隧道工程課程設(shè)計(jì)

本科生課程設(shè)計(jì)課程名稱隧道工程學(xué)部理工農(nóng)學(xué)部目錄第一部分隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書1一．課程設(shè)計(jì)題目1二．適用專業(yè)、班級(jí)、時(shí)間1三．課程設(shè)計(jì)目的及任務(wù)1四．設(shè)計(jì)方法與步驟5五．時(shí)間及進(jìn)度安排5六．建議參考資料5第二部分隧道主體結(jié)構(gòu)計(jì)算書62.1建筑限界62.1.1一般規(guī)定62.1.2隧道總體設(shè)計(jì)原則62.1.3隧道設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)62.1.4隧道建筑限界圖72.2內(nèi)輪廓圖確定82.3隧道洞口的設(shè)計(jì)92.3.1洞門形式的選擇92.3.2洞門構(gòu)造要求92.3.3驗(yàn)算滿足條件102.3.4洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算102.4初期支護(hù)設(shè)計(jì)142.4.1支護(hù)形式的選擇及參數(shù)確定142.4.2Ⅲ級(jí)圍巖的初期支護(hù)設(shè)計(jì)152.4.3初期支護(hù)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算172.5二次襯砌的計(jì)算252.6施工組織設(shè)計(jì)262.6.1編制說明262.6.2工程概況262.6.3工程特點(diǎn)、難點(diǎn)及施工措施272.6.4施工總體部署27 2.6.5施工組織機(jī)構(gòu) 282.6.6施工組織流程 29附圖301、建筑限界圖、內(nèi)輪廓圖302、洞口立面圖303、洞口側(cè)面圖304、復(fù)合式襯砌斷面布置圖30 --第一部分第一部分隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書一．課程設(shè)計(jì)題目隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二．適用專業(yè)、班級(jí)、時(shí)間張家界學(xué)院學(xué)院建筑工程專業(yè)三．課程設(shè)計(jì)目的及任務(wù)（一）設(shè)計(jì)目的：通過本設(shè)計(jì)掌握：建筑限界和內(nèi)輪廓圖；隧道洞口的設(shè)計(jì)；隧道洞身的設(shè)計(jì)及二次襯砌的驗(yàn)算；④施工組織設(shè)計(jì)。（二）設(shè)計(jì)任務(wù)：1.設(shè)計(jì)資料（1）隧道總體概況已知隧道為山嶺兩車道公路隧道，示意簡圖如圖1.1所示。整個(gè)隧道原本分為左右線，并且左右線都為相向施工，但本次課程設(shè)計(jì)只要求設(shè)計(jì)單洞單向施工到達(dá)貫通位置的情況，只要求設(shè)計(jì)主洞的一般斷面，不要求設(shè)計(jì)緊急停車帶與橫洞等附屬洞室。隧道采用新奧法理念施工，隧道采用復(fù)合式襯砌，設(shè)計(jì)使用年限為100年。圖1.1隧道示意圖表1.1不同的圍巖級(jí)別文中簡寫表示意義圍巖情況描述Ⅲ級(jí)Ⅲ級(jí)圍巖砂巖，巖體較完整，塊狀結(jié)構(gòu)Ⅳ級(jí)Ⅳ級(jí)圍巖頁巖，巖體局部破碎，層狀結(jié)構(gòu) Ⅴ級(jí) Ⅴ級(jí)圍巖 礫巖，巖體破碎，泥質(zhì)膠結(jié)表1.2圍巖計(jì)算參數(shù)圍巖級(jí)別重度（kN/m3）彈性抗力系數(shù)（MPa/m）變形模量（GPa）泊松比內(nèi)摩擦角（°）粘聚力（MPa）Ⅲ級(jí)圍巖251200200.3501.5Ⅳ級(jí)圍巖2350060.35390.7Ⅴ級(jí)圍巖2020020.45270.2表1.3不同的設(shè)計(jì)行車速度文中簡寫表示意義速A設(shè)計(jì)行車速度為100km/h速B設(shè)計(jì)行車速度為80km/h速C設(shè)計(jì)行車速度為60km/h表1.4不同的隧道設(shè)計(jì)長度文中簡寫表示意義長A表示隧道設(shè)計(jì)長度1500m長B表示隧道設(shè)計(jì)長度2500m長C表示隧道設(shè)計(jì)長度3500m注：洞口段可選為40m長(2)隧道洞口段依據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)洞門并對(duì)洞門擋土墻進(jìn)行驗(yàn)算。洞門擋土墻的傾斜度與嵌入基底深度根據(jù)規(guī)范選定。隧道開挖邊界(拱頂）地表深埋的同不隧道開挖邊界(拱頂）洞門擋土墻(隧道中線處)圖1.2埋深示意圖表1.5不同的洞口段埋深文中簡寫洞口段埋深（m)洞口A2.5洞口B3.5洞口C4.5(3)隧道洞身段(3)隧道洞身段根據(jù)圍巖級(jí)別與隧道洞身段埋深計(jì)算圍巖壓力，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》185頁的荷載分擔(dān)比例表，確定初期支護(hù)與二次襯砌的荷載分擔(dān)比例。根據(jù)規(guī)范選定初期支護(hù)與二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)。表1.6不同的洞身段埋深文中簡寫隧道洞身段埋深（開挖輪廓線拱頂至地表的距離）洞身Am15洞身Bm30洞身C50m洞身D70m洞身E90m洞身F120m(4)驗(yàn)算二次襯砌的強(qiáng)度目前數(shù)值模擬軟件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于隧道設(shè)計(jì)中，確定二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)后，最好用某一種數(shù)值模擬軟件計(jì)算二次襯砌的內(nèi)力，進(jìn)一步驗(yàn)算二次襯砌所有截面的強(qiáng)度。由于本次課程設(shè)計(jì)時(shí)間短，沒有足夠的時(shí)間學(xué)習(xí)數(shù)值模擬軟件，因此下面假定已經(jīng)計(jì)算出了二次襯砌的內(nèi)力（二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)與荷載不同，計(jì)算出來的內(nèi)力也不同），同學(xué)們按照?qǐng)D中指定的截面，驗(yàn)算二次襯砌在這一截面的強(qiáng)度，目的是掌握計(jì)算原理與思路。圖1.3二次襯砌驗(yàn)算指定截面(注：你設(shè)計(jì)的二次襯砌可能有仰拱也可能無仰拱，但不影響這里的驗(yàn)算)表1.7不同截面的二次襯砌內(nèi)力文中簡稱軸力(kN)剪力(kN)彎矩(kN×m)截面A-2506-64-43截面B-208614526截面C-2823-5110(5)施工組織設(shè)計(jì)施工組織設(shè)計(jì)包括施工方法、各工序施作時(shí)機(jī)、人員配備、主要材料、機(jī)械設(shè)備、進(jìn)度計(jì)劃等。每個(gè)人的隧道圍巖級(jí)別、隧道埋深與隧道長度等不同，因此制定的隧道施工組織設(shè)計(jì)也應(yīng)不同。2.設(shè)計(jì)工作及要求每個(gè)人針對(duì)的工程情況均有不同之處（詳見下表），自己只做自己對(duì)應(yīng)的工況，不要抄襲別人的設(shè)計(jì)。表1.8設(shè)計(jì)分組情況一覽表學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)工況1，16，31，46Ⅲ級(jí)速C長A洞口A洞身A截面A2，17，32，47Ⅳ級(jí)速B長C洞口B洞身B截面B3，18，33，48Ⅴ級(jí)速A長C洞口C洞身C截面A4，19，34，49Ⅲ級(jí)速C長A洞口A洞身D截面C5，20，35，50Ⅴ級(jí)速B長B洞口C洞身E截面B6，21，36，51Ⅳ級(jí)速C長C洞口B洞身F截面C7，22，37，52Ⅳ級(jí)速A長B洞口B洞身B截面A8，23，38，53Ⅲ級(jí)速A長A洞口A洞身C截面A9，24，39，54Ⅴ級(jí)速B長A洞口C洞身D截面B10，25，40，55Ⅳ級(jí)速C長C洞口B洞身E截面C11，26，41，56Ⅴ級(jí)速A長B洞口C洞身F截面A12，27，42，57Ⅲ級(jí)速C長A洞口A洞身A截面C13，28，43，58Ⅴ級(jí)速B長B洞口C洞身C截面B14，29，44，59Ⅲ級(jí)速C長C洞口A洞身A截面C15，30，45，60Ⅳ級(jí)速B長B洞口B洞身B截面B每位同學(xué)均應(yīng)根據(jù)上表的分組名單與對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)時(shí)速完成本設(shè)計(jì)，應(yīng)完成的設(shè)計(jì)工作包括：根據(jù)隧道概況，選擇隧道限界，確定隧道內(nèi)輪廓尺寸，繪制隧道建筑限界圖及內(nèi)輪廓圖。設(shè)計(jì)隧道洞門（如采用端墻式洞門、翼墻式洞門等），并驗(yàn)算洞門擋土墻，繪制隧道洞門立面圖與側(cè)面圖。計(jì)算隧道洞身段的圍巖壓力，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》185頁的荷載分擔(dān)比例表，確定洞身段初期支護(hù)與二次襯砌的荷載分擔(dān)比例。根據(jù)規(guī)范選定洞身段初期支護(hù)與二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)，繪制洞身段復(fù)合式襯砌橫斷面布置圖。驗(yàn)算指定截面的二次襯砌強(qiáng)度，如果強(qiáng)度不合格，指出應(yīng)采取的措施。編制施工組織設(shè)計(jì)，內(nèi)容既包括進(jìn)洞方法與超前支護(hù)措施，也包括洞身段的施工方法、各工序施作時(shí)機(jī)、人員配備、主要材料、機(jī)械設(shè)備、進(jìn)度計(jì)劃等。3.圖紙要求采用3號(hào)圖紙，比例自行確定。4.應(yīng)提交的設(shè)計(jì)成果應(yīng)提交給指導(dǎo)老師的設(shè)計(jì)成果包括：（1）設(shè)計(jì)說明書一份，包括前述應(yīng)完成設(shè)計(jì)工作的各項(xiàng)內(nèi)容，內(nèi)容詳細(xì)充實(shí)，能體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的具體過程，寫明設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇依據(jù)，特別要詳細(xì)寫明洞門擋土墻驗(yàn)算、圍巖壓力計(jì)算、二次襯砌截面強(qiáng)度驗(yàn)算等計(jì)算過程。（2）設(shè)計(jì)圖紙一套，包括前述應(yīng)完成設(shè)計(jì)工作的各項(xiàng)圖紙，要求線條清晰、整潔美觀，符合有關(guān)制圖規(guī)范及比例要求。圖紙首先采用計(jì)算機(jī)CAD繪制，然后一律采用A3圖紙打印出來上交。四．設(shè)計(jì)方法與步驟根據(jù)隧道概況，選擇隧道限界，確定隧道內(nèi)輪廓尺寸，繪制隧道建筑限界圖及內(nèi)輪廓圖。設(shè)計(jì)隧道洞門（如采用端墻式洞門、翼墻式洞門等），并驗(yàn)算洞門擋土墻，繪制隧道洞門立面圖與側(cè)面圖。計(jì)算隧道洞身段的圍巖壓力，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》185頁的荷載分擔(dān)比例表，確定洞身段初期支護(hù)與二次襯砌的荷載分擔(dān)比例。根據(jù)規(guī)范選定洞身段初期支護(hù)與二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)，繪制洞身段復(fù)合式襯砌橫斷面布置圖。驗(yàn)算指定截面的二次襯砌強(qiáng)度，如果強(qiáng)度不合格，指出應(yīng)采取的措施。編制施工組織設(shè)計(jì)，內(nèi)容既包括進(jìn)洞方法與超前支護(hù)措施，也包括洞身段的施工方法、各工序施作時(shí)機(jī)、人員配備、主要材料、機(jī)械設(shè)備、進(jìn)度計(jì)劃等。五．時(shí)間及進(jìn)度安排1.布置設(shè)計(jì)內(nèi)容及準(zhǔn)備相關(guān)參考書、設(shè)計(jì)規(guī)范：0.5天2.建筑限界和內(nèi)輪廓圖：0.5天3.洞口設(shè)計(jì)：1天4.洞身設(shè)計(jì)：1天5.二次襯砌驗(yàn)算及施工組織設(shè)計(jì)：1.5天6.完成設(shè)計(jì)說明書及相關(guān)圖紙：0.5天六．建議參考資料1.《隧道工程》，陳秋南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則JTG/TD70-2010》，中華人民共和國交通運(yùn)輸部，北京：人民交通出版社，2010.《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD70-2004》，中華人民共和國交通部，北京：人民交通出版社，2004.4.《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范JTGF60-2009》，中華人民共和國交通運(yùn)輸部，北京：人民交通出版社，2009.5.《鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)-隧道》，北京：中國鐵道出版社，1995.6．《交通隧道工程》，彭立敏.長沙：中南大學(xué)出版社，2003.第二部分隧道主體結(jié)構(gòu)計(jì)算書2.1建筑限界2.1.1一般規(guī)定隧道設(shè)計(jì)應(yīng)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(jié)構(gòu)以及通風(fēng)、照明等設(shè)施，應(yīng)按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)近期交通量不大時(shí)，可采取一次設(shè)計(jì)分期修建。2.1.2隧道總體設(shè)計(jì)原則隧道設(shè)計(jì)遵循充分發(fā)揮隧道功能，安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)隧道的基本原則。設(shè)計(jì)中有完整的勘測、調(diào)查資料，綜合考慮地形、地質(zhì)、水文、氣象和交通量及其構(gòu)成，以及營運(yùn)和施工條件，進(jìn)行多方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保比較，使隧道設(shè)計(jì)符合安全實(shí)用、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的要求。隧道主體結(jié)構(gòu)按永久性建筑設(shè)計(jì)，具有規(guī)定的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性；加強(qiáng)隧道支護(hù)襯砌、防排水、路面等主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與通風(fēng)、照明、供配電、消防、交通監(jiān)控等營運(yùn)設(shè)施設(shè)計(jì)之間的協(xié)調(diào)，形成合理的綜合設(shè)計(jì)。對(duì)有關(guān)的技術(shù)問題開展專項(xiàng)設(shè)計(jì)和研究。隧道土建設(shè)計(jì)體現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工的思想，制定地質(zhì)觀察和監(jiān)控量測的總體方案。隧道設(shè)計(jì)貫徹國家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，積極慎重地采用新技術(shù)、新材料、新設(shè)備。隧道設(shè)計(jì)必須符合國家有關(guān)國土管理、環(huán)境保護(hù)、水土保持等法規(guī)的要求。注意節(jié)約用地，保護(hù)農(nóng)田及水利設(shè)施，盡量保護(hù)原有植被，妥善處理?xiàng)壴臀鬯?.1.3隧道設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)公路等級(jí)：一級(jí)公路。隧道設(shè)計(jì)速度：60km/h。隧道建筑限界標(biāo)準(zhǔn)見表2.1。隧道縱坡不應(yīng)小于0.3%，一般情況不應(yīng)大于3%，對(duì)于受地形限制的中、短隧道可適當(dāng)加大，不宜大于4%。本隧道為短隧道。（7）設(shè)計(jì)荷載：公路－I級(jí)。2.1.42.1.4隧道建筑限界圖可確定限界參數(shù)如表2.1所示：表2.1建筑限界設(shè)置(單位：m)隧道建筑限界凈寬：m9.75，凈高：m4.5。因?yàn)楸舅淼罏閮绍嚨赖亩趟淼?，所以本隧道不設(shè)置緊急停車帶和橫向通道。建筑限界如圖1.1。圖2.1隧道建筑限界設(shè)計(jì)速度（km/h）車道寬度W側(cè)向?qū)挾萀檢修道J左側(cè)右側(cè)左側(cè)右側(cè)6020.500.750.750.752.22.2內(nèi)輪廓圖確定根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70-2004）規(guī)定，隧道的內(nèi)輪廓拱部為單心半圓1R=514cm，側(cè)墻為大半徑圓弧2R=764cm，仰拱圓弧半徑4R=1500cm，仰拱與側(cè)墻間用一個(gè)小半徑圓弧連接3R=100cm。兩車道的60km/h標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)輪廓圖如圖2.2。圖2.2隧道內(nèi)輪廓圖2.32.3隧道洞口的設(shè)計(jì)2.3.1洞門形式的選擇隧道進(jìn)口位于Ⅲ級(jí)圍巖中，結(jié)合洞口排水要求，遵從“早進(jìn)洞，晚出洞”的設(shè)計(jì)原則，并考慮洞門的實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀等因素，綜合考慮，該隧道進(jìn)口洞門采用“端墻式洞門”。端墻式洞門簡圖見圖2.3.1。圖2.3.1端墻式洞門簡圖2.3.2洞門構(gòu)造要求（3）洞門墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固地基上，應(yīng)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(biāo)高應(yīng)在最大凍結(jié)線以下不小于0.25m?；茁裰蒙疃葢?yīng)大于墻邊各種溝、槽基底的埋置深度。（4）松軟地基上的基礎(chǔ)，可采取擴(kuò)大基礎(chǔ)措施。2.3.32.3.3驗(yàn)算滿足條件采用擋墻式洞門時(shí)，洞門墻可視為擋土墻，按極限狀態(tài)驗(yàn)算，并應(yīng)驗(yàn)算繞墻趾傾覆及沿基底滑動(dòng)的穩(wěn)定性。驗(yàn)算時(shí)應(yīng)符合表3.1和表3.2（《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG－2004）的規(guī)定，并應(yīng)符合《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。2.3.4洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算1、計(jì)算參數(shù)確定（1）邊、仰坡坡度1：0.1；（2）仰坡坡率1：0.5；（3）地層容重3m25kN/=γ；（4）地層計(jì)算摩擦角70；tan=tan270tan6tan63.5(1tan270)(tan70tan63.5)(tan70tan6)(1tan6tan63.5)tan63.5(1tan270)tan70(1tan6tan63.5)=0.266故：=14.89土壓力系數(shù)按下式計(jì)算：(tantan)(1tantan)（3.3）tan()(1tantan)(tan14.89tan6)(1tan6tan63.5)=0.025tan(14.8963.5)(1tan14.89tan63.5)洞門土壓力按下式計(jì)算： a 2.0h' 12.05mtanωtanα0.2660.1a 2.0 h 5.0m0m0.10.50.1EH2hh'hbζ=33.67kN1 2 0 02δ為墻背摩擦角取3003（3.4）EEcos()25.37kN XEEsin()22.05kN y墻體自重按下式計(jì)算:GHhBhB'（3.5） a G22121.82201.83 =55 水泥砂漿砌片石重度，取22kN/m3; a aH洞門高度; h基礎(chǔ)埋深，包括擴(kuò)大基礎(chǔ)在內(nèi); B'擴(kuò)大基礎(chǔ)的寬度;基礎(chǔ)及回填土之平均重度,取20KN/m3。 G G2、洞門抗傾覆驗(yàn)算根據(jù)公式Mk0My（3.6）0MGZEz y G yy（3.7）MEZ 0 xx（3.8）M全部垂直力對(duì)墻址O點(diǎn)的穩(wěn)定力矩 My-全部水平力墻址O點(diǎn)的穩(wěn)定力矩 0HE對(duì)墻址的力臂：Z4.0mx x3HtanE對(duì)墻址的力臂：ZB'3.4my y 3B'HtanG對(duì)墻址的力臂：Z2.1m G 2故：M556.82.120.053.41244.25kNmyM25.374.0101.48KNm0 M 1244.25KMy101.4812.261.600滿足抗傾覆要求。3、洞門抗滑移驗(yàn)算NfKCE （3.9）N作用于基底上的垂直力之和 E墻后主動(dòng)土壓力之和 NGEEE f0.6 y x 故(556.822.05)0.6K13.691.3滿足抗滑動(dòng)要求。c 25.374、基底合力偏心矩驗(yàn)算與基底承載力驗(yàn)算設(shè)作用于基底的合力法向分力為N，其對(duì)墻址的力臂為Z，合力偏心距N為e，則： MM GZEZEZ ZyN 0 GGyEy x x（3.10）Ny1.9B'eZ0.4 2 NB'|e|0.40.5滿足計(jì)算要求6 N 6emax(1)（3.11） B' B'min可得：347.31[]0.8MPamax min38.59[]0.8MPa 符合地基承載力要求。5、墻身截面偏心矩驗(yàn)算及強(qiáng)度驗(yàn)算墻身偏心矩e：Me0.3B N （3.12）式中：M——計(jì)算截面以上各力對(duì)截面型心力矩的代數(shù)和；N——作用于截面以上垂直力之和。BME(H/2H/3)E28.69kNmx y2NGE578.85kNy將數(shù)據(jù)代入墻身偏心矩e的公式，得可：Me0.050.3B0.320.6mN所以計(jì)算結(jié)果滿足要求。應(yīng)力σ： N 6e(1)b b=0.75MPa[]2.2MPa所以計(jì)算結(jié)果滿足要求。經(jīng)驗(yàn)算，翼墻的驗(yàn)算也滿足要求。2.4初期支護(hù)設(shè)計(jì)2.4.1支護(hù)形式的選擇及參數(shù)確定隧道洞口處圍巖為Ⅲ級(jí)圍巖，隧道洞身圍巖為Ⅲ級(jí)圍巖，隧道采用復(fù)合式襯砌支護(hù)，即由初期支護(hù)、二次襯砌以及中間防水層組合而成的襯砌形式進(jìn)行支護(hù)。同時(shí)還采用大管棚、小導(dǎo)管等預(yù)支護(hù)措施。其中初期支護(hù)采用噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架支護(hù)。根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70-2004）的有關(guān)規(guī)定，二車道復(fù)合式襯砌在Ⅲ級(jí)圍巖條件下。初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)方式，初期襯砌厚度10cm，二次襯砌厚度35cm；錨桿采用中空注漿錨桿，錨桿的直徑為20mm，長度為300cm，鋼筋網(wǎng)直徑為10mm。二次支護(hù)為模筑混凝土，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C35，厚度為10cm。2.4.2Ⅲ級(jí)圍巖的初期支護(hù)設(shè)計(jì)1、隧道的深淺埋確定：深埋和淺埋隧道的分界，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判定。在Ⅲ級(jí)圍巖條件下:Hp2hq式中：H深淺埋隧道的分界深度；Php荷載等效高度，hqq。已知在Ⅲ級(jí)圍巖下，隧道寬度為B=10.28m，圍巖容重為25KN/m3，則圍巖的坍塌高度為h：h0.452S1[1i(B5)]0.4523110.110.285 =2. 式中：S--圍巖的級(jí)別；--圍巖的重度；B--隧道的寬度；i--B每增減1m時(shí)的圍巖壓力的增減率，當(dāng)B5m時(shí)取i0.1。荷載等效高度：qhhh2.75mq故分界深度：H2h22.755.5m P q埋深H=1.5m，小于h2.75m，屬淺埋隧道。q2、隧道圍巖壓力的確定Ⅲ級(jí)圍巖的圍巖壓力計(jì)算：2/41.4mkN其中：2kN/me側(cè)向均布?jí)毫?(mHt隧道高度）圍巖計(jì)算摩擦角（c2.4.3初期支護(hù)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算本隧道處在Ⅲ級(jí)圍巖中，開挖半徑為a5.64m(R1=5.14m，預(yù)留變形量50mm，初期襯砌厚度10cm，二次襯砌厚度)35cm，現(xiàn)以Ⅲ級(jí)圍巖取最大埋深1.5m處計(jì)算：支護(hù)材料取噴射混凝土采用C25，厚度為10cm，鋼筋網(wǎng)選用HPB235鋼筋，鋼筋直徑mm10，網(wǎng)格間距25×25cm。錨桿為全長粘結(jié)型，長度3m，直徑20mm，間距m×1m1，選用HRB335，帶墊板，其尺寸為150mm×150mm×6mm。鋼支撐選用aI20工字鋼258.35cmFs，每榀間距1m。采用剪切滑移破壞法計(jì)算：圖2.4.3剪切滑移破壞法示意圖11、噴混凝土提供的支護(hù)抗力P1值aWalntan1020250-452-45（為圍巖的內(nèi)摩擦角）其中，為剪切滑移面與最小主應(yīng)力軌跡線成角，a、均見圖2.4.1，b為0剪切區(qū)高度。W為加固帶高度，取l為形成加固帶時(shí)錨桿的有效長度，t為錨桿橫向間距（見圖4.3），則有：tsin() W（la）[cos(t)sin(t)tan(t) 2a ]a(4.5) 2a 2a 2a4 tcos()2a4得：d=10cm=0.10ms=0.43=0.43×12.5=5.38MPasb20,則5.64cos205.3mb10.6m2 1 1 1 1sin(11.28)5.64 W(35.63)cos( )sin()tan() 1 11.28 11.284cos( ) 11.284 =2. 1 5.643.0 20 ln 87.14 0 tan20 5.6487.142033.5722d將所有數(shù)據(jù)代入式Psscos得：1bsins20.15.38Pcos33.570.17MPa110.60.5計(jì)算時(shí)可換算成相應(yīng)的噴混凝土支護(hù)抗力，即2FPstcos(4.6)2bsint式中:F——每米隧道鋼材的當(dāng)量面積，此處取35.58cm2；s——鋼材的抗剪強(qiáng)度，一般取1為鋼材的允許抗拉強(qiáng)度，也可用15； t t2t t t s——鋼材剪切角，一般采用45。 t t得：1580.7MPa t s代入式中，得：P235.5880.7104cos33.570.064MPa 2 10.6sin452、錨桿提供的支護(hù)抗力P3值錨桿受力破壞有兩種情況：（1）錨桿體本身的強(qiáng)度不足而被拉斷。這種情況下錨桿提供的平均徑向支護(hù)抗力：F(4.7)P3et式中F——錨桿的斷面積；——錨桿的抗拉強(qiáng)度；e、t——錨桿的縱向及橫向間距。則F P =0.15MPa3et（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：SP 3 et(4.8)式中S——為錨桿抗拔力，即錨桿的錨固力，SDl；sD——鉆孔直徑，在此設(shè)計(jì)中取D=60mm；L——錨固段長度；——孔壁與注漿體之間極限粘結(jié)強(qiáng)度，砂巖取=0.85MPa s s則S0.063.50.850.56103kNS代入P式中得 3 et0.56103P"0.56MPa 3 11取其中的最小值，P'P'' 3 3則取錨桿提供的平均徑向支護(hù)抗力P'0.247MPa。3由于在~范圍內(nèi)的錨桿才能對(duì)剪切滑移體產(chǎn)生抗力，則：01coscosPP 3 3cos 01cos20cos87.140.14MPa0.247cos203、圍巖本身提供的支護(hù)抗力P4值剪切滑移體滑動(dòng)時(shí)，圍巖在滑面上的抗滑力，其水平方向的分力在剪切區(qū)高度b/2上的抗滑力P4為2Scos2Ssin P n n 4 b b式中S——剪切滑移體長度，其值為a0tan1Sesin 5.64 e(87.1420)tan201sin208.77raexptan=8.64、——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，它們按n n摩爾包絡(luò)線為直線時(shí)的假定求出（見圖）：13cosn 21313sinn22由圖4.3可知1-3cosctan 2 n將式1 31 3sin中值代入上式，得n 2 2 n2ctan1sin 1 3 3 cosPramin 021R11r0a1Pay1Rbb則 1sin45PaH1sin452sin451 min Pmin 式中——為圍巖的重度，此處Ⅲ級(jí)圍巖，取=25KN/m3;——為初始應(yīng)力，設(shè)處于均質(zhì)巖體中，則h251.50.128MPa; y y1sin1sin50 —— 7.551sin1sin502ccos21.5cos50 R 8.24MPab1sin1sin50則 1sin45Pmin255.64251.51sin452sin451 Pmin 得：P0.008MPamin得：PPmin即，設(shè)計(jì)支護(hù)滿足要求?？傻贸觫蠹?jí)圍巖條件下的初期支護(hù)，見下表： 表2.4.1各級(jí)圍巖初期支護(hù)參數(shù)表 圍巖級(jí)別噴混凝土設(shè)置部位/厚度（cm）鋼筋網(wǎng)格間距（cm）（環(huán)×縱）網(wǎng)設(shè)置部位錨長度（m）桿間距（環(huán)×縱）（m）鋼架每榀間規(guī)格距（m）Ⅲ拱墻、仰拱1025×25拱墻3.01×1I20a1.0工字鋼（全環(huán)）2.52.5二次襯砌的計(jì)算Ⅲ級(jí)圍巖中，采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)按照工程類比法設(shè)計(jì)，二次襯砌采用荷載結(jié)構(gòu)法計(jì)十算，根據(jù)《公路設(shè)計(jì)施工規(guī)范》，其中Ⅲ級(jí)圍巖中二次襯砌為完全儲(chǔ)備，因此不需要進(jìn)行計(jì)算。圖2.5.1《公路設(shè)計(jì)施工規(guī)范》2.6施工組織設(shè)計(jì)2.6.1編制說明編制依據(jù)1.《隧道工程》，陳秋南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則JTG/TD70-2010》，中華人民共和國交通運(yùn)輸部，北京：人民交通出版社，2010.《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD70-2004》，中華人民共和國交通部，北京：人民交通出版社，2004.4.《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范JTGF60-2009》，中華人民共和國交通運(yùn)輸部，北京：人民交通出版社，2009.5.《鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)-隧道》，北京：中國鐵道出版社，1995.6．《交通隧道工程》，彭立敏.長沙：中南大學(xué)出版社，2003.編制原則資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)原則。符合性原則，滿足建設(shè)工期和工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，符合施工要求。標(biāo)準(zhǔn)化管理的原則。科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的原則。引進(jìn)、創(chuàng)新、發(fā)展的原則。“六位一體”管理的原則。指導(dǎo)性綱領(lǐng)與動(dòng)態(tài)控制相結(jié)合的原則。2.6.2工程概況基本概況隧道長1500m，為兩車道一級(jí)公路隧道；Ⅲ級(jí)圍巖線路