大學(xué)公路隧道畢業(yè)設(shè)計

1、湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）摘 要本設(shè)計圍繞重慶奧特萊斯配套道路工程隧道右線而進(jìn)行，本隧道為高速公路隧道短隧道，隧道長251.424m，設(shè)計為雙向四車道，設(shè)計車速為100km/h，建筑限界凈寬為10.75m。襯砌采用三心圓曲墻式結(jié)構(gòu)，支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖共同承載，并充發(fā)揮出圍巖的自承能力。以新奧法施工作為隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)，依托隧道圍巖條件較復(fù)雜，包括IV、V級二種級別的圍巖，相應(yīng)圍巖段均采用包含有初支、防水層、二襯組成的復(fù)合式襯砌。初期支護(hù)為噴錨支護(hù)，采用錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架共同作用，二次襯砌采用模筑砼。洞門設(shè)計嚴(yán)格按照公路隧道設(shè)計規(guī)范（GTJ-2004）中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行相

2、關(guān)驗算，采用端墻式洞門；初支根據(jù)公路隧道設(shè)計規(guī)范（GTJ-2004）、隧道工程和相關(guān)工程實例進(jìn)行設(shè)計。二次襯砌利用理正巖土6.0版軟件算出相關(guān)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行配筋計算；同時，根據(jù)相關(guān)參考資料和工程實例進(jìn)行了隧道施工組織設(shè)計、防排水設(shè)計和監(jiān)控量測的設(shè)計，繪制了相應(yīng)的圖紙。關(guān)鍵詞：短隧道；新奧法；曲墻；復(fù)合式襯砌；端墻式洞門ABSTRACTThe design is carried out on the right line of the road tunnel of the auxiliary road in Chongqing. The tunnel is a short tunnel of th

3、e expressway tunnel，Tunnel length 251.424m, designed for two-way four lanes， the design speed is100km/h，Clearance width to 10.75m. of the three circular curved wall lining structure, supporting structure and surrounding rock bearing together, and full play the self bearing capacity of surrounding ro

4、ck. The new Austrian law as the core design of tunnel structure, surrounding rock tunnel contract is complex, IV, V two levels of surrounding rock in. IV and V are used at the beginning of rock section, waterproof layer, composite lining lining consisting of two. The initial support for the spray an

5、chor, anchor bolt, shotcrete, steel mesh, common steel arch, two lining by formworking concrete. In strict accordance with the portal design code for design of highway tunnel (GTJ-2004) of the relevant provisions of the related checking by end wall portal; primary support according to code for desig

6、n of highway tunnel (GTJ-2004), of tunnel engineering and related engineering design examples; two lining using Lizheng geotechnical software version 6 to calculate the relevant data, and reinforcement calculation; at the same time, according to the relevant reference materials and engineering examp

7、le of a tunnel construction design, design of drainage design and monitoring, rendering the corresponding drawings.Keywords: short tunnel; NATM; curved wall; composite lining; side wall portal目 錄第一章 設(shè)計任務(wù)及原始資料11.1 工程概況11.2 線路條件11.3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件11.4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件1第二章 隧道總體設(shè)計32.1 一般規(guī)定與設(shè)計原則32.1.1 一般規(guī)定32.1.2 設(shè)計原則

8、32.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及執(zhí)行規(guī)范42.2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)42.2.2 執(zhí)行規(guī)范42.3 設(shè)計依據(jù)52.4 隧道平面及縱斷面設(shè)計52.5 隧道橫斷面設(shè)計52.5.1 隧道建筑限界52.5.2 隧道襯砌內(nèi)輪廓線設(shè)計62.6 支護(hù)形式的選擇72.6.1 洞門襯砌設(shè)計72.6.2 洞身襯砌設(shè)計7第三章 洞門設(shè)計與計算93.1 洞口地質(zhì)條件93.2 洞門類型的選擇93.3 洞門各部的尺寸擬定93.4 計算參數(shù)103.4.1 土壓力計算103.4.2 端墻穩(wěn)定性驗算123.4.3 主洞端墻驗算14第四章 隧道初期支護(hù)設(shè)計與計算174.1 概述174.2 初期支護(hù)的設(shè)計174.3 V級圍巖初期支護(hù)設(shè)計計算17

9、4.3.1 噴混凝土提供的支護(hù)抗力P1值184.3.2 鋼支撐提供的支護(hù)抗力P2值194.3.3 錨桿提供的支護(hù)抗力P3值204.3.4 圍巖本身提供的支護(hù)抗力P4值214.3.5 最小支護(hù)抗力值Pmin224.4 級圍巖初期支護(hù)設(shè)計計算24第五章 隧道二次襯砌設(shè)計計算255.1 概述255.2 隧道深淺埋確定255.2.1 計算斷面參數(shù)確定255.2.2 深淺埋判定計算255.3 隧道圍巖壓力確定265.3.1 級圍巖壓力計算265.3.2 級圍巖壓力計算285.4 V級圍巖二次襯砌理正巖土軟件驗算（電算）285.4.1 級圍巖二襯計算條件295.4.2 級圍巖二襯內(nèi)力配筋結(jié)果315.4.3

10、 級圍巖二襯內(nèi)力配筋計算315.4.4 V級圍巖二襯裂縫計算345.5 級圍巖二襯襯砌理正巖土軟件驗算（電算）405.5.1 級圍巖二襯計算條件405.5.2 級圍巖配筋結(jié)果425.5.3 級圍巖二襯內(nèi)力配筋計算425.5.4 級圍巖二襯裂縫計算455.6 二襯配筋計算505.6.1 V級圍巖配筋505.6.2 級圍巖配筋50第六章 隧道防排水設(shè)計51第七章 施工組織設(shè)計537.1 概述537.2 施工部署537.3 施工準(zhǔn)備547.3.1 技術(shù)準(zhǔn)備547.3.2 施工機(jī)具、材料準(zhǔn)備547.3.3 施工人員準(zhǔn)備547.4 隧道總體施工方案557.4.1 洞口施工557.4.2 洞身開挖557.

11、4.3 初期支護(hù)577.4.4 二次襯砌577.5 施工通風(fēng)587.6 施工注意事項58第八章 隧道施工監(jiān)控量測598.1 概述598.2 監(jiān)控量測598.2.1 監(jiān)控量測的目的598.2.2 監(jiān)控量測的具體內(nèi)容和量測技術(shù)598.2.3 量測手段608.2.4 監(jiān)控量測的主要方法、步驟及范圍61第九章 結(jié)論63參考文獻(xiàn)64致 謝65v 第一章 設(shè)計任務(wù)及原始資料1.1 工程概況重慶奧特萊斯配套道路工程隧道為分離式隧道，隧道右線起終點樁號為：K0+668.934K0+920.358。隧道軸線最小間距32.01m，左線隧道長287.744m，右線隧道長251.424m，屬短隧道，隧道右線位于R=2

12、000.000m的圓曲線、Ls=100.000的緩和曲線、R=800.000的圓曲線上。1.2 線路條件公路等級：高等級公路, 隧道內(nèi)設(shè)計時速為100km車道數(shù)目：雙向四車道交通量：5000輛/日平 面：(見設(shè)計原始資料附件-重慶奧特萊斯配套道路工程大盛場隧道工程地質(zhì)勘察報告)縱斷面：(見設(shè)計原始資料附件-重慶奧特萊斯配套道路工程大盛場隧道工程地質(zhì)勘察報告)1.3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件工程地質(zhì)：(見設(shè)計原始資料附件-重慶奧特萊斯配套道路工程大盛場隧道工程地質(zhì)勘察報告)水文地質(zhì)：(見設(shè)計原始資料附件-重慶奧特萊斯配套道路工程大盛場隧道工程地質(zhì)勘察報告)地震等級：(見設(shè)計原始資料附件-重慶奧特萊

13、斯配套道路工程大盛場隧道工程地質(zhì)勘察報告) 1.4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件 (1) 建筑材料： 水泥：保證供應(yīng)； 砂石：保證供應(yīng)； 鋼材：必要時可供應(yīng)； 木材：可適當(dāng)供應(yīng)，數(shù)量有限。 (2) 工程用水：工地附近有水源，能保證施工需要，水質(zhì)對混凝土無侵蝕性。 (3) 動力條件：可滿足施工要求。 (4) 施工機(jī)具條件：中、小型施工機(jī)具。 (5) 施工技術(shù)力量及勞動力條件：可保證。 4 附設(shè)計所需的工程地質(zhì)資料：(見設(shè)計原始資料附件) (1) 隧道地區(qū)地形平面圖1張 (1：500)； (2) 隧道地區(qū)地質(zhì)縱斷面圖1張第二章 隧道總體設(shè)計2.1 一般規(guī)定與設(shè)計原則2.1.1 一般規(guī)定隧道設(shè)計應(yīng)滿足公路交通規(guī)劃的

14、要求，設(shè)計根據(jù)現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范，規(guī)程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，借鑒參考相關(guān)類似工程，結(jié)合本隧道實際情況，其建筑限界、斷面凈空、隧道主體機(jī)構(gòu)以及營運通風(fēng)、照明等設(shè)施，應(yīng)按照公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B01-2014）規(guī)定的預(yù)計交通量設(shè)計，當(dāng)近期交通量不大時，可采取一次設(shè)計，分期修建。在公路隧道勘察設(shè)計過程中。應(yīng)根據(jù)公路等級、隧道長度及交通量大小等控制因素合理確定隧道勘察設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)與工作內(nèi)容，有效地控制其設(shè)計質(zhì)量。隧道設(shè)計應(yīng)綜合考慮公路的總體功能、土地資源利用、對生態(tài)環(huán)境的影響、可持續(xù)發(fā)展等方面的要求，樹立全壽命周期成本的設(shè)計新理念，保證隧道主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，避免運營期間疾病的發(fā)生。2.1.2 設(shè)計原則1應(yīng)重視公路總

15、體設(shè)計。隧道內(nèi)外平、縱線行協(xié)調(diào)，符合行車安全與行車舒適的要求；隧道斷面布置形式應(yīng)根據(jù)所處地址條件、周邊環(huán)境等合理確定，符合經(jīng)濟(jì)性與施工安全的要求；隧道施工方法與施工施工組織適應(yīng)隧道特點與地址條件，符合環(huán)境保護(hù)的要求。2應(yīng)重視地址條件必選。根據(jù)隧道特點、區(qū)域地址條件及相應(yīng)設(shè)計階段的要求，制定地質(zhì)勘查方案，充分利用地質(zhì)遙感資料和附件其他工程的地質(zhì)資料進(jìn)行隧道方案比選。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜時，特長隧道應(yīng)控制路線走向，以避開不良地質(zhì)地段；中、短隧道可服從路線走向。3應(yīng)重視中短隧道與路塹方案的比選。評價深路塹與隧道方案對路線平縱面設(shè)計的影響。在方案比選過程中，除應(yīng)考慮工程造價外，還應(yīng)考慮土地使用費、防治水土流

16、失費、棄渣場設(shè)置和提高工程可靠度的費用（高邊坡的處治費用）等。應(yīng)結(jié)合生態(tài)環(huán)境保護(hù)、道路景觀等要素進(jìn)行定性或定量的分析論證。4應(yīng)加強山區(qū)公路隧道施工方案的交通組織設(shè)計。在山區(qū)公路橋隧集中、施工組織困難的特殊地段，隧道的布設(shè)應(yīng)考慮隧道施工方案的和施工期間對交通組織的影響。5應(yīng)加強山區(qū)公路隧道與洞外結(jié)構(gòu)物的協(xié)調(diào)。山區(qū)公路控制性重點工程較多，出現(xiàn)橋隧相接、隧道和互通式立交緊鄰等情況時，特別是特大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)形式和施工方法的選擇及交通組織（如隧道內(nèi)外交通分、合流）等影響到隧道結(jié)構(gòu)形式的選擇時，應(yīng)擴(kuò)展隧道方案的研究范圍，對洞外構(gòu)造物與隧道方案進(jìn)行整體綜合比選。在對隧道附近地形、地貌、地質(zhì)、氣象、社會人文和

17、環(huán)境等進(jìn)行深入調(diào)查的基礎(chǔ)上，應(yīng)對隧道軸線方案的走向、平縱線行、隧道設(shè)置形式及洞口位置等方面進(jìn)行綜合比選。6中、短隧道方案宜服從路線布設(shè)的要求。根據(jù)地形條件，宜對連拱隧道與小凈距隧道方案進(jìn)行比較；對于中心挖深大于30m的路塹宜進(jìn)行路、隧方案比較；對短隧道群宜進(jìn)行整體式路基連供隧道方案與分離式路基小凈距隧道方案的比選、7特長、長隧道在符合路線總體走向的前提下，應(yīng)由隧道控制局部線位。對各可行的方案，以建設(shè)條件、建設(shè)規(guī)模、施工條件和運營管理技術(shù)難度和成本等為比選因素進(jìn)行系統(tǒng)的論證和比較。8應(yīng)綜合考慮不同隧址方案對公路總體施工方案、施工安排和施工工期及工程投資的影響。9對于技術(shù)復(fù)雜的特長隧道，應(yīng)加深隧道

18、地質(zhì)勘察及工程方案分析研究，解決建設(shè)工程中的重大技術(shù)問題，必要時應(yīng)增加技術(shù)設(shè)計階段。 2.2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及執(zhí)行規(guī)范2.2.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 1.公路等級：高速公路 2.設(shè)計速度：100km/h 3.隧道建筑限界： 建筑限界：1.0+0.5+23.75+0.75+1.0=10.75m 限界凈高：5.0m4.汽車荷載等級： 公路級2.2.2 執(zhí)行規(guī)范1)公路隧道設(shè)計規(guī)范（JTG D70-2004）2)公路隧道設(shè)計細(xì)則（JTG/T D70-2010）3)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB 50010-2010）4)公路隧道施工技術(shù)規(guī)范（JTG F602009）5)公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范(JTG C20-2011)

19、6)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（JTG F402004）7)建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB50330-2002）8)爆破安全規(guī)程（GB6722-2003）9)公路工程抗震設(shè)計規(guī)范 (JTG B02-2013) 10)建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011-2010)11)地下工程防水技術(shù)規(guī)范（GB50108-2008）12)建筑設(shè)計防火規(guī)范（GB50016-2006）2.3 設(shè)計依據(jù)1)重慶市城市總體規(guī)劃(2007-2020年)2)兩江新區(qū)龍盛片區(qū)總體規(guī)劃【中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院】3)重慶兩江新區(qū)龍興工業(yè)園區(qū)御復(fù)路一期工程施工圖【林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司2011.10】4)機(jī)場東聯(lián)絡(luò)線北線東延伸

20、段道路工程方案設(shè)計圖【重慶市設(shè)計院2012.10】5)人高路道路工程方案設(shè)計【廈門市市政工程設(shè)計院有限公司】6）奧特萊斯配套道路工程方案設(shè)計【中機(jī)中聯(lián)工程有限公司】7）奧特萊斯配套道路工程機(jī)東北東延伸段二段工程地質(zhì)勘察報告 【重慶川東南地質(zhì)工程勘察設(shè)計院】8)兩江新區(qū)中日產(chǎn)業(yè)園路網(wǎng)研究【重慶市市政設(shè)計研究院】9) 國家和地方相關(guān)的法律、法規(guī)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和指令性規(guī)劃文本等10) 甲方提供片區(qū)內(nèi)1：500地形圖11) 奧特萊斯配套道路工程機(jī)東北東延伸段二段初步設(shè)計專家審查意見2.4 隧道平面及縱斷面設(shè)計隧道的平面布置主要服從線路總體走向，在綜合考慮地形地貌特征及經(jīng)濟(jì)性的前提下，主要考慮隧道進(jìn)口、出

21、口、隧址區(qū)工程地質(zhì)條件等因素。隧道縱斷面設(shè)計綜合考慮了隧道長度、通風(fēng)、照明、主要施工方向、洞口的位置、排水以及隧道進(jìn)、出口接線等因素，隧道平、縱面詳見相應(yīng)圖紙。各隧道設(shè)置及平、縱指標(biāo)見表2.1表2.1 隧道平縱設(shè)置一覽表隧道名稱線位隧道起訖樁號隧道長度(m)縱坡(%)平曲線半徑進(jìn)口段/出口段備注奧特萊斯配套道路工程隧道右線K0+668.934K0+920.358251.424m2.370緩和曲線/緩和曲線單坡2.5 隧道橫斷面設(shè)計2.5.1 隧道建筑限界 根據(jù)公路隧道設(shè)計規(guī)范(JTG D70-2004)高速公路隧道建筑限界的規(guī)定： 本隧道的設(shè)計速度為100km/h，所以： 限界凈寬0.5+1.

22、0+23.75+0.75+1.0=10.75m（具體指標(biāo)見表2.2） 限界凈高 5m (見圖2.1)表2.2 公路隧道建筑限界橫斷面組成最小寬度 （單位m） 公路 等級設(shè)計速度/（km/h）車道寬度 W 橫向?qū)挾萀 檢修道J建筑限界凈寬左側(cè) 右側(cè) 左側(cè) 右側(cè)高速公路 100 3.7520.50 1.00 0.75 1.0010.75 圖2.1 公路隧道建筑限界（單位cm）圖2-2 隧道內(nèi)輪廓線 （單位：cm）2.5.2 隧道襯砌內(nèi)輪廓線設(shè)計 根據(jù)公路隧道設(shè)計規(guī)范(JTG D70-2004)的一般規(guī)定：襯砌設(shè)計應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、斷面形狀、支護(hù)結(jié)構(gòu)、施工條件等，并充分利用圍巖的自承能力。襯砌的內(nèi)

23、輪廓線應(yīng)盡可能地接近建筑限界，而且要盡量圓順。公路隧道設(shè)計規(guī)范(JTG D70-2004)規(guī)定了隧道內(nèi)輪廓線的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，即側(cè)墻為大半徑圓弧，拱部為單心圓拱，仰拱與側(cè)墻之間用小半徑的圓弧來連接。兩車道隧道標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)輪廓斷面如圖2.2所示。2.6 支護(hù)形式的選擇2.6.1 洞門襯砌設(shè)計 洞口工程設(shè)計以“早進(jìn)洞，晚出洞”為原則，最大限度降低洞口邊坡的開挖高度，以保證山體的穩(wěn)定，減小隊洞口自然環(huán)境的破壞。 結(jié)合本隧道進(jìn)出口的實際情況，進(jìn)出口均采用外鑲清條石端墻式洞門。端墻處支護(hù)2222m2m的錨桿，端墻采用1m厚C30鋼筋混凝土，外表面設(shè)置一層8鋼筋網(wǎng)25cm25cm。洞口仰坡采用1：0.75的錨噴支護(hù)，

24、錨桿采用1222m2m布置。洞門仰坡按照“動態(tài)設(shè)計、信息法施工”的原則，采用自上而下的逆作法施工，邊開挖邊進(jìn)行網(wǎng)、錨、噴支護(hù)。洞口施工中應(yīng)盡量減少擾動周圍巖體，盡早做好洞口兩側(cè)邊坡及洞口截排水溝、洞口邊仰坡的防護(hù)和洞口支護(hù)工作，盡早做好隧道洞門，確保洞口安全。2.6.2 洞身襯砌設(shè)計 隧道洞身均依照新奧法原理采用復(fù)合式襯砌，即以錨桿、噴射混凝土或者鋼筋網(wǎng)噴混凝土、鋼拱架為初期支護(hù)，以模筑混凝土為二次襯砌，共同組成永久性承載結(jié)構(gòu)。襯砌結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)根據(jù)圍巖級別、工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件、地形及埋置深度、結(jié)構(gòu)受力特點、并結(jié)合工程施工條件、環(huán)境條件、通過工程類比法和結(jié)構(gòu)計算綜合分析擬定。 第三章 洞門設(shè)計

25、與計算3.1 洞口地質(zhì)條件隧道進(jìn)口位于緩坡地帶，主要坡向288，坡度1525，地表為第四系全新統(tǒng)殘坡積粉質(zhì)粘土覆蓋，厚度約4m，可塑狀，下覆基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組泥巖及砂巖，巖體較完整，質(zhì)硬。隧道進(jìn)口位于大盛場向斜東翼，無斷層通過，巖層呈單斜產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀為29160，局部充填泥質(zhì)，結(jié)合程度差，為硬性結(jié)構(gòu)面，中風(fēng)化巖體較完整。巖體發(fā)育2組構(gòu)造裂隙：裂隙1傾向195，傾角85，裂隙2：傾向280，傾角70，結(jié)合較差。地下水貧乏。3.2 洞門類型的選擇隧道洞口的位置根據(jù)進(jìn)出口地形地貌以及工程地質(zhì)條件等因素，結(jié)合邊坡、仰坡開挖的穩(wěn)定要求和洞門的排水要求，以“早進(jìn)洞，晚出洞”的原則決定；由于本隧道進(jìn)

26、出口均為IV和V級圍巖，圍巖條件理想，所以進(jìn)出口均采用端墻式洞門。3.3 洞門各部的尺寸擬定 根據(jù)公路隧道設(shè)計規(guī)范(JTG D70-2004)規(guī)定，結(jié)合洞門所在地段的工程地質(zhì)條件，為了保證洞門的排水要求和穩(wěn)定性，基礎(chǔ)設(shè)施及洞門尺寸為：1.洞門高為12.2m m，墻厚為1.4m，端墻式洞門正墻墻面坡度取2.洞口邊坡、仰坡坡比采用，處于安全考慮，仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離為，以防仰坡土石掉落到路面上。3.洞門墻嵌進(jìn)地基。4.洞門墻頂高出仰坡腳0.75m，以防水流溢出墻頂，也防止掉落土石彈出。5.端墻厚度為1.4m，端墻長度5m，端墻坡度為，傾斜。6.洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底與襯砌拱頂外緣的高

27、度，以免落石破壞拱圈。表3.1 洞門參數(shù)確定 仰坡坡率 計算摩擦角() 容重（KN/m3） 基地摩擦系數(shù)f 基地控制壓力（Mpa） 1:0.5 70 25 0.6 0.80 1:0.75 60 24 0.5 0.60 1:1 50 20 0.4 0.400.35 1:1.25 4345 18 0.4 0.300.25 1:1.5 3840 17 0.350.4 0.25 表3.2 洞門墻主要驗算規(guī)定墻身截面荷載效應(yīng)值Sd結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值Rd(按極限狀態(tài)算)墻身截面偏心距e0.3倍截面厚度基底應(yīng)力地基容許承載力基底偏心距eB/6，B墻底寬度滑動穩(wěn)定安全系數(shù)Kc1.3傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)K01.63.4

28、 計算參數(shù) 1.擋土墻的邊坡、仰坡坡度 2.地層容重c=18KN/m3 3.地層計算摩擦角 4.基底摩擦系數(shù)f=0.4 5.基底控制壓應(yīng)力=0.4Mpa 6.仰坡坡腳=45，tan=1，=5.93.4.1 土壓力計算計算簡圖見下頁3.2所示圖3.2 洞門土壓力荷載計算簡圖 土壓力系數(shù)計算：最危險滑裂面與垂直面之間的夾角可按下式計算： (3.1) 式中 最危險滑裂面與垂直面之間的夾角，()；圍巖計算摩擦角()；洞門后仰坡坡角()； 墻面傾角()。 (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) (3.6) 式中 土壓力(Kpa)； 洞門前一延米的平均高度； 側(cè)壓力系數(shù)； 地層容重（） 端墻的寬度

29、； 洞口仰坡坡角到洞門墻背的水平距離，取1.8m； 洞門墻條帶計算寬度（m），取b=1m； 墻背土體平破裂角； 端墻現(xiàn)澆混凝土重度； 土壓力計算模式不確定系數(shù)，可取=0.6； 取=5.9， =arctan0.8=39 把數(shù)值帶入可得到： 將上面的數(shù)值帶入（3.2）式中，可得到土壓力E； 式中 3.4.2 端墻穩(wěn)定性驗算（1）抗傾覆穩(wěn)定性驗算：擋土墻在荷載作用下應(yīng)繞著墻趾產(chǎn)生傾覆的時候，應(yīng)該滿足下式： （3.7） 式中： 傾覆穩(wěn)定系數(shù)，K01.6； 全部的垂直力對墻趾的穩(wěn)定力矩(kNm)； 全部的水平力對墻趾的穩(wěn)定力矩(kNm)。墻身自重：對墻趾的力臂：對墻趾的力臂：對墻趾的力臂： （3.8）

30、滿足抗傾覆穩(wěn)定性要求 （2）合力偏心距驗算 設(shè)作用于基底上的垂直合力為 （3.9） 設(shè)其對墻趾的力臂是S，合力偏心距為e 合力在中心線的左側(cè) 計算結(jié)果滿足要求 又： （3.10） 滿足基底壓應(yīng)力要求。3.4.3 主洞端墻驗算 土壓力： =180.1922 墻身界面的偏心距為：式中 M計算界面以上各力對截面形心力矩的代數(shù)和 N作用于截面以上的垂直合力 墻身截面偏心驗算： 墻身截面偏心強度滿足要求 3.4.4 主洞與端墻共同作用（1）土壓力計算 （2）滑動穩(wěn)定性驗算： 滿足滑動穩(wěn)定要求。通過以上的驗算，說明該隧道端墻式洞門的尺寸合理 第四章 隧道初期支護(hù)設(shè)計與計算4.1 概述在二襯施作之前，剛開挖

31、之后馬上進(jìn)行的支護(hù)形式叫做初期支護(hù)，一般有鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、錨桿噴混凝土、噴射混凝土錨桿與鋼架結(jié)合支護(hù)形式。隧道開挖后，為控制圍巖應(yīng)力適量釋放和變形，增加結(jié)構(gòu)安全度和方便施工，隧道開挖后立即施作剛度較小并作為永久承載結(jié)構(gòu)一部分的結(jié)構(gòu)層。4.2 初期支護(hù)的設(shè)計奧特萊斯配套道路工程隧道為高等級公路短隧道，隧道洞口段為V級圍巖，隧道洞身段圍巖等級IV級。級圍巖的側(cè)壁不穩(wěn)定，成洞條件差，自穩(wěn)性差，容易產(chǎn)生大塌方；圍巖自穩(wěn)性差，成洞條件一般較好，可能會出現(xiàn)小塌方。根據(jù)隧道的施工條件、斷面形式、地質(zhì)條件等，并考慮充分發(fā)揮圍巖自承能力，根據(jù)新奧法的原理，奧特萊斯配套道路工程隧道應(yīng)該采用復(fù)合式襯砌，即由初期支

32、護(hù)加中間防水層以及二次襯砌組合而成的襯砌形式，其中初期支護(hù)采用噴、錨、網(wǎng)支護(hù),工字型鋼拱架，并根據(jù)不同的圍巖級別輔以大管棚、超前小導(dǎo)管等超前支護(hù)措施。復(fù)合式襯砌可以采用工程類比的方法進(jìn)行設(shè)計，并通過理論分析來進(jìn)行驗算。初期支護(hù)的參數(shù)按規(guī)范，并應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場圍巖監(jiān)控量測信息對設(shè)計支護(hù)參數(shù)進(jìn)行必要的凋整。4.3 V級圍巖初期支護(hù)設(shè)計計算本隧道襯砌內(nèi)輪廓線半徑為5.70m，V級圍巖預(yù)留變形量5cm，初襯厚度25cm，二襯厚度45cm，隧道的開挖半徑a=5.43+0.1+0.25+0.45=6.23m?，F(xiàn)假定錨桿、鋼支撐、噴射混凝土所組成的聯(lián)合支護(hù)，它們的總支護(hù)抗力可視為各支護(hù)抗力之和，即： (4.2)式

33、中 所提供的總的支護(hù)抗力； 噴混凝土提供的支護(hù)抗力； 鋼支撐提供的支護(hù)抗力； 錨桿提供的支護(hù)抗力； 圍巖本身提供的支護(hù)抗力。計算所得的值應(yīng)滿足不等式： (4.3)式中 巖體中開挖隧道后防止產(chǎn)生剪切滑移破壞所需的最小支護(hù)阻力。4.3.1 噴混凝土提供的支護(hù)抗力P1值噴混凝土抗力是指沿剪切面噴層所提供的平均分配在剪切區(qū)高度b上的抗剪力。剪切滑移體向坑道方向移動時對噴層產(chǎn)生水平推力，此時，如噴層強度不足，則在剪切滑移體的上下邊緣處(應(yīng)力集中區(qū))形成兩個剪切滑移面。當(dāng)處于受力極限平衡時，其水平推力與兩個剪切面上的水平抗剪分力相平衡。 (4.4) (4.5)將(4.5)式代入(4.4)可得： (4.6)

34、式中 噴混凝土厚度； 噴混凝土抗剪強度； 噴混凝土的剪切角，取 剪切區(qū)高度； 剪切滑移面的平均傾角。 (4.7) (4.8) (4.9)式中 圍巖內(nèi)摩擦角，?。患羟谢泼媾c最小主應(yīng)力軌跡線成角，、均見圖4.1；加固帶高度；錨桿橫向間距。將數(shù)據(jù)代入各式中，可得： 將各參數(shù)代入(4.6)式可得：4.3.2 鋼支撐提供的支護(hù)抗力P2值鋼支撐提供的支護(hù)力計算時可換算成相應(yīng)的噴混凝土支護(hù)抗力，即： (4.10)式中：每米隧道鋼材的當(dāng)量面積，由于工字鋼截面面積為， 每米的用鋼量換算成截面面積為；鋼材的抗剪強度，?。?鋼材的剪切角，一般采用 代入式中可得：4.3.3 錨桿提供的支護(hù)抗力P3值 錨桿受力破壞有

35、兩種情況：1.錨桿體本身的強度不足而被拉斷。此種情況下的錨桿提供平均徑向支護(hù)抗 力：(4.11)式中 錨桿的斷面積；錨桿的抗拉強度； 、錨桿的縱向及橫向間距。將數(shù)據(jù)代入(4.11)式可得：2.錨桿粘結(jié)破壞，即砂漿錨桿與孔壁之間的粘結(jié)力不足而破壞。這種情況下錨桿提供的平均徑向支護(hù)抗力：(4.12)(4.13)式中 錨桿抗拔力，即錨桿的錨固力；鉆孔直徑，在此設(shè)計中?。诲^固段長度，為；孔壁與注漿體之間極限粘結(jié)強度，??；將數(shù)據(jù)代入(4.13)式可得：將數(shù)據(jù)代入(4.12)式可得：兩者取較小值，則錨桿提供的平均徑向支護(hù)抗力為：由于在0范圍內(nèi)的錨桿才能對剪切滑移體產(chǎn)生抗力，則：4.3.4 圍巖本身提供的支

36、護(hù)抗力P4值剪切滑移體滑動時，圍巖在滑移面上的抗滑力，其水平方向的分力在剪切區(qū)高度b/2上的抗滑力P4為：(4.14)式中 S剪切滑移面長度； n、n分別為沿滑移面的剪切應(yīng)力和垂直于滑移面的正應(yīng)力。剪切滑移曲面半徑：、按摩爾包絡(luò)線為直線時的假定求出(見圖4.2)：(4.15)(4.16)(4.17)由(4.15)(4.17)式可得：(4.18)圖4.2 包絡(luò)線圖最小主應(yīng)力3隨剪切滑移面位置而變化，難以確定，所以假定等于各支護(hù)結(jié)構(gòu)所提供的徑向支護(hù)抗力之和：(4.19)式中 P1噴混凝土層提供的徑向支護(hù)抗力； P2鋼支撐提供的徑向支護(hù)抗力； P3錨桿提供的徑向支護(hù)力。將數(shù)據(jù)代入上式可得：將1、3代

37、入(4.15)和(4.16)式得：將以上數(shù)據(jù)代入(4.14)可得：將P1、P2、P3、P4代入式(4.2)式可得：4.3.5 最小支護(hù)抗力值Pmin按重力平衡條件方法求解。塑性區(qū)巖體會隨塑性徑向位移的增長而形成松散區(qū)。松散區(qū)的巖體在重力的作用下形成松散壓力，為了保持坑道穩(wěn)定，用支護(hù)力與它平衡(如圖4.3)。當(dāng)處于受力極限平衡狀態(tài)時，所求得的支護(hù)抗力即為Pmin。當(dāng)滑移體處于受力極限平衡狀態(tài)時 （4.24）圖4.3 開挖支護(hù)后隧道受力分析圖由卡斯特納公式得： （4.25）則 （4.26） 式中： 為圍巖的重度，此處為級圍巖，取=20KN/m3為初始應(yīng)力，設(shè)處于均質(zhì)巖體中，則 塑性系數(shù) 巖石單軸抗

38、壓強度 將數(shù)據(jù)帶入式中得 由4.3.4所得到的P和4.3.5得到的Pmin，可知P Pmin。支護(hù)設(shè)計滿足要求。4.4 級圍巖初期支護(hù)設(shè)計計算根據(jù)4.3設(shè)計計算原理與步驟，同理可得出圍巖條件下的初支參數(shù)，如表4.1所示。 表4.1 隧道復(fù)合式襯砌初期支護(hù)的設(shè)計參數(shù)圍巖級別噴射混凝土厚度(cm)錨桿(m)鋼筋網(wǎng)(cm)鋼架拱部、邊墻仰拱位置長度間距IV15拱、墻拱、墻2525拱、墻V25拱、墻拱、墻2020拱、墻、仰拱第五章 隧道二次襯砌設(shè)計計算5.1 概述隧道二次襯砌是隧道工程施工在初期支護(hù)內(nèi)側(cè)施作的模筑混凝土或鋼筋混凝土襯砌，與初期支護(hù)共同組的復(fù)合式襯砌。指在隧道做完初支的條件下，用混凝土等

39、材料修建的內(nèi)層襯砌，以達(dá)到加固支護(hù)、方便設(shè)置照明、通訊等設(shè)施的作用，以適應(yīng)現(xiàn)代化高速道路隧道建設(shè)的要求。5.2 隧道深淺埋確定5.2.1 計算斷面參數(shù)確定隧道寬度內(nèi)輪廓線寬度+襯砌厚度+預(yù)留變形量；隧道高度內(nèi)輪廓線高度+襯砌厚度+預(yù)留變形量； 5.2.2 深淺埋判定計算淺埋和深埋隧道的分界，按荷載等效高度值，并結(jié)合地質(zhì)條件、施工方法等因素綜合確定。按荷載等效高度的判定公式為: （5-1）式中 淺埋式隧道分界深度； 荷載等效高度，即塌落拱高度； 在新奧法施工條件下，級圍巖?。患墖鷰r取 。 （5-2） 隧道寬度，本隧道??； 圍巖級別； iB每增減時圍巖壓力的增減率，以的圍巖垂直均布壓 力為準(zhǔn)，當(dāng)時

40、，取，當(dāng)，取。 在級圍巖情況下級圍巖隧道最大埋深為20m 當(dāng)埋深大于時，為深埋，當(dāng)埋深小于時為淺埋 在級圍巖情況下 對于級圍巖，均大于淺埋分界深度，為深埋 5.3 隧道圍巖壓力確定5.3.1 級圍巖壓力計算由于在級圍巖覆蓋層中隧道埋深既有小于荷載等效高度段又有處于等效荷載高度和分界深度之間段。且等效高度段和分界深度之間段的垂直均布壓力和側(cè)壓力均大于等效高度以下段，所以在此取等效荷載高度和分界深度之間最大埋深段為研究對象。如圖5.1所示。圖5.1 淺埋隧道圍巖壓力計算 （5-3） （5-4） （5-5） 式中 隧道寬度； 側(cè)壓力系數(shù)； 隧道埋深，在此?。?破裂面與水平面夾角； 計算摩擦角，取 滑

41、面摩擦角，取 圍巖重度， （5-6） （5-7） （5-8）式中 作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的水平側(cè)壓力 側(cè)向均部壓力 隧道底到地面的距離， 5.3.2 級圍巖壓力計算 級圍巖全段均為深埋，所以： ，取5.4 V級圍巖二次襯砌理正巖土軟件驗算（電算） 本設(shè)計利用理正巖土5.6版本軟件算隧道二次襯砌。表5.1 襯砌基本參數(shù)設(shè)計參數(shù)指標(biāo)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)砼規(guī)范GB50010-2002承載能力極限狀態(tài)01.0襯砌斷面類型三心圓拱式每段計算的分段數(shù)10計算迭代次數(shù)10抗力驗證要求高 圖5.2 計算簡圖5.4.1 級圍巖二襯計算條件表5.2 襯砌參數(shù)襯砌參數(shù)數(shù)據(jù)底拱半徑15.450(m)底拱半中心角18.000(度)底拱厚度0.450(m)側(cè)拱半徑8.380(m)側(cè)拱角度15.000(度)側(cè)拱厚度0.450(m)頂拱半中心角89.900(度)頂拱拱頂厚度0.600(m)底拱圍巖彈抗系數(shù)100.000(MN/m3)側(cè)拱圍巖彈抗系數(shù)100.000(MN/m3)頂拱圍巖彈抗系數(shù)100.000(MN/m3)襯砌的彈性模量33500.000(MPa) 表5.3 荷載參數(shù)荷載參數(shù)數(shù)據(jù)底部山巖壓力(側(cè))0.000(kN/m)底部山巖壓力(中)0.000(k