云阳山隧道右线设计.doc

1 工程概况
1.1 隧道概况
云阳山隧道分布于茶陵县县城东侧的云阳山，处于106 国道南侧。隧道进口位于茶陵县平水镇把集村，出口位于云阳山林场四工区赤松仙村。本隧道中部主体为标准间距分离式上下行隧道，进、出口为小间距隧道。隧道右洞桩号为YK73+440～YK76+676，长3230m，考虑隧道所处位置地形、地质条件、施工方法、综合造价等因素，隧道大部分地段左右洞室测设线间距控制在40m左右，衡阳端最小间距18.7m，炎陵端最小距离9.4m，两端按小间距隧道设计。隧道左右线进出口及洞身段均位于直线或不设超高的圆曲线上。左右线隧道进口及主体位于1.95%的上坡段，出口位于0.44%的下坡段。

1.2 地形地貌
隧道衡阳端洞口位于茶陵县平水镇把集村，炎陵端洞口位于云阳山林场四工区赤松仙村。衡阳端洞口附近海拔150~160m，炎陵端洞口附近海拔190~200m。东侧山坡整体坡度约27°，西侧山坡整体坡度约20°，坡面沟壑纵横。本隧道所在山地地形起伏大，山高坡陡，沿线地表植被发育，山内人烟稀少，但云阳仙隧道位于106 国道南侧，隧道洞口与106 国道相距较近，且有简易公路相通，交通较便利。

1.3 地质条件
1.3.1 地质构造
隧道区处于一舒缓的复式背斜中，褶皱轴线与隧道轴线大角度相交。局部地段发育有小褶皱，如SYK7、SYK12 孔孔位处。褶皱轴线走向20～30°，向北东20～30°方向倾伏。隧道沿线无区域性断层分布，但小规模断层较发育，断层宽度小于10m，一般3～5m，倾角大于50°，倾向东、西断层均有发育。断层带内岩石破碎、一般劈理发育。断层走向与褶皱轴线相近。
1.3.2 地层岩性
勘探区的主要地层如下：
第四系（Qh）
主要为坡积亚粘土分布，含碎、块石，冲沟内分布的洪积块（漂）石对隧道无影响。
1.填筑土：褐、深褐色粘性土，结构松散。在衡阳端洞门附近分布，厚度1.2m。
2.块（漂）石：灰、黄等杂色，在冲沟分布，为洪积成因，成分以石英砂岩岩为主，粒径大者达1～2m，稍具磨圆。
3.亚粘土：分布在较平缓的地段，其中以衡阳端洞门附近（ ZK73+442～+590、
YK73+440～+610）分布广泛，为坡积成因，可～硬塑，一般夹强～弱风化石英砂岩碎石、块石。据地表观测，块石粒径一般0.5～1m，大者达2m 以上，棱角～次棱角状，钻孔揭露最大厚度达5.8m。厚度一般为4～6m，但局部厚度可达10m 以上。
侏罗系中统（J2）
岩性以灰～深灰色中厚～厚层石英砂岩为主夹炭质页岩、粉砂质泥岩等。炭质页岩夹层主要出现于下部和上部，局部夹不稳定的无烟煤层。
分布于K75+376～K76+365.6（YK75+377.1～YK76+375.7）段地表，地层总体倾向
东～北北东，倾角10～20°为主，推测洞身处无本层分布。
泥盆系中统易家湾组（D2y）
岩性为泥岩夹泥质粉砂岩、砂岩，黄色夹小斑状白色、部分为浅紫色、褐色等。全风化呈硬塑～坚硬土状，粘粒含量不均、一般含量较少，遇水易软化。分布于隧道进口附近（YK73+442～+570、YK73+440～+580）。地表未见出露，与下伏诸地层均为角度不整合接触。
泥盆系中统跳马涧组（D2t）
按宏观岩性组合特征可将该套地层分成上、下两段。上段（D2t2）岩性以紫色板状页岩、中～厚层石英砂岩、含砾石英砂岩等组成，夹硅质泥岩。下段（D2t1）岩性为灰～灰绿色中厚～厚层状中细粒石英砂岩为主夹含砾石英砂岩，局部夹浅灰色薄层状硅质泥岩，普遍具深色斑点。岩石普通具有不均一的变质，岩性坚硬。该组地层总体特征是下段石英砂岩质较纯，单层厚度较大，所夹硅质泥岩等夹层厚度小、所占比例低。上部地层以紫色板状页岩、中～厚层石英砂岩、含砾石英砂岩等呈韵律分布，岩石单层厚度较小，颜色较深、较杂。分布于ZK73+570～ZK74+280（YK73+580～YK74+275）、ZK74+680～ZK76+638（YK74+685～YK76+670）等段。大致以ZK74+840 为界，该点以西岩层向290°～310°倾斜，倾角30°～50°为主，该点以东岩层向北东～东倾斜，倾角10°～20°为主。
奥陶系中统（O2）
岩性以深灰～灰黑色炭质板岩夹灰～深灰色变质砂岩，其中变质砂岩多以厚层状分布，总体约占30%左右，炭质板岩含炭量较高、污手。炭质板岩较坚硬，变质砂岩岩性坚硬。该套地层出露于ZK74+280～+680（YK74+275～+685）段，地表无该层出露，只在SZK12 孔下部揭露，岩层倾角一般40°左右。
1.3.3 水文地质条件
勘察区内的地下水按其赋存的介质可分为如下三类。
一是覆盖层中的孔隙水，主要赋存于碎石土中，主要靠大气降水补给，碎石土普遍较松散，在平缓的地段降水易渗入，但在坡面较陡的地段，降水大部分以面流的方式向下排泄，对地下水的补给较弱。粘性土层透水性差，为相对隔水层。
二是基岩裂隙水，主要是赋存于强~弱风化基岩中。区内基岩主要为石英砂岩、长石石英砂岩、变质砂岩、粉砂质泥岩、变质砂岩、炭质板岩等一般为弱含水层，但在岩体破碎处为强透水层。全风化层含水微弱，为相对隔水层；强～弱风化层为强～弱透水层；微风化层及新鲜基岩为强～弱透水层，在微风化层及新鲜基岩中，钻探过程中冲洗液基本无漏失，压水试验过程中大部分孔段渗水极小，岩芯反映节理密闭，均说明其透
水性极弱。
三是构造裂隙水，主要是断裂带内的裂隙水，构造岩由碎裂砂岩、角砾岩组成，为弱透水。
1.3.4 地震及区域稳定性
据国家质量技术监督局《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），隧道所经地域的地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s，对应地震基本裂度小于Ⅵ 度
据区域地质资料、工程地质调查及勘探成果，区域地质构造地处湘东南东西向构造带内，属新华夏构造体系，形成于印支期，受新华夏系构造影响，主要褶皱及断层均在此时期奠基，这些构造均已稳定，勘察成果表明，区内新构造运动不明显，局部表现为北东、北北东向断裂，以差异抬升为主，区域地质是稳定的。

1.3.5 围岩级别分段划分及工程特性
在衡阳端岩石风化较强烈，风化裂隙、卸荷裂隙发育，钻孔揭露的影响深度为45~50m，地下水影响围岩稳定。亚粘土、全~强风化带纵波速度为530-850m/s，综合判断其围岩级别为Ⅴ级。弱风化～微风化带纵波速度为3000m/s 左右，渗透系数达0.01-0.03m/d，综合判断岩体较破碎的围岩级别为Ⅲ级，岩体较完整的围岩级别为Ⅱ级，衡阳端岩体破碎处为Ⅳ级。
断裂带构造岩由碎裂砂岩、碎裂长石石英砂岩组成，断层碎裂岩中可见构造透镜体，局部可见挤压形成的牵引小褶曲。沿断裂发育硅化、绿泥石化。最显著的特点是断裂带及其影响带内节理裂隙发育，岩石破碎，地下水相对较活跃。其围岩级别一般为Ⅳ级,其位置大部为从上往下推测而得，具有较大的变化范围，在实际施工中应根据开挖揭示的断层位置及性质采用对应的衬砌结构类型，不可仅依据设计工程地质纵断面图生搬硬套。
正常围岩主要为中厚或厚层状的石英砂岩、长石石英砂岩、炭质板岩、变质砂岩，据室内试验结果，以岩石饱和极限抗压强度（Rb）来判断，均属硬质岩或极硬岩。层间结合一般或良好。地震勘探及声速测井测得的波速为3000-4500m/s。但节理较发育，一般有2~3 组，节理间距一般0.3~0.5m，但节理面一般密闭。地下水普遍不发育，一般不影响围岩的稳定。综合各种勘探成果，判断正常围岩为Ⅱ、Ⅲ级。围岩级别详见《工程地质纵断面图》

1.3.6 隧道洞口边、仰坡稳定性评价
衡阳端左右洞洞口均处在自然坡度10°的山坡上，据钻孔揭露及地面调查，覆盖层为亚粘土夹碎、块石，其下为全风化泥岩夹泥质砂岩、砂岩；透水性差，遇水易软化。炎陵端左右洞洞口位于一与隧道轴线近垂直的山坡坡脚，为弱风化石英砂岩出露。左洞隧道轴线与等高线近垂直。据地面调查，岩层倾角陡立，对边坡稳定影响不大，节理裂隙较发育，倾角一般较陡立且具变形，对边坡稳定影响不大，弱风化基岩岩体稳定。

1.4 设计标准及技术规范
1.4.1 技术标准
计算行车速度： 100km/h
隧道单洞建筑限界净宽： 0.75+0.5+2×3.75+1.0+1.00=10.75m
隧道建筑限界净高： 5.0m
整体式路基宽： 26.0m
分离式路基宽： 13.0m
1.4.2 主要技术规范
《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)
《公路工程技术标准》(JTGBO1-2003)
《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)
《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)
《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
《公路隧道施工技术规范》(JTG F60—2009)
《公路隧道通风照明规范》(JTJ0261-2002)
1.4.3 其他资料
《初步设计》及《批复意见》
《云阳山隧道工程地质勘察报告》
《云阳山隧道设计外业验收咨询意见》
《云阳山隧道施工图设计招标文件评审意见》

2 隧道总体设计
2.1 隧道选址
云阳山隧道位置的选择满足《公路隧道设计规范》[1]的要求。本隧道总长度为3230m，按分类属于长隧道，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，要有切实可靠的工程措施。在本隧道中，考虑到洞口出地形有些复杂，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，隧道平面线形采用直线形。
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》[1]，可设置单面坡和人字坡两种。隧道内纵断面设计应考虑行车安全性，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。经过对云阳山隧道的实际情况综合考虑，决定采用人字坡。衡阳段入口为147.35 米的坡度为1.95%的上坡段，再是139.24 米的坡度为0.44%的下坡段。
2.3 横断面设计
2.3.1 隧道建筑限界
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。
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。云阳山隧道建筑限界如图2.1 所示。

图2.1 隧道建筑限界图单位(m)
图中：
H—建筑限界高度，根据规范规定，取5.0m;
W—行车道宽度，取2×3.75 m；
L—左侧向宽度，0.50 m;
L —右侧向宽度，1.0 m;
J—左检修道宽度，0.75m;
J—右检修道宽度，1.0 m;
h—检修道高度，0.4m;
E—建筑限界左顶角宽度，0.50m;
E—建筑限界右顶角宽度，1.0 m;
i—隧道路面横坡，为单面坡，且为1.5%.

故隧道建筑限界如图：

2.3.2 紧急停车带及横向通道
本隧道为3000 多米的长隧道，跟据规范要求设计紧急停车带和横向通道。双向行车隧道紧急停车带应双侧交错设置，紧急停车带的宽度，包含右侧向宽度取3.5m，长度为40 m，其中有效长度取30 m，每隔750 m设置一个紧急停车带。行车横洞结合地质情况每700~800m 设置一处，轴线与行车主洞成70°夹角，底面与行车主洞平齐，行人横洞每隔250m 一处，即在两个行车横洞间设置两处行人横洞，轴线与行车主洞基本垂直，底面与检修道平齐；所有横洞以及紧急停车带均尽可能设置在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩以上地段，不强求等间距设置。其建筑限界及横向通道的尺寸如图2.2 所示。
左右洞隧道中部各设4 处紧急停车带，供在隧道内出事故的车辆使用。

图2.2 紧急停车带建筑限界图

左右洞隧道中部各设置4 处行车横洞和8 处行人横洞，做为巡查、维修、救援通道。

(a)车行横洞 (b)人行横洞
图2.3 横向通道尺寸（单位：cm）
2.3.3 隧道衬砌内轮廓线
本隧道采取标准断面进行设计，由于该隧道通过围岩级别为II~V。II、III 级围岩段不设仰拱（图2.4a）；IV~V 围岩段设置仰拱（图2.4b）。

（a） 不设仰拱

(b)设置仰拱
图2.4 隧道内轮廓图（单位:cm）

3 洞口与洞门设计
洞门是隧道洞口用圬工衬砌并加以建筑装饰的支挡结构物，它联系衬砌和路堑，是整个隧道结构的主要组成部分，也是隧道进出口的标志。
洞门的作用在于支挡洞口正面仰坡，拦截仰坡上方的最小剥落掉快，保持仰坡和边坡的稳定，并将坡面汇水引离隧道，保证洞口线路的安全，因此，对于确定洞内施工安全和醉倒正常运营具有重要的作用。另外，洞门是隧道唯一的外露部分，对它进行适当的建筑艺术处理，可以起到美化环境的作用，尤其是在高速公路中的隧道更是如此。
3.1 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。
3.1 各种形式的洞门比较
洞门的形式很多，从结构形式、建筑材料以及相对位置等可划分为许多类型。目前，我国公路隧道的洞门形式有：端墙式、翼墙式、台阶式、柱式、削竹式、和喇叭口式等，
它们的特点如表3-1 所示：
项目
适用的围岩条件
特征
景观

端墙式
轴线与坡面基本正交，边、仰坡率为
1:0.3~1：0.5
易于施工、起到挡土墙的作用，支护洞门仰坡
壁面面积大、两侧需降低其亮度（修凿打毛壁面）；有重量感行车易感到压抑

翼墙式
边、仰坡率为
1:0.5~1：1.5
抗滑、抗倾覆性能较好
壁面面积大、两侧需降低其亮度（修凿打毛壁面）；有重量感行车易感
到压抑

台阶式
边、仰坡率为
1:0.5~1：0.75
可减少靠山侧仰坡开挖高度、一般与偏压衬砌配合使用
壁面面积大、两
侧需降低其亮度（修凿打毛壁
面）；有重量感
行车易感到压抑

柱式
边、仰坡率
1:0.5~1 ：0.75
洞口受地形限制、
无法置翼墙式洞门
较为宏伟

削竹式
洞门周围地形平缓
模型板、配筋较
费事，耗资较大
修饰周围的景观，使洞门与之协调

喇叭口式
地形地质情况较好，洞门周围开阔积雪地带易吹入雪
模型板、配筋较费事，耗资较大
对车辆行驶影响小；最适合洞门周围地形
3.2 设计原则
洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、营运要求，通过经济、技术比较确定。着重考虑边、仰坡的稳定，同时应结合洞外有关工程、施工条件及运营要求，还要满足有关规范，不能随心所欲，但是我们可以利用这些因素进行巧妙地组合，使洞门建筑融汇于自然环境中，达到所需之目的。除了考虑“早进洞、晚出洞”的原则，在洞门实际构思时应该考虑以下原则：
（1）隧道洞门与结构结合
洞门是支撑山体、稳定边坡并承受覆盖土层上的推力，因此洞门结构要满足强度要求。
（2）洞门形式与美观相结合
洞门不仅仅是挡土墙，它对隧道起到装饰作用，对美化隧道以及整条公路具有很大作用，将外部自然环境与内部人工环境分开，又将人类杰作与周围景观联系起来。
（3）洞门形式与周围地形相协调
一座隧道采用某种形式的洞门，应结合隧道所处的地理位置、地形地貌情况、洞口场地的宽阔程度来定，使之协调统一设计之前应进行细致的勘察，并进行多种方案必选，使之达到最佳。
（4）环境与意境相结合
隧道洞门位置或在丛林中，或在岩石之壁，或依山傍石，总之洞门所处的自然环境是得天独厚的。它给设计人员一个展示才能、实现梦想的舞台，同时也为人类生存带来了舒适的环境。

4 隧道衬砌设计及计算
云阳山隧道支护结构采复合式衬砌，分初期支护和二次支护，初期支护采用喷锚支护，二次衬砌采用现浇模筑混凝土。
4.1 初期支护
初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用，根据不同围岩级别区别组合。锚杆支护采用全长粘结锚杆。由工程类比法，结合《公路隧道设计规范》， 初期支护喷射混凝土材料采用C20 级混凝土，支护参数取值如下表4-2。

表4-2 初期支护参数表

围岩级别
初 期 支 护
喷射砼厚度（cm）
Φ20普通水泥砂浆锚杆（m）
钢筋网
钢拱架
拱墙
仰拱
位置
长度
间距
杆体材料
II
5
—
局部
2.0
—
20MnSi钢筋
—
—
Ⅲ
8
—
拱、墙
2.5
1.25
20MnSi钢筋
拱、墙@25X25
—
Ⅳ
12
—
拱、墙
2.5
1.0x1.25
20MnSi钢筋
拱、墙@25X25
拱、墙
Ⅴ
20
—
拱、墙
3.0
1.0x1.0
20MnSi钢筋
拱、墙@25X25
拱、墙、仰拱

4.2 二次衬砌
二次衬砌采用现浇模筑混凝土，利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。二次衬砌厚度设置如下表：
表4-3 二次衬砌支护参数 单位：cm
围岩级别
拱、墙混凝土厚度
仰拱混凝土厚度
II
30
-
III
35
-
IV
35
35
V
45
45

4.3 围岩压力的计算
4.3.1 断面参数确定
隧道高度H=内轮廓线高度（包含仰拱厚度）+初衬厚度+二衬厚度+预留变形量
隧道跨度B=内轮廓线宽度+初衬厚度2+二衬厚度2+预留变形量

表4-4 预留变形量 单位：mm
围岩级别
两车道隧道
II
-
III
20~50
IV
50~80
V
80~120
注：围岩破碎时取大值；围岩完整时取小值。
所以：预留变形量Ⅱ级围岩为0；Ⅲ级围岩为0.02m；Ⅳ围岩为0.06m；Ⅴ围
岩为0.10m
得出：
Ⅱ级围岩 H = 7.865 + 0.05 + 0.30 + 0 = 8.215m
B =11.4 + 0.052 + 0.302=12.10 m
Ⅲ级围岩 H = 7.865 + 0.08 + 0.35 + 0.02 = 8.315m
B =11.4 + 0.082 + 0.352 + 0.022=12.3m
Ⅳ级围岩 H = 9.256 + 0.12+ 0.35 + 0.06 = 9.786m
B =11.4+0.122+0.352+0.062=12.46m
Ⅴ级围岩 H = 9.356 + 0.2 + 0.45 + 0.1 =10.106m
B=11.4 + 0.22 + 0.452 + 0.12=12.9m

4.3.2 计算垂直均布压力
垂直均布压力计算式：
hq = γh （4-1）
而h = 0.45× 2s−1 ×[1+i(B − 5)] （4-2）
将（4-2）代入（4-1）得
q = γ ⋅0.45× 2s −1 ×[1+i(B − 5)]
式中：γ 为围岩重度，此处：Ⅱ级围岩 γ2 = 25kN /m ；Ⅲ级围岩γ3 = 24kN /m Ⅳ级围岩γ4 = 22kN /m ;Ⅴ级围岩 γ5 =18kN /m 。
i 为B 每增加1m 时围岩压力的增减率，以B =5m 的围岩垂直均布压力为准，
当B ﹤5m 时，取i =0.2，当B ﹥5m 时，取i =0.1。
B 为隧道开挖高度，Ⅱ级围岩B2 =12.10 m ；Ⅲ级围岩B3 =12.3m ；Ⅳ级围岩B4 =12.46m ；Ⅴ级围B5 =12.9m。
s 为围岩级别，Ⅱ级围岩s = 2;Ⅲ级围岩s = 3；Ⅳ级围岩s = 4 ;Ⅴ级围岩s = 5
（1）Ⅱ级围岩段围岩均布压力计算
开挖宽度B2 =12.10m
开挖高度H2 =8.215m
围岩容重γ2 = 25kN /m
B ﹥5m，取i =0.1
又0.68<1.7
经计算有：
q2 = 25
=38.475 KN/m2
（2）Ⅲ级围岩段围岩均布压力计算
已知：
开挖宽度B3 =12.3m
开挖高度H3 =8.315m
围岩容重
γ3 = 24kN /m
B ﹥5m，取i =0.1

高宽比
经计算：
q3 = 24
=76.466 kN /m2
（3）Ⅳ级围岩段围岩均布压力计算
已知
开挖宽度B4 =12.46m
开挖高度H4 =9.786m
围岩容重γ4 = 22kN /m
B ﹥5m，取i =0.1
高宽比
经计算:
q4 = 22
=138.28 kN /m2
（4）Ⅴ级围岩段围岩均布压力计算
已知
开挖宽度B5 =12.9m
开挖高度H5 =10.106m
围岩容重γ5 =18kN /m
B ﹥5m，取i =0.1
高宽比
经计算：
q5= 18

=231.984 kN /m2

4.3.3 浅埋和深埋隧道的分界
（1） 浅埋和深埋隧道的分界，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。荷载等效高度值的计算公式如下：
Hp = (2 ~ 2.5)hq （4-3）
式中： Hp —浅埋隧道分界深度（m ）
hq —荷载等效高度（m ），hq =，q 为由式（4-3）算出的深埋隧
道垂直均布压力（kN /m2）；γ 为围岩的重度（kN /m3）。
在矿山法施工条件下，Ⅳ—Ⅵ级围岩取 Hp= 2.5hq ；Ⅰ—Ⅲ级围岩取Hp = 2hq 。

因此，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩的等效荷载高度值分别为
Ⅱ级围岩 hq2 =
Ⅲ级围岩 hq3 =

Ⅳ级围岩 hq4 =

Ⅴ级围岩 hq5 =

故，浅埋隧道分界深度Hp

Ⅱ级围岩Hp2 =

Ⅲ级围岩Hp3=

Ⅳ级围岩Hp4=

Ⅴ级围岩Hp5=

里程
围岩级别
埋深范围
地质情况
深浅埋情况

YK73+440~YK73+585

V

-1.88m~13.7m
围岩为坡积亚粘土，可～硬塑，夹碎、块石；全风化泥岩，呈硬塑土状，遇水易崩解；洞身及边坡易失稳。亚粘土及全风化泥岩为相对隔水层。

浅埋

YK73+585~YK73+860

IV

13.7m~70.96m
围岩为强～弱风化石英砂岩夹薄层状硅质泥岩、少量板状页岩等，陡立的节理裂隙发育，但存在破碎带；地下水水量较大，在破碎带及断层带可能产生突水，围岩稳定性较。

深埋

YK73+860~YK73+980

III

70.96m~134.96m
围岩为弱～微风化石英砂岩夹硅质泥岩，岩石坚硬～较坚硬，节理裂隙较发育，岩层较平缓，围岩稳定性较好；但存在较多小断层，宽度一般小于10m，断层带岩体破碎，围岩稳定性差；地下水水量较小，对围岩稳定性影响不大，但在断层带可能产生突水。

深埋

YK75+240~YK75+500

II

172.81m~191.3m
围岩为弱～微风化石英砂岩与硅质泥岩互层，岩石坚硬～较坚硬，节理裂隙不发育，岩体完整，围岩稳定性好。

深埋

4.3.4 围岩压力计算
（一）深埋隧道围岩压力计算
由式（4-1），坍落拱高度h = 0.45× 2×[1+i(B −5)]，由式（4-2），垂直压力q = γ h ，
水平均布压力根据围岩计算如下表：
表4-5 水平均布压力计算表
围岩级别
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
水平均布压力e
0
0.14q
0.25q
0.4q

注：H/B 均小于1.7。
（二）浅埋隧道围岩压力计算
（1）埋深小于或等于等效荷载高度的隧道
垂直压力：
q = γH （4-4）
H—隧道埋深
侧向压力：
e=
H —隧道高度， Φc —围岩计算摩擦角。
（2） 埋深大于等效荷载高度时的围岩压力计算
垂直力：
（4-6）
B ——隧道宽度
水平侧压力：

5 防排水设计
5.1隧道防排水概述
隧道防排水根据“防、排、截、堵结合，综合治理”的原则，采取切实可靠的设计、施工措施，达到防水可靠、排水畅通、经济合理的目的。本隧道拟采用防排截堵相结合的方法，在初期支护与二次衬砌之间设ECB板和无纺布堵水，全隧道布满。衬砌边墙脚砼与防水层之间设纵向透水软管，环向导水盲沟，设中心排水沟，衬砌背后的地下水可以由中心排水沟排出洞外，隧道洞门顶部设置洞顶截水天沟，仰坡上设置截水天沟。
5.2洞外防排水
5.2.1排水沟
为避免地表水冲刷洞口和洞口边、仰坡的水流入，本隧道在洞顶部和洞门两侧边坡设置排水沟，洞顶部排水天沟底宽0.6m，深0.6m。洞两侧边坡排水沟宽0.5m，深0.5m。
5.2.2截水沟
根据《公路隧道设计规范》要求，本隧道截水沟采用梯形断面，且截水沟迎水一侧壁不能高于坡面。
截水沟设置在洞口仰坡顶外5m，截水沟的位置与地表水水流方向垂直，以提高截水沟效果和缩短沟的长度；
‚截水沟横断面设置为矩形，沟底坡度设为2:1，其深度及底宽均为0.5m；
ƒ截水沟采用砼预制块进行维护；
„截水沟纵坡坡度为0.5%。

（a）排水沟 （b）截水沟
图5.1 排水沟与截水沟示意图（单位：cm）
5.3 洞内排水
该隧道的衬砌设计采用的复合式衬砌，根据全面的考虑对防水设计采用在期支护与二次衬砌之间设置防水板及无纺布。隧道地下水的流程为:围岩—防水板—纵向透水管—横向导水管—中心排水沟—洞外排水沟。
1） 洞身部分
二次衬砌采用防水混凝土，衬砌背后采用ECB防水板加无纺布的防水层，采用无钉铺设施工。

① 在衬砌的两侧边墙背后的底部设置沿隧道的纵向排水盲管（沟），其孔径为
100mm。
② 沿衬砌背后环向设置导水盲管，其纵向间距为20m，环向盲管、竖向盲管的
直径为50mm。
③ 环向盲管、竖向盲管与边墙底部的纵向排水盲管（沟）连通；纵向排水盲管
应与横向导水管连通，以形成完整的纵横向排水系统。环向盲管、竖向盲管、纵向盲管应用无纺布包裹。

图5.2 隧道防排水措施图
衬砌施工缝防水方案：
暗洞段复合衬砌间设防水层，防水层由300 g／m 无纺土工布和1．2 mm 厚EVA防水卷材组成，采用无钉工艺铺设。EVA 防水卷材宜采用自粘式，可与后浇二次衬砌混凝土粘为一体，也可采用非自粘式EVA 防水卷材，但应分区防水，在施工缝和沉降缝处设背贴式止水带。当防水板存在渗漏时，止水带能防止地下水在二衬与防水板间大范围流动。隧道二次衬砌拱部及边墙采用防渗等级不低于s8 的防水混凝土，作为第二道防水措施。施工缝采用带注浆管橡胶止水条，沉降缝采用中埋式橡胶止水带。

图5.2 施工缝防水图
2） 路面排水
1 在路面结构下设纵向中心水沟，集中引排地下水。
2 在隧道底设置直径为100mm，横向坡度为2.0%，纵向间距为50m 的横向导
水管。用来连接中心水沟和衬砌墙被排水盲管。

6 通风照明设计
6.1 通风
一般的公路隧道只有进出口与大气相通，隧道内污染物不能很快的扩散出去，空气中污染物的含量会逐渐累积。这些污染物含量比较小的时候，通常影响不大。但是，如果含量超过一定程度就会造成很大的危害。比如：当CO 等含量增加到一定程度时，会对人体产生不同程度的中毒症状，甚至危害生命；另外，空气中的烟雾和粉尘如果浓度达到一定程度，会使能见度下降，严重时会妨碍正常行车，对民众造成伤害。因此，隧道通风主要是对CO（一氧化碳）、烟雾（或粉尘）和异味等进行稀释。
6.1.1 通风计的标准：
(1) CO 设计含量
表6-1 全横向、半横向通风时，CO 设计含量（体积分数） δ （单位： ppm ）
隧道长度/m
≤1000
≥3000
δ /10-6
250
200
（2）烟雾的设计含量
表6-2 烟雾设计含量K
计算行车速度/(km/h)
100
80
K/m-1
0.0065
0.0070
（3）异味稀释及其他要求
隧道内不间断换气频率不宜低于每小时5 次。采用纵向通风的隧道，隧道内还清风速不应低于2.5m/s。
通风设计时还必须考虑火灾对策，长度大于1500m 且交通量较大的隧道应考虑排烟措施。火灾时的排烟风速可按2~3m/s 取值。选用的风机，在环境温度为250℃情况下其可靠运转时间不低于60min。
6.1.2 需风量计算：
云阳山隧道通风设计基本参数：
道路等级：高速公路，分离式单向两车道（计算单洞）
行车速度：100km/h
空气密度：ρ=1.2 kg /m3
隧道起止桩号、长度、纵坡和设计标高：
右洞桩号为ZK73+440～ZK76+676，长3230m，上坡坡度为1.95%，下坡坡度也为0.44%
设计标高：进洞口PH=143.33m，出洞口PH=197.47m
设计交通量：2500 辆/h
交通组成：汽油车：小型客车15%，小型货车18%，中型货车24%
柴油车：中型货车24%，大型客车13%，大型货车6%；
隧道内平均气温： : tm = 20C0􀁄
（1）CO 排放量
① 取CO基准排放量为：qco= 0.01m3 /辆⋅km
② 考虑CO 的车况系数为：fa=1.0
③ 依据规范，分别考虑工况车速100km/h，80km/h，60km/h，40km/h，20km/h，
10km/h（阻滞），不同工况下的速度修正系数fiv 和车密度修正系数fd 如表6-3 所示：
表6-3 不同工况下的速度修正系数和车密度修正系数取值
工况车速（km/h)
100
80
60
40
20
10
fiv
i = 2%
1.4
1.2
1.0
1．0
1.0
0.8
fd
0.6
0.75
1
1.5
3
6
④考虑CO 的海拔高度修正系数：
平均海拔高度： fh =1.46

⑤ 考虑CO 的车型系数如表：
表6-4 考虑CO 的车型系数表
车型
各种柴油车
汽油车
小客车
旅行车、轻型货车
中型货车
大型货车
fm
1
1
2.5
5
7
⑥ 交通量分解：
汽油车：小型客车375，小型货车450，中型货车600
柴油车：中型客车600，大型客车325，大型货车150
⑦ 计算各工况下全隧道CO 排放量：
Qco= （6-1）
当υ =100km /h 时
QCO=
其他各种工况车速下CO 的排放量用同样的方法计算，得出计算结果如表5-5：
表6-5 各工况车速下CO 的排放量
工况车速
（km/h）
100
80
60
40
20
10
CO 量（
m3/ s ）
0.0613

7 施工设计（专题）
云阳山隧道采用新奥法施工，新奥法的基本概念是以控制爆破(光面爆破、预裂爆破等)为开挖方法；以喷锚作为主要支护手段，通过监测控制围岩变形，动态修正设计参数和变动施工方法的隧道施工理念，其核心内容是充分发挥围岩的自承能力。云阳山隧道围岩级别分别为Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级，有深埋段和浅埋段，因此根据《公路隧道施工技术规范》，类比其他工程，本隧道各级围岩所采用的开挖方式如下。
(1)Ⅱ、Ⅲ级围岩：Ⅱ、Ⅲ级围岩地质条件较好，围岩基本稳定，故采用全断面法开挖。其优点是有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，干扰少，便于施工组织与管理，采用深孔爆破时，可加快掘进速度，且爆破对围岩的震动次数较少，有利于围岩的稳定。其缺点是由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，要求施工单位有较强的开挖、出渣与运输及支护能力，采用深孔爆破时，产生的爆破震动较大，对钻爆设计和控制爆破作业要求较高。
全断面法施工工序如下：①用钻孔台车钻眼，然后装药、连接导火线；②退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；③排除危石；④喷射拱圈混凝土，必要时安设拱部锚杆；⑤用装渣机将石渣装入运输车辆，运出洞外；⑥喷射边墙混凝土，必要时安设边墙锚杆；⑦根据需要可喷第二层混凝土和隧道底部混凝土；⑧开始下一轮循环，施作二次模注混凝土衬砌。开挖和支护顺序见下图：
全断面开挖法的注意事项：
加强对开挖面前方的工程地质和水文地质的调查。对不良地质情况，要及时预测、预报和分析研究，随时准备好应急措施，以确保施工安全和工程进度。
各工序机械设备要配套。如钻孔、装渣、运输、支护、衬砌等主要机械和相应的辅助机具，在尺寸、性能和生产能力上要相互配合，工作方面要环环紧扣，不致彼此受牵制而影响掘进，以充分发挥机械设备的使用效率和工序之间的协调作用。加强各种辅助施工方法的设计和施工检查。尤其是软弱破碎围岩，应对支护后围岩的动态量测与监控，辅助作业的管理要求保持技术上的良好状态。
重视和加强对施工操作人员的技术培训，使其能熟练掌握各种机械和推广新技术，不断提高功效，改进施工管理，加快施工速度。在选择支护类型时，应优先考虑锚杆和喷射混凝土、挂网、拱架等支护形式。
（2）Ⅳ级围岩：鉴于Ⅳ级围岩稳定性不如Ⅱ、Ⅲ级围岩，故采用台阶分部开挖法。
台阶分部开挖法又称环形开挖留核心土法，适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩地段。上部留核心土可以支挡开挖工作面，增强开挖工作面的稳定，核心土及下部开挖在拱部初期支护下进行，施工安全性较好。一般环形开挖进尺为0.5~1.0m，不宜过长，上下台阶可用单臂掘进机开挖，开挖和支护顺序见下图：
其优点是上下台阶干扰小，施工速度可加快。其缺点有开挖中围岩要经受多次扰动，而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，将可能使围岩变形增大，需要结合辅助施工措施对开挖工作面及前方岩体进行预支护或预加固。

（3）V级围岩：由于云阳山隧道V级围岩处地质条件复杂，含水量高，特别是隧道进口亚粘土地层含水量高、可塑性强、自稳能力差,承载力低,给隧道施工造成困难。可采用三台阶七步开挖法进行开挖
三台阶七步开挖