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1、第 1 页 共 21 页 一、设计资料 1、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 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， 山区冬季风速较大， 一般为 4
2、5 级。 地层岩性主要为志留系畈村组粉砂岩（fnS2）和第四系全新统崩坡积成因碎 石土（ 1 4 de Q） 。 3、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： 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 （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）隧道衬砌设计图。 6、设计依据 （1） 公路隧道设计规
3、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。 第 2 页 共 21 页 本隧道入口处桩号为： K151+818,出口处桩号为： K151+986，全长 168米，
4、 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： 本高速公路位于皖南山区， 取设计时速为hkmVk/100，则建筑限界高度H 5.0m。 且 当hkmVk/100时 ， 检 修 道 J 的 宽 度 不 宜 小 于1.00m， 取 m00. 1 右左 JJ，检修道高度 h0.5m。设检修道时，不设余宽，即： C=0。取 行车道宽度 W=3.75m27.5m，侧向宽度为：mLL RL 00.1，建筑限界顶角 宽度为：mEE RL 00.1， 隧道纵坡不应小于 0.3，不应大于 3，本处取 2。 具体建筑限界见图一所示。 图一公路隧道建筑限界 （单位： c
5、m） 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。 图二人行横通道的断面建筑限界（单位： mm） 第 3 页 共 21 页 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：mLL RL 00.1； 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： 隧道开挖宽度mBt5.12； 隧道
6、开挖高度：mH t 4.7； 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. 0 5.12 4.7 t t B H 隧道支护结构的垂直均布压力： hq 1s 245.0h 其中： s=3， 为安全起见，取 3 5 .2 m t ， B5m,取 i0.1，75.155.121.01)5(1）（Bi， 2 1s 875.775.15 .2445.0245.0 m t hq， 荷载等效高度：m q hq15.3 5 .2 875.7 ； 深、浅埋隧道分界深度：mHmhH qp 087.67875.715.35.
7、25.2， 故为深埋隧道。 水平均布围岩压力：qe15.0，取 2279.07875.0875.710.0 m t m t e。 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 第 4 页 共 21 页 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
8、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长粘结锚杆，规格
9、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： 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 2 875.7 m t q，侧向均布压力 2 79.0 m t e， 衬砌选用 C30 混凝土， 其弹性模量 E=31GPa，围岩弹性抗力系数 3 3 10200 m t K。 图三隧道衬砌计算模
10、型 （单位： m） 2、拱顶的计算 （1）几何尺寸 第 5 页 共 21 页 R=6.8m， 5362 o n Q， sin n Q0.8902， cos n Q0.4556， 5 3 6 101653.0 12 4.0 10EJ， 边墙的弹性标值：319.1 101653. 04 102 4 4 5 5 4 EJ K 75.262.45.3319.1h（边墙属于长梁）。 （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 5 11 104692.900996.1 101653.0 8 .62 ， 5 5 2 2112 10
11、7049.1162086.0 101653.0 8.62 ， 3 5 22 5 26.8 0.0696264.784810 0.1653 10 ； （b）拱的载变位 由式（ 3-19）与附表 54，得： 0 5 0 5 3 1 102012.6611738.0 101653.0 8 .62 qq p ， 0 5 0 5 4 2 101209.14460559.0 101653.0 8 .62 qq p ； （c）拱的弹性抗力变位 由式（ 4-8）与附表 57，得： nn 5 5 3 1 103261.50014.0 101653.0 8.62 ， nnp 5 5 4 1 101088.1800
12、07.0 101653.0 8 .62 ； （d）墙顶（拱脚）的单位变位 边墙属于长梁，按式（ 4-15）计算墙顶的单位变位。 5 5 3 1 105895.4 102 319.14 ， 5 5 2 21 107398.1 102 319.12 ， 第 6 页 共 21 页 5 5 2 10319.1 102 319.12 ； 因为边墙属于长梁，且不承受水平荷载，故： 0 33nene 。 （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 0 q ： 2 0000 0npnp0 6.05 6.05018.3013 2 np q VqQMq；， 由于弹性抗力：按式（ 4-7
13、a）与附表 57，得： nn 0 6011. 08 .60884. 0 n V， nn 0 n 9234. 08 .61358. 0Q， nn 20 n 7953. 08. 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 11 106482.99105895.424692.90 A， 55 2112 101468.154105895. 47. 37398.127049.116 AA， 255 22 264.78482 1.31943.71.739823.74.598510418.832410A 5 10n0nn 5 0n 661.2012
14、q5.3261218.3013q0.795320.92341.739810 829.1889q14.473410 P A 5 20n0nn 5 0nn 5 0n 1446.1209q18.1088218.3013q0.79531.739820.92341.31910 23.718.3013q0.79534.589523.7 0.92341.739810 2131.3563q62.263610 P A 第 7 页 共 21 页 （3）求解多余力 21 xx 和 将以上算出得各A 值代入式（ 4-3） ，得： 120 99.6482154.1468829.188914.47340 n xxq， 1
15、20 154.1468418.83242131.356362.62360 n xxq， 解出： 10 1.04310.1998 n xq， 20 4.70490.2237 n xq； 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 0为 5 000 5 0 5 0 1.04310.19981.73984.7049q0.22311.3191.73983.710 18.30130.79531.73980.92341.31910 6.46661.218810 nn nn n q q q 代入式（ 4-6） ： 55 0 2 106.46661.2188100.8902 nn
16、 q 解得： 0 2.1561 n q 因此，得多余力 1 x 和 2 x 如下： 1000 1.65420.08271.0431 0.1998 2.15610.61234.8219 n xqqqt m， 2000 5.76220.27324.70490.2237 2.15615.187240.8492 n xqqqt ； （4）求拱顶的内力 由于对称关系，将左半拱分为四等段，计算04 各截面的弯矩 M 和轴力 N，见图 4-10（a） ，按下式计算： 2 0 12 2 ii q x Mxx yM； 20 cossinsincos iii Nxq xVH 式中 i M ii 、V 、H按式（ 4-7）与附表 57 计算，结果见表 1 所示。 第 8 页 共 21 页 表 1 i M ii 、V 、H数值表 截面 i V i H i M 0 93.1200
