隧道工程课程设计计算书

课程设计用纸课程设计用纸#隧道工程课程设计教师批阅：一、设计目的通过课程设计，使学生掌握公路隧道支护结构的基本计算设计方法，熟悉矿山法在公路隧道施工中的工艺，掌握公路隧道施工设计的基本方法,以及掌握隧道暗挖洞门的形式,洞门的结构要求,设计方法和洞门作为重力式挡土墙的各项验算。二、设计资料1.原始资料：取之于“福州国际机场高速公路隧道设计，温州绕城高速公路隧道设计”。2.隧道洞身设计资料：围岩级别：Ⅱ级围岩容重：27KN/m3隧道埋深：10m隧道行车要求:两车道二级公路.隧道衬砌截面强度校核资料:N=23.283tM=0.0176t.m

.隧道洞门设计与检算资料:地基土摩擦系数0.7地基土容重18KN/m3地基容许承载力∣σL500kPa0三、隧道洞身设计1.隧道横断面设计教师批阅：隧道建筑限界的确定教师批阅：该隧道横断面设计是根据两车道二级公路Ⅱ级围岩的隧道,根据《公路隧道设计规范》选取隧道建筑限界基本值如下：W——行车道宽度,取3.75×2=7.50m；C—-余宽,本设计需设置人行道,取C=0；R——人行道宽度,取1m,双侧设置;H——建筑限界高度,取5.0m;L——左侧向宽度,取0.75m;LL——右侧向宽度,取0.75m;RE——建筑限界左顶角宽度,取0.75m;LE——建筑限界右顶角宽度,取0.75m;Rh——人行道高度,取0.25m;隧道净宽G+0.75+3.75)×2=11m;设计行车速度为80km/h，建筑限界左顶角高度与右顶角高度均取1m；参照规范横向坡度通常选1.5%～2%，在本设计中，取横向坡度i=2%,

右侧（行车方向）倾斜。建筑限界设计见图1.1图3.1公路建筑限界图（单位:厘米）图3.1公路建筑限界图（单位:厘米）对于上下行分离式独立双洞的公路隧道之间应设置人行横向通道,其间距取250m。人行横通道的断面建筑限界如图1.2所示。教师批阅：图3.2人行横通道的断面建筑限界图（单位:厘米）隧道内轮廓线的确定本隧道为两车道Ⅱ级围岩隧道，围岩较好，不需施作仰拱。根据《公路隧道设计规范》，并结合实际情况，本隧道采用三心圆法设计内轮廓线，经济实际。本隧道内轮廓断面图如图1.3所示。图3.3隧道内轮廓断面图（单位:厘米）.隧道衬砌设计隧道衬砌截面强度验算M=0.01761.m N=23.2831偏心旦巨e=M=0.0176=0.756×10-3m=0.756mm0N23.283因为e=0.756mm<0.2h=0.2×0.3=0.06m=60mm。由规范有：0对混凝土矩形截面构件，当偏心距e<0.2h时，按抗压强度控制承载能力，并用下式进行计算：KN≤φαRbha式中:R——混凝土或砌体的抗压极限强度，按《公路隧道设计规范》a 教师批阅：表5.2.9采用；K——安全系数，按《公路隧道设计规范》表9.2.4—1采用；N——轴向力（kN）；b——截面宽度（m）；h——截面厚度（m）；Φ——构件纵向弯曲系数，对于贴壁式隧道衬砌、明洞拱圈及背墙紧密回填的边墙，可取Φ=1；e0——截面的偏心距；α—-轴向力的偏心影响系数，eO=°.756=0.0126查表可得α=1.0查表可得φ=1.0,α=1.0,h60R=15500KPa，b=1.0m，h=0.30m，K=2.4，则有：aφαRbh=1.0×1.0×1550°×1.0×0.30=4650KNa而KN=2.4X232.83=558.792KN<4650KN,故KN≤φαRbh，满足截面强度设计要求。a隧道深浅埋的确定及围岩压力计算根据内轮廓尺寸B=12.51m,H=8.80mtt因为Ⅱ级围岩的隧道设计不用设预留变形量,故近似开挖尺寸为B=0.08×2+0.3×2+12.51=13.27mnH=0.08+0.3+8.8=9.18mn对于口级围岩，H=2hpq

h=0.45×2ST×[1+i(B-5)]qS——围岩级别B——隧道宽度,B=Bni—-围岩压力增减率,当B>5,取i=0.1贝Uh=0.45×22-1×[1+0.1(13.27-5)]=1.6443mq贝UH=2h=3.2886m教师批阅：pq教师批阅：埋深H=10>H,故该隧道为深埋隧道。ph——等效荷载高度；qH——隧道埋深；H——深浅埋隧道分界深度。p又H=8.80=0.7034<1.7,B12.51t可用公式q=Yh，由设计资料知γ=27KN/m3贝Uq=27×1.6443=44.3961KN/m3∵该隧道为Ⅱ级围岩•••围岩水平匀布压力e=0隧道衬砌方案的拟定参考《公路隧道设计规范》(JTGD70—2004)，本设计为二级公路，采用复合式衬砌，复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式。复合式衬砌设计应复合下列规定：Ⅰ.初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式单独或组合使用，锚杆支护宜采用全长粘结锚杆。Ⅱ.二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连接圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。由规范中表8.4.2—1，对于两车道Ⅱ级围岩，有：初期支护：拱部、边墙的喷射混凝土厚度为5～8cm，拱、墙锚杆长度为2.0～2.5m；二次衬砌厚度：拱、墙混凝土厚度为30cm。最终确定衬砌尺寸及规格如下：深埋隧道外层初期支护，根据《规范》规定，采用锚喷支护，锚杆采用普通水泥砂浆锚杆，规格HRB335Φ20×2.5m，采用梅花型局部布设.采用C20喷射混凝土,且厚度为8cm。防水板：采用塑料防水板及无纺布，且无纺布密度为300g/m2，防水板应采用满铺的EVA板防水层，厚度为2.0mm，搭接长度为150mm。初次衬砌:初步拟定采用C20喷射混凝土,厚度为8cm.二次衬砌:根据《公路隧道设计规范》，采用20号模筑防水混凝土，厚度为30cm。.隧道洞室防排水设计根据规范的防排水的一般规定,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设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。防水措施：在初期支护与二次衬砌之间铺设2.0mm厚的EVA板防水层和密度控制在300g/m2以上的无纺布，注意的是在施作防水板之前，要保证混凝土表面较平顺，无尖点及钢筋露头。路面结构下设φ300纵向中心水沟，侧边设宽50mm、深30mm的纵向凹槽；在衬砌两侧边墙背后底部设φ100的纵向排水盲管，纵向排水盲管由φ100的A类横向导水管和φ150的B类横向导水管与中央排水沟连接。具体设计请参照图3.1。强电设备沟J纵向排水沟中央排水沟强电设备沟（+消防管道）混凝土整平层石质路基∣vl二次衬砌初期支护隧道轴线∣>ψrt⅛）水泥混凝土面板厚变素混凝土基层厚h「r图3.4隧道防排水设计简图（单位:厘米）对于二次衬砌施工缝、沉降缝等薄弱环节，因此除按施工规范要求处理外，还应进行精心的设计，采用合适的防水材料和构造形式。可在防水板下面添加一层背贴式止水带，并在施工缝处添加止水条。隧道二次衬砌混凝土防水等级要大于S。二次衬砌施工缝、沉降缝的主要构造形式如图3.2所示。6图3.5施工缝、沉降缝的主要构造形式4.隧道开挖及施工方案隧道施工方法该隧道为Ⅱ级硬质的石质隧道，根据设计要求采用新奥法，全断面法是最佳施工方法，可采用深孔爆破施工。其优点是有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，干扰少，便于施工组织与管理，采用深孔爆破时，可加快掘进速度，且爆破队围岩的震动次数较少，有利于围岩稳定。其缺点是由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，采用深恐爆破时，产生的爆破震动较大，对钻豹设计和控制爆破作业要求较高。全断面施工方法如图4.1所示。图3.6全断面施工方法①—全断面开挖②—锚喷支护③—模筑混凝土全断面法施工工序如下：（1）用钻孔台车钻眼，然后装药、联接导火线；（2）退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；（3）排除危石；（4）喷射拱圈混凝土，必要时安设拱部锚杆；（5）用装碴机将石碴装入运输车辆，运出洞外；（6）喷射变强混凝土，必要时安设边墙锚杆；（7）根据需要可喷第二层混凝土和隧道底部混凝土；（8）开始下一轮循环；（9）通过两侧判断围岩和初期支护的变形，待基本稳定后，施作二次模筑混凝土衬砌。施工顺序:施工准备→确定施工方法→钻爆开挖→现场监控量测→初期支护→防水层铺设→二次衬砌→路面施工→竣工。钻爆设计:根据《公路隧道施工技术规范》，硬岩宜采用光面爆破，宜选用柱状掏槽，两个掏槽炮眼间距不得小于20cm。隧道开挖面的炮眼，按直线型布孔。这种布孔图示，形式简单并且容易掌握，同排炮眼的最小抵抗线一致，间距一致，前排眼为后排眼创造临空面，爆破效果较好。直线型布孔示意图如图4.2所示。/——/——O图3.7直线型布孔示意图根据规范，对于硬岩，周边炮眼间距E=550~700mm，最小抵抗线W=700~850mm，周边炮眼的密集系数VE=0.8~1.0。四、隧道洞门设计1.洞门的尺寸设计洞门类型的确定根据任务书要求，本设计应采用坡面斜交型翼墙式洞门。翼墙式洞门主要适用于地质较差的Ⅳ级以下的围岩，以及需要开挖路堑的地方。翼墙的设置是为了与端墙的共同作用，以抵抗山体水平推向力，增加洞门的抗滑动和抗倾覆的能力，同时也对路堑边坡起到了支撑作用。洞门尺寸的确定根据设计规范表7.2.1«7.2.1洞口边JΦ坡控制高度困澄分爆17〕IKIVV~Vl边、仰坡堀率&孽1：0.3.1:0'51：0.，IWs1©7,1：1Pl.251:1.251心角度(m)1525181，m可知：Ⅱ级围岩洞口边、仰坡坡率可取1：0.5。又由设计规范7.3.3知：洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1．5m，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1．0m，洞门墙顶高出仰坡脚不小于0．5m。根据图4.1.1所示的洞门尺寸设计简图，可取以下值进行计算：洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离取0.8+1=1.8m洞门端墙与仰坡间水沟沟底至衬砌按顶外缘高度取1.1m洞门墙高出坡脚的高度取1+0.3+0.2=1.5m洞门厚度由工程类比取1.0m洞门向土体倾斜角度取1:0.1基底埋置石质地基的深度为64.9m翼墙的坡度为1:1图4.1洞门尺寸设计简图（单位:厘米）2．洞门检算翼墙式洞门应检算以下三点：（1）检算翼墙时取洞门端墙前的翼墙宽1m的条带“Ⅰ”，按挡土墙检算偏心、强度及稳定性。（2）检算端墙时取最不利部分“Ⅱ”作为检算条带，检算其截面偏心和强度。（3）检算端墙和翼墙共同作用部分“Ⅲ”的滑动稳定性。检算条带“Ⅰ”

图4.2条带“Ⅰ”示意图（单位:厘米）2.1.1压力的计算当图4.2条带“Ⅰ”示意图（单位:厘米）2.1.1压力的计算当"'0时 当3:0时图4.3计算样图（1）各项物理学指标根据计算样图和设计资料可得以下数据：①=75o γ=18KN/m3f=0.7tanφf=0.7α=5.7o ε=63otanα=0.1 tanε=1.962(2)土压力系数λ的计算由设计规范知：最危险破裂面与垂直面之间的夹角tanϖtan2ϕ+tanαtanε-J(1+tan2ϕ)(tanϕ-tanε)(tanϕ+tanα)(1-tanαtanε)

tanε(1+tan2ϕ)-tanϕ(1-tanαtanε)代入数据后可得：tanϖ=0.1964ϖ=11.11o则侧压力系数：(tanϖ-tanα)(1-tanαtanε)

λ=tan(ϖ+ϕ)(1-tanϖtanε)(0.1964-0.1)×(1-0.1×1.962) =548×10-3tan(11.11o+75o)(1-0.1964×0.1962) .（3）土压力的计算σ=γHλ=18×6.01×0.00548=0.63kPaHE=1γH2λ=1×18×6.012×0.00548=1.78KN22G=γHb=20×6.01×1=120.2KN砼2.1.2稳定性及强度的验算（1）倾覆稳定的验算：∑M=120.2×(6.01×0.1+0.5)=132.34KN⋅my∑M=1.78×6.01=3.57KN⋅m03∑MK=y=132.34=37.07>1.50∑M 3.570∴满足倾覆要求（2）滑动稳定的验算120.2×0.7120.2×0.71.78=47.27>1.3∴满足滑动稳定要求（3）合力的偏心距验算∑M-∑M132.34-3.57C= ≡ o= =1.07∑N 120.2e=B-C=0.5-1.07=-0.57<B(=0.17)2