公路隧道课程设计——刘龙飞



慈母山公路隧道设计

第一章 设计任务及原始资料

第二章 隧道平面设计、纵断面设计

2．1平面设计的一般要求

首先满足整个线路的各种技术指标,很明显，线路是越直越好。线路顺直，则距离短，行车速度快；相比之下，曲线隧道的建筑界限需要加宽开尺寸相对加大，不但加大了开挖土石方数量。也增加了衬砌的圬工量。曲线上，隧道断面是变化的，不同断面上的支护和衬砌尺寸不一致，因而施工时技术上较直线复杂。因为洞身弯曲，洞壁对汽车的阻力大，使通风条件变差。曲线使得洞内施工测量操作变的复杂，精确度降低。曲线隧道的维修养护工作条件不如直线隧道，而反向曲线隧道的条件比曲线隧道的更差。

隧道线路的选择必须结合地形、地质条件对诸多因素综合研究，全面分析，以选定既节省工程量又利于隧道运营的方案。隧道对应的公路等级为一级，原则上应服从线路的基本走向，路、隧、桥综合考虑。

2．2隧道纵断面设计

隧道内纵断面线形应考虑行车安全性，运营通风规模，施工作业效率和排水要求，《公路隧道设计规范》（JTG D70 —2004）得隧道纵坡不小于一般情况不应大于3%；受地形等条件时，高速公路、一级公路的中短隧道可适当加大，但不宜大于4%；短于100m的隧道纵坡可该公路隧道外路线的指标相同。当采用较大纵坡时，必须对行车安全、通风设备和运营费用、施工效率的影响等作充分的技术经济综合论证。

2.2.1隧道纵坡形式

隧道纵断面是隧道中心线展直后在垂直面上的投影。隧道内线路坡度可设置为单面坡或人字坡两种。（如图2.1）

图2-1 隧道纵坡形式

（1）单坡多于线路紧坡地段或是展线的地区，因为单坡可以争取高程，当隧道处于单坡上时，两洞口的高差较大，由此产生的气压差和热位差就能促进进洞的自然通风，在施工过程中，低位洞口有利挖掘废渣的运出，运输动力消费低，产生的废气少，水也自然的顺坡道排出；而高位洞口不利，因其是向下坡方向掘进，出渣、排水不便车辆排除废气多。

（2）隧道内的纵坡变换不益过大、过频，以保证行车安全视距和舒适性。纵坡变更的凸形竖曲线和凹形竖曲线的最小半径和最小长度应符合《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004），见表2.1设计时速为120km/h隧道内竖曲线最小半径和最小长度。

表2.1竖曲线最小半径和最小长度（m）

凸形竖曲线半径		凹形竖曲线半径		竖曲线长度
一般值	极限值	一般值	极限值
17000	11000	6000	4000	100

2.2.2 慈母山公路隧道纵坡

根据隧道所在公路的总体高程要求及地质条件等综合情况，慈母山公路隧道采用单坡隧道，采用纵坡为1.3%。隧道的设计高程见隧道的纵断面图2-2。

图2-2隧道的纵断面图

第三章 隧道结构横断面

3．1 隧道断面形状设计时需考虑的因素

(1) 隧道的内轮廓必须符合隧道建筑限界，结构的任何部位都不应侵入限界以内。还应考虑洞内排水、通风、照明、监控、营运管理等附属设施所需要的空间，并考虑土压影响、施工等必要的富余量，使确定的断面形式及尺寸，达到安全、经济、合理。

(2) 采用的施工方法能确保断面形状及尺寸有利于隧道的稳定。

(3) 从经济观点出发，内轮廓线应尽量减小洞室的体积，即使土石开挖量与圬工砌筑量为最省。因此，内轮廓线一般紧贴限界。但其形状又不能如限界般曲折，要平顺圆滑，以使结构在受力及围岩稳定方面均处于有利条件。

(4) 结构的轴线应尽可能符合在荷载作用下所决定的压力线。

3．2 主要设计步骤

衬砌断面结构设计大致可分为以下四个步骤：

(1) 确定隧道级型，选定相应建筑限界；

(2) 根据围岩级别初步拟定截面形状和厚度；

(3)对拟定的各种衬砌断面方案分别进行优化计算比较，得出它们面积最小时所对应的断面几何参数；

(4) 应用结构分析程序，对得出的衬砌结构断面最优解进行力学检算，并对有关结果做出评价。

3．3 隧道建筑限界

图3-3隧道建筑限界

设计参数：

公路分类：汽车专用公路

公路等级：一级公路

地形特征：山岭重丘

是否设检修道或人行道：设检修道或不设人行道

行车道宽度W(m)：7.000

路缘带宽度S(m)：0.500

侧向余宽C(m)：0.250

人行道宽度R(m)：0.000

检修道宽度J(m)：0.750

隧道建筑限界净宽(m)：9.250

隧道衬砌类型：三心圆曲墙拱隧道衬砌

是否设置仰拱：设置仰拱

衬砌横断面厚度是否等厚：等厚

地面到拱顶的距离(埋深：m)：50.000

3．4 隧道洞身结构内力分析及检算

3．4．1荷载的一般规定

1）、隧道荷载应根据隧道所处的地形、地质条件、埋置深度、结构特性和工作条件、施工方法、相邻隧道间距等因素决定。施工中如发现与实际不符，应及时修正。对于地质复杂的隧道，必要时应通过实地测量确定。

2）、在隧道结构上可能同时出现的荷载，应按照承载能力和满载正常使用的检验分别进行组合，并按最不利组合进行设计。

3)、《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）所列之外的特殊荷载，在荷载设计计算与组合时应作特殊处理。

隧道结构上的荷载按表3.4分级：

表3.4 隧道荷载分级
编号	荷载分级		荷载名称
1	永久荷载		围岩压力
2			土压力
3			结构自重
4			结构附加恒载
5			混凝土收缩和徐变的影响力
6			水压力
7	可 变 荷 载	基本	公路车辆荷载，人群荷载
8		可变	立交公路车辆荷载及其所产生的冲击压力、土压力
9		荷载	立交铁路列车活载及其所产生的冲击压力、土压力
10		其它 可变 荷载	立交渡槽流水压力
11			温度变化的影响力
12			冻胀力
13			施工荷载
14	偶然荷载		落石冲击力
15			地震力
注：编号1～10为主要荷载；编号11、12、14为附加荷载；编号13、15为特殊荷载。

3．4．2永久荷载

1）、隧道结构自重可按结构设计尺寸及材料标准重度计算，结构附加恒载一般应按实际情况计算。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压力可按下列公式计算：

（1）、垂直均布压力按式（4-1）计算。

                                       (3-1)

式中：——垂直均布压力()；

      ——围岩重度（）；

      S——围岩级别；

      ——宽度影响系数，；

      B——隧道宽度（m）；

      ——B每增减1m时的围岩压力增减率，以B=5m的围岩垂直均布压力为准，当B<5m时，取=0.2；B>5m时，取=0.1。

   （2）水平均布压力按表3-5的规定确定。

表3.5 围岩水平均布压力

围岩级别	Ⅰ、Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ
水平均布压力e	0	<0.15q	(0.1～0.3)q	(0.3～0.5)q	(0.5～1.0)q

注：应用式（3-1）及表3.5时，必须同时具备下列条件：

①H/B<1.7,H为隧道开挖高度（m），B为隧道开挖宽度（m）。

②不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩。

3．4．3可变荷载

 1）、车辆荷载及其所产生的冲击力、土压力应按照现行《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60）的有关规定计算。

3）、变形受约束的结构，应考虑温度变化和混凝土收缩徐变对结构的影响。

4）、最冷月份平均气温低于-15℃地区的隧道应考虑冻胀力，冻胀力可根据当地的自然条件、围岩冬季含水量及排水条件等通过研究确定。

5）、施工荷载应根据施工阶段、施工方法和施工条件确定。

3．4．4偶然荷载

地质荷载应按现行《公路工程抗震设计规范》的规定计算确定。

3．4．5 隧道深浅埋划分的计算

1）、隧道深埋和浅埋的分界，按荷载等效高度，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。按荷载等效高度的判断公式为

                                      （3-2）

式中：——浅埋隧道分界深度（m）；

       荷载等效高度（m），按下式计算：                        （3-3）

       ——用式（3-1）算出的深埋隧道垂直均布压力（）；

       ——围岩重度（）。

     在新澳法施工条件下，Ⅳ～Ⅵ级围岩取

2.5                                       （3-4）

现根据以上隧道埋深公式计算各参数，其值见表（3.6）：

表3.6 隧道埋深参数值

围岩级别S					(m)
Ⅳ	23	12.18	0.1	1.718	6.1848	142.25	6.1848	15.46
Ⅴ	18	12.66	0.1	1.766	12.715	228.87	12.715	31.79

综合以上的计算，在洞口段21内按埋深为10m，小于Ⅳ、Ⅴ围岩的浅埋隧道临界值，故按浅埋隧道，中洞按埋深为50m，大于Ⅴ级围岩的浅埋隧道理论值，故按深埋隧道计算。

3．4．6各级围岩垂直压力及水平压力的计算

1）、Ⅳ级围岩处于隧道深埋地段，它的垂直均布压力用式（3-1）计算：

         

      它的水平均布压力按表4-5的规定，可知其水平均布压力e：

         

2）、Ⅴ级围岩在中洞段处于隧道深埋地段，它的垂直均布压力用式（3-1）计算：

 

       它的水平均布压力按表4-5的规定，可知其水平均布压力e：

         

2）、Ⅴ级围岩洞口段处于隧道浅埋地段

   按《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）附录E:浅埋隧道荷载计算方法建模，为便于计算，假定土体中形成的破裂面是一条与水平成角的斜直线，如图3.4所示：

图3-4 土体假定破裂面

EFGH岩土体下沉，带动量测三棱土体（FDB和ECA）下沉，整个土体ABCD下沉时，又要受到为扰动岩土的阻力；斜线AC或BD是假定的破裂面，分析时考虑内聚力C，并采用了计算摩擦角；另一滑面FH或EG则并非破裂面，因此，滑面阻力要小于破裂面的阻力，若该滑面的摩擦角为，则值应小于值，因无实测资料，可按表3.8采用。

由《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表A..0.4—1得计算摩擦角；

由表3-8取    。

；取围岩容重。

表3.8 各级围岩的值

围岩级别	Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ	Ⅳ	Ⅴ	Ⅵ
值	0.9	（0.7～0.9）	（0.5～0.7）	（0.3～0.5）

侧压力系数0.222

作用在支护结构两侧的水平侧压力为：

         

图3-5 支护结构上的均布荷载

3．4．7结构内力分析与检算输出结果

同济曙光公路隧道设计与分析软件V4.0对V3.0版本进行全面的升级，结合公路隧道2004设计规范，包括了分离式和连拱隧道所有断面形式，界面友好，所有参数均按照2004规范选择，内置了多种荷载计算方式以及荷载分担比例。同时还可以对初期支护进行演算，方便灵活。

1.Ⅳ级围岩深埋段输出结果

（1）结点总数：

表3.7 内力

结点编号	X坐标	Y坐标	轴力(kN)	剪力(kN)	弯矩(kN/m)	位移(m)
1	51.749	9.693	766.277	153.339	.144	7.191e-003
2	51.313	9.358	808.510	154.523	-20.092	6.307e-003
3	50.910	8.985	849.678	144.311	-104.978	5.943e-003
4	50.541	8.578	887.786	123.069	-184.254	6.143e-003
5	50.211	8.139	921.031	91.546	-251.861	6.703e-003
6	49.921	7.672	947.874	50.819	-302.151	7.336e-003
7	49.674	7.182	967.090	2.215	-330.068	7.823e-003
8	49.473	6.671	977.798	-52.771	-331.285	8.033e-003
9	49.318	6.144	982.190	-95.229	-302.295	7.907e-003
10	49.183	5.517	983.397	-122.601	-241.314	7.345e-003
11	49.085	4.885	980.048	-154.155	-162.842	6.417e-003
12	49.023	4.248	972.405	-188.682	-.173	5.249e-003
13	48.999	3.608	960.772	-225.671	56.595	4.004e-003
14	49.011	2.968	807.839	-24.017	201.038	2.888e-003
15	49.060	2.330	678.019	99.823	216.410	2.094e-003
16	49.146	1.696	563.740	175.976	152.518	1.634e-003
17	49.268	1.068	510.390	181.624	39.882	1.387e-003
18	49.300	0.953	510.615	132.424	18.322	1.351e-003
19	49.346	0.844	505.794	.326	2.610	1.312e-003
20	49.405	0.741	497.902	47.967	-7.9	1.269e-003
21	49.476	0.6	487.296	8.440	-13.680	1.222e-003
22	49.557	0.559	474.300	-29.221	-14.681	1.173e-003
23	49.8	0.483	459.199	-65.032	-11.214	1.119e-003
24	49.748	0.418	442.231	-99.041	-3.498	1.0e-003
25	49.854	0.366	406.303	-38.406	8.253	1.006e-003
26	51.005	-0.053	375.952	17.402	55.286	4.766e-004
27	52.191	-0.356	361.492	20.428	33.976	2.055e-004
28	53.402	-0.539	355.345	7.533	8.961	1.222e-004
29	54.625	-0.600	355.343	-7.529	-0.263	1.0e-004
30	55.848	-0.539	361.487	-20.424	8.957	1.222e-004
31	57.059	-0.356	375.942	-17.402	33.967	2.055e-004
32	58.245	-0.053	406.296	38.269	55.276	4.765e-004
33	59.396	0.366	441.884	100.372	8.414	1.006e-003
34	59.502	0.418	459.158	65.016	-3.499	1.0e-003
35	59.602	0.483	474.257	29.210	-11.214	1.119e-003
36	59.693	0.559	487.252	-8.445	-14.679	1.173e-003
37	59.774	0.6	497.858	-47.9	-13.677	1.222e-003
38	59.845	0.741	505.750	-.317	-7.986	1.269e-003
39	59.904	0.844	510.573	-132.406	2.611	1.312e-003
40	59.950	0.953	511.952	-177.061	18.321	1.351e-003
41	59.983	1.067	563.4	-176.858	39.329	1.388e-003
42	60.104	1.696	678.025	-99.766	152.555	1.634e-003
43	60.190	2.330	807.844	24.057	216.412	2.094e-003
44	60.239	2.968	960.773	225.671	201.014	2.888e-003
45	60.251	3.608	972.406	188.682	56.571	4.003e-003
46	60.227	4.248	980.048	154.155	-.197	5.248e-003
47	60.165	4.885	983.398	122.601	-162.865	6.416e-003
48	60.067	5.517	982.230	94.614	-241.337	7.343e-003
49	59.932	6.143	977.739	53.513	-301.6	7.904e-003
50	59.777	6.671	967.094	-2.216	-331.308	8.031e-003
51	59.576	7.182	947.878	-50.821	-330.090	7.821e-003
52	59.329	7.672	921.035	-91.548	-302.172	7.334e-003
53	59.039	8.139	887.7	-123.071	-251.881	6.701e-003
54	58.709	8.578	849.682	-144.314	-184.272	6.142e-003
55	58.340	8.985	808.513	-154.526	-104.994	5.941e-003
56	57.937	9.358	766.280	-153.343	-20.107	6.305e-003
57	57.501	9.693	714.187	-146.355	.131	7.191e-003
58	56.843	10.083	659.301	-125.052	176.098	8.876e-003
59	56.133	10.368	618.001	-83.781	271.779	1.052e-002
60	55.388	10.542	595.855	-29.443	335.883	1.167e-002
61	54.625	10.600	595.855	29.439	358.411	1.208e-002
62	53.862	10.542	618.000	83.777	335.886	1.167e-002
63	53.117	10.368	659.299	125.048	271.786	1.052e-002
	52.407	10.083	714.185	146.351	176.108	8.877e-003

（2）Ⅳ级围岩隧道深埋段衬砌内力及位移图如下所示：

图3-6 荷载作用下的轴力图

图3.7 荷载作用下的剪力图

图3-8 荷载作用下的弯矩图

图3-9 荷载作用下的位移图

（3）Ⅳ级围岩的配件计算及验算

截面偏心受压正截面承载力计算图式如图3.10

             

图3-10矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算图式

计算基本公式

                    （3—6）

           （3—7）

        （3—8）

                  （3—9）

符号说明

式中 x —— 混泥土受压区高度；

e、——分别为偏心压力KN作用点至钢筋合力作用点和钢筋合力作用点的距离；

       

——轴向力对截面中性轴的偏心距，；

——偏心距增大系数，有《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）式（K.0.10—1）计算；

K——结构重要性系数，根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表9.2.4-2，取；

材料参数

结构中选用混泥土，根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表5.2.9得其弯矩抗压强度标准值27；抗压极限强度29.5；弯曲抗压极限36.9。选用钢筋；根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表5.2.5其抗压或抗拉强度标准值。

截面对称配筋计算

钢筋混泥土偏心受压构件截面尺寸选取结点47为控制截面；轴力983.398  弯矩-162.865

1) 截面设计

由轴力N=983.398kN,弯矩M=-162.865kNm可得偏心距为： 166mm 

设  则，计算构件可视为短柱，取。

1、判别大小偏心受压：

由公式（3—6）可得                         (3—10)

将代入 式(4—10)得0.197 < 

故可按大偏心受压构件设计。

2、求纵向钢筋面积：

0.197    得到受压区高度

图3-11偏心受压构件截面尺寸图式

现配置钢筋如下：

先选4φ20钢筋；即：      

2）截面复核

1、对配筋截面进行复核：

钢筋间距为1000/4=250mm,  取C=30mm；则=30+22.7/2=41.35mm

假定为大偏心受压构件，混泥土受压区高度(x)为

故确定为小偏心受压构件，即按小偏心构件进行计算

由得

按最小配筋率来配筋

取

截面承载力按下式计算

2、对拱

3）、对其他截面进行复核

内衬最大负弯距其绝对值较最大正弯矩略小，所以按最大正弯矩计算的对称配筋一定满足最大负弯矩的要求，即无需再计算其配筋。仰拱由于考虑的因素不够，暂不对仰拱截面进行配筋验算。

4）箍筋计算

则按构造要求配置箍筋选用箍筋，其间距为300mm。

分布筋按构造要求选取的钢筋，其间距为300mm。

5）裂缝宽度验算

根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）K.0.11对偏心受压构件进行裂缝宽度的检算。根据《规范》规定，当时，可以不进行裂缝宽度的计算，取结点61进行验算得： 166mm，，即<，则无需进行裂缝宽度的验算。

2. Ⅴ级围岩隧道输出结果

（1）Ⅴ级围岩深埋段

结点总数：

表3.8 内力及位移

结点编号		X坐标	Y坐标	轴力(kN)	剪力(kN)	弯矩(kN/m)	位移(m)
1		52.141	9.934	1435.588	-142.553	-95.772	3.125e-003
	2	51.630	9.604	1391.416	-127.926	-9.115	2.937e-003
	3	51.156	9.223	1348.758	-108.651	68.651	3.846e-003
	4	50.723	8.797	1309.490	-86.087	134.700	5.216e-003
	5	50.336	8.328	1275.150	-62.035	187.032	6.5e-003
	6	49.998	7.822	1246.823	-38.622	224.743	7.668e-003
	7	49.714	7.285	1225.062	-18.165	248.222	8.412e-003
	8	49.486	6.722	1209.841	-3.012	259.2	8.735e-003
	9	49.316	6.138	1200.961	34.483	261.095	8.612e-003
	10	49.187	5.513	1197.596	93.836	239.093	8.014e-003
	11	49.093	4.882	1199.851	140.008	179.220	6.992e-003
	12	49.033	4.247	1206.568	173.184	.887	5.678e-003
	13	49.010	3.609	1216.572	192.843	-20.614	4.286e-003
	14	49.021	2.971	1074.384	73.502	-143.659	3.113e-003
	15	49.068	2.335	927.349	36.226	-190.558	2.473e-003
	16	49.151	1.702	782.706	58.690	-213.672	2.373e-003
	17	49.268	1.075	703.845	58.493	-251.120	2.466e-003
	18	49.300	0.959	681.992	-8.337	-258.142	2.478e-003
	19	49.346	0.849	654.870	-.826	-257.144	2.485e-003
	20	49.404	0.744	623.808	-115.8	-249.383	2.484e-003
	21	49.475	0.8	5.724	-160.859	-235.537	2.471e-003
	22	49.557	0.560	553.470	-200.627	-216.279	2.446e-003
	23	49.9	0.483	515.814	-235.216	-192.260	2.408e-003
	24	49.749	0.418	477.436	-2.967	-1.100	2.356e-003
	25	49.856	0.365	423.395	-150.621	-132.378	2.292e-003
	26	51.006	-0.054	386.588	-12.722	51.979	1.348e-003
	27	52.192	-0.356	373.035	24.342	67.551	5.662e-004
	28	53.403	-0.539	369.011	12.412	37.758	1.936e-004
	29	54.625	-0.600	369.011	-12.406	22.566	9.391e-005
	30	55.847	-0.539	373.034	-24.334	37.751	1.936e-004
	31	57.058	-0.356	386.587	12.727	67.535	5.662e-004
	32	58.244	-0.054	423.447	150.431	51.958	1.348e-003
	33	59.394	0.365	476.277	266.945	-132.163	2.292e-003
	34	59.501	0.418	515.773	235.1	-1.112	2.356e-003
	35	59.601	0.483	553.424	200.604	-192.269	2.408e-003
	36	59.693	0.560	5.673	160.842	-216.286	2.446e-003
	37	59.775	0.8	623.753	115.639	-235.542	2.471e-003
	38	59.846	0.744	654.812	.826	-249.386	2.484e-003
	39	59.904	0.849	681.934	8.347	-257.147	2.485e-003
	40	59.950	0.959	704.146	-53.728	-258.146	2.478e-003
	41	59.982	1.075	782.547	-59.631	-251.714	2.466e-003
	42	60.099	1.702	927.311	-36.174	-213.2	2.373e-003
	43	60.182	2.335	1074.365	-73.4	-190.561	2.473e-003
	44	60.229	2.971	1216.571	-192.843	-143.686	3.114e-003
	45	60.240	3.609	1206.566	-173.184	-20.1	4.287e-003
	46	60.217	4.247	1199.850	-140.008	.860	5.680e-003
	47	60.157	4.882	1197.595	-93.836	179.193	6.994e-003
	48	60.063	5.513	1200.901	-35.3	239.066	8.016e-003
	49	59.933	6.138	1209.806	3.936	261.630	8.615e-003
	50	59.7	6.722	1225.067	18.163	259.238	8.737e-003
	51	59.536	7.285	1246.828	38.620	248.196	8.414e-003
	52	59.252	7.822	1275.154	62.032	224.719	7.670e-003
	53	58.914	8.328	1309.494	86.084	187.010	6.566e-003
	54	58.527	8.797	1348.762	108.7	134.680	5.218e-003
	55	58.094	9.223	1391.419	127.922	68.634	3.848e-003
	56	57.620	9.604	1435.590	142.548	-9.130	2.939e-003
	57	57.109	9.934	1480.758	135.3	-95.785	3.125e-003
	58	56.527	10.222	1522.095	104.300	-183.783	4.219e-003
	59	55.911	10.431	1551.721	65.813	-251.575	5.392e-003
	60	55.274	10.557	1567.184	22.497	-294.352	6.212e-003
	61	54.625	10.600	1567.184	-22.502	-308.975	6.502e-003
	62	53.976	10.557	1551.720	-65.818	-294.349	6.212e-003
	63	53.339	10.431	1522.093	-104.305	-251.569	5.392e-003
		52.723	10.222	1480.756	-135.393	-183.773	4.218e-003

3-12 荷载作用下的轴力图

图3.13 荷载作用下的剪力图

图3.14 荷载作用下的弯矩图

图3.15 荷载作用下的位移图

（2）Ⅴ级围岩隧道浅埋地段

结点总数：

表3.9 内力及位移

结点编号	X坐标	Y坐标	轴力(kN)	剪力(kN)	弯矩(kN/m)	位移(m)
1	52.141	9.934	607.978	105.594	100.678	7.510e-003
2	51.630	9.604	0.212	113.550	36.488	6.420e-003
3	51.156	9.223	672.8	111.295	-32.539	5.8e-003
4	50.723	8.797	703.981	98.834	-100.195	5.406e-003
5	50.336	8.328	731.549	76.635	-160.276	5.672e-003
6	49.998	7.822	753.934	45.570	-206.863	6.184e-003
7	49.714	7.285	769.783	6.828	-234.565	6.657e-003
8	49.486	6.722	778.110	-38.178	-238.715	6.904e-003
9	49.316	6.138	780.834	-69.721	-215.507	6.833e-003
10	49.187	5.513	781.442	-85.043	-171.021	6.412e-003
11	49.093	4.882	779.220	-104.142	-116.759	5.703e-003
12	49.033	4.247	774.301	-126.090	-50.310	4.802e-003
13	49.010	3.609	766.837	-150.573	30.143	3.838e-003
14	49.021	2.971	9.790	-21.395	126.217	2.966e-003
15	49.068	2.335	547.477	65.834	139.869	2.325e-003
16	49.151	1.702	455.871	125.673	97.863	1.925e-003
17	49.268	1.075	412.301	130.8	17.676	1.679e-003
18	49.300	0.959	410.416	91.961	1.991	1.639e-003
19	49.346	0.849	404.930	57.554	-9.018	1.594e-003
20	49.404	0.744	397.037	24.765	-15.909	1.546e-003
21	49.475	0.8	387.052	-6.350	-18.874	1.492e-003
22	49.557	0.560	375.262	-35.786	-18.113	1.435e-003
23	49.9	0.483	361.917	-63.576	-13.829	1.373e-003
24	49.749	0.418	347.227	-.782	-6.218	1.308e-003
25	49.856	0.365	319.504	-37.973	4.531	1.240e-003
26	51.006	-0.054	297.812	13.130	51.009	6.124e-004
27	52.192	-0.356	288.475	18.535	34.938	2.615e-004
28	53.403	-0.539	284.7	7.278	12.253	1.3e-004
29	54.625	-0.600	284.6	-7.275	3.344	1.107e-004
30	55.847	-0.539	288.473	-18.530	12.249	1.3e-004
31	57.058	-0.356	297.809	-13.125	34.928	2.615e-004
32	58.244	-0.054	319.514	37.835	50.993	6.123e-004
33	59.394	0.365	346.820	91.230	4.684	1.240e-003
34	59.501	0.418	361.0	63.566	-6.234	1.308e-003
35	59.601	0.483	375.234	35.779	-13.844	1.373e-003
36	59.693	0.560	387.023	6.347	-18.128	1.435e-003
37	59.775	0.8	397.008	-24.7	-18.888	1.492e-003
38	59.846	0.744	404.901	-57.549	-15.923	1.546e-003
39	59.904	0.849	410.388	-91.951	-9.033	1.595e-003
40	59.950	0.959	413.137	-127.851	1.975	1.639e-003
41	59.982	1.075	455.697	-126.230	17.281	1.679e-003
42	60.099	1.702	547.477	-65.802	97.874	1.925e-003
43	60.182	2.335	9.791	21.418	139.859	2.325e-003
44	60.229	2.971	766.838	150.573	126.193	2.966e-003
45	60.240	3.609	774.302	126.090	30.118	3.838e-003
46	60.217	4.247	779.220	104.142	-50.334	4.801e-003
47	60.157	4.882	781.442	85.043	-116.783	5.701e-003
48	60.063	5.513	780.865	69.153	-171.045	6.411e-003
49	59.933	6.138	778.063	38.776	-215.168	6.831e-003
50	59.7	6.722	769.787	-6.830	-238.739	6.902e-003
51	59.536	7.285	753.938	-45.572	-234.587	6.656e-003
52	59.252	7.822	731.553	-76.638	-206.884	6.182e-003
53	58.914	8.328	703.984	-98.837	-160.296	5.670e-003
54	58.527	8.797	672.901	-111.298	-100.213	5.405e-003
55	58.094	9.223	0.214	-113.553	-32.555	5.7e-003
56	57.620	9.604	607.981	-105.598	36.474	6.419e-003
57	57.109	9.934	575.919	-93.359	100.667	7.509e-003
58	56.527	10.222	547.046	-75.932	161.347	8.742e-003
59	55.911	10.431	526.017	-49.437	210.701	9.798e-003
60	55.274	10.557	514.945	-17.145	242.834	1.050e-002
61	54.625	10.600	514.945	17.140	253.978	1.075e-002
62	53.976	10.557	526.016	49.433	242.837	1.050e-002
63	53.339	10.431	547.045	75.927	210.707	9.798e-003
	52.723	10.222	575.917	93.355	161.356	8.742e-003

处于隧道浅埋地段衬砌内力及位移图如下所示：

图3-16 荷载作用下的轴力图

图3-17 荷载作用下的剪力图

图3-18 荷载作用下的弯矩图

图3-19 荷载作用下的位移图

由Ⅴ级围岩隧道衬砌计算结果（1）、（2）输出结果可知Ⅴ级围岩衬砌段配筋按深埋段计算出的最大弯矩进行配筋。

（2）Ⅴ级围岩深埋段的配件计算及验算

  截面偏心受压正截面承载力计算图式如图3.10

计算基本公式

                                   （3—6）                          （3—7）

                       （3—8）

                                 （3—9）

符号说明同上

材料参数

结构中选用混泥土，根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表5.2.9得其弯矩抗压强度标准值；抗压极限强度；弯曲抗压极限。选用钢筋；根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表5.2.5其抗压或抗拉强度标准值。

截面对称配筋计算

钢筋混泥土偏心受压构件截面尺寸。

选取结点61为控制截面；轴力N=1567.184kN,弯矩M=308.975kNm 

1)、截面设计

由轴轴力N=1567.184kN,弯矩M=308.975kNm 可得偏心距为： 197.15mm 

设  则

计算构件可视为短柱，取

2）判别大小偏心受压：

由公式（3—6）可得                        (3—10)

将代入 式(4—10)得0.216 < 

故可按大偏心受压构件设计。

现配置钢筋如下：

先选4φ22钢筋；即：      

3）截面复核

对配筋截面进行复核：钢筋间距为1000/4=250mm,  取C=30mm；则=30+25.1/2=42.55mm

假定为大偏心受压构件，混泥土受压区高度(x)为

故确定为大偏心受压构件，所以按大偏心构件进行计算。

由得

取

截面承载力按下式计算

4）对其他截面进行复核

内衬最大负弯距其绝对值较最大正弯矩差不多且略小，所以按最大正弯矩计算的对称配筋一定满足最大负弯矩的要求，即无需再计算其配筋。仰拱由于考虑的因素不够，暂不对仰拱截面进行配筋验算。

5）箍筋计算

则按构造要求配置箍筋

箍筋配置为的普通钢筋，其间距为250毫米。

分布筋选用，其间距为250mm。

6）裂缝宽度验算

根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）K.0.11对偏心受压构件进行裂缝宽度的检算。根据《规范》规定，当时，可以不进行裂缝宽度的计算，29结点产生的位移最大，取该结点进行验算得： 188.53mm，，即<，则无需进行裂缝宽度的验算。

第四章   洞口及洞门设计

4．1一般规定

1．洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、运营要求，通过经济、技术比较确定。

2．隧道应遵循“早进洞、晚出洞”的原则，不得大挖大刷，确保边坡及仰坡的稳定。

3．洞口边坡、仰坡顶面及其周围，应根据情况设置排水沟及截水沟，并和路基排水系统综合考虑布置。

4．洞门设计应与自然环境相协调。

4．2隧道洞口两端路线的平纵横技术指标应符合以下规定

1．隧道洞口内侧不小于3 秒设计速度行程长度与洞口外侧不小于3 秒设计速度行程长度范围内的平纵线形应一致。

2．洞口外与之相连接的路段应设置距洞口不小于3 秒设计速度行程长度且不小于50m 的过渡段以保持横断面过渡的顺适。

4．3洞口工程

1、洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。有条件时，应贴壁进洞；条件时，边坡及仰坡的设计开挖最大高度可按表4.1控制。

表4.1 洞口边、仰坡控制高度

围岩分级	Ⅰ～Ⅱ			Ⅲ		Ⅳ			Ⅴ～Ⅵ
边、仰坡坡率	贴壁	1: 0.3	1: 0.5	1: 0.5	1: 0.75	1: 0.75	1:1	1：1.25	1: 1.25	1: 1.5
高度（m）	15	20	25	20	25	15	18	20	15	18

2、隧道洞口覆盖层较薄，也是地表水流经之口，很容易渗透到衬砌内部，所以在仰坡周围应设置排水沟及截水天沟，使地表水入槽，避免渗水漏水，避免地表水漫流。洞顶排水沟要引到路堑排水沟，把水排出路基之外，否则会酿成水灾，影响路基的稳定。

  3、洞口边仰坡应采取必要的防护措施，如护面墙，石砌护坡，铺草皮等。当洞口处有落石，塌方，泥石流等可能时，应采取清刷，或设置明洞及支挡构造物，以保证施工安全和正常运营。

4．4 洞门工程

4．4．1 一般要求

1．隧道应修建洞门，洞门形式的设计应保证营运安全，并与环境协调。设在城镇、旅游区附近及高速公路、一级公路的隧道，尤应注意与环境相协调，有条件时，洞门周围应植树绿化。

2．洞门宜与隧道轴线正交。

3．洞门构造及基础设置应遵循下列规定：

(1) 洞门仰坡坡角至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m，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1.0m，洞门墙顶高出仰坡坡角不小于0.5m。

(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他工程级比确定。

(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。

(4) 基底埋入土质地基的深度不应小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不应小于0.5m。

(5) 洞门结构应满足抗震要求

4．4．2 洞门形式及方案比选

洞门的形式很多，从构造形式、建筑材料以及相对位置等可以划分为许多级型。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4.2所示。

表4.2  隧道洞门的形式与特征

项目	端墙式	翼墙式	台阶式	柱式	削竹式	喇叭口式
适用的围岩条件	轴线与坡面基本正交，边、仰坡坡率为1:0.3～1:0.5	边、仰坡坡率为 1：0.75～1：1.5	边、仰坡坡率为 1：0.5～1：1.25	边、仰坡坡率为 1：0.5～1：0.75	洞门周围地形平缓	地形、地质条件较好，洞口周围开阔；积雪地带易吹入雪
特征	易于施工	抗滑、抗倾覆性能较好	可减少靠山侧仰坡开挖高度，一般与偏压衬砌配合使用	洞口受地形，无法布置翼墙式洞门	模型板、配筋较费事，耗资大	模型板、配筋较费事，耗资大

慈母山公路隧道的进口处围岩为Ⅴ级，地表为低山缓坡地貌，隧道轴线与坡面斜交进入，洞顶埋深较浅。洞室开挖时，岩体无自稳能力，洞顶极易坍塌，甚至出现大塌方。综合考虑地质条件和各种洞门形式，最后决定接长一段长43m的明洞，并且采用端墙式洞门。

4．4．3 构造要求

(1) 端墙的高度应使洞身衬砌的上方尚有1m以上的回填层，以减缓山坡滚石对衬砌的冲击，洞顶水沟深度应不小于0.4m；为保证仰坡滚石不致跳跃超过洞门落到线路上去，端墙应适当上沿形成挡渣防护墙，其高度从仰坡坡脚算起，应不小于0.5m，在水平方向不宜小于1.5m。 

(2) 端墙厚度应按挡土墙的方法计算。

洞门端墙截面最小厚度：

    当墙高小于6m 时，取50cm；

当墙高大于或等于6m，取60cm（端墙顶部可稍小些）。

(3) 端墙宽度与路堑横断面相适应。下底宽度应为路堑底宽加上两侧水沟宽度。上方则依照边坡坡度按高度比例增宽。在紧靠衬砌边墙外侧的洞门端墙基础，宽度不小于0.5m。端墙两侧还要嵌入边坡以内约30cm以增加洞门的稳定。

(4) 端墙应设置顶帽，其厚度洞门大于25cm，并设10cm的飞檐。

(5) 洞门端墙基础应设置在稳固地基上，其深度视地质条件、冻害程度而定，一般应在0.6～1.0m左右。

(6) 洞门端墙沿路堑边坡的基础，当路堑边坡坡度为1：0.3~1：0.5时，可不设台阶，边坡坡度为1：0.75时，可只在端墙底部和顶部各设置一个台阶，中间部分不设台阶，边坡坡度为1：1~1：1.5，均应设置台阶。

4．5 洞口与明洞防水与排水

4．5．1 一般规定

隧道防排水应遵循“防、排、截、堵”结合，因地制宜，综合治理原则，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。

一级公路隧道防排水应满足下列要求：

(1) 拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水。

(2) 有冻害地段的隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结。

(3) 车行横通道、人行横通道等服务通道拱部不滴水，边墙不淌水。

当采取防排水工程措施时，应注意保护自然环境。当隧道内渗漏水引起地表水减少，影响居民生产、生活用水时，应对围岩采取堵水措施，减少地下水的渗漏。

明洞防排水要求:

(1) 明洞顶部应设置必要的截、排水系统；

(2) 回填土表面宜铺设隔水层，并与边坡搭接良好；

(3) 靠山侧边墙底或边墙后宜设置纵向和竖向盲沟，将水引至边墙泄水孔排出；

(4) 衬砌外缘应敷设外贴式防水层；

(5) 明洞与隧道接头处应做好防水处理。

4．5．2 慈母山公路隧道洞口及明洞防排水措施

在明洞回填层顶面洞门墙背后设排水沟：明洞槽边、仰坡开挖线3～5m以外设截水沟。排水沟采用矩形断面，尺寸为50cm×50cm；截水沟采用梯形断面。

洞口水沟应是不渗漏的，才能起到截排水的作用，并将洞口边仰坡地表水引出洞口以外。排水沟、截水沟迎水一侧沟壁不能高于坡面。边仰坡也宜采用不渗漏的防护措施，防止地表水下渗和边仰坡的冲刷，因此水沟宜用浆砌片石砌筑再以水泥砂浆勾缝或抹面。仰坡也可根据情况采用浆砌片石或喷射混凝土、喷射沙浆防护。

隧道的防排水措施详见隧道防排水设施设计图。

4．6洞门尺寸拟定

由于隧道洞口段进出口均有一节较长的明洞衬砌，由于洞门背后一定范围内是以回填土为主，山体的推滑力不大，地形相对比较对称，横坡度不是很大，所以采用端墙式洞门，有利于山体的平衡稳定，减少对植被的破坏，有利于环境的保护。

4．6．1根据《设计规范》构造要求，初步拟定设计参数如下： 

①进口洞门桩号为YK28+110，墙面倾斜度为1：0.2；墙身断面形式为仰斜，这样受到的土石压力比直墙的要小一些；墙身宽度即端墙的厚度，初步拟订为1.8m；墙趾宽为0.5m；

②洞顶水沟尺寸为，端墙形成的挡渣防护墙高度为0.6m（从仰坡坡角算起），在水平方向宽为1.5m（从坡脚算起为1.0m），端墙基础嵌入地基的深度为1.0m。

③洞门后面是明洞，明洞回填采用有M7.5浆砌片石、碎石以及回填土。

4．6．2计算要求

根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）9.4.1，采用的端墙式洞门，洞门墙可视作挡土墙，按照极限状态验算其强度，并验算端墙绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。并应符合《公路路基设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》等有关规定。

4．7洞门计算

4．7．1计算要求

对于一般的洞门（区别于明洞洞门），作用在端墙墙背上的土压力为主动土压力，其按照库仑理论进行计算。无论墙背仰斜或直立，土压力的作用方向均假定为水平，为偏于安全，墙体前部的被动土压力不予以考虑。而对于明洞门端墙，其土压力的计算要根据有关设计手册进行。

洞门计算时应选取最不利位置（控制部位）进行计算，通常将端墙按1m或0.5m划分成条带，对不同形式的洞门，选取的位置也就不一样。经综合考虑，选取主拱圈外侧的0.5m 宽计算条带作为控制截面。

4．7．2洞门厚度设计

1.原则方法：

洞门正面基本尺寸已经拟定，在端墙的控制部位截取1.0m宽的检算条带视作挡土墙。对检算条带进行截面偏心或基底偏心计算，以求得检算条带的厚度作为挡墙的厚度，进而进行强度和稳定性计算，符合规范要求以后，再结合工程级比确定端墙的厚度。

这里，先根据初步拟定的结构厚度，用试算法计算其强度和偏心，符合规范要求，以后根据检算结果确定端墙厚度。

图4-1 洞门土压力计算图

2.计算参数

M7.5浆砌片石，片石，回填土，混凝土，墙背倾角，端墙采用C20混凝土结构，相应，。

结构的自重计算：

                                            

回填材料自重计算：

土：；

干砌碎石：；

M7.5浆砌片石：；

由于是明洞门端墙，所以其土压力的计算要根据有关设计手册进行；为方便起见，在此作了简化计算。取统一的侧压力系数为，则墙后回填的相应侧压力为：

土：；碎石：；浆砌片石：；侧压力作用的位置分别对应于各分段高度的中心。

3.稳定性计算

①基底应力及合力偏心距验算

为保证端墙基底应力不超过地基容许应力，应进行基底应力验算；同时，为了避免不均匀沉陷，应控制作用于端墙基底的合力偏心距。

作用于基底的合力偏心距为：

，                   （4-1）

式中：—作用于基底合力的法向分力；

      —对墙趾的力臂；

      —基底宽度；

      —全部的垂直力对墙趾的稳定力矩；

      —全部的水平力对墙趾的倾覆力矩；

则：；

     ；

m，

则： m

根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表9.4.1，容许基底偏心距m（岩石地基），合力偏心距满足设计要求。

另外，对于水平基底，在偏心荷载作用下，基底最大和最小法向应力为：

KPa；

KPa。

即、＜KPa，为地基容许承载力。    

②抗倾覆计算

抗倾覆稳定系数＞，抗倾覆稳定性满足设计要求。

③抗滑动计算

对于水平基底，抗滑动稳定系数，其中为基底摩擦系数，查《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）得=0.5，则＞，抗滑动稳定性满足设计要求。经过验算，初步拟定的洞门端墙厚度是比较合适的，各项技术指标也能很好的满足，所以就按照初步拟定的尺寸，即洞门端墙厚度为1.8m。采用混凝土结构。

4．7．3极限状态发计算洞门的承载力

1.洞门墙墙身强度计算

首先取基底截面进行计算：

                                              （4-4）

式中: 

—墙身抗压检算作用效应分项系数，取=1.54；

抗力安全系数，查表取1.54，

—截面轴向力标准值；

—截面面积，（检算截面取基底时）；

—作用于墙身截面上的合力偏心矩，由上面计算得知

挡土墙计算截面宽度，

—端墙墙身材料轴心抗压强度标准值，按照规范取为=10MPa；

计算得：    

          

        

        则      

   截面强度验算满足要求。                          

2.稳定性验算

弯曲平面内的纵向弯曲系数，按下式计算

对于H/B＜10的矮墙，可不考虑纵向稳定，取。

挡土墙的有效高度m，

与材料有关的系数，查表取0.002，

计算得：

  

        

则

3.抗拉强度验算

                                                      （4-5）

式中：材料的弯曲抗拉强度设计值，根据《公路设计规范》表5.23得；

计算得:

则

经上述计算，得各截面承载能力满足规范要求。

经上述检算，洞门端墙的稳定性满足设计要求（抗滑、抗倾覆、强度、偏心距）。

第五章 施工组织设计

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、快速进行。

5．1 概述

施工组织设计的内容主要包括：施工方案、施工进度、人机材（人力、机械和材料）需要量、现场平面布置。这四项内容有机地联系在一起，互相促进互相制约。这四项内容以施工进度为主，先保证隧道工程的工期要求，施工方案是根本，资源需要量是保证施工进度和施工方案实施的必要条件，也是决定施工现场平面布置的重要因素。

由于施工的动态性，因此隧道施工组织设计也不是始终不变的，根据施工过程中监控量测的结果来做出相应调整，使施工方案符合实际情况，才能有效的指导隧道的施工。

由于慈母山公路隧道属于山岭隧道，采用新奥法施工，其具体的施工组织设计内容为：

a)确定合理的施工方案及相关辅助施工措施；

b)施工进度安排及资源编制；

c)现场监控量测；

其中现场监控量测将在后面章节作出论述。

5．2 施工方案比选

5．2．1 施工方案选择所需要考虑的因素

采用合适的方法进行隧道施工，对于工程安全、工期及经济等方面都起了十分重要作用，在选择隧道施工方法时常要考虑的因素有：

(1) 工程地质和水文条件：这是决定施工方法的最关键因素，如果地质条件比较差，在开挖隧道时应采取预支护措施，或辅助施工措施，比如管棚和超前小导管，保证施工安全；

(2) 隧道结构：施工方法要根据隧道结构形式来确定，隧道开挖跨度和高度小，可以考虑采用全断面开挖，否则跨度太大，开挖时间过长，围岩临空时间太长，很难保证围岩在施工过程中的稳定，为了减小一次开挖高度，可以采用分部开挖的方法，例如台阶法、导坑法等；

(3) 施工条件和机械配置情况：确定施工方法要结合施工单位的条件，不能超出既有的施工条件。在本设计，假设施工条件和机械配置情况可以满足设计要求；

(4) 工期：根据工程的紧迫性，确定施工方法。如果工期要求比较短，则应采取措施，比如导坑法，实行多断面开挖，来减小施工时间；

(5) 工程投资；

(6) 环境保护要求：隧道施工的爆破、运输弃土、排放施工废水和洞口边仰坡刷坡等工序都会对当地的环境造成一定的影响。在确定隧道施工方法时必须考虑有关部门对环境保护的规定。

5．2．2 新奥法施工方法比选

(1) 不同施工方法的优缺点

表5.1 各种暗洞开挖方法的优缺点比较

开挖方法	适用围岩级别	对围岩扰动 情况	施工进度	施工安全性
全断面法	Ⅰ-Ⅲ	一次成型，扰动 次数很少	可以采用深孔 爆破，进度快	空间过大，自稳 性差
上下台阶法	Ⅰ—Ⅵ	分几次开挖， 扰动一般	长台阶法进度快，短台阶法慢	自稳性随台阶宽 度改变，一般
平行导洞法	围岩条件极 其复杂地段	很大	慢	事先清楚前方地 质情况，安全高
单侧壁导 坑法	Ⅲ-Ⅵ	分几次开挖，扰 动程度一般	和上下台阶法 进度一样	随导坑大小而定， 安全性好
双侧壁导 坑法	Ⅲ-Ⅵ	开挖次数多。扰 动大	进度较慢	单次开挖空间 小，安全性高
下导坑法	Ⅲ-Ⅵ	开挖次数多，扰 动很大	进度慢	安全性高
环形开挖 留核心土法	Ⅵ-Ⅴ	若采用爆破开挖， 则扰动很大	进度慢	增加辅助之护 措施，安全性好

(2) 比选结果

Ⅵ、Ⅴ级围岩地段隧道，采用全断面法，有利于机械化施工。 

5．2．3 明洞施工方法比选

(1) 两种明洞施工方法的含义和优缺点 

明洞施工常用的方法有“先墙后拱法”和“先拱后墙法” ，它们的含义分别如下：

先墙后拱法：如图5.1所示，根据地质条件及开挖深度，选择合适的临时边坡坡率，从上往下分台阶开挖，直至仰拱标高。先做仰拱和边墙，再是做拱圈，后进行土石回填。这种方法特点在于：

1)适用于埋深较浅，且按临时边坡开挖能暂时稳定的对称式明洞；

2)衬砌整体性好，施工空间大，有利于防水层的施工；

3)土方开挖量大，刷坡高。

图5-1 先墙后拱法

先拱后墙法：如图5.2所示，开挖一部分土体，直到拱圈拱脚，浇筑拱圈，回填土石后，再暗挖拱圈下土体，进行仰拱和边墙浇筑。其特点在于：

1)适用于路堑边坡较高或埋置较深，不能一挖到底的情况；

2)衬砌整体性较差，边墙的施工空间窄小，防水层施作不方便；

3)土石方开挖量较小，刷坡较低。        

图5-2 先拱后墙法

(2) 比选结果

由于慈母山公路隧道进口处的路堑边坡较低，并且明洞处于Ⅴ级较差的地层中，故决定采用先拱后墙法施工。

5．3施工布置

5．3．1 生产房屋和生产设施的布置

主要注意事项有：

(1) 通风机房和空压机房应靠近洞口，尽量缩短管道长度，以减少管道中的能量损失。

(2) 搅拌机应尽量靠近洞口，靠近砂石料，并且有一定垂直高度，便于装车运输。

(3) 炸药和雷管要分别存放。其库房要选择离工地300～400m以外的隐蔽地点，并安装避雷装置。

(4) 发电机房不一定太靠近洞口而与其他房屋争场地。如采用外来高压电线输电，变电站应设于洞口附近。

(5) 工地的临时道路应充分利用原有道路。工地的主干道宜呈环状布置，次要干道可布置成枝状，但应考虑回车的可能性。道路宽度双向行车一般为6m，单向行车可减至3.5m。

(6) 行政管理和生活福利设施，应方便于生产、方便工人的生活。工地办公室和医疗室应靠近施工现场。行政管理办公室可位于工地出入口附近。生活福利设施要首先考虑利用永久性房屋，不足时则修建临时房屋。

5．3．2 生活房屋布置

生活用房要与洞口保留一定距离，以保证工人和其他工作人员有一个安静的休息环境。但又不宜过远，同时要注意行动方便。生活区要靠近水源，在水源四周50m以内不得设厕所和垃圾坑等。柴家庄长年雨量充沛，多年平均降水量701.8～1158mm，因此，慈母山公路隧道的生活区要特别注意防洪防水的要求。

5．5 总体施工方案

(1) 分两头同时掘进。分总体实施掘进（钻爆，出渣），支护（超前支护，初期支护），二次衬砌（搅拌，运输，浇筑）三条机械化施工作业线。

(2) 衬砌混凝土及喷射混凝土采用拌和塔自主拌和。

(3) 钢筋材料，管棚，型钢拱架自主加工，预制盖板分铁盖板和混凝土盖板，由于工程量较小，故采用工厂加工。

(4) 采用信息化施工。

(5) 保证安全为前提，防止坍塌，减少施工风险。

(6) 大力推广应用新技术，新工艺，新材料，新机械设备。

(7) 路面施工采用集中时间，一次成型。

5．6 辅助施工措施设计

5．6．1 一般规定

当隧道通过浅埋、严重偏压、岩溶流泥地段、砂土层、砂卵石层、回填土、自稳性差的软弱破碎地层、断层破碎带以及大面积淋水或涌水地段时，应采用辅助工程措施。辅助工程措施有管棚、超前导管、超前钻孔注浆、超前锚杆、地表砂浆锚杆、地表注浆加固、护拱、井点降水、深井排水等。常用的几种施工辅助措施分述如下：

管棚：主要用于隧道位于松软地层中，或遇到从塌方体中穿过，或浅埋隧道，要求地表沉陷量，或在很差的地质条件下进洞等情况中。

超前注浆小导管：适用于较干燥的砂土层、砂卵石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋段。

超前锚杆：主要用于土砂质地层、膨胀性地层、裂隙发育的岩体以及断层破碎带中。

地表注浆加固：在开挖之前，先往地层中注浆以加固地层，使得开挖能够安全稳妥地进行。

隧道设计可根据不同地质条件、环境条件和施工条件采用相应的辅助工程措施。

5．6．2 慈母山公路隧道采用的辅助施工措施

对于慈母山公路隧道，在进洞浅埋暗挖段采用超前注浆小导管，来加固地层，防止岩体坍塌，确保施工顺利进行。

施工工艺为：先沿隧道开挖工作面的拱部，向地层中钻一排孔眼，其直径比管径大6cm，钻孔外插角为15度，孔眼间距为40cm。采用外径为42mm的热轧无缝钢管，单根长为4.0m（Ⅴ级围岩地段）、3.5m（Ⅳ级围岩地段），将钢管插入钻孔内，前后两排导管搭接长度为1.80m（Ⅴ级围岩地段）、1.27m（Ⅳ级围岩地段）。 

钢管构造如图5.3所示，管壁上留注浆孔，孔径为6mm，孔眼间距为15cm，呈梅花形布置，通过管壁上的注浆管向地层内注浆。

图5-3 小钢管构造图（单：mm）

小导管插入钻孔后，预留长20cm 的外露部分，以便连接注浆管，钢管的尾部架设在钢架上，并焊死。