学士学位论文—-隧道工程课程设计山岭公路隧道主体结构及施工方法设计

1、CENTRAL SOUTH UNIVERSITY16隧道工程课程设计题 目： 隧道工程课程设计姓名：班 级：学号：指导老师2016年11月19日目录隧道工程课程设计任务书 3.隧道工程课程设计计算书 5.一、基本条件 5.二、确定隧道明暗交界、明洞洞门位置，确定洞门类型和隧道长度 52.1 明暗交界 5.2.2 洞门位置 6.2.3 洞门类型 6.2.4 隧道长度确定 6.三、绘制隧道平面图， 包括隧道平面位置、进出口洞门位置、边仰坡开挖线、人行和车行横洞位置 6.3.1 隧道平面位置 6.3.2 进出口洞门位置 6.3.3 边仰坡开挖线 7.3.4 人行和车行横洞 8.四、绘制隧道纵断面图，

2、标示人行和车行横洞位置，填写围岩类型、支护结构类型、施工方法等信息 9.五、绘制衬砌结构设计图及施工方法示意图 9.5.1 隧道衬砌结构设计图 9.5.2 施工方法示意图 1.2六、设计体会 1.4.七、附图 1.4.隧道工程课程设计任务书1. 设计题目山岭公路隧道 主体结构 及施工方法 设计2. 设计资料（1）设计标准山岭重丘区高速公路分离式隧道，设计时速 80km/h。以其中一个隧道为例 进行设计：单号同学为长坞岭隧道 左线，双号同学为长坞岭隧道右线； 单号同学 按 单洞两车道 ，双号同学按单洞三车道。（2）地质及水文条件 详见地质平面图、地质纵断面图，不考虑特殊复杂地质和水文条件。 （为

3、了 避免设计成果相同，每位同学按学号尾数将路线设计标高提高 X 米进行设计。 如学号尾数为3的同学，将路线设计标高太高3m,抬高以后洞门的合理位置将 发生变化）（3）施工条件具有一般钻爆法施工的机械设备， 交通方便，主要原材料供应正常，工期按 1 年考虑。3. 主要设计依据1）公路工程技术标准，JTG B01-2014.2）公路隧道设计规范，JTG D70-2004.3）公路隧道设计细则，JTG/T D70-2010.4）公路隧道施工技术规范， JTG F60-20095）公路隧道施工技术细则， JTG/T F60-2009.4. 设计任务及要求1）确定隧道进出口洞门位置，包括明暗交界、明洞洞

4、门位置，确定洞门 类型和隧道长度；（2）确定隧道洞身不同里程的支护结构类型与支护参数，确定人行、车行 横洞位置；（3）选择不同围岩级别的隧道施工方法；（4）绘制隧道平面图，包括隧道平面位置、进出口洞门位置、边仰坡开挖 线、人行和车行横洞位置。（5）绘制隧道纵断面图，标示人行和车行横洞位置，填写围岩类型、支护 结构类型、施工方法等信息。（6）绘制衬砌结构设计图， 单号同学为四级围岩 ，双号同学为五级围岩， 同时绘制相应围岩级别的施工方法示意图。5. 设计成果要求（1）设计说明书详细而精炼地说明设计过程、 依据和结果。主要包括设计任务及要求、 基本 条件、隧道建筑限界和内轮廓线的限定、 洞门位置的

5、确定与洞门选型、 洞身支护 衬砌类型与参数设计、施工方法的选择。（2）设计图纸隧道平面设计图 1 张（修改补充）、纵断面设计图 1张（修改补充）、衬砌结 构设计图 1 张，施工方法示意图 1张。图纸应清晰、整洁、美观，标示清楚，并进行必要的附注说明。（3）成果提交要求封面、任务书和设计说明书用 A4 纸张打印，图纸用 A3 打印，折叠为 A4 大小。上述资料一并装订成册提交。隧道工程课程设计计算书一、基本条件山岭重丘区高速公路分离式隧道，设计时速 80km/h；设计隧道左线，按单洞两车道进行设计；本人学号，故将原设计高程提高 7m,作为新的设计高程；绘制衬砌结构设计图时为四级围岩。二、确定隧道

6、明暗交界、明洞洞门位置，确定洞门类型和隧道 长度2.1明暗交界明暗交界的位置需满足上覆层厚度 2m,首先在纵断面图上将线路设计线上 提7m得到修改够的线路设计线标高，再上提 7.77m （为隧道拱部最高点高程与 路面设计线高程差，详见），再上提2m得到的标高线与地面线的交点处即明暗 交界的线路里程，然后在平面图上标出明暗交界的位置，进洞明暗交界里程为 ZK8+615.36，出洞明暗交界里程 ZK9+352.73,详见平面图；根据上述方法确定的明暗交界位置还需满足整个衬砌结构外轮廓覆土厚度 均大于2-3m，现画出进洞明暗交界处 ZK8+615.36横断面如下：ZK8615.36明暗交界横断面由上

7、图可知进洞明暗交界处符合上覆土厚度要求。同理出洞明暗交界处亦符合上覆土厚度要求，不再赘述。2.2 洞门位置为了保证施工及运营的安全 ,隧规提出了“在一般情况下，隧道宜早进 洞，晚出洞”的原则。即尽量避免开挖深路堑，以确保洞口边、仰坡稳定。线路设计线与地面高程线的交点处为明洞洞口处， 即洞门的位置， 但洞口处 若按上述确定明洞洞口位置， 那么在隧道出口底面左半部分会悬空， 在地形上不 满足要求，为了使明洞洞口具有良好的持力层， 故将明洞进一步缩短。 故进洞明 洞洞口里程为ZK9+367.33，出洞明洞洞口里程为 ZK8+606.00,详见平面图；2.3 洞门类型进洞处由于线路和等高线几乎垂直，

8、故洞门主要承受来自仰坡的土压力， 并 且由于是四级围岩，地质条件较差，仰坡有下滑的可能性，故采用 柱式洞门 ；出洞处由于线路与等高线斜交， 边坡刷坡导致线路侧向有下滑的可能， 故设 置翼墙式洞门 ，翼墙和端墙共同作用， 以抵抗山体纵向推力， 增加洞门的抗滑动 和抗倾覆的能力。2.4 隧道长度确定根据隧道出口、进口里程可知：出口里程： ZK9+367.33 ;进口里程 ZK8+606.00 ;因此，隧道长度为： L=1367.33-606.00=761.33m 。三、绘制隧道平面图，包括隧道平面位置、进出口洞门位置、 边仰坡开挖线、人行和车行横洞位置3.1 隧道平面位置根据隧道衬砌横断面图可确定

9、隧道的平面尺寸， 以线路中心线为基准， 隧道 平面左半部分宽6.00m，右半部分宽6.24m。根据以上几何尺寸在隧道平面图中 标示出隧道的平面位置，详见平面图。3.2 进出口洞门位置为了保证施工及运营的安全 ,隧规提出了“在一般情况下，隧道宜早进洞，晚出洞”的原则。即尽量避免开挖深路堑，以确保洞口边、仰坡稳定。线路设计线与地面高程线的交点处为明洞洞口处， 即洞门的位置，但洞口处 若按上述确定明洞洞口位置，那么在隧道出口底面左半部分会悬空， 在地形上不 满足要求，为了使明洞洞口具有良好的持力层，故将明洞进一步缩短。 故进洞明 洞洞口里程为ZK9+368.29，出洞明洞洞口里程为 ZK8+606.

10、00,详见平面图；3.3边仰坡开挖线边、仰坡开挖线是指洞口地段边、仰坡面与地表面的交线。为了布置洞顶排 水设施和洞口附近其它建筑物，需要确定洞口边、仰坡开挖范围，在洞口地形图上绘制边、仰坡开挖线。公路隧道设计规范给出了隧道洞口边仰坡的允许开 挖高度及坡率：表1隧道洞口边仰坡的允许开挖高度及坡率II1)1IVV* Vi边.博堪堪率|1：0,3H0.75.吊1U.25)：V5烏度(恫)132025202515IB2U! ISIM注:设计开吨庇度希从路幣进缄諒捉.3.3.1隧道出口处边、仰坡开挖计算(1)边坡开挖线(出口处H路基=202.20m)确定边坡坡脚标高H=202.20m，边坡坡率为1:0.

11、75,即可计算出各不同标 高位置的边坡坡顶至边坡坡脚的水平投影距离为：G=(204-202.20) n=1.35m；C2=(206-202.20) n=2.85m；C3=(208-202.20) n=4.35m；C4=(210-202.20) n=5.85m；C5 =(212-202.20) n=7.35m ；C6 =(214-202.20) n=8.85m；其中：此时n=0.75;作与坡脚平行且相距为 G的平行线交204m等高线与点，按照相同的方 法作与坡脚平行且相距为 C2、C3、C4、c5、C6的平行线交相应等高线于、 、点，连接、等各点，即可得到边坡开挖线。(2) 仰坡开挖线该隧道出口

12、仰坡坡脚标高H仰=H路基+7.77=209.97m，仰坡坡率为 1:0.75,可计算各等高线距仰坡坡脚水平投影的距离：210m 等高线，d1= (210-209.97 m=0.0225m212m 等高线，d2= (212-209.97 m=1.5225m214m 等高线，d3= (214-209.97 m=3.0225m216m 等高线，d4=(216-209.97 m=4.5225m218m 等高线，d5=(218-209.97 m=6.0225m其中：此时m=0.75;在洞门地形图上，作出与洞门墙平行且相距为d2、d3、d4、d5的平行线，分别交218、216、214、212m、210m等

13、高线与1、2、3、4、5点，连接 1、2、3、4、5点，即为仰坡开挖线。(3) 绘制边坡与仰坡交角处开挖线以端墙底部为起坡点，则起坡点标高为：H起=H路基=202.20m，由边坡坡率n=0.75,坡率没有变化。则端墙与边坡交线的各标高点高程为：214m 等高线，r1= (214-202.20 m=8.85m216m等高线，r2=(216-202.20 m=2.85m然后以起坡点为圆心，上述距离为半径，坡率都为 0.75,用前述方法作出仰 坡与边坡坡脚处的开挖线。3.3.2隧道入口处边、仰坡开挖计算隧道入口处由于等高线与洞门基本正交，故无刷坡的必要。3.4人行和车行横洞无需设置行车横洞；1#人行

14、横洞（ZK8+800）;2#人行横洞（ZK9+100）详见隧道平面图。四、绘制隧道纵断面图，标示人行和车行横洞位置，填写围岩类型、支护结构类型、施工方法等信息。根据公路隧道设计规范，长度小于800m，行车方向分离的双洞公路隧道， 可不设置行车横洞；当长度大于 400m时，宜设置行人横洞，以供巡查、维修、 救援等用。行人横洞需符合：间距 200300m,宽2.0m,高2.2m。本隧道长度761.33m,故不设置行车横洞，设置两个行人横洞，分别为1#人行横洞（ZK8+800 ）、2#人行横洞（ZK9+100 ）。其他具体信息见隧道纵断面图。五、绘制衬砌结构设计图及施工方法示意图5.1隧道衬砌结构设

15、计图公路隧道设计规范给出了双车道公路隧道的建筑限界示意图如下:憾441公站股道if規眼界单位旳皿 评礎氧限车迪寛左Ml向宽flhlv右傭向黑燈；O伞覽门權慷道盘度*乩人持遇宽度, MS修適或人订追的髙度；建筑限界，片KHi WaEl .加阳铠3E限界朴怎角寛度.当g W im时.氐= 如当 ft !m时，Ex lm公路隧道设计规范并规定了公路隧道建筑限界基本宽度如下表:4.4,1公建簟限界小宽厦（单位:巾）公路尊绞设计述度（km/h）车追宽度r兔向宽度L余寛C人厅道n處道雄筑限骅净嵬左测右删左捌右恻设检烁iK浚人和遇不设捡愉 追、人行迴一纯公盹1303,73*20.75).25O+750.75

16、H血1UU3.75x2O.5&LUO0.750.75.- J10,30KO3t75x；0.勵0.73U.730,7510.25603.30x20.500.750.75 |0.759.75三级公箱西级公路K03.75k?0 750.751.00mooM3.50x2OSO650LOG10.00O3.50 j(20.250.25OJS艮00303,25x20.250.2$0.257.50203,00x2040,250.257,00注匕三车山淹道唏增咖车逋散斤.煤它宽度同査:增加平曲的宽厦不稈小P 3.5m 连撰飓道的圧備可不童检修谓或人荷逍皑应设5（kMl2fl luivl】与100 Wh时）或ZS

17、cMfiOk 与60 Wh 时）的余宽 逆计遑度120km 11时.期低歧慨猜世度均不宜小于l.flm：Stf速度laHm*时右僧嵯慨適竟度不宜小丁I .（kn根据上图和表中要求，可以画出建筑限界，这是隧道内任何建筑不能侵入的 界线。公路隧道设计规范附录 B给出了两车道隧道标准内轮廓断面如下，本 着内轮廓不能侵入建筑限界、且又不能过大造成工程费用增加的原则， 画出隧道 内轮廓断面。根据公路隧道设计规范，复合式衬砌可采用工程类比法进行设计，并通 过理论分析进行验算，初期支护和二次衬砌的支护参数可参照下表选用，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：VJ鹰N阀厚腔L7N）啸射讹

18、耘丄昭度（cm）-拟邪.边曙仲扯5-KIB臥埼12- IS* .2拱血通过试股.计用峨址*钢前圍m岸!门拱混服土淤就Iw迎节* 25挟擋a 油 x 25批陽 3 v 20*8.4,2-1两车道隆遒宜合式衬斶的设计爭数劃若级XIKti和综合以上内容，可设计出隧道衬砌结构设计图，详见附录其中设计内轮廓线的主要参数为：净高：8.25 m净宽：11.00 m2断面积：74.47 m 周长：31.82 m衬砌外轮廓线（即开挖线）的主要参数为：开挖高度：9.50 m开挖宽度：12.21 m其他有关隧道衬砌结构设计图的具体参数详见附录。5.2施工方法示意图公路隧道开挖方法比较见下表:条件全斷面台阶法单侧壁法双侧壁法隧道断面双、三车道双、三车道取、三车道三车道围岩条件II (III)111 IV (V)v 土质、松软地 层V. 土质、松软地 层安全性般般较安全最安全施工机械大型大型或中型中型或小型