隧道工程课设.doc

隧道工程课程设计一、课程设计任务书（一）设计题目成都至泸州高速公路二峨山隧道工程衬砌结构计算（二）提供资料1、成都至泸州高速公路二峨山隧道工程地质勘察报告2、成都至泸州高速公路二峨山隧道平面布置图3、成都至泸州高速公路二峨山隧道剖面（三）设计内容隧道围岩地质分级 确定围岩物理力学参数 确定隧道建筑限界尺寸 确定隧道内轮廓尺寸 计算隧道围岩压力 衬砌结构的设计计算衬砌结构的内力衬砌结构的配筋计算 （四）设计要求计算书要求 书写工整、数字准确、图文并茂。制图要求 所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。成果内容详细的计算过程；必要的计算说明；计算成果图表（围岩分级表、围岩参数表、建筑限界尺寸图、隧道内轮廓尺寸图、隧道围岩压力计算成果示意图、复合衬砌支护参数图、衬砌结构计算成果图、配筋计算成果表）（四）个人任务学号洞段车道设计时速80人5445个洞段分别是K37+350K37+460；K37+350K37+460；K38+820K38+990；K38+990K39+580；K39+580K39+710；4种车道：两车道；两车道带紧急停车带；三车道；三车道带紧急停车带；2种设计时速：高速公路120公路/小时；高速公路100公路/小时；一级公路80公路/小时；一级公路60公路/小时；二、课程设计指导书（一）隧道围岩地质分级划分隧道围岩级别划分依据公路隧道设计规范（JTG D702004）中的3.6节围岩分级中各项规定进行划分。结合隧道地质勘察报告中的地层岩性的描述、岩石物理力学性质、结构面特征、洞室埋藏深度、水文地质条件、不良地质现象、施工方法等因素综合分析确定。工作步骤隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级，按以下顺序进行：根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ，综合进行初步分级。对围岩进行详细定级时，应在岩体基本质量分级的基础上考虑修正因素的影响，修正岩体基本质量指标值。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，按JTG D702004表3.6.5确定围岩的详细分级。具体过程围岩分级中岩石坚硬程度、岩体完整程度两个基本因素的定性划分和定量指标及其对应关系应符合下列规定：岩石坚硬程度可按JTG D702004表3.6.2-1定性划分。岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度Rc表达。围岩基本质量指标BQ应根据分级因素的定量指标RC值和KV值按下式计算：BQ=90+3RC+250KV式中：BQ围岩基本质量指标； RC岩石单轴饱和抗压强度； KV岩体完整性系数，采用弹性波速探测值。k=(vpm/vpr)2式中：vpm为岩体弹性纵波波速；vpr为岩石弹性纵波波速；使用以上公式时应遵守下列限制条件：当RC90 KV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。围岩详细定级时，如遇下列情况之一，应对岩体基本质量指标BQ进行修正：有地下水；围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用；存在高应力。围岩基本质量指标修正值BQ可按下式计算：BQ= BQ 100（K1+ K2+ K2）式中：BQ围岩基本质量指标修正值； 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。K1、K2、K3按JTG D702004附录A中表A.0.2-1、表A.0.2-2、表A.0.2-3确定，围岩极高及高初始应力状态的评估，可按附录A中表A.0.3规定进行。隧道围岩分级标准表围岩级别围岩或土体主要定性特征围岩基本质量指标修正值BQ开挖后的稳定状态坚硬岩，岩体完整，受构造影响轻微，巨整体状或巨厚层状结构，节理不发育，层间结合良好。550围岩稳定，无坍塌。坚硬岩，岩体较完整，块状或层状结构，层间结合一般。较坚硬岩，岩体较完整，块状整体结构，层间结合一般。550451暴露时间长，可能产生局部小坍塌。坚硬岩，岩体较破碎，巨块（石）碎（石）状镶嵌结构，层间结合一般。较坚硬岩或较软硬岩，岩体较完整，块状体或中厚层结构，层间结合一般。450351开挖后喷护处理。坚硬岩，岩体破碎，碎裂结构；较坚硬岩，岩体较破碎破碎，镶嵌碎裂结构，块状体或中厚层结构。较软岩或较软硬岩互层，且以软岩为主，岩体较完整较破碎，中薄层状结构。350251开挖后无支护，易产生顶部小块坍塌和侧壁失稳，应及时支护。略具压缩的粘土或砂土，一般钙铁质胶结的碎石、卵石、大块石及Q2、Q1黄土。较软岩，岩体破碎；软岩，岩体较破碎破碎； 极破碎各类岩体，碎、裂状，松散结构。250开挖后易坍塌，应立即支护和衬砌。裂隙杂乱或全强风化壳；一般第四系的半干硬硬塑状粘性土及Q4、Q3黄土，呈松软结构；稍湿至潮湿的碎石土、卵石土、圆砾土，呈松散结构。软塑状粘性土及潮湿、饱和粉细砂、软土。开挖后极易坍塌变形。（二）确定围岩物理力学参数按照围岩级别，根据JTG D702004附录A中A.0.4的表A.0.4-1表选取各级围岩的物理力学参数。围岩级别重度kN/m3弹性抗力系数kMPa/m变形模量EGPa泊松比内摩擦角o粘聚力cMPa计算摩擦角co26281800280033602.17825271200180020330.20.2550601.52.17078232550012006200.250.339500.71.5607020232005001.360.30.3527390.20.750601720100200120.350.4520270.050.24050151710010.40. 5201m时ER=1m；长、特长隧道应在行车方向的右侧设置紧急停车带，紧急停车带应取3.5m，长度取40m；注：三车道隧道除增加车道数外，其它宽度同表，增加车道的宽度不得小于3.5m。连拱隧道的左侧可不设检修道或人行道，但应设50cm（120km/h与100km/h时）或25cm（80km/h与60km/h时）的余宽。设计速度120km/h时，两侧检修道宽度均不宜小于1.0m；设计速度100km/h时，右侧检修道宽度不宜小于1.0m（四）确定隧道内轮廓尺寸 按照已经确定的公路隧道建筑限界尺寸，根据JTG D702004中附录B中关于两车道（标准断面与紧急停车带断面）和三车道（标准断面与紧急停车带断面）的内轮廓尺寸规定。两车道、三车道的隧道内轮廓标准断面形式由：拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。最终，要保障隧道内轮廓尺寸应将隧道建筑限界尺寸包括在隧道内轮廓中。R1拱部圆弧半径；R2侧墙圆弧半径；R3侧墙与仰拱连接段圆弧半径；R4仰拱圆弧半径；H1路面至起拱线的高度；H2侧墙结构高度；H2设仰拱时的侧墙结构高度（侧墙与仰拱连接点至起拱线的高度）；1起拱线与R2的夹角；1设仰拱时起拱线与R2的夹角；2隧道结构中心线与R4的夹角；3=90o-(1+2)；R5紧急停车带拱部圆弧半径；4半径为R5的拱部圆弧段夹角；R1拱部与侧墙连接段圆弧半径；5半径与R1的圆弧段夹角；R1拱部圆弧半径；R2拱部与侧墙连接段圆弧半径；R3侧墙圆弧半径；R4侧墙与仰拱连接段圆弧半径；R5仰拱圆弧半径；H1路面至起拱线的高度；H2侧墙结构高度；H2设仰拱时的侧墙结构高度（侧墙与仰拱连接点至起拱线的高度）；1起拱线与R3的夹角；1设仰拱时起拱线与R2的夹角；2隧道结构中心线与R5的夹角；3=90o-(1+2)； 4半径为R1的拱部圆弧段夹角； 5半径与R2的圆弧段夹角；（五）计算隧道围岩压力 隧道围岩压力荷载计算按照JTG D702004中6.2节“永久荷载”与附录E中的规定进行计算。具体步骤按照：首先进行浅埋和深埋隧道的划界；如符合JTG D702004的附录E中规定属于浅埋隧道的，考察是否符合“埋深H等效荷载高度hq”和“埋深Hhq且Hp”两种情况之一进行计算；如符合JTG D702004的附录E中规定属于深埋隧道的，按照普氏方法进行计算。深、浅埋隧道的分界深度判定判定公式为：Hp=(22.5)hq式中：Hp浅埋隧道分界深度；hq荷载等效高度，hq=q，为围岩重度；q=0.452s-1；S围岩的级别；宽度影响系数，=1+i(B-5)；B为无支护条件下隧道毛洞宽度；iB5时取i =0.1，B5时取i =0.2；浅埋隧道荷载当埋深H等效荷载高度hq时：垂直均布压力：q=H隧道上覆围岩重度；H隧道坑顶到地面距离；侧向压力：e=H+12Httan2(45-c2)Ht隧道高度；c围岩计算摩擦角；当埋深Hhq且Hp时：垂直均布压力：q=H(1-HtanBt)，=tan-tanctan1+tantanc-tan+tanctantan=tanc+(tan2c+1)tanctanc-tan侧向梯形分布压力：e小=H；e大=h各级围岩的值围岩级别值0.9c(0.70.9) c(0.50.7) c(0.30.5) c式中：H隧道坑顶到地面距离；h隧道坑底到地面距离；c围岩计算摩擦角；Bt为无支护条件下隧道毛洞宽度；深埋隧道荷载按照普氏方法进行计算。普氏系数：f=(c+ctan)c塌落拱高度：h=0.5B+Htan(45-2)f垂直均布压力：q=h侧向梯形分布压力：e小=htan2(45-2) e大=(h+H)tan2(45-2)式中，c岩石单轴抗压强度；c粘聚力；内摩擦角；B隧道宽度；H隧道高度；围岩重度；（六）衬砌结构的设计衬砌结构设计按照复合式衬砌结构设计，参看JTG D702004中的8.4.2节内容。先按照工程类比方法进行初步设计，然后根据结构计算进行验算，再作出适当调整。（七）计算衬砌结构的内力衬砌结构的内力计算按照荷载结构法进行计算，运用结构力学求解器（工程版）Vs2.0。衬砌结构上的荷载图如下图：荷载只考虑三种荷载：围岩压力；衬砌自重；弹性抗力衬砌结构的结构力学建模简图如下图：衬砌结构采用一圈闭合的梁单元，周边采用弹簧支撑（不少于20个），弹簧支撑需注意弹簧只能受压不能受拉，受压模量（即弹性系数）取围岩的弹性抗力系数。由于衬砌单元是曲线梁，固可适当多取一些弹簧支撑，弹簧支撑之间的梁单元采用直线梁，为方便荷载的施加，围岩压力的均布或分布式荷载全部转化到弹簧支撑上的节点荷载。结构计算的成果应包括轴力、弯矩、剪力、变形。（八）衬砌结构的配筋计算 根据结构计算的轴力、弯矩、剪力进行配筋计算与裂缝宽度的校核。详细规定请参看JTG D702004附录K，以及相应的钢筋混凝