隧道毕业设计 建筑 用书.doc

目 录1 隧道基本情况说明11.1 设计标准规范11.2 技术标准11.3 工程概论21.3.1 隧道概述21.3.2 工程地质条件21.3.3 区构造31.3.4 水文地质条件域地质32 初步预设计42.1 围岩分类42.2 隧道洞口位置及形式52.2.1 洞门位置52.2.2 洞门形式52.2.3 洞门确定62.3 隧道横断面设计62.3.1 隧道净空与限界62.3.2 隧道衬砌内轮廓线73 隧道洞门设计及强度、稳定性验算103.1 洞门设计103.2 洞门强度及稳定性验算103.2.1 翼墙113.2.2 主墙与翼墙共同作用的b部分133.2.3 主墙b部分143.2.4 主墙c部分153.3 出口段洞门设计154 衬砌内力及配筋计算164.1 级围岩衬砌设计164.1.1 支护参数164.1.2 衬砌内力计算164.1.3 配筋计算374.1.4 衬砌安全性评价404.2 级围岩段衬砌设计（直墙拱形）414.2.1 支护参数414.2.2 衬砌内力计算424.3 、级围岩段衬砌设计514.3.1 支护参数514.3.2 配筋计算525 辅助工程设计535.1 偏压处理方法535.2 超前支护设计536 施工组织设计566.1 概述566.1.1 隧道工程概述566.1.2 资料依据576.1.3 施工准备工作576.2 施工方法586.2.1 施工方法选择的原则586.2.2 开挖方法586.3 普通水泥砂浆锚杆与喷射混凝土施工626.3.1 普通混凝土砂浆锚杆施工626.3.2 喷射混凝土施工636.4 爆破设计656.4.1 炸药品种选择656.4.2 掘进进尺l656.4.3 炮眼直径d656.4.4 炮眼布置666.4.5 装药结构666.5 出渣运输696.5.1 装渣方式696.5.2 装渣机械696.5.3 运输706.6 监控量测706.6.1 地表监测746.6.2 洞内监测746.6.3 监控量测成果分析756.6.4 洞内监测786.6.5 洞内仪器施工方法及说明786.7 照明设计806.8 通风设计816.9 安全管理82总结85致谢86参考文献87附录88附录a 施工图88附录b 数值计算891 隧道基本情况说明1.1 设计标准规范（1）公路隧道设计规范（jtg d70-2004）。（2）锚杆喷射混凝土支护技术规范（gb 50086-2001）。（3）公路隧道施工技术规范（jtj042-94）。1.2 技术标准（1）隧道按规定的远期交通量设计，采用单拱双向行车双车道隧道。（2）隧道设计车速隧道几何线形与净空按二级公路80km/h设计；隧道照明设计按60km/h设计。1.3 工程概论1.3.1 隧道概述阳河至黄龙洞公路黎子坪隧道位于湘西北武陵山脉腹地，初设路线讫桩号为k8+260至k11+505，隧道全长3245m，为直线型单洞傍山长隧道。洞底设计标高(进口)377.3m(出口)414.1m，隧道纵坡度为-3.0%。 1.3.2 工程地质条件该隧道处于低山丘陵及发育期间的河谷阶地地貌。山脉走向自南西向北东方向展布，山峰陡峭兀立，构成鳞脊状山岭，山岭最高处为土福界，高程954.8m，其构成阳河溪与索溪谷的自然分水岭，相对高度500m，溪谷两岸分布有二、三级洪（冲）积阶地，宽度10余m至100余m。上覆第四系地层，分布于进、出口地段，岩性为填筑、种植土、亚粘土及碎石类土。填筑土，分布于隧道进、出口前的村级公路上，结构稍密中密，厚度较小，一般0.82m;种植土，暗褐色，厚度一般仅0.30.6m；亚粘土，黄褐色，稍湿，硬塑状，土质不均匀，下部夹有砂岩、贝岩强风化角砾、块石，厚度0.70.8m；漂石、漂石夹块石，色杂，粒径一般0.20.5m，含量5080%不等，次棱角棱角状，充填物为粉土及角砾，稍湿饱和，结构松散中密。下覆土层为泥盆系志留系地层。泥盆系为石英砂岩、砂岩，灰色、浅灰色夹灰黄色、深灰色，细粒结构，中厚层状厚层状结构，夹泥质砂岩、粉砂岩或沙质页岩薄层。强风化层厚1.70m左右，以下为弱风化。弱风化石英砂岩岩性坚硬，岩石饱和单轴极限抗压强度101109mpa，垂直或斜交层理的节理裂隙较发育，其产状与，构成共轭裂隙（x型）。据区域地质资料，该层厚度600m。主要分布于k9+300左右（地表）以北，推测在深部隧道部位桩号k10+110左右以北。志留系地层：页岩，紫色、青灰、灰绿等色，泥质结构，薄层状结构。强风化层厚3.104.00m，节理裂隙发育；以下为强风化层，节理裂隙较发育，以顺层裂隙为主，次为垂直裂隙或斜交层理的裂隙，裂隙多数紧闭平直，充填泥质;泥质粉砂岩夹粉沙质泥岩，紫红色、青灰色，粉沙质结构或泥质结构，中厚层状结构，在（k8+710左8m）孔中深93.50m揭露此层，为微风化层，节理裂隙较发育不甚发育。志留系也上伏泥盆系呈假整合接触，据区域资料，该层厚度1694m。1.3.3 区域地质构造线路区域地质构造处于湘西北区东岳观三官寺向斜南西部转折（扬起）端，总体呈单斜构造，岩层倾向北西（），倾角。区内未发现大的断裂构造与褶皱构造，仅见节理裂隙构造，个岩层间未整合接触与假整合接触，整合白垩系、第四系与下伏地层呈不整合接触。泥盆系石英砂岩、砂岩岩性坚硬呈刚性，发育二组（x型）高角度的垂直或近似垂直剪切裂隙，其产状为与，为岩体切割成岩块、成独立的高耸岩柱 ，构成武陵源张家界独特的岩柱景观，志留系页岩、沙质页岩显柔性，发育顺层及斜交（或垂直）层面的节理裂隙，多被泥质充填，延伸不远。本区新构造运动表现为区域性缓慢上升，山间河流深切侵蚀。1.3.4 水文地质条件隧道区内地表水为南部的阳河溪上的支流与北部的王潭谷溪上的支流，水量丰富。隧道区内地下水类型主要有第四系的孔隙潜水和泥盆系的基岩裂隙水：第四系孔隙潜水主要存在与冲洪积和洪积物中，次为残坡积物中，水量不大，一般0.10.6 l/s，主要补给来自于大气降水，次为地表沟谷水渗透补给；基岩裂隙水，主要赋存于泥盆系石英砂岩层中，砂岩裂隙较发育，岩性呈刚性坚硬，易产生剪切裂隙，裂隙较多平直紧闭，在该层地势较低处或上覆坡残积物较厚处，赋存一定量的地下水，根据钻探成果，钻进中，石英砂岩、砂岩中有水涌出，其水头为0.8m左右，用水量0.15 l/s，水质类型为（w6）hc03-camg型水，ph值7.0。2 初步预设计2.1 围岩分类围岩分类的方法： （1） 工程岩体分级标准； （2） 我国铁路隧道围岩分类； （3） 国防工程围岩分类； （4） 岩体质量“q”法分级。在本隧道中采用的围岩分级方法为工程岩体分级标准即： 式中 岩体基本质量指标； 岩石单轴饱和抗压强度；岩体完整性系数。再对bq进行修正： 式中 岩体基本质量指标修正值；岩体基本质量指标； 地下水影响修正系数； 主要软弱结构面产状影响修正系数； 初始应力状态影响修正系数。根据相应的bq值以及实际情况得到围岩的级别如下：级围岩（k8-330k8-390、k8-415k8-780、k11-140k11-290）、级围岩（k8-390k8-415）、级围岩（k10-110k11-050、k11-290k11-360、k11-390k11-470）、级围岩（k8-780k10-110、k11-050k11-140、k11-360k11390、k11-470k11-505）。2.2 隧道洞口位置及形式2.2.1 洞门位置选择标准一般应依据具体工点的地形、地质、水文等条件，结合工程施工安全、环境保护要求、洞口相关工程加以全面研究，综合比较其经济、技术上的合理性和安全性。同时注意在城镇附近或与公路交叉的地段应与周围景观和交叉方式相协调。洞口位置应选择在坡面稳定、地质条件较好、无不良地质现象处。不应在山体不稳或有明显偏压、滑坡、崩坍、松散堆积体、泥石流沟等地段进洞。当岩层倾斜，层理、片理结合很差或存在软弱结构面时，不宜大挖，避免斩断岩脚，以防止顺层滑动或塌方。宜尽量早进洞或设明洞引进。不能避开堆积层进洞时（不宜采用清方的办法缩短洞口）必要时接长明洞。黄土地区（干燥无水、密实、稳定的老黄土时）可按一定的挖深进洞，有水或新黄土则不宜大挖。洞口应避开冲沟，防止坡面冲蚀产生泥石流。洞口为软岩或软硬岩互层时，应适当降低边仰坡高度，以减少风化暴露面，同时对软岩坡面可作适当的防护。2.2.2 洞门形式选择标准洞门形式的选择应适应地形、地质的需要，同时考虑施工方法和施工需要。一般地形等高线与线路中线斜交角度在45 65之间，地面横坡较陡，地质条件好，无落石掉块现象时，可选择斜交洞门；当斜交角度大于65时，地面横坡较陡，或一侧地形凸出，可考虑用台阶洞门；当斜交角度小于45时，地面横坡较陡，边仰坡刷方较高，有落石掉块掉块威胁运营安全时，考虑接长明洞。常用的洞门形式主要有端墙式. 翼墙式和台阶式. 柱式. 削竹式和喇叭口式。2.2.3 洞门确定从地质勘察报告纵断面图上看出洞口接近岩脚，土层稳定性差，围岩易坍塌，故采用翼墙式洞门。从本隧道进口地形平面图可见地形等高线与线路中心斜交角小于65，地面横坡较陡，边坡刷方较高，存在偏压问题，故采用单侧翼墙形势。在进口位置选择上主要考虑边仰坡稳定及土石方量大小，从纵断面图看，进口段有冲积阶地，地形平缓，考虑到在k8+250处有一与线路平行的断层影响施工及土方量大小，采用接长明洞。同时从洞门基础承载力以及建成后的沉降问题考虑，洞门选择在k8+260处合适。2.3 隧道横断面设计2.3.1 隧道净空与限界隧道净空是指隧道衬砌内轮廓线所包围的空间，包括隧道建筑界限、通风、照明及其他所需面积。隧道断面形状和尺寸应该根据其围岩压力来求得最经济的断面形状。 “隧道建筑限界”是指建筑物（包括衬砌、通风管道等）不能侵入的一种限界。公路隧道建筑限界由行车道宽度（w）、左侧向宽度、右侧向宽度（l）、余宽（c）、人行道宽度（r）或检修道宽度（j）等组成。相应基本宽度的数值规定可参考规定。为了消除或减少隧道边墙给驾驶员带来恐之冲撞的心理效应（侧墙效应），保证一定车速的安全通行，应在行车通道的两侧设置一定的宽度的侧向宽度或余宽。建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5m，三、四级公路取4.5m。当设置检修道或行人通道时，不设余宽；当不设检修道或人行道时。应设不小于25cm宽的余宽；隧道路面横破，当隧道为单向交通时，应取单面破；当隧道为双向交通时，可取双面破。坡度应根据隧道长度、平纵线形等因素综合确定，一边拿可采用1.5%2.0%。当路面采用单面破时，建筑限界底边线与路面重合；当采用双面破时，建筑限界底边线应水平置于路面最高处。对于单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路标准建修。本工程隧道净宽10m（1.0+0.5+3.52+0.5+1.0），净高5.0m。限界基本宽度，行车道：7.0m，路缘带：0.50m，侧向余宽：0.0m，人行道：双侧1.0m，限界净高：5.0m，人行道净高：2.5m。所以设计建筑限界如图2. 1示。图2.1 隧道建筑限界 （单位：cm）2.3.2 隧道衬砌内轮廓线隧道衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、支护结构、施工条件等，并应充分利用围岩的自承能力。衬砌应有足够的强度和稳定性，保证隧道长期安全使用。衬砌结构类型和尺寸，应根据使用要求、围岩级别、工程地质和水文地质条件、隧道埋置深度、结构受力特点，并结合工程施工条件、环境条件，通过工程类比和结构计算综合分析确定。在施工阶段，还应该根据现场监控量测调整支护参数，必要时可通过试验分析确定。隧道断面设计主要解决内轮廓线、轴线和截面厚度三个问题。衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，而且使衬砌内表面圆顺，不留棱角。衬砌断面的轴线应当尽量与断面压力轴线重合，使各截面主要承受压力作用而无拉力作用。经验表明，当衬砌承受径向分布的静水压力时，结构轴线以圆形最理想；当衬砌主要承受竖向荷载和不大的水平侧压力时，结构轴线上部宜采用圆弧形或尖拱形，下部则做成直墙式衬砌；当承受竖向荷载和较大的侧压力时，宜采用五心圆曲墙式衬砌。当有底鼓压力时，则结构底部应施筑仰拱为宜。衬砌各截面厚度根据隧道所在的地质条件和水文地质条件不同而变化，也与隧道受到荷载大小、跨度、衬砌材料和施工条件有关。隧道建筑物各部结构的截面最小厚度应大于规范规定的最小厚度值。隧道的内轮廓必须符合前述的隧道建筑净空限界，结构的任何部位都不应侵入限界以内。隧道的内轮廓还应满足洞内路面、排水设施、装饰的需要，并为通风、照明、消防、监控、营运等内部装修设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量，使确定的断面形势及尺寸符号安全、经济、合理的原则。为了有利于施工时衬砌模板的制作，以及利于洞内设施的布置，规范规定在横断面轮廓设计方面推行标准化。按照规范规定，隧道内轮廓要统一标准，即拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。本工程隧道为二级公路隧道，设计时速为80km/h。根据设计速度相应的建筑限界，可参考规范隧道内轮廓几何尺寸计算算例设计本工程的衬砌内轮廓线，如上图2.2示。图2.2 隧道衬砌内轮廓标准断面 （单位：cm）3 隧道洞门设计及强度、稳定性验算3.1 入口段洞门设计进洞口采用一般隧道门，该处土层稳定性差，围岩易坍塌，在k8+250处左侧15m左右存在一条基本平行与设计隧道方向的裂隙，故可采用单翼墙式洞门。洞门参考初设如下图3.1示。图3.1 入口洞门初设示意图（单位：cm）3.2 洞门强度及稳定性验算翼墙式洞门是承受土石主动压力的挡土墙，洞门与翼墙共同承受土石主动压力，亦即应考虑结构的整体作用。翼墙不仅与主墙共同承受纵向土石主动压力，而且还承受横向土石主动压力。因此，在计算翼墙洞门时，可先验算翼墙本身的稳定性和强度。a.对于翼墙，可以洞门前一延米处，取其平均高度，按承受主动压力的挡土墙来计算，从而确定整个翼墙尺寸和截面厚度，计算过程中，可忽略翼墙与主墙间连接的抗剪作用；b.随后，再验算洞门主墙受力最大的a部分与翼墙一起的稳定，及洞门主墙a部分的自重和翼墙的自重，共同抵抗作用在洞门主墙a部分墙背的主动压力，使之不能移动，从而确定主墙a部分的尺寸；c.主墙b部分基础落在衬砌顶上，而与a部分无联系的挡土墙来验算，由此所确定的b部分结构厚度是偏安全的。通常，是取0.5m的一个窄条来计算其强度和稳定性。为了使计算简化和便于施工，b部分的截面厚度可取与a部分相同；d.主墙c部分可以按一承受主动压力的独立挡土墙来计算。图3.2 洞门强度及稳定性验算示意图(单位：cm)3.2.1 翼墙（1）压力的计算1）各项物理力学指标（其中为计算摩擦角，为岩石的重度，为基底摩擦系数，为基底容许应力，假定仰坡坡度为1：1.25时得到：分别为端墙和翼墙的倾斜角度，为坡的角度）2）土压力系数的计算 （3）土压力的计算（2）稳定性及强度的验算1）抗倾覆稳定性的验算满足倾覆稳定的要求。2）滑动稳定性的验算满足滑动稳定的要求。3）合力的偏心距的验算满足基底合力的偏心距。4）基底压应力的验算，满足基底压应力的要求。3.2.2 主墙与翼墙共同作用的b部分（1）土压力的计算由上面计算可知： （2）滑动稳定性验算满足滑动稳定的要求。3.2.3 主墙b部分（1）土压力的计算同样由以上计算可知： （2）墙身截面偏心的验算偏心距不满足墙身截面偏心的要求。取墙身厚度，则偏心距应力满足墙身截面强度的要求。3.2.4 主墙c部分考虑到明洞偏压处理时将使用重力式挡土墙支撑结构，故只需验算基底压力。满足墙身截面强度要求。3.3 出口段洞门设计 出口段洞门采用端墙式，其参数和计算同上翼墙与主墙b共同作用部分相同。4 衬砌内力及配筋计算4.1 级围岩衬砌设计根据公路隧道设计规范（jtg d70-2004）规定，由于岩土体介质通常具有明显的不确定特征，岩土工程问题分析中经验常起主导作用，规范中规定级围岩中复合衬砌的初期支护主要按工程类比法设计，即参照已往工程实例确定支护参数。经验表明，级围岩具有较强的自支撑能力，对其施作薄层喷射混凝土和少量锚杆后即可保持稳定，因而不必计算；、级围岩则在根据经验选定支护参数后仍需进行检验计算。所以，、级围岩段衬砌在选定支护参数后，需要进行验算，并通过计算配筋。4.1.1 支护参数根据规范规定，级围岩段初期支护选择为20cm厚c20喷射混凝土，拱、墙铺设钢筋网，间距20cm20cm，墙拱部、侧墙均设置20mnsi22普通水泥砂浆锚杆，间距100cm100cm，拱、墙设置钢拱架，钢拱架采用hw125mm125mm，间距1.0m；防水层为1.2mm厚eva防水卷材，450g/无纺布；二次衬砌为75cm厚c25钢筋混凝土；预留变形10cm。4.1.2 衬砌内力计算（1）设计基本资料结构断面图如图4.1示。 图4.1 级围岩段衬砌断面图（单位：cm）a.岩体特性岩体为级围岩。隧道埋深为深埋；计算摩擦角，岩体重度，围岩的弹性反力系数，基底围岩弹性反力系数。b.衬砌材料采用c25钢筋混凝土，重度，弹性模量。钢筋混凝土衬砌轴心抗压强度标准值，钢筋混凝土轴心抗拉强度标准值。c.结构尺寸，；，；，； ， ，隧道断面加宽（2）计算作用在衬砌结构的主动荷载作用在结构上的荷载形势为匀布竖向荷载q和匀布水平侧向荷载e，其侧压系数为0.4，即e=0.4q。匀布竖向荷载： 匀布水平侧向荷载：（3）绘制分块图因结构对称，荷载对称，故取半跨计算，如图4.2。图4.2 半跨结构计算图示（4）计算拱轴线长度a.求水平线以下边墙的轴线半径（单位：cm）及其与水平线的夹角假定水平线以下的轴线为一弧线，则其半径由图4.1.3求得。 图4.3 边墙轴线的计算（单位：cm）由图上量得：，。故 b.计算半拱轴线长度s及分块轴线长度s（单位:cm）式中为各圆弧轴线的半径半拱轴线长度分块长度 （5）计算各分段截面中心的几何要素a.求各截面与竖直轴的夹角校核角度： b.各截面的中心坐标(单位：cm) 坐标校核：（6）计算基本结构的单位位移计算过程见表4.1.1。表4.1.1 曲墙拱结构几何要素及计算过程表（一）截面012345678曲墙拱结构几何要素及计算过程表（二）截面积分系数011422344254627481注：的计算按下式进行，以下表均同。校核： 故在允许误差范围内，计算正确。在误差允许范围内，曲墙拱结构几何要素见表4.1.1。（7）计算主动荷载在基本结构中产生的位移和a.衬砌每一块上的作用力竖向力： kn式中 相邻两截面之间的衬砌外缘的水平投影（由分块图量取）。侧向水平力： kn式中 相邻两截面之间的衬砌外缘的竖直投影（由分块图量取）。自重力： kn计算过程见表4.1.2。注意：以上各集中力均通过相应荷载图形的形心。b.主动荷载在基本结构上产生的内力分块上每个集中力对下一分点的截面形心的力臂由分块图上量取（图4.4），并分别记为、。弯矩： kn*m轴力： kn式中： 、相邻两截面中心点的坐标增量：和的计算过程示于表4.1.2和4.1.3。表4.1.2 计算过程表（一）截面集中力（kn）力臂（m）012345678图4.4 单元主动荷载图示校核： 计算误差：5%，在误差范围内。表4.1.2 计算过程表（二）截面012345678表4.1.2 计算过程表（三）截面012345678表4.1.3 计算过程表截面012345678c.主动荷载位移和计算过程见表4.1.4。 经校核，故计算正确。表4.1.4 、计算过程表截面积分系数011422344254627481d.墙底（弹性地基上的刚性梁）位移计算单位弯矩作用下墙底截面产生的转角主动荷载作用下墙底截面产生的转角（8）解主动荷载作用下的力法方程 式中： 其中：拱矢高，。解得： （9）求主动荷载作用下各截面的内力，并校核计算精度 计算过程见表4.1.5。（10）求单位弹性反力及相应摩擦力作用下，基本结构中产生的变位和a.各截面的弹性反力强度最大弹性反力零点假定在截面3，即，最大弹性反力值假定在截面6，即。表4.1.5 、计算过程表（一）截面012345678、计算过程表（二）截面积分系数011422344254627481拱圈任意截面的外缘弹性反力强度（图4. 5） （4.1）边墙任意截面外缘的弹性反力强度 （4.2）b.各分块上的弹性反力集中力 （4.3）图4.5 单元单位弹性反力荷载图示作用方向垂直衬砌外缘，并通过分块上弹性反力图形的形心。以上计算详见表4.1.6。表4.1.6 各点弹性反力的计算过程表截面45678c.弹性反力集中力与摩擦力集中力的合力在明洞计算过程中不考虑摩擦力。d.计算作用下基本结构的内力 计算参照表4.1.7和表4.1.8进行。表4.1.7 的计算过程表（一）截面r4=0.483r5=1.293r6=1.61345678的计算过程表（二）截面r7=1.386251r8=0.53521545678表4.1.8 的计算过程表截面457678e.计算作用下产生的荷载位移和计算结果见表4.1.9.经校核，故计算正确。表4.1.9 、计算过程表截面积分系数4254627481（11）解单位弹性反力及其摩擦力作用下的力法方程 式中、和均同前。解得： 代入原方程检验，计算正确。单位弹性反力图及摩擦力作用下截面的内力，并校核计算精度 计算过程见表4.1.10。表4.1.10 、计算过程表截面积分系数011422344254627481（12）最大弹性反力值的计算计算参照式进行。先求位移和： 计算过程见表4.1.11。表4.1.11 计算过程表截面积分系数4254627481（13）计算赘余力和 （14）计算衬砌截面总的内力并校核计算精度a.衬砌各截面内力 计算结果见表4.1.12。b.校核计算精度墙底截面最终转角： 相对误差均，故计算正确。表4.1.12 计算结果（一）截面012345678计算结果（一）截面积分系数011422344254627481（15）绘制内力图 计算结果按一定比例绘制如图4.6。4.1.3 配筋计算根据内力图可得：最大正弯矩为m=，轴力为n=；最大负弯矩为 m=，轴力为n=；(1)、结构承受最大正弯矩的配筋计算矩形截面的配筋计算：m=，n=b=1000mm h=750mm ，；初始偏心距： 此时的初始偏心矩为：；根据所取的计算模型，因为所以取偏心矩增大系数偏心距： 所以按大偏心计算。设离轴力n比较近纵向钢筋的面积为，离轴力比较远的钢筋面积为，均采用hpb235钢筋。因为、均未知，引入条件。根据平衡方程得：式中： 解得：显然有：取，选用，。此时由平衡方程可解得：故，选用，。非少筋。，。非超筋，满足要求。(2)、结构承受最大负弯矩的配筋计算混凝土c25，偏心受压，hpb235钢材m=；n=初始偏心距： 所以应考虑附加偏心矩的影响， 此时的初始偏心矩为： 取偏心矩增大系数所以按小偏心计算。设离轴力n比较近纵向钢筋的面积为as，离轴力比较远的钢筋面积为as，均采用hpb235。根据平衡方程得：式中： 解得：由于，可不按离轴向力较远的一侧混凝土先压坏来计算。取，选用，。取，选用，。非少筋。非超筋，满足要求。4.1.4 衬砌安全性评价最大正弯矩属于大偏心，不需要检算抗压强度，只要检算抗拉强度；最大负弯矩属于小偏心，由于，只需要检算抗压强度，不需要检算抗拉强度。（1）最大负弯矩抗压检算 （4.4）式中：混凝土或砌体的抗压极限强度；安全系数；轴向力（kn）;b截面宽度（m）；h截面厚度（m）；构件纵向弯曲系数，对于贴壁式隧道衬砌、明洞拱圈及墙背紧密回填的边墙；可取，对于其它构件，应根据其长细比按表采用；轴向力的偏心影响系数。在本设计中，以上参数取值：， ， ，；代入计算：左边=右边=显然左边右边满足要求。 （2）最大负弯矩截面抗拉验算： 左边=右边=显然左边小于右边满足要求。4.2 级围岩段衬砌设计（直墙拱形）（为了更好的理解直墙拱形和曲墙拱形的计算特点和优缺点，特意在此选择级围岩做直墙拱形计算，作为一个大体上的对照，但在整个隧道中仍然全部采用曲墙拱形模式。）4.2.1 支护参数根据规范规定，级围岩段初期支护选择为15cm厚c20喷射混凝土，拱、墙铺设钢筋网，间距25cm25cm；墙拱部、侧墙均设置20mnsi22普通水泥砂浆锚杆，间距100cm100cm，拱、墙设置钢拱架，钢拱架采用hw125cm125mm，间距1.2m；防水层为1.2mm厚eva防水卷材，450g/无纺布；二次衬砌为40cm厚c25钢筋混凝土；预留变形8cm。4.2.2 衬砌内力计算1 支护参数（1）设计基本资料结构断面图如图4.3.1示。a.岩体特性岩体为级围岩。隧道埋深为深埋；计算摩擦角，岩体重度，围岩的弹性反力系数，基底围岩弹性反力系数。b.衬砌材料采用c25钢筋混凝土，重度，弹性模量。钢筋混凝土衬砌轴心抗压强度标准值，钢筋混凝土轴心抗拉强度标准值。c.结构尺寸净宽d=10.7m，净高h=10.0m，拱顶厚度0.35m，拱脚及边墙厚度0.55m（2）结构计算 （单位m）由三角函数表得：则有：2 计算主动荷载（1）围岩压力：洞室采用光面爆破开挖，平均超挖值取0.10m 毛洞跨度 围岩垂直压力为 围岩水平均布压力取为0.2q，即 （2）超挖回填层重:按拱部平均超挖0.10m计算，有 （3）衬砌拱圈自重（近似取平均厚度的自重）有 综合以上各项，则作用在衬砌上的主动荷载，有垂直均布荷载 以及水平均布荷载： 3 衬砌内力分析（1）基本结构的单位变位1） 基本结构拱脚刚性固定时拱圈的单位变位 系数查表得: 2）墙顶单位变位 边墙弹性特征值计算，取衬砌宽度b=1m，则 边墙换算高度 可见，衬砌边墙属于弹性地基长梁，墙顶的单位变位按下式计算，有 3） 基本结构的单位变位，有 （2）基本结构的载变位 1）主动荷载的载变位 1.1基本结构拱脚刚性固定时拱圈的载变位： 查表有： 同时利用单位变位的有关系数得： 1.2边墙墙顶的载变位：作用于边墙上的荷载，有水平均布荷载e及拱圈传来的力矩。竖向力和水平力： 由水平均布荷载引起墙顶变位为： 基本结构墙顶的载变位： 1.3主动荷载时基本结构的载变位，有 2）拱圈弹性抗力的载变位2.1基本结构拱脚刚性固定时拱圈弹性抗力的载变位： 查表得： 其余参数同前，有： =0 =02.2墙顶的载变位：这时墙顶的载变位仅由拱圈提供，查表有 得： 拱圈弹性抗力作用下基本结构墙顶的载变位： 2.3拱圈弹性抗力时基本结构变位 3）基本结构的总载变位将前两类载变位相加即有 3 求拱顶切开处的多余未知力及拱脚弹性抗力值将已求得的基本结构单位变位及总载变位代入，得： （1）计算拱脚弹性抗力值 将已求得的，代入后，有 解之得： （2）计算拱顶切开处多余未知力得 在以下的计算中，不考虑拱圈的弹性抗力4衬砌截面内力 （1）拱圈截面内力 1）拱顶内力 2）弯矩截面位置：因为无意义。则弯矩零点截面与竖直线夹角为：3)弯矩极值截面及其内力：这时的。因此弯矩的极值截面只有一处。4）拱脚截面内力有(2) 截面内力不考虑的影响 表4.2.1边墙截面内力计算表（一）x00.71.42.12.83.54.297表4.2.1边墙截面内力计算表（二）4 截面强度及其基底校核 直墙轴力和弯矩都比较大的截面处： 所以（取1）符合要求。 5 内力图4.3 、级围岩段衬砌设计根据公路隧道设计规范（jtg d70-2004）规定，由于岩土体介质通常具有明显的不确定特征，岩土工程问题分析中经验长起主导作用，规范中规定级围岩中复合衬砌的初期支护主要按工程类比法设计，即参照已往工程实例确定支护参数。经验表明，级围岩具有较强的自支撑能力，对其施作薄层喷射混凝土和少量锚杆后即可保持稳定，因而不必计算；、级围岩则在根据经验选定支护参数后仍需进行检验计算。所以，、级围岩段衬砌在选定支护参数后，只需要进行构造配筋即可。4.3.1 支护参数根据规范规定，级围岩段初期支护选择为8cm厚c20喷射混凝土，局部设置锚杆；防水层为1.2mm厚eva防水卷材，45