《轨道交通隧道工程》课程设计

《轨道交通隧道道工程》课程设计某公路隧道课程程设计学生姓名：学院：：专业班级：专业课程：指导教师：2015年1月9日一、设计资料1.工程概况某隧道道进出口附近近有国道附近近，交通条件件便利，洞轴轴线走向方位位角约165°。隧道总体体走向呈南北北向曲线展布布。采用分离离式隧道，其其中：左线起起讫桩号为ZK39++321～ZK39++568，长247米，左线起起讫桩号为YK39++313～YK39++515，长202米。采用灯灯光照明，自自然通风，属属短隧道。2.工程地质条条件（1）地地形地貌隧道整整体属于中低低山地貌区、斜斜坡、冲沟地地形，隧道轴轴线地面标高高792～875m之间，相对对高差约83m，隧道洞室室最大埋深70m。隧道进、出出口处总体为为斜（陡）坡坡地形，进口口处自然坡度度角为35～45°，出口处自自然坡度角约约为45～50°，局部略陡陡。进口处为斜斜坡地形，出出露基岩为强强～中风化流流纹斑岩，植植被发育，主主要为杂草及及小灌木丛为为主，进口下下方为修建国国道的弃方。出口处基岩岩裸露，为强强～中风化流流纹斑岩，植植被发育，多多为小灌木丛丛。出口处为为国道。（2）地质质构造隧址区未发发现对隧道方方案有明显影影响的褶皱和和断裂发育。浅浅部岩石风化化裂隙发育，岩岩石性较差，深深部节理裂隙隙较发育。节节理裂隙降低低了隧道围岩岩的稳定性。（3）地层层岩性据工程地质质调绘及钻孔孔显示，隧道道围岩主要为为中元古界熊熊耳群马家河河组（Pt2m）和许山组组（Pt2x）的流纹斑斑岩组成，地地层岩性特征征如下：流纹纹斑岩：灰绿绿、紫红色，斑斑状结构，呈呈强～微风化化状，岩体极极破碎~破碎，根据据地质调查显显示，隧道区区岩层受构造造影响，小的的次级断层及及褶皱、节理理裂隙发育，是是较硬岩，分分布于整个隧隧道区。（4）岩石石强度隧址山体岩岩层属于较硬硬岩石工程地地质岩组，中中风化流纹斑斑岩饱和单轴轴抗压强度Rc=577MPa，属于较硬硬岩。（5）岩体体的完整性隧址地层年年代为中元古古界老地层，主主要为硬质岩岩，岩体坚硬硬性脆，经历历长期的构造造运动和风化化剥蚀作用后后，岩体裂隙隙很发育～较较发育，裂隙隙面大多倾角角较大，贯穿穿性较好，多多成张开、微微张状。愈接接近地表，风风化裂隙和构构造裂隙愈发发育，无充填填或少量粘土土或碎石充填填，掩饰的完完整性厚道破破坏。山体内内岩体的结构构为层状、块块状结构。根根据洞口节理理裂隙统计，岩岩体完整性系系数Kv=0..13～0.30，为破碎岩岩体。（6）隧道道围岩级别划划分1）进、出出口稳定性评评价进、出口段段围岩风华裂裂隙发育，岩岩体破碎，完完整性差，围围岩分级为V级。成洞条条件较差，围围岩易坍塌，处处理不当可能能出现坍塌及及冒顶。2）隧道洞洞身根据隧道围围岩分级标注注，综合钻探探资料集地调调成果。隧道道围岩课划为为IV、V两级，详细细如下：ZK39++321～ZK399+390围岩为中风风化流纹斑岩岩，属较硬岩岩，节理裂隙隙发育，岩体体极破碎，碎碎石状结构，工工程地质性质质及围岩自稳稳能力差，围围岩易坍塌，未未见地下水，雨雨季有渗水漏漏水现象，应应加强支护。弹弹性波纵波速速度4259mm/s，围岩基本本质量指标BQ值为230，，，围岩级别别为V级。ZK39++390～ZK399+500围岩为中～～微风化流纹纹斑岩，属较较硬岩，节理理裂隙发育，岩岩体破碎，裂裂隙块状结构构，围岩稳定定性一般，无无支护时，侧侧壁和拱顶部部易产生小坍坍塌，未见地地下水，雨季季有滴水渗漏漏现象，应加加强支护。弹弹性波纵波速速度4488mm/s，围岩基本本质量指标BQ值为321，，，围岩级别别为IV级。ZK39++500～ZK399+568围岩为中风风化流纹斑岩岩，属较硬岩岩，节理裂隙隙发育，岩体体极破碎，碎碎石状结构，工工程地质性质质及围岩自稳稳能力差，围围岩易坍塌，未未见地下水，雨雨季有渗水漏漏水现象，应应加强支护。弹弹性波纵波速速度4234mm/s，围岩基本本质量指标BQ值为224，，，围岩级别别为V级。YK39++313～YK399+363围岩为中风风化流纹斑岩岩，属较硬岩岩，节理裂隙隙发育，岩体体极破碎，碎碎石状结构，工工程地质性质质及围岩自稳稳能力差，围围岩易坍塌，未未见地下水，雨雨季有渗水漏漏水现象，应应加强支护。弹弹性波纵波速速度4254mm/s，围岩基本本质量指标BQ值为227，，，围岩级别别为V级。YK39++363～YK399+448围岩为中～～微风化流纹纹斑岩，属较较硬岩，节理理裂隙发育，岩岩体破碎，裂裂隙块状结构构，围岩稳定定性一般，无无支护时，侧侧壁和拱顶部部易产生小坍坍塌，未见地地下水，雨季季有滴水渗漏漏现象，应加加强支护。弹弹性波纵波速速度4306mm/s，围岩基本本质量指标BQ值为316，，，围岩级别别为IV级。YK39++448～YK399+515围岩为中风风化流纹斑岩岩，属较硬岩岩，节理裂隙隙发育，岩体体极破碎，碎碎石状结构，工工程地质性质质及围岩自稳稳能力差，围围岩易坍塌，未未见地下水，雨雨季有渗水漏漏水现象，应应加强支护。弹弹性波纵波速速度4306mm/s，围岩基本本质量指标BQ值为222，，，围岩级别别为V级。3.气象及水文文地质条件（1）气象象隧址进口端端所在县位于于暖温带半干干旱大陆性季季风气候区，四四季分明，降降水量、蒸发发量、气温等等气象要素年年内、年际变变化明。据灵灵宝市气象站站1956--2000年气象资料料：多年平均均气温13.6℃，元月最冷冷，平均气温温-1.0℃；七月最热热，平均气温温26.1℃。历年最高高气温42.7℃，最低气温-16.2℃。无霜期年年平均215天，最短无无霜期199天。隧址出口端端所在县跨亚亚热带、暖温温带两个气候候带，均具有有大陆性季风风气候的共同同特点，季节节性变化明显显，温度低，日日照时数少，无无霜期短，气气候因素垂直直变化大，年年平均日照时时数2118..0小时，平均均日照率为47.7%%.年平均气温12.6℃，元月最冷冷，平均气温温-1.5℃；七月最热热，平均气温温25.6℃，极端最高高为42.1℃。卢氏盆地地无霜期平均均为184天，年平均均降水量为90～99气象部门提提供的（十年年）资料为630mm。（2）地表表水隧道进、出出口位于分水水岭的下方，四四周山体汇水水区域较大，仅仅沿斜披在大大气降雨时有有一定的地表表面流。隧道道进出口位于于山体斜坡位位置，应注意意暴雨期间地地表面流对洞洞口的冲刷破破坏作用，宜宜采用截流、疏疏排措施。（3）地下下水在隧道设计计标高范围内内基岩裂隙水水总体不甚发发育，暂时性性地表水体大大部分顺冲沟沟或斜坡坡面面向外排泄，地地下水不甚发发育。4.抗震设计参参数及地震效效应根据国国家地震局2001年8月1日颁布实施施的《中国地地震参数区划划分》（GB183306-20001)、《建筑抗抗争设计规范范》（GB500011-20001)等资料，设设计基本地震震加速度值为为0.15g，设计地震震分组为第二二组，设计特特征周期为0.25s，相当于地地震基本烈度度7度。按照《公公路隧道设计计规范》（JTJ0004-89）并结合区区域构造较差差的特点，高高速公路隧道道应提高1度设防。5.区域稳定性性评价隧址区属构构造剥蚀中低低山地貌单元元，无区域性性深大断裂通通过，近代无无强震记录，属属相对稳定地地块。下伏基基岩属较硬岩岩类，稳定性性一般，适宜宜拟建隧道的的建设。6.不良地质现现象地质调会资料显显示，隧道进进出口地形较较陡，岩体较较破碎，在隧隧道施工时可可能产生浅层层的岩石崩塌塌，需采取相相应的支护措措施。7.设计标准设计等级：：高速公路分分离式单向双双车道隧道地震设防烈烈度：7级设计速度：：100kmm/h设计荷载：：公路Ⅰ级8.计算断面资资料桩号：YKK39+5000地面高程：：823.444m设计高程：：799.4472m围岩类别：：Ⅲ级，Ⅳ级隧道埋深：200-100米9.设计计算内内容（1）确定定隧道断面布布置图（曲墙墙式）；（2）围岩岩压力计算（曲曲墙式）；（3）隧道道支护设计图图；（4）隧道道衬砌设计图图；（5）隧道道施工方案比比选（施工方方法的横断面面分块图和纵纵断面的工序序展开图）；；（6）选定定施工方案的的监控量测方方案布置图。10.提交的资资料（1）确定定隧道断面布布置图、隧道道支护设计图图、隧道衬砌砌设计图、施施工方法的横横断面分块图图和纵断面的的工序展开图图、选定施工工方案的监控控量测方案布布置图；（2）隧道道围岩压力计计算书、施工工方案比选说说明、监控量量测方案说明明。11.设计依据据本设计严格格按照交通部部颁布的行业业规范、规程程及《工程建建设标准强制制性条文》（公公路工程部分分）。《公路工程程技术标准》（JTGBB01-20003)；《公路隧道道设计规范》（JTGDD70-20004)；《公路隧道道通风照明技技术规范》（JTJFF60-20009)；《公路水泥泥混凝土路面面设计规范》（JTGDD70-20002)；《公路沥青青路面设计规规范》（JTGDD50-20006)；《公路工程程抗震设计规规范》（JTJ20004-20008)；《地下工程程防水技术规规范》（GB501108-20008)；《锚杆喷射射混凝土支护护技术规范》（GB500086-22001)；《混凝土结结构设计规范范》（GB500010-20002)；《公路建设设项目环境影影响评价规范范》（JTGBB03-20006)；《公路环境境保护设计规规范》（JTJ/0006-998)；《建筑设计计防火规范》（GB500016-22006)；《隧道工程程》王毅才主编人民交通出出版社；《地下结构静力力计算》天津大学建建筑工程系地地下建筑工程程教研室编中国建筑工工业出版社。二、隧道断面设设计1.隧道位置及及洞口位置由于没有实实际的地形图图和地质资料料图，故将隧隧道位置和进进出口位置的的地质资料罗罗列如下：某某隧道进出口口附近有国道道，交通条件件便利；隧道道进、出口处处总体为斜坡坡地形，进口口处自然坡度度角为35～45°，出口处自自然坡度角约约为45～50°，局部略陡陡；进口处为为斜坡地形，出出露基岩为强强～中风化流流纹斑岩，植植被发育，主主要为杂草及及小灌木丛为为主，进口下下方为修建国国道的弃方；；出口处基岩岩裸露，为强强～中风化流流纹斑岩，植植被发育，多多为小灌木丛丛，出口处为为国道；进、出出口段围岩风风华裂隙发育育，岩体破碎碎，完整性差差，围岩分级级为V级。成洞条条件较差，围围岩易坍塌，处处理不当可能能出现坍塌及及冒顶。2.隧道平面设设计公路隧道设设计规范规定定，应根据地地质、地形、路路线的走向、通通风等因素确确定隧道的平平、曲线线形形。当为曲线线时，不易采采用设超高的的平曲线，并并不应采用设设加宽的平曲曲线。隧道进进出口附近有有国道附近，交交通条件便利利，洞轴线走走向方位角约约165°。隧道总体体走向呈南北北向曲线展布布。其中：左左线起讫桩号号为ZK39++321～ZK39++568，长247米，右线起起讫桩号为YK39++313～YK39++515，长202米。采用灯灯光照明，自自然通风，属属短隧道。公路隧道设设计规范规定定，高速公路路、一级公路路的隧道应设设计为上、下下行分离的独独立双洞。分分离式独立双双洞的最小净净距，按对双双洞结构彼此此不产生有害害影响的原则则，结合隧道道平面线形、围围岩地质条件件、断面形状状和尺寸、施施工方法等因因素确定，一一般情况可按按表1取值。表1分离式独独立双洞间最最小净距围岩类别IⅡⅢⅣⅤⅥ最小净距1.0B1.5B2.0B2.5B3.5B4.0B注：B为隧道开开挖断面宽度度本隧道道为设计等级级为高速公路路分离式单向向双车道隧道道，满足规范范要求。围岩岩等级为Ⅴ级，故最小小净距为3.5B。3.隧道纵断面面设计公路隧道设设计规范规定定，隧道内纵纵面线形应考考虑行车安全全性、营运通通风规模、施施工作业效率率和排水要求求，隧道纵坡坡不应小于0.3%，一般不大大于3%；受地形等等条件限制时时，高速公路路、一级公路路的中、短隧隧道可适当加加大，但不宜宜大于4%；隧道内的的纵坡形式，一一般宜采用单单向坡；地下下水发育的长长隧道、特长长隧道可采用用人字坡。本隧道道左线起讫桩桩号为ZK39++321～ZK39++568，长247米，右线起起讫桩号为YK39++313～YK39++515，长202米。由于隧隧道长度较短短，故隧道坡坡道形式选择择单面坡。本本隧道为单向向隧道，设计计等级为高速速公路分离式式单向双车道道隧道，设计计交通量N为250000-550000辆/h，,故应该采用用机械通风，所所以坡度设计计为3.5%，通风方式式采用半横向向式。4.隧道横断面面设计公路净净空包括公路路建筑限界、通通风及其他所所需的断面积积。公路隧道道的建筑限界界包括车道、路路肩、路缘带带、人行道等等的宽度，以以及车道人行行道的净高。公公路隧道的净净空除包括公公路建筑限界界以外，还包包括通风管理理、照明设备备、防灾设备备、监控设备备、运行管理理设备等附属属设施所需要要的空间以及及富余量和施施工误差等。本隧道道设计等级为为高速公路分分离式单向双双车道隧道，查查规范可得，建建筑限界高度度为5.0m，其他建筑筑限界宽度详详见见表2。表2公路隧道道建筑限界基基本宽度表公路等级设计速度左侧右侧余宽C人行道R检修道左检修道右车道宽度高速公路100km/hh0.51.0000.750.752×3.75注：单位为m由于本隧道为短短隧道，故可可以不设紧急急停车带，则则公路隧道的的建筑限界查查规范见图1。图1公路路隧道建筑界界限本隧道道采用单心圆圆方案，半径径=6m，=110º，半径=100.74m，=32º。本隧道的内内轮廓设计详详见图2。图2公路隧隧道内轮廓图图三、围岩内力计计算根据隧隧道围岩分级级标注，综合合钻探资料及及调查成果，本本隧道围岩分分为Ⅳ和Ⅴ级，且在不不同的标段围围岩等级不同同，地质条件件和水文地质质条件也不相相同。计算断断面为ZK39++536，其计算资资料如下：设计等级为高速速公路分离式式单向双车道道隧道，围岩岩级别为Ⅴ级，围岩容容重为，弹性性抗力系数为为K=1500MPa/mm,变形模量E=1.55GPa。衬砌材料料为混凝土，衬衬砌材料容重重为，弹性模模量为E=29..5GPa，衬砌厚度度为d=0.665m，地面高程程为828.332m，设计高程程为799.66m，衬砌结构构断面图如图图3所示。图3隧道衬砌断断面图1.荷载确定按铁路路隧道破坏状状态设计垂直直压力公式计计算：其中w为宽度影影响系数：KPa围岩水水平均布压力力：KPa2.衬砌几何要要素内轮廓线半径为为，外轮廓半半径为，拱轴轴线半径为，拱拱轴线圆弧中中心角为。3.半拱线长度度s及分段轴长Δs半拱线线长度，将半半拱轴线等分分为8段，每段轴轴长为：4.各分块接缝缝中心几何要要素每个分块与竖直直轴夹角，接接缝中心点坐坐标（，）见表3。表3分块几几何中心要素素计算表（单单位：m）分块几何要素113.612550.23540.97190.02811.48860.1777227.2250.45750.88920.11082.89360.7007340.837550.65390.75660.24344.13601.5397454.450.81360.58140.41865.14612.6476568.062550.92760.37360.62645.86703.9620681.6750.98950.14480.85526.25845.4092795.287550.9957-0.092221.09226.29816.90798108.90.9461-0.323991.32395.98408.3738注：因墙底面水水平，计算衬衬砌内力时用用=90º另一方方面，=1008.9º，角度闭合合差Δ=0。衬砌内内力计算按图图4进行计算。图4衬砌结构计计算图示5.计算位移（1）单单位位移用辛普普森法近似计计算，按计算算列表进行，单单位位移的计计算见表4。表4单位位移移计算表截面xydI系数1/30001000.650.022943.668110.00000.000043.668111113.612550.23540.97191.48860.17770.650.022943.668117.75981.378960.566774227.2250.45750.88922.89360.70070.650.022943.6681130.5983321.44022126.304482340.837550.65390.75664.1361.53970.650.022943.6681167.23588103.52330281.662274454.450.81360.58145.14612.64760.650.022943.66811115.61557306.10442581.003372568.062550.92760.37365.8673.9620.650.022943.66811173.01331685.477791075.177224681.6750.98950.14486.25845.40920.650.022943.66811236.209961277.700501793.799232795.287550.9957-0.092226.29816.90790.650.022943.66811301.655502083.800272730.7880948108.90.9461-0.323995.9848.37380.650.022943.66811365.668813062.033173837.033611349.345501109.722345923.088688491.87786单位位移计算值值计算如下：：计算精度校核为为：=（17.79953+2××56.52282+3001.71660）=432..5677闭合差=0(2))载位移——主动荷载在在基本结构中中引起的位移移1)每每一楔块上的的作用力竖向力力：；水平压压力：式中：：为衬砌外缘缘相邻两截面面之间的水平平投影距离，为衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影距离由图44衬砌结构计计算图示量得得，具体数据据见表5。表5衬砌结构构计算图示量量测数据i123456781.56531.47731.30631.06200.75790.41130.04156.62160.18680.55000.88231.16501.38221.52181.57581.43608.6999=8.69999≈8.70000（校核）自重力力：式中：为接缝i的衬砌截面面厚度注：计计算时，应使使第8个楔块的面面积乘以作用在在个楔块上的的力均列入表表6，各集中力力均通过相应应图形的形心心。2)外外荷载在基本本结构中产生生的内力楔块上上各集中力的的力臂由图4衬砌结构计计算图示中量量得，分别记记为。内力按按下式计算：：弯矩：：轴力：：式中：：、为相邻两接接缝中心点的的坐标增值，按按下式计算：：；图5弯矩矩内力计算图图示、的计算见表66及表7。表6载位移计算算表0-285.08850-1094.22564-2298.11420-3709.22984-5117.33536-6328.66419-7199.11974-7621.4419600-8.10988-51.31448-148.90034-303.76686-500.50063-707.64400-883.9003500-553.15592-952.35545-1109.99229-989.91144-616.60042-67.31552542.7355200.17770.52300.83901.10791.31441.44721.49871.465901.48861.40501.24241.01010.72090.39140.0397-0.314110015.5063361.16188134.40115231.10882345.84446472.16992602.9766700393.70776766.544421098.822481373.166471575.388121695.599771727.900570-6.34677-25.74997-50.31557-74.59995-93.22333-102.05577-99.13887-85.587730-16.60442-15.43337-13.39661-10.60559-7.21811-3.426000.55714.53350-262.13341-206.71190-136.50046-67.12446-13.9300711.305882.98130.0000力臂00.40930.56400.68700.77140.81250.80790.75790.718000.73910.68700.59630.47210.32130.1525-0.02488-0.2018800.70610.59000.44060.26650.0775-0.11599-0.302990.0000集中力E015.5063345.6555573.2397796.70677114.73664126.32446130.80772119.20224G022.4654422.4654422.4654422.4654422.4654422.4654422.4654422.46544Q0371.24222350.37112309.81552251.87445179.7511197.548009.84260.0000截面012345678表7载位移计计算表截面∑E0010000010.23540.9719393.7077615.5063392.6788815.0706677.6082220.45750.8892766.5444261.16188350.6944054.38511296.3088930.65390.75661098.82248134.40115718.52115101.68882616.8333440.81360.58141373.16647231.108821117.20068134.36663982.8400550.92760.37361575.38812345.844461461.32236129.207751332.1116160.98950.14481695.59977472.169921677.7993968.370111609.4223870.9957-0.092221727.90057602.976671720.47757-55.594451776.0770280.9461-0.323991750.37711722.179911656.02261-233.911381889.93399基本结构中，主主动荷载产生生弯矩的校核核为：另一方面，从表表6中得到=-77621.44196闭合差Δ=0..032%3)主动荷载位位移计算过程见表88。表8主动荷载载计算表截面（1+y）系数0043.668110100011-285.088543.668117.75981.1777-12449..1203-2212.22026-14661..328966442-809.1771443.6681130.598331.7007-35334..9776-24759..2692-60094..196422523-1203.8885643.6681167.235882.5397-52571..3968-80944..2114-1335155.57633844-1411.1156443.66811115.615573.6476-61622..5188-1631511.83500-2247744.29955425-1408.0055243.66811173.013314.962-61487.99511-3050988.96677746-1211.2288343.66811236.209966.4092-52894..6586-2861177.92488-3390122.44599827-870.5555543.66811301.65557.9079-38015..5046-2626077.41944-3006222.80900648-422.2222243.66811365.668819.3738-18437..6413-1543933.18977-1728300.7615571∑-3254111.47311-11533118.18772-14787229.12334计算精度校核：：+=-（165576.12295+588748.88556）×=-753324.98851×闭合差≈0（3）载载位移——单位弹性抗抗力及相应摩摩擦力引起的的位移1）各各接缝处的抗抗力强度抗力零点假定在在接缝3，=40.88375º最大抗力值假定定在接缝5,=68..0625ºº最大抗力值以上上各截面抗力力强度按右式式计算：查表并算得=00，=0.53311，=最大抗力值以下下各截面抗力力强度按右式式计算：由图4量的=11.40044m，=2.97762m，=4.41122m则，，按比例将所求的的抗力绘在图图4上。2）各各楔块上抗力力集中力按有式近似计算算：式中：为楔块ii外边缘长度度，可通过量量取夹角，用用弧长公式求求的，的方向向垂直于衬砌砌外缘，并通通过楔块上的的抗力图形的的形心。3）抗抗力集中力与与摩擦力按下式计算：式中：为围岩与与衬砌间的摩摩擦系数，此此处取=0..2。则：其作用用力方向与抗抗力集中力方方向的夹角11..3099ºº。由于摩阻阻力的方向与与衬砌位移方方向相反，其其方向向上。将的方方向线延长，使使之交于竖直直轴，量取，将将分解为水平平和竖直两个个分力。表9弹性抗力力及摩擦力计计算表截面Δs外R3001.56690.00000.00000.00001.00000.00000.000040.43110.21561.56690.344558.958880.85680.51570.29520.1776510.71561.56691.143572.572770.95410.29951.09100.342560.89870.94941.56691.517186.186770.99780.06651.51370.100970.5450.72191.56691.153599.800770.9854-0.170221.1367-0.19644800.27251.56690.4354112.936630.9209-0.389770.4010-0.169774）计计算单位抗力力及其相应的的摩擦力在基基本结构上的的内力弯矩：，轴力力：式中：为力至接接缝中心点的的力臂，由图图4量得。计算算见表10、11。表10弯矩矩截面40.8076-0.27822-0.2782252.3057-0.794330.8076-0.92355-1.7178863.7476-1.291002.3057-2.636660.8076-1.22522-5.1528875.0521-1.740443.7476-4.285442.3057-3.498000.8076-0.93166-10.4555486.1461-2.117335.0521-5.777113.7476-5.685552.3057-2.659660.8603-0.37466-16.61441表11轴力力截面454.450.81360.58140.17760.14450.29520.1716-0.02711568.062550.92760.37360.52010.48241.38620.5179-0.03544681.6750.98950.14480.62100.61452.89990.41990.1946795.287550.9957-0.092220.42460.42284.0366-0.372220.7949890.00000100.25490.25494.437600.25495）单单位抗力及相相应摩擦力产产生的载位移移。计算见表表12。表12单位位抗力及相应应摩擦力产生生的载位移计计算表截面4-0.2782243.66811115.615573.6476-12.14885-32.16443-44.312275-1.7178843.66811173.013314.962-75.01331-297.20019-372.211486-5.1528843.66811236.209966.4092-225.01130-1217.11408-1442.115327-10.4555443.66811301.65557.9079-456.56675-3153.99237-3610.448988-16.6144143.66811365.668819.3738-725.50062-6075.22464-6800.77498Σ-1108.77170-7459.44530-8568.11667校核为：+=-438..2877××闭合差≈0（4）墙墙低（弹性地地基上的刚性性梁）位移单位弯矩作用下下的转角：主动荷载作用下下的转角：单位抗抗力及相应摩摩擦力作用下下的转角：6.解力法方程程衬砌矢高：f==88.37388计算力力法方程的系系数为：以上将单位位抗力及相应应摩擦力产生生的位移乘以以，即为被动动荷载的载位位移。求解方方程为：其中：；；；以上解的，值应应带入原方程程，校核计算算。7.计算主动荷荷载和被动荷荷载（）分别别产生的衬砌砌内力计算公式为：计算过程列入表表13、14。表13主、被被动荷载作用用下衬砌弯矩矩计算表截面001035.58801035.588000.0000-3.451000.0000-3.451001-285.08851035.588182.0400464666932.535550.0000-3.451000.4245-3.026552-1094.225641035.588717.8155158066659.138880.0000-3.451001.6740-1.777003-2298.11421035.5881577.300840433314.746640.0000-3.451003.67850.22754-3709.229841035.5882712.26697481138.55133-0.27822-3.451006.32542.59625-5117.335361035.5884058.777501966-22.99886-1.71788-3.451009.46564.29686-6328.664191035.5885541.322403744248.26221-5.15288-3.4510012.923114.31937-7199.119741035.5887076.633098388913.01336-10.45554-3.4510016.503772.59738-7621.441961035.5888578.33367641992.49972-16.61441-3.4510020.00588-0.05933表14主、被被动荷载作用用下衬砌轴力力计算表截面001024.422581024.4225802.38912.3891177.60822995.63994350221073.244763502.3219666292.3219666292296.30889910.91994213661207.22283214402.1243887722.1243887723616.83334775.08005602881391.91139603301.8075993061.8075993064982.84005595.60111601221578.444166011-0.027111.3890222741.36192227451332.11161382.7255471714.844157-0.035440.8925667760.857166761609.42238148.33668558441757.7660655880.19460.3459441680.54054416871776.07702-94.45220587661681.6118141220.7949-0.2202275020.57462249881889.9339901889.933990.254900.25498.最大抗力值值求解首先求出最大抗抗力方向内的的位移。考虑虑到接缝5的径向位移移与水平方向向有一定的偏偏离，因此修修正后有：计算过程列入表表15，位移值为为：则可得最大抗力力。表15最最大抗力位移移修正计算表表截面积分系数1/33045250.66001222-150.7994550993.962179282..877688-597.44480106671140747.99779544-132.24456413353.7843154202..572977-500.45571805564228801.66630911-77.647761433.261393930.88638388-253.23321645522313753.1127229.9408117252.422333314.2200064424.07966416255441684.533374977113.44332955881.31442214.155116066149.109986771125-1004.994452557187.75225431220004Σ373879..9999-903.733439.衬砌总内力力计算按下式进行计算算：表16衬砌总内内力计算表截面积分系数01035.58800-2861.99926-1826.441261024.422581981.333493005.76607-79806..74400.000011932.53555-2509.99452-1577.440971073.244761925.655942998.90070-68926..3344-12248..209642659.13888-1473.77064-814.566761207.222831761.800302969.03313-35593..2660-24940..201523314.74664188.67009503.417731391.911401499.077802890.9991921997.2272633869.220074438.551332153.088762191.633891578.444171129.477342707.9115195765.66339253549..092425-22.998863563.433383540.433521714.84416710.868872425.71103154702..5015612931..310846248.262213582.099353830.355561757.76607448.283352206.04441167370..8369905342..331127913.013362153.999983067.011341681.61181476.549952158.16677134015..9130925768..5251481992.49972-49.178881943.311841889.93399211.394442101.3334384915.00449711061..60301∑475784..040430734155.7849910.衬砌内力力图绘制将内力力计算计算结结果按比例绘绘制成弯矩图图M与轴力图，如如图6所示。图6内力计计算图四、隧隧道施工1.隧道开挖方方法的选择隧道施施工是要挖除除坑道范围内内的岩体，并并保持坑道围围岩的稳定。开开挖是隧道施施工的第一道道工序，也是是极为关键的的工序。隧道道开挖的基本本原则是：在在保证围岩稳稳定或减少对对围岩扰动的的前提条件下下，选择恰当的开开挖方法和掘掘进方式，并并尽量提高掘掘进速度。一一方面应考虑虑隧道围岩地地质条件及其其变化情况，选选择能很好地地适应地质条条件及其变化化，并能保持持围岩稳定的的方法；另一一方面应考虑虑坑道范围内内岩体的坚硬硬强度，选择择能快速掘进进，并能减少少对围岩扰动动的方法和方方式。图7短台阶开挖挖示意图按开挖的横断面面分布情况来来分，隧道开开挖方法可分分为全断面开开挖法、台阶阶开挖法、分分布开挖法等等。全断面开开挖方法适用用于I～Ⅳ级围岩、有有钻孔台车或或自制作业台台架及高效率率装运机械设设备、长度较较长的隧道。本本隧道长度为为247m、围岩等级级为Ⅳ、Ⅴ级，长度较较短，围岩较较不稳定。如如果采用全断断面开挖法，在在经济上不合合理、在施工工上对于Ⅴ级围岩需采采用加强初期期支护等方式式才能使围岩岩稳定，所以以本隧道不采采用全断面开开挖法。分部部开挖法包括括环形开挖预预留核心土法法、双侧壁导导坑法、中洞洞法、中隔壁壁法等。由工工程施工经验验可知：分部部开挖法适用用于围岩地质质条件较差的的隧道、双线线及多线隧道道、浅埋软弱弱隧道。本隧隧道为单线、深深埋、岩石较较坚硬的隧道道，所以在本本隧道的施工工方法选择中中，分部开挖挖法不考虑。台台阶法，根据据长度不同可可划分为长台台阶法、短台台阶法和微台台阶法三种。在在台阶法的选选择中，要考考虑初期支护护形成闭合断断面的时间要要求、上部断断面施工所采采用的开挖、支支护、除渣等等机械设备需需要施工场地地大小的要求求。长台阶法法的台阶长度度较长，一般般在围岩地质质条件相对较较好、工期不不受控制、无无大型机械化化作业时选用用。微台阶法法，适用于地地质条件特别别差的围岩（如如无法正常进进行钻眼和拱拱部的喷锚支支护的隧道），且且具有作业时时相互干扰大大，生产效率率低，施工速速度慢的缺点点。综合考虑虑地质条件、围围岩等级、隧隧道长度、隧隧道设计标准准、工期等要要求，本隧道道采用短台阶阶法。开挖示示意图如图7所示。短台阶法适用于于Ⅲ～Ⅴ级围岩，台台阶长度为10～15m。本隧道围围岩等级为Ⅳ、Ⅴ级，满足短短台阶法的要要求。短台阶阶法有可缩短短支护闭合时时间、改善初初期支护的受受力条件、有有利于控制围围岩变形的优优点，有上部部出渣对下部部断面施工干干扰大、不能能全部平行作作业的缺点。通通过短台阶法法的优、缺点点，在本隧道道上影响的对对比，发现优优点明显大于于缺点。如果果在本隧道的的施工过程中中，监控量测测发现不稳定定的地质及施施工不稳定因因素，可采取取分部开挖和和台阶开挖组组合等方式，保保障施工安全全和进度。通通过以上综合合分析，本隧隧道采用短台台阶法是可行行的、合理的的、经济的。2.初期支护隧道是围岩与支支护结构的综综合体。初期期支护一般由由锚杆、喷射射混凝土、钢钢架、钢筋网网等其他的组组合组成。初初期支护施作作后即成为永永久性承载结结构的一部分分，它与围岩岩共同构成了了永久的隧道道结构承载体体系。锚喷支支护具有灵活活性、及时性性、迷贴性、深深入性、柔性性等特点。锚锚杆的支护效效应有支承围围岩、加固围围岩、提高层层间摩阻力，形形成“组合梁”及“悬吊”作用。喷射射混凝土有支支承围岩、“卸载”作用、填平平补强围岩、覆覆盖围岩表面面、阻止围岩岩松动及分配配外力的作用用。目前锚喷喷支护设计的的主要方法有有工程类比法法、监控量测测法、理论演演算法、典型型类比监控法法及特征线法法。本隧道锚锚喷设计将工工程类比法与与监控量测法法结合起来，来来保障施工的的进度和安全全。根据工程程类比，选择择支护参数、支支护时机及施施工方法，而而监控量测用用来调整支护护参数，修正正支护设计。（1）锚锚杆支护本隧道初期支护护采用普通水水泥砂浆式锚锚杆、格栅钢钢架及网喷混混凝土。普通通水泥砂浆锚锚杆，是以普普通水泥砂浆浆作为黏结剂剂的全长黏结结式锚杆。杆杆体材料为20MnSSi钢筋，直径径为18mm；普通水泥泥砂浆式锚杆杆必须满足一一下设计和施施工要求：水水泥采用普通通硅酸盐水泥泥，砂子粒径径不大于3mm，并过筛；；砂浆强度不不低于M10，配合比为为水泥：砂：：水=1:1..2:0.448；钻孔应与与杆件配合良良好；锚杆及及黏结剂材料料应符合设计计要求；粘结结砂浆应拌合合均匀，并调调节其和易性性，随拌随用用；注浆体系系应略多于需需要的体积；；杆体插入孔孔内的长度不不得短于设计计长度的95%；杆体到位位后要用木楔楔或小石子在在空口卡住，防防止杆体滑出出。1）锚杆长度新奥法法对锚杆长度度的设计，基基于支护要促促使围岩形成成自然拱的思思路，锚杆主主要给隧道围围岩松动圈内内的岩体提供供支护力使其其形成拱的效效应，锚杆长长度按以下原原则确定：对对于岩质条件件较好的硬岩岩，锚杆长度度取为1.0～1.2m；对于岩质质条件稍差的的中硬岩，锚锚杆长度取隧隧道宽度的1/3～1/4，通常取为2.0～3.0m；对于软岩岩、破碎岩体体和土砂质地地层，锚杆的的长度取隧道道宽度的1/2～1/3，通常取为4.0～6.0m；对于膨胀胀性地层，锚锚杆长度取隧隧道宽度的1/2～2/3，通常为4.0～6.0m。查GB500886-20001“锚杆喷射混混凝土支护技技术规范”提供的锚喷喷支护参数表表可得：开挖挖宽度为12m，Ⅳ、Ⅴ级围岩下的的支护参数，具具体参数见表表17；根据国内内外经验，锚锚杆经验长度度见表18。表17隧道洞洞身锚喷支护护设计参数B10<B<155（m）Ⅳ150～2000mm厚钢筋网喷喷射混凝土，设设置3.0～4.0m长的锚杆，必必要时，采用用仰拱并设置置长度大于4.0m的锚杆Ⅴ—————————注：①Ⅳ级以下下的围岩初期期支护参数，可可按此表确定定，而后期支支护应根据监监控量测法设设计确定。②此表中的数值值是初期支护护和后期支护护之和，故确确定支护参数数时，应小于于表中数值。表18砂浆浆锚杆长度经经验数据位置国内国外拱顶（0.1～0..5）B（0.23～00.35）B边墙（0.05～00.2）B（0.1～0..5）B注：本隧道开挖挖宽度B为12m由本隧道的地质质资料及新奥奥法的经验数数据可知，锚锚杆长度取为为1.0～1.2m根据表17可知Ⅳ级围岩锚杆杆经验长度为为3.0～4.0m，Ⅴ级围岩根据据监控量测进进行设计。根根据表18可知拱顶锚锚杆的经验长长度为1.2～6m，边墙锚杆杆经验长度为为0.6～2.4m。综合考虑虑地质资料及及施工方法及及公路隧道复复合式衬砌设设计参数，本本隧道拱顶锚锚杆长度取为为3m（Ⅳ级围岩）3.5m（Ⅴ级围岩），边边墙锚杆长度度取为2m。2）锚锚杆的间距和和布置由本隧隧道洞身段地地质资料可知知：洞身岩体体破碎或极破破碎、碎石状状结构。由工工程类比法知知，破碎的围围岩一般采用用系统布置的的锚杆，对围围岩起到整个个加固作用、对对于局部破碎碎的、软弱围围岩部位或可可能出现过大大的变形的部部位，应加设设长锚杆。锚锚杆系统布置置的原则：在在隧道的横断断面上，锚杆杆宜垂直隧道道的周边轮廓廓布置，对水水平成层围岩岩，应尽可能能与层面垂直直，或使其与与层面成斜交交布置；在岩岩面上锚杆宜宜成菱形排列列，纵、横间间距为0.6～1.5m，其密度约约为0.6～3.6根/；为了使系系统布置的锚锚杆形成连续续均匀的压缩缩带，其间距距不宜大于锚锚杆长度的1/2，在Ⅳ、Ⅴ级围岩中，锚锚杆间距宜为为0.5～1.2m。新奥法对对锚杆的布置置设计，从支支护应使围岩岩形成自然拱拱出发，锚杆杆的间距规定定为：硬岩的的间距取1.5m；中硬岩的的锚杆间距取取2.0～1.5m；软岩、破破碎岩体和土土砂质地层的的锚杆间距取取2.0～1.5m；膨胀性地地层的锚杆间间距取2.0～1.5m。综上所述：本隧隧道围岩属较较硬岩，破碎碎或极破碎，锚锚杆采用系统统布置，锚杆杆的间距取为为0.8m。（2）喷喷射混凝土支支护喷射混凝土既是是一种新型的的支护结构，又又是一种新的的施工工艺。它它是使用混凝凝土喷射机，按按一定的混合合程序，将掺掺有速凝剂的的细石混凝土土，喷射到岩岩壁表面上，并并迅速固结成成一层支护结结构，从而对对围岩起到支支护作用。根据工程类比法法，本隧道采采用钢筋网喷喷射混凝凝土土。钢筋网混混凝土喷射混混凝凝土是在在喷射混凝土土之前，在岩岩面上挂设钢钢筋网，然后后再喷射混凝凝土。钢筋网网喷射混凝土土支护在我国国各类隧道中中应用较多，主主要用于软弱弱破碎围岩，这这与本隧道的的岩体破碎、极极破碎的条件件相符合。由由公路隧道复复合式衬砌设设计参数知Ⅳ级围岩拱、墙墙@25×25，Ⅴ级围岩拱、墙墙@20×20。环向筋采采用直径为12mm的R235钢筋，纵向向筋采用直径径为8mm的R235钢筋；混凝凝土等为C25。对于围岩岩松散破碎严严重的洞身段段采用直径为为6mm的R235钢筋，间距距适当减小。本隧道钢筋网喷喷射混凝土采采用湿喷工艺艺。湿喷是将将骨料、水泥泥和水按设计计比例拌合均均匀，用湿式式喷射机压送送到喷头处，再再在喷头上添添加速凝剂后后喷出。湿喷混凝土具有有质量容易控控制、喷射过过程中的粉尘尘和回弹量很很少等优点，同同时也具有喷喷射机械要求求高、机械清清洗及故障处处理较麻烦的的缺点。对于于本隧道雨季季有渗水、漏漏水现象，所所以本隧道的的钢筋网喷射射混凝土的湿湿喷，应该避避开雨季。本隧道道的钢筋网喷喷射混凝土施施工要点主要要有：钢筋网网应根据被支支护围岩岩面面上的实际起起伏形状铺设设，且应在喷喷射一层混凝凝土后再行铺铺设；为便于于挂网安装，常常将钢筋网做做成网片，长长宽可为100～200cm；钢筋网应应与锚杆或锚锚钉头连接牢牢靠，并尽可可能多点连接接，以减少喷喷射混凝土时时钢筋发生“弦振”的现象；开开始喷射时，应应缩短喷头至至受喷面之间间的距离，并并适当调整喷喷射角度，使使钢筋网背面面混凝土密实实；施工应尽尽量避开雨季季。3.监控量测在隧道道施工过程中中，为了掌握握围岩力学形形态的变化和和规律、掌握握支护结构的的工作状态、提提供理论分析析及数据分析析的计算数据据和对比指标标、积累隧道道设计和施工工资料，应进进行监控量测测。监测的项项目和内容主主要包括地质质和支护状态态现场观察、岩岩体（岩石）力力学参数测试试、应力应变变测试、压力力测试、位移移测试、温度度测试及物理理探测。其中中应测项目为为地质和支护护状态观察、周周边位移、拱拱