池州合铜黄段龙头岭隧道设计(单洞双车道混合式隧道设计)-大学毕业设计.docx

第1章 绪论1.1 研究背景随着我国社会、经济的高速发展，全社会客运量和货运量都成倍增长。高速公路在长途运输中占有明显优势。由于高速公路线性的技术指标高，当其进入山丘或重丘区时，就不可避免地需要采用隧道来穿越山岭。因此，在我国中西部山区修建高速公路，通常桥梁和隧道所占的比例较高，大约40%80%。隧道的突出优点在于能够大幅度缩短里程，提高运营效率。例如，成渝高速公路中梁山隧道长度3km，比原路缩短里程42km，采用隧道方案不仅节约土地，而且可以保护生态环境。 金国栋新中梁山隧道近接隧道段设计J铁道工程学报2013，(10)： 72-76目前我国大规模、高标准的公路建设全面展开，客运专线对隧道的工程质量、耐久性、环境与水土保持、运营管理等提出了更高的要求。1.2 国内外研究现状国内外隧道施工中形成了两大理论体系：一种20世纪年代提出的传统“松弛荷载理论”，其核心内容是稳定的围岩有自稳能力，对隧道不产生荷载，而不稳定的围岩可能产生坍塌，需要用支护结构予以支承围岩体荷载。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并坑坍塌的岩体重力。另一种是20世纪50年代提出的“岩承理论”。其核心内容是隧道围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力，不稳定围岩是具有一个过程的，如在这个过程中提供必要的支护和限制，则围岩仍然能够保持稳定状态。“岩体理论”则是在新奥法的基础上提出来的 MKarakus，RJFowe llEffects of different tunnel face advance excavation on the settlement by FEM JTunne lling and Underground Space TechnologyVolume 18Issue 5November 2003：513-523。目前各国的公路隧道施工方法仍以新奥法为主，以喷射混凝土锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，充分发挥围岩的自承能力的施工方法。新奥法是按照实际观察到的围岩动态的各项指标来指导开挖隧道的方法。新奥法施工原则可以归纳为充分保护，并利用围岩的自承能力；施工要点为控制爆破、锚杆支护和施工监测；实施方法为设计、施工和监测三位一体的动态模式 杨小林新奥法施工实践与研究D四川大学2000：12-16。国内外隧道施工都充分证实了在公路隧道施工阶段，重视和加强地质超前预报，最大限度地利用地质理论和先进的地质超前预报技术，预测开挖工作面前方的地质情况，对于安全施工、提高工效、缩短施工周期、避免事故损失都具有重要意义。随着科学技术的发展，超前地质预报的仪器设备也更加精密。国内外隧道施工期地质超前预报技术方法的发展主要经历了地质法阶段、超前平行导坑阶段、超前水平钻孔阶段、无力探测法阶段。 何发亮，李苍松隧道施工期地质超前预报技术的发展J现代隧道技术，2001，38(3)：12-15.目前应用较广的有TSP超前预报，和地质雷达超前预报法。TSP超前预报系统具有适用范围广、预报距离长、时间短、对施工干扰小、费用少等优点，可推断断层和岩石破碎带等不良地质体的位置、规模、产状、及岩石动力参数。地质雷达对隧底、边墙、隧顶外围岩的不良地质探测效果最好，在超前平行导管中应用可对正洞起到超前地质预报的作用。 大规模的建设过程中，国内隧道建设也暴露出一些不足。首先是规范落后于现实。公路中的许多规范已经陈旧，编写规范的人多属脱离现场较长，深刻了解内在规律的人不多，理论不结合实际的多，因此，不要急于编规范。中国之大，隧道地处情况之复杂，变化很大，用一本规范是打不了天下的，所以，要看清目前规范的水平不高，不要急于功利，要在发展中去总结，有量的积累，才能有质的提高，才能有好的规范产生，当前，国家要求各行各业，每5年必须修改规范的原因也在于此。重视隧道动态设计、动态施工。 重视隧道设计前的水文地质调查、勘测的预设计（初步设计）工作，必须进行施工中的地质超前预提及变位量测工作，及时进行信息化反馈施工设计。这种动态设计、动态施工、动态管理是符合地下工程不确定性客观规律的，是克服施工中不确定性因素的重要手段，是确保安全、可靠、适用、优质建成工程的关键 萧富元，彭诗容，高宪彰等水文地质调查与分析在隧道工程中的应用探讨J隧道建设，2014：72-73。1.3本设计主要内容 （1）计算III、IV级、V级围岩荷载，确定不同的围岩级别条件下衬砌类型，衬砌长度，二衬厚度和计算配筋，进行洞身二衬结构检算，并绘制衬砌结构横剖面图。 （2）按工程类比法（对照隧道的构筑条件、构筑方法及使用要求，依据条件基本相同的已建隧道的结构确定设计隧道结构尺寸）确定不同的围岩级别条件下隧道的初支结构及形式。 （3）进行隧道施工技术，包括总体施工部署、进洞方案、洞身不同围岩段开挖方法等。 （4）设计具体的施工工艺，包括开挖、出碴、初支、二衬、防水工程、量测及其它相关施工工艺，绘制相应的施工工法步序图，防水结构图，监测布置图以及其它必要附图。 第2章 地质条件与方案比选2.1概述拟建的二级公路属于位于安徽省中南部，路线起点青阳，终点黄山。起终点间山脉沟谷纵横，地势起伏较大，山脉和沟谷走向均为西北东南。地质情况复杂，区段内部分岩层有断层，为道路的修筑和后期养护造成一定困难。区段沿途有村庄分布，选线时要考虑对区域经济和拆迁对工程造价的影响。2.2隧道建设地区工程地质条件1.区域地形、地貌本项目位于安徽省池州市和黄山市交界处，总体地形特征为南高北低地形起伏较大，地势陡峭，相对高差在350m左右。河谷呈“人”字形，谷窄沟深，坡体陡峭，项目所在地围岩等级主要是级、级、级。2.水文与气象黄山市属暖温带半湿润季风气候，气候温暖，四季分明，夏无酷暑，冬无严寒，雨量充足无霜期长。年平均气温16.5，年均降水14002200mm，年均日照率45%，雨季降水量占全年的56%。气候资源较为优越，有利于农作物生长。主要气象灾害有旱、涝、风、霜、冻、冰雹等。3.主要岩土类特征（1）含角砾粘质粉土砂褐红色，湿，硬塑，稍密。成分以粘粉粒为主，角砾含量510%，含量1015%，砂粒、角砾成分为白云岩，土体较均匀。（2）含碎石、角砾粘质砂土褐红色，湿，结构疏松。碎石、角砾含量2025%，粘粉粒含量2025%，砂粒含量5060%，碎石角砾成分主要为白云岩，局部为泥岩、粉砂质泥岩、砂岩等，多为棱角状，分布较均匀，土体较均匀。（3）细晶白云岩灰白色，细晶，团块状结构，块状构造。主要矿物白云岩，含量大于90%，方解石210%，有机质少量。白云石部分已重结晶，颗粒较大，一般0.20.6mm，重结晶的白云石呈团块状分布，表面较干净，部分未结晶白云石，粒径小于0.05mm，表面浑浊不清。岩石较坚硬，整体完整性较差，较破碎，分化较严重。饱和抗压强度27.382.6MPa，抗剪强度C=11.422.3MPa，=36.240.3，泊松比0.180.33，软化系数0.40.87。（4）含灰质白云岩浅灰色，细晶结构，条纹状构造。主要矿物白云石，含量8590%，方解石含量1015%，泥质、有机质少量。白云石粒径一般0.050.15mm，呈镶嵌状分布，其上散布有泥质及有机质，表面浑浊不清。方解石粒径一般0.2mm左右，分布不均匀，呈条带状分布，岩石较坚硬，整体完整性较差，较破碎，分化较严重。（5）含砾微晶灰岩灰、浅灰色，岩石中的砾石为沉积时的混入物，其粒径215cm，为次圆、棱角状，分布不均，含量520%，成分为泥晶白云岩。微晶灰岩呈微晶结构，生物碎屑结构，块状构造。主要矿物为方解石，含量不小于95%，少量有机质（2%）及生物碎屑（3%）。方解石粒径一般0.010.001mm，少部分未结晶灰质粒径0.001mm。岩石较坚硬，整体完整性较差，抗分化能力较强。（6）细粒长石石英砂岩灰白色、细粒砂状结构，块状结构。碎屑成分主要为石英，含量大于75%，次为长石1015%，硅质岩屑小于1%，粒径一般0.10.25mm，少数0.250.4mm。填隙物成分主要为硅质（58%）及少量粘土质。岩石为颗粒支撑接触式胶结。岩石坚硬，整体完整性较好，抗风化能力较强。（7）泥岩黄色，泥质结构，块状构造。主要成份为粘土矿物，含少量粉砂粒。岩石软弱，整体完整性差。物理力学性质差，接近于半成岩的粘性土。综上所述，此地区岩土工程地质性质普遍较差。白云岩虽较坚硬，但受构造运动影响，较破碎，分化较严重，整体完整性较差。砂岩虽坚硬，抗风化能力较强，力学性质较高，整体完整性较好，但其出露宽度窄，泥岩受构造变形大，岩石软弱不完整，抗风化能力弱，其工程地质条件差。4.岩土构造特征隧道区断层较发育，以北东向断层为主，次为近东西向，亦见南北向断层。断层性质以压扭性、压性、扭性为主，个别为张性、张扭性，断层多期活动的特点，早期以压性、压扭性、扭性为主，且规模较大，晚期以张性为主，规模小。5.水文地质条件勘测区地下水的补给主要来自大气降水。区内降水量充沛，植被不甚发育，山高坡较陡，沟谷深切，地表径流畅通，降水量又相对集中。6.不良地质现象隧道路线走廊为长江水系，雨季时洪水暴涨，常携带泥土、碎石，在沟口形成洪积扇区，不良地质灾害主要有滑坡、泥石流。2.3选线原则公路隧道线路的选择必须结合地形、地质条件对诸多因素综合研究、全面分析，以便选定既节省工程量又利于运营的方案。2.3.1线路方向的选定线路方向的选定要包括要对包括：任务书对起讫点的要求，路线必经点、修建意义以及在路网中作用；本线近远期交通量及其客货流等经济资料；本线与邻近铁路、水运、航空等运输方式配合中所承担的任务；本线与国家工况点联系的要求，国防上的要求以及地形图、区域地质、水文、气象、地震等资料加以分析研究。本区段道路从青阳县到黄山市，沿途可能经过的村庄有宏村、苦竹溪。在进行路线选定时，既要考虑道路对沿线村庄的经济的促进作用，又要考虑村庄拆迁对工程造价以及工期的影响，要考虑路线对环境的影响。此区段道路途经山岭地区，有较多的野生动植物生长，要考虑其生存环境的影响。还有国防和施工难以程度等因素，所有这些应该综合考虑后再进行线路的选定。2.3.2决定线路方向的主要因素1.沿线地形的选择此区段道路地形起伏较大，山脉高大陡峭，可以选择沿河谷展线到适当隧址后隧道穿越地形障碍。2.大型结构物位置的选定一般情况下应按照“路随大桥长隧”的原则来对待，高等级公路还要综合考虑整体线型后确定。3.通过重要城镇的选定此段道路就要考虑宏村和苦竹溪几个有较大村落分布地段点后综合选择。4.通过工况点的选定靠村不进村。5.运输性质与运量的影响宏村是一个生态旅游区，在选线时路线尽量进过此处或者离此处较近。6.地质条件的影响不良地质条件如滑坡、崩塌、泥石流等对于隧道施工的难易程度以及后期的运营安全均有一定的影响。此区段内白阳岔附近地质情况较差，应尽量避过。2.4隧道位置的选定确定隧道位置时，首先是对多个路线方案进行比较，确定推荐方案和比较方案，然后根据方案中已获得的资料，在方案线路的基础上详细研究隧道最佳位设置的位置。2.4.1地形条件选择越岭隧道位置时，除应进行大面积的方案研究外，还要对可能穿越的垭口，要以不同的坡度，不同的进出口标高和不同的展线方式作出各种越岭隧道方案，进行同等研究。河谷地形由于受地质构造和水流冲刷等影响，往往出现地形和地质均较复杂的情况，特别是在山区河谷地区，往往河流弯曲、沟谷发育、支沟密布，河谷两岸常有对称或不对称的台地和陡峭的山坡，并常伴有崩塌、错落、岩堆、滑坡、泥石流、河岸冲刷等不良地质现象。河谷路线沿河傍山地段，常因地形、地质复杂等原因而采用隧道通过。由于地形、地质复杂，以隧道通过时，有时路线内靠不足，造成不少隧道出现洞壁过薄、偏压、浅埋、洞口深基础明洞工程，水流冲刷危害以及穿越不良地质地段等现象，往往出现路线扭曲，隧道短而多，或桥隧相连，桥梁工程增加，支挡建筑物甚多，而一些坍塌落石的威胁又不能彻底消除。因此条文规定当路线以隧道通过时，路线宜向山侧内移。2.4.2地质条件地质条件对隧道位置的选择往往起决定性的作用 赵慧玲地质条件对隧道工程影响分析J中国地质灾害与防治报2004， 15(1)：74-77。隧道位置应选择在岩性较好、稳定的地层中，将对施工和营运有利，亦可节约投资。对岩性不好的地层、断层破碎带、含水层等工程地质、水文地质极为复杂的严重不良地质地段，应尽量避免穿越，以免增加设计、施工和营运的困难，甚至影响隧道的性能和安全，发生意料不到的病害。若不能绕避而必须通过时，应减短其穿越的长度，采取可靠的工程处理措施，以确保隧道施工及营运的安全。隧道在选择进口时都尽量选在较饱满的山体上，避免出现偏压等地质灾害。尽可能避过不良地质段如断层、泥石流、崩塌等。2.5线路方案比选2.5.1方案比选的要点（1）线性适当顺应地形；（2）路线段投资低；（3）工程稳定行车安全；（4）养护容易施工不难；（5）行驶舒适景观协调；（6）用地节省，经济政治意义重大。进行方案比选是要参考以上几条原则综合进行。 许佑顶隧道线路方案选择原则J中国勘察设计，2007(10)：62-64 2.5.2 方案比较及确定最佳方案该公路能有效解决当地交通问题，加强地区间交流，降低运输成本，节省运输时间，促进经济发展。通过勘察设计已确定出三种方案。如下：方案一：中等长度隧道方案。根据地形特征和地质情况，沿宏村和苦竹溪向各自上游展线，然后用一座中隧道克服地形障碍连接两处。路线全长53.9km，中隧道为655m，线性较为顺畅。方案二：绕线结合桥隧方案，从起点架桥到达隧址，路线途经苦竹溪将中隧道分为2座隧道。线路全长58.7km，隧道分别为200m和309m，修建桥梁1座，线性顺畅。方案三：隧道群方案，从起点到终点将沿途的苦竹溪、沟村几个河沟均连接起来，路线线性较好但经过浅埋区段和村庄较多，对施工难度和工程造价有一定影响。路线全长52.0km，修建三座隧道，其中最长隧道400m。现在从线性指标、工程数量、施工难度、隧道功能、营运及养护费用、环境保护、工程病害等方面进行相互比较，最终确定推荐方案。具体情况见表2-1。表2-1 方案比选项目线路1线路2线路3续表2-1线性指标 线路总长为53900米，其中中隧道有1座，总长655米，整条线路有3处设置圆曲线，曲率半径较大，行车舒适。线路总长为5870米，隧道有2座,、桥梁1座，隧道总长约509米。圆曲线较少，行车舒适。线路总长52000米，隧道有3座，隧道长度约900米，圆曲线较少，行车舒适。工程数量 线路总长53900米，其中隧道655米，隧道围岩等级为、级。需要设计一处桥涵。 线路总长58700米，其中隧道509m，隧道围岩等级、级为主，部分隧道路段深埋或浅埋。设置桥涵数量较多。 线路总长52000米。隧道长度900米，浅埋部分较多，桥涵较少。施工难度 线路较中，除隧道外展线不需要克服较大高程，挖填方小，洞口少，施工工期适中。桥涵为小桥涵施工简便，施工难度较小。线路较长，隧道经过部分浅埋区段施工难度较大，进入隧道前的引道修筑会影响隧道进度。除东洞口外其余场地布置较难。线路适短，隧道群洞口较多便于施工，围岩等级多为、级，浅埋区段长度较大，施工难度大。隧道经过村庄较多，拆迁会影响隧道施工进度和整体造价。营运及养护费用最长隧道长655米，营运及养护费用较低。两座隧道长509米，后期营运及养护费用较低。除一座隧道较长外，短隧道群各自的养护费用均较低，但需要较多的人力在各处隧道布置。环境保护填挖方量较小，对原有生态环境的破坏较小。填挖方量较小，对原有生态环境的破坏较小。挖填方较大，多个洞口分别排出废气不利当地动植物生长，污染区域较广。续表2-1工程病害采用中隧道方案，对原有山体的破坏较少，工程病害较少。路线起点处的桥涵和部分浅埋区段由于处在沟谷中，易发生泥石流等自然灾害。短隧道群很大一部分处于浅埋区段，施工中易受地表水影响发生垮塌，工程病害较多1.方案1路线距离适中，只有一条中隧道，地形起伏一般，路行车舒适性好。进度相对较快。施工难度小，后期运营管理费用较低，工程病害较少。2.方案2路线距离最长，隧道工程量较方案1多但两隧道施工断面多，进度相对较快。施工难度小，桥涵数量多，前期资金投入大，该段易发生泥石流等自然灾害。3.方案3在公路建设中的工程量最大，浅埋段地质情况复杂，开挖量大导致后期运营养护需要较多的人力物力。但其由于开挖面多，进度较快。4.方案2基本上绕开了村庄，其对工程进度和造价影响较小但不能对当地经济有很好的促进作用。方案3对串联起各个村庄，对经济促进效果较好当由于拆迁问题引起的工期、造价增长较不便。方案1较折中，其所经过的都是人口相对较多的大村庄，既促进经济增长，又对工程影响较小，还解决了施工中的人员生活问题。5.环境保护方面来看，方案1较环保，无论是对山体植被的保护还是对野生动物的保护都较好。6.工程造价方面来看，方案3隧道工程量较大，拆迁费用较大。方案2隧道工程量最少但路线总工程量较大，拆迁费用少。方案1总工程量较少，综合对比，方案1工程造价较低。通过以上比较，我们可以看出方案1更为合理，线性顺畅行车舒适，工程造价相对较低，对环境保护较好，有对区域经济有很好的促进作用。综合考虑，本项目的推荐方案为方案1。第3章 隧道平面、纵断面设计3.1隧道平面设计隧道内的路中心线是整个线路中心线的一个区段,设计时，首先满足整个线路的各种技术指标，而隧道内的环境比露天要差，无论汽车运营还是维修养护，都处于不利条件下，所以在设计隧道内的线路时，除遵照露天线路所规定的技术指标以外，为了适应隧道的特点还要附加一些技术要求。3.1.1平面设计的一般要求很明显，线路是越直越好。线路顺直，则距离短，行车速度快，在隧道内，就更是这样。隧道位于曲线上将有以下缺点：曲线隧道的建筑界限需要加宽开尺寸相对加大，不但加大开挖土石方数量。也增加了衬砌的圬工量。曲线上，隧道断面是变化的，不同断面上的支护和衬砌尺寸不一致，因而施工时技术上较直线复杂。因为洞身弯曲，洞壁对汽车的阻力大，使通风条件变差。由于曲线关系，洞内进行施工测量时，操作变的复杂，精度也有所降低。曲线隧道的维修养护工作条件不如直线隧道，而反向曲线隧道的条件比曲线隧道的更差。隧道线路的选择必须结合地形、地质条件对诸多因素综合研究，全面分析，以选定既节省工程量又利于隧道运营的方案。隧道对应的公路等级为一级，原则上应服从线路的基本走向，路、隧、桥综合考虑 曹伟尧. 浅谈工程可行性研究阶段的公路平面设计J. 建材与装饰旬刊, 2007:124-125。综合以上各个因素，在地形图上选定出隧道的平面线形，见隧道平面图。3.1.2隧道洞口选择隧道位置选定后，隧道长度由它的两端洞口位置确定，洞口是隧道的咽喉，隧道洞口位置的选择是隧道勘测的重要环节之一，洞口位置的好坏，将直接影响隧道施工、造价、工期和运营安全。洞口位置选择是否合理，将对隧道的施工工期、造价、运营安全产生重要影响。所以隧道线路的设计中，洞口位置的选择是一项重要的工作。理想的洞口位置应选在地质条件良好，地势开阔，施工方便，技术、经济合理之处。隧道洞口不宜设在滑坡、坍塌、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，合理选定洞口位置，避免在洞口行成高边坡和高仰坡 赵慧玲地质条件对隧道工程影响分析J中国地质灾害与防治学报，2004，15(1)：74-77。综上各个原则和要求，在隧道平面上确定出隧道的进出口洞口位置。3.2隧道纵断面设计隧道纵断面是隧道中心线展直后在垂直面上的投影。隧道内线路坡度可设置为单面坡或人字坡两种。3.2.1隧道纵断面设计的一般规定隧道内纵断面线形应考虑行车安全性，运营通风规模，施工作业效率和排水要求，公路隧道设计规范（JTG D70 2004）得隧道纵坡不小于一般情况不应大于3%；受地形等条件限制时，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的隧道纵坡可该公路隧道外路线的指标相同。当采用较大纵坡时，必须对行车安全、通风设备和运营费用、施工效率的影响等作充分的技术经济综合论证。隧道纵坡形式有：单坡和人字坡，如图3-1所示。图3-1 隧道纵坡形式1.纵坡形式单坡多于线路紧坡地段或是展线的地区，因为单坡可以争取高程，当隧道处于单坡上时，两洞口的高差较大，由此产生的气压差和热位差就能促进进洞的自然通风，在施工过程中，低位洞口有利挖掘废碴的运出，运输动力消费低，产生的废气少，水也自然的顺坡道排出。高位洞口不利，因其是向下坡方向掘进，出碴、排水不便车辆排除废气多。较长的山岭隧道内采用双向人字坡，短隧道采用单坡。2纵坡要求隧道内的纵坡变换不益过大、过频，以保证行车安全视距和舒适性。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公路隧道设计规范（JTG D702004），见表3-1设计时速为60km/h隧道内竖曲线最小半径和最小长度。 表3-1竖曲线最小半径和最小长度 （m）凸形竖曲线半径凹形竖曲线半径竖曲线长度一般值极限值一般值极限值4500300030002000703.2.2龙头岭公路隧道纵坡根据隧道所在公路的总体高程要求及地质条件等综合情况，龙头岭公路隧道采用单坡隧道，采用纵坡为1.3%。图3-2 隧道纵坡第4章 隧道结构横断面4.1 隧道断面形状设计时需考虑的因素（1）隧道的内轮廓必须符合隧道建筑限界，结构的任何部位都不应侵入限界以内。还应考虑洞内排水、通风、照明、监控、营运管理等附属设施所需要的空间，并考虑土压影响、施工等必要的富余量，使确定的断面形式及尺寸，达到安全、经济、合理。（2）采用的施工方法能确保断面形状及尺寸有利于隧道的稳定。（3）从经济观点出发，内轮廓线应尽量减小洞室的体积，即使土石开挖量与圬工砌筑量为最省。因此，内轮廓线一般紧贴限界。但其形状又不能如限界般曲折，要平顺圆滑，以使结构在受力及围岩稳定方面均处于有利条件。（4）结构的轴线应尽可能符合在荷载作用下所决定的压力线。4.2 主要设计步骤衬砌断面结构设计大致可分为以下四个步骤： （1）确定隧道类型，选定相应建筑限界；（2）根据围岩类别初步拟定截面形状和厚度；（3）编制计算机程序，对拟定的各种衬砌断面方案分别进行优化计算比较，得出它们面积最小时所对应的断面几何参数；（4）应用结构分析程序，对得出的衬砌结构断面最优解进行力学检算，并对有关结果做出评价。4.3 隧道建筑限界4.3.1 隧道建筑限界的定义隧道建筑限界，即为保证行车安全的所必须提供的最小界限，在隧道筑限界内，不得有任何部件侵入，公路隧道建筑限界，如图4-1所示。图4-1公路隧道建筑限界示意图（单位：m）注：H建筑限界高度；L1左侧向宽度，L2右侧向宽度；c余宽； R人行道宽度；d人行道的高度，按2080cm取值；E建筑限界顶角宽度，当L1m 时，E=L，当L1m时，E=1m。4.3.2 一般规定（1）隧道建筑限界高度，二级公路取5.0m。（2）当设置检修道或人行道时，不设余宽。（3）隧道路面横坡一般可采用1.5%2.0%。（4）当路面采用单面坡，建筑限界底边线应与路面重合。各参数取值最小宽度应符合表4-1。 表4-1公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度 （m）公路等级设计速 度Km/h车 道宽 度w侧向宽L余宽CC人行道R检修道J隧道建筑限界净宽左侧L1右侧L2左侧右侧设检修道设人行道 续表4-1一级公路803.7520.500.750.750.7510.25603.7020.500.750.750.759.75二级公路803.7520.750.751.0011.00603.5020.500.501.0010.004.3.3龙头岭公路隧道的建筑限界由以上条件可确定龙头岭公路隧道的建筑限界，详见图4-2。由表4-1知，隧道不设余宽。隧道道路路面横坡取2.0%。 图4-2龙头岭隧道建筑限界图（单位：m）4.4 公路隧道横断面内轮廓我国公路隧道建设规模扩大，各地在设计隧道横断面时标准不统一，隧道轮廓有采用圆形衬砌断面、直墙式衬砌断面及曲墙式衬砌断面。在龙头岭隧道中，由于隧道区岩石等级主要为III、IV、V类围岩，围岩等级较差。我采用了曲墙式衬砌断面作隧道的横断面形式。其中龙头岭隧道两车道曲墙式三心圆隧道内轮廓如图4-3。图4-3 两车道三心圆内轮廓示意图第5章 二次衬砌内力计算5.1基本资料龙头岭公路隧道，围岩级别分别为：级，容重=25kN/m3；级，容重=23kN/m3；级，容重为=20kN/m3。围岩的弹性抗力系数K=0.2106kN/m3，衬砌材料为C25混凝土，弹性模量为Eh=2.95107kPa，容重=23kN/m3。 5.2荷载确定1.深埋隧道围岩压力计算根据公式，深埋隧道围岩竖向均布压力:q=0.452s-1 式中: s 围岩等级 围岩容重 跨度影响系数， =1+i(B-5) B 隧道宽度（m） i B每增减1m时的围岩压力增减率，以B=5m的围岩垂直均布压力为准，当B5m时，取i =0.1。 水平均布压力按表5-1的规定确定 朱汉华，傅鹤林不同隧道断面几何参数情况下设计荷载的确定J湘 南学院学报，2004，25(5)：46-51。表5-1围岩水平均布压力 围岩级别、水平均布压力e00.15q(0.10.3)q(0.30.5)q(0.51.0)q注：应用上式及表5-1时，必须同时具备下列条件：(1)H/B1.7，H为隧道开挖高度（m），B为隧道开挖宽度（m）。(2)不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩。2.浅埋隧道围岩压力计算q=He=H+12Hitan2(45-2) 式中: e 侧向压力 围岩容重 H 隧道埋深 Hi隧道高度 围岩计算摩擦角，级围岩取60 。3.隧道深浅埋划分的计算隧道深埋和浅埋的分界，按荷载等效高度，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。按荷载等效高度的判断公式为 HP =22.5hq 式中：HP浅埋隧道分界深度（m） hq 荷载等效高度（m），按下式计算 hq=QQ 计算出的深埋隧道垂直均布压力（KNm2） 围岩重度（KNm3）在新奥法施工条件下：I级围岩取 HP=2hq级围岩取 HP=2.5hq 现根据以上隧道埋深公式计算各参数，其值见表5-2。表5-2隧道埋深参数值围岩类别kN/m3B(m)q(kNm2)hqHp(m)2510.500.11.5564.172.575.142310.500.11.55128.345.5813.952010.500.11.55223.2011.1627.9综合以上的计算，V类围岩在里程K2+925K3+10和K3+475K3+580段最大埋深18.88m，隧道V类围岩属于浅埋隧道；IV类围岩在里程K3+10K3+120和K3+350K3+475段最大埋深31.51m，隧道IV类围岩属于深埋隧道；III类围岩在里程K3+120K3+350段最大埋深38.11m，隧道III类围岩属于深埋隧道。5.3各类围岩垂直压力及水平压力的计算1.III类围岩类围岩在里程K3+120K3+350段，隧道III类围岩属于深埋隧道，它的垂直均布压力计算得：q=64.17 KNm2它的水平均布压力按表5-2的规定，可知其水平均布压力e：e 0.15q 0.1564.17=96.26 KNm22.IV类围岩IV类围岩在里程K3+10K3+120和K3+350K3+475段，隧道IV类围岩属于深埋隧道，它的垂直均布压力用计算得：q=128.34 KNm2它的水平均布压力按表5-2的规定，可知其水平均布压力e：e 0.2q 0.2128.34 =25.67KNm2 3.V类围岩V类围岩在里程K2+925K3+10和K3+475K3+580段，隧道V类围岩属于浅埋隧道，它的垂直均布压力计算得：q=223.20 KNm2它的水平均布压力用上式计算，可知其水平均布压力e：e=2018.88+125tan245-602=30.70KNm25.4软件介绍5.4.1软件简介同济曙光公路隧道设计与分析软件，结合公路隧道2004设计规范，包括了分离式和连拱隧道所有断面形式，界面友好，所有参数均按照2004规范选择，用户只需移动鼠标就可以得到想要的计算参数。包含了多种荷载计算方式以及荷载分担比例。同时还可以对初期支护进行验算，方便灵活。5.4.2软件使用说明 （1）打开同济曙光公路隧道软件，点击公路隧道设计向导，出现公路分类对话框，将一般公路勾选上。出现一般公路隧道对话框，根据设计行车速度60kNh，将相应的技术指标输入，如下图5-1所示。图5-1 一般公路隧道技术指标输入（2）点击生成隧道建筑限界图，接着点击公路隧道设计向导，选中确定隧道衬砌横断面，点击曲墙拱隧道，选择三心圆法，具体见图5-2。图5-2 隧道衬砌横断面输入（3）进入界面后根据规范和软件推荐数值，将其输入，具体见图5-3所示，点击计算出现如下结果，接着点击生成隧道衬砌断面图见图4-3。r1=4.7847m r2=5.9847m r3=9.2030m r4=13.5050m 1=30.000 2=72.260 3=17.740 4=22.190图5-3 三心圆曲墙拱数据输入（4）接着打开公路隧道设计向导，点击荷载计算，接着继续打开公路隧道设计向导，点击添加材料，见图5-4所示。图5-4 材料添加（5）接着打开公路隧道设计向导，点击生成网格，接着进行结构分布荷载，添加静水压力，添加径向分布荷载，进行计算参数。5.5结构内力分析与计算5.5.1内力与位移计算结点总数64个，计算结果见下表5-3。表5-3隧道内力和位移值结 点编 号X坐标Y坐标轴力(kN)剪力(kN)弯矩(kN/m)位移(m)152.3089.879650.48432.648-2.7615.256e-004251.7969.551682.67028.250-22.5734.087e-004351.3189.178715.45815.293-39.7163.251e-004450.8758.763747.009-6.355-48.9972.823e-004550.4738.309722.824-16.379-45.1402.653e-004650.1157.819703.869-19.528-35.2002.534e-004749.8027.299690.056-21.921-23.3502.343e-004849.5406.752680.477-27.694-10.0472.066e-004949.3286.183674.221-31.0856.7581.747e-0041049.1525.552672.051-30.13327.1181.469e-0041149.0244.910673.547-29.47446.8571.436e-0041248.9434.260679.290-19.83566.1651.862e-0041348.9113.605691.54410.92779.1582.878e-0041448.9272.950714.65776.63772.0004.525e-0041548.9922.299755.047188.40021.7976.695e-0041649.1061.653820.240345.903-101.6198.938e-0041749.2671.019893.631410.894-328.2111.023e-0031849.3050.911952.936342.190-375.1391.024e-0031949.3550.8091005.845269.731-414.1351.019e-0032049.4170.7131053.353189.070-444.8741.006e-003续表5-32149.4890.6241094.349100.115-466.4209.893e-0042249.5700.5451127.6332.872-477.8299.698e-0042349.6610.4751151.917-102.520-478.1579.519e-0042449.7580.4161165.836-215.761-466.4749.405e-0042549.8620.3691115.134-251.668-441.8859.413e-0042651.107-0.0521058.635-193.254-111.1061.899e-0032752.386-0.3561019.318-121.719142.8863.770e-0032853.687-0.539999.173-41.541302.8615.297e-0032955.000-0.600999.17441.550357.4585.871e-0033056.313-0.5391019.319121.728302.8495.297e-0033157.614-0.3561058.638193.263142.8623.770e-0033258.893-0.0521115.216251.278-111.1431.900e-0033360.1380.3691164.947220.481-441.3969.415e-0043460.2420.4161151.924102.513-466.5239.404e-0043560.3390.4751127.639-2.894-478.2059.517e-0043660.4300.5451094.352-100.149-477.8769.697e-0043760.5110.6241053.350-189.113-466.4639.892e-0043860.5830.7131005.835-269.780-444.9111.006e-0033960.6450.809952.917-342.243-414.1671.019e-0034060.6950.91895.69-406.797-375.641.024e-0034160.7331.018819.958-346.645-328.8201.023e-0034260.8941.653755.001-188.424-101.6398.939e-0044361.0082.299714.616-76.64421.7936.696e-0044461.0732.950691.509-10.91972.0004.525e-0044561.0893.605679.26419.85579.1532.879e-0044661.0574.260673.52929.50166.1471.863e-0044760.9764.910672.04230.15846.8211.436e-0044860.8485.552674.21230.58427.0661.468e-0044960.6716.183680.42528.2457.0311.747e-0045060.4606.752690.05421.890-10.1052.065e-0045160.1987.299703.86719.499-23.3892.343e-004续表5-35259.8857.819722.82216.362-35.2222.534e-0045359.5278.309747.0116.354-45.1512.654e-0045459.1258.763715.460-15.295-49.0072.824e-0045558.6829.178682.672-28.252-39.7253.251e-0045658.2049.551650.485-32.650-22.5814.087e-0045757.6939.879617.717-35.642-2.7685.256e-0045857.06110.190587.560-34.65022.3356.775e-0045956.39410.417565.592-24.67446.7428.157e-0046055.70310.554554.033-8.88964.1229.115e-0046155.00010.600554.0338.88670.3839.458e-0046254.29710.554565.59124.67264.1249.116e-0046353.60610.417587.55934.64746.7458.157e-0046452.93910.190617.71535.64022.3406.775e-004 轴力最大的结点17，轴力893.631，剪力410.894，弯矩-328.211，位移0.001。弯矩最大的结点45，轴力679.264，剪力19.855，弯矩79.153，位移0.000。位移最大的结点29，轴力999.174，剪力41.550，弯矩357.458，位