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1、目 录第一章 设计任务及原始资料 3第二章 隧道平面设计、纵断面设计 321 平面设计的一般要求322 隧道纵断面设计32.2.1 隧道纵坡形式3 2.2.2 慈母山公路隧道纵坡.4第三章 隧道结构横断面 431 隧道断面形状设计时需考虑的因素.432 主要设计步骤.533 隧道建筑限界.534 隧道洞身结构内力分析及检算.2341 荷载的一般规定2 342 永久荷载2 343 可变荷载2 344 偶然荷载3 345 隧道深浅埋划分的计算.3 346 各级围岩垂直压力及水平压力的计算3 347 结构内力分析与检算输出结果5第四章 洞口及洞门设计 2441 一般规定2442 隧道洞口两端路线的平
2、纵横技术指标应符合以下规定2443 洞口工程2444 洞门工程.25441 一般要求.25 442 洞门形式及方案比选.25 443 构造要求.2645 洞口与明洞防水与排水.27451 一般规定.27 452 慈母山公路隧道洞口及明洞防排水措施.2746 洞门尺寸拟定28461 根据设计规范构造要求，初步拟定设计参数如下：28 462 计算要求2847 洞门计算28471 计算要求28 472 洞门厚度设计28 473 极限状态发计算洞门的承载力31第五章 施工组织设计 3351 概述.3352 施工方案比选.34521 施工方案选择所需要考虑的因素.34 522 新奥法施工方法比选.34
3、523 明洞施工方法比选.3553 施工布置36531 生产房屋和生产设施的布置.36 532 生活房屋布置.3755 总体施工方案.3756 辅助施工措施设计.37561 一般规定.37 562 慈母山公路隧道采用的辅助施工措施.38慈母山公路隧道设计慈母山公路隧道设计第一章 设计任务及原始资料第二章 隧道平面设计、纵断面设计21 平面设计的一般要求首先满足整个线路的各种技术指标,很明显，线路是越直越好。线路顺直，则距离短，行车速度快；相比之下，曲线隧道的建筑界限需要加宽开尺寸相对加大，不但加大了开挖土石方数量。也增加了衬砌的圬工量。曲线上，隧道断面是变化的，不同断面上的支护和衬砌尺寸不一致
4、，因而施工时技术上较直线复杂。因为洞身弯曲，洞壁对汽车的阻力大，使通风条件变差。曲线使得洞内施工测量操作变的复杂，精确度降低。曲线隧道的维修养护工作条件不如直线隧道，而反向曲线隧道的条件比曲线隧道的更差。隧道线路的选择必须结合地形、地质条件对诸多因素综合研究，全面分析，以选定既节省工程量又利于隧道运营的方案。隧道对应的公路等级为一级，原则上应服从线路的基本走向，路、隧、桥综合考虑。22 隧道纵断面设计隧道内纵断面线形应考虑行车安全性，运营通风规模，施工作业效率和排水要求，公路隧道设计规范 （JTG D70 2004）得隧道纵坡不小于一般情况不应大于 3%；0.3%受地形等条件限制时，高速公路、
5、一级公路的中短隧道可适当加大，但不宜大于 4%；短于 100m 的隧道纵坡可该公路隧道外路线的指标相同。当采用较大纵坡时，必须对行车安全、通风设备和运营费用、施工效率的影响等作充分的技术经济综合论证。2.2.1 隧道纵坡形式隧道纵断面是隧道中心线展直后在垂直面上的投影。隧道内线路坡度可设置为单面坡或人字坡两种。 （如图 2.1）人字坡单坡图 2-1 隧道纵坡形式（1） 单坡多于线路紧坡地段或是展线的地区，因为单坡可以争取高程，当隧道处于单坡上时，两洞口的高差较大，由此产生的气压差和热位差就能促进进洞的自然通风，在施工过程中，低位洞口有利挖掘废渣的运出，运输动力消费低，产生的废气少，水也自然的顺
6、坡道排出；而高位洞口不利，因其是向下坡方向掘进，出渣、排水不便车辆排除废气多。（2） 隧道内的纵坡变换不益过大、过频，以保证行车安全视距和舒适性。纵坡变更的凸形竖曲线和凹形竖曲线的最小半径和最小长度应符合公路隧道设计规范（JTG D702004） ，见表 2.1 设计时速为 120km/h 隧道内竖曲线最小半径和最小长度。表 2.1 竖曲线最小半径和最小长度（m）2.2.2 慈母山公路隧道纵坡根据隧道所在公路的总体高程要求及地质条件等综合情况，慈母山公路隧道采用单坡隧道，采用纵坡为 1.3%。隧道的设计高程见隧道的纵断面图 2-2。图 2-2 隧道的纵断面图第三章 隧道结构横断面31 隧道断面
7、形状设计时需考虑的因素(1) 隧道的内轮廓必须符合隧道建筑限界，结构的任何部位都不应侵入限界以内。还应考虑洞内排水、通风、照明、监控、营运管理等附属设施所需要的空间，并考虑土压影响、施工等必要的富余量，使确定的断面形式及尺寸，达到安全、经济、合理。(2) 采用的施工方法能确保断面形状及尺寸有利于隧道的稳定。(3) 从经济观点出发，内轮廓线应尽量减小洞室的体积，即使土石开挖量与圬工砌筑量为最省。因此，内轮廓线一般紧贴限界。但其形状又不能如限界般曲折，要平顺圆滑，以使结构在受力及围岩稳定方面均处于有利条件。(4) 结构的轴线应尽可能符合在荷载作用下所决定的压力线。32 主要设计步骤衬砌断面结构设计
8、大致可分为以下四个步骤：(1) 确定隧道级型，选定相应建筑限界；凸形竖曲线半径凹形竖曲线半径一般值极限值一般值极限值竖曲线长度170001100060004000100(2) 根据围岩级别初步拟定截面形状和厚度；(3)对拟定的各种衬砌断面方案分别进行优化计算比较，得出它们面积最小时所对应的断面几何参数；(4) 应用结构分析程序，对得出的衬砌结构断面最优解进行力学检算，并对有关结果做出评价。33 隧道建筑限界图 3-3 隧道建筑限界设计参数：公路分类：汽车专用公路公路等级：一级公路地形特征：山岭重丘是否设检修道或人行道：设检修道或不设人行道行车道宽度 W(m)：7.000路缘带宽度 S(m)：0
9、.500侧向余宽 C(m)：0.250人行道宽度 R(m)：0.000检修道宽度 J(m)：0.750隧道建筑限界净宽(m)：9.250隧道衬砌类型：三心圆曲墙拱隧道衬砌是否设置仰拱：设置仰拱衬砌横断面厚度是否等厚：等厚地面到拱顶的距离(埋深：m)：50.00034 隧道洞身结构内力分析及检算341 荷载的一般规定1） 、隧道荷载应根据隧道所处的地形、地质条件、埋置深度、结构特性和工作条件、施工方法、相邻隧道间距等因素决定。施工中如发现与实际不符，应及时修正。对于地质复杂的隧道，必要时应通过实地测量确定。2） 、在隧道结构上可能同时出现的荷载，应按照承载能力和满载正常使用的检验分别进行组合，并
10、按最不利组合进行设计。3)、 公路隧道设计规范 （JTG D70-2004）所列之外的特殊荷载，在荷载设计计算与组合时应作特殊处理。隧道结构上的荷载按表 3.4 分级：表 3.4 隧道荷载分级编号荷载分级荷载名称1围岩压力2土压力3结构自重4结构附加恒载5混凝土收缩和徐变的影响力6永久荷载水压力7基本公路车辆荷载，人群荷载8可变立交公路车辆荷载及其所产生的冲击压力、土压力9荷载立交铁路列车活载及其所产生的冲击压力、土压力10立交渡槽流水压力11温度变化的影响力12冻胀力13可变荷载其它可变荷载 施工荷载14落石冲击力15偶然荷载 地震力注：编号 110 为主要荷载；编号 11、12、14 为附
11、加荷载；编号 13、15 为特殊荷载。342 永久荷载1） 、隧道结构自重可按结构设计尺寸及材料标准重度计算，结构附加恒载一般应按实际情况计算。级围岩中深埋隧道的围岩压力为松散荷载时，其垂直均布压力及水平压力可按下列公式计算：（1） 、垂直均布压力按式（4-1）计算。(3-1)10.45 2Sqhh 式中：垂直均布压力()；q2/kN m围岩重度（） ；3/kN mS围岩级别；宽度影响系数，；1(5)i B B隧道宽度（m） ；B 每增减 1m 时的围岩压力增减率，以 B=5m 的围岩垂直均布压力为准，当iB5m 时，取 =0.1。ii（2）水平均布压力按表 3-5 的规定确定。表 3.5 围
12、岩水平均布压力围岩级别、水平均布压力 e00.15q(0.10.3)q(0.30.5)q(0.51.0)q注：应用式（3-1）及表 3.5 时，必须同时具备下列条件：H/B1.7,H 为隧道开挖高度（m） ，B 为隧道开挖宽度（m） 。不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩。343 可变荷载1） 、车辆荷载及其所产生的冲击力、土压力应按照现行公路桥涵设计通用规范（JTG D60）的有关规定计算。3） 、变形受约束的结构，应考虑温度变化和混凝土收缩徐变对结构的影响。4） 、最冷月份平均气温低于-15地区的隧道应考虑冻胀力，冻胀力可根据当地的自然条件、围岩冬季含水量及排水条件等通过研究确定。5） 、施工
13、荷载应根据施工阶段、施工方法和施工条件确定。344 偶然荷载地质荷载应按现行公路工程抗震设计规范的规定计算确定。345 隧道深浅埋划分的计算1） 、隧道深埋和浅埋的分界，按荷载等效高度，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。按荷载等效高度的判断公式为（3-(22.5)PqHh2）式中：浅埋隧道分界深度（m） ；PH荷载等效高度（m） ，按下式计算： （3-qhqqh3）用式（3-1）算出的深埋隧道垂直均布压力（） ；q2/kN m围岩重度（） 。3/kN m在新澳法施工条件下，级围岩取2.5 （3-PH qh4）现根据以上隧道埋深公式计算各参数，其值见表（3.6）：表 3.6 隧道埋深参数值
14、围岩级别 S3(/)KN m( )B mi(m)h2(/)q KN m( )qh m( )pHm2312.180.11.7186.1848142.256.184815.461812.660.11.76612.715228.8712.71531.79综合以上的计算，在洞口段 21 内按埋深为 10m，小于、围岩的浅埋隧道临界值，故按浅埋隧道，中洞按埋深为 50m，大于级围岩的浅埋隧道理论值，故按深埋隧道计算。346 各级围岩垂直压力及水平压力的计算1） 、级围岩处于隧道深埋地段，它的垂直均布压力用式（3-1）计算：2142.25/qkN m它的水平均布压力按表 4-5 的规定，可知其水平均布压力
15、 e：20.20.2 142.2528.45/eqkN m2） 、级围岩在中洞段处于隧道深埋地段，它的垂直均布压力用式（3-1）计算：2228.87/qkN m它的水平均布压力按表 4-5 的规定，可知其水平均布压力 e：20.40.4 228.8791.548/eqkN m2） 、级围岩洞口段处于隧道浅埋地段按公路隧道设计规范 （JTG D702004）附录 E:浅埋隧道荷载计算方法建模，为便于计算，假定土体中形成的破裂面是一条与水平成角的斜直线，如图 3.4 所示：图 3-4 土体假定破裂面EFGH 岩土体下沉，带动量测三棱土体（FDB 和 ECA）下沉，整个土体 ABCD 下沉时，又要受到为扰动岩土的阻力；斜线 AC 或 BD 是假定的破裂面，分析时考虑内聚力 C，并采用了计算摩擦角；另一滑面 FH 或 EG 则并非破裂面，因此，滑面阻力要小于破裂面的阻力，若该滑面的摩擦角为，则值应小于值，因无实测资料，可按表 3.8采用。由公路隧道设计规范 （JTG D702004）表 A0.41 得计算摩擦角；45oc由表 3-8 取 。00.6272 sinQWT浅22(tan1)tan(tan 45 1)tan45tantantan452.6
