隧道工程課程設(shè)計(jì)

1課程名稱隧道工程 2第一部分隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書 1一.課程設(shè)計(jì)題目 1二.適用專業(yè)、班級(jí)、時(shí)間 1三.課程設(shè)計(jì)目的及任務(wù) 1四.設(shè)計(jì)方法與步驟 5五.時(shí)間及進(jìn)度安排 5六.建議參考資料 5第二部分隧道主體結(jié)構(gòu)計(jì)算書 62.1建筑限界 62.1.1一般規(guī)定 62.1.2隧道總體設(shè)計(jì)原則 62.1.3隧道設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 62.1.4隧道建筑限界圖 72.2內(nèi)輪廓圖確定 82.3隧道洞口的設(shè)計(jì) 92.3.1洞門形式的選擇 92.3.2洞門構(gòu)造要求 92.3.3驗(yàn)算滿足條件 2.3.4洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 2.4初期支護(hù)設(shè)計(jì) 2.4.1支護(hù)形式的選擇及參數(shù)確定 2.4.2Ⅲ級(jí)圍巖的初期支護(hù)設(shè)計(jì) 2.4.3初期支護(hù)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算 2.5二次襯砌的計(jì)算 2.6施工組織設(shè)計(jì) 2.6.2工程概況 2.6.3工程特點(diǎn)、難點(diǎn)及施工措施 2.6.4施工總體部署 2.6.5施工組織機(jī)構(gòu) 2.6.6施工組織流程 附圖 1、建筑限界圖、內(nèi)輪廓圖 2、洞口立面圖 3、洞口側(cè)面圖 4、復(fù)合式襯砌斷面布置圖 第一部分隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書一.課程設(shè)計(jì)題目隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二.適用專業(yè)、班級(jí)、時(shí)間張家界學(xué)院學(xué)院建筑工程專業(yè)三.課程設(shè)計(jì)目的及任務(wù)(一)設(shè)計(jì)目的：通過(guò)本設(shè)計(jì)掌握：①建筑限界和內(nèi)輪廓圖；②隧道洞口的設(shè)計(jì)；③隧道洞身的設(shè)計(jì)及二次襯砌的驗(yàn)算；④施工組織設(shè)計(jì)。(二)設(shè)計(jì)任務(wù)：1.設(shè)計(jì)資料(1)隧道總體概況已知隧道為山嶺兩車道公路隧道，示意簡(jiǎn)圖如圖1.1所示。整個(gè)隧道原本分為左右線，并且左右線都為相向施工，但本次課程設(shè)計(jì)只要求設(shè)計(jì)單洞單向施工到達(dá)貫通位置的情況，只要求設(shè)計(jì)主洞的一般斷面，不要求設(shè)計(jì)緊急停車帶與橫洞等附屬洞室。隧道采用新奧法理念施工，隧道采用復(fù)合式襯砌，設(shè)計(jì)使用年限為100年。地表洞口段洞室搖進(jìn)方向洞身段設(shè)計(jì)長(zhǎng)度圖1.1隧道示意圖文中簡(jiǎn)寫表示意義圍巖情況描述Ⅲ級(jí)Ⅲ級(jí)圍巖砂巖，巖體較完整，塊狀結(jié)構(gòu)IV級(jí)IV級(jí)圍巖頁(yè)巖，巖體局部破碎，層狀結(jié)構(gòu)V級(jí)圍巖礫巖，巖體破碎，泥質(zhì)膠結(jié)表1.2圍巖計(jì)算參數(shù)圍巖級(jí)別重度彈性抗力系數(shù)(MPa/m)變形模量泊松比內(nèi)摩擦角粘聚力Ⅲ級(jí)圍巖IV級(jí)圍巖6V級(jí)圍巖2表1.3不同的設(shè)計(jì)行車速度文中簡(jiǎn)寫表示意義速A設(shè)計(jì)行車速度為100km/h速B設(shè)計(jì)行車速度為80km/h速C設(shè)計(jì)行車速度為60km/h表1.4不同的隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度文中簡(jiǎn)寫表示意義長(zhǎng)A表示隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1500m長(zhǎng)B表示隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度2500m長(zhǎng)C表示隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度3500m注：洞口段可選為40m長(zhǎng)(2)隧道洞口段依據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)洞門并對(duì)洞門擋土墻進(jìn)行驗(yàn)算。洞門擋土墻的傾斜度與嵌入基底深度根據(jù)規(guī)范選定。地表隧道開挖邊界(拱頂)洞門擋土墻(隧道中線處)圖1.2埋深示意圖表1.5不同的洞口段埋深文中簡(jiǎn)寫洞口段埋深(m)洞口A洞口B洞口C(3)隧道洞身段根據(jù)圍巖級(jí)別與隧道洞身段埋深計(jì)算圍巖壓力，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》185頁(yè)的荷載分擔(dān)比例表，確定初期支護(hù)與二次襯砌的荷載分擔(dān)比例。根據(jù)規(guī)范選定初期支護(hù)與二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)。表1.6不同的洞身段埋深文中簡(jiǎn)寫洞身A洞身B洞身C洞身D洞身E洞身F隧道洞身段埋深(開挖輪廓線拱頂至地表的距離)(4)驗(yàn)算二次襯砌的強(qiáng)度目前數(shù)值模擬軟件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于隧道設(shè)計(jì)中，確定二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)后，最好用某一種數(shù)值模擬軟件計(jì)算二次襯砌的內(nèi)力，進(jìn)一步驗(yàn)算二次襯砌所有截面的強(qiáng)度。由于本次課程設(shè)計(jì)時(shí)間短，沒有足夠的時(shí)間學(xué)習(xí)數(shù)值模擬軟件，因此下面假定已經(jīng)計(jì)算出了二次襯砌的內(nèi)力(二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)與荷載不同，計(jì)算出來(lái)的內(nèi)力也不同),同學(xué)們按照?qǐng)D中指定的截面，驗(yàn)算二次襯砌在這一截面圖1.3二次襯砌驗(yàn)算指定截面(注：你設(shè)計(jì)的二次襯砌可能有仰拱也可能無(wú)仰拱，但不影響這里的驗(yàn)算)表1.7不同截面的二次襯砌內(nèi)力文中簡(jiǎn)稱軸力(kN)剪力(kN)彎矩(kN×m)截面A截面B截面C(5)施工組織設(shè)計(jì)施工組織設(shè)計(jì)包括施工方法、各工序施作時(shí)機(jī)、人員配備、主要材料、機(jī)械設(shè)備、進(jìn)度計(jì)劃等。每個(gè)人的隧道圍巖級(jí)別、隧道埋深與隧道長(zhǎng)度等不同，因此制定的隧道施工組織設(shè)計(jì)也應(yīng)不同。2.設(shè)計(jì)工作及要求每個(gè)人針對(duì)的工程情況均有不同之處(詳見下表),自己只做自己對(duì)應(yīng)的工況，不要抄襲別人的設(shè)計(jì)。表1.8設(shè)計(jì)分組情況一覽表學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)工況Ⅲ級(jí)長(zhǎng)A洞身A截面A洞身B截面B洞口C洞身C截面A4,19,34,49Ⅲ級(jí)長(zhǎng)A洞身D截面C洞身E截面B洞身F截面C7,22,37,52IV級(jí)長(zhǎng)B洞身B截面AⅢ級(jí)速A洞口A洞身C截面A9,24,39,54速B長(zhǎng)A洞口C洞身D截面BIV級(jí)洞身E截面C速A長(zhǎng)B洞身F截面AⅢ級(jí)長(zhǎng)A洞身A截面C長(zhǎng)B洞身C截面BⅢ級(jí)洞身A截面CIV級(jí)速B長(zhǎng)B洞身B截面B每位同學(xué)均應(yīng)根據(jù)上表的分組名單與對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)時(shí)速完成本設(shè)計(jì)，應(yīng)完成的設(shè)(1)根據(jù)隧道概況，選擇隧道限界，確定隧道內(nèi)輪廓尺寸，繪制隧道建筑限界圖及內(nèi)輪廓圖。(2)設(shè)計(jì)隧道洞門(如采用端墻式洞門、翼墻式洞門等),并驗(yàn)算洞門擋土墻，繪制隧道洞門立面圖與側(cè)面圖。(3)計(jì)算隧道洞身段的圍巖壓力，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》185頁(yè)的荷載分擔(dān)比例表，確定洞身段初期支護(hù)與二次襯砌的荷載分擔(dān)比例。根據(jù)規(guī)范選定洞身段初期支護(hù)與二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)，繪制洞身段復(fù)合式襯砌橫斷面布置圖。(4)驗(yàn)算指定截面的二次襯砌強(qiáng)度，如果強(qiáng)度不合格，指出應(yīng)采取的措施。(5)編制施工組織設(shè)計(jì)，內(nèi)容既包括進(jìn)洞方法與超前支護(hù)措施，也包括洞身段的施工方法、各工序施作時(shí)機(jī)、人員配備、主要材料、機(jī)械設(shè)備、進(jìn)度計(jì)劃3.圖紙要求采用3號(hào)圖紙，比例自行確定。4.應(yīng)提交的設(shè)計(jì)成果應(yīng)提交給指導(dǎo)老師的設(shè)計(jì)成果包括：(1)設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份，包括前述應(yīng)完成設(shè)計(jì)工作的各項(xiàng)內(nèi)容，內(nèi)容詳細(xì)充實(shí)，能體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的具體過(guò)程，寫明設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇依據(jù)，特別要詳細(xì)寫明洞門擋土墻驗(yàn)算、圍巖壓力計(jì)算、二次襯砌截面強(qiáng)度驗(yàn)算等計(jì)算過(guò)程。(2)設(shè)計(jì)圖紙一套，包括前述應(yīng)完成設(shè)計(jì)工作的各項(xiàng)圖紙，要求線條清晰、整潔美觀，符合有關(guān)制圖規(guī)范及比例要求。圖紙首先采用計(jì)算機(jī)CAD繪制，然后一律采用A3圖紙打印出來(lái)上交。四.設(shè)計(jì)方法與步驟(1)根據(jù)隧道概況，選擇隧道限界，確定隧道內(nèi)輪廓尺寸，繪制隧道建筑限界圖及內(nèi)輪廓圖。(2)設(shè)計(jì)隧道洞門(如采用端墻式洞門、翼墻式洞門等),并驗(yàn)算洞門擋土墻，繪制隧道洞門立面圖與側(cè)面圖。(3)計(jì)算隧道洞身段的圍巖壓力，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》185頁(yè)的荷載分擔(dān)比例表，確定洞身段初期支護(hù)與二次襯砌的荷載分擔(dān)比例。根據(jù)規(guī)范選定洞身段初期支護(hù)與二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)，繪制洞身段復(fù)合式襯砌橫斷面布置圖。(4)驗(yàn)算指定截面的二次襯砌強(qiáng)度，如果強(qiáng)度不合格，指出應(yīng)采取的措施。(5)編制施工組織設(shè)計(jì)，內(nèi)容既包括進(jìn)洞方法與超前支護(hù)措施，也包括洞身段的施工方法、各工序施作時(shí)機(jī)、人員配備、主要材料、機(jī)械設(shè)備、進(jìn)度計(jì)劃五.時(shí)間及進(jìn)度安排1.布置設(shè)計(jì)內(nèi)容及準(zhǔn)備相關(guān)參考書、設(shè)計(jì)規(guī)范：0.5天六.建議參考資料1.《隧道工程》,陳秋南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.2.《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則JTG/TD70-2010》,中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，北京：人民交通出版社，2010.3.《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD70-2004》,中華人民共和國(guó)交通部，北京：人民交通出版社，2004.4.《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范JTGF60-2009》,中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，北京：人民交通出版社，2009.5.《鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)-隧道》,北京：中國(guó)鐵道出版社，1995.6.《交通隧道工程》,彭立敏.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2003.第二部分隧道主體結(jié)構(gòu)計(jì)算書2.1建筑限界2.1.1一般規(guī)定隧道設(shè)計(jì)應(yīng)滿足公路交通規(guī)劃的要求，其建筑限界、斷面凈空、隧道主體結(jié)構(gòu)以及通風(fēng)、照明等設(shè)施，應(yīng)按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)近期交通量不大時(shí)，可采取一次設(shè)計(jì)分期修建。2.1.2隧道總體設(shè)計(jì)原則(1)隧道設(shè)計(jì)遵循充分發(fā)揮隧道功能，安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)隧道的基本原則。設(shè)計(jì)中有完整的勘測(cè)、調(diào)查資料，綜合考慮地形、地質(zhì)、水文、氣象和交通量及其構(gòu)成，以及營(yíng)運(yùn)和施工條件，進(jìn)行多方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保比較，使隧道設(shè)計(jì)符合安全實(shí)用、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的要求。(2)隧道主體結(jié)構(gòu)按永久性建筑設(shè)計(jì)，具有規(guī)定的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性；加強(qiáng)隧道支護(hù)襯砌、防排水、路面等主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與通風(fēng)、照明、供配電、消防、交通監(jiān)控等營(yíng)運(yùn)設(shè)施設(shè)計(jì)之間的協(xié)調(diào)，形成合理的綜合設(shè)計(jì)。對(duì)有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題開展專項(xiàng)設(shè)計(jì)和研究。(3)隧道土建設(shè)計(jì)體現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工的思想，制定地質(zhì)觀察和監(jiān)控量測(cè)的總體方案。(4)隧道設(shè)計(jì)貫徹國(guó)家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，積極慎重地采用新技術(shù)、新材料、新設(shè)備。(5)隧道設(shè)計(jì)必須符合國(guó)家有關(guān)國(guó)土管理、環(huán)境保護(hù)、水土保持等法規(guī)的要求。注意節(jié)約用地，保護(hù)農(nóng)田及水利設(shè)施，盡量保護(hù)原有植被，妥善處理?xiàng)壴?.1.3隧道設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(2)隧道設(shè)計(jì)速度：60km/h。(3)隧道建筑限界標(biāo)準(zhǔn)見表2.1。(4)隧道縱坡不應(yīng)小于0.3%,一般情況不應(yīng)大于3%,對(duì)于受地形限制的中、短隧道可適當(dāng)加大，不宜大于4%。本隧道為短隧道。(7)設(shè)計(jì)荷載：公路一I級(jí)。2.1.4隧道建筑限界圖可確定限界參數(shù)如表2.1所示：表2.1建筑限界設(shè)置(單位：m)設(shè)計(jì)速度車道寬度W側(cè)向?qū)挾萀檢修道J左側(cè)右側(cè)左側(cè)右側(cè)2隧道建筑限界凈寬：9.75m,凈高：4.5m。因?yàn)楸舅淼罏閮绍嚨赖亩趟淼?，所以本隧道不設(shè)置緊急停車帶和橫向通道。建筑限界如圖1.1。圖2.1隧道建筑限界2.2內(nèi)輪廓圖確定根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70-2004)規(guī)定，隧道的內(nèi)輪廓拱部為單心半圓R?=514cm,側(cè)墻為大半徑圓弧R?=764cm,仰拱圓弧半徑R?=1500cm,仰拱與側(cè)墻間用一個(gè)小半徑圓弧連接R?=100cm。兩車道的60km/h標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)輪廓圖如圖2.2隧道內(nèi)輪廓圖2.3隧道洞口的設(shè)計(jì)2.3.1洞門形式的選擇隧道進(jìn)口位于Ⅲ級(jí)圍巖中，結(jié)合洞口排水要求，遵從“早進(jìn)洞，晚出洞”的設(shè)計(jì)原則，并考慮洞門的實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀等因素，綜合考慮，該隧道進(jìn)口洞門采用“端墻式洞門”。端墻式洞門簡(jiǎn)圖見圖2.3.1。圖2.3.1端墻式洞門簡(jiǎn)圖2.3.2洞門構(gòu)造要求按《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG-2004)》,洞門構(gòu)造要求為：(1)洞口仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離不宜小于1.5m,洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不小于1.0m,洞門墻頂高出仰坡腳不小于0.5m。(2)洞門墻應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置伸縮縫、沉降縫和泄水孔；洞門墻的厚度可按計(jì)算或結(jié)合其他工程類比確定。(3)洞門墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固地基上，應(yīng)視地基及地形條件，埋置足夠的深度，保證洞門的穩(wěn)定?；茁袢胪临|(zhì)地基的深度不小于1.0m,嵌入巖石地基的深度不小于0.5m;基底標(biāo)高應(yīng)在最大凍結(jié)線以下不小于0.25m?；茁裰蒙疃葢?yīng)大于墻邊各種溝、槽基底的埋置深度。(4)松軟地基上的基礎(chǔ)，可采取擴(kuò)大基礎(chǔ)措施。2.3.3驗(yàn)算滿足條件采用擋墻式洞門時(shí)，洞門墻可視為擋土墻，按極限狀態(tài)驗(yàn)算，并應(yīng)驗(yàn)算繞墻趾傾覆及沿基底滑動(dòng)的穩(wěn)定性。驗(yàn)算時(shí)應(yīng)符合表3.1和表3.2(《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG—2004)的規(guī)定，并應(yīng)符合《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。仰坡坡率計(jì)算摩擦角容童?(kv/m3)基底摩擦系數(shù)f基底控制壓應(yīng)力(MPa0.40~0.3543~450.30~0.250.35~0.40表3.2洞門墻主要驗(yàn)算規(guī)定墻身截面荷結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值R。(按極限狀態(tài)算)墻身截面荷效應(yīng)值S≤結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值R?(按極限狀態(tài)計(jì)算)墻身截面偏心距e≤0.3倍截面厚度滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)K基底應(yīng)力≤地基容許承載力傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)K基底偏心距e巖石地基≤B/5~土質(zhì)地基≤B/6--2.3.4洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算(1)邊、仰坡坡度1:0.1;(2)仰坡坡率1:0.5;(4)地層計(jì)算摩擦角φ=70°;(5)基底摩擦系數(shù)0.6;(6)基底控制應(yīng)力[δ]=0.8MPa。2、建筑材料的容重和容許應(yīng)力(1)墻端的材料為水泥砂漿片石砌體，片石的強(qiáng)度等級(jí)為Mu100,水泥砂漿的強(qiáng)度等級(jí)為M10。(2)容許壓應(yīng)力[δ]=2.2MPa,重度γ=22kN/m3。3、洞門各部尺寸擬定端墻式洞門的正墻斜度取1:0.1,仰坡坡率取1:0.5,設(shè)端墻厚度為B=2.0m,設(shè)基礎(chǔ)埋深為1.8m(其中基底采用階梯狀擴(kuò)大基礎(chǔ)，其中上層階梯為0.3m。下層階梯為0.7m,基底寬度為B'=3m),預(yù)留變形量為0.05m,襯砌厚度為0.5m,其中襯砌拱頂?shù)浇厮疁蠝系椎木嚯x為1.1m,截水溝厚度為0.2m,截水溝溝底到仰坡坡底的距離為0.5m,仰坡坡腳到洞門墻背的水平距離為a=2m,設(shè)墻H=12m。本隧道取條帶寬度b=1m。圖2.2洞門側(cè)視圖邊坡坡率1:0.5,查表最危險(xiǎn)破裂面與垂直面夾角o:=0.266故：0=14.89°土壓力系數(shù)λ按下式計(jì)算：洞門土壓力按下式計(jì)算：δ為墻背摩擦角Ex=Ecos(δ-a)=25.37kNEy=Esin(δ-a)=22.05kN墻體自重按下式計(jì)算：H-洞門高度；h-基礎(chǔ)埋深，包括擴(kuò)大基礎(chǔ)在內(nèi)；B'-擴(kuò)大基礎(chǔ)的寬度；2、洞門抗傾覆驗(yàn)算根據(jù)公式滿足抗傾覆要求。3、洞門抗滑移驗(yàn)算故4、基底合力偏心矩驗(yàn)算與基底承載力驗(yàn)算滿足抗滑動(dòng)要求。δmx=347.31<[δ]=0.8MPa=1.9滿足計(jì)算要求δnin=38.59<[δ]=0.8MPa5、墻身截面偏心矩驗(yàn)算及強(qiáng)度驗(yàn)算墻身偏心矩!:M計(jì)算截面以上各力對(duì)截面型心力矩的代數(shù)和；N作用于截面以上垂直力之和。N=G+E,=57885kN將數(shù)據(jù)代入墻身偏心矩!的公式，得可：所以計(jì)算結(jié)果滿足要求。=0.75MPa<[o]=2.2MPa所以計(jì)算結(jié)果滿足要求。經(jīng)驗(yàn)算，翼墻的驗(yàn)算也滿足要求。2.4初期支護(hù)設(shè)計(jì)2.4.1支護(hù)形式的選擇及參數(shù)確定隧道洞口處圍巖為Ⅲ級(jí)圍巖，隧道洞身圍巖為Ⅲ級(jí)圍巖，隧道采用復(fù)合式襯同時(shí)還采用大管棚、小導(dǎo)管等預(yù)支護(hù)措施。其中初期支護(hù)采用噴射混凝土、鋼筋根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70-2004)的有關(guān)規(guī)定，二車道復(fù)合式襯砌在Ⅲ級(jí)圍巖條件下。初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)方式，初期襯砌厚度10cm,二次襯砌厚度35cm;錨桿采用中空注漿錨桿，錨桿的直徑為20mm,長(zhǎng)度為300cm,鋼筋網(wǎng)直徑為10mm。二次支護(hù)為模筑混凝土，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C35,厚度為2.4.2Ⅲ級(jí)圍巖的初期支護(hù)設(shè)計(jì)深埋和淺埋隧道的分界，按荷載等效高度值，并結(jié)合地質(zhì)條件、施工方法等因素綜合判定。在Ⅲ級(jí)圍巖條件下：Hp=2h。o已知在Ⅲ級(jí)圍巖下，隧道寬度為B=10.28m,圍巖容重為y=25KN/m3,則圍巖的坍塌高度為h:γ-圍巖的重度；i--B每增減1m時(shí)的圍巖壓力的增減率，當(dāng)B≥5m時(shí)取i=0.1。Ⅲ級(jí)圍巖的圍巖壓力計(jì)算根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70-2004),Ⅲ級(jí)圍巖物理力學(xué)指標(biāo)E=20GPa,泊松比μ=0.3,計(jì)算摩擦角?=70,內(nèi)摩擦角φ=50,粘聚力c=1.5MPa。圖2.4.1淺埋隧道圍巖壓力計(jì)算力，按下式計(jì)算：y隧道上覆圍巖重度(kN/m3);H——隧道埋深(m),指坑頂至地面的距離。圖2.4.2淺埋隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載側(cè)向壓力e按均布考慮時(shí)其值為：—17—e-側(cè)向均布?jí)毫N/m2φ.-圍巖計(jì)算摩擦角Q)2.4.3初期支護(hù)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算本隧道處在Ⅲ級(jí)圍巖中，開挖半徑為a=5.64m(R1=5.14m,預(yù)留變形量50mm,初期襯砌厚度10cm,二次襯砌厚度35cm),現(xiàn)以Ⅲ級(jí)圍巖取最大埋深1.5m處計(jì)支護(hù)材料取噴射混凝土采用C25,厚度為10cm,鋼筋網(wǎng)選用HPB235鋼筋，鋼筋直徑10mm,網(wǎng)格間距25×25cm。錨桿為全長(zhǎng)粘結(jié)型，長(zhǎng)度3m,直徑20mm,間距1m×1m,選用HRB335,帶墊板，其尺寸為150工字鋼F=35.58cm2,每榀間距1m。圖2.4.3剪切滑移破壞法示意圖而而則現(xiàn)假定錨桿、鋼支撐、噴射混凝土所組成的聯(lián)合支護(hù)，它們的總支護(hù)抗力可視為各P——所提供的總的支護(hù)抗力；P2鋼支撐提供的支護(hù)抗力；P4——圍巖本身提供的支護(hù)抗力。1、噴混凝土提供的支護(hù)抗力P1值噴混凝土抗力是指沿剪切面噴層所提供的平均分配在剪切區(qū)高度b上的抗剪力。剪切滑移體向坑道方向移動(dòng)時(shí)對(duì)噴層產(chǎn)生水平推力，此時(shí)，如噴層強(qiáng)度不足，則在剪切滑移體的上下邊緣處(應(yīng)力集中區(qū))形成兩個(gè)剪切滑移面。當(dāng)處于受力極限平衡時(shí)，其水平推力與兩個(gè)剪切面上的水平抗剪分力相平衡。式中：d.噴混凝土厚度；w剪切滑移面的平均傾角，取經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)其中，α為剪切滑移面與最小主應(yīng)力軌跡線成角，a、0,均見圖2.4.1,b為剪切區(qū)高度。W為加固帶高度，取1為形成加固帶時(shí)錨桿的有效長(zhǎng)度，t為錨桿橫向間距(見圖4.3),則有：d.=10cm=0.10mr?=0.43=0.43×12.5=5.38MPeb=10.6m將所有數(shù)據(jù)代入式計(jì)算時(shí)可換算成相應(yīng)的噴混凝土支護(hù)抗力，即F每米隧道鋼材的當(dāng)量面積，此處取35.58cm2;2、錨桿提供的支護(hù)抗力P3值錨桿受力破壞有兩種情況：(1)錨桿體本身的強(qiáng)度不足而被拉斷。這種情況下錨桿提供的平均徑向支護(hù)抗力：式中σ錨桿的抗拉強(qiáng)度；e、t錨桿的縱向及橫向間距。則(2)錨桿粘結(jié)破壞，即砂漿錨桿與孔壁之間的粘結(jié)力不足而破壞。這種情況下錨桿提供的平均徑向支護(hù)抗力：式中L——錨固段長(zhǎng)度；則S=π×0.06×3.5×0.85=0.56×103kN式中得則取錨桿提供的平均徑向支護(hù)抗力P'=0.247MPa。3、圍巖本身提供的支護(hù)抗力P4值剪切滑移體滑動(dòng)時(shí)，圍巖在滑面上的抗滑力，其水平方向的分力在剪切區(qū)高度b/2上的抗滑力P?為式中S'——剪切滑移體長(zhǎng)度，其值為=8.77Tn、Gn分別為沿滑移面的剪切應(yīng)力和垂直于滑移面的正應(yīng)力，它們按摩爾包絡(luò)線為直線時(shí)的假定求出(見圖):由圖4.3可知圖2.4.4包絡(luò)線圖即則σ?=P1+P1+P1=0.20+0.08+0.15=0.43MPaP=P+R+P+P=0.17+0.064+0.14+3.32=3.70MPa4、最小支護(hù)抗力值Pmin按重力平衡條件求解。塑性區(qū)的巖體，隨塑性徑向位移增長(zhǎng)而形成松散區(qū)。松散區(qū)的巖體由于重力作用而形成松散壓力，為保持坑道的穩(wěn)定，用支護(hù)力與它平衡(如圖4.5)。當(dāng)處于受力極限平衡狀態(tài)時(shí)，所求得的支護(hù)抗力即為P。G=bhy=b(r?-a)y則式中則P>Pnin可得出Ⅲ級(jí)圍巖條件下的初期支護(hù)，見下表：表2.4.1各級(jí)圍巖初期支護(hù)參數(shù)表圍巖級(jí)別噴混凝土設(shè)置部位/厚度(cm)鋼筋網(wǎng)錨桿規(guī)格鋼架每榀間網(wǎng)格間距設(shè)置部位長(zhǎng)度間距(環(huán)×縱)(環(huán)×縱)Ⅲ拱墻、仰拱拱墻工字鋼(全環(huán))2.5二次襯砌的計(jì)算Ⅲ級(jí)圍巖中，采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)按照工程類比法設(shè)計(jì)，二次襯砌采用荷載結(jié)構(gòu)法計(jì)十算，根據(jù)《公路設(shè)計(jì)施工規(guī)范》,其中Ⅲ級(jí)圍巖中二次襯砌為完全儲(chǔ)備，因此不需要進(jìn)行計(jì)算。中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范CodeforDesignofRaadTurnel主編單位：重慶交通科研設(shè)計(jì)航批清都(:中華人民共和國(guó)交或部實(shí)施日期：2004年11月01日9.2.6復(fù)合式村砌中的二次村砌，1~Ⅲ級(jí)圍巖中為安全儲(chǔ)備，并按構(gòu)造要求設(shè)計(jì)；IV,V級(jí)圍巖中為承載結(jié)構(gòu)，可采用地層結(jié)構(gòu)法計(jì)算內(nèi)力和變形。圖2.5.1《公路設(shè)計(jì)施工規(guī)范》2.6施工組織設(shè)計(jì)2.6.1編制說(shuō)明1.《隧道工程》,陳秋南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.2.《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則JTG/TD70-2010》,中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，北京：人民交通出版社，2010.3.《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD70-2004》,中華人民共和國(guó)交通部，北京：人民交通出版社，2004.4.《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范JTGF60-2009》,中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，北京：人民交通出版社，2009.5.《鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)-隧道》,北京：中國(guó)鐵道出版社，1995.6.《交通隧道工程》,彭立敏.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2003.2、編制原則(1)資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)原則。(2)符合性原則，滿足建設(shè)工期和工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，符合施工要求。(3)標(biāo)準(zhǔn)化管理的原則。(4)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的原則。(5)引進(jìn)、創(chuàng)新、發(fā)展的原則。(7)指導(dǎo)性綱領(lǐng)與動(dòng)態(tài)控制相結(jié)合的原則。2.6.2工程概況隧道長(zhǎng)1500m,為兩車道一級(jí)公路隧道；Ⅲ級(jí)圍巖線路長(zhǎng)1500m占隧道總長(zhǎng)的2、主要設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值：60km/h。3、洞身施工(1)隧道進(jìn)洞應(yīng)采取超前錨桿對(duì)圍巖巖體進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)，在超前錨桿的支護(hù)下再開挖進(jìn)洞，Ⅲ級(jí)圍巖要求用交叉中隔壁法法施工，開挖后應(yīng)立即進(jìn)行支護(hù)，隧道施工時(shí)應(yīng)保證錨桿及噴身混凝土的施工質(zhì)量。(2)隧道采取噴錨初期支護(hù)，初期支護(hù)與二次襯砌之間拱墻鋪設(shè)防水卷材，二次襯砌背后設(shè)環(huán)，縱向排水系統(tǒng)。出渣運(yùn)輸采用裝載機(jī)裝渣、自卸汽車運(yùn)輸。(3)洞身懸掛風(fēng)機(jī)地段二次襯砌施工必須預(yù)埋受力鋼花拱。4、隧道襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)隧道采用復(fù)合式襯砌。復(fù)合襯砌由初期支護(hù)、防水隔離層與二次襯砌組成，拱墻襯砌應(yīng)一次性澆筑，帶仰拱襯砌應(yīng)先施工仰拱，仰拱應(yīng)整體澆筑，嚴(yán)禁半幅施工，以確保仰