公路隧道分離式隧道課程設計

1、軌道交通隧道工程課程設計公路隧道（分離式隧道）課程設計學生姓名： 學 院： 專業(yè)班級： 專業(yè)課程： 指導教師： 2015 年 1 月 9 日 一、設計資料 1.工程概況 某隧道進出口附近有國道附近，交通條件便利，洞軸線走向方位角約165。隧道總體走向呈南北向曲線展布。采用分離式隧道，其中：左線起訖樁號為ZK39+321ZK39+568，長247米，左線起訖樁號為YK39+313YK39+515，長202米。采用燈光照明，自然通風，屬短隧道。2.工程地質(zhì)條件 （1）地形地貌 隧道整體屬于中低山地貌區(qū)、斜坡、沖溝地形，隧道軸線地面標高792875m之間，相對高差約83m，隧道洞室最大埋深70m。隧

2、道進、出口處總體為斜（陡）坡地形，進口處自然坡度角為3545，出口處自然坡度角約為4550，局部略陡。進口處為斜坡地形，出露基巖為強中風化流紋斑巖，植被發(fā)育，主要為雜草及小灌木叢為主，進口下方為修建國道的棄方。出口處基巖裸露，為強中風化流紋斑巖，植被發(fā)育，多為小灌木叢。出口處為國道。 （2）地質(zhì)構(gòu)造隧址區(qū)未發(fā)現(xiàn)對隧道方案有明顯影響的褶皺和斷裂發(fā)育。淺部巖石風化裂隙發(fā)育，巖石性較差，深部節(jié)理裂隙較發(fā)育。節(jié)理裂隙降低了隧道圍巖的穩(wěn)定性。 （3）地層巖性據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆孔顯示，隧道圍巖主要為中元古界熊耳群馬家河組（Pt2m）和許山組（Pt2x）的流紋斑巖組成，地層巖性特征如下：流紋斑巖：灰綠、紫紅

3、色，斑狀結(jié)構(gòu)，呈強微風化狀，巖體極破碎破碎，根據(jù)地質(zhì)調(diào)查顯示，隧道區(qū)巖層受構(gòu)造影響，小的次級斷層及褶皺、節(jié)理裂隙發(fā)育，是較硬巖，分布于整個隧道區(qū)。 （4）巖石強度隧址山體巖層屬于較硬巖石工程地質(zhì)巖組，中風化流紋斑巖飽和單軸抗壓強度Rc=57MPa，屬于較硬巖。 （5）巖體的完整性隧址地層年代為中元古界老地層，主要為硬質(zhì)巖，巖體堅硬性脆，經(jīng)歷長期的構(gòu)造運動和風化剝蝕作用后，巖體裂隙很發(fā)育較發(fā)育，裂隙面大多傾角較大，貫穿性較好，多成張開、微張狀。愈接近地表，風化裂隙和構(gòu)造裂隙愈發(fā)育，無充填或少量粘土或碎石充填，掩飾的完整性厚道破壞。山體內(nèi)巖體的結(jié)構(gòu)為層狀、塊狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)洞口節(jié)理裂隙統(tǒng)計，巖體完整性

4、系數(shù)Kv=0.130.30，為破碎巖體。 （6）隧道圍巖級別劃分1）進、出口穩(wěn)定性評價進、出口段圍巖風華裂隙發(fā)育，巖體破碎，完整性差，圍巖分級為V級。成洞條件較差，圍巖易坍塌，處理不當可能出現(xiàn)坍塌及冒頂。2）隧道洞身根據(jù)隧道圍巖分級標注，綜合鉆探資料集地調(diào)成果。隧道圍巖課劃為IV、V兩級，詳細如下：ZK39+321ZK 39+390 圍巖為中風化流紋斑巖，屬較硬巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎，碎石狀結(jié)構(gòu)，工程地質(zhì)性質(zhì)及圍巖自穩(wěn)能力差，圍巖易坍塌，未見地下水，雨季有滲水漏水現(xiàn)象，應加強支護。彈性波縱波速度4259m/s，圍巖基本質(zhì)量指標BQ值為230，圍巖級別為V級。ZK39+390ZK 39+5

5、00 圍巖為中微風化流紋斑巖，屬較硬巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，裂隙塊狀結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性一般，無支護時，側(cè)壁和拱頂部易產(chǎn)生小坍塌，未見地下水，雨季有滴水滲漏現(xiàn)象，應加強支護。彈性波縱波速度4488m/s，圍巖基本質(zhì)量指標BQ值為321，圍巖級別為IV級。ZK39+500ZK 39+568 圍巖為中風化流紋斑巖，屬較硬巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎，碎石狀結(jié)構(gòu)，工程地質(zhì)性質(zhì)及圍巖自穩(wěn)能力差，圍巖易坍塌，未見地下水，雨季有滲水漏水現(xiàn)象，應加強支護。彈性波縱波速度4234m/s，圍巖基本質(zhì)量指標BQ值為224，圍巖級別為V級。YK39+313YK 39+363 圍巖為中風化流紋斑巖，屬較硬巖，節(jié)理裂隙

6、發(fā)育，巖體極破碎，碎石狀結(jié)構(gòu)，工程地質(zhì)性質(zhì)及圍巖自穩(wěn)能力差，圍巖易坍塌，未見地下水，雨季有滲水漏水現(xiàn)象，應加強支護。彈性波縱波速度4254m/s，圍巖基本質(zhì)量指標BQ值為227，圍巖級別為V級。YK39+363YK 39+448 圍巖為中微風化流紋斑巖，屬較硬巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，裂隙塊狀結(jié)構(gòu)，圍巖穩(wěn)定性一般，無支護時，側(cè)壁和拱頂部易產(chǎn)生小坍塌，未見地下水，雨季有滴水滲漏現(xiàn)象，應加強支護。彈性波縱波速度4306m/s，圍巖基本質(zhì)量指標BQ值為316，圍巖級別為IV級。YK39+448YK 39+515 圍巖為中風化流紋斑巖，屬較硬巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎，碎石狀結(jié)構(gòu)，工程地質(zhì)性質(zhì)及圍

7、巖自穩(wěn)能力差，圍巖易坍塌，未見地下水，雨季有滲水漏水現(xiàn)象，應加強支護。彈性波縱波速度4306m/s，圍巖基本質(zhì)量指標BQ值為222，圍巖級別為V級。 3.氣象及水文地質(zhì)條件 （1）氣象隧址進口端所在縣位于暖溫帶半干旱大陸性季風氣候區(qū)，四季分明，降水量、蒸發(fā)量、氣溫等氣象要素年內(nèi)、年際變化明。據(jù)靈寶市氣象站1956-2000年氣象資料：多年平均氣溫13.6，元月最冷，平均氣溫-1.0；七月最熱，平均氣溫26.1。歷年最高氣溫42.7，最低氣溫-16.2。無霜期年平均215天，最短無霜期199天。隧址出口端所在縣跨亞熱帶、暖溫帶兩個氣候帶，均具有大陸性季風氣候的共同特點，季節(jié)性變化明顯，溫度低，日

8、照時數(shù)少，無霜期短，氣候因素垂直變化大，年平均日照時數(shù)2118.0小時，平均日照率為47.7%.年平均氣溫12.6，元月最冷，平均氣溫-1.5；七月最熱，平均氣溫25.6，極端最高為42.1。盧氏盆地無霜期平均為184天，年平均降水量為9099氣象部門提供的（十年）資料為630mm。 （2）地表水隧道進、出口位于分水嶺的下方，四周山體匯水區(qū)域較大，僅沿斜披在大氣降雨時有一定的地表面流。隧道進出口位于山體斜坡位置，應注意暴雨期間地表面流對洞口的沖刷破壞作用，宜采用截流、疏排措施。 （3）地下水在隧道設計標高范圍內(nèi)基巖裂隙水總體不甚發(fā)育，暫時性地表水體大部分順沖溝或斜坡坡面向外排泄，地下水不甚發(fā)育

9、。 4.抗震設計參數(shù)及地震效應 根據(jù)國家地震局2001年8月1日頒布實施的中國地震參數(shù)區(qū)劃分（GB18306-2001)、建筑抗爭設計規(guī)范（GB50011-2001)等資料，設計基本地震加速度值為0.15g，設計地震分組為第二組，設計特征周期為0.25s，相當于地震基本烈度7度。按照公路隧道設計規(guī)范（JTJ004-89）并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造較差的特點，高速公路隧道應提高1度設防。 5.區(qū)域穩(wěn)定性評價隧址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕中低山地貌單元，無區(qū)域性深大斷裂通過，近代無強震記錄，屬相對穩(wěn)定地塊。下伏基巖屬較硬巖類，穩(wěn)定性一般，適宜擬建隧道的建設。 6.不良地質(zhì)現(xiàn)象地質(zhì)調(diào)會資料顯示，隧道進出口地形較陡，巖體較破碎

10、，在隧道施工時可能產(chǎn)生淺層的巖石崩塌，需采取相應的支護措施。 7.設計標準設計等級：高速公路分離式單向雙車道隧道地震設防烈度：7級設計速度：100km/h設計荷載：公路級 8.計算斷面資料樁號：YK39+500地面高程：823.44m設計高程：799.472m圍巖類別：級，級隧道埋深：20-100米9.設計計算內(nèi)容 （1）確定隧道斷面布置圖（曲墻式）； （2）圍巖壓力計算（曲墻式）； （3）隧道支護設計圖； （4）隧道襯砌設計圖； （5）隧道施工方案比選（施工方法的橫斷面分塊圖和縱斷面的工序展開圖）； （6）選定施工方案的監(jiān)控量測方案布置圖。 10.提交的資料 （1）確定隧道斷面布置圖、隧道支

11、護設計圖、隧道襯砌設計圖、施工方法的橫斷面分塊圖和縱斷面的工序展開圖、選定施工方案的監(jiān)控量測方案布置圖； （2）隧道圍巖壓力計算書、施工方案比選說明、監(jiān)控量測方案說明。 11.設計依據(jù)本設計嚴格按照交通部頒布的行業(yè)規(guī)范、規(guī)程及工程建設標準強制性條文（公路工程部分）。公路工程技術標準 （JTG B01-2003)；公路隧道設計規(guī)范 （JTG D70-2004)；公路隧道通風照明技術規(guī)范 （JTJ F60-2009)；公路水泥混凝土路面設計規(guī)范 （JTG D70-2002)；公路瀝青路面設計規(guī)范 （JTG D50-2006)；公路工程抗震設計規(guī)范 （JTJ2004-2008)；地下工程防水技術規(guī)范

12、 （GB50108-2008)；錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范 （GB 50086-2001)；混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范 （GB50010-2002)；公路建設項目環(huán)境影響評價規(guī)范 （JTG B03-2006)；公路環(huán)境保護設計規(guī)范 （JTJ/006 -98)；建筑設計防火規(guī)范 （GB 50016-2006)；隧道工程王毅才 主編 人民交通出版社；地下結(jié)構(gòu)靜力計算 天津大學建筑工程系地下建筑工程教研室 編 中國建筑工業(yè)出版社。二、隧道斷面設計 1.隧道位置及洞口位置由于沒有實際的地形圖和地質(zhì)資料圖，故將隧道位置和進出口位置的地質(zhì)資料羅列如下：某隧道進出口附近有國道，交通條件便利；隧道進、出口處總體為斜坡

13、地形，進口處自然坡度角為3545，出口處自然坡度角約為4550，局部略陡；進口處為斜坡地形，出露基巖為強中風化流紋斑巖，植被發(fā)育，主要為雜草及小灌木叢為主，進口下方為修建國道的棄方；出口處基巖裸露，為強中風化流紋斑巖，植被發(fā)育，多為小灌木叢，出口處為國道；進、出口段圍巖風華裂隙發(fā)育，巖體破碎，完整性差，圍巖分級為V級。成洞條件較差，圍巖易坍塌，處理不當可能出現(xiàn)坍塌及冒頂。 2.隧道平面設計公路隧道設計規(guī)范規(guī)定，應根據(jù)地質(zhì)、地形、路線的走向、通風等因素確定隧道的平、曲線線形。當為曲線時，不易采用設超高的平曲線，并不應采用設加寬的平曲線。隧道進出口附近有國道附近，交通條件便利，洞軸線走向方位角約1

14、65。隧道總體走向呈南北向曲線展布。其中：左線起訖樁號為ZK39+321ZK39+568，長247米，右線起訖樁號為YK39+313YK39+515，長202米。采用燈光照明，自然通風，屬短隧道。公路隧道設計規(guī)范規(guī)定，高速公路、一級公路的隧道應設計為上、下行分離的獨立雙洞。分離式獨立雙洞的最小凈距，按對雙洞結(jié)構(gòu)彼此不產(chǎn)生有害影響的原則，結(jié)合隧道平面線形、圍巖地質(zhì)條件、斷面形狀和尺寸、施工方法等因素確定，一般情況可按表1取值。表1 分離式獨立雙洞間最小凈距圍巖類別I最小凈距1.0B1.5B2.0B2.5B3.5B4.0B注：B為隧道開挖斷面寬度 本隧道為設計等級為高速公路分離式單向雙車道隧道，滿

15、足規(guī)范要求。圍巖等級為級，故最小凈距為3.5B。 3.隧道縱斷面設計公路隧道設計規(guī)范規(guī)定，隧道內(nèi)縱面線形應考慮行車安全性、營運通風規(guī)模、施工作業(yè)效率和排水要求，隧道縱坡不應小于0.3%，一般不大于3%；受地形等條件限制時，高速公路、一級公路的中、短隧道可適當加大，但不宜大于4%；隧道內(nèi)的縱坡形式，一般宜采用單向坡；地下水發(fā)育的長隧道、特長隧道可采用人字坡。 本隧道左線起訖樁號為ZK39+321ZK39+568，長247米，右線起訖樁號為YK39+313YK39+515，長202米。由于隧道長度較短，故隧道坡道形式選擇單面坡。本隧道為單向隧道，設計等級為高速公路分離式單向雙車道隧道，設計交通量N

16、為25000-55000輛/h，,故應該采用機械通風，所以坡度設計為3.5%，通風方式采用半橫向式。 4.隧道橫斷面設計 公路凈空包括公路建筑限界、通風及其他所需的斷面積。公路隧道的建筑限界包括車道、路肩、路緣帶、人行道等的寬度，以及車道人行道的凈高。公路隧道的凈空除包括公路建筑限界以外，還包括通風管理、照明設備、防災設備、監(jiān)控設備、運行管理設備等附屬設施所需要的空間以及富余量和施工誤差等。 本隧道設計等級為高速公路分離式單向雙車道隧道，查規(guī)范可得，建筑限界高度為5.0m，其他建筑限界寬度詳見見表2。表2 公路隧道建筑限界基本寬度表公路等級設計速度左側(cè)右側(cè)余寬C人行道R檢修道左檢修道右車道寬度

17、高速公路100km/h0.51.0000.750.7523.75 注：單位為m由于本隧道為短隧道，故可以不設緊急停車帶，則公路隧道的建筑限界查規(guī)范見圖1。圖1 公路隧道建筑界限 本隧道采用單心圓方案，半徑=6m，=110，半徑=10.74m，=32。本隧道的內(nèi)輪廓設計詳見圖2。圖2 公路隧道內(nèi)輪廓圖 三、圍巖內(nèi)力計算 根據(jù)隧道圍巖分級標注，綜合鉆探資料及調(diào)查成果，本隧道圍巖分為和級，且在不同的標段圍巖等級不同，地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件也不相同。計算斷面為ZK39+536，其計算資料如下：設計等級為高速公路分離式單向雙車道隧道，圍巖級別為級，圍巖容重為，彈性抗力系數(shù)為K=150MPa/m,變形模量

18、E=1.5GPa。襯砌材料為混凝土，襯砌材料容重為，彈性模量為E=29.5GPa，襯砌厚度為d=0.65m，地面高程為828.32m，設計高程為799.6m，襯砌結(jié)構(gòu)斷面圖如圖3所示。 圖3隧道襯砌斷面圖 1.荷載確定 按鐵路隧道破壞狀態(tài)設計垂直壓力公式計算： 其中w為寬度影響系數(shù)：KPa 圍巖水平均布壓力：KPa 2.襯砌幾何要素內(nèi)輪廓線半徑為，外輪廓半徑為，拱軸線半徑為，拱軸線圓弧中心角為。 3.半拱線長度s及分段軸長s 半拱線長度，將半拱軸線等分為8段，每段軸長為： 4.各分塊接縫中心幾何要素每個分塊與豎直軸夾角，接縫中心點坐標（，）見表3。表3 分塊幾何中心要素計算表（單位：m）分塊幾

19、何要素113.61250.2354 0.9719 0.0281 1.4886 0.1777 227.2250.4575 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

20、 8108.90.9461 -0.3239 1.3239 5.9840 8.3738 注：因墻底面水平，計算襯砌內(nèi)力時用=90 另一方面，=108.9，角度閉合差=0。 襯砌內(nèi)力計算按圖4進行計算。 圖4襯砌結(jié)構(gòu)計算圖示 5.計算位移 （1）單位位移 用辛普森法近似計算，按計算列表進行，單位位移的計算見表4。表4 單位位移計算表截面xydI系數(shù)1/30001000.650.0229 43.6681 0.0000 0.0000 43.6681 1113.61250.23540.97191.48860.17770.650.0229 43.6681 7.7598 1.3789 60.5667 422

21、7.2250.45750.88922.89360.70070.650.0229 43.6681 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.

22、1722 4681.6750.98950.14486.25845.40920.650.0229 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單位位移計算值計算如下：計算精度校

23、核為：=（17.7953+256.5282+301.7160）=432.5677閉合差=0 (2) 載位移主動荷載在基本結(jié)構(gòu)中引起的位移 1)每一楔塊上的作用力 豎向力：；水平壓力：式中：為襯砌外緣相鄰兩截面之間的水平投影距離，為襯砌外緣相鄰兩截面之間的豎直投影距離 由圖4襯砌結(jié)構(gòu)計算圖示量得，具體數(shù)據(jù)見表5。表5 襯砌結(jié)構(gòu)計算圖示量測數(shù)據(jù)i123456781.56531.47731.30631.06200.75790.41130.04156.62160.18680.55000.88231.16501.38221.52181.57581.43608.6999=8.69998.7000（校核）

24、自重力：式中：為接縫i的襯砌截面厚度 注：計算時，應使第8個楔塊的面積乘以 作用在個楔塊上的力均列入表6，各集中力均通過相應圖形的形心。 2)外荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力 楔塊上各集中力的力臂由圖4襯砌結(jié)構(gòu)計算圖示中量得，分別記為。 內(nèi)力按下式計算： 彎矩： 軸力： 式中：、為相鄰兩接縫中心點的坐標增值，按下式計算：；圖5 彎矩內(nèi)力計算圖示、的計算見表6及表7。表6載位移計算表0-285.0850-1094.2564-2298.1420-3709.2984-5117.3536-6328.6419-7199.1974-7621.419600-8.1098-51.3148-148.9034-303

25、.7686-500.5063-707.6400-883.903500-553.1592-952.3545-1109.9229-989.9144-616.6042-67.3152542.735200.17770.52300.83901.10791.31441.44721.49871.465901.48861.40501.24241.01010.72090.39140.0397-0.31410015.506361.1618134.4015231.1082345.8446472.1692602.976700393.7076766.54421098.82481373.16471575.38121695

26、.59771727.90570-6.3467-25.7497-50.3157-74.5995-93.2233-102.0577-99.1387-85.58730-16.6042-15.4337-13.3961-10.6059-7.2181-3.42600.55714.53350-262.1341-206.7190-136.5046-67.1246-13.930711.30582.98130.0000力臂00.40930.56400.68700.77140.81250.80790.75790.718000.73910.68700.59630.47210.32130.1525-0.0248-0.2

27、01800.70610.59000.44060.26650.0775-0.1159-0.30290.0000集中力E015.506345.655573.239796.7067114.7364126.3246130.8072119.2024G022.465422.465422.465422.465422.465422.465422.465422.4654Q0371.2422350.3712309.8152251.8745179.751197.54809.84260.0000截面012345678表7 載位移計算表截面E0010000010.23540.9719393.707615.506392.

28、678815.070677.608220.45750.8892766.544261.1618350.694054.3851296.308930.65390.75661098.8248134.4015718.5215101.6882616.833440.81360.58141373.1647231.10821117.2068134.3663982.840550.92760.37361575.3812345.84461461.3236129.20751332.116160.98950.14481695.5977472.16921677.793968.37011609.423870.9957-0.0

29、9221727.9057602.97671720.4757-55.59451776.070280.9461-0.32391750.3711722.17911656.0261-233.91381889.9399基本結(jié)構(gòu)中，主動荷載產(chǎn)生彎矩的校核為：另一方面，從表6中得到=-7621.4196閉合差=0.032% 3)主動荷載位移計算過程見表8。表8 主動荷載計算表截面（1+y）系數(shù)0043.66810100011-285.08543.66817.75981.1777-12449.1203 -2212.2026 -14661.3289644 2-809.171443.668130.59831.70

30、07-35334.9776 -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 -224774.2995425-1408.055243.6681173.01314.962-61487.0953 -243611.9951 -305098.966774 6-1211.288343.6681236.20966.4092-52894.6586 -28

31、6117.9248 -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 -1153318.1872 -1478729.1234 計算精度校核：+=-（16576.1295+58748.8556）=-75324.9851閉合差0 （3）載位移單位彈性抗力及相應摩擦力引起的位移 1）各接縫處的抗力強度抗力零點假定在接

32、縫3，=40.8375最大抗力值假定在接縫5,=68.0625最大抗力值以上各截面抗力強度按右式計算：查表并算得=0，=0.5311，=最大抗力值以下各截面抗力強度按右式計算：由圖4量的=1.4004m，=2.9762m，=4.4122m則，按比例將所求的抗力繪在圖4上。 2）各楔塊上抗力集中力按有式近似計算：式中：為楔塊i外邊緣長度，可通過量取夾角，用弧長公式求的，的方向垂直于襯砌外緣，并通過楔塊上的抗力圖形的形心。 3）抗力集中力與摩擦力按下式計算：式中：為圍巖與襯砌間的摩擦系數(shù)，此處取=0.2。則： 其作用力方向與抗力集中力方向的夾角11.3099。由于摩阻力的方向與襯砌位移方向相反，其

33、方向向上。 將的方向線延長，使之交于豎直軸，量取，將分解為水平和豎直兩個分力。表9 彈性抗力及摩擦力計算表截面s外R3001.56690.00000.00000.00001.00000.00000.000040.43110.21561.56690.344558.95880.85680.51570.29520.1776510.71561.56691.143572.57270.95410.29951.09100.342560.89870.94941.56691.517186.18670.99780.06651.51370.100970.5450.72191.56691.153599.80070.9

34、854-0.17021.1367-0.1964800.27251.56690.4354112.93630.9209-0.38970.4010-0.1697 4）計算單位抗力及其相應的摩擦力在基本結(jié)構(gòu)上的內(nèi)力彎矩： ，軸力：式中：為力至接縫中心點的力臂，由圖4量得。計算見表10、11。表10 彎矩截面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.

35、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 表11 軸力截面454.450.8136 0.5814 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

36、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）單位抗力及相應摩擦力產(chǎn)生的載位移。計算見表12。表12 單位抗力及相應摩擦力產(chǎn)生的載位移計算表截面4-0.278243.6681115.61573.6476-12.1485 -32.1643 -44.3127 5-1.717843.6681173.01314.962-75.0131 -297.2019 -372.2148 6-5.152843.6681236.20966.4092-225.0130

37、 -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 -1108.7170 -7459.4530 -8568.1667 校核為：+=-438.2877閉合差0 （4）墻低（彈性地基上的剛性梁）位移 單位彎矩作用下的轉(zhuǎn)角：主動荷載作用下的轉(zhuǎn)角： 單位抗力及相應摩擦力作用下的轉(zhuǎn)角：6.解力法方程襯砌矢高： f=8.3738 計算力法方程的系數(shù)為： 以上將單位抗力及

38、相應摩擦力產(chǎn)生的位移乘以，即為被動荷載的載位移。求解方程為： 其中：；以上解的，值應帶入原方程，校核計算。 7.計算主動荷載和被動荷載（）分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力計算公式為： 計算過程列入表13、14。表13 主、被動荷載作用下襯砌彎矩計算表截面001035.5801035.5800 0.0000 -3.4510 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

39、.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 5-5117.35361035.584058.7750196-22.9986 -1.7178 -3.4510 9.4656 4.2968 6-6328.64191035.585541.3240374248.2621 -5.1528 -3.4510 12.9231 4.3193 7-7199.19741035.5870

40、76.6309838913.0136 -10.4554 -3.4510 16.5037 2.5973 8-7621.41961035.588578.3367641992.4972 -16.6141 -3.4510 20.0058 -0.0593 表14 主、被動荷載作用下襯砌軸力計算表截面001024.42581024.425802.38912.3891177.6082995.639435021073.24763502.321966292.321966292296.3089910.919421361207.228321402.124387722.124387723616.8334775.080

41、560281391.913960301.807593061.807593064982.8405595.601160121578.4416601-0.02711.389022741.3619227451332.1161382.725471714.84157-0.03540.892567760.85716761609.4238148.336855841757.76065580.19460.345941680.5405416871776.0702-94.452058761681.61814120.7949-0.220275020.5746249881889.939901889.93990.25490

42、0.25498.最大抗力值求解首先求出最大抗力方向內(nèi)的位移?？紤]到接縫5的徑向位移與水平方向有一定的偏離，因此修正后有：計算過程列入表15，位移值為： 則可得最大抗力。 表15 最大抗力位移修正計算表截面積分系數(shù)1/3045250.600122-150.79455093.962179282.87768-597.448010671140747.977954-132.245641353.7843154202.57297-500.457180564228801.663091-77.64761433.261393930.863838-253.232164522313753.127229.9408172

43、52.422333314.20006424.079641625441684.5337497113.443295581.31442214.1511606149.1098677125-1004.9445257187.752543120004373879.9999 -903.7343 9.襯砌總內(nèi)力計算 按下式進行計算：表16襯砌總內(nèi)力計算表截面積分系數(shù)01035.5800 -2861.9926 -1826.4126 1024.4258 1981.3349 3005.7607 -79806.7440 0.0000 11932.5355 -2509.9452 -1577.4097 1073.2476

44、1925.6594 2998.9070 -68926.3344 -12248.2096 42659.1388 -1473.7064 -814.5676 1207.2283 1761.8030 2969.0313 -35593.2660 -24940.2015 23314.7464 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.

45、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 2206.0441 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

46、.3343 84915.0449 711061.6030 1475784.0404 3073415.7849 10.襯砌內(nèi)力圖繪制 將內(nèi)力計算計算結(jié)果按比例繪制成彎矩圖M與軸力圖，如圖6所示。 圖6 內(nèi)力計算圖 四、隧道施工 1.隧道開挖方法的選擇 隧道施工是要挖除坑道范圍內(nèi)的巖體，并保持坑道圍巖的穩(wěn)定。開挖是隧道施工的第一道工序，也是極為關鍵的工序。隧道開挖的基本原則是：在保證圍巖穩(wěn)定或減少對圍巖擾動的前提條件下，選擇恰當?shù)拈_挖方法和掘進方式，并盡量提高掘進速度。一方面應考慮隧道圍巖地質(zhì)條件及其變化情況，選擇能很好地適應地質(zhì)條件及其變化，并能保持圍巖穩(wěn)定的方法；另一方面應考慮坑道范圍內(nèi)巖體的

47、堅硬強度，選擇能快速掘進，并能減少對圍巖擾動的方法和方式。 圖7 短臺階開挖示意圖 按開挖的橫斷面分布情況來分，隧道開挖方法可分為全斷面開挖法、臺階開挖法、分布開挖法等。全斷面開挖方法適用于I級圍巖、有鉆孔臺車或自制作業(yè)臺架及高效率裝運機械設備、長度較長的隧道。本隧道長度為247m、圍巖等級為、級，長度較短，圍巖較不穩(wěn)定。如果采用全斷面開挖法，在經(jīng)濟上不合理、在施工上對于級圍巖需采用加強初期支護等方式才能使圍巖穩(wěn)定，所以本隧道不采用全斷面開挖法。分部開挖法包括環(huán)形開挖預留核心土法、雙側(cè)壁導坑法、中洞法、中隔壁法等。由工程施工經(jīng)驗可知：分部開挖法適用于圍巖地質(zhì)條件較差的隧道、雙線及多線隧道、淺埋

48、軟弱隧道。本隧道為單線、深埋、巖石較堅硬的隧道，所以在本隧道的施工方法選擇中，分部開挖法不考慮。臺階法，根據(jù)長度不同可劃分為長臺階法、短臺階法和微臺階法三種。在臺階法的選擇中，要考慮初期支護形成閉合斷面的時間要求、上部斷面施工所采用的開挖、支護、除渣等機械設備需要施工場地大小的要求。長臺階法的臺階長度較長，一般在圍巖地質(zhì)條件相對較好、工期不受控制、無大型機械化作業(yè)時選用。微臺階法，適用于地質(zhì)條件特別差的圍巖（如無法正常進行鉆眼和拱部的噴錨支護的隧道），且具有作業(yè)時相互干擾大，生產(chǎn)效率低，施工速度慢的缺點。綜合考慮地質(zhì)條件、圍巖等級、隧道長度、隧道設計標準、工期等要求，本隧道采用短臺階法。開挖示意圖如圖7所示。 短臺階法適用于級圍巖，臺階長