隧道工程課程設計計算書

隧道工程課程設計教師批閱：一、設計目的通過課程設計，使學生掌握公路隧道支護結(jié)構(gòu)的基本計算設計方法，熟悉礦山法在公路隧道施工中的工藝，掌握公路隧道施工設計的基本方法，以及掌握隧道暗挖洞門的形式洞門的結(jié)構(gòu)要求，設計方法和洞門作為重力式擋土墻的各項驗算。二設計資料原始資料：取之于“福州國際機場高速公路隧道設計，溫州繞城高速公路隧道設計”。隧道洞身設計資料：圍巖級別：H級圍巖容重：27kn/m3隧道埋深：10m隧道行車要求:兩車道二級公路隧道襯砌截面強度校核資料：N=23.283tM=0.0176t.m

隧道洞門設計與檢算資料：地基土摩擦系數(shù)0.7地基土容重18KN/m3地基容許承載力LoL500kPa三、隧道洞身設計教師批閱：隧道橫斷面設計教師批閱：1.1隧道建筑限界的確定該隧道橫斷面設計是根據(jù)兩車道二級公路H級圍巖的隧道，根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》選取隧道建筑限界基本值如下：W——行車道寬度，取3.75x2=7.50m；C——余寬,本設計需設置人行道，取C=0;R——人行道寬度，取1m,雙側(cè)設置；H——建筑限界高度，取5.0m；匕——左側(cè)向?qū)挾?，?.75m；Lr——右側(cè)向?qū)挾?，?.75m；El——建筑限界左頂角寬度，取0.75m；Er——建筑限界右頂角寬度，取0.75m；h——人行道高度，取0.25m；隧道凈寬&+0.75+3.75)x2=11m；設計行車速度為80km/h，建筑限界左頂角高度與右頂角高度均取1m；參照規(guī)范橫向坡度通常選1.5%~2%，在本設計中，取橫向坡度i=2%,

右側(cè)（行車方向）傾斜。建筑限界設計見圖1.1圖3.1公路建筑限界圖（單位:厘米）對于上下行分離式獨立雙洞的公路隧道之間應設置人行橫向通道，其間距取250m。人行橫通道的斷面建筑限界如圖1.2所示。LCJ教師批閱：圖3.2人行橫通道的斷面建筑限界圖（單位:厘米）1.2隧道內(nèi)輪廓線的確定本隧道為兩車道H級圍巖隧道，圍巖較好，不需施作仰拱。根據(jù)《公

路隧道設計規(guī)范》，并結(jié)合實際情況，本隧道采用三心圓法設計內(nèi)輪廓線，經(jīng)濟實際。本隧道內(nèi)輪廓斷面圖如圖1.3所示。圖3.3隧道內(nèi)輪廓斷面圖（單位:厘米）隧道襯砌設計2.1隧道襯砌截面強度驗算M=0.0176t.m N=23.283t偏心距°=M=0.0176=0.756x10-3m=0.756mm0N23.283因為e=0.756mm<0.2h=0.2x0.3=0.06m=60mm。由規(guī)范有：0對混凝土矩形截面構(gòu)件，當偏心距e。<0.2h時，按抗壓強度控制承載能力，并用下式進行計算：式中：Ra——混凝土或砌體的抗壓極限強度，按《公路隧道設計規(guī)范》師批閱表5.2.9采用；K——安全系數(shù)，按《公路隧道設計規(guī)范》表9.2.4-1采用;N——軸向力（kN）;b——面寬度（m）;h 面厚度（m）;①——構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)，對于貼壁式隧道襯砌、明洞拱圈及背墻緊密回填的邊墻，可?、?1；e0_面的偏心距；a——軸向力的偏心影響系數(shù)，金=°.756=0.0126.杳表可得a=1.0查表可得4=1-0，a=1.。，h60R=15500KPa,b=1.0m,h=0.30m,K=2.4，則有：4aRbh=1.0x1.0x15500x1.0x0.30=4650KNa而KN=2.4x232.83=558.792KN<4650KN,故KN<4aRbh，滿足截面強度設計要求。a2.2隧道深淺埋的確定及圍巖壓力計算根據(jù)內(nèi)輪廓尺寸匕=12.51秫，H=8.80m因為H級圍巖的隧道設計不用設預留變形量，故近似開挖尺寸為B=0.08x2+0.3x2+12.51=13.27mH=0.08+0.3+8.8=9.18m對于H級圍巖,h=2h

h=。45x2s-ix[1+i(B-5)]S——圍巖級別B——隧道寬度,B=Bni——圍巖壓力增減率，當B>5,取i=0.1貝U h=0.45x22-1x[1+0.1(13.27-5)]=1.6443^教師批閱：貝UH=2h=3.2886mpq教師批閱：埋深H=10>Hp，故該隧道為深埋隧道。hq——等效荷載高度；H——隧道埋深；Hp——深淺埋隧道分界深度。又土=8.80=0.7034v1.7,B12.51t可用公式q=h，由設計資料知Y=27KN/m3貝Uq=27x1.6443=44.3961KN/m3?.該隧道為H級圍巖圍巖水平勻布壓力e=02.3隧道襯砌方案的擬定參考《公路隧道設計規(guī)范》(JTGD70—2004)，本設計為二級公路，采用復合式襯砌，復合式襯砌是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。復合式襯砌設計應復合下列規(guī)定：I.初期支護宜采用錨噴支護，即由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等支護形式單獨或組合使用，錨桿支護宜采用全長粘結(jié)錨桿。n.二次襯砌宜采用模筑混凝土或模筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，襯砌截面宜采用連接圓順的等厚襯砌斷面，仰拱厚度宜與拱墻厚度相同。由規(guī)范中表8.4.2-1，對于兩車道n級圍巖，有：初期支護：拱部、邊墻的噴射混凝土厚度為5~8cm,拱、墻錨桿長度為2.0~2.5m;二次襯砌厚度：拱、墻混凝土厚度為30cm。最終確定襯砌尺寸及規(guī)格如下：深埋隧道外層初期支護，根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定，采用錨噴支護，錨桿采用普通水泥砂漿錨桿，規(guī)格HRB335①20x2.5m，采用梅花型局部布設.采用C20噴射混凝土，且厚度為8cm。防水板：采用塑料防水板及無紡布，且無紡布密度為300g/m2，防水板應采用滿鋪的EVA板防水層，厚度為2.0mm，搭接長度為150mm。初次襯砌:初步擬定采用C20噴射混凝土,厚度為8cm.二次襯砌:根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范》，采用20號模筑防水混凝土，厚度為30cm。隧道洞室防排水設計根據(jù)規(guī)范的防排水的一般規(guī)定，隧道防排水應遵循"防、排、截、堵結(jié)合，因地制

宜，綜合治理”的原則，保證隧道結(jié)構(gòu)物和營運設備的正常使用和行車安全。隧道防排水設計應對地表水、地下水妥善處理，洞內(nèi)外應形成一個完整通暢的防排水系統(tǒng)。I隧道軸線強電設備溝側(cè)溝（+消防管道）防水措施：在初期支護與二次襯砌之間鋪設2.0mm厚的EVA板防水層和密度控制在300g/m2以上的無紡布，注意的是在施作防水板之前，要保證混凝土表面較平順，無尖點及鋼筋露頭。路面結(jié)構(gòu)下設中300縱向中心水溝，側(cè)邊設寬50mm.深30mm的縱向凹槽；在襯砌兩側(cè)邊墻背后底部設中100的縱向排水盲管，縱向排水盲管由中100的A類橫向?qū)芎椭?50的B類橫向?qū)芘c中央排水溝連接。具體設計請參照圖3.1I隧道軸線強電設備溝側(cè)溝（+消防管道）二次襯砌,「.一初期支護.縱向排水溝圖3.4隧道防排水設計簡圖（單位:厘米）對于二次襯砌施工縫、沉降縫等薄弱環(huán)節(jié)，因此除按施工規(guī)范要求處理外，還應進行精心的設計，采用合適的防水材料和構(gòu)造形式?？稍诜浪逑旅嫣砑右粚颖迟N式止水帶，并在施工縫處添加止水條。隧道二次襯砌混凝土防水等級要大于S6。二次襯砌施工縫、沉降縫的主要構(gòu)造形式如圖3.2所示。圖3.5施工縫、沉降縫的主要構(gòu)造形式隧道開挖及施工方案4.1隧道施工方法該隧道為H級硬質(zhì)的石質(zhì)隧道，根據(jù)設計要求采用新奧法，全斷面法是最佳施工方法，可采用深孔爆破施工。其優(yōu)點是有較大的作業(yè)空間，有利于采用大型配套機械化作業(yè)，提高施工速度，且工序少，干擾少，便于施工組織與管理，采用深孔爆破時，可加快掘進速度，且爆破隊圍巖的震動次數(shù)較少，有利于圍巖穩(wěn)定。其缺點是由于開挖面較大，圍巖相對穩(wěn)定性降低，且每循環(huán)工作量相對較大，采用深恐爆破時，產(chǎn)生的爆破震動較大，對鉆豹設計和控制爆破作業(yè)要求較高。全斷面施工方法如圖4.1所示。j 'Jij 'Ji圖3.6全斷面施工方法③一全斷面開挖②一錨噴支護③一模筑混凝土全斷面法施工工序如下：（1）用鉆孔臺車鉆眼，然后裝藥、聯(lián)接導火線（2）退出鉆孔臺車，引爆炸藥，開挖出整個隧道斷面；（3）排除危石；（4）噴射拱圈混凝土，必要時安設拱部錨桿；（5）用裝碴機將石碴裝入運輸車輛，運出洞外；（6）噴射變強混凝土，必要時安設邊墻錨桿；（7）根據(jù)需要可噴第二層混凝土和隧道底部混凝土；（8）開始下一輪循環(huán)；（9）通過兩側(cè)判斷圍巖和初期支護的變形，待基本穩(wěn)定后，施作二次模筑混凝土襯砌。4.2施工順序：施工準備一確定施工方法一鉆爆開挖一現(xiàn)場監(jiān)控量測一初期支護一防水層鋪設一二次襯砌一路面施工一竣工。鉆爆設計：根據(jù)《公路隧道施工技術規(guī)范》，硬巖宜采用光面爆破，宜選用柱狀掏槽，兩個掏槽炮眼間距不得小于20cm。隧道開挖面的炮眼，按直線型布孔。這種布孔圖示，形式簡單并且容易掌握，同排炮眼的最小抵抗線—致，間距一致，前排眼為后排眼創(chuàng)造臨空面，爆破效果較好。直線型布孔示意圖如圖4.2所示。圖3.7圖3.7線型布孔示意圖根據(jù)規(guī)范，對于硬巖，周邊炮眼間距E=550-700mm，最小抵抗線W=700?850mm，周邊炮眼的密集系數(shù)E=0.8?1.0。,隧道洞門設計1.洞門的尺寸設計1.1洞門類型的確定根據(jù)任務書要求，本設計應采用坡面斜交型翼墻式洞門。翼墻式洞門主要適用于地質(zhì)較差的IV級以下的圍巖，以及需要開挖路塹的地方。翼墻的設置是為了與端墻的共同作用，以抵抗山體水平推向力，增加洞門的抗滑動和抗傾覆的能力，同時也對路塹邊坡起到了支撐作用。1.2洞門尺寸的確定根據(jù)設計規(guī)范表7.2.17.2J荊口邊、仙坡控制高度困君分皺HiIVill.仰坡坂宰33J：D.5|：0.51-0.751131.25—1U251-L5!53)25182D15可知：H級圍巖洞口邊、仰坡坡率可取1:0.5。又由設計規(guī)范7.3.3知：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。根據(jù)圖4.1.1所示的洞門尺寸設計簡圖，可取以下值進行計算：洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離取0.8+1=1.8m洞門端墻與仰坡間水溝溝底至襯砌按頂外緣高度取1.1m洞門墻高出坡腳的高度取1+0.3+0.2=1.5m洞門厚度由工程類比取1.0m洞門向土體傾斜角度取1:0.1基底埋置石質(zhì)地基的深度為64.9m翼墻的坡度為1:1圖4.1洞門尺寸設計簡圖(單位:厘米)圖4.1洞門尺寸設計簡圖(單位:厘米)S-7TS￡2.洞門檢算翼墻式洞門應檢算以下三點：檢算翼墻時取洞門端墻前的翼墻寬1m的條帶“I”，按擋土墻檢算偏心、強度及穩(wěn)定性。檢算端墻時取最不利部分“H”作為檢算條帶，檢算其截面偏心和強度。檢算端墻和翼墻共同作用部分“B”的滑動穩(wěn)定性。2.1檢算條帶“I”

圖4.2條帶“1”示意圖(單位:厘米)2.1.1壓力的計算=H 叫圖4.3計算樣圖(1)各項物理學指標根據(jù)計算樣圖和設計資料可得以下數(shù)據(jù)：中=75。 y=18KN/m3tan中=3.732 f=0.7

a=5.7Oa=5.7O￡=63otana=0.1tan￡=1.962(2)土壓力系數(shù)人的計算由設計規(guī)范知：最危險破裂面與垂直面之間的夾角tanatan2甲+tanatan￡一(1+tan2甲)(tan甲-tan￡)(tan甲+tana)(1-tanatan￡)(2)滑動穩(wěn)定的驗算K=K=c120.2x0.7=47.27〉1.31.78滿足滑動穩(wěn)定要求(3)合力的偏心距驗算c=￡M—EM0=132.34-3.57=107C= En一120.2=.e=--c=0.5-1.07=-0.57<-（=0.17）2 6滿足基底合力的偏心距基底壓應力的驗算:B??e<—6..b=

max存（1-竺）=些x（1+^T057）=..b=

maxBB1 1bmin互（1+竺）=理x（1-Q）=-291.368bminBB1 1因為。出現(xiàn)負值，故尚因檢算不考慮圬工承受拉力時受壓區(qū)應力重力分布的最大壓應力。通過應力重分布，受壓區(qū)的最大壓應力：。max=124.62+291.368=415.99Kp。<b】=500Kp。滿足基底合力的偏心距2.2條帶“H”的檢算條帶“H”以及條帶“B”如圖4.4所示91b-R回

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