1、黑龍江工程學院本科生畢業設計目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1選題的背景目的及意義11.2 國內外研究狀況21.3設計依據31.3.1 設計標準31.3.2 技術標準31.4 建筑材料選用31.5 擬解決的主要問題3第2章 青龍山隧道總體設計42.1 青龍山隧道工程地質資料42.1.1 地形地貌42.1.2 區域穩定性42.1.3 地層巖性42.1.4 地質構造42.1.5 水文地質42.2 圍巖等級的確定52.3 青龍山隧道選址52.3.1 隧道選址原則52.3.2 青龍山隧道選址62.4 隧道洞口選擇及線型設計62.4.1 洞口選擇和線型設計的原則62.4.2 洞口位置的

2、選擇62.5 隧道縱斷面設計62.6 隧道橫斷面設計72.6.1 建筑限界72.6.2 內輪廓設計72.7 本章小結11第3章 洞門設計123.1 洞口段地質評價123.1.1 出口段123.1.2 入口段123.2 洞門設計123.2.1 洞門類型選擇123.2.2 洞門設計123.2.3 洞門建筑材料133.3 洞門強度及穩定性驗算133.3.1 洞門結構計算143.3.2 抗滑動穩定性驗算153.3.3 抗傾覆穩定性驗算153.3.4 基底合力偏心距驗算163.3.5 基底壓應力驗算163.3.6 墻身截面強度驗算163.4 本章小結17第4章 明洞設計184.1 明洞長度確定184.2

3、 明洞設置184.2.1 明洞基本參數設置及配筋184.2.2 襯砌內力計算184.2.3 襯砌截面強度檢算354.3 本章小結41第5章 襯砌設計425.1 概述425.2 荷載計算435.2.1 計算斷面參數選擇435.2.2 淺埋和深埋的判斷445.2.3 圍壓的確定445.3 襯砌內力計算455.3.1 計算方法455.3.2 計算圖示465.3.3 襯砌幾何要素475.3.4主和被動荷載作用下的襯砌壓力的計算635.3.5最大抗力值的計算645.3.6襯砌總內力計算(不同圍壓級別)685.4 襯砌驗算735.4.1 超淺埋斷面襯砌驗算735.4.2 淺埋斷面襯砌驗算785.4.3 深

4、埋斷面襯砌驗算825.5 本章小結87第6章 通風照明設計886.1 通風設計886.2 照明設計896.2.1 洞外接近段照明896.2.2 洞內照明906.2.6 照明計算916.3 本章小結95第7章 隧道防排水設計967.1 防水設計967.1.1 防排水標準967.1.2 防水措施967.1.3 復合式襯砌防水系統967.1.4 二次襯砌防水系統967.2 隧道洞內排水977.2.1 圍巖疏導排水977.2.2 路側邊溝排水977.2.3 側向排水溝987.3 洞口與明洞防排水987.3.1 洞口防排水987.3.2 明洞防排水1007.4 本章小結100第8章 施工工藝1018.1

5、 施工方法1018.2 輔助施工1018.3 施工注意事項1018.4 本章小結101結論102參考文獻103致謝105摘 要本設計為五海公路青龍山隧道隧道設計。該隧道地處撫遠縣境內境內，為直線型分離式單向行駛二車道長隧道（上、下行分離）。上行隧道樁號K257+519.8K259+81.1（其中明洞35.3m，暗洞1526m），全長為1561.3m；下行隧道樁號K257+823.4K259+81.1（其中明洞35.3m，暗洞1222.4m），全長為1257.7m；隧道最大埋深61.9m，所處圍巖等級為級；隧道縱坡采用單向坡，坡度為0.76%；該隧道襯砌采用復合式襯砌，斷面形式為曲墻拱形斷面；洞

6、門為端墻式洞門；明洞與暗洞襯砌形式相同，明洞采用明挖法施工，暗洞采用新奧法施工；隧道的通風和照明設計內容按照行車速度80km/h設計。本次設計的主要內容包括：隧道選址、隧道平縱橫設計、洞門與明洞設計、襯砌與支護設計、施工方案設計、防排水設計、通風照明設計等。經驗算，該隧道設計合理，方案可行，滿足撫遠縣公路的服務水平。關鍵詞：隧道；襯砌；明洞；洞門；新奧法。ABSTRACTThe design for the Qinglong hill Highway Tunnel Design. It is located Fuyuan . Its central station number is K257

7、+519.8K259+81.1(opencut tunnel 35.3m, hidden hole 1526m) length 1561.3m; K257+823.4K259+81.1(opencut tunnel 35.3m, hidden hole 1222.3m) length 1257.7m;Maximum depth of the tunnel is 61.9m wheresurrounding rockgrade for level; tunnel using one-way longitudinal slope gradient of 0.76%; the use of the

8、tunnel lining composite lining, cross-section song form of arched wall sections; Portal Portal for gabol-type; Opencut tunne lining and the dark forms of the same hole, Opencut tunne open-cutmethod used, the use of the dark hole NATM construction; tunnel ventilation lighting design and content in ac

9、cordance with the road speed 80km / h design. The main elements of design include: the tunnel location, vertical and horizontal tunnel level design, portal design and Opencut tunnel, lining and support the design, construction design, drainage design, lighting design, such as ventilation. Operator e

10、xperience, the tunnel design is reasonable, feasible, to meet the FuYuan Highway Qiqihar service levels. Keywords：Tunnel; Lining ; Opencut Tunnel; Portal; New Austrian Tunneling MethodII黑龍江工程學院本科生畢業設計第1章 緒 論1.1選題的背景目的及意義我國是一個幅員遼闊的國家，北部小興安嶺地區交通很不發達。隨著我國經濟的不斷發展，交通問題越來越成為制約經濟發展的重要因素。為了緩解這一現象，我國不斷加大道路的修

11、建。在山區修建公路為節省工程造價，常常選擇盤山繞行，寧愿延長距離而避開修建隧道昂貴的費用。隧道的修建在改善公路技術狀態，縮短運行距離，提高運輸能力，以及減少事故等方面起到重要的作用，經過交通調查和當地有關部門的論證，需修建一條公路，該公路是黑龍江省的一條重要的公路，主要是以哈爾濱為中心輻射二龍山與撫遠縣公路。打造哈爾濱地區一日生活區，該公路需要跨越青龍山，擬建一條隧道，減少行程，提高經濟效益。本設計的青龍隧道預計全長在1600m，它的建成將翻越青龍山的道路縮短約4km，行程時間減少1小時。二龍山是國家AAAA級旅游區，位于哈爾濱市東50公里處,坐落在古城賓州西南。景區占地25平方公里，一湖碧水

12、，三面環山，自然風光，美不勝收。這里既有二龍戲珠、長龍臥波、銀峰插翠、碧波唱晚等十大麗景，又有寶島飛虹、湖面飛魚等四大奇觀。是消暑、度假、休閑、療養的好地方，年接待中外游客近百萬人次。撫遠縣隸屬于黑龍江省佳木斯市，位于中國黑龍江省東北部，黑龍江和烏蘇里江匯流的三角地帶 ，屬佳木斯市 。東經133° 40 08至135° 520,北緯47° 2530至48° 2740，是我國最東部的縣級行政單位，也是我國最早見到太陽的地方。全縣總面積6262.48平方公里。東、北兩面與俄羅斯隔黑龍江、烏蘇里江相望，南鄰饒河，西接同江。全縣邊境線長275公里。縣政府所在地撫

13、遠鎮距俄羅斯遠東第一大城市-哈巴羅夫斯克市航道距離僅65公里。烏蘇鎮距離俄西伯力亞大鐵路在遠東地區最大編組站卡雜科維茨沃2.5公里。在黑龍江省及佳木斯市對外開放的總體格局中，占有十分重要的戰略地位。根據土木工程專業（巖土與地下工程方向）的培養目標要求及畢業服務去向，通過畢業設計，把所學過的專業知識綜合應用于實際工程設計中，使理論與生產實踐相結合提高工程設計能力,能獨立進行一般隧道設計。通過青龍山隧道設計，提高綜合運用現行規范、標準、技術指標與經濟指標的能力，達到對所學專業知識進行鞏固、綜合掌握和靈活運用的目的，提高分析問題、解決問題的能力。本次畢業設計確定的選題是青龍山隧道設計，并有針對性地在

14、方案比選、隧道總體設計、隧道洞門設計、隧道襯砌結構設計、防排水設計、通風照明設計、施工方案設計、施工圖繪制等方面進行深入研究，熟練繪制和閱讀隧道施工圖，掌握隧道設計和施工的方法；通過該隧道畢業設計，能綜合訓練學生的應用各種手段查詢資料、獲取信息的基本能力和計算機應用能力，以及提高獨立思考問題、分析問題和解決問題的能力，使學生具有獨立解決一條隧道的設計和施工的能力，提高外文翻譯能力。以滿足畢業就業崗位的需要。1.2 國內外研究狀況據了解，我國目前最長的隧道是鐵路線上的秦嶺隧道，位于我國西部大通道內蒙古阿榮旗至廣西北海國道上西安至柞水段，在青岔至營盤間穿越秦嶺，全長18.4公里，技術標準為高速公路

15、雙洞四車道，行車速度為每小時80公里。正在施工的雙向分離式四車道終南山隧道是世界第二、亞洲第一的公路隧道。 在我國有8600多座鐵路、公路隧道，總長度約4370多公里，居世界第一。我國已成為世界上隧道和地下工程最多、最復雜、發展最快的國家，其中鐵路隧道6876座，總長度為3670公里，為世界第一；公路隧道總數已達1782座，總長度704公里，分別是改革開放之初的4.7倍和13.5倍，是世界上公路隧道最多的國家。我國隧道數量和總長度居世界第一。隨著社會經濟和生產的發展，高速公路的大量出現，對道路的修建技術提出了較高的標準，要求線路順直、坡度平緩、路面寬敞等，因此，在道路穿越山區時，出現

16、了大量的隧道方案。截至2007年年底，全國公路隧道為4673處、255.55萬延米。其中，特長隧道83處、36.10萬延米，長隧道607處、100.11萬延米，中隧道758處、53.68萬延米，短隧道3225處、65.66萬延米。隨著，隧道里程的不斷增加，關于隧道項目設計、施工、科研工作中重大技術難題也一一得到攻克，現已有效地解決了通風、機電控制、防災救援以及噴錨支護、人行橫通道、行車橫通道的設置等技術問題，同時，有關隧道設計、施工的國家及部門標準也在不斷的完善和推出，這些都為隧道項目的設計、施工及運營管理提供了可靠的保障。新世紀我國進入廠第十個五年計劃的建設時期，加強基礎設施建設足今后五至十

17、年一項十分重要的任務。隨著高等級公路向西部延伸，新世紀前10年中，有總長155km以上的公路隧道已經投入建設。其中西安至安康高速公路上穿越秦嶺山脈的秦嶺終南山特長公路隧道，全長1802km，屬世界規模第一、長度第二的山嶺公路隧道；西安至漢中高速公路上穿越秦嶺山脈的三座特長隧道單洞總長34km，整個西漢高速公路隧道單洞總長度約l00km；上海崇明島和武漢的長江上將建設大型過江通道工程。同時，我國還有許多特長隧道正在規劃和研究中。例如，貫穿中國沿海大走廊的渤海海峽隧道與瓊州海峽隧道等，修建連接臺灣省與祖國大陸的臺灣海峽隧道也在研討之中。今后，從可持續發展戰略出發，我國隧道工程技術發展的重點，一是隧

18、道工程質量，包括工程質量的控制和檢測技術；另一方面是隧道工程與生態環境的協調，例如洞口環境的保護、圍巖變形和地表沉降的控制、地下水資源的保護等。這些問題不但涉及施工新技術的開發，而且關系到設計理念的轉變。1.3設計依據1.3.1 設計標準（1） 公路隧道設計規范JTJ026-2004；（2） 公路隧道通風照明設計規范JTJ026.1-1999；（3） 公路工程技術標準JTJ001-97；（4） 公路工程抗震設計規范JTJ004-2008；（5） 錨桿噴射混凝土支護技術規范GB50086-2001；（6） 地下工程防水技術規范GB50108-2001；（7） 公路隧道設計規范JTJ026-90。

19、1.3.2 技術標準（1） 隧道按規定的遠期交通量設計，采用分離式單向行駛雙車道隧道（上、下行分離）。（2） 隧道設計車速，隧道幾何線形與凈空按80km/h 設計，隧道照明設計速度按80km/h 設計。1.4 建筑材料選用（1） 混凝土：強度等級為C20、C25（2） 普通鋼筋：箍筋及構造鋼筋采用HRB335鋼筋1.5 擬解決的主要問題（1） 襯砌結構計算（2） 隧道洞門位置的選擇 我希望通過對青龍山隧道的設計，來提高我們自身的能力，同時也希望我們的設計能為經濟建設做一些貢獻。第2章 青龍山隧道總體設計2.1 青龍山隧道工程地質資料2.1.1 地形地貌 青龍山隧道穿越二龍山和撫遠兩個城市，撫遠

20、呈多類型地貌結構，主要為構造剝蝕低山標高5001690m，屬中低山。這些地帶地形起伏大，坡度較陡，坡度為3070°構造發育，基巖上部覆蓋有第四系松散堆積物，易產生泥石流、滑坡和崩塌災害，大興安嶺處于高緯度帶，是多年凍土分布區。 隧道最大埋深約為62m。隧道起止樁號分別為上行K257+519.8K259+81.1，隧道總長1561.3m；下行K257+823.4K259+81.1，隧道總長1257.7m。地形連綿起伏，地勢高差相差較大。2.1.2 區域穩定性本地區地震基本烈度為度，隧道區域內無區域深活動斷裂，史上也無大的地震災害記錄，地殼基本穩定，按規范規定不設防。2.1.3 地層巖性

21、 青龍山隧道經區域調查，分別是處于早侏羅世中期-白堊紀時期分區：海林小區；晚太古代-早侏羅世早期時期分區：新林區、本區。2.1.4 地質構造 該地區屬處于古亞洲構造域和濱太平洋構造域的接合部位、構造發展多階段，多旋回、不平衡性明顯，地殼活動性較強，因此，地質構造錯綜復雜。2.1.5 水文地質 黑龍江省地下水類型主要有松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水和基巖裂隙水、凍土層孔隙裂隙水。撫遠地區山區以基巖裂隙水為主，其中以不同時期的花崗巖分布面積最廣，約為山區面積的45，其次為火山巖、變質巖和碎屑沉積巖。山間溝谷、河谷及平原區分布有松散巖類孔隙水，中新生代坳（斷）陷盆地分布有第三系、白堊系及上侏羅系

22、的碎屑沉積巖孔隙裂隙水。主要接受大氣降水補給，以泉形式或側向補給形式排泄。北緯48°以北為多年凍土區，埋藏有凍結層裂隙水，受大氣降水及凍土區外裂隙水深部循環補給。2.2 圍巖等級的確定 根據地質調查、鉆探、物探等勘察成果，得隧道沿線地質圍巖情況如下。表2.1 隧道地質圍巖分級表樁號標段圍巖級別埋深(m)備注K257+500K259+100570長1600m具體工程地質情況如下：左洞： 全段圍巖以碎塊狀強風化巖為主，節理裂隙發育，RQD值較大，呈塊石狀壓碎結構，拱部無支護時可產生較大坍塌，側壁基本穩定，爆破震動過大易坍。本設計左洞與右洞基本相似。2.3 青龍山隧道選址2.3.1 隧道選

23、址原則綜合分析本隧道的地形地質圖，根據以下原則對隧道進行選址：（1） 隧道位置應盡可能選擇在地質構造簡單，節理裂隙不發育，巖性較好，穩定的地層中通過。應注意避免巖層軟弱結構面、斷層，必須通過時，應使隧道的通過長度最小。（2） 隧道穿越兩種巖性迥然不同的巖層接觸帶時，應避免平行和接近平行，應盡可能垂直或接近垂直方向穿越接觸帶。（3） 當隧道通過單斜構造時，隧道中線以垂直巖層走向穿越最為有利。當隧道中線與非水平巖層走向一致或斜交角很小時，應力求將隧道置于巖性較好、強度較高的層內。如巖層傾角較大，又有粘著力較差的軟弱夾層時，應注意有產生順層滑動的可能。（4） 當隧道通過褶曲構造時，隧道位置選擇在褶曲

24、構造一翼或背斜褶皺中軸處通過較為有利。不宜將隧道置于向斜軸部通過。（5） 越嶺隧道首先可以從地形角度選擇可能穿越的埡口，擬定該埡口處越嶺標高及兩側相應的展線方案。綜合考慮工期、經濟效益、技術難度等，選擇合適的臨界標高。（6） 選擇隧道的臨界標高時，應注意下列因素：要盡可能把隧道埋置于較好的地層中；應使洞口位置處于較好的工程地質、水文地質的地方，便于施工場地布置；隧道長度應考慮施工期限和施工技術條件。2.3.2 青龍山隧道選址根據隧道選址的原則，結合本地段的地形地質情況，本隧道的選址歸結為以下幾個方面：選擇合適的臨界標高，在保證隧道埋深的前提下盡量減少隧道的長度；洞口段中線盡量選擇與地形等高線垂

25、直。2.4 隧道洞口選擇及線型設計2.4.1 洞口選擇和線型設計的原則（1） 隧道洞口位置應根據地形、工程地質及水文地質情況，著重考慮隧道仰坡、邊坡的穩定，保證施工及運營的安全，并結合洞口有關工程及施工條件，綜合研究比選確定。一般情況隧道宜早進洞、晚出洞。（2） 洞口段所在位置為坡積層地質，地形緩和，埋深較淺，應采用有效措施，做好防排水工作，不應采取刷坡清方，以免破壞山體穩定，招致坍方、滑坡病害。必要時宜接長明洞，確保施工和運營安全。（3） 如果是長隧道，洞口位置選擇應結合施工方法綜合考慮，則應具有較好的交通條件和外部電源條件。（4） 隧道線路應力求與地形等高線垂直或近似垂直進洞。如果不滿足要

26、求時，應以大角度斜交進洞為宜。2.4.2 洞口位置的選擇根據洞口的選擇原則，結合地質圖，本隧道洞口段均位于坡積層上，且坡度較緩，圍巖較差，因此應考慮避免大挖大刷，早進洞，晚出洞。綜合考慮地形地質以及路線需要，將入口端左洞口設在K257+823.4處，標高設計為445.5m，右洞口設在K257+519.8處，標高設計為447.8m；出口端洞口設在K259+81.1處，左洞口標高設計為453.3，右洞口標高設計為448.5m。綜合隧道地址和洞口位置的選擇，該隧道的左、右線樁號為：左洞：K257+823.4K259+81.1，右洞：K257+519.8K259+81.1。左右線平面均設為直線。2.5

27、 隧道縱斷面設計本隧道的基本坡道形式設為單坡。坡道形式的選擇依據和縱坡坡度的主要控制因素為通風問題和對汽車行駛的利害。隧道的縱坡以不防礙排水的緩坡為宜，坡度過大，對汽車行駛、隧道施工和養護管理都不利。單向通行的隧道設計成單坡對通風是非常有利的，因汽車都是單坡行駛，發動機產生的有害氣體少，通風也很有利。青龍山隧道車流量很大，且隧道埋深較大，圍巖很差，設置豎井通風施工難度較大；隧道圍巖地下水主要以裂隙水為主，水量貧乏，對施工無太大影響；青龍山隧道由于路線需要，進出口段高程相差很大，設置人字坡將會使隧道長度增加；鑒于以上原因，該隧道決定采用單坡，坡度設置如下：左洞：K257+823.4K259+81

28、.1為0.76%的上坡，右洞：K257+519.8K259+81.1為0.76%的下坡。2.6 隧道橫斷面設計2.6.1 建筑限界 道的建筑限界按80km/h時速進行設計，建筑限界取值確定見圖 2.1。 圖2.1 建筑限界（cm）建筑限界橫斷面寬度見表2.2。 表2.2 建筑限界設置 （單位：m）設計速度km/h車道寬度m側向寬度檢修道J頂角寬度左側右側左側右側左側右側802×3.750.750.751.001.001.001.002.6.2 內輪廓設計青龍山隧道除滿足隧道建筑限界的要求外，還考慮到洞內路面、排水、檢修道、通風、照明、消防、內裝、監控等設施所需要的空間，采用工程類比法

29、結合其他工程實踐確定安全、經濟、合理的斷面形式和尺寸。隧道內輪廓橫斷面設計如圖。圖2.2隧道建筑限界（單位：m）圖2.3 緊急停車帶長度、寬度（單位：m） 圖2.4 隧道正常斷面橫斷圖（單位：cm）圖2.5車行通道內輪廓圖（單位：cm）圖2.6 急停車帶橫斷面圖（單位：cm）圖2.7 行通道建筑限界（單位：m）圖2.8 車帶長度和寬度（單位：m）2.7 本章小結 本章主要概述了青龍山隧道所在地的主要地質資料及隧道的選線、洞口的選擇、確定圍巖的等級，和隧道的橫、縱斷面的設計。通過對本章的編寫，使我學習到如何由工程地質情況確定洞門的類型、位置及確定隧道的選線等隧道的大體上的設計。并對隧道平、縱、橫

30、線型設計有了一定的認知。知道了該如何開始一個隧道總體設計。第3章 洞門設計3.1 洞口段地質評價3.1.1 出口段根據隧道縱斷面設計圖，出口段左洞口段隧道地表為斜坡地形，坡度入口段20°30°，破面植被茂盛；弱風化層，厚45m，灰蘭色，凝灰結構，塊狀構造，節理裂隙發育，巖芯以短柱狀為主，柱長一般為520cm，局部碎塊狀，RQD約20%，巖體呈碎石狀壓碎結構；下伏青灰色晶屑熔結凝灰巖，巨層厚狀；隧道設計出口里程在左K257+823.4，隧道洞頂埋深061.9m，圍巖穩定性差，綜合評定出口段圍巖級別為級，隧道圍巖地下水主要以裂隙水為主，水量貧乏，對施工無太大影響。出口端右洞口段

31、隧道地形地質類型與左洞基本相似。3.1.2 入口段入口段左洞口段隧道地表為斜坡地形，坡度入口段20°30°，破面植被茂盛； 弱風化層，厚45m，灰蘭色，凝灰結構，塊狀構造，節理裂隙發育，巖石取芯率RQD值約20%，大部分微張，部分張開，有泥質充填，形成許多碎塊體；下伏青灰色晶屑熔結凝灰巖，巨層厚狀；隧道設計出口里程在左K257+519.8，隧道洞頂埋深061.9m，圍巖穩定性差，綜合評定出口段圍巖級別為級，隧道圍巖地下水主要以裂隙水為主，水量貧乏，對施工無太大影響。入口段右洞口段隧道地形地質類型與左洞基本相似。3.2 洞門設計3.2.1 洞門類型選擇 隧道進出口處地表為緩斜

32、坡地形，20°30°，左、右洞進出口處均處在坡積層內，圍巖級別為級圍巖，地質條件較差，隧道上覆地層厚度很薄。但該處地形平緩，地勢開闊，便于施工場地的布置，且洞口段地下水貧乏，不用設置特殊防排水措施。因此，考慮到支護和施工上的便利，均設置明洞，左、右洞洞門形式選擇為均為端墻式洞門。3.2.2 洞門設計青龍山隧道進出口處均為級圍巖，地質條件差，場地狹窄，因而采用端墻式洞門，以抵擋山體水平推力，滿足洞門的抗滑動和抗傾覆的要求。出口處兩側山體穩定性差，因而采用接長明洞防止碎石墜落，以保證行車安全。根據規范，端墻的正面端墻采用等厚的直墻，微向后方傾斜，斜度為1：0.15，擴大基礎以使

33、其受力比較合理，根據規范仰坡坡度取1：1.25, 墻身厚度取2.2m。洞門端墻設置伸縮縫，每隔10m設置一個，縫寬3cm，縫內沿墻的內、外、頂三邊填塞瀝青麻筋，填塞厚度為20cm。根據設計規范和本工程的實際涌水量，在墻身每隔2.5m設置泄水孔一個，上下左右交錯布置。泄水孔的進水側設置反濾層，厚度為30cm，在最低泄水孔的下部設置隔水層，以免積水滲入基底。洞門墻基礎必須置于穩固的基礎之上，本隧道洞口上覆薄層殘破積土、碎石狀強風化巖石、巖石完整性較差，為保證結構物穩定性，基底埋入地下1.5m。3.2.3 洞門建筑材料洞門建筑材料的選擇應該符合結構強度和耐久性的要求，同時滿足抗凍、抗滲和抗侵蝕的需要

34、。根據公路隧道設計規范的規定，洞門建筑材料選用如表3.1。表3.1 洞門建筑材料 材料種類工程部位混凝土鋼筋混凝土片石混凝土砌體端墻C25C30C20M15水泥砂漿砌片石、塊石或混凝土砌塊鑲面頂帽C25C30M15水泥砂漿粗料石洞口擋土墻C25C30C20M10水泥砂漿砌片石側溝、截水溝C20M7.5水泥砂漿砌片石護坡C20M7.5水泥砂漿砌片石3.3 洞門強度及穩定性驗算根據公路隧道設計規范(JTG D702004)表9.4.2查得，基底摩擦系數f=0.40，計算摩擦角，地基土重度kN/m3，拱頂襯砌上部端墻高2.5m，洞門端墻高=9.3+2.5=11.8m，洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離

35、為2m，洞門墻頂高出仰坡坡腳為0.5m。根據公路橋涵地基與基礎設計規范（JTG D63-2007）差得地基容許承載力為0.4MPa。3.3.1 洞門結構計算1、主動土壓力計算 立面圖見圖3.1圖3.1 洞門結構計算圖 ； a=2m。 則最危險破裂角與垂直面之間的夾角為 （3.1） 得=35.61°又由H1=11.1m， =0.6，=5.4520，取b=1m，且側壓力數 （3.2） （3.3） （3.4） m則墻背土壓力為： （3.5）KNm2、強身自重 墻身采用混凝土制作，由公路隧道設計規范JTG D702004表5.2.1得其容重kN/m3 ,則每延米墻身自重為： =23×

36、;11.8×2.2=586.96KN/m （3.6）3.3.2 抗滑動穩定性驗算因為地基摩擦系數為f=0.4，Ep=0，=G=586.96KN/m。 （3.7） KNm （3.8） 故 （3.9）滿足抗滑動穩定性要求。3.3.3 抗傾覆穩定性驗算由于墻體采用同樣的材料制作，因而認為墻體結構均勻，重心在幾何中心，所以根據幾何關系得，自重對墻趾的穩定力臂為： （3.10） m （3.11）為土壓力作用高度，則 （3.12） m （3.13） KN·m 1.6 （3.14）滿足抗傾覆穩定性要求。3.3.4 基底合力偏心距驗算m （3.15）mm （3.16）滿足基底偏心距要求。3

37、.3.5 基底壓應力驗算 （3.17） KPa ， KPa，均小于 KPa。滿足基底壓應力要求。3.3.6 墻身截面強度驗算1、法向應力及偏心距驗算 KN （3.18） 根據新的幾何關系m，m。KN·m （3.19） KN·m （3.20） m （3.21）m0.3B=0.66m （3.22） 滿足截面偏心距要求。 KPa ， KPa，均小于 MPa。滿足截面強度要求。2、基底剪應力 KPa =700KPa （3.23） 滿足截面抗剪強度要求。3.4 本章小結 本章主要是根據地基基礎與土力學對洞門進行計算、設計，使書本知識與實踐相結合第4章 明洞設計4.1 明洞長度確定 圍

38、巖級別為級，將超淺埋段設為明洞。有效高度按下式計算： （4.1） 當埋深hhq時，即為超淺埋隧道。斜坡坡度為10°25°，路面縱坡為0.76%，則可將超淺埋段確定為明洞。明洞長度17.64m。4.2 明洞設置4.2.1 明洞基本參數設置及配筋由于明洞圍巖級別為級，垂直壓力和側壓力較大，故采用拱式明洞，并加設仰拱，明洞內輪廓線與暗洞內輪廓線一致。襯砌厚度設為55cm。襯砌材料采用鋼筋混凝土結構，C25 級混凝土,直徑25mm、HRB335鋼筋。明洞邊墻用5#漿砌片石回填，拱部用碎石土回填，最低填土厚度為1.5m，填土坡度設為7°，以利于排水。根據工程類比法，明洞襯砌

39、配筋如下圖：圖4.1 明洞襯砌配筋圖4.2.2 襯砌內力計算1、 參數選取 回填土重度=20KN/m ，5#漿砌片石重度'=22kN /m ，計算內摩擦角c=55°，混凝土彈性模量Eh=2.95×107kPa ，I=d312=0.0139，EhI =0.4101×106。2 、土壓力計算 圖4.2 明洞襯砌結構圖 （1）垂直力計算 根據公路隧道設計規范(JTG D70-2004)的有關計算公式及已知的圍巖參數，代入公式： （4.2） 其中：S圍巖的級別，取S=4；寬度影響系數，由式=1+i(B-5)計算，B為隧道寬度，B=11.96+2×0.25

40、=12.45m;B>5時，取i =0.1，=1+0.1×(12.45-5)=1.745所以圍巖豎向荷載Kpa此處超挖回填層重忽略不計。（2）邊墻側壓力計算 ei=hi'' （4.3）為了簡化計算，計算邊墻底部側壓力當作邊墻方向上的均布壓力， （4.4） （4.5）將回填土換算成漿砌片石，由（4.5）計算得出換算厚度由（4.3）得出邊墻側壓力： （3）內力計算 取基本結構如圖4.3所示，未知力為、，根據拱頂截面相對變位為0的條件，可以列出如下立法方程式： （4.6）由疊加原理，墻底位移，由于墻底無水平位移，故，代入力法方程式得： （4.7）式中、基本結構的單位位移

41、和主動荷載位移墻底單位轉角 基本結構墻底的荷載轉角襯砌矢高 襯砌幾何尺寸：內輪廓線半徑： ，內徑所畫圓曲線的終點截面與豎直軸的夾角：，截面厚度：外輪廓線半徑：，拱軸線半徑：，拱軸線各段圓弧中心角：，半拱軸線長度S及分段軸長S分段軸線長度： ri （4.8）由式（4.8）得：半拱軸線長度：將半拱軸線等分為8段，每段軸長為：各分塊接縫（截面）中心幾何要素A與豎直軸夾角 （4.9） （4.10）由（4.9）計算各分塊截面中心與豎曲線的夾角如下： 圖4.3 襯砌內力計算基本結構另一方面：，角度閉合差：。 B接縫中心點坐標計算： 計算位移A 單位位移用辛普生近似計算，單位位移計算列如表4.1，由結構力學

42、求曲梁變位的方法得： (4.11)表4.1 單位位移計算表截面sincosxydI1/Iy/Iy2/I(1+y)2/I積分系數1300.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 0.55 0.0139 71.9424 0.0000 0.0000 71.9424 1 113.9466 0.2410 0.9705 1.3750 0.1682 0.55 0.0139 71.9424 12.0992 2.0348 98.1757 4 227.8932 0.4678 0.8838 2.6689 0.6628 0.55 0.0139 71.9424 47.6835 31.6046

43、198.9140 2 341.8398 0.6671 0.7450 3.8055 1.4547 0.55 0.0139 71.9424 104.6548 152.2415 433.4936 4 455.7864 0.8269 0.5623 4.7177 2.4972 0.55 0.0139 71.9424 179.6543 448.6317 879.8826 2 569.7330 0.9381 0.3464 5.3518 3.7288 0.55 0.0139 71.9424 268.2600 1000.2917 1608.7542 4 683.6796 0.9939 0.1101 5.6703

44、 5.0769 0.55 0.0139 71.9424 365.2480 1854.3445 2656.7829 2 795.3045 0.9957 0.0924 5.6699 6.4635 0.55 0.0139 71.9424 465.0030 3005.5669 4007.5154 4 8104.9999 0.9659 0.2588 5.4254 7.8286 0.55 0.0139 71.9424 563.2084 4409.1311 5607.4903 1 577.0098 1720.5332 8594.8436 12612.9198 注：1.I截面慣性矩，I=bh312，b取單位長

45、度。 2.不考慮軸力的影響由（4.11），單位位移值計算如下：計算精度校核為：閉合差：B 載位移：主動荷載在基本結構中引起的位移每一楔塊上的作用力豎向力： （4.12）式中：為襯砌外緣相鄰兩截面之間的水平投影長度，由圖4.3計算得：水平壓力： （4.13）式中：為襯砌外緣相鄰兩截面之間的豎直投影長度自重力： （4.14）式中：為接縫的襯砌截面厚度由（4.14）計算得自重力為：作用在各楔塊上的力均列入表4.2，各集中力均通過相應圖形的形心。 C 外荷載在基本結構中產生的內力楔塊上各集中力對下一接縫的力臂由圖中量得，分別記為：，內力按下式計算彎矩： (4.15)軸力： (4.16)式中：，為相鄰兩

46、接縫中心點的坐標增值，按下式計算： (4.17) (4.18)，的計算見表4.2及表4.3 圖4.3 襯砌結構計算圖示基本結構中，主動荷載產生彎矩的校核為： (4.19) (4.20) 表4.2集中力與力臂計算表截面集中力力臂QGEaqagae00.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 1172.7556 19.0850 5.3885 0.7215 0.6730 0.0884 2162.5702 19.0850 15.8479 0.6789 0.6127 0.2599 3142.7999 19.0850 25.3728 0.5961 0.5162 0.

47、4160 4114.6104 19.0850 33.4019 0.4781 0.3892 0.5476 579.6636 19.0850 39.4616 0.6635 0.2392 0.6468 640.0199 19.0850 43.1947 0.1658 0.0752 0.7068 7-0.0581 19.0850 44.4271 0.0182 -0.0637 0.7165 8-30.7110 19.0850 43.7369 0.0000 -0.1793 0.7054 表4.3 載位移Mp0計算表截面-Qaq-Gag-Eae(Q+G)Exy-x(Q+G)-yE00.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.000