隧道设计综合训练

1、.-1工程概况综述1.1工程概况尾洋隧道区属于构造剥蚀中低山地貌，地形起伏较大，切割深。坡陡，自然坡度一般2040。隧道经垂直向穿越近南北向山脊，植被以茶树为主。隧道采用分离式，其中：右洞起迄桩号K52+574K52+915，总长341m,净空为（宽高）10.255.0m。设计时速80km/h,采用灯光照明，机械通风，隧道最大埋深约100m，属短隧道。1.2水文气象资料隧道区域地表水系不发育，沟谷处含少量溪流，仅在雨期有短暂性水流，常年处于干涸状态。隧道在勘探深度有少量第四系孔隙潜水及沟谷处基岩裂隙水，水位埋深1.70-24.4m，地下水季节性变化幅度为2-3m，枯水期有少量基岩裂隙水流出，在

2、丰水期，局部水量较大，主要靠大气降水补给，经对勘探孔进行提水试验，综合评价后隧道围岩综合渗透参数推荐k=0.01m/d，地下水化学侵蚀环境及地下水氯盐环境对混凝土结构不具侵蚀性。该地区最冷月平均气温为-9.8，隧道区土壤的最大冻结深度为1.2m。1.3地形地貌资料隧道地处丘陵区，地势起伏较大，属丘陵地貌单元，地形起伏较大，部分丘前缓坡及丘河沟谷中被第四系地层覆盖，植被较为发育，场区地处丘陵，自然山坡进口坡面15，出口坡面20，交通便利。隧道区地形相对高差约80m。诉-可修编.-调处在太古界岩性地层的区域，场区的岩土层按其成因分类主要有：第四系回填层，第四系坡积层及元古界震旦系混合花岗岩。隧道围

3、无大的地质构造，地质构造对工程影响较小。地震动峰值加速度0.15g，地震动反应谱特征周期为0.35s。1.4设计标准设计等级：高速公路双向四车道；设计车速：100km/h；设计洪水频率：1/100；地震设防烈度：6级。1.5隧道围岩分级根据公路工程地质勘察规（JTJ064-98）及公路隧道设计规（JTGD70-2004）中的公路隧道围岩分级方案的有关规定，综合考虑隧道底板标高以上三倍洞径围的围岩工程地质条件及岩土体物理力学性质诸要素，对隧道围岩进行工程地质分级，对隧道区围岩级别进行了分段划分，本次隧道设计的标段为JDLDK0+685JDLDK0+840，围岩等级为级，长度为155m。1.6设计

4、依据（1）公路工程技术标准（JTGB01-2003）（2）公路隧道设计规（JTGD70-2004）（3）公路隧道设计细则（JTGD70-2010）（4）公路隧道施工技术规（JTJ04294）（5）公路工程抗震设计规（JTJ00489）-可修编.-（6）地下工程防水技术规（GB501082001）（7）锚杆喷射砼支护技术规（GB50086-2001）（8）公路水泥混凝土路面设计规（JTGD40-2002）2隧道总体设计2.1隧道线型设计本公路隧道设计等级为高速公路双向四车道，由公路隧道设计规（JTGD70-2004）4.3.2有：高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的独立双洞。本设计隧道

5、属直线型隧道，入口处桩号为：JDLDK0+355,出口处桩号为：JDLDK2+970,全长2615m，为长隧道，需设紧急停车带。隧道纵断面采用单向坡，纵坡坡度为1.5%。2.2隧道横断面设计2.2.1公路隧道建筑限界根据公路隧道设计规（JTGD70-2004），设计车速100km/h，隧道建筑限界横断面宽度组成：车道宽度3.75m2；侧向宽度：左侧L为0.50m，右侧LLR为1.00m，检修道J宽度：左侧为0.75m，右侧为1.00m；因为设置了检修道所以不设余宽，即C=0；建筑限界左侧顶角宽度右侧顶角宽度；所以隧道建筑限界净宽为3.752+0.5+0.75+1.002=10.75m，建筑限界

6、高度为H=5.0m。具体建筑限界尺寸见下图：-可修编.00504205.-5010005000427550375375100100单位：cm图2-1公路隧道建筑限界2.2.2隧道轮廓尺寸隧道轮廓的尺寸除应符合隧道建筑限界的规定外，还应满足洞路面、排水设施、装饰的需要，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、施工方法的影响的预留富裕量，使确定的断面形状与尺寸符合安全、经济、合理的原则。本设计隧道围岩条件较差，设计车速为100km/h,根据公路隧道设计规（JTGD70-2004）的规定，轮廓采用三心圆曲墙拱设计,具体设计尺寸见下图：-可修编.-o305520405

7、501=556.100.2.805004202r175105r2=877.785o1=r311122296.93o1001277244396.1o=1503751134.93751004r400单位：cm图2-2隧道轮廓尺寸净高：913.46cm；净宽：1134.90cm；衬砌厚度取级围岩：45cm一侧平均超挖量：10cm拱顶截面厚度d=0.4m，墙底截面厚度d=0.8m0b隧道开挖宽度级围岩：B=11.349+20.45+20.10=12.449mt隧道开挖高度级围岩：H=9.1346+0.45+0.10=9.6846mt2.3横向通道设计公路隧道设计规（JTGD70-2004）规定：上、下

8、行分离式独立双洞的公路隧道之间应设置横向通道。本设计隧道长2615m，属长隧道，需设车行横通道，横向通道的断面建筑限界一般规定如图：-可修编.05052.-252500220025400单位：cm图2-3横向通道的断面建筑限界3围岩压力计算3.1级围岩3.1.1浅埋和深埋隧道的确定垂直均布荷载：7504525HtBt9.684612.4490.7781.7（3-1）1i(B5)10.1(12.4495)1.745（3-2）tq,h0.452s10.45241221.745138.196kPa（3-3）式中q,垂直均布围岩压力（kPa）；围岩的天然重度(kN/m3)，=22kN/m3；-可修编.

9、-s坑道围岩级别，s=4；跨度影响系数；B坑道宽度（m），B=12.449m；tti以B=5.0m的垂直均布压力为准，B每增加1m时的围岩压力增减率；tt当B5m时，i=0.1。tt计算砌体自重：q1/2(dd)1/2(0.40.8)2213.2kPa20bh（3-4）q2砌体自重（kPa）；h砌体材料重度(kN/m3)，=22kN/m3；hd拱顶截面厚度，d=0.4m；00d墙底截面厚度d=0.8m。bb根据我国复合式衬砌围岩压力现场量测数据和模型实验，并参考国外有关资料，建议级围岩衬砌承受80%-60%的围岩压力，为安全储备，这里取：q138.19670%=96.737kPa（3-5）1所

10、以全部竖向荷载为：qqq96.73713.200109.937kPa（3-6）12荷载等效高度：hqq109.9374.997m22（3-7）H(22.5)h2.56.28212.493mpq（3-8）式中hq荷载等效高度（m）；-可修编.H.-p深、浅埋隧道分界深度（m），矿山法施工条件下，级围岩取H2.5h。pq本设计隧道埋深为65m12.493m，属深埋隧道。3.1.2隧道水平围岩压力水平围岩压力：eq0.2109.93721.987kPa（3-9）式中e均匀分布水平围岩压力（kPa）；侧压力系数，=（0.150.3），=0.2。4隧道支护结构及力计算4.1隧道支护结构设计4.1.1现代

11、支护结构原理随着岩石力学的发展和锚喷支护的应用，逐渐形成了以岩石力学理论为基础的，支护与围岩共同作用的现代支护结构原理，应用这一原理就能充分发挥围岩的自承能力，从而获得极大的经济效果。归纳起来，现代支护结构原理包含以下方面的容：（1）现代支护结构原理是建立在围岩与支护共同作用的基础上，即把围岩与支护看成是由两种材料组成的复合体，且把围岩通过岩体支承环作用成为结构体系的重要组成部分。（2）充分发挥围岩的自承能力是现代支护结构原理的一个基本观点，并由-可修编.-此降低围岩压力以改善支护的受力性能。发挥围岩的自承能力，一方面不能让围岩进入松动状态，以保持围岩的自承能力；另一方面允许围岩进入一定程度的

12、塑性状态，以使围岩自承能力得以最大限度的发挥。（3）现代支护结构原理的另一个支护原则是尽量发挥支护材料本身的承载力。（4）现场监控测量和监控设计是现代支护结构原理中的一项重要容。主凭借现场监控测试手段指导设计和施工，并由此确定最佳的支护结构形式、支护参数、施工方法和施工时机。（5）现代支护结构原理要求按岩体的不同地质和力学特征选用不同的支护方式、力学模型、相应的计算方法及不同的施工方法。4.1.2支护结构类型的设计支护结构的基本作用就是保持坑道断面的使用净空，防止岩体质量进一步恶化，和围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系，承受可能出现的各种荷载。此外，支护结构必须能够提供一个能满足使用要

13、求的工作环境，保持隧道部的干燥和清洁。根据公路隧道设计规（JTGD70-2004）规定：高速公路应采用复合式衬砌。盘道岭隧道的洞身围岩类别主要有级，级，级围岩。本隧道的衬砌均采用复合式支护结构。复合式支护结构是柔性支护与刚性支护的组合支护结构，最终支护是刚性支护。复合式的支护结构是根据支护结构原理中需要先柔后刚的思想，初期支护采用锚喷支护，让围岩释放掉大部分变形和应力，然后再施加二次衬砌，采用模筑混凝土，承承受余下的围岩变形和应力，以维持围岩的稳定。-可修编.-因此，复合式衬砌中的初期支护和最终支护一般都是承载结构。隧道初期支护采用湿喷工艺，二次衬砌采用模筑混凝土。衬砌参考表如下：表4-1隧道

14、复合式一般衬砌设计参数表初期支护二次衬砌围岩间距锚杆钢筋网钢架格栅拱墙仰拱长度间距直径网眼尺寸类型间距厚度厚度部位（m）环纵部位（mm）（cm）(m)（cm）（cm）（m）级级局部拱墙2.02.01.51.51.51.5-30303030级拱墙2.51.21.2拱墙纵向6环向62525-30405级加强纵向6252拱墙2.51.21.2拱墙拱墙1.23040环向6拱墙3.01.01.0拱墙拱墙级纵向62020环向8仰拱1.03540级加强拱墙3.01.01.0纵向6202拱墙拱墙0.754045环向8仰拱0盘道岭隧道的衬砌参数的确定以理论计算为基础，采用工程类比法进行设计，并通过计算对其力进行

15、分析验算。4.1.3锚喷支护的力学作用从围岩与支护的共同作用观点出发，它不仅是把支护看作是承受来自围岩的压力，并反过来也给围岩以压力，由此改善围岩的受力状态（即所谓支承作用）；施作锚喷支护后，还可提高围岩的强度指标，从而提高围岩的承载能力（即所谓加固作用）。-可修编.-4.1.4锚喷支护的优越性因为锚喷支护在施工工艺上的特点，使得它能充分发挥围岩的自承能力和支护材料的承载能力，适应现代支护结构原理对支护的要求。锚喷支护的优越性主要有以下几个方面：（1）由于锚喷支护可以在各种条件下进行施作，因此能够做到及时、迅速，以阻止围岩出现松动塌落。尤其是超前锚杆的使用能够有效地阻止围岩松动，喷射混凝土本身

16、又是一种早强和全面密贴的支护，能很好保证支护的及时性和有效性。由此可见，锚喷支护从主动加固围岩的观点出发，防止围岩出现松动危害。（2）锚喷支护属柔性支护，容易协调围岩变形，发挥围岩的自承能力。（3）锚喷支护能充分发挥支护材料的承载能力。由于喷层柔性大且与围岩紧密黏结因此喷层的破坏形式主要是受压或剪切破坏，它比传统的弯曲破坏更能发挥混凝土的承载能力。锚杆主要是通过受拉来改善围岩的受力状态，而钢材又具有较高的抗拉能力。（4）喷层还有把松动的壁面黏结在一起与填平凹穴的作用，因而能减小围岩松动和应力集中。同时喷层又是一种良好的隔水和防风化的材料，能及时封闭围岩。综上所述，锚喷支护的工艺特点使它具有支护

17、及时性、柔性、围岩与支护的密贴性、封闭性、施工的灵活性等，从而充分发挥围岩的自承能力和材料的承载作用。4.1.5锚喷支护的参数系统锚杆长度和间距应根据围岩的破碎程度、隧道宽度，采用工程类比法确-可修编.-定，经验公式如下：锚杆长度：L1W1W2.494.15，取2.5m或Lt35锚杆间距：P0.4L0.7L1.01.75，取1.0m。式中L锚杆长度；W隧道开挖宽度,W=12.449m；t开挖面与已支护区的距离；P锚杆的设置间距（横向）。（布置要求：根据国工程实例调查统计，公路隧道设计规JTGD70-2004），8.2.9规定：锚杆间距不得大于1.5m。间距较小的时候可采用长短锚杆交替布置。所以

18、设计中锚杆间距取1m，呈矩形或梅花排列布置。两车道隧道一般不小于2.0m,根据盘道岭隧道具体情况，拱顶采用中空25注浆锚杆，边墙采用22水泥砂浆锚杆，长度2.5m，横向、纵向间距均为1.0m，梅花排列；拱、墙喷射混凝土厚度为10cm，二次衬砌作为安全储备，拱墙模筑混凝土厚度为35cm，设置仰拱，厚度为40cm，为了与二次衬砌构成隧道整体。起到防水，增加结构稳定性的作用。支护衬砌结构图如下：-可修编.-轮廓半径：r5.5611m,r8.7778m,r11.1222m，径r,r所画圆曲线12图4-1隧道支护结构4.2级围岩衬砌几何要素4.2.1衬砌几何尺寸123的终点截面与竖直轴的夹角：75，10

19、5，此处墙底截面为自轮廓半径r122的圆心向轮廓墙底作连线并延长至与外轮廓相交，交点到轮廓墙底间的连线，在此前提下，有如下三心圆变截面拱圈尺寸的计算公式及计算结果：md(r2d00.5d)(rd)(1cos)dcos2020.322m20.4(8.77780.40.50.4)(8.77780.4)(1cos105)-0.4cos105（4-1）ddb-d0=0.4m所以外轮廓半径：Rmrd-可修编.0180.-（4-2）即Rmrd6.283m,Rmrd9.500m110220拱轴线与轮廓线相应圆心垂直距离为：m0.5d(r20.5d00.25d)0.156m（4-3）(r0.5d)(1cos)

20、0.5dcos2022所以拱轴线半径：rmr0.5d5.917m,rmr0.5d9.134m1102204.2.2半拱轴线长度S及分段轴长S半拱轴线公式：Sri（4-4）S11180r1751803.145.9177.741m，180180S230r23.149.1344.780m2SS1.565m（4-6）SSS7.7414.78012.521m（4-5）12将半拱轴线等分为8段，则每段的轴长为：12.52188S/E1.565/(0.25108)6.26108m（4-7）h式中Eh弹性模量，取Eh2.5107kN/m24.2.3各分块截面中心几何要素各分块中心几何要素与竖直轴的夹角及截面中

21、心的坐标可以由图直接量得，具体数值见表4-2-可修编.-表4-2截面中心几何要素截面sincosxy0123456780.00013.12526.25039.37552.50065.62578.75091.875105.0000.0000.2270.4420.6340.7930.9110.9810.9990.9661.0000.9740.8970.7730.6090.4130.195-0.033-0.2590.0000.6761.9933.2064.2525.0755.6336.1345.8530.0000.1940.7651.6762.8694.2525.7647.3098.8174.3计算

22、位移4.3.1单位位移用辛普生法近似计算，按计算列表进行，单位位移的计算见表4-3表4-3隧道单位位移计算表截面d1/Iy/Iy2/I(1y)2/I积分系数1/30123456780.4500.4500.4500.4500.4500.4500.4500.4500.450131.687131.687131.687131.687131.687131.687131.687131.687131.6871185.1830.00025.547100.741220.707377.810559.933759.044962.5001161.0844167.3670.0004.95677.067369.90610

23、83.9372380.8364375.1297034.91510237.28025564.0240.000187.7377410.2346943.00741971.2443632.3896024.9047034.91512691.14032895.570142424241注：1.I截面惯性矩，Ibd3/12,取单位长度-可修编.-2.不考虑轴力的影响单位位移值计算如下：11S0MM1EIh1dsS/E1/I6.261081185.18374.1925106h（4-8）12S0MM1EIh2dsS/Ey/I6.261084167.367260.877106h（4-9）22S0MM2EIh2dsS

24、/Ey2/I6.2610825564.0241600.308106h计算精度校核：2111222（4-10）(74.19252260.8771600.308)1062196.255106（4-11）ssS/E(1y)2/I6.2610832895.5702059.26310-6h（4-12）闭合差136.99210-604.3.2载位移主动荷载在基本结构中引起的位移(1)每一块上的作用力（竖向力Q、水平力E、自重力G），分别由下面各式求得：QqbiiEehii（4-13）（4-14）G(dii1d)/2Sih（4-15）-可修编.-其中：b衬砌外缘相邻两截面间的水平投影长度ih衬砌外缘相邻两截

25、面间的竖直投影长度id接缝i的衬砌截面厚度i均由图4-2直接量得，其值见表4-4，各集中力均通过相应图形的形心。30.10169.51694.034113.639141.00733.519120.63017807.592795164.8903032Q8Q3Q2Q1G2G3875091.7625G47865.50039.3G513.o1G650.47232.15.99174.11626.0024.2E1E2XE3E4E5E6E7E8Q7Q6Q5Q4G7.105oG1527526.250125o2YG8图4-2衬砌结构计算图示表4-4载位移M0P计算表截面投影长度集中力SbhQGEaqagaeQG

26、aqag012345670.0001.2061.4101.1360.9400.6950.3350.3010.0000.1300.4870.7330.9721.1601.2862.0910.000132.584155.012124.888103.34176.06236.82933.0910.00017.21517.21517.21517.21517.21517.21517.2150.000285810.70816.11621.37125.50528.27545.9750.0000.6030.7050.5680.4700.3480.168-0.1510.0000.6000.6900.5470.44

27、20.3730.1320.0480.0000.0650.2440.3670.4860.5800.6431.0460.000-79.948-109.283-70.936-48.570-26.470-6.1874.9970.000-10.329-11.878-9.417-7.609-6.421-2.272-0.826-可修编.-80.0002.2300.00017.21549.0310.000-0.2181.1150.0003.753续表4-4Eae(QG)i1Ei1xy(xQG)ii1yEii1M0ip0.000-0.186-2.613-5.915-10.386-14.793-18.181-48

28、.090-54.6700.0000.000149.799322.026464.129584.685677.962732.006782.3120.0000.0002.85813.56629.68251.50376.558104.833150.8080.0000.6761.3171.2131.0460.8230.5580.501-0.2810.0000.1940.5710.9111.1931.3831.5121.5451.5000.0000.000-197.285-390.618-485.479-481.196-378.303-366.735219.8300.0000.000-1.632-12.3

29、59-35.411-71.229-115.756-161.967-227.4180.000-90.463-413.154-902.461-1489.916-2009.025-2610.724-3183.345-3241.850(2)外荷载在基本结构中产生的力块上各集中力对下一接缝的力臂由图直接量得，分别记为aq、ag、ae。力按下式计算之：弯矩：M0M0ipi1,pxi(QG)yEQaiqGaEage（4-16）i1i1轴力：N0sinipi(QG)cosE（4-17）iii式中x、y相邻两接缝中心点的坐标增值iiM0、N0的计算见表4-4和4-5ipip表4-5载位移N0计算表ip截面(QG

30、)Esin(QG)COSEiiiiN0ip010.000149.7990.0002.8580.00034.0040.0002.7840.00031.220-可修编.-2345678322.026464.129584.685677.962732.006782.312799.52713.56629.68251.50376.558104.833150.808196.839142.336294.258463.655617.623718.098781.530772.34312.16922.94431.36531.61820.442-4.977-50.981130.167271.314432.290586

31、.005697.656786.507823.324M0qB242422基本结构中，主动荷载产生的弯矩的校核为B12.44912.449(x)109.937(5.853)1875.5038q8(4-18)e21.987M0H29.684621031.0978e(4-19)M0G(xxa)G(xxa)G(xxa)8gi83gi181g1282g2G(xxa)G(xxa)G(xxa)383g3484g4585g5(4-20)G(xxa)G(xxa)Gx686g6787g788M017.215(5.5830.6760.600)17.215(5.5831.9930.690)8g17.215(5.5833

32、.2060.547)17.215(5.5834.2520.442)17.215(5.5835.0750.373)17.215(5.5835.6330.132)17.215(5.5836.1340.048)17.215(0.218)253.508M0M0M0M01875.5031031.097253.5083160.108(48p8q8e8g-21)另一方面，从表中查到M03241.850，8p则闭合差3241.8503160.108100%2.521%5%3241.850(3)主动荷载位移计算过程见表4-6。-可修编.-表4-6主动荷载位移计算表截面M0ip1/Iy/I1yM0/IipyM0/

33、IipM0(1y)/I积分常ip数1/30123456780.000-90.463-413.154-902.461-1489.916-2009.025-2610.724-3183.345-3241.850131.687131.687131.687131.687131.687131.687131.687131.687131.687025.547100.741220.707377.810559.933759.044962.5001161.08401.1941.7652.6763.8695.2526.7647.3099.8170.000-11912.801-54407.011-118842.382-

34、196202.568-264562.475-343798.411-419205.153-426909.5010.000-2311.083-41621.363-199179.832-562905.168-1124919.644-1981654463-3764061.0700.000-14223.884-96028.374-318022.213-759107.737-1389482.120-2325452.455-3063970.463-4190970.571142424241-1835840.302-10740622.668-12157257.817因为EIds（4-2

35、2）ips00MiMph故1ps00M1MpEIhdsS/EM0/I6.26108-1835840.302114923.602106hp2ps0MM02pEIhdsS/EM0y/I6.26108-10740622.668672362.978106hp计算精度校核：sp1p2p（4-23）S/EM0(1y)/I（4-24）sphp因此，sp1p2p(114923.602672362.978)106787286.580106S/EM0(1y)/I6.26108(12157257.817)761044.338106sphp-可修编.-闭合差2.6241080.000。4.3.3载位移单位弹性抗力及相

36、应的摩擦力引起的位移(1)各接缝处的抗力强度按假设拱部弹性抗力的上零点位于第三截面39.3753b最大抗力值假定在第六截面，78.750，6h拱部各截面抗力强度，按镰刀形分布，最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算（4-25）(cos2cos2)/(cos2cos2)ihbibh计算得：0,0.4056,0.7637,34h5h6hi)2（4-26）最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算：1(hyyh式中yi所求抗力界面与外轮廓交点到最大抗力截面的垂直距离；yh（墙底外边缘C到最大抗力截面的垂直距离。yi和yh在图中可以直接量得）得到：y72.1697，y4.48008则有：1(2.1697/

37、4.4800)20.7654,07hh8按比例将所求得的抗力值绘在图4-3上。(2)各携体上抗力集中力Ri按下式近似计算：R(ii1)S/2ii外(4-27)式中，S楔体i外缘长度，由图4-2量得，R的方向垂直于衬砌外缘，并i外i通过楔体上抗力图形的形心。-可修编.-(3)抗力集中力与摩擦力之合力Ri按近似计算：RR12ii（4-28）式中围岩与衬砌间的摩擦系数。取0.2则RiR1i21.0198R，i其作用方向与抗力集中力的夹角为arctg11.301，由于摩擦阻力的方向与衬砌位移方向相反，其方向朝上。R作用点即为R与衬砌外缘的交点。ii将R的方向线延长，使之交于竖直轴。量取夹角(自竖直轴反

38、时针方向量ik度)。将R分解为水平与竖直两个分力：RRsin，RRcos。iHikVik（4-29）以上算例列入表4-7中，并参见图4-2。表4-7弹性抗力及摩擦力计算表截面()()/2S（）R()ihii1外hiiksink3456780.0000.4060.7641.0000.7650.0000.0000.2030.5850.8820.8830.3830.0001.3551.3552.1122.1122.1120.0000.2750.7931.8631.8650.8090.00055.49569.36782.04795.027109.3470.0000.8240.9360.9900.996

39、0.944续表4-7截面coskR()HhR()VhvhR()ih3456781.0000.5660.3520.138-0.088-0.3310.0000.2220.7281.8091.8220.7490.0000.1530.2740.252-0.161-0.2610.0000.1530.4270.6790.5180.2570.0000.2220.9502.7594.5815.3300.0000.2700.7781.8271.8290.793-可修编.-(4)计算单位抗力图及其相应的摩擦力在基本结构中产生的力i弯矩：M0Rrjji（4-30）i轴力：N0sinRVcosiRH（4-31）式中：

40、rji力R至接缝中心点k的力臂，由图4-2量得，计算见表4-8j和表4-9表4-8M0计算表截R0.2704hR0.7785hR1.8276hR1.8297hR0.7938hM0面45678r4i0.6772.0233.3435.3527.428Rr44i-0.183-0.546-0.903-1.445-2.001r5i0.7892.1264.1956.336Rr55i-0.614-1.654-3.264-4.929r6i0.6772.7734.976Rr66i-1.237-5.066-9.091r7i1.0383.292Rr77i-1.899-6.021r8i1.125Rr88i-0.892

41、-0.253-1.160-3.794-11.674-22.995表4-9N0计算表sincos()截面RhVR()hHsincosR()R()VhHhN0()h4567852.50065.62578.75091.875105.0000.7930.9110.9810.9990.9660.6090.4130.195-0.033-0.2590.1530.4270.6790.5180.2570.2220.9502.7594.5815.3300.1210.3890.6660.5170.2480.1350.3920.538-0.151-1.370-0.014-0.0030.1280.6681.618(5)

42、单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算过程见表4-10。-可修编.-表4-10单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算表()积分系截面M0()h1/Iy/I(1y)M01/I()hM0y/I()hM0(1y)1/Ih数1/345678-0.253-1.160-3.794-11.674-22.995131.687131.687131.687131.687131.687377.810559.933759.044962.5001161.0843.8695.2526.7647.3099.817-33.317-152.757-499.620-1537.314-3028.143-95.586-128.903-6

43、49.522-802.279-2879.813-3379.433-11236.225-11236.228-26699.127-29727.27624241-5251.151-41560.273-45274.119ds(4-is0MiM0EIhdsS/EM01/I6.26108(5251.151)328.722106EI故：1s0MM01hh32）dsS/EM0y/I6.26108(41560.273)2601.673106EI2s0MM02hh328.7221062601.6731062272.951106126.26108(45274.119)2834.160106（4-34）（4-33）S

44、S/EM0(1y)/Ih闭合差561.6491060综上，计算得结构抗力图如图4-3-可修编.-oG2G17501.75625098.7652.5037513.125XR6R7R8R5367G758R434G3G4539.26.250G528105G6o11Yo2G8图4-3结构抗力图4.3.4墙底（弹性地基上的刚性梁）位移(1)单位弯矩作用下的转角1/(KI)131.687/(5105)263.374106（4-35）18式中K围岩的弹性抗力系数，这里取5105kN/m3。(2)主动荷载作用下的转角：M0263.374106(3241.850)853819.002106（4-36）p18p(

45、3)单位抗力及相应摩擦力作用下的转角：M0263.374106(22.995)6056.285106（4-37）18-可修编.-4.4解力法方程衬砌矢高：fy9.693m8计算力法方程的系数：a(74.1925263.374)106337.567106（4-38）11111af(260.8779.693263.374)1062813.76106（4-39）12121a2222f2(1600.3089.6932263.374)10626345.414106（4-40）1a101pf(p1f)(114923.6029.693853819.002)106h(328.7229.6936056.285)

46、106(8390991.18859032.293)106hh（4-41）a202pf(p2f)(672362.9789.693853819.002)106h(2601.6739.6936056.285)106(8948430.56461305.243)106hh（4-42）以上将单位抗力图及相应摩擦力产生的位移乘以倍，被动荷载的载位移。h求解方程：X(aaaa)/(aaa1122022101122122)(330.84293.948)（4-43）h其中：X1p330.8429,X13.948X(aaaa)/(aaa2121011201122122)(283.93372.6142)（4-44）h

47、其中：X2p283.9337,X22.61424.5计算主动荷载和被动荷载（h1）分别产生的衬砌力计算公式为：MXp1pyX2pM0（4-45）pNXp2pCOSN0（4-46）p和MX1yX2M0（4-47）-可修编.-NX2COSN0（4-48）计算过程列入表4-11和4-12表中。表4-11主、被动荷载作用下衬砌弯矩计算表2y截面M0pX1pyX2pyMpM0()hX1()hX()hM()h0123456780.000-90.463-413.154-902.461-1489.916-2009.025-2610.724-3183.345-3241.850330.843330.843330.

48、843330.843330.843330.843330.843330.843330.8430.0000.1940.7651.6762.8694.2525.7647.3098.8170.00055.083217.209475.873814.6061207.2861636.5942075.2712503.443330.843295.463134.898-95.745-344.467-470.896-643.287-777.231-407.5640.0000.0000.0000.000-0.253-1.160-3.794-11.674-22.995-3.948-3.948-3.948-3.948-3

49、.948-3.948-3.948-3.948-3.9480.0000.5072.0004.3817.50011.11615.06819.10723.049-3.948-3.441-1.9480.4333.2996.0087.3263.485-3.894表4-12主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表2cos截面N0pcosX2pcosNpN0()hX()hN()h0123456780.00031.220130.167271.314432.290586.005697.656786.507823.3241.0000.9740.8970.7730.6090.4130.195-0.033-0.259283.

50、934276.551254.689219.481172.916117.26555.367-9.370-73.539283.934307.771384.856490.795605.206703.270753.023777.137749.7850.0000.0000.0000.000-0.014-0.0030.1280.6681.6182.6142.5462.3452.0211.5921.0800.510-0.086-0.6772.6142.5462.3452.0211.5781.0770.6380.5820.941-可修编.-4.6计算最大抗力值首先求出最大抗力方向的位移。由式hpS(yhy)M

51、pEI（4-49）hS(yhy)M（4-50）EI并考虑接缝5的径向位移与水平方向有一定的偏离，因此将其修正如下：S(yhyi)Mpsin（4-51）EIhp5p5h5S(yhyi)M（4-52）EI计算过程列入表4-13表4-13最大抗力位移修正计算表/I截面M/IM/Iypiy5yiM/Ip(YY)5iM(YY)5i积分系数1/301234543567.72238908.63617764.313-12608.372-45361.826-62010.882-519.900-453.135-256.52657.020434.435791.1750.0000.1940.7651.6762.869

52、4.2524.2524.0583.4872.5761.3830.000185249.955157891.24561944.159-32479.166-62735.4050.000-2210.616-1838.822-894.507146.885600.8240.000424241309870.788-4196.236位移值为：-可修编.-hp6.26108(309870.788)0.9111767.15010-5h6.26108(4196.236)0.91123.93110-5h则可得到最大抗力为：/(1/K)hhp/1/(310)23.931101767.15010-55572.829即最大

53、值为72.829。4.7计算衬砌总力按如下公式计算：（4-53）MMMph(4-54)NNNph(4-55)计算过程列入表4-14表4-14衬砌总力计算表截面MpMMM/IMy/INpNNe0123330.843295.463134.898-95.745-287.529-250.605-141.87131.53543.31444.858-6.973-64.2105703.9055907.270-918.239-8455.6280.0001146.010-702.453-14171.632283.93439.667323.601307.77138.636346.407384.85635.5854

54、20.441490.79530.669521.4640.1340.129-0.017-0.12345-344.467-470.896240.263437.557-104.204-13722.329-33.339-4390.361-39369.362-18667.816605.20623.946629.152703.27016.343719.613-0.166-0.0466-643.287533.545-109.742-14451.561-83298.799753.0239.682762.705-0.1447-777.231489.439-287.792-37898.465-276999.881

55、777.1378.832785.969-0.666-可修编.-8-407.564410.4072.843374.3863300.963749.78514.280764.0650.004-67851.023-428762.972计算精度校核：根据拱顶切开点之相对转角和相对水平值位移应为零的条件来检查。SMEI式中：0(4-56)SM6.26108(67851.023)4.247103EI(4-57)M/22.843263.374106/23.74410381(4-58)闭合差：(4.2473.744)/4.24711.8%SyMfEI0(4-59)式中：SyM6.26108(-428762.97

56、2)0.0268EIffM/29.6932.843263.374106/20.036381(0.03630.0268)/0.036326.2%4.8力图将力计算结果按比例尺绘制弯矩图M及剪力图N，如图4-4-可修编.-64.210-6.973326.601346.407420.441-104.20444.85843.314-33.339-109.742-287.792M(kNm)(绘在受拉侧)2.843521.464629.152N(kN)(压力)719.613762.705图4-4弯矩剪力图5隧道防排水设计隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，保证隧道结构物和营运

57、设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计为将地表水地下水妥善处理，使洞外形成一个完整通畅的防排水系统。5.1防水5.1.1洞身防水（1）防水等级：满足地下工程防水技术规（GB50108）规定的一级防水标准，衬砌表面无湿渍。隧道采用复合式衬砌，在初期支护和二次衬砌之间铺设防水层，防水层由EVA防水板和无纺布缓冲层组成，防水板厚度不小于1.5m，无纺布重量不小于350g/m2。（2）隧道二次衬砌应满足抗渗要求。盘道岭地区低温平均零下13.2，混凝土的抗渗等级设计为S6。（3）根据公路工程地质勘察规判定：隧道区地下水对砼无结晶类腐蚀；-可修编.-无分解类腐蚀，无结晶分解复合式类腐蚀，综合评定地下水对

58、砼无腐蚀。故不用采用抗侵蚀混凝土和铺设抗侵蚀防水层。（4）采用围岩注浆，将不透水的凝胶物质（防水材料）通过钻孔注入、扩散的岩层裂隙中，把裂隙中的水挤走，堵住地下水的通路，减少或阻止涌水流入工作面，同时还起到固结破碎岩层的作用，从而为开挖、衬砌创造条件。（5）二次衬砌环向施工缝每8m一道（或与衬砌模版台车衬砌段长一致），纵向施工缝设置两道；变形缝在地层承载力显著变化，断面明显变化处设置。（6）施工缝设背贴橡胶止水带如中埋式橡胶止水带，环向施工缝按全环考虑，变形缝设置背贴橡胶止水带加中埋式钢边橡胶止水带防水；地下水发育地段在拱墙部位增设可维护注浆管。（7）二次衬砌拱顶预留回填注浆孔，间距5.0m。

59、隧道开挖后，岩面如有渗水，采用局部注浆进行封堵。5.1.2变形缝防水二次衬砌施工缝、伸缩缝、沉降缝等是防渗漏水的薄弱环节。变形缝应满足密封防水、适应变形、施工方便、检修容易等要求。在工程中变形缝用于伸缩缝的变形缝宜少设，可根据不同的工程结构类别、工程地质情况采用后浇带、加强带、诱导缝等替代措施。变形缝处混凝土结构厚度不应小于300mm。变形缝涉及尺寸如图：-可修编.-混凝土结构填缝材料中埋式止水带于等于大迎水面外贴式止水带大于等于300mm中埋式止水带与外贴防水层复合使用图5-1变形缝防水结构5.2排水5.2.1隧道排水（1）拱墙二次衬砌和初期支护之间环向设置50盲沟，每8m设置1道，地下水较

60、大时，应增设1至2道，集中漏水点设盲管引排；距水沟底30cm以上墙角处设置双侧80纵向盲沟，环、纵向盲沟均接入隧道双侧沟。（2）洞按地下水和营运清洗污水、消防污水分离排放的原则设置纵向排水系统。（3）施工时，隧道纵向设排水沟，横向设排水坡，反坡施工采用机械排水，临时排水沟应砌筑，严禁隧道基底积水和漫流。5.2.2路面结构底部排水设施(1)路面结构下设纵向中心水沟，集中引排地下水。(2)中心水沟的断面根据经验结合隧道的长度、纵坡、地下水渗流量确定。-可修编.-(3)中心水沟纵向按间距50m设沉沙池，并根据需要设检查井。检查井的位置和构造不影响行车安全，并便于清理和检查。(4)隧道底设横向导水管，