隧道工程课设

1、隧道工程课程设计一、课程设计任务书（一）设计题目成都至泸州高速公路二峨山隧道工程衬砌结构计算（二）提供资料1、成都至泸州高速公路二峨山隧道工程地质勘察报告2、成都至泸州高速公路二峨山隧道平面布置图3、成都至泸州高速公路二峨山隧道剖面（三）设计内容隧道围岩地质分级确定围岩物理力学参数确定隧道建筑限界尺寸确定隧道内轮廓尺寸计算隧道围岩压力衬砌结构的设计计算衬砌结构的内力衬砌结构的配筋计算（四）设计要求计算书要求书写工整、数字准确、图文并茂.制图要求所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。成果内容详细的计算过程；必要的

2、计算说明；计算成果图表（围岩分级表、围岩参数表、建筑限界尺寸图、隧道内轮廓尺寸图、 隧道围岩压力计算成果示意图、复合衬砌支护参数图、衬砌结构计算成果图、配筋计算成果表）（四）个人任务学号洞段车道设计时速80 人5445 个洞段分别是 K37+350K37+460； K37+350K37+460； K38+820K38+990;K38+990K39+580； K39+580K39+710；4种车道：两车道；两车道带紧急停车带；三车道；三车道带紧急停车带；2种设计时速：高速公路120公路/小时;高速公路100公路/小时;一级公路80公路/小时;一级公路60公路/小时；二、课程设计指导书(一)隧道围

3、岩地质分级划分隧道围岩级别划分依据公路隧道设计规范(JTG D70-2004)中的3.6节围岩分 级中各项规定进行划分。结合隧道地质勘察报告中的地层岩性的描述、岩石物理力 学性质、结构面特征、洞室埋藏深度、水文地质条件、不良地质现象、施工方法等因素综 合分析确定。工作步骤隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级，按以下顺序进行：根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本 质量指标BQ,综合进行初步分级。对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级的基础上考虑修正因素的影响，修 正岩体基本质量指标值。按修正后的岩体基本质量指标BQ,结合岩体的定性特征综合评判，按JTG D

4、70- 2004表3.6。5确定围岩的详细分级.具体过程围岩分级中岩石坚硬程度、岩体完整程度两个基本因素的定性划分和定量指标及其对 应关系应符合下列规定：岩石坚硬程度可按JTG D70-2004表3.6.2-1定性划分。岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度Rc表达。围岩基本质量指标BQ应根据分级因素的定量指标RC值和KV值按下式计算：BQ=90+3RC+250KV式中：BQ围岩基本质量指标；RC-一岩石单轴饱和抗压强度；KV-岩体完整性系数，采用弹性波速探测值。k = (vpm/vpr)2式中:为岩体弹性纵波波速；T为岩石弹性纵波波速；使用以上公式时应遵守下列限制条件：当RC90 KV时

5、，应以RC=90KV+30和KV代入计算BQ值；当KV0.04RC+0.4时，应以KV=0.04RC+0。4和RC代入计算BQ值。围岩详细定级时，如遇下列情况之一，应对岩体基本质量指标BQ进行修正：有地下水；围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用；存在高应力。围岩基本质量指标修正值BQ可按下式计算：BQ = BQ-100（K1+ K2+ K2）式中：BQ围岩基本质量指标修正值；K1-一地下水影响修正系数；K2主要软弱结构面产状影响修正系数。K3-初始应力状态影响修正系数。KK2、K3按 JTG D70-2004 附录 A 中表入.0.2-1、表 A.0。22、表 A。0.23 确定,围

6、岩极高及高初始应力状态的评估，可按附录A中表A.0。3规定进行。隧道围岩分级标准表围岩级别围岩或土体主要定性特征围岩基本质量指标修正值BQ开挖后的稳定状态I坚硬岩，岩体完整，受构造影响轻微，巨整体状或巨厚层状结 构，节理不发育，层间结合良好。550围岩稳定，无坍塌。II坚硬岩，岩体较完整，块状或层状结构，层间结合一般。 较坚硬岩，岩体较完整，块状整体结构，层间结合一般.550451暴露时间长，可能产生局部 小坍塌。III坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构，层间结 合一般。较坚硬岩或较软硬岩，岩体较完整，块状体或中厚层结构，层 间结合一般。450351开挖后喷护处理。IV坚硬岩，岩

7、体破碎，碎裂结构；较坚硬岩，岩体较破碎破碎，镶嵌碎裂结构，块状体或中厚层 结构。较软岩或较软硬岩互层,且以软岩为主，岩体较完整较破碎， 中薄层状结构.350251开挖后无支护，易产生顶部 小块坍塌和侧壁失稳，应及 时支护。略具压缩的粘土或砂土，一般钙铁质胶结的碎石、卵石、大 块石及Q、Q黄土。V21较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎破碎；极破碎各类岩体，碎、裂状，松散结构.W250开挖后易坍塌，应立即支护 和衬砌.裂隙杂乱或全强风化壳；一般第四系的半干硬硬塑状粘性土 及Q4、Q3黄土，呈松软结构；稍湿至潮湿的碎石土、卵石土、圆砾土，旱.松散结构。W软塑状粘性土及潮湿、饱和粉细砂、软土.开挖后极

8、易坍塌变形。（二）确定围岩物理力学参数按照围岩级别，根据JTG D70-2004附录A中A。0.4的表A.0。41表选取各级围岩 的物理力学参数。围岩级别重度 kN/m3弹性抗力系数 KMJa/m变形模量GPa泊松比内摩擦角中O粘聚力 CMPa计算摩擦角WrUI26 281800280033602o 178II25 271200180020 330。 20o 2550601o 52.170 78III232550012006200.250o 339500.71。56070IV20232005001.3 60o 30.3527390o 20.750 60V17 20100200120.350o

9、4520270o 050.240 50W151710030003000L10001000L500L宅5叩8、各级公路隧道建筑限界尺寸含紧急停车带-建筑限界高度；饵一行车道宽度；、一左侧向宽度；L”右侧向宽度；-余宽；I检修道宽度；-人行道宽度；”一 检修道或人行道的高度；、一建筑限界左顶角宽度， =、；*-建筑限界右顶角宽度，当心1印时，=虬当 时I ,.一；长、特长隧道应在行车方向的右侧设置紧急停车带，紧急停车带应取3。5m，长度取40m；公踏隧道建就雁界横断面鲍散最小宽度（单位迥）公路等最设止速底年谴由度余宽C人有逍检修逝J隧道建筑限果阵箕血右侧左偈右侧设校懵道设人行疆不设椅游通、人有点岛

10、速公祥_膑路1203E0.751盅).750.75II.DO1W3.7520.50i,(x?1).75 DJ5皿豹833.75210.750.7$血256(3.50 x20,500.J50.750-759,75.三级公踏tw3.7520.750.751.0011,00W3,50 20,501.0010.00阳3.5020.23队对0.759.如303.25 x 2。心7.50203.00 x20.230.Z3o.ii7.CC注：三车道隧道除增加车道数外，其它宽度同表，增加车道的宽度不得小于3。5m。连拱隧道的左侧可不设检修道或人行道，但应设50cm（120km/h与100km/h时）或25cm

11、（80km/h与60km/h时） 的余宽.设计速度120km/h时，两侧检修道宽度均不宜小于1.0m；设计速度100km/h时，右侧检修道宽度不宜小于1。0m（四）确定隧道内轮廓尺寸按照已经确定的公路隧道建筑限界尺寸，根据JTG D70-2004中附录B中关于两车道 （标准断面与紧急停车带断面）和三车道（标准断面与紧急停车带断面）的内轮廓尺寸规 定。两车道、三车道的隧道内轮廓标准断面形式由:拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弓瓜， 仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。最终，要保障隧道内轮廓尺寸应将隧道建筑限界尺寸包括在隧道内轮廓中。紧急停车带隧道中线正常隧道中线图B.0.1两车道隧道标准内轮廓断面（单位

12、:cm）砂标准断面;b）紧急停车带断面”一拱部圆弧半径;一侧墙圆弧半径;”一侧墙与仰拱连接段圆弧半径；”-仰拱圆弧半径尸一路面至起拱线的高度；- 1L, , 一、 ,_ On , Ri ,0；侧墙结构高度；-设仰拱时的侧墙结构高度（侧墙与仰拱连接点至起拱线的高度）； 一起拱线与的夹角； 一设仰拱时起拱线与”的夹角-隧道结构中心线与”的夹角；-紧急停车带拱部圆弧半径广-半径为”的拱部圆弧段夹角；”-拱部与侧墙连接段圆弧半径；一半径与”的圆弧段夹角；图B.0.2三车道隧道标准内轮廓断面（单位icm）a）标准断面;b）紧急停车带断面一拱部圆弧半径;一拱部与侧墙连接段圆弧半径；一侧墙圆弧半径；-侧墙与

13、仰拱连接段圆弧半径;“一仰拱圆弧 半径；一路面至起拱线的高度尸一侧墙结构高度；-设仰拱时的侧墙结构高度（侧墙与仰拱连接点至起拱线的高度）;一起拱线与”的夹角；、一设仰拱时起拱线与”,的夹角；隧道结构中心线与”的夹角；、.、；-半径为“的拱部圆弧段夹角；一半径与的圆弧段夹角；（五）计算隧道围岩压力隧道围岩压力荷载计算按照JTG D70-2004中6。2节“永久荷载,与附录E中的规定进 行计算。具体步骤按照:首先进行浅埋和深埋隧道的划界；如符合JTG D70-2004的附 录E中规定属于浅埋隧道的，考察是否符合“埋深H等效荷载高度以和“埋深H且 Hp两种情况之一进行计算；如符合JTG D70-20

14、04的附录E中规定属于深埋隧道的, 按照普氏方法进行计算。深、浅埋隧道的分界深度判定判定公式为：H.：式中：一浅埋隧道分界深度；匕一荷载等效高度小申，了为围岩重度；:*：； S围岩的级别；3宽度影响系数，3 = 1+i（B-5）； B为无支护 条件下隧道毛洞宽度；iB5时取i =0。1, B5时取i =0。2;浅埋隧道荷载当埋深H等效荷载高度时：垂直均布压力：1 - i 1:、：-隧道上覆围岩重度；H隧道坑顶到地面距离；侧向压力：e = v（H + V2Ht）tan2（45 甲/2）H-隧道高度I围岩计算摩擦角；当埋深H q且 *p时：垂直均布压力：口：旧（IU.T；.,bin。- tanpc

15、X tanl 1 +(tan(pc -) 4- tan(pctanfiKtan(pf 4- j )tan(pctanp = tan(pc + J tan(pc - tan6侧向梯形分布压力：、 iH向 j各级围岩的U值围岩级别IIIIIIIVVW日值0。9皿（0。70。9） M（0.50。7）也(0.30.5)驼式中：H一隧道坑顶到地面距离；h一隧道坑底到地面距离；中一围岩计算摩擦角；*为无支护条件下隧道毛洞宽度；深埋隧道荷载按照普氏方法进行计算。普氏系数：“5塌落拱高度：LE咨，1广垂直均布压力：，-川侧向梯形分布压力：-甲e大=y（h 4- H）tan3（45 -甲/2）式中，一岩石单轴抗

16、压强度；c一粘聚力；中-内摩擦角；B一隧道宽度；H一隧道高度；Y，一围岩重度；（六）衬砌结构的设计衬砌结构设计按照复合式衬砌结构设计，参看JTG D70-2004中的8.4。2节内容。先 按照工程类比方法进行初步设计,然后根据结构计算进行验算，再作出适当调整。表8.4.2两车道隧道复合式衬砌的设计参数围岩级别 n 一 川IV喷射混疑土厚度(cm)拱部、边墙初 期 支 护钢筋网钢架拱、墙 混摄土仰拱 混曲30匚.30局部 25x2535拱、墙25 x 25拱.墙3535供、墙妙冗Jx 20拱、墙、 仰拱4545:二次衬砌厚度(cm)近过试验、计算确定表S.4.2-2三车道隧道复合式村砌的设计参数

17、围岩级别初 期 支 护二次衬砌厚度(cm)喷射混凝土叩度(cm)锚杆(m)钢筋网钢架拱、墙 混凝土仰拱 混凝土拱部边墙仰拱位置长度间距I8局部2.5局部35II8-10局部2.5-3.5局部40Ill10 15拱、墙3.0-3.51.0- 1.5拱、墙 25x25拱、墙4545IV15-20拱、墙3.U-4.01.0拱、墙20 x20拱、墙、 仰拱50,钢筋 混凝土50V2030拱、墙3.5-5.00.5 1.0拱、墙(双号)120 x20拱、墙、 仰拱60,钢筋 混凝土60,钢筋 混凝土VI通过试验、计算确定注:有地下水时，可取大值;无地下水时，可取小值.采用钢架时，宜选用格栅钢架。计算衬砌

18、结构的内力衬砌结构的内力计算按照荷载结构法进行计算，运用结构力学求解器(工程版)Vs2。0。衬砌结构上的荷载图如下图：竖向围岩土压力qIl mill 川 iiniiiin脱离区水平压力e r地层反力荷载只考虑三种荷载:围岩压力；衬砌自重;弹性抗力衬砌结构的结构力学建模简图如下图:tttt M N t t tHtt衬砌结构采用一圈闭合的梁单元，周边采用弹簧支撑（不少于20个），弹簧支撑需注 意弹簧只能受压不能受拉，受压模量（即弹性系数）取围岩的弹性抗力系数.由于衬砌单元 是曲线梁，固可适当多取一些弹簧支撑，弹簧支撑之间的梁单元采用直线梁，为方便荷载 的施加，围岩压力的均布或分布式荷载全部转化到弹簧支撑上的节点荷载.结构计算的成果应包括轴力、弯矩、剪力、变形.衬砌结构的配筋计算根据结