隧道工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書-優(yōu)秀

中南大學(xué)隧道工程課程設(shè)計(jì)原始資料地質(zhì)及水文條件長塢嶺隧道穿越地段巖層為石灰?guī)r，地下水不發(fā)育。其地貌為一丘陵區(qū)，海拔約為450米。詳細(xì)地質(zhì)資料示于隧道地質(zhì)縱斷面圖中。路線條件隧道系一級公路隧道，設(shè)計(jì)行車速度為80公里/小時(shí),洞門外路塹底寬度約為11米，洞口附近路面標(biāo)高：進(jìn)口，190.00～210.00米；出口，190.00～200.00米。線路坡度及平、縱面見附圖。施工條件具有一般常用的施工機(jī)具及設(shè)備,交通方便,原材料供給正常,工期不受控制。附CAD電子圖：1.洞口附近地形平面圖；2.隧道地質(zhì)縱斷面圖。二、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求〔一〕確定隧道進(jìn)、出口洞門位置，定出隧道長度；〔二〕在地形平面圖上繪制隧道進(jìn)口、出口邊坡及仰坡開挖線；〔三〕確定洞身支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及相應(yīng)長度，并繪制Ⅲ級圍巖地段復(fù)合式襯砌橫斷面圖一張；〔四〕按所給定的地質(zhì)資料及技術(shù)條件選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒?，并繪制施工方案橫斷面分塊圖及縱斷面工序展開圖；〔五〕將設(shè)計(jì)選定的有關(guān)數(shù)據(jù)分別填入隧道縱斷面總布置圖的相應(yīng)欄中，并寫出設(shè)計(jì)說明書一份。設(shè)計(jì)步驟確定隧道內(nèi)輪廓與建筑限界2.1.1確定內(nèi)輪廓線隧道系一級公路隧道，設(shè)計(jì)行車速度為80公里/小時(shí),根據(jù)?公路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?4.4.3，選用v=80km/h的標(biāo)準(zhǔn)斷面。該標(biāo)準(zhǔn)斷面拱部為單心半圓，側(cè)墻為大半徑圓弧，仰拱與側(cè)墻間用小半徑圓弧連接。幾何尺寸如下表：公路等級設(shè)計(jì)時(shí)速R1R2R3R4H1H2H’2一級公路80km/h5437931001800162.3200159.1V=80km/h標(biāo)準(zhǔn)斷面示意圖：2.1.2確定建筑限界參考公路隧道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)〔JTGD70-2004〕4.4.1有以下規(guī)定〔1〕建筑限界高度，高速公路、一級公路、二級公路取5.0m，故這里取H=5.0m；〔2〕當(dāng)設(shè)置檢修道或人行道時(shí)，不設(shè)余寬；〔3〕隧道路面橫坡，當(dāng)隧道為單向交通時(shí)，應(yīng)取單面坡，這里取橫坡為1.5%；〔4〕當(dāng)路面采用單面破時(shí)，建筑限界底邊線與路面重合。按要求畫出建筑限界示意圖如下所示：圖1建筑限界示意圖〔單位：cm〕選擇洞門結(jié)構(gòu)類型2.2.1地形條件根據(jù)長塢嶺隧道地形平面圖，可見隧道出口處地形對稱無偏壓〔偏壓不明顯〕，應(yīng)選擇洞門結(jié)構(gòu)時(shí)無需考慮偏壓。2.2.2工程地質(zhì)條件由長塢嶺隧道工程地質(zhì)縱斷面設(shè)計(jì)圖中可知，隧道出口附近30m左右，圍巖穩(wěn)定性較差，圍巖級別為V級，具體工程地質(zhì)條件及評價(jià)如下：全風(fēng)化千枚巖，黃褐至淺灰色，巖芯呈砂狀，碎石狀，濕，密實(shí)，巖體結(jié)構(gòu)，構(gòu)造已破裂，呈砂，碎石狀結(jié)構(gòu)，整體性差，Vp=500~900m/s，Vm=200~300m/s，圍巖穩(wěn)定性差。V級圍巖。綜上，選擇翼墻式洞門。翼墻式洞門示意圖如下：確定洞口位置2.3.1出口里程及設(shè)計(jì)高程本設(shè)計(jì)只要求設(shè)計(jì)長塢嶺隧道出口，根據(jù)長塢嶺隧道工程地質(zhì)縱斷面設(shè)計(jì)圖可知，出口里程大致為1364.133，設(shè)計(jì)高程為189.711m，地面高程為201.239m。2.3.2邊仰坡率及洞門參數(shù)根據(jù)工程地質(zhì)條件，V級圍巖，取邊仰坡坡率為1:1.5，取邊仰坡最大開挖高度為10m。翼墻頂面斜坡坡度，取1:0.75，那么C=7.5m。端墻為直墻，略向后傾斜，坡度取10:1。洞門位置至仰坡坡腳水平距離不小于1.5m，本設(shè)計(jì)b取2.5m。2.3.3開挖方法及開挖參數(shù)計(jì)算本設(shè)計(jì)采用甲式開挖，甲式開挖后的邊、仰坡范圍由六個(gè)面組成：即一個(gè)仰坡面，兩個(gè)邊坡面，兩個(gè)邊仰坡的弧形聯(lián)接面和一個(gè)路基面構(gòu)成。在確定洞門位置時(shí)，可以近似將洞口路基面視為一個(gè)水平基準(zhǔn)面。甲式開挖示意圖如下：甲式開挖參數(shù)計(jì)算如下：C=7.5mBm為墻頂半寬，即Bm=R1=5.43mH路基=189.7m，H設(shè)計(jì)=10m故：H控制=H路基+H設(shè)計(jì)=189.7+10=199.7md=H設(shè)計(jì)×m=15m作圖方法：1．在地形平面圖上找出數(shù)值為H控制的等高線；2．沿線路中心線兩側(cè)作寬度為路塹底寬度之半的兩根平行線Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ；3．以d為半徑，沿Ⅰ－Ⅰ〔或Ⅱ－Ⅱ〕線移動，找出與控制等高線相切的點(diǎn)a后，在Ⅰ－Ⅰ線〔或Ⅱ－Ⅱ線〕上標(biāo)出圓心O點(diǎn)；4．從O點(diǎn)向洞內(nèi)方向移動C的距離得一點(diǎn)P，過P點(diǎn)作線路中心線的垂線PP′，那么PP′即為甲式開挖時(shí)的洞門位置；具體作圖見洞口地形平面圖。2.3.4確定隧道長度根據(jù)隧道長度L=出口里程-入口里程得隧道長度L=1364-599=765m洞口仰坡和邊坡開挖線確實(shí)定所謂邊仰坡開挖線是指洞口地段邊仰坡面與地外表的交線。2.4.1繪制原理繪制原理：地形平面圖是用來表示所測范圍內(nèi)地形、地物各處的標(biāo)高和地表自然坡度的情況的。同理，洞口邊仰坡面的平面位置和陡坡也可用等高線的形式在平面圖上表示。作邊仰坡開挖線就是要在地形平面圖找出規(guī)那么圖〔邊坡、仰坡面等〕與不規(guī)那么圖〔地外表〕的交線。下面，分別計(jì)算仰坡和邊坡開挖線：2.4.2確定仰坡開挖線仰坡開挖線隧道進(jìn)口仰坡坡腳標(biāo)高為189.7m，仰坡坡率為1：1.5，為了求得仰坡與地外表的交線，先計(jì)算仰坡的等高線距仰坡坡腳的水平距離d1、d2、d3……等。對196m等高線d1=(196－189.7)×m=6.3×1.5=9.45m對194m等高線d2=(194－189.7)×m=4.3×1.5=6.45m對192m等高線d3=(192－189.7)×m=2.3×1.5=3.45m對190m等高線d4=(190－189.7)×m=0.3×1.5=0.45m然后在圖中按比例作與洞門墻平行且相距為d1的1－1線，交196m等高線于①點(diǎn)，作2－2線與洞門墻相距為d2交194m等高線于②點(diǎn)，以此類推，用虛線連接a、①、②、……各點(diǎn)即為仰坡開挖線。具體圖形見洞口平面圖。2.4.3確定邊坡開挖線邊坡開挖線其原理同前，隧道縱坡較小〔3‰〕，不考慮縱坡影響，故邊坡坡腳標(biāo)高也為189.7m，邊坡坡率1：n＝1：1.5，那么不同標(biāo)高位置的邊坡頂點(diǎn)至邊坡坡腳的水平投影距離為：對196m等高線c1=(196－189.7)×m=6.3×1.5=9.45m對194m等高線c2=(194－189.7)×m=4.3×1.5=6.45m對192m等高線c3=(192－189.7)×m=2.3×1.5=3.45m對190m等高線C4=(190－189.7)×m=0.3×1.5=0.45m在地形平面圖中按比例作與路基邊緣平行且相距為c1的1－1線，交196m等高線于〔1〕點(diǎn)，作2－2線與路基邊緣相距為c2交194m等高線于〔2〕點(diǎn)，以此類推，用虛線連接a、〔1〕、〔2〕、……各點(diǎn)即為邊坡開挖線。具體圖形見洞口地形平面圖。2.4.4開挖示意圖各分段圍巖級別及支護(hù)類型2.5.1各分段圍巖級別各分段圍巖級別、里程及長度表里程長度〔m〕圍巖級別589.8~630.040.2V630.0~752.0122IV752.0~804.052V804.0~1253.0449IV1253.0~1293.040V1293.0~1335.042IV1335.0~1364.129.1V隧道通過地段的地質(zhì)情況常有變化，應(yīng)按其不同圍巖類別選用不同類型的襯砌。在兩類襯砌連接處，圍巖較差地段的襯砌斷面應(yīng)向圍巖較好地段作適當(dāng)?shù)难由?，一般延伸長度為5～10m，本設(shè)計(jì)統(tǒng)一取5m。2.5.2各分段支護(hù)結(jié)構(gòu)形式各分段襯砌結(jié)構(gòu)形式表里程長度(m)支護(hù)形式589.8~635.045.2超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固地層，超前錨桿預(yù)支護(hù)；初支采用18~20工字鋼，噴射混凝土掛網(wǎng)支護(hù)，間距取0.8m，潮噴工藝；二襯采用C40模筑混凝土，厚度為45cm.635.0~747.0112超前錨桿預(yù)支護(hù)；初支采用鋼格柵，噴射噴射混凝土掛網(wǎng)，格柵間距0.8m，潮噴工藝；二襯采用C40模筑混凝土，厚度40cm.747.0~809.062超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固地層，超前錨桿預(yù)支護(hù)；初支采用18~20工字鋼，噴射混凝土掛網(wǎng)支護(hù)，間距取0.8m，潮噴工藝；二襯采用C40模筑混凝土，厚度為45cm.809.0~1248.0439超前錨桿預(yù)支護(hù)；初支采用鋼格柵，噴射噴射混凝土掛網(wǎng)，格柵間距0.8m，潮噴工藝；二襯采用C40模筑混凝土，厚度40cm.1248.0~1298.050超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固地層，超前錨桿預(yù)支護(hù)；初支采用18~20工字鋼，噴射混凝土掛網(wǎng)支護(hù)，間距取0.8m，潮噴工藝；二襯采用C40模筑混凝土，厚度為45cm.1298.0~1330.032超前錨桿預(yù)支護(hù)；初支采用鋼格柵，噴射噴射混凝土掛網(wǎng)，格柵間距0.8m，潮噴工藝；二襯采用C40模筑混凝土，厚度40cm.1330.0~1364.134.1超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固地層，超前錨桿預(yù)支護(hù)；初支采用18~20工字鋼，噴射混凝土掛網(wǎng)支護(hù)，間距取0.8m，潮噴工藝；二襯采用C40模筑混凝土，厚度為45cm.2.5.3IV級圍巖詳細(xì)支護(hù)參數(shù)確實(shí)定參考標(biāo)準(zhǔn)8.4.2有“復(fù)合式襯砌可采用工程類比法進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過理論分析進(jìn)行驗(yàn)算。初期支護(hù)及二次襯砌的支護(hù)參數(shù)可參照表8.4.2-1、表8.4.2-2選用，并應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場圍巖監(jiān)控量測信息對設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行必要的調(diào)整〞。這里工程類比，得到隧道縱斷面圖的復(fù)合式襯砌型式。確定的IV級圍巖襯砌結(jié)構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：初期支護(hù)：1.Φ22砂漿錨桿，L=3m；2.15cm厚C20噴射混凝土；3.Φ8鋼筋網(wǎng)@25×25；防水層：1.350g/m2無紡?fù)凉げ迹?.防水板；二次襯砌：40cm厚C40鋼筋混凝土。施工方法隧道施工方法是否恰當(dāng)，直接影響施工平安、進(jìn)度、質(zhì)量和造價(jià)等，應(yīng)根據(jù)隧道所處的地形、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)、工期、斷面大小、施工技術(shù)設(shè)備和水平加以綜合考慮。本隧道采用新奧法施工。2.6.1施工方法比選該隧道總體圍巖穩(wěn)定性較差，根本為IV級或V級圍巖，屬于軟弱圍巖，故不應(yīng)采用全斷面法；該隧道為山嶺隧道，對地表沉降控制的要求不高，故不必采用分部開挖法，因分部開挖法掘進(jìn)速度較慢，本錢較高；根據(jù)圍巖級別〔IV、V〕，采用短臺階法開挖最為適宜。2.6.2短臺階法優(yōu)點(diǎn)短臺階法能縮短支護(hù)結(jié)構(gòu)閉合的時(shí)間，改善初期支護(hù)的受力條件，有利于控制隧道變形收斂速度和變形值，所以可以用于穩(wěn)定性較差的圍巖。2.6.3短臺階法施工步驟1、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、測量放樣、監(jiān)控量測

通過地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水、超前水平鉆探、掌子面地質(zhì)素描等多種手段探測掌子面前方地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造，綜合分析研究，及時(shí)調(diào)整和確定施工方法和參數(shù)。通過監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析可正常進(jìn)行下道工序后，測量放線各局部開挖輪廓線、隧道中線、高程。2、開挖〔1〕開挖前施作超前支護(hù)，開挖臺階形成后施工順序如下：爆破開挖③部，爆破后暫不出渣，用挖機(jī)或裝載機(jī)將炮渣沿上、下臺階處修整平緩坡，并將上臺階開挖臺車移至下臺階。爆破開挖①部，出渣。上臺階出渣完畢后將開挖臺車移至上臺階，下臺階開始出渣，上臺階同時(shí)施作周邊的初期支護(hù)、既初噴4cm厚混凝土，架立工字鋼架〔如設(shè)計(jì)有〕，鉆射系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。下臺階出渣完，施作周邊的初期支護(hù)、既初噴4cm厚混凝土，架立工字鋼架〔如設(shè)計(jì)有〕，鉆射系統(tǒng)錨桿后復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。重復(fù)a、b、c、d四步，反復(fù)循環(huán)?！?〕開挖中各臺階長度、循環(huán)進(jìn)尺、上、下臺階高度應(yīng)嚴(yán)格控制：開挖上臺階高度約6米，上臺階長度宜為10～12m,開挖下臺階高度約3米，下臺階長度宜為20～30m?！?〕初期支護(hù)噴射混凝土強(qiáng)度到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上時(shí)進(jìn)行下一局部的開挖。3、開挖檢查〔1〕每一步支護(hù)前，都應(yīng)進(jìn)行圍巖量測，確定圍巖的穩(wěn)定性并指導(dǎo)下一循環(huán)施工?！?〕拱部允許最大超挖值25cm；拱墻、邊墻允許平均超挖值12cm；仰拱允許最大超挖值25cm,允許平均超挖