隧道工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)

課程設(shè)計(jì)用紙課程設(shè)計(jì)用紙#隧道工程課程設(shè)計(jì)教師批閱：一、設(shè)計(jì)目的通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生掌握公路隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的基本方法,以及掌握隧道暗挖洞門(mén)的形式,洞門(mén)的結(jié)構(gòu)要求,設(shè)計(jì)方法和洞門(mén)作為重力式擋土墻的各項(xiàng)驗(yàn)算。二、設(shè)計(jì)資料1.原始資料：取之于“福州國(guó)際機(jī)場(chǎng)高速公路隧道設(shè)計(jì)，溫州繞城高速公路隧道設(shè)計(jì)”。2.隧道洞身設(shè)計(jì)資料：圍巖級(jí)別：Ⅱ級(jí)圍巖容重：27KN/m3隧道埋深：10m隧道行車(chē)要求:兩車(chē)道二級(jí)公路.隧道襯砌截面強(qiáng)度校核資料:N=23.283tM=0.0176t.m

.隧道洞門(mén)設(shè)計(jì)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∣σL500kPa0三、隧道洞身設(shè)計(jì)1.隧道橫斷面設(shè)計(jì)教師批閱：隧道建筑限界的確定教師批閱：該隧道橫斷面設(shè)計(jì)是根據(jù)兩車(chē)道二級(jí)公路Ⅱ級(jí)圍巖的隧道,根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》選取隧道建筑限界基本值如下：W——行車(chē)道寬度,取3.75×2=7.50m；C—-余寬,本設(shè)計(jì)需設(shè)置人行道,取C=0；R——人行道寬度,取1m,雙側(cè)設(shè)置;H——建筑限界高度,取5.0m;L——左側(cè)向?qū)挾?取0.75m;LL——右側(cè)向?qū)挾?取0.75m;RE——建筑限界左頂角寬度,取0.75m;LE——建筑限界右頂角寬度,取0.75m;Rh——人行道高度,取0.25m;隧道凈寬G+0.75+3.75)×2=11m;設(shè)計(jì)行車(chē)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(shè)計(jì)中，取橫向坡度i=2%,

右側(cè)（行車(chē)方向）傾斜。建筑限界設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1.1圖3.1公路建筑限界圖（單位:厘米）圖3.1公路建筑限界圖（單位:厘米）對(duì)于上下行分離式獨(dú)立雙洞的公路隧道之間應(yīng)設(shè)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。教師批閱：圖3.2人行橫通道的斷面建筑限界圖（單位:厘米）隧道內(nèi)輪廓線的確定本隧道為兩車(chē)道Ⅱ級(jí)圍巖隧道，圍巖較好，不需施作仰拱。根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，并結(jié)合實(shí)際情況，本隧道采用三心圓法設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓線，經(jīng)濟(jì)實(shí)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(shè)計(jì)隧道襯砌截面強(qiáng)度驗(yàn)算M=0.01761.m N=23.2831偏心旦巨e=M=0.0176=0.756×10-3m=0.756mm0N23.283因?yàn)閑=0.756mm<0.2h=0.2×0.3=0.06m=60mm。由規(guī)范有：0對(duì)混凝土矩形截面構(gòu)件，當(dāng)偏心距e<0.2h時(shí)，按抗壓強(qiáng)度控制承載能力，并用下式進(jìn)行計(jì)算：KN≤φαRbha式中:R——混凝土或砌體的抗壓極限強(qiáng)度，按《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》a 教師批閱：表5.2.9采用；K——安全系數(shù)，按《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》表9.2.4—1采用；N——軸向力（kN）；b——截面寬度（m）；h——截面厚度（m）；Φ——構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)，對(duì)于貼壁式隧道襯砌、明洞拱圈及背墻緊密回填的邊墻，可取Φ=1；e0——截面的偏心距；α—-軸向力的偏心影響系數(shù)，eO=°.756=0.0126查表可得α=1.0查表可得φ=1.0,α=1.0,h60R=15500KPa，b=1.0m，h=0.30m，K=2.4，則有：aφαRbh=1.0×1.0×1550°×1.0×0.30=4650KNa而KN=2.4X232.83=558.792KN<4650KN,故KN≤φαRbh，滿足截面強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。a隧道深淺埋的確定及圍巖壓力計(jì)算根據(jù)內(nèi)輪廓尺寸B=12.51m,H=8.80mtt因?yàn)棰蚣?jí)圍巖的隧道設(shè)計(jì)不用設(shè)預(yù)留變形量,故近似開(kāi)挖尺寸為B=0.08×2+0.3×2+12.51=13.27mnH=0.08+0.3+8.8=9.18mn對(duì)于口級(jí)圍巖，H=2hpq

h=0.45×2ST×[1+i(B-5)]qS——圍巖級(jí)別B——隧道寬度,B=Bni—-圍巖壓力增減率,當(dāng)B>5,取i=0.1貝Uh=0.45×22-1×[1+0.1(13.27-5)]=1.6443mq貝UH=2h=3.2886m教師批閱：pq教師批閱：埋深H=10>H,故該隧道為深埋隧道。ph——等效荷載高度；qH——隧道埋深；H——深淺埋隧道分界深度。p又H=8.80=0.7034<1.7,B12.51t可用公式q=Yh，由設(shè)計(jì)資料知γ=27KN/m3貝Uq=27×1.6443=44.3961KN/m3∵該隧道為Ⅱ級(jí)圍巖???圍巖水平勻布?jí)毫=0隧道襯砌方案的擬定參考《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70—2004)，本設(shè)計(jì)為二級(jí)公路，采用復(fù)合式襯砌，復(fù)合式襯砌是由初期支護(hù)和二次襯砌及中間夾防水層組合而成的襯砌形式。復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)應(yīng)復(fù)合下列規(guī)定：Ⅰ.初期支護(hù)宜采用錨噴支護(hù)，即由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等支護(hù)形式單獨(dú)或組合使用，錨桿支護(hù)宜采用全長(zhǎng)粘結(jié)錨桿。Ⅱ.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(duì)于兩車(chē)道Ⅱ級(jí)圍巖，有：初期支護(hù)：拱部、邊墻的噴射混凝土厚度為5～8cm，拱、墻錨桿長(zhǎng)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(hù)，根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定，采用錨噴支護(hù)，錨桿采用普通水泥砂漿錨桿，規(guī)格HRB335Φ20×2.5m，采用梅花型局部布設(shè).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(wú)紡布，且無(wú)紡布密度為300g/m2，防水板應(yīng)采用滿鋪的EVA板防水層，厚度為2.0mm，搭接長(zhǎng)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(shè)計(jì)規(guī)范》，采用20號(hào)模筑防水混凝土，厚度為30cm。.隧道洞室防排水設(shè)計(jì)根據(jù)規(guī)范的防排水的一般規(guī)定,隧道防排水應(yīng)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(yíng)運(yùn)設(shè)備的正常使用和行車(chē)安全。隧道防排水設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)地表水、地下水妥善處理，洞內(nèi)外應(yīng)形成一個(gè)完整通暢的防排水系統(tǒng)。防水措施：在初期支護(hù)與二次襯砌之間鋪設(shè)2.0mm厚的EVA板防水層和密度控制在300g/m2以上的無(wú)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(wú)尖點(diǎn)及鋼筋露頭。路面結(jié)構(gòu)下設(shè)φ300縱向中心水溝，側(cè)邊設(shè)寬50mm、深30mm的縱向凹槽；在襯砌兩側(cè)邊墻背后底部設(shè)φ100的縱向排水盲管，縱向排水盲管由φ100的A類橫向?qū)芎挺?50的B類橫向?qū)芘c中央排水溝連接。具體設(shè)計(jì)請(qǐng)參照?qǐng)D3.1。強(qiáng)電設(shè)備溝J縱向排水溝中央排水溝強(qiáng)電設(shè)備溝（+消防管道）混凝土整平層石質(zhì)路基∣vl二次襯砌初期支護(hù)隧道軸線∣>ψrt?）水泥混凝土面板厚變素混凝土基層厚h「r圖3.4隧道防排水設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖（單位:厘米）對(duì)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(yīng)進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，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(jí)要大于S。二次襯砌施工縫、沉降縫的主要構(gòu)造形式如圖3.2所示。6圖3.5施工縫、沉降縫的主要構(gòu)造形式4.隧道開(kāi)挖及施工方案隧道施工方法該隧道為Ⅱ級(jí)硬質(zhì)的石質(zhì)隧道，根據(jù)設(shè)計(jì)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(diǎn)是有較大的作業(yè)空間，有利于采用大型配套機(jī)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(shí)，可加快掘進(jìn)速度，且爆破隊(duì)圍巖的震動(dòng)次數(shù)較少，有利于圍巖穩(wěn)定。其缺點(diǎn)是由于開(kāi)挖面較大，圍巖相對(duì)穩(wěn)定性降低，且每循環(huán)工作量相對(duì)較大，采用深恐爆破時(shí)，產(chǎn)生的爆破震動(dòng)較大，對(duì)鉆豹設(shè)計(jì)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。圖3.6全斷面施工方法①—全斷面開(kāi)挖②—錨噴支護(hù)③—模筑混凝土全斷面法施工工序如下：（1）用鉆孔臺(tái)車(chē)鉆眼，然后裝藥、聯(lián)接導(dǎo)火線；（2）退出鉆孔臺(tái)車(chē)，引爆炸藥，開(kāi)挖出整個(gè)隧道斷面；（3）排除危石；（4）噴射拱圈混凝土，必要時(shí)安設(shè)拱部錨桿；（5）用裝碴機(jī)將石碴裝入運(yùn)輸車(chē)輛，運(yùn)出洞外；（6）噴射變強(qiáng)混凝土，必要時(shí)安設(shè)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(kāi)始下一輪循環(huán)；（9）通過(guò)兩側(cè)判斷圍巖和初期支護(hù)的變形，待基本穩(wěn)定后，施作二次模筑混凝土襯砌。施工順序:施工準(zhǔn)備→確定施工方法→鉆爆開(kāi)挖→現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)→初期支護(hù)→防水層鋪設(shè)→二次襯砌→路面施工→竣工。鉆爆設(shè)計(jì):根據(jù)《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》，硬巖宜采用光面爆破，宜選用柱狀掏槽，兩個(gè)掏槽炮眼間距不得小于20cm。隧道開(kāi)挖面的炮眼，按直線型布孔。這種布孔圖示，形式簡(jiǎn)單并且容易掌握，同排炮眼的最小抵抗線一致，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。/——/——O圖3.7直線型布孔示意圖根據(jù)規(guī)范，對(duì)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)VE=0.8~1.0。四、隧道洞門(mén)設(shè)計(jì)1.洞門(mén)的尺寸設(shè)計(jì)洞門(mén)類型的確定根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，本設(shè)計(jì)應(yīng)采用坡面斜交型翼墻式洞門(mén)。翼墻式洞門(mén)主要適用于地質(zhì)較差的Ⅳ級(jí)以下的圍巖，以及需要開(kāi)挖路塹的地方。翼墻的設(shè)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(mén)的抗滑動(dòng)和抗傾覆的能力，同時(shí)也對(duì)路塹邊坡起到了支撐作用。洞門(mén)尺寸的確定根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范表7.2.1?7.2.1洞口邊JΦ坡控制高度困澄分爆17〕IKIVV~Vl邊、仰坡堀率&孽1：0.3.1:0'51：0.，IWs1?7,1：1Pl.251:1.251心角度(m)1525181，m可知：Ⅱ級(jí)圍巖洞口邊、仰坡坡率可取1：0.5。又由設(shè)計(jì)規(guī)范7.3.3知：洞口仰坡坡腳至洞門(mén)墻背的水平距離不宜小于1．5m，洞門(mén)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(mén)墻頂高出仰坡腳不小于0．5m。根據(jù)圖4.1.1所示的洞門(mén)尺寸設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖，可取以下值進(jìn)行計(jì)算：洞口仰坡坡腳至洞門(mén)墻背的水平距離取0.8+1=1.8m洞門(mén)端墻與仰坡間水溝溝底至襯砌按頂外緣高度取1.1m洞門(mén)墻高出坡腳的高度取1+0.3+0.2=1.5m洞門(mén)厚度由工程類比取1.0m洞門(mén)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(mén)尺寸設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖（單位:厘米）2．洞門(mén)檢算翼墻式洞門(mén)應(yīng)檢算以下三點(diǎn)：（1）檢算翼墻時(shí)取洞門(mén)端墻前的翼墻寬1m的條帶“Ⅰ”，按擋土墻檢算偏心、強(qiáng)度及穩(wěn)定性。（2）檢算端墻時(shí)取最不利部分“Ⅱ”作為檢算條帶，檢算其截面偏心和強(qiáng)度。（3）檢算端墻和翼墻共同作用部分“Ⅲ”的滑動(dòng)穩(wěn)定性。檢算條帶“Ⅰ”

圖4.2條帶“Ⅰ”示意圖（單位:厘米）2.1.1壓力的計(jì)算當(dāng)圖4.2條帶“Ⅰ”示意圖（單位:厘米）2.1.1壓力的計(jì)算當(dāng)"'0時(shí) 當(dāng)3:0時(shí)圖4.3計(jì)算樣圖（1）各項(xiàng)物理學(xué)指標(biāo)根據(jù)計(jì)算樣圖和設(shè)計(jì)資料可得以下數(shù)據(jù)：①=75o γ=18KN/m3f=0.7tanφf(shuō)=0.7α=5.7o ε=63otanα=0.1 tanε=1.962(2)土壓力系數(shù)λ的計(jì)算由設(shè)計(jì)規(guī)范知：最危險(xiǎn)破裂面與垂直面之間的夾角tan?tan2?+tanαtanε-J(1+tan2?)(tan?-tanε)(tan?+tanα)(1-tanαtanε)

tanε(1+tan2?)-tan?(1-tanαtanε)代入數(shù)據(jù)后可得：tan?=0.1964?=11.11o則側(cè)壓力系數(shù)：(tan?-tanα)(1-tanαtanε)

λ=tan(?+?)(1-tan?tanε)(0.1964-0.1)×(1-0.1×1.962) =548×10-3tan(11.11o+75o)(1-0.1964×0.1962) .（3）土壓力的計(jì)算σ=γHλ=18×6.01×0.00548=0.63kPaHE=1γH2λ=1×18×6.012×0.00548=1.78KN22G=γHb=20×6.01×1=120.2KN砼2.1.2穩(wěn)定性及強(qiáng)度的驗(yàn)算（1）傾覆穩(wěn)定的驗(yàn)算：∑M=120.2×(6.01×0.1+0.5)=132.34KN?my∑M=1.78×6.01=3.57KN?m03∑MK=y=132.34=37.07>1.50∑M 3.570∴滿足傾覆要求（2）滑動(dòng)穩(wěn)定的驗(yàn)算120.2×0.7120.2×0.71.78=47.27>1.3∴滿足滑動(dòng)穩(wěn)定要求（3）合力的偏心距驗(yàn)算∑M-∑M132.34-3.57C= ≡ o= =1.07∑N 120.2e=B-C=0.5-1.07=-0.57<B(=0.17)2