营盘路湘江隧道结构设计说明

营盘路湘江隧道结构设计第一章设计原始资料1.1 技术标准及设计标准规范1.1.1 主要技术标准（1）隧道按规定的远期交通量设计，采用三车道隧道。

（2）隧道设计车速，隧道几何线形与净空按50km/h设计。

1.1.2 主要设计标准规范（1）《公路隧道设计规范》JTJ026-90；（2）《公路工程技术标准》JTJ001-97；（3）《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89；（4）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001；1.2 工程概况长沙营盘路湘江隧道位于银盆岭大桥与橘子洲大桥间，东起营盘路，西接咸嘉湖路，下穿潇湘大道、傅家洲、橘子洲和湘江大道。

隧道左洞桩号：K16+115～K18+732，长2617m（其中明洞25m，暗洞2592m）；右洞桩号：K16+085～K18+725，长2640m（其中明洞25m，暗洞2615m）。

暗洞按新奥法施工，明洞按明挖法施工。

1.3 隧道工程地质概况营盘路隧道地貌以丘陵为主，各隧道段地表均为斜坡地形，坡度大致为10°～50°，坡面植被茂盛，局部陡坡地段基岩裸露。

隧道拟经过处山岭起伏变化较大，地形条件较为复杂。

主要地质以含碎石亚粘土地层、含粘性土地层、角砾凝灰岩、角砾岩地层为主，巨层厚状、块状构造较多，局部碎块石状。

地层整体上风化较为严重，节理发育，地层表面为全风化地带，在海拔较低的垭口位置有一定厚度的坡积层。

断裂带主要为F8和F9断层，F8断层与隧道走向基本垂直，倾角84°，宽度3～5m; F9断层与隧道走向交角很小，受断层影响，该处地质裂隙发育，岩体破碎，局部地段水量可能很大。

地下水类型主要为基岩裂隙水，水量贫乏。

经综合评定，隧道围岩大致为III级、IV级、V级。

第二章总体设计2.1 一般规定2.1.1隧道设计应满足公路交通规划的要求，其建筑限界、断面净空、隧道主体结构以及营运通风、照明等设施，应按《公路工程技术标准》(JTG B01)规定的预测交通量设计。

2.1.2 隧道总体设计应遵循以下原则在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上，综合比选隧道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等，提出推荐方案。

地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向，以避开不良地质地段；长隧道的位置亦应尽可能避开不良地质地段，并与路线走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。

根据公路等级和设计速度确定车道数和建筑限界。

在满足隧道功能和结构受力良好的前提下，确定经济合理的断面内轮廓。

隧道内外平、纵线形应协调，以满足行车的安全、舒适要求。

根据隧道长度、交通量及其构成、交通方向以及环保要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交通监控等机电设施的设置规模。

必要时特长隧道应作防灾专项设计。

应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和营运要求，对隧道内外防排水系统、消防给水系统、辅助通道、弃渣处理、管理设施、交通工程设施、环境保护等作综合考虑。

当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。

2.2 隧道位置选择隧道位置应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质地段；当必须通过时，应有切实可靠的工程措施。

穿越分水岭的长、特长隧道，应在较大面积地质测绘和综合地质勘探的基础上确定路线走向和平面位置。

对可能穿越的垭口，应拟定不同的越岭高程及其相应的展线方案，结合路线线形及施工、营运条件等因素，进行全面技术经济比较后确定。

路线沿河傍山地段，当以隧道通过时，其位置宜向山侧内移，避免隧道一侧洞壁过薄、河流冲刷和不良地质对隧道稳定的不利影响。

应对长隧道方案与短隧道群或桥隧群方案进行技术经济比较。

隧道洞口不宜设在滑坡、崩坍、岩堆、危岩落石、泥石流等不良地质及排水困难的沟谷低洼处或不稳定的悬崖陡壁下。

应遵循“早进晚出”的原则，合理选定洞口位置，避免在洞口形成高边坡和高仰坡。

濒临水库地区的隧道，其洞口路肩设计高程应高出水库计算洪水位(含浪高和壅水高)不小于0．5m，同时应注意由于水的长期浸泡造成库壁坍塌对隧道稳定的不利影响，并采取相应的工程措施。

隧道设计洪水频率标准取值；当观测洪水高于标准值时，应按观测洪水设计；当观测洪水的频率在高速公路、一级公路超过1／300，二级公路超过1／100，三、四级公路超过1／50时，则应分别采用1／300、1／100和1／50的频率设计。

根据以上原则，结合本地段的地形地质情况，营盘路隧道的选址归结为以下几个方面：选择合适的临界标高，在保证隧道埋深的前提下尽量减少隧道的长度；洞口段中线尽量选择与地形等高线垂直，具体问题再具体分析。

2.3 隧道纵断面设计本隧道的基本坡道形式设为单坡。

坡道形式的选择依据和纵坡坡度的主要控制因素为通风问题和对汽车行驶的利害。

隧道的纵坡以不防碍排水的缓坡为宜，坡度过大，对汽车行驶、隧道施工和养护管理都不利。

单向通行的隧道设计成单坡对通风是非常有利的，因汽车都是单坡行驶，发动机产生的有害气体少，对通风也很有利。

并且隧道埋深较大，围岩很差，设置竖井通风施工难度较大；隧道围岩地下水主要以裂隙水为主，水量贫乏，对施工无太大影响；营盘路隧道由于路线需要，进出口段高程相差很大，设置人字坡将会使隧道长度增加；鉴于以上原因，该隧道决定采用有变坡点的单坡。

2.4 隧道横断面设计2．4.1建筑限界营盘路隧道的建筑限界按50km/h 时速进行设计，建筑限界取值确定如下： 建筑限界横断面宽度如下表：图2.1 隧道建筑限界 单位（m ）建筑限界横断面宽度如下表：表2-1 建筑限界设置2.4.2 紧急停车带营盘路隧道为长隧道，所以在行车方向的右侧设置紧急停车带。

紧急停车带的设置间距取750m，停车带的路面横坡取为水平。

紧急停车带的建筑限界、宽度和长度见下图：图2.2 隧道紧急停车带建筑限界单位（m）2.4.3 内轮廓设计根据建筑限界，利用三心圆，得出各断面内轮廓如下图：图2.3 隧道正常断面内轮廓图 1图2.4 隧道紧急停车带内轮廓图单位（m）2.5 施工计划隧道设计应制订合理的施工计划。

施工计划主要包括：总工期要求、施工方法的确定、合理工区的划分、辅助通道的用途、施工便道、弃渣场、临时设施、监控量测方案等。

制订施工计划应遵循下列原则：1 应考虑隧道长度、断面、工期要求、地质条件和当地自然条件等，确定合理的施工方法和施工进度。

2 工区划分应考虑隧道纵坡变化、水文与地质条件、渣场和便道修建条件以及土石方平衡等综合因素。

3 应结合工程地质与水文地质超前预报、施上方法以及营运通风方式等，对辅助通道的设置目的、作用、必要性作出技术经济论证。

4 必要时应根据隧道的建设规模、地质条件等，对主要施工机械设备、大型洞内临时设备、洞外临时设备的技术指标作出要求。

2.6 建筑材料隧道工程常用的各类建筑材料，可选用下列强度等级：1 混凝土 C50、C40、C30、C25、C20、C15、C10；2 石材 MUl00、MU80、MU60、MU50、MU40；3 水泥砂浆 M25、M20、M15、M10、M7．5、M5；4 喷射混凝土C30、C25、C20；5 混凝土砌块MU30、MU20；6 钢筋 HPB235、HRB335、HRB4002.7 洞口设计2.7.1 一般规定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。

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。

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

洞门设计应与自然环境相协调。

2.7.2 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，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。

2.7.3洞门洞口地形较缓，地质条件差，经综合分析采用削竹式洞门。

削竹式洞门是一种稳定性好、基础承载力要求不高、自然和谐的轻型洞门。

本隧道削竹式洞门与明洞衬砌结构自然连接，各长10米。

洞门混凝土厚度与明洞一样，均为70cm。

洞门斜面比例为1：1，洞口端两侧设有M7.5浆砌片石洞门挡块，洞门挡块预留Ф10排水孔，排水孔进口处放置无纺布。

洞门上端部分覆盖回填土，回填表土分别为20cm 厚种植土，10cm 厚砂砾垫层，30cm 厚粘土隔水层以及夯填土。

洞门结构基础应落在稳固的地基上，要求其地基承载力≥250kPa，当地基承载力不能满足要求时，应对地基进行加固处理使其达到要求。

洞门示意图如图2-6。

1000(削竹式洞门结构）1000（明洞衬砌）1:1套拱明洞洞门M7.5浆砌片石洞门挡块单位:cm图2.6 削竹式洞门示意图 1营盘路隧道采用明洞出洞，洞门上部无回填土石，荷载较小，且对洞门下部地基进行了土石置换，灰土回填夯实处理加固，地基承载力较好，故明洞洞门按照构造要求设计，不需进行洞门计算及验算。

第三章 隧道衬砌设计及计算3.1衬砌类型营盘路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。

3.2围岩压力计算3.2.1 计算断面参数确定隧道高度h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量 隧道跨度b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量 各围岩级别计算断面参数如下表：表3-1 计算断面参数 （单位：m ）3.2.2 深、浅埋判别隧道进、出口段埋深较浅，需按浅埋隧道进行设计。

3.2.2.1 浅埋隧道分界深度的确定 坍落拱高度按下式计算：[]10.4521(5)s h i B -=⨯⨯+- （3-1） Ⅴ级围岩，s=5；B>5，i=0.1。

[]40.45210.1(17.4025)15.985h m =⨯⨯+⨯-=。

垂直均布力q h γ= （3-2）1815.985287.738/kN m =⨯=荷载等效高度q qh γ= （3-3）287.73815.98518m==p H ——浅埋隧道分界深度，m ；q h ——荷载等效高度γ——围岩重度，3 kN m q ——深埋隧道的垂直均布压力， 2 kN m h ——塌落拱高度，ms ——围岩类别ω——宽度影响系数，1(5)i B ω=+- B ——隧道宽度，m ；i ——B 每增减1m 时的围岩压力增减率，B>5 m 时，取i =0.1. 浅埋隧道分界深度 2.5 2.515.98539.963p q H h m ==⨯=。

3.2.2.2 浅埋段的确定进口段：坡度大约为17°左右，纵断面坡度2%，设进口段xm 处埋深为p H ，根据几何关系：p H tan172%p x x H -=o139.862x m = 在设了46m 的明洞段之后，还有93.862m 的浅埋段。