分离式隧道毕业设计

1、 46 -目录 设计资料 （2）第2章 隧道断面设计（2）2.1 隧道位置及洞口位置（9）2.2 隧道平、纵断面设计（9）2.3 隧道横断面设计（10）第3章 围岩内力计算3.1 荷载确定（13）3.2 衬砌几何要素（13）3.3 计算位移 （15）3.4 解力法方程（24)3.5 计算衬砌内力(24）3.6 最大抗力值求解（26）3.7 衬砌总内力计算（27）3.8 衬砌内力图绘制（28）第4章 隧道施工4.1 隧道开挖方法的选择（29）4.2 初期支护（30)4.3 监控量测 (35)4.4 地质支护和状态观察（36）4.5 坑道周边相对位移量测（36）4.6 拱顶下沉量及地表下沉量量测（

2、37）4.7 选测项目量测 (38) 第1章 设计资料1.工程概况某隧道进出口附近有国道附近，交通条件便利，洞轴线走向方位角约165。隧道总体走向呈南北向曲线展布。采用分离式隧道，其中：左线起讫桩号为ZK39+321ZK39+568，长247米，左线起讫桩号为YK39+313YK39+515，长202米。采用灯光照明，自然通风，属短隧道。2.1 地形地貌 隧道整体属于中低山地貌区、斜坡、冲沟地形，隧道轴线地面标高792875m之间，相对高差约83m，隧道洞室最大埋深70m。隧道进、出口处总体为斜（陡）坡地形，进口处自然坡度角为3545，出口处自然坡度角约为4550，局部略陡。 进口处为斜坡地形

3、，出露基岩为强中风化流纹斑岩，植被发育，主要为杂草及小灌木丛为主，进口下方为修建国道的弃方。 出口处基岩裸露，为强中风化流纹斑岩，植被发育，多为小灌木丛。出口处为国道。2.2 地质构造 隧址区未发现对隧道方案有明显影响的褶皱和断裂发育。浅部岩石风化裂隙发育，岩石性较差，深部节理裂隙较发育。节理裂隙降低了隧道围岩的稳定性。2.3 地层岩性 据工程地质调绘及钻孔显示，隧道围岩主要为中元古界熊耳群马家河组（Pt2m）和许山组（Pt2x）的流纹斑岩组成，地层岩性特征如下：流纹斑岩：灰绿、紫红色，斑状结构，呈强微风化状，岩体极破碎破碎，根据地质调查显示，隧道区岩层受构造影响，小的次级断层及褶皱、节理裂隙

4、发育，是较硬岩，分布于整个隧道区。2.4 岩石强度 隧址山体岩层属于较硬岩石工程地质岩组，中风化流纹斑岩饱和单轴抗压强度Rc=57MPa，属于较硬岩。2.5 岩体的完整性 隧址地层年代为中元古界老地层，主要为硬质岩，岩体坚硬性脆，经历长期的构造运动和风化剥蚀作用后，岩体裂隙很发育较发育，裂隙面大多倾角较大，贯穿性较好，多成张开、微张状。愈接近地表，风化裂隙和构造裂隙愈发育，无充填或少量粘土或碎石充填，掩饰的完整性厚道破坏。山体内岩体的结构为层状、块状结构。根据洞口节理裂隙统计，岩体完整性系数Kv=0.130.30，为破碎岩体。2.6 隧道围岩级别划分2.6.1 进、出口稳定性评价进、出口段围岩

5、风华裂隙发育，岩体破碎，完整性差，围岩分级为 = 5 * ROMAN V级。成洞条件较差，围岩易坍塌，处理不当可能出现坍塌及冒顶。2.6.2 隧道洞身根据隧道围岩分级标注，综合钻探资料集地调成果。隧道围岩课划为 = 4 * ROMAN IV、 = 5 * ROMAN V两级，详细如下：ZK39+321ZK 39+390 围岩为中风化流纹斑岩，属较硬岩，节理裂隙发育，岩体极破碎，碎石状结构，工程地质性质及围岩自稳能力差，围岩易坍塌，未见地下水，雨季有渗水漏水现象，应加强支护。弹性波纵波速度4259m/s，围岩基本质量指标BQ值为230，围岩级别为V级。ZK39+390ZK 39+500 围岩为中

6、微风化流纹斑岩，属较硬岩，节理裂隙发育，岩体破碎，裂隙块状结构，围岩稳定性一般，无支护时，侧壁和拱顶部易产生小坍塌，未见地下水，雨季有滴水渗漏现象，应加强支护。弹性波纵波速度4488m/s，围岩基本质量指标BQ值为321，围岩级别为 = 4 * ROMAN IV级。ZK39+500ZK 39+568 围岩为中风化流纹斑岩，属较硬岩，节理裂隙发育，岩体极破碎，碎石状结构，工程地质性质及围岩自稳能力差，围岩易坍塌，未见地下水，雨季有渗水漏水现象，应加强支护。弹性波纵波速度4234m/s，围岩基本质量指标BQ值为224，围岩级别为V级。YK39+313YK 39+363 围岩为中风化流纹斑岩，属较硬

7、岩，节理裂隙发育，岩体极破碎，碎石状结构，工程地质性质及围岩自稳能力差，围岩易坍塌，未见地下水，雨季有渗水漏水现象，应加强支护。弹性波纵波速度4254m/s，围岩基本质量指标BQ值为227，围岩级别为V级。YK39+363YK 39+448 围岩为中微风化流纹斑岩，属较硬岩，节理裂隙发育，岩体破碎，裂隙块状结构，围岩稳定性一般，无支护时，侧壁和拱顶部易产生小坍塌，未见地下水，雨季有滴水渗漏现象，应加强支护。弹性波纵波速度4306m/s，围岩基本质量指标BQ值为316，围岩级别为 = 4 * ROMAN IV级。YK39+448YK 39+515 围岩为中风化流纹斑岩，属较硬岩，节理裂隙发育，岩

8、体极破碎，碎石状结构，工程地质性质及围岩自稳能力差，围岩易坍塌，未见地下水，雨季有渗水漏水现象，应加强支护。弹性波纵波速度4306m/s，围岩基本质量指标BQ值为222，围岩级别为V级。3.气象及水文地质条件3.1 气象 隧址进口端所在县位于暖温带半干旱大陆性季风气候区，四季分明，降水量、蒸发量、气温等气象要素年内、年际变化明。据灵宝市气象站1956-2000年气象资料：多年平均气温13.6，元月最冷，平均气温-1.0；七月最热，平均气温26.1。历年最高气温42.7，最低气温-16.2。无霜期年平均215天，最短无霜期199天。隧址出口端所在县跨亚热带、暖温带两个气候带，均具有大陆性季风气候

9、的共同特点，季节性变化明显，温度低，日照时数少，无霜期短，气候因素垂直变化大，年平均日照时数2118.0小时，平均日照率为47.7%.年平均气温12.6，元月最冷，平均气温-1.5；七月最热，平均气温25.6，极端最高为42.1。卢氏盆地无霜期平均为184天，年平均降水量为9099气象部门提供的（十年）资料为630mm。3.2 地表水 隧道进、出口位于分水岭的下方，四周山体汇水区域较大，仅沿斜披在大气降雨时有一定的地表面流。隧道进出口位于山体斜坡位置，应注意暴雨期间地表面流对洞口的冲刷破坏作用，宜采用截流、疏排措施。3.3 地下水 在隧道设计标高范围内基岩裂隙水总体不甚发育，暂时性地表水体大部

10、分顺冲沟或斜坡坡面向外排泄，地下水不甚发育。4.抗震设计参数及地震效应 根据国家地震局2001年8月1日颁布实施的中国地震参数区划分（GB18306-2001)、建筑抗争设计规范（GB50011-2001)等资料，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组，设计特征周期为0.25s，相当于地震基本烈度7度。按照公路隧道设计规范（JTJ004-89）并结合区域构造较差的特点，高速公路隧道应提高1度设防。5.区域稳定性评价隧址区属构造剥蚀中低山地貌单元，无区域性深大断裂通过，近代无强震记录，属相对稳定地块。下伏基岩属较硬岩类，稳定性一般，适宜拟建隧道的建设。6.不良地质现象地质调会资料

11、显示，隧道进出口地形较陡，岩体较破碎，在隧道施工时可能产生浅层的岩石崩塌，需采取相应的支护措施。7.设计标准设计等级：高速公路分离式单向双车道隧道地震设防烈度：7级设计速度：100km/h设计荷载：公路级8.计算断面资料桩号：ZK39+536地面高程：828.23m设计高程：799.601m围岩类别（参照洞身围岩分级）复合式衬砌9.设计计算内容（1）确定隧道断面布置图（曲墙式）；（2）围岩压力计算（曲墙式）；（3）隧道支护设计图；（4）隧道衬砌设计图；（5）隧道施工方案比选（施工方法的横断面分块图和纵断面的工序展开图）；（6）选定施工方案的监控量测方案布置图。10.提交的资料（1）确定隧道断面

12、布置图、隧道支护设计图、隧道衬砌设计图、施工方法的横断面分块图和纵断面的工序展开图、选定施工方案的监控量测方案布置图；（2）隧道围岩压力计算书、施工方案比选说明、监控量测方案说明。11.设计依据 本设计严格按照交通部颁布的行业规范、规程及工程建设标准强制性条文（公路工程部分）。公路工程技术标准 （JTG B01-2003)；公路隧道设计规范 （JTG D70-2004)；公路隧道通风照明技术规范 （JTJ F60-2009)；公路水泥混凝土路面设计规范 （JTG D70-2002)；公路沥青路面设计规范 （JTG D50-2006)；公路工程抗震设计规范 （JTJ2004-2008)；地下工程

13、防水技术规范 （GB50108-2008)；锚杆喷射混凝土支护技术规范 （GB 50086-2001)；混凝土结构设计规范 （GB50010-2002)；公路建设项目环境影响评价规范 （JTG B03-2006)；公路环境保护设计规范 （JTJ/006 -98)；建筑设计防火规范 （GB 50016-2006)；隧道工程王毅才 主编 人民交通出版社；地下结构静力计算 天津大学建筑工程系地下建筑工程教研室 编 中国建筑工业出版社。第2章 隧道断面设计2.1 隧道位置及洞口位置 由于没有实际的地形图和地质资料图，故将隧道位置和进出口位置的地质资料罗列如下：某隧道进出口附近有国道附近，交通条件便利；

14、隧道进、出口处总体为斜（陡）坡地形，进口处自然坡度角为3545，出口处自然坡度角约为4550，局部略陡；进口处为斜坡地形，出露基岩为强中风化流纹斑岩，植被发育，主要为杂草及小灌木丛为主，进口下方为修建国道的弃方；出口处基岩裸露，为强中风化流纹斑岩，植被发育，多为小灌木丛，出口处为国道；进、出口段围岩风华裂隙发育，岩体破碎，完整性差，围岩分级为 = 5 * ROMAN V级。成洞条件较差，围岩易坍塌，处理不当可能出现坍塌及冒顶。2.2 隧道平、纵断面设计2.2.1 隧道平面设计公路隧道设计规范规定，应根据地质、地形、路线的走向、通风等因素确定隧道的平、曲线线形。当为曲线时，不易采用设超高的平曲线

15、，并不应采用设加宽的平曲线。本隧道进出口附近有国道附近，交通条件便利，洞轴线走向方位角约165。隧道总体走向呈南北向曲线展布。其中：左线起讫桩号为ZK39+321ZK39+568，长247米，右线起讫桩号为YK39+313YK39+515，长202米。采用灯光照明，自然通风，属短隧道。公路隧道设计规范规定，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。分离式独立双洞的最小净距，按对双洞结构彼此不产生有害影响的原则，结合隧道平面线形、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素确定，一般情况可按表2-1取值。 表2-1 分离式独立双洞间最小净距围岩类别I最小净距1.0B1.5B2.0B

16、2.5B3.5B4.0B注：B为隧道开挖断面宽度本隧道为设计等级为高速公路分离式单向双车道隧道，满足规范要求。围岩等级为级，故最小净距为3.5B。2.2.1 隧道纵断面设计公路隧道设计规范规定，隧道内纵面线形应考虑行车安全性、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%，一般不大于3%；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%；隧道内的纵坡形式，一般宜采用单向坡；地下水发育的长隧道、特长隧道可采用人字坡。本隧道左线起讫桩号为ZK39+321ZK39+568，长247米，右线起讫桩号为YK39+313YK39+515，长202米。由于隧道长度

17、较短，故隧道坡道形式选择单面坡。本隧道为单向隧道，设计等级为高速公路分离式单向双车道隧道，设计交通量N为25000-55000辆/h，LN2,故应该采用机械通风，所以坡度设计为3.5%，通风方式采用半横向式。2.3 隧道横断面设计公路净空包括公路建筑限界、通风及其他所需的断面积。公路隧道的建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度，以及车道人行道的净高。公路隧道的净空除包括公路建筑限界以外，还包括通风管理、照明设备、防灾设备、监控设备、运行管理设备等附属设施所需要的空间以及富余量和施工误差等。本隧道设计等级为高速公路分离式单向双车道隧道，查规范可得，建筑限界高度为5.0m，其他建筑限界宽度

18、详见见表2-2。表2-2 公路隧道建筑限界基本宽度表公路等级设计速度左侧右侧余宽C人行道R检修道左检修道右车道宽度高速公路100km/h0.51.0000.750.7523.75注：单位为m由于本隧道为短隧道，故可以不设紧急停车带，则公路隧道的建筑限界查规范见右图。本隧道采用单心圆方案，半径=6m，=110，半径=10.74m，=32。本隧道的内轮廓设计详见图2.2。图2.2 公路隧道内轮廓图（单位：mm）第3章 围岩内力计算根据隧道围岩分级标注，综合钻探资料及调查成果，本隧道围岩分为和级，且在不同的标段围岩等级不同，地质条件和水文地质条件也不相同。计算断面为ZK39+536，其计算资料如下：

19、 设计等级为高速公路分离式单向双车道隧道，围岩级别为级，围岩容重为=18KN/，弹性抗力系数为K=150MPa/m,变形模量E=1.5GPa。衬砌材料为混凝土，衬砌材料容重为=23KN/，弹性模量为E=29.5GPa，衬砌厚度为d=0.65m，地面高程为828.23m 图3-1 隧道衬砌断面图（单位：mm），设计高程为799.601m，衬砌结构断面 如右图所示。 3.1 荷载确定 按铁路隧道破坏状态设计垂直压力公式计算： q = r=0.45rw其中w为宽度影响系数：w=1+i（B-5）=1+0.1（13.3-5）=1.83q=0.45181.83=237.17KPa围岩水平均布压力：e=0.

20、35q=0.35237.17=83.01KPa3.2 衬砌几何要素3.2.1 衬砌几何要素内轮廓线半径为=6m，外轮廓半径为=+d=6.65m，拱轴线半径为=+d/2=6.325m，拱轴线圆弧中心角为=110。3.2.2 半拱线长度s及分段轴长s 半拱线长度s=12.0217，将半拱轴线等分为8段，每段轴长为s=s/8=12.0217/8=1.50273.2.3 各分块接缝（截面）中心几何要素每个分块与竖直轴夹角，接缝中心点坐标（）见表4-1。表4-1 分块几何中心要素计算表（单位：m）分块几何要素113.61250.2354 0.9719 0.0281 1.4886 0.1777 227.2

21、250.4575 0.8892 0.1108 2.8936 0.7007 340.83750.6539 0.7566 0.2434 4.1360 1.5397 454.450.8136 0.5814 0.4186 5.1461 2.6476 568.06250.9276 0.3736 0.6264 5.8670 3.9620 681.6750.9895 0.1448 0.8552 6.2584 5.4092 795.28750.9957 -0.0922 1.0922 6.2981 6.9079 8108.90.9461 -0.3239 1.3239 5.9840 8.3738 另一方面，=10

22、8.9，角度闭合差=0。（注：因墙底面水平，计算衬砌内力时用=90）衬砌内力计算按图4.1进行计算。图4.1 衬砌结构计算图示3.3 计算位移3.3.1 单位位移用辛普森法近似计算，按计算列表进行，单位位移的计算见表4-2。表4-2 单位位移计算表截面xydI系数0001000.650.0229 43.6681 0.0000 0.0000 43.6681 1113.61250.23540.97191.48860.17770.650.0229 43.6681 7.7598 1.3789 60.5667 4227.2250.45750.88922.89360.70070.650.0229 43.6

23、681 30.5983 21.4402 126.3048 2340.83750.65390.75664.1361.53970.650.0229 43.6681 67.2358 103.5230 281.6627 4454.450.81360.58145.14612.64760.650.0229 43.6681 115.6157 306.1042 581.0037 2568.06250.92760.37365.8673.9620.650.0229 43.6681 173.0131 685.4779 1075.1722 4681.6750.98950.14486.25845.40920.650.0

24、229 43.6681 236.2096 1277.7050 1793.7923 2795.28750.9957-0.09226.29816.90790.650.0229 43.6681 301.6550 2083.8027 2730.7809 48108.90.9461-0.32395.9848.37380.650.0229 43.6681 365.6681 3062.0317 3837.0361 1349.3450 1109.72345923.08688491.8786注：1.I截面惯性矩，I=，b取单位宽度不考虑轴力影响单位位移计算值计算如下计算精度校核为：+=（17.7953+256.

25、5282+301.7160）=432.5677，闭合差=03.3.2 载位移主动荷载在基本结构中引起的位移每一楔块上的作用力竖向力：；水平压力：式中：为衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影距离， 为衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影距离由图4.1衬砌结构计算图示量得，具体数据见表4-3。表4-3 衬砌结构计算图示量测数据i123456781.56531.47731.30631.06200.75790.41130.04156.62160.18680.55000.88231.16501.38221.52181.57581.43608.6999=8.69998.7000（校核）自重力：式中：为接缝i的衬砌

26、截面厚度注：计算时，应使第8个楔块的面积乘以作用在个楔块上的力均列入表4-4，各集中力均通过相应图形的形心。外荷载在基本结构中产生的内力楔块上各集中力的力臂由图4.1衬砌结构计算图示中量得，分别记为。 表4-4 载位移计算表0-285.0850-1094.2564-2298.1420-3709.2984-5117.3536-6328.6419-7199.1974-7621.419600-8.1098 -51.3148 -148.9034-303.7686 -500.5063 -707.6400 -883.903500-553.1592-952.3545-1109.9229 -989.9144

27、-616.6042 -67.3152542.735200.17770.5230 0.8390 1.1079 1.3144 1.4472 1.4987 1.4659 01.48861.4050 1.2424 1.0101 0.7209 0.3914 0.0397 -0.3141 0015.506361.1618134.4015231.1082345.8446472.1692602.976700393.7076766.54421098.82481373.16471575.38121695.59771727.90570-6.3467 -25.7497 -50.3157 -74.5995 -93.22

28、33 -102.0577 -99.1387 -85.5873 0-16.6042 -15.4337 -13.3961-10.6059 -7.2181 -3.42600.55714.53350-262.1341 -206.7190 -136.5046 -67.1246 -13.9307 11.3058 2.9813 0.0000 力臂00.4093 0.5640 0.6870 0.7714 0.8125 0.8079 0.7579 0.7180 00.7391 0.6870 0.5963 0.4721 0.3213 0.1525 -0.0248 -0.2018 00.7061 0.5900 0.

29、4406 0.2665 0.0775 -0.1159 -0.3029 0.0000 集中力E015.5063 45.6555 73.2397 96.7067 114.7364 126.3246 130.8072 119.2024 G022.4654 22.4654 22.4654 22.4654 22.4654 22.4654 22.4654 22.4654 Q0371.2422 350.3712 309.8152 251.8745 179.7511 97.5480 9.8426 0.0000 截面012345678内力按下式计算（见图4.2）。 弯矩：轴力：式中：、为相邻两接缝中心点的坐标增

30、值，按下式计算：；图4.2 弯矩内力计算图示、的计算见表4-4及表4-5。表4-5 载位移计算表截面E0010000010.23540.9719393.707615.506392.6788 15.0706 77.6082 20.45750.8892766.544261.1618350.6940 54.3851 296.3089 30.65390.75661098.8248134.4015718.5215 101.6882 616.8334 40.81360.58141373.1647231.10821117.2068 134.3663 982.8405 50.92760.37361575.38

31、12345.84461461.3236 129.2075 1332.1161 60.98950.14481695.5977472.16921677.7939 68.3701 1609.4238 70.9957-0.09221727.9057602.97671720.4757 -55.5945 1776.0702 80.9461-0.32391750.3711722.17911656.0261 -233.9138 1889.9399 基本结构中，主动荷载产生弯矩的校核为：另一方面，从表4-4中得到=-7621.4196闭合差=0.032%主动荷载位移计算过程见表4-6。表4-6 主动荷载计算表截

32、面（1+y）系数0043.66810100011-285.08543.66817.75981.1777-12449.1203 -2212.2026 -14661.3289644 2-809.171443.668130.59831.7007-35334.9776 -24759.2692 -60094.1964252 3-1203.885643.668167.23582.5397-52571.3968 -80944.2114 -133515.576384 4-1411.156443.6681115.61573.6476-61622.5188 -163151.8350 -224774.2995425

33、-1408.055243.6681173.01314.962-61487.0953 -243611.9951 -305098.966774 6-1211.288343.6681236.20966.4092-52894.6586 -286117.9248 -339012.445982 7-870.555543.6681301.6557.9079-38015.5046 -262607.4194 -300622.809064 8-422.222243.6681365.66819.3738-18437.6413 -154393.1897 -172830.761571 -325411.4731 -115

34、3318.1872 -1478729.1234 计算精度校核+=-（16576.1295+58748.8556）=-75324.9851闭合差03.3.3 载位移单位弹性抗力及相应摩擦力引起的位移各接缝处的抗力强度抗力零点假定在接缝3，=40.8375最大抗力值假定在接缝5,=68.0625最大抗力值以上各截面抗力强度按右式计算：查表4-2，算的=0，=0.5311，=最大抗力值以下各截面抗力强度按右式计算：由图4.1量的=1.4004m，=2.9762m，=4.4122m则 ， ， 按比例将所求的抗力绘在图4.1上。各楔块上抗力集中力按有式近似计算：式中：为楔块i外边缘长度，可通过量取夹角，

35、用弧长公式求的，的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上的抗力图形的形心。抗力集中力与摩擦力按下式计算：式中：为围岩与衬砌间的摩擦系数，此处取=0.2。则： 其作用力方向与抗力集中力方向的夹角11.3099。由于摩阻力的方向与衬砌位移方向相反，其方向向上。将的方向线延长，使之交于竖直轴，量取，将分解为水平和竖直两个分力。表4-7 弹性抗力及摩擦力计算表截面s外R3001.56690.0000 0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 40.43110.21561.56690.3445 58.9588 0.8568 0.5157 0.2952 0.1776 510.7156

36、1.56691.1435 72.5727 0.9541 0.2995 1.0910 0.3425 60.89870.94941.56691.5171 86.1867 0.9978 0.0665 1.5137 0.1009 70.5450.72191.56691.1535 99.8007 0.9854 -0.1702 1.1367 -0.1964 800.27251.56690.4354 112.9363 0.9209 -0.3897 0.4010 -0.1697 计算单位抗力及其相应的摩擦力在基本结构上的内力弯矩： ，轴力：式中：为力至接缝中心点的力臂，由图4.1量得。计算见表3-8、3-9。

37、表3-8 截面40.8076 -0.2782 -0.2782 52.3057 -0.7943 0.8076 -0.9235 -1.7178 63.7476 -1.2910 2.3057 -2.6366 0.8076 -1.2252 -5.1528 75.0521 -1.7404 3.7476 -4.2854 2.3057 -3.4980 0.8076 -0.9316 -10.4554 86.1461 -2.1173 5.0521 -5.7771 3.7476 -5.6855 2.3057 -2.6596 0.8603 -0.3746 -16.6141 截面454.450.8136 0.5814

38、 0.1776 0.1445 0.2952 0.1716 -0.0271 568.06250.9276 0.3736 0.5201 0.4824 1.3862 0.5179 -0.0354 681.6750.9895 0.1448 0.6210 0.6145 2.8999 0.4199 0.1946 795.28750.9957 -0.0922 0.4246 0.4228 4.0366 -0.3722 0.7949 890.0000100.2549 0.2549 4.4376 00.2549 （5）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移。计算见表8. 单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算表 截面4-

39、0.278243.6681115.61573.6476-12.1485 -32.1643 -44.3127 5-1.717843.6681173.01314.962-75.0131 -297.2019 -372.2148 6-5.152843.6681236.20966.4092-225.0130 -1217.1408 -1442.1532 7-10.455443.6681301.6557.9079-456.5675 -3153.9237 -3610.4898 8-16.614143.6681365.66819.3738-725.5062 -6075.2464 -6800.7498 -1108

40、.7170 -7459.4530 -8568.1667 校核为：+=-438.2877=闭合差03.3.4 墙低（弹性地基上的刚性梁）位移单位弯矩作用下的转角：主动荷载作用下的转角： 单位抗力及相应摩擦力作用下的转角：3.4 解力法方程 衬砌矢高 f=8.3738 计算力法方程的系数为：以上将单位抗力及相应摩擦力产生的位移乘以，即为被动荷载的载位移。求解方程为：其中：；以上解的值应带入原方程，校核计算。3.5 计算主动荷载和被动荷载（）分别产生的衬砌内力计算公式为： 计算过程列入表9、10。. 主、被动荷载作用下衬砌弯矩计算表 截面001035.5801035.5800 0.0000 -3.4

41、510 0.0000 -3.4510 1-285.0851035.58182.04046466932.5355 0.0000 -3.4510 0.4245 -3.0265 2-1094.25641035.58717.81515806659.1388 0.0000 -3.4510 1.6740 -1.7770 3-2298.1421035.581577.3084043314.7464 0.0000 -3.4510 3.6785 0.2275 4-3709.29841035.582712.269748138.5513 -0.2782 -3.4510 6.3254 2.5962 5-5117.353

42、61035.584058.7750196-22.9986 -1.7178 -3.4510 9.4656 4.2968 6-6328.64191035.585541.3240374248.2621 -5.1528 -3.4510 12.9231 4.3193 7-7199.19741035.587076.6309838913.0136 -10.4554 -3.4510 16.5037 2.5973 8-7621.41961035.588578.3367641992.4972 -16.6141 -3.4510 20.0058 -0.0593 主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表 表10截面001024

43、.42581024.425802.38912.3891177.6082995.639435021073.24763502.321966292.321966292296.3089910.919421361207.228321402.124387722.124387723616.8334775.080560281391.913960301.807593061.807593064982.8405595.601160121578.4416601-0.02711.389022741.3619227451332.1161382.725478881714.8415789-0.03540.892567760.

44、8571677661609.4238148.336855841757.76065580.19460.345941680.5405416871776.0702-94.452058761681.61814120.7949-0.220275020.5746249881889.939901889.93990.254900.25493.6 最大抗力值的求解 首先求出最大抗力方向内的位移。 考虑到接缝5的径向位移与水平方向有一定的偏离，因此修正后有：计算过程列入表11，位移值为：； 则可得最大抗力； 最大抗力位移修正计算表 表11截面积分系数1/3045250.600122-150.79455093.96

45、2179282.87768-597.448010671140747.977954-132.245641353.7843154202.57297-500.457180564228801.663091-77.64761433.261393930.863838-253.232164522313753.127229.940817252.422333314.20006424.079641625441684.5337497113.443295581.31442214.1511606149.1098677125-1004.9445257187.752543120004373879.9999 -903.734

46、3 3.7 衬砌总内力计算按下式进行计算：；衬砌总内力计算表表4-13截面积分系数01035.5800 -2861.9926 -1826.4126 1024.4258 1981.3349 3005.7607 -79806.7440 0.0000 11932.5355 -2509.9452 -1577.4097 1073.2476 1925.6594 2998.9070 -68926.3344 -12248.2096 42659.1388 -1473.7064 -814.5676 1207.2283 1761.8030 2969.0313 -35593.2660 -24940.2015 2331

47、4.7464 188.6709 503.4173 1391.9140 1499.0780 2890.9919 21997.2726 33869.2007 4438.5513 2153.0876 2191.6389 1578.4417 1129.4734 2707.9151 95765.6339 253549.0924 25-22.9986 3563.4338 3540.4352 1714.8416 710.8687 2425.7103 154702.5015 612931.3108 46248.2621 3582.0935 3830.3556 1757.7607 448.2835 2206.0

48、441 167370.8369 905342.3311 27913.0136 2153.9998 3067.0134 1681.6181 476.5495 2158.1677 134015.9130 925768.5251 481992.4972 -49.1788 1943.3184 1889.9399 211.3944 2101.3343 84915.0449 711061.6030 1475784.0404 3073415.7849 3.8 衬砌内力图绘制将内力计算计算结果按比例绘制成弯矩图M与轴力图，如图4.3所示。 图4.3 内力计算图第4章 隧道施工4.1 隧道开挖方法的选择 隧道施

49、工是要挖除坑道范围内的岩体，并保持坑道围岩的稳定。开挖是隧道施工的第一道工序，也是极为关键的工序。隧道开挖的基本原则是：在保证围岩稳定或减少对围岩扰动的前提条件下，选择恰当的开挖方法和掘进方式，并尽量提高掘进速度。一方面应考虑隧道围岩地质条件及其变化情况，选择能很好地适应地质条件及其变化，并能保持围岩稳定的方法；另一方面应考虑坑道范围内岩体的坚硬强度，选择能快速掘进，并能减少对围岩扰动的方法和方式。按开挖的横断面分布情况来分，隧道开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法、分布开挖法等。全断面开挖方法适用于I级围岩、有钻孔台车或自制作业台架及高效率装运机械设备、长度较长的隧道。本隧道长度为247m

50、、围岩等级为、级，长度较短，围岩较不稳定。如果采用全断面开挖法，在经济上不合理、在施工上对于级围岩需采用加强初期支护等方式才能使围岩稳定，所以本隧道不采用全断面开挖法。分部开挖法包括环形开挖预留核心土法、双侧壁导坑法、中洞法、中隔壁法等。由工程施工经验可知：分部开挖法适用于围岩地质条件较差的隧道、双线及多线隧道、浅埋软弱隧道。本隧道为单线、深埋、岩石较坚硬的隧道，所以在本隧道的施工方法选择中，分部开挖法不考虑。台阶法，根据长度不同可划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。在台阶法的选择中，要考虑初期支护形成闭合断面的时间要求、上部断面施工所采用的开挖、支护、除渣等机械设备需要施工场地大小的要求

51、。长台阶法的台阶长度较长，一般在围岩地质条件相对较好、工期不受控制、无大型机械化作业时选用。微台阶法，适用于地质条件特别差的围岩（如无法正常进行钻眼和拱部的喷锚支护的隧道），且具有作业时相互干扰大，生产效率低，施工速度慢的缺点。综合考虑地质条件、围岩等级、隧道长度、隧道设计标准、工期等要求，本隧道采用短台阶法。开挖示意图如右图5.2所示。 图5.2 短台阶开挖示意图短台阶法适用于级围岩，台阶长度为1015m。本隧道围岩等级为、级，满足短台阶法的要求。短台阶法有可缩短支护闭合时间、改善初期支护的受力条件、有利于控制围岩变形的优点，有上部出渣对下部断面施工干扰大、不能全部平行作业的缺点。通过短台阶

52、法的优、缺点，在本隧道上影响的对比，发现优点明显大于缺点。如果在本隧道的施工过程中，监控量测发现不稳定的地质及施工不稳定因素，可采取分部开挖和台阶开挖组合等方式，保障施工安全和进度。通过以上综合分析，本隧道采用短台阶法是可行的、合理的、经济的。4.2 初期支护隧道是围岩与支护结构的综合体。初期支护一般由锚杆、喷射混凝土、钢架、钢筋网等其他的组合组成。初期支护施作后即成为永久性承载结构的一部分，它与围岩共同构成了永久的隧道结构承载体系。锚喷支护具有灵活性、及时性、迷贴性、深入性、柔性等特点。锚杆的支护效应有支承围岩、加固围岩、提高层间摩阻力，形成“组合梁”、及“悬吊”作用。喷射混凝土有支承围岩、

53、“卸载”作用、填平补强围岩、覆盖围岩表面、阻止围岩松动及分配外力的作用。目前锚喷支护设计的主要方法有工程类比法、监控量测法、理论演算法、典型类比监控法及特征线法。本隧道锚喷设计将工程类比法与监控量测法结合起来，来保障施工的进度和安全。根据工程类比，选择支护参数、支护时机及施工方法，而监控量测用来调整支护参数，修正支护设计。4.2.1 锚杆支护本隧道初期支护采用普通水泥砂浆式锚杆、格栅钢架及网喷混凝土。普通水泥砂浆锚杆，是以普通水泥砂浆作为黏结剂的全长黏结式锚杆。杆体材料为20MnSi钢筋，直径为18mm；普通水泥砂浆式锚杆必须满足一下设计和施工要求：水泥采用普通硅酸盐水泥，砂子粒径不大于3mm

54、，并过筛；砂浆强度不低于M10，配合比为水泥：砂：水=1:1.2:0.48；钻孔应与杆件配合良好；锚杆及黏结剂材料应符合设计要求；粘结砂浆应拌合均匀，并调节其和易性，随拌随用；注浆体系应略多于需要的体积；杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%；杆体到位后要用木楔或小石子在空口卡住，防止杆体滑出。锚杆长度 新奥法对锚杆长度的设计，基于支护要促使围岩形成自然拱的思路，锚杆主要给隧道围岩松动圈内的岩体提供支护力使其形成拱的效应，锚杆长度按以下原则确定：对于岩质条件较好的硬岩，锚杆长度取为1.01.2m；对于岩质条件稍差的中硬岩，锚杆长度取隧道宽度的1/31/4，通常取为2.03.0m；对于软岩、

55、破碎岩体和土砂质地层，锚杆的长度取隧道宽度的1/21/3，通常取为4.06.0m；对于膨胀性地层，锚杆长度取隧道宽度的1/22/3，通常为4.06.0m。查GB50086-2001“锚杆喷射混凝土支护技术规范”提供的锚喷支护参数表可得：开挖宽度为12m，、级围岩下的支护参数，具体参数见表5-2；根据国内外经验，锚杆经验长度见表5-3。表5-2 隧道洞身锚喷支护设计参数10B15（m）150200mm厚钢筋网喷射混凝土，设置3.04.0m长的锚杆，必要时，采用仰拱并设置长度大于4.0m的锚杆 注：级以下的围岩初期支护参数，可按此表确定，而后期支护应根据监控量测法设计确定。此表中的数值是初期支护和

56、后期支护之和，故确定支护参数 时，应小于表中数值。表5-3 砂浆锚杆长度经验数据 位 置 国 内 国 外 拱 顶（0.10.5）B（0.230.35）B 边 墙（0.050.2）B（0.10.5）B 注：本隧道开挖宽度B为12m由本隧道的地质资料及新奥法的经验数据可知，锚杆长度取为1.01.2m根据表5-2可知级围岩锚杆经验长度为3.04.0m，级围岩根据监控量测进行设计。根据表5-3可知拱顶锚杆的经验长度为1.26m，边墙锚杆经验长度为0.62.4m。综合考虑地质资料及施工方法及表3-1公路隧道复合式衬砌设计参数，本隧道拱顶锚杆长度取为3m（级围岩）3.5m（级围岩），边墙锚杆长度取为2m。

57、（2）锚杆的间距和布置 由本隧道洞身段地质资料可知：洞身岩体破碎或极破碎、碎石状结构。由工程类比法知，破碎的围岩一般采用系统布置的锚杆，对围岩起到整个加固作用、对于局部破碎的、软弱围岩部位或可能出现过大的变形的部位，应加设长锚杆。锚杆系统布置的原则：在隧道的横断面上，锚杆宜垂直隧道的周边轮廓布置，对水平成层围岩，应尽可能与层面垂直，或使其与层面成斜交布置；在岩面上锚杆宜成菱形排列，纵、横间距为0.61.5m，其密度约为0.63.6根/；为了使系统布置的锚杆形成连续均匀的压缩带，其间距不宜大于锚杆长度的1/2，在、级围岩中，锚杆间距宜为0.51.2m。新奥法对锚杆的布置设计，从支护应使围岩形成自

58、然拱出发，锚杆的间距规定为：硬岩的间距取1.5m；中硬岩的锚杆间距取2.01.5m；软岩、破碎岩体和土砂质地层的锚杆间距取2.01.5m；膨胀性地层的锚杆间距取2.01.5m。综上所述：本隧道围岩属较硬岩，破碎或极破碎，锚杆采用系统布置，锚杆的间距取为0.8m。4.2.2 喷射混凝土支护喷射混凝土既是一种新型的支护结构，又是一种新的施工工艺。它是使用混凝土喷射机，按一定的混合程序，将掺有速凝剂的细石混凝土，喷射到岩壁表面上，并迅速固结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。根据工程类比法，本隧道采用钢筋网喷射混凝凝土。钢筋网混凝土喷射混凝凝土是在喷射混凝土之前，在岩面上挂设钢筋网，然后再喷射混

59、凝土。钢筋网喷射混凝土支护在我国各类隧道中应用较多，主要用于软弱破碎围岩，这与本隧道的岩体破碎、极破碎的条件相符合。由表3-1公路隧道复合式衬砌设计参数知级围岩拱、墙2525，级围岩拱、墙2020。环向筋采用直径为12mm的R235钢筋，纵向筋采用直径为8mm的R235钢筋；混凝土等为C25。对于围岩松散破碎严重的洞身段采用直径为6mm的R235钢筋，间距适当减小。本隧道钢筋网喷射混凝土采用湿喷工艺。湿喷是将骨料、水泥和水按设计比例拌合均匀，用湿式喷射机压送到喷头处，再在喷头上添加速凝剂后喷出。湿喷混凝土具有质量容易控制、喷射过程中的粉尘和回弹量很少等优点，同时也具有喷射机械要求高、机械清洗及

60、故障处理较麻烦的缺点。对于本隧道雨季有渗水、漏水现象，所以本隧道的钢筋网喷射混凝土的湿喷，应该避开雨季。 本隧道的钢筋网喷射混凝土施工要点主要有：钢筋网应根据被支护围岩岩面上的实际起伏形状铺设，且应在喷射一层混凝土后再行铺设；为便于挂网安装，常将钢筋网做成网片，长宽可为100200cm钢筋网应与锚杆或锚钉头连接牢靠，并尽可能多点连接，以减少喷射混凝土时钢筋发生“弦振”的现象；开始喷射时，应缩短喷头至受喷面之间的距离，并适当调整喷射角度，使钢筋网背面混凝土密实；施工应尽量避开雨季。4.3 监控量测 在隧道施工过程中，为了掌握围岩力学形态的变化和规律、掌握支护结构的工作状态、提供理论分析及数据分析