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1、 课程设计题题目目： 某 2 车道时速 120 km/h 高速公路隧道 V 级围岩段结 构及施工方法设计 课程设计（论文）任务书课程设计（论文）任务书专业班级 地下工程 12-02 班 学生姓名 一、题目 某 2 车道时速 120km/h 高速公路隧道 V 级围岩段结构及施工方法设计 二、起止日期 2015 年 6 月 22 日至 2015 年 7 月 9 日三、主要任务与要求公路隧道参数：时速 120km/h,两车道，围岩等级V级，上覆土层平均重度 18.5,埋深 60m,地下水距拱顶 20m,平均内摩擦角3/mkN42,配筋设计按容许状应力法。设计要求如下:(1)隧道横断面设计，根据设计数
2、据确定建筑限界和净空断面（建筑界限按最小宽度）；(2)查阅相关文献资料，选择隧道断面参数；(3)隧道结构设计，采用荷载结构法计算衬砌内力；根据相关规范，利用工程类比法确定初次支护参数；(4)施工方法与工艺流程。评 阅 人 年 月 日目录目录一、初始条件一、初始条件 2二、隧道洞身设计二、隧道洞身设计 22.1 隧道建筑界限及内轮廓图的确定 2三、隧道衬砌结构设计三、隧道衬砌结构设计 33.1 支护方法及衬砌材料33.2 隧道深浅埋的确定及围岩压力的计算4四、衬砌结构内力计算四、衬砌结构内力计算 64.1 基本资料64.2 在同济曙光软件中步骤74.3 配筋 13五、隧道开挖施工五、隧道开挖施工
3、 155.1 隧道开挖施工方案 155.2 施工顺序 15 5.3 施工要点 155.4 施工方法优缺点 16六、附录六、附录171摘要摘要本设计为公路隧道设计，该隧道为两车道隧道，根据任务书的要求车速120km/h、围岩等级级、隧道埋深 60m。本设计的主要任务是隧道的支护结构和施工设计。本设计主要内容包括：各级围岩荷载计算、利用有限元软件进行衬砌的内力计算、复合式衬砌设计、施工工艺设计等。关键词关键词：公路隧道限界 结构计算 配筋 环形开挖留核心土法2一、初始条件一、初始条件某高速公路隧道通过级围岩，埋深 H=60m，隧道围岩天然容重 =23 KN/m3，计算摩擦角=；衬砌材料采用 C25
4、 喷射混凝土，材料容重o42，变形模量。322/hKNm25hEGPa二、隧道洞身设计二、隧道洞身设计2.1 隧道建筑界限及内轮廓图的确定隧道建筑界限及内轮廓图的确定该隧道横断面是根据两车道高速公路级围岩来设计的，根据公路隧道设计规范确定隧道的建筑限界如下：表表 2.12.1 公路隧道建筑限界横断面醉成最小宽度公路隧道建筑限界横断面醉成最小宽度侧向宽度检修道 J隧道建筑净宽公路 等级设计速度 （km/h）车道 宽度 （W）左侧LL右侧LR余宽C人行 道 R左侧右侧设检 修道设人 行 道不设人 行道、 检修道1203.75 20.751.250.750.75111003.75 20.510.75
5、0.7510.5803.75 20.50.750.750.7510.25高速公 路一级 公路603.50 20.50.750.750.759.75803.75 20.750.75111603.50 20.50.5110403.50 20.250.250.759303.25 20.250.250.257.5二级公 路三级 公路四 级公路203.00 20.250.250.257W行车道宽度；取 3.752mC余宽；因设置检修道，故余宽取为 0mJ检修道宽度；双侧设置，取为 1.0m3H建筑限界高度；取为 5.0m建筑限界左顶角宽度；取 0.75mLEh检修道高度；取为 0.25m设计行车速度为
6、120km/h,建筑限界左右顶角高度均取 1m；隧道轮廓线如下图：图图 2.12.1 隧道内轮廓限界图隧道内轮廓限界图 单位：单位：m m根据规范要求，隧道衬砌结构厚度为 65cm（一次衬砌为 20cm 和二次衬砌45cm）通过作图得到隧道的尺寸如下：图图 2.22.2 隧道内轮廓图隧道内轮廓图 得到如下尺寸:R=6.2682m。三、隧道衬砌结构设计三、隧道衬砌结构设计3.1 支护方法及衬砌材料支护方法及衬砌材料4根据公路隧道设计规范（JTG-2004），本设计为高速公路，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防水层组合而成的衬砌形式。复合式衬砌应符合下列规定：1 初期支护宜采
7、用锚喷支护，即由喷射混凝土，锚杆，钢筋网和钢筋支架等支护形式单独或组合使用，锚杆宜采用全长粘结锚杆。2 二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连结圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。由规范 8.4.2-1，对于两车道级围岩：初期支护：拱部边墙的喷射混凝土厚度为 15-20cm，拱墙的锚杆长度为 3-4m，锚杆间距为 0.8-1.2m；二次衬砌厚度：拱墙混凝土厚度为 45cm。因此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 HRB202.5m，采用梅花型局部布设，采用 C25 喷射混凝土。初次衬砌：采用
8、 C25 喷射混凝土，厚度为 19.8cm。防水板：采用塑料防水板及无纱布，且无纺布密度为 300g/m2,防水板应采用铺满的 EVA 板防水层，厚度为 2.0mm，搭接长度为 150mm。二次衬砌：根据公路隧道设计规范，采用 C25 号模筑防水混凝土，厚度为 45cm。整个衬砌厚度为 19.8+0.2+45=65cm。5图图 2.32.3 衬砌示意图衬砌示意图 3.2 隧道深浅埋的确定及围岩压力的计算隧道深浅埋的确定及围岩压力的计算隧道的内轮廓尺寸为 B12.24m，H=9.3m因为级围岩需要预留变形量，查公路隧道设计规范8.4.1 知级围岩需预留变形量为 80-100mm，衬砌厚度为 65
9、cm，又每侧超挖量为 10cm，故隧道的近似开挖尺寸为：mmBt140362100265026268mmHt112682100265035006268深浅埋的判别h5 . 2Hp（3.1） 深浅埋隧道的分界深度； pH1 -S20.45h（3.2）h等效荷载高度跨度影响系数；（3.3）)5(1tBii围岩压力增减率，当时取 =0.15mBti6m13.7059)5036.14(1 . 01 20.4520.45h1 -51 -S34.2648m 13.7059 2.52.5hHp埋深故为深埋隧道。m33.7320 H60mHp又7 . 10.8028 1403611268 BHtt可用公式（3
10、.4）计算均布垂直压力：（3.4）hq/m315.2362kN13.7059 23hq表表 3.13.1 水平均布压力水平均布压力 e e 的取值的取值围岩级别、 水平均布压力e00.3=183mm，故按大偏心进行计算。ie0h（4.5）siahee2e=892.6056mm aeNM4.2 计算和sAsA（4.6）) ( )2( 001sycsahfxhbxfNe A 解得，选 7D28（），截面总配筋率27 .3945mmAs24310mmAAss，满足要求。0.0050.0121 650100022667bhAAss3.3 验算垂直于弯矩作用平面的受压承载力查表得，则运用式（3.7）来计
11、算uN984. 0（4.7）) (9 . 0sycuAfAfN=uNN2431041010006501 .19984. 09 . 0=14125N=kN2403.952kN由计算可知截面强度满足规范要求。衬砌配筋图如下图图 4.124.12 断面衬砌配筋图断面衬砌配筋图16图图 4.134.13 1-11-1 截面详图截面详图DD图图 4.144.14 配筋图配筋图五、隧道开挖施工五、隧道开挖施工5.15.1 隧道开挖施工方案隧道开挖施工方案采用如图所示分布施工顺序进行开挖，即先环形开挖留核心土法的施工方法。环形开挖留核心土法，将开挖断面分为上、中、下及底部四个部分逐级掘进施工，核心土面积应不
12、小于整个断面面积的 50%。上部宜超前中部 35m，中部超前下部 35m，下部超前底部 10m 左右。为方便机械作业，上部开挖高度控制在 4.5m 左右，中部台阶高度也控制在 4.5m 左右，下部台阶控制在 3.5m左右。17图图 5.15.1 施工示意图施工示意图 1 1图图 5.25.2 施工示意图施工示意图 2 2这种施工方法适用于土质易于坍塌的软弱围岩隧道隧道坑道开挖后，在岩体散破坏之前，及时修筑一层柔性薄壁衬砌（第一次衬砌），通过施工中的量测监视，确定围岩变形稳定之后，修筑防水层及第二次衬砌，此即为复合衬砌施工方法（新奥法）。该法并不单纯是一种施工方法，该法是对围岩动态性质通过施工中
13、的量测的认识和理解，通过周密的量测工作，系统的控制坑道变形与应力，从而确定所建立的支护体系受力情况，并不断加以修改、完善。5.25.2 施工顺序施工顺序开挖弧形导坑第一次柔性衬砌（拱）开挖核心及侧壁第一次柔性衬砌（边墙） 开挖仰拱部分并修筑仰拱施工测量（位移、应力等量测）防水层第二次衬砌。5.35.3 施工要点施工要点1.环形开挖每循环长度宜为 0.51m；182.开挖后应及时施作喷锚支护、安装钢架支撑或格栅支撑，每两榀钢架之间应采用钢筋连接，并应加锁脚锚杆，全断面初期支护完成距拱部开挖面不宜超过 30m；3 预留核心土面积的大小应满足开挖面稳定的要求；4 当地质条件差，围岩自稳时间较短时，开
14、挖前应在拱部设计开挖轮廓线以外，进行超前支护；5.上部弧形，左、右侧墙部，中部核心土开挖各错开 35m 进行平行作业。5.45.4 施工方法优缺点施工方法优缺点先环形开挖留核心土法的优点：有利于掌子面围岩稳定，初期支护可采用扇形支撑先环形开挖留核心土法在隧道进行临时支护，施工速度较快，工法转化容易不需另外增加开挖成本。先环形开挖留核心土法的主要不足：对围岩下半部的稳定性和强度有一定要求，有时需对拱脚和墙角围岩进行注浆加固或增设锁脚锚杆。19六、附录六、附录一、设计参数一、设计参数1.隧道建筑限界隧道建筑限界表表 1.11.1 隧道建筑界限参数隧道建筑界限参数 公路分类汽车专用公路 公路等级高速公路 地形特征平原微丘 是否设检修道或人行道是 行车道宽度 W(m）7.5 路缘带宽度 S(m)0.75 侧向余宽 C(m)0 人行道宽度 R(m)0 检修道宽度 J(m)1 隧道建筑限界净宽(m)10 隧道衬砌类型一心圆曲墙拱隧道衬砌 是
