隧道课程设计

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1、Henan Polytechnic University学院：土 木 工 程 学 院姓名：贠 宝 锋目录一、工程概况31.1 设计条件31.2 设计依据、任务及要求 3二、隧道几何设计42.1 隧道纵断面设计42.2 隧道横断面设计4三、隧道结构设计63.1 洞身衬砌结构 63.2 洞门设计 7四、隧道施工组织设计94.1 施工准备 94.2 施工方法 94.3 施工通风 124.4 防水排水 134.5 路面工程 144.6 辅助坑道 15一、工程概况1.1 设计条件川北隧道位于四川北的山岭重丘区，是一条高速公路上一段全长为 2714m 的隧道。该 隧道的设计桩号为kl+370k4+084,

2、位于市区北方向，距离市区23km。该隧道一般地段埋 深为100200m,最大埋深不超过300m，设计纵坡范围为-3.0%3.0%,定为2.75%。根据隧道设计条件中所出的地区气候类型及其埋深情况，估计隧道内的平均气温为 19C 20C。1. 地貌路线跨越区域为山岭重丘区，相对高差约500m，受构造影响，山势陡峻，山形零乱， 沟谷纵横，透视条件十分困难。2. 气候条件 位于川西北的山岭重丘区，属亚热带季风性湿润气候，春暖多雨，夏季干热，秋季凉爽冬季寒冷，四季分明，严寒期短，暑热期长。平均降雨量1357.8mm，平均降雨天数154.7 天,多集中在48月，平均降雪天数10.7 天,极端最高气温40

3、.7C，极端最低气温-13.7C。 昼夜温差较大，一般在12C左右，霜冻期一般在25天左右。3工程地质、水文地质概况拟建某隧道围岩类别主要为IIIW类，洞口部位少量为II类，区域性地质构造为单斜构 造，岩层层理平缓，倾角 510。1.2 设计依据、任务及要求设计依据：(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)铁路隧道施工规范(TBJ204-96； 本设计主要进行一座公路隧道的结构与施工设计即川北隧道 1确定隧道洞口位置进行隧道的结构计算和设计。2按照新奥法原理进行隧道衬砌结构设计

4、。 3隧道施工方案与施工组织设计。二、隧道几何设计2.1 隧道纵断面设计公路隧道的纵断面设计要按照公路隧道设计规范(JTG D70-2004 )规定进行，川北 隧道在方案的确定时，在1/5000的地形图上，已经将隧道的路线和洞口的位置进行了确定， 进口隧道的地面标高位600m，为了减小开挖量，就将进口的设计高度定为600m。出口的 地面标高为680m。又因为该地区的大致地势是北高南低，并且是南边的地势比较平坦。所 以，就将出口的设计标高定为680m。而该段隧道有是位于某城市的北方向23km,从总体上 考虑，应使该高速公路的总路线的长度最短，从而最大限度地减少工程造价。节省成本。平 面线形我采用

5、了直线形。这样，既减少了隧道施工的难度，又节省了工程造价。在纵断面的确定中我采用了人字形坡，坡度为 1%和-1.5%，该坡度可以满足工程技术规 范的要求。即要小于3%的要求。在K2+750处设变坡点，控制标高为933.8m,半径R=20000m， 曲线L=500m,切线长T=250m,外距E=1.56m。且在起点桩号K1+370处的设计标高为920.00m, 在终点桩号K4+084处的设计标高为913.55m。2.2 隧道横断面设计隧道内轮廓方案的选取除满足建筑限界的要求外，还必须考虑隧道通风、照明、通讯、 排水、装饰等其他设施及超高需要的空间，同时衬砌内轮廓的形状和尺寸还要考虑结构受力 特点

6、、工程造价及施工方法等诸多因素进行分析比较，本着断面利用率高，衬砌结构受力均 匀、合理、安全、经济的原则进行选取。道路隧道的建筑限界包括：车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度；隧道限界的规定是为 了保证道路隧道中行车安全，在一定宽度、高度的空间范围内任何物件不得侵入的限界。该公路隧道的建筑限界如图 2-1：设备安全范围1:100检修道车行道检修道车行道公路隧道横断面设备安全范围图 2-2 隧道净空图在设计隧道横断面时，由于地质条件所限，隧道内一些地区需设置仰拱由：rl+a-r2cosQ 2 = 5r2sinQ 2-a=brl+a/sinQ 1=r2可得： rl=r2=5.3m,r3=6.9m隧道

7、净空图如图 2-2。三、隧道结构设计3.1 洞身衬砌结构川北隧道采用新奥法原理设计,采用复合式衬砌,喷锚支护与混凝土衬砌相结合 ,是外衬 砌为喷锚支护,内衬为整体混凝土衬砌。它是与新奥法结合,施工时先在洞壁表面上喷射混凝 土、安装锚杆,形成柔性支护结构。它和围岩可有共同的有限度变化,释放围岩因开挖而引起 的变形压力,使外衬与围岩共同组成的初步支护体系处于暂时平衡状态,保证施工安全。内衬 整体混凝土是刚性的,在施工中,据围岩变形信息和施工工艺安排 ,在时间和空间上与外衬相 隔一段时间和一段距离施工。一体现先柔后刚的支护原则。为防止地下水渗入隧道内 ,在外 衬和内衬之间,铺设一层塑料防水板、土工布

8、或土木复合膜做防排水层。川北方隧道地质条件较差，如何达到设计参数合理、安全及可靠，就成为了该隧道设计 的关键。本隧道结构参数的选取采用了工程类比与数值分析相结合的方法。即在目前国内已 建成六车道连拱隧道的基础上，结合内轮廓断面形式、施工工序、开挖方法等综合因素进行 支护参数的选取。以下为相关隧道的支护参数：表 1 广州白云山隧道支护参数围岩类型支护结构名称IIIIIV喷射混凝土厚（cm）25202015锚杆间距（cm）100X100100X100100X1000 22长度（cm）3003003000 620X200 6 20X200 6 20X200 6 20X20钢筋网双层双层双层双层钢拱架

9、间距75间距100仰拱（cm）50模筑衬砌厚（cm）80454035表 2 京株高速公路靠依山隧道支护结构参数表岩类型支护结构名称、IIIIIV喷射混凝土厚（cm）27251012锚杆间距（cm）150X50100X100150X700 22长度（cm）0 42 X 35cm 钢 管0 22X3.5m0 22X3.5m0 8 25X250 6 25 X 250 6 25 X 250 6 25 X 25钢筋网双层双层双层双层钢拱架间距75间距100间距100仰拱（cm）50模筑衬砌厚（cm）50504040由以上隧道支护结构参数为依据，拟定本隧道支护参数表和III、W类围岩的衬砌结 构断面形式；

10、表 3 隧道支护结构参数表岩类型支护结构名称、IIIII喷射混凝土厚（cm）252510锚杆间距（cm）80X80100X100100X1000 22长度（cm）350350300钢筋网0 6.5 20X200 6 25 X 250 6 25 X 25双层双层双层钢拱架间距75间距100间距100仰拱（cm）50模筑衬砌厚（cm）50403.2 洞门设计隧道洞门形式的选择和隧道洞口的地形，地质条件以及隧道照明需要有关，洞门附近围 岩一般比较松碎松软，所以应根据实际情况，选择合适的洞门形式，并对边仰坡进行适当护 坡。方案 1：环框式洞门 用于洞口围岩坚硬完整，节理不发育，且不宜风化，路堑开挖后仰

11、坡稳定，仰坡坡率一 般为1： 0.11： 0.3，且无较大排水要求的隧道，正交斜交均可采用。方案 2：端墙式洞门适用于洞口岩层节理发育，开挖边坡坡面稳定，边仰坡坡率为 1： 0.31： 0.5 的隧道， 正交或斜交洞门均可采用。端墙式洞门施工较为简单，便于引排水。方案 3：翼墙式洞门 适用与洞口地质条件差，通常为土层，风化破碎岩层，半土半石以及堆积等，山体压力 大，仰坡坡率为 1： 0.751： 1.5 的隧道，这种洞门的结构具有较大的稳定性，翼墙支持了 洞门主墙，提高了防止滑动和倾倒的能力，节省圬工，洞门顶汇水可有翼墙顶水沟排入路堑 侧沟，排水方便。综上所属我们选中第三种翼墙式如图所示：图

12、3-1 翼墙式洞门四、隧道施工组织设计4.1 施工准备隧道施工包括修建隧道的施工方法，施工技术和施工管理。在隧道施工前，应该做好施 工准备和施工测量放样工作，即应做好现场调查研究，核对设计文件和编制隧道施工组织设 计的工作。隧道施工顺序为：施工准备f洞口排水系统施作f洞前、洞口土石方（成洞面加固、边仰坡防护）f洞门、 明洞段施工f洞身开挖、初期支护f滞后开挖面一定距离进行仰拱、铺底和墙脚施工f滞后 一定距离与开挖平行作业进行防水层铺设f二次衬砌f隧道贯通二次衬砌完成后进行沟槽 施工f洞内基层、路面施工f洞内装饰f防火涂料施工。隧道施工前必须完成的基本设施：施工便道，隧道施工用电、生活用电，隧道

13、施工用水、生活用水。隧道施工通讯，隧道施工、生产、生活用房，隧道进口、洞口外挡护及排水 工程，隧道内通风三管两路设置，隧道施工安排总体布置，隧道施工安排总体布置。4.2 施工方法根据地质水文条件，断面大小及形状，隧道长度，工程的支护形式，埋深，施工技术与 设备，工程工期等因素的不同，山岭隧道施工可选择全断面一次性开挖，全断面二次开挖， 台阶式开挖，导洞法开挖等施工开挖方法。根据各个施工方法的特点和当地地质情况川北隧道的具体施工方法：1. 进洞施工方法：1）、先将洞门及明洞挖出。开挖时，采用挖掘机按尺寸位置挖出洞门及明洞位置，避免 对洞门仰坡及边坡的扰动。施工过程中加强对仰坡的观测，如东门在开挖

14、过程中有无滑坡迹 象，应对仰坡和边坡采取加固措施。并采取保留核心土的做法，先将明洞和洞门衬砌好，再 挖除核心土石方；2）、挖出洞门及明洞位置后，立即衬砌明洞及洞门；3）、待明洞及洞门施工完毕后，在向前掘进；2. 掘进开挖方法：隧道位于III类围岩地段，采用短台阶上、下半断面法开挖；II类围岩地段及紧急停车带 地段，采用台阶分部开挖法，上断面唤醒开挖，保留核心土，上、下断面短进尺一次开挖， 或下断面拉中槽挖马口。实施超前支护、钢架、锚喷等手段；W类围岩采取下导洞先拱后墙 法施工，施工顺序如图示：钻孔：钻孔以全液压凿岩台车为主，辅以自制台车配多台风动凿岩机进行钻空工作；1、爆破：采用预裂爆破，并按微震控制爆破设计，塑料导爆管非电起爆。隧道开挖施工 中根据预裂爆破设计，结合现场地质情况进行爆破试验，并不断修正设计参数，以达到最佳 爆破效果，成立爆破组业小组，实施定人、定位、定标准的岗位责任制，精细规范实施。2、其具体技