隧道工程课程设计报告书

1、word格式整理版本科生课程设计课程名称 隧道工程学 部理工农学咅B学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版第一部分隧道主体结构设计任务书 1课程设计题目 1适用专业、班级、时间 1课程设计目的及任务 1设计方法与步骤 5时间及进度安排 5建议参考资料 5第二部分隧道主体结构计算书 62.1建筑限界 62.1.1 一般规定 62.1.2 隧道总体设计原则 62.1.3隧道设计技术标准 62.1.4隧道建筑限界图 72.2内轮廓图确定 82.3隧道洞口的设计 92.3.1洞门形式的选择 92.3.2洞门构造要求 92.3.3 验算满足条件 102.3.4洞门结构设计计算 102.4初

2、期支护设计 142.4.1支护形式的选择及参数确定 152.4.2川级围岩的初期支护设计 152.4.3初期支护设计及验算 172.5二次衬砌的计算 252.6施工组织设计 262.6.1编制说明 262.6.2工程概况 262.6.3工程特点、难点及施工措施 272.6.4施工总体部署 272.6.5施工组织机构 282.6.6施工组织流程 29附图 301、建筑限界图、内轮廓图 302、洞口立面图 303、洞口侧面图 304、复合式衬砌断面布置图 30第一部分隧道主体结构设计任务书一.课程设计题目隧道主体结构设计二.适用专业、班级、时间张家界学院学院建筑工程专业三.课程设计目的及任务（一）

3、设计目的：通过本设计掌握：建筑限界和内轮廓图；隧道洞口的设计；隧道洞身的设计及二次衬砌的验算；施工组织设计。（二）设计任务：1. 设计资料（1）隧道总体概况已知隧道为山岭两车道公路隧道，示意简图如图1.1所示。整个隧道原本分 为左右线，并且左右线都为相向施工，但本次课程设计只要求设计单洞单向施工 到达贯通位置的情况，只要求设计主洞的一般断面，不要求设计紧急停车带与横 洞等附属洞室。隧道采用新奥法理念施工，隧道采用复合式衬砌，设计使用年 限为100年。洞口段洞身段"设计长度图1.1隧道示意图表1.1不同的围岩级别文中简写表示意义围岩情况描述川级川级围岩砂岩，岩体较完整，块状结构&quo

4、t;级W级围岩页岩，岩体局部破碎，层状结构V级V级围岩砾岩，岩体破碎，泥质胶结表1.2围岩计算参数围岩级别重度3(kN/m弹性抗力系数（MPa/m变形模量（GPa泊松比内摩擦角（°）粘聚力（MPa川级围岩251200200.3501.5W级围岩2350060.35390.7V级围岩2020020.45270.2表1.3不同的设计行车速度文中简写表示意义速A设计行车速度为100km/h速B设计行车速度为80km/h速C设计行车速度为60km/h表1.4不同的隧道设计长度文中简写表示意义长A表示隧道设计长度1500m长B表示隧道设计长度2500m长C表示隧道设计长度3500m注：洞口段可

5、选为40m长隧道洞口段依据规范设计洞门并对洞门挡土墙进行验算。洞门挡土墙的倾斜度与 嵌入基底深度根据规范选定。深埋的同不洞门挡土墙（隧道中线处）图1.2埋深示意图表1.5不同的洞口段埋深文中简写洞口段埋深（m）洞口 A2.5洞口 B3.5洞口 C4.5(3) 隧道洞身段根据围岩级别与隧道洞身段埋深计算围岩压力，根据公路隧道设计规范 185页的荷载分担比例表，确定初期支护与二次衬砌的荷载分担比例。根据规范 选定初期支护与二次衬砌的设计参数。表1.6不同的洞身段埋深文中简写隧道洞身段埋深(开挖轮廓线拱顶至地表的距离)洞身A15m洞身B30m洞身C50m洞身D70m洞身E90m洞身F120m(4)

6、验算二次衬砌的强度目前数值模拟软件已经广泛应用于隧道设计中，确定二次衬砌的设计参数 后，最好用某一种数值模拟软件计算二次衬砌的内力， 进一步验算二次衬砌所有 截面的强度。由于本次课程设计时间短，没有足够的时间学习数值模拟软件， 因 此下面假定已经计算出了二次衬砌的内力 (二次衬砌的设计参数与荷载不同，计 算出来的内力也不同)，同学们按照图中指定的截面，验算二次衬砌在这一截面 的强度，目的是掌握计算原理与思路。图1.3二次衬砌验算指定截面(注：你设计的二次衬砌可能有仰拱也可能无仰拱，但不影响这里的验算)表1.7不同截面的二次衬砌内力文中简称轴力(kN)剪力(kN)弯矩(kN x m)截面A-25

7、06-64-43截面B-208614526截面C-2823-5110（5）施工组织设计施工组织设计包括施工方法、各工序施作时机、人员配备、主要材料、机械 设备、进度计划等。每个人的隧道围岩级别、隧道埋深与隧道长度等不同，因此 制定的隧道施工组织设计也应不同。2. 设计工作及要求每个人针对的工程情况均有不同之处 （详见下表），自己只做自己对应的工 况，不要抄袭别人的设计。表1.8设计分组情况一览表学号设计工况1，16，31, 46川级速C长A洞口 A洞身A截面A2，17,32, 47"级速B长C洞口 B洞身B截面B3，18，33, 48V级速A长C洞口 C洞身C截面A4，19，34,

8、49川级速C长A洞口 A洞身D截面C5, 20，35, 50V级速B长B洞口 C洞身E截面B6, 21，36, 51"级速C长C洞口 B洞身F截面C7, 22，37, 52"级速A长B洞口 B洞身B截面A8, 23，38, 53川级速A长A洞口 A洞身C截面A9, 24,39, 54V级速B长A洞口 C洞身D截面B10, 25,40, 55"级速C长C洞口 B洞身E截面C11, 26,41, 56V级速A长B洞口 C洞身F截面A12, 27,42, 57川级速C长A洞口 A洞身A截面C13, 28,43, 58V级速B长B洞口 C洞身C截面B14, 29,44,

9、59川级速C长C洞口 A洞身A截面C15, 30,45, 60"级速B长B洞口 B洞身B截面B每位同学均应根据上表的分组名单与对应设计时速完成本设计，应完成的设计工作包括：（1）根据隧道概况，选择隧道限界，确定隧道内轮廓尺寸，绘制隧道建筑 限界图及内轮廓图。（2）设计隧道洞门（如采用端墙式洞门、翼墙式洞门等），并验算洞门挡 土墙，绘制隧道洞门立面图与侧面图。（3）计算隧道洞身段的围岩压力，根据公路隧道设计规范185页的荷载 分担比例表，确定洞身段初期支护与二次衬砌的荷载分担比例。 根据规范选定洞 身段初期支护与二次衬砌的设计参数，绘制洞身段复合式衬砌横断面布置图。（4）验算指定截面的

10、二次衬砌强度，如果强度不合格，指出应采取的措施。（5）编制施工组织设计，内容既包括进洞方法与超前支护措施，也包括洞 身段的施工方法、各工序施作时机、人员配备、主要材料、机械设备、进度计划 等。3. 图纸要求采用3号图纸，比例自行确定。4. 应提交的设计成果应提交给指导老师的设计成果包括：（1）设计说明书一份，包括前述应完成设计工作的各项内容，内容详细充 实，能体现出设计的具体过程，写明设计参数的选择依据，特别要详细写明洞门 挡土墙验算、围岩压力计算、二次衬砌截面强度验算等计算过程。(2) 设计图纸一套，包括前述应完成设计工作的各项图纸， 要求线条清晰、 整洁美观，符合有关制图规范及比例要求。图

11、纸首先采用计算机CAD绘制，然后 一律采用A3图纸打印出来上交。四. 设计方法与步骤(1) 根据隧道概况，选择隧道限界，确定隧道内轮廓尺寸，绘制隧道建筑 限界图及内轮廓图。(2) 设计隧道洞门(如采用端墙式洞门、翼墙式洞门等)，并验算洞门挡 土墙，绘制隧道洞门立面图与侧面图。(3) 计算隧道洞身段的围岩压力，根据公路隧道设计规范185页的荷载 分担比例表，确定洞身段初期支护与二次衬砌的荷载分担比例。 根据规范选定洞 身段初期支护与二次衬砌的设计参数，绘制洞身段复合式衬砌横断面布置图。(4) 验算指定截面的二次衬砌强度，如果强度不合格，指出应采取的措施。(5) 编制施工组织设计，内容既包括进洞方

12、法与超前支护措施，也包括洞 身段的施工方法、各工序施作时机、人员配备、主要材料、机械设备、进度计划五. 时间及进度安排1. 布置设计内容及准备相关参考书、设计规范：0.5天2. 建筑限界和内轮廓图：0.5天3. 洞口设计：1天4. 洞身设计：1天5. 二次衬砌验算及施工组织设计：1.5天6. 完成设计说明书及相关图纸：0.5天六. 建议参考资料1. 隧道工程，陈秋南.北京：机械工业出版社，2014.2. 公路隧道设计细则JTG/T D70-2010，中华人民共和国交通运输部， 北京：人民交通出版社，2010.3. 公路隧道设计规范JTG D70-2004，中华人民共和国交通部，北京： 人民交通

13、出版社，2004.4. 公路隧道施工技术规范JTG F60-2009，中华人民共和国交通运输部, 北京：人民交通出版社，2009.5. 铁路工程设计技术手册-隧道，北京：中国铁道出版社，1995.交通隧道工程，彭立敏.长沙：中南大学出版社，2003.学习参考word格式整理版第二部分隧道主体结构计算书2.1建筑限界2.1.1 一般规定隧道设计应满足公路交通规划的要求，其建筑限界、断面净空、隧道主体结 构以及通风、照明等设施，应按公路工程技术标准进行设计。当近期交通量 不大时，可采取一次设计分期修建。2.1.2隧道总体设计原则（1）隧道设计遵循充分发挥隧道功能，安全、经济建设隧道的基本原则。 设

14、计中有完整的勘测、调查资料，综合考虑地形、地质、水文、气象和交通量及 其构成，以及营运和施工条件，进行多方案的技术、经济、环保比较，使隧道设 计符合安全实用、质量可靠、经济合理、技术先进的要求。（2）隧道主体结构按永久性建筑设计， 具有规定的强度、稳定性和耐久性； 加强隧道支护衬砌、防排水、路面等主体结构设计与通风、照明、供配电、消防、 交通监控等营运设施设计之间的协调， 形成合理的综合设计。对有关的技术问题 开展专项设计和研究。（3）隧道土建设计体现动态设计与信息化施工的思想，制定地质观察和监 控量测的总体方案。（4）隧道设计贯彻国家有关技术经济政策，积极慎重地采用新技术、新材 料、新设备。

15、（5）隧道设计必须符合国家有关国土管理、环境保护、水土保持等法规的 要求。注意节约用地，保护农田及水利设施，尽量保护原有植被，妥善处理弃渣 和污水。2.1.3隧道设计技术标准（1）公路等级：一级公路。（2）隧道设计速度：60km/h。（3）隧道建筑限界标准见表2.1。（4）隧道纵坡不应小于0.3%, 般情况不应大于3%对于受地形限制的中、 短隧道可适当加大，不宜大于 4%本隧道为短隧道。（7）设计荷载：公路I级。2.1.4隧道建筑限界图可确定限界参数如表2.1所示：表2.1建筑限界设置（单位：m）设计速度（km/h）车道宽度W侧向宽度L检修道J左侧右侧左侧右侧6020.500.750.750.

16、75隧道建筑限界净宽：9.75m,净高：4.5m。因为本隧道为两车道的短隧道，所以 本隧道不设置紧急停车带和横向通道。建筑限界如图1.1。LL 1L1L 1750150013500X2=701751750*学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版图2.1隧道建筑限界学习参考word格式整理版2.2内轮廓图确定根据公路隧道设计规范(JTGD70-2004)规定，隧道的内轮廓拱部为单 心半圆Ri=514cm 侧墙为大半径圆弧 R2=764cm 仰拱圆弧半径 R4=1500cm 仰 拱与侧墙间用一个小半径圆弧连接 R3=100cm两车道的60km/h标准内轮廓图如 图 2.2。图2.2隧

17、道内轮廓图学习参考word格式整理版2.3隧道洞口的设计2.3.1洞门形式的选择隧道进口位于川级围岩中，结合洞口排水要求，遵从“早进洞，晚出洞”的 设计原则，并考虑洞门的实用、经济、美观等因素，综合考虑，该隧道进口洞门 采用“端墙式洞门”。端墙式洞门简图见图2.3.1 o按§公路隧道设计规范(JTGJ004)加 涧门均造要求为：(1) 洞口仰坡坡脚至洞门墻背的水平距离不宜小于ldm,洞门端墙与仰坡之间水 沟的沟底至衬砌拱顶外祿的高度不小于1.0m，洞门墙顶高出仰坡抑不小于0.5口(2) 洞门墙应根据实际需要设置伸缩縫、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按计 算或结合其他工程类比确定* |

18、(3) 洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地基及地形条件，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小于1.0m，嵌入岩石地基的深度不小于0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于 0.25m。基底埋置深度 应大于墙边各种沟、槽基底的埋置深度。(4) 松软地基上的基础，可米取扩大基础措施。233验算满足条件采用挡墙式洞门时，洞门墙可视为挡土墙，按极限状态验算，并应验算绕墙 趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。 验算时应符合表3.1和表3.2(公路隧道设计规 范JTG- 2004)的规定，并应符合公路路基设计规范、公路砖石及混凝 土桥涵设计规范、公路桥涵地基与基础设计规范的有关规定。表3洞

19、门墙设计鑫数仰坡坡率计算窄擦角C)容重 y(fcv/w3)基底肇擦系数f基底控制压应力()1： 0.570250.600.801： 0.7560240.500.601： 150200.40040-0.351： 1.2543-45180.400.300251： 1.538-40170.35-0400.25fe.2洞门墙主要验算规定墙身截面荷载效应值S述潍构抗力效应值(按极限状态算)墙身截面荷效应值S注昜构抗力效应值 屿於櫥艮状态计算)墙身截面偏心巨它倍截面厚度滑成穏疋2全系数>13基融力况基容许承载力|倾S稳定安全系数匕>1.6基底偏心距巨岩石地基空爭B4；土质地基空62.3.4洞门

20、结构设计计算1、计算参数确定(1) 边、仰坡坡度1： 0.1 ；(2) 仰坡坡率1： 0.5 ;(3) 地层容重 丫= 25kN/ m3 ;(4) 地层计算摩擦角，=70 ；(5) 基底摩擦系数0.6 ;(6) 基底控制应力丨-0.8 MPaO2、建筑材料的容重和容许应力(1) 墙端的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为Mu10Q水泥砂浆的 强度等级为M10(2) 容许压应力I-2.2MPa，重度Y=22kN/m3。3、洞门各部尺寸拟定端墙式洞门的正墙斜度取1:0.1，仰坡坡率取1:0.5,设端墙厚度为B=2.0m 设基础埋深为1.8m(其中基底采用阶梯状扩大基础，其中上层阶梯为0.3m。

21、下层 阶梯为0.7m,基底宽度为BJ3m)，预留变形量为0.05m，衬砌厚度为0.5m,其 中衬砌拱顶到截水沟沟底的距离为1.1m，截水沟厚度为0.2m，截水沟沟底到仰 坡坡底的距离为0.5m,仰坡坡脚到洞门墙背的水平距离为a=2m设墙H=12m本隧道取条带宽度b=1m图2.2洞门侧视图1、洞门土压力计算边坡坡率1:0.5，查表最危险破裂面与垂直面夹角-:tan2 申 +tan tan $ 一 J(1 +tan2 ®)(tan申一tan®(tan® +tan )(1 tan tan® tan:tan名(1 + tan2 申) tan®(1 ta

22、n tan名)(3.2 )tan 特=tan270°+ta n6°ta n63.5_ J(1 +tar? 70(ta n70-ta n63.5)(ta n70+ta n6)(1- ta n6ta n63.5)2tan63.5(1 tan 70) tan70(1tan6 tan63.5)=0.266故：.=14.89土压力系数按下式计算:(tan - tan ： )(1 - tan ： tan ；)tanC；丨)(1 - tan tan ；)(3.3)(tan14.89 '-tan6 )(1-tan6 tan63.5 )tan(14.8963.5 )(1 - tan1

23、4.89 tan63.5 )=0.025洞门土压力按下式计算:h'二tan 3 -tana0.266 0.1 12.05口, a2.0h0 二m0.10.5 0.1二 5.0mE H 2 h。h'-hc b Z = 33.67kN2(3.4 )S为墙背摩擦角2取、；上 =30°3Ex =Ecos(、-：)=25.37kNEy 二 Esin()=22.05kN墙体自重按下式计算：G = a H -h B GhB'(3.学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版5)=2212 -1.82 20 1.8 3=55a -水泥砂浆砌片石重度=22kN/mH -

24、洞门高度；h -基础埋深，包括扩大基础在内；B'-扩大基础的宽度；G -基础及回填土之平均重度，取G =20KN /m32、洞门抗倾覆验算 根据公式(3.6)学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版VM y = GZgEyZy(3.7 )(3.8)学习参考word格式整理版v M y 一全部垂直力对墙址 0点的稳定力矩Mo-全部水平力墙址O点的稳定力矩Ex对墙址的力臂:H4.0mEy对墙址的力臂:Zy学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版G对墙址的力臂：ZG二B' H喻：=2.1m2故：、 My =556.8 2.1 20.05 3.4 = 1244.

25、25kN mx M0 =25.37 4.0=101.48KN mK。'J My' M°1244.25101.48= 12.26 1.6学习参考word格式整理版满足抗倾覆要求。3、洞门抗滑移验算Kc2 Nf(3.学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版9)v N -作用于基底上的垂直力之和f =0.6E -墙后主动土压力之和Z N =G +Ey E E =E yx故满足抗滑动要求K(556.8 22.°5) 0d 13.69 1.325.374、基底合力偏心矩验算与基底承载力验算设作用于基底的合力法向分力为a N，其对墙址的力臂为Zn，合力偏心距

26、为e,则:ZnGZgEyZy - Ex 乙G +Ey(3.10)= 1.9B'e Zn - -042B'|e|=0.40.5满足计算要求6(3.11 )、：max _、N 6e)石-B( B7可得：、max =347.3仁：訂=0.8MPa"min - 38.59 ：； =0.8MPa符合地基承载力要求。5、墙身截面偏心矩验算及强度验算墙身偏心矩e:M CCC(3.12)e 0.3BN式中：M计算截面以上各力对截面型心力矩的代数和;N作用于截面以上垂直力之和。学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版二 Ex(H / 2 H /3) Ey B =28.69k

27、N mN =G Ey= 578.85kN学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版将数据代入墙身偏心矩e的公式，得可：e= 0.05 v 0.3B = 0.3汽 2 = 0.6mN所以计算结果满足要求。应力c：=0.75MPa 十=2.2MPa所以计算结果满足要求。经验算，翼墙的验算也满足要求2.4初期支护设计241支护形式的选择及参数确定隧道洞口处围岩为川级围岩，隧道洞身围岩为川级围岩，隧道采用复合式衬 砌支护，即由初期支护、二次衬砌以及中间防水层组合而成的衬砌形式进行支护。 同时还采用大管棚、小导管等预支护措施。其中初期支护采用喷射混凝土、 钢筋 网、钢拱架支护。根据公路隧道设计

28、规范(JTGD70-2004)的有关规定，二车道复合式衬 砌在川级围岩条件下。初期支护采用喷锚支护方式，初期衬砌厚度10cm二次衬砌厚度35cm锚杆采用中空注浆锚杆，锚杆的直径为 20mm长度为300cm 钢筋网直径为10mm二次支护为模筑混凝土，混凝土的强度等级为C35,厚度为 10cm) 2.4.2川级围岩的初期支护设计 1、隧道的深浅埋确定：深埋和浅埋隧道的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等 因素综合判定。在川级围岩条件下：式中：Hp -深浅埋隧道的分界深度;hp -荷载等效高度,已知在川级围岩下，隧道宽度为B = 10.28m，围岩容重为丫 = 25KN/m3 ，则围岩

29、的坍塌高度为h :h =0.45 2SJ 1 i(B -5)= 0.45 23J 10.110.28-5 1=2.式中：S-围岩的级别；-围岩的重度；B-隧道的宽度；i- B每增减1m时的围岩压力的增减率，当B_5m时取i=0.1 荷载等效高度：q hhqh =2.75m故分界深度：Hp=2hq=2 2.75 =5.5m埋深H = 1.5m，小于hq = 2.75m，属浅埋隧道2、隧道围岩压力的确定川级围岩的围岩压力计算：根据公路隧道设计规范（JTG D70-2004）,川级围岩物理力学指标值:重度Y =25kN /m3弹性抗力系数k=1200MPa/m，变形模量E =20GPa，泊松比=0.

30、3，计算摩擦角o = 70，内摩擦角=50，粘聚力 c = 1.5MPa。B B FE A AD|fe+6 (pl学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版图2.4.1浅埋隧道围岩压力计算隧道埋深H=2.5m小于等效荷载高度hq = 2.75m，荷载视为均布垂直压力，按下式计算：2q = H =25 2.5 =62.5kN/m(4.1)式中：q垂直均布压力（kN/m3）隧道上覆围岩重度（kN/m3）；h隧道埋深（m，指坑顶至地面的距离学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版图2.4.2浅埋隧道支护结构上的荷载 侧向压力e按均布考虑时其值为：(4.2)学习参考word格式整

31、理版=4.41kN / m图2.4.3剪切滑移破坏法示意图,8.34)2Q70e = 25疋1.5 十ix ta n45 -< 2丿2丿2其中：e-侧向均布压力kN/m 2Ht -隧道高度（m）c -围岩计算摩擦角（）2.4.3初期支护设计及验算本隧道处在川级围岩中，开挖半径为a =5.64m（R仁5.14m,预留变形量50mm 初期衬砌厚度10cm,二次衬砌厚度35cm）,现以川级围岩取最大埋深1.5m处计 算：支护材料取喷射混凝土采用 C25,厚度为10cm钢筋网选用HPB235钢筋， 钢筋直径10mm网格间距25X2 5cm锚杆为全长粘结型，长度 3m直径20mm 间距1mx 1m

32、 选用HRB335带垫板，其尺寸为150mrhC 150mrhC 6mm钢支撑选 用120a工字钢Fs =35.58cm2，每榀间距1n。采用剪切滑移破坏法计算：现假定错杆.钢支撑r喷射漫凝土所组成的联合支护，它们的总支护抗力可视为各 支护抗力之和，即：(43)式中P一所提供的总的支护抗力；P1喷混凝土提供的支护抗力；P2支撑提供的支护抗力；P3锚杆提供的支护抗力:P4圉岩本身提供的支护抗力计算所得的P值应大于阻止剪切滑移所需的最小支护抗力值，&PP>Pmin：1、喷混凝土提供的支护抗力P1值喷混凝二抗力是指沿剪切面灰层所堤供的平均分配在剪切区高度b上的抗剪力级剪切滑移体向坑道方

33、向移动时对喷层产生水平推力.此时如喷层强度不足则在 剪切滑移体的上下边缘处（应力集中区形成两个剪切港移產：当处于受力极限平衡时, 其水平推力与两个剪切面上的水平抗剪分力相平衡.茸：Pb= 2 T_ cos/而丁严仝-(4.4)sina.bsm毎式中土喷混凝土抗剪强度.喷混凝土皐度:仁=0,43 a （ </匚为喷混凝土的抗压强度）;氏喷混凝土的剪切角,取 a, =30°；b剪切区高度;肖夹切滑移面的平均倾角，耽经验数据:口丄 1 I a+W入Intanaa申50。-=45 45 - 5=20('为围岩的内摩擦角)22其中，为剪切滑移面与最小主应力轨迹线成角，a、i0均见

34、图2.4.1 , b为剪切区高度。W为加固带高度，取I为形成加固带时锚杆的有效长度，t为锚 杆横向间距（见图4.3 ），则有：W（1 *畤）sin（2>n学习参考word格式整理版(4.5)得:ds = 10cm = 0.10m=0.43 = 0.43 X12.5 = 5.38MPab二2。，则 Q64 込2。二5"b =10.6mW =(3+5.63)江 cos(-)+sin(-) tan(-11.28 11.28 11.287)si n(-)11.281兀cos(+)11.28 4<-5.64学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版=2.=201 In 5

35、.64 3.0 =87.14ta n205.64=<3.572将所有数据代入式 R =旦丄cos'得:bsi nas2X 01x 5 38P=xcos33.57* = 0.17MPa10.6 0.5计算时可换算成相应的喷混凝土支护抗力，即P22Fcos-bsi n %(4.6)式中:Fs 每米隧道钢材的当量面积，此处取 35.58cm2;1钢材的抗剪强度，一般取为钢材的允许抗拉强度，也可用15s；爲t 钢材剪切角，一般米 用t = 45。得: =15is =8 0.7 MPa代入式中，得：2 x 35 58 x 80 7 X10 - P2cos 33 .57 ' =0.0

36、64 MPa10.6 sin 452、锚杆提供的支护抗力P3值 锚杆受力破坏有两种情况：（1）锚杆体本身的强度不足而被拉断。这种情况下锚杆提供的平均径向支 护抗力：P3 =三（4.7）e t式中F锚杆的断面积；匚一一锚杆的抗拉强度；e、t锚杆的纵向及横向间距。则'FaP3= 0.15MPae t（2）锚杆粘结破坏，即砂浆锚杆与孔壁之间的粘结力不足而破坏。这种情 况下锚杆提供的平均径向支护抗力：P3(4.8)式中S为锚杆抗拔力，即锚杆的锚固力，：Dl s；D钻孔直径，在此设计中取 D=60mmL锚固段长度；s 孔壁与注浆体之间极限粘结强度，砂岩取 s =0.85MPaS 二二 0.06

37、3.5 0.85 = 0.56 1 03kN” S代入P3二9式中得e t学习参考word格式整理版P3"30.56 101 1=0.56MPa学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版取其中的最小值，F3 : F3"则取锚杆提供的平均径向支护抗力 农=0.247MPa由于在范围内的锚杆才能对剪切滑移体产生抗力，则:1P3 = P3cos： - cos“cosa1=0.247cos20 一cos87.14 = 0.14MPacos20°3、围岩本身提供的支护抗力P4值剪切滑移体滑动时，围岩在滑面上的抗滑力，其水平方向的分力在剪切区高 度b/2上的抗滑力P

38、4为式中SjS nC如心曲剪切滑移体长度，其值为e-：- tan> -1 si not_ 5.64 e(87.14 匕0 叽an20 a_ sin 20-= 8.77r = a exp - - tan - 1=8.64n、二n 分别为沿滑移面的剪切应力和垂直于滑移面的正应力，它们按摩尔包络线为直线时的假定求出（见图）：由图4.3可知- 3 cos 二 c 二 n tan2将式二n二勺 32?sin ：中二n值代入上式，得-i-；3 2C Jtan1 sincos呼学习参考word格式整理版图244包络线图式中的c、为围岩物理力学指标，径向主应力 二3值随剪切滑移面上的位置 而变化，难以确

39、定，所以假定 6等于各支护结构所提供的径向支护抗力之和， 即6 =匕巳P3式中P1喷混凝土层提供的支护抗力2ds sbsin : s2 0.1 5.3810.6 sin30= 0.20MPa学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版P,'2Fll-bsinatP2 钢支撑提供的径向支护抗力-0.08MPa_2 35.58 10* 80.7一 10.67 n45°P3 锚杆提供的径向支护力F F3'0.15MPae t则3 = P 叶 P2 叶 B' = 0.20 + 0.08 十 0.15 = 0.43MPa4 +. cp将二3值代入二1 一 丁3

40、2C 二3tan卩sin 式得 cos甲1 +sin505巾43 21.50.43 tan50 11将二、3代入十宁E式得11.49 0.43cos5O =3.55MPa迪竺一空竺亦50 =1.72MPa将以上数据代入P4严8式得厂 2 8.77 3.55 cos33.572 8.77 1.72 sin33.57F4 = 3.32MPa10.6 10.6将R、F2、P3、P4代入式中，得p = P + F2 + P3 +P4 =0.17 +0.064+0.14+3.32 =3.70MPa4、最小支护抗力值Pmin按重力平衡条件求解。塑性区的岩体，随塑性径向位移增长而形成松散区。松散区的岩体由于

41、重力作用而形成松散压力，为保持坑道的稳定，用支护力与它 平衡（如图4.5 ）。当处于受力极限平衡状态时，所求得的支护抗力即为 Pmin。确定Pmin的途径有：由现场实测的塑性区半径 r求Pmin （按重力平衡条件 求）；根据坑道周边的允许位移值求 Pmin ；实地量测形变压力作为Pmin二 根据围岩特征曲线求Pmin。图2.4.5开挖支护后坑道受力示意图当滑移体处于受力极限平衡状态时，选用途径求得Pmin :bPmin 二 GG = bh = b r0 - a学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版式中二逍r。-a1f(J1)+RblpPa l - TRbH 1_si n451_s

42、in 452sin45-1Sin为围岩的重度，此处川级围岩，取=25KN m3学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版为初始应力，设处于均质岩体中, 贝U 二y 二 h = 25 1.5 = 0.128MPa;学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版社 _ 1+s in 申 _ 1 +si n 50 _ 7 55一 1 sin一 1 sin 50 一 'Rb=O = 25 cos5024MPa1 -sin 1sin 5025工1.5Pmin =25 5.641 -sin45|LPmin1_sin45t2sin451>得:Pmin = 0.008MPa学习参

43、考word格式整理版得:P - Pmin即，设计支护满足要求。可得出川级围岩条件下的初期支护，见下表:表2.4.1各级围岩初期支护参数表学习参考word格式整理版学习参考word格式整理版喷混凝土钢筋网锚杆钢架围岩级别设置部位/厚度（cm）网格间距（cm（环X纵）设置部位长度（m间距（环X纵）（m规格每榀间距（m川 拱墙、仰拱1025 X25 拱墙3.01X 1I20a 1.0工字钢（全环）学习参考word格式整理版2.5二次衬砌的计算川级围岩中，采用复合式衬砌，初期支护按照工程类比法设计，二次衬砌采 用荷载结构法计十算，根据公路设计施工规范，其中川级围岩中二次衬砌为 完全储备，因此不需要进行

44、计算。中华人民共和国行业标准公路隧道设计规范Cudc for Design of Road TunrwlJI G D702(MM主编单位:审扶交逋科研设计院批槛部门：中华人民井和国交通部 堂施日期；2004年II JI 01 U趴2所 臭警式衬砌中前二庆甘砌-山级囲岩中为安全储毎,并按梅造要求设计*珂、 ¥级国岩中为承载结构可黑用地层结构港计算内力和建形。图2.5.1公路设计施工规范学习参考word格式整理版2.6施工组织设计2.6.1编制说明1、编制依据1. 隧道工程，陈秋南.北京：机械工业出版社，2014.2. 公路隧道设计细则JTG/T D70-2010，中华人民共和国交通运输部， 北京：人民交通出版社，2010.3. 公路隧道设计规范JTG D70-2004，中华人民共和国交通部，北京： 人民交通出版社，2004.4. 公路隧道施工技术规范JTG F60-2009，中华人民共和国交通运输部， 北京：人民交通出版社，2009.5. 铁路工程设计技术手册-隧道，北京：中国铁道出版社，1995.6 交通隧道工程，彭立敏.长沙：中南大学出版社，2003.2、编制原则(1) 资源节约和环境保护原则。(2) 符合性原则，满足建设工期和工程质量标准，符合施工要求。(3) 标准化管理的原则。(4) 科学、经济、合理的原则。(5) 引进、创新、发展的