双洞单向高速公路隧道计算书

目录第1章绪论11.1选题背景及意义11.2国内外现状11.3小净距隧道定义21.4小净距隧道开挖方法21.4.1《规范》中的小净距隧道开挖方法21.4.2实际工程小净距隧道选用的开挖方法31.5设计研究主要内容和采用的方法31.5.1主要研究内容31.5.2采用的主要方法31.5.3预期达到的目标4第2章工程概述52.1xx隧道工程概况52.2工程地质特征52.2.1地形地貌52.2.2地层岩性52.2.3地质规范及地震52.2.4水文地质条件及气象特征62.2.5隧道工程地质评价62.2.6隧道纵断面图72.7小净距隧道设计原则8第3章隧道结构选型与支护衬砌参数设计93.1隧道建筑限界及内轮廓设计93.2隧道复合衬砌结构设计93.3洞门类型的选择10第4章隧道衬砌结构检算114.1验算内容114.2计算内容124.2.1荷载计算124.2.2内力计算154.3衬砌截面检算274.3.1截面检算方法274.3.2截面检算结果274.4衬砌截面配筋计算294.4.1截面配筋方法294.4.2截面配筋结果304.5衬砌结构裂缝宽度检算314.5.1裂缝宽度检算原理314.5.2衬砌结构裂缝宽度的检算314.6小结31第5章隧道施工准备315.1场地布置315.2施工便道315.3施工用水315.4施工用电315.5高压供风315.6三管两路及洞内排水315.7施工通讯315.8生产和生活用房315.9挡护及防、排水工程31第6章隧道工程施工316.1隧道总体施工方案316.2洞口开挖及超前支护316.2.1明洞开挖316.2.2明洞施工工序316.2.3长管棚施工316.2.4明洞与隧道衔接施工316.3进口段开挖及施工顺序316.3.1左洞进口段的开挖(未改)316.3.2右洞进口段的开挖316.4洞身开挖及施工顺序316.5施工质量控制316.6施工防排水设计316.6.1防排水设计原则316.6.2防水系统316.6.3排水系统316.7出碴和运输316.7.1装碴316.7.2运输316.8通风与防尘316.8.1通风316.8.2防尘316.9路面工程316.10内装工程316.11施工注意事项31第7章隧道施工工艺317.1超前支护317.1.1大管棚超前支护317.1.2小导管超前支护317.2钻爆开挖317.2.1光面爆破参数设计317.3初期支护施工工艺317.3.1锚杆施工工艺317.3.2钢筋网施工工艺317.3.3钢架的施工工艺317.3.4喷射混凝土施工工艺317.4二次衬砌施工工艺317.4.1衬砌施工准备工作317.4.2二次衬砌混凝土317.4.3二次衬砌模板台车317.4.4二次衬砌施工要点317.5防排水施工工艺317.5.1施工防排水基本要求317.5.2洞口排水317.5.3施工中的防排水317.5.4结构防排水317.6中央岩柱加固317.6.1中央岩柱加固原则317.6.2中岩柱加固施工31第8章监控量测318.1量测目的318.2量测项目318.2.1必测项目318.2.2选测项目318.2.3测点布置318.3量测数据的资料整理与反馈31第9章隧道安全设计319.1隧道结构与行车安全设计319.2隧道施工安全设计319.2.1洞口施工安全319.2.2洞身施工安全31第10章结论3110.1结论31第1章绪论1.1选题题背景及意意义我国是一个多山山的国家，75%左右右的国土是是山地或重重丘。公路路建设中，过过去的普遍遍做法是盘盘山绕行或或切坡深挖挖。据统计计资料，汽汽车翻越山山岭平均时时速不足330km．不到到经济时速速的一半．．汽车的机机械损坏和和轮胎磨损损极为严重重，低等级级道路的汽汽油耗量比比高等级公公路多200~50；而且且，劈山筑筑路会造成成许多高边边坡，在南南方雨量充充沛地区，它它严重破坏坏自然景观观，造成塌塌方滑坡和和水土流失失。因此，为为了根除道道路病害保保护自然环环境，在山山区高等级级公路建设设中必须重重视隧道方方案，并努努力提高公公路隧道工工程科学技技术水平。1.2国内内外现状近年来，随着我我国高等级级公路的发发展，公路路隧道的建建设规模越越来越大，已已建成大溪溪岭隧道((4.16km)、二郎山山隧道、珠珠江水底隧隧道(1.288km)、终南山山隧道(18.002km,,长度居世世界第二、亚亚洲第一))等。据不不完全资料料统计，全全国共有公公路隧道11800多处、70余万延米。这这些隧道在在降低交通通事故发生生率、缩短短行车距离离、提高车车速、保护护环境诸方方面发挥了了积极作用用，取得良良好的社会会经济效益益。通过这些隧道的的实践，推推动了科学学进步，交交通部门有有关单位近近年来围绕绕工程实际际问题开展展了科学研研究，如公公路隧道CCAD技术术、公路长长隧道纵向向通风研究究、《公路路隧道施工工技术规范范》、公路路隧道通风风技术、沉沉管隧道修修筑技术等等都取得较较好的成果果。但是也也应看到，我我们取得的的成果还不不多，与国国外先进技技术相比，公公路隧道修修筑技术水水平还很低低。据最近近一份调研研报告表明明，全国公公路隧道设设计与施工工按新奥法法实施者不不到60%，新技术术应用率较较低，建成成后隧道渗渗漏水较为为严重，造造成洞内设设施及衬砌砌结构破坏坏，返修率率高。个别别隧道建成成仅3年左右就就要重新加加固衬砌，还还重新设置置防、排水水设施。由由于技术落落后，建设设费用和维维修费用相相当高。另另外40000m长以以上隧道的的营运通风风等技术问问题没有根根本解决，制制约了高等等级公路的的发展。国外一些经济发发达国家非非常重视公公路隧道建建设，尤其其是北欧国国家和日本本在发展长长大公路隧隧道技术方方面处于领领先地位，最最长的山岭岭公路隧道道达16kkm，海底底公路隧道道达9km。新奥法法设计与施施工技术、围围岩动态反反馈分析技技术、组合合式通风技技术、营运运交通监控控技术及新新型防排水水材料和技技术等得到到广泛应用用；同时，隧隧道掘进机机方法(TBM))、盾构掘掘进方法((Shieeld)、预预制沉管方方法等先进进技术和工工程方法也也被广泛应应用，锓示示出强大的的工业基础础和高新技技术对隧道道工程的支支撑力。1.3小净净距隧道定义《公路隧道设计计规范》((JTGD70—2004)⑴(以下简称称《规范》)第11.1.1条中指出小净距隧道是指隧道间的中间岩柱厚度小于《规范》中表4.3.2(见表1)建议的特殊隧道布置形式，宜用于洞口地形狭窄或有特殊要求的中、短隧道，也可用于长或特长隧道洞口局部地段。表SEQ表\*ARABIC1-1独立双双洞的最小小净距围岩级别ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ最小净距注：QUOTEQUOTEEMBEDEquation.DSMT4—隧道开开挖断面的的面积严格地说，双洞洞最小净距距小于正常常使用规定定范围的隧隧道都统称称为小净距距隧道。由由此可见，它它是介于连连拱隧道与与分离式隧隧道之间的的一种特殊殊的隧道结结构形式。如如果修建连连拱隧道，第第一，其对对地质条件件要求苛刻刻，Ⅴ、Ⅳ级围岩很难难修建；第第二，施工工难度高，建建设周期长长；第三，连连拱隧道的的建设成本本高。如果果修建独立立双洞，接接线难，路路线布线的的自由度低低。大断面面小净距隧隧道作为一一种新型的的结构型式式，它具有有了独立双双洞和连拱拱隧道两者者优点的结结合。因此此，小净距距隧道成为为高等级公公路建设中中的必然。采采用小净距距隧道这种种特殊结构构形式的隧隧道数量在在近几年增增加很快。目目前，已有有多条高速速公路建设设中均出现现了小净距距隧道。如如安徽六潜潜高速公路路中的板河河隧道、太太阳河隧道道、花园河河隧道等，有有的虽非整整条隧道采采用小净距距，但在洞洞口段也采采用了小净净距设计，如如湘渝高速速公路鹰嘴嘴岩隧道等等。小净距隧道是从从工程实践践中脱颖而而出的一种种新的隧道道结构形式式，其开挖挖方式和中中岩柱的加加固技术还还在不断研研究发展中中，需要在在工程实践践中不断的的进行完善善。1.4小净净距隧道开开挖方法1.4.1《规范》中的小净净距隧道开开挖方法《规范》中建议议对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩选选用超前导导坑预留光光面层的开开挖方法，Ⅳ级围岩选选用侧壁导导坑法或台台阶法施工工，Ⅴ、Ⅵ级围岩选选用单侧壁壁或双侧壁壁导坑法施施工，同时时两主洞掌掌子面建议议保持在11~2倍洞洞径的距离离。1.4.2实际工程程小净距隧隧道选用的的开挖方法法小净距隧道的各各类施工方方法，其原原则是尽可可能保证中中夹岩柱范范围内不出出现塑性区区过大或连连通现象而而影响中夹夹岩岩体的的稳定性。从工程安全性方面讲，《规范》中建议的开挖方法有其合理性，而工程实际中还可根据工程具体情况进行变化。通过大量工程实践，已摸索出一些较为成功的单项施工工法或组合施工工法，其中三种较为有效方法的特点总结如下：(1)双洞侧壁导导坑法。适适用于Ⅰ、Ⅱ级围岩及长长隧道净距距较小的洞洞口段围岩岩施工，主主要是为防防止大面积积开挖会出出现围岩变变形过大而而导致失稳稳现象的发发生。侧壁壁导坑法已已在金旗山山隧道、董董家山隧道道、招宝山山隧道等实实践工程中中得到充分分运用，取取得了良好好的效果。(2)上下台阶与与侧壁导坑坑组合法。Ⅲ、Ⅳ级围岩多选选用该施工工方法，主主要考虑：：1)围岩较较为稳定，在在先行洞中中采用上下下台阶法，减减少了施工工工序。22)后行洞洞采用侧壁壁导坑法，便便于对中夹夹岩的加固固。3)在后行行洞已有较较好临空面面基础上，爆爆破效果理理想并可确确保中夹岩岩的稳定。(3)上下台阶法法与超前导导洞预留光光爆层。适适用于Ⅳ级以上围岩岩。因为围围岩的自稳稳能力增强强，同时由由于超前导导洞临空面面的存在，预预留光爆层层的二次爆爆破震动大大大降低。1.5设计计研究主要要内容和采采用的方法法1.5.1主要研究究内容以xx隧道为例，了了解大断面面小净距公公路隧道的的特点及设设计的方法法和步骤，根根据所给的的地质勘测测资料、水水文资料和和其它的资资料，进行行隧道选型型、结构拟拟定和检算算，最后进进行施工方方案及施工工工艺设计计并绘制相相应的施工工图纸。1.5.2采用的主主要方法在对隧道结构进进行计算时，需需依据《JJTGDD70-22004公路隧道道设计规范范》，并结结合小净距距隧道的工工程特点，利利用围岩垂垂直均布松松动压力和和水平均布布松动压力力公式，计计算出隧道道开挖后隧隧道衬砌受受载情况。然后，通通过ANSSYS软件件对隧道衬衬砌结构建建立模型、并并计算，然后后按破损阶阶段法和允允许应力法法检算隧道衬砌砌在所加荷荷载作用下下是否满足足强度要求求。对不满满足强度要要求的隧道道衬砌，进进行配筋计计算。最后后进行抗裂裂检算。在对隧道施工方方案及施工工工艺进行行设计时，需需依据《JJTGDD70-22004公路隧道道设计规范范》和相关规规范规定，并并结合在隧隧道全长范范围内的围围岩性质及及其所处埋埋深，来确确定隧道的的进洞方案案、不同衬衬砌段的开开挖方法及及各种方法法间的转换换、不良地地质辅助工工艺、初期期支护情况况、中岩柱加固固、二次衬衬砌施工工工艺、防水工程程施工工艺艺和施工监监测等。1.5.3预期达到到的目标(1)学习和了了解大断面面小净距公公路隧道设设计的特点点和要求；；(2)熟悉掌握握隧道结构构设计检算算内容和检检算方法，并并能够运用用ANSYYS进行结结构检算；；(3)熟悉隧道道施工的各各种方法，特特别是新奥奥法施工的的方法，了了解隧道施施工过程中中各种工艺艺的基本流流程和要求求。第2章工程概述2.1xxx隧道工程程概况xx隧道位于xxx，隧道道进口(ZK46+026.00m)位于xx，山体走向向近顺岩层层走向展布布，多呈北北东，出口口端(DK3445+1220.0mm)位于广元，全长长189m，最高点高高程5788.77m。进口处于山山凹中，高高程5355.00m，出口位于于山凹中，高高程534..06～535.006m，隧道区相对高高差34.00。2.2工程程地质特征征2.2.1地形地貌貌隧址区属龙门山山、米仓山山规范带的连接带，地地形地貌受受地质规范和岩性制约，山山体走向近近顺岩层走走向展布，多多呈北东东东向。隧道道区以侵蚀蚀低山地貌为为主，地形形上表现为为丘陵地形形，地势上上K46++110里程处为隧隧道区最高控控制点，最最高点高程程578.77m。进口处于山山凹中，高高程5355.00m，出口位于于山凹中，高高程534..06～535.006m，隧道区相对高高差34.00。分水岭岭山脊明显。山山体坡面沟沟谷不发育育，多宽缓缓，山凹中中堆积物以以细颗粒物物质为主，偶偶见块石。2.2.2地层岩性性隧址区出露地层层自上而下下有第四系系全新统残残坡积层，基基岩为侏罗罗系中统地层。第第四系全新统残残坡积层由由粘粒为主主、泥岩和和砂岩小块石组成，其其间充填角角砾、低液液限粘土和和少量粉粒粒；侏罗系中统沙溪庙组地地层的矿物成分分以粘土矿矿物、砂岩岩或泥质粉粉砂岩为主主，含少量量碎屑。2.2.3地质规范及地震震隧址区位于走马岭向向斜北翼之之北东端，区区内岩层产状变化小，规范特征表表现为单斜斜的岩层，节节理裂隙一一般发育，岩岩层产状1190°∠∠20°，两两组规范节理发发育，第一一组产状50°∠81°，裂面平平直，延伸伸多大于33m，发育育间距0.30～1.50mm；第二组组节理产状状330°∠74°，裂面平平整，延伸伸距离0.10～1.20mm，发育间间距0.10～0.50mm,两组节理组组成共轭X状，节理理裂隙表层层微张，有有泥质充填填，下部闭闭合，无充充填。节理理面表面有有铁锰质侵侵染现象。隧址区新规范运运动处于相相对稳定期期，根据《中中国地震烈烈度区划图图》(1990年)，该区地地震基本烈烈度为Ⅵ度，在《中中国地震动动参数区划划图》(GB188306--20011)上，该区区地震动峰峰值加速度度为0.005g，地地震动反应应谱特征周周期为0.455s。2.2.4水文地质质条件及气气象特征1水文条条件隧址区位于xx右右岸斜坡地地带，远高高于xx洪水水水位，除山山间雨水形形成的短暂暂水流外，无无地表水系系发育。根根据地下水水在岩土层层中的赋存存条件和水水力条件，隧道区地下水为第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水。其中地下水较发育的为基岩裂隙水。2气象特特征隧址区位于xx盆地地北部，处处于山地和和川内盆地交交接地带，属属亚热带湿湿润气候区区，气候温温和湿润，湿湿度大，降降水量较多多，蒸发量量较大，气气温日变化化小等特征征。多年平平均气温116.6℃，12月至次年2月为低温温季节，最最低温度-8～10℃，6～9月为高温温季节，最最高温度38～41℃；多年年平平均降水量量851..20mmm，降雨分分布不均，多多集中于5～9月，占降降水量全年年的71..56%；多年平均均蒸发量11499..44mmm，占全年年的59.888%。据朝天区气象象资料，最最大年降水水量11778.6mm。常年性地表水体体分布，在在雨季时有有山坡汇集集的雨水流流过，由于于山凹汇水水面积小，地地表雨水具具有快速汇汇集、快速速排泄的特特点，水量量小。2.2.5隧道工程程地质评价价1隧道围围岩分级根据围岩岩性特特征、接触触关系及前前述前述地地质规范、节理理裂隙和层层面结构面面特征，岩岩体强度，完完整程度等等，结合围围岩基本质质量指标和和水文地质质条件，按按《公路隧隧道设计规规范》(JTGDD70-22004))中隧道围围岩分级标标准，划分分隧道围岩岩级别。本本隧道围岩岩分为V、IV两级。详详见表2-1。2隧道洞口口段稳定性性评价(1)xx端洞口工程程地质评价价表SEQ表\*ARABIC2-1围岩分级表围岩类别岩性岩性变化起讫里里程左线右线Ⅴ泥岩、砂岩互层层，层状规规范，强～～弱风化，以以弱风化为为主，属软软岩。单斜斜规范，节理理裂隙发育育，多闭合合，少量张张开状，结结构面结合合程度差，岩岩体较破碎碎～破碎，呈呈裂隙块状状结构，围围岩稳定性性差，BQQ=1566.50～～245..00。地地下水呈侵侵润状、点点滴状产出出。ZK46+0226+0880、ZK466+1477～+2155ZK46+0226～+083、ZK466+1433～+2144Ⅳ泥岩、砂岩互层层，层状规规范，弱风风化，属软软岩。单斜斜规范，节理理裂隙一般般发育，结结构面结合合程度一般般，岩体较较完整，呈呈块状或中中厚层状结结构。BQQ=2511.46。地地下水呈侵侵润状、点点滴状产出出。ZK46+0880～+1477ZK46+083～～+1433隧道进口位于山山凹斜坡坡坡脚地带，地形坡度小，在5～35°左右，为切向坡，坡面呈折线形，陡缓相间，多基岩出露，隧道洞口轴线与地形等高线近垂直，挂口地形条件较好。洞口段围岩为Ⅴ级。(2)广元端洞口工程程地质评价价隧道出口位于山山凹斜坡坡坡脚地带，地形坡度小，纵向坡度在7～25°左右，横向坡度5～35°左右，为切向坡，坡面呈折线形，陡缓相间，多基岩出露，隧道洞口轴线与地形等高线近垂直，挂口地形条件较好，对洞口稳定有利。洞口段围岩为Ⅴ级。3洞身段段围岩稳定定性评价根据围岩分级，隧道洞身围岩级别为Ⅳ级。Ⅳ级围岩：由侏罗罗系中统沙溪溪庙组砂、泥岩组成。围围岩属软岩岩，属较完完整岩体。围围岩岩层产产状变化小小，岩体节节理裂隙较较发育，岩岩体较完整整，呈块状状或中厚层层状结构，裂裂隙面闭合合～微张状状，岩层层层间结合一一般，结构构面结合程程度一般，故故围岩稳定定性较差，拱拱部无支护护易坍塌变变形，侧壁壁常小塌方方，围岩一一般无自稳稳能力。隧隧道轴向与与岩层走向向以20°小角度相相交，对隧隧道洞身围岩稳稳定不利，洞右壁壁易发生顺顺层塌方。隧隧道施工时时地下水呈呈浸润或点点滴状产出出，雨季时时可能呈小小股状流出出。2.2.6隧道纵断断面图隧道纵断面图，详详细标明了了隧道围岩岩工程分级级、隧道衬衬砌段分级级、各段开开挖方法及及各段水文文地质条件件等，参见见附录B图01，图02。2.7小净净距隧道设设计原则小净距隧道总体体设计原则则：隧道位位置服从路路线的总体体走向，平平面线型应应以直线为为主，纵坡坡设置主要要考虑隧道道通风、排排水、施工工方案和两两端路基接接线的要求求，并尽可可能使隧道道处在地质质条件较好好的地层中中；衬砌结结构设计安安全可靠，技技术可行，不不渗不漏，经经济合理，并并积极推广广新技术、新新工艺、新新设备、新新材料。第3章隧道结构选型与与支护衬砌砌参数设计计3.1隧道道建筑限界界及内轮廓廓设计xx隧道为双洞洞单向高速速公路隧道道，建筑限限界按800km／h行车速度度确定，根根据《公路路隧道设计计规范》((JTGD7020044)拟定，如表表表SEQ表\\*ARRABICC3-1隧道建筑筑限界s净宽(m)净高(m)行车道(m)侧向宽度(m))检修道(m)主洞10.255.03.75×20.5+0.7750.75×2根据建筑限界要要求以及电电缆沟、排排水沟、隧隧道通风需需要以及机机电设施等等所需空间间尺寸，并并结合衬砌砌结构的受受力要求、中中夹岩柱的的稳定要求求确定了村村砌内轮廓廓断面型式式。拟定为为拱高715ccm，上半圆圆半径为553ccm的三心圆圆曲边墙结结构，净空空面积(含仰拱)78.222m2，周长(含仰拱)32.229m。详见附录B图03。3.2隧道道复合衬砌结结构设计本隧道段衬砌采采用新奥法法原理设计计，采用柔柔性的复合合式衬砌结结构，即以以超前钢管管注浆加固固地层、系系统锚杆、挂挂钢筋网、喷喷射砼、工工字钢型钢钢钢架等为为初期支护护，模筑钢钢筋混凝土土或混凝土土为二次支支护，并在在两次衬砌砌之间敷设设无纺土工工布及PVVC防水板板防水层。支支护参数主主要采用工工程类比法法，结合规规范要求及及经济技术术比较，根根据围岩类类别和洞室室埋深条件件拟定相应应的支护类类型，通过过现场量测测分析，调调整设计参参数，实行行动态设计计，信息化化施工。本隧道(洞身))的衬砌结结构类型及及主要参数数见表3-2。表3-2洞身支支护参数衬砌类型适用条件喷砼(cm)锚杆(cm)纵×横钢筋网钢架(cm)预留变形量(ccm)砼拱墙(cm))砼仰拱(cm)小净距Ⅴ洞口V级围岩浅埋地段段24350@60××80φ8@20I18@601250钢筋砼22@22550钢筋φ22@25小净距Ⅳ洞身一般IV级级围岩地段段24300@80××100φ8@25@100格栅115×155cm845钢筋φ22@2545钢筋砼φ22@253.3洞门门类型的选选择xx隧道进口段段围岩等级级为Ⅴ级，地质质情况较差差，隧道进进出口均采采用1:1.5同断面削削竹式洞门门。随着人们环保意意识的增强强，隧道的的“早进晚出”被越来越越多的接受受。洞门设设计需要把把洞门安全全防护功能能和景观功功能有机结结合，“突出式”洞口逐渐渐成为主流流形式，如如常用的削削竹式洞门门。在一般般地质条件件和不良地地质条件下下，削竹式式洞门能最最大限度地地保持原有有的山体平平衡和自然然景观，同同时能缓和和洞内外光光线差异，确确保眼睛舒舒适和减轻轻进入洞内内暗部时心心理的紧张张，增加行行车安全。第4章隧道衬砌结构检检算对隧道结构进行行设计检算算，主要是是依据荷载载结构法原原理，通过过ANSYYS对衬砌砌结构建模模，按破损损阶段法计计算隧道荷荷载，得出出衬砌结构构在荷载作作用下的内内力和位移移，利用结结构最危险险点的内力力对衬砌强强度进行检检算，对不不满足强度度要求的进进行配筋，并进行结构抗裂检算。荷载结构法是我我国目前广广泛采用的的一种主要要的地下结结构计算方方法，它是是将支护和和围岩分开开考虑，支支护结构是是承载主体体，地层对对结构的作作用只是产产生作用在在地下结构构上的荷载载，以计算算衬砌在荷荷载作用下下产生的内内力和变形形的方法。其其设计原理理是按围岩岩分级或实实用公式确确定围岩压压力，围岩岩对支护结结构变形的的约束作用用是通过弹弹性支撑来来体现的，而而围岩的承承载能力则则在确定围围岩压力和和弹性支撑撑的约束能能力时间接接考虑。它它以承受岩岩体松动、崩崩塌而产生生的竖向和和侧向主动动压力为主主要特征。总总的来说“结构—荷载”模型概念念清晰，计计算简便，容容易被工程程师们所接接受，至今今仍很通用用。4.1验算内容容隧道衬砌结构检检算的主要要内容为：：根据拟定定隧道断面面的几何尺尺寸，确定定作用在衬衬砌结构上上的荷载；；利用ANNSYS建建立结构荷荷载模型，进进行力学分分析计算，求求出截面的的内力；根根据检算截截面强度及及抗裂要求求，对所给给截面尺寸寸进行修改改和配筋。从隧道纵断面图图中确定凤凤xx隧道进口段段各级围岩岩衬砌段的的起始里程程、所属围围岩级别、长长度和埋深深等，见表4-1。表4-1xxx隧道各围岩岩段情况起讫里程围岩级别长度/m埋深/m左线ZK46++026～+0800Ⅴ56≤27左线ZK46++147～+2155DK349+8815Ⅴ68≤39.7左线ZK46++080～+1477Ⅳ67≤27右线ZK46++026～083Ⅴ57≤26右线ZK46++143～+2144Ⅴ71≤36.9右线ZK46+0883～+143Ⅳ60≤204.2计算算内容4.2.1荷载计算算1荷载计计算方法采用荷载结构法法原理进行行隧道结构构检算时，所所需计算的的荷载为由由岩体松动动、崩塌而而产生的竖竖向和水平平均布压力力。竖向和和水平均布布压力的计计算，根据据隧道的埋埋深不同，选择不同的计算公式。(1)隧道深、浅浅埋的判定定原则一般，深、浅埋埋隧道分界界深度至少少应大于坍坍方的平均均高度且有有一定余量量，根据经经验，这个个深度通常常为2～2.5倍的坍方方平均高度度值，即：：(4-1)式中，——深浅浅埋隧道分分界的深度度(m)；——等效荷载高高度值(m)。系数2～2.5在松软的的围岩中取取高限，而而在较坚硬硬围岩中取取低限。该该隧道地质质情况为Ⅳ、Ⅴ级围岩，故故取2.5。当隧道道覆盖层厚厚度时为深深埋，时即即为浅埋。xx隧道为双线线隧道，等等效高度值值按式(4-2)和式(4-3)计算：(4-2)(4-3)式中，——等效效荷载高度度值(m)；――围岩级别；；――宽度影响系系数；――隧道宽度(m))；――B每增加11m时，围围岩压力的的增减率(以B=5m为基准)，当B=55m时，取取i=0..2，B>0..5时，取取i=0..1。(2)深埋隧道道围岩松动动压力的计计算方法()双线隧道竖直均均布松动压压力按式((4-4)计算：(4-4)式中，――竖直直均布松动动压力()；γ――围岩容重(()。水平均布松动压压力e可根据竖竖直均布松松动压力由由经验公式式求得。水水平均布压压力的经验验公式见表表4-2。表4-2水平均布松动压压力经验公公式围岩级别Ⅰ～ⅡⅢⅣⅤⅥ水平均布压力0<0.15q(0.15～00.3)qq(0.3～0..5)q(0.5～1..0)q(3)浅埋隧道围围岩松动压压力的计算算方法①超浅埋隧道())围岩竖直均布松松动压力按按公式(4-5)计算：(4-5)式中，――竖直直均布松动动压力()；――围岩容重(()。围岩水平均布松松动压力按按下列公式式计算： (4-6) (4-7)(4-8)(4-9)式中，――产生生最大推力力时的破裂裂角(°)；――围岩计算摩摩擦角(°)；――围岩两侧摩摩擦角，超超浅埋时取取0；――侧压力系数数；――洞顶至地面面高度(m)；――隧道净高((m)；——隧道跨度(m))。②浅埋隧道() (4-10) (4-11)围岩竖直均布松松动压力按按式(4-12)计算： (4-12)围岩水平均布松松动压力按按公式(4-13)和公式(4-14)计算：(4-13)式中，――产生生最大推力力时的破裂裂角(°)；――围岩计算摩擦角角(°)；――围岩两侧摩擦角角(°)；――侧压力系数；――洞顶地面高度((m)；――隧道净高(m))；——隧道跨度((m)。2各段围岩岩荷载计算算结果根据式(4-22)和式(4-33)，计算可可得各种级级别的等效效荷载高度度值，具体体情况见表表4-3。表4-3宽度度影响系数数和围岩等等效荷载高高度值围岩级别宽度影响系数等效荷载高度值值/Ⅳ1.766.336Ⅴ1.7612.672根据计算得出的的等效荷载载高度值hhq，不难判判断出各围围岩的深浅浅埋情况。深浅埋的分界点是根据Hp=2.5hq的计算数据从纵断面上确定的。深浅埋的具体情况各围岩段的物理力学指标情况见表4-4。表4-4深浅浅埋判断情情况起讫里程围岩级别深浅埋判定重度/kN·m-33计算摩擦角/((°)两侧摩擦角/((°)左线ZK46++026～+0800Ⅴ浅埋18.54527左线ZK46++147～+2155DK349+8815Ⅴ浅埋18.54527左线ZK46++080～+1477Ⅳ深埋21.55544右线ZK46++026～+083Ⅴ浅埋18.54527右线ZK46++143～+2144Ⅴ浅埋18.54527右线ZK46++083～+1433Ⅳ深埋21.55544(1)对表4--4中的隧道左右线线每个级别别围岩各取取两个断面面，按照以以上荷载计计算方法，计算得出衬砌结构所受荷载，详见表4-5。表4-5隧道道各级别围围岩荷载计计算结果起讫里程围岩级别最大埋深/m深浅埋判定垂直荷载/kNN·m-1水平均布或梯形形荷载/kN·m-1左线ZK46+655Ⅴ16.328浅埋257.462267.557和和108..393ZK46+1775DK349+8815Ⅴ14.106浅埋227.664458.362和和99.1198ZK46+855Ⅳ30.689深埋136.224430.65044ZK46+1110Ⅳ39.640深埋136.224430.65044右线ZK46+600Ⅴ13.061浅埋213.092254.041和和94.8878ZK46+1660Ⅴ18．250浅埋281.897775.508和和116..345ZK46+1220Ⅳ36.821深埋136.224430.65044ZK46+1440Ⅳ28.679深埋136.224430.650444.2.2内力计算算内力计算主要是是通过ANNSYS有有限元软件件完成，首首先对隧道道结构建立立衬砌模型型，然后进进行荷载加加载，最后后导出计算算结果。1内力计计算过程通过ANSYSS软件对衬衬砌结构进进行力学计计算的全过过程为：首首先，依照照截面尺寸寸，利用结结构荷载模模式对衬砌砌结构建立立模型；然然后依据计计算得出的的竖直和水水平均布压压力对模型型加载，并并进行计算算；最后，查查看计算结结果，同时时输出内力力图。建模时采用的主主要参数有有：C30混凝土弹弹性模量Ec=3.1×109Pa；泊松比=0.2；钢筋混凝凝土容重==250000N/mm3；弹性反力力系数K=80×1006Pa//m。2结果输输出(1)隧道左线ZK446+0665Ⅴ级浅埋复合合式衬砌内内力计算的的模型(图4-1)、变形图(图4-2)、弯矩图(图4-3)，轴力图(图4-4)和数值表表(表4-6)。图4-1隧道道左线ZK466+0655段Ⅴ级围岩浅埋埋受力模型型图图4-2隧道道左线ZK466+0655段Ⅴ级围岩浅埋埋变形图图4-3隧隧道左线ZK466+0655段Ⅴ级围岩浅浅埋弯矩图（单位N··m）图4-4隧道道左线ZK466+0655段Ⅴ级围岩浅浅埋轴力图图（单位m）表4-6隧道道左线ZK466+0655段Ⅴ级围岩浅浅埋数值表表编号弯矩(N·m))轴力编号弯矩(N·m))轴力(N)1-91115-1.35E++0631-1.58E++05-1.69E++062-17315-1.67E++0632-97950-1.72E++0638760.2-1.65E++06338520.3-1.65E++06420914-1.64E++063452314-1.62E++06529163-1.63E++063557095-1.62E++06644229-1.63E++063644229-1.63E++06757095-1.63E++063729163-1.64E++06852313-1.66E++063820913-1.65E++0698520-1.73E++06398759.5-1.66E++0610-97950-1.69E++0640-17316-1.34E++0611-1.58E++05-1.64E++064191115-1.08E++0612-1.77E++05-1.59E++06421.24E+005-8.78E++0513-1.64E++05-1.53E++064353000-7.29E++0514-1.26E++05-1.47E++0644-53683-6.90E++0515-72079-1.41E++0645-84500-6.83E++0516-10197-1.35E++0646-71774-6.88E++051752129-1.31E++0647-45471-6.97E++05181.08E+005-1.27E++0648-21113-7.05E++05191.52E+005-1.24E++0649-4170.55-7.10E++05201.81E+005-1.23E++06505101.9-7.13E++05211.90E+005-1.23E++06517975.2-7.13E++05221.81E+005-1.24E++06525101.9-7.10E++05231.52E+005-1.27E++0653-4170.55-7.05E++05241.08E+005-1.31E++0654-21113-6.98E++052552129-1.35E++0655-45471-6.89E++0526-10198-1.41E++0656-71775-6.84E++0527-72079-1.47E++0657-84500-6.92E++0528-1.26E++05-1.53E++0658-53683-7.31E++0529-1.64E++05-1.59E++065953000-8.83E++0530-1.77E++05-1.64E++06601.24E+005-1.09E++06(2)隧道左线ZK446+1775Ⅴ级浅埋复合合式衬砌内内力计算的的模型(图4-4)、变形图(图4-5)、弯矩图(图4-6)，轴力图(图4-7)和数值表表(表4-7)。图4-4隧隧道左线ZZK46++175段段Ⅴ级围岩浅埋埋模型图图4-5隧隧道左线ZK466+1755段Ⅴ级围岩浅浅埋变形图图图4-6隧隧道左线ZK466+1755段Ⅴ级围岩浅浅埋弯矩图图（单位N··m）图4-7隧隧道左线ZK466+1755段Ⅴ级围岩浅浅埋轴力图图（单位N）表4-7隧隧道左线ZK466+1755段Ⅴ级围岩浅浅埋数值表表编号弯矩(N·m))轴力(N)编号弯矩(N·m))轴力(N)1-81100-1.20E++0631-1.40E++05-1.50E++062-15246-1.49E++0632-87308-1.53E++0637955.7-1.47E++06337656.6-1.47E++06418748-1.46E++063446714-1.45E++06526080-1.46E++063550977-1.44E++06639505-1.45E++063639505-1.45E++06750976-1.45E++063726080-1.46E++06846713-1.48E++063818747-1.47E++0697656.3-1.54E++06397955.1-1.48E++0610-87309-1.50E++0640-15246-1.20E++0611-1.40E++05-1.46E++064181100-9.66E++0512-1.58E++05-1.41E++06421.11E+005-7.84E++0513-1.46E++05-1.36E++064347395-6.52E++0514-1.13E++05-1.31E++0644-47826-6.18E++0515-64474-1.25E++0645-75372-6.11E++0516-9253.66-1.20E++0646-64049-6.16E++051746386-1.16E++0647-40594-6.24E++051896440-1.13E++0648-18865-6.32E++05191.36E+005-1.10E++0649-3746.88-6.37E++05201.61E+005-1.09E++06504528.6-6.39E++05211.70E+005-1.09E++06517093.2-6.39E++05221.61E+005-1.10E++06524528.6-6.37E++05231.36E+005-1.13E++0653-3746.88-6.32E++052496440-1.16E++0654-18865-6.26E++052546385-1.20E++0655-40594-6.18E++0526-9253.99-1.25E++0656-64049-6.13E++0527-64474-1.30E++0657-75372-6.20E++05续表4-7编号弯矩(N·m))轴力(N)编号弯矩(N·m))轴力(N)28-1.13E++05-1.36E++0658-47827-6.54E++0529-1.46E++05-1.41E++065947395-7.89E++0530-1.58E++05-1.46E++06601.11E+005-9.72E++05(3)隧道右线ZK446+0660Ⅴ级浅埋复合合式衬砌内内力计算的的模型(图4-8)、变形图(图4-9)、弯矩图(图4-100)，轴力图(图4-111)和数值表表(表4-8)。图4-8隧道道右线ZK466+0600段Ⅴ级围岩浅浅埋模型图图图图4-9隧道道右线ZK466+0600段Ⅴ级围岩浅浅埋变形图图图4-10隧隧道右线ZK466+0600段Ⅴ级围岩浅浅埋弯矩图图（单位N··m）图4-11隧隧道右线ZK466+0600段Ⅴ级围岩浅浅埋轴力图图（单位N）表4-8隧道道右线ZK466+0600段Ⅴ级围岩浅浅埋数值表表编号弯矩(N·m))轴力(N)编号弯矩(N·m))轴力(N)1-76190-1.13E++0631-1.32E++05-1.41E++062-14214-1.40E++0632-82027-1.44E++0637577.2-1.39E++06337209-1.38E++06417688-1.38E++063443910-1.36E++06524550-1.37E++063547919-1.36E++06637148-1.36E++063637148-1.36E++06747919-1.37E++063724549-1.37E++06843910-1.39E++063817688-1.38E++0697208.8-1.44E++06397576.6-1.40E++0610-82027-1.41E++0640-14214-1.13E++0611-1.32E++05-1.37E++064176190-9.09E++0512-1.48E++05-1.33E++06421.04E+005-7.38E++0513-1.37E++05-1.28E++064344678-6.14E++05续表4-8编号弯矩(N·m))轴力(N)编号弯矩(N·m))轴力(N)14-1.06E++05-1.23E++0644-44947-5.83E++0515-60684-1.18E++0645-70901-5.77E++0516-8774.88-1.13E++0646-60268-5.82E++051743540-1.09E++0647-38209-5.89E++051890611-1.06E++0648-17765-5.96E++05191.28E+005-1.04E++0649-3539-6.01E++05201.52E+005-1.02E++06504249.3-6.03E++05211.60E+005-1.02E++06516663.1-6.03E++05221.52E+005-1.03E++06524249.3-6.01E++05231.28E+005-1.06E++0653-3539-5.97E++052490611-1.09E++0654-17765-5.90E++052543539-1.13E++0655-38209-5.83E++0526-8775.11-1.17E++0656-60268-5.78E++0527-60684-1.22E++0657-70901-5.85E++0528-1.06E++05-1.27E++0658-44948-6.17E++0529-1.37E++05-1.32E++065944677-7.43E++0530-1.48E++05-1.37E++06601.04E+005-9.15E++05(4)隧道右线线ZK466+1600Ⅴ级浅埋复合合式衬砌内内力计算的的模型(图4-122)、变形图(图4-133)、弯矩图(图4-144)，轴力图(图4-155)和数值表表(表4-9)。图4-12隧道右线ZK466+1600段Ⅴ级围岩浅浅埋模型图图图4-13隧隧道右线ZK466+1600段Ⅴ级围岩浅浅埋变形图图图4-14隧隧道右线ZK466+1600段Ⅴ级围岩浅浅埋弯矩图（单位N··m）图4-15隧隧道右线ZK466+1600段Ⅴ级围岩浅浅埋轴力图图（单位N）表4-9隧道道右线ZK466+1600段Ⅴ级围岩浅浅埋数值表表编号弯矩(N·m))轴力(N)编号弯矩(N·m))轴力(N)1-99298-1.47E++0631-1.71E++05-1.84E++062-18966-1.82E++0632-1.06E++05-1.88E++0639454.7-1.80E++06339169.7-1.80E++06422689s-1.79E++063456754-1.77E++06531640-1.78E++063561960-1.77E++06647994-1.77E++063647994-1.77E++06761959-1.78E++063731640-1.78E++06856753-1.81E++063822689-1.79E++0699169.5-1.88E++06399453.9-1.81E++0610-1.06E++05-1.84E++0640-18966-1.46E++0611-1.71E++05-1.79E++064199298-1.18E++0612-1.92E++05-1.73E++06421.35E+005-9.55E++0513-1.78E++05-1.67E++064357652-7.92E++0514-1.37E++05-1.60E++0644-58450-7.50E++0515-78149-1.54E++0645-91969-7.42E++0516-10931-1.48E++0646-78104-7.47E++051756751-1.43E++0647-49469-7.57E++05181.18E+005-1.39E++0648-22956-7.65E++05191.66E+005-1.36E++0649-4516.55-7.71E++05201.96E+005-1.34E++06505574.4-7.74E++05212.07E+005-1.34E++06518701.1-7.74E++05221.96E+005-1.36E++06525574.4-7.71E++05231.66E+005-1.38E++0653-4516.55-7.66E++05241.18E+005-1.43E++0654-22956-7.58E++052556750-1.48E++0655-49469-7.49E++0526-10931-1.54E++0656-78104-7.43E++0527-78149-1.60E++0657-91969-7.52E++0528-1.37E++05-1.67E++0658-58450-7.95E++0529-1.78E++05-1.73E++065957651-9.60E++0530-1.92E++05-1.79E++06601.35E+005-1.18E++06(4)隧道深埋埋段Ⅳ级深埋复合合式衬砌内内力计算的的模型(图4-166)、变形图(图4-177)、弯矩图(图4-188)，轴力图(图4-199)和数值表表(表4-100)。图4-16隧道Ⅳ级深埋围岩浅浅埋模型图图图4-17隧隧道Ⅳ级深埋围岩岩浅埋变形形图图4-18隧道Ⅳ级深埋围岩岩浅埋弯矩矩图（单位位N·m）图4-19隧道Ⅳ级深埋围岩岩浅埋轴力力图（单位位N·m）表4-10隧隧道Ⅳ级深埋围岩岩浅埋数值值表编号弯矩(N·m))轴力(N)编号弯矩(N·m))轴力(N)1-37418-7.33E++0531-10070-8.93E++052-5804.55-9.37E++0532-7055.99-8.93E++053-32.3499-9.25E++0533-5415.44-8.95E++054-1039.88-9.18E++0534-5026.11-8.98E++055-4976.88-9.13E++0535-5436.11-9.02E++056-5842.66-9.08E++0536-5849.66-9.07E++057-5433.44-9.03E++0537-4985.33-9.12E++058-5033.77-9.00E++0538-1049.22-9.20E++059-5442.88-8.98E++0539-43.3455-9.31E++0510-7113.22-8.98E++0540-5817.11-7.27E++0511-10163-8.97E++054137418-5.57E++0512-14245-8.96E++054247490-4.22E++0513-18388-8.93E++054311291-3.38E++0514-20997-8.83E++0544-31766-3.16E++0515-20177-8.53E++0545-37153-3.11E++0516-10407-8.24E++0546-25887-3.13E++05174058.2-7.99E++0547-12948-3.16E++051819480-7.79E++0548-3940.77-3.18E++051932782-7.65E++0549738.45-3.20E++052041677-7.58E++05502572.3-3.20E++052144755-7.58E++05512999.7-3.20E++052241549-7.65E++05522572.8-3.20E++052332579-7.79E++0553739.13-3.19E++052419244-7.98E++0554-3940.77-3.17E++05续表4-10编号弯矩(N·m))轴力(N)编号弯矩(N·m))轴力(N)253833-8.22E++0555-12950-3.15E++0526-10580-8.50E++0556-25894-3.13E++0527-20254-8.81E++0557-37166-3.18E++0528-20937-8.89E++0558-31784-3.40E++0529-18270-8.92E++055911278-4.27E++0530-14125-8.93E++056047497-5.63E++054.3衬砌砌截面检算算4.3.1截面检算算方法各级围岩衬砌截截面检算公公式 (4-15)抗压强度检算公公式为 (4-16)抗裂强度检算公公式为 (4-17)式中，——检算算截面偏心心距；——安全系数；——混凝土或砌体的的抗压极限限强度(MPa)；——构件纵向弯曲系系数；——轴向力偏心系数数；——截面宽度(mmm)；——截面高度(mmm)。说明：当e0≤≤0.2hh时，由抗抗压强度控控制承载能能力，不必必检算抗裂裂；当e0＞0.2hh时，由抗抗拉强度控控制承载能能力，不必必检算抗压压。4.3.2截面检算算结果各级围岩衬砌截截面检算不不合格情况况见表4--11(其中深埋埋段均为合合格点，故故不列出))。其中安安全系数KK抗拉时取3.6，抗压时时取2.4，C30混凝土R1=2.22MPa，Ra=22..5MPa，Rw=28..1MPaa。由于采用用每延米衬衬砌作为一一个分析单单元，截面面宽度b取1m，截面面高度h即为衬砌砌厚度，为0.455m。表4-11衬衬砌截面强强度检算单元号弯矩M轴力NKN偏心距0.2h是否需要配筋D60+12-1.48E++05-1.33E++06318912000.1116550.0935453999是D60+13-1.37E++05-1.28E++06306864000.1074330.0940067077是D60+191.28E+005-1.04E++06248400000.1234440.0926824644是D60+201.52E+005-1.02E++06245616000.14803360.0917790899是D60+211.60E+005-1.02E++06245544000.15604450.0916032699是D60+221.52E+005-1.03E++06248208000.1464990.0918175611是D60+231.28E+005-1.06E++06253464000.12097730.0928263633是D60+29-1.37E++05-1.32E++06317856000.10371150.0945250911是D60+30-1.48E++05-1.37E++06328800000.10829920.0939029688是D60+42D65+121.04E+005-1.77E++05-7.38E++05-1.59E++0617723522381552000.14115550.11124470.090.091964143335848099是是D65+13-1.64E++05-1.53E++06367320000.10691130.0940716455是D65+191.52E+005-1.24E++06298128000.12269940.0927244222是D65+201.81E+005-1.23E++06294816000.14706690.0918029511是D65+211.90E+005-1.23E++06294744000.15500040.0916241444是D65+221.81E+005-1.24E++06297912000.14554410.0918420155是D65+231.52E+005-1.27E++06304176000.12025540.0928712899是D65+29-1.64E++05-1.59E++06380520000.10320040.0946070533是D65+30-1.77E++05-1.64E++06393480000.10787740.09