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1、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（）
2、。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
3、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：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：本高速公路位于皖南山区，取设计时速为，则建筑限界高度H5.0m。且当时，检修道J的宽度不宜小于1.00m，取，检修道高度h0.5m。设
4、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：，建筑限界顶角宽度为：，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：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 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：；检修道宽度：；隧道限界净高：5m；内轮廓形式：单心圆R=6.8m
5、；净高：7m；净宽：11.7m；向外取衬砌厚度0.4m，则：隧道开挖宽度；隧道开挖高度：；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、围岩压力计算隧道支护结构的垂直均布压力：其中：s=3， 为安全起见，取 ，B5m,取i0.1，荷载等效高度：；深、浅埋隧道分界深度：，故为深埋隧道。水平均布围岩压力：，取。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
6、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。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25
7、25；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，侧向均布压力，衬砌选用C30混凝土，其弹性模量E=31GPa，围岩弹
8、性抗力系数。图三 隧道衬砌计算模型（单位：m）2、拱顶的计算（1）几何尺寸R=6.8m，sin0.8902，cos0.4556， ，边墙的弹性标值：（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：， ，；（b）拱的载变位由式（3-19）与附表54，得：，；（c）拱的弹性抗力变位由式（4-8）与附表57，得：，；（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。，；因为边墙属于长梁，且不承受水平荷载，故：。（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：，由于弹性抗力：
9、按式（4-7a）与附表57，得：，；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：， （3）求解多余力将以上算出得各A值代入式（4-3），得：，解出：，；下面求弹性抗力。由式（4-2）的第二式求出墙顶（拱脚）的水平位移为代入式（4-6）：解得：因此，得多余力和如下：，；（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：；式中按式（4-7）与附表57计算，结果见表1所示。表1 数值表截面093.120027.2742108.4028142.207024.995838.315328.771720.4460
10、7.502530.194719.69060.1877410.158130.441913.2841坐标尺寸的计算见表2，弯矩的计算见表3，轴力 的计算见表4。表2拱轴线的坐标截面00.00001.00000.00000.000010.27100.96261.84280.254320.52160.85323.54690.998230.73330.67994.98642.176740.89010.45586.05273.7006表3 拱的弯矩截面04.821900.00000.0000108.40284.821914.82190.254310.388013.371438.3153-497.11892
11、4.82190.998240.775749.53577.5025-326.044334.82192.176788.916597.90270.187775.363844.82193.7006151.1665144.251013.2841-1760.2633表4 拱的轴力截面093.120027.27420.000027.27420.000040.849213.5750142.207024.995811.438124.06093.932839.321430.631328.771720.44604.575317.444614.569234.852536.552530.194719.69060.142
12、813.387728.795227.773443.3236410.158130.44199.041713.875442.426618.619156.21203、边墙的计算边墙属于长梁，按式（4-14）进行计算。由于对称，仅取左边墙。边墙的弹性标值。墙顶的力矩及水平力按式（4-10）计算，得：墙顶的竖向力为：将坐标原点取在墙顶，分边墙为四等段，求48各截面的弯矩、轴力和弹性抗力。由式（4-14）：每等段的边墙自重为：故4-8各截面的轴力为：函数可从附表3查出，计算结果见表5。表5 边墙的截面4001.00001.00001.00001.000019.0697202.514066.349950.8
13、751.2-0.17160.10920.38990.28075.1713203.31908.870661.7502.3-0.1416-0.06680.00800.07481.5375204.1240-3.999272.6253.5-0.0177-0.0283-0.0389-0.0106-0.1551204.9290-1.939183.5004.60.0089-0.0011-0.0111-0.0100-0.1889205.7340-0.1309弯矩图和轴力图见下页图所示。以上的计算结果表明：再墙的6、7各截面处其弹性抗力为拉力（对围岩），这是不合理的但是由于数值较小故计算结果仍然可用。根据假定，墙下端不能产生水平位移，故该处的弹性抗力应等于零，而计算结果不为零，这是由于计算误差所致。4、二次衬砌设计（1）因围岩稳定性较好，二衬作为安全储备，按构造要求设计；（2）衬砌结构防水：本隧道放水采取以下措施：1、复合式衬砌间采用防水夹层；2、混凝土满足抗渗要求，采用砼抗渗标号为S6；3、施工缝变型缝等处的放渗采取专门的防水措施。本隧道采用复合式衬砌，设计应用近似解析法结合工程类比法确定衬砌支护参数。但复合式衬砌设计和施工密切相关，应结合施工，通过测量监控
