土木工程(隧道)毕业设计

1、 本科毕业设计（论文）专业名称年级班级学生姓名指导教师土木工程毕业设计（论文）开题报告题目名称包家山隧道主体结构暨施工设计学生姓名专业班级学号一、选题的目的和意义：公路隧道既是道路构造物，又是地下工程，涉及多个学科，属复合技术。为了保持国民经济的持续、快速、健康发展，为了扩大内需，加快基础设施建设，我国加大了对公路建设的投入，公路建设又迎来了个春天。因此，今后索道修建将会越来越多。通过本次设计，能很好地巩固大学四年来所学的各个方面知识，培养自己思考能力和动手能力，并将所学的书本知识很好的联系到实际的设计操作中去，对隧道建设的整个过程及需要注意的事项有必要的认识，为以后走上工作岗位奠定良好的实践

2、基础。21世纪是地下空间作为资源加以大力开发的利用的世纪，是隧道和地下工程大力发展的世纪。隧道发展是解决地面交通紧张，土地资源保护的有力措施，从而满足交通，保护环境，使城市成为人与自然相和谐。隧道的开发与利用可以大大缩短行车路程，提高行车效率。同时，隧道的建设环境也是多方面的，在山岭地带，可以克服高程障碍、缩短行程、节约燃料、节省时间、改变道路线形，使行车更加舒适、减少植被破坏、保护生态环境；还可以克服塌方、雪崩、泥石流等地质灾害对行车造成的影响。隧道的建设过程也同样不受地面环境的影响，而且适合各种地形，所以隧道的发展是广阔的。二、国内外研究现状简述：隧道及地下工程是我国建设领域的基础工程，也

3、是土木工程的重要研究领域。目前我国已经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、全断面法等等。这里新奥法是采用最多的方法，其全名为新奥地利隧道施工方法。在上世纪50年代由奥地利学者提出的，之后在世界各地广泛应用。但是目前我国隧道的建设还有许多应该解决的问题，如地下空间的开发与利用还属粗放型；总体装配水平低，配套设备的国产能力低，施工效率低，环境差；施工超前地质预报水平低，不良地质条件的综合技术水平不咼等不利因素。但随着世界大环境的技术条件的

4、日渐强大，这些问题将在不久的将来得到满意的答复！三、毕业设计（论文）主要内容概述区域地质地貌、地质水文、自然环境条件、气象条件、工程设计原则概述。隧道主体结构设计主要包括洞门类型选择，洞身平面、纵断面、横断面设计，围岩压力计算与支护类型选择，衬砌结构计算。施工设计主要内容有：主要施工方法、工序及工艺（包括开挖方法、爆破、出渣运输、超前支护、喷射混凝土、锚杆、钢架、二次衬砌等）。四、毕业设计（论文）所采用的研究方法和手段：依据公路隧道设计技术规范，根据设计隧道的工程环境、施工要求及相应的水文地质条件，拟定隧道的洞门类型及平、纵、横断面；根据隧道埋深以及岩体类型，计算隧道围岩压力；根据围岩类型及围

5、岩压力，进行隧道支护类型设计；根据工程环境和围岩地质条件对隧道选择不同施工方法、初期支护、二次衬砌以及其他防护措施等。依据公路隧道施工技术规范、公路隧道施工技术细则及具体工程地质环境和气象条件采取经济、合理安全的施工方法和工艺。努力做到依靠科技、精心组织、合理安排，实现施工质量与造价在保证工期和安全施工的前提下的最佳解决方法。五、毕业设计（论文）进度安排（按周说明）：1、第7周搜集相关参考资料和文献，撰写开题报告。2、第8周查看所选资料，了解相关知识，准备开始毕业设计。3、第9周撰写设计绪论、隧道工程概况和工程依据。4、第10周隧道断面布置与围岩压力计算。5、第11周中期报告撰写与衬砌支护设计

6、。5、12-14周隧道衬砌结构计算、验算及结构内力图绘制。6、15-16周主要工程项目施工设计。7、第17周计算书与图纸修改、打印、装订，准备答辩。六、主要参考文献与资料获得情况：重庆交通科研设计院主编公路隧道设计规范(JTGD70-2004)北京：人民交通出版社2004.中交第一公路工程局有限公司主编公路隧道施工技术规范(JTGF60-2009)北京：人民交通出版社2009.中交第一公路工程局有限公司主编公路隧道施工技术细则(JTG/TF60-2009)北京：人民交通出版社2009.中建标公路委员会主编公路工程技术标准(JTGB01-2003)北京：人民交通出版社2003.原国家冶金工业局主

7、编锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB50086-2001)北京：中国计划出版社2001.贺永年，刘志强主编隧道工程徐州：中国矿业大学出版社2002.夏永旭，王永东主编隧道结构力学计算北京：人民交通出版社2004.张向东主编隧道力学徐州：中国矿业大学出版社2010.关宝树主编隧道及地下工程喷混凝土支护技术北京：人民交通出版社2009.徐干成，白洪才主编地下工程支护结构北京：中国水利水电出版社2001.霍润科主编隧道与地下工程北京：中国建筑工业出版社2011.钱东升主编公路隧道施工技术北京：人民交通出版社2003.关宝树主编隧道工程施工要点集北京：人民交通出版社2003.杨小林主编地下工程爆破武汉：

8、武汉理工大学出版社2009.戴俊主编爆破工程北京：机械工业出版社2009.程康，祝文化，王清华主编岩土开挖工程爆破武汉：武汉理工大学出版社2008.七、指导教师审批意见(对选题的可行性、研究方法、进度安排作出评价，对是否开题作出决定)：指导教师：(签名)年月日河南理工大学本科毕业设计（论文）中期检查 VII本科毕业设计（论文）中期检査专业名称：土木工程学院年级班级：学生姓名：指导教师：河南理工大学土木工程学院二O二年五月十日河南理工大学本科毕业设计（论文）中期检查表指导教师：职称：所在系部（单位）：土木工程学院教研室（研究室）：题目包家山隧道主体结构与施工设计学生姓名专业班级学号一、选题质量1

9、、有关隧道设计与施工的毕业设计应该理论联系实际，注重现实意义。隧道设计施工是土木工程专业岩土方向的重要实践性环节。我们能够在完成隧道设计与施工组织基础上，加深对隧道工程的认识，初步掌握隧道的隧道定位、隧道几何设计、隧道结构设计、隧道施工组织设计的方法，通过此次设计，做到将所学的知识融会贯通，达到综合训练的要求。2、本次选题题目难度适中，所选的题目符合土木工程专业培养目标和教学基本要求,在复习土木专业基础知识的基础上，将难度有所提咼，做到题目具有先进性和一定的完整性，尽可能反映隧道设计施工的新技术,新理论，新方法,力求结合生产，科研任务进行。3、本次隧道的毕业设计计划定于四五两个月份完成，设计内

10、容主要分隧道的设计与施工。在设计方面，计算量很大，包括洞口洞门设计，稳定性验算如抗滑稳定性，抗倾覆验算，强度验算，围岩应力验算，衬砌选择等；而施工方面主要根据隧道所处的地理位置和地质环境进行施工的规划和安排。4、我国近年来，加大力度投资基础设施建设，包括道路方面的建设。做好隧道的施工与设计对我国的经济社会发展会起到很大的促进作用。冋时，在科研上合理的创新设计也会给隧道的施工带来很大方便，比如缩短工期，加强隧道施工的机械化进程等。此次选择隧道的设计与施工课题，不仅能提升自己独立完成设计的能力，冋时也能通过不断学习，吸收更多本专业的知识，对我们以后走上工作岗位服务社会具有很大帮助。二、开题报告完成

11、情况本次设计时间已将过半，自己对隧道设计有了初步的认识。开题报告有关选题的目的和意义、国内外研究综述毕业设计（论文）所用的主要技术与方法、主要参考文献与资料获得情况已基本完成。河南理工大学本科毕业设计（论文）摘要 VIII摘要本设计对包家山隧道的主体结构及主要工程项目的施工进行了设计，内容主要包括：对隧道平面、纵断面、横断面的设计以满足经济、合理、安全、施工容易等要求；在考虑尽量少刷坡和隧道“早进洞、晚出洞”的原则确定洞门位置；根据隧道进出口地形和工程地质条件，结合开挖边仰坡的稳定性及洞口防排水需要，选用经济、美观并有利于视线诱导的洞门形式；采用假定抗力图形法，考虑弹性反力作用，对隧道衬砌结构

12、设计和计算以保证衬砌能够满足围岩压力的要求；选择合适隧道施工工艺使之满足本隧道围岩节理发育、围岩不稳定易发生变形等要求；在开挖过程中，采用光面爆破技术，并进行科学管理。关键词：隧道；主体结构；施工；设计河南理工大学本科毕业设计（论文）Abstract IXAbstractThedesigndesignthemajorstructureandtheconstructionofmainengineeringofBaojiashantunnel,thecontentmainlyincludes:Planeofthetunnel,verticalsectionofthetunnel,crosssect

13、ionofthetunneldesigntomeettheneedsoftheeconomy,areasonable,safe,easyconstruction,etc.Brushaslittleaspossibleinconsideringtheslopeandtunnelgettinginthetunnelportalasearlyaspossibleandgettingoutthetunnelportalaslateaspossibleprincipletodeterminethelocationofportal;.importandexportunderthetunnelandengi

14、neeringgeologicalconditionsoftheterrain,combinedwiththeexcavationsideslopestabilityandYangdrainageholesneedtochoosetheeconomic,aestheticandconducivetotheformofattention-inducedportal;Usingputativeresistancegraphicmethod,inconsiderationoftheelasticforce,structuraldesignoftunnelliningandcalculationtoe

15、nsuretheliningtomeettherequirementsofpressureofsurroundingrockChoosingtherighttunnelconstructioncrafttomeetthejointdevelopmentoftunnelsurroundingrock,rockdeformationpronetoinstability,etc;Intheexcavationprocess,smoothexplodingwillbeused，andscientificmanagementwillbeanecessarystep.Keywords:tunnel;maj

16、orstructure;construction;design河南理工大学本科毕业设计（论文）目录 XIII目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 第一章工程概况1 HYPERLINK l bookmark10 1.1地理位置1 HYPERLINK l bookmark12 1.2地形地貌1 HYPERLINK l bookmark14 1.3隧道地质1 HYPERLINK l bookmark16 1.4气候气象2 HYPERLINK l bookmark18 1.5主要技术标准2 HYPERLINK l bookmark22 1.6设计依据3 HYPER

17、LINK l bookmark24 第二章总体设计4 HYPERLINK l bookmark26 2.1平面设计4 HYPERLINK l bookmark28 2.2纵断面设计4 HYPERLINK l bookmark30 2.3横断面设计5 HYPERLINK l bookmark32 2.3.1建筑限界5 HYPERLINK l bookmark36 2.3.2紧急停车带6 HYPERLINK l bookmark40 2.3.3横向通道6 HYPERLINK l bookmark42 2.3.4内轮廓设计7 HYPERLINK l bookmark44 2.4洞门、明洞设计7 HY

18、PERLINK l bookmark46 洞口设计7 HYPERLINK l bookmark48 洞门设计8 HYPERLINK l bookmark50 明洞设计9 HYPERLINK l bookmark70 2.5建筑材料10 HYPERLINK l bookmark72 第三章围岩压力计算11 HYPERLINK l bookmark74 3.1埋深类型判断11 HYPERLINK l bookmark94 3.2围岩压力计算12 HYPERLINK l bookmark114 第四章衬砌设计134.1预支护设计13超前锚杆设计13 HYPERLINK l bookmark116 小

19、导管注浆设计14 HYPERLINK l bookmark118 管棚设计14 HYPERLINK l bookmark120 4.2初期支护设计14 HYPERLINK l bookmark122 喷射混凝土支护设计15 HYPERLINK l bookmark152 锚杆支护设计16 HYPERLINK l bookmark188 4.3二次衬砌设计20 HYPERLINK l bookmark190 第5章衬砌结构计算21 HYPERLINK l bookmark192 5.1设计基本资料21 HYPERLINK l bookmark194 岩体特性21 HYPERLINK l book

20、mark196 衬砌材料21 HYPERLINK l bookmark198 结构尺寸21 HYPERLINK l bookmark202 5.2主动荷载计算215.3分块图绘制225.4半拱轴线长度计算22 HYPERLINK l bookmark204 5.5几何要素计算23各截面与竖轴的夹角23各截面的中心坐标23 HYPERLINK l bookmark210 5.6单位位移计算24 HYPERLINK l bookmark216 5.7主动荷载位移计算26 HYPERLINK l bookmark218 衬砌每一块上的作用力26 HYPERLINK l bookmark228 主动荷

21、载内力26 HYPERLINK l bookmark208 主动荷载位移28 HYPERLINK l bookmark240 墙底位移计算29 HYPERLINK l bookmark250 5.8解主动荷载力法方程29 HYPERLINK l bookmark272 5.9截面内力计算及校核30 HYPERLINK l bookmark276 5.10单位弹性反力变位计算31 HYPERLINK l bookmark278 各截面弹性反力强度31 HYPERLINK l bookmark294 弹性反力集中力31 HYPERLINK l bookmark300 弹性反力作用下的结构内力32

22、HYPERLINK l bookmark309 弹性反力产生的荷载位移32 HYPERLINK l bookmark319 5.11解单位弹性反力力法方程33 HYPERLINK l bookmark341 5.12最大弹性反力35 HYPERLINK l bookmark355 5.13多余力计算35 HYPERLINK l bookmark361 5.14总内力计算与校核36 HYPERLINK l bookmark363 衬砌各截面内力36 HYPERLINK l bookmark369 校核计算精度36 HYPERLINK l bookmark383 5.15内力图绘制37 HYPER

23、LINK l bookmark385 5.16强度验算38 HYPERLINK l bookmark397 第六章洞口、洞身工程施工39 HYPERLINK l bookmark399 6.1洞口工程39 HYPERLINK l bookmark401 整体方案39 HYPERLINK l bookmark403 洞口施工各项要求39 HYPERLINK l bookmark405 截水沟施工40 HYPERLINK l bookmark407 临时防护40 HYPERLINK l bookmark409 6.2洞身工程40 HYPERLINK l bookmark411 整体方案40 HYP

24、ERLINK l bookmark413 开挖方法41 HYPERLINK l bookmark415 装岩运输41 HYPERLINK l bookmark417 6.3钻爆设计42 HYPERLINK l bookmark419 爆破施工工艺42 HYPERLINK l bookmark421 爆破参数44 HYPERLINK l bookmark425 爆破设计图46 HYPERLINK l bookmark427 质量检验标准48 HYPERLINK l bookmark429 第七章衬砌支护施工49 HYPERLINK l bookmark431 7.1预支护施工49 HYPERLI

25、NK l bookmark433 超前小导管预注浆49 HYPERLINK l bookmark435 超前锚杆50 HYPERLINK l bookmark437 超前管棚支护施工507.2初期支护施工51 HYPERLINK l bookmark439 锚杆51 HYPERLINK l bookmark441 挂网52 HYPERLINK l bookmark443 喷射混凝土52 HYPERLINK l bookmark445 拱架53 HYPERLINK l bookmark447 7.3仰拱及二次衬砌施工53 HYPERLINK l bookmark449 仰拱施工53 HYPERL

26、INK l bookmark451 二次衬砌施工54 HYPERLINK l bookmark453 第八章结论56 HYPERLINK l bookmark455 参考文献57 HYPERLINK l bookmark457 致谢58河南理工大学本科毕业设计（论文）第一章工程概况 第一章工程概况1.1地理位置小河至安康高速公路为国家高速公路规划网包头茂名线陕西省境内重要组成部分，起点位于旬阳县小河镇坪槐村，与西部开发省际公路通道柞水至小河段相接，终点位于安康市五里镇尹家营，与拟建的安康至紫阳段高速公路相接。是陕西省规划的“米”字型公路主骨架中南北向的重要经济干线，属陕西省生产力布局和经济建设

27、的主轴线之一。包家山特长隧道位于小康高速公路的咽喉部位，起止里程为ZK151+675ZK162+850（YK151+650YK162+845）,长约11.2km，划分为10、11、12三个标段。是最艰巨的工程地段之一。该隧道进口位于旬阳县桐木沟，出口位于汉滨区茨沟镇路家沟口，穿越了南秦岭山脉的青山和玉皇山两道山峰，地形崎岖，地势险要，山高沟深，植被茂密，地质构造复杂，地层岩性多变，工程施工难度大。1.2地形地貌包家山隧道位于旬阳县桐木乡与汉滨区茨沟镇交界的玉皇山分水岭地带。隧道横穿南秦岭山脉，以少土多石的山区为主。旬阳县桐木沟沟床最低，海拔534.8m，玉皇山主峰最高，海拔1371.5m,区内

28、海拔一般在5001500m之间。隧道南口柴家河一带最低高程为677.4m，向北至分水岭玉皇山，高程为1361m，相对高差约684.6m；隧道北口桐木乡一带最低高程为539.70m左右，向南至青山梁最高高程为1240.2m，相对高差约700.5m；隧道洞身中部有麻坪河通过，地势相对较低，高程为896.8m，与两侧玉皇山、青山相对高差为464.2m和343.4m。1.3隧道地质隧址所在地质构造单元属于秦岭褶皱系南秦岭留坝白河褶皱带，隧道穿越的的山岭位于复式向斜的南翼，地层总体上向北（起点方向）倾斜；区域主要构造线以北西南东向延伸，与路线走向大角度交叉。隧道轴线横穿的主要断裂是麻坪河断裂。地层主要是

29、古生界泥盆系中统大枫沟组（D2d）、石家沟组（D2s）和志留系下统梅子垭组（S1m）；区内地下水赋存的主要形式为构造裂隙水和岩溶水，地下水水质良好，对混凝土无侵蚀性。隧道围岩均为浅变质岩类，根据岩石构造和力学性质不同主要有千枚状软质岩类，片状半坚硬岩类和板状层状硬质岩类。其中以片岩、千枚岩为主，由于受区域构造的影响，岩石节理裂隙发育，部分地段糜棱岩化，岩体相对破碎。由于受区域构造影响，隧道区地质构造相对发育，沿隧道共发现断层37条，其中主要断层有13条；主要的褶皱构造有三组，分别为K151+700K152+500地段、K153+100K153+490地段及K161+200K161+900地段；

30、已发现的岩溶异常区有17处，包家山隧道围岩级别划分见表1-1。表1-1围岩级别划分表围岩级别VIVIII合计右线长度（m）6855782472811195百分比6.0%51.7%42.2%左线长度（m）7405588487211200百分比6.4%50.0%43.6%合计长度（m）142511370960022395百分比6.3%50.8%42.9%1.4气候气象受地势影响,南秦岭属海拔1000m左右的中高山区，为温带半湿润一湿润季风气候，由于受山地垂向变化的影响，气候差异也较大，区内气候为凉亚热带山地气候，1月份平均气温0.6C,7月份平均气温23.7C，年平均气温12.2C，极端最高气温3

31、7.4C,极端最低气温-12.6C。早霜期始于10月下旬，晚霜终于3月下旬，无霜期225天，年降水量800950mm，雨季一般集中在7月至9月，具春寒、伏旱、夏洪、秋涝的特点。降雪期为11月至翌年2月，积雪厚度一般24cm，最大18cm。高山区气候阴湿，中低山区雨量充沛。1.5主要技术标准1）公路等级：高速公路（2）设计行车速度：80km/h3）路基净宽：12.5米4）隧道净宽：净-10.25米（5）隧道净高：净-5.0m（6）设计荷载：公路-I级河南理工大学本科毕业设计(论文)第一章工程概况 1.6设计依据公路隧道设计规范(JTGD70-2004)；公路隧道施工技术规范(JTGF60-200

32、9)；公路隧道施工技术细则(JTG/TF60-2009)；公路工程技术标准(JTGB01-2003)；锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB50086-2001)；隧道工程贺永年刘志强主编中国矿业大学出版社；隧道结构力学计算夏永旭王永东主编人民交通出版社。河南理工大学本科毕业设计(论文)第二章总体设计 第二章总体设计2.1平面设计由公路隧道设计规范(JTGD70-2004)4.3.5(P17)知，隧道洞口内外各3s设计速度行程长度范围的平面线形应一致。对于该隧道3s设计速度行程为66.7m,结合该隧道洞口外公路线形，对洞口处平面线形做如下设计：该隧道上行线进口位于曲线半径R=1100米的圆曲线上，进

33、口段曲线长度460米；出口位于曲线半径R=6000米的圆曲线上，出口段曲线长度480米。下行线进口位于曲线半径R=4000米的圆曲线上，进口段曲线长度100米；出口位于曲线半径R=1240米的圆曲线上，出口段曲线长度595米。由公路隧道设计规范(JTGD70-2004)4.3.1(P137)知，隧道平面线形一般希望设计成直线，这主要是基于两点理由：取直线于通风有利，如果曲线尤其小曲线半径，通风阻力增大，对自然通风不利，同时会增大机械通风量；其二，如果隧道取较小半径曲线，通常需设置超高和加宽，这将是施工变得复杂，断面不统一以及它们的相互过渡都给施工增加了难度。直线隧道通风能力好，测量、衬砌内装比

34、较简单，不会产生视距问题，施工方便，因此，工程的施工难度较小、造价低，工程中应优先采用。通过包家山隧道的地质报告了解到包家山隧道处于III、IV、V类围岩中，围岩稳定性较差，本身施工难度已较大。由于直线隧道方案在施工难度、工程投资和工期上较有优势，通过对隧道处路线平面线形的优化，因此，洞内部分能采用直线优先采用直线形式。对于由于地质条件限制，而不能采取直线的区段，在满足最小圆曲线半径以及停车视距和上、下行最小间距要求条件下，选用合适的曲线。对于长距离直线线形易产生的视觉疲劳问题，结合终南山隧道及其他既有长大隧道设计为直线线形的经验，可以在隧道内每隔一定距离设一个特殊灯光段，人为把隧道分成几截，

35、给司机以出了洞又进洞的感觉，从而消除长距离直线的弊端。2.2纵断面设计隧道内的纵坡形式，根据公路隧道设计规范(JTGD70-2004)4.3.3(P16)，可设置单面坡和人字坡两种。隧道内纵面线应考虑行车安全性，营运通风规模、施工作业效率和排水要求。隧道纵坡不应小于0.3%，一般情况下不应大于3%，当受地形等条件限制时，高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大，但不宜大于4%。当采用较大纵坡时，必须对行车安全性、通风设备和营运费用、施工效率的影响等做充分的技术、经济综合论证。根据公路隧道设计规范(JTGD70-2004)4.3.4(P16),隧道内的纵坡形式，一般宜采用单向坡；地下水发育的长隧

36、道、特长隧道可采用双向坡。如果采用双向坡，其竖曲线半径应尽量采用较大值，以提高行驶安全性、舒适性。综合以上所述，本隧道属于特长隧道，且本区域内断层透水导水较好，麻坪河水潜伏地下，形成岩溶裂隙水，各断层穿越隧道且与岩溶连通，对隧道有较大影响。所以选择人字坡可避免施工过程中的逆向排水现象，综合考虑隧道的地形、地址、围岩情况及洞口位置和施工的便宜性，将变坡点设置在玉皇山分水岭附近，以尽可能地避过不良地质段。最后，得出隧道纵断面设计方案为：隧道进口设计高程550m,出口设计高程693m；线路纵断面为人字坡，上、下行线线路最大坡度均为1.95%，上行线变坡点K159+543.256，下行变坡点K159+

37、500；上行线坡度/坡长为+1.949%/7893.256和-0.4%/3301.744，下行线坡度/坡长为+1.95%/7825和-0.4%/3350。2.3横断面设计2.3.1建筑限界本公路设计等级为高速公路双向四车道，由公路隧道设计规范(JTGD70-2004)4.3.2(P16)有：高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的独立双洞。对于III、IV、V类围岩，分离式独立双洞间的最小净距分别为2.0B、2.5B、3.5B(B为隧道开挖断面的宽度)。图.2-1隧道建筑限界位:cm)河南理工大学本科毕业设计（论文）第二章总体设计 本高速公路位于秦岭山区，取设计时速为V二80kmh，则建

38、筑限界高度H=5.0m。且当V二80kmh时，检修道J的宽度不宜小于0.75m,取J二J二0.75m，检修道高k左左度h=0.5m。设检修道时，不设余宽，即：C=0。取行车道宽度W=3.75mX2=7.5m,侧向宽度为：L=0.5m，L=0.75m建筑限界顶角宽度为：E=0.5m，E=0.75m，LRLR具体建筑限界如图2-1所示。紧急停车带本隧道起止里程为ZK151+675ZK162+850（YK151+650YK162+845），长约11.2km，为特长隧道，故需设紧急停车带。以在行车方向的右侧设置紧急停车带。紧急停车带的设置间距取700m，停车带的路面横坡取为水平。紧急停车带的建筑限界、

39、宽度和长度见图2.2所示。图2-2紧急停车带建筑限界、宽度、长度（单位：cm）2.3.3横向通道由公路隧道设计规范（JTGD70-2004）4.4.6（P19）有：上、下行分离式独立双洞的公路隧道之间应设置横向通道。本隧道长11.2km，可每隔750m设一处车行横通道,在两个车行横通道之间设置两处人行横通道。行车横洞与行车方向夹角为60，两端与路缘带顺坡，并设置半径不小于5米的转弯喇叭口；行人横洞与行车方向夹角为90，其底面与检修道盖板顶面平齐。横通道的断面建筑限界如图2.3所示。）车行横通道图2.3横通道2的断面通道的界断面建筑限界（单位：cm） 河南理工大学本科毕业设计（论文）第二章总体设

40、计内轮廓设计根据建筑限界，利用三心圆，得出各断面内轮廓如下图：IIII隧道中心线E急;中车线图2-4隧道正常断面正轮面图轮单位:单m）：cm）图2-5隧道紧急霹带内轮廓图（单位:cm）：皿2.4洞门、明洞设计结合隧道进出口地形、地貌、工程地质和水文地质条件，并考虑到施工开挖边坡的稳定性，本着“早进晚出”、“少开挖”的原则，确定隧道进出口位置、明洞形式，洞门形式的选择力求结构简单，并与洞口地形、地貌协调一致。2.4.1洞口设计（1）洞口位置选择由公路隧道设计规范（JTGD70-2004）7.1.1（P31）,洞口位置应根据地形、地质条件，同时结合环境保护、洞外有关工程以及施工条件、营运要求，通过

41、技术、经济比较确定。根据包家山隧道实际情况，将隧道进口选择在青山高程550m处，靠近东侧山坡边缘处。出口选择在玉皇山高程693m的山脊两侧。（2）洞口形式确定根据洞口所处位置的地形地质条件，进口采用坡面正交型这是一种隧道轴线与坡面正交的形式，最为理想；出口采用山脊突出部进入型山脊突出部一般是稳定的，但山脊突出部的背后侧可能存在断层。隧道进洞口及出洞口见图2-6及2-7。河南理工大学本科毕业设计(论文)第二章总体设计 图2-6隧道进洞口图2-7隧道出洞口2.4.2洞门设计设计原则洞门宜与隧道轴线正交，洞门构造及基础设置应遵循下列规则：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

42、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不小于0.5。洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、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。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。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；地基为冻胀土层时，应进行防冻胀处理。基底埋置深度应大于墙边各沟、槽基底的埋置深度。松软地基上的基础，可采取加固基础措施。洞门结构应满足抗震要求。洞门类型确定小康高速整体设计、施工理念在保证工程建设质量与进度的同时，小康高速公路管理处将

43、“保护好生态环境”作为“第一追求”，将“恢复好生态环境”作为施工的“第一原则”，将“科技创新促进生态环保”作为建设的“第一动力”，将实现“自然环境原生态”作为验收的“第一关口”，明确提出了“零开挖”进洞的施工理念，并确定了不同的进洞方案。隧道洞门设计以绿化美化自然和谐为主、无大型构造物，隧道施工采取“零进洞”，贯彻“无洞门理念”，避免大开挖。隧道洞门类型确定隧道进口位于浅层滑坡内，地形上陡下缓，而且滑面在洞口附近切入到隧道洞室内，围岩稳定性差。出口处围岩分级为V级，区域岩质稳定、地形开阔。结合小康高速的整体设计、施工理念中的“零进洞、无洞门”理念，经综合分析采用融入“无洞门”理念具有简洁明朗、

44、有利于隧道洞口的环保、与周围景观十分和谐，给驾驶员以舒适的感觉等特点的削竹式洞门。洞门形式如图2.8所示。由于隧道采用明洞出洞，洞门上部无回填土石，荷载较小，且对洞门下部地基进行了土石置换，灰土回填夯实处理加固，地基承载力较好，故明洞洞门按照构造要求设计，不需进行洞门计算及验算。图2.28-8削削竹竹式式洞洞门门2.4.3明洞设计(1)明洞基本参数设置进口位于浅层滑坡内，地形上陡下缓，而且滑面在洞口附近切入到隧道洞室内，围岩稳定性差，隧道上覆地层厚度很薄。但该处地形平缓，地势开阔，便于施工场地的布置。因此，考虑到支护和施工上的便利，左、右洞洞口段均设置明洞。出口段围岩级别为V级，虽地形较陡，但

45、为了保持洞口的自然环境，同时防止洞口仰坡对隧道洞口造成危害，可将隧道延伸至天然地表以外，以明洞方式接长隧道。由于明洞围岩级别较差，垂直压力和侧压力较大，故采用拱式明洞，并加设仰拱，明洞内轮廓线与暗洞内轮廓线一致。衬砌厚度设为30cm。衬砌材料采用钢筋混凝土结构，C25级混凝土，直径25mmH级钢筋。明洞边墙用5#浆砌片石回填，拱部用挖方土回填，以利于排水。明洞断面同隧道断面，明洞采用全断面整体式钢筋混凝土衬砌，考虑到环境保护的要求，边、仰坡采用空心植草、锚喷混凝土等防护措施确保安全。断面如图2.4所示。(2)明洞长度确定坍落拱高度按下式计算：h=0.45x2s-ixh+i(B-5)(2-1)S

46、围岩级别；B隧道宽度(m)；1+i(B-5)=1+0.1x(12.5-5)=1.75以B=5m为基准，B每增减lm时的围岩压力增减率，当Bv5m,取二1+i(B-5)=0.2；当B5m，取B=0.1；进口段为IV级围岩h=0.45x24-1xh+0.1x(11.465)=5.9256m当埋深Hh时，即为超浅埋隧道。设洞口段xm处埋深为h,斜坡坡度为10pp25，进口段路面纵坡为1.95%，则有xtan20-xl.95%二5.9256x=17.2021m进口段明洞长度确定为17.2021m。出口段为V级围岩h=0.45x25-1x1+0.1x(11.46-5)=11.8512m当埋深Hh时，即为

47、超浅埋隧道。设洞口段xm处埋深为h，斜坡坡度为60pp70，路面纵坡为0.4%，则有xtan70-x0.4%=10.98x=4.3198m另设外接明洞2m,故出口明洞总长度确定为6.3198m。2.5建筑材料根据公路隧道设计规范，所选取的建筑材料如下：(1)明洞衬砌，钢筋混凝土二次衬砌及洞内沟管采用C25混凝土，素混凝土二次衬砌采用C20混凝土，初期支护采用C20喷射混凝土，仰拱回填采用C10混凝土。(1)直径d5m时，取i=0.1.1+0.1x(11.46-5)=5.9256m对IV级围岩：h=h=0.45x24-1xq在矿山法施工条件下，IV-VI级围岩取H=2.5h，I-III类围岩取H

48、=2h，即pqpqH=2.5h=14.814mpq根据包家山隧道工程地质横断面图，按式（3-5）、式（3-6）判断W级围岩区的隧道最大埋深高度h和最小埋深高度h，MAXMINh=h-h-h（3-5）MAX地面高程设计高程隧道净空高h=h-h-h（3-6）MIN地面高程设计高程隧道净空高然后，选取两者的平均值h来加以判断，青山段：(539.7-550-8.506)+(1240.2-594-8.506)=309444h+hh=MINMAX=玉皇山段：h+hh=MINMAX22=(677.4-693一&45)+(1361一706.4-&45)=310.994则有：hh，该隧道为深埋隧道。3.2围岩压

49、力计算围岩压力计算仍以w级围岩为例进行计算。由公路隧道设计规范6.2.3(P29),IV-VI级围岩中深埋隧道的围岩压力为松散荷载时，其垂直均布压力及水平均布压力可按下列公式计算：考虑公式适用条件：-=8506=0.74221.7B11.46其中：H隧道开挖高度(m)；B隧道开挖宽度(m)。满足条件，故可以用以下公式计算。隧道支护结构的垂直均布压力：q=yh(3-7)h=0.45x2s-1w(3_8)式中：q垂直均布压力(kN：m2)；丫围岩重度(kNrm2)；s围岩级别；w宽度影响系数，w=1+i(B-5)；B隧道宽度(m)；iB每增减1m时的围岩压力增减率，以B=5m的围岩垂直均布应力为准

50、，当B5m时，取i=0.1。取s=4、y=23kNm2:w=1+i(B-5)=1+0.1x(11.46-5)=1.646，q=yh=23x0.45x2(4-1)x1.646=136.2888(KN)，水平均布围岩压力：e=(0.150.3)q，取e=0.3q=0.3x136.2888=40.88664(KN)。河南理工大学本科毕业设计(论文)第四章衬砌设计 #第四章衬砌设计4.1预支护设计预支护指预先设于隧道轮廓线以外一定范围内的支护或与开挖面后方的支护的共同组成的支护系统，是有效的辅助施工措施。可以在隧道开挖后至洞顶支护结构产生支护作用前的时段内，支承临空的岩体，从而维持开挖面的围岩稳定。包

51、家山隧道预支护选用超前锚杆，小导管注浆及管棚，详见表4-1。表4-1预支护类型类型适用条件技术要求超前锚杆IIIIV级围岩，开挖临空面后的数小时内可能剥落或局部坍塌的岩块沿拱上部的纵向或沿拱脚附近的横向设砂浆锚杆小导管注浆V级围岩自稳能力很低沿拱上部的纵向或沿拱脚附近的横向设4250mm，长35m花管，管内注浆管棚V级及以上围岩，无自稳能力沿隧道外缘设三80mm，长L10m的花管，管内注浆，管外端支于钢架上超前锚杆设计超前锚杆又称斜锚杆，是沿隧道纵向在拱上轮廓线外一定范围内向前上方斜插角，或者沿隧道横向在拱脚附近以下方倾斜一定外插角的密排沙浆锚杆。前者为拱部超前锚杆，后者称为边墙超前锚杆。拱部

52、超前锚杆用支托拱上部临空面的围岩，起插板作用。边墙超前锚杆在我们采用的先拱后墙法开挖边墙的过程中，将起拱线附近岩体所承受的较大拱部荷载传递至深部围岩，从而提高了施工中的围岩稳定性。超前锚杆设计锚杆参数按经验选取：锚杆直径：III级围岩为1822mm,W级围岩为2024mm。锚杆长度：一般为35m,与钻孔机具的钻眼能力和开挖工序循环进尺相配合，拱部超前锚杆纵向两排之间应重叠1m以上的水平搭接段。锚杆间距：III级围岩为4060cm,W级围岩为3050mm。锚杆外插角：III级围岩拱部为530,IV级围岩拱部1020；边墙为1030。填充砂浆标号200号，并选用早强砂浆。 河南理工大学本科毕业设计

53、(论文)第四章衬砌设计4.1.2小导管注浆设计小导管是沿隧道纵向在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜一定角度，或者沿隧道横向在拱脚附近向下方倾斜一定角度的密排注浆花管。注浆花管的外露端通常支于开挖面后方的格栅钢架上，共同组成预支护系统。注浆小导管既能加固洞壁一定范围内的围岩，又能支托围岩其支护刚度和预支护效果均大于超前锚杆。对于我们隧道施工中可能碰到的砂土层、砂卵(砾)石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋段等地段很有帮助。小导管注浆设计锚杆参数按经验选取，小导管直径：小导管用4250mm热轧无缝钢管加工制成，长度35m。小导管构造：小导管前部应钻注浆孔。孔径为68mm,孔间距1020cm,并呈

54、梅花形布置。前端加固成锥形，尾部长度不小于30cm，作为不钻注浆孔的预留止浆段。小导管注浆参数按以下选取：压注浆泥砂浆水灰比w/c0.51.0。当围岩破碎，岩体止浆效果不好时，同样可以采用水泥水玻璃双液注浆。注浆压力控制在0.51.0MPa,必要时在孔口设止浆塞；小导管环向设置间距一般为2050cm,外插角1030。两组小导管间纵向水平搭接长度不小于100cm。4.1.3管棚设计管棚是将钢花管安插在已钻好的孔中，沿隧道开挖轮廓线外排列形成的钢管棚，管内注浆，必要时还可加钢筋笼，并与强有力的型钢钢架组合成预支护系统以支承和加固自稳能力极低的围岩，对防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌等有显著的效果。导

55、管参数按经验选取：导管为热轧无缝钢管，外径80180mm,长度为1045m,分段安装，分段长度为46m,两段之间用“V”型对焊或丝扣连接；导管上须钻注浆孔，孔径为1016mm，孔间距为1520cm，呈梅花型布置。导管的尾部留有不钻孔的止浆段；导管中可以增设钢筋笼,以提高导管的抗弯能力。与管棚配合使用的钢架,可采用钢轨、H型钢及钢管的加工而成。4.2初期支护设计初期支护指锚杆喷射混凝土支护，在包家山隧道中采用了钢筋网和钢架配合支护。河南理工大学本科毕业设计（论文）第四章衬砌设计 4.2.1喷射混凝土支护设计（1）喷射混凝土支护设计厚度的计算对于喷层的抗局部冲切破坏或粘结破坏的计算如下A.按冲切破

56、坏计算喷层厚度d,1可按式(4-1)计算GKd=1uRL4-1)式中，Gkg；不稳定岩块重力喷射混凝土设计抗拉强度，MPaRLu不稳定岩块露出面周边长度，cmK安全系数，取2.5。根据包家山隧道的具体情况计算，IV类围岩分布区：JGK272430 x2.5”心d=14.93cmiuR4560 x10L其中，G=272.43MPa，R=10MPa，u=4.56m，K=2.5。LIII类围岩分布区的情况按构造设计。B.按粘结破坏计算喷层厚度d,可按式（4-2）计算。2GKd=2uRn4-2)式中：R喷层与岩面间的粘结强度，MPa；n其他符号意义同前。同样根据包家山隧道隧道的具体情况计算，GK272

57、430 x2.5IV级围岩分布区：d=4.98cm2uR4560 x30n其中，G=272.43MPa，R=30MPa，u=4.56m，K=2.5。nIII级围岩分布区的情况按构造设计。所以得出结论：喷射混凝土与岩石的粘结强度，与岩体强度、岩面粗糙及洁净程度等有关，一般情况是RR，在硬岩中，粘结强度能满足要求，当喷层厚度V100mmLn时，多为冲切破坏；当喷层厚度100mm时，粘结强度较低时，喷层可能为粘结破坏。（2）钢筋网喷射混凝土支护设计包家山隧道施工的特殊地段，必须考虑架设钢筋网来辅助支护。钢筋网可提高喷射混凝土的抗剪和粘结强度，有利于抵抗岩石塌落和承受冲击荷载，能提高喷层的整体性，使其

58、应力分布均匀，从而减少混凝土的收缩和喷层裂缝。在变形大而自稳性差的软弱围岩的混凝土喷层中，应设置12层钢筋网。当隧道掘进遇到喷层与土砂层一起剥落时,此时可以安设防剥落钢筋的网眼较密的钢筋网效果会很好。钢筋网喷射混凝土支护设计应符合下列要求：A、钢筋网喷射混凝土的厚度不应小于100mm，且不能大于250mm；B、钢筋网按构造要求设计，钢筋直径一般为412mm，我们具体施工时可以参考选用直径在610mm范围内的钢筋；C、钢筋间距考虑布置在150300mm范围之间；D、钢筋网保护层厚度不应小于20mm。锚杆支护设计锚杆在衬砌中取到的作用有：悬吊作用、组合梁作用、加固作用。锚杆支护设计参数计算（锚杆局

59、部加固计算）（1）锚杆加固拱部围岩计算，一般按悬吊原理确定锚杆参数，计算简图如图4-1所示，W4-3)4-4)KQsina式中，N危岩使锚杆产生的拉力N，按式（4-5）计算:图4-1锚杆计算图A、所需锚杆截面面积a按式（4-3）、式（4-4）计算（锚杆将重力为W的危岩锚固g在稳定岩体上，危岩使锚杆产生拉力N和剪力Q，KNA=gRggrN二Wsin(aB)sina4-5)Q危岩使锚杆产生的剪力Q，按式（4-6）计算:Wsinpsina4-6)R钢筋抗拉设计强度，MPa；gr钢筋抗剪设计强度，MPa；ga锚杆与地质结构面的夹角，度p锚杆与铅垂线的夹角，度；K安全系数，一般取为2.4。并且可按式（4

60、-7）直接计算钢筋直径d，,i4KNd=-计兀R式中符号意义同前。根据包家山隧7道的具体情况计算，IV级围岩分布区:4-7)KN2.4x205.54,“=1.45cm2R340KQsinagrg2.4x52.770.55x340 xsin20。=0.24cm2,：4KN4x2.4x176.66d=1.26cm兀R3.14x340sin20。其中：n二W血)二272.43xsin(20。一5。)二205.54kNsinasin20。Q二込=纱43xsin5。二52.77kNsinaR=340MPa（按II级钢筋设计强度选用），ga=20，p=5，W=272.43kN,r二0.55R，K=2.4。