1、第一章 方案比選說明1.1概述大平至沈家坪二級公路屬于山區公路，線路要求從大平出發中途經梁家院抵達沈家坪。路線整體呈東北西南走向；地勢上，西低東高，中間的梁家院地勢較低為兩山之間的河谷地帶。如采用盤上繞行，公路從大平出發一路需翻山越嶺，填挖工作量較大，對環境的影響也較大，運營過程中車輛行駛耗費時間增加也會造成能源消耗的增加，而且盤山公路因為其歷程長所面臨的地形復雜，地質狀況復雜，施工中面臨的的問題也將增加，行車安全性也會降低。故而，采用隧道方案跨越高程障礙，同時起到優化線形，和縮短公路里程的作用。由于所給地形圖的比例尺過小，在此不考慮洞口外公路的平面線形，僅考慮其縱斷面線形，以滿足隧道洞口標高

2、的要求。線路的使用功能要求其必須通過梁家院，故而梁家院自然就與路線的起訖點（大平和沈家坪）一起成為路線的控制點。而梁家院地處處河谷，可用場地有限，耕地民居散布，影響展線的因素眾多，成為主要的控制點。根據路線縱斷面線形及隧道洞口對地形地質條件的要求分析：起點大平處的洞口位置定在北溝的起點，終點沈家坪處海拔較高，故將隧道出口選在地勢較緩，海拔相對較低的溝谷出。梁家院地處河谷，地勢相對開闊，隧道洞口的可選性相對較好。綜合以上因素，確定了三種方案（見平面圖），如下：AK1:延北溝展線至預定的隧道進口處，以長隧道穿越群山至梁家院西南較開闊的溝谷處，以公路沿河展線經梁家院至梁家院東北的預定隧道入口，以長隧

3、道穿越之沈家坪東側溝谷出口，兩隧道總長，設涵洞一處，三處圓曲線，曲線半徑交大；AK2: 延北溝展線至方案一的隧道進口處附近（東北），與路橋相接經張家院到梁家院再到梁家院后的隧道入口，以隧道穿至沈家坪東側的開闊谷地，梁隧道總長，修建橋梁一處，涵洞一處，設圓曲線一處，曲線半徑滿足規范要求；AK3: 繞山展線至水道溝以隧道穿至崖上西溝南的開闊谷地，以隧道穿至崖上西溝南的開闊谷地以公路連接在張家院處與方案二的后半部分匯合，最終到達沈家坪東側的開闊谷地，兩隧道總長，修建涵洞兩處，設圓曲線三處，曲線半徑滿足規范要求。1.2方案比選有平面圖觀察可知：三方案的北段相差不大，其主要區別在于南段大平至梁家院的隧道

4、修建方案，故在方案必選時主要征對此段的隧道方案進行。此路段隧道主要幾何參數如下表：方案名稱進口位置高程（m）出口位置及高程（m）隧道長度（km）洞內縱坡（%）AK1134013801.922.1AK2137014101.592.50AK3136013801.711.2現在從線性指標、工程數量、施工難度、隧道功能、營運及養護費用、環境保護等方面比較，確定推薦方案。項目方案一方案二方案三線性指標隧道長1920米，營運及養護費用較低。隧道長1590米。沿線填挖方量較大，圓曲線半徑較大，行車舒適。隧道長1710米。沿線填挖方量較大，圓曲線半徑較小，行車不舒適。工程數量三方案中隧道最長的方案，隧道施工工

5、作量也最大三方案中隧道最短的方案，隧道工程量也最少，但洞外繞行路線相應增長，工作量有所增加隧道工程量居中，洞外傍山展線挖方量交大施工難度隧道歲最長，但隧道以外的公路修建中，展線最方便填挖方數量不大。隧道長度短，而且隧址離建成公路較近，施工材料運輸方便。線路最短，雖洞外繞行線有所增長，但整體良好，且隧址離建成公路較近，施工材料運輸方便。隧道工程量較小，但洞外挖方量巨大，且無現成公路可用，不利于施工營運及養護費用隧道長，營運及養護費用較大。隧道短運營養護費用低隧道較短運營養護費用較低環境保護填挖方量較少，沒有大刷大挖，對保持邊坡、仰坡較好，對有生態環境的破壞少。填挖方量較大，對原有生態環境有一定影

6、響填挖方量巨大，對原有生態環境的破壞較大。經濟效益隧道出口距離村莊較遠，對周邊經濟發展作用有限隧道出口靠近村莊線路進過對可帶動周圍經濟發展隧道出口靠近村莊線路進過對可帶動周圍經濟發展工程病害填挖方量較少，沒有大刷大挖，對保持邊坡、仰坡穩定較好。填挖方工程量較大，破壞原有的應力平衡，部分地段會出現的水文地質病害，需加強防護。填挖方工程量大，破壞原有的應力平衡，會產生一系列的水文地質病害，運營養護困難。綜合考慮各因素，最終將方案二作為推薦方案。第二章 設計總說明2.1.隧道設計概述梁家院公路隧道是大平沈家坪二級公路修建中的重要工程，起點樁號為K0+970，終點樁號為 K2+560,總長約為1590

7、公里。單洞雙向隧道，行車道寬度均按設計行車速度40Km/h考慮；隧道襯砌結構設計采用“新奧法”復合式襯砌；隧道洞門型式主要采用、銷竹式洞門和端墻式洞門。隧道圍巖級別以 、級為主。該隧道對克服地形障礙，改善線形，提高車速，縮短里程，節約燃料，節省時間，提高行車的舒適性，減少對植被的破壞以及保護生態環境起到了重要作用。2.2技術標準公路等級： 二級路設計行車速度： 40km/h。隧道建筑限界凈寬： 9m ( 3.75×2+0.25×2+0.75×2)隧道建筑限界凈高： 5.0m2.3隧道建設區工程水文地質2.3.1區域地形、地貌（根據地形等高線圖）本項目位于陜西省西安

8、市藍田縣，總體地勢特征為西低東高，地形陡峭，相對高差在400m左右。該區位于秦嶺山脈北麓，地貌地形復雜，溝谷散布。該隧道大致與秦嶺山脈平行，橫穿支脈，地形崎嶇，地勢險要，山高谷深，植被茂密。區內海拔一般在12001700之間。隧道西口大平一帶最低高程為1240m，向東至海拔約為1300m的崖上西溝，隧道洞身中部通過的最高高程為1700m，在出口地勢相對較低。河谷呈“U”字形，坡體陡峭，項目所在地圍巖等級主要是級、級、級。2.4橫斷面設計 2.4.1建筑限界根據公路隧道設計規范，隧道高度5米，行車道寬度3.75米，雙車道布置，凈寬9米，其中左側向寬度為0.25m，右側向寬度為0.25m，左側人行

9、道寬度為0.75m，右側人行道寬度為0.75m，路面坡度采用2%；車行橫通道高5.0m，并且同時考慮了下列因素：（1）檢修人員步行時的安全；（2）緊急情況下，駕乘人員拿取消防設備方便；（3）滿足其下放置電纜、給水管等的空間尺寸要求。2.4.2隧道內輪廓隧道內輪廓設計除應滿足隧道建筑限界的規定以外，還應滿足洞內路面、排水設施、裝飾的需要，并為通風、照明、消防、監控、運營管理等設施提供安裝空間，同時考慮圍巖變形、施工方法影響的預留富裕量，使確定的斷面形式及尺寸符合安全、經濟、合理的原則。本隧道采用公路隧道設計規范v=40km/h情況下的標準斷面，斷面為單心圓，r=5.10m，斷面周長為29.07m

10、，面積為54.85m2。圖2.1 隧道建筑限界及內輪廓圖2.5隧道襯砌結構設計2.5.1圍巖分級隧道圍巖級別劃分主要依據巖體彈性波速度、巖樣飽和極限抗壓強度、巖石質量指標，并結合圍巖分化程度、完整性、堅硬程度、節理發育程度、斷層及地下水影響程度等進行綜合分類。依據實際資料在確定隧道圍巖級別時，制定以下原則：（1）以交通部行業標準公路隧道設計規范（JTG D70-2004）提供數據為圍巖級別劃分標準。（2）遇斷層破碎帶，圍巖級別較同類巖石降低1-2等級，影響帶推至洞底以上40-80米與斷層交界處。（3）為便于隧道施工，按隧道開挖過程中可能遇到的地層和構造情況分段劃分評價。（4）未有鉆孔控制段，參

11、照勘測區同類巖石已有資料進行類比分級。2.5.2襯砌設計隧道襯砌結構設計根據結構的受力和不同的斷面尺寸特點，隧道均按新奧法原理進行設計，設計中考慮充分發揮圍巖自身承載能力，采用柔性支護的復合式襯砌結構設計，即以錨桿、鋼筋網、噴射混凝土、鋼拱架等為初期支護，使其與襯砌達到共同受力。復合式襯砌按新奧法原理設計和施工，依據隧道圍巖級別的不同，分別采用不同類型的初期支護和二次襯砌。復合式襯砌結構設計根據隧道大部分為、級圍巖或淺埋地段，由于、級圍巖變形大，自穩能力差，很容易引起地表變形、開裂，因此初期支護設計采用錨桿、大管棚或小導管、鋼拱架和噴射混凝土聯合支護，及時、強行的控制圍巖較大變形的發展，同時盡

12、快的施作二次襯砌，使二次襯砌和初期支護共同受力。特別強調的是在施工中應加強圍巖的監控量測，并根據監控量測結果及時修正各級圍巖設計支護參數。各級圍巖襯砌結構主要支護參數如下表：主要支護參數表圍巖級別噴射混凝土厚度(cm)徑向錨桿鋼筋網二次襯砌厚度（cm）預留變形量（cm）直徑(mm)長度（m）間距（m）直徑（mm）間距（cm）25223.51.06.5204513IV15223.01.26.520356.512222.51.56.525353.5隧道襯砌斷面設計除考慮到通風、照明、排水、監控等營運附屬設施所需空間，并考慮到圍巖收斂變形及施工等必要的預留量，內輪廓采用單心圓。二次襯砌斷面全部采用等

13、截面，襯砌參數系按工程類比為主并輔以結構計算分析綜合確定。2.6洞門設計2.6.1洞口位置選擇（1）洞門部分在地質上通常是不穩定的。應考慮避開滑坡、崩塌、泥石流等不良地質地段。（2）要遵循“早進洞晚出洞”的原則，選擇洞口位置。（3）為使洞口段襯砌結構受力條件較好，應使隧道中線與地形等高線正交，正交洞口的邊、仰坡開挖較小而且均衡。（4）隧道在洞口附近考慮施工場地、棄渣場地以及便道的位置，對組織施工時的難易程度和進度有很大影響。2.6.2洞門形式選擇隧道洞門形式的選擇和隧道洞口的地形，地質條件以及隧道照明需要有關，洞門附近圍巖一般比較松碎松軟，所以應根據實際情況，選擇合適的洞門形式，并對邊仰坡進行

14、適當護坡。洞門是隧道的咽喉，也是外露部分，要適當進行洞門和動口環境的美化和協調。山嶺隧道常用的洞門形式主要有端墻式、翼墻式、臺階式、柱式、削竹式和喇叭口式。綜合山體穩定以及美觀等因素，本隧道南側入口由于偏壓采用端墻式洞門，北側入口山體比較穩定采用削竹式洞門。2.7縱斷面設計綜合考慮，隧道長度及隧道進出口高差將隧道縱坡設為2.5的單向坡，具體方案見附圖。第三章 二次襯砌結構計算3.1基本參數 大平沈家坪二級公路隧道，設計速度40km/h，,結構斷面如附圖所示,荷載按松散壓力的42%計。其他參數如下： 1、圍巖級別：V級； 2、圍巖容重：; 3、圍巖彈性抗力系數： ；4、 襯砌材料為C25混凝土，

15、彈性模量,容重。3.2荷載確定 1、圍巖垂直均布壓力 按礦山法施工的隧道圍巖荷載為： 考慮到初期支護承擔大部分圍巖壓力，而二次襯砌一般作為安全儲備，故對圍巖壓力進行折減，對本隧道按照42%折減，取為98kN/m2。 2、圍巖水平均布壓力： 3.3襯砌幾何要素3.3.1.隧道幾何尺寸內輪廓半徑r1=5.10m頂部單心圓弧圓心角為194°（圓弧端點與豎直方向的夾角未97°）襯砌為等截面，拱頂截面厚度d0=0.45m;墻底截面厚度dn=0.45m。則拱軸線半徑：3.3.2.半拱軸線長度S及分段軸長S拱軸線長度：半拱軸線長度為：將半拱軸線等分為8段，每段軸長為：3.3.3.各分塊接

16、縫（截面）中心幾何要素與豎直軸夾角i （2）接縫中心點坐標計算豎直面處截面中心坐標： ； 。3.4計算位移 3.4.1單位位移：（單位：m） 用辛普生法近似計算,按計算列表進行。單位位移計算見附表 單位位移值計算如下： 圖31 二次襯砌結構計算圖計算精度校核為： 閉合差0； 單位位移計算表 表3.1 截面sincosxydI1/Iy/Iy2/I(1+y)2/I積分系數1/30001000.450.0076 131.6872 0.0000 0.0000 131.6872 1 112.1250 0.2100450.9776921.11510.30880.450.0076 131.6872 40.6

17、650 12.5574 225.5746 4 224.2500 0.4107190.9117622.18830.435070.450.0076 131.6872 57.2932 24.9265 271.2001 2 336.3750 0.5930680.8051533.1681.19960.450.0076 131.6872 157.9720 189.5032 637.1345 4 448.5000 0.7489560.662624.00821.95330.450.0076 131.6872 257.2247 502.4370 1148.5736 2 560.6250 0.8714280.49

18、05244.66842.87580.450.0076 131.6872 378.7062 1089.0832 1978.1828 4 672.7500 0.955020.2965425.11463.91130.450.0076 131.6872 515.0683 2014.5867 3176.4106 2 784.8750 0.9960020.0893295.32995.02140.450.0076 131.6872 661.2543 3320.4224 4774.6183 4 896.5915 0.99339-0.114795.30946.1130.450.0076 131.6872 805

19、.0041 4920.9902 6662.6856 1 1053.4979 2472.8555 9483.7185 15482.9275 注：1.I-截面慣性矩, ,b 取單位長度。2.不考慮周麗的影響。3.4.2載位移主動荷載在基本結構中引起的位移(1)每一楔塊上的作用力豎向力：式中：bi襯砌外緣相鄰兩截面之間的水平投影長度，水平壓力：式中: hi襯砌外緣相鄰兩截面之間的豎直投影長度自重力：式中：di接縫i的襯砌截面厚度。(2)外荷載在基本結構中產生的內力楔塊上各集中力對下一接縫的力臂由附表2-5量得，分別記為 內力按下式計算（見附圖31） 彎矩： 軸力：式中： 、 -相鄰兩接縫中心點的坐標

20、增值，按下式計算： 、的計算見附表3.2，3.3。載位移計算表 表3.2截面qbihiQEGaqaeagQaq加Gag加Eae098.0000 000012.0898 000000198.0000 1.15760.1089113.4448 4.2688812.0898 0.53630.56510.0461-60.8404 -0.5573 -2.4123 298.0000 1.11160.3508108.9368 13.7513612.0898 0.51740.53720.1592-56.3639 -1.9247 -7.3872 398.0000 1.01490.588799.4602 23.0

21、770412.0898 0.4723 0.4820.2618-46.9751 -3.1651 -11.1231 498.0000 0.87150.78285.4070 30.654412.0898 0.40450.4010.3628-34.5471 -4.3862 -12.2924 598.0000 0.68860.952567.4828 37.33812.0898 0.31590.31450.4451-21.3178 -5.3812 -11.7428 698.0000 0.46931.074145.9914 42.1047212.0898 0.21160.19510.4997-9.7318

22、-6.0413 -8.2146 798.0000 0.23151.177822.6870 46.1697612.0898 0.09960.08050.5212-2.2596 -6.3012 -3.7167 898.0000 01.1110.0000 43.551212.0898 -0.0205-0.03980.53610.0000 -6.4813 1.7333 續（Mi,P）：截面i-1(Q+G)i-1Exyxii-1(Q+G)yii-1EM0ip000000001001.11510.308800-63.8101 2125.5346 4.2689 1.07320.12627-134.7237

23、-0.5390 -264.7487 3246.5612 18.0202 0.97970.76453-241.5560 -13.7770 -581.3450 4358.1112 41.0973 0.84020.7537-300.8850 -30.9750 -964.4308 5455.6080 71.7517 0.66020.9225-300.7924 -66.1909 -1369.8559 6535.1806 109.0897 0.44621.0355-238.7976 -112.9624 -1745.6036 7593.2618 151.1944 0.21531.1101-127.7293

24、-167.8409 -2053.4512 8628.0386 197.3642 -0.02051.091612.8748 -215.4427 -2260.7672 載位移計算表 表3.3截面sincos(Q+G)EN0px8-xi+agiG(x8-xi+agi)0010000010.2100 0.9777 125.5346 4.2689 22.1943 4.320652.2352 20.4107 0.9118 246.5612 18.0202 84.8372 3.360540.6278 30.5931 0.8052 358.1112 41.0973 179.2946 2.483430.0238

25、 40.7490 0.6626 455.6080 71.7517 293.6861 1.744221.0870 50.8714 0.4905 535.1806 109.0897 412.8603 1.166314.1003 60.9550 0.2965 593.2618 151.1944 521.7414 0.77479.3660 70.9960 0.0893 628.0386 197.3642 607.8975 0.58097.0230 80.9934 0.0000 640.1284 240.9154 635.8970 0.61637.4509 15.0469181.914（3）主動荷載位移

26、主動荷載位移計算結果見表3.4。 主動荷載位移計算表 表3.4截面Mp01/Iy/I1+yMp0/IMp0y/IMp0(1+y)/I積分系數1/300131.68720100011-63.8101 131.6872 40.6650 1.3088 -8402.9801 -2594.8403 -10997.8204 42-264.7487 131.6872 57.2932 1.4351 -34864.0292 -15168.2932 -50032.3223 23-581.3450 131.6872 157.9720 2.1996 -76555.7252 -91836.2480 -168391.97

27、32 44-964.4308 131.6872 257.2247 2.9533 -127003.2348 -248075.4185 -375078.6532 25-1369.8559 131.6872 378.7062 3.8758 -180392.5502 -518772.8958 -699165.4460 46-1745.6036 131.6872 515.0683 4.9113 -229873.7198 -899105.0801 -1128978.7999 27-2053.4512 131.6872 661.2543 6.0214 -270413.3298 -1357853.4942 -

28、1628266.8240 48-2260.7672 131.6872 805.0041 7.1130 -297714.1930 -1819926.8616 -2117641.0546 1-1074751.5005 -4009618.1193 -5084369.6198 則 計算精度核算閉合差 0。3.4.3載位移-單位彈性抗力及相應的摩擦力引起的位移（1）各接縫處的抗力強度抗力上零點假定在接縫3，3=36.3750°=b;最大抗力值假定接縫5，5=60.6250°=h；最大抗力值以上各截面抗力強度按下式計算： 最大抗力值以下各截面抗力強度按下式計算： 式中：-所考察截面外緣

29、點到h點的垂直距離； -墻腳外緣到h點的垂直距離。 （2）各楔塊上抗力集中力 按下式近似計算： 式中： -楔塊i 外緣長度。該集中力方向垂直于襯砌表面并通過抗力圖形的形心，形心通過輔助軟件求得（MASSPROP）；（3）抗力集中力與摩擦力的合力Ri 按下式計算： 式中：-圍巖與襯砌間的摩擦系數，此處取=0.2。則： 其作用方向與抗力集中力的夾角。由于摩擦阻力的方向與襯砌位移的方向相反，其方向向上。畫圖時，也可取切向：徑向=1：5的比例求出合力的方向。的作用點即為與襯砌外緣的交點。將的方向線延長，使之交于豎直軸，量取夾角，將分解為水平與豎直兩個分力： 彈性抗力及摩擦力計算表 表.截面()1/2(

30、i-1+i)()S外()R()ksinkcosk() ()40.51320.25661.1644 0.2988 0.3047 56.0850.8299 0.5580 0.2529 0.1700 51.00000.75661.1644 0.8810 0.8984 68.54250.9307 0.3658 0.8362 0.3287 60.77250.886251.1644 1.0319 1.0524 77.69980.9770 0.2130 1.0282 0.2242 70.55160.662051.1644 0.7709 0.7862 90.89040.9999 -0.0155 0.7861

31、-0.0122 80.00000.27581.1644 0.3211 0.3275 98.22480.9897 -0.1431 0.3241 -0.0469 （4）計算單位抗力及其相應的摩擦力在基本結構中產生的內力彎矩：軸力： 式中：-力至接縫中心點的力臂 計算表 表3.6截面R4R5R6R7R8（h）r4iRr4ir5iRr5ir6iRr6ir7iRr7ir8iRr8i40.3785-0.1153 -0.1153 51.0047-0.3061 0.5384-0.4837 -0.7899 62.6208-0.7986 1.6686-1.4991 0.6263-0.6591 -2.9568 73

32、.6507-1.1124 2.7796-2.4973 1.7564-1.8484 0.6011-0.4726 -5.9306 84.5391-1.3831 3.7863-3.4017 2.8171-2.9647 1.7266-1.3574 0.8007-0.2622 -9.3691 計算表 表3.7截面（h）（h）（h）448.50.7490 0.6626 0.1700 0.1273 0.2529 0.1676 -0.0402 560.6250.8714 0.4905 0.4987 0.4346 1.0890 0.5342 -0.0996 672.750.9550 0.2965 0.7229

33、0.6903 2.1173 0.6279 0.0625 784.8750.9960 0.0893 0.7106 0.7078 2.9033 0.2593 0.4485 896.59150.9934 0.0000 0.6638 0.6594 3.2274 0.0000 0.6594 （5） 單位抗力及相應摩擦力產生的載位移 單位抗力及摩擦力產生的載位移計算表 表3.8截面（h）1/Iy/I積分系數4-0.1153 131.6872 257.2247 2.9533-15.1875 -29.6657 -44.8531 25-0.7899 131.6872 378.7062 3.8758-104.01

34、32 -299.1211 -403.1343 46-2.9568 131.6872 515.0683 4.9113-389.3724 -1522.9521 -1912.3245 27-5.9306 131.6872 661.2543 6.0214-780.9881 -3921.6534 -4702.6415 48-9.3691 131.6872 805.0041 7.113-1233.7901 -7542.1590 -8775.9491 1-1860.9716 -9176.8309 -11037.8024 校核為： 閉合差03.4.4墻底（彈性地基上的剛性梁）位移單位彎矩作用下的轉角：主動何在

35、作用下的轉角：單位抗力及相應摩擦力作用下的轉角：3.5解力法方程襯砌矢高計算力法方程的系數為：以上將單位抗力及相應摩擦力產生的位移乘以h，即為被動荷載的載位移。求解方程為：式中： =344.7787+1.8727從而： 3.6計算主動何在和被動荷載（h=1）分別產生的襯砌內力計算公式為： 主被動荷載作用下襯砌彎矩計算表 表3.9截面X1pX2pX2p*yMp（h）X1X2X2*yM（h）（h）(h)00155.8417344.77870155.84170-2.10461.87270-2.10461-63.8101155.8417344.7787106.4677198.49930-2.10461

36、.87270.5783-1.52632-264.7487155.8417344.7787150.002941.09590-2.10461.87270.8148-1.28993-581.345155.8417344.7787413.5966-11.90670-2.10461.87272.24650.14194-964.4308155.8417344.7787673.4563-135.1328-0.1153-2.10461.87273.6581.4385-1369.8559155.8417344.7787991.5147-222.4995-0.7899-2.10461.87275.38562.49

37、116-1745.6036155.8417344.77871348.5331-241.2287-2.9568-2.10461.87277.32482.26337-2053.4512155.8417344.77871731.272-166.3375-5.9306-2.10461.87279.40371.36848-2260.7672155.8417344.77872107.63252.707-9.3691-2.10461.872711.4479-0.0258主被動荷載作用下襯砌軸力計算 表3.10截面X2pcosNpX2cosN00344.7787344.778701.87271.8727122

38、.1943337.0873359.281601.83091.8309284.8372314.3562399.193301.70751.70753179.2946277.5995456.894101.50781.50784293.6861228.4573522.1434-0.04021.24091.20075412.8603169.1221581.9824-0.09960.91860.8196521.7414102.2412623.98270.06250.55530.61787607.897530.7987638.69620.44850.16730.61578635.8970635.8970.659400.65943.7最大抗力值得求解首先求出最大抗力方向內的位移。考慮到接縫5的徑向位移與水平方向有一定的偏離，因此修正后有：最大抗力位移修