论文XXX隧道开挖方案设计.docx
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1、本科毕业论文(设计)学 院: 专 业: 班 级: 学 号: 学生姓名: 指导教师: 年 月 日论文(设计)作者签名: 日 期: 目录 目录I摘要IIIAbstractIV第一章 工程概况11.1 工程简介1第二章 工程地质及水文地质条件22.1 地形地貌22.1.1 地形地貌、水文22.2 工程地质22.2.1 地层岩性22.2.2 地质构造及地震22.2.3 岩土体工程地质特征及隧道围岩级别划分32.3 水文及水文地质条件42.3.1 地表水42.3.2 地下水42.3.3 隧道涌水预测42.4 不良地质分析52.5 工程地质评价62.5.1 场地稳定性评价62.5.2 隧道进出洞口边仰坡稳
2、定性评价62.5.4 隧道施工对环境影响评价7第三章 开挖方案设计83.1 隧道设计技术参数83.1.1 隧道进出口高程、平、纵线形设计83.1.2 隧道设计标准83.2 洞身围岩工程特性及围岩级别划分93.3 隧道结构形式及断面设计123.4 单洞双向曲拱隧道的特点及亟待解决的问题133.5 开挖方案的选择133.5.1 单洞隧道常用的开挖方法133.5.2 开挖方案分析及比选183.5.3 开挖方案的确定203.6 开挖施工工序213.6.1 开挖施工总原则213.6.2 施工工序223.6.3 开挖过程中需要解决的一些具体方案31第四章 支护方案334.1 初期支护以及辅助施工措施334
3、.1.1 初期支护的一般要求334.1.2 初期支护施工工序以及初期支护施工具体要求344.1.3 辅助施工措施374.2 确定隧道衬砌结构384.3 仰拱与铺底394.3.1 仰拱的一般要求394.3.2 施工工序404.3.3 施工要点40第五章 工程质量及安全保障体系435.1 工程质量保证措施435.2 安全保证措施43第六章 结论与建议45参考文献46致谢47附录48摘要本设计是根据设计任务书的要求和公路隧道设计规范的规定,以及XXX隧道的工程地质及水文地质条件。提出了三种隧道开挖方案进行技术经济比较,最终确定了隧道洞口段选择分部(环形)预留核心土法,洞身段选择上下两层台阶法作为开挖
4、方案。详细介绍各开挖施工工序的情况,并简要提出了支护方案。通过对隧道的工程地质、水文地质、安全、经济、技术等方面的综合比较,该隧道选择单洞双向曲拱隧道作为其结构形式。为了提高开挖进度,缩短工期,还对各开挖断面相对错开开挖进行了研究。隧道洞身衬砌设计以新奥法原理为指导,采用复合式衬砌,即以系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土、工字型钢架作为初期支护,以模筑钢筋混凝土作为二次衬砌。关键词:XXX隧道,单洞双向曲拱结构,隧道开挖方案,复合式衬砌 AbstractThe design is based on the requirements of the design plan and the tunnel
5、design provisions, and the FanJingShan Link XXX tunnel engineering geological and the hydrogeological of conditions. Proposed three tunnel excavation program for technical and economic comparison, finalized the tunnel entrance select segments (circular) set aside the core of indigenous hole figure t
6、o select up and down two steps as the excavation program. Detailed excavation and construction process, and outlined a supporting program.Through a comprehensive comparison of tunnel engineering geology, hydrogeology, security, economic, technical and other aspects of the tunnel to select the single
7、-hole two-way arch tunnel as part of its structure. In order to improve the excavation progress, shorten the construction period, also study the relative stagger the excavation for each excavation section. Lining the design of the tunnel hole body as a guide to the new Austrian law principle, the us
8、e of composite lining systematic bolts, steel mesh, shotcrete, shaped steel frame as the initial support, mold built of reinforced concrete as the secondary lining.Key words: XXX tunnel, Single-hole two-way arch structure , Tunneling program ,compound lining 第一章 工程概况1.1 工程简介XXX隧道位于贵州省。洞室净空9.808.10m,
9、起讫桩号K11+295K11+895,长600m;进洞口设计标高+1262.523m,出洞口设计标高+1251.730m;隧道最大埋深约121m,属中隧道。该隧道属XXX公路隧道,该公路按照国家离XXX政府约15km,未通公路,交通极不便利。隧道施工现场见下图1.1.图1.1 XXX隧道第二章 工程地质及水文地质条件2.1 地形地貌2.1.1 地形地貌、水文隧道位于中山深切谷地斜坡地貌区,隧道穿过中山山脊中部。区内最高标高在K11+479.030处,138.91m,最低标高在出口处+1263.91m,相对高差117m,隧道设计标高+1262.523m1251.730m,隧道最大埋深121m。隧
10、道走向与山脊走向约成90正交。区内山坡除隧道中部K11+480K11+650上部一带较缓外,其余坡度较陡,一般2850,植被发育,水土保持较好。XXX隧道地处亚热带湿润区,多年平均气温17.4,多年平均降雨量1049.3mm,平均无霜期295天,最长无霜期315天,干旱为主要灾害性天气,常有霜冻、冰雹、暴雨、大风等袭击。2.2工程地质2.2.1地层岩性该隧道地层由三层构成,根据工程地质测绘、钻探、物探及室内试验结果,其工程地质特征分述如下:1-0粘土(Qel+dl):灰褐-土灰色,松散-稍密,粘土为可塑状,含约10%的碎石,成分主要为粉砂质板岩,粒径26mm,该层岩性不稳定,有得部位为含碎石亚
11、粘土,有得部位为块石。分布于山体表面,地形较平缓处稍厚,钻孔揭露厚度3.020.0m。1-0强风化粉砂质板岩(Ptbnbq2):灰黑色,节理裂隙发育。该层为隧道进口岩体。1-1中风化粉砂质板岩,凝灰岩(Ptbnbq2):灰色,灰黑色,中厚层状。节理裂隙较发育。该层为隧道进出口及隧道洞身岩体。2.2.2 地质构造及地震该隧道区域地址构造部位处于扬子准地台、黔北台隆、遵义断拱、贵阳复杂构造变形区东北缘,属四级构造单元,主要构造形迹展布方向为北北东-北东向。线路测区内主要初露地层为元古界(Ptbnbq2)、粉砂质板岩与凝灰岩及第四系残坡积粘土()。基岩稍倾向北西,倾角45为单斜地层,隧道走向与岩层走
12、向呈小角度斜角或平行。区内断裂构造较发育,北东向区域断层与北北东向逆冲断层为区内断裂构造骨架。浅部岩石风化裂隙较发育,岩体完整性较差,深部节理裂隙局部较发育,节理裂隙降低了隧道围岩稳定性。根据中国地震动参数区划图(GB18306-2001),隧道区地震活动较弱,历史上无中强地震记载,地震动峰值加速度为小于0.05g。地震动反应谱特征周期为0.35s(地震基本烈度小于6度)。考虑工程的重要性,依据公路抗震设计规范(JTJ004-89)的有关规定,建议该隧道按地震基本烈度6度设防,其设计基本地震加速度为a=0.05g,地震动反应谱特征周期为T=0.35s。2.2.3岩土体工程地质特征及隧道围岩级别
13、划分根据隧道围岩分级标准公路隧道设计规范 JTJ 026-90,综合钻探资料及地调成果综合判断,本隧道围岩可划分为、级。隧道围岩具体分级分段情况及围岩性质见下表2.1, 各类围岩的物理力学指标见表2.2:表2.1 隧道围岩分级分段划分一览表里程桩号围岩分级长度(m)纵波波速(m/s)工程地质条件BQ值水文地质K11+295K11+405110顶板厚4.070.0m岩性为粘土及强中风化粉砂质板岩夹中风化凝灰岩。岩石风化较强烈节理裂隙较发育,岩质较软,岩体成破碎结构洞口开挖易坍塌,成洞较困难150200雨季渗水严重,地表水冲刷洞口K11+405K11+765360顶板厚64.0114.0m,岩性为
14、中风化凝灰岩夹粉砂质板岩。节理裂隙较发育,岩质中硬,局部有弱溶蚀现象,洞身开挖拱部无支护时可产生坍塌。350渗水K11+765K11+895130顶板厚3.064.0m。岩性为粘土及中风化凝灰岩夹粉砂质板岩,节理裂隙较发育,岩质中硬,局部有溶蚀现象,侧壁基本稳定,洞口开挖拱部无支护时可产生小坍塌330雨季渗水严重,地表水冲刷洞口表2.2 各类围岩的物理力学指标围岩级别密度(t/m)弹性模量E (GPa)泊松比计算摩擦角摩擦系数f2.050.3450.41.81.50.4350.42.3水文及水文地质条件2.3.1地表水该隧道为越岭隧道,区内地表水不发育,无常年性地表水体,仅见两条季节性冲沟,都
15、与线路近于平行,地表水主要为大气降水形成的地表面流,水量受季节性影响变化较大,其自然排泄畅通。隧道进出口位于山体斜坡位置,分布标高较高,地表水对隧道施工影响较小。但应注意暴雨期间地表水对洞口的冲刷破坏作用,宜采用截流、疏排措施。2.3.2地下水该隧道地下水主要为表层残坡积黏土中的孔隙水及基岩风化带内的裂隙水和岩溶水,水量大小受裂隙发育程度及季节变化影响,汇水面积0.24km2。(1) 地下水类型及特征隧道洞身及进、出洞口基本都处于Ptbnbq2地层中,该层基本为灰色凝灰岩夹粉砂质板岩,为弱溶性岩石,普遍有弱溶蚀现象,该层为含水层,含水较丰富。水文地质条件较简单。(2) 补、排条件及动态特征区内
16、地下水主要接受大气降水垂直入渗补给,基岩风化裂隙水径流主要受地形地貌控制,总体顺坡向径流。由于隧道区标高较高,径流条件好。水位变幅不大。(3) 地下水水质结合区域地质条件判断,隧道区地表水、地下水对混凝土无腐蚀性。(4) 地下水影响隧道区基岩大部分为变质类岩石,裂隙水较贫乏,地下水接受大气降水入渗补给。隧道水文地质条件属较简单类型。隧道洞室有滴水、渗流现象,地下水对隧道施工影响较小。2.3.3 隧道涌水预测隧道涌水量的预测长期以来就是产生实践的难题,本次采用裘布依公式法以及地下径流模数法和大气降水渗入系数法进行预测。裘布依公式法:隧道走向与地层走向近于平行,采用下式计算隧道涌水量Q: m3/d
17、式中: Q涌水量,m3/d B隧道穿过含水层厚度,m K含水层的渗透系数,m/天 H隧道底板以上含水层厚度,mh水位下降曲线在隧道边墙上的高度,设为0R隧道排水影响宽度,m地下径流模数法和大气降水渗入系数法分别计算的涌水量为668m3/d和400 m3/d。对比三种方法计算结果,其数据基本一致,表明各计参数的选择是合理的。由于隧道区内地下水动态受降水影响,变化较大,雨季施工时隧道涌水量可能有较大的变幅。因此综合分析:隧道在平水期总涌水量为400668 m3/d。2.4 不良地质分析隧道区内凝灰岩属弱溶性岩,岩溶微发育,降低围岩级别,含水较丰富影响施工,进出口地形坡度较陡,洞口边坡及浅埋段易发生
18、坍塌,需采取相应的支护措施。隧道级围岩占60%;级围岩占40%,洞身工程地质条件较好,洞口及浅埋段工程地质条件较差。隧道所穿山体为地表、地下水分水岭部位,地表水系不发育,有利于大气降水的径流排泄,但洞口施工应注意暴雨期间地表面流对洞口的冲刷破坏作用,宜采取截流、疏排措施。根据区域地质调查报告,本区地层中无大的有毒有害气体富积,故本隧道不存在有毒有害气体。2.5 工程地质评价2.5.1 场地稳定性评价隧道区属构造剥蚀中山地貌单元,第四纪以来的新构造运动主要为地壳间歇性抬升,水平方向运动微弱,无区域性活动深大断裂通过;近代无中强震记录,属相对稳定板块。下伏基岩稳定性较好,适宜拟建隧道的建设。隧道围
19、岩主要为中风化凝灰岩夹强中风化粉砂质板岩,属较软或中硬-硬岩,水文地质条件简单,围岩较稳定。2.5.2 隧道进出洞口边仰坡稳定性评价进口处上覆残坡积粘土厚度较厚,厚度在5.010.0m左右山破自然坡度1550,冲沟走向与路线走向基本平行。进口部位形成开挖路堑,建议清除残坡积层后,按强风化层1:0.75,中风化层1:0.5,土层1:1.25放坡,并采取护面措施,注意不能进行大爆破量施工。洞口岩体裂隙较发育,岩体较破碎,完整性好,围岩分级为级,成洞条件较差,围岩易坍塌,处理不当可能出现大面积坍塌或冒顶。进口边坡为顺向坡或土质边坡,坡度较陡,边坡较稳定。粘土处于地下水位以上,透水但含水甚微,基岩含裂
20、隙及岩溶水,透水性较好,地下水对洞口稳定性影响较小;隧道洞口施工应注意暴雨期间地表面流对洞口的冲刷破坏作用,宜采取截流、疏排措施。综上所述:隧道进口位于地形坡度较陡的顺坡或侧向冲沟西侧,上覆残坡积粘土分布厚度较厚,下伏基岩为强-中风化粉砂质板岩夹中风化凝灰岩,岩体裂隙较发育,岩体较破碎,完整性较差,围岩分级为级,成洞条件较差,围岩易坍塌,处理不当可能出现大面积坍塌或冒顶,成洞困难,边坡为顺向破或土质边坡,坡度较陡,边坡较稳定,洞口工程地质条件较差。出口处上覆粘土厚度10.020.0m,出口部位形成开挖路堑,建议清除残坡积层后,按中风化层1:0.5,土层1:1.25放坡,并采取护面措施,注意不能
21、进行大爆破量施工。下伏基岩风化裂隙较发育,岩体较完整,节理裂隙较发育,岩质中硬,局部见溶蚀现象。此外,出口存在偏压现象。出口地层中风化凝灰岩夹粉砂质板岩为较硬质岩石,但隧道洞口施工应该注意暴雨期间地表面流对洞口的冲刷破坏作用,宜采取截流、疏排措施。综上所述:隧道出口位于山坡斜坡较陡地段,岩性为粘土及中风化凝灰岩,岩石裂隙较发育,岩体较完整,表层残坡积粘土层厚度较大,围岩分级为级,洞口边坡为切向坡或土质边坡,边坡较稳定,成洞条件较差,围岩易坍塌,处理不当可能出现大面积坍塌及冒顶,成洞较困难,洞口工程地质条件较差。隧道洞身均为Ptbnbq2中风化凝灰岩夹粉砂质板岩。节理裂隙微发育,岩质中硬,局部见
22、弱溶蚀现象,围岩分级为级,洞室开挖拱部无支护可能坍塌。雨季渗水。隧道洞室围岩有渗水现象,隧道施工时需做好洞内排水工作;支护设计施工时应考虑相应的防渗措施。洞身局部存在破碎带,应采用地质超前预报,提前做好支护,避免大面积坍塌,突泥或突水事故,保持通风,进行有害气体的监测。2.5.4 隧道施工对环境影响评价隧道进口距简易村级公路约1km,交通较不便利。由于隧道出去XXX生态保护区,施工会对保护区植被以及生态环境产生破坏,因此,在施工过程中应注意生态环境、植被的保护与恢复。隧道区坡陡谷深,地形条件较差,出口段山坡坡面较缓,场地较宽敞,废渣弃土堆物距离较近,施工条件较好;进口段山坡坡面较陡,场地较狭窄
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