XXX公路隧道设计 毕业设计计算书.doc

i 目 录 摘 要 .1 第一章 工程 概况 .3 1.1 隧道位置 .3 1.2 隧道工程地质概况 .3 1.3 设计标准及遵循规范 .4 1.3.1 设计标准 .4 1.3.2 遵循规范 .4 第二章 隧道整 体设计 .5 2.1 一般规定与设计原则 .5 2.1.1 一般规定 .5 2.1.2 设计原则 .5 2.2 隧道横断面设计原则 .5 2.3 隧道建筑界限 .6 2.4 隧道衬砌内轮廓设计 .7 2.5 隧道紧急停车带设计 .7 第三章 公路隧道通风设计 .9 3.1 隧道通风要求 .9 3.2 隧道内污染空气的稀释标准 .9 3.3 需风量计算 10 3.4 通风计算 11 3.5 隧道通风方式和风机的选择 13 第四章 洞门 设计 14 4.1 洞口地质条件 14 4.2 洞门的设计方案 14 4.2.1 洞门形式的选择 14 4.2.2 洞门构造要求 14 4.3 洞门结构设计计算 14 xxx 公路隧道设计 ii 4.3.1 洞门类型选择 14 4.3.2 洞门稳定性及强度检算 15 第五章 隧道洞身初期 支护 设计 19 5.1 支护形式的选择及参数确定 19 5.2 、级围岩的初期支护设计 19 5.2.1 级围岩隧道的宽度 b 与高度 h 确定 19 5.2.2 、级围岩的初期支护设计 19 5.2.3 初期支护设计相关参数 26 第六章 二衬设计计算 28 6.1 隧道围岩压力计算 28 6.1.1 围岩压力计算的一般规定 28 6.1.2 级围岩荷载计算 28 6.1.3 级围岩荷载计算 29 6.2 埋置深度计算 30 6.2.1 级围岩埋置深度计算 30 6.2.2 级围岩埋置深度计算 31 6.3 内力计算结果 31 6.3.1 基本原理 31 6.3.2 ansys 计算的内力结果 32 6.4 配筋及安全评估 39 6.4.1 级围岩配筋及安全评估 39 6.4.2 级围岩配筋及安全评估 50 6.5 二次衬砌相关参数 53 第七章 施工组织设 计 54 7.1 概述 54 7.2 施工准备 54 7.3 辅助施工方法 55 7.3.1 超前锚杆 55 7.3.2 超前小导管注浆 55 iii 7.4 施工设计 57 7.4.1 总体方案和部署 57 7.4.2 洞口施工 58 7.4.3 隧道内施工 58 7.5 施工注意事项 69 7.5.1 质量保证措施 69 7.5.2 保证施工工艺主要措施措施 70 7.5.3 保证工期的主要措施 71 第八章 隧道施工 监控和量测 73 8.1 监控量测的目的 73 8.2 监控量测的内容及量测方法 73 8.3 监控量测设计 74 8.3.1 洞内观察 74 8.3.2 周边相对位移和拱顶沉降 74 8.3.3 地表沉降量测 76 8.3.4 围岩压力量测 76 8.4 监控量测数据处理 76 8.4.1 地质预报 76 8.4.2 周边位移分析 77 8.4.3 拱顶沉降分析 79 8.4.4 地表沉降分析 79 8.5 量测管理 80 结 论 81 参考文献 82 致 谢 83 附 件 84 - 1 - xxx 公路隧道设计 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级保全自然 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，隧道通风的设计， 二次衬砌的设计和新奥法施工。 该高速公路隧道为分离式单向行驶两车道隧道，左线全长 298m，围岩的基本 情况为：级围岩长 155m；级围岩长 90m；级围岩长 53m。 隧道洞门设计成翼墙式洞门；隧道采用新奥法施工，隧道衬砌采用复合式衬砌； 隧道开挖、级围岩使用全断面开挖法，级围岩使用长台阶分部开挖法，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；隧道通风方式主 要为自然通风，兼有机械通风。 隧道经过多次计算和验算后，洞门、衬砌和通风等均满足要求，可以正常施工。 关键词：隧道；通风；复合式衬砌；新奥法 xxx 公路隧道设计 - 2 - xxx highway tunnel design abstract after the reform and opening-up policy, the national economy is booming, highway passenger-cargo traffic volume increase substantially, the existing highway capacity manual insufficient contradiction have become increasingly prominent, the urgent need to improve road level and technical standard, the highway will become the mainstream of road construction in china. however highway tunnel of technical and economic conditions needed than railway tunnel and other tunnel project of highway tunnel, therefore, design concept, design method and construction method of exploration and research is very necessary. because of linear and highway rating by the requirement, highway slope servants and inevitable requirement more and more using tunnel scheme, which not only can overcome the terrain and elevation obstacles, improve lines, improve speed and shorten mileage, save fuel, save time, reduce the damage to vegetation, protect the ecological environment; can effectively prevent rockfalls, landslide, collapse avalanches and natural conditions, enhances the parameters of safety, reliability and comfort at the same time, and local environmental photograph coordination level security the natural landscape. therefore, from the economic benefit, ecological benefit and international big trend, safe, economic and reasonable, the artistic research of highway tunnel is imminent. this design task for highway tunnel, the key research tunnel profile, the design of the tunnel ventilation determined, the second lining design and new austrian tunneling method. this highway tunnel for separate one-way road two-lane tunnel, stretches of the left line, the basic situation of 298m surrounding rock level for: long 155m; zhangguihuanong 90m surrounding level 53m surrounding long. tunnel dongmen designed to wing wall type dongmen; tunnel adopted new austrian tunneling method using composite linings, tunnel lining; , level of tunnel excavation surrounding the excavation method, use whole section rock level use long steps excavation method, using division drill-blasting method of excavation; tunnel construction methods have advanced auxiliary small catheter and leading bolt grouting; tunnel ventilation mode mainly for natural ventilation, with mechanical ventilation. tunnel after many calculation and checking, dongmen, lining and ventilation, etc, can normal construction requirements. - 3 - key words: tunnel; ventilation; composite linings; new arcane 第一章 工程概况 1.1 隧道位置 xxx 公路隧道位于 xx 省 xx 县 xx 村，是 xx 高速公路 xx 至 xx 段的一条分离式短隧 道。综合各种因素考虑，隧道左线的起止桩号为: k26+260k26+558，全长 298m；隧 道右线的起止桩号为：yk26+292yk26+558。隧道纵坡整体为一单坡，坡度为-1.8%。 1.2 隧道工程地质概况 该隧道洞口（进口）围岩级别为级，岩性为强风化下带弱风化玄武岩为主， 岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。隧道洞口（出口）隧道围岩级别为级 岩性为强风化下带弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。 隧道 k26+295k26+349 段围岩级别为级，岩性为弱风化玄武岩，属硬质岩，岩石柱 状节理较发育，裂隙块状结构镶嵌碎裂结构，节理裂隙面结合一般，岩质硬坚硬， 较完整。k26+504k26+540 段围岩级别为级，岩性为弱风化玄武岩，属硬质岩，岩 石柱状节理较发育，裂隙块状结构镶嵌碎裂结构，节理裂隙面结合一般，岩质硬 坚硬，较完整。k26+349k26+504 段围岩级别为级，岩性为弱风化、微风化玄武岩， 属硬质岩，岩石柱状节理不发育，块状整体结构岩体，较完整。 表 1-1 各类围岩主要物理力学指标表 围岩级别 力学指标 备 注 密度 (10 3kg/m3) 2.502.60 2.602.80 2.702.90 弹性抗力系数 k(mpa/m) 400500 10001200 14001600 弹性模量(静态) e(gpa) 8.010.0 15.020.0 25.030.0 泊松比 0.250.20 0.200.15 0.160.12 计算内摩擦角 () 5054 5560 6065 xxx 公路隧道设计 - 4 - 容许承载力 。(kpa) 15002000 26003000 30003500 饱和抗压强度 rb (mpa) 12.020.0 35.060.0 50.080.0 摩擦系数 f(圬工与围岩) 0.45 0.55 0.60 、级围岩 为 表面不光滑时 1.3 设计标准及遵循规范 1.3.1 设计标准 （1）隧道按规定的远期的交通量设计，采用分离式单向行驶两车道隧道（上、下 行分离） 。 （2）隧道设计车速、几何线形与净空按 100km/h 计，隧道照明设计速度按照 100km/h 设计。 1.3.2 遵循规范 （1） 、 公路隧道设计规范 jtgd70-2004 （2） 、 公路隧道通风照明设计规范 jtj026.1-1999； （3） 、 公路工程技术标准 jtj001-97； （4） 、 公路工程抗震设计规范 jtj004-89； （5） 、 锚杆喷射混凝土支护技术规范 gb50086-2001； （6） 、 地下工程防水技术规范 gb50108-2008 （7） 、隧道围岩级别按公路隧道设计规范jtgd70-2004 （8） 、 锚杆喷射混凝土支护技术规范 （gb50086-2001） （9） 、 公路路线设计规范 （jtg d20-2006） （10） 、 混凝土结构设计规范 （gb50010-2002） （11） 、公路工程技术标准s (jtg b01-2003),人民交通出版社, 2003 （12） 、公路隧道设计规范s (jtg d70-2004), 人民交通出版社, 2004 （13） 、 公路隧道施工技术规范 jtgf60-2009 - 5 - xxx 公路隧道设计 - 6 - 第二章 隧道整体设计 2.1 一般规定与设计原则 2.1.1 一般规定 隧道设计应满足公路交通规划的要求，其建筑限界、断面净空、隧道主体结构以 及通风、照明等设施，应按公路工程技术标准(jtg b01-2003)规定的预测交通量 进行设计。当近期交通量不大时，可采取一次设计分期修建。 2.1.2 设计原则 （1）在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上，综合比选隧 道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等，提出推荐方案。 （2）地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向，以避免不良地质地段； 长隧道的位置亦尽可能避开不良地质地段，并与隧道的走向综合考虑；中、短隧道可 服从路线走向。 （3）根据公路等级和设计速度的确定车道数和建筑限界。在满足隧道功能和结构 良好的前提下，确定经济合理的断面内轮廓。 （4）隧道内外平、纵线形应协调，以满足行车的安全、舒适要求。 （5）根据隧道长度、交通量及其构成、交通方向以及环保要求等，选择合理的通 风方式，确定通风、照明、交通监控等要点设施的设置规模。必要时特长隧道应做防 火专项设计。 （6）应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和营运要求，对隧道内外排水 系统、消防结合系统、辅助通道、弃渣处理、管道设施、交通工程措施、环境保护等 作综合考虑。 （7）当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。 2.2 隧道横断面设计原则 隧道横断面设计原则如下所示： （1）隧道限界高度 高速公路、一级公路、二级公路取 5m；三、四级公路取 4.5m。 （2）余宽设置 - 7 - 当设置检修道和人行道时，不设余宽；当不设置检修道或人行道时，应设不小于 25cm 的余宽。 （3）隧道路面横坡 当隧道为单向交通时，应取单面坡，当隧道为双向交通时，可取双面坡，坡度应 根据隧道的长度，平、纵线形等因素综合分析确定，一般可采用 1.5%2.0%。 当路面采用单面坡时，建筑限界底边线应与路面重合；当采用双面坡时，建筑限 界底边线应水平置于路面最高处。 （4）单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路修建。 （5）隧道内轮廓设计 隧道内轮廓设计除了应满足隧道限界的规定外，还应满足洞内路面、排水设施、 装饰的要求，并为通风、照明、消防、监控管理等设施提供安装空间，同时考虑围岩 变形、施工方法影响的预留富裕量，使确定的断面形式及尺寸符合安全经济、合理的 原则。 （6）公路隧道的建筑限界 公路隧道的建筑限界，不仅要提供汽车行驶的空间，还要考虑汽车行驶的安全、 快捷、舒适和防灾，因此要求设计中应充分研究各种车道的与公路设施之间所处的空 间关系，任何部件（包括通风、照明、安全、监控和内装饰等附属设施）均不得侵入 隧道建筑限界之内。 2.3 隧道建筑界限 xxx 公路隧道设计 - 8 - 图 2.1 公路隧道建筑限界（单位：cm） xxx 公路隧道为单向双车道，设计时速为 100km/h，如上图 2.1，根据的有关规定： 隧道建筑限界高度：h=5.0m；检修道高度：h=0.5 m；车道宽度：w=3.752 m；左侧 向宽度： ll=1.0 m；右侧向宽度： m；左顶角宽度：e l=1.0 m；右侧向宽度：1.0rl m；检修道左侧：j=1.0 m；检修道右侧： j=1.0 m；路面坡度：i=1.5%；隧道1.0re 建筑限界净宽：11.50 m。 2.4 隧道衬砌内轮廓设计 根据公路隧道设计规范 （jtg d70-2004）规定，隧道的内轮廓拱部为半径 r1=600cm 的半圆，侧墙也为半径 r1=600cm 圆弧，仰拱圆弧半径 r3=1500cm，仰拱与侧 墙间用一个小半径 r2=100cm 的圆弧连接。两车道的 100km/h 内轮廓图如图 2.2，详图 见设计 a3 图纸 1。 图 2.2 两车道的 100km/h 内轮廓图（有仰拱） 2.5 隧道紧急停车带设计 - 9 - 虽然该隧道属于短隧道，根据公路隧道设计规范（jtg d70-2004） 的规定在隧 道中应可不设置紧急停车带，但为了保险起见，该隧道设置紧急停车带一道。依据 公路隧道设计规范（jtg d70-2004） 的相关规定，该紧急停车带的宽为 3.5m，长为 40m。紧急停车带的内轮廓图如图 2.3，详图见设计图纸 2。 图 2.3 两车道的 100km/h 紧急停车带内轮廓图（有仰拱） xxx 公路隧道设计 - 10 - 第三章 公路隧道通风设计 3.1 隧道通风要求 1、单向交通的隧道设计风速不宜大于 10m/s，特殊情况可取 12m/s；双向交通的 隧道设计风速不应大于 8m/s；人车混合通行的隧道设计风速不应大于 7m/s。 2、风机产生的噪音及隧道中废气的集中排放均应符合环保的有关规定。 3、确定的通风方式在交通条件等发生变化时，应具有较高的稳定性，并便于防灾 时的气流组织。 4、隧道内营运通风的主流方向不应频繁变化。 3.2 隧道内污染空气的稀释标准 1、隧道通风主要应对一氧化碳（co） 、烟雾和异味进行稀释。 2、co 设计浓度 （1）采用全横向通风方式与半横向通风方式时，co 设计浓度可按下表 1 取值；采 用纵向通风方式时，co 设计浓度可按表 1 所列各值提高 50ppm 取值。 表 3.1 co 设计浓度 隧道长度（m） 1000 3000 (ppm)250 200 注：隧道长度为 1000m3000m 时，可按插入法取值。 （2）交通阻滞（隧道内各车道均以怠速行驶，平均车速为 10km/h）时，阻滞段的 平均 co 设计浓度可取 300ppm，经历时间不超过 20min。阻滞段的计算长度不宜大于 1km。 （3）人车混合通行的隧道，长度不宜超过 2000m，其 co 设计浓度应按表 2 取值。 表 3.2 co 设计浓度 隧道长度（m） 1000 2000 (ppm)150 100 注：隧道长度为 1000m2000m 时，可按插入法取值。 3、烟雾设计浓度 （1）采用钠灯光源时，烟雾设计浓度应按表 3 取值；采用荧光灯光源时，烟雾设 - 11 - 计浓度应提高一级。 表 3.3 烟雾设计浓度 k 设计行车速度（km/h） 100 80 60 40 k(m-1) 0.0065 0.0070 0.0075 0.0090 （2）当烟雾浓度达到 0.012m-1时，应按采取交通管制等措施考虑。 （3）隧道内进行养护维修时，应按现场实际烟雾浓度不大于 0.0035 m-1考虑。 3.3 需风量计算 1、一般规定 （1）通风设计中，车辆有害气体的排放量以及与之对应的交通量都应有明确的远 景设计年限，两者应相匹配。计算近期的需风量及交通通风时应采用相应年份的交通 量。 （2）确定需风量时，应对计算行车速度以下各工况车速按 20km/h 为一档分别进 行计算，并考虑交通阻滞状态，取其较大者作为设计需风量。 （3）在双向交通隧道中，上坡较长方向的交通量按设计交通量的 60%进行计算。 2、计算 co 排放量 nmivdacoco fnlffqq16 )(10.3 )0.731.54.2650.1298.04.606 1.329sm/018.5 3、计算稀释 co 所需风量 60)( 1tpqcocoreq65102735.89.218. sm/069.3 4、计算烟雾排放量 xxx 公路隧道设计 - 12 - nmviviivihdviaivi fnlffqq1)()()()(6 (10.3 )5.371.430.654.2098.516.05.2.6 137sm/08.24 5、计算稀释烟雾所需风量 kqviireq065.1784sm/3 3.4 通风计算 1、一般规定 （1）在所设计的通风系统中，风机及交通通风力提供的风压和风量必须满足需风 量的要求。 （2）应根据通风计划，初步计划、技术设计和施工图设计等不同阶段，进行粗略 或详细的通风计算。 （3）在隧道通风计算中可把空气作为不可压缩流体对待；隧道内的空气流可作为 不随时间变化的恒定流处理，且视汽车行驶也为恒定流。 （4）隧道壁面摩阻损失系数及入口损失系数应根据隧道或风道的断面当量直径或 壁面糙率以及风道结构形状等取值，当为混凝土壁面时常用损失系数可按表 4 取值。 表 3.4 损失系数 隧道壁面摩阻损失系数 r0.02 主风道（含竖井）壁面摩阻损失系数 eb、 0.022 连接风道壁面摩阻损失系数 d0.025 隧道入口损失系数 e0.6 - 13 - （5）通风设计中应尽可能减少风道断面积变化和转变次数，损失系数的取值应充 分考虑隧道和风道壁面粗糙程度、结构形式。 （6）交通通风力必须针对具体工程的通风系统进行分析。交通通风力在交通阻塞 或双向交通情况下宜作为阻抗力考虑；在单向交通情况下宜作为推力考虑。 （7）应针对计算行车速度以下各工况车速分别计算汽车交通通风力。 2、计算自然风阻力 （1）在通风计算中，一般可将自然通风作为阻力考虑。 （2）自然风阻力的计算 隧道断面当量直径 隧 道 断 面 周 长rrad408m 自然风阻力 2e1nrmvdlp）（ 25.1890.625.3.2/798mn 3、计算交通通风力 tvln6078.2395. 汽车等效阻抗面积 cllcsmarra11 0.3756.03.264.0 xxx 公路隧道设计 - 14 - 2648.3m 交通通风力 22rtrt vnap2)5.78.(5.18064.32/135mn 4、计算通风阻抗力 2)(rrer vdlp25.18902.615.34.2/798mn 3.5 隧道通风方式和风机的选择 因隧道中所需风机提供的风压 tmrpp51.3794.82/1n 因为该值为负数，因此该公路隧道采用机械通风便可以满足通风的要求，但因该 隧道内设有紧急停车带，为了将聚集在紧急停车带处的污染空气排出和应对突发情况， 设置一组（2 台）900 型射流风机。 - 15 - 第四章 洞门设计 4.1 洞口地质条件 隧道洞口（进口）围岩级别为级，岩性为强风化下带弱风化玄武岩为主，岩 石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。隧道洞口（出口）隧道围岩级别为级岩 性为强风化下带弱风化玄武岩为主，岩石柱状节理很发育，岩质较硬，完整性差。 因此，洞门处仰坡应采取防护措施。 4.2 洞门的设计方案 4.2.1 洞门形式的选择 本隧道按隧道分类属短隧道，基本服从于路线走向，路线与地形等高线基本正交， 洞门按受力结构设计。洞门形式结合实际地形、地质情况选定。根据洞门所处地段的 地形地貌及工程地质条件，遵从“早进洞，晚出洞”的设计原则，并考虑洞门的实用、 经济、美观等因素，因此本隧道使用翼墙式洞门。 4.2.2 洞门构造要求 按公路隧道设计规范 （jtg-2004） ，洞门构造要求为： （1）洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于 1.5m，洞门端墙与仰坡之间水 沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于 1.0m，洞门墙顶高出仰坡脚不小于 0.5m。 （2）洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按计 算或结合其他工程类比确定。 （3）洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地基及地形条件，埋置足够的深度， 保证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不小于 1.0m，嵌入岩石地基的深度不小于 0.5m；基底标高应在最大冻结线以下不小于 0.25m。基底埋置深度应大于墙边各种沟、 槽基底的埋置深度。 （4）松软地基上的基础，可采取加固基础措施。洞门结构应满足抗震要求。 4.3 洞门结构设计计算 4.3.1 洞门类型选择 xxx 公路隧道设计 - 16 - 本隧道进口端和出口端洞口围岩基本相同，为级围岩，地质状况一般，拟采用 翼墙式洞门。 4.3.2 洞门稳定性及强度检算 进口洞门的检算：进口采用带耳墙翼墙式洞门，见图 4.1： 图 4.1 a.检算翼墙时取洞门端墙前之翼墙宽 1m 的条带“，按挡土墙检算偏心、强度 及稳定性。 b.检算端墙时取最不利部分“作为检算条带，检算其截面偏心和强度。 c.检算端墙与翼墙共同作用部分“的滑动稳定性。 检算条带“” - 17 - 图 4.2 1、 压力的计算 （1）各项物理学指标 kn/m3 f=0.50624 mpa1.5307.56.0 水泥砂浆砌片石 3/aknm （2）土压力系数 的计算：)( )tan1(tan)t1(tan )tan1()ttant 22 4.087.034.1.0392 08.47.3)1.()tan)(tan( （3）土压力的计算： 2/8.170.924mknhe/6.512bg/.3. xxx 公路隧道设计 - 18 - 2 稳定性及强度的检算： （1） 倾覆稳定的验算： mknmy /4.356).019(6.237 /280 5.13.405600 ky 满足倾覆稳定的要求。 （2） 滑动稳定的验算： 3.1576.023enfkc 满足滑动稳定的要求。 （3）合力的偏心距的验算： 518.06.237450nmcy 2.8.1.2bbe 满足基底合力的偏心距。 （4）基底压应力的验算： 6be )61(minaxben、mpakaen 6.018.279.02.37)61(max b.6).16(.in 满足基底压应力的要求。 检算条带“” 1 土压力的计算： 由以上计算知： 08.413724h - 19 - 52.3.078.2415.0212he5bg 2 墙身截面偏心的验算： 4.2761,23)1(em 偏心距 be 6.023.18054.nmb 满足墙身截面偏心的要求。 应力 )218.06(154)6(bewfmpaka.058.1max6423in 满足墙身截面强度的要求。 检算条带“” 1 土压力的计算 由以上计算知 08.423.24h76.5.0.131 28.170.3.2211 eh 17.5)90.(.65).10.9(21 45.7.8.0.132.032011 bhg 98.9.21 xxx 公路隧道设计 - 20 - =132.00+198.00=330.00 2 滑动稳定的验算： 3.17845.9203enfkc 满足滑动稳定的要求。 综合以上检算结果，翼墙、端墙均满足规范要求，故该设计合理。 第五章 隧道洞身初期支护设计 5.1 支护形式的选择及参数确定 由于该公路隧道为高速公路隧道，隧道洞口处围岩级别为级，隧道洞身围岩为 、级围岩，其中级围岩分布在隧道进出口段长度为 35m 范围内，级围岩 长度为 90m，级围岩长度为 155m，级围岩一般无自稳能力成洞条件差可能发生中 大塌方，级围岩自稳能力差成洞条件较好，可能会出现小塌方，级围岩自稳能力 较好成洞条件较好。根据公路使用要求，隧道围岩地质条件和施工条件，按照按照 公路隧道设计规范 （jtg d70-2004）中衬砌结构设计规定，按新奥法原理设计，该 公路隧道应采用复合式衬砌，即由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬 砌形式，其中初期支护采用喷、锚、网、钢拱架支护。 5.2 、级围岩的初期支护设计 5.2.1 级围岩隧道的宽度 b 与高度 h 确定 级围岩隧道的宽度 b 与高度 h 确定可按下式进行计算，计算结果为： m24.13.05.20.621 edrb m58891h - 21 - 式中： 拱部圆弧半径；1r d衬砌厚度预估为 0.5m； e预留变形量取为 0.12m； 路面至起拱线的高度。1h 5.2.2 、级围岩的初期支护设计 根据公路隧道设计规范 （jtg d70-2004）及锚杆喷射混凝土支护技术规程 （gb500862001）的相关规定，该公路隧道初期支护采用工程类比法进行设计。 1、锚喷支护的一般规定 （1）锚喷支护的设计，宜采用工程类比法，必要时应结合监控量测法及理论验算 法。 （2）锚喷支护初步设计阶段，应根据地质勘察资料，按本规范表 3.0.2 的规定， 初步确定围岩级别，并按规范表 4.1.2-1 和规范表 4.1.2-2 的规定，初步选择隧洞、 斜井或竖井的锚喷支护类型和设计参数。 （3）锚喷支护施工设计阶段，应做好工程的地质调查工作，绘制地质素描图或展 示图，并标明不稳定块体的大小及其出露位置。实测围岩分级定量指标，按本规范表 3.0.2 的规定，详细划分围岩级别，并修正初步设计。 （4）对、级围岩中毛洞跨度大于 5m 的工程，除应按照本规范表 4.1.2-1 的 规定选择初期支护的类型与参数外，尚应进行监控量测，以最终确定支护类型和参数。 （5）对、级围岩毛洞跨度大于 15m 的工程，除应按照本规范表 4.1.2-1 的规定，选择支护类型与参数外，尚应对围岩进行稳定性分析和验算；对级围岩还 应进行监控量测，以便最终确定支护类型和参数。 （6）对围岩整体稳定性验算，可采用数值解法或解析解法；对局部可能失稳的围 岩块体的稳定性验算，可采用块体极限平衡方法。 （7）对边坡工程锚喷支护设计，应充分掌握工程的地质勘察资料，按不同的失稳 破坏类型，采用极限平衡法、数值分析法等方法进行边坡稳定性分析计算。 2、围岩分级表（见下规范表 3.0.2）中的岩体强度应力比的计算应符合下列规定： （1） 、当有地应力实测数据时： xxx 公路隧道设计 - 22 - 1rvmfks 式中 sm岩体强度应力比； 岩体单轴饱和抗压强度（mpa） ；rf kv岩体完整性系数； 垂直洞轴线的较大主应力（kn/m 2） ；1 （2） 、当无地应力实测数据时： h1 式中 岩体重力密度（kn/m 3） ； h隧洞顶覆盖层厚度（m） ； - 23 - xxx 公路隧道设计 - 24 - - 25 - xxx 公路隧道设计 - 26 - 3、工程类比法公路隧道锚、喷、网、钢拱架的相关参数见下规范表 4.1.2-1（摘 自锚杆喷射混凝土支护技术规范 （gb50086-2001） ） 。 - 27 - xxx 公路隧道设计 - 28 - 5.2.3 初期支护设计相关参数 该隧道锚杆设计采用全长粘结型锚杆，沿隧道开挖轮廓线径向布置，设计为按梅 花型方式布置。考虑该隧道为高速公路隧道，隧道围岩地质条件和施工条件，按公 路隧道设计规范 （jtg d70-2004）设计喷射混凝土内布置钢筋网。由于本隧道的围岩 分级为、级。考虑到锚杆的衬托，各级围岩均采用钢拱架支护具体见表5.1。 - 29 - 因在隧道中设置了紧急停车带，断面增大，所以该处的径向系统锚杆长度为3.5m，间 距为100cmx100cm,喷射混凝土厚度为15cm. 5.1 初期支护参数表 围岩级别 项 目 单位 喷射混凝土 c20 防水混凝土 cm 10 10 12 直 径 mm 18 20 22 长 度 cm 300 300 350径向锚杆 锚杆布置 cm 150150 120120 100100 直 径 mm 6 6 8 钢筋网 钢筋布置 cm 2525 2525 2525 类 型 - i16 i16 i16 钢拱架 间 距 cm 100 100 100 xxx 公路隧道设计 - 30 - 第六章 二衬设计计算 6.1 隧道围岩压力计算 根据公路隧道设计规范 （jtg d702004）和公路隧道设计细则 （jtg t d702010）的有关规定进行各级围岩压力计算。 6.1.1 围岩压力计算的一般规定 1、作为在隧道支护结构上的围岩压力为松散压力、形变压力、膨胀压力以及冲击 压力等。围岩压力计算应综合考虑隧道所处地形条件、地质条件、隧道跨度、结构形 式、埋置深度、隧道间距以及开挖方法等因素。 2、隧道围岩压力计算过程中，应符合以下原则： （1）本规定适用于钻爆法施工的隧道，采用其他施工方法建设的隧道可参考采用。 （2）围岩松散压力为作用在隧道全部支护结构的压力总和。在对初期支护或二次 衬砌进行内力计算时，应采用适当的方法进行荷载分配，确定该支护层相应的计算荷 载。 （3）当隧道采用光面爆破、掘进机开挖等可减轻围岩损伤破坏的施工方法时，围 岩松散压力的计算值可适当折减。 3、埋深较浅的隧道可只计入围岩的松散压力；埋深较大的隧道不仅应计入围岩的 松散压力，而且应计入围岩的形变压力；连供隧道、小净距隧道可不计入形变压力。 4、计算围岩压力时各级围岩的物理力学参数宜通过室内或现场实验获取。 6.1.2 级围岩荷载计算 1、根据公路隧道设计规范 （jtg d702004）和公路隧道设计细则 （jtg t d702010）的经验公式计算围岩的垂直均布压力 q 和水平均布压力 e。 2、级围岩垂直均布压力的计算： - 31 - 由 的级围岩的垂直均布压力 q 的值；)5(124.01tsbihq 由相关数据的： )(ti =1+0.1（13-5） =1.8 1245.0sh =0.45221.8 =3.24 mhq =243.24 =77.76 kn/m2 3、级围岩水平均布压力的计算： 由 得级围岩水平均布压力值；qe =0.1277.76 =9.33 kn/m2 6.1.3 级围岩荷载计算 1、根据公路隧道设计规范 （jtg d702004）和公路隧道设计细则 （jtg t d702010）的经验公式计算围岩的垂直均布压力 q 和水平均布压力 e。 2、级围岩垂直均布压力的计算： 由 的级围岩的垂直均布压力 q 的值；)5(124.01tsbihq xxx 公路隧道设计 - 32 - 由相关数据的： )5(1tbi =1+0.1（13-5） =1.8 1245.0sh =0.45231.8 =6.48 mhq =216.48 =136.08 kn/m2 3、级围岩水平均布压力的计算： 由 得级围岩水平均布压力值；qe 拱顶水平压力：e =0.2136.08 =34.02 kn/m2 边墙底部水平压力： )(tdhqe =0.2（136.08+218） =76.02 kn/m2 为了计算的方便和保证围岩的稳定与安全，级围岩的水平均布压力采用一种值 76.02 kn/m2进行计算。 因级围岩的压力均很小，所以级围岩的计算采用级围岩的相关数值。 - 33 - 6.2 埋置深度的计算 6.2.1 级围岩埋置深度的计算 深埋、浅埋隧道分界深度: hq=2.0hq =2.03.24 =6.48 m 6.2.2 级围岩埋置深度的计算 深埋、浅埋隧道分界深度: hq=2.0hq =2.56.48 =16.20 m 由设计任务书可知，该公路隧道均为深埋隧道。 根据以上计算得出以下荷载值： 表 6-1 各级围岩荷载值 围岩类别 埋深类型 荷载类型 数值 （kn/m 2） 备注 q 77.76级围岩 深埋 e 9.33 q 136.08级围岩 深埋 e 76.02 6.3 内力计算及结果 6.3.1 基本原理： 隧道支护结构在承受围岩所施加的主动压力作用时将发生弹性变形，由于隧道支 护结构周围有围岩存在,因此，它的这种弹性变形将受到围岩的约束作用，这种约束作 用称为弹性抗力，它的大小与地层性质和隧道支护结构性质有关。 该原理的基本假定：隧道支护结构是放置在弹性地基上的梁，梁在地层压力作用 xxx 公路隧道设计 - 34 - 下将产生向地基方向的变形，地基将给梁以反作用力(即弹性抗力)，弹性抗力的大小 和分布形式可根据不同的假定来得到，在本设计中，我们采用局部变形理论(即温克尔 假定)：认为地基可以看成由无限多个各自孤立的弹簧构成，梁放在弹簧上，地基的沉 降即相当弹簧压缩，弹簧常数即相当于弹性压缩系数，通过这一假定后，可以计算出 结构的内力，并进行截面设计。 本设计的结构计算采用 ansys10.0 结构有限元进行分析计算： 本设计中拱圈梁单元采用 beam3，围岩抗力采用杆单元 link1，荷载方面是把上面 的计算荷载转化为节点荷载进行加载计算。其有限元模型如下图所示： 图 6.1 有限元模型图 注意：为了使模型的计算结果尽可能的与实际情况的结果相近，用杆单元模拟围 岩抗力时要注意杆单元是只能受压，是不能受拉的；因此，在模型建立和计算时要把 受拉的杆单元全部去掉，最后的结果是杆单元是全受压的。同时要尽可能使模型的约 束情况与结构的实际情况相近，通过多次优化使得计算结果与结构实际受力相近。 利用 ansys 有限元分析结果图主要有：弯矩图、轴力图。 - 35 - 6.3.2 ansys 计算的内力结果 1、各级围岩输出的内力图： 图 6.2 级围岩弯矩图 xxx 公路隧道设计 - 36 - 图 6.3 级围岩轴力图 图 6.4 级围岩弯矩图 - 37 - 图 6.5 级围岩轴力图 2、各级围岩输出数据 级围岩： * post1 element table listing * stat current current current current elem smis6 smis12 smis1 smis7 1 -46023. 3586.4 -0.39919e+06 -0.39535e+06 2 3586.4 56568. -0.37131e+06 -0.36826e+06 3 56568. 99399. -0.34344e+06 -0.34123e+06 4 99399. 0.12719e+06 -0.32353e+06 -0.32219e+06 5 0.12719e+06 0.13689e+06 -0.31298e+06 -0.31253e+06 6 0.13689e+06 0.12745e+06 -0.31251e+06 -0.31295e+06 7 0.12745e+06 0.10362e+06 -0.32119e+06 -0.32253e+06 8 0.10362e+06 64626. -0.33957e+06 -0.34178e+06 9 64626. 15311. -0.36598e+06 -0.36903e+06 10 15311. -37979. -0.39843e+06 -0.40227e+06 xxx 公路隧道设计 - 38 - 11 -37979. -88830. -0.43490e+06 -0.43960e+06 12 -88830. -0.12725e+06 -0.47270e+06 -0.47810e+06 13 -0.12725e+06 -0.14440e+06 -0.50820e+06 -0.51421e+06 14 -0.14440e+06 -0.13190e+06 -0.53828e+06 -0.54481e+06 15 -0.13190e+06 -82512. -0.56006e+06 -0.56701e+06 16 -82512. 9447.2 -0.57109e+06 -0.57834e+06 17 9447.2 46892. -0.57788e+06 -0.58532e+06 18 46892. 822