XXX公路隧道設計畢業(yè)設計計算書

《XXX公路隧道設計畢業(yè)設計計算書》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《XXX公路隧道設計畢業(yè)設計計算書（92頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 i 目 錄 摘 要 .1 第一章 工程 概況 .3 1.1 隧道位置 .3 1.2 隧道工程地質(zhì)概況 .3 1.3 設計標準及遵循規(guī)范 .4 1.3.1 設計標準 .4 1.3.2 遵循規(guī)范 .4 第二章 隧道整 體設計 .5 2.1 一般規(guī)定與設計原則 .5 2.1.1 一般規(guī)定 .5 2.1.2 設計原則 .5 2.2 隧道橫斷面設計原則 .5 2.3 隧道建筑界限 .6 2.4 隧道襯砌內(nèi)輪廓設計 .7 2.5 隧道緊急停車帶設計 .7 第三章 公路隧道通風設計 .9 3.1 隧道通風要求 .9 3.2 隧道內(nèi)污染空氣的稀釋標準 .9 3.3 需風量計算 .10 3.4 通風計算 .1

2、1 3.5 隧道通風方式和風機的選擇 .13 第四章 洞門 設計 .14 4.1 洞口地質(zhì)條件 .14 4.2 洞門的設計方案 .14 4.2.1 洞門形式的選擇 .14 4.2.2 洞門構造要求 .14 4.3 洞門結構設計計算 .14 XXX 公路隧道設計 ii 4.3.1 洞門類型選擇 .14 4.3.2 洞門穩(wěn)定性及強度檢算 .15 第五章 隧道洞身初期 支護 設計 .19 5.1 支護形式的選擇及參數(shù)確定 .19 5.2 、級圍巖的初期支護設計 .19 5.2.1 級圍巖隧道的寬度 B 與高度 H 確定 .19 5.2.2 、級圍巖的初期支護設計 .19 5.2.3 初期支護設計相關

3、參數(shù) .26 第六章 二襯設計計算 .28 6.1 隧道圍巖壓力計算 .28 6.1.1 圍巖壓力計算的一般規(guī)定 .28 6.1.2 級圍巖荷載計算 .28 6.1.3 級圍巖荷載計算 .29 6.2 埋置深度計算 .30 6.2.1 級圍巖埋置深度計算 .30 6.2.2 級圍巖埋置深度計算 .31 6.3 內(nèi)力計算結果 .31 6.3.1 基本原理 .31 6.3.2 ANSYS 計算的內(nèi)力結果 .32 6.4 配筋及安全評估 .39 6.4.1 級圍巖配筋及安全評估 .39 6.4.2 級圍巖配筋及安全評估 .50 6.5 二次襯砌相關參數(shù) .53 第七章 施工組織設 計 .54 7.1

4、 概述 .54 7.2 施工準備 .54 7.3 輔助施工方法 .55 7.3.1 超前錨桿 .55 7.3.2 超前小導管注漿 .55 iii 7.4 施工設計 .57 7.4.1 總體方案和部署 .57 7.4.2 洞口施工 .58 7.4.3 隧道內(nèi)施工 .58 7.5 施工注意事項 .69 7.5.1 質(zhì)量保證措施 .69 7.5.2 保證施工工藝主要措施措施 .70 7.5.3 保證工期的主要措施 .71 第八章 隧道施工 監(jiān)控和量測 .73 8.1 監(jiān)控量測的目的 .73 8.2 監(jiān)控量測的內(nèi)容及量測方法 .73 8.3 監(jiān)控量測設計 .74 8.3.1 洞內(nèi)觀察 .74 8.3.

5、2 周邊相對位移和拱頂沉降 .74 8.3.3 地表沉降量測 .76 8.3.4 圍巖壓力量測 .76 8.4 監(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理 .76 8.4.1 地質(zhì)預報 .76 8.4.2 周邊位移分析 .77 8.4.3 拱頂沉降分析 .79 8.4.4 地表沉降分析 .79 8.5 量測管理 .80 結 論 .81 參考文獻 .82 致 謝 .83 附 件 .84 - 1 - XXX 公路隧道設計 摘 要 改革開放以后，國民經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，公路客貨運輸量大幅度增長，現(xiàn)有公路通行能力 不足的矛盾日益突出，迫切需要提高公路等級和技術標準，高速公路將成為中國公路 建設的主流。然而公路隧道所需要的技術經(jīng)濟條件

6、遠高于鐵路隧道和其他隧道工程， 因此，對公路隧道設計理念、設計方法和施工方法的探索和研究是十分必要的。由于 公路等級提高對線型和坡度的要求，高速公路越嶺必然要求越來越多的采用隧道方案， 這既能克服地形和高程障礙，改善線路，提高車速，縮短里程，節(jié)約燃料，節(jié)省時間， 減少對植被的破壞，保護生態(tài)環(huán)境；又可有效防止落石、塌方、雪崩和崩塌等自然條 件，提高了行車的安全性、可靠性和舒適度，同時又能和當?shù)丨h(huán)境相協(xié)調(diào)級保全自然 景觀。因此，從經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和國際大趨勢來看，安全、經(jīng)濟、合理、美觀的 公路隧道研究迫在眉睫。 本設計課題為高速公路隧道，重點研究隧道內(nèi)輪廓的確定，隧道通風的設計， 二次襯砌的設計

7、和新奧法施工。 該高速公路隧道為分離式單向行駛兩車道隧道，左線全長 298m，圍巖的基本 情況為：級圍巖長 155m；級圍巖長 90m；級圍巖長 53m。 隧道洞門設計成翼墻式洞門；隧道采用新奧法施工，隧道襯砌采用復合式襯砌； 隧道開挖、級圍巖使用全斷面開挖法，級圍巖使用長臺階分部開挖法，采用 鉆爆法開挖；隧道的輔助施工方法有超前小導管注漿和超前錨桿；隧道通風方式主 要為自然通風，兼有機械通風。 隧道經(jīng)過多次計算和驗算后，洞門、襯砌和通風等均滿足要求，可以正常施工。 關鍵詞：隧道；通風；復合式襯砌；新奧法 XXX 公路隧道設計 - 2 - XXX HIGHWAY TUNNEL DESIGN A

8、bstract After the reform and opening-up policy, the national economy is booming, highway passenger-cargo traffic volume increase substantially, the existing highway capacity manual insufficient contradiction have become increasingly prominent, the urgent need to improve road level and technical stan

9、dard, the highway will become the mainstream of road construction in China. However highway tunnel of technical and economic conditions needed than railway tunnel and other tunnel project of highway tunnel, therefore, design concept, design method and construction method of exploration and research

10、is very necessary. Because of linear and highway rating by the requirement, highway slope servants and inevitable requirement more and more using tunnel scheme, which not only can overcome the terrain and elevation obstacles, improve lines, improve speed and shorten mileage, save fuel, save time, re

11、duce the damage to vegetation, protect the ecological environment; Can effectively prevent rockfalls, landslide, collapse avalanches and natural conditions, enhances the parameters of safety, reliability and comfort at the same time, and local environmental photograph coordination level security the

12、 natural landscape. Therefore, from the economic benefit, ecological benefit and international big trend, safe, economic and reasonable, the artistic research of highway tunnel is imminent. This design task for highway tunnel, the key research tunnel profile, the design of the tunnel ventilation det

13、ermined, the second lining design and new Austrian tunneling method. This highway tunnel for separate one-way road two-lane tunnel, stretches of the left line, the basic situation of 298m surrounding rock level for: long 155m; ZhangGuiHuanong 90m surrounding level 53m surrounding long. Tunnel DongMe

14、n designed to wing wall type DongMen; Tunnel adopted new Austrian tunneling method using composite linings, tunnel lining; , level of tunnel excavation surrounding the excavation method, use whole section rock level use long steps excavation method, using division drill-blasting method of excavation

15、; Tunnel construction methods have advanced auxiliary small catheter and leading bolt grouting; Tunnel ventilation mode mainly for natural ventilation, with mechanical ventilation. Tunnel after many calculation and checking, DongMen, lining and ventilation, etc, can normal construction requirements.

16、 - 3 - Key words: tunnel; Ventilation; Composite linings; New arcane 第一章 工程概況 1.1 隧道位置 XXX 公路隧道位于 XX 省 XX 縣 XX 村，是 XX 高速公路 XX 至 XX 段的一條分離式短隧 道。綜合各種因素考慮，隧道左線的起止樁號為: K26+260K26+558，全長 298m；隧 道右線的起止樁號為：YK26+292YK26+558。隧道縱坡整體為一單坡，坡度為-1.8%。 1.2 隧道工程地質(zhì)概況 該隧道洞口（進口）圍巖級別為級，巖性為強風化下帶弱風化玄武巖為主， 巖石柱狀節(jié)理很發(fā)育，巖質(zhì)較硬，完

17、整性差。隧道洞口（出口）隧道圍巖級別為級 巖性為強風化下帶弱風化玄武巖為主，巖石柱狀節(jié)理很發(fā)育，巖質(zhì)較硬，完整性差。 隧道 K26+295K26+349 段圍巖級別為級，巖性為弱風化玄武巖，屬硬質(zhì)巖，巖石柱 狀節(jié)理較發(fā)育，裂隙塊狀結構鑲嵌碎裂結構，節(jié)理裂隙面結合一般，巖質(zhì)硬堅硬， 較完整。K26+504K26+540 段圍巖級別為級，巖性為弱風化玄武巖，屬硬質(zhì)巖，巖 石柱狀節(jié)理較發(fā)育，裂隙塊狀結構鑲嵌碎裂結構，節(jié)理裂隙面結合一般，巖質(zhì)硬 堅硬，較完整。K26+349K26+504 段圍巖級別為級，巖性為弱風化、微風化玄武巖， 屬硬質(zhì)巖，巖石柱狀節(jié)理不發(fā)育，塊狀整體結構巖體，較完整。 表 1-1

18、 各類圍巖主要物理力學指標表 圍巖級別 力學指標 備 注 密度 (10 3kg/m3) 2.502.60 2.602.80 2.702.90 彈性抗力系數(shù) K(MPa/m) 400500 10001200 14001600 彈性模量(靜態(tài)) E(Gpa) 8.010.0 15.020.0 25.030.0 泊松比 0.250.20 0.200.15 0.160.12 計算內(nèi)摩擦角 () 5054 5560 6065 XXX 公路隧道設計 - 4 - 容許承載力 。(kPa) 15002000 26003000 30003500 飽和抗壓強度 Rb (Mpa) 12.020.0 35.060.0

19、 50.080.0 摩擦系數(shù) f(圬工與圍巖) 0.45 0.55 0.60 、級圍巖 為 表面不光滑時 1.3 設計標準及遵循規(guī)范 1.3.1 設計標準 （1）隧道按規(guī)定的遠期的交通量設計，采用分離式單向行駛兩車道隧道（上、下 行分離） 。 （2）隧道設計車速、幾何線形與凈空按 100km/h 計，隧道照明設計速度按照 100km/h 設計。 1.3.2 遵循規(guī)范 （1） 、 公路隧道設計規(guī)范 JTGD70-2004 （2） 、 公路隧道通風照明設計規(guī)范 JTJ026.1-1999； （3） 、 公路工程技術標準 JTJ001-97； （4） 、 公路工程抗震設計規(guī)范 JTJ004-89；

20、（5） 、 錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范 GB50086-2001； （6） 、 地下工程防水技術規(guī)范 GB50108-2008 （7） 、隧道圍巖級別按公路隧道設計規(guī)范JTGD70-2004 （8） 、 錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范 （GB50086-2001） （9） 、 公路路線設計規(guī)范 （JTG D20-2006） （10） 、 混凝土結構設計規(guī)范 （GB50010-2002） （11） 、公路工程技術標準S (JTG B01-2003),人民交通出版社, 2003 （12） 、公路隧道設計規(guī)范S (JTG D70-2004), 人民交通出版社, 2004 （13） 、 公路隧道施工技術規(guī)

21、范 JTGF60-2009 - 5 - XXX 公路隧道設計 - 6 - 第二章 隧道整體設計 2.1 一般規(guī)定與設計原則 2.1.1 一般規(guī)定 隧道設計應滿足公路交通規(guī)劃的要求，其建筑限界、斷面凈空、隧道主體結構以 及通風、照明等設施，應按公路工程技術標準(JTG B01-2003)規(guī)定的預測交通量 進行設計。當近期交通量不大時，可采取一次設計分期修建。 2.1.2 設計原則 （1）在地形、地貌、地質(zhì)、氣象、社會人文和環(huán)境等調(diào)查的基礎上，綜合比選隧 道各軸線方案的走向、平縱線形、洞口位置等，提出推薦方案。 （2）地質(zhì)條件很差時，特長隧道的位置應控制路線走向，以避免不良地質(zhì)地段； 長隧道的位置

22、亦盡可能避開不良地質(zhì)地段，并與隧道的走向綜合考慮；中、短隧道可 服從路線走向。 （3）根據(jù)公路等級和設計速度的確定車道數(shù)和建筑限界。在滿足隧道功能和結構 良好的前提下，確定經(jīng)濟合理的斷面內(nèi)輪廓。 （4）隧道內(nèi)外平、縱線形應協(xié)調(diào)，以滿足行車的安全、舒適要求。 （5）根據(jù)隧道長度、交通量及其構成、交通方向以及環(huán)保要求等，選擇合理的通 風方式，確定通風、照明、交通監(jiān)控等要點設施的設置規(guī)模。必要時特長隧道應做防 火專項設計。 （6）應結合公路等級、隧道長度、施工方法、工期和營運要求，對隧道內(nèi)外排水 系統(tǒng)、消防結合系統(tǒng)、輔助通道、棄渣處理、管道設施、交通工程措施、環(huán)境保護等 作綜合考慮。 （7）當隧道與

23、相鄰建筑物互有影響時，應在設計與施工中采取必要的措施。 2.2 隧道橫斷面設計原則 隧道橫斷面設計原則如下所示： （1）隧道限界高度 高速公路、一級公路、二級公路取 5m；三、四級公路取 4.5m。 （2）余寬設置 - 7 - 當設置檢修道和人行道時，不設余寬；當不設置檢修道或人行道時，應設不小于 25cm 的余寬。 （3）隧道路面橫坡 當隧道為單向交通時，應取單面坡，當隧道為雙向交通時，可取雙面坡，坡度應 根據(jù)隧道的長度，平、縱線形等因素綜合分析確定，一般可采用 1.5%2.0%。 當路面采用單面坡時，建筑限界底邊線應與路面重合；當采用雙面坡時，建筑限 界底邊線應水平置于路面最高處。 （4）

24、單車道四級公路的隧道應按雙車道四級公路修建。 （5）隧道內(nèi)輪廓設計 隧道內(nèi)輪廓設計除了應滿足隧道限界的規(guī)定外，還應滿足洞內(nèi)路面、排水設施、 裝飾的要求，并為通風、照明、消防、監(jiān)控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(jīng)濟、合理的 原則。 （6）公路隧道的建筑限界 公路隧道的建筑限界，不僅要提供汽車行駛的空間，還要考慮汽車行駛的安全、 快捷、舒適和防災，因此要求設計中應充分研究各種車道的與公路設施之間所處的空 間關系，任何部件（包括通風、照明、安全、監(jiān)控和內(nèi)裝飾等附屬設施）均不得侵入 隧道建筑限界之內(nèi)。 2.3 隧道建筑界限 XXX

25、公路隧道設計 - 8 - 圖 2.1 公路隧道建筑限界（單位：cm） XXX 公路隧道為單向雙車道，設計時速為 100km/h，如上圖 2.1，根據(jù)的有關規(guī)定： 隧道建筑限界高度：H=5.0m；檢修道高度：h=0.5 m；車道寬度：W=3.752 m；左側 向?qū)挾龋?LL=1.0 m；右側向?qū)挾龋?m；左頂角寬度：E L=1.0 m；右側向?qū)挾龋?.0RL m；檢修道左側：J=1.0 m；檢修道右側： J=1.0 m；路面坡度：i=1.5%；隧道1.0RE 建筑限界凈寬：11.50 m。 2.4 隧道襯砌內(nèi)輪廓設計 根據(jù)公路隧道設計規(guī)范 （JTG D70-2004）規(guī)定，隧道的內(nèi)輪廓拱部為半徑

26、 R1=600cm 的半圓，側墻也為半徑 R1=600cm 圓弧，仰拱圓弧半徑 R3=1500cm，仰拱與側 墻間用一個小半徑 R2=100cm 的圓弧連接。兩車道的 100km/h 內(nèi)輪廓圖如圖 2.2，詳圖 見設計 A3 圖紙 1。 圖 2.2 兩車道的 100km/h 內(nèi)輪廓圖（有仰拱） 2.5 隧道緊急停車帶設計 - 9 - 雖然該隧道屬于短隧道，根據(jù)公路隧道設計規(guī)范（JTG D70-2004） 的規(guī)定在隧 道中應可不設置緊急停車帶，但為了保險起見，該隧道設置緊急停車帶一道。依據(jù) 公路隧道設計規(guī)范（JTG D70-2004） 的相關規(guī)定，該緊急停車帶的寬為 3.5m，長為 40m。緊急

27、停車帶的內(nèi)輪廓圖如圖 2.3，詳圖見設計圖紙 2。 圖 2.3 兩車道的 100km/h 緊急停車帶內(nèi)輪廓圖（有仰拱） XXX 公路隧道設計 - 10 - 第三章 公路隧道通風設計 3.1 隧道通風要求 1、單向交通的隧道設計風速不宜大于 10m/s，特殊情況可取 12m/s；雙向交通的 隧道設計風速不應大于 8m/s；人車混合通行的隧道設計風速不應大于 7m/s。 2、風機產(chǎn)生的噪音及隧道中廢氣的集中排放均應符合環(huán)保的有關規(guī)定。 3、確定的通風方式在交通條件等發(fā)生變化時，應具有較高的穩(wěn)定性，并便于防災 時的氣流組織。 4、隧道內(nèi)營運通風的主流方向不應頻繁變化。 3.2 隧道內(nèi)污染空氣的稀釋標

28、準 1、隧道通風主要應對一氧化碳（co） 、煙霧和異味進行稀釋。 2、co 設計濃度 （1）采用全橫向通風方式與半橫向通風方式時，co 設計濃度可按下表 1 取值；采 用縱向通風方式時，co 設計濃度可按表 1 所列各值提高 50ppm 取值。 表 3.1 co 設計濃度 隧道長度（m） 1000 3000 (ppm)250 200 注：隧道長度為 1000m3000m 時，可按插入法取值。 （2）交通阻滯（隧道內(nèi)各車道均以怠速行駛，平均車速為 10Km/h）時，阻滯段的 平均 co 設計濃度可取 300ppm，經(jīng)歷時間不超過 20min。阻滯段的計算長度不宜大于 1km。 （3）人車混合通行

29、的隧道，長度不宜超過 2000m，其 co 設計濃度應按表 2 取值。 表 3.2 co 設計濃度 隧道長度（m） 1000 2000 (ppm)150 100 注：隧道長度為 1000m2000m 時，可按插入法取值。 3、煙霧設計濃度 （1）采用鈉燈光源時，煙霧設計濃度應按表 3 取值；采用熒光燈光源時，煙霧設 - 11 - 計濃度應提高一級。 表 3.3 煙霧設計濃度 K 設計行車速度（Km/h） 100 80 60 40 K(m-1) 0.0065 0.0070 0.0075 0.0090 （2）當煙霧濃度達到 0.012m-1時，應按采取交通管制等措施考慮。 （3）隧道內(nèi)進行養(yǎng)護維修

30、時，應按現(xiàn)場實際煙霧濃度不大于 0.0035 m-1考慮。 3.3 需風量計算 1、一般規(guī)定 （1）通風設計中，車輛有害氣體的排放量以及與之對應的交通量都應有明確的遠 景設計年限，兩者應相匹配。計算近期的需風量及交通通風時應采用相應年份的交通 量。 （2）確定需風量時，應對計算行車速度以下各工況車速按 20Km/h 為一檔分別進 行計算，并考慮交通阻滯狀態(tài)，取其較大者作為設計需風量。 （3）在雙向交通隧道中，上坡較長方向的交通量按設計交通量的 60%進行計算。 2、計算 co 排放量 nmivdacoCO fNLffqQ16 )(10.3 )0.731.54.2650.1298.04.60.6

31、 1.329sm/018.5 3、計算稀釋 co 所需風量 60)( 1TPQCOcoreq65102735.89.218. sm/069.3 4、計算煙霧排放量 XXX 公路隧道設計 - 12 - nmVIVIivIhdVIaIVI fNLffqQ1)()()()(6 (10.3 )5.371.430.654.2098.516.05.2.6 137sm/08.24 5、計算稀釋煙霧所需風量 KQVIIreq065.1784sm/3 3.4 通風計算 1、一般規(guī)定 （1）在所設計的通風系統(tǒng)中，風機及交通通風力提供的風壓和風量必須滿足需風 量的要求。 （2）應根據(jù)通風計劃，初步計劃、技術設計和施

32、工圖設計等不同階段，進行粗略 或詳細的通風計算。 （3）在隧道通風計算中可把空氣作為不可壓縮流體對待；隧道內(nèi)的空氣流可作為 不隨時間變化的恒定流處理，且視汽車行駛也為恒定流。 （4）隧道壁面摩阻損失系數(shù)及入口損失系數(shù)應根據(jù)隧道或風道的斷面當量直徑或 壁面糙率以及風道結構形狀等取值，當為混凝土壁面時常用損失系數(shù)可按表 4 取值。 表 3.4 損失系數(shù) 隧道壁面摩阻損失系數(shù) r0.02 主風道（含豎井）壁面摩阻損失系數(shù) eb、 0.022 連接風道壁面摩阻損失系數(shù) d0.025 隧道入口損失系數(shù) e0.6 - 13 - （5）通風設計中應盡可能減少風道斷面積變化和轉(zhuǎn)變次數(shù)，損失系數(shù)的取值應充 分考

33、慮隧道和風道壁面粗糙程度、結構形式。 （6）交通通風力必須針對具體工程的通風系統(tǒng)進行分析。交通通風力在交通阻塞 或雙向交通情況下宜作為阻抗力考慮；在單向交通情況下宜作為推力考慮。 （7）應針對計算行車速度以下各工況車速分別計算汽車交通通風力。 2、計算自然風阻力 （1）在通風計算中，一般可將自然通風作為阻力考慮。 （2）自然風阻力的計算 隧道斷面當量直徑 隧 道 斷 面 周 長rrAD408m 自然風阻力 2e1nrmVDLP）（ 25.1890.625.3.2/798mN 3、計算交通通風力 tVLn6078.2395. 汽車等效阻抗面積 cllCSmArrA11 0.3756.03.264

34、.0 XXX 公路隧道設計 - 14 - 2648.3m 交通通風力 22rtrt VnAP2)5.78.(5.18064.32./135mN 4、計算通風阻抗力 2)(rrer VDLP25.18902.615.34.2/798mN 3.5 隧道通風方式和風機的選擇 因隧道中所需風機提供的風壓 tmrPP51.3794.82/1N 因為該值為負數(shù)，因此該公路隧道采用機械通風便可以滿足通風的要求，但因該 隧道內(nèi)設有緊急停車帶，為了將聚集在緊急停車帶處的污染空氣排出和應對突發(fā)情況， 設置一組（2 臺）900 型射流風機。 - 15 - 第四章 洞門設計 4.1 洞口地質(zhì)條件 隧道洞口（進口）圍巖

35、級別為級，巖性為強風化下帶弱風化玄武巖為主，巖 石柱狀節(jié)理很發(fā)育，巖質(zhì)較硬，完整性差。隧道洞口（出口）隧道圍巖級別為級巖 性為強風化下帶弱風化玄武巖為主，巖石柱狀節(jié)理很發(fā)育，巖質(zhì)較硬，完整性差。 因此，洞門處仰坡應采取防護措施。 4.2 洞門的設計方案 4.2.1 洞門形式的選擇 本隧道按隧道分類屬短隧道，基本服從于路線走向，路線與地形等高線基本正交， 洞門按受力結構設計。洞門形式結合實際地形、地質(zhì)情況選定。根據(jù)洞門所處地段的 地形地貌及工程地質(zhì)條件，遵從“早進洞，晚出洞”的設計原則，并考慮洞門的實用、 經(jīng)濟、美觀等因素，因此本隧道使用翼墻式洞門。 4.2.2 洞門構造要求 按公路隧道設計規(guī)范

36、 （JTG-2004） ，洞門構造要求為： （1）洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離不宜小于 1.5m，洞門端墻與仰坡之間水 溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不小于 1.0m，洞門墻頂高出仰坡腳不小于 0.5m。 （2）洞門墻應根據(jù)實際需要設置伸縮縫、沉降縫和泄水孔；洞門墻的厚度可按計 算或結合其他工程類比確定。 （3）洞門墻基礎必須置于穩(wěn)固地基上，應視地基及地形條件，埋置足夠的深度， 保證洞門的穩(wěn)定。基底埋入土質(zhì)地基的深度不小于 1.0m，嵌入巖石地基的深度不小于 0.5m；基底標高應在最大凍結線以下不小于 0.25m?；茁裰蒙疃葢笥趬吀鞣N溝、 槽基底的埋置深度。 （4）松軟地基上的基礎，可

37、采取加固基礎措施。洞門結構應滿足抗震要求。 4.3 洞門結構設計計算 4.3.1 洞門類型選擇 XXX 公路隧道設計 - 16 - 本隧道進口端和出口端洞口圍巖基本相同，為級圍巖，地質(zhì)狀況一般，擬采用 翼墻式洞門。 4.3.2 洞門穩(wěn)定性及強度檢算 進口洞門的檢算：進口采用帶耳墻翼墻式洞門，見圖 4.1： 圖 4.1 a.檢算翼墻時取洞門端墻前之翼墻寬 1m 的條帶“，按擋土墻檢算偏心、強度 及穩(wěn)定性。 b.檢算端墻時取最不利部分“作為檢算條帶，檢算其截面偏心和強度。 c.檢算端墻與翼墻共同作用部分“的滑動穩(wěn)定性。 檢算條帶“” - 17 - 圖 4.2 1、壓力的計算 （1）各項物理學指標

38、KN/m3f=0.50624 Mpa1.5307.56.0 水泥砂漿砌片石 3/akNm （2）土壓力系數(shù) 的計算：)( )tan1(tan)t1(tan )tan1()ttant 22 4.087.034.1.0392 08.47.3)1.()tan)(tan( （3）土壓力的計算： 2/8.170.924mKNHE/6.512bG/.3. XXX 公路隧道設計 - 18 - 2 穩(wěn)定性及強度的檢算： （1） 傾覆穩(wěn)定的驗算： mKNMy /4.356).019(6.237 /28.0 5.13.405600 Ky 滿足傾覆穩(wěn)定的要求。 （2） 滑動穩(wěn)定的驗算： 3.1576.023ENfK

39、C 滿足滑動穩(wěn)定的要求。 （3）合力的偏心距的驗算： 518.06.237450NMCy 2.8.1.2BBe 滿足基底合力的偏心距。 （4）基底壓應力的驗算： 6Be )61(minaxBeN、MPaKaeN 6.018.279.02.37)61(max B.6).16(.in 滿足基底壓應力的要求。 檢算條帶“” 1 土壓力的計算： 由以上計算知： 08.413724H - 19 - 52.3.078.2415.0212HE5bG 2 墻身截面偏心的驗算： 4.2761,23)1(EM 偏心距 be 6.023.18054.NMb 滿足墻身截面偏心的要求。 應力 )218.06(154)6

40、(beWFMPaKa.058.1max6423in 滿足墻身截面強度的要求。 檢算條帶“” 1 土壓力的計算 由以上計算知 08.423.24H76.5.0.131 28.170.3.2211 EH 17.5)90.(.65).10.9(21 45.7.8.0.132.032011 bHG 98.9.21 XXX 公路隧道設計 - 20 - =132.00+198.00=330.00 2 滑動穩(wěn)定的驗算： 3.17845.9203ENfKC 滿足滑動穩(wěn)定的要求。 綜合以上檢算結果，翼墻、端墻均滿足規(guī)范要求，故該設計合理。 第五章 隧道洞身初期支護設計 5.1 支護形式的選擇及參數(shù)確定 由于該公

41、路隧道為高速公路隧道，隧道洞口處圍巖級別為級，隧道洞身圍巖為 、級圍巖，其中級圍巖分布在隧道進出口段長度為 35m 范圍內(nèi)，級圍巖 長度為 90m，級圍巖長度為 155m，級圍巖一般無自穩(wěn)能力成洞條件差可能發(fā)生中 大塌方，級圍巖自穩(wěn)能力差成洞條件較好，可能會出現(xiàn)小塌方，級圍巖自穩(wěn)能力 較好成洞條件較好。根據(jù)公路使用要求，隧道圍巖地質(zhì)條件和施工條件，按照按照 公路隧道設計規(guī)范 （JTG D70-2004）中襯砌結構設計規(guī)定，按新奧法原理設計，該 公路隧道應采用復合式襯砌，即由初期支護和二次襯砌及中間夾防水層組合而成的襯 砌形式，其中初期支護采用噴、錨、網(wǎng)、鋼拱架支護。 5.2 、級圍巖的初期支護

42、設計 5.2.1 級圍巖隧道的寬度 B 與高度 H 確定 級圍巖隧道的寬度 B 與高度 H 確定可按下式進行計算，計算結果為： m24.13.05.20.621 edrB m58891H - 21 - 式中： 拱部圓弧半徑；1r d襯砌厚度預估為 0.5m； e預留變形量取為 0.12m； 路面至起拱線的高度。1H 5.2.2 、級圍巖的初期支護設計 根據(jù)公路隧道設計規(guī)范 （JTG D70-2004）及錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)程 （GB500862001）的相關規(guī)定，該公路隧道初期支護采用工程類比法進行設計。 1、錨噴支護的一般規(guī)定 （1）錨噴支護的設計，宜采用工程類比法，必要時應結合監(jiān)控量測

43、法及理論驗算 法。 （2）錨噴支護初步設計階段，應根據(jù)地質(zhì)勘察資料，按本規(guī)范表 3.0.2 的規(guī)定， 初步確定圍巖級別，并按規(guī)范表 4.1.2-1 和規(guī)范表 4.1.2-2 的規(guī)定，初步選擇隧洞、 斜井或豎井的錨噴支護類型和設計參數(shù)。 （3）錨噴支護施工設計階段，應做好工程的地質(zhì)調(diào)查工作，繪制地質(zhì)素描圖或展 示圖，并標明不穩(wěn)定塊體的大小及其出露位置。實測圍巖分級定量指標，按本規(guī)范表 3.0.2 的規(guī)定，詳細劃分圍巖級別，并修正初步設計。 （4）對、級圍巖中毛洞跨度大于 5m 的工程，除應按照本規(guī)范表 4.1.2-1 的 規(guī)定選擇初期支護的類型與參數(shù)外，尚應進行監(jiān)控量測，以最終確定支護類型和參數(shù)

44、。 （5）對、級圍巖毛洞跨度大于 15m 的工程，除應按照本規(guī)范表 4.1.2-1 的規(guī)定，選擇支護類型與參數(shù)外，尚應對圍巖進行穩(wěn)定性分析和驗算；對級圍巖還 應進行監(jiān)控量測，以便最終確定支護類型和參數(shù)。 （6）對圍巖整體穩(wěn)定性驗算，可采用數(shù)值解法或解析解法；對局部可能失穩(wěn)的圍 巖塊體的穩(wěn)定性驗算，可采用塊體極限平衡方法。 （7）對邊坡工程錨噴支護設計，應充分掌握工程的地質(zhì)勘察資料，按不同的失穩(wěn) 破壞類型，采用極限平衡法、數(shù)值分析法等方法進行邊坡穩(wěn)定性分析計算。 2、圍巖分級表（見下規(guī)范表 3.0.2）中的巖體強度應力比的計算應符合下列規(guī)定： （1） 、當有地應力實測數(shù)據(jù)時： XXX 公路隧道設

45、計 - 22 - 1rVmfKS 式中 Sm巖體強度應力比； 巖體單軸飽和抗壓強度（Mpa） ；rf KV巖體完整性系數(shù)； 垂直洞軸線的較大主應力（KN/m 2） ；1 （2） 、當無地應力實測數(shù)據(jù)時： H1 式中 巖體重力密度（KN/m 3） ； H隧洞頂覆蓋層厚度（m） ； - 23 - XXX 公路隧道設計 - 24 - - 25 - XXX 公路隧道設計 - 26 - 3、工程類比法公路隧道錨、噴、網(wǎng)、鋼拱架的相關參數(shù)見下規(guī)范表 4.1.2-1（摘 自錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范 （GB50086-2001） ） 。 - 27 - XXX 公路隧道設計 - 28 - 5.2.3 初期支護

46、設計相關參數(shù) 該隧道錨桿設計采用全長粘結型錨桿，沿隧道開挖輪廓線徑向布置，設計為按梅 花型方式布置?？紤]該隧道為高速公路隧道，隧道圍巖地質(zhì)條件和施工條件，按公 路隧道設計規(guī)范 （JTG D70-2004）設計噴射混凝土內(nèi)布置鋼筋網(wǎng)。由于本隧道的圍巖 分級為、級?？紤]到錨桿的襯托，各級圍巖均采用鋼拱架支護具體見表5.1。 - 29 - 因在隧道中設置了緊急停車帶，斷面增大，所以該處的徑向系統(tǒng)錨桿長度為3.5m，間 距為100cmX100cm,噴射混凝土厚度為15cm. 5.1 初期支護參數(shù)表 圍巖級別 項 目 單位 噴射混凝土 C20 防水混凝土 cm 10 10 12 直 徑 mm 18 20

47、 22 長 度 cm 300 300 350徑向錨桿 錨桿布置 cm 150150 120120 100100 直 徑 mm 6 6 8 鋼筋網(wǎng) 鋼筋布置 cm 2525 2525 2525 類 型 - I16 I16 I16 鋼拱架 間 距 cm 100 100 100 XXX 公路隧道設計 - 30 - 第六章 二襯設計計算 6.1 隧道圍巖壓力計算 根據(jù)公路隧道設計規(guī)范 （JTG D702004）和公路隧道設計細則 （JTG T D702010）的有關規(guī)定進行各級圍巖壓力計算。 6.1.1 圍巖壓力計算的一般規(guī)定 1、作為在隧道支護結構上的圍巖壓力為松散壓力、形變壓力、膨脹壓力以及沖擊

48、壓力等。圍巖壓力計算應綜合考慮隧道所處地形條件、地質(zhì)條件、隧道跨度、結構形 式、埋置深度、隧道間距以及開挖方法等因素。 2、隧道圍巖壓力計算過程中，應符合以下原則： （1）本規(guī)定適用于鉆爆法施工的隧道，采用其他施工方法建設的隧道可參考采用。 （2）圍巖松散壓力為作用在隧道全部支護結構的壓力總和。在對初期支護或二次 襯砌進行內(nèi)力計算時，應采用適當?shù)姆椒ㄟM行荷載分配，確定該支護層相應的計算荷 載。 （3）當隧道采用光面爆破、掘進機開挖等可減輕圍巖損傷破壞的施工方法時，圍 巖松散壓力的計算值可適當折減。 3、埋深較淺的隧道可只計入圍巖的松散壓力；埋深較大的隧道不僅應計入圍巖的 松散壓力，而且應計入圍

49、巖的形變壓力；連供隧道、小凈距隧道可不計入形變壓力。 4、計算圍巖壓力時各級圍巖的物理力學參數(shù)宜通過室內(nèi)或現(xiàn)場實驗獲取。 6.1.2 級圍巖荷載計算 1、根據(jù)公路隧道設計規(guī)范 （JTG D702004）和公路隧道設計細則 （JTG T D702010）的經(jīng)驗公式計算圍巖的垂直均布壓力 q 和水平均布壓力 e。 2、級圍巖垂直均布壓力的計算： - 31 - 由 的級圍巖的垂直均布壓力 q 的值；)5(124.01tsBihq 由相關數(shù)據(jù)的： )(ti =1+0.1（13-5） =1.8 1245.0sh =0.45221.8 =3.24 mhq =243.24 =77.76 KN/m2 3、級圍

50、巖水平均布壓力的計算： 由 得級圍巖水平均布壓力值；qe =0.1277.76 =9.33 KN/m2 6.1.3 級圍巖荷載計算 1、根據(jù)公路隧道設計規(guī)范 （JTG D702004）和公路隧道設計細則 （JTG T D702010）的經(jīng)驗公式計算圍巖的垂直均布壓力 q 和水平均布壓力 e。 2、級圍巖垂直均布壓力的計算： 由 的級圍巖的垂直均布壓力 q 的值；)5(124.01tsBihq XXX 公路隧道設計 - 32 - 由相關數(shù)據(jù)的： )5(1tBi =1+0.1（13-5） =1.8 1245.0sh =0.45231.8 =6.48 mhq =216.48 =136.08 KN/m

51、2 3、級圍巖水平均布壓力的計算： 由 得級圍巖水平均布壓力值；qe 拱頂水平壓力：e =0.2136.08 =34.02 KN/m2 邊墻底部水平壓力： )(tdHqe =0.2（136.08+218） =76.02 KN/m2 為了計算的方便和保證圍巖的穩(wěn)定與安全，級圍巖的水平均布壓力采用一種值 76.02 KN/m2進行計算。 因級圍巖的壓力均很小，所以級圍巖的計算采用級圍巖的相關數(shù)值。 - 33 - 6.2 埋置深度的計算 6.2.1 級圍巖埋置深度的計算 深埋、淺埋隧道分界深度: HQ=2.0hq =2.03.24 =6.48 m 6.2.2 級圍巖埋置深度的計算 深埋、淺埋隧道分界

52、深度: Hq=2.0hq =2.56.48 =16.20 m 由設計任務書可知，該公路隧道均為深埋隧道。 根據(jù)以上計算得出以下荷載值： 表 6-1 各級圍巖荷載值 圍巖類別 埋深類型 荷載類型 數(shù)值 （KN/m 2） 備注 q 77.76級圍巖 深埋 e 9.33 q 136.08級圍巖 深埋 e 76.02 6.3 內(nèi)力計算及結果 6.3.1 基本原理： 隧道支護結構在承受圍巖所施加的主動壓力作用時將發(fā)生彈性變形，由于隧道支 護結構周圍有圍巖存在,因此，它的這種彈性變形將受到圍巖的約束作用，這種約束作 用稱為彈性抗力，它的大小與地層性質(zhì)和隧道支護結構性質(zhì)有關。 該原理的基本假定：隧道支護結構

53、是放置在彈性地基上的梁，梁在地層壓力作用 XXX 公路隧道設計 - 34 - 下將產(chǎn)生向地基方向的變形，地基將給梁以反作用力(即彈性抗力)，彈性抗力的大小 和分布形式可根據(jù)不同的假定來得到，在本設計中，我們采用局部變形理論(即溫克爾 假定)：認為地基可以看成由無限多個各自孤立的彈簧構成，梁放在彈簧上，地基的沉 降即相當彈簧壓縮，彈簧常數(shù)即相當于彈性壓縮系數(shù)，通過這一假定后，可以計算出 結構的內(nèi)力，并進行截面設計。 本設計的結構計算采用 ANSYS10.0 結構有限元進行分析計算： 本設計中拱圈梁單元采用 Beam3，圍巖抗力采用桿單元 link1，荷載方面是把上面 的計算荷載轉(zhuǎn)化為節(jié)點荷載進行

54、加載計算。其有限元模型如下圖所示： 圖 6.1 有限元模型圖 注意：為了使模型的計算結果盡可能的與實際情況的結果相近，用桿單元模擬圍 巖抗力時要注意桿單元是只能受壓，是不能受拉的；因此，在模型建立和計算時要把 受拉的桿單元全部去掉，最后的結果是桿單元是全受壓的。同時要盡可能使模型的約 束情況與結構的實際情況相近，通過多次優(yōu)化使得計算結果與結構實際受力相近。 利用 Ansys 有限元分析結果圖主要有：彎矩圖、軸力圖。 - 35 - 6.3.2 ANSYS 計算的內(nèi)力結果 1、各級圍巖輸出的內(nèi)力圖： 圖 6.2 級圍巖彎矩圖 XXX 公路隧道設計 - 36 - 圖 6.3 級圍巖軸力圖 圖 6.4

55、 級圍巖彎矩圖 - 37 - 圖 6.5 級圍巖軸力圖 2、各級圍巖輸出數(shù)據(jù) 級圍巖： * POST1 ELEMENT TABLE LISTING * STAT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENT ELEM SMIS6 SMIS12 SMIS1 SMIS7 1 -46023. 3586.4 -0.39919E+06 -0.39535E+06 2 3586.4 56568. -0.37131E+06 -0.36826E+06 3 56568. 99399. -0.34344E+06 -0.34123E+06 4 99399. 0.12719E+06 -0.32353E

56、+06 -0.32219E+06 5 0.12719E+06 0.13689E+06 -0.31298E+06 -0.31253E+06 6 0.13689E+06 0.12745E+06 -0.31251E+06 -0.31295E+06 7 0.12745E+06 0.10362E+06 -0.32119E+06 -0.32253E+06 8 0.10362E+06 64626. -0.33957E+06 -0.34178E+06 9 64626. 15311. -0.36598E+06 -0.36903E+06 10 15311. -37979. -0.39843E+06 -0.4022

57、7E+06 XXX 公路隧道設計 - 38 - 11 -37979. -88830. -0.43490E+06 -0.43960E+06 12 -88830. -0.12725E+06 -0.47270E+06 -0.47810E+06 13 -0.12725E+06 -0.14440E+06 -0.50820E+06 -0.51421E+06 14 -0.14440E+06 -0.13190E+06 -0.53828E+06 -0.54481E+06 15 -0.13190E+06 -82512. -0.56006E+06 -0.56701E+06 16 -82512. 9447.2 -0.

58、57109E+06 -0.57834E+06 17 9447.2 46892. -0.57788E+06 -0.58532E+06 18 46892. 82202. -0.58341E+06 -0.59093E+06 19 82202. 0.10906E+06 -0.58241E+06 -0.58989E+06 20 0.10906E+06 19204. -0.58655E+06 -0.59388E+06 21 16862. 0.10670E+06 -0.58954E+06 -0.58222E+06 22 0.10670E+06 81924. -0.58538E+06 -0.57790E+06

59、 23 81924. 49791. -0.58598E+06 -0.57845E+06 24 49791. 15689. -0.57983E+06 -0.57238E+06 25 15689. -77446. -0.57266E+06 -0.56541E+06 26 -77446. -0.12854E+06 -0.56157E+06 -0.55462E+06 27 -0.12854E+06 -0.14323E+06 -0.53970E+06 -0.53317E+06 28 -0.14323E+06 -0.12875E+06 -0.50951E+06 -0.50350E+06 29 -0.128

60、75E+06 -93414. -0.47388E+06 -0.46848E+06 30 -93414. -46023. -0.43593E+06 -0.43123E+06 31 19204. -3361.5 -0.82599E+06 -0.83075E+06 32 -3361.5 -7904.6 -0.80147E+06 -0.80523E+06 33 -7904.6 -3701.8 -0.78116E+06 -0.78387E+06 34 -3701.8 2212.6 -0.76677E+06 -0.76841E+06 35 2212.6 5443.3 -0.75949E+06 -0.760

61、04E+06 36 5443.3 3947.1 -0.75132E+06 -0.75078E+06 37 3947.1 -1333.4 -0.75959E+06 -0.75795E+06 38 -1333.4 -6009.9 -0.77504E+06 -0.77233E+06 39 -6009.9 -3042.8 -0.79649E+06 -0.79273E+06 - 39 - 40 -3042.8 16862. -0.82219E+06 -0.81744E+06 * POST1 ELEMENT TABLE LISTING * STAT CURRENT CURRENT CURRENT CURR

62、ENT ELEM SMIS6 SMIS12 SMIS1 SMIS7 MINIMUM VALUES ELEM 14 13 31 31 VALUE -0.14440E+06 -0.14440E+06 -0.82599E+06 -0.83075E+06 MAXIMUM VALUES ELEM 6 5 6 5 VALUE 0.13689E+06 0.13689E+06 -0.31251E+06 -0.31253E+06 級圍巖： * POST1 ELEMENT TABLE LISTING * STAT CURRENT CURRENT CURRENT CURRENT ELEM SMIS6 SMIS12

63、SMIS1 SMIS7 1 -45337. -2355.1 -0.75417E+06 -0.75033E+06 2 -2355.1 49369. -0.73351E+06 -0.73046E+06 3 49369. 91614. -0.70785E+06 -0.70564E+06 4 91614. 0.12178E+06 -0.67613E+06 -0.67479E+06 5 0.12178E+06 0.13408E+06 -0.66591E+06 -0.66546E+06 6 0.13408E+06 0.12770E+06 -0.66838E+06 -0.66883E+06 7 0.1277

64、0E+06 0.11017E+06 -0.67506E+06 -0.67640E+06 8 0.11017E+06 77505. -0.69095E+06 -0.69316E+06 9 77505. 33978. -0.71429E+06 -0.71734E+06 10 33978. -14767. -0.74333E+06 -0.74717E+06 XXX 公路隧道設計 - 40 - 11 -14767. -62999. -0.77624E+06 -0.78094E+06 12 -62999. -0.10186E+06 -0.81072E+06 -0.81612E+06 13 -0.1018

65、6E+06 -0.12338E+06 -0.84351E+06 -0.84952E+06 14 -0.12338E+06 -0.11998E+06 -0.87182E+06 -0.87835E+06 15 -0.11998E+06 -85006. -0.89307E+06 -0.90002E+06 16 -85006. -13209. -0.90505E+06 -0.91230E+06 17 -13209. 98909. -0.90602E+06 -0.91347E+06 18 98909. 0.25278E+06 -0.89492E+06 -0.90244E+06 19 0.25278E+0

66、6 71598. -0.90086E+06 -0.90834E+06 20 71598. -0.32348E+06 -0.94889E+06 -0.95621E+06 21 -0.32175E+06 85595. -0.95631E+06 -0.94898E+06 22 85595. 0.28213E+06 -0.90613E+06 -0.89865E+06 23 0.28213E+06 0.12064E+06 -0.89959E+06 -0.89207E+06 24 0.12064E+06 694.65 -0.91191E+06 -0.90446E+06 25 694.65 -79016. -0.91205E+06 -0.90480E+06 26 -79016. -0.12186E+06 -0.90109E+06 -0.89414E+06 27 -0.12186E+06 -0.13297E+06 -0.88072E+06 -0.87419E+06 28 -0.13297E+06 -0.11889E+06 -0.85316E+06 -0.84714E+06 29 -0.11889E+0