果见表5-14：表5-14衬砌各截面内力计算结果参数截面积分系数0379.1716-316.898975162.27262411.7443241.1844604652.928760427676.720—11304.8859507-270.29079134.59516445.4533232.8318188678.285118815375.632971.294—42109.2143938-133.6947098-24.4803536.5125208.3521175744.8646175-10880.1-8264.58—23-135.932858583.42623582-52.5066657.9834169.4415351827.4249351-23336.3-38734.3—44-332.6073576328.7996237-3.80773771.736118.7945263890.5305263-1692.33-4791.97—25-384.8997412413.803872128.90413841.502279.17444337920.676643412846.2853873.65046-227.0956136211.2489505-15.8467819.007186.45400958905.4611096-7022.05-39687.7-10512.0127107.5796416-255.4235528-147.844796.5318131.1984311927.7302311-20200.3-143731-66794.2848880.7274746-765.540315115.1872201.8355418.3718385620.2073385865.25057228.6263634.91721∑-71905.71-600740.3756-284566.22285.14.2校核计算精度墙底截面最终转角：=1.058519+168.0882565=1.384399校核：+57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算==3.3143295+==2.311397+==3.372443==3.361765相对误差是：<5%误差均在范围内，符合要求。5.15内力图绘制结构内力图如图5-5所示。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算图5-5结构内力图5.16强度验算按照承载力极限状态验算：式中：——混凝土衬砌构件抗压验算时效应分项系数，取3.95；——轴力标准值,由计算得到,=620.2073385KN；——构件纵向弯曲系数,这里为隧道衬砌,取1.0；——轴向力偏心影响系数,取为0.799；——截面宽度,取1.0m；——截面高度，1.169m；——混凝土轴心抗压强度标准值，按规范取10MPa；——混凝土衬砌构件抗压验算时抗力系数1.85。=3.95x620.2073385=2449.818987KN=1x0.799x1x1.169x10x1000/1.85=5048.816216KN57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第五章衬砌结构计算<，满足规范要求。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第六章洞口、洞身工程施工第六章洞口、洞身工程施工6.1洞口工程6.1.1整体方案包家山隧道洞口采用“零进洞”开挖。“零进洞”也就是“零开挖”，通过采取特殊的开挖方法和正确的支护措施，使隧道在最小的工作面实施安全进洞，在进洞过程中结合洞口的地形条件，采取必要的加固措施，减少或不开挖边仰坡，形成符合自然、改变自然的洞口，最大限度地减少洞口施工对自然仰坡原始植被的破坏程度。“零进洞”的工艺流程为：制作管棚钢架→测设中线及水平基点→钻管棚钢管孔眼→打设管棚钢管→环向掏槽开挖断面→安设钢拱架→套拱混凝土浇筑→中部开挖→向前分层掘进架设钢架→喷射混凝土。隧道洞口围岩为Ⅳ级和Ⅴ级，地质条件相对比较差。开挖洞口尽量以“短进尺、人工开挖辅以弱爆破”为主，进洞采用短台阶或超短台阶法施工，先施工上台阶，凡能用十字镐、风镐挖动者，不允许爆破。需爆破时，采用由隧道中心掏槽分段起爆，严格控制药量，人工风镐修边，控制超欠挖，减少对围岩的扰动。同时配合挖掘机及自卸汽车对洞口自下而上分层开挖，洞门墙端墙处的土石方，应结合地层稳定程度、洞门施工季节和隧道施工方法等进行开挖，松软底层开挖边、仰坡时，应随挖随支护，加强防护，随时监测、检查山坡稳定情况。进洞前必须完成应开挖的土石方。废弃的土石方，应堆放在指定地点，边、仰坡上方不得堆置弃土、石方。人工修整边坡，边、仰坡上浮石、危石要及时清除，坡面不平应予以整修平顺。开挖时不得破坏开挖线以外的植被与表土。在浇筑基础之前，要先预埋好电缆沟，排水沟钢筋。6.1.2洞口施工各项要求（1）明洞初砌达到设计强度的80%时方可拆架；（2）防水板为：1.2㎜PVC(P型，可分区注浆)防水板，严禁用废旧塑料复制而成的各种防水板；（3）防水混凝土采用HEA抗裂防水剂进行进行配置，防水剂掺量为水泥用量（重量）的6%；（4）明洞要求地基承载力大于等于350Kpa，特殊地基以验算为准；（5）明洞必须根据各隧道实际地形进行设计并计量；57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第六章洞口、洞身工程施工（6）碎石透水层的底面坡降应斜向排水沟（其他溶洞的所有排水系统也一样）。（7）粘土、石渣，M7.5浆砌片石、土工模等根据明洞实际地形进行设计；（8）洞口洞顶回填最薄应等于2米，沿隧道纵轴线向洞内方向按大于3%-5%的纵坡增厚回填，但最大回填不应大于6米厚；（9）明洞两侧排水管由暗洞按一定的纵坡向洞口引出，如果与暗洞纵坡小于0.35%时则按大于0.35，%的纵坡向洞口引出；如果与暗洞反坡则不应与暗洞管连接，两管短应设置管堵头且按大于0.5%的纵坡向洞口引出。6.1.3截水沟施工隧道洞口开挖前，在洞口边仰坡开挖边线5m以外施工截水沟，沟底纵坡不小于3‰。截水沟人工开挖，用浆砌片石牢固砌筑。截水沟的上游进水口与原地面衔接紧密或略低于原地面，下游出水口与路基排水系统衔接，以防雨季山坡汇积水冲刷已开挖的坡面。6.1.4临时防护隧道进口位于浅层滑坡内，地形上陡下缓，而且滑面在洞口附近切入到隧道洞室内，围岩稳定性差。通过地表注浆加固及抗滑桩等综合措施对滑坡体进行处理后，实现安全进洞，有效保护地表原生植被，避免因清理滑坡所造成的环境破坏和后期运营隐患。由于隧道洞口为Ⅳ级和Ⅴ级围岩，稳定性极差，易坍塌，因此洞口开挖需要边开挖边立即进行临时防护处理。隧道进洞口明洞的开挖，采用噴锚支护（6㎝厚C20喷射混凝土，直径6㎜的钢筋网25x25㎝，L=3m20MnSi直径22㎜的砂浆锚杆梅花形布置间距150x150㎝）进行临时防护。隧道出洞口明洞的开挖采用噴锚支护（6㎝厚C20喷射混凝土，直径6㎜的钢筋网25x25㎝，L=3m20MnSi直径22㎜的砂浆锚杆梅花形布置间距150x150㎝）进行临时防护。其中端墙内侧设置两道透水管将水引出洞门外，硬PVC管伸出洞门25m左右。6.2洞身工程6.2.1整体方案57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第六章洞口、洞身工程施工由于包家山隧道为特长隧道，为了缩短工期，加快施工进度，特分为N11、N12、N13三个标段，由三个项目部分别从进口、出口、洞身中部3#通风斜井同时进行开挖。同时，1#通风斜井、2#通风斜井、1#通风竖井展开平行作业，在正洞左右线达到施工高潮时，施工至井底并与正洞贯通，作为正洞施工进料和通风通道。施工中重点抓3#通风斜井，确保按时进入正洞施工。通风斜井前期只施工开挖和初期支护，待正洞主体工程施工完毕后，集中施工通风斜井的铺底和衬砌。III级围岩每循环进尺3m，IV级围岩每循环进尺2m，V级围岩每循环进尺1.5m。隧道为复合式衬砌设计，按喷锚构筑法施工。总体实施掘进（钻爆、运输出碴）、支护（拌、运、锚、喷）、衬砌（拌、运、灌、振捣）三条机械化作业线。通风采用大功率通风机、大口径软管、混合式长大隧道通风技术。初期支护紧随开挖面及时施作，喷砼采用湿喷技术；仰拱、填充和底板先于二衬施工；二次衬砌砼采用自动计量拌和站生产，混凝土运输车和输送泵输送，液压整体钢模台车拱墙一次模筑成型。6.2.2开挖方法Ⅲ级围岩采用全断面法开挖；Ⅳ级围岩段采用上下台阶法开挖，上下台阶一次开挖成型。车行横洞和人行横洞均采用全断面光面爆破开挖。采用353E电脑液压钻孔台车辅以简单台车人工手持风枪钻眼，自制装药台车装药，塑料导爆索、非电毫秒雷管起爆，光面爆破技术。Φ50×5超前小导管、超前锚杆采用风钻钻孔，高压风清孔，注浆泵注浆。施工过程严格遵守“管超前，严注浆，短进尺，弱爆破、强支护”的原则，确保安全。Ⅴ级围岩洞身开挖采用预留核心土分部分台阶开挖，上台阶采用预留核心土环形开挖，下台阶采用左右交错开挖（开挖左侧时右侧形成通往上台阶施工通道，开挖右侧时左侧形成通往上台阶施工通道）。拱部采用上弧形导坑法，墙部左右分块开挖。风铲及风镐配合人力开挖，人工卸碴至隧底，核心土及仰拱采用挖掘机和人工配合无爆破施工，局部需爆破时，采用弱爆破施工。6.2.3装岩运输（1）装岩方式及设备主洞出碴采用带喷淋装置的ZL50C侧卸装载机，济南斯太尔、重庆铁马15～19T自卸车配合，自卸车带有废气净化装置，无轨运输一次性将洞内弃碴运至指定弃碴场，弃碴场事先按设计要求做好防护。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第六章洞口、洞身工程施工3#斜井出碴采用3.5米绞车运输，挖掘机装碴。主洞出碴采用ZL50C侧卸装载机，20T自卸汽车配合，无轨运输转有轨运输将洞内弃碴运至指定弃碴场，弃碴场事先按设计要求做好防护。1#、2#斜井坡度较大,采用爬坡能力较大的重庆铁马，此类自卸车满载时爬坡能力为36%。（2）安全保证措施a、运输车辆严禁人、料混装。b、机械装碴时，坑道断面尺寸必须满足装碴机械安全运转，并符合下列要求：装碴不准高于车厢；装碴机与运碴车之间不准有人；为确保运碴车就位良好和安全进出，派专人指挥。c、运输车辆限制速度执行如下规定见表6-1。表6-1运输车辆限制速度规定表项目作业地段非作业地段成洞地段正常行车10km/h20km/h20km/h会车5km/h10km/h10km/hd、洞口、平交道口和狭窄的施工场地，设置“缓行”标志，必要时安排人员指挥交通。e、车辆行使遵守下列规定：严禁超车；同向行驶车辆保持20m的距离，洞内能见度较差时，加大距离；车辆启动前必须了望与鸣笛；驾驶室不得搭载其它人员；车辆不得带故障运行。f、车辆在洞内行驶时，施工人员必须遵守下列规定：不准与车辆机械抢道；不准扒车、追车和强行搭车。g、洞内倒车与转向，必须开灯、鸣笛，并派专人指挥。6.3钻爆设计6.3.1爆破施工工艺为控制超欠挖，减少扰动围岩，因此在III级、Ⅳ级围岩的开挖采用光面爆破技术。光面爆破施工工艺流程见图6-1。（1）放样布眼钻眼前，测量人员要用红油漆准确绘出开挖面的中线和轮廓线，标出炮眼位置，其误差不得超过5cm。在直线段，可用3～5台激光准直仪控制开挖方向和开挖轮廓线。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第六章洞口、洞身工程施工（2）定位开眼钻孔时，钻杆与隧道轴线要保持平行。按炮眼布置图正确钻孔。对于掏槽眼和周边眼的钻眼精度要求比其它眼要高，开眼误差要控制在3cm和5cm以内。爆破设计放样布眼钻孔清孔装药联结起爆网络起爆光爆效果分析下一循环合格调整爆破参数不合格图6-1光面爆破施工工艺流程（3）钻眼钻眼前要首先熟悉炮眼布置图，熟练地操纵凿岩机械，特别是钻周边眼，一定要有丰富经验的老钻工司钻，由专人指挥，以确保周边眼有准确的外插角，尽可能使两茬炮交界处台阶小于15cm。同时，根据眼口位置及掌子面岩石的凹凸程度调整炮眼深度，以保证炮眼底在同一平面上。（4）清孔装药前，必须用由钢筋弯制的炮钩和小于炮眼直径的高压风管输入高压风将炮眼石屑刮出和吹净。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第六章洞口、洞身工程施工（5）装药装药需分片分组按炮眼设计图确定的装药量自上而下进行，雷管要“对号入座”。所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度不小于20cm。（6）联结起爆网路起爆网路为复式网路，以保证起爆的可靠性和准确性。联结时要注意：导爆管不能打结和拉细；各炮眼雷管连接次数应相同；引爆雷管用黑胶布包扎在离一簇导爆管自由端10cm以上处。网路联好后，要有专人负责检查。（7）瞎炮的处理发现瞎炮，首先查明原因。如果是孔外的导爆管损坏引起的瞎炮，则切去损坏部分重新连接导爆管即可；但此时的接头尽量靠近炮眼。如因孔内导爆管损坏或其本身存在问题造成瞎炮，参照《公路隧道爆破安全规程》有关条款处理。（8）质量检验标准a.超欠挖：爆破后的围岩面应圆顺平整无欠挖，超挖量严格按照设计和规范规定控制。超欠挖检测采用隧道断面测量仪进行。超挖采用喷射混凝土回填。b.半眼痕保存率：围岩为整体性好的坚硬岩石时，半眼痕保存率应大于80%，中硬岩石应大于70%，软岩应大于50%。c.对围岩的破坏程度：爆破后围岩上无粉碎岩石和明显的裂缝，也不应有浮石（岩性不好时应无大浮石），炮眼利用率应大于90%。（9）爆破参数调整根据检测的情况适时调整爆破参数，为下一循环光面爆破提供理想的参数。6.3.2爆破参数（1）单位体积炸药消耗量由《爆破工程》（戴俊主编），爆破1原岩需要的炸药量叫单位体积炸药消耗量（也“炸药单耗”或“单位耗药量”），它与炸药性质、岩石性质、断面大小、自由面多少、炮孔直径与深度等有关。可根据经验公式或者根据经验选取，也可根据炸药消耗定额确定。本设计根据类似经验选取，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩周边眼取0.25kg/m、断面开挖取0.7～1.51kg/。（2）炮孔数目57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第六章洞口、洞身工程施工由《爆破工程》（戴俊主编），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，可根据经验公式估算，也可按炮孔参数进行布置确定。本设计采取后者，即按掏槽孔、崩落孔、周边孔的具体参数进行布置，然后将各类炮孔数进行相加即得。具体见爆破设计图。（3）炮孔直径由《爆破工程》（戴俊主编），炮孔直径对钻孔效率、炸药消耗、岩石破碎块度等均有影响。合理的孔径应该是在相同条件下，能使掘进速度快、爆破质量好、费用低。采用不耦合装药时，孔径一般比药卷大5-7mm。目前，国内药卷直径有32mm，35mm、45mm等几种，其中32mm和35mm的使用较多，故炮眼直径多为38-42mm。根据所选药卷直径，周边眼直径d为25mm，辅助眼直径d为42mm。（4）炮孔深度本隧道Ⅲ、IV级围岩每排炮循环进尺分别设计为3m、2m，若炮眼利用率为90%，则对应钻孔深度分别为L=3.3m、2.2m。掏槽孔比其它孔深10%-25%或200mm左右。则对应Ⅲ、IV级围岩掏槽孔深分别为3.6m、2.5m。（5）炮孔布置①周边光爆孔或预裂孔孔网确定：根据a/w=0.7~1.0原则确定，一般a=45～60cm，取50cm；w=50～80cm，取60cm。②周边眼线装药密度确定：q线在硬岩段一般取200～350g/m；本隧道岩石属Ⅲ-Ⅴ级，q线=250g/m。③掘进孔孔网参数确定：掘进孔孔网根据单孔装药量负担面积确定：。其中：——单孔装药量q——单耗l——孔深a——孔距w——抵抗线S——炮孔负担面积④掏槽孔确定：a楔形掏槽采用六孔掏槽。b直眼掏槽采用五孔掏槽。其中间孔为空孔，一般不装药，为确保掏槽抛碴，可在底部少量装药，最后起爆抛槽渣。⑤路基爆破参数为：孔距a=1.2m、排距b=1.0m、c=0.6m、孔深h=1～1.5m、超深n=0.15～0.2m，路堑石方开挖采用松动控制爆破单位炸药消耗量取0.35～0.45kg/m3。（6）装药结构及填塞方式57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第六章洞口、洞身工程施工辅助眼采用孔底连续装药。由内向外，逐层布置，逐层起爆，逐步接近开挖断面轮廓形状。周边眼采用不耦合间隔装药，导爆索传爆，将炸药和导爆索用胶带固定在竹片上，非电毫秒雷管固定在顺数的第二节炸药上，用竹竿送入炮孔内；其他眼用Φ35mm药卷集中装药，非电毫秒雷管固定在倒数第二节炸药上。所有的装药炮眼采用炮泥填塞，填塞长度不小于25cm。（7）爆破器材爆破时周边眼不耦合间隔装药。采用2#岩石硝铵炸药，药卷直径：周边眼Φ20，辅助眼Φ35，采用分段微差爆破进行控制，因此采用非电毫秒雷管起爆（跳段使用），火雷管引爆，导爆索传爆。如开遇含水或多水地带，为确保能顺利爆破，可使用防水性能好的乳化炸药代替硝铵炸药。具体选择见表6-2。表6-2爆破器材选用爆破器材名称规格用途雷管火雷管（8#）起爆1~15段非电毫秒雷管掘进和传爆炸药乳化炸药爆速3800~4000m/s直径φ32mm掘进2#岩石小药卷，直径25mm起爆、预裂传爆线导火索起爆6600m/s导爆索起爆、预裂（8）起爆顺序和延期时间：①起爆顺序：隧道内：掏槽眼→掘进眼→内圈眼→周边眼。路基：主爆孔→光爆孔。②延期时间：一般掏槽孔段间延时差为50ms～75ms。6.3.3爆破设计图Ⅳ级围岩采用正台阶光面爆破法掘进。爆破器材选用2#岩石硝铵炸药、塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆。Ⅲ级围岩采用自制轮式多功能简易台车作为工作平台钻眼光面爆破法施工。坚硬岩石施工采取中空直眼掏槽爆破，严格控制周边光爆孔，确保无超欠挖。爆破器材选用2#岩石硝铵炸药，塑料导爆管非电起爆系统毫秒微差有序起爆。爆破设计图见图6-2、6-3、6-4。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第六章洞口、洞身工程施工图6-2III级围岩开挖爆破设计图图6-3IV级围岩上断面开挖爆破设计图57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第六章洞口、洞身工程施工图6-4IV级围岩下断面开挖爆破设计图6.3.4质量检验标准（1）超欠挖爆破后的围岩面圆顺平整无欠挖，超挖量（平均线性超挖）控制在10cm（眼深3m）和13cm（眼深5m）以内。（2）半眼痕保存率围岩为整体性好的坚硬岩石时，半眼痕保存率大于80%，中硬岩石大于70%，软岩大于50%。（3）对围岩的破坏程度爆破后围岩上无粉碎岩石和明显的裂缝，也无浮石（岩性不好时无大浮石），炮眼利用；率大于90%。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第七章衬砌支护施工第七章衬砌支护施工7.1预支护施工根据设计地质资料，Ⅳ级、Ⅴ级围岩比较破碎，施工时采用超前锚杆、小导管注浆及管棚进行超前支护。对于隧道其它地段，结合现场地质实际情况，对浅埋、破碎及断层等地质不良地段，会同设计、监理，共同制定超前支护方法，稳妥掘进，确保施工安全。7.1.1超前小导管预注浆超前小导管在掌子面超前施作后可以为后续初期支护的施工提供足够的时间和安全保护。钢管采用外径42的热轧无缝钢管。钢管上按设计钻注浆孔。钢管按设计布置于拱顶，以打入围岩，每排小导管纵向至少需搭接1.0m。其施工步骤为：（1）沿开挖面周边布置注浆孔；（2）按布置的注浆眼位置钻孔，孔径为50mm，孔深按设计。用钻机将小导管顶入岩层。小导管顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内的砂石吹出；（3）孔口止浆封堵。导管打入后用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，并在导管附近及工作面喷砼，以防工作面上岩土坍塌，同时作为注浆止浆岩墙，防止孔口跑浆；（4）压注浆液。注浆前先进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正确。注浆达到设计注浆量和注浆压力时可结束注浆。注浆过程中随时观察注浆压力，分析注浆情况，防止堵塞、跑浆，做好注浆记录，以便分析注浆效果。（5）施作超前小导管注浆支护时应注意的问题。①在施工过程中,钻机需隔开一定距离,否则因向岩体注水太多,可能导致围岩塌滑。②在钻进过程中，最重要的是保证钻杆及钻头水孔的畅通，为此，需要注意水从钻孔中流出的情况，如发现水孔有堵塞的迹象，则将钻杆后撤50cm左右，经反复扫孔使水孔畅通，然后慢慢进尺，直至达到设计深度。③液浆应严格按配合比配制，并随配随用，以免浆液在注浆管、泵中凝结。④注浆过程中若出现堵管现象，应及时清理注浆软管和注浆泵；如当时注浆泵的压力表显示有压力，则应先卸压后拆接头进行处理。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第七章衬砌支护施工7.1.2超前锚杆超前锚杆与钢架配合使用。锚杆采用中空注浆锚杆，按设计布置于拱顶，以打入围岩，纵向相邻两排锚杆的水平搭接长度不小于1m。其施工步骤为：（1）沿开挖面周边布置锚杆孔；（2）按布置的锚杆眼位置钻孔，孔径为40mm，孔深按设计；（3）用高压风将孔内的砂石吹出；（4）注入砂浆，插入锚杆；（5）将锚杆尾部与钢拱架焊接牢固。施作超前锚杆支护时应注意的问题：（1）锚杆施工前应检查锚杆材料是否符合要求，锚固是否牢固；（2）钻孔应圆而直，钻孔方向应尽量与岩层主要结构面垂直。7.1.3超前管棚支护施工超前管棚支护用于洞口及围岩较差地段，管棚施工要点如下：(1)施作洞口套拱（即导向墙）。由于管棚钢管设置较密，施工精度要求高，因此为了保证施工质量，在施作套拱时，预埋一定量的导向管，加强钻孔导向。施工混凝土时，导向管的两端有编织袋堵塞，防止混凝土进入导向管。(2)搭设平台。碗扣式钢管搭设平台，搭设时由下往上逐层使用，逐层搭设。平台要满足承重和水平推力的要求。(3)设备定位。钻孔前，对钻孔的位置、钻杆的倾角及方位角都要认真校对，保证钻机轴线与导向管轴线一致。钻机经过测量定位后，采用专门的固定件，牢固固定在平台上。(4)钻孔。钻孔是管棚施工的关键环节，能否保证钻孔的质量，如不坍孔、缩孔，孔壁的光滑度、孔向及孔的下挠度等都直接关系到管棚的施工效果。施工中针对不同的地层，采用不同的钻孔施工方法：土层采用“钻杆+薄壁岩芯管+三翼钎头”的钻具组合进行施工；破碎岩层采用“螺旋钻杆+潜孔冲击器+钻头”的钻具组合进行施工；岩溶地层采用“钻杆+岩芯管+岩芯钻头”和“钻杆+扶正器+潜孔冲击器+钻头”两种钻具组合进行施工。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第七章衬砌支护施工(5)钻孔测斜及纠偏。管棚施工中对钻孔方向（空间位置）的精度要求很高，终孔位置出现偏差将会产生诸如：妨碍邻近管子的钻设、形状参数不齐导致支护交果不好、管子下沉侵限开挖时需切除造成间隔增大而发生坍塌等影响质量的情况。(6)顶管施工。顶管施工利用水平钻孔设备进行顶进施工，顶进速度快，且操作方便。①管棚钢管加工。根据地质条件、注浆工艺需要，管棚钢管采用有孔钢花管和无孔钢花管两种，两种钢花管间隔、交替设置，为方便注浆，钢花管孔眼采用梅花形分布。②管棚钢管的编组。管棚钢管安装时，考虑管棚受力、整体结构等因素，要求在同一断面内的钢管接头数量不大于50%，并且相邻钢管的接头至少要错开1m。③钢管顶进。钢管顶进前，先检查钻孔孔道是否干净，可用岩芯管再一次扫孔，清除孔道内的岩渣、碎块等。安设钢管时，认真检查钢管质量。丝扣加工不好或钢管有轻微弯曲等均不得使用。顶进时，在岩层段阻力相当大，因此，在钻机与套拱之间宜用“葫芦”拉紧。钻机加压不要过大，过猛，发现顶进阻力大时，可边旋转、边顶进，甚至借冲洗液辅助顶进。(7)管棚注浆。试验最优注浆参数，来指导注浆施工，以保证注浆效果。①管棚孔口钢管安装。注浆前，把导向管和钢管间隙密封。为保证注浆效果，孔口设排气孔。注浆时，把排气阀打开排气，等浆液从排气阀流出时，再把排气阀关掉。②注浆顺序。采用钻一注一的方法。原则上先注钢花管孔，再注实管孔，用以检查注浆孔扩散范围及效果等。③管棚注浆。注浆液必须搅拌均匀，然后经滤网放入储浆桶，再由注浆泵经管路注入到钢花管中。注浆时，控制好注浆压力和速度，每注完一桶，就要把孔口注浆阀关闭，以防浆液倒流。④注浆结束标准。钢花管注浆按单孔注浆量达到设计注浆量作为注浆结束标准。当注浆压力达至设计终压20min后，进浆量仍达不到设计注浆量时，也可结束注浆。另外，当注浆压力达到终压的80%时，出现较大的跑浆，经间歇注浆后，也可结束注浆。7.2初期支护施工7.2.1锚杆锚杆眼采用简易钻孔台架钻孔。锚杆为中空注浆锚杆，施工工艺为：A在岩面上标57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第七章衬砌支护施工出锚杆位置；B钻孔；C清除孔内粉尘；D插入锚杆；E安装止浆塞、垫板、螺母；F连接注浆泵注浆，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa之间。锚杆施工要求：(1)锚杆安设后不得随意敲击，其端部3天内不得悬挂重物。(2)锚杆材料、类型、规格、质量及性能符合设计和规范要求。(3)锚杆孔位准确，孔位允许偏差为15mm，钻孔要圆直，钻孔方向尽量与岩层结构面垂直。(4)按规范规定进行锚杆抗拔力试验，对锚杆拉拔力达不到设计要求的，要分析原因，报监理工程师，并进行补打锚杆。7.2.2挂网钢筋网要按设计要求进行加工，随岩面起伏铺设，使之圆顺，并同定位锚杆焊接固定牢固。7.2.3喷射混凝土为提高喷射混凝土效果，减少回弹量以及粉尘对人体的危害，喷射砼全部采用湿喷机施喷。在喷射混凝土之前，用水或风将受喷面粉尘和杂物清除干净。湿喷混凝土施工要点：(1)拌料时严格按设计配合比拌和，配合比及拌和的均匀性每班检查不少于两次；(2)喷射混凝土前，认真检查隧道断面尺寸，对欠挖部分及所有开裂、破碎的岩石进行清理，清除浮石和虚碴，并用高压水或高压风冲洗岩面，达到清洁干净；(3)施喷时分段、分片由下而上进行。台阶法开挖拱部喷砼，先拱脚、后拱顶，如岩面凹凸不平时，先喷凹处找平。喷嘴缓慢呈螺旋形均匀移动，螺旋直径20～30cm，一圈压半圈，行与行之间搭接2～3cm，同时掌握风压、水压及喷射距离，减少混凝土的回弹量，喷射距离一般为0.8～1.2m，且垂直于岩面；(4)喷射混凝土分次进行，初喷厚度3～5cm，复喷每次5～6cm，直至设计厚度。两次喷射时间间隔15～30分钟；(5)喷射混凝土终凝2小时后，进行喷水养护，养护时间不少于7天；(6)开挖时，下次爆破距喷射混凝土完成时间的间隔不少于4小时；(7)涌水地段先用塑料管将水引出，并根据实际情况调整混凝土配合比，增加水泥用量，再喷射混凝土。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第七章衬砌支护施工7.2.4拱架格栅拱架、钢拱架的加工与安装需要注意如下事项：(1)加工场地表面用混凝土铺筑。加工场地根据设计图纸准确测放出拱架的大样，用油漆绘出其轮廓线，每隔2m安装一个定位装置，定位装置要牢固可靠。(2)拱架加工完成后，进行试拼，其平面扭曲、尺寸偏差、轮廓线偏差均需满足现行规范及设计图纸要求。(3)工字钢支撑各单元之间用连接板、螺栓及螺母连接，其连接材料要符合设计和规范要求，连接牢固。(4)格栅采用钢筋焊接而成，各焊接处双面焊接，焊缝厚度不小于4mm，焊缝厚度均匀，施焊时不得烧伤钢筋骨架。格栅拱架各单元之间采用螺栓连接。(5)每榀拱架间采用纵向连接筋连接，以加强支护的整体效果。(6)钢拱架安装时要保证与隧道纵向垂直，其上下、左右允许偏差为5cm，钢架倾斜度不得大于2度。若拱脚标高不足时，不得用土、石回填，而要设置钢板进行调整，必要时可用混凝土加固基底。(7)钢架与围岩之间的间隙用喷射混凝土充填密实。间隙过大时，可用混凝土楔块顶紧，其点数单侧不得少于8个。喷射混凝土时要由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢架覆盖，保证钢架保护层不小于3cm。7.3仰拱及二次衬砌施工7.3.1仰拱施工为保证施工安全，仰拱混凝土应及时施作，支护尽早闭合成环，整体受力，确保支护结构稳定。在隧道正洞Ⅳ、Ⅴ级围岩中，待喷锚支护全断面施作完成后，根据围岩收敛量测结果，拆除临时支护，开挖并灌筑仰拱及填充混凝土，一次灌筑仰拱混凝土长度6～8m。(1)施工方法为保证施工质量，仰拱混凝土进行全幅整体浇筑，同时解决出碴、进料运输与仰拱施工干扰及仰拱混凝土在未达到要求强度之前承受荷载的问题，采用仰拱栈桥施工。(2)施工要求①施工前，应将隧底虚碴、杂物、泥浆、积水等清除，并用高压风将隧底吹洗干净，超挖应采用同级混凝土回填。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第七章衬砌支护施工②仰拱超前拱墙二次衬砌，其超前距离保持3倍以上衬砌循环作业长度。③底板、仰拱的整体浇筑采用防干扰作业平台保证作业空间；仰拱成型采用浮放模板支架。④仰拱、底板混凝土整体浇筑，一次成型。⑤填充混凝土在仰拱混凝土终凝后浇筑，不得同时浇筑。仰拱拱座与墙基同时浇筑，排水侧沟与边墙同时浇筑。⑥仰拱施工缝和变形缝作防水处理。⑦膨胀岩性地段，开挖后及时施作仰拱。⑧填充混凝土强度达到5MPa后允许行人通行，填充混凝土强度达到设计强度的100％后允许车辆通行。衬砌作业采用10m长液压全断面整体钢模台车、混凝土输送泵和混凝土输送车等机械化施工模式。混凝土的生产采用洞外拌合站集中拌制（拌合站分四个料仓），混凝土的运输和浇筑采用混凝土输送泵。7.3.2二次衬砌施工（1）衬砌台车衬砌台车下留有一定空间以利于车辆的通行，以保证衬砌施工的同时，其他工序的施工能正常进行。衬砌台车采用I24号工字钢加工制作而成，拱架采用工字钢或轻型钢轨制作，模板采用大块组合钢模板并与拱架焊接牢固。衬砌台车模板长10m。台车就位后，依靠台车的伸缩装置，调整拱架，使拱架断面形式符合衬砌断面形式，并确保其位置正确。砼浇灌完成，强度达到拆模条件时，收缩拱架，使模板脱离混凝土，然后行走台车，达到新的位置，灌筑下一段混凝土。（2）施工时间控制根据围岩和支护量测的变化规律，确定二次衬砌和仰拱的施作时间。二次衬砌施作时初期支护变形要满足下列条件：①监控量测各测试项目所显示的位移率明显减缓并已基本稳定；②在初期支护基本稳定的条件下：严格清除锚杆及钢筋网露头，被喷混凝土使其表面平整圆顺，凹凸量不得超过5cm，然后铺设无纺土工布，1.5mm厚聚氯乙烯防水板与喷层密贴，防水板间采用专用熔接器扣焊焊接，搭接长度不得小于100mm。当上述条件满足时，则要尽快施作二次衬砌。二次衬砌施作前，应做好防排水的施工，当防排水系统经检查符合要求后，方可进行二次衬砌的施工。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第七章衬砌支护施工（3）施工工艺流程①立模a根据测量的隧道中线及标高，铺设台车运行轨道。台车运行轨道中心与隧道中心线一致，其误差不得大于3cm。b将钢模台车运行到待浇混凝土地段，调整就位。c调整基脚千斤顶使其支顶于垫木和木楔上。然后安装并固定基脚模板。d安装并固定挡头板和接缝模板。②钢筋制作及安装a所有钢筋的截断及弯曲均在工地现场内进行。b钢筋要按图示的形状尺寸进行弯曲。所有钢筋均采用冷弯。c所有钢筋要准确安设，当浇筑混凝土时，用支承将钢筋牢牢固定。钢筋要可靠地系紧在一起，不允许在浇注混凝土时安设或插入钢筋。d钢筋安装加工时不得损坏防水卷材，如防水板出现划破，需立即进行补焊。③灌筑混凝土a混凝土灌筑采用泵送浇筑的方法进行施工，且应对称分层连续进行。混凝土浇筑方法在施工前报监理工程师批准。b采用插入式振动棒进行振捣，台车整体模板周壁有规律的布设浇灌窗口（30cm×30cm），用于混凝土输送泵的泵管及插入式振动棒的伸入，窗口在混凝土浇筑到该标高之前，予以关闭，然后使用上一层窗口进行施工。c混凝土施工前，检查防排水系统、模板、钢筋及预埋件的位置和保护层的尺寸，经检查合格后方可浇筑混凝土。d在浇筑开始之前，先泵送一部分水泥砂浆，以润滑管道。而后将最先泵出的混凝土废弃。泵送混凝土作业，要使混凝土连续不断的输出，且不产生气泡。e混凝土泵机开始工作后，中途不得停机，如非停机不可，停机时间一般不超过30min，炎热气候不能超过10min。停机时间内要每隔一定时间泵动几次，防止混凝土凝结堵塞管道。f当混凝土面超过拱顶时，泵管出口埋设在混凝土面以下，以保证能填满、填实拱顶所有空间。g整体式衬砌必需一次浇筑完毕，中途不得停顿，整体式衬砌内不允许存在水平或倾斜的施工缝。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）第八章结论第八章结论公路隧道，特别是特长隧道的设计受许多因素影响。首先，要确定围岩的性质，确保平时及紧急情况下的安全是应遵循的永久性宗旨；另一个重要的基本因素是交通构成和交通量。其他因素如照明、车速、隧道引线和出口形式与目前实际运营情况相比将不会产生多大变化。本设计通过对实际情况的考虑，依据规范的要求，拟建隧道的大致情况如下:（1）进口桩号ZK151+675(YK151+650)，出口桩号ZK162+850(ZK162+845)，全长约11.2km；进口位置地面标高539.7m，设计标高550m；出洞口地面标高为677.4m，地面设计标高693m。平面线形采用直曲结合，纵断面采用人字坡；建筑限界宽10.25m，高5m。（2）隧道内轮廓采用三心圆，侧墙圆弧半径为7.93m,拱部圆弧半径为5.43m，开挖高度11.46m，开挖宽度8.206m，衬砌厚度30mm。（3）隧道洞门采用削竹式，洞口设明洞。（4）隧道洞身衬砌采用复合式衬砌，Ⅳ级、Ⅴ级围岩进行超前支护。（5）Ⅲ级围岩采用全断面法开挖，Ⅳ级围岩段采用上下台阶法开挖，Ⅴ级围岩采用预留核心土分部分台阶开挖，采用光面爆破。通过完成毕业设计的过程，我在学到很多专业知识的同时也学到了很多做人做事的道理，这些对我以后工作、学习和生活都会有很大的帮助。57 河南理工大学本科毕业设计（论文）参考文献参考文献[1]重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范（JTGD70-2004）[S].北京：人民交通出版社.2004[2]中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技术规范（JTGF60-2009）[S].北京：人民交通出版社.2009[3]中交第一公路工程局有限公司.公路隧道施工技术细则（JTG/TF60-2009）[S].北京：人民交通出版社.2009[4]中建标公路委员会.公路工程技术标准（JTGB01-2003）[S].北京：人民交通出版社.2003[5]原国家冶金工业局.锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）[S].北京：中国计划出版社.2001[6]贺永年，刘志强.隧道工程[M].徐州：中国矿业大学出版社.2002[7]夏永旭，王永东.隧道结构力学计算[M].北京：人民交通出版社.2004[8]张向东.隧道力学[M].徐州：中国矿业大学出版社.2010[9]关宝树.隧道及地下工程喷混凝土支护技术[M].北京：人民交通出版社.2009[10]徐干成，白洪才.地下工程支护结构[M].北京：中国水利水电出版社.2001[11]霍润科.隧道与地下工程[M].北京：中国建筑工业出版社.2011[11]钱东升.公路隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社.2003[12]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社.2003[13]杨小林.地下工程爆破[M].武汉：武汉理工大学出版社.2009[14]戴俊.爆破工程[M].北京：机械工业出版社.2009[15]程康，祝文化，王清华.岩土开挖工程爆破[M].武汉：武汉理工大学出版社.200859 河南理工大学本科毕业设计（论文）参考文献致谢毕业设计即将完成，我的学生生涯也要告一段落了，借此机会我要对四年来帮助过我的人表示深深的感谢。饮其流时思其源，成吾学时念吾师。在此设计完成之际，首先我要向我尊敬的指导老师——***老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在设计期间，*老师自始至终耐心教导、循循善诱，从课题的选择到设计的最终完成都是如此。*老师帮我解决了设计中遇到的许多问题，这样做起设计来也容易多了。各位同组同学对设计说明书结构提出了宝贵的修改意见，在此一并致谢。感谢同窗好友彼此相互扶持，互相勉励切磋。正是有了老师悉心的指导和关怀，同学的热情帮助我才能顺利的完成设计。同时我还感谢四年来一直伴随我的同学们，由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑。有了你们我的生活多了许多的欢笑，多了许多美好的回忆，让我的生活丰富多彩。还有所有给予我指导的老师和辅导员，是你们认真、严谨的工作态度感染了我，是你们孜孜不倦的教诲，让我学会做人做事。我的大学生涯告一段落了，但我人生远没有结束，我会在以后的生活学习中把你们作为榜样，记住那些美好的片段。最后我再次表示感谢，谢谢四年来所有帮助过我的同学和老师！59'