毕业设计-高速公路隧道设计

本科毕业论文（设计）题目高速公路隧道设计2012年6月摘要改革开放以后，国民经济蓬勃发展，公路客货运输量大幅度增长，现有公路通行能力不足的矛盾日益突出，迫切需要提高公路等级和技术标准，高速公路将成为中国公路建设的主流。然而公路隧道所需要的技术经济条件远高于铁路隧道和其他隧道工程，因此，对公路隧道设计理念、设计方法和施工方法的探索和研究是十分必要的。由于公路等级提高对线型和坡度的要求，高速公路越岭必然要求越来越多的采用隧道方案，这既能克服地形和高程障碍，改善线路，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏，保护生态环境；又可有效防止落石、塌方、雪崩和崩塌等自然条件，提高了行车的安全性、可靠性和舒适度，同时又能和当地环境相协调及保全自然景观。因此，从经济效益、生态效益和国际大趋势来看，安全、经济、合理、美观的公路隧道研究迫在眉睫。本设计课题为高速公路隧道，重点研究隧道内轮廓的确定，隧道洞门的设计，二次衬砌的设计和新奥法施工。石峡2号隧道为分离式单向行驶两车道隧道，左线全长218M，围岩的基本情况为级围岩长160M；级围岩长58M。右线全长219M，围岩的基本情况为级围岩长150M；级围岩长69M。隧道洞门设计成端墙式洞门；隧道采用新奥法施工，隧道衬砌采用复合式衬砌；隧道开挖、级围岩使用台阶分部开挖法，采用钻爆法开挖；隧道的辅助施工方法有超前小导管注浆和超前锚杆；隧道通风方式为自然通风。隧道经过多次计算和验算后，洞门、衬砌和通风合格，可以正常施工。关键词公路隧道；新奥法；复合式衬砌；通风；结构内力ABSTRACTAFTERTHEREFORMANDOPENINGUPPOLICY,THENATIONALECONOMYISBOOMING,HIGHWAYPASSENGERCARGOTRAFFICVOLUMEINCREASESSUBSTANTIALLY,THEEXISTINGHIGHWAYCAPACITYMANUALINSUFFICIENTCONTRADICTIONHAVEBECOMEINCREASINGLYPROMINENT,THEURGENTNEEDTOIMPROVEROADLEVELANDTECHNICALSTANDARD,THEHIGHWAYWILLBECOMETHEMAINSTREAMOFTHEROADCONSTRUCTIONINCHINAHOWEVER,HIGHWAYTUNNELOFTECHNICALANDECONOMICCONDITIONSNEEDEDTHANRAILWAYTUNNELANDOTHERTUNNELPROJECTOFHIGHWAYTUNNELTHEREFORE,DESIGNCONCEPT,DESIGNMETHODANDCONSTRUCTIONMETHODOFEXPLORATIONANDRESEARCHISVERYNECESSARYBECAUSEOFLINEARANDHIGHWAYRATINGBYTHEREQUIREMENT,HIGHWAYSLOPESERVANTSANDINEVITABLEREQUIREMENTAREUSINGTUNNELSCHEME,WHICHNOTONLYCANOVERCOMETHETERRAINANDELEVATIONOBSTACLES,IMPROVELINES,IMPROVESPEEDANDSHORTENMILEAGE,SAVEFUEL,SAVETIME,REDUCETHEDAMAGETOVEGETATION,PROTECTTHEECOLOGICALENVIRONMENTCANEFFECTIVELYPREVENTROCKFALLS,LANDSLIDE,COLLAPSEAVALANCHESANDNATURALCONDITIONS,ENHANCESTHEPARAMETERSOFSAFETY,RELIABILITYANDCOMFORTATTHESAMETIME,ANDLOCALENVIRONMENTALPHOTOGRAPHCOORDINATIONLEVELSECURITYTHENATURALLANDSCAPETHEREFORE,FROMTHEECONOMICBENEFIT,ECOLOGICALBENEFITANDINTERNATIONALBIGTREND,SAFE,ECONOMICANDREASONABLE,THEARTISTICRESEARCHOFHIGHWAYTUNNELISIMMINENTTHISDESIGNTASKISHIGHWAYTUNNELTHEKEYOFTHERESEARCHARETHETUNNELPROFILE,THEDESIGNOFTHETUNNELVENTILATIONDETERMINED,THESECONDLININGDESIGNANDNEWAUSTRIANTUNNELINGMETHODTHELANEOFTHETUNNELSHIXIA2SEPARATEONEWAYTRAFFICFORTHETWOLANETUNNEL,ATOTALLENGTHOFTHELEFTHANDLANEIS218M,THEBASICSITUATIONOFTHESURROUNDINGROCKTHELENGTHOFGRADEROCKIS160MTHELENGTHOFGRADEROCKIS58MATOTALLENGTHOFTHERIGHTHANDLANEIS219M,THEBASICSITUATIONOFTHESURROUNDINGROCKTHELENGTHOFGRADEROCKIS150MTHELENGTHOFGRADEROCKIS69MPORTALDESIGNEDWINGOFTHETUNNELWALLPORTALTUNNELNATMCONSTRUCTION,TUNNELLININGUSINGCMPOSITELINING,GRADELEVELDIVISIONSSURROUNDINGTHEUSEOFOPENDIGGINGMETHOD,USINGDRILLANDBLASTEXCAVATIONMETHODTUNNELCONSTRUCTIONMETHODSOFSUPPORTINGSMALLCATHETERADVANCEDANDAHEADOFGROUTINGBOLTTUNNELVENTILATIONFORNATURALVENTILATIONAFTERSEVERALROUNDSOFTHETUNNELAFTERTHECALCULATIONANDCHECKING,PORTAL,LINING,LIGHTINGANDVENTILATIONQUALIFIEDTONORMALCONSTRUCTIONKEYWORDSHIGHWAYTUNNELNEWAUSTRIANTUNNELINGMETHODCOMPOSITELININGVENTILATIONINTERNALFORCES目录第一章工程概况1第一节隧道概况1第二节地形地貌1第三节工程地质条件1第四节水文地质条件1第五节不良地质现象2第六节地震及区域稳定性2第七节围岩分级2第八节设计参数取值3第九节工程地质评价与建议3第二章设计要求4第一节主要技术标准4第二节设计规范5第三章洞口及洞门设计6第一节一般规定6第二节洞口工程6第三节洞门工程6第四节洞门构造要求7第五节洞门尺寸拟定8第六节洞门计算8第四章衬砌内力计算16第一节级围岩衬砌设计16第二节级围岩衬砌设计28第五章辅助工程设计38第一节超前锚杆38第二节超前小导管注浆38第六章施工方法41第一节施工方案影响因素41第二节新奥法施工方案比选41第三节凿岩爆破设计43第四节隧道通风设计49第五节隧道防水与排水51第六节现场监控量测53结论55致谢56参考文献57附录石峡2号公路隧道设计图纸58第一章工程概况第一节隧道概况拟建隧道位于黔江市城西办事处，距黔江市区约05KM。距319国道约200M，隧道附近无高压线。隧道进出口均位于冲沟斜坡上，进口交通较方便，洞身及出口交通不方便。隧道为双向行驶的公路隧道，设计为分离式隧道，单洞设计为10255M，两洞相距7571M，左幅起止桩号为ZK04618ZK04836，长218M，进口设计隧道路面高程6773M，出口设计隧道路面高程6779M；右幅起止桩号YK04642YK04861，全长219M，进口设计隧道路面高程6765M，出口设计隧道路面高程6769M，左线洞身最大埋深475M，右线洞身最大埋深459M，设计隧道路面高程67656776M，轴线方向28，隧道纵坡15。第二节地形地貌处于构造剥蚀侵蚀低山岭脊与冲沟相间区，为越岭隧道段。地表林木覆盖，植被茂密。线路沿线山体冲沟发育，多为V字形，沟底狭窄，切深3050M，两侧斜坡较陡，坡度3050，相对高差约70150M，小冲沟数量较多，切割浅，均为干沟。隧道所穿越地面最大高程732M，洞身最大埋深475M。进口段位于一走向150的V形冲沟左侧斜坡坡脚近沟底处，斜坡坡向240。斜坡呈凸线形，斜坡下陡上缓，坡度3050，冲沟切深2040M，沟底及斜坡基岩出露，岩层走向与洞轴线走向基本一致，岩层倾角平缓，坡体植被茂密，多为杂草及灌木。出口段位于一走向130的V形冲沟左侧斜坡坡脚近沟底处，斜坡坡向25。斜坡呈凸线形，斜坡下陡上缓，坡度3055，冲沟切深2030M，沟底及斜坡基岩出露。坡体植被茂密，多为杂草及灌木。第三节工程地质条件隧址区出露地层为志留系中统罗惹坪组第一段页岩夹少量粉砂岩页岩灰绿色，泥质胶结为主，少量硅质，单层厚度12CM。局部夹少量粉砂岩。强风化页岩夹粉砂岩该层主要分布在隧道进口段上方，工程性质差。其弹性纵波速为8951030M/S。中风化页岩夹粉砂岩该层为隧道的主要围岩，分布于隧道进口至洞身段，裂隙较发育稍发育，岩体较破碎较完整，属较软岩，作为围岩地层，开挖后易产生拱顶松动，掉块现象。工程地质性质相对较好，其弹性纵波速为29583866M/S。第四节水文地质条件隧道区内地表水系不发育，无常年性地表水体，地表水主要为大气降水形成的地表径流，主要通过大气蒸发及地表径流排泄，部分沿裂隙面下渗。隧道进、出口位于山体斜坡位置，应注意暴雨期间地表面流水对洞口的冲刷破坏作用，宜采取截流、疏排等措施。隧道进出口斜坡坡脚为一冲沟，勘察期间河水流量约05L/S。区内地下水类型为基岩风化裂隙水，主要接受大气降水补给，受地形及补给条件限制，地下水贫乏。隧址区地层为志留系中统罗惹坪组页岩，除透镜状的粉砂岩为相对透水层外，其余均为相对隔水层，地下水主要为基岩裂隙空隙水，主要接受隧址区及隧道洞身段地表大气降雨的补给。大气降水主要沿地表排泄出隧址区，小部分下渗成地下水。在隧道区冲沟内，则分布有少量松散岩类孔隙水。据地面调查及探访，在隧址区中无自然泉点出露，水文地质条件较简单。第五节不良地质现象根据地质调查，本区无大的不良地质。拟建路线广泛出露志留系页岩夹砂岩。受区域环境地质制约，路线区岩石风化类型主要为层状风化。层状风化在区内具有从地表深部逐渐由全风化（残积土）强风化中风化微风化随深度变化的规律。强风化岩体强度低，松散，易导致开挖路段边坡失稳。工作区内岩体强风化带厚度一般在315M。根据路线沿线公路、房屋等建筑开挖情况调查，页岩段强风化层较厚，风化层节理裂隙极为发育，在开挖面遇雨后便有碎屑散落、遇水软化导致坡体强风化带内浅层岩体顺构造裂隙滑塌。进出口边坡主要为岩质边坡，边坡坡度较陡，靠近冲沟、河谷段多为陡崖，崖高1030M，出露岩性主要为志留系页岩，岩体裂隙发育，在表层岩体裂隙极发育。第六节地震及区域稳定性根据中国地震动峰值加速度区划图GB183002001图A及中国地震动反应谱特征周期区划图GB183002001图B，路线区地震动峰值加速度为005G，对应的地震基本烈度度，反应谱特征周期为035S，其抗震设计建议按公路工程抗震设计规范JTJ00489执行。第七节围岩分级本隧道围岩分级采用钻孔和围岩弹性纵波速相结合的办法，在隧道进出口段，以钻孔提供的BQBQ值为标准进行分级，在隧道洞身处没有钻孔资料，采用声波测井、震探和岩性提供的围岩弹性纵波速对围岩进行分级。结合岩体中结构面发育程度综合确定KV值，从而定性划分围岩级别。围岩分级见表11。表11围岩分级表围岩分布里程长度（M）单轴饱和抗压强度RC（MPA）岩体纵波声速（M/S）岩体完整性系数KV围岩基本质量指标BQ围岩基本质量指标修正值BQ围岩分级ZK04618ZK046432513188005526685M时，I01由式（42）可得宽度影响系数为，51由式（41）可得围岩竖向压力为（考虑一衬后围岩释放变形取折减系数04）341/8702450KNQS（2）计算衬砌自重（42/HNDG3）其中衬砌自重；G拱顶衬砌厚度；0D拱脚衬砌厚度；N材料容重，；H3/2MKNH则由式（43）可得衬砌自重为30/510450/KNDGN建议级围岩衬砌承受6080围岩压力，为安全储备这里取，即为70Q3/826MKN1）全部垂直荷载3/283826MGQ2）围岩水平均布压力491740KE3衬砌几何要素（1）衬砌几何尺寸内轮廓线半径MRR9,4521内径所画圆曲线的终点线截面与竖直轴的夹角2,R60814,021拱顶截面厚度，拱底截面厚度D0DN45（2）半拱轴线长度S及分段轴长S半拱轴线长度为RRS9618/614/2将半拱轴线长度等分为8段，则分段轴长S为MEH8604505/37/98（3）各分块截面中心几何要素各分块截面与竖直轴的夹角及截面中心点的坐标可由内力计算图示（图41）直接量得，具体数值见单位位移计算表（表41）。4计算位移单位位移计算见表41。（1）单位位移（4IESH/1/14）（4Y25）（4ISH/26）由式（44），（45），（46）可得单位位移值682216810291430654/782/1/IYESHH计算精度校核622119/8IHS闭合差056图41内力计算图示表41单位位移计算表截面SINCOXYD1/IY/IY2/I1Y2/I000000010000000004513168000000131681139202409713501604513168215835417842227840460882640650451316886385667361133417606607437614304513168189102715578144455680820564672460451316832474800811581975696009303452936804513168485531790152892906835209901156250104513168660543313284766057950709900853963704513168839775355217166438104600960255177710451316810155778320999949210534936321419423282785498其中I截面惯性矩，。01B,2/3取DI（2）载位移主动荷载在基本结构中引起的位移1）每一块的作用力（竖向力Q、水平力E，自重力G），主动荷载作用力如图42所示，可分别由下面各式求得（4IIQ7）（4IIEHE8）（42/1HIIISDG9）其中衬砌外缘相邻两截面间的水平投影长度IB衬砌外缘相邻两截面间的竖直投影长度H接缝I的衬砌截面厚度ID将由式（47），（48），（49）求得的各个分块作用力列于表42。2）外荷载在基本结构中产生的内力块上各集中力对下一接缝的力臂可由图41直接量得，分别记为。EGQA,图42单元主动荷载内力可按下式计算弯矩（4EGQIIPIIPEAGQEYGQXM110,110）轴力（4IIIPNCOSSN011）式中相邻两接缝中心点的坐标值IYX,且（41I12）（4II13）将由式（412），（413）计算所得的与列于表44中。IXIY将由式（410），（411）计算所得外荷载在结构中产生的弯矩MIP0和轴力NIP0的值列于表44，表45。表42载位移MIP0计算表1截面号BHQEGAQ00000000000000011350161068351613650672128049101091549136506431120788857245613650564090103712532431365045506212249443845136503160321322535418513650167022136174742861365011801330420413650表43载位移MIP0计算表2截面号AGAEQAQGAGEAE1IGQ1IE0000000000000000107100872439710420000002067024649091838112049516305903949778099572352320654047051322064416703374545225033061155245523454223577656018066408247277948545116117011068194151291452445157968012066016328085555820082表44载位移MIP0计算表3截面号XYXY1IGQX1IEY0IPM0000000000000000011350161350160082572264065128049154702543177233761431120782646316116659344672460901033053946571073265529368062122265249482147686656250103213215631154311821837539637022136116422149919529985177710221331250026810212254表45载位移NIP0计算表截面号SINCOSIGQIE0IPN000000010000000001139202409712049516239022784046088235232065915934176066074337454522191014556808205642235776530506续表表45载位移NIP0计算表5696009303448545116114144668352099011524451579650345795070990085555820082571038104600960255555824286599003）主动荷载位移主动荷载位移计算见表46。表46主动荷载位移计算表截面号MIP01/IY/I1YMIP0/IMIP0Y/IMIP01Y/I00131680001000001825713168215811610874581782631265801223177213168863816541840642744756692881136659313168189102438769432125929362136233741073261316832474346141334523485318548986545514768613168485534681944837871706325911545526182183131686605460123991198120340035144331050719529913168839777372571843116400682918972486982122541316810155787127951092215559219243509917125283508621981550747263885（4IMESIPHP/0114）（4YI215）其中MESH810645/外荷载在结构中产生的弯矩；0IPM截面惯性矩；I则由式（414），（415）可得到主动荷载位移为680211043289506219045/36IYESIPHPI计算精度校核6021743/1937IMIPHSP闭合差0（3）载位移单位弹性抗力及相应摩擦力引起的位移1）各接缝处的抗力强度按假定拱部弹性抗力的上零点位于与垂直轴接近45的第3截面，则7643B最大抗力位于第5截面，则。6095H拱部各截面抗力强度，按镰刀形分布，最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算（4COS/COS2222HBIBHI16）则由式（416）可得H543,80,边墙截面弹性抗力计算公式为（4/12IY17）其中所求抗力截面与外轮廓线交点到最大抗力截面的垂直距离IY墙底外边缘C到最大抗力截面的垂直距离H有MYM084,72,316则由式（417）可得0,56,876HH2）各块上抗力集中力RI按下式近似计算418/21外SIII式中S外楔块I外缘长度RI的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心。由式（418）计算所得各块上抗力集中力RI的值列于表47。3）抗力集中力与摩擦力之合力RI按下式近似计算（421II19）其中围岩与衬砌间摩擦系数，取02则由式（419）可得抗力集中力与摩擦力之合力RI10198RI，则RI的值列于表47，其方向与抗力集中力的夹角为ARCTAN11201。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移方向相反，其方向朝上。RI的作用点即为RI与衬砌外缘的交点。将RI的方向线延长，使之交于垂直轴，量取夹角，的值见表47，K将分解为水平与竖直两个分力I（4KIHRSN20）（4IVCO21）弹性抗力及摩擦力计算见表47。表47弹性抗力及摩擦力计算表截面号HI2/1IHS外RKKSINKCHHRVHI30000001420000000100000405602814204162180880460360190405100078142113757409602411002711160880941421368838099002136003134705507214210499040980151030161028000027142040107340950290380120394）计算单位抗力图及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力弯矩（4KIIRRM022）轴力（4HIVIIRNCOSSN23）其中力RI至接缝中心点K的力臂。KIR由式（422），（423）计算所得单位抗力及相应摩擦力产生的弯矩MI0和轴力NI0的值列于表48，表49。表48MI0计算表截面R4IR4R4IR5IR5R5IR6IR6R6IR7IR7R7IR8IR8R8IMI0H40510210211519808106107015196327134207235079109478674661913463942172960840889671858724145852035748822323309803915598表49NI0计算表截面号SINCOSRVHRHHSINRVHCOSRHHNI0H45568082056019036015020004569600930340471460440500066835209901105028305003101879507099008034386034033068810460096025022424021106128（5）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算见表410。（4IMESIH/0124）（4YOI225）其中M0/I，YM0/I的值可由表410得到，则由式（424），（425）可的单位抗力及相应摩擦力产生的载位移为68021103529702710645/416IYMESIHI校核6019/7941IIHS闭合差0表410单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算表截面号MI0（H）1/IY/I1YMI0/I（H）YMI0/I（H）1YMI0/I（H）4021131683247434627786852963051511316848553468200037375293755647813168660546016302531613537916079671316883977737127354812141939494815591316810155787120540515840891789491418567279297032115325墙底（弹性地基上的刚性梁）位移（1）单位弯矩作用下的转角（4/18KI26）其中K弹性抗力系数，级围岩中K018106KN/M。则由式（426）可得单位弯矩作用下的转角为68105973018/673/KI（2）主动荷载作用下的转角（481PPM27）则由式（427）可得主动荷载作用下的转角为66081103492047105973PPM（3）单位抗力及相应摩擦力作用下的转角（408128）则由式（428）可得单位抗力及相应摩擦力作用下的转角为6608143591059736解力法方程衬砌矢高MYF2计算力法方程的系数（411A29）（42F30）（4131）（4HPA1032）（4FF2233）其中单位位移；21,主动荷载位移；P单位抗力及相应摩擦力产生的载位移；21,衬砌矢高；F单位弯矩作用下的转角；主动荷载作用下的转角；P单位抗力及相应摩擦力作用下的转角；则由式（429）（433）可得到力法方程的各个系数为622011662622116661034890214510358790778108934HHPFFAFA以上将单位抗力图及相应摩擦力产生的位移乘以H倍，即被动荷载的载位移。求解方程（4/1210201AAX34）（4235）将系数带入（434），（435）计算可得HAAX5123824/907121201021其中HPHPX51238497217计算主动荷载和被动荷载（H1）分别产生的衬砌内力（4021IPPMYX36）（4COSIN37）（4021IY38）（4COSIX39）由式（421）计算所得各截面在主动荷载和被动荷载（H1）作用下分别产生的衬砌内力MP，M，NP，N的值列于表411，表412。表411主、被动荷载作用下衬砌弯矩计算表截面号MIP0X1PYX2PYMPMI0HX1HYX2HMIH0031791000031791038303831825731791016384627379038304134223177231791065153851540303831642183665933179114333679112203833600224107326317912465783717698021383619214514768631791368864742942115138392639061821833179150111764432748478383126039771952993179163714956413943967383160125182122543179177118087541215593831937006表412主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表截面号NIP0COSX2PCOSNPNI0HX2COSHNH0010023453234530251251123900972277325163024324329159088207332989202222223191010741749636597018718743050605613227437340041411375414460348161496080060870806503450112650529960180280467571030082063550390680220468599000255910539901280630658计算最大抗力值最大抗力位移修正计算见表413。先求出最大抗力方向内的位移由（4/IMYESPHHP40）（4/IPHH41）并考虑接缝5的径向位移与水平方向有一定偏离，因此将其修正如下（4/SIN55IYESPIPH42）（4/I55IMIH43）其中/5IMYPI，/5IYI的值可由表413得到。表413最大抗力位移修正计算表截面号MP/IM/IYIY5YIY5YIMP/IY5YIM/I041864615050103681543548318620013605524450760163521270226115880422028480287990653036148323872923147792298914322533268067284233059628286246122284565834537538743895145036800031107729404488故由式（442），（443）可得到最大抗力方向内的位移值5810678409310649231HP则可得到最大抗力4/HHPK9计算衬砌总内力衬砌总内力计算见表414。按下式进行计算（4MHP44）（4N45）将由式（444），（445）计算所得的衬砌结构各截面的弯矩M和轴力N的值列于表414。表414衬砌总内力计算表截面号MPMMM/IMY/INPNN0317912859731934205420234531873142185127379255251854244174400262516318187433512154031630890411912478145298921655446446311221692281537069853232436597139665056441769816017168022128654569443734102165395052942129134286377671392504960860105561863274829671307640517420323585299634975649371394316739279563151840272015503934458484841244703445693524053990487685886713761270421210检验截面强度检验几个控制截面（4NME46）（4D5147）（4NBRKA极限48）其中偏心距；E截面I的弯矩；M截面I的轴力；N轴心力的偏心影响系数；截面宽度（通常取1M）；B混凝土或石砌体的抗压极限强度；AR混凝土或石砌结构强度安全系数；K（1）截面0由式（446）可得截面0的偏心距为MDNME92760由式（447）可得截面0的轴心力偏心影响系数为74515由式（448）可得截面0处混凝土结构强度安全系数为021458742/10593满足极限NBDRKA（2）截面1由式（446）可得截面1处的偏心距为MDME024301由式（447）可得截面1处的轴心力偏心影响系数为8575由式（448）可得截面1处混凝土结构强度安全系数为02916543/1090满足极限NBDRKA（3）截面7由式（446）可得截面7处的偏心距为ME208由式（447）可得截面7处的轴心力偏心影响系数为2045815D由式（448）可得截面7出混凝土结构强度安全系数为02631845/104593满足极限NBRKA（4）墙底（截面8）偏心检查由式（446）可得截面8处的偏心距为0756/0可MDE其它各截面偏心均小于045D。综上，验算满足强度要求。11内力图将内力计算结果按比例尺绘制弯矩图M及轴力图N，如图43所示图43级围岩内力结构图第二节级围岩衬砌设计421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8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HW125MM125MM，间距ML0312M；防水层为12MM厚EVA防水卷材，450G/无纺布；二次衬砌为35CM厚C25钢筋混凝土；预留变形8CM。级围岩衬砌见附图4。422衬砌内力计算1设计基本资料公路等级高速公路围岩级别级围岩容重3/2MKN弹性抗力系数/1056衬砌材料C25喷射混凝土材料容重3/H二衬厚度D035M衬砌材料弹性模量GPAEH292荷载确定（1）围岩竖向压力围岩级别，S4；围岩容重，；3/20MKN隧道宽度，。其中008M为一侧平均超挖MB72108254量，035M为二次衬砌厚度。且B5M时，I01则由式（42）可得宽度影响系数为，67215由式（41）可得围岩竖向压力（考虑一衬后围岩释放变形取折减系数04）为331/4250KNQS（2）计算衬砌自重可由式43计算求得，其中D0DN035M，所以衬砌自重为30/05825/1MDGHN建议级围岩衬砌承受6080围岩压力，为安全储备这里取即为7Q3/768MKN1）全部垂直荷载3/146738KNGQ2）围岩水平均布压力0250E3衬砌几何要素（1）衬砌几何尺寸内轮廓线半径MRR9,43521内径所画圆曲线的终点线截面与竖直轴的夹角2,R60814,921拱顶截面厚度，拱底截面厚度D0DN350（2）半拱轴线长度S及分段轴长SRRS871/6814/2将半拱轴线长度等分为8段，则MEH8610410529/3/87（3）各分块截面中心几何要素各分块截面与竖直轴的夹角及截面中心点的坐标可由图41直接量得，具体数值见单位位移计算表（表413）。4计算位移（1）单位位移。单位位移计算见表415。表415单位位移计算表截面SINCOXYD1/IY/IY2/I1Y2/I00000001000000000352798700000027987113920240971350160352798745897523792022784046088264065035279871835912044767513417606607437614303527987401905771316608145568082056467246035279876901717019733622056960930345293680352798710319380484614833683520990115625010352798714038670417710129387950709900853963703527987178477113815152309481046096025517771035279872158411664562124236251887700534028085920054其中I截面惯性矩，。01B,2/3取DI由式（44），（45），（46）可得单位位移值68221681037854021654/79/1/IYESHH计算精度校核3232117/80IHS闭合差5（2）载位移主动荷载在基本结构中引起的位移1）每一块的作用力（竖向力Q、水平力E，自重力G），主动荷载作用力如图42所示，将由式（47），（48），（49）计算所得各个分块的作用力值列于表416。2）外荷载在基本结构中产生的内力块上各集中力对下一接缝的力臂可由图41直接量得，分别记为。EGQA,由式（410），（411）计算所得外荷载在结构中产生的弯矩MIP0和轴力NIP0的值列于表418，表419。表416载位移MIP0计算表1截面号BHQEGAQ000000000000011350166352191109306721280496010575109306431120785266912109305640901034236120510930455062122293914281093031603213215071555109301670221361039159210930118000133015621093000表417载位移MIP0计算表2截面号AGAEQAQGAGEAE1IGQ1IE00000000000010710084306778015002067024385873614174461913059039295964835514557674047051191451662020911168050330619233658712624128856018066242197103230275431470110681151211083328765870801206601311043350097462表418载位移MIP0计算表3截面号XYXY1IGQX1IEY0IPM000000000000000011350161350160051015226406512804995610941949333761431120781636959840426446724609010318924173064134552936806212216479352386297656250103213297485734103254753963702213672987989105264851777102213378779962108262表419载位移NIP0计算表截面号SINCOSIGQIE0IPN000000010000011392024097744619116002278404608814551767611634176066074209111680126734556808205626241288520048569600930343027543142686668352099011328765870320167950709900835009746235526810460096025350099025361633）主动荷载位移主动位移荷载计算见表420。表420主动荷载位移计算表截面号MIP01/IY/I1YMIP0/IMIP0Y/IMIP01Y/I002798700010000015101527987458911614278142341571661976219493279871835916554558663579042903491434042627987401902431131453116247652275621984641342798769017346179497154426395462213713续表表420主动荷载位移计算表586297279871031904682415276989051131113204030610325427987140386601288984471449546101738530617105264279871784777372946108418787326921733442081082622798721584187130300099233674323263974469148960329719878141868838784其中MIP0/I与MIP0Y/I的值可见表420。则由式（414）,（415）可得到主动荷载位移为68021108735417910645/262IYMESIPHPI计算精度校核6021/98IPHSPP闭合差04载位移单位弹性抗力及相应摩擦力引起的位移（1）各接缝处的抗力强度按假定拱部弹性抗力的上零点位于与垂直轴接近45的第3截面，则7643B最大抗力位于第5截面，则6095H拱部各截面抗力强度，按镰刀形分布，则最大抗力值以上各截面抗力强度由式（416）计算可得HH543,80,边墙截面弹性抗力可由式（417）计算求得，有Y61371M,Y72720M,Y84083M则0,6,HH（2）各块上抗力集中力IR各块上抗力集中力RI可由式（418）近似计算，求得RI的值列于表421，RI的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心。（3）抗力集中力与摩擦力之合力I由式（419）可得抗力集中力与摩擦力之合力RI10198RI，则RI的值列于表421，其方向与抗力集中力的夹角为ARCTAN11201。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移方向相反，其方向朝上。RI的作用点即为RI与衬砌外缘的交点。将RI的方向线延长，使之交于垂直轴，量取夹角，将分解为水平与竖KI直两个分力RH和RV。弹性抗力及摩擦力计算见表421。表421弹性抗力及摩擦力计算表截面号HI2/1IHS外HRKKSINKCOHHVHI300000014200000001000004056028142041621808804603601904051000781421137574096024110027111续表表421弹性抗力及摩擦力计算表6088094142136883809900213600313470550721421049904098015103016102800002714204010734095029038012039（4）计算单位抗力图及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力表422MI0计算表截面R4IR4R4IR5IR5R5IR6IR6R6IR7IR7R7IR8IR8R8IMI0H由式（422），（423）计算所得单位抗力及相应摩擦力产生的弯矩M0和轴力N0的值列于表422，表423。表423NI0计算表截面号SINCOSRVHRHHSINRVHCOSRHHNI0H45568082056019036015020004569600930340471460440500066835209901105028305003101879507099008034386034033068810460096025022424021106128（5）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算见表420。由式（424）,（425）可得单位抗力及相应摩擦力产生的载位移，其中M0/I，YM0/I的值可由表424得到，表424单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算表截面号MI0（H）1/IY/I1YMI0/I（H）YMI0/I（H）1YMI0/I（H）4021279876901734659051456220468515127987103195468425131567461992596478279871403866011339496718888058377967279871784777372706691726055199672581559279872158418714365523366689380324288958959359436825533则单位抗力及相应摩擦力产生的载位移为6802110952734