隧道毕业设计.doc

54第二章 xxx隧道设计1 设计基本资料1.1 设计依据标准和规范1 公路隧道设计规范 jtgd70-20042 公路隧道施工技术规范 jtgf60-20093 工程岩体分级标准 gb50218-944 公路隧道通风照明设计规范 jtj026.1-19995 锚杆喷射混凝土支护技术规范 gb50086-20016 地下工程防水技术规范 gb50108-20087 地下结构设计原理与方法 李志业 曾艳华主编 西南交通大学出版社8 隧道工程（第二版）上册 王毅才主编 人民交通出版社 9 地下工程施工技术（新1版） 姜玉松主编 武汉理工大学出版社10 混凝土结构设计原理（第2版） 沈蒲生主编 高等教育出版社1.2 技术标准公路等级：二级公路设计车速：60km/h车向：双向起讫桩号：k8+280+zk11+505隧道全长：3225m净高：5.0m净宽：10m；断面形式：单圆心衬砌方式：复合衬砌洞门形式：翼墙式纵坡类型：“人”字向坡 坡率：2.2% 无超高1.3 工程概况xxx至xxx二级公路起于常张公路阳和互通a匝道终点与县道x007线的平交口处，终于黄龙洞东0.7km处接s306线，途经杜家岗、石家咀、杨家坪、顶牛溪、梨子坪、河口村，路线全长15.7km。xxx隧道起点桩号k8+280，终点桩号k11+505，全长3225m；k8+260k10+110 记为隧道南段，k11+110k11+5记为隧道北段；k8+280k8+365记为隧道进洞口段，k11+480k11+505记为隧道出洞段。隧道进口段埋深区于2-20m间，出洞口段埋深区于015m间，洞身段埋深区于10570m间。1.4 工程地质条件1.4.1 地形地貌xxx隧道地处湘西北武陵山脉腹地，为低丘陵及发育其间的河谷阶地地貌。山脉走向自南西向北东方向逶迤展布，山峰陡峭兀立，构成鳍脊状山岭，山岭最高处为土福界，高程954.8。隧道穿越的溪谷两岸断续分布有二三级洪（冲）积阶地，宽度十余米百余米。1.4.2水文气象区属于亚热带季风型湿润气候区，雨量充沛。多年平均气温16.8，多年平均降雨量1388mm（最小1096mm，最大2093mm），降雨集中在48月，年蒸发量9701400mm。1.4.3地层岩性隧道区出露的地层为第四系、泥盆系及志留希地层，由新到老依次为：1第四系：分布于进、出洞口地段，岩性为填筑土、种植土、亚粘土及碎石类土。(1) 填筑土：分布于隧道进、出洞口前的村级公路上，结构稍密-中密，厚度较小，一般0.82m。(2) 种植土：暗褐色，厚度一般仅0.30.6m。(3) 亚粘土：黄褐色，稍密，硬塑状，土质不均匀，下部夹有砂岩、页岩强风化角砾、块石，层厚0.78m。(4) 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。2. 泥盆系主要由石英砂岩、砂岩组成，灰色、浅灰色夹灰黄色、深黄色，细粒结构，中厚层状- 厚层状结构，夹泥质砂岩、粉砂岩或砂质页岩薄层。强风化层厚1.70m左右，以下为弱风化石英砂岩岩性坚硬，岩石饱和单轴极限抗压强度101-108mpa，垂直或斜 交层理的节理裂隙较发育，其产状12271与4887，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）。3. 志留系：岩性为浅灰色、青灰色页岩，砂质页岩，夹砂质泥岩，均为软质岩。岩体中节理裂隙发育较发育，以顺层裂隙为主，次为垂直或斜交层理的裂隙，裂隙多为紧闭平直，充填泥质。1.4.4地质构造本区区域构造处于湘西北区东岳观三官寺向斜南西部转折端，拟建隧道段构造总体呈单斜构造，岩层倾向西北（312344），倾角1323。区内未见大的断裂构造与褶皱构造，仅有节理裂隙构造，各岩层间整合接触与假整合接触，只有白垩系、第四系与下伏地层不整合接触。 本区新构造运动主要表现为区域性缓慢上升，山间河流深切侵蚀，形成“u”字型（志留系页岩区）和“v”字型（泥盆系石英砂石、砂岩区）峡谷及山间溪（沟）谷洪（冲）积基座阶地。1.5 水文地质条件1.5.1 地表水隧址区地表水主要为南部的阳河溪谷与北部的王潭谷溪，水量丰富。1.5.2 地下水 地下水类型主要为第四系松散层孔隙水，基层裂隙水，对钢筋混凝土无腐蚀性。1.第四系松散层孔隙水：主要赋存于冲积、坡残积层中，水量不大，一般0.10.5l/s。主要补给来源为大气降水，次为地表沟谷水、坡脚基层表部层面破残积层内的渗透水。2基岩裂隙水：主要赋存于泥盆系石英砂岩岩层中，砂岩裂隙较发育，岩性呈刚性坚硬，易产生剪切裂隙，裂隙多平直紧闭，在层位的地势较低处或上覆破残积物较厚处，赋存一定的地下水。1.6 围岩稳定性评价隧道南段（k8+260k10+110）岩性志留系的强风化-微风化页岩、砂质页岩夹泥质砂岩、粉砂质泥岩，岩石饱和单轴抗压强度为3.325.3mpa，为软质岩中的软岩-较软岩，软化系数为0.350.59，易软化。节理裂隙发育-较发育，以顺层裂隙为主，次为垂直或斜交节理裂隙。隧道北段（k10+110k11+505）岩性为泥盆系石砂岩、砂岩夹粉砂岩、砂质页岩、页岩薄层。岩石饱和单轴抗压强度为101.9109.4mpa，岩石属硬岩，软化系数为0.770.80，为不易软化岩石。节理裂隙较发育。1.7 围岩特点 梨子坪隧道围岩具有以下特点： 1大多为志留系页岩、砂质页岩、夹泥质砂岩、粉砂质泥岩，岩体软弱破碎，开挖后围岩塑性变形不可忽略； 2围岩强度参数变幅大，对围岩变形、喷层内力、锚杆抗拔力影响大； 3部分开挖洞段围岩为夹泥质砂岩、粉砂质泥岩，岩石对含水量变化敏感，膨胀压力与膨胀变形值得重视；4部分开挖洞段围岩为砂质页岩、夹泥质砂岩、粉砂泥质岩，岩石流变性状不容忽视，流变对围岩永久衬砌安全性的影响是又一关键技术问题。1.8 岩土物理力学性质表2-1.1 岩土物理力学性质岩土名称饱和单轴极限抗压强度（mpa）重度（kn/m3）内摩擦角（）凝聚力（mpa）泊桑比弹性模量（104mpa）页岩3.325.32.682.7133.0541.820.562.50.290.45泥质粉砂20.12.7336.823.80.312.1泥盆系石英砂岩、砂岩101.9109.42.682.7144.27-44.478.49.70.060.090.922.62 围岩分级2.1 围岩分级隧道围岩分级根据工程岩体分级标准（gb 5021894）标准分级。该标准采用分两步进行的方法：1根据岩石坚硬程度和岩体的完整度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本指标bq，综合进行初步分级；2对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级基础上考虑修正因素的影响，修正岩体基本质量指标；3按修正后的岩体基本质量指标bq，结合岩体的定性特征综合评判、确定围岩的详细分级。2.1.1 岩体基本质量指标（bq）计算岩体基本质量指标（bq），根据分级因素的定量指标rc的兆帕数值和kv，按下式计算：bq=90+3rc+250kv式中：当rc90kv+30时，应以rc=90kv+30和kv代入计算bq值。 当kv0.04rc+0.4时，应以kv=0.04rc+0.4和rc代入计算bq值。岩体基本质量指标修正值bq，按下式计算bq=bq-100(k1+k2+k3)式中：bq岩体基本质量指标修正值 bq 岩体基本质量指标 k1 地下水影响修正系数 k2 主要软弱结构面产状影响修正系数k3 初始应力状态影响修正系数若无实测kv值，可根据表2-3.1取值 表2-3.1 kv与定性划分的岩体完整程度的对应关系kv0.750.750.550.550.350.350.1560603030151555坚硬程度坚硬岩较坚硬岩较软岩软岩极软岩2.1.2 岩体定性分级指标表2-3.3 岩体定性分级指标基本质量级别岩体基本质量的定性特征岩体基本质量指标（bq）i坚硬岩，岩体完整550ii坚硬岩，岩体较完整；较坚硬岩，岩体完整550451iii坚硬岩，岩体较破碎；较坚硬岩或软硬岩互层，岩体较完整；较软岩，岩体完整450351iv坚硬岩，岩体破碎；较坚硬岩，岩体较破碎-破碎；较软岩或软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整-较破碎；软岩，岩体完整-较完整350251v较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎-破碎；全部极软岩及全部极破碎岩2502.1.3 围岩分级依据工程岩体分级标准（gb 5021894）的相关规定，结合物探所测定的围岩弹性波速度，隧道围岩分类如下：k8+260k8+330 围岩为页岩、砂质页岩、泥质砂岩，强弱风化，钙质胶结，薄层状，节理裂隙很发育-较发育。页岩砂质页岩，弹性波纵波速度120m/s左右，岩石破碎-较破碎，围岩基本质量指标bq值为235左右，围岩级别为v级。k8+330k8+390 围岩为页岩、砂质页岩、泥质砂岩，弱风化，钙质胶结，薄层状。页岩、砂质页岩，弹性纵波速度1580m/s左右，岩石较破碎较完整，围岩基本质量指标bq值为270左右，围岩级别为iv级。k8+390k8+415 围岩为页岩、砂质页岩、泥质砂岩，强弱风化，钙质胶结，薄层状。页岩、砂质页岩，弹性纵波速度12001350m/s，岩石较破碎，围岩基本质量指标bq值为235245，围岩级别为v级。k8+415k8+710 围岩为页岩、砂质页岩、泥质砂岩，弱风化，钙质胶结，薄层状。页岩、砂质页岩，弹性纵波速度15001800m/s，岩石叫破碎较完整，围岩基本质量指标bq值为270320左右，围岩级别为iv级。k8+780k10+110围岩为页岩、砂质页岩、泥质砂岩，弱风化微风化，钙泥质胶结，薄层状。页岩、砂质页岩，弹性纵波速度27003000m/s，岩石较破碎较完整，围岩基本质量指标bq值为400440左右，围岩级别为iii级。k10+110k11+050围岩石英砂岩，弱风化微风化，块状构造，中厚层状；夹粉砂质页岩、粉砂岩薄层。其中k10+900k11+110石英砂岩弹性纵波波速推测3600m/s以上；围岩基本质量指标bq值推测为485510，岩石较完整完整，围岩级别为ii级。k110+050k11+140围岩石英砂岩，弱风化微风化，块状构造，中厚层状；夹粉砂质页岩、粉砂岩薄层。石英砂岩弹性纵波波速30003100m/s；围岩基本质量指标bq值推测为420440，岩石较完整完整，围岩级别为iii级。k11+140k11+290围岩石英砂岩，弱风化微风化，中厚层状；夹粉砂质页岩、粉砂岩薄层。石英砂岩弹性纵波波速推测26002800m/s；围岩基本质量指标bq值推测为320350，岩石较完整完整，围岩级别为iv级。k11+290k11+360围岩石英砂岩，弱风化微风化，块状构造，中厚层状；夹粉砂质页岩、粉砂岩薄层。石英砂岩弹性纵波波速推测35003550m/s；围岩基本质量指标bq值推测为450-480，岩石较完整-完整，围岩级别为ii级。k11+360k11+390围岩石英砂岩，弱风化-微风化，中厚层状；夹粉砂质页岩、粉砂岩薄层。石英砂岩弹性纵波波速推测29003000m/s；围岩基本质量指标bq值推测为420-440，岩石较完整完整，围岩级别为iii级。k11+390k11+470围岩石英砂岩，弱风化微风化，中厚层状；夹粉砂质页岩、粉砂岩薄层。石英砂岩弹性纵波波速推测26002800m/s；围岩基本质量指标bq值推测为320-350，岩石较完整完整，围岩级别为iv级。k11+470k11+505围岩石英砂岩，强风化弱风化，中厚层状夹薄层状粉砂岩、粉砂质页岩，围岩弹性纵波波速推测28003000m/s；围岩基本质量指标bq值推测为350-440，岩石较破碎较完整，围岩级别为iii级。从上可知，隧道进口段节理裂隙较发育，岩石破碎较破碎，围岩级别在viv间；洞身段岩石较完整完整，岩石较为坚硬，围岩级别在iiiii间；出口段与k11+140k11+290段岩石较破碎-较完整，岩石较坚硬，围岩级别iviii之间。3 总体设计3.1 一般规定隧道总体设计应遵循以下原则：1在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查基础上，综合必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，以避开不良地质地段；长隧道位置亦应尽可能避开不良地质地段，并与路线走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。3根据公路等级和设计速度确定车道数和建筑界限。在满足隧道功能和结构受力良好的前提下，确定经济合理的断面内轮廓。4隧道内外、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、交通监控等机电设施的设置规模。必要时特长隧道应做防灾专项设计。6应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和运营要求，对隧道内外防排水系统、消防给水系统、辅助通道、弃渣处理、管理设施、交通工程设施、环境保护等做综合考虑。 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。3.2 位置选择 梨子坪隧道长3225m，属特长隧道，隧道的位置应控制路线方向，以避开工程地质和水文地质极为复杂以及严重不良地段。隧道区内地形无大的断裂构造与褶皱构造，仅有节理裂隙构造，各岩层间整合接触与假整合接触，只有白垩系、第四系与下伏地层不整合接触。因此影响隧道洞身位置的主要是工程地质条件，隧道围岩主要为iiv级，岩石破碎，地下水丰富，工程问题有围岩的脱落、崩塌、涌水等。 洞口位置不宜设在滑坡、崩塌、岩堆、危岩落石、泥石流等不良地质及排水困难的沟谷低洼处或不稳定的悬崖陡壁下。应遵循“早进晚出”的原则，避免大挖大刷，在洞口形成高边坡和高仰坡。梨子坪隧道进、出口段和入口段岩性主要为第四系的填筑土、亚粘土，结构松散破碎，稳定性差，同时隧道外公路需开挖路垫，因此洞门采用翼墙式洞门。3.3 平面线形、纵断面设计3.3.1 平面线形 隧道的平面线形应根据地质、地形、路线走向、通风等因素确定隧道的平曲线线形。直线便于施工；曲线段施工难度较大，除测量上难度加大以外，例如模板台车载曲线段施工很困难，有超高时就更困难。梨子坪隧道属特长隧道，沿线地层复杂，岩层破碎、地下水丰富，因此隧道平面线形不可能为直线型。需设置曲线时，宜采用不设超高的平曲线半径并应满足视距要求。各要求如表2-3.1和表2-3.2。表2-3.1不设超高的圆曲线最小半径 设计车速（km/h）1201008060403020路 拱2.0%55004000250015006003501502.0%7500520033501900800450200表2-3.2 公路停车视距与会车视距公路等级高速公路、一级公路二、三、四级公路设计速度（km/h）12010080608060403020停车视距（m）2101601107511075403020会车视距（m）220150806040梨子坪隧道为二级公路，设计车速为60km/h，由于地下水丰富，路拱2%，则不设超高的圆曲线最小半径为1500m；停车视距为75m，会车视距为150m。3.3.2 纵断面设计隧道内纵断面线形应考虑行车安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求，隧道纵坡不应小于0.3%，一般情况不应大于3%；受地形等跳警限制时，高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大，但不宜大于4%；短于100m的隧道纵坡可与该公路隧道外路线的指标相同。隧道内的纵坡形式，一般采用单向坡；当地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡。纵坡变更的凸形竖曲线和凹形竖曲线的最小半径和最小长度应符合规范规定（公路隧道设计规范jtgd70-2004，表4.3.4）。梨子坪隧道属特长隧道，地下水丰富，因此纵坡形式采用“人”字坡式，纵坡在0.3%3%间，凸形竖曲线半径最小一般值2000m，极限值1400m，凹形竖曲线半径最小值一般为1500m，极限值1000m，竖曲线长度最小值50。3.4 横断面设计3.4.1 建筑限界 隧道横断面设计主要是对隧道净空的设计。隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。隧道净空是根据“建筑限界”确定的。“限界”是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内的空间是保证车辆安全运行所必需的，是建筑物不得侵入的一种限界。公路隧道建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度及车道、人行道的净高。梨子坪隧道建筑限界如图2.1所示。 梨子坪隧道属二级公路隧道，设计车速60km/h，建筑限界如表2-3.3、图2-3.1。 表2-3.3 建筑限界 （单位：m）公路等级设计速度（km/h）车道宽度w侧向宽度l余宽c人行道r检修道j隧道建筑限界净宽左侧ll右侧lr左侧右侧设检修道设人行道不设检修道、人行道二级公路603.5020.500.501.00103.4.2 紧急停车带长、特长隧道应在行车方向的右侧设置紧急停车带。双向行车隧道，其紧急停车带应双侧交错设置。紧急停车带的宽度，包含右侧向宽度应取3.5m，长度应取40m，其中有效长度不得小于30m。紧急停车带的设置间距不宜大于750m。停车带的路面横坡，长隧道可取水平，特长隧道可取0.5%1.0%或水平。梨子坪隧道应设紧急停车带，双向交错布置，紧急停车带间距600m，有效长度30m，横向坡度取1%。紧急停车带的建筑限界、宽度和长度见图2-3.2。 图2-3.1 建筑界（单位：cm）a）宽度构成及建筑限界 （单位：cm） b）长度（单位：m）图2-3.2 紧急停车带的建筑限界、宽度和长度2.4.3 内轮廓设计隧道内轮廓设计除符合隧道建造限界的规定外，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控件，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。梨子坪隧道内轮廓采用单圆心方案，半径r1=5.4m，r2=1m，r3=10.2m，1=108，2=45，3=27，iv、v级围岩设置仰拱，内轮廓线如图2-3.3。a）一般内轮廓线b) 含紧急停车带内轮廓线图2-3.3 内轮廓线（单位：m）4 洞门设计4.1 一般规定公路隧道设计规范（jtgd70-2004）对洞门有如下规定：1洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、营运要求，通过经济、技术比较确定；2隧道应遵循“早进洞、晚出洞”的原则，不得大挖大刷，确保边坡及仰坡的稳定；3。洞口边坡、仰坡顶面及其周围，应根据情况设置排水沟，并和路基排水系统综合考虑布置。4.2 洞门位置选择公路隧道设计规范（jtgd70-2004）规定洞口位置的确定应符合下列要求：1洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。有条件时，应贴壁进洞；条件限制时，边坡及仰坡的设计开挖最大高度可按表2-4.1控制。表2-4.1 洞口边、仰坡控制高度围岩分级i-iiiiiiv边、仰坡坡率贴壁1:0.31:0.51:0.51:0.751:0.751:11:1.251:1.51:1.25高度（m）15202520251518201518注：设计开挖高度系从路基边缘算起2洞口位置应设于山坡稳定、地质条件好处。3位于悬崖陡壁下的洞口，不宜切削原山坡；应避免在不稳定的悬崖陡壁下进洞。 4跨沟或沿沟进洞时，应考虑水文情况，结合防排水工程，充分比选确定。5漫坡地段的洞口位置，应结合洞外路堑地质、弃渣、排水及施工等因素综合分析确定。6洞口设计应考虑与附近的地面建筑及地下埋设物的相互影响，必要时采取防范措施。7洞口边坡、仰坡应根据实际情况加固防护措施，有条件时应优先采用绿化护坡。8当洞口处有塌方、落石、泥石流等时，应采取清刷、延伸洞口、设置明洞或支挡结构物等措施。4.3洞门形式选择标准 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。4.4洞门确定黎子坪隧道起点桩号为k8+280，由地质平面图知，隧道进洞口段处于山谷之中，轴线与破面斜交，角度小于65；由纵断面图知， 进洞口段地势平坦，处于冲（洪）积阶地，地面高程约为386，与路基（高程377.63）相差约8.4m，桩号k8+280前方有一冲沟；由断面图知，进洞口段横坡较陡，隧道两侧存在偏压，进洞口段岩性从上至下分别为第四系中种植土、冲积层、洪基层、坡积层土、和亚粘土，志留系中的强风化页岩和砂质页岩，土层稳定性差，围岩易坍塌。考虑边仰坡稳定、土石方量大小、洞门地基土性质等，采用接长明洞，又因在k8+250处k8+250处有一与线路平行的断层影响施工，所以进洞口段洞门选择在k8+260处；洞门采用理论单侧翼墙式洞门，翼墙式洞门使用于地质较差的iv级以下围岩，以及需要开挖较深路垫的地方，翼墙可以增加端墙的稳定性，同时对路垫边坡也起支撑作用。但考虑路基施工已对路垫支护，所以采用端墙式洞门。黎子坪隧道终点桩号为k11+505，由地质平面图知，隧道出洞口段处于山谷之中，轴线与破面斜交，角度大于65；由纵断面图知，出洞口段地势陡峭，k11+495k11+505段地面低于隧道顶，为接长明洞；由横断面知，洞口一侧为陡峭山坡，另一侧为平坦谷地，洞门地基主要为志留系砂质页岩、粉质砂岩，围岩级别为iii。出洞口段洞门也采用端墙式洞门，洞门形式如图2-4.1。 a） 洞门立面图b） 洞门剖面图 图2-4.1 洞门 (单位：cm)4.5 洞门尺寸验算 洞门实际上是一明洞，易知纵向方向不必验算，横向由于靠山，山体对洞门（明洞）有推动作用，但考虑路基施工时对路垫已加固，使其稳定，因此横断方向洞门也不用验算。5 衬砌设计5.1 初期支护梨子坪隧道采用复合式衬砌支护，初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用，根据不同围岩级别区别组合。锚杆支护采用全长粘结锚杆。由工程类比法，结合公路隧道设计规范（jtg d70-2004），初期支护喷射混凝土材料采用c20级混凝土，支护参数取值如表2-5.1。表2-5.1初期支护参数围岩级别喷射砼厚度(cm)锚杆(m)钢筋网钢拱架拱墙仰拱位置长度间距杆体材料ii8局部2.21.522砂浆（药卷）锚杆iii10拱、墙2.41.522砂浆（药卷）锚杆局部6.525x25iv14拱、墙3.01.025中空注浆锚杆拱、墙6.525x25拱、墙格栅钢架18iv20拱、墙4.01.025中空注浆锚杆拱、墙(双层)6.525x25拱、墙、仰拱格栅钢架18i5.2 二次衬砌 二次衬砌采用现浇模筑钢筋混凝土，混凝土采用c25级，钢筋采用hrb335级刚，利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。二次衬砌厚度设置如表2-5.2。 表2-5.2二次衬砌混凝土厚度 （单位：cm）围岩级别拱、墙混凝土厚度仰拱混凝土厚度ii30iii35iv3535v45455.3 围岩衬砌内力计算5.3.1 拟定衬砌尺寸图2-5.1 iv围岩衬砌拟定图内轮廓线半径m ，外轮廓线半径m，中心线半径：m c25级防腐钢筋混凝土拱墙35cm，预留变形量5cm，c20喷射混凝土防腐混凝土厚10cm拱顶截面厚0.5m，墙底截面厚0.9897m。5.3.2 半拱轴线长度s及分段长度s（级围岩）规范（jtgd70-2004）规定：i-v级围岩中，复合式衬砌的初期支护应主要按工程类比法设计。其中iv、v级围岩的支护参数应通过设计确定，计算方法为地层结构法。所以取iv级围岩为计算对象。5.3.2 围岩压力计算5.3.2.1 确定隧道深、浅埋公路隧道设计规范规定浅埋和深埋隧道的分界按荷载等效高度判定，判定公式如2-5-1 2-5-1 式中：浅埋隧道分界深度m 荷载等效高度m，按公式2-5-2 2-5-2 深埋隧道垂直均布压力（kn/m2），按公式2-5-3计算 围岩重度（kn/m3） 2-5-3 按公式2-5-4计算 2-5-4式中：围岩级别 宽度影响系数， 则 在矿山法施工的条件下，iv-v级围岩取 iv级围岩分布于隧道进、出洞口段，埋深位于020m间，则隧道按浅埋隧道计算。5.3.2.2 衬砌材料参数围岩为iv级，根据公路隧道设计规范表a.0.4-1取值得：围岩重度，围岩的弹性抗力系数，计算内摩擦角。各值考虑围岩膨胀性和流变性的影响，均取表中最低值。衬砌材料采用钢筋混凝土，根据公路隧道设计规范表5.2.1，表5.2.2，表5.2.4取值得：重度，弹性模量，轴线抗压强度标准值，轴心抗拉强度标准值。5.3.2.3围岩压力计算垂直均布压力 水平均布压力 5.3.3 计算半拱轴轴线长度1. 求水平线以下边墙的轴线半径r2假定水平线以下的轴线为一圆弧，则其半径由图4.4求得。图2-5.2 边墙轴线计算由图上量得：则 故 2.计算半拱轴线长度s级分块轴线长度s。（单位m）图2-5.3 半轴分块图 分段长度：表2-5.3 各截面中心几何要素截面00.00000.00001.00000.00000.00000.3500112.94520.22400.97461.24890.14170.3500225.89050.43670.89962.43430.55960.3500338.83570.62710.77893.49601.23240.3500451.78100.78570.61874.38002.12590.3500564.72620.90430.42695.04143.19480.3500677.67150.97690.21355.44644.38460.3500790.61670.9999-0.01085.57475.63500.3500896.97110.9926-0.12145.48746.83200.50609103.32550.9731-0.23055.27908.07360.9530校核：角度闭合差半轴计算图如图2-5.35.3.3计算基本结构的单位位移 计算结果见表2-5.4校核：计算结果正确。表2-5.4 基本结构单位位移截面 00.0036279.88340.00000.0000279.883410.0036279.883439.65695.6190364.816320.0036279.8834156.612087.6341680.741430.0036279.8834344.9202425.06971394.793640.0036279.8834595.00981264.94332734.846250.0036279.8834894.16832856.67914924.899260.0036279.88341227.18955380.79128115.053670.0036279.88341577.14558887.229412321.403780.010892.6253632.81794323.42455681.685790.072113.8644111.9359903.72501141.46132345.55685579.456124135.115537639.58455.3.4 计算主动荷载在基本结构中产生的位移 5.3.4.1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）表2-5.5 单元集中作用力截面(m) (m)(m)(kn) (kn) (kn)0000.350000011.24900.14200.3500499.60005.661310.139821.18500.41800.3500474.000016.665010.139831.06200.67300.3500424.800026.831410.139840.88400.89400.3500353.600035.642310.139850.66101.06900.3500264.400042.619310.139860.40501.19000.3500162.000047.443410.139870.12901.25000.350051.600049.835510.139880.07301.23000.506029.200049.038112.399590.22801.27300.953091.200050.752521.13425.3.4.2 主动荷载在基本结构上产生的内力分块上个集中力对下一分点的截面形心的力臂由分块图上量取，并分别记为、，如图2-5.4。 图2-5.4 单元主动荷载弯矩： （）轴力：式中：、相邻两截面中心点的坐标增量表2-5.6 计算过程表（一）截面（m）（m）（m）-（kn）-（kn）（kn）00000001 0.6245 0.6440 0.0710 -312.0002 -6.5300 -0.4020 2 0.5925 0.5950 0.2090 -280.8450 -6.0332 -3.4830 3 0.5310 0.5410 0.3365 -225.5688 -5.4856 -9.0288 4 0.4420 0.4560 0.4470 -156.2912 -4.6237 -15.9321 5 0.3305 0.3200 0.5345 -87.3842 -3.2447 -22.7800 6 0.2025 0.2080 0.5950 -32.8050 -2.1091 -28.2288 7 0.0645 0.0690 0.6250 -3.3282 -0.6996 -31.1472 8 0.0000 -0.0410 0.6150 0.0000 0.5084 -30.1585 9 0.0000 -0.1470 0.6365 0.0000 3.1067 -32.3039 表2-5.7 计算过程表（二）截面10.0000 0.0000 1.2489 0.1417 0.0000 0.0000 -318.9322 2509.7398 5.6613 1.1854 0.4179 -604.2596 -2.3657 -1215.9186 3993.8796 22.3263 1.0617 0.6728 -1055.1901 -15.0214 -2526.2132 41428.8193 49.1577 0.8840 0.8935 -1263.0507 -43.9249 -4010.0359 51792.5591 84.8001 0.6613 1.0689 -1185.4957 -90.6402 -5399.5807 62067.0989 127.4194 0.4051 1.1899 -837.3538 -151.6109 -6451.6883 72239.2387 174.8628 0.1282 1.2504 -287.1588 -218.6421 -6992.6642 82300.9785 224.6983 -0.0873 1.1970 200.7678 -268.9661 -7090.5126 92342.5780 273.7364 -0.2085 1.2416 488.3602 -339.8641 -6971.2137 校核： 计算误差：计算结果正确。表2-5.8 计算过程表截面0000001509.7398-5.6613114.1918-5.5174108.67442993.8796-22.3263433.9801-20.0854413.894731428.8193-49.1577895.9982-38.2913857.706941792.5591-84.80011408.3272-52.46321355.864052067.0989-127.41941869.2325-54.40091814.831662239.2387-174.86282187.6006-37.33612150.264672300.9785-224.69832300.84522.41872303.263882342.5780-273.73642325.260433.22312358.483592454.9122-324.48892388.817274.78902463.60635.3.5 计算主动荷载位移1p和2p 经校核 =-0.5895=表2-5.9 、计算过程截面00279.883400001-318.9322279.88340.1417-89263.8148-12647.8765-101911.69132-1215.9186279.88340.5596-340315.4079-190427.4377-530742.84563-2526.2132279.88341.2324-707045.0997-87134212034-4010.0359279.88342.1259-1122342.4050-2386010.4720-3508352.87705-5399.5807279.88343.1948-1511252.9099-4828134.1225-6339387.03246-6451.6883279.88344.3846-1805720.3356-791744440287-6992.6642279.88345.6350-1957130.5035-11028448.6263-12985579.12988-7090.512692.62536.8320-656760.9601-4487003.6460-5143764.60609-6971.213713.86448.0736-96652.0212-780329.1365-876981.1576-8286483.4576-32501787.4053-40788270.86295.3.6 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 5.3.7解主动荷载作用下的力法方程 其中拱矢高，解得： 5.3.8 求主动荷载作用下各截面的内力计算过程见表2-5.10和表2-5.11。表2-5.10 计算过程截面00.0000 1426.4620 0.0000 1426.4