馬林頭隧道設計畢業(yè)設計

1.1技術標準及設計標準規(guī)范1.1.1主要技術標準(1)隧道按規(guī)定的遠期交通量設計，采用分離式單向行駛三車道隧道(上、下行(2)隧道設計車速，隧道幾何線形與凈空按100km/h設計，隧道照明設計速度按1.1.2主要設計標準規(guī)范(3)《公路工程技術標準》JTJ001-97;(4)《公路工程抗震設計規(guī)范》JTJ004-89;(7)隧道圍巖級別按《公路隧道設計規(guī)范》JTJ026-90。1.2工程概況馬林頭隧道位于溫州繞城高速公路北線第4合同段內，為分離式單向行駛三車道隧道(上下行分離)。隧道左洞樁號：K16+115～K18+732,長2617m(其中明洞25m,暗洞2592m);右洞樁號：K16+085～K18+725,長2640m(其中明洞25m,暗洞2615m)。暗1.3隧道工程地質概況馬林頭隧道地貌以丘陵為主，各隧道段地表均為斜坡地形，坡度大致為10°~斷層與隧道走向基本垂直，傾角84°,寬度3～5m;F9斷層與隧地下水類型主要為基巖裂隙水，水量貧乏。經綜合評定，隧道圍巖大致為第2章隧道總體設計(1)隧道位置應盡可能選擇在地質構造簡單，節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖性較好，穩(wěn)定(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(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(4)當隧道通過褶曲構造時，隧道位置選擇在褶曲構造一翼或背斜褶皺中軸處通(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2.2隧道洞口選擇及線形考慮(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、(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(3)馬林頭隧道為長隧道，洞口位置選擇應結合施工方法綜合考慮，則應具有較(4)隧道線路應力求與地形等高線垂直或近似垂直進洞。如不能滿足上述要求時，2.3縱斷面設計2.4橫斷面設計2.4.1建筑限界設計速度側向寬度檢修道J頂角寬度左側右側左側右側左側右側2.4.2緊急停車帶馬林頭隧道為長隧道，所以在行車方向的右側設置緊急停車帶。緊急停車帶的設置2.4.3橫向通道上下行分離獨立雙洞的公路隧道之間應設置橫向通道。人行橫通道間距設為500m,車行橫通道間距設置為750m,與緊急停車帶對應布置。其建筑限界如下：3*3.75圖2.2緊急停車帶建筑限界、寬度、長度(單位：m)0.25-4.00-圖2.3a)人行橫通道建筑限界b)車行通道建筑限界(單位：m)馬林頭隧道設計第7頁共153頁2.4.4內輪廓設計起拱線圖2.4隧道正常斷面內輪廓圖(單位：m)第8頁共153頁二圖2.5隧道緊急停車帶內輪廓圖(單位：m)05050005-2.20—圖2.6橫向通道內輪廓圖(單位：m)第3章隧道洞門設計及強度穩(wěn)定性驗算3.1洞口段地質評價根據隧道縱斷面設計圖，仰義端左洞口段隧道地表為斜坡地形，坡度10°~25°巨層厚狀；⑧2強風化層，厚度為0.5～1.5m,綠灰色，灰黃色，具原巖結構，節(jié)理裂RQD=40-60%,Kv=0.73-0.82,u=0.22-0.19,[BQ]=350。隧道洞口段經過⑦1層含碎石亞為J3x青灰色流紋質晶屑熔結凝會巖，巨層厚狀，⑧1全風化層，厚2～8m,灰黃、褐通過⑧1層、⑧2層、⑧3層，圍巖穩(wěn)定性差，綜合評定出口段圍巖級別為V級，地下水北白象右洞口隧道段地表為斜坡地形，坡度為25°~35°,坡面植被茂盛，⑦1層褐黃色殘坡積含碎石亞粘土，厚度約為1.厚層狀，⑧2強風化層，厚度0.5～2.0m,節(jié)理極發(fā)育，巖石破碎；⑧3弱風化層，厚度塊狀砌體結構，屬硬質巖，Kv=0.52～0.81,u=0.25～0.19,[BQ]=410。隧道通過⑧3弱風化層，3倍洞徑內圍巖主要為⑦1層、⑧2、⑧3和⑧4層，圍巖穩(wěn)定性差，綜合評3.2.1洞門類型選擇3.2.1.1仰義端仰義端洞口段地表為緩斜坡地形，10°~25°,左、右洞進口處均處在坡積層內，3.2.1.2北白象端北白象端洞口段地表為斜坡地形，坡度為25°~35°,圍巖級別為V級，地質狀況3.2.2洞門設計3.2.2.2柱式洞門設計(1)參數(shù)設定墩柱設置在洞門主墻受力最大的A部分，寬度取為1m,厚度取為1.3m,高度與洞門等馬林頭隧道設計(2)各項物理指標檢算主墻B部分的強度和穩(wěn)定性，由此來確定主墻尺寸；檢算端墻與墩柱共同作用部分A,來確定墩柱尺寸。(4)土壓力計算最危險破裂面與垂直面夾角w土壓力系數(shù)λ按下式計算：土壓力按下式計算：自重按下式計算：受力圖式①抗傾覆穩(wěn)定的驗算滿足抗傾覆要求。②墻身截面偏心驗算偏心距：馬林頭隧道設計③墻身截面強度驗算發(fā)生了應力重分布，重分布后的最大應力滿足墻身截面強度的要求。由以上驗算，確定出主墻墻厚為1.3m。A部分為端墻與墩柱共同承受荷載的部分，設在洞門結構受荷最不利的位置。為了計算簡便，近似把A部分看作是在墻身厚度的基礎上再加厚1.3m。①.土壓力計算由上述部分可知λ=0.121由式(3-3),土壓力為：由式(3-4),重力為：②.抗傾覆驗算由式(3-5)和(3-6),滿足抗傾覆要求。③.抗滑動驗算地基摩擦系數(shù)f=0.4馬林頭隧道設計滿足抗滑動要求。④墻身截面偏心及強度驗算由式(3-8)和(3-9),滿足偏心距要求。又式(3-10),發(fā)生了應力重分布，重分布后的最大應力值墻身滿足強度要求。⑤基底合力偏心距及應力驗算基底偏心距按下式計算：滿足要求。馬林頭隧道設計仰義端進口段圍巖級別為V級，坡度平緩，因此有很長的超淺埋段。為了施工上的方便，考慮把超淺埋段設為明洞。坍落拱高度按下式計算：25°,路面縱坡為2%,則有明洞長度確定為46m。4.2.1明洞基本參數(shù)設置及配筋由于明洞圍巖級別很差，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60cm。襯砌材料采用鋼筋混凝土結構，C25級混凝土，直徑25mmⅡ級鋼筋。明洞邊墻用5#漿砌片石回填，拱部用挖方土回填，馬林頭隧道設計最低填土厚度為1.5m,填土坡度設為7°,以利于排水。根據工程類比法，明洞襯砌配筋如下圖：圖4.1明洞襯砌配筋圖4.2.2襯砌內力計算由《公路隧道設計規(guī)范》,明洞襯砌結構內力的計算方法采用荷載結構法。(1)參數(shù)選取h=46tan7°+1.5=7.1481m拱圈回填土壓力：②邊墻側壓力計算為了簡化計算，計算邊墻底部側壓力當作邊墻方向上的均布壓力，馬林頭隧道設計由式(4-3),得出邊墻側壓力為：e=22×18.091×0.36=124.4517kN①襯砌幾何尺寸②半拱軸線長度S及分段軸長△SEEE5yy第18頁共153頁馬林頭隧道設計圖4.3襯砌內力計算圖示由式(4-9),計算各分塊截面中心與豎軸線的夾角如下： a?=a?+△θ?=18.4606°+9.2303°=27.6909°a?=α?+△θ?=27.6909°+9.2303°=由式(4-10),a?=α?+△θ?=55.9489°+ag=α?+△θ?=69.02693°+1第20頁共153頁x?=r·sina?=8.4768×0.4x?=r·sinα?=8.4768×0.7x?=r?·sina?+a?=5.9828×0.8285+2x,=r·sina?+a?=5.9828×0.9337+2.x,=r?·sina?+a?=5.9828×0.9959+x1o=r?·sinα??+a?=5.9828×0.9496+2y?=r(1-cosα?)=8.4768×(1-0.9871y?=ri(1-cosα?)=8.4768×(1-0.9485y?=;(1-cosα?)=8.4768×(1-0.8855y4=r;(1-cosα?)=8.4768×(1-0.7995)y?=r(1-cosα?)=8.4768×(1-0.6928a?=(ri-r?)cosθq=(8.4768-5y?=H?-r?cosa?=7.0066-5.9828×0.55馬林頭隧道設計y?=H?-r?cosa?=7.0066-5.9828×0.357y?=H?-r?cosag=7.0066-5.9828×0.1374y?=H?-r?cosa?=7.0066+5.9828×0.0903=7.5471Y?o=H?-r?cosa??=7.0066+5.9828×0.3④位移計算截面aXydI積分系數(shù)1/30001008001108427832358344980251814698274804818729683408312由式(4-12),計算得各單位位移如下：閉合差△=0。b載位移計算襯砌外緣相鄰兩截面之間的豎直向投影長度h,,由計算圖式得：h=0.11,h?=0.34,h?=0.55,h?=0.75,h?=0.94,h?=1.09,h=1.27,hg=1.38鋼筋混凝土構件重度γ'=25kN/m3。由上文計算得q=128.6658kN/m,e=52.536kN/m,各外力對各分分塊截面的力臂可由計算圖式量出，根據式(4-15)、(4-16)、(4-17),計算得各分塊外力如下表：截面力臂(m)QGE000000012345678900外荷載在基本結構中產生的內力計算原理如下：截面-Qa?000000000100000231456789表4-4計算表截面000000012345678900基本結構中，主動荷載產生的彎距校核為：c主動荷載位移計算由結構力學方法得出：馬林頭隧道設計根據上式，計算主動荷載如下表：表4-5主動荷載計算表截面積分系數(shù)1/30001000l1422344254627482續(xù)表4-5截面積分系數(shù)1/39334861∑40由式(4-23),主動位移計算如下：計算精度校核如下：馬林頭隧道設計閉合差為0。d墻底位移計算單位彎距作用下的轉角：主動荷載作用下的轉角：=-9599.6285×277.778×10-?=-2638787.794×10-?e解力法方程力法方程系數(shù)如下：a=δ?+β=(25.705+277.77aq?=δ?+fβ=(83.305+8.8831×277.a?2=δ?+f2β=(464.181+8.88312×27a?p=△,+β=(-97304.565-2638785.683將各系數(shù)代入式(4-7),得出立法方程式如下：解方程得：f.計算各截面內力主動荷載作用下，襯砌內力計算如下：Mp=Xp+X?py,+M計算過程見下表：表4-6彎距計算表截面M00012345截面M6789表4-7軸力計算表截面Ne00123456789由于邊墻采用5#漿砌片石回填，側墻位移較小，所以忽略掉彈性抗力對襯砌內力的影響，僅計主動荷載作用下的襯砌內力。4.2.3襯砌驗算檢算幾個控制截面：4.2.3.1拱頂(截面0)為偏心受壓構件，應考慮偏心距增大系數(shù)的影響，按偏心構件對其進行驗算。,E=29.5GPa,H=9.27m。①在彎距作用平面內的強度驗算：假定為大偏心受壓，其中性軸按下式計算：為大偏心受壓構件，構件破壞為鋼筋受拉破壞，故K=2.4,截面承載力按下式計算：=18.5×1000×139=2571.5kN>2.4×1033.608=2②在垂直于彎距作用平面內的強度驗算=8472.09kN>2.4×1033.608=2強度驗算合格。(3)裂縫寬度驗算按下式計算最大裂縫寬度：wmax=αyy(2.7C,+0.1d/pe)σ,/E各系數(shù)取值計算如下：構件受力特征系數(shù)α=2.1馬林頭隧道設計縱向受拉鋼筋合力點至受壓區(qū)合力之間的距離：裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數(shù)：故y=0.4裂縫寬度合格。4.2.3.2截面7該截面為負彎距偏心最大截面。(1)偏心距計算由式(4-28),為偏心受壓構件。應考慮偏心距增大系數(shù)的影響，按偏心構件進行驗算。慮偏心增大系數(shù)的影響，假定為大偏心受壓構件，由式(4-29)和(4-30),偏心增大系數(shù)及偏心距計算如下：馬林頭隧道設計,E=29.5GPa,H=9.27m①在彎距作用平面內的強度驗算：由式(4-32),其中性軸按計算如下：為大偏心受壓構件，構件破壞為鋼筋受拉破壞，故K=2.4,截面承載力按式(4-33)計N=fbx=18.5×1000×184=3404kN>2.4×1225.545=2941.31kN。②在垂直于彎距作用平面內的強度驗算N=0.9φ(faA+fA)=8472.09kN>2×1033.608=2強度驗算合格。(3)裂縫寬度驗算由上述計算拱頂截面的公式，進行寬度驗算如下：最大裂縫寬度：wmax=αyy(2.7C+0.1d/各系數(shù)取值計算如下：構件受力特征系數(shù)α=2.1馬林頭隧道設計縱向受拉鋼筋合力點至受壓區(qū)合力之間的距離受拉鋼筋應力裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數(shù)：裂縫寬度合格。4.2.3.3截面10可認為是軸心受壓構件，按軸心受壓構件驗算。強度驗算強度滿足要求。表5-1初期支護參數(shù)表圍巖級別噴射砼厚度(cm)錨桿(m)鋼筋網鋼拱架拱墻仰拱位置長度間距桿體材料Ⅲ一拱墻鋼筋拱、墻一一拱墻鋼筋拱、墻一V一拱墻鋼筋拱、墻(雙層)一V級淺埋拱墻鋼筋拱、墻(雙層)仰拱5.2二次襯砌圍巖級別拱墻混凝土仰拱混凝土砼級別鋼筋種類鋼筋直徑鋼筋面積Ⅲ一-50,鋼筋混凝土V60,鋼筋混凝土60,鋼筋混凝土V級淺埋60,鋼筋混凝土60,鋼筋混凝土60,鋼筋混凝土60,鋼筋混凝土其他參數(shù)詳見襯砌結構圖。5.3圍巖壓力計算隧道高度h=內輪廓線高度+襯砌厚度+預留變形量隧道跨度b=內輪廓線寬度+襯砌厚度+預留變形量各圍巖級別計算斷面參數(shù)如下表：圍巖級別隧道高度H隧道寬度B備注Ⅱ正常斷面Ⅲ緊急停車帶斷面正常斷面緊急停車帶斷面V正常斷面5.3.2.1淺埋隧道分界深度的確定坍落拱高度按下式計算：馬林頭隧道設計荷載等效高度(5-3)5.3.2.2淺埋段的確定進口段：坡度大約為17°左右，縱斷面坡度2%,設進口段xm處埋深為在設了46m的明洞段之后，還有93.862m的淺埋段。則進口段有27.12m的超淺埋段，40.69m的淺埋段。5.3.3圍巖壓力計算5.3.3.1深埋隧道水平均布壓力根據圍巖計算如下表：馬林頭隧道設計圍巖級別V水平均布壓力e5.3.3.2埋深小于或等于等效荷載高度的隧道垂直壓力：H—隧道埋深5.3.3.3埋深大于等效荷載高度時的圍巖壓力計算水平側壓力：水平側壓力視為均布壓力時按下式計算：h—隧道底部至地面的高度各級圍巖的θ值見下表：表5-5各級圍巖的θ值圍巖級別IVθ利用上述公式，計算各級圍巖壓力如下：III級圍巖緊急停車帶斷面：h=0.45×23-1×[1+0.1×(19.922-5)]=4.337m表5-6各級圍巖壓力如下表圍巖級別埋深類型斷面類型荷載類型數(shù)值Ⅲ深埋正常斷面qe緊急停車帶qeV超淺埋正常斷面qe淺埋q深埋qe正常斷面深埋qe緊急停車帶qe5.4襯砌內力計算襯砌內力計算的原理采用荷載結構法。馬林頭隧道設計5.4.1計算圖示計算圖示采用半拱結構，在主動荷載作用下，頂部襯砌向隧道內變形而形成脫離區(qū)，兩側襯砌向圍巖方向變形，引起圍巖對襯砌的被動彈性抗力，形成抗力區(qū)。為了方便計算，利用辛普生法近似計算各類位移，因此將半拱結構等分為10塊，各分塊上的外力近似地認為作用在各分塊截面的中點上，據此得出計算圖示如圖5.1所示。q彈性抗力圖形分布規(guī)律按結構變形特征作如下假定：(1)下零點a在墻角。墻角處摩擦力很大，無水平位移，故彈性抗力為零。(2)上零點b與襯砌垂直對稱中線的夾角假定45°左右。5.4.2襯砌幾何要素(1)襯砌幾何尺寸(2)半拱軸線長度S及分段軸長△S(3)各分塊截面中心幾何要素各截面中心點坐標計算：H?=r-a?馬林頭隧道設計5.4.3主動荷載作用下的襯砌內力計算圖5.2襯砌內力計算基本結構f——襯砌矢高。由辛普生法，得出各系數(shù)近似計算公式如下：求出未知力后，根據結構力學的方法，采用下列公式求解各截面內力：取計算圖示如下圖，由結構力學方法求出內力計算公式如下：圖5.3內力計算圖示馬林頭隧道設計5.4.4彈性抗力作用下的內力計算(1)各截面的抗力強度抗力圖形的分布可按以下假定計算：拱部bh段抗力按二次拋物線分布，任一點的ah段任意點的抗力值：(2)各分塊上抗力集中值計算集中力的方向垂直與襯砌外緣，并通過分塊上抗力圖形的形心。(3)抗力集中力與摩擦力的合力計算其作用方向與抗力集中力的夾角為β=arctanμ,作用點為抗力集中力與襯砌外緣的交(4)計算單位抗力及相應的摩擦力在基本結構中產生的內力將R,的方向線延長，使之交于豎直軸，量取夾角，將其分解為水平與豎直兩個方根據結構力學方法，單位抗力及相應摩擦力在基本結構中產生的內力計算公式如下：(5)單位抗力及相應摩擦力產生的載位移由式(5-13),載位移計算公式如下：由式(5-14)計算。(7)彈性抗力作用下產生的內力解力法方程(5-12),得出未知力后，就可按式(5-15)計算彈性抗力作用下產生的內力，計算公式如下：5.4.5最大抗力值的計算由溫克爾假定，得到最大抗力值的計算公式如下：由結構力學方法，結構在荷載作用下的變位和因墻底轉動所產生的變位計算如下：5.4.6襯砌總內力計算由疊加原理，襯砌總內力等于主動荷載作用下的結構內力與彈性抗力作用下的結構內力的疊加，按下式計算襯砌總內力：5.4.7計算結果由于Ⅲ級圍巖二次襯砌不承擔荷載，故在此不予計算。其他圍巖內力計算過程見附錄A,下面僅將計算結果列出。(1)IV級圍巖正常斷面襯砌內力計算計算結果如表5-7:表5-7總內力計算表截面MNNe積分系數(shù)1/3060011254285235271447242585862464982827148329884761-56.691-14.78532.62868.58781.863N(kN)圖5.4IV級圍巖正常斷面襯砌結構內力圖第47頁共153頁(2)IV級圍巖緊急停車帶斷面襯砌內力計算計算結果如表5-8:表5-8總內力計算表截面MNe積分系數(shù)1/306433110242532359664495541255086466462427240485297451將計算結果按比例繪制成彎距圖與軸力圖，見圖5.5:圖5.5IV級圍巖緊急停車帶斷面襯砌內力圖計算結果如表5-9:表5-9總內力計算表截面MMNe積分系數(shù)1/30260111942302302448257846006274486029954031將計算結果按比例繪制成彎距圖與軸力圖，見計算結果如表5-10:表5-10襯砌的總內力截面MNe積分系數(shù)1/304670116l5428l723260446493302595267284663524727848427482第49頁共153頁5093439462004911將計算結果按比例繪制成彎距圖與軸力圖，見圖5.7:圖5.7V級圍巖淺埋正常斷面襯砌內力計算結果見表5-11:表5-11總內力計算表截面MMNe積分系數(shù)1/308401143425235244482⑨k570546708279948332930461將計算結果按比例繪制成彎距圖與軸力圖，見圖5.8:5.5襯砌驗算N(kN)N(kN)圖5.8V級圍巖超淺埋正常斷面襯砌內力5.5.1IV級圍巖正常斷面襯砌驗算主要驗算幾個控制截面。又e=0.195>0.2b=0.1,故構件由抗拉強度承載能力進行控制，按下式進行驗算：馬林頭隧道設計左邊：KN=3.6×418.86=1507.896左邊小于右邊，強度滿足要求。按下式進行驗算：左邊：KN=2.4×589.721=1415.33左邊小于右邊，滿足要求。5.5.1.3截面10偏心其他各截面偏心距均小于0.45b。5.5.2IV級圍巖緊急停車帶斷面襯砌驗算IV級圍巖緊急停車帶襯砌驗算原理與IV級圍巖正常斷面驗算原理一樣，因此不在贅述，直接將計算結果列出。5.5.2.1截面0(拱頂截面)又e=0.2>0.2b=0.1,故構件由抗拉強度承載能力進行控制，按式(5-42)進行驗算：右邊：左邊小于右邊，強度滿足要求。馬林頭隧道設計5.5.2.2截面7偏心距按式(5-43)進行驗算：左邊小于右邊，滿足要求。5.4.4.3截面10其他各截面偏心距均小于0.45b。5.5.3V級圍巖深埋斷面襯砌驗算5.5.3.1截面0(拱頂截面)(1)偏心距計算為偏心受壓構件，應考慮偏心距增大系數(shù)的影響，按偏心構件對其進行驗算。構件，偏心距增大系數(shù)計算如下：馬林頭隧道設計E=29.5GPa,H=9.27m①在彎距作用平面內的強度驗算為小偏心受壓構件，構件破壞為混凝土受壓破壞，故K=2,截面復核按下式計算：②在垂直于彎距作用平面內的強度驗算]馬林頭隧道設計=0.9×0.89×(600000×18.5=8472.09kN>2×1509.539=30強度驗算合格。5.5.3.2截面7(1)偏心距計算：為偏心受壓構件，應考慮偏心距增大系數(shù)的影響，按偏心構件對其進行驗算。先假定為大偏心，偏心距增大系數(shù)計算如下：E=29.5GPa,H=9.27m①在彎距作用平面內的強度驗算：其中性軸按下式計算：馬林頭隧道設計為小偏心受壓構件，構件破壞為混凝土受壓破壞，故K=2,截面復核按式(5-51)計算：2×1993.993×301<0.5×18.5×10②在垂直于彎距作用平面內的強度驗算長細比由式(5-53),N=0.9φ(f?A+fA)=0.9×0.89×(600000×18.=8472.09kN>2×1993.993=39強度驗算合格。5.5.5.3截面10(1)偏心距：可認為是軸心受壓構件，按軸心受壓構件驗算。(2)強度驗算強度滿足要求。馬林頭隧道設計5.5.4V級圍巖淺埋斷面襯砌驗算(1)偏心距計算：為偏心受壓構件，應考慮偏心距增大系數(shù)的影響，按偏心構件對其進行驗算。(2)強度驗算構件，偏心距增大系數(shù)計算如下：,E=29.5GPa,H=9.27m①在彎距作用平面內的強度驗算：為大偏心受壓構件，構件破壞為混凝土受壓破壞，故K=2.4,截面復核按下式計算：馬林頭隧道設計=5420.5kN>2.4×2210.713=5②在垂直于彎距作用平面內的強度驗算),φ=0.89N=0.9φ(f?A+faA)=0.9×0.89×(600000×18.5=9523.297kN>2.4×2210.713=5強度驗算合格。為偏心受壓構件，應考慮偏心距增大系數(shù)的影響，按偏心構件對其進行驗算。(2)強度驗算先假定為大偏心，偏心距增大系數(shù)計算如下：,E=29.5GPa,H=9.27m①在彎距作用平面內的強度驗算：馬林頭隧道設計其中性軸按下式計算：為小偏心受壓構件，構件破壞為混凝土受壓破壞，故K=2,截面復核按式(5-51)計算：②在垂直于彎距作用平面內的強度驗算N=0.9φ(faA+fA)=9523.297kN>2.4×3024.812=72強度驗算合格。由于e=ηe?=1.148×166=191mm<0.55h=308mm,故可不進行裂縫寬度驗算。5.5.4.3截面10可認為是軸心受壓構件，按軸心受壓構件驗算。馬林頭隧道設計(2)強度驗算強度滿足要求。5.5.5V級圍巖淺埋斷面襯砌驗算5.5.5.1截面0(拱頂截面)為偏心受壓構件，應考慮偏心距增大系數(shù)的影響，按偏心構件對其進行驗算。構件，偏心距增大系數(shù)計算如下：E=29.5GPa,H=9.27m①在彎距作用平面內的強度驗算：其中性軸計算：馬林頭隧道設計為小偏心受壓構件，構件破壞為混凝土受壓破壞，故K=2,截面復核按式(5-51)計算：2×2026.259×502<0.5×18.5×100②在垂直于彎距作用平面內的強度驗算長細比N=0.9φ(fA+fA)=9417.9kN>2×2026.259=40強度驗算合格。5.5.5.2截面7(1)偏心距計算：為偏心受壓構件，應考慮偏心距增大系數(shù)的影響，按偏心構件對其進行驗算。先假定為大偏心，偏心距增大系數(shù)計算如下：馬林頭隧道設計①在彎距作用平面內的強度驗算：其中性軸按下式計算：為小偏心受壓構件，構件破壞為混凝土受壓破壞，故K=2,截面復核按式(5-51)計算：由于e>e,a,=a,故上式顯然滿足。②在垂直于彎距作用平面內的強度驗算N=0.9φ(faA+fA)馬林頭隧道設計=9417.9kN>2×2799.038=55強度驗算合格。由于e=ηe?=1.224×41=50mm<0.55h?=308mm,故可不進行裂縫寬度驗算。5.5.5.3截面10可認為是軸心受壓構件，按軸心受壓構件驗算。強度滿足要求。第6章防排水設計對地表水，地下水妥善處理，使洞內外形成一個完整通暢的防排水系統(tǒng)。以期達到以下要求：拱部、邊墻、路面、設備箱洞不滲水；隧道襯砌背后不積水，排水溝不堵塞；車行橫通道、人行橫通道等服務通道拱部不滴水，邊墻不淌水。爭取在隧道建成后洞內基本干燥的要求，保證結構和設備的正常使用和行車安全。帶，施工縫用遇水膨脹止水條(帶注漿管)止水。帶注漿管遇水膨脹止水條是采用主動防水和被動防水相結合的一種新型防水材料，遇水膨脹止水條(主動防水)以天然鈉基可以通過預埋的注漿管(被動止水)注入無機漿料將二次澆注混凝土后在施工縫上所留馬林頭隧道設計第65頁共153頁隧道中線隧道中線(間距10m,坡度為2%,外裹孫真于結+T布0型彈簧排水管圖6.1防排水示意圖第7章隧道通風照明設計(1)隧道長度及線形，馬林頭隧道左洞長度為2617m,右洞長度為2640m,均為長(2)交通量，馬林頭隧道為溫州繞城高速公路隧道，車流量大，為4000輛/h,且年平均風速都在2.5m/s以上，應充分考慮利用。(4)隧道內交通事故、火災等非常情況。(5)隧道工程造價的維修保養(yǎng)費用等。(1)單向交通的隧道設計風速不宜大于10m/s,特殊情況下可取12m/s,雙向交通的隧道設計風速不應大于8m/s,人車混合通行的隧道設計風速不應大于7m/s。(2)風機產生的噪聲及隧道中廢氣的集中排放均(3)確定的通風方式在交通條件等發(fā)生改變時，應具有較高的穩(wěn)定性，并能適應(4)隧道運營通風的主流方向不應頻繁變化。發(fā)生事故時(15min):250ppm7.1.1通風方式的確定隧道長度：左洞長度為2617m,右洞長度為2640m,交通量：4000輛/h,單向交通7.1.2需風量計算道路等級：高速公路，分離式單向3車道(計算單洞)馬林頭隧道設計行車速度：100km/h隧道起止樁號、長度、縱坡和設計標高：右洞樁號：K16+085～K18+725,長2640m;縱坡：K16+085～K16+720為2%的上坡，K16+720~K18+725為1.2%的上坡，中間豎曲線的指標：R=7000m,T=28000m,E=0.56m;設計標高：進洞口PH=28.89m,出洞口PH=64.60m隧道斷面積：Ar=107.5m2設計交通量：4000輛/h交通組成：汽油車：小型客車15%,小型貨車18%,中型貨車24%柴油車：中型貨車24%,大型客車13%,大型貨車6%;(1)CO排放量③依據規(guī)范，分別考慮工況車速100km/h,80km/h,60km/h,40km/h,20km/h,10km/h(阻滯),不同工況下的速度修正系數(shù)fiv和車密度修正系數(shù)fa如表7-1所示：工況車速(km/h)136④考慮CO的海拔高度修正系數(shù)：平均海拔高度：⑤考慮CO的車型系數(shù)如表：表7-2考慮CO的車型系數(shù)表車型各種柴油車汽油車小客車旅行車、輕型貨車中型貨車大型貨車1157⑥交通量分解：汽油車：小型客車600,小型貨車720,中型貨車960柴油車：中型客車960,大型客車520,大型貨車240⑦計算各工況下全隧道CO排放量：其他各種工況車速下CO的排放量用同樣的方法計算，得出計算結果如表7-3:表7-3各工況車速下CO的排放量工況車速CO量大，為：Q=0.2097m3/s。(2)稀釋CO的需風量發(fā)生事故時(15min)δ=250ppm②隧址設計溫度tm=20℃,換算成為絕對溫度T=273+20=293。馬林頭隧道設計③隧址大氣壓無實測值，按下式計算：(3)煙霧排放量②考慮煙霧的車況系數(shù)為：fa=1.0③依據規(guī)范，分別考慮工況車速100km/h,80km/h,60km/h,40km/h,20km/h,10km/h(阻滯),不同工況下的速度修正系數(shù)fiv和車密度修正系數(shù)fd如表所示：工況車速(km/h)136④柴油車交通量如下：柴油車：中型客車960,大型客車520,大型貨車240⑤考慮煙霧的海拔高度修正系數(shù)：⑥考慮煙霧的車型系數(shù)如表：柴油車輕型貨車中型貨車重型貨車、大型貨車、拖掛車集裝箱車⑦計算各工況下全隧道煙霧排放量：馬林頭隧道設計算出各工況車速下的煙霧排放量如下表：工況車速煙霧量⑧最大煙霧排放量：由上述計算可知，在工況車速為20km/h時，煙霧排放量最(4)稀釋煙霧的需風量為：①根據規(guī)范，取煙霧設計濃度為K=0.0070m-1,則煙霧稀釋系數(shù)C=0.0070②稀釋煙霧的需風量為：(5)稀釋空氣內異味的需風量取每小時換氣次數(shù)為5次，則有：(6)考慮火災時排煙的需風量取火災排煙風速為Vr=6m/s,則需風量為：綜合以上計算可知道，本隧道通風量由稀釋煙霧的需風量決定，為馬林頭隧道設計7.1.3通風計算(1)計算條件：隧道當量直徑：Dr=10.5m設計交通量：4000輛/h(2)隧道內所需升壓力隧道內所需的升壓力由以下三項決定：①空氣在隧道內流動受到的摩擦阻力及出入口損失率：②隧道兩洞口等效壓差：由于無等效壓差，引起隧道自然風流的兩洞口等效壓差取△Pn=10pa③交通風產生的風壓為：汽車等效抗阻面積：隧道內車輛數(shù)：馬林頭隧道設計因此，隧道內所需要的升壓力為：(3)900型射流風機所需臺數(shù)故合計需要臺900型射流風機，按每組2臺布置，可布置27組共54臺，具有一定的安全儲備。(4)1120型射流風機所需臺數(shù)故合計需要25臺1120型射流風機，按每組2臺布置，可布置13組共26臺風機，有一定安全儲備。7.1.4風機設置選用1120型射流風機，按每組2臺布置，布置13組共26臺風機，每組風機間距為189m。7.2隧道照明設計7.2.1洞外接近段照明接近段長度取洞外一個照明停車視距Ds,對于縱坡為1.2%,設計時速為100km/h,7.2.2洞內照明(1)入口段將數(shù)據代入式(7-16)得：馬林頭隧道設計L=0.045×4500=202.5cd/m2h—洞口內凈空高度，本隧道設計為8.5m;將數(shù)據代入式(7-17)得：入口段照明由基本照明和加強照明兩部分組成，基本照明燈具布置與中間段相同，同樣選用功率為150W的夜燈(兼緊急照明，UPS供電),燈具對稱排列布置，加強照明由功率為400W的加強燈組成，間距為1m,入口段燈具從洞口以內10m處開始布置。(2)過渡段在隧道照明中，介于入口段與中間段之間的照明區(qū)段稱為過渡段。其任務是解決從入口段高亮度到中間段低亮度的劇烈變化給司機造成的不適應現(xiàn)象，使之能有充分的適應時間。過渡段由TR1,TR2,TR3三個照明段組成。各段照明要求和設計如下：①TR1過渡段亮度計算：基本照明于中間段相同，加強照明由250W功率的加強燈間距2m對稱排列布置，TR1過渡段長度根據規(guī)范取106m。②TR2過渡段亮度計算：基本照明與中間段相同，加強照明由功率為250W的加強燈組成，對稱排列布置，間距8m,均勻布置在基本照明之間，其長度按規(guī)范中規(guī)定取值為Dtr2=111m。③TR3過渡段亮度計算：采用基本照明，不設加強照明。本段長度取167m。馬林頭隧道設計本隧道為單向交通隧道，設置出口段照明，出口段長度取60m,亮度取中間段亮度的5倍。基本照明設置于中間段相同，加強照明為功率為400W的加強燈，設置數(shù)量與基本照明燈相同。中間段的照明基本任務是保證停車視距，中間段的照明水平與空氣透過率、行車速度以及交通量等因素有關。根據《公路隧道通風照明設計規(guī)范》,中間段照明為9cd/m2,中間段的照明選用功率為150W的夜燈(兼緊急照明，UPS供電),燈具對稱排列布置，燈具橫向安裝范圍為行車道左右5.5m處，安裝高度為距路面5.1m,縱向間距為5m,燈具縱向與路面保持水平，橫向傾角為10°。(5)洞外引道照明隧道洞外引道布燈長度與路面亮度按規(guī)范取值如下：長度取180m,路面亮度取2.0cd/m2。因此光源考慮采用150W低壓鈉燈，燈具間距7.2.3照明計算中間段照明計算：光源低壓鈉燈路面類型水泥砼路面功率路面寬度W=12.75m燈具燈具安裝方式對稱排列布置燈具利用系數(shù)燈具間距燈具光通量燈具養(yǎng)護系數(shù)M=0.7燈具布置系數(shù)本設計為對稱布置N=2(1)路面平均水平照度計算：(2)路面亮度計算：根據《公路隧道通風照明設計規(guī)范》可知，對于水泥砼路面，平均亮度和平均照度馬林頭隧道設計之間的關系可按下式計算：本設計取換算系數(shù)為11,則有代入式(7-19)得：滿足規(guī)范要求7.2.4入口段照明計算本段照明有基本照明和加強照明組成，基本照明的照度和亮度與中間段相同，加強段照明計算見表7-8:表7-8入口段照明計算表光源高壓鈉燈路面類型水泥砼路面功率路面寬度W=12.75m燈具燈具安裝方式對稱排列布置燈具利用系數(shù)燈具間距燈具光通量燈具養(yǎng)護系數(shù)M=0.7燈具布置系數(shù)本設計為對稱布置N=2用上述方法可計算加強照明對路面平均水平照度為：路面亮度為：基本照明亮度與加強照明亮度的疊加值為：滿足規(guī)范要求7.2.5過渡段照明計算：(1)TR段照明計算：馬林頭隧道設計與入口段照明計算方法相同，基本照明段與中間段相同，加強段照明計算資料見表表7-9過渡段TR1照明計算表光源高壓鈉燈路面類型水泥砼路面功率路面寬度W=12.75m燈具燈具安裝方式對稱排列布置燈具利用系數(shù)燈具間距燈具光通量燈具養(yǎng)護系數(shù)M=0.7燈具布置系數(shù)本設計為對稱布置N=2加強照明對路面平均水平照度為：路面亮度為：基本照明亮度與加強照明亮度的疊加值為：L=54.902+9.982=64.884cd/m2>60.75cd/m2滿足規(guī)范要求(2)TR?段照明計算：與入口段照明計算方法相同，基本照明段與中間段相同，加強段照明計算資料見表7-10表7-10過渡段TR2照明計算表光源高壓鈉燈路面類型水泥砼路面功率路面寬度W=11.0m燈具燈具安裝方式對稱排列布置燈具利用系數(shù)燈具間距燈具光通量燈具養(yǎng)護系數(shù)M=0.7燈具布置系數(shù)本設計為對稱布置N=2L=13.725+9.982=23.707cd滿足規(guī)范要求(3)TR?段照明計算：由中間照明的計算可知本段照明的設置滿足要求。7.2.6出口段照明計算與入口段照明計算方法相同，基本照明段與中間段相同，加強段照明計算資料見表光源高壓鈉燈路面類型水泥砼路面功率路面寬度W=12.75m燈具燈具安裝方式對稱排列布置燈具利用系數(shù)燈具間距燈具光通量燈具養(yǎng)護系數(shù)M=0.7燈具布置系數(shù)本設計為對稱布置N=2(2)隧道施工用電由附近鄉(xiāng)鎮(zhèn)高壓電引接，接線長約3.5km,在隧道出口安裝一臺(3)施工用水：根據現(xiàn)場條件，馬林頭隧道出口附近沒有可供水源的天然河流，(4)施工用風：在隧道出口設供風站一處，內設電動空壓機1臺。(5)三管兩線布置：綜合施工現(xiàn)場實際情況，將高壓風管、高壓水管、通風管布采用36V安全電壓。(6)砼工廠：在隧道進口設2臺JS500(7)必須做好臨時交通便道，便于同外界交通，以及各種材料的運輸。8.2施工設計8.2.1總體方案和部署(1)馬林頭隧道開挖采用光面爆破，應控制好爆破用藥量，減少對圍巖的擾動，(2)初次支護緊跟開挖面，爆破以后立即對圍巖進行初噴、打設錨桿、掛鋼筋網、初噴厚度不小于4mm,噴射砼分1~3次復噴達到設計要求，并覆蓋鋼筋網和錨桿露頭。(4)初期支護達到設計要求后的地段距開挖面的距離不得大于10m。(6)加強施工監(jiān)控量測工作，及時掌握圍巖襯砌的應力、應變狀態(tài)。量測信息應(1)在場地清理時，先清理洞口上方及側面有可能滑塌的表土、樹木、山坡危(2)按洞門設計上的邊、仰坡坡率放線，人工自上而下逐段開挖邊、仰坡，打(3)隧道出口為柱式洞門，洞門墻后土壓力較大，必須按設計的洞門圖紙精確(1)從上向下分臺開挖臨時邊坡、仰坡，人工開挖，邊坡開挖線設為1:0.3,仰(2)施作兩側邊墻結構，根據設計圖紙嚴格操作，進行邊墻襯砌施工。(3)施作拱圈結構，明洞襯砌其拱圈要按斷面要求，制作定型擋頭板，內、外模(4)作防水層及回填，在襯砌達到設計強度的70%左右時進行回填，邊墻墻背采7°,最低回填高度設為1.5m?；靥钔帘M量做到對稱，防止產生偏壓，如回填土高度與8.2.4暗洞施工8.2.4.1開挖方式表8-1各級圍巖開挖方法圍巖級別開挖方式施工順序Ⅲ正臺階法上半部開挖一拱部初期支護一下半部中央部分開挖—邊墻部分開挖—邊墻初期支護一二次支護短臺階法雙側壁導坑開挖先行導坑上部開挖一先行導坑下部開挖一先行導坑錨混凝土一澆筑全周襯砌(1)正臺階開挖時上臺階一般超前50m,上臺階鉆孔可以與下臺階出渣平行作業(yè)，(2)短臺階開挖進尺控制在5m以內，開挖后及時支撐與支護待拱圈混凝土達到設(3)雙側壁導坑開挖進尺控制在10m以下，必須作好超前支護后再進行開挖，開挖8.2.4.2掘進方法(1)爆破設計①鉆爆參數(shù)的確定圍巖級別炮眼直徑炮眼深裝藥不偶合系數(shù)D周邊眼間距E(cm)周邊眼最小抵抗線V相對距離周邊眼裝藥集中度q(kg/m)Ⅲ②爆破器材的選用秒雷管采用振速的60%,并利用雷管自身的誤差進行降振。導爆管：采用普通、抗水的③炮眼設計置在開挖中心線左側1.0m,高度為1.2m的位置。掏槽眼深度比其他炮眼深0.2m。b周邊眼d其它炮眼：采用橫向間距0.8m,豎向間距1m。1—掏槽眼2—周邊眼3—輔助眼4—底板眼圖8.1炮眼布置圖④鉆孔c嚴格控制炮眼間距，誤差不得大于6cm,方向相互平行，嚴禁相互交錯，炮眼利8.2.4.3出渣與運輸(1)裝渣設備能在隧道開挖斷面內發(fā)揮高效率，其裝渣能力應與每次開挖土石方(2)機械裝渣作業(yè)應嚴格按操作規(guī)程進行，不得損壞已有的支護及臨時設備。在(3)卸渣作業(yè)應根據棄渣場地形條件、棄渣利用情況、車輛類型，妥善布置卸渣(4)卸渣場地應修筑永久排水設施和其他防護工程，確保地表徑流不致沖蝕棄渣(5)因隧道長度較長，開挖中應采用有軌運輸，減少機械的煙霧排放量。8.2.4.4初期支護施工(1)檢查錨桿材料、類型、規(guī)格、質量以及性能是否與設計相符；按設計要求截(2)鉆孔前必須根據設計要求定出孔位，作出標記，孔位允許偏差為±15mm,孔深允許偏差為±50mm,孔徑大于桿體直徑15mm。(3)鉆孔要求圓且直，鉆孔方向盡量與巖層主要結構面垂直。(4)砂漿配合比為：水泥：砂：水=1:1.5:0.5,砂的最大粒徑為3mm。砂漿必(5)灌漿作業(yè)中，注漿管應插至距孔底為5cm左右，隨水泥砂漿的注入緩慢勻速灰骨比：1:4,骨料含砂率：50%,水灰比：0.4。(5)隧道噴射混凝土厚度>5cm時，分兩層作業(yè)。第二次噴射混凝土如在第一層(6)噴射混凝土終凝2小時后，進行噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于14天，噴射混(7)在有水地段，噴射混凝土采取以下措施：D鋼拱架安裝襯砌配合使用，馬林頭隧道洞口段，格柵鋼拱架縱向間距1.0榀/m,格柵鋼拱架間沿縱(1)制作加工(2)鋼架架設工藝要求(3)沿鋼拱架外緣每隔2m用鋼楔或混凝土預制塊楔緊。(4)鋼拱架底腳置于牢固的基礎上。鋼拱架盡量密貼圍巖并與錨桿焊接牢固，鋼(5)鋼拱架與噴混凝土應形成一體，鋼拱架與圍巖間的間隙用噴混凝土充填密實；(6)其它注意事項：f確保初噴質量，拱架在初噴5cm后架立。8.2.2.5二次襯砌施工(1)鋼筋施工(2)拱墻襯砌混凝土施工表8-3混凝土襯砌施工作業(yè)程序圖序號施工步驟1初期支護初期支護1.仰拱每節(jié)長6-8m,并立端頭模板2.澆注仰拱混凝土21.施作拱邊墻防水層(用工作臺車)2.綁扎拱、墻鋼筋31.驗收防水層及鋼筋2.鑿毛施工縫，清洗干凈3.臺車就位，并檢查尺寸達到設計要求4.灌注混凝土(3)注漿回填(4)仰拱(填充、底板)施工第90頁共153頁施工干擾及仰拱混凝土在未達到要求強度之前承受荷載的問題，采用仰拱棧橋進行施工。移動仰拱棧橋示意圖見8.3。開挖出碴區(qū)仰拱施工區(qū)仰拱已施工區(qū)圖8.2移動仰拱棧橋示意圖壓風將隧底吹洗干凈，超挖應采用同級混凝土回填；仰拱超前拱墻二次襯砌，其超前距離保持3倍以上襯砌循環(huán)作業(yè)長度；底板、仰拱的整體澆筑采用防干擾作業(yè)平臺保許行人通行，填充混凝土強度達到設計強度的100%后允許車輛通行。(6)沉降縫和施工縫處理(7)二次襯砌混凝土強度達到2.5mPa時，進行拆模。(8)洞內防水板、土工布施工(9)路面路基施工(10)管棚鋼架超前支護施工各施工段圍巖情況而定，外插角2°,管棚間搭接長度為2m。8.2.5隧道施工現(xiàn)場的監(jiān)控量測(1)監(jiān)測項目的確定，監(jiān)測手段、儀表和工具的選擇。(2)施測部位和測點布置的確定。(3)實施計劃的制定，包括測試頻率的確定。表8-3監(jiān)控量測項目及頻率表序號1～15天16天～1個月大于3個月1地質和支護狀況觀察每次爆破后進行觀察2周邊位移1～2次/天1次/2天1次/周1～3次/月3拱頂下沉1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月4地表下沉開挖面距量斷面前后<2B時，1～2次/天開挖面距量斷面前后<5B時，1次/2天開挖面距量斷面前后>5B時，1次/周5圍巖體內位移(洞內設點)1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月6圍巖體內位移(地表設點)7圍巖壓力及兩層支護間壓力1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月8及裂縫量測1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月9爆破震動速度安全監(jiān)測1～2次/天1次/2天1～2次/周1～3次/月表8-4測項目數(shù)量表單位數(shù)量系統(tǒng)錨桿軸力監(jiān)測斷面9拱頂三點沉降斷面圍巖壓力斷面3鋼支撐內力斷面3層間支護壓力斷面6支護襯砌內力、表面應力及裂縫斷面6圍巖內部多點位移斷面18.2.5.3工程地質與支護狀況的觀察(1)隧道地表沉降量測第93頁共153頁地表沉降縱向量測區(qū)長度，見圖8.4,沿隧道縱向間距5～50m,埋深越淺，間距越小。地表沉降量在橫斷面上的測點布置，見圖8.5。測量區(qū)間測量區(qū)間工上臺階上臺階圖8.5地表沉降量測在橫斷面上的測點布置(2)隧道凈空變化(收斂)量測隧道周邊收斂量測和拱頂下沉量的測點布置在同一斷面內，量測斷面的間距一般取收斂量測的基準，視圍巖條件選擇為3條。如圖8.6所示。位移量測是采用隧道凈寬變化測定計(收斂計)進行。圖8.6收斂量測得基線(3)圍巖內部位移量測圖8.7圍巖內部位移量測測孔布置參考文獻[1]覃仁輝主編，隧道工程[M],重慶大學出版社，2001.12;[2]王毅才主編，隧道工程[M],人民交通出版社，2000.8;[5]陶龍光巴肇倫編著,城市地下工程[M],科學出版社，1996.11;[9]黃成光主編，公路隧道施工[M],人民交通出版社，2001.8;[9]呂康成主編，公路隧道運營設施[M],人民交通出版社，1998.7;[10]王海亮主編，鐵路工程爆破[M],中國鐵道出版社，2001.3;[11]EinarBroch,ChrisRogers致謝馬林頭隧道設計附錄A襯砌內力計算IV、V級圍巖各斷面襯砌內力計算過程如下：A.1IV級圍巖正常斷面襯砌內力計算計算圖示如下(1)襯砌幾何尺寸軸的夾角θ|=54.0205,0?=54.2403°,截面厚度d=0.5m。馬林頭隧道設計(3)各分塊截面中心幾何要素各分塊截面中心幾何要素計算原理見5.4.3,結果見單位位移計算表。(4)主動荷載下的內力計算表A1單位位移計算表截面aXydI積分系數(shù)1/3000100001134267234244262534643273848222919411馬林頭隧道設計第99頁共153頁計算精度校核為：角度閉合差△≈0。②載位移根據《公路隧道設計規(guī)范》IV級圍巖中二次襯砌承擔30%的外荷載，則每一個分塊上的作用力：b?=1.04,b?=0.88,b?=0.65,bg=0.35,b?h?=0.92,h?=1.08,h,=1.25,h?=1.36,h?=1.41,表A2外力及相應力臂截面集中力力臂QGE0000000第100頁共153頁123截面集中力力臂QGE45678900表A3M°計算表截面-Qa?-Ga?0000000001000023456789截面00100000123456789主動荷載產生的彎距校核為：馬林頭隧道設計主動荷載位移計算如下：表A5主動位移計算截面積分系數(shù)1/30001000114223442546274829411計算精度校核如下：馬林頭隧道設計第103頁共153頁閉合差為0。③墻底位移計算單位彎距作用下的轉角：主動荷載作用下的轉角：④解力法方程力法方程系數(shù)如下：a??=δ?+β=(44.110+240a??=δ?+fβ=(141.864+8.8175×24a??=δ?2+f2β=(784.565+8.81752×將各系數(shù)代入式(5-12),得出立法方程式如下：解方程得：⑤計算各截面內力表A6彎距計算表截面00第104頁共153頁1234續(xù)表A6截面M56789表A7軸力計算表截面N00123456789(5)彈性抗力作用下的內力計算第105頁共153頁抗力上零點設在截面5,a,=α?=46.104°,抗力最大值設在截面8,由以上計算得出相關數(shù)據如下cosa?=0.6934,cosa?=0.561,cosa?=0.3589,y,、y,直接在計算圖示上量取得到：y?=1.4095,y?=2.8077,計算得截面9的抗力值為：σ?=0.748o,。取μ=0.3,將以上計算列入下表：截面△S外θR5000001006374817950②計算單位抗力及其相應的摩擦力在基本結構中產生的內力截面6756第106頁共153頁⑨⑨k8984491176376810675在計算圖示上量取各截面軸線與水平線的夾角α,由此計算N。,截面64738291⑤單位抗力及相應摩擦力產生的載位移截面積分系數(shù)1/36274829411馬林頭隧道設計計算精度校核為：閉合差為0。單位抗力及相應摩擦力作用下的轉角：ag=△o+βa=(-79.09-3065.968得出單位抗力作用下的力法方程：解得⑥計算單位抗力作用下各截面內力單位抗力作用下的內力計算見下表：截面M0001020第108頁共153頁沙理工大孝3040506789截面N0010203040506789⑦最大抗力值求解截面積分系數(shù)01第109頁共153頁14223442546274800019(6)計算襯砌總內力截面MNe積分系數(shù)1/30600112542852352714472425285862463498282794873297884續(xù)表A151761∑20βa=M??βo=-0.895×240=-214.711×10-?(A8)fβa=-8.8175×214.711×10-?=-1893.214×10-6(A11)閉合馬林頭隧道設計—E7—E8—E9—E10(1)襯砌幾何尺寸(3)主動荷載作用下的內力計算表A16單位位移計算表截面aXydI積分系數(shù)1/30001000014223448259464427344874297(4658117角度閉合差為0。閉合差為0。每一個分塊上的作用力：豎向力：Q=qb,由計算圖示得出b,如下：b?=1.54,b?=1.51,b?=1.44,b?=1.34,b?=1.2,b?=1.04,b?=0.78,bg=0.4,b?=h?=0.97,h?=1.16,h=1.35,hg=1.49,h,=1.56,h自重力：G=d×△S×γ'=1.51105×0.5×25=18.888。各分塊上各集中力對下一截面的力臂由計算圖示量得，分別記為a?、ag、a?,M)計算如下表：截面集中力力臂QGE000000012345678900截面-Qa?00000000010000234567890截面00100000123456789主動荷載產生的彎距校核為：主動荷載位移計算截面000100011422344254627482941∑③墻底位移計算單位彎距作用下的轉角：a?=δ?+fβ=(169.343+9.9509×240)×10?=2471.15a?2=δ?+f2β=(1012.06+9.59092×ap=△p+β=(-85512.67-823579.815第117頁共153頁得出立法方程式如下：289.173×10-?xp+2471.159×10-?X?p-90902471.159×10-?Xp+23088.547×10-?x?p-83696⑤計算各截面內力截面M0012345678截面M9截面NN0012第118頁共153頁3456789(5)彈性抗力作用下的內力計算抗力上零點設在截面5,a?=α?=43.3446°,抗力最大值設在截面8,a?=a?=78.8777°,cosα?=0.7272,cosa?=0.5887,cosa?=0.4002,cosag=0.1929,y?=1.5623,y,=3.1139,計算得bh段各截面抗力值為：截面△S;外θR5004000100647481494第119頁共153頁04④計算單位抗力及其相應的摩擦力在基本結構中產生的內力截面67358712693684457031786在計算圖示上量取各截面軸線與水平線的夾角α,由此計算N。:截面697887967⑤單位抗力及相應摩擦力產生的載位移馬林頭隧道設計計算單位抗力及相應摩擦力產生的載位移如下：截面積分系數(shù)1/362748294111計算精度校核為：閉合差為0。⑥單位抗力及相應摩擦力作用下的轉角及立法方程的系數(shù)ag=△。+βa=(-110.306-3836.753⑦單位抗力作用下的力法方程：第121頁共153頁X=-3.487kN.m⑧計算單位抗力作用下各截面內力截面XM00010203040506789截面N0010203040506789⑨最大抗力值求解截面積分系數(shù)1/30114223442546274800019計算最大抗力如下：馬林頭隧道設計最大抗力值：(6)計算襯砌總內力截面MNe積分系數(shù)1/306433110242532359664495541250508646064624279240485529974951104根據拱頂截面的相對轉角和相對水平位移應為零的條件來進行驗算：馬林頭隧道設計閉合差△=0;fβa=-9.9509×299.358×閉合差△=0。A3V級圍巖深埋正常斷面襯砌內力計算計算圖式如圖A3,其計算原理與上述IV級圍巖各斷面計算一致，因此不在贅述，僅將計算結果列出。(1)襯砌幾何尺寸(2)半拱軸線長度S及分段軸長△S馬林頭隧道設計(4)主動荷載下的襯砌內力計算表A32單位位移計算表截面αXydI4-1積分系數(shù)1/3000100800118421823l844182528469822708348583293548891∑4角度閉合差△≈0。根據《公路隧道工程設計規(guī)范》,V級圍巖二次襯砌承擔70%的外荷載，故b?=1.19,,b?=1.06,b?=0.89,b?=0.66,b=0.36,b?h?=0.75,h?=0.94,h?=1.09,h=1.27,hg=1.38,h?=1.43截面集中力力臂QGE000000012345678900表A33M?計算表截面000000000150021324567890截面00100000123456789主動荷載產生的彎距校核為：第129頁共153頁③主動荷載位移計算表A35主動荷載位移計算表截面積分系數(shù)001000114223442546