隧道工程課設

/《隧道工程》課程設計一、課程設計任務書（一）設計題目 《成都至瀘州高速公路二峨山隧道工程襯砌結構計算》（二）供應資料1、《成都至瀘州高速公路二峨山隧道工程地質勘察報告》2、成都至瀘州高速公路二峨山隧道平面布置圖3、成都至瀘州高速公路二峨山隧道剖面（三）設計內容⑴隧道圍巖地質分級⑵確定圍巖物理力學參數⑶確定隧道建筑限界尺寸⑷確定隧道內輪廓尺寸⑸計算隧道圍巖壓力⑹襯砌結構的設計⑺計算襯砌結構的內力⑻襯砌結構的配筋計算（四）設計要求⑴計算書要求書寫工整、數字精確、圖文并茂。⑵制圖要求全部圖線、圖例尺寸和標注方法均應符合新的制圖標準，圖紙上全部漢字和數字均應書寫端正、排列整齊、筆畫清晰，中文書寫為仿宋字。⑶成果內容 ①詳細的計算過程；②必要的計算說明；③計算成果圖表（圍巖分級表、圍巖參數表、建筑限界尺寸圖、隧道內輪廓尺寸圖、隧道圍巖壓力計算成果示意圖、復合襯砌支護參數圖、襯砌結構計算成果圖、配筋計算成果表）（四）個人任務學號洞段車道設計時速80人5445個洞段分別是K37+350～K37+460；K37+350～K37+460；K38+820～K38+990；K38+990～K39+580；K39+580～K39+710；4種車道：兩車道；兩車道帶緊急停車帶；三車道；三車道帶緊急停車帶；2種設計時速：高速公路120公路/小時；高速公路100公路/小時；一級公路80公路/小時；一級公路60公路/小時；

二、課程設計指導書（一）隧道圍巖地質分級劃分隧道圍巖級別劃分依據《公路隧道設計規(guī)范》（JTGD70－2004）中的3.6節(jié)《圍巖分級》中各項規(guī)定進行劃分。結合《隧道地質勘察報告》中的地層巖性的描述、巖石物理力學性質、結構面特征、洞室埋藏深度、水文地質條件、不良地質現象、施工方法等因素綜合分析確定。工作步驟隧道圍巖分級的綜合評判方法接受兩步分級，按以下依次進行：⑴依據巖石的堅硬程度和巖體完整程度兩個基本因素的定性特征和定量的巖體基本質量指標BQ，綜合進行初步分級。⑵對圍巖進行詳細定級時，應在巖體基本質量分級的基礎上考慮修正因素的影響，修正巖體基本質量指標值。⑶按修正后的巖體基本質量指標［BQ］，結合巖體的定性特征綜合評判，按JTGD70－2004表確定圍巖的詳細分級。詳細過程圍巖分級中巖石堅硬程度、巖體完整程度兩個基本因素的定性劃分和定量指標及其對應關系應符合下列規(guī)定：⑴巖石堅硬程度可按JTGD70－2004表-1定性劃分。⑵巖石堅硬程度定量指標用巖石單軸飽和抗壓強度Rc表達。圍巖基本質量指標BQ應依據分級因素的定量指標RC值和KV值按下式計算：BQ=90+3RC+250KV式中：BQ——圍巖基本質量指標；RC——巖石單軸飽和抗壓強度；KV——巖體完整性系數，接受彈性波速探測值。式中：QUOTE為巖體彈性縱波波速；QUOTE為巖石彈性縱波波速；運用以上公式時應遵守下列限制條件：①當RC＞90KV時，應以RC=90KV+30和KV代入計算BQ值；②當KV＞0.04RC+0.4時，應以KV=0.04RC+0.4和RC代入計算BQ值。圍巖詳細定級時，如遇下列狀況之一，應對巖體基本質量指標BQ進行修正：①有地下水；②圍巖穩(wěn)定性受軟弱結構面影響，且由一組起限制作用；③存在高應力。圍巖基本質量指標修正值［BQ］可按下式計算：［BQ］=BQ–100（K1+K2+K2）式中：［BQ］——圍巖基本質量指標修正值；K1——地下水影響修正系數；K2——主要軟弱結構面產狀影響修正系數。K3——初始應力狀態(tài)影響修正系數。K1、K2、K3按JTGD70－2004附錄A中表確定，圍巖極高及高初始應力狀態(tài)的評估，可按附錄A中表規(guī)定進行。隧道圍巖分級標準表圍巖級別圍巖或土體主要定性特征圍巖基本質量指標修正值［BQ］開挖后的穩(wěn)定狀態(tài)Ⅰ堅硬巖，巖體完整，受構造影響略微，巨整體狀或巨厚層狀結構，節(jié)理不發(fā)育，層間結合良好。＞550圍巖穩(wěn)定，無坍塌。Ⅱ堅硬巖，巖體較完整，塊狀或層狀結構，層間結合一般。較堅硬巖，巖體較完整，塊狀整體結構，層間結合一般。550～451暴露時間長，可能產生局部小坍塌。Ⅲ堅硬巖，巖體較裂開，巨塊（石）碎（石）狀鑲嵌結構，層間結合一般。較堅硬巖或較軟硬巖，巖體較完整，塊狀體或中厚層結構，層間結合一般。450～351開挖后噴護處理。Ⅳ堅硬巖，巖體裂開，碎裂結構；較堅硬巖，巖體較裂開～裂開，鑲嵌碎裂結構，塊狀體或中厚層結構。較軟巖或較軟硬巖互層，且以軟巖為主，巖體較完整～較裂開，中薄層狀結構。350～251開挖后無支護，易產生頂部小塊坍塌和側壁失穩(wěn)，應剛好支護。略具壓縮的粘土或砂土，一般鈣鐵質膠結的碎石、卵石、大塊石及Q2、Q1黃土。Ⅴ較軟巖，巖體裂開；軟巖，巖體較裂開～裂開；極裂開各類巖體，碎、裂狀，松散結構?！?50開挖后易坍塌，應立刻支護和襯砌。裂隙雜亂或全～強風化殼；一般第四系的半干硬～硬塑狀粘性土及Q4、Q3黃土，呈松軟結構；稍濕至潮濕的碎石土、卵石土、圓礫土，呈松散結構。Ⅵ軟塑狀粘性土及潮濕、飽和粉細砂、軟土。開挖后極易坍塌變形。（二）確定圍巖物理力學參數依據圍巖級別，依據JTGD70－2004附錄A中的表A.0.4-1表選取各級圍巖的物理力學參數。圍巖級別重度彈性抗力系數變形模量泊松比內摩擦角粘聚力計算摩擦角Ⅰ26~281800~2800>33<0.2>60>2.1>78Ⅱ25~271200~180020~330.2~0.2550~601.5~2.170~78Ⅲ23~25500~12006~200.25~0.339~500.7~1.560~70Ⅳ20~23200~5001.3~60.3~0.3527~390.2~0.750~60Ⅴ17~20100~2001~20.35~0.4520~270.05~0.240~50Ⅵ15~17<100<10.4~0.5<20<0.230~40（三）確定隧道建筑限界尺寸 由任務書中給定的隧道長度、公路等級、行車道、設計車速、人行道和檢修道的設置等設計基礎信息，依據JTGD70－2004中的4.4節(jié)《隧道橫斷面設計》和JTGB01－2003公路工程技術標準中公路建筑界限中對隧道工程的規(guī)定以及7.0.2和7.0.3中的各項規(guī)定進行劃定。 重要規(guī)定有如下：建筑限界高度，高速公路、一級公路、二級公路取5.0m；三、四級公路取4.5m。高速公路、一級公路的隧道應在兩側設置檢修道，其寬度等于或大于0.75m。二、三級公路的隧道宜在兩側設置人行道（兼檢修道），其寬度應等于或大于0.75m。四級公路可不設人行道，但應保留0.25m的C值當設置檢修道或人行道時，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。單車道四級公路的隧道應按雙車道四級公路標準修建。高速公路和一級公路隧道內應設置檢修道。其它等級公路隧道，應依據隧道所在地區(qū)的行人密度、隧道長度、交通量及交通平安等因素確定人行道的設置。檢修道或人行道宜雙向設置；檢修道或人行道寬度依據表規(guī)定選定，檢修道或人行道的高度可按20~80cm取值，并綜合考慮一下因素；、檢修人員步行時的平安；緊急狀況時，駕乘人員拿消防設備便利；滿足其下放置電纜、給水管等的空間尺寸要求；隧道內路側邊溝應結合檢修道、側向寬度、余寬等布置，其寬度應小于側向寬度，并布置于車道兩側。隧道長度分類隧道長度分類各級公路隧道建筑限界尺寸不含緊急停車帶不含緊急停車帶含緊急停車帶含緊急停車帶QUOTE—建筑限界高度；QUOTE—行車道寬度；QUOTE—左側向寬度；QUOTE—右側向寬度；QUOTE—余寬；QUOTE—檢修道寬度；QUOTE—人行道寬度；QUOTE—檢修道或人行道的高度；QUOTE—建筑限界左頂角寬度，QUOTE；QUOTE—建筑限界右頂角寬度，當QUOTE時，QUOTE，當QUOTE時QUOTE；長、特長隧道應在行車方向的右側設置緊急停車帶，緊急停車帶應取3.5m，長度取40m；注：①三車道隧道除增加車道數外，其它寬度同表，增加車道的寬度不得小于3.5m。②連拱隧道的左側可不設檢修道或人行道，但應設50cm（120km/h和100km/h時）或25cm（80km/h和60km/h時）的余寬。③設計速度120km/h時，兩側檢修道寬度均不宜小于1.0m；設計速度100km/h時，右側檢修道寬度不宜小于1.0（四）確定隧道內輪廓尺寸依據已經確定的公路隧道建筑限界尺寸，依據JTGD70－2004中附錄B中關于兩車道（標準斷面和緊急停車帶斷面）和三車道（標準斷面和緊急停車帶斷面）的內輪廓尺寸規(guī)定。 兩車道、三車道的隧道內輪廓標準斷面形式由：拱部為單心半圓，側墻為大半徑圓弧，仰拱和側墻間用小半徑圓弧連接。 最終，要保障隧道內輪廓尺寸應將隧道建筑限界尺寸包括在隧道內輪廓中。QUOTE—拱部圓弧半徑；QUOTE—側墻圓弧半徑；QUOTE—側墻和仰拱連接段圓弧半徑；QUOTE—仰拱圓弧半徑；QUOTE—路面至起拱線的高度；QUOTE—側墻結構高度；QUOTE—設仰拱時的側墻結構高度（側墻和仰拱連接點至起拱線的高度）；QUOTE—起拱線和QUOTE的夾角；QUOTE—設仰拱時起拱線和QUOTE的夾角；QUOTE—隧道結構中心線和QUOTE的夾角；QUOTE；QUOTE—緊急停車帶拱部圓弧半徑；QUOTE—半徑為QUOTE的拱部圓弧段夾角；QUOTE—拱部和側墻連接段圓弧半徑；QUOTE—半徑和QUOTE的圓弧段夾角；QUOTE—拱部圓弧半徑；QUOTE—拱部和側墻連接段圓弧半徑；QUOTE—側墻圓弧半徑；QUOTE—側墻和仰拱連接段圓弧半徑；QUOTE—仰拱圓弧半徑；QUOTE—路面至起拱線的高度；QUOTE—側墻結構高度；QUOTE—設仰拱時的側墻結構高度（側墻和仰拱連接點至起拱線的高度）；QUOTE—起拱線和QUOTE的夾角；QUOTE—設仰拱時起拱線和QUOTE的夾角；QUOTE—隧道結構中心線和QUOTE的夾角；QUOTE；QUOTE—半徑為QUOTE的拱部圓弧段夾角；QUOTE—半徑和QUOTE的圓弧段夾角；（五）計算隧道圍巖壓力隧道圍巖壓力荷載計算依據JTGD70－2004中6.2節(jié)“永久荷載”和附錄E中的規(guī)定進行計算。詳細步驟依據：①首先進行淺埋和深埋隧道的劃界；②如符合JTGD70－2004的附錄E中規(guī)定屬于淺埋隧道的，考察是否符合“埋深HQUOTE等效荷載高度QUOTE”和“埋深HQUOTE且QUOTE”兩種狀況之一進行計算；③如符合JTGD70－2004的附錄E中規(guī)定屬于深埋隧道的，依據普氏方法進行計算。①深、淺埋隧道的分界深度判定 判定公式為：QUOTE式中：QUOTE—淺埋隧道分界深度；QUOTE—荷載等效高度，QUOTE，QUOTE為圍巖重度；QUOTE；S—圍巖的級別；ω—寬度影響系數，ω=1+i(B-5)；B為無支護條件下隧道毛洞寬度；i—B>5時取i=0.1，B<5時取i=0.2； ②淺埋隧道荷載 當埋深HQUOTE等效荷載高度QUOTE時： 垂直均布壓力：QUOTE QUOTE—隧道上覆圍巖重度；H—隧道坑頂到地面距離； 側向壓力： QUOTE—隧道高度；QUOTE—圍巖計算摩擦角；當埋深HQUOTE且QUOTE時：垂直均布壓力：QUOTE， QUOTE QUOTE側向梯形分布壓力：QUOTE；QUOTE各級圍巖的QUOTE值圍巖級別ⅠⅡⅢⅣⅤⅥQUOTE值0.9QUOTE(0.7~0.9)QUOTE(0.5~0.7)QUOTE(0.3~0.5)QUOTE式中：H—隧道坑頂到地面距離；h—隧道坑底到地面距離；QUOTE—圍巖計算摩擦角；QUOTE為無支護條件下隧道毛洞寬度； ③深埋隧道荷載 依據普氏方法進行計算。 普氏系數：QUOTE塌落拱高度：QUOTE垂直均布壓力：QUOTE側向梯形分布壓力：QUOTEQUOTE式中，QUOTE—巖石單軸抗壓強度；c—粘聚力；QUOTE—內摩擦角；B—隧道寬度；H—隧道高度；QUOTE—圍巖重度；（六）襯砌結構的設計 襯砌結構設計依據復合式襯砌結構設計，參看JTGD70－2004中的節(jié)內容。先依據工程類比方法進行初步設計，然后依據結構計算進行驗算，再作出適當調整。（