九江温泉隧道右线设计毕业设计论文.doc

南昌工程学院本科毕业设计九江温泉隧道右线设计毕业设计论文第一章 工程概况1.1 工程概况九江温泉隧道设计为上、下行独立的两座隧道,左线长458m,右线长478m,进口接线半径为900m,出口接线半径为3000m, 隧道场址区属低山丘陵地貌,围岩以、级为主,洞身仅有少量的级围岩。洞内为直线段,设计纵坡为2.2%。本隧道设计采用高速公路山岭区标准,根据公路工程技术标准和公路隧道设计规范的规定,分上、下行分离的两座独立隧道。1.2 设计标准采用的主要技术标准如下:设计车速:80km/h；地震基本烈度:度;隧道建筑限界:9.75 m5.0m ；行车方式:双向隧道,单向行驶;卫生标准:CO的长期允许浓度为15010-6；烟尘长期允许浓度为0.0075m-1；车行横洞建筑限界:4.5 m5.0m；人行横洞建筑限界:2.0m2.5m。1.3 地质条件九江位于一个小的断裂带上,因此地质不是很稳定。设计时应充分考虑到九江的这一地质情况。隧道场址区属低山丘陵地貌,围岩以、级为主,洞身仅有少量的级围岩。1.4 水文条件九江地区属于季风区.，属亚热带季风气候（中亚热带季风气候）夏季高温多雨冬季温暖湿润。年平均气温20.921.2，1月平均气温11.3 11.9 ，7月平均气温28.328.5，年平均降水量14721500mm，降水多集中在4到9月。此外九江地区的河流属于外流区，河流水位变化大，含沙量较小。无凌汛，无结冰期，水量较大。1.5 主要参考资料主要参考资料如下：（1）公路隧道设计规范(JTGD70 - 2004)（2）公路隧道通风照明设计规范(JTJ026.1-1999)（3）公路隧道施工技术规范(JTJ042-94)（4）王毅才.隧道工程M.北京:人民交通出版社,2000.（5）杨建民.金竹林双连拱公路隧道设计J.世界隧道,1999, 1.（6）于书翰,杜谟远.隧道施工M.北京:人民交通出版社,2000.65第二章 隧道总体设计2.1隧道设计的基本原则（1）隧道设计遵循充分发挥隧道功能，安全、经济建设隧道的基本原则。设计中有完整的勘测、调查资料，综合考虑地形、地质、水文、气象、地震和交通量及其构成，以及营运和施工条件，进行多方案的技术、经济、环保比较，使隧道设计符合安全实用、质量可靠、经济合理、技术先进的要求。（2）隧道主体结构按永久性建筑设计，具有规定的强度、稳定性和耐久性；加强隧道支护衬砌、防排水、路面等主体结构设计与通风、照明、供配电、消防、交通监控等营运设施设计之间的协调，形成合理的综合设计。对有关的技术问题开展专项设计和研究。（3）隧道土建设计体现动态设计与信息化施工的思想，制定地质观察和监控量测的总体方案。（4）隧道做到“早进洞，晚出洞”，避免洞口大挖大刷，保证洞口的边坡及仰坡的稳定。（5）隧道衬砌设计综合考虑各项条件，并充分利用围岩的自承能力。衬砌有足够的强度和稳定性，保证长期安全使用。（6）隧道的防、排水设计严格按照“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则进行。对地表水、地下水要妥善的处理，使洞内与洞外的天沟、排水沟、截水沟形成完整的畅通的防排水系统。（7）隧道路基稳定、密实；路面具有足够的强度。（8）隧道设计贯彻国家有关技术经济政策，积极慎重地采用新技术、新材料、新设备、新工艺。（9）隧道设计必须符合国家有关国土管理、环境保护、水土保持等法规的要求。注意节约用地，保护农田及水利设施，尽量保护原有植被，妥善处理弃渣和污水。2.2 越岭隧道的选址 隧道工程对于线路技术条件、工程造价、施工工期等都起着控制作用。所以要合理选择好隧道线路位置，一般来说，主要应对沿线的地形，地质作详尽的了解，应选择在岩性较好且稳定的底层中，这样有利于施工和营运，同时也可以节约投资。要充分掌握地形地质的资料，认识它们之间的内在联系，分清主次，统筹研究，处理好近期与远期、隧道工程与其他工程的关系，从而选择出较为理想的隧道线路位置和恰当的隧道进出口位置。2.2.1 越岭隧道位置的选择当铁路路线需要从一个水系过渡到另一个水系时，必须跨越高程很大的分水岭。这段线路称为越岭线。在此类线路上修建的隧道为越岭隧道，根据设计的原始资料，本设计为越岭隧道。越岭隧道所经过的地区一般地形陡峭、地质复杂。所以在越岭隧道的选址上，要考虑到分水岭垭口的高低、山坡的陡缓、山梁的厚薄垭口两面沟台地势。越岭路线的特点是要克服很大的高差，所以越岭隧道的选址需要主要考虑的是：（1）优先考虑在低垭处口，这样的越岭隧道路线较短:（2）垭口两侧要有良好展线条件的河谷，不能破坏高程的垭口:（3）隧道一般选择在垭口旁河谷标高相差不多的地方。（4)优先考虑工程地质和水文地质良好的垭口位置。另外，由于分水岭的山体一般是上部比较陡峭而下部比较平缓。隧道位置定的越高，山体越薄，隧道越短，工程量越小，但是两端的展线会增加，线路陡弯多，技术条件恶化。而低标高的隧道方案则与之相反，但是施工难度增加，施工周期长。因此，在隧道标高的选择时，应综合考虑运营条件，成本和施工等综合因素，来确定隧道设计的最优标高。2.2.2 不良地质地段隧道位置选择隧道是埋置在底层内的结构物，周围底层的地质条件，对结构物应具备的构造形式和适宜的施工方法都有着决定性的影响。在选择隧道位置时，应力求选择在地质构造简单、岩性较好的稳固底层中。如果无法避免这些不良的地质地段，应采取可靠的工程处理措施，确保隧道的施工及运营安全。常见的不良地质有： (1) 滑坡地区：滑坡对隧道施工、运营可能造成极大危害，因此，采用隧道避开滑坡时，应是隧道洞身埋藏在滑床（可能滑动面）以下一定厚度的稳固底层中。 (2) 岩堆、崩坍、堆积层：在此类不良地质地区选择隧道位置时，应查明工程地质及水文地质情况，原则上应避免从不稳定的岩堆、崩坍、错落、堆积层地区通过。应将洞身至于稳定的地层，当随到必须通过时，首先应分析并确认其具有稳定性，采取有效可靠的工程措施。(3)泥石流：应使洞身至于基岩中或稳定的地层内，隧道洞顶距岩基面或最大下切面要有一定的覆盖厚度，隧道洞口应避开泥石流沟及泥石流可能扩展的范围。有困难时，可以修建明洞，使泥石流在明洞顶通过。2.3 隧道洞口位置的选择隧道洞口位置的选择是隧道设计技术中的主要环节之一。隧道洞口位置的选取将直接决定隧道施工、造价、工期、安全和运营情况。选择时要充分考虑洞口的地形、地质条件及隧道洞口的相关工程（桥涵、通风设施等）综合考虑。要坚决避免用单纯经济观点来选的隧道的洞口。洞口位置选择的一般原则和要求：（1）洞口部分在地质上通常是不稳定的。洞口一般应设在山体稳定，地质条件较好，地下水不太丰富的地方。应考虑避开不良地质地段，如泥石流、崩塌、滑坡等，隧道宜长不宜短，宜早进洞或者加接明洞，尽量避免大挖大刷，破坏山地稳定。（2）垭口沟谷低洼处的中心线和地势低洼处是不宜设置洞口的，因为沟谷洼地地市狭窄、施工困难，且防洪困难。另一方面沟谷附近往往伴随有不良的地质条件，且地下水丰富。因此，洞口宜设置在沟谷一侧，让出沟心，流出泄水通道。（3）当洞口处为悬崖峭壁时，设计时要考虑到实际地形，不宜扰动坡面，避免破坏地表植物及其下的风化破碎带。若岩体稳定，无崩落石的危险可以考虑贴壁；若有塌方的可能，可以采用延长明洞的方法。（4）洞口地形平缓时，应该遵守“早进洞，晚出洞”的原则。这种情况洞口选择的余地较大，可根据具体情况综合考虑确定。（5）洞口位置宜与地形等高线大致上正交，尤其是当遇到土质酥松、岩层破碎、构造不利的地质条件时。结合本隧道的地质资料和设计条件，隧道的洞口设计位于强风化白垩纪细粉砂岩层中，岩体整体性一般。同时综合考虑该地区的地质情况，表面被强风化岩层覆盖，是极不稳定的，洞口的设置应避开这些强风化岩层，也就是说必须对这些极不稳定的岩石进行开挖，使得山体内部稳定的岩层外露。本地区的地质资料显示，强风化细粉砂岩层的厚度仅为5m，内部是较为稳定的弱风化细粉砂岩，因此洞口应设置在经过开挖使之外露的若风化细粉砂岩层中。同理，出洞口的设置也应避开强风化细粉砂岩，设置在弱风化岩层中。第3章 隧道断面设计3.1 平面设计 隧道的平面线型设计与普通道路一样，同时考虑到隧道的特点，隧道的平面线型原则上采取直线，避免设置曲线。若在某种情况下必须设置曲线时，其曲线半径不宜小于不设超高的平面曲线半径，并应符合视距要求。在隧道洞口不应采用小半径曲线的引线与隧道衔接。结合设计规范要求，根据隧道的等级及其地质情况，不设高超的最小半径表3-1所示。表3-1 不设超高的平面曲线半径公路等级汽车专用公路高速一二三地形平原微丘重丘山岭平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘不设超高最小半径/m55004000250015002500150025006002500600 如果设置小半径曲线，会产生视距问题，为确保视距，势必要加宽隧道断面。设置超高时，车辆倾斜，也会导致隧道面的加宽。此外，曲线隧道会增加通风的阻抗，对自然通风是不利的，也会造成在测量、衬砌、内装和吊顶等工序的复杂程度，因此隧道设计时应该避免曲线。九江温泉隧道属于高速公路隧道，结合地质条件属山岭地区，设计时不设超高的最小半径为1500m2500m。3.2 纵断面设计隧道纵断面是隧道中心线展直后在垂直面上的投影。一般隧道纵断面的形式分为单面坡和人字坡两种，如图3-1所示。图3-1 坡道形式两种形式的坡各有特点，一般来说单向坡多数出现在用于线路的紧坡地段或是展线的地区，单向坡对于通风排水是有利的，尤其是下行的单向坡通风条件好，但在上洞方向施工困难，同时可以争取高程，拔起或降落一定的高度。人字坡常设置在长隧道尤其是越岭隧道中，因为越岭无需争取高程，而垭口两端都是沟谷地带，同时向下的人字形坡道正好符合地形条件，同时人字坡利于施工时水可以自然的流到洞外，缺点是对运营通风不利。对于公路隧道来说，控制隧道纵坡主要因素之一是通风问题。从运营经济的角度来说，长或者特长隧道纵坡控制在1%以下较好；中长隧道控制在2%以下比较好；短隧道才用到3%这样的标准。本隧道的设计标准规定了纵坡的坡度为2.2%，并且在设计隧道时，考虑到隧道的长度为478m，此隧道纵断面设计宜采用人字坡形式。从隧道运营的角度考虑，隧道内以设置平坡最好，但是隧道内的地势起伏不定，需根据具体情况设置一定的坡度。在施工时，为了是隧道内的涌水和施工的排水能在隧道的侧坑内顺利的排出，需要设置最少0.3%的坡度。3.3 净空断面和建筑限界3.3.1 隧道净空隧道净空是指隧道内轮廓线所包围的空间，应该包括公路隧道建筑界限、通风以及其他的功能所需求断面积，同时还要考虑到施工必要的富余量满足施工误差，使得断面的形状和大小安全、经济、合理。3.3.2 隧道建筑限界隧道的建筑限界是指为了保证在隧道安全行车中，在一定高度和宽度范围内任何部位都不能侵入的界限。在公路隧道规范中，对隧道的限界有着明确的规定。建筑限界是供交通使用的空间，这个空间是不允许其他的物件侵入的，设计时可以安全起见设计富裕的空间，以防万一有超高超宽车辆或者车辆的颠簸、摆动等引起的不良后果。建筑限界有行车道宽度（W），侧向宽度（L），路缘带宽度（S），检修道宽度（J）、人行道宽度（R）以及建筑限界高度（H）等构成。不设置人行道或检修道时，但应设置不小于25cm的余宽（C），否则可以不设置余宽。据公路隧道设计规范可参见（公路隧道设计规范JGTD-2004），高速公路和一级公路隧道除了连拱隧道左侧外，还应该在行车道的两侧对称的设置检修道，而不设置人行道，因此不需要设置余宽。相应的基本宽度的数值可参考下图3-2。图3-2 公路隧道建筑限界（单位m）图中： H-建筑限界高度：高速公路、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公路取4.5m； LL-左侧向宽度； LR -右侧向宽度； C-余宽； J-检修道宽度； R-人行道宽度； h-检修道或人行道的宽度； EL建筑界限左顶角宽度，EL=LL； ER-建筑界限右顶角宽度，当LR1m时，ER=LR，当LR1m时，ER=1m按照规范，当隧道是长、特长隧道时应该隧道的右侧设置紧急停车带，九江温泉隧道右线全长478m，属短隧道，不需要设置紧急停车带。建筑限界高度（H）在高速公路，一、二级公路上取值5米，其他取4米。同时为了满足排水要求，在隧道的横向路面得有一定的坡度，当为单向交通时，取单面坡，建筑限界底边线与路面重合；当隧道为双向时，可取双面坡，建筑限界底边线应水平置于路面最高处，一般取1.5%-2.0%的坡度。各级公路隧道的建筑限界基本宽度取值如表3-3所示。表3-3公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度（m）公路等级设计速度车道宽度侧向宽度L余宽C人行道R检修道J隧道建筑限界净宽左侧LL右侧LR左侧右侧设检修道设人行道不设检修道、人行道高速公路一级公路1203.7520.751.250.750.7511.001003.7520.501.000.750.7510.50803.7520.500.750.750.750.75603.7520.500.750.750.750.75二级公路三级公路四级公路803.7520.750.751.0011.00603.5020.500.501.0010.00403.5020.250.250.759.00303.2520.250.250.257.50203.0020.250.250.257.00注意：（1）三车道隧道除增加车道数外,其他宽度同表;增加车道的宽度不得小于3.5m. （2）连拱隧道的左侧可不设置检修道或人行道,但应设50cm（120km/h与100km/h时）或25cm（80km/h与60km/h时）余宽; （3）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.在设计公路隧道限界时，还应该充分考虑以及研究各种车道间以及其与公路其他附属设施的空间关系，一般包括隧道本身的通风设施、照明设施、安全设施、监控设施以及其他监控及内装附属设施所需空间，在设计和确定隧道限界时要留有一定的空间富裕量，保证这些附属设施不会侵入公路隧道的建筑限界内。根据隧道工程资料可知，九江温泉隧道公路等级为高速公路，隧道计算行车速度：80km/h。根据规范要求，本隧道设计采用二车道，依据公路隧道设计规范可得车道宽度为3.752m,侧向宽度左侧宽为0.5m,右侧宽为0.75m,左右侧检修道宽均为0.75m，根据建筑限界组成可作出建筑限界图。各尺寸如图3-3所示。图3-3隧道建筑界限3.4 衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定3.4.1 衬砌断面隧道的衬砌是一种超静定结构，因此设计时应该按照超静定结构设计。衬砌断面的设计基本方法是，一般根据工程类比和设计者的经验首先假定断面尺寸，然后经过分析计算、验算，修正假定尺寸，并且反复这个过程，直到得到合理的断面形式和尺寸。衬砌的断面设计包括内轮廓线、轴线和厚度三项内容。对于内轮廓线，本着开挖量最小和衬砌结构最少的原则，应该尽量贴近接近建筑限界。为使衬砌各截面承受的荷载为压力，轴线应尽量与断面压力曲线重合。由于隧道内各种条件是变化的，衬砌厚度与多种因素有关，但是基本要求一般不应小于规范规定的最小厚度，其值如下表3-4所示。表3-4 隧道截面最小厚度建筑材料种类隧道和明洞衬砌洞门端墙、翼墙和洞口挡土墙拱圈边墙仰拱混凝土20202030片石混凝土-505050浆砌粗料石或混凝土块3030-30浆砌块石-30-30浆砌片石-50-503.4.2 衬砌内轮廓尺寸的拟定参考公式： （3-1）式中：b公路建筑限界宽度，其值为行车道宽度加上两侧路缘带与人行道宽度的总和，两侧还应分别加上510cm的施工误差； f拱顶到拱脚的矢高，按通风量所需要通风道面积确定，并且保证拱轴线受力合理； 、内径、，画出的圆曲线的终点截面和竖直面的夹角； a内径、的圆心与之间的水平距离。 以上4个参数必须根据限界的要求预先给定，然后再代入上式中解得其余3个参数、和。而其中、是第一个内径和第二个内径；则是拱脚截面与竖直截面的夹角。曲墙式边墙内径由参数和确定。 (3-2)在确定隧道的内轮廓线时，结合本隧道的围岩级别，设置有仰拱的二车道隧道，可先忽略仰拱和路面的横向坡度，确定出二车道隧道内轮廓线标准形状如图3-4示。图3-4 二车道内轮廓线标准图图中各参数含义如下： R1拱部圆弧的半径； R2拱部与侧墙连接段的圆弧半径； R3侧墙圆弧的半径； H1路面至起拱线高度； H2侧墙结构的高度； H3路面至R1圆心的距离； 1起拱线与R3夹角； 4结构中心线与R1夹角； 5起拱线与R1夹角； d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8建筑限界富余量； h步高； h1拱顶到建筑限界顶部的高度； d0车道中线与隧道中线距离；对于本隧道设计，查阅相关规范和借鉴有关工程事例，取： lh=40cm -40cmd040cm 0H2200cm -100cmH350cm 0130 30560 以上各变量取值区间，在具体设计中可以在既已确定的建筑限界的基础上，用CAD找出合理的内轮廓线形状。经过计算和多次取值，结合规范要求得到了符合上述条件的各尺寸数据，绘制内轮廓线如下图3-5所示：图 3-5 隧道内轮廓线3.5本章小结隧道的断面设计主要完成的内容为隧道的建筑界限和隧道的内轮廓线尺寸设计，其中隧道建筑界限采用的方法为参照规范，根据公路等级和设计速度取对应的车道宽度、侧向宽度、检修道宽度，利用CAD绘图软件绘制隧道界限图。隧道内轮廓线的设计参照公式假定断面尺寸，根据隧道内轮廓线应尽量贴近建筑界限的原则，反复修正尺寸，得到结果。第四章 隧道洞门设计4.1洞门4.1.1 洞门的概念 洞门（即隧道门的简称，通常也泛指隧道门及明洞门）是隧道两端的外露部分，并且用圬工砌筑用以保护洞口、引离地表流水并加以建筑装饰的支挡结构物，同时也是联系洞内的衬砌和洞口外路的路堑的支护结构，是整个隧道结构的重要组成部分，也是隧道进出口的标志。所以，洞门应该做到与隧道的规模、使用特性、以及隧道周围建筑物、地形地址的天然条件互相协调。洞门的作用在于支挡洞口的正面仰坡，拦截仰坡上方的小量剥落掉块物，保持边坡和仰坡的稳定，并将坡面的汇水引离隧道，以保证洞口线路的安全，所以，对于确定洞内施工安全和隧道正常运营具有重要的作用。另外，洞门是隧道唯一的外露部分，对它进行适当的建筑艺术处理，可以起到美化环境的作用，尤其是在高速公路中的隧道更是如此。4.1.2 洞门的分类从目前隧道采取的洞门形式来看，按其是否承受背后土压力，大体上分为挡墙式和凸出式两类。凸出式洞门有凸出式、削竹式和喇叭式三种形式。挡墙式洞门可分为环框式洞门、端墙式洞门、翼墙式洞门、柱式洞门、台阶式洞门、斜洞门和耳墙式洞门等。其中山岭隧道通常使用的洞门形式为端墙式、翼墙式以及环框式，所以在采用列举洞门形式进行对比后选取最为合适的洞门形式。（1）翼墙式洞门翼墙式洞门是适用地质条件比较差的级之下的围岩的，而且还必需要开挖路堑的部分。翼墙式洞门的组成部分是端墙以及翼墙。翼墙的目的是为了增加端墙的稳定性而建设的，还对路堑的边坡也起到支撑的效果。它的顶面常常是和仰坡坡面相同的，顶面上常常都要设置排水水沟，并且还要将端墙后面的排水沟汇集成的地表水排到路堑边沟内，以达到排水的效果。翼墙式洞门它的景观效果是，他的墙壁面积比较大，两侧必须要降低高度，看起来有一种沉重感，会对人产生一种压抑感。翼墙和端墙的作用，就是用来抵抗上方山体水平的推压力，并且还增强了洞门的抗滑动和抗倾覆的性能。翼墙的正面端墙通常是采用建设同样厚度的直墙，也是微向后方倾斜，而且它的斜率比率是1:0.1。翼墙前面和端墙都要相互垂直，洞门顶面坡度斜度和仰坡坡度要保持相同的。如果洞口路堑的开挖坡度是缓于1:0.75的情况之下，围岩岩层的稳定性比较差时，就菜用端墙式洞门，因为山体边坡比较缓和时，洞门端墙的宽度就会增加许多，相对应的就要增加大量工程量，就不经济，所以还不如就采用翼墙式洞门。这样有翼墙作为门洞，因为翼墙和端墙是有很大一部分面积相互接触的，设计的时候要考虑他们之间的相互作用，可以节省很多工期，并且还能更加增大洞门的抗滑与抗倾覆的性能。因此，如果围岩岩层地质条件较差，仰坡、边坡比较缓和的时候，都是可以使用翼墙式洞门的。 （2）端墙式洞门端墙式洞门是比较适用于山坡比较陡峻，洞门的地形比较开阔，围岩岩层也比较为坚硬且完整，山体岩层的压力比较小，而且开挖的坡度是1:0.31:0.5之间的洞口地段的时候。另外洞门挡土墙作用，能够支撑洞口正面上山体的仰坡，还必须要将从山体仰坡上汇流下来的地表水汇集到排水沟里面去，以保证排水的效果。它的景观效果与翼墙式洞门相同。（3）柱式洞门 如果山体比较陡峭，仰坡坡度在1:0.51:0.75之间的时候，山体地质条件也比较差，但是要有受到山体地形或者岩体地质条件约束的时候，且洞门处不能设置翼墙，这样是可以在端墙两侧中设置两个比较大的柱墩，这样就可以用来增大隧道两侧端墙的稳定性能。这样的一种洞门在外部墙面上有较为突出的线条，所以看起来是比较有美观，比较适合在城市附近或者风景区使用，可以达到一种视觉效果。对于一些大型隧道的建设用柱式洞门是比较好的，比较雄壮。（4）台阶式洞门如果隧道的洞门是建设在山侧坡的部位，山体横坡也比较陡峭，仰坡坡度在1:0.51:0.75之间，设置台阶式洞门比较合适。洞门的一侧山体边坡要比另一侧要高的时候，为了可以减小山体仰坡的高度和山体岩层外露坡过长，是可以将端墙的一侧顶部修建为逐步升级式的台阶形式，用来适应比较特殊的地形特点，并且还可以减少对仰坡土石的开挖，以达到减少工程量。（5）削竹式洞门 如果隧道洞门附近的山体地形比较缓和的时候，且山体岩层也比较稳定的时候，是可以建设削竹式洞门的，他的主要特点就是，它的建设模型版和配筋比较麻烦，而且经济要求比较高。当时如果把洞门周围修饰与周围山体景观一致的话，这样就可以使洞门与周围环境相互协调。（6）喇叭口式洞门 如果隧道洞门周围的地质地形条件比较好的时候，且洞门附近比较开阔，常年有可能产生积雪的地段，可以把洞门建设成喇叭口式洞门。它的主要特性与上述削竹式洞门一样也是施工困难，经济消耗过大。他对建成后车俩行驶不怎么回产生影响，且可以很好的配合周围地形。所以综上所述，参考表4-1，同时考虑到本隧道的围岩等级。本次九江温泉隧道设计的洞门选择采用翼墙式洞门的形式。表4-1 隧道洞门的形式与特征项目端墙式翼墙式台阶式柱式削竹式喇叭口式适用的围岩条件轴线与坡面基本正交，边、仰坡坡率为1：0.30.5边、仰坡坡率为1：0.751：1.5边、仰坡坡率为1：0.51：1.25边、仰坡坡率为1：0.51.：0.75洞门周围地形平缓地形、地质条件较好，洞口周围开阔；积雪地带易吹入雪特征易于施工抗滑、抗倾覆性能较好可减少靠山侧仰坡开挖高度，一般与偏压衬砌配合使用洞口受地形限制，无法布置翼墙式洞门模型板、配筋较费事，耗资大模型板、配筋较费事，耗资大景观壁面面积大，两侧需降低其亮度（修凿打毛壁面）；有重量感，行车易感到压抑壁面面积大，两侧需降低其亮度（修凿打毛壁面）；有重量感，行车易感到压抑壁面面积大，两侧需降低其亮度（修凿打毛壁面）；有重量感，行车易感到压抑较为雄伟修饰周围的景观，使洞门与之协调对车辆行驶的影响小；最适合洞口周围大的地形4.2 洞门设计4.2.1 洞门设计方法由地质资料可知，隧道场址区属低山丘陵地貌,围岩以、级为主。九江地区多为山区，综合考虑，应采用翼墙式洞门设计。由于设计资料和自身资源的限制，所以设计进出都均采用翼墙式洞门的形式，通过通过参考已设计成功的隧道洞门进行类比，结合本隧道的实际情况，对洞门设计进行相应的变通得到初步设计的尺寸，进行工程验算，可以使用软件进行验算，多次修改直到得到安全稳定，符合设计要求的数据为止。本隧道的洞门设计类比的是杵岭隧道的洞门设计，吴家庄隧道采用的同样是翼墙式洞门设计，并且与九江温泉隧道相比地质情况较为接近。结合本隧道的地质情况，预先拟定的洞门设计数据如图4-1示：图4-1 翼墙式洞门示意图4.2.2 洞门验算翼墙式洞门主要是由端墙和翼墙两部分组成，结合本隧道可知，洞口处设置需进行路堑的开挖。因此，无论是端墙还是翼墙的设置，其作用均相当于挡土墙，保持墙后岩土体的稳定。通过上述类比得到了洞门的初步设计尺寸，运用理正岩土挡土墙模块进行验算，验算该尺寸是否安全稳定。验算如下：悬臂式挡土墙验算执行标准：公路计算项目： 悬臂式挡土墙 -原始条件:墙身尺寸: 墙身高: 12.480(m)墙顶宽: 0.600(m)面坡倾斜坡度: 1: 0.250背坡倾斜坡度: 1: -0.200墙趾悬挑长DL: 0.000(m)墙趾跟部高DH: 1.000(m)墙趾端部高DH0: 0.800(m)墙踵悬挑长DL1: 7.000(m)墙踵跟部高DH1: 0.800(m)墙踵端部高DH2: 0.800(m)加腋类型:不加腋钢筋合力点到外皮距离: 50(mm)墙趾埋深: 1.500(m)物理参数:混凝土墙体容重: 25.000(kN/m3)混凝土强度等级: C40纵筋级别: HRB400抗剪腹筋级别: HRB400裂缝计算钢筋直径: 20(mm) 挡土墙类型: 一般挡土墙墙后填土内摩擦角: 30.000(度)墙后填土粘聚力: 0.000(kPa)墙后填土容重: 17.000(kN/m3)墙背与墙后填土摩擦角: 17.500(度)地基土容重: 18.000(kN/m3)地基承载力特征值提高系数: 墙踵值提高系数: 1.300墙底摩擦系数: 0.500地基土类型: 土质地基地基土内摩擦角: 30.000(度)土压力计算方法: 库仑坡线土柱:坡面线段数: 2折线序号水平投影长(m)竖向投影长(m)换算土柱数13.0002.000025.0000.0000地面横坡角度: 10.000(度)填土对横坡面的摩擦角: 30.000(度)挡墙分段长度: 10.000(m)钢筋混凝土配筋计算依据：公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)=第 1 种情况: 组合1=组合系数: 1.0001. 挡土墙结构重力 分项系数 = 1.000 2. 填土重力 分项系数 = 1.000 3. 填土侧压力 分项系数 = 1.000 4. 车辆荷载引起的土侧压力 分项系数 = 1.000 =土压力计算 计算高度为 12.840(m)处的库仑主动土压力无荷载时的破裂角 = 38.745(度)按假想墙背计算得到:第1破裂角： 31.712(度)Ea=897.283(kN) Ex=580.608(kN) Ey=684.114(kN) 作用点高度 Zy=4.662(m)因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在墙身截面积 = 17.365(m2) 重量 = 434.116 (kN)整个墙踵上的土重(不包括超载) = 687.100(kN) 重心坐标(1.233,-8.027)(相对于墙面坡上角点)(一) 滑动稳定性验算基底摩擦系数 = 0.500滑移力= 580.608(kN) 抗滑力= 902.665(kN)滑移验算满足: Kc = 1.555 1.300滑动稳定方程满足: 方程值 = 378.118(kN) 0.0(二) 倾覆稳定性验算相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 2.627 (m)相对于墙趾点，墙踵上土重的力臂 Zw1 = 4.193 (m)相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 6.485 (m)相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 4.662 (m)验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性倾覆力矩= 2706.559(kN-m) 抗倾覆力矩= 8457.560(kN-m)倾覆验算满足: K0 = 3.125 1.500倾覆稳定方程验算：倾覆稳定方程满足: 方程值 = 4946.766(kN-m) 0.0(三) 地基应力及偏心距验算基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力作用于基础底的总竖向力 = 1805.330(kN) 作用于墙趾下点的总弯矩=5751.000(kN-m)基础底面宽度 B = 8.152 (m) 偏心距 e = 0.890(m)基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 3.186(m)基底压应力: 趾部=366.596 踵部=76.321(kPa)最大应力与最小应力之比 = 366.596 / 76.321 = 4.803作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.890 = 0.167*8.152 = 1.359(m) 墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=366.596 = 600.000(kPa)墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=76.321 = 650.000(kPa)地基平均承载力验算满足: 压应力=221.458 Asmin = 1687.500(mm2)截面剪力: Q = 104.575(kN)剪力设计值 = 104.575(kN) 618.750(kN)，可不进行斜截面抗剪承载力验算，箍筋取构造配筋：Av = 1.200(mm2/mm)。截面弯矩: M(标准值) = 1723.986(kN-m)最大裂缝宽度：fmax = 0.389(mm)。(六) 立墙截面强度验算距离墙顶 3.010(m)处截面高度 H = 0.751(m)截面弯矩 M = 50.532(kN-m)截面弯矩 M(标准值) = 50.532(kN-m)剪力设计值 = 47.744(kN) 577.913(kN)，可不进行斜截面抗剪承载力验算，箍筋取构造配筋：Av = 1.200(mm2/mm)。最大裂缝宽度：fmax = 0.067(mm)。距离墙顶 6.020(m)处截面高度 H = 0.901(m)截面剪力 Q = 154.850(kN)截面弯矩 M = 343.025(kN-m)截面弯矩 M(标准值) = 343.025(kN-m)纵向受拉钢筋构造配筋：As = 1914.750(mm2)转换为斜钢筋: As/cos = 1953(mm2)剪力设计值 = 154.850(kN) Asmin = 2253.375(mm2)剪力设计值 = 311.440(kN) Asmin = 2592.000(mm2)转换为斜钢筋: As/cos = 6395(mm2)剪力设计值 = 517.514(kN) 1.300滑动稳定方程验算最不利为：组合1(组合1)滑动稳定方程满足: 方程值 = 378.118(kN) 0.0(二) 倾覆验算安全系数最不利为：组合1(组合1)抗倾覆力矩 = 8457.560(kN-M),倾覆力矩 = 2706.559(kN-m)。倾覆验算满足: K0 = 3.125 1.500滑动稳定方程验算最不利为：组合1(组合1)倾覆稳定方程满足: 方程值 = 4946.766(kN-m) 0.0(三) 地基验算作用于基底的合力偏心距验算最不利为：组合1(组合1)作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.890 = 0.167*8.152 = 1.359(m)墙趾处地基承载力验算最不利为：组合1(组合1)墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=366.596 = 600.000(kPa)墙踵处地基承载力验算最不利为：组合1(组合1)墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=76.321 = 650.000(kPa)地基平均承载力验算最不利为：组合1(组合1)地基平均承载力验算满足: 压应力=221.458 = 500.000(kPa)(四) 墙趾板强度计算墙趾板悬挑长度过小，程序不进行墙趾板强度计算!(五) 墙踵板强度计算踵板根部截面高度: H = 0.800(m)抗弯配筋面积最大值结果：组合1(组合1)截面弯矩: M = 1723.986(kN-m)配筋面积: As = 7669(mm2)抗剪配筋面积最大值结果：组合1(组合1)截面剪力: Q = 104.575(kN)配筋面积: Av = 1.200(mm2/m)裂缝计算最不利结果：组合1(组合1)裂缝宽度: w = 0.389(mm)(六) 立墙截面强度验算距离墙顶 3.010(m)处截面高度 H = 0.751(m)抗弯配筋面积最大值结果：组合1(组合1)截面弯矩: M = 50.532(kN-m)配筋面积: As = 1607(mm2)抗剪配筋面积最大值结果：组合1(组合1)截面剪力: Q = 47.744(kN)配筋面积: Av = 1.200(mm2/m)裂缝计算最不利结果：组合1(组合1)裂缝宽度: w = 0.067(mm)距离墙顶 6.020(m)处截面高度 H = 0.901(m)抗弯配筋面积最大值结果：组合1(组合1)截面弯矩: M = 343.025(kN-m)配筋面积: As = 1953(mm2)抗剪配筋面积最大值结果：组合1(组合1)截面剪力: Q = 154.850(kN)配筋面积: Av = 1.200(mm2/m)裂缝计算最不利结果：组合1(组合1)裂缝宽度: w = 0.307(mm)距离墙顶 9.030(m)处截面高度 H = 1.051(m)抗弯配筋面积最大值结果：组合1(组合1)截面弯矩: M = 1032.379(kN-m)配筋面积: As = 3280(mm2)抗剪配筋面积最大值结果：组合1(组合1)截面剪力: Q = 311.440(kN)配筋面积: Av = 1.200(mm2/m)裂缝计算最不利结果：组合1(组合1)裂缝宽度: w = 0.467(mm)距离墙顶 12.040(m)处截面高度 H = 1.202(m)抗弯配筋面积最大值结果：组合1(组合1)截面弯矩: M = 2267.543(kN-m)配筋面积: As = 6395(mm2)抗剪配筋面积最大值结果：组合1(组合1)截面剪力: Q = 517.514(kN)配筋面积: Av = 1.200(mm2/m)裂缝计算最不利结果：组合1(组合1)裂缝宽度: w = 0.458(mm)经过理正软件验算得到挡土墙尺寸是符合安全稳定的要求。同理类比我们可以同样的方法验算翼墙另外两部分的稳定性和安全性。经过验算，得到的结果同样是满足工程要求的，这里不再列举验算过程。最终洞门尺寸如图4-2所示。图4-2 翼墙式洞门设计图图4-3洞门立面4.3 本章小结洞门的设计采用的类比的方法。罗列各种洞门形式以及他们的优缺点，结合隧道自身的设计条件选择了更适合较差围岩的翼墙式洞门并用类比的方法拟定出洞门的尺寸再通过软件验算其稳定性。第五章 隧道支护结构设计5.1衬砌的类型隧道开挖后，周围原有的岩层的稳定平衡遭到破坏，可能导致导致隧道的变形，为了保持围岩的稳定，隧道都需要借助足够强度的支护结构来维持围岩的稳定平衡，以此保证隧道的安全。常见的支护结构类型有整体式衬砌、复合式衬砌、装配式衬砌和喷锚衬砌等。（1）整体式衬砌整体式衬砌也称为模筑混凝土衬砌，是传统的衬砌结构形式，对地质条件适用较强，易于浇注成型，整体性好，可适用于多种地质条件。在隧道工程中得到了广泛的应用。（2）装配式衬砌随着现代科技的进步和机械化程度的提高，出现了装配式的衬砌方式，多用于城市地下盾构法施工方案。（3）喷锚衬砌喷射混凝土中除了含常规混凝土之外，其中掺有速凝剂，可以快速与围岩凝结形成保护层。当岩壁不稳定时，可以预先加设锚杆、金属网等，然后喷射混凝土，这样形成的一种支护包括喷射混凝土和锚杆的支护形式成为喷锚支护。喷锚支护可以更好的防止风化，并能封闭围岩的张裂隙和节理，提