青岛至兰州公路陕西境壶口至雷家角高速公路地段隧道施工设计论文

'青岛至兰州公路陕西境壶口至雷家角高速公路地段隧道施工设计毕业论文目录第1章设计总说明11.1设计原则概述11.2技术标准11.3隧道建设地区工程地质条件11.3.1区域地形、地貌11.3.2水文与气象21.3.3地质条件21.4横断面设计41.4.1建筑限界41.4.2隧道内轮廓41.5隧道衬砌结构41.5.1围岩划分41.5.2衬砌设计51.6防排水设计51.7通风设计61.8照明设计61.9洞门设计71.9.1洞口位置选择71.9.2洞门选择71.10环境保护7第2章用收敛——约束法验算初期支护85 82.1确定计算参数82.2计算隧道周边设计支护阻力与径向位移92.3计算初期支护能提供的总支护阻力和允许隧道洞壁产生的总径向位移112.4初期支护总阻力和位移的校核14第3章二次衬砌验算153.1基本计算数据153.2衬砌几何要素163.2.1衬砌几何尺寸163.2.2绘分块图163.2.3求半拱的轴线长度163.2.4求各分块接缝中心几何要素163.3计算位移183.3.1单位位移183.3.2载位移——主动荷载在基本结构中引起的位移182.3.4墙底（弹性地基上的刚性梁）位移252.4解力法方程262.5计算主动荷载和被动荷载（=1）分别产生的衬砌内力282.6最大抗力值的求解292.7计算衬砌总内力303.8衬砌截面强度验算323.9内力图33第4章通风计算344.1基本资料3485 4.2需风量的计算：344.2.1设计浓度：344.2.2CO排放量：344.2.4烟雾排放量：364.2.5稀释烟雾的需风量：374.2.6稀释空气中异味的需风量374.3通风设计计算384.3.1自然风阻力384.3.2通风阻抗力394.3.3交通通风力394.4风机选型41第5章隧道照明425.1入口段照明425.1.1入口段亮度：425.1.2入口段长度：425.2过渡段照明435.2.1过渡段亮度435.2.2过度段长度435.3中间段照明435.4出口段照明43第6章施工说明456.1施工内容456.2施工方案设计456.3弃渣方案466.4施工中存在问题及解决方案466.5环境保护4685 第7章外文翻译（原文）48第8章外文翻译（译文）65参考文献79致谢8085第1章设计总说明1.1设计原则概述该项目位于青岛至兰州公路陕西境壶口至雷家角高速公路地段。老君公路隧道位于此高速公路上，起始桩号左线为K30+150至K27+580,总长约为2570m、右线为K27+580至K30+100，总长约为2520m。隧道行车道宽度均按设计行车速度120km/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台阶式洞门。隧道围岩岩性以黄土为主，围岩级别以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：85 《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）《公路隧道设计细则》（JTG/TD70—2010）《公路隧道施工技术规范》（JTGF60—2009）《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1—1999）1.2技术标准公路等级高速公路设计行车速度120km/h隧道净宽11.5m(3.75×2+1+1+0.75+1.25)隧道净高5.0m设计荷载公路I级1.3隧道建设地区工程地质条件1.3.1区域地形、地貌本项目所在区位于陕西省北部，延安市东南，总体地势呈西南高东北低。隧道岩性主要以黄土为主，区内最高点为1150米，最低点位于起点南川河河道，海拔865.0米。路线穿越区多在南川河河谷及其两侧，南川河河谷多位耕地，植被覆盖率较高。台塬北部斜坡长期遭受台塬塬面自北而南水流冲刷，水土流失相当严重，植被覆盖率较差。1.3.2水文与气象隧道区内地下水类型主要有第四系的孔隙潜水和泥盆系的基岩裂隙水：第四系孔隙潜水主要存在与冲洪积和洪积物中，次为残坡积物中，水量不大，一般0.1～0.6L/s，主要补给来自于大气降水，次为地表沟谷水渗透补给；基岩裂隙水，主要赋存于泥盆系石英砂岩层中，砂岩裂隙较发育，岩性呈刚性坚硬，易产生剪切裂隙，裂隙较多平直紧闭，在该层地势较低处或上覆坡残积物较厚处，赋存一定量的地下水，根据钻探成果，钻进中，石英砂岩、砂岩中有水涌出，其水头为0.8m左右，用水量0.15L/s，水质类型为（W6）HC03-Ca·mg型水，PH值7.0。项目区属北温带大陆性半干旱季风气候区，多年平均气温9.8°C85 ，年平均最高气温7月份23.3°C，最低气温1月份-5.7°C。多年平均降雨量514.6mm，一般冻土深度0.7m，冬季干旱、少雨、多风，夏季温热多暴雨炎热，其它季节冷热多变、温差大；冬春干旱，降雨集中。1.3.3地质条件1）主要岩土类特征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。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。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0.2～0.6mm，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0.05mm，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27.3～82.6MPa，抗剪强度C=11.4～22.3MPa，Ф=36.2～40.3°，泊松比0.18～0.33，软化系数0.4～0.87。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0.05～0.15mm，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0.2mm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0.01～0.001mm，少部分未结晶灰质粒径0.001mm85 。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0.1～0.25mm，少数0.25～0.4mm。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。2）构造特征本区位于我国大陆地壳稳定地带，第四纪以来，以地块整体隆起—沉降特征，地壳运动相对较弱，项目区新构造运动极不活跃，断裂、褶皱构造均布发育。3）水文地质条件项目区地下水主要分为全新统冲积层孔隙水、中更新统黄土裂隙水及侏罗~二叠系砂岩类裂隙孔隙潜水类型以及侏罗系裂隙承压水和三叠系裂隙承压水等承压水类型。4）不良地质现象工程地质条件较差，地质灾害较发育，特殊岩土主要为湿陷性黄土。1.4横断面设计1.4.1建筑限界根据《公路隧道设计规范》，隧道高度5m，行车道宽度3.75m，双车道布置，净宽11.5m，其中左侧余宽为0.75m，右侧余宽为1.25m，左右侧检修道宽度均为1.0m，路面坡度采用2.0%；车行横通道高5.0m，路面宽度为4.5m，不设侧向余宽，左右侧检修道宽度均为0.25m；人行横通道高2.5m，路面宽2m，不设侧向余宽和检修道；并同时考虑了下列因素：85 （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。1.4.2隧道内轮廓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=120km/h情况下的标准断面，断面为三心圆，R1=6.2m，R2=8.7m，R3=1.08m，R4=15.08m单洞湿周周长为36.31m，单洞当量面积为96.51m2。1.5隧道衬砌结构1.5.1围岩划分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》（JTGD70-2004）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。1.5.2衬砌设计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Ⅴ级围岩均采用带仰拱衬砌。85 Ⅴ级围岩初期支护采用径向系统锚杆和超前锚杆，钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用Φ25中空注浆锚杆，长度为3.5m，环向间距为0.6m×1.0m。超前锚杆采用Φ42无缝钢管，长度4.50m，角度15°。Ⅴ级围岩浅埋段喷射混凝土厚度为26cm，预留变形量为12cm，钢拱架型号为I20a，间距为60cm；深埋段喷射混凝土厚度为24cm，预留变形量为12cm，钢拱架型号为I20a，间距为60cm。1.6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1.2mm厚EVA防水板防水，350g/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。1.7通风设计隧道分为上下行线单向行驶的分离式隧道，左线长2570m、右线长2520m，左、右线纵坡都为1.0~1.2%，设计行车速度为120km/h，设计高峰小时交通量近期为2400辆/h，大型车混入率为38%，通风断面面积96.51m2，当量直径为11.09m，CO设计浓度为260.75ppm，烟尘允许浓度为0.0060m-1。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，通过计算确定在各设计行车速度状态下隧道所需机械通风。经过计算确定隧道设40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200m85 ，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。1.8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入口照明和过渡照明。隧道照明要考虑二种状况即：明环境、暗环境。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。入口照明：长度83.5m，布置400w高压钠灯84套、250w高压钠灯6套、100w高压钠灯6套；过渡段Ⅰ：长度72m，布置250w高压钠灯58套、100w高压钠灯10套；过渡段Ⅱ：长度89m，布置250w高压钠灯40套、100w高压钠灯8套；过渡段Ⅲ：长度133m，布置250w高压钠灯28套、100w高压钠灯10套；中间照明：布置按间距12m，250w和100w高压钠灯间隔；出口照明：长度60m，布置400w高压钠灯20套、250w高压钠灯6套、100w高压钠灯6套；紧急停车带及交叉过渡段处布置85w荧光灯。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。1.9洞门设计1.9.1洞口位置选择（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。1.9.2洞门选择85 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。本隧道洞门均采用台阶式。1.10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2章用收敛——约束法验算初期支护2.1确定计算参数（1）根据《公路隧道设计规范JTGD702004》确定的支护参数见表2.1表2.1支护参数表围岩级别喷层厚度（cm）锚杆钢筋网二次衬砌厚度（cm）直径（mm）长度（m）间距（m×m）直径（mm）间距（m×m）Ⅴ262540.6×1820×2050（2）隧道的几何尺寸及围岩的计算参数见表2.2表2.2隧道的几何尺寸及围岩的计算参数表85 围岩级别隧道当量半径α（cm）埋深H（m）容重γ（）粘结C/Cr（）内摩擦角（）变形模量E（MPa）泊松比μ初始应（）Ⅴ781100200.5/0.230/19.1110000.352注：①其中，为围岩的容重，H为隧道埋深；②表中隧道当量半径a为将隧道形状视为圆形时圆的半径，对马蹄形隧道，其计算当量半径a可用下公式（2.1）求得:（2.1）式中：F——隧道开挖高度，cm；B——隧道开挖宽度，cm。代入数值得：==781cm图2.1马蹄形隧道计算当量半径图（3）初期支护材料的力学性能C20喷射混凝土极限抗压强度取10（喷射混凝土抗压强度龄期为3天）；C20喷射混凝土极限应变；砂浆与围岩之间的抗剪强度；V级围岩单轴极限抗压强度R=20。2.2计算隧道周边设计支护阻力与径向位移通过查阅相关资料可知，对于Ⅴ级围岩，其径向松弛主要在距洞壁2.5m深的范围内，马蹄形隧道围岩发生松弛时，其等代圆的计算当量半径（塑性区的塑性半径）可用下式（2.2）计算：85 （2.2）式中：W——为隧道围岩松弛范围对Ⅴ级围岩，W=250cm；代入数值计算可得：=当假定隧道为圆形，围岩视为各向同性、均匀、连续、初始地应力只考虑围岩的自重应力，侧压力系数。根据弹塑性理论和莫尔-库伦强度准则，可导出：（1）隧道围岩塑性区半径和周边支护阻力的关系见式（2.3）：（2.3）式中：——塑性区半径；——隧道当量半径；——隧道围岩的自重应力；——隧道的设计支护阻力，即隧道围岩开挖后达到弹塑性应力平衡时，必须在洞壁上施加的径向支护力；——隧道围岩在弹性状态和塑性状态的粘聚力和内摩擦角。（1）隧道周边的径向位移和隧道围岩塑性区半径的关系式：当假定塑性区围岩体积不变时，可近似的按式（2.4）计算：（2.4）式中：——隧道设计位移，即隧道围岩开挖后达到弹塑性应力平衡时，产生的塑性径向位移；85 ——隧道围岩的弹性模量和泊松比。分别代入相关数值，求得：可得=0.884-0.577=0.307==3.198cm将所求结果列入表2.3。查《公路隧道设计规范》第9.2.8条可知，V级围岩埋深在50~300m时允许洞周围相对收敛值为0.6~1.6%，即隧道周边的径向位移表2.3隧道周边支护阻力及径位移78110181.2940.3073.198，由此可见，表2.3中数值=3.198cm符合规范要求。85 2.3计算初期支护能提供的总支护阻力和允许隧道洞壁产生的总径向位移（1）喷射混凝土层的支护阻力和允许洞壁产生的径向位移的计算施工中，喷层单层厚度按5~6cm施工，总厚度为26cm，需喷5层，利用公式（2.5）、（2.6）得计算结果（见表2.4）式中：——第i喷层的半径和厚度；——喷射混凝土的极限抗压强度，一般可取10MPa，即喷射后第三天的强度；——喷射混凝土的极限应变，一般可取0.3%。（2）砂浆锚杆所提供的支护阻力和锚杆允许洞壁产生的径向位移的计算见公式、假定砂浆锚杆对洞壁提供的支护阻力受砂浆与围岩之间的抗剪强度所控制，并且在其接触面上的剪应力分布是均匀的，则：（2.6）表2.4隧道初期支护的总支护阻力及总径向位移分层项目0.0640.0640.0650.0650.0792.3132.2982.2832.2682.24785 0.33711.409式中：——砂浆锚杆所提供的支护阻力；——砂浆与围岩间的抗剪强度，对于软弱围岩，一般按围岩单轴抗压强度的10~20%取值；——锚杆孔的直径；——锚杆的计算长度，取洞壁至承载环边缘的距离，cm；e、i——锚杆纵横向间距。假定锚杆设置后洞壁的弹性变形已全部完成。同时，围岩的最大塑性区（锚杆约束围岩变形后形成的）取决于锚杆加固后承载环厚度，则（2.7）式中：——锚杆约束后围岩的塑性区半径。计算过程中，锚杆的计算长度参考表2.5确定。（2.8）表2.5锚杆的计算长度参考表321.335/62/35.5/10注：①表中L表示锚杆的实际长度；②表中i表示锚杆纵横向平均间距；③表中表示锚杆计算长度，参照表2.6取366.67cm确定；85 ④锚杆玉树后围岩的塑性区半径按式（2.8）确定：代入相关数据得：==1133cm===3.278==1.511=3.278-1.511=1.767计算结果如表2.6所列。表2.6隧道砂浆锚杆提供的支护阻力及径向位移78146011331.4510.1923.2781.5111.767（3）初期支护能提供的总支护阻力和初期支护允许隧道洞壁产生的径向位移85 的计算通过以上计算可得：式中：——初期支护能提供的总支护阻力；——柔性的初期支护允许隧道洞壁产生的径向位移。代入数据得：=0.337+0.192=0.529=11.409+1.767=13.176cm2.4初期支护总阻力和位移的校核由以上计算可知，=0.529，=0.307，显然>;同时，=13.176cm，=3.198cm，显然，>。此结果表明支护有足够的强度能满足隧道稳定；支护有足够柔性可以允许围岩有一定变形即可以充分发挥围岩的自承能力，因此表1中的设计参数是合理的。第3章二次衬砌验算青岛至兰州高速公路老君隧道，结构断面如图2.1所示，围岩级别为Ⅴ级，容重为，围岩的弹性抗力系数，衬砌材料为C25混凝土，容重,弹性模量为。85 图3.1衬砌结构断面图（单位：cm）3.1基本计算数据围岩：老黄土容重：弹性抗力系数:(侧面)(底部)衬砌材料：C25混凝土容重：弹性模量：抗压极限强度：衬砌拱顶厚度：荷载：竖向均布压力：式中:s--围岩等级，此处取s=5；γ--围岩容重，此处取γ=20kN/m3；85 ω--跨度影响系数，ω=1+i(lm-5),毛洞跨度lm=14.06+2×0.1=14.26m，其中0.1m为一侧平均超挖量，lm=5～15m时，i=0.1，ω=1+0.1×(14.26-5)=1.926。则：折减后的竖向均布压力：侧向均布压力：3.2衬砌几何要素3.2.1衬砌几何尺寸内轮廓线半径：r1=6.2m,r1=6.7m;其他尺寸:B=1340cm,H=838.7cm;拱顶、拱底截面厚度：。3.2.2绘分块图将半拱圈分成等长的八个契块，标出坐标轴，如图2.2所示。3.2.3求半拱的轴线长度每段半拱轴线长为：3.2.4求各分块接缝中心几何要素（1）与竖直轴夹角αi85 图3.2衬砌结构计算图示另一方面，角度闭合差：。（注：因墙底面水平，故计算衬砌内力时用）（2）接缝中心点坐标计算85 3.3计算位移3.3.1单位位移求位移时，利用高等数学中的数积法，以近似求和代替工程力学中的位移积分公式。计算在列表进行。单位位移的计算如表3.1所列。单位位移值计算如下：计算精度校核：=111.62348角度闭合差：。3.3.2载位移——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：式中：bi─衬砌外之间的竖直投影长度，由图3.2中量得。85 (校核)表3.1单位位移计算表截面（°）sin（m)cos(m)x（m)y（m)d(m)I(m4)1/I(m4)y/I(m3)y²/I(m2)(1+y)²/I(m2)积分系数00.000.001.000.000.000.500.0196.000.000.0096.001113.150.230.971.470.170.500.0196.0016.232.75131.214226.300.440.902.860.670.500.0196.0064.0842.77266.932339.450.640.774.101.470.500.0196.00141.04207.22585.314452.600.790.615.122.530.500.0196.00243.07615.461197.602565.740.910.415.883.800.500.0196.00364.821386.392212.024678.890.980.196.335.210.500.0196.00499.912603.233699.052792.041.00-0.046.456.680.500.0196.00641.254283.375661.874890.001.000.006.228.140.500.0196.00781.446360.928019.802864.002751.8515502.1021869.80侧向力：(校核)自重力：式中─接缝i的衬砌截面厚度。作用在各楔块上的力如表3.2、表3.3所列。各集中力均通过相应图形的形心。（2）外荷载在基本结构中产生的内力楔块上各集中力对下一接缝的力臂由图3.2中量得，分别记为aq、ae、ag。内力计算如图3.3所示：85 弯矩：轴力：图3.3内力计算图示85 表3.2载位移弯矩计算截面集中力力臂QGE00.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.001295.0917.0213.670.710.730.33-208.04-12.41-4.520.000.001.470.170.000.00-224.972279.5617.0240.230.610.680.48-170.81-11.59-19.43312.1213.671.390.50-433.84-6.81-867.463250.4417.0264.690.490.600.61-121.46-10.16-39.39608.7053.891.240.80-754.79-43.22-1836.494207.7317.0285.730.330.480.70-69.38-8.20-60.36876.17118.581.031.06-898.95-126.05-2999.435153.3717.02102.270.170.340.76-25.31-5.82-77.831100.92204.310.761.27-833.40-259.07-4200.85691.2517.02113.53-0.010.180.781.09-3.13-88.441271.31306.590.451.41-570.82-431.37-5293.52723.3017.02118.74-0.190.020.764.43-0.27-89.761379.58420.120.121.47-161.41-618.42-6158.9680.0017.02112.680.00-0.150.730.002.60-81.811419.90538.86-0.221.46313.80-786.73-6711.0985 基本结构中主动荷载产生的弯矩的校核:=-3739.247-2733.196-242.545=-6714.988kN.m由表3.3可知，闭合差:。表3.3载位移轴力计算截面αsinαcosαΣ(Q+G)ΣEsinαΣ(Q+G)cosαΣENp°00.0001.0000.0000.0000.0000.0000.000010.2270.974312.11613.66871.00213.30957.692120.4430.897608.70153.893269.66948.316221.353230.6350.772876.165118.581556.67291.571465.101340.7940.6071100.918204.314874.527124.109750.418450.9120.4111271.312306.5871159.079125.9501033.129560.9810.1931379.580420.1211353.73580.9401272.795670.999-0.0361419.899538.8571418.999-19.1911438.190781.0000.0001436.922651.5371436.9220.0001436.9228(3)主动荷载位移计算过程如表3.4所列。主动和荷载位移校核：85 计算精度校核：闭合差：。表3.4主动荷载位移计算表截面Mp°1/Iy/I（1+y）Mp°/IMp°y/IMp°(1+y)/I积分系数1/300.00096.0000.0001.0000.0000.0000.00011-224.97496.00016.2341.169-21597.551-3652.146-25249.69642-867.45796.00064.0801.668-83275.849-55586.629-138862.47823-1836.49096.000141.0432.469-176303.074-259024.476-435327.55044-2999.43096.000243.0723.532-287945.308-729077.519-1017022.82725-4200.85396.000364.8194.800-403281.907-1532551.902-1935833.80946-5293.52096.000499.9106.207-508177.928-2646285.745-3154463.67327-6158.95996.000641.2517.680-591260.101-3949440.098-4540700.19948-6711.09496.000781.4409.140-644265.014-5244317.217-5888582.2311-2716106.73-14419935.73-17136042.463.3.3载位移——弹性抗力图及相应的摩擦力引起的位移（1）、各接缝处的抗力强度抗力上零点假定在接缝3，；最大抗力值假定在接缝5，；拱部任一截面外缘的抗力强度按下式计算：85 算出：边墙任一截面外缘的抗力强度按以下计算：由图3.2量得：按比例将所求的的抗力绘在分块图上。(2)各楔块上抗力集中力式中：——楔块i外缘长度，由图3.2量得。的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心。求任意四边形形心位置的近似图解法如下:如图2.4所示，先连接两个对角线与;Z再等分每一对角线，使=，=,得1、3两点。然后在两条对角线上，量=,=，得2、4两点。连接与两条直线，其交点O即为四边形ABCD的形心。（3）抗力集中力与摩擦力之合力图3.4任意四边形形心位置式中：μ——围岩与衬砌间的摩擦系数。μ=0.2。则：其作用方向与抗力集中力85 的夹角为β=arctanμ=11.18°。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移方向相反，其方向朝上。的作用点即为与衬砌外缘的交点。将的方向线延长，使之交于竖直轴。量取夹角Ψk。将分解为水平与竖向两个分力；计算结果如表3.4所列。（4）计算单位抗力图及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力弯矩：轴力：式中：——力至接缝中心点K的力臂，由图3.2量取。计算如表3.6及表3.7所列（5）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算结果如表3.8所列计算精度校核：=闭合差：。2.3.4墙底（弹性地基上的刚性梁）位移单位弯矩作用下的转角：主动荷载作用下的转角：85 单位抗力及相应摩擦力作用下的转角：2.4解力法方程衬砌矢高计算力法方程的系数：以上将单位抗力图及相应摩擦力产生的位移乘以倍，即被动荷载的载位移。求解方程其中85 表3.5弹性抗力及摩擦力计算表截面σ（σi-1+σi）/2ΔS外RΨKsinΨKcosΨKRHRV30.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.000040.53180.26591.53760.416959.84100.86460.50240.36050.209551.00000.76591.53761.201071.29400.94720.32071.13750.385260.89170.94591.53761.483183.46000.99350.11391.47350.168970.54670.71921.53761.127796.16800.9942-0.10741.1212-0.121280.00000.27341.46980.4097107.14500.9556-0.29480.3915-0.1208表3.6计算表截面R4=0.2830σhR5=0.8154σhR6=1.2286σhR7=1.2145σhR8=0.5183σhMσ°（σh）（σh（σh）（σh）（σh）（σh）40.5517-0.2300-0.230052.0240-0.84380.7270-0.8731-1.716963.4660-1.44502.2037-2.64660.8351-1.2385-5.330274.8000-2.00113.6382-4.36952.3138-3.43160.8937-1.0078-10.810085.9492-2.48024.9478-5.94233.7367-5.54192.3665-2.66871.1109-0.4551-17.088385 表3.7计算表截面αsinαcosαΣRV（σh）sinαΣRV（σh）ΣRH（σh）cosαΣRH（σh）Nσ°（σh）452.5950.7940.6070.2090.1660.3610.219-0.053565.7440.9120.4110.5950.5421.4980.615-0.073678.8920.9810.1930.7640.7492.9720.5720.177792.0410.999-0.0360.6420.6424.093-0.1460.788890.0001.0000.0000.5220.5224.4840.0000.522表3.8单位抗力及摩擦力产生的载位移计算表截面Mσ°1/Iy/I（1+y）Mσ°/IMσ°y/IMσ°(1+y)/I积分系数1/34-0.23096243.0723.532-22.080-55.907-77.98825-1.71796364.81924.8002-164.826-626.370-791.19646-5.33096499.91046.2074-511.695-2664.600-3176.29527-10.81096641.25127.6797-1037.762-6931.939-7969.70148-17.08896781.449.14-1640.474-13353.455-14993.9291∑-3376.836-23632.272-27009.108其中2.5计算主动荷载和被动荷载（=1）分别产生的衬砌内力计算公式为：85 计算结果如表2.9所列。表3.9主、被动荷载作用下衬砌弯矩计算表截面Mp°X1PX2PyMPMσ°（σh）X1p(σh)X2σy(σh)Mσ(σh)00.000579.4610.000579.4610.000-3.0750.000-3.0751-224.974579.461127.683482.1690.000-3.0750.417-2.6582-867.457579.461504.010216.0140.000-3.0751.647-1.4283-1836.490579.4611109.350-147.6790.000-3.0753.6250.5504-2999.430579.4611911.840-508.130-0.230-3.0756.2472.9425-4200.853579.4612869.421-751.971-1.717-3.0759.3764.5846-5293.520579.4613931.957-782.102-5.330-3.07512.8474.4427-6158.959579.4615043.648-535.851-10.810-3.07516.4802.5958-6711.094579.4616146.27814.645-17.088-3.07520.083-0.0812.6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的径向位移与水平方向有一定的偏差，因此修正后有：计算结果如表3.11所列。位移值为：85 表3.10主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表截面Np°X2PcosaNPNσ°（σh）X2σcosa（σh）Nσ(σh)00.0000755.0710755.07100.00002.46722.4672157.6923735.2744792.96670.00002.40252.40252221.3534676.9284898.28190.00002.21182.21183465.1010583.08371048.18480.00001.90521.90524750.4178458.66421209.0820-0.05261.49871.446151033.1288310.19401343.3227-0.07331.01350.940361272.7949145.47121418.26610.17680.47530.652171438.1899-26.89161411.29830.7877-0.08790.699981436.92180.00001436.92180.52160.00000.5216最大抗力值为：2.7计算衬砌总内力按下式计算衬砌总内力：计算结果如表3.12所列计算精度的校核：根据拱顶且开点的相对转角和相对水平位移应为0的条件检查式中：85 表3.11最大抗力位移修正计算表截面Mp/IMσ/I（σh）y5-yi(y5-yi)Mp/I(y5-yi)Mσ/I（σh）积分系数1/3055628.256-295.2003.800211398.498-1121.8191146288.226-255.1493.631168077.178-926.4734220737.357-137.1053.13364963.918-429.50923-14177.18852.7752.331-33047.025123.01844-48780.434282.4151.268-61863.346358.15825-72189.253440.0380.0000.0000.0004∑349529.223-1996.624表3.12衬砌总内力计算表截面MMMNNNeM/IMy/I积分系数1/30579.461-502.27077.191755.071402.9841158.0550.0677410.3770.00011482.169-434.12548.044792.967392.4181185.3850.0414612.220779.92642216.014-233.278-17.264898.282361.2791259.560-0.014-1657.337-1106.27323-147.67989.794-57.8851048.185311.1931359.378-0.043-5556.979-8164.31444-508.130480.516-27.6141209.082236.2011445.283-0.019-2650.897-6712.07125-751.971748.705-3.2661343.323153.5831496.906-0.002-313.552-1191.55946-782.102725.601-56.5021418.266106.5121524.778-0.037-5424.146-28245.69627-535.851423.834-112.0171411.298114.3181525.616-0.073-10753.589-71830.7464814.645-13.1761.4691436.92285.2001522.1210.001141.0341148.0201∑-111952.934-808553.78185 闭合差：式中：闭合差：3.8衬砌截面强度验算验算几个控制截面：（1）截面0(可)(可)（2）截面5（3）截面8（可）其它各截面偏心均小于0.45d。85 3.9内力图将内力计算结果按比例尺绘制弯矩图及轴力图，如图3.5所示。图3.5衬砌结构内力图85 第4章通风计算4.1基本资料判定是否设置机械通风，故宜设置机械通风。1）道路等级：高速公路2）车道数、交通条件：2车道、双洞单行；3）设计行车速度：4）隧道长度：2570m5）隧道坡度：1.12%；6）大型车混入率：38.8%7）平均海拔高度：841.72m；8）通风当量面积：96.51m2；当量直径：11.09m9）洞内平均温度：283K；隧道设计气压：96.58KPa10）交通量：N=2420辆/h，柴油车N=420辆/h，汽油车N=2000辆/h。4.2需风量的计算：采用120km/h设计速度计算：4.2.1设计浓度：CO:260.75ppmK：0.006m-14.2.2CO排放量：CO排放量按式（4.1）计算（4.1）式中:——隧道全长CO排放量（m3/s）；——CO基准排放量（m3/辆·km），可取0.01；85 ——考虑CO车况系数查表取1.00；——车密度系数，查表取0.45；——考虑CO的海拔高度系数，海拔高度取841.72m查表取1.24；——考虑CO的车型系数，查表经计算取3.8；——考虑CO的纵坡—车速系数，查表取1.61；L——隧道长度，2570m；——车型类别数；——相应车型的设计交通量（辆/h）查表。表4.1CO的车型系数及各车型比例车型小货车中货车大货车及拖挂小客车大客车车型比例20%25%5.0%30%20%fm2.55.07.01.07.0经计算：fm=3.84.2.34.2.3稀释CO的需风量：稀释CO的需风量按式（4.2）计算（4.2）式中:——隧道全长稀释CO的需风量（m3/s）；——标准大气压（KN/m2）取101.325KN/m2；——CO设计浓度，经前面计算为260.75ppm；——隧道地址的设计气压（KN/m2），取96.58KN/m2；——标准气压（K）取273K；—— 隧道夏季的设计气温（K）取283K；85 4.2.4烟雾排放量：烟雾排放量应按式（4.3）计算（4.3）式中：——隧道全长烟雾排放量；——烟雾基准排放量（m2/辆·km）可取2.5m2/辆·km；——考虑烟雾的车况系数，查表取1.0；——考虑烟雾的海拔高度系数，查表取1.13；——考虑烟雾的纵坡—车速系数，查表取4.95；——考虑烟雾的车型系数，查表经计算取1.05；——柴油车车型类别数，查表。表4.2烟雾的车型系数及各车型比例车型各种柴油车轻型货车中型货车重型货车、大型客车、拖挂车集装箱车车型比例50%30%10%10%fm（VI）0.41.01.53-4经计算：fm(vi)=1.0585 4.2.5稀释烟雾的需风量：稀释烟雾的需风量按式（4.4）计算（4.4）式中：——隧道全长稀释烟雾浓度的需风量（m3/s）；——烟雾设计浓度（m-1）查表取0.006m-1。同理，采用100km/h,80km/h,60km/h,40km/h,20km/h及交通阻滞（10km/h，最大长度为1000m）设计速度时，计算过程同上，CO排放量及稀释CO的需风量列于表4.3，烟雾排放量及稀释烟雾的需风量列于表4.4。表4.3CO排放量及稀释CO的需风量车速（km/h）100km/h260.750.013.81.00.61.241.430.069291.31880km/h,260.750.013.81.00.751.241.030.063262.28860km/h260.750.013.81.01.01.241.00.081339.53240km/h260.750.013.81.01.51.241.00.122509.29720km/h260.750.013.81.03.01.241.00.2441018.59510km/h3000.013.81.06.01.240.80.152551.17785 4.2.6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。由上述计算得出：需风量由20km/h时稀释CO所需要的风量决定，其值为=1018.595。4.4烟雾排放量及稀释烟雾的需风量车速（km/h）k100km/h0.00650.011.051.00.61.133.792.022311.14680km/h,0.00700.011.051.00.751.132.631.754250.57160km/h0.00750.011.051.01.01.131.471.307174.31940km/h0.00900.011.051.01.51.131.131.508167.50020km/h0.01050.011.051.03.01.130.792.108200.74610km/h0.01130.011.051.06.01.130.791.640145.1634.3通风设计计算4.3.1自然风阻力自然风阻力按式（4.5）计算（4.5）式中：——自然风阻力（N/m2）;——自然风作用引起的洞内风速（m/s），可取2m/s～3m/s；85 ——隧道入口损失系数，查表取0.6；——隧道壁面摩阻损失系数，查表取0.02；——空气密度（kg/m3），查表取1.20kg/m3——隧道断面当量直径（m），由前面知取11.09m。自然风阻力：4.3.2通风阻抗力通风阻抗力按式（4.6）计算（4.6）式中：——隧道入口损失系数，查表取0.6；——隧道壁面摩阻损失系数，查表取0.02；——空气密度（kg/m3），查表取1.2；——隧道断面当量直径（m），由前面知取11.09m。——隧道交通风速（m/s）；4.3.3交通通风力交通通风力按式（4.7）计算（4.7）式中：——交通通风力（N/m2）；——隧道净空段面积；——隧道内与同向的车辆数；——隧道内与反向的车辆数；85 ——隧道隧道设计风速；——与同向的各工况车速；——与反向的各工况车速；——汽车等效阻抗面积（m2）。汽车等效阻抗面积可由式（4.8）计算（4.8）式中：——小型车正面投影面积（m2），可取2.13m2；——小型车空气阻力系数，可取0.5；——大型车正面投影面积（m2）可取5.37；——大型车空气阻力系数，可取1.0;——大型车比例，给定38.8%。=2.780m交通通风力：=465.126N/m2+-=+-465.126=-25.051N/m2表4.5交通风力计算结果表参数值n120km/h23.381416.69451.829465.126-25.05185 236.865100km/h23.381416.69462.194318.889121.18680km/h23.381416.69477.743183.105256.9760km/h23.381416.694103.65567.011373.06440km/h23.381416.694155.4860.834439.24120km/h23.381416.694310.949134.378305.69710km/h23.381416.694241.981253.127186.948所以该隧道需要机械通风。4.4风机选型风机选用1120型射流风机=0.98m2=30m/s可得==6.068N/m则i=台合计需要40台1120型射流风机，按20组布置。85 第5章隧道照明5.1入口段照明5.1.1入口段亮度：式中：——入口段亮度——入口段亮度折减系数，取0.06；——洞外亮度。由经验数据知：早：中：晚：故有：早：中：晚：5.1.2入口段长度：式中：——入口段长度85 ——照明停车视距，取；——洞口内净空高度，取。5.2过渡段照明5.2.1过渡段亮度过渡段由三个照明段组成，与之对应的亮度为：早：中：晚：5.2.2过度段长度5.3中间段照明设计行车速度，中间段亮度取85 5.4出口段照明出口段照明亮度为5倍的中间段亮度，即，出口段长度取。灯具布置采用对称排列布置，间距为，在照明系统中应有调光设备，使隧道内亮度能随洞外亮度变化而调节。调光设备有两种：（1）不连续调光；（2）连续调光。前者按“强烈日光”，“有云”，“阴天”，“黎明或傍晚”，“夜间”等5级调节，并由光电元件自动控制。根据不同亮度时间段采用对称开放、交错开放及单排开放。后者是用可控硅的导通角和输出电压，从而改变灯管电源和亮度，实现无极连续自动调光。夜间没有白天那样强烈的暗适应问题，交通量也大大减少，所以照明标准可以适当降低。其减少的程度以不因此而导致交通事故为限度，一般折减系数可取0.5。夜间沿隧道全长按同一标准照明，但为了不使出入口处产生明暗洞效果，应在洞外连续道路设置相应照明。85 第6章施工说明6.1施工内容本标段所包含的老君隧道设计为分两座分离式隧道：上行线全长2520米，下行线全长2570米，是所在高速公路工程施工中的控制性工程。隧道施工组织设计是指导隧道施工的基本技术和经济文件。它是根据交通行业施工文件的要求，工程的性质，现场的具体条件，施工的技术装备和施工力量等，确定合理的施工方法和施工进度，对于整个工程的施工过程作出科学较全面的规划和布置，并制定隧道工程所需的投资、材料、机具，设备劳动力等供应计划，从而指导隧道施工安全、有序、快速的进行。6.2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为基础，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）岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。（2）为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间（包括闭合时间）来控制岩体的变形。 （3）为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状应尽可能圆顺，以避免拐角处的应力集中。 （4）通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测，合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理。 （5）85 为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，可采用复合式衬砌。 （6）二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，围岩和支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度。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。6.3弃渣方案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。6.4施工中存在问题及解决方案隧道所处地段地质条件较差，围岩级别大多为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，围岩稳定性相差较大。对于自稳能力较差的地段，解决办法为：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50100cm，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。6.5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）85 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。85 第7章外文翻译（原文）85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85 第8章外文翻译（译文）困难条件下隧道的修建-挤压案例体育博士—FulvioTonon得克萨斯大学奥斯汀分校土木工程部门助理教授C1792大学站,奥斯汀,德克萨斯州78712-0280,美国tonon@mail.utexas.edu。摘要：本文主要讲在挤压条件下修建隧道,并着重讲挤压条件下成功修建隧道的不同方法。介绍：困难条件下的隧道包括挤压条件下，膨胀条件下,隧道在地下水位下和岩爆条件下的隧道。国际岩石力学学会(ISRM)定义的挤压条件为“与时间有关，大变形发生在隧道和本质上是与蠕变有关超过极限剪切应力引起的,变形期间可以解除建设或继续过去很长一段时间”-Barla(1995)。收缩是指依赖于时间的体积增加及其在隧道诱导变形-爱因斯坦(1996);爱因斯坦(1996)指出收缩和徐变之间可能的相互作用，突然从隧道边墙引起的喷发的岩石,最终在高压力下合并为隔离岩石板。条件：本文针对于挤压,特别对传统的隧道,即隧道没有使用隧道掘进机(TBM)。在后一种情况下,盾构、地面和灌浆为保护隧道掘进机重要性的相互作用是最大的,并将采取一些论文讨论。事实上读者称其为全方位的论文Anagnostou(2006),Ramoni和Anagnostou(2006，2009,2010,2011,2011b),和Ramonietal(2011)也被引用在其中。　斯坦(1996)指出挤压和肿胀之间可能的相互作用，在挤压条件下的隧道，挤压程度的预测和隧道周围地面情况的建模是许多研究的主题,读者称为论文Aydanetal。Hoek(1996)和Marinos(2000)，Hoek(2001),Barlaetal(2004),Boninietal(2009),Debernardi和Barla(2009),SterpiGioda(2009),Cantieni和Anagnostou(2009和2009b)以及Ramoni和Anagnostou引用上面的文件。现代方法和未来的方法参考，如图1所示,修建隧道的方法可以分成两个大组:那些由顺序进行挖掘(图1a和b),和那些整个隧道同时进行挖掘的方法(图1c85 )。几个奥地利隧道挖掘者几代人用新奥法(新方法)让我们相信，这新奥法一定要使用顺序开挖。另一方面,在许多国家,如美国,顺序开挖目前适用于软弱地基不能使用隧道掘进机修建的隧道(罗梅罗,2002)。许多观点的定义提出了新奥法，Karaku(Kovari,1994)和Fowell(2004)。布朗(1990)和罗梅罗(2002)建议将新奥法区分开来的依据:　　x最大可能限度有意识发挥隧道周围地层的强度。 lx通过地层的允许变形可以实现地层强度的调动。 x架设具有与地层相适应的荷载—变形特征的初次支护，并且就地层变形而言，设备可以定时。 x在初次支护中要安装变形监测设备，这是改变初次支护设计和开挖顺序的基础。 新奥法施工方的主要特征是：x隧道是有顺序的开挖和支护，并且可以调整开挖顺序。l x初期地层支护可以通过与纤维或焊接线加强筋，钢拱架（通常为格栅拱架），以及有时的地层加强（如土钉，板桩）相结合的喷射混凝土所提供。 lx永久支护通常为（也不是一直）一种现浇混凝土。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1。用于隧道掘进条件的一般方法:a)边侧导坑法,b)反台阶法和钳工加工法c)全断面开挖法。85 Tonon(2010)表明,顺序开挖法可以追溯到1800年代,,并由矿工挖掘者设计为最大的第一铁路线，在那个时候没有电,没有压缩空气,动力是首要的，主要是靠人力和动物来提供动力。（Rabcewicz-浅埋暗挖发明家)。实际上绝大多数人认为“隧道应尽可能全断面开挖”。事实上,在他的第一个（1964年）抽象论文中,Rabcewicz指的是浅埋暗挖。一个新方法主要是一个薄的喷射混凝土衬砌，尽早关闭衬砌，在时间的作用下形成从一个倒置到一个完整的环-所谓的“辅助弓”-变形，直到获得均衡。在同一篇论文中,在第454页,Rabcewicz指出:“钢最重要的优势之一是支持是他们允许隧道全断面驱动非常大的横截面，产生的无限制的工作区域使强大的钻岩设备被使用,增加了速度和降低了成本。现在,全断面开挖是首要的，随后扩大使用只有在不利的地质条件下。“在457页,Rabcewicz继续这个话题:“正常的施工方法还有一些困难需要克服,如反转仍通常在建造的最后,胎侧离开屋顶和衬砌变形。在此同时,经验告诉我们,它是更有利的的观点,甚至经常尽快的必须关闭一个完整的衬砌在掌子面后面短距离内。符合这个要求,隧道应尽可能全断面开挖,虽然这不能永远完成,尤其是在复杂地层,往往成为必要诉诸标题和形成阶地。在最困难的情况下,它甚至可能有必要在开挖之前开一个全剖面试点。一个辅助拱上首先试行(比利时屋顶拱)虽然相当有效地防止洞顶放松,代表了中间施工阶段,它仍然受到侧向变形，这样的不稳定必须尽快移除挖掘工作台和关闭衬里的转化。”总结:　　x新奥法不能够连续掘进。　　xrabcewicz意识到隧道应该全断面开挖。　　xrabcewicz意识到全断面开挖必须使用大型设备和大功率的设备,使隧道迅速掘进和降低成本。　　xrabcewicz从来不关心，也不提前面掌子面所述的方法或提前地面支撑/加固掌子面。　xrabcewicz想能不能找到一种方法来推进在困难压力-应变条件下全断面开挖。他认为正常的方法在以前的建设中无法进行全断面的应力-应变条件开挖是由于技术的限制（1964）。　　Rabcewicz一样的构想在1960年通过观察隧道浅埋暗挖的方法,在1970-80年通过他设计或修建的隧道提出以下基本观点。1)收敛(空心墙的径向位移)只是地面变形最后的表现。收敛总是推进核心变形之前的效果。预收敛=径向位移在未来隧道周边地面挤压的水平位移。　　2)原位挤压可以测量和一对一有关的变形。　　3)在挤压地面,其它东西都是相同的,变形(融合)的洞使得隧道推进的速度减慢。　　4)洞在崩溃之前总是洞的核心系统首先崩溃。　　5)在反台阶法和钳工加工法中,隧道的整体转化开始在顶部和结束在工作台上。　　6)隧道整体设备的减少和增加最大主应力,引起三个基本行为:A=稳定;B85 =在短期内稳定;C=不稳定(图2)。总之（图3）：　　x洞周围的地面变化和洞的收敛鉴于在隧道挖掘时核心链测长度X的变形情况控制的(链测长度Rabcewicz1960年代不了解,也不做)。　　x在困难的应力-应变条件下,抵消融合是不可行的，在隧道核心即将变形前需要控制收缩和挤压(Rabcewicz1960年代不了解,也不做)。　　x顺序挖掘扩展了隧道面临的顶部首要变形(Rabcewicz认为“一个辅助拱执行上面的变形，代表一个中间施工阶段,仍受到横向变形”)和地面在核心的体积增加,变形。　　x如果整体和核心的变形程度必须最小化,继续整体最小化(Rabcewicz认为“隧道应该尽可能驱动整体”)。这些结果使Lunardi有了工程核心的想法，以使用作为核心的的稳定化方法，以同样的方式使锚杆，喷射混凝土和钢套用于稳定洞体。其中最引人注目的证据是重新开挖隧道建设时忽视核心作用而导致失败的结果，提供了多种失败的例子。工程的核心是实现想法，开发新技术,如:　　x水平喷射灌浆(Campiolo隧道,1983)。　　x预先切开和全断面开挖(Sibari-Cosenza铁路线,1985年的进化顶端首先使用的pre-decoupage里尔地铁,法国)。　　x玻璃纤维强化核心的施工技术在正面的隧道推进系统中(1985年,高速铁路之间的界线佛罗伦萨和罗马),不仅作为一个特别的手段来克服不可预测隧穿问题。而且经过这些观察、实验和新技术控制变形(Lunardi,2008)。新技术的引进与新意法，因此只能正确理解和使用上下文中的新意法。新意法工作流所示如图5。在诊断阶段,单/无钢筋隧道原位建模应力状态的目标细分整个对应到三个阶段，核心变形类:A、B和C:这些依赖于应力-应变行为的核心(地面强度、可变形性和渗透性+原位应力),不仅仅发在地上。网站调查必须足够详细和翔实的实施等定量分析，这显然定义了调查应该产生什么。在施工阶段,地面工程控制着变形诊断阶段，对于隧道类别,地上仍在一个弹性条件,需要担心岩石块稳定(整体和洞)和岩石破裂。通常情况下,岩石螺栓、喷射混凝土、钢铁集和超前支架用于这种效应。类别B和C产屈服发生在地上，必须人为创造一个拱效应领在隧道掌子面（预约束）的前面,和所有C变形阶段，通过查看莫尔平面(图6)两种路线的行径清楚表明：　　x85 保护核心减少莫尔圆的大小:可以实现通过提供监禁(v3)增加或减少最大主应力(减少V1)。　　x强化核心，从而推高和倾斜向上的破坏包络线。图3中描述的实际实现这两个想法的预禁闭行为列在最右边。第三行行动由收敛面对使用刚度的衬里控制,也可以纵向限制核心变形。只有在这种情况下,不同的现有技术和图7中列出适当的角色。请注意,新奥法和新意法包围在隧道挖掘时选用隧道掘进机存在差异。一旦控制和预禁闭措施已被选定,十字架部分是由横向和纵向方向分析决定的。在所有情况下,整体推进各应力-应变指定条件,从而实现Rabcevicz的梦想。对于每一个截面,位移预测,在收敛范围内挤压，除了计划和规格，施工指导方针制定也在生产设计阶段。建设指导方针是在建筑工地使用的提示决策基于位移的读数。如果数据是在正常预测范围内,然后采用标称截面的计划和规格,如果读值下降到较低的预测位移范围,然后指定的最低数量准则是采用稳定措施。同样,如果读值的上升到较高的预测位移范围,然后采用指定的最大数量准则。最后,如果部分读数超出了预测位移范围,指定新的指导方针将被采纳。通过这种方式,显然新意法区分设计阶段和施工阶段,因为没有建设时采用即兴创作。　　新意法监控起着重要作用,但有两个主要区别于奥地利施工法:　　x在类别B和C,不仅收敛,而且变形的核心原因是因为挤压测量的不稳定,因为稳定的核心预禁闭变形是必要条件来保持洞的稳定性。　　x监控是用来调整设计,不是即兴创作洞稳定措施,以便施工时间和成本能可靠地预测。　　隧道因此承受多少变形,与岩体整体不同分类进行的是一个客观衡量无须任何解释。此外，岩体分类并不适用于土壤和复杂岩体未列入分类的数据库的情况。500多公里的隧道经验表明,新意法已经采用办法使隧道控制他们变形,声称已经下降到最低。在对里昂-都灵基础隧道，圣马丁拉波特使用易适应的横坑与纤心变形的控制解决方案已成功通过(Barlaetal2008)。最初支持系统实现(图8)其功能是由钢肋骨与滑动支座,岩锚和薄喷射混凝土层组成。因为缺乏预禁闭和顺序开挖,这些部分进行了非常大的变形收敛达到2米。其设计理念最后选择（图8B），成功地推动了隧道建设的基础，允许支持同时采用全断面开挖与玻璃纤维系统化的全面加固屈服销钉。很好记录的例子，Bolu隧道(布洛克斯和Hagedorn1999Dalgic2002)也应该作为一个额外的例子,忽略了隧道地面面临根据新奥法使用顺序挖掘导致的。重启开挖的工作台失控增加了变形，远远超过了公差设计的位移。灵活的衬砌支持超挖、喷射混凝土衬砌和屈服锚杆支护纵向差距，根据新奥法(图10)迫使承包商增加挖掘跨度部分从140平方米到220平方米，并戏剧性重新挖掘隧道六次，影响隧道的施工成本和进度。监测的概念位移最终推迟衬垫的安装，收敛停止（或达到一个较小的值，例如，2毫米85 /月）导致了显著变形（图11），不可预知的建设时间，而且当发生地震冲程，400米以内的已经挖掘好的隧道将会发生坍塌。诚如报告，保险公司（BROX和1999HAGEDORN）允许大的变形(50厘米或更多)融合发生在为了减少“摇滚负荷”代表高风险的隧道设计方法，因为它会导致不可预知的扰动岩体的应力-应变变形，隧道各处可能达到大的位移和屈服强度(60–80米在这种特定的情况下)。保险公司仍然愿意签发保险单，以隧道工程按照这种高风险的做法设计的？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2。基于face-core隧道的变形阶段。Lunardi(2008)。　　　　　　　　　　　　　　85 图3。新奥法与新意法。Lunardi(2008)。　　　　　　　　图4。当隧道核心不以稳定方法来修建就会失败（左侧面失败图。3a和b），以及重新挖掘必须通过使用核心作为一个稳定的措施（右图手两侧。3a和b）。85 图5。新意法工作流。Lunardi(2008)。　图6。Mohr-plane的方法来稳定/莫尔-平面解释变硬的核心。Lunardi(2008)。　　　　　　　　图7。稳定的工具根据自己的行动作为预禁闭或分区禁闭。Lunardi(2008)。　　　　　　　　　　　　图8。隧道横截面显示的开挖支持系统。La85 Porte圣访问基地隧道链测长度之间的1267～1324m(P7.3)和链测长度1325～1700米(DSM,b)。Barlaetal。(2008)。图9。基地隧道建立的高度变形的截面。Barlaetal。(2008)。　　　　　　　　　　　　图10。隧道原始设计的最低允许模式Bolu灵活的方法由Geoconsult(1996)，Dalgic(2002)设计。85 　图11。Bolu隧道。在公里54+135构造原始设计由Geoconsult(1996)，Dalgic(2002)设计。　　对预加固的未理解的问题和相应的措施：　预加固收敛极限人们常常认为，预加固措施（图7）不改变隧道的收敛曲线（PELIZZA和培拉1993年，培拉1994年，培拉1996年，ORESTE2004年等）。这相当于说，测量一个大的隧道面后面收敛的距离不会受到预加固的存在措施的影响。其结果是，当受预加固的情况下，更高的负载被预测在主衬里，比在无预加固的最终衬里。因此，这是认为预加固导致隧道更昂贵的效应的解决方案。然而，奥莱斯忒的和培拉（2000）三维有限元弹塑性的玻璃纤维在核心插入的元素不仅减少预收敛，而且收敛于洞。同样的结论是从图1的分析实现的。其中内衬隧道是仿照在芯玻璃纤维增强的不同的密度，预加固由核心的玻璃纤维增强有效控制收敛。因此，核心加固确实改变了收敛曲线。　同样，现场收集证据在全球建成超过500公里的隧道表明，在最终中取得了巨额储蓄衬里已经实现通过（2008年卢纳尔迪）。这个矛盾的证据，目前正在调查，作者和他的研究生在国际隧道协会（ITC），它建立在得克萨斯大学奥斯汀分校。国际隧道协会（ITC）的目的是建立学术界和业界之间的合作，促进研究和教育者在隧道通过方面听取业界需求。美国国际贸易委员会的使命是双重的：1）开展对隧道及地下研究，对施工成员提出施工建议2）教育下一代隧道工程师。　　比较图12a和图12b确实之间存在一个一对一的关系，预收敛和挤压：作为增强芯密度的增加，挤压和预收敛与最大效果一起降低1单位/m2，超越这小挤压和预收敛削减得以实现得大量增加强化密度。最后，图12b显示了收敛内只有1开发米隧道开挖面，这证明，需要精心设计预加固，为了不浪费在预收敛的减少限制转换与掌子面的超前预加固得到突出强调的底部，图3b最右边的列中所示。　　地基随着时间的变形到现在为止，隧道预加固的所有分析都使用弹塑性模型（例如，PELIZZA和1993年培拉，1994培拉，1996年培拉，2000年Wong，奥莱斯忒等。2004年行军和2005年Jiiný，Serafeimidis等。85 2007年Serafeimidis和2007年ANAGNOSTOU）。一个例外的研究是博尼尼（2009），作者进行审查了岩石与时间相关的行为表征和建模，描述了意大利鳞片状粘土的力学行为，一个结构复杂的粘土页岩（CS）形成亚平宁（意大利）。然后，他们发现了所涉及的关键因素为CS中的本构模型，并选择和讨论了两种本构模型。最后，他们分析了Raticosa隧道和比较隧道在径向收敛的条件与监测数据模型和挤压隧道全部下的结果。　　尽管这项研究由博尼尼（2009）提出阐明本构模型提出的适用性，时间依赖性和地基变形之间的相互作用造成挤压或肿胀情况及预加固措施从未被调查的细节和目前的关键地质力学参数和治这种互动工程预加固措施不被理解的原因。在这种情况下，笔者认为预加固的效果更有利。考虑一个典型的速率相关粘塑性模型（Perzyna1971年，厮磨和休斯1998年），其中，所述应变率越高越远力点是屈服面。例如，图13示出的是，持续载荷下，应变速率增加了近一个数量级甚至当应力水平（SL）增加从50到86％的破坏荷载的负载。因为预加固允许应力点在核心和周围的以后的洞保持接近屈服面，预加固应减少地面应变速率，从而收敛和主要负荷加固在最终衬里。此外，整体事先允许的立即关闭，因此即使后面的压力点可以接近屈服面，最后，提前快速率维持不断为整个隧道开挖最小化位移。确认/反驳这些论点需要一个彻底的调查，目前正在开展，国际隧道协会内的作者和他的研究生（ITC）在得克萨斯大学奥斯汀分校。为了帮助引导预加固在这些困难的应力-应变条件下设计，美国国际贸易委员会的研究也将开发定期分析。x产生的挤压时间依赖性地基行为之间的相互作用和溶胀条件和预加固措施，等等；x关键的地质力学参数和工程预加固的作用在时间依赖性地措施。　　　　　　　　　图12。玻璃纤维芯的元素的数目和预收敛的效果。;（一）挤压，（二）洞收敛。Boldinietal(2000)等人后修改。85 　　　　　　　　　　　　图13。意大利鳞片状粘土：（一）轴向应变速率随时间的蠕变试验。Barlaetal(2004)。结论：隧道的掘进存在各种各样的方法。这些方法是在不同时段的发展，并了解它是重要的历史和技术条件下的提出和应用。参考文献：　　Barla,g(1995)。掘进岩石隧道。ISRM新闻杂志44-49页。Barla,G,Bonini,m,d.Debernardi(2008)。掘进隧道随着时间的变形。国际会议计算机方法和地质力学的进步协会(IACMAG);2008年10月。　Barlam和Boninim(2004)。意大利粘土页岩的隧道设计。.岩石机械科学。221–227页。　　BarisoneG,s和PigoriniPelizzab(1982)。困难条件下雨伞拱的方法在,分析新意法。Eng协会，第四卷。　　BernaudD、RoussetG(1996)。隧道分析新的隐式方法(简短的沟通)。.数值分析方法，地质力学,20卷,第673-690页。　　BoniniM、DebernardiD和BarlaBarlag(2009)。泥页岩和力学行为影响隧道的设计。岩石力学和岩石工程，361–388页。布朗，E.T.（1981）。把新奥法做为隧道及隧道视角，1981年11月，13-17页。　Cantieni和ANAGNOSTOUG.（2009）。应力路径对挤压效应行为隧道。岩石力学与工程，289-318页。Cantieni和ANAGNOSTOUG.（2009b）。屈服载体之间的相互作用和挤压地面。隧道与地下空间技术，309–322页。　　Cantieni和85 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致谢在毕业论文结束之际，我要向四年来所有在学习上给予我帮助的老师和同学致谢！感谢你们！感谢乔老师和岳老师在这一个多月的课程设计中给于我们极大的帮助，老师不厌其烦的指导我解决设计中遇到的困难和出现的问题。我的设计能够很好的完成，与您的教导密不可分。。通过这次设计使我了解到隧道工程设计的基本方法和步骤，使所学专业知识融会贯通，为进一步扩大知识面奠定了必要的基础，提高了系统分析、工程设计及解决实际问题的能力，为走上工作岗位打下了坚实的基础。毕业设计是大学本科教育的一个重要环节，经过四年的学习，学生大都已经掌握了公共基础课，专业基础课和专业课的许多理论知识，但如何运用这些理论知识去解决工程实际问题，却往往知之甚少，毕业设计阶段，既是所学理论知识巩固深化过程，也是理论知识与实践相结合的过程。毕业设计是培养学生综合运用所学基本理论知识和基本技能，去解决实际问题和进一步提高运算，制图以及使用资料的技巧，完成工程技术和科学技术基本训练的重要环节。使学生从中受到工程师所必须有的综合训练，并相应地提高各种能力。如调查研究、理论分析、设计计算、绘图、试验研究、技术经济分析、组织、编写论文和说明书等等，培养事实求实，谦虚谨慎，刻苦钻研，勇于创新的科研态度和科学精神。经过严格的毕业设计训练，大学生进入工作岗位后，可以较快地适应工作。为了达到毕业设计的教学目的，除了要求指导教师具有丰富的教学经验，能充分调动学生的积极性外，毕业设计课题的选择也是非常重要的。课程设计应结合工程建设的实践选题，应结合生产实际和科学研究课题选题，所选课题要有代表性、科学性，深浅适度，有利于巩固课堂所学的知识，有利于外语和计算机水平的提高。85 再次感谢大学四年期间各位老师的谆谆教诲！85'