《軌道交通隧道工程》課程設計

《軌道交通隧道道工程》課程設計某公路隧道課程程設計學生姓名：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.工程概況某隧道道進出口附近近有國道附近近，交通條件件便利，洞軸軸線走向方位位角約165°。隧道總體體走向呈南北北向曲線展布布。采用分離離式隧道，其其中：左線起起訖樁號為ZK39++321～ZK39++568，長247米，左線起起訖樁號為YK39++313～YK39++515，長202米。采用燈燈光照明，自自然通風，屬屬短隧道。2.工程地質條條件（1）地地形地貌隧道整整體屬于中低低山地貌區(qū)、斜斜坡、沖溝地地形，隧道軸軸線地面標高高792～875m之間，相對對高差約83m，隧道洞室室最大埋深70m。隧道進、出出口處總體為為斜（陡）坡坡地形，進口口處自然坡度度角為35～45°，出口處自自然坡度角約約為45～50°，局部略陡陡。進口處為斜斜坡地形，出出露基巖為強強～中風化流流紋斑巖，植植被發(fā)育，主主要為雜草及及小灌木叢為為主，進口下下方為修建國國道的棄方。出口處基巖巖裸露，為強強～中風化流流紋斑巖，植植被發(fā)育，多多為小灌木叢叢。出口處為為國道。（2）地質質構造隧址區(qū)未發(fā)發(fā)現對隧道方方案有明顯影影響的褶皺和和斷裂發(fā)育。淺淺部巖石風化化裂隙發(fā)育，巖巖石性較差，深深部節(jié)理裂隙隙較發(fā)育。節(jié)節(jié)理裂隙降低低了隧道圍巖巖的穩(wěn)定性。（3）地層層巖性據工程地質質調繪及鉆孔孔顯示，隧道道圍巖主要為為中元古界熊熊耳群馬家河河組（Pt2m）和許山組組（Pt2x）的流紋斑斑巖組成，地地層巖性特征征如下：流紋紋斑巖：灰綠綠、紫紅色，斑斑狀結構，呈呈強～微風化化狀，巖體極極破碎~破碎，根據據地質調查顯顯示，隧道區(qū)區(qū)巖層受構造造影響，小的的次級斷層及及褶皺、節(jié)理理裂隙發(fā)育，是是較硬巖，分分布于整個隧隧道區(qū)。（4）巖石石強度隧址山體巖巖層屬于較硬硬巖石工程地地質巖組，中中風化流紋斑斑巖飽和單軸軸抗壓強度Rc=577MPa，屬于較硬硬巖。（5）巖體體的完整性隧址地層年年代為中元古古界老地層，主主要為硬質巖巖，巖體堅硬硬性脆，經歷歷長期的構造造運動和風化化剝蝕作用后后，巖體裂隙隙很發(fā)育～較較發(fā)育，裂隙隙面大多傾角角較大，貫穿穿性較好，多多成張開、微微張狀。愈接接近地表，風風化裂隙和構構造裂隙愈發(fā)發(fā)育，無充填填或少量粘土土或碎石充填填，掩飾的完完整性厚道破破壞。山體內內巖體的結構構為層狀、塊塊狀結構。根根據洞口節(jié)理理裂隙統(tǒng)計，巖巖體完整性系系數Kv=0..13～0.30，為破碎巖巖體。（6）隧道道圍巖級別劃劃分1）進、出出口穩(wěn)定性評評價進、出口段段圍巖風華裂裂隙發(fā)育，巖巖體破碎，完完整性差，圍圍巖分級為V級。成洞條條件較差，圍圍巖易坍塌，處處理不當可能能出現坍塌及及冒頂。2）隧道洞洞身根據隧道圍圍巖分級標注注，綜合鉆探探資料集地調調成果。隧道道圍巖課劃為為IV、V兩級，詳細細如下：ZK39++321～ZK399+390圍巖為中風風化流紋斑巖巖，屬較硬巖巖，節(jié)理裂隙隙發(fā)育，巖體體極破碎，碎碎石狀結構，工工程地質性質質及圍巖自穩(wěn)穩(wěn)能力差，圍圍巖易坍塌，未未見地下水，雨雨季有滲水漏漏水現象，應應加強支護。彈彈性波縱波速速度4259mm/s，圍巖基本本質量指標BQ值為230，，，圍巖級別別為V級。ZK39++390～ZK399+500圍巖為中～～微風化流紋紋斑巖，屬較較硬巖，節(jié)理理裂隙發(fā)育，巖巖體破碎，裂裂隙塊狀結構構，圍巖穩(wěn)定定性一般，無無支護時，側側壁和拱頂部部易產生小坍坍塌，未見地地下水，雨季季有滴水滲漏漏現象，應加加強支護。彈彈性波縱波速速度4488mm/s，圍巖基本本質量指標BQ值為321，，，圍巖級別別為IV級。ZK39++500～ZK399+568圍巖為中風風化流紋斑巖巖，屬較硬巖巖，節(jié)理裂隙隙發(fā)育，巖體體極破碎，碎碎石狀結構，工工程地質性質質及圍巖自穩(wěn)穩(wěn)能力差，圍圍巖易坍塌，未未見地下水，雨雨季有滲水漏漏水現象，應應加強支護。彈彈性波縱波速速度4234mm/s，圍巖基本本質量指標BQ值為224，，，圍巖級別別為V級。YK39++313～YK399+363圍巖為中風風化流紋斑巖巖，屬較硬巖巖，節(jié)理裂隙隙發(fā)育，巖體體極破碎，碎碎石狀結構，工工程地質性質質及圍巖自穩(wěn)穩(wěn)能力差，圍圍巖易坍塌，未未見地下水，雨雨季有滲水漏漏水現象，應應加強支護。彈彈性波縱波速速度4254mm/s，圍巖基本本質量指標BQ值為227，，，圍巖級別別為V級。YK39++363～YK399+448圍巖為中～～微風化流紋紋斑巖，屬較較硬巖，節(jié)理理裂隙發(fā)育，巖巖體破碎，裂裂隙塊狀結構構，圍巖穩(wěn)定定性一般，無無支護時，側側壁和拱頂部部易產生小坍坍塌，未見地地下水，雨季季有滴水滲漏漏現象，應加加強支護。彈彈性波縱波速速度4306mm/s，圍巖基本本質量指標BQ值為316，，，圍巖級別別為IV級。YK39++448～YK399+515圍巖為中風風化流紋斑巖巖，屬較硬巖巖，節(jié)理裂隙隙發(fā)育，巖體體極破碎，碎碎石狀結構，工工程地質性質質及圍巖自穩(wěn)穩(wěn)能力差，圍圍巖易坍塌，未未見地下水，雨雨季有滲水漏漏水現象，應應加強支護。彈彈性波縱波速速度4306mm/s，圍巖基本本質量指標BQ值為222，，，圍巖級別別為V級。3.氣象及水文文地質條件（1）氣象象隧址進口端端所在縣位于于暖溫帶半干干旱大陸性季季風氣候區(qū)，四四季分明，降降水量、蒸發(fā)發(fā)量、氣溫等等氣象要素年年內、年際變變化明。據靈靈寶市氣象站站1956--2000年氣象資料料：多年平均均氣溫13.6℃，元月最冷冷，平均氣溫溫-1.0℃；七月最熱熱，平均氣溫溫26.1℃。歷年最高高氣溫42.7℃，最低氣溫-16.2℃。無霜期年年平均215天，最短無無霜期199天。隧址出口端端所在縣跨亞亞熱帶、暖溫溫帶兩個氣候候帶，均具有有大陸性季風風氣候的共同同特點，季節(jié)節(jié)性變化明顯顯，溫度低，日日照時數少，無無霜期短，氣氣候因素垂直直變化大，年年平均日照時時數2118..0小時，平均均日照率為47.7%%.年平均氣溫12.6℃，元月最冷冷，平均氣溫溫-1.5℃；七月最熱熱，平均氣溫溫25.6℃，極端最高高為42.1℃。盧氏盆地地無霜期平均均為184天，年平均均降水量為90～99氣象部門提提供的（十年年）資料為630mm。（2）地表表水隧道進、出出口位于分水水嶺的下方，四四周山體匯水水區(qū)域較大，僅僅沿斜披在大大氣降雨時有有一定的地表表面流。隧道道進出口位于于山體斜坡位位置，應注意意暴雨期間地地表面流對洞洞口的沖刷破破壞作用，宜宜采用截流、疏疏排措施。（3）地下下水在隧道設計計標高范圍內內基巖裂隙水水總體不甚發(fā)發(fā)育，暫時性性地表水體大大部分順沖溝溝或斜坡坡面面向外排泄，地地下水不甚發(fā)發(fā)育。4.抗震設計參參數及地震效效應根據國國家地震局2001年8月1日頒布實施施的《中國地地震參數區(qū)劃劃分》（GB183306-20001)、《建筑抗抗爭設計規(guī)范范》（GB500011-20001)等資料，設設計基本地震震加速度值為為0.15g，設計地震震分組為第二二組，設計特特征周期為0.25s，相當于地地震基本烈度度7度。按照《公公路隧道設計計規(guī)范》（JTJ0004-89）并結合區(qū)區(qū)域構造較差差的特點，高高速公路隧道道應提高1度設防。5.區(qū)域穩(wěn)定性性評價隧址區(qū)屬構構造剝蝕中低低山地貌單元元，無區(qū)域性性深大斷裂通通過，近代無無強震記錄，屬屬相對穩(wěn)定地地塊。下伏基基巖屬較硬巖巖類，穩(wěn)定性性一般，適宜宜擬建隧道的的建設。6.不良地質現現象地質調會資料顯顯示，隧道進進出口地形較較陡，巖體較較破碎，在隧隧道施工時可可能產生淺層層的巖石崩塌塌，需采取相相應的支護措措施。7.設計標準設計等級：：高速公路分分離式單向雙雙車道隧道地震設防烈烈度：7級設計速度：：100kmm/h設計荷載：：公路Ⅰ級8.計算斷面資資料樁號：YKK39+5000地面高程：：823.444m設計高程：：799.4472m圍巖類別：：Ⅲ級，Ⅳ級隧道埋深：200-100米9.設計計算內內容（1）確定定隧道斷面布布置圖（曲墻墻式）；（2）圍巖巖壓力計算（曲曲墻式）；（3）隧道道支護設計圖圖；（4）隧道道襯砌設計圖圖；（5）隧道道施工方案比比選（施工方方法的橫斷面面分塊圖和縱縱斷面的工序序展開圖）；；（6）選定定施工方案的的監(jiān)控量測方方案布置圖。10.提交的資資料（1）確定定隧道斷面布布置圖、隧道道支護設計圖圖、隧道襯砌砌設計圖、施施工方法的橫橫斷面分塊圖圖和縱斷面的的工序展開圖圖、選定施工工方案的監(jiān)控控量測方案布布置圖；（2）隧道道圍巖壓力計計算書、施工工方案比選說說明、監(jiān)控量量測方案說明明。11.設計依據據本設計嚴格格按照交通部部頒布的行業(yè)業(yè)規(guī)范、規(guī)程程及《工程建建設標準強制制性條文》（公公路工程部分分）。《公路工程程技術標準》（JTGBB01-20003)；《公路隧道道設計規(guī)范》（JTGDD70-20004)；《公路隧道道通風照明技技術規(guī)范》（JTJFF60-20009)；《公路水泥泥混凝土路面面設計規(guī)范》（JTGDD70-20002)；《公路瀝青青路面設計規(guī)規(guī)范》（JTGDD50-20006)；《公路工程程抗震設計規(guī)規(guī)范》（JTJ20004-20008)；《地下工程程防水技術規(guī)規(guī)范》（GB501108-20008)；《錨桿噴射射混凝土支護護技術規(guī)范》（GB500086-22001)；《混凝土結結構設計規(guī)范范》（GB500010-20002)；《公路建設設項目環(huán)境影影響評價規(guī)范范》（JTGBB03-20006)；《公路環(huán)境境保護設計規(guī)規(guī)范》（JTJ/0006-998)；《建筑設計計防火規(guī)范》（GB500016-22006)；《隧道工程程》王毅才主編人民交通出出版社；《地下結構靜力力計算》天津大學建建筑工程系地地下建筑工程程教研室編中國建筑工工業(yè)出版社。二、隧道斷面設設計1.隧道位置及及洞口位置由于沒有實實際的地形圖圖和地質資料料圖，故將隧隧道位置和進進出口位置的的地質資料羅羅列如下：某某隧道進出口口附近有國道道，交通條件件便利；隧道道進、出口處處總體為斜坡坡地形，進口口處自然坡度度角為35～45°，出口處自自然坡度角約約為45～50°，局部略陡陡；進口處為為斜坡地形，出出露基巖為強強～中風化流流紋斑巖，植植被發(fā)育，主主要為雜草及及小灌木叢為為主，進口下下方為修建國國道的棄方；；出口處基巖巖裸露，為強強～中風化流流紋斑巖，植植被發(fā)育，多多為小灌木叢叢，出口處為為國道；進、出出口段圍巖風風華裂隙發(fā)育育，巖體破碎碎，完整性差差，圍巖分級級為V級。成洞條條件較差，圍圍巖易坍塌，處處理不當可能能出現坍塌及及冒頂。2.隧道平面設設計公路隧道設設計規(guī)范規(guī)定定，應根據地地質、地形、路路線的走向、通通風等因素確確定隧道的平平、曲線線形形。當為曲線線時，不易采采用設超高的的平曲線，并并不應采用設設加寬的平曲曲線。隧道進進出口附近有有國道附近，交交通條件便利利，洞軸線走走向方位角約約165°。隧道總體體走向呈南北北向曲線展布布。其中：左左線起訖樁號號為ZK39++321～ZK39++568，長247米，右線起起訖樁號為YK39++313～YK39++515，長202米。采用燈燈光照明，自自然通風，屬屬短隧道。公路隧道設設計規(guī)范規(guī)定定，高速公路路、一級公路路的隧道應設設計為上、下下行分離的獨獨立雙洞。分分離式獨立雙雙洞的最小凈凈距，按對雙雙洞結構彼此此不產生有害害影響的原則則，結合隧道道平面線形、圍圍巖地質條件件、斷面形狀狀和尺寸、施施工方法等因因素確定，一一般情況可按按表1取值。表1分離式獨獨立雙洞間最最小凈距圍巖類別IⅡⅢⅣⅤⅥ最小凈距1.0B1.5B2.0B2.5B3.5B4.0B注：B為隧道開開挖斷面寬度度本隧道道為設計等級級為高速公路路分離式單向向雙車道隧道道，滿足規(guī)范范要求。圍巖巖等級為Ⅴ級，故最小小凈距為3.5B。3.隧道縱斷面面設計公路隧道設設計規(guī)范規(guī)定定，隧道內縱縱面線形應考考慮行車安全全性、營運通通風規(guī)模、施施工作業(yè)效率率和排水要求求，隧道縱坡坡不應小于0.3%，一般不大大于3%；受地形等等條件限制時時，高速公路路、一級公路路的中、短隧隧道可適當加加大，但不宜宜大于4%；隧道內的的縱坡形式，一一般宜采用單單向坡；地下下水發(fā)育的長長隧道、特長長隧道可采用用人字坡。本隧道道左線起訖樁樁號為ZK39++321～ZK39++568，長247米，右線起起訖樁號為YK39++313～YK39++515，長202米。由于隧隧道長度較短短，故隧道坡坡道形式選擇擇單面坡。本本隧道為單向向隧道，設計計等級為高速速公路分離式式單向雙車道道隧道，設計計交通量N為250000-550000輛/h，,故應該采用用機械通風，所所以坡度設計計為3.5%，通風方式式采用半橫向向式。4.隧道橫斷面面設計公路凈凈空包括公路路建筑限界、通通風及其他所所需的斷面積積。公路隧道道的建筑限界界包括車道、路路肩、路緣帶帶、人行道等等的寬度，以以及車道人行行道的凈高。公公路隧道的凈凈空除包括公公路建筑限界界以外，還包包括通風管理理、照明設備備、防災設備備、監(jiān)控設備備、運行管理理設備等附屬屬設施所需要要的空間以及及富余量和施施工誤差等。本隧道道設計等級為為高速公路分分離式單向雙雙車道隧道，查查規(guī)范可得，建建筑限界高度度為5.0m，其他建筑筑限界寬度詳詳見見表2。表2公路隧道道建筑限界基基本寬度表公路等級設計速度左側右側余寬C人行道R檢修道左檢修道右車道寬度高速公路100km/hh0.51.0000.750.752×3.75注：單位為m由于本隧道為短短隧道，故可可以不設緊急急停車帶，則則公路隧道的的建筑限界查查規(guī)范見圖1。圖1公路路隧道建筑界界限本隧道道采用單心圓圓方案，半徑徑=6m，=110o，半徑=100.74m，=32o。本隧道的內內輪廓設計詳詳見圖2。圖2公路隧隧道內輪廓圖圖三、圍巖內力計計算根據隧隧道圍巖分級級標注，綜合合鉆探資料及及調查成果，本本隧道圍巖分分為Ⅳ和Ⅴ級，且在不不同的標段圍圍巖等級不同同，地質條件件和水文地質質條件也不相相同。計算斷斷面為ZK39++536，其計算資資料如下：設計等級為高速速公路分離式式單向雙車道道隧道，圍巖巖級別為Ⅴ級，圍巖容容重為，彈性性抗力系數為為K=1500MPa/mm,變形模量E=1.55GPa。襯砌材料料為混凝土，襯襯砌材料容重重為，彈性模模量為E=29..5GPa，襯砌厚度度為d=0.665m，地面高程程為828.332m，設計高程程為799.66m，襯砌結構構斷面圖如圖圖3所示。圖3隧道襯砌斷斷面圖1.荷載確定按鐵路路隧道破壞狀狀態(tài)設計垂直直壓力公式計計算：其中w為寬度影影響系數：KPa圍巖水水平均布壓力力：KPa2.襯砌幾何要要素內輪廓線半徑為為，外輪廓半半徑為，拱軸軸線半徑為，拱拱軸線圓弧中中心角為。3.半拱線長度度s及分段軸長Δs半拱線線長度，將半半拱軸線等分分為8段，每段軸軸長為：4.各分塊接縫縫中心幾何要要素每個分塊與豎直直軸夾角，接接縫中心點坐坐標（，）見表3。表3分塊幾幾何中心要素素計算表（單單位：m）分塊幾何要素113.612550.23540.97190.02811.48860.1777227.2250.45750.88920.11082.89360.7007340.837550.65390.75660.24344.13601.5397454.450.81360.58140.41865.14612.6476568.062550.92760.37360.62645.86703.9620681.6750.98950.14480.85526.25845.4092795.287550.9957-0.092221.09226.29816.90798108.90.9461-0.323991.32395.98408.3738注：因墻底面水水平，計算襯襯砌內力時用用=90o另一方方面，=1008.9o，角度閉合合差Δ=0。襯砌內內力計算按圖圖4進行計算。圖4襯砌結構計計算圖示5.計算位移（1）單單位位移用辛普普森法近似計計算，按計算算列表進行，單單位位移的計計算見表4。表4單位位移移計算表截面xydI系數1/30001000.650.022943.668110.00000.000043.668111113.612550.23540.97191.48860.17770.650.022943.668117.75981.378960.566774227.2250.45750.88922.89360.70070.650.022943.6681130.5983321.44022126.304482340.837550.65390.75664.1361.53970.650.022943.6681167.23588103.52330281.662274454.450.81360.58145.14612.64760.650.022943.66811115.61557306.10442581.003372568.062550.92760.37365.8673.9620.650.022943.66811173.01331685.477791075.177224681.6750.98950.14486.25845.40920.650.022943.66811236.209961277.700501793.799232795.287550.9957-0.092226.29816.90790.650.022943.66811301.655502083.800272730.7880948108.90.9461-0.323995.9848.37380.650.022943.66811365.668813062.033173837.033611349.345501109.722345923.088688491.87786單位位移計算值值計算如下：：計算精度校核為為：=（17.79953+2××56.52282+3001.71660）=432..5677閉合差=0(2))載位移——主動荷載在在基本結構中中引起的位移移1)每每一楔塊上的的作用力豎向力力：；水平壓壓力：式中：：為襯砌外緣緣相鄰兩截面面之間的水平平投影距離，為襯砌外緣相鄰兩截面之間的豎直投影距離由圖44襯砌結構計計算圖示量得得，具體數據據見表5。表5襯砌結構構計算圖示量量測數據i123456781.56531.47731.30631.06200.75790.41130.04156.62160.18680.55000.88231.16501.38221.52181.57581.43608.6999=8.69999≈8.70000（校核）自重力力：式中：為接縫i的襯砌截面面厚度注：計計算時，應使使第8個楔塊的面面積乘以作用在在個楔塊上的的力均列入表表6，各集中力力均通過相應應圖形的形心心。2)外外荷載在基本本結構中產生生的內力楔塊上上各集中力的的力臂由圖4襯砌結構計計算圖示中量量得，分別記記為。內力按按下式計算：：彎矩：：軸力：：式中：：、為相鄰兩接接縫中心點的的坐標增值，按按下式計算：：；圖5彎矩矩內力計算圖圖示、的計算見表66及表7。表6載位移計算算表0-285.08850-1094.22564-2298.11420-3709.22984-5117.33536-6328.66419-7199.11974-7621.4419600-8.10988-51.31448-148.90034-303.76686-500.50063-707.64400-883.9003500-553.15592-952.35545-1109.99229-989.91144-616.60042-67.31552542.7355200.17770.52300.83901.10791.31441.44721.49871.465901.48861.40501.24241.01010.72090.39140.0397-0.314110015.5063361.16188134.40115231.10882345.84446472.16992602.9766700393.70776766.544421098.822481373.166471575.388121695.599771727.900570-6.34677-25.74997-50.31557-74.59995-93.22333-102.05577-99.13887-85.587730-16.60442-15.43337-13.39661-10.60559-7.21811-3.426000.55714.53350-262.13341-206.71190-136.50046-67.12446-13.9300711.305882.98130.0000力臂00.40930.56400.68700.77140.81250.80790.75790.718000.73910.68700.59630.47210.32130.1525-0.02488-0.2018800.70610.59000.44060.26650.0775-0.11599-0.302990.0000集中力E015.5063345.6555573.2397796.70677114.73664126.32446130.80772119.20224G022.4654422.4654422.4654422.4654422.4654422.4654422.4654422.46544Q0371.24222350.37112309.81552251.87445179.7511197.548009.84260.0000截面012345678表7載位移計計算表截面∑E0010000010.23540.9719393.7077615.5063392.6788815.0706677.6082220.45750.8892766.5444261.16188350.6944054.38511296.3088930.65390.75661098.82248134.40115718.52115101.68882616.8333440.81360.58141373.16647231.108821117.20068134.36663982.8400550.92760.37361575.38812345.844461461.32236129.207751332.1116160.98950.14481695.59977472.169921677.7993968.370111609.4223870.9957-0.092221727.90057602.976671720.47757-55.594451776.0770280.9461-0.323991750.37711722.179911656.02261-233.911381889.93399基本結構中，主主動荷載產生生彎矩的校核核為：另一方面，從表表6中得到=-77621.44196閉合差Δ=0..032%3)主動荷載位位移計算過程見表88。表8主動荷載載計算表截面（1+y）系數0043.668110100011-285.088543.668117.75981.1777-12449..1203-2212.22026-14661..328966442-809.1771443.6681130.598331.7007-35334..9776-24759..2692-60094..196422523-1203.8885643.6681167.235882.5397-52571..3968-80944..2114-1335155.57633844-1411.1156443.66811115.615573.6476-61622..5188-1631511.83500-2247744.29955425-1408.0055243.66811173.013314.962-61487.99511-3050988.96677746-1211.2288343.66811236.209966.4092-52894..6586-2861177.92488-3390122.44599827-870.5555543.66811301.65557.9079-38015..5046-2626077.41944-3006222.80900648-422.2222243.66811365.668819.3738-18437..6413-1543933.18977-1728300.7615571∑-3254111.47311-11533118.18772-14787229.12334計算精度校核：：+=-（165576.12295+588748.88556）×=-753324.98851×閉合差≈0（3）載載位移——單位彈性抗抗力及相應摩摩擦力引起的的位移1）各各接縫處的抗抗力強度抗力零點假定在在接縫3，=40.88375o最大抗力值假定定在接縫5,=68..0625oo最大抗力值以上上各截面抗力力強度按右式式計算：查表并算得=00，=0.53311，=最大抗力值以下下各截面抗力力強度按右式式計算：由圖4量的=11.40044m，=2.97762m，=4.41122m則，，按比例將所求的的抗力繪在圖圖4上。2）各各楔塊上抗力力集中力按有式近似計算算：式中：為楔塊ii外邊緣長度度，可通過量量取夾角，用用弧長公式求求的，的方向向垂直于襯砌砌外緣，并通通過楔塊上的的抗力圖形的的形心。3）抗抗力集中力與與摩擦力按下式計算：式中：為圍巖與與襯砌間的摩摩擦系數，此此處取=0..2。則：其作用用力方向與抗抗力集中力方方向的夾角11..3099oo。由于摩阻阻力的方向與與襯砌位移方方向相反，其其方向向上。將的方方向線延長，使使之交于豎直直軸，量取，將將分解為水平平和豎直兩個個分力。表9彈性抗力力及摩擦力計計算表截面Δs外R3001.56690.00000.00000.00001.00000.00000.000040.43110.21561.56690.344558.958880.85680.51570.29520.1776510.71561.56691.143572.572770.95410.29951.09100.342560.89870.94941.56691.517186.186770.99780.06651.51370.100970.5450.72191.56691.153599.800770.9854-0.170221.1367-0.19644800.27251.56690.4354112.936630.9209-0.389770.4010-0.169774）計計算單位抗力力及其相應的的摩擦力在基基本結構上的的內力彎矩：，軸力力：式中：為力至接接縫中心點的的力臂，由圖圖4量得。計算算見表10、11。表10彎矩矩截面40.8076-0.27822-0.2782252.3057-0.794330.8076-0.92355-1.7178863.7476-1.291002.3057-2.636660.8076-1.22522-5.1528875.0521-1.740443.7476-4.285442.3057-3.498000.8076-0.93166-10.4555486.1461-2.117335.0521-5.777113.7476-5.685552.3057-2.659660.8603-0.37466-16.61441表11軸力力截面454.450.81360.58140.17760.14450.29520.1716-0.02711568.062550.92760.37360.52010.48241.38620.5179-0.03544681.6750.98950.14480.62100.61452.89990.41990.1946795.287550.9957-0.092220.42460.42284.0366-0.372220.7949890.00000100.25490.25494.437600.25495）單單位抗力及相相應摩擦力產產生的載位移移。計算見表表12。表12單位位抗力及相應應摩擦力產生生的載位移計計算表截面4-0.2782243.66811115.615573.6476-12.14885-32.16443-44.312275-1.7178843.66811173.013314.962-75.01331-297.20019-372.211486-5.1528843.66811236.209966.4092-225.01130-1217.11408-1442.115327-10.4555443.66811301.65557.9079-456.56675-3153.99237-3610.448988-16.6144143.66811365.668819.3738-725.50062-6075.22464-6800.77498Σ-1108.77170-7459.44530-8568.11667校核為：+=-438..2877××閉合差≈0（4）墻墻低（彈性地地基上的剛性性梁）位移單位彎矩作用下下的轉角：主動荷載作用下下的轉角：單位抗抗力及相應摩摩擦力作用下下的轉角：6.解力法方程程襯砌矢高：f==88.37388計算力力法方程的系系數為：以上將單位位抗力及相應應摩擦力產生生的位移乘以以，即為被動動荷載的載位位移。求解方方程為：其中：；；；以上解的，值應應帶入原方程程，校核計算算。7.計算主動荷荷載和被動荷荷載（）分別別產生的襯砌砌內力計算公式為：計算過程列入表表13、14。表13主、被被動荷載作用用下襯砌彎矩矩計算表截面001035.58801035.588000.0000-3.451000.0000-3.451001-285.08851035.588182.0400464666932.535550.0000-3.451000.4245-3.026552-1094.225641035.588717.8155158066659.138880.0000-3.451001.6740-1.777003-2298.11421035.5881577.300840433314.746640.0000-3.451003.67850.22754-3709.229841035.5882712.26697481138.55133-0.27822-3.451006.32542.59625-5117.335361035.5884058.777501966-22.99886-1.71788-3.451009.46564.29686-6328.664191035.5885541.322403744248.26221-5.15288-3.4510012.923114.31937-7199.119741035.5887076.633098388913.01336-10.45554-3.4510016.503772.59738-7621.441961035.5888578.33367641992.49972-16.61441-3.4510020.00588-0.05933表14主、被被動荷載作用用下襯砌軸力力計算表截面001024.422581024.4225802.38912.3891177.60822995.63994350221073.244763502.3219666292.3219666292296.30889910.91994213661207.22283214402.1243887722.1243887723616.83334775.08005602881391.91139603301.8075993061.8075993064982.84005595.60111601221578.444166011-0.027111.3890222741.36192227451332.11161382.7255471714.844157-0.035440.8925667760.857166761609.42238148.33668558441757.7660655880.19460.3459441680.54054416871776.07702-94.45220587661681.6118141220.7949-0.2202275020.57462249881889.9339901889.933990.254900.25498.最大抗力值值求解首先求出最大抗抗力方向內的的位移。考慮慮到接縫5的徑向位移移與水平方向向有一定的偏偏離，因此修修正后有：計算過程列入表表15，位移值為為：則可得最大抗力力。表15最最大抗力位移移修正計算表表截面積分系數1/33045250.66001222-150.7994550993.962179282..877688-597.44480106671140747.99779544-132.24456413353.7843154202..572977-500.45571805564228801.66630911-77.647761433.261393930.88638388-253.23321645522313753.1127229.9408117252.422333314.2200064424.07966416255441684.533374977113.44332955881.31442214.155116066149.109986771125-1004.994452557187.75225431220004Σ373879..9999-903.733439.襯砌總內力力計算按下式進行計算算：表16襯砌總內內力計算表截面積分系數01035.58800-2861.99926-1826.441261024.422581981.333493005.76607-79806..74400.000011932.53555-2509.99452-1577.440971073.244761925.655942998.90070-68926..3344-12248..209642659.13888-1473.77064-814.566761207.222831761.800302969.03313-35593..2660-24940..201523314.74664188.67009503.417731391.911401499.077802890.9991921997.2272633869.220074438.551332153.088762191.633891578.444171129.477342707.9115195765.66339253549..092425-22.998863563.433383540.433521714.84416710.868872425.71103154702..5015612931..310846248.262213582.099353830.355561757.76607448.283352206.04441167370..8369905342..331127913.013362153.999983067.011341681.61181476.549952158.16677134015..9130925768..5251481992.49972-49.178881943.311841889.93399211.394442101.3334384915.00449711061..60301∑475784..040430734155.7849910.襯砌內力力圖繪制將內力力計算計算結結果按比例繪繪制成彎矩圖圖M與軸力圖，如如圖6所示。圖6內力計計算圖四、隧隧道施工1.隧道開挖方方法的選擇隧道施施工是要挖除除坑道范圍內內的巖體，并并保持坑道圍圍巖的穩(wěn)定。開開挖是隧道施施工的第一道道工序，也是是極為關鍵的的工序。隧道道開挖的基本本原則是：在在保證圍巖穩(wěn)穩(wěn)定或減少對對圍巖擾動的的前提條件下下，選擇恰當的開開挖方法和掘掘進方式，并并盡量提高掘掘進速度。一一方面應考慮慮隧道圍巖地地質條件及其其變化情況，選選擇能很好地地適應地質條條件及其變化化，并能保持持圍巖穩(wěn)定的的方法；另一一方面應考慮慮坑道范圍內內巖體的堅硬硬強度，選擇擇能快速掘進進，并能減少少對圍巖擾動動的方法和方方式。圖7短臺階開挖挖示意圖按開挖的橫斷面面分布情況來來分，隧道開開挖方法可分分為全斷面開開挖法、臺階階開挖法、分分布開挖法等等。全斷面開開挖方法適用用于I～Ⅳ級圍巖、有有鉆孔臺車或或自制作業(yè)臺臺架及高效率率裝運機械設設備、長度較較長的隧道。本本隧道長度為為247m、圍巖等級級為Ⅳ、Ⅴ級，長度較較短，圍巖較較不穩(wěn)定。如如果采用全斷斷面開挖法，在在經濟上不合合理、在施工工上對于Ⅴ級圍巖需采采用加強初期期支護等方式式才能使圍巖巖穩(wěn)定，所以以本隧道不采采用全斷面開開挖法。分部部開挖法包括括環(huán)形開挖預預留核心土法法、雙側壁導導坑法、中洞洞法、中隔壁壁法等。由工工程施工經驗驗可知：分部部開挖法適用用于圍巖地質質條件較差的的隧道、雙線線及多線隧道道、淺埋軟弱弱隧道。本隧隧道為單線、深深埋、巖石較較堅硬的隧道道，所以在本本隧道的施工工方法選擇中中，分部開挖挖法不考慮。臺臺階法，根據據長度不同可可劃分為長臺臺階法、短臺臺階法和微臺臺階法三種。在在臺階法的選選擇中，要考考慮初期支護護形成閉合斷斷面的時間要要求、上部斷斷面施工所采采用的開挖、支支護、除渣等等機械設備需需要施工場地地大小的要求求。長臺階法法的臺階長度度較長，一般般在圍巖地質質條件相對較較好、工期不不受控制、無無大型機械化化作業(yè)時選用用。微臺階法法，適用于地地質條件特別別差的圍巖（如如無法正常進進行鉆眼和拱拱部的噴錨支支護的隧道），且且具有作業(yè)時時相互干擾大大，生產效率率低，施工速速度慢的缺點點。綜合考慮慮地質條件、圍圍巖等級、隧隧道長度、隧隧道設計標準準、工期等要要求，本隧道道采用短臺階階法。開挖示示意圖如圖7所示。短臺階法適用于于Ⅲ～Ⅴ級圍巖，臺臺階長度為10～15m。本隧道圍圍巖等級為Ⅳ、Ⅴ級，滿足短短臺階法的要要求。短臺階階法有可縮短短支護閉合時時間、改善初初期支護的受受力條件、有有利于控制圍圍巖變形的優(yōu)優(yōu)點，有上部部出渣對下部部斷面施工干干擾大、不能能全部平行作作業(yè)的缺點。通通過短臺階法法的優(yōu)、缺點點，在本隧道道上影響的對對比，發(fā)現優(yōu)優(yōu)點明顯大于于缺點。如果果在本隧道的的施工過程中中，監(jiān)控量測測發(fā)現不穩(wěn)定定的地質及施施工不穩(wěn)定因因素，可采取取分部開挖和和臺階開挖組組合等方式，保保障施工安全全和進度。通通過以上綜合合分析，本隧隧道采用短臺臺階法是可行行的、合理的的、經濟的。2.初期支護隧道是圍巖與支支護結構的綜綜合體。初期期支護一般由由錨桿、噴射射混凝土、鋼鋼架、鋼筋網網等其他的組組合組成。初初期支護施作作后即成為永永久性承載結結構的一部分分，它與圍巖巖共同構成了了永久的隧道道結構承載體體系。錨噴支支護具有靈活活性、及時性性、迷貼性、深深入性、柔性性等特點。錨錨桿的支護效效應有支承圍圍巖、加固圍圍巖、提高層層間摩阻力，形形成“組合梁”及“懸吊”作用。噴射射混凝土有支支承圍巖、“卸載”作用、填平平補強圍巖、覆覆蓋圍巖表面面、阻止圍巖巖松動及分配配外力的作用用。目前錨噴噴支護設計的的主要方法有有工程類比法法、監(jiān)控量測測法、理論演演算法、典型型類比監(jiān)控法法及特征線法法。本隧道錨錨噴設計將工工程類比法與與監(jiān)控量測法法結合起來，來來保障施工的的進度和安全全。根據工程程類比，選擇擇支護參數、支支護時機及施施工方法，而而監(jiān)控量測用用來調整支護護參數，修正正支護設計。（1）錨錨桿支護本隧道初期支護護采用普通水水泥砂漿式錨錨桿、格柵鋼鋼架及網噴混混凝土。普通通水泥砂漿錨錨桿，是以普普通水泥砂漿漿作為黏結劑劑的全長黏結結式錨桿。桿桿體材料為20MnSSi鋼筋，直徑徑為18mm；普通水泥泥砂漿式錨桿桿必須滿足一一下設計和施施工要求：水水泥采用普通通硅酸鹽水泥泥，砂子粒徑徑不大于3mm，并過篩；；砂漿強度不不低于M10，配合比為為水泥：砂：：水=1:1..2:0.448；鉆孔應與與桿件配合良良好；錨桿及及黏結劑材料料應符合設計計要求；粘結結砂漿應拌合合均勻，并調調節(jié)其和易性性，隨拌隨用用；注漿體系系應略多于需需要的體積；；桿體插入孔孔內的長度不不得短于設計計長度的95%；桿體到位位后要用木楔楔或小石子在在空口卡住，防防止桿體滑出出。1）錨桿長度新奧法法對錨桿長度度的設計，基基于支護要促促使圍巖形成成自然拱的思思路，錨桿主主要給隧道圍圍巖松動圈內內的巖體提供供支護力使其其形成拱的效效應，錨桿長長度按以下原原則確定：對對于巖質條件件較好的硬巖巖，錨桿長度度取為1.0～1.2m；對于巖質質條件稍差的的中硬巖，錨錨桿長度取隧隧道寬度的1/3～1/4，通常取為2.0～3.0m；對于軟巖巖、破碎巖體體和土砂質地地層，錨桿的的長度取隧道道寬度的1/2～1/3，通常取為4.0～6.0m；對于膨脹脹性地層，錨錨桿長度取隧隧道寬度的1/2～2/3，通常為4.0～6.0m。查GB500886-20001“錨桿噴射混混凝土支護技技術規(guī)范”提供的錨噴噴支護參數表表可得：開挖挖寬度為12m，Ⅳ、Ⅴ級圍巖下的的支護參數，具具體參數見表表17；根據國內內外經驗，錨錨桿經驗長度度見表18。表17隧道洞洞身錨噴支護護設計參數B10<B<155（m）Ⅳ150～2000mm厚鋼筋網噴噴射混凝土，設設置3.0～4.0m長的錨桿，必必要時，采用用仰拱并設置置長度大于4.0m的錨桿Ⅴ—————————注：①Ⅳ級以下下的圍巖初期期支護參數，可可按此表確定定，而后期支支護應根據監(jiān)監(jiān)控量測法設設計確定。②此表中的數值值是初期支護護和后期支護護之和，故確確定支護參數數時，應小于于表中數值。表18砂漿漿錨桿長度經經驗數據位置國內國外拱頂（0.1～0..5）B（0.23～00.35）B邊墻（0.05～00.2）B（0.1～0..5）B注：本隧道開挖挖寬度B為12m由本隧道的地質質資料及新奧奧法的經驗數數據可知，錨錨桿長度取為為1.0～1.2m根據表17可知Ⅳ級圍巖錨桿桿經驗長度為為3.0～4.0m，Ⅴ級圍巖根據據監(jiān)控量測進進行設計。根根據表18可知拱頂錨錨桿的經驗長長度為1.2～6m，邊墻錨桿桿經驗長度為為0.6～2.4m。綜合考慮慮地質資料及及施工方法及及公路隧道復復合式襯砌設設計參數，本本隧道拱頂錨錨桿長度取為為3m（Ⅳ級圍巖）3.5m（Ⅴ級圍巖），邊邊墻錨桿長度度取為2m。2）錨錨桿的間距和和布置由本隧隧道洞身段地地質資料可知知：洞身巖體體破碎或極破破碎、碎石狀狀結構。由工工程類比法知知，破碎的圍圍巖一般采用用系統(tǒng)布置的的錨桿，對圍圍巖起到整個個加固作用、對對于局部破碎碎的、軟弱圍圍巖部位或可可能出現過大大的變形的部部位，應加設設長錨桿。錨錨桿系統(tǒng)布置置的原則：在在隧道的橫斷斷面上，錨桿桿宜垂直隧道道的周邊輪廓廓布置，對水水平成層圍巖巖，應盡可能能與層面垂直直，或使其與與層面成斜交交布置；在巖巖面上錨桿宜宜成菱形排列列，縱、橫間間距為0.6～1.5m，其密度約約為0.6～3.6根/；為了使系系統(tǒng)布置的錨錨桿形成連續(xù)續(xù)均勻的壓縮縮帶，其間距距不宜大于錨錨桿長度的1/2，在Ⅳ、Ⅴ級圍巖中，錨錨桿間距宜為為0.5～1.2m。新奧法對對錨桿的布置置設計，從支支護應使圍巖巖形成自然拱拱出發(fā)，錨桿桿的間距規(guī)定定為：硬巖的的間距取1.5m；中硬巖的的錨桿間距取取2.0～1.5m；軟巖、破破碎巖體和土土砂質地層的的錨桿間距取取2.0～1.5m；膨脹性地地層的錨桿間間距取2.0～1.5m。綜上所述：本隧隧道圍巖屬較較硬巖，破碎碎或極破碎，錨錨桿采用系統(tǒng)統(tǒng)布置，錨桿桿的間距取為為0.8m。（2）噴噴射混凝土支支護噴射混凝土既是是一種新型的的支護結構，又又是一種新的的施工工藝。它它是使用混凝凝土噴射機，按按一定的混合合程序，將摻摻有速凝劑的的細石混凝土土，噴射到巖巖壁表面上，并并迅速固結成成一層支護結結構，從而對對圍巖起到支支護作用。根據工程類比法法，本隧道采采用鋼筋網噴噴射混凝凝土土。鋼筋網混混凝土噴射混混凝凝土是在在噴射混凝土土之前，在巖巖面上掛設鋼鋼筋網，然后后再噴射混凝凝土。鋼筋網網噴射混凝土土支護在我國國各類隧道中中應用較多，主主要用于軟弱弱破碎圍巖，這這與本隧道的的巖體破碎、極極破碎的條件件相符合。由由公路隧道復復合式襯砌設設計參數知Ⅳ級圍巖拱、墻墻@25×25，Ⅴ級圍巖拱、墻墻@20×20。環(huán)向筋采采用直徑為12mm的R235鋼筋，縱向向筋采用直徑徑為8mm的R235鋼筋；混凝凝土等為C25。對于圍巖巖松散破碎嚴嚴重的洞身段段采用直徑為為6mm的R235鋼筋，間距距適當減小。本隧道鋼筋網噴噴射混凝土采采用濕噴工藝藝。濕噴是將將骨料、水泥泥和水按設計計比例拌合均均勻，用濕式式噴射機壓送送到噴頭處，再再在噴頭上添添加速凝劑后后噴出。濕噴混凝土具有有質量容易控控制、噴射過過程中的粉塵塵和回彈量很很少等優(yōu)點，同同時也具有噴噴射機械要求求高、機械清清洗及故障處處理較麻煩的的缺點。對于于本隧道雨季季有滲水、漏漏水現象，所所以本隧道的的鋼筋網噴射射混凝土的濕濕噴，應該避避開雨季。本隧道道的鋼筋網噴噴射混凝土施施工要點主要要有：鋼筋網網應根據被支支護圍巖巖面面上的實際起起伏形狀鋪設設，且應在噴噴射一層混凝凝土后再行鋪鋪設；為便于于掛網安裝，常常將鋼筋網做做成網片，長長寬可為100～200cm；鋼筋網應應與錨桿或錨錨釘頭連接牢牢靠，并盡可可能多點連接接，以減少噴噴射混凝土時時鋼筋發(fā)生“弦振”的現象；開開始噴射時，應應縮短噴頭至至受噴面之間間的距離，并并適當調整噴噴射角度，使使鋼筋網背面面混凝土密實實；施工應盡盡量避開雨季季。3.監(jiān)控量測在隧道道施工過程中中，為了掌握握圍巖力學形形態(tài)的變化和和規(guī)律、掌握握支護結構的的工作狀態(tài)、提提供理論分析析及數據分析析的計算數據據和對比指標標、積累隧道道設計和施工工資料，應進進行監(jiān)控量測測。監(jiān)測的項項目和內容主主要包括地質質和支護狀態(tài)態(tài)現場觀察、巖巖體（巖石）力力學參數測試試、應力應變變測試、壓力力測試、位移移測試、溫度度測試及物理理探測。其中中應測項目為為地質和支護護狀態(tài)觀察、周周邊位移、拱拱