[工学]本科生隧道毕业设计.doc

中国地质大学（武汉）本科生毕业论文本科毕业论文（设计）题 目：隧道设计 2012 年 6 月60本科生毕业论文（设计）原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师吴立老师指导下进行的研究工作及取得研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得中国地质大学或者其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本研究所引用的文献资料均已在论文中做出了明确的标明并表示谢意。 毕业论文作者（签字）：签字日期： 年 月 日摘要 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ABSTRACT After the reform and opening-up policy, the national economy is booming, highway passenger-cargo traffic volume increases 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 the 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 are 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 is highway tunnel.The key of the research are the tunnel profile, the design of the tunnel ventilation determined, the second lining design and new Austrian tunneling method. The lane of the tunnel Shixia 2 separate one-way traffic for the two-lane tunnel, a total length of the left hand lane is 218m, The basic situation of the surrounding rock：the length of grade rock is 160m;the length of grade rock is 58m.A total length of the right hand lane is 219m, The basic situation of the surrounding rock：the length of grade rock is 150m;the length of grade rock is 69m.Portal designed wing of the tunnel wall Portal; Tunnel NATM construction, tunnel lining using cmposite lining; , grade level divisions surrounding the use of open digging method, using drill and blast excavation method; tunnel construction methods of supporting small catheter advanced and ahead of grouting bolt; tunnel ventilation for natural ventilation.After several rounds of the tunnel after the calculation and checking, portal, lining, lighting and ventilation qualified to normal construction. Key words: Highway Tunnel; New Austrian Tunneling Method; composite lining; Ventilation;Internal Forces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中国地质大学（武汉）本科生毕业论文第一章 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0.5km。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10.255m，两洞相距7.57.1m，左幅起止桩号为ZK04+618ZK04+836，长218m，进口设计隧道路面高程677.3m，出口设计隧道路面高程677.9m；右幅起止桩号YK04+642YK04+861，全长219m，进口设计隧道路面高程676.5m，出口设计隧道路面高程676.9m，左线洞身最大埋深47.5m，右线洞身最大埋深45.9m，设计隧道路面高程676.5677.6m，轴线方向28，隧道纵坡1.5%。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47.5m。 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0.5L/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0.05g，对应的地震基本烈度度，反应谱特征周期为0.35s，其抗震设计建议按公路工程抗震设计规范JTJ004-89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1-1。表1-1 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ZK04+618ZK04+6432513.18800.55266.8250ZK04+643ZK04+80316013.128000.7304.3284ZK04+803ZK04+8363313.18900.55266.8250YK04+642YK04+6723013.18800.55266.8250YK04+672YK04+82215013.128000.7304.3284YK04+822YK04+8613913.18900.55266.85m时，i=0.1. 由式（4-2）可得宽度影响系数为：， 由式（4-1）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0.4）： （2）计算衬砌自重 （4-3）其中：衬砌自重； 拱顶衬砌厚度； 拱脚衬砌厚度； 材料容重，；则由式（4-3）可得衬砌自重为： 建议级围岩衬砌承受60%80%围岩压力，为安全储备这里取，即为： 1）全部垂直荷载： 2）围岩水平均布压力： 3.衬砌几何要素 （1）衬砌几何尺寸 内轮廓线半径： 内径所画圆曲线的终点线截面与竖直轴的夹角： 拱顶截面厚度：，拱底截面厚度：（2）半拱轴线长度S及分段轴长半拱轴线长度为： 将半拱轴线长度等分为8段，则分段轴长S为： （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4-1）直接量得，具体数值见单位位移计算表（表4-1）。4.计算位移单位位移计算见表4-1。（1）单位位移： （4-4） （4-5） （4-6）由式（4-4），（4-5），（4-6）可得单位位移值： 计算精度校核： 闭合差：图4-1 内力计算图示表4-1 单位位移计算表截面xyd1/Iy/Iy2/I(1+y)2/I00.000.001.000.000.000.45131.680.000.00131.68113.920.240.971.350.160.45131.6821.583.54178.42227.840.460.882.640.650.45131.6886.3856.67361.13341.760.660.743.761.430.45131.68189.10271.55781.44455.680.820.564.672.460.45131.68324.74800.811581.97569.600.9