赵家隧道设计说明书毕业设计

1、 毕业设计 题 目 赵家隧道设计 学院 土木建筑学院 专业、年级 2009级土木工程 学生姓名 陈攀 学 号 09011304 指导教师 王成 教研室主任 王 成 院 领 导 吴 国 雄 论文评阅人 前言 毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段，是深化、拓宽、综合教和学的重要过程，是对大学期间所学专业知识的全面总结。我国公路隧道随着交通建设的高速发展而不断增加，目前国家更是将建设重点向我国西部地区转移，高速公路网的建设必须面临大量的隧道工程。正因为如此，才有了本次毕业设计。本次毕业设计题目为赵家隧道设计。在毕业设计前期，由于准备研究生复试，我事先复习了材料力学、结

2、构力学、钢筋混凝土结构设计原理、土力学等课程，并事先温习了隧道工程、隧道电算等知识，并查阅了公路隧道设计规范规范、公路隧道通风与照明设计规范、公路隧道施工技术规范等规范。在毕业设计中期，我们通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行设计。在毕业设计后期，主要进行设计手稿的电子排版整理，并得到老师的审批和指正，使我圆满地完成了设计任务，在此我表示衷心的感谢。本毕业设计通过对赵家隧道的平纵面设计，横断面设计，洞门设计，衬砌设计，防排水设计，通风设计，照明设计，路面与装饰设计，施工方法与施工组织等设计，较完整全面地表述了本次设计，设计的过程中也出现过许多问题，但在指导老师的帮助下都成功地解决了问题。

3、毕业设计的两个月里，在王老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、论文撰写，文献综述以及外文的翻译，使我加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解，巩固了专业知识，提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图时熟练掌握了各种制图软件，以及多种计算软件。以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要求。由于自己水平有限，难免有不妥和疏漏之处，敬请各位老师批评指正。目录摘 要iabstract.第1章 绪 论11.1隧道及其分类11.2隧道的作用及优点11.3隧道的现状和特点.11.4隧道未来发展面临的挑战.21.5本隧道设计3第2章 设计原则及技术标准42.1 设计原则42.2设计依据42.3主要技术标准

4、5第3章 工程概况63.1 地理位置、地形地貌63.2气象、水文63.3隧道规模63.4工程地质情况73.4.1地质构造73.4.2水文地质条件73.4.3隧道主要工程地质问题评价83.4.4地震8第4章 隧道总体设计.94.1隧道选址9 4.2纵断面设计.94.3纵断面设计94.4 隧道内净空断面设计104.4.1 建筑限界104.4.2内轮廓设计114.4.3赵家隧道内轮廓推荐方案12第5章 隧道洞门设计及强度、稳定性检算145.1 洞门设计原则145.2确定洞门类型145.2.1洞门类型及适用条件145.2.2洞门形式的选择155.3 洞门构造要求165.4 验算满足条件165.5 翼墙

5、式洞门结构计算175.5.1计算参数175.5.2建筑材料的容重和容许应力175.5.3洞门各部尺寸的拟定185.5.4翼墙式洞门土压力计算185.5.5抗倾覆验算195.5.6抗滑动验算205.5.7基底合力偏心矩验算215.5.8墙身截面偏心矩及强度验算21第6章隧道结构设计与计算226.1 隧道洞身结构设计226.1.1洞口段226.1.2洞身一般段226.2 中隔墙厚度设计246.2.1中隔墙厚度拟定246.2.2洞身衬砌稳定性验算256.3 隧道洞身衬砌验算316.3.1 级围岩二衬施工过程模拟316.3.2 级围岩二衬施工过程模拟416.4 级围岩初级支护建模分析54 6.5 级围

6、岩初期支护建模分析.54第7章 隧道防排水设计567.1.洞口防排水567.2洞身防排水56第8章 隧道照明与通风设计578.1 隧道设计原则578.2 光源选择578.3 总述578.4 照明区段取值及各区段照明亮度计算取值578.5 照明系统设置588.5.1灯具安装598.5.2 应急照明598.5.3引道照明598.6隧道通风设计598.7.1 隧道通风方式选择598.7.2 计算基本信息参数61第9章 路面及装修设计629.1 隧道路面设计629.1.1 路面各部分设计要求629.1.2 隧道面设计629.2 隧道内装饰设计62第10章 施工组织设计6310.1 编制原则6310.1

7、.1 安全第一的原则6310.1.2 优质高效的原则6410.1.3 方案优化的原则6410.1.4 合理布局的原则6410.2施工场地布置6410.3 施工进度计划6410.4 施工方案6510.5 辅助设施施工工艺与方法6810.6施工安全、保障措施6910.6.1组织保证措施6910.6.2制度保证措施6910.7 施工量测7010.7.1量测目的7010.7.2量测项目7010.7.3地表平面控制7110.7.4洞口联系测量7110.7.5洞内施工测量7110.7.6隧道横向和高程贯通精度要求7210.8 施工注意事项7210.9其他73结 论73致 谢74参考文献76摘 要公路隧道向

8、着大、长、深、群的方向发展。随着科技的不断进步，现代隧道无论是从结构计算，还是从施工方法方面与以前相比，都有了很大的进步。本设计课题为赵家隧道设计，属于山岭重丘高速公路连拱隧道。隧道进口桩号：l9+225，隧道出口桩号：k9+485，路线设计纵坡-2.37%。本设计结合隧道所在之处的实际地理、地质环境叙述了在各设计阶段进行的方案比选。本设计着重介绍了连拱隧道的结构设计，重点分析了衬砌及中隔墙结构的安全性和经济型。设计过程充分考虑围岩应力特征、结构受力、隧道断面形式、中隔墙厚度、通风等设计因素，使其达到优化结构、保障运营安全和延长使用寿命的目的。最后，重视工程环保、工程绿化和环境后评价。结构验算

9、采用同济曙光公路隧道设计与分析程序对衬砌结构的强度和安全性进行计算分析，并进行衬砌强度验算，验算结果满足规范要求。关键词：连拱隧道，方案比选，中隔墙设计，结构设计，隧道衬砌abstract development trend of tunnels is wider、longer、deeper and group. with the continuous developing of science and technology, not only structural calculation, but also construction methods show significant deve

10、lopment modern in tunnel construction. this study design of zhaojia tunnel, is mountainous highway arch tunnel. tunnel entrance stake: k9 +225, tunnel exit stake: k9 +485, route design longitudinal -2.37%. this design narrated the comparison and selection in different design phases, with thought abo

11、ut the geographic environment and geological environment. it emphatically introduced the structural design of the arch tunnel and analyzed the security of lining and partition wall. during the course of design, the lining were full considerate the characteristics of stress in the rock、structure stre

12、ss、inner section、durability、safety and calamity、ventilation and so on, in order to make structure optimized, ensure operation security and prolong the service life. finally, pay attain to environmental benefits、greening patterns and environmental post assessment. tongji dawn was used in the structur

13、e calculation. analyzed the horizontal displacement of lining and lining strength check, the results of check meet the regulatory requirements.keywords: arch tunnel, comparison and selection, middle wall design, structural design, tunnel lining第1章 绪 论1.1隧道及其分类 隧道通常指作用地下通道的工程建筑物。一般可分为两大类：一类是修建在岩层中的，称

14、为岩石隧道；一类是修建在土层中的，称为软土隧道，埋深较浅的隧道，一般采用明挖法施工，埋置较深的隧道则多采用暗挖法施工。隧道按其所处的位置不同可分为山岭隧道、水下隧道(河底和海底)以及城市隧道等。隧道按其横断面形状分为圆形、椭圆形、马蹄形、眼镜形(孪生形)等。隧道按其用途可分为交通隧道(包括公路隧道、铁路隧道、城市地铁、人行隧道等)和运输隧道(包括输水隧道、输气隧道、输液隧道等)。公路隧道按其长度的不同又分为四类,见表1-1所示：表1.1 公路隧道分类隧道分类特长隧道长隧道中隧道短隧道隧道长度(m)l30003000l10001000l500l500隧道长度，是指进出口洞门端墙之间的水平距离，即

15、两端端墙面与路面的交线同路线中线交点间的距离，并以此作为计量支付的依据。尽管隧道有各种用途、不同长度及横断面形状，但其构造组成大体相同，均由主体建筑物和附属建筑物两大部分组成。1.2隧道的作用及优点隧道在山岭地区可用做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；还可用做克服落石、坍方、雪崩、雪堆等危害。在城市可减少用地，构成立体交叉，解决交叉路口的拥挤阻塞，疏导交通，保护环境，提高社会综合效益。在江河、海峡、港湾地区，可不影响水路通航。修建隧道既能保证路线平顺、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。

16、 1.3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）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

17、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。 （3）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。 （4）新的结构形式不断出现近年来，随着我国交通基础设施建设规模的逐步扩大，新的隧道结构型式和相应的施工方法不断涌现，连拱隧道即是其中之一。连

18、拱隧道由于占地面积少，隧道外形美观，在隧道位置受地形限制时常被选用。1.4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

19、来主要研讨课题。新奥法是本世纪四十年代开始发展起来的，它是以喷射混凝土和锚杆为主要支护手段的一种方法。这种方法把隧道的衬砌支护与围岩看作是相互作用的整体，既发挥围岩的自承能力，又使支护起到加固围岩的作用。在确保隧道稳定的基础上，使设计更加经济、合理。目前这种方法还处于经验设计阶段，需在实施过程中根据现场量测数据加以修正。新奥法与传统的矿山法相比，更能结合实际地质条件。随着理论上的日益完善，将会在地下工程中得到更加广泛的应用。立题的目的：通过本课题的毕业设计，使我们了解隧道工程有关设计和施工规范，并能较为系统地掌握隧道工程的基本理论和设计方法。熟悉隧道设计的全过程，掌握隧道设计的基本原则，基本方

20、法，基本程序和基本技术，获得隧道设计的基本训练。培养综合运用理论知识和专业知识的基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，为毕业后尽快适应社会工作奠定基础。立题的意义：毕业设计是大学四年以来最重要的一项学习内容，是对四年所学知识的总结和运用。通过大学四年的学习，在课程设计的基础上，运用学过的基础理论和专业知识，结合工程实际，参考国家有关规范、标准、工程设计图集及其他参考资料，独立地完成所要求的设计任务。同时系统地掌握设计计算步骤、方法，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。1.5本隧道设计本设计之赵家隧道位于国家高速公路成渝环线重庆江津至四

21、川合江段，赵家隧道起止桩号为k9+225k9+485，全长260m。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赵家隧道，将体现出公路隧道便捷、节能、经济、环保等优点。 第2章 设计原则及技术标准2.1 设计原则1、隧道设计应能满足规划、运营、施工、防排水等要求；其结构应具有足够的强度和耐久性，以满足使用的需要，隧道结构安全等级为一级。2、隧道横断面内净空尺寸根据建筑限界、地质条件及结构受力条件进行设计，并考虑了洞内装饰、运营设施的安装以及因沉降及变形等所需的空间。3、隧道洞口应贯彻“早进洞，晚出洞”原则，避免大刷大挖，以保持原有山体的稳定及周

22、边环境。避免设于地质不良、排水困难地段。当地形等高线与路线斜交或其它因素引起的边仰坡过高时，考虑设置明洞或其它支挡建筑物。洞门型式应结合地形及地质条件，并考虑与周边环境相协调，力求经济、美观、民俗性。特别应适应驾驶人员视觉条件过渡的需求。4、隧道衬砌的结构设计，根据隧道地形及工程地质条件、两端路线的布设条件、施工方法及工期要求等进行。暗挖隧道采用喷锚构筑法进行设计和施工，采用复合衬砌形式。围岩较差的衬砌向围岩较好的延伸，ii类围岩延伸10m，iii、iv类围岩延伸5m；偏压衬砌向非偏压衬砌延伸5m以上。隧道支护衬砌参数根据数值分析计算，并结合工程类比确定。隧道按信息化设计和施工。施工时根据监测

23、反馈信息，必要时对设计参数和施工方法进行调整，以保证隧道结构安全、经济。对于地质条件较差、浅埋及偏压地段，衬砌结构应予加强，并采取适当的辅助施工措施保证施工安全。5、隧道内采用水泥沥青混凝土路面。6、隧道洞口边仰坡应严格控制开挖高度，同时作好必要的坡面防护和地表排水。坡面防护尽量以绿化和恢复原有的自然生态环境为主要手段。7、隧道弃碴应尽量作为路基填方使用；余碴应集中堆放，并作好防护措施。严禁弃于河流、水库及沟内，施工中产生的有害废水，必须经过处理后方可排放。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（j

24、tg 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（jtg f60-2009） （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高速公路双向四车道连拱隧道设计

25、。采用的主要技术标准如下： （1） 行车速度：隧道设计车速为80km/h。（2） 隧道建筑限界：隧道单洞建筑限界净宽：9.75m；行车道宽度：2x3.75m；限界净高：5m（3） 设计交通量：近期 16700辆/日、中期 28500辆/日、远期 38700辆/日。（4） 行驶方向：单向行驶（5） 设计荷载：高速公路（6） 隧道内路面横坡度：2%（7） 隧道内路面纵坡：-2.37%（8） 隧道内卫生标准： co允许浓度：正常行使时为150ppm 交通阻塞时为250ppm（15分钟内）烟雾允许浓度：正常时，k0.0075m-1 交通阻塞时，k0.0090m-1（20分钟内）第3章 工程概况3.1

26、地理位置、地形地貌赵家隧道位于国家高速公路成渝环线重庆江津至合川段，赵家隧道起止桩号为k9+225k9+485，全长260m。隧道穿越区的地形主要是石龙峡附近的山岭、坡地、台地和沟谷，由于岩石成份的不同和地质构造作用，岩体呈现有块状、碎块状、整体状和破碎状，在地面形成陡崖、 陡坡，石球、石蛋等异常发育，形状各异。山岭植被茂密，以相思树等高大乔木为主。赵家隧址区属构造剥蚀区，地貌形态属丘陵山地。山脊走向北西南东向，最高峰海拨299.36m。拟建隧道洞身从山体北翼由北东南西向穿过，洞身最大埋深约38.2m。进、出洞口地形下缓上陡、坡度1230度。山体植被茂盛，灌木丛生，石蛋、石球等地质体较发育，部

27、分基岩裸露。东侧为丘陵山地，西、北、南三面地形较低，有沟谷或山前斜地等环绕。3.2气象、水文重庆市属亚热带季风气候，气候温和湿润。多年平均气温18，极端最高气温41.9，极端最低气温1.9；降雨量充沛，多年平均降雨量1143.5mm，历年最大降雨量1707mm，最小降雨量747.2mm，（39）月为雨季，10月至翌年2月最少，一年平均降雨天数120天，6月份降雨量最多，平均207.1mm，12月份最少，平均26.1mm。3.3隧道规模 赵家隧道为连拱隧道，隧道全长260m，起讫桩号：k9+225k9+485，属短隧道。3.4工程地质情况3.4.1地质构造隧道位于石龙峡附近，石龙峡背斜西翼，单斜

28、构造，岩层为侏罗系中统上沙庙组紫红色、暗紫红色泥岩、泥质砂岩、粉砂岩与黄灰色、暗紫色长石石英砂岩互层，砂岩层厚，呈镜透体或具有分叉、交错层等特征，层理明显，节理不甚发育，属硬质岩，坚硬致密，完整性好，页岩性软，易风化剥落，隧道开挖后拱部无支护可产生掉块，侧壁稳定，地下水不丰富，隧道开挖不会遇到突发性灾害涵水，局部有股状滴水或湿润，对隧道影响甚微。隧道所处位置为侏罗系中统上沙溪庙组，主要成分为泥岩，是一种由泥巴及黏土固化而成的沉积岩，其成分与构造和页岩相似但较不易碎。粒度0.0039mm（即1.6故抗倾覆稳定性满足要求5.5.6抗滑动验算 对于水平基底，按如下公式验算滑动稳定性： （5.6）式中

29、: kc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=ex； f基底摩擦系数，取f=0.4所以得 1.3故抗滑稳定性满足要求5.5.7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zn，合力偏心矩为e，则： （5.7） 0合力在中心线的右侧。计算结果满足要求。基底控制压应力，计算结果满足要求。5.5.8墙身截面偏心矩及强度验算 1、墙身截面偏心矩e （5.8）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。2、应力 满足要求。通过以上的验算，说明洞门的尺寸合理。第6

30、章隧道结构设计与计算6.1 隧道洞身结构设计根据隧道所处的地质情况将衬砌分为三种类型：连拱式iv级深埋段衬砌、连拱式v级深埋段衬砌、连拱式v级浅埋段衬砌。6.1.1洞口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。对于进口段采用连拱式v级加强衬砌。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。6.1.2洞身一般段根据隧道埋深及围岩级别的不同，本隧道共设计了 两种围岩的复合衬砌形式: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，

31、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:对于级围岩由18号工字钢拱架（或钢筋格栅），径向锚杆，钢筋网及喷射混凝土组成。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。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