隧道设计综合训练

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1、1工程概况综述1.1 工程概况尾洋隧道区属于构造剥蚀中低山地貌，地形起伏较大，切割深。坡陡，自然 坡度一般2040。隧道经垂直向穿越近南北向山脊，植被以茶树为主。隧道 采用分离式，其中：右洞起迄桩号 K52+574K52+915,总长341m,净空为（宽X 高）10.25 x 5.0m。设计时速80km/h,采用灯光照明，机械通风，隧道最大埋深 约100ml属短隧道。1.2 水文气象资料隧道区域内地表水系不发育，沟谷处含少量溪流，仅在雨期有短暂性水流， 常年处于干涸状态。隧道在勘探深度内有少量第四系孔隙潜水及沟谷处基岩裂隙 水，水位埋深1.70-24.4m ,地下水季节性变化幅度为2-3m,枯

2、水期有少量基岩 裂隙水流出，在丰水期，局部水量较大，主要靠大气降水补给，经对勘探孔进行 提水试验，综合评价后隧道围岩综合渗透参数推荐k=0.01m/d,地下水化学侵蚀环境及地下水氯盐环境对混凝土结构不具侵蚀性。该地区最冷月平均气温为 -9.8 C,隧道区内土壤的最大冻结深度为 1.2m。1.3 地形地貌资料隧道地处丘陵区，地势起伏较大，属丘陵地貌单元，地形起伏较大，部分丘 前缓坡及丘河沟谷中被第四系地层覆盖，植被较为发育，场区地处丘陵，自然山 坡进口坡面15 ,出口坡面20 ,交通便利。隧道区地形相对高差约 80m诉 调处在太古界岩性地层的区域内，场区的岩土层按其成因分类主要有：第四系回 填层

3、，第四系坡积层及元古界震旦系混合花岗岩。隧道范围内无大的地质构造， 地质构造对工程影响较小。地震动峰值加速度0.15g,地震动反应谱特征周期为0.35s 。1.4 设计标准设计等级：高速公路双向四车道；设计车速：100km/h；设计洪水频率：1/100;地震设防烈度：6级。1.5 隧道围岩分级根据公路工程地质勘察规范(JTJ064-98)及公路隧道设计规范 (JTGD70-2004中的公路隧道围岩分级方案的有关规定，综合考虑隧道底板标 高以上三倍洞径范围内的围岩工程地质条件及岩土体物理力学性质诸要素，对隧道围岩进行工程地质分级，对隧道区围岩级别进行了分段划分，本次隧道设计的 标段为JDLDK0

4、+685 JDLDK0+840围岩等级为IV级，长度为 155m1.6 设计依据(1)公路工程技术标准(JTG B01-2003)(2)公路隧道设计规范(JTG D70-2004)(3)公路隧道设计细则(JTG D70-2010)(4)公路隧道施工技术规范(JTJ04294)(5)公路工程抗震设计规范(JTJ00489)(6)地下工程防水技术规范(GB50108-2001)(7)锚杆喷射碎支护技术规范(GB50086-2001)(8)公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2002)2隧道总体设计2.1 隧道线型设计本公路隧道设计等级为高速公路双向四车道，由公路隧道设计规范(JTGD70-

5、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。本设计隧道属直线型隧道，入口处桩号为： JDLDK0+355出口处桩号为： JDLDK2+970全长2615ml为长隧道，需设紧急停车带。隧道纵断面采用单向坡， 纵坡坡度为1.5%。2.2 隧道横断面设计2.2.1 公路隧道建筑限界根据公路隧道设计规范(JTG D70-2004),设计车速100km/h,隧道建筑 限界横断面宽度组成：车道宽度 3.75mx2;侧向宽度错误！未指定书签。：左侧 Ll为0.50m,右侧Lr为1.00m,检修道J宽度：左侧为0.75m,右侧为1.00m；因 为设置了检修道所以不设余宽，

6、即 c=a建筑限界左侧顶角宽度右侧顶角宽度； 所以隧道建筑限界净宽为3.75 X2+0.5+0.75+1.00 X2=10.75m,建筑限界高度为 H=5.0ni具体建筑限界尺寸见下图：U50375375+ 100 * 100单位：cm图2-1公路隧道建筑限界2.2.2 隧道内轮廓尺寸隧道内轮廓的尺寸除应符合隧道建筑限界的规定外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰的需要，并为通风、照明、消防、监控、营运管理等设施提供安装 空间，同时考虑围岩变形、施工方法的影响的预留富裕量，使确定的断面形状与尺寸符合安全、经济、合理的原则。本设计隧道围岩条件较差，设计车速为 100km/h,根据公路隧道设计规范(

7、JTG D70-2004)的规定，内轮廓采用三心 圆曲墙拱设计，具体设计尺寸见下图：100：50375375055T2R578一 7R4 31单位：cm图2-2隧道内轮廓尺寸净高：913.46cm；净宽：1134.90cm；衬砌厚度取IV级围岩：45cm一侧平均超挖量：10cm拱顶截面厚度d=0.4m,墙底截面厚度db=0.8m隧道开挖宽度IV级围岩：B=11.349+2X 0.45+2 X 0.10=12.449m隧道开挖高度IV 级围岩：H=9.1346+0.45+0.10=9.6846m2.3 横向通道设计公路隧道设计规范(JTG D70-2004)规定：上、下行分离式独立双洞的 公路隧

8、道之间应设置横向通道。本设计隧道长 2615m属长隧道，需设车行横通 道，横向通道的断面建筑限界一般规定如图：nwu5单位：cm图2-3横向通道的断面建筑限界3围岩压力计算3.1 IV级围岩3.1.1 浅埋和深埋隧道的确定垂直均布荷载：HtBt9.684612,449=0.778 ： 1.7(3-1)=1 i(Bt -5) =1 0.1 (12.449-5) =1.745(3-2)q, = h = 0.45 2s,4产=0.45 24,22 1,745 = 138.196kPa(3-3)式中 q,一垂直均布围岩压力（kPa）;一围岩的天然重度(kN/m3), V=22kN/n3;s一坑道围岩级

9、别，s=4;s 跨度影响系数；Bt 坑道宽度(m) , Bt =12.449m；i以Bt=5.0m的垂直均布压力为准，Bt每增加1m时的围岩压力增减率； 当 Bt5m 时，i =0.1。计算砌体自重：q2=1/2 (do db)h =1/2 (0.4 0.8) 22 = 13.2kPa(3-4)q2砌体自重(kPa);熊一砌体材料重度(kN/m3) , Vh =22kN/m;d 0 拱顶截面厚度，d=0.4m；db一墙底截面厚度db=0.8m。根据我国复合式衬砌围岩压力现场量测数据和模型实验，并参考国内外有关 资料，建议IV级围岩衬砌承受 80%-60%J围岩压力，为安全储备，这里取：q =

10、138.196m 70% = 96.737kPa(3-5)所以全部竖向荷载为：(3-6)q =q1 q2 = 96.737 13200 = 109937kPa09 4997m 22荷载等效高度：hq(3-7)H p = (2 2.5)hq = 2.5 6.282 = 12.493m(3-8)式中hq - 荷载等效高度(mm ；深、浅埋隧道分界深度(m),矿山法施工条件下，iv vi级围岩取Hp =2.5hq o p q本设计隧道埋深为65m12.493m属深埋隧道。3.1.2隧道水平围岩压力水平围岩压力：e = q =0.2 109.937 =21.987kPa(3-9)式中e- 均匀分布水平

11、围岩压力(kPa)；人一 侧压力系数，K= (0.150.3), = =0.2 04隧道支护结构及内力计算4.1 隧道支护结构设计4.1.1 现代支护结构原理随着岩石力学的发展和锚喷支护的应用，逐渐形成了以岩石力学理论为基础 的，支护与围岩共同作用的现代支护结构原理， 应用这一原理就能充分发挥围岩 的自承能力，从而获得极大的经济效果。归纳起来，现代支护结构原理包含以下 方面的内容：(1)现代支护结构原理是建立在围岩与支护共同作用的基础上，即把围岩 与支护看成是由两种材料组成的复合体，且把围岩通过岩体支承环作用成为结构 体系的重要组成部分。(2)充分发挥围岩的自承能力是现代支护结构原理的一个基本

12、观点，并由 此降低围岩压力以改善支护的受力性能。发挥围岩的自承能力，一方面不能让围岩进入松动状态，以保持围岩的自承能力；另一方面允许围岩进入一定程度的塑 性状态，以使围岩自承能力得以最大限度的发挥。(3)现代支护结构原理的另一个支护原则是尽量发挥支护材料本身的承载 力。(4)现场监控测量和监控设计是现代支护结构原理中的一项重要内容。主 张凭借现场监控测试手段指导设计和施工， 并由此确定最佳的支护结构形式、支 护参数、施工方法和施工时机。(5)现代支护结构原理要求按岩体的不同地质和力学特征选用不同的支护 方式、力学模型、相应的计算方法及不同的施工方法。4.1.2 支护结构类型的设计支护结构的基本

13、作用就是保持坑道断面的使用净空，防止岩体质量进一步恶 化，和围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系， 承受可能出现的各种荷 载。止匕外，支护结构必须能够提供一个能满足使用要求的工作环境， 保持隧道内 部的干燥和清洁。根据公路隧道设计规范(JTG D70-2004)规定：高速公路应采用复合式 衬砌。盘道岭隧道的洞身围岩类别主要有田级，IV级，V级围岩。本隧道的衬砌 均采用复合式支护结构。复合式支护结构是柔性支护与刚性支护的组合支护结 构，最终支护是刚性支护。复合式的支护结构是根据支护结构原理中需要先柔后 刚的思想，初期支护采用锚喷支护，让围岩释放掉大部分变形和应力，然后再施 加二次衬砌，采用

14、模筑混凝土，承承受余下的围岩变形和应力，以维持围岩的稳 定。因此，复合式衬砌中的初期支护和最终支护一般都是承载结构。隧道初期支护采用湿喷工艺，二次衬砌采用模筑混凝土。衬砌参考表如下：表4-1隧道复合式一般衬砌设计参数表围岩 间距部位锚杆 长度 (m)初期支护 钢筋网钢架 回(m)格栅 间距二次衬砌拱墙厚度(cm)仰拱厚度(cm)间距环X纵 (m)部位直径(mm网眼尺寸(cm)n级局部2.01.5 X 1.5-3030出级拱墙2.01.5 X 1.5-3030IV级拱墙2.51.2 X 1.2拱墙纵向小环向(J)6625 X25-3040IV级加强拱墙2.51.2 X 1.2拱墙纵向小环向(J)6625 X25拱墙1.23040V级拱墙3.01.0 X 1.0拱墙纵向小环向(J)6820 X20拱墙 仰拱1.03540V级加强拱墙3.01.0 X 1.0拱墙纵向小环向(J)6820 X20拱墙0.754045盘道岭隧道的衬砌参数的确定以理论计算为基础，采用工程类比法进行设计，并通过计算对其内力进行分析验算。4.1.3 锚喷支护的力学作用从围岩与支护的共同作用观点出发，它不仅是把支护看作是承受来自围岩的 压力，