关键词：支护设计；洞门设计；特殊部位设计；衬砌结构
1.新奥法施工原理
新奥法应用范围十分广泛，中国已在亚粘土和黄土隧道施工中取得不错的成绩和进步。但在以下几个方面，都必须采用相应的辅助措施才能进行施工：①地层中的涌水量较大；②因涌水产生流沙现象的地层；③围岩发生破碎，使得锚杆的钻孔和插入都十分困难场合；④围岩的开挖面不能自稳。喷射混凝土和锚杆支护是新奥法的主要支护手段，因锚杆喷射混凝土支护能够形成一种柔性薄层，与围岩紧密粘结的伸缩性支护结构，允许围岩在一定范围内发生协调变形，从而不会产生过大的压力压在支护结构上。
1、根据NATM，围岩是整个结构体系的主要承载力，在施工中必须对岩体进行充分的保护，以尽量减小对岩体强度的破坏。
2、为了使岩体的承载力最大化，必须使岩体的变形在一定范围内，并加以控制。
3、为了大幅度提高支护结构的力学性能，在施工中应尽快封闭封闭筒体结构。
4、在每一个施工过程中，必须进行现场测量和监测，及时提供足够可靠的测量信息。
5、为了便于防水层的铺设，复合衬里在锚杆腐蚀、围岩性能恶化、流变性和膨胀时，可提供后续荷载。
6、二次衬砌原则上在围岩及初期支护基本稳定、无变形的情况下进行。围岩和支护结构是一个结构体系，支护系统的安全性将得到最大化。
2洞门设计
2.1门洞的构造要求
隧道洞门构造的要求有:
1、洞门墙背到洞口仰坡坡脚的水平直线距离一般在1.5m及以上，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，洞门墙顶要比仰坡脚高出0.5m以上。
2、根据实际情况需要，洞门墙一般设置泄水孔、伸缩缝和沉降缝；洞门墙的厚度可以根据计算所得或者参考其他相类似的工程。
3、为保证洞门的稳定性，洞门墙基础必须安置在十分稳定牢固地基上，埋置深度要根据周围地质和地形情况，深度要满足稳定性的要求。嵌入岩石地基的深度在0.5m及以上，基底埋入土质地基的深度在1.0m及以上；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25m；地基为冻胀土层时，必须进行处理，防止冻胀产生危害。基底埋置深度要比墙边各种沟、槽基底的埋置深度更深。
4、 基础位于较松软的地基上时，必须采取加固措施来增加基础的稳定性。
5、 洞门结构应符合抗震要求。
2.2门洞的形式
洞门有:端墙式，翼墙式和环框式三种形式。
端墙洞口是目前最常用的隧道洞口形式。适用于四级以上围岩，岩石稳定，地形开阔。
翼墙洞口地质条件差，在需要开挖路堑的地方采用翼墙洞口，适用于Ⅱ类以下围岩；当前岩层坚硬，完整性好，节理不发育，不易风化。路堑开挖后，其上坡相对稳定，不需过多排水。
2.3洞门类型选择
本隧道为Ⅳ级围岩，地质状况一般，拟采用翼墙式洞门。
4 衬砌设计
各级围岩分布情况：
表4-1 围岩分布情况
4.1 初期支护
初期支护采用喷锚支护，喷锚支护采用喷锚、锚杆、钢筋网和钢框架相结合，并根据不同的围岩等级进行组合。螺栓支撑采用全长粘结螺栓。根据工程类比法和《公路隧道设计规范》，初期支护采用C20混凝土喷射混凝土。支护参数值如下：
围岩级别
喷射砼厚度(cm) 锚杆(m) 钢筋网 钢拱架
拱墙 仰拱 位置 长度 间距 杆体材料
Ⅱ 8 - 局部 2.0 - 20MnSi钢筋 - -
Ⅲ 12 - 拱、墙 2.5 1.0 20MnSi钢筋 拱、墙
@25x25 -
Ⅳ 15 - 拱墙 3.0 1.2 20MnSi钢筋 拱、墙(双层)
@25x25 -
其他参数、锚杆布置见衬砌断面图。
4.2 二次衬砌
二次衬砌采用现浇混凝土。采用荷载结构法计算和验算了衬砌的内力。二次衬砌厚度设置如下：
围岩级别 拱、墙混凝土厚度 仰拱混凝土厚度
Ⅱ 30 _
Ⅲ 35 _
Ⅳ 50 50
图4-1 Ⅳ级围岩衬砌图 (单位：cm)
4.3 衬砌内力的分析
4.3.1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
所以：预留变形量 Ⅱ级围岩为0；Ⅲ级围岩为0.004m；Ⅳ围岩为0.005m
得出：
Ⅱ级围岩
Ⅲ级围岩
Ⅳ级围岩
4.3.2计算垂直均布压力：
垂直均布压力计算式：
（4-1）
（4-2）
将（4-2）代入（4-1）得
式中：为围岩重度，此处：Ⅱ级围岩；Ⅲ级围岩；Ⅳ级围岩。
为每增加1m时围岩压力的增减率，以=5m的围岩垂直均布压力
为准，当﹤5m时，取=0.2，当﹥5m时，取=0.1。
为隧道开挖高度，Ⅱ级围岩；Ⅲ级围岩； Ⅳ级围岩。
为围岩类别，Ⅱ级围岩；Ⅲ级围岩；Ⅳ级围岩。
（1）Ⅱ级围岩段围岩均布压力计算
开挖宽度
开挖高度
围岩容重
﹥5m，取=0.1
又
经计算
=37.575
（2）Ⅲ级围岩段围岩均布压力计算
已知：
开挖宽度
开挖高度
围岩容重
﹥5m，取=0.1
高宽比 ﹤1.7
经计算：
=72.377
（3）Ⅳ级围岩段围岩均布压力计算 已知
开挖宽度
开挖高度
围岩容重
﹥5m，取=0.1
高宽比 ﹤1.7
经计算
=131.076
4.4计算衬砌总内力
按下式计算衬砌总内力：
计算精度的校核为以下内容：
根据拱顶切开点的相对转角和相对水平位移应为零的条件来检查：
式中：
闭合差：
式中：
闭合差：
由计算可知N=152.664lN，M=37.063kN·m需要配筋。
5 衬砌配筋
5.1 制配筋图
图5.1 配筋图
6隧道通风
6.1风管式通风：通过管道运输风流从而达到通风的目的。
6.2巷道式通风：它用于长隧道和平行导坑。空气循环系统由平行导坑和主隧道组成。通风机安装在平导口，污染空气通过平导排出。新鲜空气深入主隧道，形成循环气流。
6.3风墙式通风：当隧道较长且不设平行导坑，且一般通风难以达到效果时，可在隧道适当位置用砖木板将2-3m2的风管隔开，以缩短风管长度，增加风力，更好地满足通风要求。
总结：隧道为道路交通在一些不可能完成的地方变成可能，隧道可以缩短道路路程，但是施工难度相对较大。随着我国城市化速度的不断加快，特别是山区城市建设的快速扩张，隧道的建设日趋增多，在隧道建设过程中会遇到各种各样的地质，不良地质会使隧道建设增加许多困难，这就使得隧道的支护设计十分重要。
参考文献
[1] 朱合华. 地下建筑结构[M]. 北京: 中国建筑工程工业出版社, 2005.
[2] 傅鹤林，韩汝才. 隧道衬砌荷载计算理论及岩溶处治技术[M]. 长沙：中南大学出版社, 2015.
[3] 夏永旭, 王永东. 隧道结构力学计算[M]. 北京: 人民交通出版社, 2004.
论文作者:李鹏程 闫广涛 徐浩博 王涵 贾克强
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年5卷20期
论文发表时间:2019/12/2
标签：围岩论文; 隧道论文; 结构论文; 门墙论文; 内力论文; 厚度论文; 地基论文; 《工程管理前沿》2019年5卷20期论文;