隧道工程課設(shè)

1、隧道工程課程設(shè)計(jì)一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書（一）設(shè)計(jì)題目成都至瀘州高速公路二峨山隧道工程襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算（二）提供資料1、成都至瀘州高速公路二峨山隧道工程地質(zhì)勘察報(bào)告2、成都至瀘州高速公路二峨山隧道平面布置圖3、成都至瀘州高速公路二峨山隧道剖面（三）設(shè)計(jì)內(nèi)容隧道圍巖地質(zhì)分級(jí)確定圍巖物理力學(xué)參數(shù)確定隧道建筑限界尺寸確定隧道內(nèi)輪廓尺寸計(jì)算隧道圍巖壓力襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力襯砌結(jié)構(gòu)的配筋計(jì)算（四）設(shè)計(jì)要求計(jì)算書要求書寫工整、數(shù)字準(zhǔn)確、圖文并茂.制圖要求所有圖線、圖例尺寸和標(biāo)注方法均應(yīng)符合新的制圖標(biāo)準(zhǔn)，圖紙上所有漢字和數(shù)字均應(yīng)書寫端正、排列整齊、筆畫清晰，中文書寫為仿宋字。成果內(nèi)容詳細(xì)的計(jì)算過程；必要的

2、計(jì)算說明；計(jì)算成果圖表（圍巖分級(jí)表、圍巖參數(shù)表、建筑限界尺寸圖、隧道內(nèi)輪廓尺寸圖、 隧道圍巖壓力計(jì)算成果示意圖、復(fù)合襯砌支護(hù)參數(shù)圖、襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算成果圖、配筋計(jì)算成果表）（四）個(gè)人任務(wù)學(xué)號(hào)洞段車道設(shè)計(jì)時(shí)速80 人5445 個(gè)洞段分別是 K37+350K37+460； K37+350K37+460； K38+820K38+990;K38+990K39+580； K39+580K39+710；4種車道：兩車道；兩車道帶緊急停車帶；三車道；三車道帶緊急停車帶；2種設(shè)計(jì)時(shí)速：高速公路120公路/小時(shí);高速公路100公路/小時(shí);一級(jí)公路80公路/小時(shí);一級(jí)公路60公路/小時(shí)；二、課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(一)隧道圍

3、巖地質(zhì)分級(jí)劃分隧道圍巖級(jí)別劃分依據(jù)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D70-2004)中的3.6節(jié)圍巖分 級(jí)中各項(xiàng)規(guī)定進(jìn)行劃分。結(jié)合隧道地質(zhì)勘察報(bào)告中的地層巖性的描述、巖石物理力 學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面特征、洞室埋藏深度、水文地質(zhì)條件、不良地質(zhì)現(xiàn)象、施工方法等因素綜 合分析確定。工作步驟隧道圍巖分級(jí)的綜合評(píng)判方法采用兩步分級(jí)，按以下順序進(jìn)行：根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度和巖體完整程度兩個(gè)基本因素的定性特征和定量的巖體基本 質(zhì)量指標(biāo)BQ,綜合進(jìn)行初步分級(jí)。對(duì)圍巖進(jìn)行詳細(xì)定級(jí)時(shí)，應(yīng)在巖體基本質(zhì)量分級(jí)的基礎(chǔ)上考慮修正因素的影響，修 正巖體基本質(zhì)量指標(biāo)值。按修正后的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ,結(jié)合巖體的定性特征綜合評(píng)判，按JTG D

4、70- 2004表3.6。5確定圍巖的詳細(xì)分級(jí).具體過程圍巖分級(jí)中巖石堅(jiān)硬程度、巖體完整程度兩個(gè)基本因素的定性劃分和定量指標(biāo)及其對(duì) 應(yīng)關(guān)系應(yīng)符合下列規(guī)定：巖石堅(jiān)硬程度可按JTG D70-2004表3.6.2-1定性劃分。巖石堅(jiān)硬程度定量指標(biāo)用巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rc表達(dá)。圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ應(yīng)根據(jù)分級(jí)因素的定量指標(biāo)RC值和KV值按下式計(jì)算：BQ=90+3RC+250KV式中：BQ圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)；RC-一巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度；KV-巖體完整性系數(shù)，采用彈性波速探測(cè)值。k = (vpm/vpr)2式中:為巖體彈性縱波波速；T為巖石彈性縱波波速；使用以上公式時(shí)應(yīng)遵守下列限制條件：當(dāng)RC90 KV時(shí)

5、，應(yīng)以RC=90KV+30和KV代入計(jì)算BQ值；當(dāng)KV0.04RC+0.4時(shí)，應(yīng)以KV=0.04RC+0。4和RC代入計(jì)算BQ值。圍巖詳細(xì)定級(jí)時(shí)，如遇下列情況之一，應(yīng)對(duì)巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ進(jìn)行修正：有地下水；圍巖穩(wěn)定性受軟弱結(jié)構(gòu)面影響，且由一組起控制作用；存在高應(yīng)力。圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值BQ可按下式計(jì)算：BQ = BQ-100（K1+ K2+ K2）式中：BQ圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值；K1-一地下水影響修正系數(shù)；K2主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)。K3-初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)。KK2、K3按 JTG D70-2004 附錄 A 中表入.0.2-1、表 A.0。22、表 A。0.23 確定,圍

6、巖極高及高初始應(yīng)力狀態(tài)的評(píng)估，可按附錄A中表A.0。3規(guī)定進(jìn)行。隧道圍巖分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表圍巖級(jí)別圍巖或土體主要定性特征圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值BQ開挖后的穩(wěn)定狀態(tài)I堅(jiān)硬巖，巖體完整，受構(gòu)造影響輕微，巨整體狀或巨厚層狀結(jié) 構(gòu)，節(jié)理不發(fā)育，層間結(jié)合良好。550圍巖穩(wěn)定，無坍塌。II堅(jiān)硬巖，巖體較完整，塊狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，層間結(jié)合一般。 較堅(jiān)硬巖，巖體較完整，塊狀整體結(jié)構(gòu)，層間結(jié)合一般.550451暴露時(shí)間長(zhǎng)，可能產(chǎn)生局部 小坍塌。III堅(jiān)硬巖，巖體較破碎，巨塊（石）碎（石）狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，層間結(jié) 合一般。較堅(jiān)硬巖或較軟硬巖，巖體較完整，塊狀體或中厚層結(jié)構(gòu)，層 間結(jié)合一般。450351開挖后噴護(hù)處理。IV堅(jiān)硬巖，巖

7、體破碎，碎裂結(jié)構(gòu)；較堅(jiān)硬巖，巖體較破碎破碎，鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，塊狀體或中厚層 結(jié)構(gòu)。較軟巖或較軟硬巖互層,且以軟巖為主，巖體較完整較破碎， 中薄層狀結(jié)構(gòu).350251開挖后無支護(hù)，易產(chǎn)生頂部 小塊坍塌和側(cè)壁失穩(wěn)，應(yīng)及 時(shí)支護(hù)。略具壓縮的粘土或砂土，一般鈣鐵質(zhì)膠結(jié)的碎石、卵石、大 塊石及Q、Q黃土。V21較軟巖，巖體破碎；軟巖，巖體較破碎破碎；極破碎各類巖體，碎、裂狀，松散結(jié)構(gòu).W250開挖后易坍塌，應(yīng)立即支護(hù) 和襯砌.裂隙雜亂或全強(qiáng)風(fēng)化殼；一般第四系的半干硬硬塑狀粘性土 及Q4、Q3黃土，呈松軟結(jié)構(gòu)；稍濕至潮濕的碎石土、卵石土、圓礫土，旱.松散結(jié)構(gòu)。W軟塑狀粘性土及潮濕、飽和粉細(xì)砂、軟土.開挖后極

8、易坍塌變形。（二）確定圍巖物理力學(xué)參數(shù)按照圍巖級(jí)別，根據(jù)JTG D70-2004附錄A中A。0.4的表A.0。41表選取各級(jí)圍巖 的物理力學(xué)參數(shù)。圍巖級(jí)別重度 kN/m3彈性抗力系數(shù) KMJa/m變形模量GPa泊松比內(nèi)摩擦角中O粘聚力 CMPa計(jì)算摩擦角WrUI26 281800280033602o 178II25 271200180020 330。 20o 2550601o 52.170 78III232550012006200.250o 339500.71。56070IV20232005001.3 60o 30.3527390o 20.750 60V17 20100200120.350o

9、4520270o 050.240 50W151710030003000L10001000L500L宅5叩8、各級(jí)公路隧道建筑限界尺寸含緊急停車帶-建筑限界高度；餌一行車道寬度；、一左側(cè)向?qū)挾?；L”右側(cè)向?qū)挾龋?余寬；I檢修道寬度；-人行道寬度；”一 檢修道或人行道的高度；、一建筑限界左頂角寬度， =、；*-建筑限界右頂角寬度，當(dāng)心1印時(shí)，=虬當(dāng) 時(shí)I ,.一；長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧道應(yīng)在行車方向的右側(cè)設(shè)置緊急停車帶，緊急停車帶應(yīng)取3。5m，長(zhǎng)度取40m；公踏隧道建就雁界橫斷面鮑散最小寬度（單位迥）公路等最設(shè)止速底年譴由度余寬C人有逍檢修逝J隧道建筑限果陣箕血右側(cè)左偈右側(cè)設(shè)校懵道設(shè)人行疆不設(shè)椅游通、人有點(diǎn)島

10、速公祥_臏路1203E0.751盅).750.75II.DO1W3.7520.50i,(x?1).75 DJ5皿豹833.75210.750.7$血256(3.50 x20,500.J50.750-759,75.三級(jí)公踏tw3.7520.750.751.0011,00W3,50 20,501.0010.00陽3.5020.23隊(duì)對(duì)0.759.如303.25 x 2。心7.50203.00 x20.230.Z3o.ii7.CC注：三車道隧道除增加車道數(shù)外，其它寬度同表，增加車道的寬度不得小于3。5m。連拱隧道的左側(cè)可不設(shè)檢修道或人行道，但應(yīng)設(shè)50cm（120km/h與100km/h時(shí)）或25cm

11、（80km/h與60km/h時(shí)） 的余寬.設(shè)計(jì)速度120km/h時(shí)，兩側(cè)檢修道寬度均不宜小于1.0m；設(shè)計(jì)速度100km/h時(shí)，右側(cè)檢修道寬度不宜小于1。0m（四）確定隧道內(nèi)輪廓尺寸按照已經(jīng)確定的公路隧道建筑限界尺寸，根據(jù)JTG D70-2004中附錄B中關(guān)于兩車道 （標(biāo)準(zhǔn)斷面與緊急停車帶斷面）和三車道（標(biāo)準(zhǔn)斷面與緊急停車帶斷面）的內(nèi)輪廓尺寸規(guī) 定。兩車道、三車道的隧道內(nèi)輪廓標(biāo)準(zhǔn)斷面形式由:拱部為單心半圓，側(cè)墻為大半徑圓弓瓜， 仰拱與側(cè)墻間用小半徑圓弧連接。最終，要保障隧道內(nèi)輪廓尺寸應(yīng)將隧道建筑限界尺寸包括在隧道內(nèi)輪廓中。緊急停車帶隧道中線正常隧道中線圖B.0.1兩車道隧道標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)輪廓斷面（單位

12、:cm）砂標(biāo)準(zhǔn)斷面;b）緊急停車帶斷面”一拱部圓弧半徑;一側(cè)墻圓弧半徑;”一側(cè)墻與仰拱連接段圓弧半徑；”-仰拱圓弧半徑尸一路面至起拱線的高度；- 1L, , 一、 ,_ On , Ri ,0；側(cè)墻結(jié)構(gòu)高度；-設(shè)仰拱時(shí)的側(cè)墻結(jié)構(gòu)高度（側(cè)墻與仰拱連接點(diǎn)至起拱線的高度）； 一起拱線與的夾角； 一設(shè)仰拱時(shí)起拱線與”的夾角-隧道結(jié)構(gòu)中心線與”的夾角；-緊急停車帶拱部圓弧半徑廣-半徑為”的拱部圓弧段夾角；”-拱部與側(cè)墻連接段圓弧半徑；一半徑與”的圓弧段夾角；圖B.0.2三車道隧道標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)輪廓斷面（單位icm）a）標(biāo)準(zhǔn)斷面;b）緊急停車帶斷面一拱部圓弧半徑;一拱部與側(cè)墻連接段圓弧半徑；一側(cè)墻圓弧半徑；-側(cè)墻與

13、仰拱連接段圓弧半徑;“一仰拱圓弧 半徑；一路面至起拱線的高度尸一側(cè)墻結(jié)構(gòu)高度；-設(shè)仰拱時(shí)的側(cè)墻結(jié)構(gòu)高度（側(cè)墻與仰拱連接點(diǎn)至起拱線的高度）;一起拱線與”的夾角；、一設(shè)仰拱時(shí)起拱線與”,的夾角；隧道結(jié)構(gòu)中心線與”的夾角；、.、；-半徑為“的拱部圓弧段夾角；一半徑與的圓弧段夾角；（五）計(jì)算隧道圍巖壓力隧道圍巖壓力荷載計(jì)算按照J(rèn)TG D70-2004中6。2節(jié)“永久荷載,與附錄E中的規(guī)定進(jìn) 行計(jì)算。具體步驟按照:首先進(jìn)行淺埋和深埋隧道的劃界；如符合JTG D70-2004的附 錄E中規(guī)定屬于淺埋隧道的，考察是否符合“埋深H等效荷載高度以和“埋深H且 Hp兩種情況之一進(jìn)行計(jì)算；如符合JTG D70-20

14、04的附錄E中規(guī)定屬于深埋隧道的, 按照普氏方法進(jìn)行計(jì)算。深、淺埋隧道的分界深度判定判定公式為：H.：式中：一淺埋隧道分界深度；匕一荷載等效高度小申，了為圍巖重度；:*：； S圍巖的級(jí)別；3寬度影響系數(shù)，3 = 1+i（B-5）； B為無支護(hù) 條件下隧道毛洞寬度；iB5時(shí)取i =0。1, B5時(shí)取i =0。2;淺埋隧道荷載當(dāng)埋深H等效荷載高度時(shí)：垂直均布?jí)毫Γ? - i 1:、：-隧道上覆圍巖重度；H隧道坑頂?shù)降孛婢嚯x；側(cè)向壓力：e = v（H + V2Ht）tan2（45 甲/2）H-隧道高度I圍巖計(jì)算摩擦角；當(dāng)埋深H q且 *p時(shí)：垂直均布?jí)毫Γ嚎冢号f（IU.T；.,bin。- tanpc

15、X tanl 1 +(tan(pc -) 4- tan(pctanfiKtan(pf 4- j )tan(pctanp = tan(pc + J tan(pc - tan6側(cè)向梯形分布?jí)毫Γ骸?iH向 j各級(jí)圍巖的U值圍巖級(jí)別IIIIIIIVVW日值0。9皿（0。70。9） M（0.50。7）也(0.30.5)駝式中：H一隧道坑頂?shù)降孛婢嚯x；h一隧道坑底到地面距離；中一圍巖計(jì)算摩擦角；*為無支護(hù)條件下隧道毛洞寬度；深埋隧道荷載按照普氏方法進(jìn)行計(jì)算。普氏系數(shù)：“5塌落拱高度：LE咨，1廣垂直均布?jí)毫Γ海?川側(cè)向梯形分布?jí)毫Γ?甲e大=y（h 4- H）tan3（45 -甲/2）式中，一巖石單軸抗

16、壓強(qiáng)度；c一粘聚力；中-內(nèi)摩擦角；B一隧道寬度；H一隧道高度；Y，一圍巖重度；（六）襯砌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，參看JTG D70-2004中的8.4。2節(jié)內(nèi)容。先 按照工程類比方法進(jìn)行初步設(shè)計(jì),然后根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)算，再作出適當(dāng)調(diào)整。表8.4.2兩車道隧道復(fù)合式襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)圍巖級(jí)別 n 一 川IV噴射混疑土厚度(cm)拱部、邊墻初 期 支 護(hù)鋼筋網(wǎng)鋼架拱、墻 混攝土仰拱 混曲30匚.30局部 25x2535拱、墻25 x 25拱.墻3535供、墻妙冗Jx 20拱、墻、 仰拱4545:二次襯砌厚度(cm)近過試驗(yàn)、計(jì)算確定表S.4.2-2三車道隧道復(fù)合式村砌的設(shè)計(jì)參數(shù)

17、圍巖級(jí)別初 期 支 護(hù)二次襯砌厚度(cm)噴射混凝土叩度(cm)錨桿(m)鋼筋網(wǎng)鋼架拱、墻 混凝土仰拱 混凝土拱部邊墻仰拱位置長(zhǎng)度間距I8局部2.5局部35II8-10局部2.5-3.5局部40Ill10 15拱、墻3.0-3.51.0- 1.5拱、墻 25x25拱、墻4545IV15-20拱、墻3.U-4.01.0拱、墻20 x20拱、墻、 仰拱50,鋼筋 混凝土50V2030拱、墻3.5-5.00.5 1.0拱、墻(雙號(hào))120 x20拱、墻、 仰拱60,鋼筋 混凝土60,鋼筋 混凝土VI通過試驗(yàn)、計(jì)算確定注:有地下水時(shí)，可取大值;無地下水時(shí)，可取小值.采用鋼架時(shí)，宜選用格柵鋼架。計(jì)算襯砌

18、結(jié)構(gòu)的內(nèi)力襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算按照荷載結(jié)構(gòu)法進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器(工程版)Vs2。0。襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載圖如下圖：豎向圍巖土壓力qIl mill 川 iiniiiin脫離區(qū)水平壓力e r地層反力荷載只考慮三種荷載:圍巖壓力；襯砌自重;彈性抗力襯砌結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)力學(xué)建模簡(jiǎn)圖如下圖:tttt M N t t tHtt襯砌結(jié)構(gòu)采用一圈閉合的梁?jiǎn)卧?，周邊采用彈簧支撐（不少?0個(gè)），彈簧支撐需注 意彈簧只能受壓不能受拉，受壓模量（即彈性系數(shù)）取圍巖的彈性抗力系數(shù).由于襯砌單元 是曲線梁，固可適當(dāng)多取一些彈簧支撐，彈簧支撐之間的梁?jiǎn)卧捎弥本€梁，為方便荷載 的施加，圍巖壓力的均布或分布式荷載全部轉(zhuǎn)化到彈簧支撐上的節(jié)點(diǎn)荷載.結(jié)構(gòu)計(jì)算的成果應(yīng)包括軸力、彎矩、剪力、變形.襯砌結(jié)構(gòu)的配筋計(jì)算根據(jù)結(jié)