两车道高速公路隧道支护结构课程设计

课程设计用纸课程设计用纸#教师批阅:教师批阅:两车道高速公路隧道支护结构课程设计一、 设计目的通过课程设计，使学生掌握公路隧道支护结构的基本计算设计方法，熟悉矿山法在公路隧道施工中的工艺，掌握公路隧道施工设计的基本方法，以及掌握隧道暗挖洞门的形式，洞门的结构要求，设计方法和洞门作为重力式挡土墙的各项验算。二、 设计资料原始资料：取之于“福州国际机场高速公路隧道设计，温州绕城高速公路隧道设计”。隧道洞身设计资料：围岩级别：U级围岩容重：27KN/m3隧道埋深：10m隧道行车要求：两车道二级公路3•隧道衬砌截面强度校核资料：N=23.283tM=0.0176t.m

4.隧道洞门设计与检算资料：地基土摩擦系数0.7地基土容重 18KN/m3地基容许承载力 o500kPa三、隧道洞身设计1.隧道横断面设计教师批阅:1.1隧道建筑限界的确定教师批阅:该隧道横断面设计是根据两车道二级公路U级围岩的隧道 ，根据《公路隧道设计规范》选取隧道建筑限界基本值如下：W――行车道宽度，取3.7527.50m;c――余宽，本设计需设置人行道，取C0；R 人行道宽度，取1m,双侧设置；H――建筑限界高度，取5.0m;Ll――左侧向宽度，取0.75m;Lr――右侧向宽度，取0.75m;El――建筑限界左顶角宽度，取0.75m;Er――建筑限界右顶角宽度，取0.75m;h 人行道高度，取0.25m;隧道净宽1 0.753.75 2 11m;设计行车速度为80km/h，建筑限界左顶角高度与右顶角高度均取 1m；参照规范横向坡度通常选1.5%〜2%，在本设计中，取横向坡度i=2%,

右侧（行车方向）倾斜。建筑限界设计见图1.1Lr r r■/\1.1.图3.1公路建筑限界图（单位：厘米）对于上下行分离式独立双洞的公路隧道之间应设置人行横向通道 ，其间距取250m。人行横通道的断面建筑限界如图1.2所示。教师批阅:教师批阅:图3.2人行横通道的断面建筑限界图（单位：厘米）1.2隧道内轮廓线的确定本隧道为两车道U级围岩隧道，围岩较好，不需施作仰拱。根据《公路隧道设计规范》，并结合实际情况，本隧道采用三心圆法设计内轮廓线，经济实际。本隧道内轮廓断面图如图 1.3所示「— 一r11^.28图3.3隧道内轮廓断面图（单位：厘米）2•隧道衬砌设计2.1隧道衬砌截面强度验算M0.0176t.mN23.283tM0.0176 3偏心距Q— 0.75610m0.756mmN23.283因为e0 0.756mm0.2h 0.20.30.06m60mm。由规范有：对混凝土矩形截面构件，当偏心距eo0.2h时，按抗压强度控制承载能力，并用下式进行计算：KN<Rabh式中：Ra――混凝土或砌体的抗压极限强度， 按《公路隧道设计规范》教师批阅:表529采用；K――安全系数，按《公路隧道设计规范》表9.2.4—1采用;N――轴向力（kN）；b――截面宽度（m）；h――截面厚度（m）;①一一构件纵向弯曲系数，对于贴壁式隧道衬砌、明洞拱圈及背墙紧密回填的边墙，可取①=1;eo 截面的偏心距；――轴向力的偏心影响系数，'0.7560.0126查表可得 1.0查表可得=1.0, 1.0，h60Ra=15500KPa，b=1.0m，h=0.30m，K=2.4，则有：Rabh=1.01.0155001.00.304650KN而KN2.4232.83558.792KN 4650KN,故KN<Rabh，满足截面强度设计要求。2.2隧道深浅埋的确定及围岩压力计算根据内轮廓尺寸 Bt12.51m,Ht8.80m因为U级围岩的隧道设计不用设预留变形量，故近似开挖尺寸为Bn0.0820.3212.5113.27mHn0.080.38.8 9.18m对于U级围岩，Hp2hq

S1hq0.452 [1i(B5)]S――围岩级别B――隧道宽度，BBni――围岩压力增减率，当B5,取i0.1则 hq0.45221[10.1(13.275)]1.6443m则Hp2hq3.2886m教师批阅:埋深H10Hp，故该隧道为深埋隧道。教师批阅:hq――等效荷载高度；H——隧道埋深；Hp――深浅埋隧道分界深度。又 Ht 8.80 0.70341.7，Bt 12.51可用公式q h，由设计资料知 27KN/m3贝Uq271.6443 44.3961KN/m3•••该隧道为U级围岩二围岩水平匀布压力e02.3隧道衬砌方案的拟定参考《公路隧道设计规范》(JTGD70—2004),本设计为二级公路，采用复合式衬砌，复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式。复合式衬砌设计应复合下列规定:I.初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土、 锚杆、钢筋网和钢架等支护形式单独或组合使用，锚杆支护宜采用全长粘结锚杆。n•二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连接圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。由规范中表842—1，对于两车道n级围岩，有：初期支护：拱部、边墙的喷射混凝土厚度为5〜8cm，拱、墙锚杆长度为2.0〜2.5m;二次衬砌厚度：拱、墙混凝土厚度为30cm。最终确定衬砌尺寸及规格如下：深埋隧道外层初期支护，根据《规范》规定，采用锚喷支护，锚杆采用普通水泥砂浆锚杆，规格HRB335①20X2.5m，采用梅花型局部布设.采用C20喷射混凝土，且厚度为8cm。防水板：采用塑料防水板及无纺布，且无纺布密度为 300g/m2，防水板应采用满铺的EVA板防水层，厚度为2.0mm，搭接长度为150mm。初次衬砌:初步拟定采用C20喷射混凝土，厚度为8cm.二次衬砌:根据《公路隧道设计规范》，采用20号模筑防水混凝土，厚度为30cm。3.隧道洞室防排水设计根据规范的防排水的一般规定，隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。防水措施：在初期支护与二次衬砌之间铺设2.0mm厚的EVA板防水层和密度控制在300g/m2以上的无纺布，注意的是在施作防水板之前，要保证混凝土表面较平顺，无尖点及钢筋露头。路面结构下设© 300纵向中心水沟，侧边设宽50mm、深30mm的纵向凹槽；在衬砌两侧边墙背后底部设©100的纵向排水盲管，纵向排水盲管由©100的A类横向导水管和©150的B类横向导水管与中央排水沟连接。具体设计请参照图 3.1o图3.4隧道防排水设计简图（单位:厘米）对于二次衬砌施工缝、沉降缝等薄弱环节，因此除按施工规范要求处理外，还应进行精心的设计，采用合适的防水材料和构造形式。可在防水板下面添加一层背贴式止水带，并在施工缝处添加止水条。隧道二次衬砌混凝土防水等级要大于S6。二次衬砌施工缝、沉降缝的主要构造形式如图3.2所示图3.5施工缝、沉降缝的主要构造形式4.隧道开挖及施工方案4.1隧道施工方法该隧道为U级硬质的石质隧道，根据设计要求采用新奥法，全断面法是最佳施工方法，可采用深孔爆破施工。其优点是有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，干扰少，便于施工组织与管理，采用深孔爆破时，可加快掘进速度，且爆破队围岩的震动次数较少，有利于围岩稳定。其缺点是由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，采用深恐爆破时，产生的爆破震动较大，对钻豹设计和控制爆破作业要求较高。全断面施工方法如图4.1所示。图3.6全断面施工方法①一全断面开挖 ②一锚喷支护③一模筑混凝土全断面法施工工序如下：（1）用钻孔台车钻眼，然后装药、联接导火线；（2）退出钻孔台车，弓I爆炸药，开挖出整个隧道断面；（3）排除危石；（4）喷射拱圈混凝土，必要时安设拱部锚杆；（5）用装碴机将石碴装入运输车辆，运出洞外；（6）喷射变强混凝土，必要时安设边墙锚杆；（7）根据需要可喷第二层混凝土和隧道底部混凝土；（8）开始下一轮循环；（9）通过两侧判断围岩和初期支护的变形，待基本稳定后，施作二次模筑混凝土衬砌。4.2施工顺序：施工准备f确定施工方法f钻爆开挖f现场监控量测f初期支护f防水层铺设f二次衬砌f路面施工f竣工。

钻爆设计：根据《公路隧道施工技术规范》，硬岩宜采用光面爆破，宜选用柱状掏槽，两个掏槽炮眼间距不得小于20cm。隧道开挖面的炮眼，按直线型布孔。这种布孔图示，形式简单并且容易掌握，同排炮眼的最小抵抗线一致，间距一致，前排眼为后排眼创造临空面，爆破效果较好。直线型布孔示意图如图4.2所示。■-花■-花图3.7直线型布孔示意图根据规范，对于硬岩，周边炮眼间距 E550~700mm，最小抵抗线W700~850mm，周边炮眼的密集系数E0.8~1.0。V四、隧道洞门设计1.洞门的尺寸设计1.1洞门类型的确定根据任务书要求，本设计应采用坡面斜交型翼墙式洞门。翼墙式洞门主要适用于地质较差的W级以下的围岩，以及需要开挖路堑的地方。翼墙的设置是为了与端墙的共同作用，以抵抗山体水平推向力，增加洞门的抗滑动和抗倾覆的能力，同时也对路堑边坡起到了支撑作用。1.2洞门尺寸的确定根据设计规范表721喪*2」澗口边、钾誠控制■度FCIt二v|边、仰坡盘寻1-03J-031u.Ml旳R1-1Hl25l：L25)32325ISIt-可知：U级围岩洞口边、仰坡坡率可取 1:0.5。又由设计规范7.3.3知：洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0m，洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m。根据图4.1.1所示的洞门尺寸设计简图，可取以下值进行计算：洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离取 0.8+仁1.8m洞门端墙与仰坡间水沟沟底至衬砌按顶外缘高度取 1.1m洞门墙高出坡脚的高度取1+0.3+0.2=1.5m洞门厚度由工程类比取1.0m洞门向土体倾斜角度取1:0.1基底埋置石质地基的深度为64.9m翼墙的坡度为1:1图4.1洞门尺寸设计简图(单位：厘米)2•洞门检算翼墙式洞门应检算以下三点：检算翼墙时取洞门端墙前的翼墙宽1m的条带“I”，按挡土墙检算偏心、强度及稳定性。检算端墙时取最不利部分“U”作为检算条带，检算其截面偏心和强度。(3)检算端墙和翼墙共同作用部分“川”的滑动稳定性。2.1检算条带“I”II「图II「图4.2条带“I”示意图（单位：厘米）2.1.1压力的计算图4.3计算样图（1）各项物理学指标根据计算样图和设计资料可得以下数据：75° 18KN/m3f0.7tan3.732

f0.763°tan63°tan1.962tan0.1(2)土压力系数的计算由设计规范知：最危险破裂面与垂直面之间的夹角tantan2tantan,(1tan2)(tan tan)(tan tan)(1tantan)2tan(1tan)tan(1tantan)代入数据后可得：tan0.1964 11.11°则侧压力系数：(tan tan)(1tantan)

tan()(1tantan)5.4810(0.1964 0.1)(1 0.11.962)5.4810tan(11.11° 75°)(10.19640.1962)土压力的计算HH186.010.005480.63kPaE1H211826.01 0.005481.78KN22G砼Hb206.011120.2KN2.1.2稳定性及强度的验算(1)倾覆稳定的验算:120.2(6.010.10.5)132.34KNm120.2(6.010.10.5)132.34KNmM01.786.01 3.57KNm3K。MyK。MyM°132.343.5737.071.5•••满足倾覆要求(2)滑动稳定的验算KcNKcN〔120・2_0.747.271.3E1.78•••满足滑动稳定要求(3)合力的偏心距验算TOC\o"1-5"\h\zCMyM。132.343.57 107C 1.07N 120.2eBc0.51.07 0.57B(0.17)26•••满足基底合力的偏心距基底压应力的验算:B•/e—6maxNB-(16eB120.2“—T(1maxNB-(16eB120.2“—T(160.57) 124.62KPa1minNB-(16e)120・4(1B160.57) 291.368KPa1因为出现负值,故尚因检算不考虑圬工承受拉力时受压区应力重力分布的最大压应力。通过应力重分布，受压区的最大压应力:500Kpamax124.62 291.368 415.99Kpa500Kpa•••满足基底合力的偏心距2.2条带“U”的检算条带“U”以及条带“川”如图4.4所示H-图4.4条带“U”以及条带“川”分布(单位：厘米)J2—II,.■-T二111a11;|11.111■1■1J2.2.1土压力的计算：由以上计算可知： 0.00548HH 189.940.00548 0.98KpaE1H2 0.5189.9420.005484.87KN2G11砼Hb — 209.941 99.4KN222.2.2墙身截面偏心的检算TOC\o"1-5"\h\z1 1 1ME(—-)H4.87—9.948.07KNm2 3 6偏心距6M 8.07 0.08 0.3 1.0 0.3N 99.4•••满足墙身截面偏心距要求2.2.3墙身截面强度的检算应力

TOC\o"1-5"\h\zN 6q\o"CurrentDocument"B-(1 罟)4100Kpa99.4 60.08)389.65/7.95KPa4100Kpa0.5 0.5•••满足墙身截面强度要求2.3条带“川”的检算2.3.1土压力的计算由以上计算知图4.5由以上计算知图4.5条带“川”（单位:厘米）0.005481811.850.00548 1.17KpaH1E1H1

HH1H11.17 0.39Kpa11.8511.993 0.393.91.9931.52KN2H1H2(0.50.7951.86)0.397.952.2575 7.00KNEE1E2 1.52 7 8.52KNG1 砼H1b11203.91.861145.08KN1G2 2砼H2b210.5207.950.995179.10KNGG1G2 145.08 79.10 224.18KN232滑动稳定的检算KcNfEKcNfE224.180.7—8.52—18.41.3•••满足滑动稳定要求五、总结这次为