白芷山隧道说明.doc

城口至万源快速公路通道 CW05、CW06合同段 白芷山隧道施工图设计说明书 S5-1
城口至万源快速公路通道CW05、CW06合同段白芷山隧道施工图设计说明书

重庆市交通规划勘察设计院 第21页 共21页
CHONGQING COMMUNICATIONS PLANNING
SURVEY & DESIGN INSTITUTE
1 设计依据及总体原则
1.1 设计依据
受城口县交通局委托，我院承担了城口至万源快速公路通道施工图勘察设计任务，白芷山隧道位于该路段的第CW05、CW06合同段内。
隧道勘察设计按照合同的约定进行，遵循国家、地方政府和行业法律法规、标准规范。主要的设计依据如下：
（1）我院与城口交通局签订的《城口至万源快速公路通道勘察设计合同》。
（2）重庆市公路局关于《城口至万源快速公路通道初步设计批复文件》
（3）《白芷山隧道详细工程地质勘察报告》
（4）国家、行业标准、规范
★《公路工程技术标准》（JTG B01～2003）
★《公路隧道设计规范》（JTG D70～2004）
★《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1～1999）
★《公路路线设计规范》（JTG D20～2006）
★《公路路基设计规范》（JTG D30～2004）
★《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40～2002）
★《公路沥青路面设计规范》（JTG D50～2006）
★《公路工程抗震设计规范》（JTJ004～89）
★《公路隧道施工技术规范》（JTG F60～2009）
★《地下工程防水技术规范》（GB50108～2008）
★《公路隧道交通工程设计规范》（JTG/TD 71～2004）
★《公路基本建设工程概算、预算编制办法》（JTG B06—2007）
★中华人民共和国工程建设标准强制性条文《公路工程部分》
★《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120-2002）（J160-2002）
1.2 总体原则
隧道施工图设计根据初步设计批复意见、测设合同要求，对隧道初步设计方案进一步核实落实，基于详细的勘测、调查资料，综合考虑地形、地质、水文、气象、地震、交通量及其构成、营运及施工条件进行设计，使隧道设计符合安全实用，质量可靠，经济合理，技术先进的要求，总体设计原则如下：
（1）隧道施工图设计符合国家有关国土管理、环境保护、水土保持等法规的要求。注意节约用地，保护农田及水利设施，尽量保护原有植被，妥善处理弃渣和污水。
（2）隧道总体布置贴近自然，充分与环境协调；隧道内外平、纵线形协调，满足行车的安全、舒适要求。
（3）根据规范，按设计车速60Km/h二级公路标准和招标文件行车道宽度2×3.75m的要求确定隧道建筑限界，在满足隧道功能和结构受力良好的前提条件下，拟定经济合理的断面内轮廓。
（4）隧道结构设计达到安全可靠，技术可行，不渗不漏，经济合理的要求，具有规范规定的强度、稳定性和耐久性，建成的隧道能适应长期运营的需要，方便维修作业。
（5）本着“安全可靠、经济合理、以人为本”的原则，隧道内设置与交通量、重要性相适应的运营管理监控设施，各系统具可扩充性和可升级性，使人、车、路、环境和管理运营设施组成有机统一的交通系统，为隧道使用者提供安全、快捷、舒适、经济的行车环境。
（6）隧道土建设计体现动态设计与信息化施工的思想，根据各隧道工程地质条件与水文地质条件制定详细的地质观察和监控量测方案。通过动态设计使支护结构适应于围岩实际情况，更加安全、经济。
（7）综合考虑地形、地质条件、社会人文和环境条件，合理选择隧道进出口位置和洞门形式，保证洞口与自然环境协调，洞门安全美观。洞门形式与自然地形协调，通过绿化，使洞门融入自然环境中。
（8）在确保安全的前提下，积极采用新技术、新工艺、新设备。
机电工程单独成册，其说明见机电工程分册
2 初步设计批复意见以及相关咨询意见的执行情况
（1）原则同意隧道部分设计方案。隧道按照新奥法思想进行设计，设计采用的标准、规范合适，设计图表基本完整，较好地贯彻执行了公路工程建设标准强制性条文。设计文件内容详实。
执行情况：……。
（2）隧道设计建筑限界基本合理，原则同意特长隧道按主洞＋救援通道的设计方案。但车行横洞及避难通道应取消人行道，减小净空断面，节省投资。
执行情况：本隧道为特长隧道，车行横洞、避难通道中的人行道已经取消并减少净空断面。
（3）隧道路面设计基本合理。隧道路面结构应分有仰拱段和无仰拱段两种类型，设置仰拱段应不设垫层。长隧道路面结构建议采用水泥混凝土路面。
执行情况：隧道路面结构已按设置仰拱与不设仰拱进行了区分，设置仰拱段已取消垫层，本隧道为特长隧道，路面结构已采用水泥混凝土路面结构。
（4）进一步加强隧道地勘资料的收集整理工作，合理划分隧道围岩级别，为隧道支护衬砌结构的优化设计和施工，合理控制工程造价提供准确的科学依据。
执行情况：在详勘阶段采用地质调绘与新增钻孔、探槽的办法，对初勘阶段所遗留的地质问题进行了详细深入地调查，对围岩分级作出了系统、慎重的划分，对隧道支护参数进一步优化，为隧道施工技术措施的可靠性、合理性、安全性、经济性提供保证。
3 工程概况
3.1技术标准
3.1.1隧道主洞：
（1）公路等级：二级公路
（2）设计速度：60km/h
（3）隧道建筑限界：主洞建筑限界见下表1和图1。
表1 主洞建筑限界
设计速度
净宽(m)
净高(m)
行车道(m)
侧向宽度(m)
人行道(m)
V=60km/h
10.5
5.00
3.75×2
0.5/0.5
1.0+1.0
（4）隧道路面横坡：双向坡2% (直线段) ,超高不大于±4%。
（5）隧道内最大纵坡：±3%；最小纵坡：±0.3%。
（6）设计荷载：公路－I级。
（7）隧道防水等级：二级；二次衬砌砼抗渗等级不小于S8。

图1 主洞建筑限界
3.1.2隧道避难通道：
避难通道建筑限界见表2和图2
表2 避难通道建筑限界
设计速度
项 目
净宽(m)
净高(m)
行车道(m)
侧向宽度(m)
余宽(m)
/
避难通道
4.5
5.0
3.5
2x0.25
2x0.25

图2 避难通道建筑限界

3.1.3隧道紧急停车带、横洞：
（1）隧道紧急停车带建筑限界见表3
（2）隧道车、人行横通道建筑限界见表3
表3紧急停车带及横通道建筑限界
名 称
净宽(m)
净高(m)
加宽带(m)
紧急停车带
13.5
5.0
3.5(含侧向宽度0.5m)
车行横通道
4.5
5.0
/
人行横通道
2.0
2.5
/

3.2地理位置、地形地貌
白芷山隧道进口位于重庆市城口县庙坝镇关内村，出口位于双河乡厚朴村。隧道进口接城口至万源旧公路，出洞接庙坝至双河公路，交通方便。
白芷山隧道属于构造剥蚀中低山地貌。隧道自白芷山庙坝一侧起，穿越白芷山，直抵白芷山田坝一侧的田坝电站附近。进口端地形陡峭，切割强烈，地形坡度50～65°。出口端地面坡度相对较缓，坡度20～50°。隧身穿越白芷山山峰，地面高程1852.00m，最低点位于隧道进口处，地面高程874.00m，相对高差978.00m，地形起伏很大。
3.3气象、水文
隧道区属亚热带内陆山区季风湿润气候，山区立体气候显著，多雨，多雾，寒冷，雨量充沛，四季分明，具有春冷、夏暖、秋凉、冬有寒雪的季节特点。该区雨量充沛，一年内降水一般始于3月下旬，终于11月中旬。降雨量分配不均，多集中于5月～9月；1月、2月和12月降雨量较少。多年平均降雨量831.1～1255.5mm，年最大降雨量971.1～1628.3mm，年最小降雨量664.8～881.5mm；月最大降雨量343.8～453.1mm，月最小降雨量0.1～2.3mm；日最大降雨量94.3～141.4mm。
3.4 隧道规模
白芷山隧道分属CW05、CW06合同段,主洞里程桩号K23+290～K30+000、长6710m，避难通道里程桩号YK23+350～YK30+010、长6660m，属特长隧道。其中里程K23+290～K27+000，长3710m位于CW05合同段；K27+000～K30+000，长3000m位于CW06合同段内。
表4 隧道分布一览表
序号
隧道名称
起讫里程
长度（m）
合同段
1
白芷山隧道
主洞 K23+290～K27+000
3710
CW05
避难通道YK23+350～YK27+000
3650
2
白芷山隧道
主洞 K27+000～K30+000
3000
CW06
避难通道YK27+000～YK30+010
3010
4 隧道建设条件
4.1 地质构造
隧址区地处重庆市东北部，位于南大巴山凹褶束。构造线主要由北西至南东向的褶皱组成，褶皱相互平行交替排列，行迹较明显，分布较聚集，长数公里，形成区内的一级构造。区内背斜及向斜呈鼻状，两翼对称，组成隔挡式构造带，平面上具雁形排列特征，反映了北东至南西向地应力挤压的主动作用。地质构造主要为梆梆梁-猫儿背复向斜，白芷山隧道位于该复向斜的北东翼次级背斜的北东翼，地层整体倒转，该构造简述如下：
（1）梆梆梁－猫儿背复向斜
核部位于双河乡田坝一带，里程K33+535附近，轴向北西－南东向，核部附近次级褶皱发育。出露地层主要为三叠系下统大冶组（T1d）灰岩、泥质灰岩。设计线路起点位于向斜的北东翼，与轴线斜交。两翼产状221°∠55°、43°∠49°，北东翼地层倒转。
（2）梆梆梁－猫儿背复向斜次级背斜（K31+860背斜）
K31+860背斜位于双河乡田坝以西，轴向由北西至南东向，平面上呈直线型发育，长约6.00km，北段背斜开阔，南段狭窄，呈鼻状构造，两翼对称，倾角较陡，一般50°～70°。轴部为奥陶组地层，两翼为双河场群、徐家坝群地层，北东翼地层整体倒转。
据1:2000工程地质测绘、调查及钻孔揭露情况，隧道区裂隙较发育，分别在隧道进、出洞口和洞身段的节理调查统计表明，其节理发育特征基本一致，主要有以下4组：
隧道进口段主要发育两组裂隙：①326～345°∠71～82°，面较平，间距0.3～1.5m，微张～闭合，无填充，延伸3～7m。②81～91°∠41～49°，面平直，闭合，间距2～3m，延伸约5m。
隧道出口段主要发育两组裂隙：①58～63°∠54～57°，面平直，间距2～3m，延伸约5～10m。②163～175°∠36～42°，面较平，闭合，延伸5～10m，间距3～5m。
4.2 地层岩性
隧道区出露地层由老到新为：志留系下统双河场群（S1sh）、中统徐家坝群（S2xj）、二叠系下统铜矿溪组（P1t）、栖霞组（P1q）、茅口组（P1m）、上统吴家坪组（P2w）、三叠系下统大冶组（T1d），未见二叠系上统大隆组和长兴组。其主要岩性为灰岩、白云质灰岩、炭质页岩、页岩、泥质粉砂岩、煤层等。隧址区地表基岩大部裸露，第四系残坡积（Q4el+dl）粘土及崩坡积（Q4c+dl）碎石土零星分布，现将各岩、土层工程地质基本特征由从新到老分述如下：
（1）第四系全新统填土层（Q4me）
填筑土：灰色，主要由灰岩岩块组成，间隙充填粘性土，碎石粒径约15～230mm，含量约占70%～90%，稍密～中密，稍湿.为人工回填，回填年限大于5年，主要分布于碎石路沿线，本次勘察仅ZK7揭露，揭露厚度1.30m。
（2）第四系全新统崩坡积层（Q4c+dl）
碎石土：黄褐色，主要由灰岩、泥质粉砂岩碎石及角砾组成。分布于隧道进口斜坡地段及洞身山体斜坡中下部。本次勘察钻探揭露铅直厚度为0～2.00m。
（3）三叠系下统大冶组（T1d）
以灰岩为主，夹白云质灰岩。灰色，微晶结构，薄～厚层状构造，钻探过程中未发现明显岩溶现象，基岩出露处局部可见溶隙发育，强风化厚度一般为1～4m。中～微风化基岩强度高，完整性较好，区域厚度251～656m。分布于隧道里程K23+285～K24+703段。
（4）二叠系上统吴家坪组（P2w）
吴家坪段：灰岩，浅灰～灰色，微晶结构，块状～中厚层状构造，局部夹燧石结核。区域厚57～381m。分布于隧道里程K24+703～K25+684段。
王坡段：炭质页岩、铝土质页岩，深灰色，泥质结构，页理层状构造，夹煤层及煤线。区域厚0.2～20米，分布于隧道里程K25+684～K25+718段。
（5）二叠系下统茅口组（P1m）
灰岩：灰色，微晶结构，厚层状构造，中部夹燧石团斑及条带，局部夹页岩或薄层硅质岩，区域厚96～220m。分布于隧道里程K25+718～K28+443段。
（6）二叠系下统栖霞组（P1q）
灰岩：灰色，灰黑色，微晶结构，中～厚层状构造，下部夹多层黑色钙质页岩、泥质粉砂岩。区域厚52～136m。分布于隧道里程K28+443～K28+778段。
（7）二叠系下统铜矿溪组（P1t）
炭质页岩：黑色、灰黑色，主要由粘土矿物组成，含碳质成分，薄层状构造，夹黄铁矿，区域厚0.4～10m。分布于隧道里程K28+778～K28+840段。
志留系中统徐家坝群（S2xj）
泥质粉砂岩：黄褐色、灰绿色，主要由石英、长石、云母等矿物组成，含泥质成分，薄～中厚层状构造，区域厚201～419m。分布于隧道里程K28+570～K29+478段。
（8）志留系下统双河场群（S1sh）
上部以页岩为主，下部以泥质粉砂岩为主，薄～中厚层状，区域厚527～529m。分布于里程K29+478～K30+005段。
4.3 不良地质现象
4.3.1 岩溶
白芷山隧道区K23+350～K28+890段山体主要为三叠系下统大冶组和二叠系的吴家坪组、茅口组、栖霞组的灰岩构成。据地质调绘和钻探揭露表明，隧址区不良地质现象主要为该段的岩溶。岩溶多沿层理及陡倾裂隙发育，溶蚀现象以溶槽、溶隙及小型溶洞为主。溶隙多垂直地形线竖向展布，宽0.05～0.30m，延深2～8m，部分被粘土、碎石土充填；溶洞多沿岩层走向发育，多为干溶洞，洞口直径一般为0.5m左右。勘察过程中除部分钻孔岩芯有溶蚀现象外，未揭露溶洞，但不能排除深部可能有隐伏溶洞存在。
4.3.2 煤层及瓦斯
隧道主洞K25+692～K25+761段附近，避难通道YK25+879～YK25+947段附近穿越二叠系上统吴家坪组王坡段含煤地层，该段存在瓦斯，根据收集的城口县大岩门（吴家坪组王坡段煤层）煤厂2007瓦斯检测报告表明：矿井相对瓦斯涌出量：7.48m3/t，矿井绝对瓦斯涌出量：0.55m3/min，鉴定矿井瓦斯等级为：高瓦斯矿井。上述两段隧道划分为高瓦斯工段。隧道主洞K25+761～K25+909段、K27+334～K27+434段附近，避难通道YK25+947～YK26+096段、YK27+396～YK27+497段附近穿越二叠系下统茅口组含炭质页岩地层，隧道主洞K28+769～K28+851段及避难通道YK28+814～YK28+895段穿越二叠系下统铜矿溪组炭质页岩地层，据周边在建或已建隧道判断该地层可能含有少量瓦斯，故将上述几段隧道划分为低瓦斯工区。隧道除以上低瓦斯及高瓦斯工区外的其他段落划分为非瓦斯工区。
4.3.3　高地应力
隧址区地质构造形迹反映了由东西向的地应力的主动作用，据区域资料，本区的地应力并不高，仅局部可能存在构造应力集中带。梆梆梁-猫儿背复向斜构造运动年代较早，两侧均有沟谷切割，构造应力得以释放，隧址区属于自重应力为主的应力场，对洞顶围岩的稳定不利，隧道在深埋段施工中可能产生局部洞顶掉块、剥离、洞壁片帮现象。本隧道最大埋深约为929m，隧道深埋段主要岩性为三叠系下统大冶组、二叠系上统吴家坪组、下统茅口组、栖霞组灰岩、页岩、煤层，铜矿溪组炭质页岩、志留系中统徐家坝群泥质粉砂岩。其中的灰岩为较坚硬岩，泥质粉砂岩为软岩，页岩、炭质页岩、煤层为极软岩～软岩。本次勘察施工的所有钻孔，孔底岩心仍主要呈柱状、长柱状，未见高初始应力释放的饼状化岩芯，故证明隧道区地应力较低，但从隧址区周边在建和已建的隧道情况来看，软质岩大变形的情况必然存在，高应力的情况有，但不会很严重，施工时需加强监测。
4.4 地震
根据国家地震局《中国地震烈度区划图（1990）》及《中国地震动参数区划图》（GB18306～2001）附件《中国地震动峰值加速度区划图》（1:40万），路段区设计地震基本加速度值为0.05g，抗震设防烈度为6度，地震动反应谱特征周期为0.35s。
4.5水文地质条件
4.5.1 地下水类型及富水性
（1）松散岩土类孔隙水
该类型地下水主要分布于隧址区西部第四系残积层及冲洪积层中，地面高程1034.00～1038.00m左右。地表覆盖层以粘土为主，覆盖层厚度小于5.00m。主要接受大气降雨补给，补给面积约0.30km2，由于地表植被较发育，排泄条件一般，部分地表水汇入下渗赋存于土层，形成松散孔隙水，其水位埋深浅，含水量受季节控制影响明显，自身富水性差，主要为上层滞水。由于第四系覆盖层仅零星分布，且厚度较小，故其孔隙水不发育。
（2）基岩裂隙水
隧址区地层岩性为中生界三叠系下统大冶组（T1d）灰岩，古生界二叠系上统吴家坪组（P2w）灰岩、页岩、煤层，二叠系下统茅口组（P1m）栖霞组（P1q）灰岩、白云质灰岩，铜矿溪组（P1t）碳质页岩、页岩，志留系中统徐家坝群（S2xj）泥质粉砂岩,志留系下统双河场群（S1sh）页岩、泥质粉砂岩为主，基岩裂隙水为隧道区的主要地下水，主要赋存于基岩裂隙中。基岩浅部风化带基岩裂隙水在岩层露头部分为补给区，接受大气降水的补给，并通过风化裂隙迅速向低洼处径流，其流量受大气降水的控制，具有就近补给就近排泄的特点。中～微风化基岩裂隙水主要接受上部风化带裂隙水的补给和大气降水补给，在水压力作用下，沿岩层裂隙向下径流，在相对地势低洼地段分散排泄或以泉、井方式自然排泄。吴家坪组（P2w）页岩、煤层，铜矿溪组（P1t）碳质页岩、页岩，双河场群（S1sh）页岩的透水性弱，为隧址区的相对隔水层；大冶组（T1d）吴家坪组（P2w）灰岩、茅口组（P1m）栖霞组（P1q）灰岩、白云质灰岩，徐家坝群（S2xj）双河场群（S1sh）泥质粉砂岩为区内主要的含水层。
（3）岩溶水
隧址区三叠系下统大冶组（T1d）、二叠系上统吴家坪组（P2w）、二叠系下统茅口组（P1m）栖霞组（P1q）岩性主要为灰岩、白云质灰岩，据现场踏勘和地质调查，该区岩溶较发育，沿线零星可见溶洞溶隙发育，溶洞大小普遍较小，约为0.50×0.50m2左右，据此推断隧址区存在岩溶水，大气降水及基岩裂隙水通过溶洞溶孔下渗，沿着岩溶通道向低洼处径流，其流量受上部补给控制。经地面地质测绘，场区田坝河及庙坝河沿线靠隧址区一侧均未见有岩溶出水点出露。
4.5.2隧道区水文地质条件
隧道轴线与构造线近于平行，区内地形切割强烈程度一般，水文网成羽状，主要向白芷山东西两侧排泄。地表水系属汉江水系，测区内主要支流为田坝河及庙坝河，河流弯曲，河谷狭窄，支流多与干流斜交，呈羽毛状，组成较密集的水文网。
根据本次水文地质调绘，隧道区内可见井、泉出露，一般流量较小。
4.5.3地下水动态特征
隧道区地下水接受补给的来源单一，主要接受大气降水补给，故地下水的动态变化与大气降水密切相关，一般随着降雨量的变化而变化，受大气降水控制显著，地下水动态变化较大。
4.5.4地表水、地下水水质类型及其腐蚀性
水质分析结果表明：区内地表水及地下水的水化学类型为HCO3-—Ca2+型水。根据《公路工程地质勘察规范》JTJ064—98附录D判定，区内地下水对砼无结晶级、分解级、结晶分解复合级腐蚀。
表5 水质分析成果汇总评价表
项 目
单 位
含 量
水质评价
白芷山隧道进口地表水
白芷山隧道ZK8地下水
根据《公路工程地质勘察规范》JTJ064—98附录D判定，隧道区地下水对砼无腐蚀性。

Na++ K+
mg/L
1.27
3.34
Ca2+
mg/L
50.50
58.22
Mg2+
mg/L
8.45
4.22
CL-
mg/L
1.95
1.38
SO42-
mg/L
19.64
24.06
HCO3-
mg/L
171.21
174.33
CO32-
mg/L
0.00
0.00
PH值

7.72
7.70
游离CO2
mg/L
4.27
3.56
侵蚀性CO2
mg/L
0.00
0.00
4.6 隧道主要工程地质问题评价
4.6.1区域稳定性评价
隧道区无滑坡、崩塌、危岩、泥石泥等不良地质现象。
6.2 洞口工程地质问题评价
4.6.2.1 进口（城口端）洞口工程地质问题评价
（1）总体评价
隧道左线进洞口表层为第四系全新统崩坡积碎石土，下伏基岩为三叠系大冶组灰岩。挖方边坡主要由卵石、碎石土及强～中风化灰岩组成，现状整体稳定。
（2）洞口仰坡
仰坡上部主要为碎石土及强风化灰岩，中、下部由中风化灰岩组成。仰坡中发育2组构造裂隙，其产状为：326～345°∠71～82°、81～91°∠41～49°。岩层产状为235°∠63°，仰坡坡向为120°。未来边坡形成后，上部土层及强风化基岩自稳能力差，易发生滑塌
（3）洞口边坡
主洞左侧边坡高0～10.00m，坡向为30°，边坡体主要由碎石土和基岩组成，属岩土质边坡。边坡体上部土体厚度约为0.50～2.50m，边坡体下部主要为灰岩。该侧边坡为反向坡，岩层产状倾向与坡向呈25°反向相交；两组裂隙与坡向呈大角度相交，对岩质边坡稳定性影响较小。
主洞右侧边坡高0～23.00m，坡向为210°，边坡体主要由碎石土和基岩组成，属岩土质边坡。边坡体上部土体厚度约为0.50～2.50m，边坡体下部主要由灰岩组成。该侧边坡为顺向坡，岩层产状倾向与坡向呈25°小角度顺向相交，为影响边坡稳定的控制性不利结构面；两组裂隙与坡向呈大角度相交，对岩质边坡稳定性影响较小。
避难通道左侧将形成高0～11.50m的边坡，坡向为30°，边坡体主要由碎石土和基岩组成，属岩土质边坡。边坡体上部土体厚度约为0.50～2.50m，边坡体下部主要为灰岩。该侧边坡为反向坡，岩层产状倾向与坡向呈25°反向相交；两组裂隙与坡向呈大角度相交，对岩质边坡稳定性影响较小。
避难通道右侧将形成高0～3.50m的边坡，坡向为210°，边坡体主要由碎石土和基岩组成，属岩土质边坡。边坡体上部土体厚度约为0.50～1.00m，边坡体下部主要由灰岩组成。该侧边坡为顺向坡，岩层产状倾向与坡向呈25°小角度顺向相交，为影响边坡稳定的控制性不利结构面；两组裂隙与坡向呈大角度相交，对岩质边坡稳定性影响较小。
4.6.2.2 出口（万源端）洞口工程地质问题评价
（1）总体评价
主洞与避难通道出口段均为一自然斜坡，地面高程约为1038.22～1089.91m，相对高差为51.69m。总体地形呈东高西低。主通道出口斜坡基岩出露，斜坡坡角45°左右，斜坡下方为碎石填筑公路，避难通道出口斜坡上覆崩坡积碎石土，层厚2～3m，自然坡角25～36°，现状稳定。
出口表层覆盖第四系碎石土及填筑土，厚0～3.0m，下伏基岩为志留系双河场群泥质粉砂岩。泥质粉砂岩抗风化能力较弱，强风化带厚2.0～3.5m，强风化带岩体较破碎，风化后呈碎块状，岩体完整性差。岩层产状223°∠78°，岩体中发育2组构造裂隙：①58～63°∠54～57°，裂面平直，间距2～3m，延伸约5～10m。②163～175°∠36～42°，裂面较平，闭合，延伸5～10m，间距3～5m。
经对隧道出口段工程地质、水文地质测绘，未见分布有井、泉点，隧道出口段岩体中的地下水贫乏。
（2）洞口仰坡
出口形成10～12m的仰坡，由泥质粉砂岩组成。仰坡坡向为306°，为切向坡，无不利外倾结构面，边坡稳定性较好。
（3）洞口边坡
主洞出口两侧形成高度不等的人工边坡，左侧人工边坡高0～1.70m，右侧人工边坡高0～9.60m，边坡上部主要由碎石土及强风化基岩组成，中、下部由志留系双河场群泥质粉砂岩组成，堑坡中发育2组构造裂隙，其产状为：58～63°∠54～57°、163～175°∠36～42°。岩层产状为223°∠78°。左侧堑坡坡向35°，高度小，稳定性较好。右侧堑坡坡向215°，边坡形成后，上部土层及强风化基岩自稳能力差，易发生滑塌，中、下部中风化基岩形成的堑坡稳定性主要受层面223°∠78°的影响，可能发生沿岩层面滑移，稳定性较差。
隧道避难通道进口两侧形成高度不等的人工边坡，左侧人工边坡高0～1.50m，右侧人工边坡高0～29.50m，形成的边坡上部主要由碎石土及强风化基岩组成，中、下部由志留系双河场群泥质粉砂岩组成，堑坡中发育2组构造裂隙，其产状为：58～63°∠54～57°、163～175°∠36～42°。岩层产状为223°∠78°。左侧边坡高度小，稳定性较好。右侧堑坡坡向203°，边坡形成后，上部土层及强风化基岩自稳能力差，易发生滑塌，中、下部中风化基岩边坡坡向与岩层倾向呈小角度相交，边坡稳定性差，可能发生沿岩层面的滑移。
4.6.3 洞身稳定性评价
本隧道洞身段主要为Ⅲ～Ⅴ级围岩，构成Ⅲ级围岩的地层岩性以灰岩为主，呈中厚层状。跨度5m，跨度5～10m，可稳定数月，可发生局部块状位移及小～中塌方；构成Ⅳ级围岩的地层岩性以大冶组、栖霞组灰岩为主，呈薄～中厚层状。一般无自稳能力，数日～数月内可发生松动变形及小塌方，进而发展为中～大塌方，有明显的塑性流动变形和挤压破坏；构成Ⅴ级围岩的地层岩性以页岩、炭质页岩、泥质粉砂岩为主，呈薄～中厚层状。岩体受地质构造及风化作用影响较重，裂隙较发育，呈碎、裂状，松散结构，易坍塌，围岩无自稳能力，跨度5m或更小时，可稳定数日。
4.6.4 隧道围岩分级
隧道围岩分级按《公路隧道设计规范》表3.6.5“公路隧道围岩分级”标准划分。依据隧址区岩石的力学性质，首先进行岩石等级划分，而后考虑到各种围岩的风化特征和围岩节理裂隙发育程度，同时考虑到围岩受地质构造的影响和地下水对围岩的危害性作出围岩综合分级。围岩分级详见隧道地质纵断面设计图。
4.6.5 水文地质评价
4.6.5.1水文地质评价
隧道区岩体，主要接受大气降水的补给，地表水流主要由地表坡流向两侧低洼溪沟处排泄，部分沿地表发育的层间面、构造裂隙向地下渗透。灰岩地段大气降水及基岩裂隙水通过溶洞溶孔下渗，沿着岩溶通道向低洼处径流，其流量受上部补给控制。
4.6.5.2隧道涌水量预测
白芷山隧道区内基岩大部出露，土层分布较为零星，且厚度较小，主要为碎石土，其结构松散状，具较大孔隙，其透水性强，赋水性差，土层中孔隙水沿基岩风化裂隙及地表岩溶裂隙及垂直岩溶向下径流。地下水位标高高于路面设计标高，排泄量基本接近补给量，所以采用大气降雨入渗透法进行预测。经计算，白芷山隧道平水期涌水量为13531.147m3/d。最大涌水量为40593.441 m3/d。由于主洞和避难通道同时施工，则单洞涌水量按总涌水量的一半考虑，即隧道主洞最大涌水量Q=20296.721m3/d，避难通道最大涌水量Q=20296.721m3/d。
4.7 隧道建设对地表生态的影响
白芷山隧道属深埋长隧道，工程量大，涉及面广，其建设中及建成后将对环境产生一定的影响。隧道进出口洞口段边仰坡开挖，将改变边坡的自然稳定性。随着开挖原有边坡将变陡出现新的人工边坡，引起稳定性下降，故洞口开挖应严格控制开挖坡度，同时及时作好必要的护坡处理和地面排水工作，即可避免由于坡形改变所带来的不利影响。隧道建设，将成为隧道及其邻近的地下水人工排泄基准面，区内地下水位将会下降，地表部分井泉流量将会减小或断流，对山顶村民的饮用水造成影响；隧道施工，形成地下水新的通道，改变地下水分水岭的位置。隧道开挖的弃渣，对环境将造成一定的影响，尽可能挖填土石方就地就近平衡，做到少占农田耕地，保护好土地资源。
隧道施工无有毒、有害气体排放，对空气及环境无影响。
4.8 天然建筑材料及施工用水电
4.8.1筑路材料
（1）料、块、片石材料：沿线多为三叠系下统大冶组（T1d）灰岩，强度较高（＞30Mpa），可加工成料、块、片石。
（2）碎砾石、石屑材料：采取沿线河谷中的卵石或隧道内硬质灰岩来轧制，其石质以石灰岩为主；其碎砾石指标均能满足《规范》要求。沿线有正在开采的料场，也有即将开采的料场。可联系符合要求的料场组织上规模的加工开采。
（3）中、粗砂材料：采用沿线灰岩或河谷中的卵石压制，交通方便，原料丰富。
（4）细砂材料：可采用河谷中的卵石破碎加工而成，交通方便，原料丰富。
（5）水：沿线附近河沟、溪流遍布，水资源较丰富，可满足施工及生活用水。
（6）水泥：采用开县产的玛瑙牌水泥、利森牌水泥、三峡牌水泥，到工地运距约180Km。
（7）其他材料：本工程所需钢材、木材等其他材料可就近外购，通过铁路和公路运输至工地。
4.8.2施工用水电
（1）施工场地布置：该隧道主洞长6710m，根据现场实际情况，在进、出口各布置施工场地双向掘进。
（2）施工用水：抽取河水作为施工用水。
（3）施工用电：结合营运照明用电综合一次性考虑。
（4）施工便道：进出口均位于旧公路傍，交通条件良好。
5 隧道土建设计
5.1 隧道平、纵面设计
5.1.1隧道平面设计
隧道平面设计原则上服从路线走向，但也充分考虑了隧址区的工程地质与水文地质条件，避开了大的不良地质段，同时考虑了隧道洞口的成洞难度。主洞与避难通道相距25m，按分离式隧道设计。
表6 隧道平面设计一览表
隧道名称
起讫桩号
隧道长度（m）
平面线形
白芷山主洞
K23+290～K30+000
6710
进口位于R=1667.413m园曲线上，
出口位于R=1500.0m园曲线上。
白芷山避难通道
YK23+350～YK30+010
6660
进口位于R=1500.0m园曲线上，
出口位于R=50.0m园曲线上。

5.1.2纵断面设计
隧道纵面设计按《公路隧道设计规范》执行，纵坡控制在0.3%～3.0%之间，隧道纵断面设计详见表7，以城口至万源方向上坡为正。

表7 隧道纵断面设计一览表
隧道名称
进口
桩号
设计标高（m）
竖曲线类型
/半径（m）
出口
桩号
设计标高（m）
竖曲线类型
及半径（m）
纵坡/坡长（％）
/（m）
白芷山主洞
K23+290
867.786
/
K30+000
1039.137
/
2.55/6710
白芷山避难通道
YK23+350
876.485
凹形/20000
YK30+010
1039.095
/
0.95/424.17
2.55/6235.83
5.1.3洞身紧急停车带、横洞
白芷山隧道为特长隧道，隧道紧急停车带、人行横洞、车行横洞设计按《公路隧道设计规范》执行。洞身左右侧紧急停车带交错设置，其中临近避难通道侧紧急停车带结合车行横洞位置设置，主洞紧急停车带位置详见表8，车行横洞位置详见表9，人行横洞位置详见表10。
表8 主洞紧急停车带设计一览表
左侧停车带
K23+690
K24+350
K25+030
K25+662
K26+395
K27+145
K27+815
K28+430
K29+090
K29+720
右侧停车带
K24+000
K24+710
K25+420
K26+130
K26+765
K27+505
K28+125
K28+739
K29+450

表9 车行横洞设计一览表
主洞
K24+000
K24+710
K25+420
K26+130
K26+765
K27+505
K28+125
K28+739
K29+450
避难通道
YK23+
985.566
YK24+
695.566
YK25+
405.566
YK26+
115.566
YK26+
750.566
YK27+
519.434
YK28+
139.434
YK28+
753.434
YK29+
464.434
表10 人行横洞设计一览表
主洞
桩号
K23+540
K23+790
K24+240
K24+480
K24+940
K25+180
K25+600
K25+980
K26+470
K27+040
K27+290
K27+865
K28+365
K28+960
K29+210
K29+770

5.1.4洞内变电所
白芷山隧道为特长隧道，在主洞与避难通道之间共设3处洞内变电所。洞内变电所设置位置详见表11。
表11 洞内变电所设计一览表
主洞桩号
K24+180
K26+725
K29+240
洞内变电所桩号
YK24+180
YK26+725
YK29+240

5.2 隧道内净空断面设计
5.2.1主洞
主洞衬砌内轮廓按建筑限界宽10.5m，高5m拟定为三心圆曲墙结构，隧道内轮廓拱顶净高7.0m，净宽10.8m，内净空面积63.76m2，内净空与建筑限界之间的净空满足照明、消防、交通工程等营运管理设施所需空间，并预留了内装饰层净空。

图2 隧道主洞衬砌内轮廓设计图（带仰拱）
5.2.2 避难通道
避难通道与车行横洞衬砌内轮廓按建筑限界宽4.5m，高5m拟定的拱顶圆曲、侧壁直墙的结构形式，隧道内轮廓拱顶净高6.11m，净宽5.0m，内净空面积27.82m2，内净空与建筑限界之间的净空满足照明、消防、交通工程等营运管理设施所需空间。

图3 避难通道衬砌内轮廓设计图（带仰拱） 图4 车行横洞衬砌内轮廓设计图（带仰拱）

5.3洞口位置及隧道洞门设计
5.3.1洞口位置和洞门设计原则
洞门位置的确定遵循“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。
洞门形式的选择遵循“与自然环境协调、结构安全、经济美观并有利于行车视线诱导”的原则，结合洞口处地形地貌、地质条件、自然环境等因素合理确定。
5.3.2洞口位置和洞门设计
考虑主洞出口地形偏压严重，为控制靠山侧边坡开挖高度，隧道出口采用偏压洞门；进口洞门采用端墙式。避难通道进出口因与风机房送风口连接，需加大断面，故采用洞口扩大段，结合地形均采用端墙式洞门。
5.3.3明洞设计
隧道出口均采用明洞，出口明洞长6m。明洞衬砌结构60cm，采用明挖施工时，应避开雨季施工，在明洞施工前，必须先作好洞口截排水系统，方可进行下一步作业。
表12 隧道明洞段支护参数表
项 目
非偏压明洞
偏压明洞
衬砌类型
Sma
Spma
二 次 衬 砌
60cm钢筋混凝土
60cm钢筋混凝土
仰 拱
60cm钢筋混凝土
60cm钢筋混凝土
5.4洞身结构设计
隧道衬砌按照新奥法原理设计，采用复合式衬砌。
5.4.1主洞洞口浅埋段
根据《公路隧道设计规范》第8.1.4条“隧道洞口内应设置加强衬砌段，其长度伸入洞内深埋段一般不宜小于10m”的规定，结合洞口地形、地质条件，隧道洞口浅埋段均设置了加强衬砌，洞口加强段的长度按照《公路隧道设计