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1、第 1 页 共 16 页一、设计资料 1、工程概况：、工程概况： 安徽省铜汤高速公路要穿越黄山的焦家山，在该山建一隧道。隧道址区属构造剥蚀低山 区，海拔 105.2m231.1m，相对高差 125.9m。山脊走向 35 度左右，隧道轴线与山脊走向 基本垂直。 2、地形地质等条件、地形地质等条件 工作区属亚热带湿润季风气候区，梅雨区 40 天左右，年平均气温为 15.217.3 度，最 高日平均气温为 42 度，最低日平均气温为20 度。七、八月气温最高，一月气温最低。 区内雨量充沛，多年平均年降雨量为 1673.5mm，最大为 2525.7mm，最小为 627.9mm，多 锋面雨及地形雨，山区
2、冬季风速较大，一般为 45 级。地层岩性主要为志留系畈村组粉砂岩（）和第四系全新统崩坡积成因碎石土（fnS2） 。1 4deQ3、设计标准、设计标准 设计等级：高速公路双向四车道； 地震设防烈度：7 级 4、计算断面资料：、计算断面资料： 桩号：K151+900.00； 地面高程：205.76m； 设计高程：138.673m； 围岩类别：类； 复合式衬砌类型：类； 工程地质条件及评价：该段隧道通过微风化粉砂岩地段，节理裂隙不发育，埋置较深， 围岩稳定性较好。 5、设计计算内容、设计计算内容 （1）确定隧道开挖方式及隧道断面布置图； （2）围岩压力计算； （3）隧道支护设计图； （4）隧道衬砌设
3、计图。 6、设计依据、设计依据 （1） 公路隧道设计规范 （JTG D70-2004） ； （2） 公路隧道施工技术规范 （JTJ042-94） ； （3） 隧道工程王毅才 主编 人民交通出版社； （4） 地下结构静力计算 天津大学建筑工程系地下建筑工程教研室 编 中国建筑工业 出版社。 二、隧道断面布置 本公路设计等级为高速公路双向四车道，由公路隧道设计规范 （JTG D70-2004） 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。对于类围岩， 分离式独立双洞间的最小净距为 2.0B，B 为隧道开挖断面的宽度。 本隧道入口处桩号为：K151+818,出口处桩号为：
4、K151+986，全长 168 米，为短隧道， 不需设紧急停车带。 因围岩条件较好，选隧道断面形式为直墙式。 公路隧道建筑限界：第 2 页 共 16 页本高速公路位于皖南山区，取设计时速为，则建筑限界高度hkmVk/100H5.0m。且当时，检修道 J 的宽度不宜小于 1.00m，取hkmVk/100，检修道高度 h0.5m。设检修道时，不设余宽，即：C=0。取行车道m00. 1右左JJ宽度 W=3.75m27.5m，侧向宽度为：，建筑限界顶角宽度为：mLLRL00. 1，隧道纵坡不应小于 0.3，不应大于 3，本处取 2。具体建筑限界mEERL00. 1见图一所示。图一图一 公路隧道建筑限界
5、公路隧道建筑限界（单位：cm） 由公路隧道设计规范 （JTG D70-2004）4.4.6 有：上、下行分离式独立双洞的公路 隧道之间应设置横向通道。本隧道长 168m，设置一处人行横道即可，人行横通道的断面建 筑限界如下图二所示。图二图二 人行横通道的断面建筑限界人行横通道的断面建筑限界（单位：mm） 故：隧道限界净宽为：11.5m； 其中：行车道宽度：W=3.75m27.5m；侧向宽度为：；mLLRL00. 1第 3 页 共 16 页检修道宽度：；m00. 1右左JJ隧道限界净高：5m； 内轮廓形式：单心圆 R=6.8m； 净高：7m； 净宽：11.7m；向外取衬砌厚度 0.4m，则：隧道
6、开挖宽度；隧道开挖高度：；mBt5 .12mHt4 . 7取两分离式洞口之间左右间距为 40m；该段隧道的埋深 H67.087m。 洞口的开挖方式见施工组织设计。 三、围岩压力计算7 . 1592. 05 .124 . 7tt BH隧道支护结构的垂直均布压力：hq1s245. 0h其中：s=3， 为安全起见，取 ，35 . 2mtB5m,取 i0.1，75. 155 .121 . 01)5(1）（Bi21s875. 775. 15 . 2445. 0245. 0mthq，荷载等效高度：；mqhq15. 35 . 2 875. 7深、浅埋隧道分界深度：，mHmhHqp087.67875. 715
7、. 35 . 25 . 2故为深埋隧道。水平均布围岩压力：，取。qe15. 02279. 07875. 0875. 710. 0mt mte三、隧道初支 查看公路隧道设计规范 （JTG D70-2004） ，则： 由 8.1.1 有：公路隧道应作衬砌，根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用要求可分别 采用喷锚衬砌、整体式衬砌、复合式衬砌。高速公路应采用复合式衬砌。 8.4.1 有：复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间夹放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： 1、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。
8、 2、二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连接圆顺的等 厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。 由 8.4.2 有：复合式衬砌可采用工程类比法进行设计，并通过理论分析进行验算。初期第 4 页 共 16 页支护及二次衬砌的支护参数可参照表 8.4.2-1 选用。 由表 8.4.2-1，对于级围岩，有： 初期支护：拱部、边墙的喷射混凝土厚度为 812cm，拱、墙锚杆长度为 2.03.0m， 间距 1.01.5m；钢筋网：局部2525； 二次衬砌厚度：拱、墙混凝土厚度为 35cm。 本隧道大部分地段为深埋隧道。深埋隧道外层支护，根据规范规定，采用锚喷支护， 锚杆采用水泥砂浆全
9、长粘结锚杆，规格222500mm，间距 1.01.5m，锚喷混凝土厚度120mm；钢筋网：局部2525。 四、隧道衬砌设计与计算 因围岩稳定性较好，二衬作为安全储备，按构造要求设计，采用直墙式衬砌，拱顶采用 单心圆。 取衬砌中线为计算线，则：隧道计算宽度为 12.3m，计算高度为 7.2m。 1、 已知资料：已知资料： 顶拱和边墙的厚度均为 0.4m，宽度为 1.0m，跨度 l12.3m，拱的矢高 f3.7m，垂直均布压力，侧向均布压力，衬砌选用 C30 混凝土，其弹性模2875. 7mtq 279. 0mte量 E=31GPa，围岩弹性抗力系数。3310200mtK图三图三 隧道衬砌计算模型
10、隧道衬砌计算模型（单位：m）2、拱顶的计算、拱顶的计算 （1）几何尺寸R=6.8m，sin0.8902，cos0.4556， 5362onQ nQnQ，53 6101653. 0124 . 010EJ边墙的弹性标值：319. 1101653. 04102 44 554EJK第 5 页 共 16 页（边墙属于长梁） 。75. 262. 45 . 3319. 1h（2）计算各项特征数值（计算过程参考地下结构静力计算一书） （a）拱的单位变位 由式（3-18）与附表 53，得：，5 511104692.900996. 1101653. 08 . 62，5 522112107049.1162086.
11、0101653. 08 . 62；3 5 2252 6.80.0696264.7848 100.1653 10（b）拱的载变位 由式（3-19）与附表 54，得：，05 0531102012.6611738. 0101653. 08 . 62qqp；05 0542101209.14460559. 0101653. 08 . 62qqp（c）拱的弹性抗力变位 由式（4-8）与附表 57，得：，nn5 531103261. 50014. 0101653. 08 . 62；nnp5 541101088.180007. 0101653. 08 . 62（d）墙顶（拱脚）的单位变位 边墙属于长梁，按式（
12、4-15）计算墙顶的单位变位。，5 531105895. 4102319. 14，5 5221107398. 1102319. 12；5 5210319. 1102319. 12因为边墙属于长梁，且不承受水平荷载，故：。033nene（e）左半拱上的荷载引起墙顶处的竖向力、水平力和力矩由于竖向均布荷载：0q第 6 页 共 16 页，2 0000 0npnp06.056.05018.30132npqVqQMq ；由于弹性抗力：按式（4-7a）与附表 57，得：，nn06011. 08 . 60884. 0nV，nn0 n9234. 08 . 61358. 0Q；nn20 n7953. 08 .
13、60172. 0M以上各项力的正负见下图所示。将以上算出的各项数值代入式（4-4）中，则得：，55 11106482.99105895. 424692.90A，55 2112101468.154105895. 47 . 37398. 127049.116 AA255 22264.78482 1.3194 3.7 1.73982 3.74.598510418.8324 10A 5 10n0nn5 0n661.2012q5.3261218.3013q0.79532 0.92341.739810829.1889q14.473410PA 5 20n0nn5 0nn5 0n1446.1209q18.10
14、88218.3013q0.79531.73982 0.92341.319102 3.718.3013q0.79534.58952 3.7 0.92341.7398102131.3563q62.263610PA （3）求解多余力21xx 和将以上算出得各 A 值代入式（4-3） ，得：，12099.6482154.1468829.188914.47340nxxq，120154.1468418.83242131.356362.62360nxxq解出：第 7 页 共 16 页，101.04310.1998nxq；204.70490.2237nxq下面求弹性抗力。n由式（4-2）的第二式求出墙顶（拱脚）的水平位移为0 5 0005 05 01.04310.19981.73984.7049q0.22311.319 1.7398 3.71018.30130.79531.73980.92341.319106.46661.218810nnnnnqqq 代入式（4-6）： 55 02 106.46661.2188100.8902nnq解得：02.1561nq因此，得多余力和如下：1x2x，10001.65420.08271.0431 0.1998 2.15610.61234.8219nxqqqt m；20005.76220.27324.70490.2237 2.15615.187240
