云阳山隧道右线设计.doc
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1、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+440YK76+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
2、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150160m,炎陵端洞口附近海拔190200m。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2030,向北东2030方向倾伏。隧道沿线无区域性断层分布
3、,但小规模断层较发育,断层宽度小于10m,一般35m,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12m,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
4、夹强弱风化石英砂岩碎石、块石。据地表观测,块石粒径一般0.51m,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46m,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+376K76+365.6(YK75+377.1YK76+375.7)段地表,地层总体倾向东北北东,倾角1020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
5、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
6、律分布,岩石单层厚度较小,颜色较深、较杂。分布于ZK73+570ZK74+280(YK73+580YK74+275)、ZK74+680ZK76+638(YK74+685YK76+670)等段。大致以ZK74+840 为界,该点以西岩层向290310倾斜,倾角3050为主,该点以东岩层向北东东倾斜,倾角1020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,
7、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
8、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 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
9、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4550m,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级,岩体较完整的围岩级别为级,衡阳端岩体破碎处为级。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
10、,地下水相对较活跃。其围岩级别一般为级,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23 组,节理间距一般0.30.5m,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、级。围岩级别详见工程地质纵断面图
11、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+23.75+1.0+1.00=10.75m隧道建筑限界净高: 5.0m
12、整体式路基宽: 26.0m分离式路基宽: 13.0m1.4.2 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 F602009)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
13、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。
14、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
15、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23.75 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
16、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700800m 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、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
17、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IIV。II、III 级围岩段不设仰拱(图2.4a);IVV 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
18、。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
19、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1:0.31:0.5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1:0.51:1.5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1:0.51:0.75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
20、、仰坡率1:0.51 :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
21、”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
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