高速公路隧道设计、施工组织设计（附计算书）

1、湖南XX大学XX学院本科生毕业设计（论文） xii湖 南 xx大 学XX学院毕业设计（论文）题目龙永高速玉屏山隧道（左线）结构及施工组织设计作者XXX专业土木工程学号指导教师XXX二一六年 五月 二十一 日湖 南 科 技 大 学XX学院毕业设计（论文）任务书 土木工程 系 岩土与城市地下工程 教研室教研室主任: （签名） 年 月 日学生姓名: XXX 学号: 1XXX 专业: 土木工程 1 设计（论文）题目及专题： 龙永高速玉屏山隧道（左线）结构及施工组织设计 2 学生设计（论文）时间：自 2016 年 X 月 X日开始至 2016 年 X 月X日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：（1）公

2、路隧道设计规范JTG D70-2004；（2）公路隧道通风照明设计规范JTJ026.1-1999；（3）公路工程技术标准JTGB01-2014；（4）公路工程抗震设计规范JTGB02-2013；（5）锚杆喷射混凝土支护技术规范GB50086-2015；（7）地下工程防水技术规范GB50208-2011；（8）沈浦生.混凝土结构设计原理（第四版）高等教育出版社20124 设计（论文）应完成的主要内容：（1）中英文摘要；（2）隧道洞口工程设计选择；（3）洞门型式及其结构设计；（4）计算洞门边坡的稳定性及边坡的加固措施；（5）洞身工程设计（只选一个断面）a、隧道内轮廓的尺寸设计b、洞身衬砌结构设计；

3、（6）洞身防排水简单设计（包括地下水、洞内路面水的设计）；（7）隧道全过程监控量测的设计；（8）隧道施工组织设计；（9）绘制有关图纸（洞门立面、纵断面、平面图及洞口网格护坡设计图、洞身衬砌断面设计图、配筋图及钢筋布置图等）5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：（1）开题报告；文献综述；（2）中英文摘要；（3）设计说明书；（4）洞门立面、纵断面、平面图、洞身衬砌断面设计图、配筋图及钢筋布置图等；（5） 提交设计计算书和相关图纸，图纸不少于7张（A2）或12张（A3），并提交电子档，图形要求美观准确。6 发题时间： 2016 年 X 月 X 日指导教师： （签名）学 生： （签

4、名）湖 南 XX 大 学xx学院毕业设计（论文）指导人评语指导人： （签名）年 月 日湖 南 xx大 学xx学院毕业设计（论文）评阅人评语评阅人： （签名）年 月 日湖 南 xx大 学XX学院毕业设计（论文）答辩记录日期： 学生： XXX 学号：XXX 班级： 12地下001班 题目： 龙永高速玉屏山隧道（左线）结构及施工组织设计 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：答辩委员会主任： （签名）委员： （签名）（签名）（签名）（签名） 成绩： 摘 要龙永高速玉屏山隧道（左线）围绕湖南

5、省龙山至永顺高速玉屏山段进行设计，设计为公路单洞双向隧道，隧道全长 815m，本次设计洞身衬砌的设计内容为隧道进口段L2K12+135至L2K12+950。衬砌内轮廓采用三心圆曲边墙结构形式。隧道结构的设计以新奥法施工为核心。各类衬砌的设计采用复合式衬砌，以初期支护为主要承载结构和二次衬砌一起共同承担荷载。初期支护、二次衬砌以及洞门的设计，爆破的设计等，均按照工程类比法并且参照有关规范进行设计。选定适合的参数进行隧道洞身的结构设计，再选取具有代表性的断面进行整体的稳定性分析验算。根据公路隧道设计规范规定，确定隧道的内轮廓尺寸以及隧道的建筑限界。根据地质条件选择端墙式洞门。隧道洞身开挖采用二台阶

6、四步开挖法进行开挖。同时本设计对洞门、施工缝进行一定的防排水处理；还对隧道进行施工组织设计，从质量、安全、施工三个方面提出相应的措施以确保工程的有序进行。同时施工的监控量测在隧道施工中有着举足轻重的地位，本设计对监控量测做了必要的阐述。同时还绘制了包括隧道内轮廓设计图、复合式衬砌图、洞门设计图等相关的图纸。关键词：新奥法；龙永高速玉屏山隧道；复合式衬砌；洞门的设计；施工监控量测 xivABSTRACTThis design around to yongshun, longshan of hunan province is designed for single hole two-way tun

7、nel, the tunnel span 815 m, the design content of this design hole body lining of tunnel entrance section L2K12 + 135 to L2K12 + 950. Inside lining outline adopts three heart round curved wall structure form. The design of the tunnel structure with new method of the construction as the core. All kin

8、ds of composite lining is used in designing of the lining is main bearing structure with primary support and secondary lining together to share the load. Primary support and secondary lining and the design of David, the design of blasting, etc., in accordance with the relevant engineering analogy me

9、thod and reference to the standard to carry on the design. Selected for the parameters of tunnel hole body structural design, then select a representative sample of the overall stability analysis and checking calculation of cross section. According to the specification for design of highway tunnel,

10、determine the inside of the tunnel contour and the clearance of the tunnel. Choose according to geological conditions of side wall burrows. Hole body tunnel excavation using the three steps of seven steps excavation method for excavation. At the same time the design for David, construction joints of

11、 waterproof and drainage treatment; Also for tunnel construction organization design, from the quality, safety, construction three aspects put forward the corresponding measures to ensure orderly. At the same time, the construction monitoring measurement has a pivotal position in the tunnel construc

12、tion, the design of the monitoring measurement demonstrates the necessary. Also draw the figure including tunnel outline drawings, composite lining, David design relevant drawings, etc. Keywords:New Austrian tunneling method; Bi-directional tunnel road single hole ; composite lining; waterproof and

13、drainage; construction monitoring and measurement.湖南XX大学XX学院本科生毕业设计（论文） xix目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc14946 第一章 前言 - 85 -第二章 隧道工程概况2.1隧道概况隧道场地处于武陵山脉所构成的西部隆起地带，区内形成一系列华夏向山地，拟建隧道穿越九龙山山脉，地势起伏大，山体表面呈“人”字形，地面高程250-450米，山坡陡峭，基岩大部分出露，风化侵蚀比较严重，植被较发育，交通方便。2.2围岩分级玉屏山隧道围岩分级见下表2.1 表2.1 玉屏山隧道围岩分级隧道名称进口里程出口里

14、程围岩级别（单位：米） 总长（米）玉屏山隧道L2K12+135L2K12+95097 320 3988152.3地层岩性 根据钻探，工程地质调绘，物探资料，初步查明隧道区的主要地层为第四系粉质黏土志留系页岩，自上而下分述如下：第四系地层（Q） .粉质粘土（Q）：黄褐色，灰褐色，硬塑状。含碎石一般20%-50%不等，岩石主要为页岩，石英砂岩，粒径0.3-5cm为多，最大12cm,大小混杂，以粘性土，粉质粘土为主，无固结，多为稍密状，主要分布于隧道永顺互通端，厚度1-11m不等。志留系页岩（S） 强风化页岩夹细砂岩（S）：灰黄，灰褐色，页状构造，泥，砂质构造，矿物成分大部份变异，岩芯破碎，主要呈碎

15、块状，饼状，基岩砂粉质黏土分布于整个隧道场地，厚度不等。 中风化页岩夹细砂岩（S）：灰-深灰色，页状结构，泥，砂质结构，产状为15-20，层间结构致密，节理裂隙稍发育，岩芯多呈长柱状，RQD值为60%，岩芯锤击声较脆，未见溶蚀痕迹，岩芯较完整，厚度大，光照深度范围内未揭穿。2.4地质构造 场地位于沙达溪倒转背斜元武陵褶皱带，其构造线走向主要为北北走向，北西向，隧道场地区内发育的主要的地质构造为北北东向沙达溪倒转背斜和苗儿洞-卡塔坝强性断裂。 （1）褶皱 产地内发育的褶皱有沙达溪倒转背斜，总轴向北北东40，核部地层为寒武纪和奥陶纪地层，向斜核部由二叠系和三叠系地层，两翼为泥盆系和志留系组成，由于

16、背斜的构造特点，形成了武陵山脉，玉屏山隧道穿越九龙山山脉背斜的翼部，隧道与东西翼部夹角较大，穿越的地层为单一的志留系页岩，产状300-320,15-20岩石较完整，强度较高，场地稳定，适宜隧道建设。 （2）断裂 苗儿洞-卡塔坝张性断裂倾向东南，倾角85，东盘下降，断裂带岩层节理裂隙发育，由于距隧道场地远，对隧道围岩无影响，该断裂近期无活动痕迹，因此，对场地稳定无影响，适宜隧道建设。2.5地震动参数 据2001年8月1日国家地震局颁布实施的中国地震动参数区划图（1:400万，2001.8.1），本地区地震动峰值加速度值小于0.05g，设计地震特征周期为0.35s（相当于地震基本烈度小于度区）。根

17、据公路工程抗震设计规范（JTJ04-89）规定，隧道设计按此采取简易抗震措施进行设防。2.6水文地质特征地表水隧道区内地表水主要发育在山体两侧进出口端，其中进口处为一沟谷，汇水面积较大，非降雨期间无地表径流；出口端为两小冲沟交汇处，汇水面积相对较小，且由于第四系覆盖层以及强风化层较厚，暴雨季节容易形成地表径流。地表水不发育，主要接受大气降水和基岩裂隙水的补给。枯水季节无地表水，雨季容易形成急流，雨后即断流，水流对两侧山体冲刷力度较大。隧道山体陡峭，雨水能及时顺山坡向下排泄，无积水条件，对隧道建设无影响，但由于暴雨季节容易形成坡面流，且水流速度较大，故两洞口应建排水设施，避免急流对洞口的冲刷。地

18、下水隧道区内的地下水主要为基岩裂隙潜水，赋存于页岩的节理裂隙中。强风化页岩节理裂隙极发育，且厚度较大，但由于强风化页岩的节理裂隙多为粉质粘土填充，地下水含量较小，下伏中风化页岩节理裂隙稍发育，地下水多富存在中风化页及强风化过渡带中，并沿风化裂隙向地表水排泄。量由于隧道建筑场地高程较高，山体较为陡峭，隧道内地下水排泄条件好，可顺边沟直接排放，但衬砌应做好防水措施，遵循“防，排，截，堵结合，综合治理”原则，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。2.7气象特征当地属于温带亚热带气候，天气比较温和湿润，下雨量充沛，4-8月为雨季，降水量最大，全年平均降水量70%以上。一直以来平均雨日大约160

19、-170天。2.8工程地质条件评价 本线为双车道高速公路隧道，围岩级别为-级， 洞口段位于山腰，而且围岩级别差，开挖时很容易滑坡，所以应当及时封闭保护，选择适当的开挖方法，洞身段土层湿度大，极易掉块和坍塌，所以应当及时支护，同时要做好洞内排水的问题，该工程地质条件总体评价较差。第三章 隧道总体设计3.1一般规定隧道所有的设计应该满足公路交通各种规划的规定，包括建筑限界，隧道的断面净空以及隧道主体结构以及通风、照明设施，参考公路隧道设计手册JTG D70-2004版。3.2主要设计原则（1）根据规范地下结构设计使用年限为100年。地下结构主要构件的耐火等级为一级。（2）结构设计计算除满足施工、运

20、营要求外，必要时还应满足城市规划、环境保护、防水、防火、防杂散电流，防腐蚀和人民防空的要求。（3）根据承载能力和正常使用的要求，采用有效措施，保证结构强度、刚度、稳定性抗浮和裂缝宽度验算的要求，满足结构耐久和施工工艺的要求。（4）轨道交通结构永久构件在荷载效应基本组合进行使用阶段的承载能力计算时，取=1.0进行施工阶段的承载能力计算时，取=1.0，再按荷载效应的偶然组合进行承载能力进行计算时，取=1.0，作临时构件设计的结构，在按荷载效应基本组合进行承载能力计算时，取=1.0。（5）地下结构按抗震设防烈度6度进行抗震设计，按7度采用抗震构造措施，结构抗震等级为三级，以提高结构和接头处的整体抗震

21、能力。（6）结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定性验算.在不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.05，当计及侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15.当结构抗浮不能满足要求时，应采取相应的工程措施。（7）地下结构中迎土面混凝土构件的环境类别为I-C类，结构内部混凝土构件的环境类别为I-B类，非预应力构件裂缝宽度不得大于0.2mm，I-B类环境，非预应力构件裂缝宽度不得大于0.3mm。（8）初期支护的结构设计，应根据围岩级别，埋置深度，隧道宽度和开挖方法及步序等，合理选定喷混凝土、锚杆、钢筋网和格栅拱架等支护构件及其参数。初期支护设计的参数，一般通过工程类比、理论计算并参照有关的标准设

22、计和图集初步确定，在初步施工过程中，应结合监控量测数据，对设计进行修正或确认，以获得更经济合理的最终设计。（9）二次衬砌的形式和设计参数确定时，除应考虑围岩类别，埋置深度，地下水头等因素外，还应充分考虑初期支护的受力条件、二衬施作时间等因素。（10）隧道施工引起的地面沉降和隆起均应控制在环境允许的范围以内。采用明挖法施工时，地面沉降量一般宜控制在30mm以内，隆起量控制在10mm以内。（11）地下结构需要有战时防护功能并做好平战转换功能；在规定的设防部位，结构设计按6级人防的抗力标准验算，并设置相应的防护措施；轨道交通隧道与既有通道联通时，应保证设防标准不降低。防化等级为丁级。3.3主要设计规

23、范（1）公路隧道设计手册JTG D70-2004；（2）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）3.4隧道平纵面设计本项目隧道为单洞双向交通隧道。玉屏山隧道进口处于直线上，直线进洞长度140.878m，洞身处于R-1000m，Ls-115m的平曲线上，直线出洞长度为226.967m，单向纵坡，隧道设计纵坡为0.524。3.5隧道建筑限界设计 参照公路隧道规范JTG D70-2004可知时速60km/h的二级公路隧道建筑限界参数如下：项目净宽（m)净高（m)行车道（m）侧向宽度（m）人行道（m）主洞10.505.003.5020.75+0.751.00+1.00表3.1 隧道建筑限界3.6

24、隧道内轮廓设计 主洞衬砌内轮廓采用隧道设计规范推荐的三心圆曲边墙结构形式，可满足隧道建筑限界，洞内路面，排水设施、装饰的要求，以及通风、照明、消防等设施所需空间的要求，按照新奥法原理设计，该隧道采用复合式衬砌，即由初期支付和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式。图3.1 、级围岩隧道衬砌限界和内轮廓线（1）级围岩仰拱，设钢筋混凝土底，级和级围岩设置仰拱；（2）衬砌内轮廓，边墙的厚度以及顶，拱脚是事先根据净空和结构的要求，结合设计和使用的经验来确定的。第四章 隧道洞门设计4.1洞门概述 洞门是各种隧道的咽喉，隧道附近的土体通常较碎散、易于失稳，易产生滑或塌的现象。为了维护岩土体的稳定性和不受

25、崩，落石的危险，保证行车安全，根据隧道的具体情况，选择恰当合理洞门形式，同时还应适度进行洞门的观赏性，并注意环保问题。洞门可以拦截、汇集地表水，并沿排道排出洞门，入两侧排水沟，防止地表水沿洞门漫流。 4.2洞口地质条件 隧道进口段，围岩主要为强风化页岩，少量中风化夹细砂岩，青灰色，为软质岩石，节理裂隙十分发育，围岩岩体呈散体碎裂结构，岩体完整性较差，岩石单轴饱和抗压强度frk=2MPa,该段围岩为弱透水层，雨季地表水易沿裂隙渗透，出现淋雨状出水，洞壁为强风化到中风化的过度地段，属于软较软岩，拱部无支护时，可产生较大坍塌，围岩级别为级。4.3洞口段设计 （1）进口浅埋且受危岩落石影响，设置端墙式

26、洞门。 （2）出口处斜交地形，存在偏压，且受危岩落石影响，所以同样 设置端墙式洞门。 4.4洞门形式 隧道洞口位置根据隧道进出口地形工程地质条件，结合开挖边仰坡的稳定性及洞口排水的需要，本着“早今晚出”的原则确定。根据隧道洞口地形，工程地质条件，为了解决高速铁路空气动力学的问题等综合考虑，本隧道洞门采用抗倾覆，抗滑移性能好的端墙式洞门。4.5洞门构造要求按公路隧道设计手册JTG D70-2004洞门构造要求为： (1)洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m;洞门与仰坡之间的排水沟底部至衬砌外缘的高度应不小于1.0m；洞门墙顶高出仰坡脚应不小于0.5m。 (2)洞门与仰坡之间的排水沟宜

27、设置于洞门墙体上。 (3)根据实际需要，洞门墙可设置伸缩缝、沉降缝、泄水孔；伸缩缝的宽度一般为2cm，缝内沿墙的内、外、顶三边宜填塞沥青麻絮，其填塞深度不小于20cm。 (4)墙式洞门基础底面埋入土质地基的深度不应小于1.0m，石质地基的深度不应小于0.5m，并宜大于洞门墙脚边各种沟槽底基底的埋置深度；洞门墙基础的埋入深度应符合规范中表9-1-4的要求。洞门结构应满足抗震要求。4.6洞门尺寸拟定根据公路隧道设计规范（JTG D70-2004）规定，结合隧道具体情况，为了保证洞门的稳定性和排水要求，洞门构造基础设施数据如下：（1）洞门墙厚度1.8m，墙面倾斜均为1：0.1；（2）洞门端墙基础嵌入

28、地基深度1.5m；（3）洞口仰坡坡比采用：1：1.25，仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1.5m,以防止仰坡石掉落到路面上，危安全；（4）洞门端墙与仰坡间水沟的沟底砌拱顶外缘的高度1.6m；（5）洞门墙顶高出仰坡脚1.0m，以防水流溢出墙顶，也可防止掉落石弹出；（6）水沟尺寸50cm50cm。4.7洞门计算 隧道的洞门，除了外观上的标志性作用和美观，对于两端围岩地质较差的洞口，它还起着维护洞口边坡和仰坡稳定的作用。隧道洞门的计算，通常只考虑强度和稳定性，而对刚度无需考虑。（公路隧道设计规范JTG D70-2004）4.7.1计算参数 1.挡土墙边，仰坡坡度1:1.25； 2.仰坡坡脚=30，ta

29、n=0.1; 3.地层容重：=20kN/m； 4.地层计算摩擦角=45； 5.基底摩擦系数0.4； 6.基底控制压应力=0.4MPa.表4.1 洞门设计计算参数仰坡坡度墙背岩（土）基底摩擦系数基底控制压应力（MPa)计算摩擦角()重度（kN/m)1：0.570250.60.81：0.7560240.50.61:1.050200.40.40.351:1.254345180.40.30.251:1.53840170.350.400.25图4.1 洞门剖面图4.8洞门验算4.8.1洞门土压力计算 根据公路隧道设计规范JTG D70-2004，洞门侧墙构造图示具体见图3.3，最危险滑裂面与垂面之间的夹

30、角： （4.1） 图4.2 侧墙构造图式中：f围岩计算摩擦角；e洞门后仰坡坡角。代入数值可得： tanw=0.61 故： w=arctan0.61=31.38.根据公路隧道设计规范，土压力为： （4.2） 其中：l，h的表达式为： （4.3） （4.4）式中：E为土压力，KN；为地层重度，KN/m;l为侧压力系数；为墙背土体破裂角，b为洞门墙计算条带宽度，m,取b=1m;x为土压力计算模式不确定系数，可取x=0.6；a为仰坡坡脚至洞门端墙顶帽的水平距离，m；墙后土压力计算简图，及土压力分布示于图3.3，参数h、h0表示如图所示。把数据代入各式，得： 由三角函数关系可得： h0=a*tan=1.

31、51=1.5m洞门土压力E： 式中：d为墙背摩擦角，d=（1/3-2/3）j，取d为300。4.8.2 抗倾覆稳定性验算 端墙计算简图如图3.4所示，挡土墙在荷载作用下应不致绕墙底脚o点产生倾覆时应满足下式： （4.5）式中：K0为倾覆稳定系数，k01.5;为全部垂直力对墙趾o点的稳定力矩，KNm;为全部水平力对墙趾o点的稳定力矩，KN m。图4.3 端墙计算简图由图4.3可知：墙身重量G：G=1.510123=345KNEx对墙趾的力臂：Zx=H/3=10/3=3.33mEy对墙趾的力臂：Zy=B+(Htan)/3=1.0+100.2/3=2.17mG对墙趾的力臂：ZG=（B+Htan)/2

32、=(1.0+100.2)/2=1.75m将上述参数代入得： 代入（3.7）式可得： 4.8.3 抗滑动验算 对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性： （4.6） 式中：G为端墙自重，KN；f为端墙基底摩擦系数，取f=0.4；Ex 为挡土墙水平分力，KN；将各参数代入（4.8）式可得： 所以，端墙满足抗滑稳定性要求。4.8.4 基底合力偏心距验算 洞门基底应力的验算，使用要求洞门基础不能因为基底承载力不足而发生沉陷。洞门基底应力的计算，可假设基底应力呈直线分布。 合力到洞门外侧脚的距离： (4.7) 则竖向合力作用点与洞门墙地面中心的距离为： （4.8）洞门的基底应力为： （4.9） 根据公路隧

33、道设计规范选基底控制应力400KPa; 故： maxPmin5.2.2 喷射混凝土提供的支护抗力P1值 （5.2）式中：ds喷射混凝土厚度s喷射混凝土剪切强度，取s=0.43c（c为喷射混凝土的抗压强度）；s喷射混凝土的剪切角，取s=30b剪切区高度；剪切滑移面的平均倾角，取经验数据： 其中， 见图4.1, b为剪切区高度。W为加固带厚度，取值为： 其中，为形成加固带时锚杆的有效长度，t为锚杆的横向间距（见图5.1）。得：ds=25cm=0.25mts=0.43c=0.4330=12.9MPa取600，则 b/2=6.33cos600=3.165m b=6.33m 将所有数据代入5.1，得：

34、5.2.3 钢支撑提供的支护抗力P2值计算时可换算成相应的喷射混凝土支护抗力，即： （5.3)式中Fs每米隧道钢材的当量面积，由于I20a工字钢截面面积为35.58cm2,此隧道图 5.2 混凝土支护抗力示意图每米的用钢量换算成截面面积为Fs=75cm2;(t钢材的抗剪强度，一般取(t=t(t为钢材的允许抗拉强度），也可用(t=15(s；t钢材剪切角，一般采用t=450。 tt=1512.9=193.5MPa代入式（4.3）中，得 5.2.4 锚杆提供的支护抗力P3值 锚杆受力破坏又有两种情况： （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为： （5.4）式中：

35、 F锚杆的断面面积，由于选用的是(22的钢筋，其截面面积为380.1mm2； 锚杆的抗拉强度； et锚杆的纵向和横向间距。代入公式得： （2）锚杆粘结破坏，即砂浆锚杆与孔壁间粘结力不足而破坏。锚杆提供的平均支护抗力P3为： (5.5)式中S为锚杆抗拔力，即锚杆的锚固力。S=pDLtsD钻孔直径，在此设计中取D=100mm；L锚固段长度，为4m；tS孔壁与注浆体之间的极限粘结强度，页岩取tS=0.40MPa;则 则 两者取较小值则取锚杆提供的平均径向支护抗力为P3=0.13MPa 5.2.5 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

36、上的抗滑力P4为： （5.6）式中 S剪切滑移体长度，其值为 tn、n分别为沿滑移面的剪切应力和垂直于滑移面的正应力，他们的摩尔包络线为直线时的假定求出（见图）： （5.7） 由图（5.3）可知 将n值代入上式，得 图 5.3 包络线图上式中，c、均为围岩的物理力学指标，径向主应力3的值随着剪切滑移面上的位置而产生变化，难以确定，因此，假定3等于各个支护结构所提供的镜像支护抗力之和，即： （5.8）式中 p1喷射混凝土层提供的径向支护抗力 p2 钢支撑提供的径向支护抗力 p3 锚杆提供的径向支护抗力则： 3=p1+p2+p3 3=P1+P2+P3=2.037+0.216+0.13=2.383M

37、Pa将3 代入（4.9）式得： 将1 、3值代入（4.8）式得 将1 、3值代入（4.6）式得 将P1、P2 、P3、P4代入式（5.1）得 p=p1+p2+p3+p4 P=P1+P2+P3+P4=2.017+0.644+0.059+0.97=3.69MPa5.2.6 最小支护抗力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送散区。送散区的岩体由于重力作用而形成松散压力。为了确保坑道的稳定性，应当用支护力与其平衡。当处于手里极限平衡状态时，所求的的支护抗力即为Pmin。图5.4 开挖后坑道受力示意图当滑移体处于受力极平衡状态时 (5.9)则： （5.10）式中： 为围岩的重度，取

38、=20kN/m; y为初始应力，设处于均质岩体中，则y=h=2028.8=0.576MPa 则 即，设计支护满足要求。5.2.7 ，围岩初衬计算 同理，可得,围岩参数满足计算要求。衬砌参数见表5.1 第六章 二次衬砌计算6.1绪论二次衬砌的修筑在稳定洞室结构的稳定性同时，也是对隧道美化并作为全储备的一种过程措施。地质良好的围岩，在依照新奥法（New Austrian Tunnelling Method）原理施工后的隧道，往往在初期支护后就能得到基本的稳定了，不需要做二次衬砌，但是在不良地质段初期支护很难保证围岩结构的长期稳定，此时需要模筑二次衬砌，加强对围岩变形的支撑。初期支护也很难完全封闭结

39、构体内水系统而导致隧道仍然出现渗水、漏水的情况，此时需要防排水系统结合二次衬砌共同结合，确保隧道不发生漏水渗水情况。在出现较强的地质灾害现象时，山体会出现偏压及过大的压力水，会对隧道造成较大破坏，二次衬砌则能承受软弱围岩的蠕变压力和膨胀性地压，此时二次衬砌则可以加强对山体变化的支撑能力。6.2 设计说明、级围岩地质条件较差，稳定性差，除了需要设计喷锚钢筋网支护外，还需要设计仰拱，而级围岩则还需要设计钢架支撑。并进行二次喷射混凝土，由此形成联合支护，保障隧道的稳定和安全。衬砌设计参数见（表 6.1）。6.3 隧道深浅埋类型的确定 （6.1）式中Hp浅埋隧道分深度（m）；h荷载等效高度，即塌落拱的

40、高度： （6.2）式中S围岩等级；B隧道宽度, B=11.10+2*0.72+2*0.008=12.556m ,取B=12.56miB每增减1m时围岩压力的增加率。i取0.16.4.1 级围岩压力的确定浅埋隧道分界深度： 确定隧道在级围岩浅埋段，且取最大处计算围岩压力，则以L2K12+135-L2K12+180为例计算围岩压力，并计算二次衬砌支护及配筋，此处隧道埋深为H=15m，取Hp=2.5hp ，Hp=2.512.96m=32.4m15m,此隧道为浅埋隧道。图6.1 围岩压力分布图 式中： 级围岩=20kN/m; fC级围岩c=450;=250 顶板土柱两侧摩擦角，=0.7=17.50；

41、hi 内外侧任意点地面的距离（m）； l 侧压力系数； 产生最大推力时的破裂角。 式中：hi为内外侧任意点至地面的距离，m。代入数据得： 隧道顶的水平压力为： e1=20*12.08*0.2=48.32kPa隧道底的水平压力为： e2=20*15.00*0.2=60kPa*计算项目：理正隧道衬砌计算软件 1计算时间：2016-04-28 17:46:54* 计算简图 图6.2 级围岩计算简图 计算条件 表6.1 基本参数 规范标准： 水工砼规范SL191-2008 承载能力极限状态0：1.0 正常使用极限状态0：1.0 衬砌断面类型： 马蹄形 每段计算的分段数： 10 计算迭代次数： 10 抗

42、力验证要求： 高表6.2 衬砌参数 底拱半径： 17.000(m) 底拱半中心角： 15.000(度) 底拱厚度： 0.720(m) 侧拱半径： 9.000(m) 侧拱角度： 8.000(度) 侧拱厚度： 0.720(m) 顶拱半中心角： 89.900(度) 顶拱拱顶厚度： 0.720(m) 底拱围岩弹抗系数： 200.000(MN/m3) 侧拱围岩弹抗系数： 200.000(MN/m3) 顶拱围岩弹抗系数： 200.000(MN/m3) 衬砌的弹性模量： 23000.000(MPa)表6.3 荷载参数 底部山岩压力(侧)： 0.000(kN/m) 底部山岩压力(中)： 0.000(kN/m)

43、 侧向山岩压力(上)： 48.320(kN/m) 侧向山岩压力(下)： 60.000(kN/m) 顶部山岩压力(侧)： 277.200(kN/m) 顶部山岩压力(中)： 277.200(kN/m) 内水压力水头： 6.000(m) 外水压力水头： 0.000(m) 外水压力折减系数()： 0.400 顶拱灌浆压力： 20.000(kPa) 顶拱灌浆压力作用范围角： 60.000(度) 其它段灌浆压力： 0.000(kPa) 衬砌容重： 24.000(kN/m3)表6.4 荷载组合参数 编号 荷载名称 是否计算 分项系数 1 衬砌自重 1.00 2 顶岩压力 1.00 3 底岩压力 1.00 4

44、 侧岩压力 1.00 5 内水压力 1.00 6 外水压力 1.00 7 顶部灌浆压力 1.00 8 其余灌浆压力 1.00 9 地震作用力 1.20 表6.5 配筋参数 对称配筋： 是 混凝土等级： C25 纵筋等级： HRB335(fy=300MPa,fyk=335MPa) 拉结筋计算： 计算 拉结筋等级： HPB235(fy=210MPa,fyk=235MPa) 拉结筋间距： 100(mm) 配筋计算as： 65(mm) 配筋调整系数： 1.00 裂缝计算： 计算 最大裂缝宽度允许值：0.40(mm) 单侧拟采用纵筋直径： 20(mm) 砼保护层厚度： 50(mm) 计算结果 图6.3

45、衬砌内外侧纵筋示意图注：纵筋面积和配筋率结果中，如果出现红色数字，则表示配筋率大于2.5%。 内力配筋计算(以下内力叠加了地震作用效应) 计算结论:经过4次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!表 6.6底拱内力配筋计算（从中心向左等分10段）序号轴向力剪力弯矩切向位移法向位移转角围岩抗力单侧纵筋拉结筋面积截面验算0-2105.53465.26123.020.0000.0300.0000.01440.0192.0满足1-2104.37-518.55134.996-0.0280.0440.0040.01440.0177.1满足2-2101.00-565.21169.48-0.0570.090

46、0.0080.01440.0192.0满足3-2095.68-597.15221.80-0.0880.1760.0150.11440.0192.0满足4-2088.94-603.68283.15-0.1210.3170.0230.21440.0192.0满足5-2081.63-570.58339.18-0.1590.5300.0330.31440.0192.0满足6-2075.04-480.12368.430-0.2030.8290.0450.41440.0192.0满足7-2070.93618.54340.90-0.2561.2210.0570.61440.0192.0满足8-2071.64

47、884.59217.441-0.3211.6990.0670.81440.0192.0满足9-2079.951264.04-49.28-0.3992.2260.0701.11440.0192.0满足10-2098.961760.16-511.08-0.4912.7270.0601.41440.0223.0满足序号轴向力剪力弯矩切向位移法向位移转角围岩抗力单侧纵筋拉结筋面积截面验算0-2673.70-891.81-511.08-2.7020.6140.060.31440192满足1-2664.76-890.81-458.65-2.7230.7010.0540.41440192满足2-2656.2

48、2-889.81-409.00-2.7450.7880.0080.51440192满足3-2648.16-888.81-511.09-2.7030.8750.0150.51440192满足4-2640.65-887.81-359.36-2.7670.9620.0230.51440192满足5-2633.74-886.81-309.71-2.7891.0490.0330.51440192满足6-2627.47-885.81-511.09-2.7040.5360.0450.51440192满足7-2621.89-884.81-460.07-2.8110.4230.0570.51440192满足8-

49、2617.03-883.81-410.43-2.8335310.0670.51440192满足9-2612.93-882.81-511.09-2.7050.3970.070.51440192满足10-2609.6-881.81-660.786-2.8550.6840.060.51440223满足表 6.7侧拱内力配筋计算（从下向上等分10段）表 6.8顶拱内力配筋计算(从拱脚向拱顶等分10段)序号轴向力剪力弯矩切向位移法向位移转角围岩抗力单侧纵筋拉结筋面积截面验算0-2609.50-522.53-174.52-2.951.0990.0270.51440192满足1-2587.17539.55-

50、184.08-3.1720,8850.0160.41440192满足2-2564.73540.55-409.00-2.7452.0990.0050.31440192满足3-2542.34541.55-511.09-2.7030,886-0.0060.21440192满足4-2519.96542.55-359.36-2.7673.099-0.0171.21440192满足5-2497.57543.55-309.71-2.7890,887-0.02801440192满足6-2475.19544.55-511.09-2.7044.099-0.03901440192满足7-2452.8545.55-4

51、60.07-2.8110,888-0.0501440192满足8-2430.42546.55-410.43-2.8335.099-0.06101440192满足9-2408.03547.55-511.09-2.7050,889-0.07201440192满足10-2385.65548.55-660.7806.099-0.08301440223满足 配筋结果 衬砌内侧纵筋最大面积As = 1440.0mm2，外侧纵筋最大面积As1 = 1440.0mm2；拉结筋最大面积Av = 223.0mm2。截面尺寸(抗剪)验算： 满足。 图6.4变形图（设计值） 图6.5 抗力分布图（设计值） 图6.6

52、轴力图（设计值） 图6.7 剪力图（设计值） 图6.8 弯矩图（设计值） 图6.9 切向位移图（设计值） 图6.10 法向位移图（设计值） 图6.11 转角位移图（设计值）由公路隧道设计规范（JTG D70-2004）可知，全部纵向受力配筋的最小配筋率是为0.6，有上述理正软件所得钢筋面积，衬砌内侧纵筋最大面积As=1440.0mm，外侧纵筋最大面积As1=1440.0mm;拉结筋最大面积Av = 223.0mm。根据最小配筋率配筋，级围岩二次衬砌内侧钢筋取4f22250mm，纵向架立钢筋取4f22250mm，级围岩二次衬砌箍筋取4f10200250mm（环向纵向）6.5.1 级围岩压力确定

53、浅埋隧道分界深度： h=0.45231+0.1(12.35-5)=6.25m Hp=2.5hp ，Hp=2.56.25m=12.5m15m 确定隧道在级围岩深埋。 在级围岩中，g=20kN/m3,jc=57,=0.6jc=34.2 q=gh=20*6.25=125MPa e=ghl=20*6.25*0.11=13.75MPa6.5.2 级围岩二次衬砌计算*计算项目：理正隧道衬砌计算软件 1计算时间：2016-04-29 15:18:56* 计算简图 图6.12 级围岩计算简图 计算条件 表6.9 基本参数 规范标准： 水工砼规范SL191-2008 承载能力极限状态0：1.0 正常使用极限状态

54、0：1.0 衬砌断面类型： 马蹄形 每段计算的分段数： 10 计算迭代次数： 10 抗力验证要求： 高表6.10 衬砌参数 底拱半径： 17.000(m) 底拱半中心角： 15.000(度) 底拱厚度： 0.620(m) 侧拱半径： 9.000(m) 侧拱角度： 8.000(度) 侧拱厚度： 0.620(m) 顶拱半中心角： 89.900(度) 顶拱拱顶厚度： 0.620(m) 底拱围岩弹抗系数： 500.000(MN/m3) 侧拱围岩弹抗系数： 500.000(MN/m3) 顶拱围岩弹抗系数： 500.000(MN/m3) 衬砌的弹性模量： 23000.000(MPa)表6.11 荷载参数

55、底部山岩压力(侧)： 0.000(kN/m) 底部山岩压力(中)： 0.000(kN/m) 侧向山岩压力(上)： 13.750(kN/m) 侧向山岩压力(下)： 13.750(kN/m) 顶部山岩压力(侧)： 125.000(kN/m) 顶部山岩压力(中)： 125.000(kN/m) 内水压力水头： 6.000(m) 外水压力水头： 0.000(m) 外水压力折减系数()： 0.400 顶拱灌浆压力： 20.000(kPa) 顶拱灌浆压力作用范围角： 60.000(度) 其它段灌浆压力： 0.000(kPa) 衬砌容重： 24.000(kN/m3)表6.12 荷载组合参数 编号 荷载名称 是

56、否计算 分项系数 1 衬砌自重 1.00 2 顶岩压力 1.00 3 底岩压力 1.00 4 侧岩压力 1.00 5 内水压力 1.00 6 外水压力 1.00 7 顶部灌浆压力 1.00 8 其余灌浆压力 1.00 9 地震作用力 1.20 表6.13 配筋参数 对称配筋： 是 混凝土等级： C25 纵筋等级： HRB335(fy=300MPa,fyk=335MPa) 拉结筋计算： 计算 拉结筋等级： HPB235(fy=210MPa,fyk=235MPa) 拉结筋间距： 100(mm) 配筋计算as： 65(mm) 配筋调整系数： 1.00 裂缝计算： 计算 最大裂缝宽度允许值：0.40(

57、mm) 单侧拟采用纵筋直径： 20(mm) 砼保护层厚度： 50(mm) 计算结果 图6.13 衬砌内外纵筋示意图注：纵筋面积和配筋率结果中，如果出现红色数字，则表示配筋率大于2.5%。 内力配筋计算(以下内力叠加了地震作用效应) 计算结论:经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致! 表 6.14底拱内力配筋计算(从中心向左等分10段)序号轴向力剪力弯矩切向位移法向位移转角围岩抗力单侧纵筋拉结筋面积截面验算0-1473.10400.64331.7400.095001240177.1满足1-1472.59-426.66237.559-0.0190.0980.00101240177.1满足

58、2-1472.08-425.66238.5590.9810.1010.0020.31240177.1满足3-1471.57-424.66239.5591.9810.1040.0030.21240177.1满足4-1471.06-423.66240.5592.9810.1070.0040.11240177.1满足5-1470.56-422.66241.5593.9810.110.00501240177.1满足6-1470.05-421.66242.5594.9810.1130.006-0.11240177.1满足7-1469.54-420.66243.5595.9810.1160.007-0.2

59、1240177.1满足8-1469.03-419.66244.5596.9810.1190.008-0.31240177.1满足9-1468.52-418.66245.5597.9810.1220.009-0.41240177.1满足10-1468.01-417.66246.5598.9810.1250.01-0.51240188.1满足表 6.15侧拱内力配筋计算 (从下向上等分10段)序号轴向力剪力弯矩切向位移法向位移转角围岩抗力单侧纵筋拉结筋面积截面验算0-1767.70-630.89-235.362-1.6190.3620.0380.21240177.1满足1-1762.46-623.

60、187-206.872-0.0190.4190.0340.21240177.1满足2-1772.08-615.484-178.382-1.6190.4760.0020.21240177.1满足3-1771.57-607.781-149.892-0.6190.5330.0030.21240177.1满足4-1771.06-600.078-121.4020.3810.590.0040.31240177.1满足5-1770.56-592.375-92.9121.3810.6470.0050.31240177.1满足6-1770.05-584.672-64.422-1.7040.7040.0060.3