JT2 公路隧道毕业设计-杨维钧 - 图文

本科毕业论文（设计）

论文（设计）题目： JT2号公路隧道设计

学 院： 贵州大学明德学院 专 业：＿ 交通土建方向 班 级：＿ 06152 学 号：＿ 062003101536 学生姓名：＿ 杨维钧 ＿

指导教师：＿ 刘远明 ＿

2010年 6 月 15 日

贵州大学本科毕业论文（设计）

诚信责任书

本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

特此声明。

论文（设计）作者签名：

日 期：

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目 录

摘要 ...................................................... V Abstract ................................................ VII 绪 论 ..................................................... 1 第一章 设计任务及原始资料 ................................. 2

1．1 设计任务及要求 ................................................ 2

1．1．1设计任务 ................................................... 2 1．1．2设计要求 ................................................... 2 1．1．3 毕业设计(论文)完成时应提交的文件 .......................... 2

1．2 设计原始资料 .................................................. 2

1．2．1线路条件和技术指标 ......................................... 2 1．2．2 工程地质和水文地质条件 .................................... 2 1．2．3 技术经济条件 .............................................. 3 1．2．4 施工方法 .................................................. 3 1．2．5 隧道洞身围岩分级 .......................................... 3 1．2．6 隧道稳定性分析评析和主要工程地质问题评价 .................. 4

1．3 设计指导提纲 .................................................. 5

1．3．1注意事项 ................................................... 5 1．3．2 主要设计内容及步骤 ........................................ 5 1．3．3设计成果 ................................................... 7 1．3．4设计的几点要求 ............................................. 8

第二章 隧道平面设计、纵断面设计 ................................... 9

2．1隧道平面设计 ................................................... 9

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2．1．1平面设计的一般要求 ......................................... 9 2．1．2隧道洞口选择 ............................................... 9

2．2隧道纵断面设计 ................................................ 10

2．2．1隧道纵断面设计的一般规定 .................................. 10 2.2.2 JT2号公路隧道纵坡 .......................................... 11

第三章 隧道结构横断面 .............................................. 12

3．1 隧道断面形状设计时需考虑的因素 ............................ 12 3．2 主要设计步骤 ................................................. 12 3．3 隧道建筑限界 ................................................. 12

3．3．1 隧道建筑限界的定义 ....................................... 12 3．3．2 一般规定 ................................................. 13 3．3．3 TJ2号公路隧道的建筑限界 .................................. 14

3．4 公路隧道横断面内轮廓 ........................................ 14

3．4．1 公路隧道横断面内轮廓概念 ................................. 14 3．4．2 公路隧道内轮廓的基本形式 ................................. 15

3．5 隧道衬砌结构的一般规定 ...................................... 15 3．6 复合式衬砌 .................................................... 16

3．6．1 复合式衬砌应符合的规定 ................................... 16 3．6．2 衬砌设计方法 ............................................. 16

3．7 JT2号公路隧道采用的复合式衬砌参数 ........................ 17 3．8 隧道洞身结构内力分析及检算 ................................. 18

3．8．1荷载的一般规定 ............................................ 18 3．8．2永久荷载 .................................................. 19 3．8．3可变荷载 .................................................. 20 3．8．4偶然荷载 .................................................. 21 3．8．5 隧道深浅埋划分的计算 ..................................... 21

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3．8．6各类围岩垂直压力及水平压力的计算 .......................... 22 3．8．7结构内力分析与检算输出结果 ................................ 24

第四章 洞口及洞门设计 ............................................ 42

4．1一般规定 ....................................................... 42 4．2隧道洞口两端路线的平纵横技术指标应符合以下规定： ........ 42 4．3洞口工程 ....................................................... 42 4．4 洞门工程 ...................................................... 43

4．4．1 一般要求 ................................................. 43 4．4．2 洞门实际构思时应考虑的原则 ............................... 43 4．4．3 洞门形式及方案比选 ....................................... 44

4．5 洞门构造要求及洞门位置确定 ................................. 45

4．5．1 构造要求 ................................................. 45 4．5．2 洞门位置确定 ............................................. 46

4．6 洞口与明洞防水与排水 ........................................ 46

4．6．1 一般规定 ................................................. 46 4．6．2 明洞防排水要求 ........................................... 47 4．6．3 JT2号公路隧道洞口及明洞防排水措施 ........................ 47

4.7 洞门尺寸拟定 ................................................. 47

4．7．1根据《设计规范》构造要求，初步拟定设计参数如下 ............ 47 4．7．2计算要求 .................................................. 48

4．8洞门计算 ....................................................... 48

4．8．1计算要求 .................................................. 48 4．8．2洞门厚度设计 .............................................. 48 4．8．3极限状态发计算洞门的承载力 ................................ 51

第五章 施工组织设计 ................................................. 54

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5．1 概念 ........................................................... 54 5．2 概述 ........................................................... 54 5．3 施工方案比选 ................................................. 55

5．3．1 施工方案选择所需要考虑的因素 ............................. 55 5．3．2 新奥法施工方法比选 ....................................... 55 5．3．3 明洞施工方法比选 ......................................... 56

5．4施工布置 ....................................................... 57

5．4．1 生产房屋和生产设施的布置 ................................. 57 5．4．2 生活房屋布置 ............................................. 58

5．5 总体施工方案 ................................................. 58 5．6 辅助施工措施设计 ............................................. 59

5．6．1 一般规定 ................................................. 59 5．6．2 JT2号公路隧道采用的辅助施工措施 .......................... 59

参考文献 .............................................................. 61 致谢 ................................................................... 62 附录A钢筋直径及重量查询表 ........................................ 63 附录B JT2号公路隧道结构设计图纸 ................................ 64

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JT2号公路隧道设计

摘要

根据毕业设计任务书给定的资料和要求，对 JT2 号公路隧道进行设计。设计的主要内容：隧道平纵横断面设计，衬砌结构断面设计及衬砌结构配筋，隧道防排水设计，洞门设计，隧道施工组织设计，工程量计算，洞口位置确定和洞门结构设计。

JT2 号公路隧道全长为 475米，围岩类别共 2 类，即 Ⅳ、Ⅴ 。衬砌结构采用复合式衬砌，洞门型式 端墙式 ，设计的施工方法为 新奥法 。

具体设计工作如下：

1．设计资料的收集及设计条件分析 2. 路线方案比较和选择 3、隧道几何设计

4. 围岩分级及围岩压力计算

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5. 隧道洞身衬砌设计 6．隧道洞身结构分析 7．工程量计算 8．施工组织设计 9. 隧道洞门设计 10．隧道防排水设计 11.洞口位置和洞口段设计

关键词：双车道；衬砌；设计；施工；公路隧道

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JT2 Highway tunnel design

Abstract

According to the book for a given design task graduation information and requirements of JT2 Highway tunnel design. The main design elements: vertical and horizontal tunnel section level design, lining and lining reinforcement section design, Waterproof and drainage design, Portal design, tunnel construction design, engineering calculation, the hole locations to identify and Portal Design.

JT2 Highway tunnel length of 475 m, rock type 2 categories, namely, Ⅳ, Ⅴ. Lining composite lining, Portal type side wall, the construction method for the design of new Austrian method.

Detailed design work is as follows:

1. Design data collection and analysis of design conditions 2. Line scheme comparison and selection 3, the geometric design of the tunnel 4. Rock Classification and Rock Pressure 5. Tunnel Lining Design hole body 6. Tunnel in Body Structure 7. Engineering Calculation 8. Construction Design 9. Tunnel Portal Design 10. Tunnel Drainage Design

11. The location and entrance hole design

Key words: Double Drive; lining; design; construction; highway tunnel

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绪 论

随着技术的不断发展和运营的需要，公路隧道趋势是越修越长、越修越宽，技术越来越难、越复杂。公路隧道的修建涉及到结构、防排水、岩土、地质、地下水、空气动力、光学、消防、交通工程、自动控制、环境保护、工程机构等多种学科，是综合复合技术，需要多学科进行联合研究、进行攻关。

目前，我国公路隧道修筑技术已有长足的发展，对围岩动态量测反馈分析技术，组合式通风技术，运营交通简易监控技术，新型防水、排水、堵水技术，围岩稳定技术，支护及衬砌结构技术等都有许多成功实例，其中大部分成果已处于国内领先水平，还有一些成果已达到国际先进水平。

在大规模的建设过程中，国内隧道建设也暴露出一些不足。首先是规范落后于现实。公路中的许多规范已经陈旧，编写规范的人多属脱离现场较长，深刻了解内在规律的人不多，理论不结合实际的多，因此，不要急于编规范。中国之大，隧道地处情况之复杂，变化很大，用一本规范是打不了天下的，所以，要看清目前规范的水平不高，不要急于功利，要在发展中去总结，有量的积累，才能有质的提高，才能有好的规范产生，当前，国家要求各行各业，每5年必须修改规范的原因也在于此。重视隧道动态设计、动态施工。

重视隧道设计前的水文地质调查、勘测的预设计（初步设计）工作，必须进行施工中的地质超前预提及变位量测工作，及时进行信息化反馈施工设计。这种动态设计、动态施工、动态管理是符合地下工程不确定性客观规律的，是克服施工中不确定性因素的重要手段，是确保安全、可靠、适用、优质建成工程的关键。

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第一章 设计任务及原始资料

1．1 设计任务及要求

1．1．1设计任务

根据所给工程原始资料，完成JT2号公路隧道的平纵黄断面设计，衬砌结构断面设计及衬砌结构配筋，隧道防排水设计，洞门设计，隧道施工组织设计，工程量计算，洞口位置确定和洞门结构设计及监控量测。 1．1．2设计要求

设计给定的时间内完成设计任务的所有内容，并达到以下要求：毕业设计说明书字数不少于3万字, 论文页数要求30页A4以上；图纸工作量A2图纸不少于2张， A3图纸不少于8张。

1．1．3 毕业设计(论文)完成时应提交的文件

1.设计图表： (1). 工程量清单

(2). 隧道纵断面图、黄断面图、平面图 2. 设计说明书

设计原始资料，设计依据，设计思想，方案论证，设计计算方法及过程。

1．2 设计原始资料

1．2．1线路条件和技术指标 （1）隧道对应的公路等级为一级。 （2）隧道设计车速80km/h。 （3）平面与纵断面：见给定图纸。 （4）限制坡度：3%。 （5）车道为单向双车道。 （6）隧道全长为475米。 1．2．2 工程地质和水文地质条件 见给定地质资料。

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1．2．3 技术经济条件 （1）建筑材料。

水泥和砂石：保证供应。 钢材：保证供应。 木材：保证供应。 （2）工程用水

工地附近有水源，能保证施工需要，水质对混凝土无侵蚀性。 （3）动力条件：可满足施工要求。 （4）施工机具：满足要求。

（5）施工技术力量及劳动力条件：可满足要求。 1．2．4 施工方法

本设计采用新奥法施工，即是应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时进行支护，控制围岩变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩及支护的量测、监控来指导隧道及地下工程设计施工的方法和原则。 1．2．5 隧道洞身围岩分级

1．隧道围岩特征 拟建隧道为岩质隧道。

YK28+110~155段，围岩为强、中风化灰岩，该段岩溶发育，节理裂隙发育，部分岩体被切割成块并剥落，岩体破碎，呈碎裂状、松散结构，岩质较硬。

YK28+155~320段，围岩为弱风化灰岩，岩体较完整~较破碎，中厚层状结构。 YK28+320~430段，岩石为金山向斜，弱风化灰岩，受构造向斜影响岩溶发育，节理裂隙发育，岩体破碎，呈碎裂状、松散结构，岩质较硬。

YK28+430~540段，围岩为弱风化灰岩，岩体较完整~较破碎，中厚层状结构。 YK28+540~585段，围岩为强、中风化灰岩，该段岩溶发育，节理裂隙发育，部分岩体被切割成块并剥落，岩体破碎，呈碎裂状、松散结构，岩质较硬。

2．隧道洞体围岩分段原则

为便于隧道围岩分级，对隧道围岩进行分段，分段原则：1)按隧道顶板以上1～2倍洞径至洞底板一下5m范围内岩性对围岩进行分段：2)对洞口考虑洞口浅埋、偏压、岩石风化

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程度等因素，将洞口埋深在弱风化岩体60.00m段按同样洞身围岩类别降低一级，具体分段情况及分段位置详见隧道设计线位综合工程地质剖面图。

3．隧道围岩级别划分依据 ① 岩石坚硬程度划分

根据隧道岩石力学性质试验资料，按岩石饱和抗压强度划分隧道围岩，花岗岩为较坚硬岩石。

② 岩石的完整程度

根据地质概况，隧址区主要处于弱—微风化的花岗岩中，结合程度一般，结构类型为块状或大块状，因此由声波测井成果表明，岩体较完整。

③ 岩体基本质量指标划分隧道围岩分级

岩体基本质量指标BQ应根据分级因素的定量指标Rc值Kv值按下式计算： BQ=90+3Rc+250Kv (2-1) 使用(1-1)时应遵守下列限制条件：

当Rc>90Kv+30时，应以Rc=90Kv+30和Kv代入计算BQ; 当Kv>0.04Rc+0.4时，应以Kv＝0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ。

隧道围岩以花岗岩为主，在局部地带可能发育基岩裂隙水，地下水呈滴状或线状，隧道区岩体基本质量指标应按修正值[BQ]进行分级。根据地下水影响修正系数K1、软弱结构面产状影响修正系数K2和初始应力状态影响修正系数K3，因此修正值[BQ]＝BQ-100(K1 +K2 +K3)。

4. 围岩分级

根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004) 中表 3.6.5，将不同地质情况地段划分为两类围岩，即Ⅳ、Ⅴ类围岩。

1．2．6 隧道稳定性分析评析和主要工程地质问题评价

YK28+110~155段，隧道围岩无自稳能力，易发生大塌方；打设φ42超前注浆小导管进行超前支护。

YK28+155~320段，围岩一般无自稳能力，可发生松动变形、小塌方，进而发展为中~大塌方，并雨季可能会发生岩溶管道突水。

YK28+320~430段，隧道围岩无自稳能力，易发生大塌方；打设φ42超前注浆小导管进行超前支护。

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YK28+430~540段，围岩一般无自稳能力，可发生松动变形、小塌方，进而发展为中~大塌方，并雨季可能会发生岩溶管道突水。

YK28+540~585段，隧道围岩无自稳能力，易发生大塌方；打设φ42超前注浆小导管进行超前支护。

1．3 设计指导提纲

1．3．1注意事项

(1) 认真阅读任务书、指导提纲及有关原始资料，明确设计条件和任务及具体要求； (2) 按照任务书所给定的条件，考虑设计中的技术问题并提出相应的技术措施； (3) 公路隧道设计应符合《公路隧道设计规范》（JTJD70-2004）的要求，根据公路等级、车道数目，选定隧道建筑限界，合理确定衬砌内轮廓线。设计中可参考公路隧道设计标准图。使用标准图时，应注意阅读图中的“设计说明”，了解其设计原则及意图，以便正确地选用；

(4) 设计图绘制应符合工程制图规范，以使毕业设计文件规范化。图纸应整洁、美观；

(5) 说明书应书写工整，文理通顺，条理清楚，要求有目录、章节，宜随设计进程陆续编写。

1．3．2 主要设计内容及步骤

1．设计资料的收集及设计条件分析 （1）设计的依据、规模及性质。

（2）隧道所在地区的有关政策、经济状况，包括客货运输要求、交通量及道路网、城市规划、当地政府及有关部门意见等。

（3）隧道所在地区的自然条件。包括所属的公路区自然区划、当地的自然地理、地质、水文、气候等资料。

（4）施工条件。包括当地的交通，水电供应，地材的储量、质量、分布和运输距离等情况。

2. 路线方案比较和选择

根据路线起终点和中间控制点，拟定若干路线方案（本次设计至少两个方案），认真分析地形、地质、水文气象、城乡规划以及投资能力等各方面因素，综合比较各方案

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的平纵线形、工程数量和投资，选用既满足使用要求又经济合理的路线方案。

3、隧道几何设计

合理安排隧道平、纵、横三方面的关系，定出隧道中线的确切位置，以满足隧道各项技术指标，保证良好的行车条件。 （1）定线和平面线形设计

选定线位，在选定的路线上，进行平曲线设计计算。 （2）纵断面设计

逐段确定道路纵坡，进行竖曲线设计及高程计算。 （3）横断面设计 设计标准横断面。

4.洞身衬砌和洞门结构初步设计

根据原始资料给定的线路条件、地形以及工程地质条件，初步设计隧道衬砌及洞门结构，位于曲线上的隧道应计算净空加宽值，公路隧道曲线加宽值的计算应符合《公路路线设计规范》（JTJD79-2004）的有关规定。

5. 隧道进出口里程设计

根据上述隧道结构，结合地质条件所决定的洞口边仰坡最大开挖高度和路基标高，遵照“早进洞，晚出洞”的原则，初步定出隧道进出口里程。在确定洞口位置的过程中，需要多次前后挪动洞口位置反复比选，以确定最为合理的位置。比选时应将洞门位置和洞门结构综合考虑，并就可能的方案(除一般隧道结构外尚有明洞，偏压，斜交等结构类型)进行比较。最后，按最佳方案改正原定的初步设计，将洞口里程确定下来。

6.洞口地段设计

布置洞口地段的排水系统(截水天沟等)，绘制洞口布置图及洞口相关工程设计图(挡墙、地表锚杆加固等)。

7.进行洞门结构设计

绘制洞门结构图，并应考虑洞门检查梯的布置。 8. 隧道衬砌结构设计

根据隧道和荷载类型的不同，设计不同衬砌形式。隧道支护结构包括临时支护与永久支护。一般，可按新奥法原理设计，采用复合式衬砌，以锚杆、喷射混凝土或钢筋网混凝土、刚拱架为初期支护，模构混凝土或钢筋混凝土为二次支护，在两次衬砌之间

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设PVC复合防水板作为防水层。

9. 隧道支护结构分析与计算

采用同济曙光公路隧道分析软件检算有关隧道衬砌结构。计算后应就计算成果进行分析，必要时修改设计重新计算。

10. 隧道结构总体布置

隧道结构总体布置绘制在隧道纵断面总布置图中，其主要内容有： (1). 隧道名称、全长，中桩里程；

(2). 不同围岩分界处里程、隧道进、出口里程、百米标、不同加宽分界点里程、不同衬砌分段里程、附属设备中心里程等；

(3). 进出口路面标高、纵断面变坡点标高、百米标标高；

(4). 不同衬砌类型、曲线加宽值及隧道中线偏移值、各段衬砌的长度等。同时要注意将地质较差地段的衬砌向地质较好地段延长5m以上，例如Ⅴ类围岩地段的衬砌应向与其相接的Ⅳ类围岩地段延长5m以上；

(5). 各不同围岩地段的施工方法等等。

绘制隧道纵断面总布置图，注意：图中应预留总工程数量表位置，以便将陆续算出的各工程数量汇总填入其中；里程一栏应标注有工程意义的里程； 地面标高一栏，应标注沿线路中线的山体地表面的地形变化点高程，以便对隧道总体埋深有一个量化的概念。

11.施工组织设计

确定隧道施工方案，对有关工序进行说明； 12.全面整理设计说明书及设计图，准备答辩提纲。 1．3．3设计成果

1.设计图表：

(1). 毕业设计具体应提供哪些图表，由指导老师在下达的毕业设计任务书中规定，但应满足最基本的设计要求，然后根据具体情况要求学生选做部分内容。

(2).图表规格说明：各类设计图纸，除路线平面绘制在所提供的地形图上外，微机绘图采用A3号图纸（420×297mm2）绘制，手绘图采用A2号图纸绘制。图纸应按隧道工程制图规范要求绘制。图题由指导教师统一规定。答辩后装订成册上交。

(3).设计手段：提倡使用计算机编制设计文件，但应该有少量手工设计图表；使用

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手工绘图制表者，必须有部分计算机辅助制图的成果资料或者自编一定数量的有关毕业设计内容的电脑计算软件。

2. 设计说明书

按照设计内容，详细说明设计依据，设计思想，方案论证，计算方法及过程。各种计算书（例如隧道结构计算）应内容完整，过程清楚，装订成册，作为毕业设计文件附件和设计文件同时提交。 1．3．4设计的几点要求

1. 根据设计任务的要求，认真做好设计前的准备工作。 2. 设计必须在指导教师的指导下独立完成，不得抄袭。

3. 完成设计任务书规定的设计任务，提交规定的设计成果，经指导教师检查合格后方能参加答辩。

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第二章 隧道平面设计、纵断面设计

2．1隧道平面设计

隧道内的路中心线是整个线路中心线的一个区段,设计时，首先满足整个线路的各种技术指标，而隧道内的环境比露天要差，无论汽车运营还是维修养护，都处于不利条件下， 所以，在设计隧道内的线路时，除遵照露天线路所规定的技术指标以外，为了适应隧道的特点还要附加一些技术要求。 2．1．1平面设计的一般要求

很明显，线路是越直越好。线路顺直，则距离短，行车速度快，在隧道内，就更是这样。隧道位于曲线上将有以下缺点：

曲线隧道的建筑界限需要加宽开尺寸相对加大，不但加大了开挖土石方数量。也增加了衬砌的圬工量。曲线上，隧道断面是变化的，不同断面上的支护和衬砌尺寸不一致，因而施工时技术上较直线复杂。因为洞身弯曲，洞壁对汽车的阻力大，使通风条件变差。由于曲线关系，洞内进行施工测量时，操作变的复杂，精度也有所降低。曲线隧道的维修养护工作条件不如直线隧道，而反向曲线隧道的条件比曲线隧道的更差。

隧道线路的选择必须结合地形、地质条件对诸多因素综合研究，全面分析，以选定既节省工程量又利于隧道运营的方案。隧道对应的公路等级为一级，原则上应服从线路的基本走向，路、隧、桥综合考虑。

综合以上各个因素，在地形图上选定出隧道的平面线形，见隧道平面图。 2．1．2隧道洞口选择

隧道位置选定后，隧道长度由它的两端洞口位置确定，洞口是隧道的咽喉，隧道洞口位置的选择是隧道勘测的重要环节之一，洞口位置的好坏，将直接影响隧道施工、造价、工期和运营安全。洞口位置选择是否合理，将对隧道的施工工期、造价、运营安全产生重要影响。所以隧道线路的设计中，洞口位置的选择是一项重要的工作。

理想的洞口位置应选在地质条件良好，地势开阔，施工方便，技术、经济合理之处。隧道洞口不宜设在滑坡、坍塌、岩堆、危岩落石、泥石流等不良地质及排水困难的沟谷低洼处或不稳定的悬崖陡壁下，应遵循“早进晚出”的原则，合理选定洞口位置，避免

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在洞口行成高边坡和高仰坡。

综上各个原则和要求，在隧道平面上确定出隧道的进出口洞口位置。

2．2隧道纵断面设计

隧道纵断面是隧道中心线展直后在垂直面上的投影。隧道内线路坡度可设置为单面坡或人字坡两种。

2．2．1隧道纵断面设计的一般规定

隧道内纵断面线形应考虑行车安全性，运营通风规模，施工作业效率和排水要求，《公路隧道设计规范》（JTG D70 —2004）得隧道纵坡不小于0.3%一般情况不应大于3%；受地形等条件限制时，高速公路、一级公路的中短隧道可适当加大，但不宜大于4%；短于100m的隧道纵坡可该公路隧道外路线的指标相同。当采用较大纵坡时，必须对行车安全、通风设备和运营费用、施工效率的影响等作充分的技术经济综合论证。

隧道纵坡形式有：单坡和人字坡。（如图2.1）

单坡人字坡

图2.1 隧道纵坡形式

（1） 单坡多于线路紧坡地段或是展线的地区，因为单坡可以争取高程，当隧道处于单

坡上时，两洞口的高差较大，由此产生的气压差和热位差就能促进进洞的自然通风，在施工过程中，低位洞口有利挖掘废渣的运出，运输动力消费低，产生的废气少，水也自然的顺坡道排出；而高位洞口不利，因其是向下坡方向掘进，出渣、排水不便车辆排除废气多。

（2） 隧道内的纵坡变换不益过大、过频，以保证行车安全视距和舒适性。纵坡变更的

凸形竖曲线和凹形竖曲线的最小半径和最小长度应符合《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004），见表2.1设计时速为80km/h隧道内竖曲线最小半径和最小长度。

表2.1竖曲线最小半径和最小长度（m）

凸形竖曲线半径 一般值 极限值 凹形竖曲线半径 一般值 极限值 竖曲线长度

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4500 3000 3000 2000 70 2.2.2 JT2号公路隧道纵坡

根据隧道所在公路的总体高程要求及地质条件等综合情况，JT2号公路隧道采用单坡隧道，采用纵坡为1.3%。

隧道的设计高程见隧道的纵断面图。

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第三章 隧道结构横断面

3．1 隧道断面形状设计时需考虑的因素

(1) 隧道的内轮廓必须符合隧道建筑限界，结构的任何部位都不应侵入限界以内。还应考虑洞内排水、通风、照明、监控、营运管理等附属设施所需要的空间，并考虑土压影响、施工等必要的富余量，使确定的断面形式及尺寸，达到安全、经济、合理。

(2) 采用的施工方法能确保断面形状及尺寸有利于隧道的稳定。

(3) 从经济观点出发，内轮廓线应尽量减小洞室的体积，即使土石开挖量与圬工砌筑量为最省。因此，内轮廓线一般紧贴限界。但其形状又不能如限界般曲折，要平顺圆滑，以使结构在受力及围岩稳定方面均处于有利条件。

(4) 结构的轴线应尽可能符合在荷载作用下所决定的压力线。

3．2 主要设计步骤

衬砌断面结构设计大致可分为以下四个步骤： (1) 确定隧道类型，选定相应建筑限界； (2) 根据围岩类别初步拟定截面形状和厚度；

(3) 编制计算机程序，对拟定的各种衬砌断面方案分别进行优化计算比较，得出它们面积最小时所对应的断面几何参数；

(4) 应用结构分析程序，对得出的衬砌结构断面最优解进行力学检算，并对有关结果做出评价。

3．3 隧道建筑限界

3．3．1 隧道建筑限界的定义

隧道建筑限界，即为保证行车安全的所必须提供的最小界限，在隧道建筑限界内，不得有任何部件侵入，公路隧道建筑限界，如图3.1所示：

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图3.1公路隧道建筑限界示意图（单位：cm）

注：H—建筑限界高度；Ll—左侧向宽度，Lr—右侧向宽度；c—余宽；J—检修道宽度；R—人行道宽度；El—建筑限界左顶角宽度，El=Ll；Er—建筑限界右顶角宽度，当Lr<=1m时，Er=Lr，当Lr>1m时，Er=1m。 3．3．2 一般规定

(1) 隧道建筑限界高度，一级公路取5.0m。 (2) 当设置检修道或人行道时，不设余宽。 (3) 隧道路面横坡一般可采用1.5%~2.0%。

(4) 当路面采用单面坡，建筑限界底边线应与路面重合。 各参数取值最小宽度应符合表3.1：

表3.1公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度（单位：m）

公路等级 设计速 度 Km/h 车 道 宽 度 w 侧向宽L 余 宽 左侧 右侧 Ll Lr C 人行道 C R 检修道J 隧道建筑限界净宽 设检设人不设检修修 道 行 道 人行道 左侧 右侧 高速120 公路 100 3.75×2 0.75 1.25 3.75×2 0.50 1.00 0.75 0.75 11.00 0.75 0.75 10.50

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80 一级公路 60 3.75×2 0.50 0.75 3.50×2 0.50 0.75 0.75 0.75 10.25 0.75 0.75 9.75 3．3．3 TJ2号公路隧道的建筑限界

由以上条件可确定JT2号公路隧道的建筑限界，详见图3.2。由表3.1知，隧道不设余宽。隧道道路路面横坡取1.8%。

50750754005002507550750307575250400

图3.2 JT2号公路隧道建筑限界图（单位：cm）

3．4 公路隧道横断面内轮廓

3．4．1 公路隧道横断面内轮廓概念

隧道横断面形状设计时需考虑的因素

（1） 隧道的内轮廓除应符合隧道建筑限界的规定外，还应考虑洞内排水、通风、照明、监控、营运管理等附属设施所需要的空间，并考虑土压影响、施工等必要的富余量，使确定的断面形式及尺寸，达到安全、经济、合理。

（2）从经济观点出发，内轮廓线应尽量减小洞室的体积，即使土石开挖量与圬工砌筑量为最省。因此，内轮廓线一般紧贴限界。但其形状又不能如限界般曲折，要平顺圆滑，以使结构在受力及围岩稳定方面均处于有利条件。

（3）结构的轴线应尽可能符合在荷载作用下所决定的压力线。

（4）在确定隧道净空断面时，应尽力选择净断面利用率高、结构受力合理的衬砌形式。

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3．4．2 公路隧道内轮廓的基本形式

我国公路隧道建设规模扩大，各地在设计隧道横断面时标准不统一，隧道轮廓有采用圆形衬砌断面、直墙式衬砌断面及曲墙式衬砌断面。在JT2号公路隧道中，我采用了曲墙式衬砌断面作隧道的横断面形式。其中JT2号公路隧道两车道曲墙式三心园隧道内轮廓如图3.3：

图3.3 两车道三心圆内轮廓示意图

3．5 隧道衬砌结构的一般规定

公路隧道应作衬砌，根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用要求可分别采用喷锚衬砌、整体式衬砌、复合式衬砌。高速公路、一级公路、二级公路的隧道应采用复合式衬砌；三级和三级以下公路隧道，在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下，隧道洞口段应采用复合式衬砌或整体式衬砌，其他段可采用喷锚式衬砌。

JT2号公路隧道是一级公路上的隧道，所以应采用复合式衬砌。

隧道衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、支护结构、施工条件等，并应充分

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利用围岩的自承能力。衬砌应有足够的强度和稳定性，保证隧道长期安全使用。

衬砌设计应符合下列规定：

(1) 衬砌断面宜采用曲边墙拱形断面。 (2) 隧道围岩较差地段应设仰拱。

(3) 隧道洞口段应设加强衬砌。一般情况下两车道隧道应不小于10m，三车道隧道应不小于15m。

(4) 围岩较差地段的衬砌应向围岩较好地段延伸5~10m。

(5) 偏压衬砌段应向一般衬砌段延伸，延伸长度应根据偏压情况而定，一般不小于10m

3．6 复合式衬砌

复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式。 3．6．1 复合式衬砌应符合的规定

(1) 初期支护宜采用锚喷支护。其中喷射混凝土厚度不应小于50mm，不宜大于300mm。锚杆支护主要采用全长粘结型锚杆中的普通水泥砂浆锚杆。

(2) 二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连接圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。

(3) 在确定开挖断面时，除应满足隧道净空和结构尺寸外，还应考虑初期支护并预留适当的变形量。预留变形量的大小可根据围岩级别、断面大小、埋置深度、施工方法和支护情况等，采用工程类比法预测。无预测值时可参照表3.2（摘自《公路隧道设计规范》）选用，并根据现场监控量测结果进行调整。 3．6．2 衬砌设计方法

复合式衬砌可采用工程类比法进行设计，并通过理论分析进行验算。初期支护及二次衬砌的支护参数可参照表3.3（摘自《公路隧道设计规范》）选用。

表3.2 预留变形量（mm）

围岩级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 两车道隧道 — — 20～50 围岩级别 Ⅳ Ⅴ Ⅵ 两车道隧道 50～80 80～120 现场量测确定 表3.3 两车道隧道复合式衬砌的设计参数

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初期支护 围岩级别 喷射混凝土厚度(cm) 拱部、边墙 Ⅰ 5 仰拱 锚杆(m) 钢筋网 位置 长度 间距 钢架 二次衬砌厚度(cm) 拱、墙 混凝土 仰拱 混凝土 — 局部 2.0 2.0～2.5 — — — — 局部 ＠25×25 拱、墙 — — 30 30 — — Ⅱ 5～8 — 局部 Ⅲ 8～12 — 拱、墙 2.0～3.0 1.0～1.5 — 35 — Ⅳ 12～15 — 拱、墙 2.5～3.0 1.0～1.2 ＠ 拱、墙 35 25×25 拱、墙 拱、＠ 墙、仰45 20×2拱 0 35 Ⅴ 15～25 — 拱、墙 3.0～4.0 0.8～1.2 45 Ⅵ 通过试验、计算确定 3．7 JT2号公路隧道采用的复合式衬砌参数

JT2号公路隧道所采用的复合式衬砌参数如下表所示：

表3.4 预留变形量（mm） 围岩级别 Ⅳ

两车道隧道 60

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Ⅴ 100 表3.3 两车道隧道复合式衬砌的设计参数

初期支护 围岩级喷射混凝土厚度(cm) 仰拱 位置 锚杆(m) 钢筋网 长度 间距 拱、墙 Ⅳ 15 — 拱、墙 2.5 1.0 钢架 二次衬砌厚度(cm) 拱、墙 仰拱 混凝混凝土 土 别 拱部、边墙 ＠ 8 拱、墙 45 25×25 拱、墙 拱、墙、＠8 60 仰拱 20×20 45 Ⅴ 20 — 拱、墙 3.0 0.8 60 3．8 隧道洞身结构内力分析及检算

3．8．1荷载的一般规定

隧道结构上的荷载按表3.4分类：

1）、 隧道荷载应根据隧道所处的地形、地质条件、埋置深度、结构特性和工作条件、施工方法、相邻隧道间距等因素决定。施工中如发现与实际不符，应及时修正。对于地质复杂的隧道，必要时应通过实地测量确定。

2）、在隧道结构上可能同时出现的荷载，应按照承载能力和满载正常使用的检验分别进行组合，并按最不利组合进行设计。

3）、明洞荷载组合应符合下列规定：

（1）、计算明洞顶回填土压力，当有落石危险须检算冲击力时，可只计算洞顶实际填土重力和落石冲击力的影响，不计塌方堆积土石重力。

（2）、当明洞上方与公路立交时，应考虑公路车辆荷载。公路车辆荷载计算应按《公路工程技术标准》（JTG BO1）的有关规定执行。

表3.4 隧道荷载分类

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编号 1 2 3 荷载分类 围岩压力 土压力 结构自重 永久荷载 结构附加恒载 荷载名称 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 偶然荷载 15 可 变 荷 载 其它 可变 荷载 混凝土收缩和徐变的影响力 水压力 基本 公路车辆荷载，人群荷载 可变 立交公路车辆荷载及其所产生的冲击压力、土压力 荷载 立交铁路列车活载及其所产生的冲击压力、土压力 立交渡槽流水压力 温度变化的影响力 冻胀力 施工荷载 落石冲击力 地震力 注：编号1～10为主要荷载；编号11、12、14为附加荷载；编号13、15为特殊荷载。 （3）、当明洞上方与铁路立交时，应考虑列车活载。列车活载应按照铁路标准活载的有关规定计算。

4)、《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）所列之外的特殊荷载，在荷载设计计算与组合时应作特殊处理。 3．8．2永久荷载

1）、隧道结构自重可按结构设计尺寸及材料标准重度计算，结构附加恒载一般应按实际情况计算。

2）、Ⅰ～Ⅳ级围岩中的深埋隧道，围岩压力为主要形变压力，其值可按释放荷载计算。释放荷载可按《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）附录D的公式确定。

3）、Ⅳ～Ⅵ级围岩中深埋隧道的围岩压力为松散荷载时，其垂直均布压力及水平压力可按下列公式计算：

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（1）、垂直均布压力按式（4-1）计算。

q??hh?0.45?2S?1? (3-1)

式中：q——垂直均布压力(kN/m2)； ?——围岩重度（kN/m3）； S——围岩级别； ?——宽度影响系数，??1?i(B?5)； B——隧道宽度（m）； i——B每增减1m时的围岩压力增减率，以B=5m的围岩垂直均布压力为准，当B<5m时，取i=0.2；B>5m时，取i=0.1。 （2）水平均布压力按表3-5的规定确定。

表3.5 围岩水平均布压力

围岩级别 水平均布压力e Ⅰ、Ⅱ 0 Ⅲ <0.15q Ⅳ Ⅴ Ⅵ (0.5～1.0)q (0.1～0.3)q (0.3～0.5)q 注：应用式（3-1）及表3.5时，必须同时具备下列条件：

①H/B<1.7,H为隧道开挖高度（m），B为隧道开挖宽度（m）。 ②不产生显著偏压及膨胀力的一般围岩。

4）、隧道浅埋围岩压力可按《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）附录E确定。 5）、隧道可能产生偏压时，应根据产生偏压的状态和程度采取相应的治理措施，当预期不能消除偏压影响时，应在荷载组合与分布中加以考虑。作用于隧道衬砌上的偏压力，应视地形、地质条件以及围岩覆盖厚度确定。偏压隧道的围岩压力可按附录F确定。

6)、计算明洞的回填土压力，其填料的物理力学指标，无试验资料时可按表3.6采用。回填土石所产生的土压力可按附录G确定。

7）、作用于洞门墙墙背的主动土压力可按库伦理论计算，当墙背后仰斜或直立时，土压力采用水平方向，其值可按附录H确定。 3．8．3可变荷载

1）、明洞上公路车辆荷载及其所产生的冲击力、土压力应按照现行《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60）的有关规定计算。

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2）、明洞上立交铁路列车活载及其所产生的冲击力、土压力应按照现行《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1）有关规定计算。

3）、变形受约束的结构，应考虑温度变化和混凝土收缩徐变对结构的影响。 4）、最冷月份平均气温低于-15℃地区的隧道应考虑冻胀力，冻胀力可根据当地的自然条件、围岩冬季含水量及排水条件等通过研究确定。

5）、施工荷载应根据施工阶段、施工方法和施工条件确定。 3．8．4偶然荷载

1）、当有落石危害需检算冲击力时，可通过现场调查或有关计算验证。 2）、地质荷载应按现行《公路工程抗震设计规范》的规定计算确定。 3．8．5 隧道深浅埋划分的计算

1）、隧道深埋和浅埋的分界，按荷载等效高度，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。按荷载等效高度的判断公式为

HP?(2～2.5)hq （3-2）

式中：HP——浅埋隧道分界深度（m）； hq荷载等效高度（m），按下式计算： hq?q? （3-3） q——用式（3-1）算出的深埋隧道垂直均布压力（kN/m2）； ?——围岩重度（kN/m3）。 在新澳法施工条件下，Ⅳ～Ⅵ级围岩取

（3-4） HP?2.5hq

Ⅰ～Ⅲ级围岩取

HP?2hq （3-5）

现根据以上隧道埋深公式计算各参数，其值见表（3.7）：

表3.7 隧道埋深参数值

围岩类别S ?(KN/m3) B(m) i ? h(m) q(KN/m2) hq(m) Hp(m)

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Ⅳ Ⅴ 23 18 12.18 0.1 1.718 6.1848 12.66 0.1 1.766 12.715 142.25 228.87 6.1848 15.46 12.715 31.79 综合以上的计算，五类围岩的在里程在YK28+110~155段最大埋深19.90m小于五类围岩浅埋隧道分界深度31.79m且大于五类围岩浅埋隧道分界深度15.46m，及 YK28+320~ ZK64+430最大埋深66.6m和YK28+540~ ZK64+585段的最大埋深37.5大于于五类围岩浅埋隧道分界深度31.79m且大于五类围岩浅埋隧道分界深度15.46m，属于深埋隧道；隧道四类围岩属于深埋隧道。 3．8．6各类围岩垂直压力及水平压力的计算

1）、Ⅳ类围岩处于隧道深埋地段，它的垂直均布压力用式（3-1）计算： q?142.25kN/m2

它的水平均布压力按表4-5的规定，可知其水平均布压力e： e?0.2?q?0.2?142.25?28.45kN/m2

2）、Ⅴ类围岩YK28+320~ ZK64+430和YK28+540~ ZK64+585段处于隧道深埋地段，

它的垂直均布压力用式（3-1）计算： q?228.87kN/m2

它的水平均布压力按表4-5的规定，可知其水平均布压力e： e?0.4?q?0.4?228.87?91.548kN/m2 2）、Ⅴ类围岩YK28+110~155段处于隧道浅埋地段

根据隧道纵断面设计得知，隧道里程在YK28+110~155段时隧道最大埋深19.90m在大于hq小于HP之间，为便于计算，假定土体中形成的破裂面是一条与水平成?角的斜直线，如图3.4所示：

EFGH岩土体下沉，带动量测三棱土体（FDB和ECA）下沉，整个土体ABCD下沉时，又要受到为扰动岩土的阻力；斜线AC或BD是假定的破裂面，分析时考虑内聚力C，并采用了计算摩擦角?；另一滑面FH或EG则并非破裂面，因此，滑面阻力要小于破裂面的阻力，若该滑面的摩擦角为?，则?值应小于?值，因无实测资料，?可按表3.8采用。

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由《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表A..0.4—1得计算摩擦角?c?45o； 由表3-8取 ??0.6??270 Q浅?W?2Tsin?。

图3.4 土体假定破裂面

(tan2?c?1)tan?c(tan245?1)tan45ootan??tan?c??tan45??2.653 ootan?c?tan?tan45?tan15??69.350；取围岩容重??18KN/m3。

表3.8 各级围岩的?值

围岩级别 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ ?值 0.9? （0.7～0.9）? （0.5～0.7）? （0.3～0.5）? 侧压力系数 ??tan??tan?c?0.222

tan??1?tan?(tan?c?tan?)?tan?ctan??q浅?Q浅?H??19.90???H?1??tan???18?19.90??1??0.222?tan270??294.51(kN/m2) Bt?12.66??Bt?作用在支护结构两侧的水平侧压力为：

e1??H??18?19.9?0.222?79.52kN/m2)e2??h??18?(19.90?10.12)?0.222?119.96(kN/m)2

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图3.5 支护结构上的均布荷载

3．8．7结构内力分析与检算输出结果 1.软件介绍

同济曙光公路隧道设计与分析软件V4.0对V3.0版本进行全面的升级，结合公路隧道2004设计规范，包括了分离式和连拱隧道所有断面形式，界面友好，所有参数均按照2004规范选择，用户只需移动鼠标就可以得到想要的计算参数。包含了多种荷载计算方式以及荷载分担比例。同时还可以对初期支护进行演算，方便灵活。 2.Ⅳ级围岩段输出结果 （1）结点总数：64

表3.9 内力 结点编号及坐标 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

轴力(kN) 剪力(kN) 1175.58 1182.161 1177.347 1172.707 1168.286 1164.123 1160.255 1156.715 1142.765 1128.346 1123.643 1127.363 1138.356 4.006 -0.694 -5.207 -7.106 -6.566 -3.761 1.138 7.959 -22.463 -36.711 -29.232 -17.391 0.805 弯矩(kN.M) -56.529 -57.015 -56.931 -56.299 -55.437 -54.64 -54.183 -54.321 -55.287 -37.571 -8.639 14.399 28.105 总位移(m) 0.000835 0.000817 0.000804 0.000796 0.000791 0.00079 0.000791 0.000793 0.000796 0.000822 0.000813 0.000801 0.000846 x位移 -0.0006 -0.00063 -0.00065 -0.00067 -0.0007 -0.00071 -0.00073 -0.00075 -0.00076 -0.00082 -0.00081 -0.0008 -0.00084 y位移 -0.00058 -0.00053 -0.00047 -0.00042 -0.00038 -0.00034 -0.0003 -0.00026 -0.00023 -8.4E-05 -6E-06 0.000062 0.000136

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14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55

1160.164 1201.803 1272.52 1323.493 1331.749 1337.668 1342.496 1346.208 1348.781 1350.189 1350.408 1418.127 1354.032 1308.098 1284.146 1284.148 1308.103 1354.04 1418.134 1349.749 1350.102 1348.684 1346.102 1342.382 1337.547 1331.621 1324.63 1272.588 1201.829 1160.187 1138.387 1127.397 1123.673 1128.368 1142.781 1156.711 1160.258 1164.126 1168.288 1172.708 1177.347 1182.16 37.463 99.526 163.193 152.436 106.714 71.383 35.304 -1.511 -39.046 -77.287 -116.217 -102.715 -90.897 -61.841 -21.848 21.873 61.866 90.921 102.569 122.743 77.086 38.867 1.354 -35.438 -71.494 -106.801 -141.347 -163.946 -99.538 -37.393 -0.741 17.424 29.241 36.71 22.55 -8.461 -1.137 3.763 6.568 7.108 5.209 0.696 27.471 -2.054 -80.491 -209.104 -214.235 -217.83 -220.235 -221.425 -221.374 -220.058 -217.455 -213.539 -70.227 56.551 142.803 173.276 142.768 56.481 -70.331 -213.389 -217.582 -220.179 -221.488 -221.534 -220.34 -217.931 -214.333 -209.571 -80.363 -1.918 27.552 28.137 14.404 -8.64 -37.571 -55.343 -54.311 -54.173 -54.63 -55.427 -56.29 -56.922 0.00098 0.001175 0.001342 0.001342 0.001338 0.001334 0.001331 0.001328 0.001326 0.001324 0.001323 0.001323 0.002207 0.00442 0.006346 0.007085 0.006345 0.004418 0.002206 0.001325 0.001324 0.001325 0.001327 0.001329 0.001332 0.001336 0.00134 0.001344 0.001343 0.001176 0.00098 0.000846 0.000801 0.000813 0.000822 0.000796 0.000793 0.00079 0.00079 0.000791 0.000796 0.000804 -0.00096 -0.00116 -0.00133 -0.0013 -0.0013 -0.00129 -0.00128 -0.00127 -0.00126 -0.00126 -0.00125 -0.00124 -0.00068 -0.00011 0.000096 0.000001 -9.4E-05 0.000113 0.000677 0.001241 0.001249 0.001257 0.001265 0.001273 0.001281 0.001289 0.001297 0.001304 0.001328 0.001157 0.00096 0.000835 0.000799 0.000813 0.000818 0.000763 0.000749 0.000732 0.000714 0.000695 0.000673 0.00065 0.000195 0.000209 0.000198 0.000323 0.000336 0.000351 0.000367 0.000384 0.000402 0.000421 0.000442 0.000464 0.002101 0.004418 0.006345 0.007085 0.006344 0.004417 0.0021 0.000464 0.000441 0.000421 0.000401 0.000383 0.000366 0.00035 0.000336 0.000322 0.000198 0.000209 0.000195 0.000136 0.000062 -6E-06 -8.4E-05 -0.00023 -0.00026 -0.0003 -0.00034 -0.00038 -0.00042 -0.00047

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56 57 58 59 60 61 62 63 64 1175.579 1136.809 1074.591 1027.39 1002 1002 1027.39 1074.592 1136.81 -4.005 -24.266 -41.437 -35.07 -13.449 13.451 35.072 41.439 24.268 -57.007 -56.521 -25.777 26.721 71.152 88.191 71.15 26.716 -25.784 0.000817 0.000835 0.001375 0.002303 0.003106 0.003418 0.003106 0.002303 0.001375 0.000626 0.0006 0.000277 0.000007 -7.5E-05 0 0.000075 -7E-06 -0.00028 -0.00053 -0.00058 -0.00135 -0.0023 -0.00311 -0.00342 -0.00311 -0.0023 -0.00135 （2）Ⅳ类围岩隧道深埋段衬砌内力及位移图如下所示：

3.6 荷载作用下的轴力图

3.7 荷载作用下的剪力图

贵州大学本科毕业设计 第 27 页

3.8 荷载作用下的弯矩图

3.9 荷载作用下的位移图

（3）四类围岩的配件计算及验算

1）截面偏心受压正截面承载力计算图式如图3.10

aee w Rbx w RAg Rg e0Ag Rg a

图3.10矩形截面偏心受压构件正截面承载力计算图式

贵州大学本科毕业设计 第 28 页

计算基本公式

/KN?Nu?Rwbx?RgAg/?RgAg （3—6）

xKNe?Mu?Rwbx(h0?)?Rg/Ag/(h0?a/) （3—7）

2xKNe/?Mu??Rwbx(?a/)?RgAg(h0?a/) （3—8）

2 Rwbx(e?h0?)?RgAge?RgAge （3—9）

x2///符号说明

式中 x —— 混泥土受压区高度； e/——分别为偏心压力KN作用点至钢筋Ag合力作用点和钢筋Ag/合力作用点的距离；e、 e??e0?hh?a e/??e0??a/ 22M； Ne0——轴向力对截面中性轴的偏心距，e0?? ——偏心距增大系数，有《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）式（K.0.10—1）计算； K——结构重要性系数，根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表9.2.4-2，取K?2； 材料参数 结构中选用C25混泥土，根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表5.2.9得其弯矩抗压强度标准值fcmk?18.5MPa；抗压极限强度Ra?19.0MPa；弯曲抗压极限选用HRB335钢筋；根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表5.2.5Rw?24.2MPa。

其抗压或抗拉强度标准值fstk?335MPa。 截面对称配筋计算

钢筋混泥土偏心受压构件截面尺寸b?h?1000mm?450mm如图3.11 选取结点61为控制截面；轴力N=1002kN,弯矩M=88.191kN?m 1) 截面设计

由轴力N=1002kN,弯矩M=88.191kN?m可得偏心距为：e0?设a?a/?30mm 则h0?450?30?420mm

M?88mm N

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计算构件可视为短柱，取??1.0 1、判别大小偏心受压：

由公式（3—6）可得 KN?Rwbx (3—10) 将x??h0 代入 式(4—10)得??故可按大偏心受压构件设计。 2、求纵向钢筋面积：

K?N?0.197

x??h0?0.197?420?82.74mm?2a/(?2?30?60mm)

e??e0?h450?a?1.0?88??30?283mm 221000

图3.11偏心受压构件截面尺寸图式

现配置钢筋如下：

先选4φ20钢筋；即：Ag?Ag/?1256mm2??minbh(?900mm2)

图3.12每延米钢筋布置图（mm）

2）截面复核

1、对配筋截面进行复核

钢筋间距为1000/4=250mm, 取C=30mm；则a?a/=30+22.7/2=41.35mm

450

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h450?a?1.0?88??41.35?271.65mm 22h450e/??e0??a/?1.0?88??41.35??95.65mm

22e??e0?h0?h?a?450?41.35?408.65mm

假定为大偏心受压构件，混泥土受压区高度(x)为

x?(h0?e)?(h0?e)?22RgAg(e?e/)Rwb2?335?1256?(271.65?95.65)

24.2?1000?314.6mm＞?h0(?0.55?408.65?224.76mm)且x?2a/(?2?41.35?82.7mm)?(408.65?271.65)?(408.65?271.65)2?故确定为小偏心受压构件 故按小偏心构件进行计算

h450??e0?a/??1.0?88??41.35?95.65mm 22x?As/(h0?a/)得 由KNe?Mu?fcdbx(h0?)?fsd2e/?xKNe?fcdbx(h0?)2As??/?(h0?a)fsd2?1002?271.65?1000?12.5?1000?314.6?(408.65?157.3)

335?(408.65?41.35)?0????minbh0?0.2%?1000?408.65?817mm2 按最小配筋率来配筋As取Ag?Ag/?1256mm2??minbh(?817mm2) 截面承载力按下式计算

KNe'?0.5Rabh02?RgAg?h0?a?即：2?1002?95.65?0.5?19.0?1000?408.652?335?1256??408.65?41.35?得： 191682?1740996满足要求。2、对拱

3）、对其他截面进行复核

内衬最大负弯距其绝对值较最大正弯矩差不多且略小，所以按最大正弯矩计算的对称配筋一定满足最大负弯矩的要求，即无需再计算其配筋。仰拱由于考虑的因素不够，暂

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不对仰拱截面进行配筋验算。 4）箍筋计算

KQ?0.05fcdbh02?37.5?1000?0.05?12.5?1000?408.65

则按构造要求配置箍筋选用?12箍筋，其间距为300mm。 分布筋按构造要求选取?16的钢筋，其间距为300mm。

5）裂缝宽度验算

根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）K.0.11对偏心受压构件进行裂缝宽度的检算。根据《规范》规定，当e??bh0时，可以不进行裂缝宽度的计算，取结点

061进行验算得：e0?M?88mm，?bh0?0.55?408.65?224.76mm，即e

0N进行裂缝宽度的验算。

2.五类围岩

（1）Ⅴ类围岩YK28+320~ ZK64+430和YK28+540~ ZK64+585段 结点总数：64

表3.10 内力及位移 结点编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

轴力(kN) 1823.034 1832.219 1841.413 1850.605 1859.782 1856.547 1853.436 1850.496 1836.53 1811.957 1791.974 1788.712 1811.122 1866.027 1955.571 2070.434 2137.985 2148.991 2154.91 剪力(kN) 79.496 75.246 70.625 65.631 60.263 57.232 56.922 59.24 -21.874 -85.536 -70.45 -1.327 102.726 219.443 310.346 308.108 184.868 84.936 -5.302 弯矩(kN.M) -106.078 -115.901 -125.199 -133.926 -142.036 -149.483 -156.555 -163.588 -170.909 -152.98 -82.925 -25.225 -24.138 -108.273 -287.999 -542.177 -794.522 -803.318 -807.334 总位移(m) 0.002173 0.002118 0.002074 0.002042 0.002022 0.002013 0.002013 0.002023 0.002041 0.002311 0.00265 0.002971 0.003285 0.003563 0.003694 0.003522 0.003093 0.003077 0.003066 x位移 -0.001275 -0.00135 -0.001425 -0.001499 -0.001573 -0.001646 -0.001717 -0.001787 -0.001855 -0.002286 -0.00265 -0.002966 -0.003271 -0.003545 -0.003672 -0.003465 -0.002778 -0.002724 -0.002673 y位移 -0.00176 -0.001632 -0.001507 -0.001387 -0.001271 -0.001159 -0.001052 -0.000949 -0.000851 -0.000339 -0.000024 0.000172 0.000294 0.000356 0.00041 0.000632 0.001361 0.001429 0.001503

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20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

2156.667 2146.952 2133.015 2114.923 2092.751 2025.57 1938.397 1878.321 1847.697 1847.698 1878.325 1938.405 2025.631 2090.695 2114.936 2133.029 2146.968 2156.683 2154.926 2149.007 2139.001 2070.49 1955.597 1866.033 1811.122 1788.714 1791.978 1811.962 1836.541 1850.468 1853.435 1856.545 1859.78 1850.603 1841.411 1832.216 1823.032 1768.141 1683.023 1619.133 1584.956 1584.957 -97.112 -189.899 -281.856 -372.801 -462.556 -455.984 -340.356 -210.27 -71.101 71.132 210.301 340.386 455.7 471.753 372.829 281.883 189.925 97.137 5.335 -84.895 -173.401 -308.958 -310.431 -219.454 -102.701 1.363 70.483 85.561 22.038 -60.004 -56.918 -57.228 -60.26 -65.629 -70.623 -75.243 -79.493 -95.36 -98.847 -72.302 -26.337 26.341 -807.083 -802.492 -793.514 -780.188 -762.562 -740.693 -113.775 354.107 643.162 740.904 643.12 354.023 -113.9 -740.344 -762.726 -780.353 -793.68 -802.659 -807.252 -807.504 -803.49 -795.292 -542.149 -287.901 -108.165 -24.051 -25.167 -82.893 -152.969 -171.019 -163.568 -156.535 -149.463 -142.017 -133.907 -125.181 -115.883 -106.06 16.936 144.431 237.687 271.657 0.003062 0.003066 0.003077 0.003096 0.003125 0.003162 0.006232 0.010776 0.014316 0.015626 0.014316 0.010776 0.006232 0.003163 0.003125 0.003097 0.003078 0.003067 0.003063 0.003067 0.003078 0.003094 0.003523 0.003695 0.003563 0.003285 0.002971 0.00265 0.002311 0.002041 0.002023 0.002013 0.002013 0.002022 0.002042 0.002074 0.002118 0.002173 0.003308 0.004806 0.005964 0.006394 -0.002622 -0.002574 -0.002528 -0.002484 -0.002443 -0.002406 -0.001204 -0.000258 0.000088 0.000001 -0.000087 0.000259 0.001205 0.002408 0.002445 0.002486 0.002529 0.002576 0.002624 0.002674 0.002726 0.002779 0.003466 0.003672 0.003546 0.003272 0.002966 0.00265 0.002286 0.001855 0.001787 0.001717 0.001645 0.001573 0.001499 0.001425 0.00135 0.001275 0.00054 0.000058 -0.000087 0 0.001581 0.001665 0.001754 0.001848 0.001947 0.002051 0.006115 0.010773 0.014316 0.015626 0.014315 0.010773 0.006114 0.002052 0.001947 0.001848 0.001754 0.001665 0.001581 0.001502 0.001429 0.001361 0.000632 0.00041 0.000356 0.000294 0.000172 -0.000024 -0.000339 -0.00085 -0.000949 -0.001051 -0.001159 -0.001271 -0.001387 -0.001507 -0.001632 -0.00176 -0.003263 -0.004806 -0.005964 -0.006394

贵州大学本科毕业设计 第 33 页

62 63 64 1619.134 1683.025 1768.142 72.306 98.851 95.363 237.682 144.422 16.923 0.005964 0.000087 -0.005964 0.004806 -0.000058 -0.004805 0.003308 -0.00054 -0.003263

3.12 荷载作用下的轴力图

贵州大学本科毕业设计 第 34 页 3.13 荷载作用下的剪力图

3.14 荷载作用下的弯矩图

3.15 荷载作用下的位移图

贵州大学本科毕业设计 第 35 页

（2）Ⅴ类围岩YK28+110~155段处于隧道浅埋地段 结点总数：64

表3.11 内力及位移

结点编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

轴力(kN) 剪力(kN) 2345.495 2359.141 2372.777 2386.384 2383.099 2379.91 2376.876 2374.056 2359.741 2333.445 2311.199 2307.944 2335.548 2403.876 2516.939 2663.602 2750.312 2764.459 2772.064 2774.314 2761.729 2743.715 2720.361 2691.765 2604.918 2492.499 2415.373 2376.167 2376.169 2415.379 2492.508 2604.996 2689.116 2720.378 2743.734 2761.749 2774.336 102.57 95.77 88.427 80.539 72.932 69.006 68.638 71.698 -32.332 -113.121 -93.489 -4.709 129.362 280.43 398.689 396.605 237.408 108.795 -7.361 -125.55 -244.941 -363.254 -480.254 -595.715 -587.297 -438.404 -270.808 -91.561 91.601 270.847 438.443 586.932 607.545 480.29 363.288 244.974 125.583 弯矩(kN.M) -153.491 -166.165 -177.999 -188.926 -198.878 -207.89 -216.417 -224.898 -233.758 -207.259 -114.611 -38.042 -34.185 -140.135 -369.811 -696.343 -1021.169 -1032.465 -1037.608 -1037.26 -1031.324 -1019.744 -1002.57 -979.864 -951.699 -144.242 458.426 830.701 956.568 830.646 458.316 -144.406 -951.252 -980.076 -1002.783 -1019.959 -1031.541 总位移(m) 0.002908 0.002839 0.002787 0.00275 0.002728 0.00272 0.002725 0.002741 0.002768 0.003129 0.003563 0.003961 0.004342 0.004675 0.00482 0.004577 0.004014 0.003992 0.003978 0.003974 0.003978 0.003993 0.004018 0.004055 0.004104 0.008084 0.013957 0.018528 0.020219 0.018528 0.013956 0.008083 0.004106 0.004057 0.00402 0.003994 0.003979 x位移 -0.001766 -0.001866 -0.001966 -0.002065 -0.002162 -0.002259 -0.002353 -0.002445 -0.002535 -0.003097 -0.003562 -0.003956 -0.004327 -0.004654 -0.004792 -0.004504 -0.003601 -0.003531 -0.003464 -0.003398 -0.003335 -0.003275 -0.003218 -0.003165 -0.003117 -0.001558 -0.000335 0.000113 0.000001 -0.000111 0.000337 0.00156 0.003119 0.003167 0.00322 0.003277 0.003337 y位移 -0.00231 -0.00214 -0.001975 -0.001816 -0.001662 -0.001515 -0.001374 -0.001239 -0.001111 -0.000446 -0.000043 0.000206 0.00036 0.000443 0.000521 0.000819 0.001773 0.001862 0.001957 0.002059 0.002168 0.002284 0.002406 0.002535 0.00267 0.007932 0.013953 0.018528 0.020219 0.018527 0.013952 0.007931 0.00267 0.002535 0.002406 0.002284 0.002168

贵州大学本科毕业设计 第 36 页

38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 2772.084 2764.479 2751.618 2663.674 2516.973 2403.883 2335.548 2307.946 2311.205 2333.452 2359.757 2374.026 2376.876 2379.909 2383.097 2386.382 2372.774 2359.138 2345.492 2264.674 2136.27 2038.935 1986.566 1986.566 2038.936 2136.272 2264.677 7.404 -108.741 -222.655 -397.701 -398.8 -280.444 -129.33 4.755 93.531 113.155 32.543 -72.679 -68.631 -69 -72.927 -80.535 -88.423 -95.766 -102.566 -128.967 -139.019 -103.43 -37.943 37.947 103.435 139.023 128.971 -1037.479 -1037.829 -1032.688 -1022.161 -696.306 -369.682 -139.994 -34.071 -37.965 -114.569 -207.244 -233.897 -224.873 -216.392 -207.866 -198.854 -188.903 -177.977 -166.143 -153.469 12.874 192.181 325.587 374.525 325.581 192.17 12.857 0.003975 0.00398 0.003993 0.004014 0.004579 0.004821 0.004676 0.004343 0.003961 0.003562 0.003129 0.002768 0.002741 0.002725 0.00272 0.002727 0.002749 0.002786 0.002839 0.002907 0.004391 0.006416 0.008 0.00859 0.008 0.006416 0.004391 0.0034 0.003466 0.003533 0.003602 0.004505 0.004792 0.004655 0.004328 0.003956 0.003562 0.003097 0.002535 0.002445 0.002353 0.002258 0.002162 0.002065 0.001966 0.001866 0.001766 0.000773 0.000106 -0.000105 0 0.000105 -0.000107 -0.000773 0.002059 0.001957 0.001861 0.001772 0.000819 0.000521 0.000443 0.000361 0.000206 -0.000043 -0.000446 -0.00111 -0.001239 -0.001374 -0.001515 -0.001662 -0.001816 -0.001975 -0.00214 -0.00231 -0.004323 -0.006415 -0.007999 -0.00859 -0.007999 -0.006415 -0.004323 YK28+110~155段处于隧道浅埋地段衬砌内力及位移图如下所示：

贵州大学本科毕业设计 第 37 页

3.16 荷载作用下的轴力图

3.13 荷载作用下的剪力图

贵州大学本科毕业设计 第 38 页

3.14 荷载作用下的弯矩图

3.15 荷载作用下的位移图

由五类围岩隧道衬砌计算结果（1）、（2）输出结果可知五类围岩衬砌段配筋按YK28+110~155段计算出的最大弯矩进行配筋。 （2）五类围岩深埋段的配件计算及验算 截面偏心受压正截面承载力计算图式如图3.10 计算基本公式

/KN?Nu?Rwbx?RgAg/?RgAg （3—6）

xKNe?Mu?Rwbx(h0?)?Rg/Ag/(h0?a/) （3—7）

2xKNe/?Mu??Rwbx(?a/)?RgAg(h0?a/) （3—8）

2

贵州大学本科毕业设计 第 39 页

x Rwbx(e?h0?)?RgAge?Rg/Ag/e/ （3—9）

2符号说明

式中 x —— 混泥土受压区高度；

e/——分别为偏心压力KN作用点至钢筋Ag合力作用点和钢筋Ag/合力作用点的距离；e、 e??e0?hh?a e/??e0??a/ 22M； Ne0——轴向力对截面中性轴的偏心距，e0?? ——偏心距增大系数，有《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）式（K.0.10—1）计算；

K——结构重要性系数，根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表9.2.4—2，取

K?2；

材料参数

结构中选用C25混泥土，根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表5.2.9得其弯矩抗压强度标准值fcmk?18.5MPa；抗压极限强度Ra?19.0MPa；弯曲抗压极限选用HRB335钢筋；根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）表5.2.5Rw?24.2MPa。

其抗压或抗拉强度标准值fstk?335MPa。 截面对称配筋计算

钢筋混泥土偏心受压构件截面尺寸b?h?1000mm?600mm。 选取结点61为控制截面；轴力N=1986.556kN,弯矩M=374.525kN?m 1) 截面设计

由轴轴力N=1986.556kN,弯矩M=374.525kN?m 可得偏心距为：e0?设a?a/?30mm 则h0?600?30?570mm 计算构件可视为短柱，取??1.0 （1）判别大小偏心受压：

由公式（3—6）可得 KN?Rwbx (3—10)

M?188.53mm N

贵州大学本科毕业设计 第 40 页

将x??h0 代入 式(4—10)得??故可按大偏心受压构件设计。 现配置钢筋如下：

K?N?0.274

1、对配筋截面进行复核

钢筋间距为1000/4=250mm, 取C=30mm；则a?a/=30+25.1/2=42.55mm

h600?a?1.0?188.53??42.55?445.98mm 22h600e/??e0??a/?1.0?188.53??42.55??68.92mm

22e??e0?h0?h?a?600?42.55?557.45mm

假定为大偏心受压构件，混泥土受压区高度(x)为

x?(h0?e)?(h0?e)?22RgAg(e?e/)Rwb2?335?1520?(445.98?68.92)

24.2?1000?296.12mm＜?h0(?0.55?557.45?306.59mm)且x?2a/(?2?42.55?85.1mm)?(557.45?445.98)?(557.45?445.98)2?故确定为大偏心受压构件 故按大偏心构件进行计算

x?As/(h0?a/)得 由KNe?Mu?fcdbx(h0?)?fsd2xKNe?fcdbx(h0?)2As??/?(h0?a)fsd?2?1986.556?445.98?1000?12.5?1000?296.12?(557.45?148.06)

335?(557.45?42.55)?1487mm2取Ag?Ag/?1520mm2??minbh(?915mm2) 截面承载力按下式计算

贵州大学本科毕业设计 第 41 页

KNe'?0.5Rabh02?RgAg?h0?a?即：2?1986.566?68.92?0.5?19.0?1000?557.452?335?1520??557.45?42.55?得：273828?3214317满足要求。

3）、对其他截面进行复核

内衬最大负弯距其绝对值较最大正弯矩差不多且略小，所以按最大正弯矩计算的对称配筋一定满足最大负弯矩的要求，即无需再计算其配筋。仰拱由于考虑的因素不够，暂不对仰拱截面进行配筋验算。 4）箍筋计算

KQ?0.05Rabh02?139.023?0.05?19?1?557.45 278.05?529.58则按构造要求配置箍筋

箍筋配置为?12的普通钢筋，其间距为250毫米。 分布筋选用?16，其间距为250mm。 5）裂缝宽度验算

根据《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）K.0.11对偏心受压构件进行裂缝宽度的检算。根据《规范》规定，当e??bh0时，可以不进行裂缝宽度的计算，29结点产生

0的位移最大，取该结点进行验算得：e0?M?188.53mm，?bh0?0.55?557.45?306.6mm，N即e

0

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