冲垭口隧道初步设计_岩土工程毕业设计计算书.doc

本科毕业设计（论文）题目：冲垭口隧道初步设计 院（系）： 建筑工程学院 专 业： 土木工程 冲垭口隧道初步设计摘要为全面完善自己在大学所学知识并对其进行综合性训练，特进行源于工程实际的隧道设计。与此同时，由于交通事业的发展及人类生产、生活的不断需求，世界各国所建交通隧道的里程得到迅速延长,隧道工程建设已经成为社会发展和人类生活中非常重要的内容。通过对隧道施工设计等方面进行一次全面的、系统的训练，了解隧道施工设计所包括的工作内容、工作程序。冲垭口隧道位于贵州省毕节市境内，属杭瑞高速公路贵州毕节至都格段。隧道全长1410m。设计的主要内容有：隧道路线方案的拟定比选、隧道几何设计、衬砌结构设计、防排水设计，并进行隧道衬砌的结构计算，同时还有隧道通风、照明的计算和设计。最终的设计成果包括：设计说明书、隧道围岩衬砌计算书、隧道通风计算书、隧道照明计算书、线路平面图、纵断面设计图、建筑限界及内轮廓图、洞门及明洞设计图、横通道设计图、紧急停车带设计图及分布图、各级围岩衬砌设计图、防排水设计图、通风机布置图、照明灯具布置图。 关键词：隧道；结构计算；断面；衬砌；防排水；洞门；通风；照明 preliminary design of chong ya kou tunnelabstractin order to complete the knowledge which study in the college. at the same time, rapidly extended transport development and human production and life of constant demand, the world built by the mileage of the traffic tunnel, the tunnel construction has become a very important element of social development and human life. to conduct a comprehensive, systematic training for tunnel construction design including job content, work procedures, design of tunnel construction in tunnel engineering design and construction work to lay a good foundation for future. chong ya kou road tunnel in gui zhou province, belong to hang rui highway gui zhou line from bi jie to du ge. tunnel length 1410m. design of the main content include: the tunnel route plan formulation selection, the design of the cross section, the design of the portal, the design of the lining structure, the design of waterproof and drainage, and the tunnel two lining structure calculation, and the design and calculation of tunnel ventilation and lighting. the final outcome of the design include: the design specification, tunnel lining, tunnel ventilation calculation, the calculation of tunnel lighting, route plan, profile design, the design of cross-sectional, architectural boundaries and the lining of the inside contour, the design of entrance and portal, ventilation layout, lighting arrangement. key words: tunnel, structural calculation, lining, waterproof and drainage, ventilated, lightingii主 要 符 号 表 弹性抗力系数 围岩容重 二次衬砌厚度 衬砌矢高 偏心距 宽度影响系数 隧道设计风速 利用系数 光通量 养护系数 灯具布置数量 灯具间距 路面平均照度i目录摘要iabstractii主 要 符 号 表i1 绪论11.1 课题背景及目的11.2国内外研究情况11.3本设计研究的主要内容及研究方法21.3.1 主要内容：21.3.2 研究方法22 工程概况32.1 工程简介32.2 地形地貌及工程地质条件32.2.1 地理位置及地形32.2.2 地质情况32.2.3地震32.2.4 气象条件32.2.5水文地质条件32.2.6环境条件43 隧道总体设计53.1隧道选址53.1.1隧道路线方案53.1.2隧道方案比选53.2隧道的几何设计63.2.1隧道的平面设计63.2.2隧道纵断面设计63.2.3隧道接线73.2.4隧道净空断面横断面设计73.2.5紧急停车带83.2.6横洞104 隧道结构构造114.1隧道衬砌结构设计114.1.1一般规定114.1.2衬砌设计114.2洞门124.2.1一般规定124.2.2建筑材料124.2.3洞门设计124.3明洞134.4隧道的防水与排水134.4.1隧道洞口的防排水134.4.2隧道明洞的防排水144.4.3隧道洞身衬砌防排水144.4.4注浆堵水145 衬砌结构计算155.1基本资料155.1.1岩体特性155.1.2衬砌材料155.1.3结构尺寸155.2基本计算数据165.2.1围岩压力的确定165.3 绘制分块图165.4计算半拱轴线长度175.4.1求水平线以下边墙的轴线半径，其与水平线的夹角175.5计算各分段截面中心的几何要素185.5.1求各截面与竖轴的夹角185.5.2求各截面的中心坐标195.6计算基本结构的单位位移195.7计算主动荷载在基本结构中产生的位移和215.7.1衬砌每一块上的作用力215.7.2主动荷载在基本结构上产生的内力215.7.3 主动荷载位移245.7.4 墙底位移计算255.8 解主动荷载作用下的力法方程255.9 求主动荷载作用下各截面的内力265.10求单位弹性反力及相应摩擦力作用下，基本结构中产生的变位和275.10.1各接缝处的抗力强度275.10.2各衬砌上的抗力集中力285.10.3抗力集中力与摩擦力的合力285.10.4计算单位抗力及相应的摩擦力在基本结构中产生的内力295.10.5计算作用理产生的荷载位305.11单位弹性反力作用下的力法方程315.12 最大弹性反力值的计算325.13 计算初砌截面总的内力335.13.1 初砌各截面内力335.13.2 校核计算精度345.14 绘制内力图355.15衬砌截面强度验算356 隧道通风设计及计算376.1基本资料376.2通风方式的确定376.3需风量的计算386.3.1稀释co浓度的需风量计算386.3.2稀释烟雾浓度的需风量计算406.3.3稀释空气异味的需风量计算416.4通风计算426.4.1计算条件426.4.2隧道内所需升压力计算426.5通风机台数的计算446.6风机的布置457 照明设计及计算467.1隧道照明区段的划分及亮度467.1.1洞外接近段467.1.2洞内照明467.2照明布置487.2.1中间段照明计算487.2.2入口段照明计算487.2.3过渡段照明计算497.2.4出口段照明计算507.2.5紧急停车带照明计算508 结 论52参考文献53致 谢54毕业设计（论文）知识产权声明55毕业设计（论文）独创性声明56附录57iv1 绪论i1 绪论1.1 课题背景及目的为全面完善自己在大学所学知识并对其进行综合性训练，特进行源于工程实际的秦岭地区新建隧道设计。与此同时，由于交通事业的发展及人类生产、生活的不断需求，世界各国所建交通隧道的里程得到迅速延长,隧道工程建设已经成为社会发展和人类生活中非常重要的内容。通过对隧道施工设计等方面进行一次全面的、系统的训练，了解隧道施工设计所包括的工作内容、工作程序等，为今后从事隧道工程设计、施工工作打下良好的基础。冲垭口公路隧道位于贵州省毕节市境内，属杭瑞高速公路贵州省毕节至都格段，是我国高速公路网中的一条东西横线，编号为g56，它起于浙江杭州，终于云南瑞丽。此题目来源于工程实际，通过对此题目的完成要求对隧道设计的初步阶段有完整的掌握，为今后工作实际问题的解决做实战准备。隧道工程是土木工程的重要研究领域，目前世界上的隧道设计方法经过几十年的完善，已经提出了比较成熟的设计方法，世界上大多采用的施工方法主要有新奥法、地下连续墙法、台阶法、盾构法、全断面法等。其中新奥法是采用最多的方法。我国的隧道及地下工程在施工技术上居于世界先进水平的行列。但是目前我国的隧道建设还存在许多应该解决的问题，如地下空间的利用与开发还属于粗放型，配套设备的国产能力低，施工效率低，环境差。施工超前地质预报水平低，不良地质条件的综合技术水平不高等不利因素。但是随着施工技术的不断发展，这些问题将在不久的将来得到有效的解决。 1.2国内外研究情况国内外隧道施工中形成了两大理论体系：一种是20世纪20年代提出的传统“松弛荷载理论”，其核心内容是稳定的围岩有自稳能力，对隧道不产生荷载，而不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支承岩体荷载。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能坍塌的岩体重力。另一种是20世纪50年代提出的“岩承理论”。其核心内容是隧道围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力，不稳定围岩丧失稳定是具有一个过程的，如在这个过程中提供必要的支护或限制，则围岩仍然能够保持稳定状态。“岩承理论”则是在新奥法设计施工的基础上提出来的。隧道修建技术的进步为长大隧道工程和开发利用地下空间奠定了基础，同53西安工业大学毕业设计（论文）时，大规模的地下工程的建设也必将对隧道建设技术提出新的更高要求。为了适应今后隧道工程大规模发展的需要，展望隧道施工的发展方向，隧道施工应开展以下方面的研究：（1）隧道施工阶段中的地质勘探工作（2）加强隧道机械化施工（3）发展隧道治水和融冰的技术（4）加强隧道的防火效果（5）加强应用施工新技术的研究（6）发展高性能混凝土施工技术，完善施工工艺，改善施工环境，提高支护质量、速度和效果。（7）加强对预制拼装式衬砌的研究应用（8）加强隧道施工现代化管理采用现代化管理方式可最大限度的发挥机械效率，确保工程质量和进度。1.3本设计研究的主要内容及研究方法1.3.1 主要内容：本设计研究的是冲垭口隧道初步设计，公路等级为单向双车道汽车专用公路隧道。本设计研究的主要内容有:线路的方案比选（包括至少两个方案的比较）隧道的几个设计(包括横、纵断面设计，洞门设计，明洞设计，横通道，紧急停车带)隧道防、排水设计 隧道衬砌结构计算隧道运营通风设计及计算隧道运营照明设计及计算 隧道结构计算1.3.2 研究方法对于该题目的研究采用将力学计算、数值分析以及经验评估融为一体的方法，在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上，根据公路等级、隧道长度、交通量以及环保要求，对隧道进行初步阶段的设计。2 工程概况2.1 工程简介冲垭口隧道位于贵州省毕节市境内，属杭瑞高速公路贵州毕都段。隧道为单向双车道隧道，左线起讫桩号zk81+110zk82+255，全长1145m，右线起讫桩号yk80+825yk82+235，全长1410m。隧道进口段左右线间距为95m，出口段左右线间距为15.96m，部分为小净距隧道。设置人行横洞2处，车行横洞1处。2.2 地形地貌及工程地质条件2.2.1 地理位置及地形本路段属侵蚀中山地貌区，山体主要由三叠系下统飞仙关组(t1f)强、中风化砂岩组成。隧道区山峦起伏相连，整体地形较陡，自然坡度角约35-46。2.2.2 地质情况本路段地质复杂，处于川滇经向构造带和川黔经向构造带之间过渡地带，构造简单，为单斜地层，主要岩性由新至老为三叠系下统飞仙关组强、中风化粉砂岩构成。2.2.3地震本路段地处山区，基本处于地质构造相对稳定的地质环境所处区域的地震动峰值加速度为0.05，地震基本烈度为度。2.2.4 气象条件本路段位于亚热带至温带云贵高原湿润季风气候区，降水量充沛，无霜期长，严寒酷暑时间较短，无霜期约250天，年平均气温11-15，年平均最低气温0-4，无酷暑严寒，气候温和，年均降雨量1250mm。2.2.5水文地质条件地表水不发育，仅于隧道进出口外侧冲沟中存在雨源型地表小径流，预计有水，旱季水量小或断流。地下水主要由第四系空隙潜水、基岩裂隙水。区域内总体水文地质条件简单。2.2.6环境条件隧址区斜坡下部地带种植旱地植物，植被少量发育，山体顶部植被较发育，以灌木为主。3 隧道总体设计3.1隧道选址3.1.1隧道路线方案根据设计任务书的规定以及地形图和水文地质情况了解，参考公路隧道设计细则jtgtd702010对隧道选址，现对隧道进行多方案比选，比选方案罗列如下：方案a：左线起讫桩号zk81+110（地面高程1542.0m）zk82+255（地面高程为1554.2m），全长1145m；右线起讫桩号yk80+825（地面高程1542.6m）yk82+235（地面高程1554.2m），全长1410m。方案b：将a方案左线下移，从zk81+100（地面高程为1564.2m）zk82+255（地面高程为1554.2m），全长1155m。右线同a方案。方案c：左线起讫桩号zk81+260（地面高程为1614.1）zk82+255（地面高程为1554.2），全长995m。右线同a方案。3.1.2隧道方案比选根据地形图和各种调查资料，进行技术、经济比较之后，最后确定一条路线。比较要点是：线形适当（平面顺适、纵坡均衡、横面合理），顺应地形，路线延长对邻近地区的影响；安全性、用地、建设投资、养护费、行驶性能、施工的难易、与当地环境和景观相协调等。（1）地形条件与隧道位置选择越岭路线的隧道，应进行较大面积的方案选择，拟定不同的越岭标高进行全面的技术、经济比较，选择工程地质条件较好的地段穿越。因为大面积方案已大致确定，所以只需要对标高，和施工地段优劣情况进行选择。当隧道口标高低时，则隧道长，但展线短、线路拔起高度小、运营条件好，如方案a、b；当隧道口标高高时，隧道短，但展线长、线路拔起高度大、运营条件差，如方案c。（2）地质条件与隧道位置选择一般情况下，隧道位置应尽可能选择在地质构造简单、节理裂隙不发育、岩性较好的稳固的地层中通过，尽量避免穿越偏压大，地下水丰富和排水困难的沟谷低洼处等不良地质地段，以及地质构造极为复杂，含有有害气体、高温等地层。若必须通过时，应有切实可靠的工程措施。a、b、c三个方案均无不良地质情况，但a方案中隧道左线入口处处于偏压状态。因此方案a中的左线入口段对设计、施工及辅助施工等标准要求较高。（3）洞口与隧道位置选择隧道洞口地质条件较差，岩层多破碎、松散、风化严重，当开挖进洞时破坏了山体原有的平衡，极易产生坍方、顺层滑动，古滑坡复活等现象。故规定“一般情况，隧道宜早进洞，晚出洞”。尽量根据地形、地质，考虑隧道仰坡和路堑边坡的稳定性，避开不良地质段。隧道进出口中线力求与地形等高线正交或接近正交穿越最为有利。若不能满足，则要尽量要以大角度斜交进洞，保证地形等高线与线路中线斜交角度大于45为上，但松软地层中，不宜采用斜交洞口。a、b、c三个方案洞口地质情况良好，a方案进出口皆与等线大角度相交，但b、c方案进口段与与等高线斜角角度大约为45。表3.1方案比较表 方案优劣a地质情况良好，高程最低，洞门中线与地形等高线大角度相交，线形适当，顺应地形，线路长度适中，运营条件好隧道左线入口处处于偏压状态，设计、施工及辅助施工等标准要求较高。b地质情况良好，高程较低，运营条件较好，线形适当，顺应地形线路长，与公路衔接曲率大，与公路整体设计协调适应性较差，洞门中线与地形等高线夹角约为45c地质情况良好，线路最短，线形适当展线较长，高程最高，运营相对较困难，洞门中线与地形等高线夹角约为45 综合各方面因素考虑，最终选择方案a。3.2隧道的几何设计3.2.1隧道的平面设计 隧道平面设计是指隧道中心线在水平面上的投影。隧道是线路的一个组成部分，因此，隧道的平面线形除应满足公路工程技术标准规定外，还应考虑到由于隧道内的运营和养护条件比洞外明线差的特点，应适当提高现行标准。隧道内应避免设置平曲线，因为隧道位于曲线上，通常需要设置超高和加宽，使得施工变得复杂，而且断面不统一，以及对于隧道洞口连接过渡段的设计、施工要求较高。所以本设计未设置平曲线。3.2.2隧道纵断面设计隧道纵断面是隧道中心线展直后在垂直面上的投影。隧道内线路坡度可设置为单面坡（即向隧道一段上坡或下坡）或人字坡（即从隧道中间向洞口两端下坡）两种。一般单向坡多数处在越岭线路的展线及沿河（溪）线隧道中，单向坡隧道对运行时通风排水有利，尤其是下行单向隧道通风条件较好，但在上方洞施工困难，特别在有较大地下水时更难。人字坡常出现在越岭隧道中，人自破有利于从两端施工时的出渣和排水，但对运营通风不利。隧道内纵面线形，应以行车安全、排水、通风、防灾为基础，并根据施工期间的排水、出渣、材料运输等要求确定。隧道内应尽量设置缓坡，但隧道内纵坡不应小于0.3%，有考虑到施工误差，一般不要小于0.3% 0.5%。隧道的最大值应该充分考虑：施工中出渣或材料运输的作业效率（纵坡过大则作业效率低）；营运期车辆行驶的安全和舒适性；营运通风的要求等因素，一般情况不应大于3%；受地形条件限制时，高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大，但不宜大于4%。由上述规定考虑到地形条件将隧道的纵断面选择为1.9%的单面坡。3.2.3隧道接线隧道洞口连接线的平面及纵断面线形应与隧道线形相配合，应当有足够的视距和行驶安全，尤其在进口一侧，需要在足够的距离外能够识别隧道洞口。即隧道洞口内外各3s设计速度行程长度范围的平面、纵面线形应一致，有条件时纵面线形宜取5s设计速度行程。3.2.4隧道净空断面横断面设计隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，包括隧道建筑界限通风及其他所需的断面积。a.建筑界限公路隧道的建筑界限，不仅要提升汽车行驶的空间，还要考虑汽车行驶的安全、快捷、舒适和防灾等，因此要求设计应充分研究各种车道与公路设施之间所处的空间关系，任何部件（包括通风、照明、安全、监控和内装等附属设施）均不得侵入隧道建筑限界之内。 建筑界限由行车道宽度、侧向宽度、人行道或检修道等组成。在建筑限界内，不得有任何部件侵入。根据公路隧道设计细则jtgtd70-2010中表5.1.3双向行车公路隧道建筑限界横断面最小宽度，可得：w行车道宽度，取7.5m；c余宽，取0.25m；h净高，一般取5m；l侧向宽度，；e建筑限界顶角宽度，；r或j人行道或检修道宽度，取0.75；则该隧道标准断面建筑界限如图3.1所示： 图3.1 标准断面建筑界限（单位：cm）b.内轮廓线 隧道的内轮廓线设计除应符合隧道建筑限界的规定外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰的须要，并为通风、照明、消防、监控、营运管理等设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富余量，使确定的断面形式及尺寸符合安全、经济、合理的原则。隧道断面宜采用内轮统一标准，即拱部为单心圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径连接。因此，横断面设计时，应尽力选择净断面利用率高、结构受力合理的衬砌形式。根据地质条件可知，隧道进出口段为v类围岩，洞身为类围岩。故采用受力较好，断面相对更经济合理的三心圆曲墙式衬砌。又因该隧道为单项交通，路面横坡取单面坡，进行单面坡隧道横断面设计时应满足以下要求： （1）建筑限界底边应与路面重合，建筑限界顶边线应平行于路面。 （2）检修带或人行道内边缘高度h相对与路面保持不变，设置倾向路面一侧的0.5%1%的横坡。 （3）检修道或人行道的边线应保持铅垂。 （4）建筑限界车行道边线垂直于路面，高度保持不变。 （5）隧道内轮廓断面与建筑限界行车限界最小间距宜大于10cm，与人行道或检修道限界线最小间距宜大于5cm。则隧道内轮廓线如图3.2所示：该隧道为长隧道，因而需要设置紧急停车带，如图3.3所示。在整个隧道中，设置了两个人行横通道（图3.4所示），一个车行横通道（图2.5所示）。3.2.5紧急停车带冲垭口公路隧道按单向双车道专用高速公路设计，左线全长1145m，右线全长1410m，属长隧道，因而需要设置紧急停车带，所以行车方向的右侧设置紧急停车带。紧急停车带的位置在右线线设在k81+500，在左线设在k81+600处。停车带的路面横坡取为水平。紧急停车带的建筑限界如图3.3所示，紧急停车带的宽度和长度如图3.4所示。 图3.2 标准断面内轮廓线（单位：cm） 图3.3紧急停车带平面图（单位：cm）图3.4标准断面建筑界限（单位：cm）3.2.6横洞上、下行分离式独立双洞的公路隧道之间应该设置横向通道。车行通道间距设置为700m，与紧急停车带对应布置，其建筑限界及内轮廓如图3.5所示；人行通道间距设置为350m，其建筑限界如图3.6所示。 图3.5（单位：mm） 图3.6（单位：mm）4 隧道结构构造 4.1隧道衬砌结构设计最大限度地利用和发挥围岩的自称能力是隧道衬砌结构设计应遵守的基本原则。隧道围岩自身具有一定的结构作用，通过一些工程工程措施和合理的衬砌形式使围岩的这一特性得以充分发挥，达到节省工程投资的目的。4.1.1一般规定衬砌结构设计应符合下列规定：（1）衬砌断面宜采用曲边墙拱形断面。（2）在ivvi级围岩条件下，围岩自稳能力查，侧压力较大，地基承载力较弱，为保证结构整体安全，控制沉降，采用有仰拱的封闭断面。仰拱曲率半径应根据隧道断面形状、地质条件、地下水、隧道宽度等条件确定。路面与仰拱之间可采用混凝土或片石混凝土填充。当隧道边墙底以下为整体性较好的坚硬岩石时，可不设仰拱。（3）隧道隧道洞口段一般埋置较浅，地质条件差，受应设加强衬砌。即将洞口围岩类别降低一个级别来考虑，加强衬砌段的长度应根据地形、地质和环境条件确定，一般情况下两车隧道应不小于1倍的洞跨。（4）围岩较差地段的衬砌应向围岩较好地段延伸5至10m。（5）偏压衬砌应向一般衬砌段延伸，延伸长度应根据偏压情况确定，一般不小于10m。（6）、净宽大于3.0m的横通道与主洞的交叉段应设加强衬砌，加强段衬砌应向各交叉洞延伸，主洞延伸长度不小于5.0m，横通道延伸长度不小于3.0m。人形横通道、消防设备、控制柜等断面较小的洞室，在主洞边墙部位与主洞相交，跨度和高度一般小于2m，可不做特殊考虑。4.1.2衬砌设计冲垭口隧道围岩类别主要为类，地质条件较差，设计断面均采用受力良好的曲墙式衬砌，结构形式采用带仰拱复合式衬砌。复合式衬砌以锚杆、喷射混凝土和钢筋网混凝土、钢拱架为初期支护，模筑混凝土或钢筋混凝土为二次支护，为使衬砌的防水性能可靠，保持无水渗漏，采用1.5mm厚单面自粘防水卷材作为复合式衬砌中间防水层。iii、类围岩初期支护采用径向系统锚杆、钢筋网及喷射混凝土。该隧道洞身由iii、类围岩以及洞口部分类围岩构成。根据公路设计规范给出的两车隧道复合式衬砌设计参数可得：a.初期支护 iii、类围岩：拱部和边墙喷射c20混凝土厚度12cm,预留变形量50mm，锚杆按矩形排列，纵向间距为1m，环向向间距为1.2m，锚杆长度3m，钢筋网25*25，钢架支护间距为1.5m。 类围岩：拱部和边墙喷射c20混凝土厚度15cm，预留变形量80mm，锚杆按矩形排列，纵向间距为8m，环向向间距为1m，锚杆长度4m，钢筋网20*20，钢架支护间距为1m。 b.二次衬砌iii、类围岩拱、墙采用50cm厚模筑混凝土衬砌，仰拱厚度35cm。类围岩拱、墙均、仰拱采用60cm厚模筑混凝土衬砌，仰拱厚度45cm。4.2洞门洞门是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌与洞口外路堑的支护结构，其作用是保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定，引离地表流水，减少洞口土石方开挖量。对于隧道洞口设计和施工，必须掌握隧道洞口附近的地形、地下水、气象等自然条件及房屋、结构物等社会条件，分析其对坡面稳定、气象灾害、景观调和的影响。4.2.1一般规定 （1）洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0，洞门墙顶高出仰坡不小于0.5。 （2）洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按计算或结合其它工程类比确定。 （3）洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地形及地质条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不应小于1.0，嵌入岩石地基的深度不应小于0.5；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25；地基为冻胀土层时，应进行防冻胀处理。基底埋置深度应大于墙边各沟、槽基底的埋置深度。 （4）松软地基上的基础，可采取加固基础措施。 （5）洞门结构应满足抗震要求。4.2.2建筑材料 洞门建筑材料的选择应该符合结构强度和耐久性的要求，同时满足抗冻、抗渗和抗侵蚀的需要。应满足公路隧道设计规范（jtg d70-2004）的规定。4.2.3洞门设计该隧道进出口处地表为缓斜坡地形，围岩级别为v级围岩，地质条件较差，隧道上覆地层厚度很薄。但该处地形平缓，地势开阔，便于施工场地的布置。考虑到支护和施工上的便利及“早进洞，晚出洞”，左右线均设置明洞，其洞门类型选择接长明洞的直立端墙式洞门，材料选用m10水泥砂浆砌片石，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1.7，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度为1.75，洞门墙顶高出仰坡为1.25如下图4.1所示。图4.1端墙式洞门4.3明洞明洞具有地面、地下建筑物的双重特点，既作为地面建筑物用以抵御边坡、仰坡的坍方、落石、滑坡、泥石流等灾害，又作为地下建筑物用于在深路堑、浅埋地段不适宜暗挖隧道时，取代隧道的作用。明洞净空必须满足隧道建筑限界要求，洞门一般做成直立端墙式洞门，明洞的结构形式应根据地形、地质、经济、运营安全及施工难易等条件进行选择。该隧道进出口处地表为缓斜坡地形，地质条件较差，隧道上覆地层厚度很薄。但该处地形平缓，地势开阔，便于施工。故该隧道采用整体性好，能承受较大的垂直压力和侧压力的拱形明洞，与隧道结构形式一样，也是由拱圈、边墙和仰拱组成，其内轮廓与隧道一致。又由于地形的差异左线采用偏压式拱形明洞，右线采用对称式拱形明洞，衬砌形式与v类围岩衬砌相同。4.4隧道的防水与排水隧道遵循“防、排、堵、截结合因地制宜，综合治理”的原则，争取隧道建成后达到洞内基本干燥的要求，保证结构和设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地标岁、地下水妥善处理，形成一个完善通畅的防排水系统。为了防止排水沟管的淤塞以及考虑到对环境的保护，设计过程中坚持将清洁的地下渗水与路面污水分开排防的原则。4.4.1隧道洞口的防排水隧道洞口区应避免水流的汇集，防止夏季水流冲蚀洞口。根据地形情况在洞门、明洞边坡线5m外顺地势布设洞顶截水沟，将的面径流通过天沟引入自然沟谷排走。洞口路基水严禁流入洞内，必要时可设置反坡。4.4.2隧道明洞的防排水 明洞衬砌外层采用无纺布布（350g/）+防水板+无纺布（350g/）+2cm厚m20水泥砂浆+50cm厚粘土隔水保护层防水；明洞衬砌基础两侧纵向排水管与横向引水管相连，将明洞衬砌背后水引入隧道路面下中心沟排走；明洞顶回填土体表层设一层粘土隔水层以防地面径流下渗，并在回填地表坡度的作用下流入洞顶排水沟排走。 在结构构造防水面，采用中埋止水带和膨胀止水条于明洞施工缝、变形缝处布设，同时结构采用防水混凝土以形成完善的明洞排水系统。4.4.3隧道洞身衬砌防排水（1） 隧道开挖后，根据各级围岩地下水的发育状况，在岩面环向布设100半圆排水管，以引排围岩渗漏水至基地纵向水管内，是隧道初期支护内排水良好。（2） 为了有效地排除二次衬砌背后的静水压力，在初期支护与防水层之间间隔一定距离设置排水盲管，再将排水盲管与边墙底部的纵向排水管相连接，然后通过横向引水管，将水引入路面下纵向矩形中心排除洞外。（3） 在初期支护和二次衬砌之间敷设一层复合防水卷材（1.5mm厚单面自粘复合防水卷材）和350g/无纺布，作为第一道防水措施。（4） 拱部和边墙二次衬砌采用不低于s6的防水混凝土，作为第二道防水措施。（5） 在隧道施工缝采用带注浆管的膨胀止水条、沉降缝采用橡胶止水带，确保施工缝、变形缝、沉降缝处防水效果。施工中保证结构接缝的施工质量。（6） 防水板搭接头应避开施工缝、变形缝处。（7） 在二次衬砌浇筑完毕后采用预留注浆管补充注浆回填衬砌背后空洞，进一步封堵地下水的排泄通道。（8） 在隧道路面两侧处设20边沟排路面水，使污水和衬砌围岩水分开排放。路面冲洗水通过路拱横坡排入边沟，在洞外引入路基排水边沟，进化处理后排放。（9） 环向排水管、纵向排水管、横向引水管与隧道路面下纵向中心水沟相连。（10） 沿隧道两侧纵向50m间距设置检查孔以方便定期疏导纵向和横向排水管。（11） 沿隧道纵向设置检查井以方便定期疏导检查纵向中心水沟。（12） 为了防止路面地层地下水上升到路面影响行车安全，在路面平整层下设有100hdpe双壁打孔波纹管将路面下水引入中心水沟，排除洞外。4.4.4注浆堵水 当隧道开挖后水量很大，地表水泄露，对地表生态环境影响严重时，将考虑对围岩注浆堵水的措施，限制或减小水的排泄。5 衬砌结构计算5.1基本资料结构断面图如下图所示图5.1隧道断面图（单位cm）5.1.1岩体特性计算摩檫角，岩体重度，围岩的弹性反力系数，基底围岩弹性反力系数。5.1.2衬砌材料采用c25混凝土，重度=23kn/m，弹性模量e=29.5gpa，混凝土衬砌轴心抗压强度标准值f，混凝土轴心抗拉强度标准值 。5.1.3结构尺寸543cm 593cm 90793cm 843cm 12.83100cm 160cm 59.47 b=1186cm， h=875.5cm （拱顶厚度）=50cm5.2基本计算数据5.2.1围岩压力的确定a. 垂直均布压力垂直均布压力按以下公式计 式中：q 垂直均布压力（kn/） 围岩重度（kn/m）， s 围岩级别， b 隧道宽度（m）； i b每增减1m时的围岩压力增减率，以b=5m的围岩垂直均布压力为 准，当b5m时，取i=0.2；当b5m时，取i=0.1。 宽度影响系数，=1+i（b-5）b.水平均布压力水平均布压力按下表5.1确定 表5.1 围岩水平均布压力围岩等级i、iiiiiivvvi水平均布压力00.15q(0.150.3)q(0.150.3)q(0.150.3)q说明：应用a、b中的公式时必须同时具备下列条件h/b1.7,h隧道开挖高度（m），b隧道开挖宽度（m）。不产生偏压及膨胀的一般围岩已知：围岩类别 s=4,岩体重度 ， b=1186cm，取i=0.1，则：宽度影响系数 垂直均布荷载 水平均布荷载 5.3 绘制分块图因结构对称，荷载对称，故取半跨计算，如图5.2图5.2半跨结构计算图示5.4计算半拱轴线长度5.4.1求水平线以下边墙的轴线半径，其与水平线的夹角假定水平线以下轴线轴线为一圆弧，则其半径由如图5.3所示 图5.3边墙轴线计算由图上量得：， =38.15cm 故：= =5.4.2计算半拱长度及分块轴线长度 （1）半拱轴线长度: （2）分块长度： 5.5计算各分段截面中心的几何要素5.5.1求各截面与竖轴的夹角校核角度： 角度闭合差。5.5.2求各截面的中心坐标 求个截面的中心坐标（单位：m） 坐标校核：5.6计算基本结构的单位位移计算过程见表5.2校核： 说明变位计算结果正确。表5.2 曲墙拱结构几何要素及ik计算过程表（一）截面00.000000 0.000000 1.000000 0.000000 0.000000 0.500000 114.855232 0.256378 0.966577 1.456225 0.189844 0.500000 229.710464 0.495617 0.868541 2.815106 0.746687 0.500000 344.565696 0.701727 0.712446 3.985807 1.633305 0.500000 459.420928 0.860928 0.508727 4.890070 2.790431 0.500000 574.276160 0.962579 0.271001 5.467449 4.140714 0.500000 689.131392 0.999885 0.015159 5.679347 5.593894 0.500000 797.454839 0.991547 -0.129745 5.589923 7.062651 0.615179 8105.372643 0.964222 -0.265096 5.298725 8.505048 1.592026 表5.2 曲墙拱结构几何要素及ik计算过程表（二）截面积分系数00.01041796.000000 0.000000 0.000000 96.000000 110.01041796.000000 18.225060 3.459925 543.640179 420.01041796.000000 71.681956 53.523988 585.775800 230.01041796.000000 156.797276 256.097769 2662.769285 440.01041796.000000 267.881350 747.504349 2758.534096 250.01041796.000000 397.508583 1645.969513 10147.946712 460.01041796.000000 537.013834 3003.998519 8348.052374 270.01982250.448112 356.297413 2516.404321 13117.789034 480.1677115.962626 50.712417 431.311536 538.698996 12031.755073 5519.180023 25729.091357 38799.206476 5.7计算主动荷载在基本结构中产生的位移和5.7.1衬砌每一块上的作用力(1)竖向力： 式中：衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度，由图 量得：(2)侧向水平力： 式中：衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度，由图 量得：(3)自重力： 式中：接缝i的衬砌截面厚度（计算时，应使第8个衬砌面积乘 以）。作用在各衬砌上的力列入附表 ，各集中力均通过相应图形的形心。5.7.2主动荷载在基本结构上产生的内力分块上各集中力对下一分点的截面形心的力臂由cad图量取，并分别记为、 图5.4内力计算图弯矩： （）轴力：（）式中、相邻两截面中心点的坐标增量按下式计算：、的计算过程如下表（5.3）所示:表5.3 计算过程表（一）截面集中力力臂00.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 0.000000 1212.237749 16.935694 6.917220 0.696065 0.721951 0.340744 -147.731269 -12.226741 -2.357001 2198.050399 16.935694 20.289266 0.585441 0.661369 0.507811 -115.946823 -11.200743 -10.303113 3170.624007 16.935694 32.305056 0.435683 0.556576 0.640932 -74.337979 -9.426001 -20.705344 4131.792