云阳县向阳乡道班湾付家滴隧道结构设计毕业论文.doc

二O一三届土木工程（岩土及地下工程方向）毕业设计 云阳县向阳乡道班湾付家滴隧道结构设计毕业论文 第1章 绪 论1.1隧道的产生 隧道最早出现在原始时代，是人类利用隧道来防御自然威胁的穴居，隧道是用兽骨、石器等工具开挖，修筑在可以自身稳定而无需支撑的地层中；到了远古时代，隧道是为了生活和军事防御目的而修建的，这个时代隧道的开发技术形成了现代隧道开发技术的基础；到了中世纪，欧洲文明的低潮期，建设技术发展缓慢，隧道技术没有显著的进步，但由于对地下铜、铁等矿产资源的需求，开始了矿石开采；近代，随着炸药的发明和应用，加速了隧道技术的发展，城市的发展修建地下铁道、上下水道等，使得隧道的技术得到极大的发展，其应用范围迅速扩大。我国在1949年以前的近百年里，由于长期处于半殖民地半封建社会，经济落后，地下建筑发展速度极其缓慢，隧道修建屈指可数，而且主要依靠人力开挖。1949年以来，为改变国家的经济布局，发展内地和山区的经济，先后修建了数十条隧道比重较大的山区铁路，使得我国在铁路隧道的数量和施工技术上有了较大发展，逐渐掌握了隧道建筑的近代技术，从人力为主体的施工转向以机械开挖为主体的施工，技术上有了质的飞跃。1.2隧道的现状和特点 目前隧道的现状和特点包括以下几个方面：（1）隧道越修越长 随着道路等级标准的逐渐提高和隧道设计理论和施工技术的不断改进，公路隧道的修筑长度从上世纪初的二、三公里已发展到现在的数十公里，长大公路隧道的成功修建，除了道路等级标准要求的提高，人们宁绕勿穿观念的改变外，新的施工工艺，现代通风监控技术和许多成功的经验起着决定性的作用。 （2）曲线隧道逐渐增多 在新的隧道设计理论和施工技术的推动下，特别是在总结公路隧道运营管理的实践经验后，现代公路隧道的选线，已完全打破了过去的宁直勿弯的规则，曲线隧道逐渐增多，国外更是到处可见。曲线隧道的设计，不仅可以避开不良地质，而且对促使行驶中的司机，提高警惕和不受出口“白洞”影响，避免引起交通事故很有帮助。 （3）双洞取代单洞由于单洞双向交通不能充分利用汽车交通风，并且要求通风设备装机容量增加，特别是单洞双向交通的事故率远远高于双洞单向交通。故而近十多年来，双洞单向交通隧道逐渐取代单洞双向交通隧道。国外目前正在将早期100多座单洞双向交通隧道，改变为双洞单向隧道。这对降低通风难度，节约能量，减少事故很有帮助，而且还可以提高交通量，满足防灾救灾和备战的要求。 （4）隧道服务水平很高 随着公路隧道通风、照明、监控等项技术的不断完善，现代公路隧道的服务水平逐渐提高。特别是在一些长大公路隧道中，高质量的照明效果，适应不同交通工况和防火救灾的通风系统，完善的交通标识，不同模式的监控方法，尽可能详细的防灾救灾预案，齐备的基础信息管理系统以及定期的检测维护技术，这些均保证公路隧道具有一个很高的服务水平。 （5）跨海隧道成为共识 继英法海底隧道成功地穿越了英吉利海峡后，隧道方案已成为跨海交通的主要形式。因为海底隧道不但避免了桥梁方案所带来的海浪、台风一系列结构力学问题，而且丝毫不影响海面航道交通和自然景观，香港的海底隧道就是显著的例子。海峡隧道、国内的琼州海峡隧道、勃 海湾隧道等。对于较长的海底隧道，毫无疑问利用铁路的摆度方案明显地优于公路直通方案。 （6）单功能向多功能转变 旅游观光是现代长大公路隧道的另一显明特点，突出的例子有英吉利海峡隧道、东京湾隧道、香港湾隧道、上海延安东路隧等。人们不仅将隧道当作是交通通道，而且视其为旅游观光场所。1.3隧道未来发展面临的挑战隧道技术的发展表明：今后隧道技术的研究方向为非爆破的机械化施工、合理规划与环境保护、设计可靠合理、使用安全等方面。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，处理好隧道支护结构形式和支护时间、通风方式的选择与方案的设计，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。隧道修建完成后，运营监控、防灾救灾的优化设计也是未来主要研讨课题。1.4本隧道设计 本设计之付家滴隧道位于云阳县向阳乡道班湾，付家滴隧道起止桩号为K6+996K7+340，全长344m。通过对隧道区内工程地质、水文地质及当地自然地貌与气象的考虑并结合安全、经济等方面的因素所设计的隧道，将体现出公路隧道便捷、节能、经济、环保等优点。 1.5选题目的与意义目的：学生通过本阶段对隧道平、纵断面计、隧道横断面和洞门的确定、隧道防排水设计以及隧道施工方法和施工组织甚至包括通风、照明环保等各个环节的设计，掌握隧道设计的主要内容、基本原理、设计方法、主要技术，结构计算分析、强度检算、施工组织与管理、计算机绘图等各知识环节的知识。为毕业后参加工程建设，尽早适应快节奏、高效率工程勘测、设计及施工打下坚实基础。意义：毕业设计是土木工程教学中的重要的实践性教学环节，是对四年来所学知识的总结和实践，是提升专业学术水平、实践能力和学以致用的重要手段，是培养应用型人才目标的具体体现。毕业设计不仅要求独立完成设计成果，掌握设计理论、方法和相关技术，还会培养我们分析、解决问题的能力，为以后的走上工作岗位，从事有关设计、施工等具体实践工作奠定基础。第2章 设计原则及技术标准2.1 设计原则 隧道设计遵循安全、经济、合理的原则，在遵守交通部颁发公路隧道设计规范（JTG.D702004）的同时，借鉴、参考国外公路隧道设计规范及国内外若干条件隧道的实例，按新奥法理论，结合隧道的实际情况进行设计。2.2设计依据 （1）城市道路设计规范（CJJ37-90） （2）公路工程技术标准（JTG B01-2003） （3）公路隧道设计规范（JTG D70-2004） （4）公路隧道通风照明设计规范（JTJ026.1-1999） （5）公路隧道施工技术规范（JTJ042-09） （6）地下工程防水技术规范（GB50108-2001） （7）公路路线设计规范（JTJ011-94） （8）公路工程抗震设计规范（JTJ004-89） （9）公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2002） （10）铁路隧道设计手册中国铁路出版社 1995年版 （11）中华人民共和国工程建设标准强制性条文（公路工程部分）（12）交通部公路工程基本建设项目设计文件编制办法（1996年1月1日）2.3主要技术标准隧道按二级公路双向隧道设计。采用的主要技术标准如下： （1） 行车速度：隧道设计车速为40。（2） 隧道建筑限界：限界净宽：8.50；行车道宽度：23.5；限界净高：5（3） 设计交通量：交通量：3925辆/日；高峰小时交通量：589辆/。（4） 行驶方向：双向行驶（5） 设计荷载：公路-级（6） 隧道纵坡度： 2.398%（7） 隧道内卫生标准： CO允许浓度：正常行使时为150发生事故时，短时间（20）以内，为300烟雾允许浓度：正常营运时为0.0090 当烟雾浓度为0.0120，采用交通管制 进行养护时为0.0035（8）隧道纵向风速小于7 第3章 工程概况3.1 地理位置、地形地貌付家滴隧道位于云阳县向阳乡道班湾，起止桩号为，全长344m。通过对隧道区内工程地质、水文地质及当地自然地貌与气象的考虑并结合安全、经济等方面的因素所设计的隧道，将体现出公路隧道便捷、节能、经济、环保等优点。隧道进出口位于曲线上，路线设计纵坡2.398% 隧道区的地层主要为：第四系全新统填筑土层（） 、残坡积层（） 、残坡积层（）、冲洪积层（） 和中生界侏罗系下统珍珠冲组（） 。 3.2气象、水文云阳处于北回归线以北的东南中亚热带湿润气候区，四川盆地中亚热带湿润区，春早、夏热、秋凉、冬暖。初夏雨量充沛，盛夏炎热多伏旱，秋多绵雨，冬少日照。年平均气温18.4。1月平均气温7.2。7月平均气温29.1。年平均日照数1484.8小时。年平均降水量1100.1毫米。无霜期304天。 因长江横贯其中，南北各有2条支流，颇多小溪，全县共有较大溪河13条，主要有长江、彭溪河、长滩河、汤溪河、磨刀溪河，总长435.3公里。长江在县境流程68.1公里，总流域面积1.34万平方公里。平地有路阳坝、高阳坝、渔塘坝、洞溪坝、木古坝等河谷低坝和山间平坝，占全县面积的0.66%。丘陵主要分布在磨刀溪、激汤溪、彭溪等河流平行岭谷区的河谷地带，占全县面积的0.45%。年径流总量23.71亿立方米。3.3隧道规模付家滴隧道位于云阳县向阳乡道班湾，起止桩号为，全长344m。隧道为双向行驶，进出口都位于曲线上。3.4工程地质情况3.4.1地形地貌 隧址区为构造剥蚀侵蚀低山地貌。最高点高程772，位于东侧坡顶，最低点高程为553.4，位于北西侧斜坡坡脚西牛河一带，相对高差约为218.6. 3.4.2地层岩性根据地面工程地质测绘及钻探揭露，隧址区的地层主要为第四系全新统填筑土层（） 、残坡积层（） 、残坡积层（）、冲洪积层（） 和中生界侏罗系下统珍珠冲组（） 。其特征由老到新分述如下：(1) 第四系全新统填筑土层（）人工填筑土：密实，主要成分为灰岩碎片，次棱角状，粒径16，含量35%90%，其余成分为亚粘土，黄褐色，可塑，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，主要分布于原有公路位置隧道进口一带，厚度3左右，回填时间45年。 (2) 第四系残坡积层（）亚粘土：黄褐色，可塑状，干强度中等，韧性中等，无摇振反应，喊1530%的灰岩角砾，碎石粒径0.65，主要分布于原公路外侧斜坡上，厚度0.21.5。（3）第四系冲洪积层（）漂石土：主要成分为砂岩或灰岩，次棱角状，分选性差，粒径360，局部含极少量亚粘土和灰土，分布于西牛河中及漫滩上，厚度12。 （4）中生界侏罗系下统珍珠冲组（） 砂岩：青灰色，中细粒结构，中厚层状构造。主要矿物成分为岩屑石英等。泥岩：灰色，泥质结构，中厚层状构造。含少量砂质。3.4.3地质构造与地震付家滴隧道位于剪刀梁背斜南翼，岩层产状。隧址区地质构造简单，无断层通过，区域构造稳定。根据国家地政局中国地震烈度区划图（1990）及中国地震动参数区划图（）附件中国地震动峰值加速度区划图（1:40万），隧址区地震基本烈度为度，设计基本地震加速度值为0.05，设计特征周期0.35 。3.4.4水文地质条件 （1）地下水型及富水性 隧址区地下水类型主要有松散岩类孔隙水和基岩裂隙孔隙水两种类型。隧址区第四系残泼积亚粘土厚度差异大，分布面积小，透水性及富水性较差，不利于地表水的下渗，加上该区地形较陡，横向冲沟发育，大气降水迅速形成地表径流向低洼处排泄，因此此类地下水不易大量富集，水量贫乏。 基岩裂隙孔隙水主要赋存与砂岩裂隙中，富水性受地形地貌、裂隙发育程度影响明显。区内基岩大面积出露，汇水面积达，由于横向河谷发育，地形坡度较大，地表水排泄迅速；同时砂岩中裂隙贯通性差，因此此类地下水富水性差，水量贫乏。本次勘察对钻孔进行了抽水检查试验，计算分析确定钻孔渗透系数为。（2）水质分析及其腐蚀性 此次勘察取了钻孔水进行分析，水化学类型为型水。根据公路工程地质勘查规范附录环境水对砼腐蚀评价标准判定：地下水及地表水对混凝土无腐蚀性。隧址区内地下水主要赋存和运移于强风化带及构造破碎带的裂隙中。地下水类型为潜水，主要接受大气降水的下渗及相邻含水层的侧向渗透补给，受地形、地貌影响变化较大，勘察期间测得各钻孔混合水位标高为。，根据区域水文地质资料，预计地下水位年变化幅度约（58）。由于隧道洞身主要受力区位于微、弱风化花岗岩中，故洞内地下水主要来自与隧道相交的构造裂隙破碎带，受构造控制明显。本隧道以压扭性断层为主，构造裂隙多呈闭合状，间隙小，透水、储水性能较差，因此地下水量总体不大，但也不排除局部断裂带较宽、富水性相对较好的可能性。根据地区工作经验，洞内弱风化花岗岩一般呈淋湿状态，有渗透水、滴水现象，断裂带偶有成股水流涌出，局部水量较大。b 抽水试验据抽水试验，隧址区内水量贫乏，涌水量10.8m3/d,渗透系数0.102m/d，影响半径26.5m。c 地下水腐蚀性分析据水质分析，水中PH值为6.86.85，Mg2+为22.9925.86mg/L，HCO3-为109.47117.40mg/L，SO42-为9.8413.81mg/L，Cl-为69.8476.56mg/L，侵蚀性CO2为4.305.9mg/L。按类环境，弱透水土层考虑，依行标公路工程地质勘察规范（JTJ064-98）3.4.5不良地质现象 经地面调查及访问，隧道轴线500范围内均无滑坡、崩塌以及泥石流等不良地质现象。3.4.6隧道主要工程地质问题评价 进洞口段付家滴隧道进洞口位于原开巫路内侧，桩号，洞顶自然坡度40，进洞口轴线与岩层走向斜交，洞轴线与地形线基本正交。进口围岩岩性为中生界侏罗系下统珍珠冲组（）砂岩，无断裂构造，未见不良地质，适宜隧道进洞口建设。出洞口段 出洞口位于斜坡的中部，桩号为，洞顶自然坡度约为20.洞口轴线与岩层走向正交，洞轴线与地形线斜交。出口围岩岩性为侏罗系下统珍珠冲组（）砂岩，无断裂构造，未见不良地质，适宜隧道进洞口建设。洞身段 付家滴隧道为岩质隧道，隧道围岩体地层为侏罗系下统珍珠冲组（）砂岩、泥岩，层理较发育，层间结合较差，弱分化带言芯成短柱状、柱状，岩石强度较高，岩质硬。 根据区域地质资料及本次勘察资料综合分析，区内无明显活动断裂构造、构造破碎带通过，区域稳定性好，适宜修建付家滴隧道。1. 隧道围岩划分依据隧道围岩分类标准按照公路工程地质勘察规范中附录隧道围岩分类执行。依据隧址区岩石的力学性质，首先进行岩石等级划分，而后考虑到围岩受地质构造的影响和围岩节理裂隙发育程度，同时考虑到各种围岩的分化特征对围岩强度的影响以及地下水对围岩的危害性作出围岩综合分类。：岩石等级划分 根据隧址区岩石力学性质试验资料，按岩石饱和抗压强度将隧道围岩确定为软岩石（见表3.1）。：围岩受地质构造影响程度的等级划分 付家滴隧道处于剪刀梁背斜南翼，对隧道洞顶能够影响较小。表3.1岩石等级划分表 地层代号岩石名称饱和抗压强度岩石等级砂岩33.041.4硬质岩泥岩7.210.6软质岩：围岩弹性波速划分隧道围岩分类 本次工作中对洞身断钻孔进行了声波测井已获得不同岩性，不同埋藏条件下的弹性波速特征。从测试结果中可以看出，岩体的波速差异主要由风化程度不同造成，岩性变化导致的波速差异不大，反映出不均匀围岩及裂隙岩体特征，地层中波动较小（见表3.2）。 表3.2围岩弹性波速划分 岩石名称围岩弹性波速围岩类别4047.66V4132.66V2. 围岩分类及分布在岩石强度及完整性系数的基础上，考虑围岩特征、环境等因素进行围岩分类。洞身段较稳定的砂、泥岩，划分为级；处于洞内的薄层砂泥岩及浅埋围岩段化为级。围岩分类及分布见表3.3。隧道围岩的稳定性与岩体的坚硬程度和岩体的完整程度以及层间结合情况的关系最为密切，地下水的富集程度对围岩的稳定性可起到进一步恶化的作用，在划分围岩类别时，均考虑了这一重要因素。构成级围岩的地层岩性为砂岩，层间结合一般，地下水贫乏，拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定。爆破震动过大易坍塌。构成级围岩由于洞顶岩层厚度较薄，受风化程度的影响，此类围岩较破碎，成碎块状，拱部无支护时可产生较大的坍塌，侧壁有时失去稳定。表3.3隧道围岩分类及分布 围岩岩性单轴饱和抗压强度主要工程地质特征及岩体结构特征和完整状态围岩类别围岩分布里程开挖稳定性砂岩层间结合一般，岩层成中层厚状。构造裂隙较发育。=，岩体完整性系；拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本稳定，爆破震动过大易坍塌砂岩泥岩层间结合一般，岩层成中层厚状。构造裂隙较发育。，岩体完整性系数为；拱部无支护时可产生较大坍塌侧壁有时失去稳定3.4.7结论和建议（1）隧址区区域地质整体稳定，适宜修建隧道。（2）隧道进出洞口开挖后边坡可能产生掉块落石等，应加强预防护。（3）隧址区地下水以碎屑岩浆裂隙孔隙水为主。富水性较差，地下水贫乏。开挖后隧道出水形式以潮湿或滴状为主，地下水对砼无侵蚀性。（4）隧址区及其附近砂岩广泛出露，岩质性碎，可采碎石、条石。（5）隧道弃渣全部弃于染房湾隧道弃渣场，弃渣场上部可进行绿化复耕。第4章 隧道总体设计4.1选线方案比选方案类别比较项目第一方案第二方案隧道长度()344256施工方法难易程度较易较易工期较短较短养护维修工作量少少优点隧道线形较好进出洞口线形较好缺点洞口施工难度稍大隧道穿越地质状况复杂地带；工期较长 方案一：隧道长344。起讫桩号：。方案一的优点是近乎直线线性，进出口位于曲线上，采用小半径曲线较少，并且与原公路线型结合较好，围岩稳定，机械通风较好，维修养护较方便，投资较省，缺点是隧道较长，开挖时间较长。 方案二：线路总长520，其中隧道256，由于出口据改建路间有河流，地处低洼需架桥，桥长266。起讫桩号：；隧道长254，起讫桩号：。方案二的优点是采用桥隧相结合，可以保证较好的道路线型，但是投资大，技术难度高，加之有桥梁和隧道，造价较高，且在结构计算，项目施工中会有很大困难，造价相应较高。 通过比较，充分研究隧道所处地域的地形，地质情况，隧道施工及两端联接既有公路的条件和投资等因素，方案一为最优方案4.2隧道平面设计 隧道平面线形总体上受两端主线连接限制。通过实地调查，充分研究了隧道所处地域的环境、地质情况，与两端主线连接条件，施工和投资等综合因素，考虑隧道采用三段直线和缓和曲线形式，按照公路路线设计规范的有关规定设置超高。如图4.1所示 表4.1 隧道平面设计表隧道名称起讫桩号隧道长度（）平面线形付家滴隧道 344进口和出口位于直线上，洞身位于三段直线和缓和曲线上4.3纵断面设计 依据公路隧道设计规范（JTG D702004），结合线路总体高程、隧道工程所处位置、工程地质和水文地质条件，以及运营过程中的通风、排水问题等综合因素。考虑隧道内线路坡度设置为单面坡，坡度：2.392%，如图4.2所示 表4.2 隧道纵段面设计表隧道名称进口桩号设计标高（）出口桩号设计标高（）纵坡/坡长（）/（）付家滴隧道 585.429 -7.47/3444.4 隧道内净空断面设计 本隧道为双向行驶二级公路隧道，建筑限界净宽 8.5，其中行车道宽度7.0，净高 5.0，人行道宽度0.75，内净空面积。根据公路隧道设计规范的有关规定并结合本线情况，衬砌内净空采用三心圆曲墙式，内净空与建筑限界之间的净空还满足设备安装、通风、装饰及隧道施工误差要求。见图4.5、4.6。图4.5隧道建筑限界图4.6 衬砌内轮廓图第5章 隧道结构设计与计算5.1 隧道洞门设计5.1.1、隧道洞门的类型及适用条件隧道洞门的形式很多，从构造形式上大致可分为：端墙式、翼墙式、台阶式、柱式、削竹式、喇叭口式等。各种洞门的形式及特点见表5.1。2、隧道洞门的构造要求（1）洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5，洞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1.0，洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5。（2）洞门墙应根据实际需要设置仲缩缝、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按计算或结合其它工程类比确定。（3）洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地形及地质条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定。（4）松软地基上的基础，可采取加固基础措施。 （5）洞门结构应满足抗震要求。根据洞口地形、地质条件，经多方案比选，确定进出口为端墙式洞门。 ( 6 ) 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。 （7）洞口边坡、仰坡顶面及其周围，应根据情况设置排水沟及截水沟，并和路基排水系统综合考虑布置。 （8）洞门位置应根据地形、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。 （9）基底埋入土质地基的深度不应小于1.0，嵌入岩石地基的深度不应小于0.5；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25；地基为冻胀土时，应进行防冻胀处理。基底埋入深度应大于各种沟槽基底的埋置深度。 （10）洞门设计应与自然环境相协调。表5.1 常见隧道门形式及适用条件表 基本形式适用条件及特点例 图端墙式端墙式洞门俗称一字式洞门，适用于自然山坡陡峻，洞口地形开阔，岩层较为坚硬完整，山体压力很小，开挖坡度1:0.31:0.5的洞口地段。这种洞门具有结构简单、工程量小、施工简便的优点，在岩层较好时使用最为经济。唯洞门顶排水条件稍差，若横向山坡一侧较低时，宜开挖沟槽横向引排。柱式柱式洞门是从端墙式洞门发展而来的。当岩层有较大主动侧压力时；如采用端墙式洞门则过于安全、浪费圬工；为此，区别受力大小，设计成横向不等厚、最厚部位即呈柱形的柱式洞门。柱式洞门运用于洞口地形较陡，有较大侧压力的地段，或洞口处地位狭窄，设置翼墙无良好基础时，其仰坡开挖坡度为l:0.5l:0.75。此外在城市、风景区，采用柱式洞门较为雄伟美观。翼墙式翼墙式洞门是在端墙式洞门的两侧或一侧加设翼墙(挡墙)而成。翼墙起支撑端墙及保持路堑边坡稳定的作用同时对减少洞口开挖高度和压缩端墙宽度均为有利。由于翼墙与端墙很大一部分面积相接触，设计时考虑其共同作用，可节省大量圬工，且能增加洞门的抗滑和抗倾覆稳定性。因此，当地质条件较差，仰、边坡较缓时，通常均采用翼墙式洞门。台阶式傍山隧道洞口，地而横坡较陡，为了适应地形，减少开挖，多采用如图右所示的台阶式洞门。亦称偏压隧道门。它在靠山侧通常用设置挡墙，以降低边坡开挖高度，并压缩端墙宽度。低山坡一侧，如地质饺差，地面较高，也可采用矮挡墙。选用台阶式洞门时，通常需要根据洞口地形地质条件，与采用明洞作技术经济比较。5.1.2隧道洞门结构设计1、计算假设及相关规定洞门的端墙和翼墙均可视为墙背承受土压力的挡土墙结构，根据挡土墙理论设计。 本端墙式洞门按计算挡土墙的方法分别核算各不同墙高截面的稳定性和强度，以此决定端墙的厚度和尺寸。为简化洞门墙的计算方法和便于施工，只检算端墙最大受力部位的稳定性和强度，据此确定整个端墙的厚度和尺寸，这样虽增加了一些圬工量，但从施工观点看却是合理的。由于洞门端墙紧靠衬砌，又嵌入边坡内，故其受力条件较挡土墙为好。此有利因素可作为安全储备在计算中是不予考虑的。按挡土墙结构计算洞门墙时，设计是按极限状态验算其强度，并验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。验算时依据表5.2、3的规定，并应符合公路路基设计规范、公路砖石及混凝土桥涵设计规范、公路桥涵地基与基础设计规范的有关规定。表5.2 洞门墙的主要检算规定表墙身截面荷载效应值结构抗力效应值（按极限状态计算）墙身截面荷载效应值结构抗力效应值（按极限状态计算）墙身截面偏心距0.3倍截面厚度滑动稳定安全数1.3基底应力地基容许承载倾覆稳定安全数1.6基底偏心距岩石地基；土质地基（为墙底厚度） 表5.3洞门设计计算参数数表仰坡坡度计算摩擦角容重基底摩擦系数控制压应力1:0.5070250.60.81:0.7560240.50.61:150200.40.40.351:1.254345180.40.30.251:1.53840170.350.40.25隧道洞门是隧道洞口用圬工砌筑并加以建筑装饰的支挡结构物。洞门的作用在于支挡洞口正面仰被和路堑边坡，拦截仰坡上方的小量剥落、掉块、保持边仰坡的稳定，并将坡面汇水引离隧道，保证洞口路线的安全。洞门还是隧道唯一的外露部分，对它进行适当的建筑艺术处理，可起到美化环境的作用。5.1.3 隧道洞门结构设计为减少洞口段病害的发生，同时考虑到环保、绿化及抗震的要求，在隧道进、出口及浅埋地段结合地形、地质情况设置钢筋混凝土明洞结构及复合式加强衬砌对该段结构予以加强。隧道位置及洞门选择，本着结构安全、工程经济、早进晚出和尽量少刷边仰坡，并适当考虑美观的原则进行设计。隧道进口纵坡十分陡峭，地面横坡相对较缓，路线与等高线斜交，洞口位置由仰坡控制，定洞口于，洞门采用端墙式洞门；洞口段采用级围岩复合式衬砌。隧道出口纵坡相对较缓，地面横坡较陡，路线与等高线斜交，洞口位置主要由边坡控制，定洞口于，洞门采用台阶式洞门；洞口段采用级围岩复合式衬砌进行加强。隧道进、出口边、仰坡采用锚、网、喷混凝土防护。隧道进口见图5.1，图5.2，图5.3 图5.1 隧道进口立面图 图5.2 隧道进口平面图 图5.3 隧道进口剖面图5.1.4 隧道洞门结构计算（1）计算参数确定、地质特征：级围岩，端墙背后采用粗颗粒土回填。地层容重地层计算摩擦角基底摩擦系数基底设计控制压应力、建筑材料容重：（1）墙端的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为，水泥砂浆的强度等级为（2）容许压应力，重度。验算符合下列标准：墙身截面荷载效应 结构抗力效应值(按极限状态计算)墙身截面偏心距截面宽度基底偏心距 岩石地基 ，土质地基（为墙底厚度）基底应力 地基允许承载力滑动稳定系数倾覆稳定系数、洞门计算系数按比表5.3取 、土压力计算数据墙厚，墙背倾角，仰坡坡角，围岩计算摩擦角，基底摩擦系数, , , 。（2）验算条带的选取及计算要点验算墙身截面偏心和强度以及基底偏心、应力及沿基底的滑动和绕墙趾倾覆的稳定性。（3）洞门土压力计算根据公路隧道设计规范（JTG D70-2004），洞门土压力计算图示具体见图10-2。图5.4 洞门土压力计算简图最危险滑裂面与垂直面之间的夹角： =0.4故：=21.8式中: 围岩计算摩擦角； 洞门后仰坡坡脚； 洞门墙面倾角根据公路隧道设计规范（JTG2004） =0.078 =1.99根据公路隧道设计规范（JTG2004），土压力为： = =式中： 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），取b=1m； 土压力计算模式不确定系数，可取=0.6。 式中： 墙背摩擦角 =（4）抗倾覆验算翼墙计算图示如图3.3所示，挡土墙在荷载作用下应绕O点产生倾覆时应满足下式： 式中： K0倾覆稳定系数，；全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩；全部水平力对墙趾O点的稳定力矩； 图5.5 墙身计算简图由图5.5可知：墙身重量：对墙趾的力臂：对墙趾的力臂：对墙趾的力臂：代入上式得： =3.05故抗倾覆稳定性满足要求（5）抗滑动验算对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性： 式中： 滑动稳定系数 作用于基底上的垂直力之和； 墙后主动土压力之和，取=； 基底摩擦系数，取=0.4由图5.5得：故抗滑稳定性满足要求（6）基底合力偏心矩验算设作用于基底的合力法向分力为，其对墙趾的力臂为，合力偏心矩为，则： （7）基底应力验算 计算结果满足要求计算结果满足要求。（8）墙身截面偏心矩及强度验算墙身截面偏心矩e 式中： M计算截面以上各力对截面形心力矩的代数之后； N作用于截面以上垂直力之后。将数据代入墙身偏心矩e的公式，可得：计算结果满足要求。应力 （满足要求）通过以上的验算，说明洞门的尺寸合理。详图见设计图纸通过对计算条带进行墙身偏心及强度，绕墙趾的抗倾覆性、沿基底滑动的稳定性以及基底应力验算，洞门端墙及柱子都是满足洞门墙主要验算规定的。因此，洞门墙的设计尺寸是合乎要求的。5.2 隧道洞身结构设计根据隧道所处的地质情况将衬砌分为六种种类型：级复合型、级复合型、级复合型、级复合型、级复合型、级复合型5.2.1洞口及浅埋段洞口浅埋加强段采用喷、锚、网和工字钢架作为初期支护，超前小导管支护，以确保洞口段稳固安全。洞口加强段长度在施工时可根据开挖揭露的地质情况，予以适当调整。洞口段衬砌拱墙及仰拱模筑混凝土紧跟开挖进行。5.2.2洞身一般段 根据隧道埋深及围岩级别的不同，本隧道结构为复合衬砌形式。分析参数根据结构分析与工程类比相结合确定。级围岩为曲墙有仰拱，级围岩为曲墙无仰拱，同时围岩较差地段的衬砌向围岩较好地段延伸米。 复合式衬砌参数是首先根据围岩级别、工程地质水文地质条件、地形及埋置深度、结构跨度及施工方 法等以工程类比拟定，然后应用有限元综合程序对施工过程进行模拟分析，定性的掌握围岩及结构的应力 发展与变形破坏过程，进一步调整支护参数，最后采用荷载-结构-弹性抗力计算模式，应用隧道结 构计算程序进行结构进行内力分析计算及强度校核。为了与结构设计模式相适应，要求二次衬砌采用先墙后拱法施工，现场模筑。初期支护:对与级围岩由工字钢拱架（或钢筋格栅），径向锚杆，钢筋网及喷射混凝土组成，而对于级围岩则由径向锚杆，钢筋网及喷射混凝土组成。工字钢架具有刚度大，发挥作用快的特点，这并与径向锚杆及钢筋网焊为一体，与围岩密贴形成承载结构。二次衬砌：对于隧道洞口级围岩浅埋地段，由于岩体风化严重，节理发育、自稳时间较短，洞室开挖跨度较大，二次衬砌按承担上部土压力覆土荷载计算需采用 C25 钢筋混凝土结构，二次衬砌要求紧跟开挖面。对于级围岩深埋地段，由于该段岩体比较稳定，能够在一定程度上形成稳定的承载拱， 因此结构按承担部分土压力覆土荷载计算可采用 C25 素混凝土结构。在施工过程中仍必须注意初期支护的 变形与稳定监测，根据监测数合理确定二次衬砌的施作时间，尽可能发挥初期支护的承载能力。洞身深埋段各级围岩隧道衬砌支护参数见表5.2。表5.2 洞身深埋段隧道衬砌支护参数表项目级围岩级围岩初期支护C20喷射混凝土钢筋网系统锚杆，二 次 衬 砌素混凝土素混凝土仰 拱片石混凝土片石混凝土初支加劲措施-18工字钢=70辅 助 措 施-超前锚杆不同等级围岩的衬砌断面图见图5.6，图5.7，图5.85.6 级围岩衬砌断面图 5.7 级围岩衬砌断面图 5.8 IV级围岩加强段衬砌断面图 5.2.3特殊地质地段本隧道穿过地区没有出现岩溶、溶洞等不良地质地段。 5.3 隧道洞身结构验算5.3.1 级围岩加强段施工过程（开挖-支护）模拟建模参数 级围岩参数:重度,变形模,泊松比,内摩擦角=45,粘聚力. 锚杆参数: 弹性模量,直径,间距，长度2.5米。喷射C20混凝土参数:弹性模量,厚度15。梁单元（二次衬砌混凝土）参数： 二次衬砌钢筋混凝土参数:弹性模量=, 泊松比,厚度25。 以上参数的取值参考地堪报告及设计规范。 说明：本阶段施工过程采用程序计算建模，其过程基本类似于实际施工过程，在开挖过程中及时进行初期支护（打锚杆、挂钢筋网、钢架支撑、喷射混凝土），二次衬砌紧跟其后，确保围岩的稳定与安全。由于我的知识水平有限及对本程序的熟悉程度等原因，对本过程的建模作了如下简化：在开挖上不考虑施工时的误差（超欠挖）及爆破时的围岩震动。施作初期支护时仅考虑喷射混凝土的作用，不考虑钢筋网及钢架的加强支护作用。二次衬砌仅考虑模筑混凝土的作用，不考虑其中的配筋作用。 开挖方法开挖采用全断面发，具体施工方法见有关设计施工图。主要的计算步骤（1） 建模 （2） 打锚杆 （3） 划分面域（4） 网格划分 （5） 定义锚杆及梁单元 （6） 定义材料 （7） 计算最后阶段计算结果及部分图形 模型 图5.9 模型 围岩为级，地质较稳定，模型的宽和高大致取为洞宽和洞高的35倍即可。本模型为横向60，竖向70。 条件处理 考虑围岩虽多数属于级深埋地段，但在少数浅埋段地面仍可能发生沉降，故围岩横向和底部视为固定约束，地表为自由面。 锚杆受力分析 锚杆轴力 锚杆应力锚杆应变 锚杆塑性应变图5.10 锚杆受力图（单位：KN）从锚杆轴力图看出，左侧拱角锚杆轴力最大，值为14.7，锚杆断面积=3.140.0112=0.00038，钢筋的抗拉强度设计值为268，其抗拉力大小为2680.00038=101.8，所以锚杆具有足够的安全度，整个系统锚杆受力分布合理。满足设计要求。 轴力X 轴力Z 图5.11 梁轴力图（单位：KN） 二次衬砌受力、变形分析 图5.12 梁X弯矩图（单位：KN.m）表5.3是截取梁轴力较大截面附近的分析点内力数据： 表5.3 分析点内力数据表 单元xyz步骤轴向剪切-z力矩-y1-0.640-0.155组合1-869.75-483.9154.322-4.630-0.46组合1-902.45-444.03201.723-4.580-0.77组合1-937.1-409.87303.654-4.530-1.08组合1-968.56-367.76463.155-4.450-1.38组合1-1003.16-308.05575.0764.450-1.38组合1-1048.78322.36673.1174.530-1.07组合1-968.56367.76575.0784.580-0.77组合1-937.1409.87463.1594.620-0.46组合1-904.05448.59338.35104.640-0.16组合1-869.75483.91201.72114.6300.29组合1-817.44-542.54-54.32124.5500.87组合1-936.45437.21250.74134.4101.43组合1-845.75-47.31-17.77144.201.98组合1-863.16-25.96-4.96153.9202.49组合1-876.78-29.83-6.38163.5802.96组合1-895.69-32.44-7.44173.1803.38组合1-920.21-34.55-9.01182.7303.75组合1-953.72-34.92-11.46192.2404.06组合1-989.17-32.74-15.84201.7104.31组合1-998.08-41.76-23.63211.1504.49组合1-923.56-101.92-28.2220.5804.61组合1-412.11-173.110.4823004.64组合10-112.0469.224-0.5804.61组合1-408.3261.3469.225-1.1504.49组合1-916.49-4.470.4826-1.7104.31组合1-1039.08-58.2-28.227-2.2404.07组合1-99