隧道计算说明书.doc

黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要iabstractii第1章 绪论11.1选题的背景目的及意义11.2 国内外研究状况21.3设计依据31.3.1 设计标准31.3.2 技术标准31.4 建筑材料选用31.5 拟解决的主要问题3第2章 青龙山隧道总体设计42.1 青龙山隧道工程地质资料42.1.1 地形地貌42.1.2 区域稳定性42.1.3 地层岩性42.1.4 地质构造42.1.5 水文地质42.2 围岩等级的确定52.3 青龙山隧道选址52.3.1 隧道选址原则52.3.2 青龙山隧道选址62.4 隧道洞口选择及线型设计62.4.1 洞口选择和线型设计的原则62.4.2 洞口位置的选择62.5 隧道纵断面设计62.6 隧道横断面设计72.6.1 建筑限界72.6.2 内轮廓设计72.7 本章小结11第3章 洞门设计123.1 洞口段地质评价123.1.1 出口段123.1.2 入口段123.2 洞门设计123.2.1 洞门类型选择123.2.2 洞门设计123.2.3 洞门建筑材料133.3 洞门强度及稳定性验算133.3.1 洞门结构计算143.3.2 抗滑动稳定性验算153.3.3 抗倾覆稳定性验算153.3.4 基底合力偏心距验算163.3.5 基底压应力验算163.3.6 墙身截面强度验算163.4 本章小结17第4章 明洞设计184.1 明洞长度确定184.2 明洞设置184.2.1 明洞基本参数设置及配筋184.2.2 衬砌内力计算184.2.3 衬砌截面强度检算354.3 本章小结41第5章 衬砌设计425.1 概述425.2 荷载计算435.2.1 计算断面参数选择435.2.2 浅埋和深埋的判断445.2.3 围压的确定445.3 衬砌内力计算455.3.1 计算方法455.3.2 计算图示465.3.3 衬砌几何要素475.3.4主和被动荷载作用下的衬砌压力的计算635.3.5最大抗力值的计算645.3.6衬砌总内力计算(不同围压级别)685.4 衬砌验算735.4.1 超浅埋断面衬砌验算735.4.2 浅埋断面衬砌验算785.4.3 深埋断面衬砌验算825.5 本章小结87第6章 通风照明设计886.1 通风设计886.2 照明设计896.2.1 洞外接近段照明896.2.2 洞内照明906.2.6 照明计算916.3 本章小结95第7章 隧道防排水设计967.1 防水设计967.1.1 防排水标准967.1.2 防水措施967.1.3 复合式衬砌防水系统967.1.4 二次衬砌防水系统967.2 隧道洞内排水977.2.1 围岩疏导排水977.2.2 路侧边沟排水977.2.3 侧向排水沟987.3 洞口与明洞防排水987.3.1 洞口防排水987.3.2 明洞防排水1007.4 本章小结100第8章 施工工艺1018.1 施工方法1018.2 辅助施工1018.3 施工注意事项1018.4 本章小结101结论102参考文献103致谢105摘 要本设计为五海公路青龙山隧道隧道设计。该隧道地处抚远县境内境内，为直线型分离式单向行驶二车道长隧道（上、下行分离）。上行隧道桩号k257+519.8k259+81.1（其中明洞35.3m，暗洞1526m），全长为1561.3m；下行隧道桩号k257+823.4k259+81.1（其中明洞35.3m，暗洞1222.4m），全长为1257.7m；隧道最大埋深61.9m，所处围岩等级为级；隧道纵坡采用单向坡，坡度为0.76%；该隧道衬砌采用复合式衬砌，断面形式为曲墙拱形断面；洞门为端墙式洞门；明洞与暗洞衬砌形式相同，明洞采用明挖法施工，暗洞采用新奥法施工；隧道的通风和照明设计内容按照行车速度80km/h设计。本次设计的主要内容包括：隧道选址、隧道平纵横设计、洞门与明洞设计、衬砌与支护设计、施工方案设计、防排水设计、通风照明设计等。经验算，该隧道设计合理，方案可行，满足抚远县公路的服务水平。关键词：隧道；衬砌；明洞；洞门；新奥法。abstractthe design for the qinglong hill highway tunnel design. it is located fuyuan . its central station number is k257+519.8k259+81.1(opencut tunnel 35.3m, hidden hole 1526m) length 1561.3m; k257+823.4k259+81.1(opencut tunnel 35.3m, hidden hole 1222.3m) length 1257.7m;maximum depth of the tunnel is 61.9m wheresurrounding rockgrade for level; tunnel using one-way longitudinal slope gradient of 0.76%; the use of the tunnel lining composite lining, cross-section song form of arched wall sections; portal portal for gabol-type; opencut tunne lining and the dark forms of the same hole, opencut tunne open-cutmethod used, the use of the dark hole natm construction; tunnel ventilation lighting design and content in accordance with the road speed 80km / h design. the main elements of design include: the tunnel location, vertical and horizontal tunnel level design, portal design and opencut tunnel, lining and support the design, construction design, drainage design, lighting design, such as ventilation. operator experience, the tunnel design is reasonable, feasible, to meet the fuyuan highway qiqihar service levels. keywords：tunnel; lining ; opencut tunnel; portal; new austrian tunneling methodii黑龙江工程学院本科生毕业设计第1章 绪 论1.1选题的背景目的及意义我国是一个幅员辽阔的国家，北部小兴安岭地区交通很不发达。随着我国经济的不断发展，交通问题越来越成为制约经济发展的重要因素。为了缓解这一现象，我国不断加大道路的修建。在山区修建公路为节省工程造价，常常选择盘山绕行，宁愿延长距离而避开修建隧道昂贵的费用。隧道的修建在改善公路技术状态，缩短运行距离，提高运输能力，以及减少事故等方面起到重要的作用，经过交通调查和当地有关部门的论证，需修建一条公路，该公路是黑龙江省的一条重要的公路，主要是以哈尔滨为中心辐射二龙山与抚远县公路。打造哈尔滨地区一日生活区，该公路需要跨越青龙山，拟建一条隧道，减少行程，提高经济效益。本设计的青龙隧道预计全长在1600m，它的建成将翻越青龙山的道路缩短约4km，行程时间减少1小时。二龙山是国家aaaa级旅游区，位于哈尔滨市东50公里处,坐落在古城宾州西南。景区占地25平方公里，一湖碧水，三面环山，自然风光，美不胜收。这里既有二龙戏珠、长龙卧波、银峰插翠、碧波唱晚等十大丽景，又有宝岛飞虹、湖面飞鱼等四大奇观。是消暑、度假、休闲、疗养的好地方，年接待中外游客近百万人次。抚远县隶属于黑龙江省佳木斯市，位于中国黑龙江省东北部，黑龙江和乌苏里江汇流的三角地带 ，属佳木斯市 。东经133 40 08至135 520,北纬47 2530至48 2740，是我国最东部的县级行政单位，也是我国最早见到太阳的地方。全县总面积6262.48平方公里。东、北两面与俄罗斯隔黑龙江、乌苏里江相望，南邻饶河，西接同江。全县边境线长275公里。县政府所在地抚远镇距俄罗斯远东第一大城市-哈巴罗夫斯克市航道距离仅65公里。乌苏镇距离俄西伯力亚大铁路在远东地区最大编组站卡杂科维茨沃2.5公里。在黑龙江省及佳木斯市对外开放的总体格局中，占有十分重要的战略地位。根据土木工程专业（岩土与地下工程方向）的培养目标要求及毕业服务去向，通过毕业设计，把所学过的专业知识综合应用于实际工程设计中，使理论与生产实践相结合提高工程设计能力,能独立进行一般隧道设计。通过青龙山隧道设计，提高综合运用现行规范、标准、技术指标与经济指标的能力，达到对所学专业知识进行巩固、综合掌握和灵活运用的目的，提高分析问题、解决问题的能力。本次毕业设计确定的选题是青龙山隧道设计，并有针对性地在方案比选、隧道总体设计、隧道洞门设计、隧道衬砌结构设计、防排水设计、通风照明设计、施工方案设计、施工图绘制等方面进行深入研究，熟练绘制和阅读隧道施工图，掌握隧道设计和施工的方法；通过该隧道毕业设计，能综合训练学生的应用各种手段查询资料、获取信息的基本能力和计算机应用能力，以及提高独立思考问题、分析问题和解决问题的能力，使学生具有独立解决一条隧道的设计和施工的能力，提高外文翻译能力。以满足毕业就业岗位的需要。1.2 国内外研究状况据了解，我国目前最长的隧道是铁路线上的秦岭隧道，位于我国西部大通道内蒙古阿荣旗至广西北海国道上西安至柞水段，在青岔至营盘间穿越秦岭，全长18.4公里，技术标准为高速公路双洞四车道，行车速度为每小时80公里。正在施工的双向分离式四车道终南山隧道是世界第二、亚洲第一的公路隧道。在我国有8600多座铁路、公路隧道，总长度约4370多公里，居世界第一。我国已成为世界上隧道和地下工程最多、最复杂、发展最快的国家，其中铁路隧道6876座，总长度为3670公里，为世界第一；公路隧道总数已达1782座，总长度704公里，分别是改革开放之初的4.7倍和13.5倍，是世界上公路隧道最多的国家。我国隧道数量和总长度居世界第一。随着社会经济和生产的发展，高速公路的大量出现，对道路的修建技术提出了较高的标准，要求线路顺直、坡度平缓、路面宽敞等，因此，在道路穿越山区时，出现了大量的隧道方案。截至2007年年底，全国公路隧道为4673处、255.55万延米。其中，特长隧道83处、36.10万延米，长隧道607处、100.11万延米，中隧道758处、53.68万延米，短隧道3225处、65.66万延米。随着，隧道里程的不断增加，关于隧道项目设计、施工、科研工作中重大技术难题也一一得到攻克，现已有效地解决了通风、机电控制、防灾救援以及喷锚支护、人行横通道、行车横通道的设置等技术问题，同时，有关隧道设计、施工的国家及部门标准也在不断的完善和推出，这些都为隧道项目的设计、施工及运营管理提供了可靠的保障。新世纪我国进入厂第十个五年计划的建设时期，加强基础设施建设足今后五至十年一项十分重要的任务。随着高等级公路向西部延伸，新世纪前10年中，有总长155km以上的公路隧道已经投入建设。其中西安至安康高速公路上穿越秦岭山脉的秦岭终南山特长公路隧道，全长1802km，属世界规模第一、长度第二的山岭公路隧道；西安至汉中高速公路上穿越秦岭山脉的三座特长隧道单洞总长34km，整个西汉高速公路隧道单洞总长度约l00km；上海崇明岛和武汉的长江上将建设大型过江通道工程。同时，我国还有许多特长隧道正在规划和研究中。例如，贯穿中国沿海大走廊的渤海海峡隧道与琼州海峡隧道等，修建连接台湾省与祖国大陆的台湾海峡隧道也在研讨之中。今后，从可持续发展战略出发，我国隧道工程技术发展的重点，一是隧道工程质量，包括工程质量的控制和检测技术；另一方面是隧道工程与生态环境的协调，例如洞口环境的保护、围岩变形和地表沉降的控制、地下水资源的保护等。这些问题不但涉及施工新技术的开发，而且关系到设计理念的转变。1.3设计依据1.3.1 设计标准（1） 公路隧道设计规范jtj026-2004；（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jtj004-2008；（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gb50108-2001；（7） 公路隧道设计规范jtj026-90。1.3.2 技术标准（1） 隧道按规定的远期交通量设计，采用分离式单向行驶双车道隧道（上、下行分离）。（2） 隧道设计车速，隧道几何线形与净空按80km/h 设计，隧道照明设计速度按80km/h 设计。1.4 建筑材料选用（1） 混凝土：强度等级为c20、c25（2） 普通钢筋：箍筋及构造钢筋采用hrb335钢筋1.5 拟解决的主要问题（1） 衬砌结构计算（2） 隧道洞门位置的选择 我希望通过对青龙山隧道的设计，来提高我们自身的能力，同时也希望我们的设计能为经济建设做一些贡献。第2章 青龙山隧道总体设计2.1 青龙山隧道工程地质资料2.1.1 地形地貌 青龙山隧道穿越二龙山和抚远两个城市，抚远呈多类型地貌结构，主要为构造剥蚀低山标高5001690m，属中低山。这些地带地形起伏大，坡度较陡，坡度为3070构造发育，基岩上部覆盖有第四系松散堆积物，易产生泥石流、滑坡和崩塌灾害，大兴安岭处于高纬度带，是多年冻土分布区。 隧道最大埋深约为62m。隧道起止桩号分别为上行k257+519.8k259+81.1，隧道总长1561.3m；下行k257+823.4k259+81.1，隧道总长1257.7m。地形连绵起伏，地势高差相差较大。2.1.2 区域稳定性本地区地震基本烈度为度，隧道区域内无区域深活动断裂，史上也无大的地震灾害记录，地壳基本稳定，按规范规定不设防。2.1.3 地层岩性 青龙山隧道经区域调查，分别是处于早侏罗世中期-白垩纪时期分区：海林小区；晚太古代-早侏罗世早期时期分区：新林区、本区。2.1.4 地质构造 该地区属处于古亚洲构造域和滨太平洋构造域的接合部位、构造发展多阶段，多旋回、不平衡性明显，地壳活动性较强，因此，地质构造错综复杂。2.1.5 水文地质 黑龙江省地下水类型主要有松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水和基岩裂隙水、冻土层孔隙裂隙水。抚远地区山区以基岩裂隙水为主，其中以不同时期的花岗岩分布面积最广，约为山区面积的45，其次为火山岩、变质岩和碎屑沉积岩。山间沟谷、河谷及平原区分布有松散岩类孔隙水，中新生代坳（断）陷盆地分布有第三系、白垩系及上侏罗系的碎屑沉积岩孔隙裂隙水。主要接受大气降水补给，以泉形式或侧向补给形式排泄。北纬48以北为多年冻土区，埋藏有冻结层裂隙水，受大气降水及冻土区外裂隙水深部循环补给。2.2 围岩等级的确定 根据地质调查、钻探、物探等勘察成果，得隧道沿线地质围岩情况如下。表2.1 隧道地质围岩分级表桩号标段围岩级别埋深(m)备注k257+500k259+100570长1600m具体工程地质情况如下：左洞： 全段围岩以碎块状强风化岩为主，节理裂隙发育，rqd值较大，呈块石状压碎结构，拱部无支护时可产生较大坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍。本设计左洞与右洞基本相似。2.3 青龙山隧道选址2.3.1 隧道选址原则综合分析本隧道的地形地质图，根据以下原则对隧道进行选址：（1） 隧道位置应尽可能选择在地质构造简单，节理裂隙不发育，岩性较好，稳定的地层中通过。应注意避免岩层软弱结构面、断层，必须通过时，应使隧道的通过长度最小。（2） 隧道穿越两种岩性迥然不同的岩层接触带时，应避免平行和接近平行，应尽可能垂直或接近垂直方向穿越接触带。（3） 当隧道通过单斜构造时，隧道中线以垂直岩层走向穿越最为有利。当隧道中线与非水平岩层走向一致或斜交角很小时，应力求将隧道置于岩性较好、强度较高的层内。如岩层倾角较大，又有粘着力较差的软弱夹层时，应注意有产生顺层滑动的可能。（4） 当隧道通过褶曲构造时，隧道位置选择在褶曲构造一翼或背斜褶皱中轴处通过较为有利。不宜将隧道置于向斜轴部通过。（5） 越岭隧道首先可以从地形角度选择可能穿越的垭口，拟定该垭口处越岭标高及两侧相应的展线方案。综合考虑工期、经济效益、技术难度等，选择合适的临界标高。（6） 选择隧道的临界标高时，应注意下列因素：要尽可能把隧道埋置于较好的地层中；应使洞口位置处于较好的工程地质、水文地质的地方，便于施工场地布置；隧道长度应考虑施工期限和施工技术条件。2.3.2 青龙山隧道选址根据隧道选址的原则，结合本地段的地形地质情况，本隧道的选址归结为以下几个方面：选择合适的临界标高，在保证隧道埋深的前提下尽量减少隧道的长度；洞口段中线尽量选择与地形等高线垂直。2.4 隧道洞口选择及线型设计2.4.1 洞口选择和线型设计的原则（1） 隧道洞口位置应根据地形、工程地质及水文地质情况，着重考虑隧道仰坡、边坡的稳定，保证施工及运营的安全，并结合洞口有关工程及施工条件，综合研究比选确定。一般情况隧道宜早进洞、晚出洞。（2） 洞口段所在位置为坡积层地质，地形缓和，埋深较浅，应采用有效措施，做好防排水工作，不应采取刷坡清方，以免破坏山体稳定，招致坍方、滑坡病害。必要时宜接长明洞，确保施工和运营安全。（3） 如果是长隧道，洞口位置选择应结合施工方法综合考虑，则应具有较好的交通条件和外部电源条件。（4） 隧道线路应力求与地形等高线垂直或近似垂直进洞。如果不满足要求时，应以大角度斜交进洞为宜。2.4.2 洞口位置的选择根据洞口的选择原则，结合地质图，本隧道洞口段均位于坡积层上，且坡度较缓，围岩较差，因此应考虑避免大挖大刷，早进洞，晚出洞。综合考虑地形地质以及路线需要，将入口端左洞口设在k257+823.4处，标高设计为445.5m，右洞口设在k257+519.8处，标高设计为447.8m；出口端洞口设在k259+81.1处，左洞口标高设计为453.3，右洞口标高设计为448.5m。综合隧道地址和洞口位置的选择，该隧道的左、右线桩号为：左洞：k257+823.4k259+81.1，右洞：k257+519.8k259+81.1。左右线平面均设为直线。2.5 隧道纵断面设计本隧道的基本坡道形式设为单坡。坡道形式的选择依据和纵坡坡度的主要控制因素为通风问题和对汽车行驶的利害。隧道的纵坡以不防碍排水的缓坡为宜，坡度过大，对汽车行驶、隧道施工和养护管理都不利。单向通行的隧道设计成单坡对通风是非常有利的，因汽车都是单坡行驶，发动机产生的有害气体少，通风也很有利。青龙山隧道车流量很大，且隧道埋深较大，围岩很差，设置竖井通风施工难度较大；隧道围岩地下水主要以裂隙水为主，水量贫乏，对施工无太大影响；青龙山隧道由于路线需要，进出口段高程相差很大，设置人字坡将会使隧道长度增加；鉴于以上原因，该隧道决定采用单坡，坡度设置如下：左洞：k257+823.4k259+81.1为0.76%的上坡，右洞：k257+519.8k259+81.1为0.76%的下坡。2.6 隧道横断面设计2.6.1 建筑限界 道的建筑限界按80km/h时速进行设计，建筑限界取值确定见图 2.1。 图2.1 建筑限界（cm）建筑限界横断面宽度见表2.2。 表2.2 建筑限界设置 （单位：m）设计速度km/h车道宽度m侧向宽度检修道j顶角宽度左侧右侧左侧右侧左侧右侧8023.750.750.751.001.001.001.002.6.2 内轮廓设计青龙山隧道除满足隧道建筑限界的要求外，还考虑到洞内路面、排水、检修道、通风、照明、消防、内装、监控等设施所需要的空间，采用工程类比法结合其他工程实践确定安全、经济、合理的断面形式和尺寸。隧道内轮廓横断面设计如图。图2.2隧道建筑限界（单位：m）图2.3 紧急停车带长度、宽度（单位：m） 图2.4 隧道正常断面横断图（单位：cm）图2.5车行通道内轮廓图（单位：cm）图2.6 急停车带横断面图（单位：cm）图2.7 行通道建筑限界（单位：m）图2.8 车带长度和宽度（单位：m）2.7 本章小结 本章主要概述了青龙山隧道所在地的主要地质资料及隧道的选线、洞口的选择、确定围岩的等级，和隧道的横、纵断面的设计。通过对本章的编写，使我学习到如何由工程地质情况确定洞门的类型、位置及确定隧道的选线等隧道的大体上的设计。并对隧道平、纵、横线型设计有了一定的认知。知道了该如何开始一个隧道总体设计。第3章 洞门设计3.1 洞口段地质评价3.1.1 出口段根据隧道纵断面设计图，出口段左洞口段隧道地表为斜坡地形，坡度入口段2030，破面植被茂盛；弱风化层，厚45m，灰兰色，凝灰结构，块状构造，节理裂隙发育，岩芯以短柱状为主，柱长一般为520cm，局部碎块状，rqd约20%，岩体呈碎石状压碎结构；下伏青灰色晶屑熔结凝灰岩，巨层厚状；隧道设计出口里程在左k257+823.4，隧道洞顶埋深061.9m，围岩稳定性差，综合评定出口段围岩级别为级，隧道围岩地下水主要以裂隙水为主，水量贫乏，对施工无太大影响。出口端右洞口段隧道地形地质类型与左洞基本相似。3.1.2 入口段入口段左洞口段隧道地表为斜坡地形，坡度入口段2030，破面植被茂盛； 弱风化层，厚45m，灰兰色，凝灰结构，块状构造，节理裂隙发育，岩石取芯率rqd值约20%，大部分微张，部分张开，有泥质充填，形成许多碎块体；下伏青灰色晶屑熔结凝灰岩，巨层厚状；隧道设计出口里程在左k257+519.8，隧道洞顶埋深061.9m，围岩稳定性差，综合评定出口段围岩级别为级，隧道围岩地下水主要以裂隙水为主，水量贫乏，对施工无太大影响。入口段右洞口段隧道地形地质类型与左洞基本相似。3.2 洞门设计3.2.1 洞门类型选择 隧道进出口处地表为缓斜坡地形，2030，左、右洞进出口处均处在坡积层内，围岩级别为级围岩，地质条件较差，隧道上覆地层厚度很薄。但该处地形平缓，地势开阔，便于施工场地的布置，且洞口段地下水贫乏，不用设置特殊防排水措施。因此，考虑到支护和施工上的便利，均设置明洞，左、右洞洞门形式选择为均为端墙式洞门。3.2.2 洞门设计青龙山隧道进出口处均为级围岩，地质条件差，场地狭窄，因而采用端墙式洞门，以抵挡山体水平推力，满足洞门的抗滑动和抗倾覆的要求。出口处两侧山体稳定性差，因而采用接长明洞防止碎石坠落，以保证行车安全。根据规范，端墙的正面端墙采用等厚的直墙，微向后方倾斜，斜度为1：0.15，扩大基础以使其受力比较合理，根据规范仰坡坡度取1：1.25, 墙身厚度取2.2m。洞门端墙设置伸缩缝，每隔10m设置一个，缝宽3cm，缝内沿墙的内、外、顶三边填塞沥青麻筋，填塞厚度为20cm。根据设计规范和本工程的实际涌水量，在墙身每隔2.5m设置泄水孔一个，上下左右交错布置。泄水孔的进水侧设置反滤层，厚度为30cm，在最低泄水孔的下部设置隔水层，以免积水渗入基底。洞门墙基础必须置于稳固的基础之上，本隧道洞口上覆薄层残破积土、碎石状强风化岩石、岩石完整性较差，为保证结构物稳定性，基底埋入地下1.5m。3.2.3 洞门建筑材料洞门建筑材料的选择应该符合结构强度和耐久性的要求，同时满足抗冻、抗渗和抗侵蚀的需要。根据公路隧道设计规范的规定，洞门建筑材料选用如表3.1。表3.1 洞门建筑材料 材料种类工程部位混凝土钢筋混凝土片石混凝土砌体端墙c25c30c20m15水泥砂浆砌片石、块石或混凝土砌块镶面顶帽c25c30m15水泥砂浆粗料石洞口挡土墙c25c30c20m10水泥砂浆砌片石侧沟、截水沟c20m7.5水泥砂浆砌片石护坡c20m7.5水泥砂浆砌片石3.3 洞门强度及稳定性验算根据公路隧道设计规范(jtg d702004)表9.4.2查得，基底摩擦系数f=0.40，计算摩擦角，地基土重度kn/m3，拱顶衬砌上部端墙高2.5m，洞门端墙高=9.3+2.5=11.8m，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为2m，洞门墙顶高出仰坡坡脚为0.5m。根据公路桥涵地基与基础设计规范（jtg d63-2007）差得地基容许承载力为0.4mpa。3.3.1 洞门结构计算1、主动土压力计算 立面图见图3.1图3.1 洞门结构计算图 ； a=2m。 则最危险破裂角与垂直面之间的夹角为 （3.1） 得=35.61又由h1=11.1m， =0.6，=5.4520，取b=1m，且侧压力数 （3.2） （3.3） （3.4） m则墙背土压力为： （3.5）knm2、强身自重 墙身采用混凝土制作，由公路隧道设计规范jtg d702004表5.2.1得其容重kn/m3 ,则每延米墙身自重为： =2311.82.2=586.96kn/m （3.6）3.3.2 抗滑动稳定性验算因为地基摩擦系数为f=0.4，ep=0，=g=586.96kn/m。 （3.7） knm （3.8） 故 （3.9）满足抗滑动稳定性要求。3.3.3 抗倾覆稳定性验算由于墙体采用同样的材料制作，因而认为墙体结构均匀，重心在几何中心，所以根据几何关系得，自重对墙趾的稳定力臂为： （3.10） m （3.11）为土压力作用高度，则 （3.12） m （3.13） knm 1.6 （3.14）满足抗倾覆稳定性要求。3.3.4 基底合力偏心距验算m （3.15）mm （3.16）满足基底偏心距要求。3.3.5 基底压应力验算 （3.17） kpa ， kpa，均小于 kpa。满足基底压应力要求。3.3.6 墙身截面强度验算1、法向应力及偏心距验算 kn （3.18） 根据新的几何关系m，m。knm （3.19） knm （3.20） m （3.21）m0.3b=0.66m （3.22） 满足截面偏心距要求。 kpa ， kpa，均小于 mpa。满足截面强度要求。2、基底剪应力 kpa =700kpa （3.23） 满足截面抗剪强度要求。3.4 本章小结 本章主要是根据地基基础与土力学对洞门进行计算、设计，使书本知识与实践相结合第4章 明洞设计4.1 明洞长度确定 围岩级别为级，将超浅埋段设为明洞。有效高度按下式计算： （4.1） 当埋深hhq时，即为超浅埋隧道。斜坡坡度为1025，路面纵坡为0.76%，则可将超浅埋段确定为明洞。明洞长度17.64m。4.2 明洞设置4.2.1 明洞基本参数设置及配筋由于明洞围岩级别为级，垂直压力和侧压力较大，故采用拱式明洞，并加设仰拱，明洞内轮廓线与暗洞内轮廓线一致。衬砌厚度设为55cm。衬砌材料采用钢筋混凝土结构，c25 级混凝土,直径25mm、hrb335钢筋。明洞边墙用5#浆砌片石回填，拱部用碎石土回填，最低填土厚度为1.5m，填土坡度设为7，以利于排水。根据工程类比法，明洞衬砌配筋如下图：图4.1 明洞衬砌配筋图4.2.2 衬砌内力计算1、 参数选取 回填土重度=20kn/m ，5#浆砌片石重度=22kn /m ，计算内摩擦角c=55，混凝土弹性模量eh=2.95107kpa ，i=d312=0.0139，ehi =0.4101106。2 、土压力计算 图4.2 明洞衬砌结构图 （1）垂直力计算 根据公路隧道设计规范(jtg d70-2004)的有关计算公式及已知的围岩参数，代入公式： （4.2） 其中：s围岩的级别，取s=4；宽度影响系数，由式=1+i(b-5)计算，b为隧道宽度，b=11.96+20.25=12.45m;b5时，取i =0.1，=1+0.1(12.45-5)=1.745所以围岩竖向荷载kpa此处超挖回填层重忽略不计。（2）边墙侧压力计算 ei=hi （4.3）为了简化计算，计算边墙底部侧压力当作边墙方向上的均布压力， （4.4） （4.5）将回填土换算成浆砌片石，由（4.5）计算得出换算厚度由（4.3）得出边墙侧压力： （3）内力计算 取基本结构如图4.3所示，未知力为、，根据拱顶截面相对变位为0的条件，可以列出如下立法方程式： （4.6）由叠加原理，墙底位移，由于墙底无水平位移，故，代入力法方程式得： （4.7）式中、基本结构的单位位移和主动荷载位移墙底单位转角 基本结构墙底的荷载转角衬砌矢高 衬砌几何尺寸：内轮廓线半径： ，内径所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角：，截面厚度：外轮廓线半径：，拱轴线半径：，拱轴线各段圆弧中心角：，半拱轴线长度s及分段轴长s分段轴线长度： ri （4.8）由式（4.8）得：半拱轴线长度：将半拱轴线等分为8段，每段轴长为：各分块接缝（截面）中心几何要素a与竖直轴夹角 （4.9） （4.10）由（4.9）计算各分块截面中心与竖曲线的夹角如下： 图4.3 衬砌内力计算基本结构另一方面：，角度闭合差：。 b接缝中心点坐标计算： 计算位移a 单位位移用辛普生近似计算，单位位移计算列如表4.1，由结构力学求曲梁变位的方法得： (4.11)表4.1 单位位移计算表截面sincosxydi1/iy/iy2/i(1+y)2/i积分系数1300.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 0.55 0.0139 71.9424 0.0000 0.0000 71.9424 1 113.9466 0.2410 0.9705 1.3750 0.1682 0.55 0.0139 71.9424 12.0992 2.0348 98.1757 4 227.8932 0.4678 0.8838 2.6689 0.6628 0.55 0.0139 71.9424 47.6835 31.6046 198.9140 2 341.8398 0.6671 0.7450 3.8055 1.4547 0.55 0.0139 71.9424 104.6548 152.2415 433.4936 4 455.7864 0.8269 0.5623 4.7177 2.4972 0.55 0.0139 71.9424 179.6543 448.6317 879.8826 2 569.7330 0.9381 0.3464 5.3518 3.7288 0.55 0.0139 71.9424 268.2600 1000.2917 1608.7542 4 683.6796 0.9939 0.1101 5.6703 5.0769 0.55 0.0139 71.9424 365.2480 1854.3445 2656.7829 2 795.3045 0.9957 0.0924 5.6699 6.4635 0.55 0.0139 71.9424 465.0030 3005.5669 4007.5154 4 8104.9999 0.9659 0.2588 5.4254 7.8286 0.55 0.0139 71.9424 563.2084 4409.1311 5607.4903 1 577.0098 1720.5332 8594.8436 12612.9198 注：1.i截面惯性矩，i=bh312，b取单位长度。 2.不考虑轴力的影响由（4.11），单位位移值计算如下：计算精度校核为：闭合差：b 载位移：主动荷载在基本结构中引起的位移每一楔块上的作用力竖向力： （4.12）式中：为衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度，由图4.3计算得：水平压力： （4.13）式中：为衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度自重力： （4.14）式中：为接缝的衬砌截面厚度由（4.14）计算得自重力为：作用在各楔块上的力均列入表4.2，各集中力均通过相应图形的形心。 c 外荷载在基本结构中产生的内力楔块上各集中力对下一接缝的力臂由图中量得，分别记为：，内力按下式计算弯矩： (4.15)轴力： (4.16)式中：，为相邻两接缝中心点的坐标增值，按下式计算： (4.17) (4.18)，的计算见表4.2及表4.3 图4.3 衬砌结构计算图示基本结构中，主动荷载产生弯矩的校核为： (4.19) (4.20) 表4.2集中力与力臂计算表截面集中力力臂qgeaqagae00.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1172.7556 19.0850 5.3885 0.7215 0.6730 0.0884 2162.5702 19.0850 15.8479 0.6789 0.6127 0.2599 3142.7999 19.0850 25.3728 0.5961 0.5162 0.4160 4114.6104 19.0850 33.4019 0.4781 0.3892 0.5476 579.6636 19.0850 39.4616 0.6635 0.2392 0.6468 640.0199 19.0850 43.1947 0.1658 0.0752 0.7068 7-0.0581 19.0850 44.4271 0.0182 -0.0637 0.7165 8-30.7110 19.0850 43.7369 0.0000 -0.1793 0.7054 表4.3 载位移mp0计算表截面-qaq-gag-eae(q+g)exy-x(q+g)-ye00.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0