毕业设计-陆家嘴单向双车道隧道设计.doc

兰州交通大学毕业设计（论文） 摘摘 要要 本设计为陆家嘴单向双车道隧道设计，隧道进洞里程为 dk8+772m，出洞里程为 dk8+827m，全长 55m；设计时速 100km/h，隧道最大埋深 20m。 根据提供的工程地质资料及相关设计标准，进行了此次设计。设计中利用作图法 确定进出口里程、边仰坡开挖线及隧道长度；选用翼墙式洞门并进行强度和偏心验算； 根据工程类比法采用复合式衬砌：初期支护采用喷锚支护，模筑混凝土作为二次衬砌， 二者共同作用来形成整个隧道的结构支护体系，根据规范数据作衬砌横断面图，依此 计算结构内力并检算其抗压、抗拉强度。 该隧道设计主要包含四个部分的内容。第一部分为洞口设计，包括隧道里程和开 挖线的确定；第二部分为洞门设计，包括洞门类型的选择、洞门设计和洞门验算；第 三部分为衬砌设计，包括支护形式的选择、衬砌设计和衬砌验算，其中衬砌验算是用 fortran 程序完成的；第四部分是施工组织设计，主要阐述了设计依据、工程概况和一 些具体的施工措施，同时对机具的配备和人力的安排提出了建议。 关键词：关键词：公路隧道；双车道；翼墙式洞门；复合式衬砌 兰州交通大学毕业设计（论文） abstract the design is of the lujiazui one-way two-lane tunnel design. the milege of the tunnel entrance is dk8+772m, the milege of the tunnel exit is dk8+827m, and total length of the tunnel is 55m. the design speed of 100km / h. the maximum depth tunnel is 20m. this paper is carried out according to the provision of engineering geological data and related design criteria. mapping method is used to determine export mileage, side elevation slope excavation line and the length of tunnel in this design. wing wall portal is selected for the design and conducted of strength and eccentric checking. according engineering analogy method using composite lining: initial support using spray anchor, mold-building-concrete as the secondary lining, both work together to form the support system of the entire tunnel. according to the specification data make cross-sectional diagram of the lining, and on the basis on the diagram calculating structural forces and seized count the compressive and tensile strength. the tunnel design consists mainly of four parts. the first part is designed for opening, which including mileages and excavation lines determination. t he second part is the portal design, including the choice of the portal type, the design of the portal type and the checking of the portal. the third part is lining-design, including the choice of supporting form, design the lining and the checking lining, in which the checking lining is completed with a fortran program. the last part is the construction-organization design, which mainly to explain the design basis, project overview and some specific construction measures. while made suggestions for the arrangements for equipment and manpower. keywords: highway tunnel ；two lane ；wing wall portal ；composite lining 兰州交通大学毕业设计（论文） 目目 录录 绪论.1 1 洞口设计.3 1.1 进口里程和开挖线 3 1.2 出口里程和开挖线 5 1.3 隧道长度确定 6 2 隧道洞门设计.7 2.1 洞门方案选择 7 2.2 洞门构造要求 7 2.3 洞门墙验算规定 7 2.4 洞门设计参数 8 2.5 洞门验算 8 3 衬砌设计.14 3.1 支护形式的选择 14 3.2 衬砌设计 14 3.3 衬砌验算 16 4 施工组织设计.29 4.1 设计依据 29 4.2 工程概况 29 4.3 设计原则: .29 4.4 总体设计思路: .29 4.5 劳动力安排意见 29 4.6 主要工程设备 30 4.7 具体施工方法 31 结论.34 致谢.35 主要参考文献.36 兰州交通大学毕业设计（论文） 1 绪绪 论论 隧道的发展与人民生活水平和生产能力密切相关，从原始时代到现在已经经历了 漫长的时期：从人类的出现到新石器时代，人类利用隧道防御自然威胁；文明黎明时 代，人类为生活和军事防御利用隧道；中世纪时代，主要利用隧道开采矿石；近现代 由于炸药的发明，加速了隧道技术的发展，其利用范围也迅速扩大，应用于交通、水 工、市政、矿山开采等各个范围。 改革开放以来，我国隧道工程的发展进入了一个新的时期，随着科学技术的不断 发展和运营的需要，我国公路隧道越修越长、越修越宽，到 2000 年我国已有公路隧道 1684 座，总长达 628km；随之技术越来越难、越复杂，隧道的修建涉及到结构、防排 水、岩土、地质、地下水、空气动力、光学、消防、交通工程、自动控制、环境保护、 工程机构等多种学科，是综合复合技术，需要多学科进行联合研究、进行攻关。在长 期的工程实践当中，我国已经积累了相当的经验和理论，逐渐形成了具有中国特色的 隧道施工方法体系。 目前，我国公路隧道修筑技术已有长足的发展，对围岩动态量测反馈分析技术， 组合式通风技术，运营交通简易监控技术，新型防水、排水、堵水技术，围岩稳定技 术，支护及衬砌结构技术等都有许多成功实例，其中大部分成果已处于国内领先水平， 还有一些成果已达到国际先进水平。同时，还存在一些问题，比如施工阶段地质判释 技术不完善；软弱破碎围岩的施工方法的工厂化程度有待提高；不能有效地控制对遗 留围岩的损伤和松弛；“重外美，轻内实” ，结构存在隐患；地下水处理始终是薄弱环 节；环境意识薄弱；施工阶段工程质量的监测体制不完善；应变能力不强；没有真正 实现动态施工和管理。实际上我国与一些发达国家相比，技术上的差距也在于此。 隧道主要分为两个部分，主体建筑物和附属建筑物：其中主体建筑物包括洞门、 明洞和洞身衬砌；附属建筑物有隧道通风建筑物、安全避让设备、防排水设、电力及 通讯信号的安装设备等。隧道施工具有以下特点：隐蔽性大、作业循环性强、作业空 间有限、作业的综合性、施工是动态的（施工过程中力学状态是变化的，围岩的物理 力学性质也是变化的） 、作业环境恶劣、作业风险性强。 本文设计的是一条单向双车道隧道-陆家嘴 2 号线双车道隧道。隧道进洞里程为 dk8+772m，出洞里程为 dk8+827m，全长 55m；隧道所处区域地面高程分布在 100m 到 150m 范围之内，隧道最大埋深 20m，是一条浅埋短隧道。 本文主要依据公路隧道设计规范 （jtg d70-2004）和其他相关资料进行设计， 兰州交通大学毕业设计（论文） 2 设计内容主要包括：洞口里程和开挖线的确定、洞门类型的选择、洞门设计和验算、 支护形式的选择、衬砌设计和验算、施工组织设计等几个部分。 兰州交通大学毕业设计（论文） 3 1 洞口设计洞口设计 1.1 进口里程和开挖线进口里程和开挖线 1.1.1 确定进口里程确定进口里程 （1）洞口地形图上找控制等高线。围岩等级级，仰坡坡率 1:1.5，查 1-1 表得极 限开挖高度 h=18m，作隧道纵断面地质图，粗略拟定路基标高 h 路=100m，故而 h控 =h路+h=100+18=118(m） 。 表 1-1 洞口边仰坡控制 围岩级别 坡率贴壁1:0.31:0.51:0.51:0.75 高度（m） 15 2025 左右 2025 左右 围岩级别 坡率1:0.751:11:1.251:1.251:1.5 高度（m） 15 1820 左右 15 18 （2）在预先选定的洞口附近，以洞门墙宽度 b 为距离，作对称于线路中心线的平 行线-和-。由隧道洞门图确定洞门墙宽度 b=16.4m。 （3）以仰坡坡脚至极限开挖高度控制点的水平距离 d 为半径，沿-（或- ）移动，找出和控制等高线相切与 a 点（即控制点）的圆心 o。由隧道洞门图确定路 基面到仰坡坡脚的高度 h=9.5m ，m=1.5,则仰坡坡脚到极限开挖高度控制点的水平距离 d=(h-h)m=(18-9.5)x1.5=12.75m。 （4）过 o 点作线路中心线的垂线 oo。 （5）以洞口里程至仰坡坡脚的水平距离 b 为间距，作 oo的平行线 pp,则 pp 为洞口实际里程位置，量得进洞里程为 dk8+772m。其中由隧道洞门图查得 b=3.6m。 1.1.2 开挖线开挖线 （1）仰坡开挖线 仰坡坡脚标高 h仰=100m+9.5m=109.5m。即可算得控制等高线 118m 到 109m 等高 线之间的各等高线到仰坡坡脚的水平距离如下： 对 117m 等高线：d1=(117-109.5)m=7.51.5=11.25m 对 116m 等高线：d2=(116-109.5)m=6.51.5=9.75m 对 115m 等高线：d3=(115-109.5)m=5.51.5=8.25m 兰州交通大学毕业设计（论文） 4 对 114m 等高线：d4=(114-109.5)m=4.51.5=6.75m 对 113m 等高线：d5=(113-109.5)m=3.51.5=5.25m 对 112m 等高线：d6=(112-109.5)m=2.51.5=3.75m 对 111m 等高线：d7=(111-109.5)m=1.51.5=2.25m 对 110m 等高线：d8=(110-109.5)m=0.51.5=0.75m 在洞门地形图上分别作和洞门墙平行且相距为 d1 ，d2，d3 的线分别交相应的 等高线于， 各点，连接 a， 各点即为仰坡开挖线，如 图 1.1 所示。 图 1.1 隧道进口位置平面图 （2）边坡开挖线： 边坡坡脚标高 h边为 99m，边坡坡率 n=1.5,可计算出不同标高位置的边坡坡顶到边 坡坡脚的水平投影距离 c 分别如下： c1=(100-99)n=11.5=1.5m c2=(101-99)n=21.5=3.0m c3=(102-99)n=31.5=4.5m c4=(103-99)n=41.5=6.0m c5=(104-99)n=51.5=7.5m 兰州交通大学毕业设计（论文） 5 c6=(105-99)n=61.5=9.0m c7=(106-99)n=71.5=10.5m c8=(107-99)n=81.5=12.0m c9=(108-99)n=91.5=13.5m c10=(109-99)n=101.5=15.0m c11=(110-99)n=111.5=16.5m 作与路堑坡脚线平行且相距分别为 c1，c2，c3 的线分别交相应的等高线于 a,b,c 各点，连接 a,b,c 各点即为边坡开挖线。 1.2 出口里程和开挖线出口里程和开挖线 1.2.1 确定出口里程确定出口里程 根据隧道纵断面地质图，粗略拟定路基标高 h路=103m，故而 h控=h路 +h=103+18=121(m） 。同理于进口里程确定，作图，量得出口里程为 dk8+827m。 1.2.2 开挖线开挖线 （1）仰坡开挖线 仰坡坡脚标高 h仰=103m+9.5m=112.5m。即可算得控制等高线 121m 到 112m 等高 线之间的各等高线到仰坡坡脚的水平距离如下： 对 120m 等高线：d1=(120-112.5)m=7.51.5=11.25m 对 119m 等高线：d2=(119-112.5)m=6.51.5=9.75m 对 118m 等高线：d3=(118-112.5)m=5.51.5=8.25m 对 117m 等高线：d4=(117-112.5)m=4.51.5=6.75m 对 116m 等高线：d5=(116-112.5)m=3.51.5=5.25m 对 115m 等高线：d6=(115-112.5)m=2.51.5=3.75m 对 114m 等高线：d7=(114-112.5)m=1.51.5=2.25m 对 113m 等高线：d8=(113-112.5)m=0.51.5=0.75m 在洞门地形图上分别作和洞门墙平行且相距为 d1 ，d2，d3 的线分别交相应的 等高线于， 各点，连接 a， 各点即为仰坡开挖线。 （2）边坡开挖线： 边坡坡脚标高 h边为 102m，边坡坡率 n=1.5,可计算出不同标高位置的边坡坡顶到 边坡坡脚的水平投影距离 c 分别如下： 兰州交通大学毕业设计（论文） 6 c1=(103-102)n=11.5=1.5m c2=(104-102)n=21.5=3.0m c3=(105-102)n=31.5=4.5m c4=(106-102)n=41.5=6.0m c5=(107-102)n=51.5=7.5m c6=(108-102)n=61.5=9.0m c7=(109-102)n=71.5=10.5m c8=(110-102)n=81.5=12.0m c9=(111-102)n=91.5=13.5m c10=(112-102)=101.5=15.0m 作与路堑坡脚线平行且相距分别为 c1，c2，c3 的线分别交相应的等高线于 a,b,c 各点，连接 a,b,c 各点即为边坡开挖线，如图 1.2 所示。 图 1.2 隧道出口位置平面图 1.3 隧道长度确定隧道长度确定 隧道长度=出口里程-进口里程=827-772=55m。 兰州交通大学毕业设计（论文） 7 2 隧道洞门设计隧道洞门设计 2.1 洞门方案选择洞门方案选择 本隧道属于浅埋短隧道，基本服从路线走向，路线与山体等高线斜角。结合实际 地形、地质情况，遵从“早进洞，晚出洞”的设计原则，并考虑实用、经济、美观等 因素，本隧道采用翼墙式洞门。 2.2 洞门构造要求洞门构造要求 按公路隧道设计规范 （jtg d70-2004） ，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。 （5）洞门结构应满足抗震要求。 2.3 洞门墙验算规定洞门墙验算规定 采用挡墙式洞门时，洞门墙可视为挡土墙，按极限状态验算，并应验算绕墙趾倾 覆及沿基底滑动的稳定性。验算时应符合表 2-1。 表 2-1 洞门墙主要验算规定 墙身截面荷 载效应值sd 结构抗力效应值 （按极限状态算）rd 墙身截面荷效应 值sd 结构抗力效应值 (按极限状态算)rd 墙身截面偏 心距e 倍截面厚度3 . 0 滑动稳定安全系 数 c k 3 . 1 基底应力 地基容许承载力 倾覆稳定安全系 数 0 k 6 . 1 基底偏心距e 岩石地基b/5b/4； 土质地基b/6 兰州交通大学毕业设计（论文） 8 2.4 洞门设计参数洞门设计参数 根据公路隧道设计规范 （jtg d70-2004）洞门构造要求，拟定以下数据： 洞门端墙高度 11.25m，基底埋入地基的深度为 1m，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的 水平距离 1.7m，洞门墙顶高出仰坡坡脚 0.75m，端墙厚 1m，翼墙厚 1m，设计仰坡坡 率 1：1.5，地面坡角，端墙面坡角。 4133)5 . 1/1tan( ac 4351 . 0tan ac 端墙、顶帽、翼墙和洞口挡土墙均采用 c20 混凝土，其容重均为。 3 /23mkn 表 2-2 洞门设计计算参数 仰坡坡率 计算摩擦角 )( 容重 3 (kn/m )基底摩擦系数f 基底控制压应力 (mpa) 1：0.570250.600.80 1：0.7560240.500.60 1：150200.400.400.35 1：1.254345180.400.300.25 1：1.53840170.350.400.25 根据表 2-2 选取计算参数如下： （1）计算摩擦角； 40 （2）容重; 3 /17mkn （3）基底摩擦系数；40 . 0 f （4）基底控制压应力。mpa25 . 0 2.5 洞门验算洞门验算 最危险滑裂面与垂直面之间的夹角： )tantan1 (tan)tan1 (tan )tantan1)(tan)(tantan)(tantan1 (tantantan tan 2 22 式中：围岩计算摩擦角 ； 地面坡角； 墙面坡角，如图 2.1 所示。 代入数据得： )tantan1 (tan)tan1 (tan )tantan1)(tan)(tantan)(tantan1 (tantantan tan 2 22 353 . 0 )1 . 01 (40tan)40tan1 ( )1 . 01)(1 . 040)(tan40)(tan40tan1 (1 . 040tan 5 . 1 1 2 5 . 1 1 5 . 1 1 5 . 1 1 2 5 . 1 1 2 兰州交通大学毕业设计（论文） 9 =act=act0.353=1926。 图 2.1 洞门验算示意图 2.5.1 翼墙墙身验算翼墙墙身验算 （1）翼墙墙背主动土压力 翼墙计算条为取洞门端墙墙趾前的翼墙宽 1m 的条带（如图 2.2 所示） ，翼墙计算 高度为，mhb6 . 6 1824 . 0 )353 . 0 1)(402619tan( )1 . 01)(1 . 0353 . 0 ( )tantan1)(tan( )tantan1)(tan(tan 5 . 1 1 5 . 1 1 knbhe b 52.406 . 016 . 61824 . 0 17 2 1 2 1 22 式中：e土压力(kn)； 地层重度(kn/m3)； 侧压力系数； 墙背土体破裂角()； 洞门墙计算条带宽度(m)；b 兰州交通大学毕业设计（论文） 10 土压力计算模式不确定系数，可取。6 . 0 图 2.2 翼墙验算尺寸图（单位/cm） kneex08.38) 4354325cos(52.40)cos( kneey86.13) 4354325sin(52.40)sin( 式中：墙背摩擦角， 3 1 3 2 （2）倾覆力矩 mo mknhem bxo /78.836 . 608.38 3 1 3 1 （3）稳定力矩 my 自重 knw8 .151236 . 611 )tan 3 () 2 tan ( b y b y h be hb wm ) 1 . 0 3 6 . 6 1 (86.13) 2 1 . 06 . 61 ( 8 . 151 mkn /90.142 （4）截面偏心 m w mm c oy 39 . 0 8 . 151 78.8390.142 兰州交通大学毕业设计（论文） 11 （可）3 . 013 . 011 . 0 39 . 0 2 1 2 c b e （5）墙身应力 mpamkn b e b w 29 . 0 059 . 0 2 290 59 /) 1 11 . 0 6 1 ( 1 8 . 174 ) 6 1 ( (可)mpa5 . 829 . 0 max 2.5.2 翼墙基底验算翼墙基底验算 （1）主动土压力 计算高度取 h=hb+1=7.6m knbhe73.536 . 016 . 71824 . 0 17 2 1 2 1 22 kneex49.50) 4354325cos(73.53)cos( kneey38.18) 4354325sin(73.53)sin( （2）倾覆力矩 mo mknhem xo /12.1366 . 773.53 3 1 3 1 （3）稳定力矩 my 自重 knw8 .174236 . 711 )tan 3 () 2 tan ( h be hb wm yy ) 1 . 0 3 6 . 7 1 (38.18) 2 1 . 06 . 71 ( 8 . 174 mkn /82.224 （4）稳定验算 倾覆稳定安全系数（可）6 . 165 . 1 12.136 82.224 0 o y m m k 滑动稳定安全系数（可）5 . 15 . 3 49.50 8 . 174 xx c e w e n k （5）基底偏心和应力验算 51 . 0 8 . 174 12.13682.224 0 w mm c y 01 . 0 51 . 0 2 1 2 c b e 兰州交通大学毕业设计（论文） 12 (可)25 . 0 4/01 . 0 be mpamkn b e b w 185 . 0 164 . 0 2 185 164 /) 1 01 . 0 6 1 ( 1 8 . 174 ) 6 1 ( （可）mpampa25 . 0 185 . 0 max 翼墙满足要求。 2.5.3 端墙验算端墙验算 （1）土压力: 如图 2.3 所示，,，ma66 . 1 1 . 04 . 085. 085 . 0 mh5 . 575 . 0 525.11 ,mh19 . 1 0 )(56 . 6 1 . 0353 . 0 66 . 1 tantan m a h knbhhhhe08.346 . 01)19 . 1 56. 6(19 . 1 5 . 51824. 017 2 1 )( 2 1 2 00 2 kneex02.32) 4354325cos(08.34)cos( kneey66.11) 4354325sin(08.34)sin( （2）倾覆力矩 o m mknhem xo /70.585 . 502.32 3 1 3 1 （3）稳定力矩 my 235 . 015 . 1 ) 16 . 0(231)15 . 1 5 . 5(1231)5 . 01 . 01 . 025 . 0 6 . 0( n =3.335+100.05+21.16=124.55kn ) 1 . 0 3 5 . 5 1 (66.11) 2 1 . 05 . 51 (55.124 mkn /32.110 （4）稳定验算 倾覆稳定安全系数（可）6 . 188 . 1 70.58 32.110 0 o y m m k 滑动稳定安全系 3（可）3 . 112 . 2 70.58 55.124 xx c e w e n k )tan 3 () 2 tan ( h be hb nm yy 兰州交通大学毕业设计（论文） 13 （5）基底偏心和应力验算 41 . 0 55.124 70.5832.110 0 w mm c y 09 . 0 41 . 0 2 1 2 c b e (可)25 . 0 4/09. 0be mpamkn b e b w 192 . 0 057 . 0 2 192 57 /) 1 09 . 0 6 1 ( 1 55.124 ) 6 1 ( （可）mpampa25 . 0 192 . 0 max 端墙满足要求。 兰州交通大学毕业设计（论文） 14 3 衬砌设计衬砌设计 3.1 支护形式的选择支护形式的选择 由于该隧道为高速公路隧道，隧道洞口、洞身围岩级别为 v 级，而 v 级围岩一般 无自稳能力、成洞条件差易发生塌方。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，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。初期支护采用喷锚柔性支护，具有支护及时、柔性的特点，并且能够在一定程度 上随着围岩的变形而变形，能够很好地发挥围岩的自承能力；初期支护是永久衬砌的 一部分，必须采用全长粘结型的各类锚杆。二次衬砌应采用刚度较大、整体性好、外 观平顺的模铸混凝土衬砌，为防止应力集中，宜采用连接圆顺、等厚的衬砌截面，施 工也易控制。 3.2 衬砌设计衬砌设计 复合式衬砌的设计，目前以工程类比法为主，理论验算为辅。初期支护及二次衬 砌的设计参数可参照表 3-1 选用，并应根据现场围岩监控量测信息对设计支护参数进 行必要的调整。 表 3-1 两车道隧道复合式衬砌的设计参数 隧道衬砌结构根据结构力学方法（荷载结构模型） ，假设衬砌结构与围岩全面、 紧密地接触，采用主动荷载加被动荷载（弹性抗力）模式，按照弹性链杆法原理计算 衬砌结构的内力。 3.2.1 隧道宽度和高度确定隧道宽度和高度确定 宽度medrbt131 . 027 . 027 . 52222 1 高度medrhht106. 81 . 07 . 07 . 5606 . 1 11 式中： r1拱部圆弧半径； 初期支护 锚杆 二次衬砌厚 度（cm）围岩 级别 预留变 形量 （cm） 喷射混凝土 厚度（cm）位置长度（m）间距（m） 拱、 墙 仰拱 8121525拱、墙3.04.00.81.24545 兰州交通大学毕业设计（论文） 15 d衬砌厚度预估为 0.7m； e预留变形量取为 0.1m； h1路面至起拱线的高度（无仰拱时） 、衬砌内轮廓净高（有仰拱时） 。 3.2.2 判断隧道深埋、浅埋判断隧道深埋、浅埋 v 级围岩深埋和浅埋的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等 因素综合判定。荷载等效高度计算公式如下： qp hh)5 . 22( 式中：隧道深浅埋的分界高度； p h 等效荷载高度，； q h q hq 垂直均布压力（kn/m3） ，；q 1 245 . 0 s q 围岩重度 kn/m3。 围岩级别；s 宽度影响系数，；)5(1bi 隧道宽度。b 以 b=5m 为基准，b 每增加 1m 时的围岩压力的增减率，当 b5m 时，取 i=0.1。 在矿山法施工条件下，级围岩取，参照公路隧道设计规范 qp hh5 . 2 （jtg d70-2004） ，取=20 kn/m3，将已知数据代入上列各式得： 8 . 1)513( 1 . 01)5(1bi mpamknq s 259 . 0 / 2 . 2598 . 120245 . 0 245 . 0 2151 m q hq96.12 20 2 . 259 mhh qp 4 . 3296.125 . 25 . 2 由于该隧道最大埋深，故为浅埋。mhmh p 4 . 3212 3.2.3 隧道围岩压力计算隧道围岩压力计算 该隧道埋深小于等效荷载高度，按照公路隧道设计规范 （jtg d70-2004）中规 定，埋深（h）小于或等于等效荷载高度时，荷载视为均布垂直压力，其大小为： q h hq 侧向压力按均布考虑，其值为： 兰州交通大学毕业设计（论文） 16 ) 2 45(tan) 2 1 ( 2 c t h he 式中：围岩计算摩擦角，查表得，取。 c 2720 c 20 c 把=20 kn/m3，代入上列式子得：mh12mht106 . 8 20 c 222 /118) 2 20 45(tan) 106 . 8 2 1 12(20) 2 45(tan) 2 1 (mkn h he c t mpa118 . 0 mpamknhq24 . 0 /2401220 2 隧道围岩压力如图 3.1 所示 图 3.1 隧道围岩压力示意图 3.3 衬砌验算衬砌验算 3.3.1 结构的理想化结构的理想化 （1）衬砌结构的理想化 隧道衬砌结构是实体拱式结构，轴力和弯矩是主要内力，可将其离散化为一些同 时承受轴力、剪力和弯矩的偏心受压等直杆单元所组成的折线形组合体。设计中，把 衬砌划分为 30 个单元，节点数为 31 个。隧道衬砌单元划分如图 3.2 所示。 （2）围岩的理想化 将弹性抗力作用范围内的连续围岩离散为若干条彼此互不相干的矩形岩柱，岩柱 兰州交通大学毕业设计（论文） 17 具有弹性地基的性质，采用局部变形理论的温克尔假定，把每个岩柱理想化为一个刚 性支座上的弹性链杆支撑于衬砌单元的节点上，它可以轴力的方式把岩柱的作用体现 出来。 图 3.2 隧道衬砌单元划分 图 3.3 围岩的理想化 兰州交通大学毕业设计（论文） 18 弹性支撑的设置方向应按照衬砌与围岩的接触状态来确定，本文为了简化计算，将弹 性支撑水平设置。围岩的理想化如图 3.3 所示。 3.3.2 隧道衬砌内力计算隧道衬砌内力计算 按照弹性链杆法的基本原理进行衬砌结构的内力计算。本文利用给定的有限元分 析程序计算衬砌结构的内力。 表 3-2 计算参 衬 数 砌结构 衬砌容重 （kn/m3 ） 衬砌弹 性模量 （gpa ） 水平弹 性抗力 系数 竖向弹 性抗力 系数 水平 荷载 （kn ） 竖向 荷载 （kn ） 节点 个数 墙角支 座宽度 (m) 初衬25295150150118240310.250 二衬25295150150118240310.698 （1） 初衬： 图 3.4 初衬坐标 兰州交通大学毕业设计（论文） 19 数据的输入（kn） 31,25,2.95e7,118,240,1.5e5,1.5e5,0.250 6.275,8.275,1,0,1,1,0.250 6.275,7.615,1,1,1,1,0.250 6.275,6.941,1,1,1,1,0.250 6.275,6.275,1,1,1,1,0.250 6.227,5.502,1,1,1,1,0.250 6.089,4.759,1,1,1,1,0.250 5.856,4.020,1,1,1,1,0.250 5.525,3.330,1,1,1,1,0.250 5.097,2.615,1,1,1,1,0.250 4.574,1.979,1,1,1,1,0.250 3.963,1.410,0,1,1,1,0.250 3.274,0.922,0,1,1,1,0.250 2.517,0.527,0,1,1,1,0.250 1.709,0.237,0,1,1,1,0.250 0.863,0.060,0,1,1,1,0.250 0.000,0.000,0,1,1,1,0.250 -0.863,0.060,0,1,1,1,0.250 -1.709,0.237,0,1,1,1,0.250 -2.517,0.527,0,1,1,1,0.250 -3.274,0.922,0,1,1,1,0.250 -3.963,1.410,0,1,1,1,0.250 -4.574,1.979,1,1,1,1,0.250 -5.097,2.615,1,1,1,1,0.250 -5.525,3.330,1,1,1,1,0.250 -5.856,4.020,1,1,1,1,0.250 -6.089,4.759,1,1,1,1,0.250 -6.227,5.502,1,1,1,1,0.250 -6.275,6.275,1,1,1,1,0.250 兰州交通大学毕业设计（论文） 20 -6.275,6.941,1,1,1,1,0.250 -6.275,7.615,1,1,1,1,0.250 -6.275,8.275,1,0,1,1,0.250 部分程序运行结果（轴力、剪力、弯矩） no. n q m 1 1577.988 924.105 .251 2 1575.903 -177.871 -57.597 3 1571.725 -544.218 -63.623 4 1567.806 -394.174 -16.924 5 1561.844 -163.269 28.057 6 1554.461 36.105 24.943 7 1549.497 72.287 15.812 8 1547.125 42.927 -10.647 9 1548.665 132.079 9.647 10 1551.517 229.590 13.230 11 1547.742 352.267 17.771 12 1530.556 429.682 17.171 13 1498.677 411.353 5.981 14 1463.573 257.453 -12.991 15 1439.087 13.900 -30.918 16 1430.582 -242.674 -37.024 17 1439.087 -402.337 -30.918 18 1463.573 -439.668 -12.991 19 1498.677 -359.033 5.981 20 1530.556 -231.946 17.171 21 1547.742 -116.377 17.771 22 1551.517 -39.274 13.230 23 1548.665 -31.417 9.647 24 1547.125 -58.325 -10.647 25 1549.497 141.030 15.812 26 1554.461 350.519 24.943 兰州交通大学毕业设计（论文） 21 27 1561.844 404.299 28.057 28 1567.806 205.964 -16.924 29 1571.725 -440.565 -63.623 30 1575.903 -727.186 -57.597 31 -1577.988 87.647 -.251 根据运行结果作内力图（左侧为轴力：kn；右侧为弯矩：knm） 图 3.5 初衬内力图 二衬： 数据的输入（kn） 31,25,2.95e7,118,240,1.5e5,1.5e5,0.698 5.801,7.925,1,0,1,1,0.698 5.863,7.264,1,1,1,1,0.568 5.904,6.670,1,1,1,1,0.484 5.921,6.001,1,1,1,1,0.450 5.892,5.302,1,1,1,1,0.450 5.773,4.592,1,1,1,1,0.450 5.562,3.884,1,1,1,1,0.450 兰州交通大学毕业设计（论文） 22 5.257,3.192,1,1,1,1,0.450 4.857,2.531,1,1,1,1,0.450 3.786,1.367,0,1,1,1,0.450 图 3.6 二衬坐标 3.130,0.894,0,1,1,1,0.450 2.410,0.512,0,1,1,1,0.450 1.636,0.230,0,1,1,1,0.450 0.827,0.058,0,1,1,1,0.450 0.000,0.000,0,1,1,1,0.450 -0.827,0.058,0,1,1,1,0.450 -1.636,0.230,0,1,1,1,0.450 -2.410,0.512,0,1,1,1,0.450 -3.130,0.894,0,1,1,1,0.450 兰州交通大学毕业设计（论文） 23 -3.786,1.367,0,1,1,1,0.450 -4.346,1.918,1,1,1,1,0.450 -4.857,2.531,1,1,1,1,0.450 -5.257,3.192,1,1,1,1,0.450 -5.562,3.884,1,1,1,1,0.450 -5.773,4.592,1,1,1,1,0.450 -5.892,5.302,1,1,1,1,0.450 -5.921,6.001,1,1,1,1,0.450 -5.904,6.670,1,1,1,1,0.484 -5.863,7.264,1,1,1,1,0.568 -5.801,7.925,1,0,1,1,0.698 部分程序运行结果（轴力、剪力、弯矩） no. n q m 1 1558.429 -3243.544 -.752 2 1550.141 -1504.123 -30.753 3 1535.988 -1016.844 -30.415 4 1526.359 -787.209 -9.878 5 1519.698 -464.430 27.210 6 1513.247 -92.436 38.500 7 1507.570 269.823 41.786 8 1504.191 639.560 46.226 9 1498.788 932.561 51.927 10 1486.467 1240.781 32.244 11 1463.831 1423.940 43.688 12 1428.148 1434.245 19.897 13 1383.992 1166.380 -15.063 14 1343.611 667.853 -52.638 15 1316.902 23.477 -81.176 16 1307.640 -637.296 -91.497 17 1316.902 -1136.640 -81.176 18 1343.611 -1408.737 -52.638 兰州交通大学毕业设计（论文） 24 19 1383.992 -1424.551 -15.063 20 1428.148 -1202.239 19.897 21 1463.831 -953.203 43.688 22 1486.467 -619.745 32.244 23 1498.788 -267.832 51.927 24 1504.191 85.237 46.226 25 1507.570 413.554 41.786 26 1513.247 713.976 38.500 27 1519.698 854.030 27.210 28 1526.359 862.438 -9.878 29 1535.988 1188.674 -30.415 30 1550.141 1479.690 -30.753 31 -1558.429 45.189 .752 根据运行结果作内力图（左侧为轴力：kn；右侧为弯矩：knm） 图 3.7 二衬内力图 3.3.3 衬砌截面强度检算衬砌截面强度检算 衬砌结构内力算出后，须进行隧道衬砌截面强度检算，其强度检算按破损阶段法 或容许应力法进行。拱形隧道衬砌属偏心受压构件，其截面强度检算根据轴力偏心距 兰州交通大学