龙潭塆公路隧道初步设计-毕业论文

本科毕业设计(论文) 龙潭塆公路隧道初步设计院（系）： 建筑工程学院 专 业： 土木工程 班 级： 13xx 学 生： xxx 学 号： 1xx 指导教师： xxx 2017年 6月本科毕业设计(论文) 龙潭塆公路隧道初步设计院（系）： 建筑工程学院 专 业： 土木工程 班 级： xx 学 生： xx 学 号： 1x2 指导教师： x 2017年 6月龙潭塆公路隧道初步设计摘要随着我国交通基础设施建设的快速发展与不断深入，以及“一带一路”建设的不断推进。隧道建设已经成为公路系统中的重要组成部分。它对优化道路线形、缩短公路里程有着重大影响；同时对促进周边地区环境保护、经济发展及国防建设也具有长远影响。龙潭塆公路隧道位于十天高速（湖北十堰至甘肃天水），汉中东段。是我国建设的最长的横向快速陆上交通通道，它的修建对我国高速公路网及陕西省公路网建设有重大意义。伴随着我国交通基础设施建设的不断推进，隧道工程俨然已经成为我国公路系统中一条非常重要的分支。隧道选线时综合考虑了地形地质情况，在衬砌计算中，考虑弹性反力的存在，隧道规划和设计过程中遵循充分发挥隧道功能，安全经济的建设隧道的基本原则，完成整个隧道的初步设计。龙潭塆公路隧道起止桩号K2+50K3+650，全长1600m，为单面坡道，坡度为2.7。隧道衬砌采用三心圆曲墙式衬砌。洞门采用翼墙式洞门，材料为M10水泥砂浆砌片石。通风经过计算采用SDS-12.5-6P-6-18带1D消声器型射流风机，共9台按单排布置。照明分为入口段，过渡段，中间段，出口和紧急停车带五部分，本设计合理。关键词：隧道；衬砌；洞门；新奥地利隧道施工法The preliminary design Long Tan Wan tunnelAbstractWith the rapid development and constant deepening of the transportation infrastructure construction in China, and continuous promotion of “The Belt and Road”, the tunnel construction has become an important part of the highway system. It has a significant impact on optimizing road alignment and shortening highway mileage, and it also has a long-term impact on environmental protection, economic development and national defense construction of surrounding regions.Located in Shitian expressway from Hubei Shiyan to Gansu Tianshui, the east part of Hanzhong, Longtanwan Highway Tunnel is the longest horizontal and rapid land transportation channel built in China. Its construction has great significances to the highway network in our country and the construction of the highway network in Shaanxi. With the continuous development of transportation infrastructure construction, the tunnel project has become a very important branch of highway system in China.Tunnel line considering topographical and geological conditions, in the lining of the calculation, consider the elastic force presence, tunnel planning and designing process to follow and give full play to function of basic principles of the construction of tunnel, tunnel safety economy, complete the preliminary design of the tunnel. Longtanwan tunnel start-stop pile No. K2+50K3+650, length 1600m, one side slope, slope is 2.7%. Tunnel lining use three circular curved wall lining. Portal with wing wall tunnel portal, materials for the M10 cement mortar rubble.The ventilation was calculated by SDS-12.5-6p-6-18 with 1d muffler type jet fan, a total of 9 units according to the single row layout. Lighting is divided into entrance section, transition section, the middle section, export and emergency parking strip the five part, rational design. Key words: tunnel; Lining; David; New Austrian methodI目 录中文摘要IABSTRACTII主要符号表11 绪论11.1课题的背景和意义11.2国内外研究现状11.3本设计主要研究的内容12 工程概况22.1工程简介22.2地形地貌22.3工程地质条件22.4工程气象条件22.5水文地质条件33 龙潭塆公路隧道总体设计43.1隧道线形设计43.1.1隧道位置选择43.1.2隧道洞口位置选择43.1.3隧道选线方案43.1.4隧道方案比选53.2隧道纵断面设计53.3隧道横断面设计53.3.1标准断面建筑限界53.3.2标准断面内轮廓设计63.3.3紧急停车带建筑限界73.3.4 紧急停车带内轮廓设计73.4洞门设计83.4.1洞门位置设计应符合条件83.4.2洞口段地质条件83.4.3洞门类型及适用条件83.4.4洞门形式的选择93.4.5洞门尺寸及材料设计93.5衬砌设计103.5.1支护形式选择103.5.2单洞隧道复合式衬砌一般规定103.5.3级围岩衬砌设计103.5.4级围岩衬砌设计103.5.5级围岩衬砌设计103.6防排水设计113.6.1概述113.6.2防排水的原则113.6.3隧道洞口防排水113.6.4隧道洞身衬砌防排水113.7通风设计123.8照明设计123.8.1概述123.8.2照明设计一般规定123.8.3照明设计134 衬砌结构计算144.1设计基本资料144.1.1岩体特性144.1.2衬砌材料144.1.3结构尺寸144.2计算作用在衬砌结构的主动荷载154.3绘制分块图154.4计算半拱轴线长度164.5计算各分段截面中心的几何要素174.6计算基本结构的单位位移174.7计算主动荷载在基本结构中产生的位移和194.8墙底（弹性地基上的刚性梁）位移计算244.9求主动荷载作用下各截面的内力，并校核计算精度244.10基本结构中产生的变位和264.11解单位弹性反力及其摩擦力作用下的方法方程294.12最大弹性反力值的计算314.13计算赘余力和314.14计算衬砌截面总的内力并校核计算精度314.15绘制内力图324.16衬砌截面强度验算335 通风设计355.1概述355.2基本资料355.3通风方式的确定355.4污染空气的稀释标准365.4.1 CO设计浓度365.4.2烟雾设计浓度365.5相应车型的设计交通量计算365.6需风量计算365.6.1 CO排放量365.6.2稀释CO的需风量375.6.3烟雾排放量385.6.4稀释烟雾需风量395.6.5稀释空气中异味需风量395.7通风计算405.7.1自然通风力405.7.2交通通风力405.7.3通风阻抗力计算415.7.4通风方式的选择415.7.5射流风机群总升压力415.7.6射流风机数量的确定425.8射流风机布置426 照明设计436.1基本资料436.2基本指标436.2.1入口段的基本指标436.2.2过渡段基本指标446.2.3中间段基本指标446.2.4出口段基本指标446.2.5紧急停车带基本指标456.3选用灯具的规格及布置方式456.3.1中间段456.3.2入口段456.3.3过渡段466.3.4出口段476.3.5紧急停车带486.4照明计算496.4.1照度计算（利用系数曲线图计算法）496.4.2亮度计算497 结论51参考文献52致 谢54毕业设计（论文）知识产权声明55毕业设计（论文）独创性声明56附录57主要符号表h EC RaKkQCOQPmPtPrPjLavLinLgxEavLt岩体重度混凝土重度混凝土弹性模量混凝土的抗压极限强度安全系数CO设计浓度烟雾设计浓度CO排放量烟雾排放量自然风阻力交通通风力通风阻抗力射流风机群总升压力路面平均宽度中间段亮度出口段亮度路面平均水平照度入口段亮度11 绪论1 绪论1.1课题的背景和意义随着我国交通基础设施建设的不断深入，隧道工程已经成为公路系统中的重要组成部分。它对优化道路线形、缩短公路里程有重大影响；同时对促进周遍地区环境保护，景观美化，当地经济发展及国防建设也具有深远影响。 在山岭地区，建设隧道可以克服地形或高程障碍，改善线形，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；还可克服落石、坍方、雪崩、雪堆等危害，既能保证路线平顺、行车安全、提高舒适性和节约运费，又能增加隐蔽性、提高防护能力和不受气候影响，尤其是位于陕西省西乡县境内，属十天高速公路陕西线汉中东段龙潭塆隧道的建设，对完善国家的公路网络结构，突破交通屏障，改善我国陆地上的运输，加强经济文化联系，构建和谐社会，推动国家公路隧道的建设都具有十分重要的意义。 1.2国内外研究现状隧道及地下工程是我国建设领域的基础工程，也是土木工程的重要研究领域。目前我国已成为世界上隧道数量最多、建设规模最大、发展速度最快的隧道大国。我国的隧道及地下工程在施工技术上居于世界先进水平的行列。世界上大多数采用的施工方法主要有新奥法、地下连续墙法、台阶法、浅埋暗挖法、盾构法、全面断面法等。这里新奥法是采用最多的方法，新奥法概念是奥地利学者提出并正式命名，之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速发展，已成为现代隧道工程新技术标志之一。六十年代新奥法被介绍到我国,七十年代末八十年代初得到迅速发展。至今,可以说在所有重点难点的地下工程中都离不开新奥法。新奥法的出现,为隧道设计和施工提供了新的理念，从传统的完全依靠衬砌和钢木构件支撑围岩到现在充分发挥围岩的自承能力，是人们对隧道与地下工程问题的进一步认识和理解。尽管近年来隧道工程建设取得了一定的成就，但是还存在着许多问题和不足。具体说，截止到目前，我们对围岩的性质还没有完全地了解，计算模型的选用和计算的理论还不完全符合实际，导致了人力和物力的浪费比较大，对于这方面，今后还有待改善。1.3本设计主要研究的内容本次设计的主要内容包括：隧道选址、隧道纵横断面设计、洞门设计、衬砌设计、防排水设计、通风照明设计。602 工程概况2 工程概况2.1 工程简介龙潭塆公路隧道位于陕西省汉中市西乡县境内，属十天高速公路陕西线汉中东段，是我国建设的最长的横向快速陆上交通通道。该隧道为单向双车道隧道，设计时速为60km/h。2.2 地形地貌西乡县位于汉中盆地东部，介于东经1071510815与北纬32323314之间。县境东邻石泉、汉阴，南界镇巴和四川通江，北连洋县，西接城固南郑。东西长94.5公里，南北宽64.5公里。总面积3240平方公里，其中山区占64.79%，丘陵占28.35%，平川占6.86%。西乡县总面积3240平方公里，海拔在3712413米之间，山区丘陵面积占93.2%，平川占6.8%。西乡县地处秦岭巴山之间，位于中国南北气候的分界线秦岭淮河以南。 隧道通过地山形陡峭，地形复杂，山峰较为陡峭，山坡坡度较大，自然坡度约为25-60，冲沟较浅，水系发育，山脉大致呈东西走向，入口段地形较为陡峭，出口段地形较为平缓。2.3 工程地质条件 该隧道全长按围岩等级分为五段，桩号K2+50K2+250为级围岩，该部分基岩裸露，坡体稳定，为强风化花岗岩，结构面结构程度差，岩体易破碎；桩号K2+250K2+610为类围岩，该段为中等风化灰白色砂岩、砾岩，岩层为层状结构，结构面结构程度较差，岩体较破碎；桩号K2+610K3+31为级围岩，该段为微风化花岗片麻岩、砂质页岩、石灰岩，结构面发育以构造节理为主，节理多数闭合，岩层层理较厚，岩体较完整，稳写性较好，强度较高。K3+31K3+434为级围岩，该段为中等风化灰白色砂岩、砾岩，岩层为层状结构，岩体较破碎，呈松散结构，稳定性较差；桩号K3+434K3+650为级围岩，隧道出口部分基岩裸露，坡体较稳定。该段岩体为强风化花岗岩，结构面结构程度差，岩体易破碎。2.4工程气象条件龙潭塆公路隧道所处地段属于北亚热带湿润季风气候区，全年气候温和，属北亚热带半湿润季风区，受南北兼有的气候以及多样化的地形的影响，气候温和，雨量充沛，但时空分布差异大，光照不足；春季气温回升快，春季多旱；夏季气温适中，无酷暑，常有初夏干旱和伏旱；秋季多连阴雨，降温时间较早；冬季无3 龙潭湾公路隧道总体设计严寒，少雨雪。春分至清明，该段时间常有黄沙。该地段全年平均气湿14.4，平均降水量为11001200mm。2.5水文地质条件西乡属长江水系，地跨汉江、嘉陵江两个流域。巴山主脊以南属嘉陵江流域，集雨面积327平方公里，占县总面积的10%；以北属汉江流域，集雨面积2913平方公里，占总面积的90%。全县计有大小河流70余条(汉江、牧马河、峡河、私渡河、沙河、桑园河、丰渠河、杨河、茅坪河、麻石河、小峡河、泾洋河、孙家河、神溪河、白勉峡河、老渔坝河、父子河、十四道河、青溪河、子午河、巴水等河流)，流域面积在10至1000平方公里的河流55条。但龙潭塆公路隧道所处地段地表水比较贫瘠，地下水主要为基岩裂隙水，总体水文地质条件比较简单。3 龙潭塆公路隧道整体设计3 龙潭塆公路隧道总体设计3.1隧道线形设计3.1.1隧道位置选择隧道的位置选择应遵循如下所述原则：（1）应以路线纵断面为主，结合地质地理条件，越岭路线高程和垭口两侧道路展线的需要，综合选择最合理的隧道位置。（2）应根据地形及工程地质情况，从缩短道路里程，提高线形指标，避让严重不良地质，减轻或消除高山严重积雪和结冰对公路的不良影响及结合施工条件的技术、经济比较。（3）宜以路线顺直、隧道长度最短的垭口作为越岭隧道方案比选的基础，并分析比较各方案的工程地质和水文地质情况，隧道不应从严重不良地质地带通过。（4）选择隧道的标高时，应使洞口位置处于较好的工程地质、水文地质的地方，便于施工现场的布置。3.1.2隧道洞口位置选择（1）隧道洞口位置应根据地形、工程地质及水文地质情况，尽量避免大挖大刷，破坏山体稳定，并且尽量与地形等高线垂直，着重考虑隧道仰坡、边坡的稳定，并结合洞口有关工程及施工条件，综合研究比选确定。洞口位置选择的好坏，将接影响隧道施工、造价工期和运营安全，一般情况隧道宜早进洞、晚出洞。（2）洞口端岩性为强风化花岗岩，岩体破碎多呈块状、碎石状，碎裂状或裂隙块状结构，岩质较硬，完整性差，未见断层等构造发育，但洞口附近主要为强风化花岗岩下带，对进口段边坡稳定性有一定影响，应进行防护。（3）隧道洞口及洞身基本在基岩中通过，对地面影响甚微，即使在埋深小的地段，只要及时支护，也不会产生地面塌陷等地质灾害。洞身围岩主要为弱微风化岩层，为弱透水层，且隧道地处孤山，无地表水体，隧道开挖及运营过程中不会产生疏干地表水等危害。3.1.3隧道选线方案根据设计任务书的规定以及地形图和水文地质情况了解，参考公路隧道设计细则（JTGD70-2010）对隧道选址，现对隧道进行双方案比选，比选方案罗列如下：方案A：起止桩号K2+50K3+650，隧道总长1600m，设计标高630.280586.930，断面采用单坡，坡度为2.7，隧道为长隧道，为了保证隧道更好的通风，减小隧道施工难度，以及运营的安全，隧道线形采用直线型，纵断面采用西安工业大学毕业设计（论文）单向纵坡。方案B：起止桩号K4+50K5+800。总长1750m，设计标高638.800586.930，断面采用单坡，坡度为3。3.1.4隧道方案比选在隧道方案比选时，应该根据地形图和各种调查资料，进行技术、经济比较之后，最后确定一条路线。一般路线比较要点是：线形适当（平面顺适、纵坡均衡、横面合理），顺应地形，路线延长对邻近地区的影响；安全性、用地、建设投资、养护费、行驶性能，施工的难易，与当地环境和景观相协调等。对于方案A优点：隧道长度比比选方案B短150m，施工运营投资较省，高程低，线性适当，顺应地形，出口成洞条件较好，没有偏压，沿途地质条件较好，有利于通风和排水。缺点：出口洞外位于山上，对于辅助施工要求较高。对于方案B优点：隧道出口洞外地势较平坦，线性适当。缺点：隧道长度增加150m，施工运营投资大，出口洞存在偏压。沿途地质条件差，不利于排水，有可能发生堵水现象，运营较困难，施工费用较大。综合考虑，经过比选，最终选择A方案。3.2隧道纵断面设计根据龙潭塆公路隧道线形方案，设计标高为630.28m586.93m，平均设计标高610.1m，设计高差为46.35m，隧道全长1600m，考虑到行车安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求，隧道纵向坡度采用单向坡度，为2.7%，符合公路隧道设计规范（JTGD702004）中“隧道纵坡不应小于0.3%，一般情况不应大于3%”的规定。3.3隧道横断面设计3.3.1标准断面建筑限界公路隧道的建筑限界，不仅要提供汽车行驶的空间，还要考虑汽车行驶的安全、快捷、舒适和防灾，因此要求任何部件（包括通风、照明、安全、监控和内装饰等附属设施）均不得侵入隧道建筑限界之内，现采用工程类比法，依据公路隧道设计细则（JTGTD702010）进行公路隧道建筑限界设计。龙潭塆公路隧道设计时速60km/h，为双车道一级公路。根据龙潭塆公路隧道设计时速60km/h，为双车道一级公路。根据公路隧道设计规范（JTGD702004），建筑限界尺寸示于表3.1。建筑限界取值如图3.1所示。表3.1 建筑限界尺寸表设计时速(km/h)车道宽度(m)侧向宽度(m)检修道(m)顶角宽度（m）左侧右侧左侧右侧左侧右侧603.5020.50.750.750.750.50.75 图3.1 建筑限界图（cm）3.3.2标准断面内轮廓设计隧道内轮廓图设计除了应满足隧道限界的规定外，还应满足洞内路面、排水设施，装饰的要求，并为通风照明、消防监控管理等设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量，使确定的断面形式及尺寸符合安全经济、合理的原则。为了使隧道轮廓能够良好的承受围岩压力，并且断面面积达到最小，隧道内轮廓图按隧道内轮廓统一标准设计，即拱部为单心圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。依据公路隧道设计规范（JTGD702004），绘制隧道标准断面图如图3.2所示。 图3.2 断面轮廓图3.3.3紧急停车带建筑限界长、特长隧道应在行车方向的右侧设置紧急停车带。紧急停车带的宽度，包含右侧向宽度应取3.5m，长度应取40m，其中有效长度不得小于30m。紧急停车带的间距不宜大于750m。停车带的路面坡度，长隧道可取水平。紧急停车带建筑限界如图3.3所示。 图3.3 紧急停车带建筑限界图3.3.4 紧急停车带内轮廓设计依据公路隧道设计规范（JTGD702004），绘制隧紧急停车带内轮廓图如图3.4所示。 图3.4 紧急停车带断面内轮廓图西安工业大学毕业设计（论文）3.4洞门设计3.4.1洞门位置设计应符合条件（1）洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。（2）洞口位置应设于山坡稳定、地质条件较好处。（3）位于悬崖陡壁下的洞口，不宜切削原山坡；应避免在不稳定的悬崖陡壁下进洞。（4）跨沟或沿沟进洞时，应考虑水文情况，结合防排水工程，充分比选后确定。（5）漫坡地段的洞口位置，应结合洞外路堑地质、弃渣、排水及施工等因素综合分析确定。（6）洞口设计应考虑与附近的地面建筑及地下埋设物的相互影响，必要时采取防范措施。（7）洞门宜与隧道轴线正交；地质条件较好； 做好防护；设置明洞。 3.4.2洞口段地质条件隧道进洞口处地表为斜坡地形，坡度为2560，岩性为风化花岗岩，岩体破碎，镶嵌碎裂结构，稳定性较好。设计洞口里程桩号为K2+50，围岩级别为级。隧道出洞口处地表为斜坡形，地势较为陡峭，植被较为茂盛。岩性为白云岩、岩体较破碎，镶嵌碎裂结构，围岩稳定性较好。设计洞口里程桩号为K3+650，围岩级别为级。3.4.3洞门类型及适用条件洞门的形式很多，从构造形式、建筑材料以及相对位置等可以划分许多类型。目前，我国公路隧道的洞门形式有: 端墙式洞门、翼墙式洞门、环框式洞门、台阶式洞门、柱式洞门、遮光棚式洞门等。（1）端墙式洞门适用于岩质稳定的级以上围岩和地形开阔的地区，是最常使用的洞门型式。（2）翼墙式洞门适用于地质较差的级以下围岩，以及需要开挖路堑的地方。翼墙式洞门由端墙及翼墙组成。翼墙是为了增加端墙的稳定性，同时对路堑边坡也起支撑作用。其顶面一般均设置水沟，将端墙背面排水沟汇集的地表水排至路堑边沟内。（3）环框式洞门当洞口岩层坚硬、整体性好（I级围岩）、节理不发育，路堑开挖后仰坡极为稳定，并且没有较大的排水要求时可采用环框式洞门。（4）台阶式洞门当洞门傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时，为减小仰坡高度及外露长度，可以将端墙顶部改为逐步升级的台阶形式，以适应地形的特点，减少仰坡土石方开挖量。（5）遮光棚式洞门当洞外需要设置遮光棚时，其入口通常外伸很远。遮光构造物有开放式和封闭式之分，前者遮光板之间是透空的，后者则用透光材料将前者透空部分封闭。但由于透光材料上面容易沾染尘垢油污，养护困难，所以很少使用后者。形状上又有喇叭式与棚式之分。3.4.4洞门形式的选择按分类，龙潭湾隧道基本服从于路线走向，路线与地形等高线基本正交，洞门按受力结构设计。洞门形式结合实际地形、地质情况选定。根据洞门所处地段的地形地貌及工程地质条件，遵从“早进洞，晚出洞”的设计原则，并考虑洞门的实用、经济、美观等因素，因此本隧道使用安化端洞口采用端墙式洞门，新化端洞口采用翼墙式洞门（带挡土墙）。3.4.5洞门尺寸及材料设计墙端的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为Mu100，水泥砂浆的强度等级为M10。容许压应力a=2.2Mpa，重度t=22KN/ m3。根据公路隧道设计规范（JTGD702004），结合洞门所处地段的工程地质条件，拟定洞门翼墙的高度：H=11m；其中基底埋入地基的深度为1.0m，洞门翼墙与仰坡之间的水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度1.4m，洞门翼墙与仰坡间的的水沟深度为0.5m，洞门墙顶高出仰坡坡脚0.7m，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1.5m，墙厚1.5m，设计仰坡为1:0.5。图3.5 隧道洞门图3.5衬砌设计3.5.1支护形式选择龙潭塆公路隧道为一级公路单向双车道隧道，围岩级别为、级。由于围岩稳定性比较差，为了保证行车安全，衬砌断面采用曲墙式断面，结构采用复合式衬砌，即由初期支护和二次衬砌及中间防水层结合而成的衬砌形式。3.5.2单洞隧道复合式衬砌一般规定（1）应考虑包括围岩在内的支护结构、断面形状、开挖方法、施工工序和断面的闭合时间等综合因素，充分利用围岩所具有的自承能力。（2）单洞隧道复合式衬砌的初期支护宜采用喷锚衬砌，即同喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式单独或组合使用。（3）二次衬砌宜采用模筑混凝土或钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连接圆顺的等厚度衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。3.5.3级围岩衬砌设计根据公路隧道设计规范（JTGD702004）及公路隧道设计细则（JTGTD72010），考虑到围岩岩层为层状结构，层理较厚，岩体较完整，稳定性较好，故在供部、边墙部位喷射混凝土，钢筋型号为HPB235，直径8混凝土强度为C20；拱部设置系统锚杆，锚杆类型为20砂浆锚杆，L=300cm，梅花形布置。二次衬砌只设置拱部和曲墙，不设置仰拱，并且采用素混凝土，混凝土强度C30，考虑围岩及初期支护的变形，预留5cm变形缝。3.5.4级围岩衬砌设计围岩岩层为层状结构，层理较厚，岩体较破碎，镶嵌碎裂结构，岩体较稳定。根据公路隧道设计规范（JTGD702004）及公路隧道设计细则（JTGTD72010），在供部、边墙部位设置钢筋网喷射混凝土，混凝土强度为C20，钢筋型号为HPB235，直径8，双层布置；并且设置钢筋格栅钢架；在供部、边墙部位设置系统锚杆，考虑到岩碎裂结构，锚杆选用砂浆锚杆，梅花形布置。考虑到围岩岩性较差，二次衬砌只设置拱部和曲墙，以及仰拱，并且采用钢筋混凝土，混凝土强度C30。考虑围岩及初期支护的变形，预留8cm变形缝。3.5.5级围岩衬砌设计围岩岩体较破碎，呈松散结构，岩层为层状构造，层理较厚，稳定性较差。根据公路隧道设计规范（JTGD702004）及公路隧道设计细则（JTGTD72010），在供部、边墙部位设置钢筋网喷射混凝土，混凝土强度为C25，钢筋型号为HPB235，直径8，双层布置；在供部、边墙部位设置系统锚杆，锚杆选用CD25中空注浆锚杆，梅花形布置。考虑到围岩岩性较差，二次衬砌设置拱部和曲墙，以及仰拱，并且采用钢筋混凝土，混凝土强度C35。考虑围岩及初期支护的变形，预留12cm变形缝。表3.2 隧道支护参数表围岩级别初期支护二次衬砌喷射混凝土厚度cm锚杆钢筋网间距（cm）钢拱架间距（cm）钢格栅间距(cm)拱墙混凝土厚度(cm)仰拱混凝土厚度(cm)长度(m)间距(cm)3530012010025251010403001001002525100202060350808025258025253.6防排水设计3.6.1概述水对隧道的危害是多方面的，漏水的长期作用可能造成隧道的侵蚀破坏，危害隧道的结构耐久性；寒冷地区，尤其是严寒地区，隧道衬砌渗水反复的冻融循环在衬砌的内部造成衬砌混凝土冻胀开裂破坏；隧道漏水还将使隧道拱部和侧墙产生冰凌侵入净空；隧道滴水将使路面结冰，降低轮胎与路面的附着力，恶化隧道的营运条件，危及行车安全；隧道渗漏水还将极大地降低隧道内各种设施的使用功能和寿命。因此，隧道的防排水环节至关重要，不容忽视。3.6.2防排水的原则隧道遵循“防、排、堵、截结合因地制宜，综合治理”的原则，争取隧道建成后达到洞内基本干燥的要求，保证结构和设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地标岁、地下水妥善处理，形成一个完善通畅的防排水系统。为了防止排水沟管的淤塞以及考虑到对环境的保护，设计过程中坚持将清洁的地下渗水与路面污水分开排防的原则。3.6.3隧道洞口防排水隧道洞口区应避免水流的汇集，防止夏季水流冲蚀洞口。根据地形情况在洞门、明洞边坡线外顺地势布设洞顶截水沟，将的面径流通过天沟引入自然沟谷排走。洞口路基水严禁流入洞内，必要时可设置反坡。3.6.4隧道洞身衬砌防排水a. 防水措施（1）衬砌自防水结构为了防止柔性防水层由于施工原因可能出现局部地方防水失败，故二次衬砌做成自防水混凝土结构。采用低碱性膨胀水泥混凝土，自防水结构抗渗标号要求达。为了提高混凝土抗冻性，混凝土掺加引气剂。（2）止水带在衬砌浇筑工作缝设置背贴式橡胶止水带。橡胶止水带需采用耐寒性能好的三元乙丙橡胶材料。（3）暗洞施工要求采用泵送混凝土，以保证浇筑质量及衬砌与初期支护之间密实不留空隙。b.排水措施（1）在路面两侧设纵向排水沟，引排运营清洗水，消防水和其他水。（2）隧道纵向排水坡与隧道纵坡一致。（3）在路侧边沟设置暗沟。（4）在路面结构下设纵向中心水沟，集中引排地下水。3.7通风设计隧道通风的目的是通过通风改变隧道内空气的化学组成和气候条件，使之满足人员工作、车辆运行的卫生和安全要求，保证隧道正常运营。改善隧道内空气污染的途径大体上有三种：生产无公害汽车；使用虑毒装置还原被污染的空气；把污染空气的有害物质稀释到容许值以下。通风设计需要考虑的主要问题是：空气中有害物质的容许浓度；需风量的计算方法；判断自然通风的能力；机械通风方式的讨论；通风设备的选择以及经济性等。依据规范以及教材，选用射流式通风方式。射流风机选用SDS-12.5-6P-6-18带1D消声器型风机。风机布置为单排布置，沿隧道均匀布置。风机轴线与隧道中心线重合，风机下沿在隧道建筑限界上方24cm处。纵向每隔160m处布置一台。3.8照明设计3.8.1概述隧道照明与道路照明有所不同，隧道照明白天也需要照明，而且白天照明问题比夜间更复杂。隧道在运营期间，为了防止因视觉信息不足而出现交通事故，应考虑设计速度、交通量、线性等影响因素，并从驾驶的安全性和舒适性等方面综合确定照明水平。 3.8.2照明设计一般规定（1）长度大于100m的隧道应设置照明；（2）照明设计应综合考虑环境条件、交通状况、土建结构设计、供电条件、建设与营运费用等因素。3.8.3照明设计根据公路隧道通风照明设计规范（JTJ026.1-2014），整个隧道的照明区段划分为入口段、过渡段、中间段和出口段。每段通过亮度与照度计算，确定出每段灯具的数量和间距。各段灯具数量及纵向间距如表3.3示。表3.3 各段灯具规格及数量表隧道部位长度光源功率光通量灯具数量纵向间距入口段15高压钠灯4004800010315高压钠渡段42高压钠灯1501600012767高压钠灯706000168100高压钠灯706000822中间段1301高压钠灯70600017215出口段30高压钠灯70600010630高压钠灯706000144紧急停车带40荧光灯10016000104 4 衬砌结构设计4 衬砌结构计算4.1设计基本资料结构断面图如下图所示图4.1 结构断面图4.1.1岩体特性岩体为级围岩，计算摩擦角，岩体重度，围岩弹性反力系数，基底围岩弹性反力系数。4.1.2衬砌材料采用C35钢筋混凝土；重度，弹性模量，混凝土衬砌轴心抗压强度标准值，混凝土轴心抗拉强度标准值。4.1.3结构尺寸， 西安工业大学毕业设计（论文）4.2计算作用在衬砌结构的主动荷载 作用在结构上的荷载形式为匀布竖向荷载和匀布水平侧向荷载，其侧压系数为0.3，即。匀布竖向荷载： 式中 垂均布压力（）； 荷载等效高度（）； 围岩重度（KN/m2）； 围岩级别； 宽度影响系数； 隧道宽度（m）； 每增减1m时的围岩压力增减率，以的隧道围岩垂直均布力为准；当时，取；当时，取。由上式可得得 ，得 水平均布侧向荷载： 4.3绘制分块图因结构对称，荷载对称，故取半跨计算，如图5.2。图4.2 半跨结构计算图4.4计算半拱轴线长度求水平线以下边墙的轴线半径（单位：cm）及其与水平线夹角假定水平以下的轴线为一圆弧，则其半径由图5.3求得。图4.3 边墙轴线计算图由图上量得：，。 得计算斗拱轴线长度s及分块轴线长度（单位：cm）式中 为各圆弧轴线的半径 半拱轴线长度 分块长度 4.5计算各分段截面中心的几何要素由CAD量取各截面与竖直轴的夹角，角度校核：各截面的中心坐标（单位：cm）由CAD量取各截面中心坐标如下： 坐标较核4.6计算基本结构的单位位移计算过程见表4.1和表4.2。4.1 曲墙拱结构几何要素及计算过程表（一）截面 00.000 0.0000001.0000000.000000 0.000000 0.600000 113.941 0.2409230.9705441.310146 0.160121 0.600000 227.939 0.4685380.8834432.548853 0.634072 0.600000 341.863 0.6673490.7447453.630370 1.388579 0.600000 455.788 0.8265980.5622634.496125 2.381282 0.600000 569.783 0.9383910.3455765.104850 3.560078 0.600000 685.813 0.9973310.0730065.327903 4.860339 0.600000 792.813 0.998795-0.0490735.331057 6.181146 0.636615 897.166 0.992189-0.1247465.231122 7.324000 0.835937 计算基本结构的单位位移，取单位长度的衬砌结构进行计算，故b=1。4.2 曲墙拱结构几何要素及计算过程表（二）截面积分系数00.01800055.5555560.00000 0.00000 55.555556 110.01800055.5555568.8956111.424374 74.771152 420.01800055.55555635.226222 22.335961 148.343961 230.01800055.55555677.143278 107.119536 316.961647 440.01800055.555556132.293455 315.027998 635.170424 250.01800055.555556 197.782111704.119743 1155.239520 460.01800055.555556 270.0183331312.383066 1907.976288 270.021501 46.510461 287.4817921776.966926 2398.491353 480.048679 20.542846150.544801 1101.932579 1423.392763 1455.942199 1159.3856035341.310174 8115.902664 校核： 所以计算结果正确。 4.7计算主动荷载在基本结构中产生的位移和衬砌每小块上的作用力如图4.4所示。 图4.4 每小块衬砌作用力图竖向力： 式中 相邻两截面之间的衬砌外缘的水平投影（由图5.2量取）。；。侧向水平力： 式中 相邻两截面之间的衬砌外缘的竖直投影（由图5.2量取）。；。 式中 截面厚度（由图5.2量取）。 ； ；。注意：以上各集中力均通过相应荷载图形的形心。主动荷载在基本结构上产生的内力分块上个集中力对下一分点的截面形心的力臂由分块图上量取，并分别记为、。弯矩： 轴力： 式中 、相邻两截面中心点的坐标增量：计算过程见表4.3和4.4。的计算过程示于表4.5。表4.3 计算过程表（一）截面集中力力臂（m）00.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000001324.343238419.81924511.96911520.6190320.3753070.650884-200.7788436-12.900029-4.492092722306.741398419.81924535.203280.5132810.5742690.607244-157.4445317-12.035118-20.21615243267.782659219.81924556.04362160.3710410.6205470.532740-99.35834565-10.558505-34.77770134214.977139219.81924573.7156680.2108770.6916210.42300