隧道施工设计

设计题目：石家庄隧道工程设计（3组) 专业班级： 土隧10-1 专 业： 隧道与地下工程 学 号： 1005030108 姓 名： 张 继 曌

指导教师： 曹 志 军

开题日期：2013年 11 月 11日 完成日期：2013年 11月 22日

大连交通大学土木与安全工程学院

一、石家庄隧道工程基本概况 ....................................................................................... 2

1、位置和线形 ......................................................................................................... 2 2、洞身段地质情况 ................................................................................................. 2 二、石家庄隧道结构设计内容 ....................................................................................... 3

1、设计标准 ............................................................................................................. 3 2、平纵面设计 ......................................................................................................... 3 3、 横断面设计 ....................................................................................................... 3 三、石家庄隧道施工方案设计 ....................................................................................... 5

1、隧道总体施工方法 ............................................................................................. 5 2、洞身施工设计 ..................................................................................................... 5 3、开挖方法和过程 ................................................................................................. 6 4、防排水施工设计 ................................................................................................. 8 5、不良地质地段设计对策 ..................................................................................... 9 6、辅助施工措施 ..................................................................................................... 9 7、隧道路面 ............................................................................................................. 9 8、环境保护 ........................................................................................................... 10 9、动态设计 ........................................................................................................... 10 四、石家庄隧道爆破设计 ............................................................................................. 10

1、周边眼的爆破 ................................................................................................... 10 2、掏槽形式的确定 ............................................................................................... 10 3、爆破器材的选择 ............................................................................................... 11

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4、循环进尺的确定 ............................................................................................... 11 5、爆破参数的确定 ............................................................................................... 11

4）计算各种炮眼的长度L及同一平面上两掏槽炮眼眼口间的距离B：12 5）钻爆参数表 ............................................................................................... 12 6)装药结构 ...................................................................................................... 14

参考文献: ........................................................................................................................ 15

一、石家庄隧道工程基本概况

1、位置和线形

石家庄隧道位于宁武县石家庄镇，隧址区属构造剥蚀基岩小起伏低中山区,海拔高程1550-1405米，相对高差55米。微地貌为基岩山梁、陡坡，隧址区基岩裸露。该隧道位于长度超过3000m的长距离直线上,如果设置分离式隧道,将造成分离路基长度偏长，隧道前后段路基工程量增加较大，所以设计为双连拱隧道。进口里程为HK70+220，出口里程为HK70+525,全长305米。隧道位于直线上，隧道洞内纵坡为0。882％.隧道底板最大埋深55米。属短隧道。全线采用四车道高速公路建设，设计速度采用60Km/h。

2、洞身段地质情况

洞身段围岩灰黄色砂岩,强风化至弱风化，岩体较破碎～较完整，块状~厚层状结构，围岩较稳定，围岩级别为Ⅳ级。具体围岩分级见下表： 石家庄隧道围岩分级表 里程 HK70+245～HK70+500

长度（H） 255 2

围岩级别 Ⅳ 石家庄隧道位于宁白公路及石黄公路附近,交通条件较好，隧道进出洞口均与桥梁相连，需修建便道出渣。建议隧道施工方案为从保德端开始施工.

石家庄隧道出渣量不大，废渣可弃于路线北侧沟谷。弃渣场顶部需平整,必须设置排水沟，以防止雨水的冲刷。

二、石家庄隧道结构设计内容

1、设计标准

①设计速度:60Km／h；

②建筑限界:净宽9。25米，净高5米； ③车道数目与行车方式：采用双洞双车道。

2、平纵面设计

该隧道位于长度超过3000m的长距离直线上，如果设置分离式隧道，将造成分离路基长度偏长，隧道前后段路基工程量增加较大，所以设计为双连拱隧道。隧道位于直线上，隧道洞内纵坡为0。882％。

3、 横断面设计

隧道全长305米,不设置紧急停车带、车行横洞和人行横洞。隧道按新奥法原理设计，采用初期喷、锚、格栅钢架支护与二次模筑混凝土的复合衬砌方案,并视地层、地质条件增加长、短管棚、超前锚杆等预加固措施，偏压浅埋地段还应考虑采取地表砂浆锚杆、反压回填等工程措施.  建筑限界设计

隧道单洞净宽9。25米，行车道宽7。50米（2×3.75），左、右侧路缘带分别宽为0.5米和0。75米。

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建筑设计参数表

侧向宽度L 公路等级 设计速度车道宽度 （km/h） W 左侧LL 右侧LR 左侧余宽 C 左侧 右侧 检修道J 隧道建筑 限界净宽 高速公路 60 3。50×2 0.5 0。75 0.25 0 0.75 9。25 ◇根据《公路隧道建筑界限横断面组成最小宽度》取得上表数据； ◇检修道高度h=0。25m，路面横坡i％=2％;

◇左顶角宽度ELLL0.50m，右顶角宽度ERLR0.75m; ◇建筑限界高度H=5m. 衬砌结构设计

根据题目可知隧道采用双线四车道高速公路建设，故按照两车道隧道设计复合式衬砌结构.洞身段围岩灰黄色砂岩,强风化至弱风化,岩体较破碎~较完整，块状～厚层状结构，围岩较稳定，围岩级别为Ⅳ级。根据《公路隧道设计规范》的《两车道隧道复合式衬砌的设计参数表》查得：

石家庄隧道复合式衬砌的设计参数表

二次衬砌厚度初 期 支 护 围岩级别 喷射混凝土厚度（cm) 拱部、边墙 仰拱 位置 锚杆(m) 钢筋网 长度 间距 钢架 混凝土 混凝土 （cm） 拱、墙 仰拱 拱、墙 Ⅳ 15 — 拱、墙 3 1 ＠25×25 拱、墙 35 35 4

隧道横断面尺寸图

三、石家庄隧道施工方案设计

1、隧道总体施工方法

隧隧道类型为双连拱隧道。洞身Ⅳ级软弱围岩地段施工难度较大，必须采取强有力的辅助施工措施与初期支护相结合,相辅相成,才能完成隧道施工任务。隧道设计采用的辅助施工措施有：超前长管棚、超前自进式锚杆、超前注浆小导管、超前砂浆锚杆以及洞室周边注浆等。

石家庄隧道位于宁白公路及石黄公路附近,交通条件较好，隧道进出洞口均与桥梁相连，需修建便道出渣.建议隧道施工方案为从保德端开始施工。石家庄隧道出渣量不大，废渣可弃于路线北侧沟谷。弃渣场顶部需平整，必须设置排水沟,以防止雨水的冲刷。

2、洞身施工设计

隧道施工应按新奥法组织实施，主要工序采用机械化作业，隧道出渣采用无轨运输，二次衬砌浇注采用模板台车，隧道施工开挖总体上要求拱部采用光面爆破，边墙部采用预裂爆破，以最大限度地保护周边岩体的完整性，同时减少超挖量，提高初期支护的承载能力.双连拱隧道洞身Ⅳ级围岩采用中导坑辅助施工，中

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导坑要求全线贯通，以便修筑中墙，施工中，先施做地质及围岩相对较差的一侧隧道,滞后一定时间再施作另一侧隧道。隧道施工过程中应注意结合监控量测结果,采取相应的措施。

隧道二次衬砌应尽快施做，避免日久围岩松弛失稳。雨季是隧道施工事故多发季节，隧道开挖应避开雨季，无法避免时应充分作好临时加固的物质材料与方案准备，以便及时支撑加固，避免隧道塌方。

支护方式：采用初期喷、锚、格栅钢架支护与二次模筑混凝土的复合衬砌方

案.

出渣：隧道出渣采用无轨运输

二次衬砌：二次衬砌浇注采用模板台车.

3、开挖方法和过程

开挖方法：

隧道整体采用中洞法和长台阶法开挖

中洞法：先开挖中洞并支护，在中洞内施作隧道中墙混凝土，后开挖两

侧的施工方法。

使用范围：隧道开挖全程使用中洞法开挖；长台阶法主要使用在中洞法开挖过程中的两侧洞开挖环节中。

开挖过程：

中洞法：先开挖中洞并支护，在中洞内施作隧道中墙混凝土，后开挖两侧的施工方法。

施工要求：

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中洞及各部尺寸：中洞法开挖高度为7.35m，开挖宽度为6m；因隧道总长为305m，故先贯通中洞，然后再施工两侧侧洞；中洞开挖后及时施作初期支护,再分段灌筑中墙混凝土,每一纵向段长度为8m，在中墙混凝土达到设计强度后方可拆模,并进行临时横向支撑。

④Ⅳ级围岩三台阶临时仰拱封闭法施工:

上台阶：⑴弱爆破开挖①部.⑵喷混凝土封闭掌子面。⑶上台阶周边部分初喷混凝土。⑷架立钢架，并设锁脚锚杆，安设临时仰拱钢架。⑸钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度.

中台阶：⑴弱爆破开挖②部。⑵喷混凝土封闭掌子面.⑶台阶周边部分初喷混凝土.⑷接长钢架，并设锁脚锚杆，安设临时仰拱钢架。⑸钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。

下台阶：⑴弱爆破开挖③部，⑵喷混凝土封闭掌子面。⑶台阶周边部分初喷混凝土。⑷接长钢架，仰拱封闭成环。⑸复喷混凝土至设计厚度。 ⑴根据监控量测结果分析，待初期支护收敛后，拆除临时仰拱.⑵灌筑Ⅳ部仰拱及Ⅴ部隧底填充(仰拱及隧底填充要分次施作)。

第一步： 1、施工超前小导管； 2、开挖1部： 3、施工1部初期支护及临时仰拱和中墙。 第二步： 1、施工超前小导管； 2、开挖2部; 3、施工2部初期支护及临时仰拱。 7

第三步： 1、施工超前小导管; 2、开挖3部； 3、施工3部初期支护及临时仰拱. 第四步: 1、拆除侧壁导坑临时支护构件； 2、施工二次衬砌。

4、防排水施工设计

道防排水设计总体上遵循“以排为主,防、排、截、堵相结合”的综合治理原则，对地表水、地下水采取妥善的处理,使洞内外形成一个完整的畅通的防排水系统，达到排水通畅，防水可靠，经济合理、不留后患的目的，保证使用期内行车安全、设备正常使用.

隧道防排水设计主要有以下三个方面： 衬砌排水

在初期支护与防水层之间每间隔一定距离设置环向排水管。 衬砌防水

在初期支护与二次衬砌之间应设置防水板和无纺布，二次衬砌混凝土抗渗等级为S6：

无纺布密度350g/m2

防水板应采用易于焊接的防水卷材，厚度1.5mm,接缝搭接长度120mm.

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路基排水

设置中心排水管,将围岩渗水有效的排到中心排水管内，以防止地下水上渗到路面层,影响路面层的使用寿命。

隧道防水层采用EVA防水卷材+土工布，EVA防水卷材参数必须满足国标18173.1—2000的要求,防水卷材采用无钉工艺施工，隧道衬砌采用防水混凝土，抗渗标号不小于S8,施工缝采用缓膨型橡胶止水条+背贴式止水带,沉降缝采用橡胶止水带+背贴式止水带防水。

5、不良地质地段设计对策

隧道穿过软弱地层时，由于软弱围岩具有较大的塑性和流变性，隧道在施工过程中围岩的破坏方式、应力位移释放机理及支护方式与硬岩隧道相比有较大差别。软弱围岩在开挖后自承能力较低,必须采取超前支护措施或预加固围岩以延长围岩稳定时间进行初期支护，以防围岩深层产生松动破坏。设计和施工必须严格执行“弱爆破、短开挖、强支护、早闭合、勤量测、衬砌紧跟\"的原则。初期支护采用早期支护能力强的可缩型钢支撑，二次衬砌后期要考虑较大的荷载，应采用钢筋混凝土结构。

6、辅助施工措施

石家庄隧道为双车道隧道,在洞口浅埋地段及Ⅴ～Ⅳ级软弱围岩地段施工难度较大，必须采取强有力的辅助施工措施与初期支护相结合，相辅相成,才能完成隧道施工任务。隧道设计采用的辅助施工措施有:超前长管棚、超前自进式锚杆、超前注浆小导管、超前砂浆锚杆以及洞室周边注浆等.

7、隧道路面

隧道内路面结构采用复合式沥青混凝土,4厘米细粒式SBS改性沥青混凝土上面层,6厘米中粒式沥青混凝土下面层，26厘米水泥混凝土面板，15厘米低标号混凝土整平层。

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8、环境保护

隧道设计充分体现“以人为本、生态路、环保路、旅游路”的主体设计理念，隧道进出洞口设计和施工尽量减少开挖，充分体现“早进洞晚出洞”的原则，保护洞口自然环境。隧道施工废水需净化排放，隧道运营期间的洞内清洗水和地下水分开排放;噪音和粉尘要有处理措施；隧道弃渣首先考虑在利用作为混凝土骨料或路基填料，剩余部分集中堆放并做好坡脚防护,工程完工后可在弃渣场表面进行植树造林，以美化环境。

9、动态设计

隧道通过施工地质超前预报、围岩监控量测，研究围岩的收敛变形量测，拱顶下沉量测，仰拱底鼓量测，围岩压力量测，钢拱内力量测等,了解各分步施工中隧道衬砌结构受力状态，结合对量测数据的科学分析和论证，合理调整支护参数，优化设计，保证工程的安全性、经济性达到最佳状态。

四、石家庄隧道爆破设计

1、周边眼的爆破

在Ⅳ级、Ⅴ级围岩地段采用光面爆破，控制超欠挖,减少对围岩的扰动。

2、掏槽形式的确定

计划采用四眼菱形斜眼掏槽，垂直楔形掏槽。 垂直楔形掏槽爆破参数表

围岩级别 α

a(cm) b（cm) 炮眼数量（个) 10

Ⅳ级 70° 70 30 4 3、爆破

器材的选择

炸药:干燥地段采用2#岩石硝铵炸药，药卷直径35mm. 雷管：在正常地段采用非电毫秒雷管.

4、循环进尺的确定

主要根据地质条件考虑，Ⅳ级围岩每循环开挖进尺控制在2.4～4m

5、爆破参数的确定 1)炮眼直径：38mm

2)炮眼深度

L:

l33.33m 0.9 L ◇实施施工中取3.5m。

◇每一循环进尺为3.5×0.9=3.15m.

◇故掏槽眼及眼底深度l掏、底3.50.103.6m. ◇辅助眼、帮眼、顶眼深度l辅、帮、顶3.50m.

3）炮眼数目N：依据《爆破工程师手册（隧道）》；

qS N



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q—单位炸药消耗量（Ⅳ级围岩1.1 kg/m3） s—开挖面积(Ⅳ级围岩68。75m） —每1m药卷炸药质量(Ⅳ级围岩0.45） r-每米炮眼长度装药量(药卷直径35mm，取0。96) 中导坑炮眼数：（S=15.625m2)

Nqs(1.115.625)39.840(个) r0.450.962

侧洞炮眼数:（一侧S=26.56m2)

qS1.126.5667.668(个)

0.450.96 N 4）计算各种炮眼的长度L及同一平面上两掏槽炮眼眼口间的距离B：

最长掏槽炮眼长度：l掏l3.603.833.80m sinsin70 最外层掏槽炮眼眼口的距离B为：B2cb23.8cos700.352.95m 为钻眼方便，根据围岩情况，各周边眼眼口均距开挖轮廓线5cm，其眼底超出开挖轮廓线10cm。

5）钻爆参数表

炮眼综合参数表 项目 中洞炮眼数目 掏槽眼 4个 辅助眼 7个 周边眼 29个 12

侧洞炮眼数目 炮眼深度 炮眼直径 药卷直径 炮眼倾角 炮眼长度 装药量 药卷数量 炮眼间距 7×2个 3.6m 38mm 33mm 70° 3。8m 1。05kg 7卷/眼 1.5m 18×2个 3.5m 38mm 33mm 90° 3。5m 0.97kg 7卷/眼 0.8m 43×2个 3.5～3。6m 30mm 25mm 90° 3。5～3。6m 0。88kg 6卷/眼 0。5m

Ⅳ级围岩开挖爆破参数表 项 目 周边眼间距E（cm) 周边眼抵抗线W（cm) 相对距E/W 装药集中度（kg/m3) 堵塞长度(cm） 装药结构（周边眼) 起爆方式 爆 破 参 数 50 50 1 0。42 40 间隔装药 非电起爆 13

6）装药结构

周边眼采用直径25mm小药卷，间隔装药；其余炮眼直径采用32mm普通药卷连续装药结构。

周边眼光面爆破间隔装药结构示意图

普通炮眼连续装药结构示意图

7)起爆顺序

按炮眼布置图的图标顺序起爆，采用非电毫秒雷管起爆。雷管段别见图。

炮眼布置图

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参考文献：

《公路隧道设计规范》 《爆破工程师手册（隧道）》 《隧道工程》 《爆破设计》

《隧道工程施工规范》

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