高速公路隧道设计、施工组织设计（附计算书）[详细]

1、湖南XX大学XX学院本科生毕业设计（论文）湖 南 xx大 学XX学院毕业设计(论文)题目龙永高速玉屏山隧道(左线)结构及施工组织设计作者XXX专业土木工程学号指导教师XXX二一六年 五月 二十一 日湖 南 科 技 大 学XX学院毕业设计(论文)任务书 土木工程 系 岩土与城市地下工程 教研室教研室主任: (签名) 年 月 日学生姓名: XXX 学号: 1XXX 专业: 土木工程 1 设计(论文)题目及专题: 龙永高速玉屏山隧道(左线)结构及施工组织设计 2 学生设计(论文)时间:自 2016 年 X 月 X日开始至 2016 年 X 月X日止3 设计(论文)所用资源和参考资料:(1)公路隧道设

2、计规范JTG D70-2004;(2)公路隧道通风照明设计规范JTJ026.1-1999;(3)公路工程技术标准JTGB01-2014;(4)公路工程抗震设计规范JTGB02-2013;(5)锚杆喷射混凝土支护技术规范GB50086-2015;(7)地下工程防水技术规范GB50208-2011;(8)沈浦生.混凝土结构设计原理(第四版)高等教育出版社20124 设计(论文)应完成的 主要内容:(1)中英文摘要;(2)隧道洞口工程设计选择;(3)洞门型式及其结构设计;(4)计算洞门边坡的 稳定性及边坡的 加固措施;(5)洞身工程设计(只选一个断面)a、隧道内轮廓的 尺寸设计b、洞身衬砌结构设计;

3、(6)洞身防排水简单设计(包括地下水、洞内路面水的 设计);(7)隧道全过程监控量测的 设计;(8)隧道施工组织设计;(9)绘制有关图纸(洞门立面、纵断面、平面图及洞口网格护坡设计图、洞身衬砌断面设计图、配筋图及钢筋布置图等)5 提交设计(论文)形式(设计说明与图纸或论文等)及要求:(1)开题报告;文献综述;(2)中英文摘要;(3)设计说明书;(4)洞门立面、纵断面、平面图、洞身衬砌断面设计图、配筋图及钢筋布置图等;(5) 提交设计计算书和相关图纸,图纸不少于7张(A2)或12张(A3),并提交电子档,图形要求美观准确.6 发题时间: 2016 年 X 月 X 日指导教师: (签名)学 生:

4、(签名)湖 南 XX 大 学xx学院毕业设计(论文)指导人评语指导人: (签名)年 月 日湖 南 xx大 学xx学院毕业设计(论文)评阅人评语评阅人: (签名)年 月 日湖 南 xx大 学XX学院毕业设计(论文)答辩记录日期: 学生: XXX 学号:XXX 班级: 12地下001班 题目: 龙永高速玉屏山隧道(左线)结构及施工组织设计 提交毕业设计(论文)答辩委员会下列材料:1 设计(论文)说明书共页2 设计(论文)图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计(论文)答辩委员会评语:答辩委员会主任: (签名)委员: (签名)(签名)(签名)(签名) 成绩: 摘 要龙永高速玉屏山隧道(左线)围绕

5、湖南省龙山至永顺高速玉屏山段进行设计,设计为公路单洞双向隧道,隧道全长 815米,本次设计洞身衬砌的 设计内容为隧道进口段L2K12+135至L2K12+950.衬砌内轮廓采用三心圆曲边墙结构形式.隧道结构的 设计以新奥法施工为核心.各类衬砌的 设计采用复合式衬砌,以初期支护为主要承载结构和二次衬砌一起共同承担荷载.初期支护、二次衬砌以及洞门的 设计,爆破的 设计等,均按照工程类比法并且参照有关规范进行设计.选定适合的 参数进行隧道洞身的 结构设计,再选取具有代表性的 断面进行整体的 稳定性分析验算.根据公路隧道设计规范规定,确定隧道的 内轮廓尺寸以及隧道的 建筑限界.根据地质条件选择端墙式洞

6、门.隧道洞身开挖采用二台阶四步开挖法进行开挖.同时本设计对洞门、施工缝进行一定的 防排水处理;还对隧道进行施工组织设计,从质量、安全、施工三个方面提出相应的 措施以确保工程的 有序进行.同时施工的 监控量测在隧道施工中有着举足轻重的 地位,本设计对监控量测做了 必要的 阐述.同时还绘制了 包括隧道内轮廓设计图、复合式衬砌图、洞门设计图等相关的 图纸.关键词:新奥法;龙永高速玉屏山隧道;复合式衬砌;洞门的 设计;施工监控量测xABSTRACTThis design around to yongshun, longshan of hunan province is designed for sin

7、gle hole two-way tunnel, the tunnel span 815 米, the design content of this design hole body lining of tunnel entrance section L2K12 + 135 to L2K12 + 950. Inside lining outline adopts three heart round curved wall structure for米. The design of the tunnel structure with new 米ethod of the construction

8、as the core. All kinds of co米posite lining is used in designing of the lining is 米ain bearing structure with pri米ary support and secondary lining together to share the load. Pri米ary support and secondary lining and the design of David, the design of blasting, etc., in accordance with the relevant en

9、gineering analogy 米ethod and reference to the standard to carry on the design. Selected for the para米eters of tunnel hole body structural design, then select a representative sa米ple of the overall stability analysis and checking calculation of cross section. According to the specification for design

10、 of highway tunnel, deter米ine the inside of the tunnel contour and the clearance of the tunnel. Choose according to geological conditions of side wall burrows. Hole body tunnel excavation using the three steps of seven steps excavation 米ethod for excavation. At the sa米e ti米e the design for David, co

11、nstruction joints of waterproof and drainage treat米ent; Also for tunnel construction organization design, fro米 the quality, safety, construction three aspects put forward the corresponding 米easures to ensure orderly. At the sa米e ti米e, the construction 米onitoring 米easure米ent has a pivotal position in

12、 the tunnel construction, the design of the 米onitoring 米easure米ent de米onstrates the necessary. Also draw the figure including tunnel outline drawings, co米posite lining, David design relevant drawings, etc. Keywords:New Austrian tunneling 米ethod; Bi-directional tunnel road single hole ; co米posite lin

13、ing; waterproof and drainage; construction 米onitoring and 米easure米ent.xii湖南XX大学XX学院本科生毕业设计（论文）目录第一章 前言1第二章 隧道工程概况22.1隧道概况22.2围岩分级22.3地层岩性22.4地质构造32.5地震动参数32.6水文地质特征32.7气象特征42.8工程地质条件评价4第三章 隧道总体设计53.1一般规定53.2主要设计原则53.3主要设计规范63.4隧道平纵面设计63.5隧道建筑限界设计63.6隧道内轮廓设计6第四章 隧道洞门设计84.1洞门概述84.2洞口地质条件84.3洞口段设计84.4洞

14、门形式84.5洞门构造要求84.6洞门尺寸拟定94.7洞门计算94.7.1计算参数94.8洞门验算104.8.1洞门土压力计算104.8.2 抗倾覆稳定性验算124.8.3 抗滑动验算134.8.4 基底合力偏心距验算144.8.5 墙身截面偏心距及强度验算14 第五章 支护计算与设计155.1 概述165.2 初期支护设计165.2.1 级围岩初期支护计算175.2.2 喷射混凝土提供的 支护抗力P1值175.2.3 钢支撑提供的 支护抗力P2值185.2.4 锚杆提供的 支护抗力P3值195.2.5 围岩本身提供的 支护抗力P4值205.2.6 最小 支护抗力225.2.7 ,围岩初衬计算

15、24第六章 二次衬砌计算256.1绪论256.2 设计说明256.3 隧道深浅埋类型的 确定256.4.1 级围岩压力的 确定266.5.1 级围岩压力确定366.5.2 级围岩二次衬砌计算376.6.1 级围岩压力确定46第七章 施工组织设计547.1 施工概述54 7.1.1 总的 施工原则557.1.2 按新奥法原理组织施工的 原则557.1.3 快速施工的 原则557.1.4 实施光面爆破和控制爆破的 原则557.1.5 仰拱超前的 原则557.1.6 混凝土确保“四度”的 原则557.1.7 先试验后施工原则55 7.2 施工方案557.2.1 开挖方案567.2.2 光面爆破施工5

16、67.2.3 施工方案57 7.3 洞口段施工57 7.4 级围岩段施工577.4.1 施工工序577.5 、级围岩57 7.5.1 工艺原理和特点577.5.2 施工工序577.6 初期支护587.6.1 喷射混凝土587.6.2 钢筋网587.6.3 锚杆(管)597.6.4钢架597.7二次衬砌的 施工607.7.1工艺特点607.7.2施工方法60 7.8混凝土捣固607.9二次衬砌混凝土养护以及拆模617.9.1 混凝土养护工艺要求617.9.2 养护设备617.9.3 拆模时间62第八章 隧道防排水以及附属设施设计628.1 隧道防排水设计638.1.1 防水638.1.2排水63

17、 8.2隧道内槽、洞室设置648.3隧道耐久性措施648.4 隧道通风648.5 隧道照明、疏塞指示及接触网等65第九章 监控量测659.1 量测目的 669.2 规范及依据669.3 监测项目及测点布置669.4 监控量测流程679.5 施工方法679.5.1 洞内观察及地质素描689.5.2 周边位移689.5.3 拱顶下沉689.6监控量测工作组织设计及质量保证68第十章 结论69参考文献70 致谢71xvi第一章 前言随着我国经济形势的 发展,现有的 交通远远不能满足城市交通的 发展需求,我国的 各重要城市常常出现交通拥挤的 现象,同时过长的 的 通行时间严重阻碍各经济发达地区之间的

18、交流和经济发展,因此发展地铁等成为一个解决交通问题的 重要工具,它不但可以承受具大的 交通量,还可以缩短各城市的 距离大大提高运行效率,全面促进城市的 经济繁荣.我国提出了 大力发展西部地区经济的 战略规划,所谓要致富先修路,解决路的 问题就解决了 经济发展的 大部分问题.而我国的 西部基本上是山区,在修铁路和高速公路的 时候必须穿越许多的 山地,因此必须修建大量的 隧道,我们从龙山到永顺段就可清楚看到这种现象.在这种形势下,对隧道工程的 需求将会越来越大,隧道工程的 数量将大幅度增加,隧道的 长度也将明显增长.因此,通过结合工程实际进行毕业设计,有助于我们在充分考虑的 经济、地质、文化等方面

19、因素情况下制定合理的 隧道设计方法,为今后的 工作累积经验,打下基础.本隧道的 设计内容主要包括方案的 比选,隧道平面、纵断面、横断面的 设计;隧道衬砌结构设计和计算;洞门的 设计;确定合理的 施工工艺等.在本设计的 制作过程中得到了 湖南科技大学王志斌导师的 悉心指导和关心,同时安永林老师,贺建清老师,杨期君老师,雷勇老师,陈伟老师,阳生权老师,尹志政老师,邓修甫老师对此设计提出了 宝贵意见,在此表示诚挚的 谢意.由于编者水平有限,设计书中难免有不足之处,敬请各位老师批评指正.- 1 -第二章 隧道工程概况2.1隧道概况隧道场地处于武陵山脉所构成的 西部隆起地带,区内形成一系列华夏向山地,拟

20、建隧道穿越九龙山山脉,地势起伏大,山体表面呈“人”字形,地面高程250-450米,山坡陡峭,基岩大部分出露,风化侵蚀比较严重,植被较发育,交通方便.2.2围岩分级玉屏山隧道围岩分级见下表2.1 表2.1 玉屏山隧道围岩分级隧道名称进口里程出口里程围岩级别(单位:米) 总长(米)玉屏山隧道L2K12+135L2K12+95097 320 3988152.3地层岩性 根据钻探,工程地质调绘,物探资料,初步查明隧道区的 主要地层为第四系粉质黏土志留系页岩,自上而下分述如下:1） 第四系地层(Q) .粉质粘土(Q):黄褐色,灰褐色,硬塑状.含碎石一般20%-50%不等,岩石主要为页岩,石英砂岩,粒径0

21、.3-5厘米为多,最大12厘米,大小 混杂,以粘性土,粉质粘土为主,无固结,多为稍密状,主要分布于隧道永顺互通端,厚度1-11米不等.2） 志留系页岩(S) 强风化页岩夹细砂岩(S):灰黄,灰褐色,页状构造,泥,砂质构造,矿物成分大部份变异,岩芯破碎,主要呈碎块状,饼状,基岩砂粉质黏土分布于整个隧道场地,厚度不等. 中风化页岩夹细砂岩(S):灰-深灰色,页状结构,泥,砂质结构,产状为15-20,层间结构致密,节理裂隙稍发育,岩芯多呈长柱状,RQD值为60%,岩芯锤击声较脆,未见溶蚀痕迹,岩芯较完整,厚度大,光照深度范围内未揭穿.2.4地质构造 场地位于沙达溪倒转背斜元武陵褶皱带,其构造线走向主

22、要为北北走向,北西向,隧道场地区内发育的 主要的 地质构造为北北东向沙达溪倒转背斜和苗儿洞-卡塔坝强性断裂. (1)褶皱 产地内发育的 褶皱有沙达溪倒转背斜,总轴向北北东40,核部地层为寒武纪和奥陶纪地层,向斜核部由二叠系和三叠系地层,两翼为泥盆系和志留系组成,由于背斜的 构造特点,形成了 武陵山脉,玉屏山隧道穿越九龙山山脉背斜的 翼部,隧道与东西翼部夹角较大,穿越的 地层为单一的 志留系页岩,产状300-320,15-20岩石较完整,强度较高,场地稳定,适宜隧道建设. (2)断裂 苗儿洞-卡塔坝张性断裂倾向东南,倾角85,东盘下降,断裂带岩层节理裂隙发育,由于距隧道场地远,对隧道围岩无影响,

23、该断裂近期无活动痕迹,因此,对场地稳定无影响,适宜隧道建设.2.5地震动参数 据2001年8月1日国家地震局颁布实施的 中国地震动参数区划图(1:400万,2001.8.1),本地区地震动峰值加速度值小 于0.05g,设计地震特征周期为0.35s(相当于地震基本烈度小 于度区).根据公路工程抗震设计规范(JTJ04-89)规定,隧道设计按此采取简易抗震措施进行设防.2.6水文地质特征地表水隧道区内地表水主要发育在山体两侧进出口端,其中进口处为一沟谷,汇水面积较大,非降雨期间无地表径流;出口端为两小 冲沟交汇处,汇水面积相对较小 ,且由于第四系覆盖层以及强风化层较厚,暴雨季节容易形成地表径流.地

24、表水不发育,主要接受大气降水和基岩裂隙水的 补给.枯水季节无地表水,雨季容易形成急流,雨后即断流,水流对两侧山体冲刷力度较大.隧道山体陡峭,雨水能及时顺山坡向下排泄,无积水条件,对隧道建设无影响,但由于暴雨季节容易形成坡面流,且水流速度较大,故两洞口应建排水设施,避免急流对洞口的 冲刷.地下水隧道区内的 地下水主要为基岩裂隙潜水,赋存于页岩的 节理裂隙中.强风化页岩节理裂隙极发育,且厚度较大,但由于强风化页岩的 节理裂隙多为粉质粘土填充,地下水含量较小 ,下伏中风化页岩节理裂隙稍发育,地下水多富存在中风化页及强风化过渡带中,并沿风化裂隙向地表水排泄.量由于隧道建筑场地高程较高,山体较为陡峭,隧

25、道内地下水排泄条件好,可顺边沟直接排放,但衬砌应做好防水措施,遵循“防,排,截,堵结合,综合治理”原则,保证隧道结构物和营运设备的 正常使用和行车安全.2.7气象特征当地属于温带亚热带气候,天气比较温和湿润,下雨量充沛,4-8月为雨季,降水量最大,全年平均降水量70%以上.一直以来平均雨日大约160-170天.2.8工程地质条件评价 本线为双车道高速公路隧道,围岩级别为-级, 洞口段位于山腰,而且围岩级别差,开挖时很容易滑坡,所以应当及时封闭保护,选择适当的 开挖方法,洞身段土层湿度大,极易掉块和坍塌,所以应当及时支护,同时要做好洞内排水的 问题,该工程地质条件总体评价较差.- 73 -第三章

26、 隧道总体设计3.1一般规定隧道所有的 设计应该满足公路交通各种规划的 规定,包括建筑限界,隧道的 断面净空以及隧道主体结构以及通风、照明设施,参考公路隧道设计手册JTG D70-2004版.3.2主要设计原则(1)根据规范地下结构设计使用年限为100年.地下结构主要构件的 耐火等级为一级.(2)结构设计计算除满足施工、运营要求外,必要时还应满足城市规划、环境保护、防水、防火、防杂散电流,防腐蚀和人民防空的 要求.(3)根据承载能力和正常使用的 要求,采用有效措施,保证结构强度、刚度、稳定性抗浮和裂缝宽度验算的 要求,满足结构耐久和施工工艺的 要求.(4)轨道交通结构永久构件在荷载效应基本组合

27、进行使用阶段的 承载能力计算时,取=1.0进行施工阶段的 承载能力计算时,取=1.0,再按荷载效应的 偶然组合进行承载能力进行计算时,取=1.0,作临时构件设计的 结构,在按荷载效应基本组合进行承载能力计算时,取=1.0.(5)地下结构按抗震设防烈度6度进行抗震设计,按7度采用抗震构造措施,结构抗震等级为三级,以提高结构和接头处的 整体抗震能力.(6)结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定性验算.在不考虑侧壁摩阻力时,其抗浮安全系数不得小 于1.05,当计及侧壁摩阻力时,其抗浮安全系数不得小 于1.15.当结构抗浮不能满足要求时,应采取相应的 工程措施.(7)地下结构中迎土面混凝土构件的 环境类别

28、为I-C类,结构内部混凝土构件的 环境类别为I-B类,非预应力构件裂缝宽度不得大于0.2米米,I-B类环境,非预应力构件裂缝宽度不得大于0.3米米.(8)初期支护的 结构设计,应根据围岩级别,埋置深度,隧道宽度和开挖方法及步序等,合理选定喷混凝土、锚杆、钢筋网和格栅拱架等支护构件及其参数.初期支护设计的 参数,一般通过工程类比、理论计算并参照有关的 标准设计和图集初步确定,在初步施工过程中,应结合监控量测数据,对设计进行修正或确认,以获得更经济合理的 最终设计.(9)二次衬砌的 形式和设计参数确定时,除应考虑围岩类别,埋置深度,地下水头等因素外,还应充分考虑初期支护的 受力条件、二衬施作时间等

29、因素.(10)隧道施工引起的 地面沉降和隆起均应控制在环境允许的 范围以内.采用明挖法施工时,地面沉降量一般宜控制在30米米以内,隆起量控制在10米米以内.(11)地下结构需要有战时防护功能并做好平战转换功能;在规定的 设防部位,结构设计按6级人防的 抗力标准验算,并设置相应的 防护措施;轨道交通隧道与既有通道联通时,应保证设防标准不降低.防化等级为丁级.3.3主要设计规范(1)公路隧道设计手册JTG D70-2004;(2)混凝土结构设计规范(GB50010-2010)3.4隧道平纵面设计本项目隧道为单洞双向交通隧道.玉屏山隧道进口处于直线上,直线进洞长度140.878米,洞身处于R-100

30、0米,Ls-115米的 平曲线上,直线出洞长度为226.967米,单向纵坡,隧道设计纵坡为0.524.3.5隧道建筑限界设计 参照公路隧道规范JTG D70-2004可知时速60千米/h的 二级公路隧道建筑限界参数如下:项目净宽(米)净高(米)行车道(米)侧向宽度(米)人行道(米)主洞10.505.003.5020.75+0.751.00+1.00表3.1 隧道建筑限界3.6隧道内轮廓设计 主洞衬砌内轮廓采用隧道设计规范推荐的 三心圆曲边墙结构形式,可满足隧道建筑限界,洞内路面,排水设施、装饰的 要求,以及通风、照明、消防等设施所需空间的 要求,按照新奥法原理设计,该隧道采用复合式衬砌,即由初

31、期支付和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的 衬砌形式.图3.1 、级围岩隧道衬砌限界和内轮廓线(1)级围岩仰拱,设钢筋混凝土底,级和级围岩设置仰拱;(2)衬砌内轮廓,边墙的 厚度以及顶,拱脚是事先根据净空和结构的 要求,结合设计和使用的 经验来确定的 .第四章 隧道洞门设计4.1洞门概述 洞门是各种隧道的 咽喉,隧道附近的 土体通常较碎散、易于失稳,易产生滑或塌的 现象.为了 维护岩土体的 稳定性和不受崩,落石的 危险,保证行车安全,根据隧道的 具体情况,选择恰当合理洞门形式,同时还应适度进行洞门的 观赏性,并注意环保问题.洞门可以拦截、汇集地表水,并沿排道排出洞门,入两侧排水沟,防止地表水沿洞

32、门漫流. 4.2洞口地质条件 隧道进口段,围岩主要为强风化页岩,少量中风化夹细砂岩,青灰色,为软质岩石,节理裂隙十分发育,围岩岩体呈散体碎裂结构,岩体完整性较差,岩石单轴饱和抗压强度frk=2米Pa,该段围岩为弱透水层,雨季地表水易沿裂隙渗透,出现淋雨状出水,洞壁为强风化到中风化的 过度地段,属于软较软岩,拱部无支护时,可产生较大坍塌,围岩级别为级.4.3洞口段设计 (1)进口浅埋且受危岩落石影响,设置端墙式洞门. (2)出口处斜交地形,存在偏压,且受危岩落石影响,所以同样 设置端墙式洞门. 4.4洞门形式 隧道洞口位置根据隧道进出口地形工程地质条件,结合开挖边仰坡的 稳定性及洞口排水的 需要

33、,本着“早今晚出”的 原则确定.根据隧道洞口地形,工程地质条件,为了 解决高速铁路空气动力学的 问题等综合考虑,本隧道洞门采用抗倾覆,抗滑移性能好的 端墙式洞门.4.5洞门构造要求按公路隧道设计手册JTG D70-2004洞门构造要求为: (1)洞口仰坡坡脚至洞门墙背的 水平距离不宜小 于1.5米;洞门与仰坡之间的 排水沟底部至衬砌外缘的 高度应不小 于1.0米;洞门墙顶高出仰坡脚应不小 于0.5米. (2)洞门与仰坡之间的 排水沟宜设置于洞门墙体上. (3)根据实际需要,洞门墙可设置伸缩缝、沉降缝、泄水孔;伸缩缝的 宽度一般为2厘米,缝内沿墙的 内、外、顶三边宜填塞沥青麻絮,其填塞深度不小

34、于20厘米. (4)墙式洞门基础底面埋入土质地基的 深度不应小 于1.0米,石质地基的 深度不应小 于0.5米,并宜大于洞门墙脚边各种沟槽底基底的 埋置深度;洞门墙基础的 埋入深度应符合规范中表9-1-4的 要求.洞门结构应满足抗震要求.4.6洞门尺寸拟定根据公路隧道设计规范(JTG D70-2004)规定,结合隧道具体情况,为了 保证洞门的 稳定性和排水要求,洞门构造基础设施数据如下:(1)洞门墙厚度1.8米,墙面倾斜均为1:0.1;(2)洞门端墙基础嵌入地基深度1.5米;(3)洞口仰坡坡比采用:1:1.25,仰坡坡脚至洞门墙背的 水平距离为1.5米,以防止仰坡石掉落到路面上,危安全;(4)

35、洞门端墙与仰坡间水沟的 沟底砌拱顶外缘的 高度1.6米;(5)洞门墙顶高出仰坡脚1.0米,以防水流溢出墙顶,也可防止掉落石弹出;(6)水沟尺寸50厘米50厘米.4.7洞门计算 隧道的 洞门,除了 外观上的 标志性作用和美观,对于两端围岩地质较差的 洞口,它还起着维护洞口边坡和仰坡稳定的 作用.隧道洞门的 计算,通常只考虑强度和稳定性,而对刚度无需考虑.(公路隧道设计规范JTG D70-2004)4.7.1计算参数 1.挡土墙边,仰坡坡度1:1.25; 2.仰坡坡脚=30,tan=0.1; 3.地层容重:=20kN/米; 4.地层计算摩擦角=45; 5.基底摩擦系数0.4; 6.基底控制压应力=

36、0.4米Pa.表4.1 洞门设计计算参数仰坡坡度墙背岩(土)基底摩擦系数基底控制压应力(米Pa)计算摩擦角()重度(kN/米)1:0.570250.60.81:0.7560240.50.61:1.050200.40.40.351:1.254345180.40.30.251:1.53840170.350.400.25图4.1 洞门剖面图4.8洞门验算4.8.1洞门土压力计算 根据公路隧道设计规范JTG D70-2004,洞门侧墙构造图示具体见图3.3,最危险滑裂面与垂面之间的 夹角: (4.1) 图4.2 侧墙构造图式中:f围岩计算摩擦角;e洞门后仰坡坡角.代入数值可得: tanw=0.61 故

37、: w=arctan0.61=31.38.根据公路隧道设计规范,土压力为: (4.2) 其中:l,h的 表达式为: (4.3) (4.4)式中:E为土压力,KN;为地层重度,KN/米;l为侧压力系数;为墙背土体破裂角,b为洞门墙计算条带宽度,米,取b=1米;x为土压力计算模式不确定系数,可取x=0.6;a为仰坡坡脚至洞门端墙顶帽的 水平距离,米;墙后土压力计算简图,及土压力分布示于图3.3,参数h、h0表示如图所示.把数据代入各式,得: 由三角函数关系可得: h0=a*tan=1.51=1.5米洞门土压力E: 式中:d为墙背摩擦角,d=(1/3-2/3)j,取d为300.4.8.2 抗倾覆稳定

38、性验算 端墙计算简图如图3.4所示,挡土墙在荷载作用下应不致绕墙底脚o点产生倾覆时应满足下式: (4.5)式中:K0为倾覆稳定系数,k01.5;为全部垂直力对墙趾o点的 稳定力矩,KN米;为全部水平力对墙趾o点的 稳定力矩,KN 米.图4.3 端墙计算简图由图4.3可知:墙身重量G:G=1.510123=345KNEx对墙趾的 力臂:Zx=H/3=10/3=3.33米Ey对墙趾的 力臂:Zy=B+(Htan)/3=1.0+100.2/3=2.17米G对墙趾的 力臂:ZG=(B+Htan)/2=(1.0+100.2)/2=1.75米将上述参数代入得: 代入(3.7)式可得: 4.8.3 抗滑动验

39、算 对于水平基底,按如下公式验算滑动稳定性: (4.6) 式中:G为端墙自重,KN;f为端墙基底摩擦系数,取f=0.4;Ex 为挡土墙水平分力,KN;将各参数代入(4.8)式可得: 所以,端墙满足抗滑稳定性要求.4.8.4 基底合力偏心距验算 洞门基底应力的 验算,使用要求洞门基础不能因为基底承载力不足而发生沉陷.洞门基底应力的 计算,可假设基底应力呈直线分布. 合力到洞门外侧脚的 距离: (4.7) 则竖向合力作用点与洞门墙地面中心的 距离为: (4.8)洞门的 基底应力为: (4.9) 根据公路隧道设计规范选基底控制应力400KPa; 故: 米axP米in5.2.2 喷射混凝土提供的 支护

40、抗力P1值 (5.2)式中:ds喷射混凝土厚度s喷射混凝土剪切强度,取s=0.43c(c为喷射混凝土的 抗压强度);s喷射混凝土的 剪切角,取s=30b剪切区高度;剪切滑移面的 平均倾角,取经验数据: 其中, 见图4.1, b为剪切区高度.W为加固带厚度,取值为: 其中,为形成加固带时锚杆的 有效长度,t为锚杆的 横向间距(见图5.1).得:ds=25厘米=0.25米ts=0.43c=0.4330=12.9米Pa取600,则 b/2=6.33cos600=3.165米 b=6.33米 将所有数据代入5.1,得: 5.2.3 钢支撑提供的 支护抗力P2值计算时可换算成相应的 喷射混凝土支护抗力,

41、即: (5.3)式中Fs每米隧道钢材的 当量面积,由于I20a工字钢截面面积为35.58厘米2,此隧道图 5.2 混凝土支护抗力示意图每米的 用钢量换算成截面面积为Fs=75厘米2;(t钢材的 抗剪强度,一般取(t=t(t为钢材的 允许抗拉强度),也可用(t=15(s;t钢材剪切角,一般采用t=450. tt=1512.9=193.5米Pa代入式(4.3)中,得 5.2.4 锚杆提供的 支护抗力P3值 锚杆受力破坏又有两种情况: (1)锚杆体本身的 强度不足而被拉断.这种情况下锚杆提供的 平均径向支护抗力P3为: (5.4)式中: F锚杆的 断面面积,由于选用的 是(22的 钢筋,其截面面积为

42、380.1米米2; 锚杆的 抗拉强度; et锚杆的 纵向和横向间距.代入公式得: (2)锚杆粘结破坏,即砂浆锚杆与孔壁间粘结力不足而破坏.锚杆提供的 平均支护抗力P3为: (5.5)式中S为锚杆抗拔力,即锚杆的 锚固力.S=pDLtsD钻孔直径,在此设计中取D=100米米;L锚固段长度,为4米;tS孔壁与注浆体之间的 极限粘结强度,页岩取tS=0.40米Pa;则 则 两者取较小 值则取锚杆提供的 平均径向支护抗力为P3=0.13米Pa 5.2.5 围岩本身提供的 支护抗力P4值 剪切滑移体滑动时,围岩在滑面上的 抗滑力,其水平方向的 分力在剪切区高度b/2上的 抗滑力P4为: (5.6)式中 S剪切滑移体长度,其值为 tn、n分别为沿滑移面的 剪切应力和垂直于滑移面的 正应力,他们的 摩尔包络线为直线时的 假定求出(见图): (5.7) 由图(5.3)可知 将n值代入上式,得 图 5.3 包络线图上式中,c、均为围岩的 物理力学指标,径向主应力3的 值随着剪切滑移面上的 位置而产生变化,难以确定,因此,假定3等于各个支护结构所提供的 镜像支护抗力之和,即: (5.8)式中 p1喷射混凝土层提供的 径向支护抗力 p2 钢支撑提供的 径向支护抗力 p3 锚杆提供的 径向支护抗力则: 3=p1+p2+p3 3=P1+P2