隧道工程课程设计计算书

隧道工程课程设计

一、设计目的

通过课程设计，使学生掌握公路隧道支护结构的基本计算设计方法，熟悉矿山法在公路隧道施工中的工艺，掌握公路隧道施工设计的基本方法,以及掌握隧道暗挖洞门的形式,洞门的结构要求,设计方法和洞门作为重力式挡土墙的各项验算。

二、设计资料

1.原始资料：取之于“福州国际机场高速公路隧道设计，温州绕城高速公路隧道设计”。

2.隧道洞身设计资料： 围岩级别：Ⅱ级 围岩容重：27KN/m3 隧道埋深：10m

隧道行车要求:两车道二级公路

3.隧道衬砌截面强度校核资料: N=23.283t M=0.0176t.m

4.隧道洞门设计与检算资料: 地基土摩擦系数 0.7 地基土容重 18KN/m3 地基容许承载力 ??0??500kPa

三、隧道洞身设计

1.隧道横断面设计

1.1 隧道建筑限界的确定

该隧道横断面设计是根据两车道二级公路Ⅱ级围岩的隧道,根据《公路隧道设计规范》选取隧道

建筑限界基本值如下：

W——行车道宽度,取3.75?2?7.50m;

C——余宽,本设计需设置人行道,取C?0; R——人行道宽度,取1m,双侧设置; H——建筑限界高度,取5.0m; LL——左侧向宽度,取0.75m;

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LR——右侧向宽度,取0.75m;

EL——建筑限界左顶角宽度,取0.75m; ER——建筑限界右顶角宽度,取0.75m; h ——人行道高度,取0.25m; 隧道净宽?1?0.75?3.75??2?11m;

设计行车速度为80km/h，建筑限界左顶角高度与右顶角高度均取1m； 参照规范横向坡度通常选1.5%～2%，在本设计中，取横向坡度i=2%, 右侧(行车方向)倾斜。

建筑限界设计见图1.1

图3.1 公路建筑限界图（单位:厘米）

对于上下行分离式独立双洞的公路隧道之间应设置人行横向通道,其间距取250m。人行横通道的断面建筑限界如图1.2所示。

图3.2 人行横通道的断面建筑限界图（单位:厘米）

1.2隧道内轮廓线的确定

本隧道为两车道Ⅱ级围岩隧道，围岩较好，不需施作仰拱。根据《公路隧道设计规范》，并结

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合实际情况，本隧道采用三心圆法设计内轮廓线，经济实际。本隧道内轮廓断面图如图1.3所示。

图3.3 隧道内轮廓断面图（单位:厘米）

2.隧道衬砌设计

2.1 隧道衬砌截面强度验算 M?0.0176t.m N?23.283t

M0.0176??0.756?10?3m?0.756mm 偏心距 e0?N23.283 因为e0?0.756mm?0.2h?0.2?0.3?0.06m?60mm。由规范有：

对混凝土矩形截面构件，当偏心距eo?0.2h时，按抗压强度控制承载能力，并用下式进行计算：

KN≤??Rabh

式中: Ra——混凝土或砌体的抗压极限强度，按《公路隧道设计规范》表5.2.9采用； K ——安全系数，按《公路隧道设计规范》表9.2.4—1采用；

N ——轴向力（kN）； b ——截面宽度（m）； h ——截面厚度（m）；

Φ——构件纵向弯曲系数，对于贴壁式隧道衬砌、明洞拱圈及背墙紧密回填的边墙，可取

Φ=1；

e0——截面的偏心距；

e00.756??0.0126.查表可得??1.0 查表可得?=1.0, ? ——轴向力的偏心影响系数，h60

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??1.0，

Ra =15500 KPa，b=1.0m，h=0.30m，K=2.4，则有： ??Rabh=1.0?1.0?15500?1.0?0.30?4650KN

而KN?2.4?232.83?558.792KN?4650KN, 故KN≤??Rabh，满足截面强度设计要求。

2.2 隧道深浅埋的确定及围岩压力计算

根据内轮廓尺寸 Bt?12.51m, Ht?8.80m 因为Ⅱ级围岩的隧道设计不用设预留变形量,

故近似开挖尺寸为 Bn?0.08?2?0.3?2?12.51?13.27m Hn?0.08?0.3?8.8?9.18m 对于Ⅱ级围岩,Hp?2hq

hq?0.45?2S?1?[1?i(B?5)] S ——围岩级别 B ——隧道宽度,B?Bn

i ——围岩压力增减率,当B?5,取i?0.1 则 hq?0.45?22?1?[1?0.1(13.27?5)]?1.6443m 则 Hp?2hq?3.2886m

埋深H?10?Hp,故该隧道为深埋隧道。 hq——等效荷载高度； H—— 隧道埋深；

Hp——深浅埋隧道分界深度。 又

Ht8.80??0.7034?1.7， Bt12.51可用公式q??h，由设计资料知??27KN/m3 则 q?27?1.6443?44.3961KN/m3 ∵该隧道为Ⅱ级围岩

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∴围岩水平匀布压力e?0

2.3 隧道衬砌方案的拟定

参考《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004），本设计为二级公路，采用复合式衬砌，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。

复合式衬砌设计应复合下列规定：

Ⅰ.初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式单独或组合使用，锚杆支护宜采用全长粘结锚杆。

Ⅱ.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。

由规范中表8.4.2—1，对于两车道Ⅱ级围岩，有：

初期支护：拱部、边墙的喷射混凝土厚度为5～8cm，拱、墙锚杆长度为2.0～2.5m； 二次衬砌厚度：拱、墙混凝土厚度为30cm。

最终确定衬砌尺寸及规格如下： 深埋隧道外层初期支护，根据《规范》规定，采用锚喷支护，锚杆采用普通水泥砂浆锚杆，规格HRB335Φ20×2.5m，采用梅花型局部布设.采用C20喷射混凝土,且厚度为8cm。

防水板：采用塑料防水板及无纺布，且无纺布密度为300g/m2，防水板应采用满铺的EVA板防水层，厚度为2.0mm，搭接长度为150mm。

初次衬砌:初步拟定采用C20喷射混凝土,厚度为8cm. 二次衬砌:根据《公路隧道设计规范》，采用20号模筑防水混凝土，厚度为30cm。

3.隧道洞室防排水设计

根据规范的防排水的一般规定,隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则,保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内外应形成一个完整通畅的防排水系统。

防水措施：在初期支护与二次衬砌之间铺设2.0mm厚的EVA板防水层和密度控制在300g/m2 以上

的无纺布，注意的是在施作防水板之前，要保证混凝土表面较平顺，无尖点及钢筋露头。路面结构下设φ300纵向中心水沟，侧边设宽50mm、深30mm的纵向凹槽；在衬砌两侧边墙背后底部设φ100的纵向排水盲管，纵向排水盲管由φ100的A类横向导水管和φ150的B类横向导水管与中央排水沟连接。具体设计请参照图3.1。

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隧道轴线二次衬砌初期支护纵向排水沟侧沟中央排水沟强电设备沟 （+消防管道）强电设备沟水泥混凝土 面板厚素混凝土 基层厚混凝土整平层石质路基图3.4 隧道防排水设计简图

（单位:厘米）

对于二次衬砌施工缝、沉降缝等薄弱环节，因此除按施工规范要求处理外，还应进行精心的设计，采用合适的防水材料和构造形式。可在防水板下面添加一层背贴式止水带，并在施工缝处添加止水条。隧道二次衬砌混凝土防水等级要大于S6。二次衬砌施工缝、沉降缝的主要构造形式如图3.2所示。

图3.5 施工缝、沉降缝的主要构造形式

4.隧道开挖及施工方案 4.1 隧道施工方法

该隧道为Ⅱ级硬质的石质隧道，根据设计要求采用新奥法，全断面法是最佳施工方法，可采用深孔爆破施工。其优点是有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，干扰少，便于施工组织与管理，采用深孔爆破时，可加快掘进速度，且爆破队围岩的震动次数较少，有利于围岩稳定。其缺点是由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，采用深恐爆破时，产生的爆破震动较大，对钻豹设计和控制爆破作业要求较高。全断面施工方法如图4.1所示。

图3.6 全断面施工方法

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隧道轴线二次衬砌初期支护纵向排水沟侧沟中央排水沟强电设备沟 （+消防管道）强电设备沟水泥混凝土 面板厚素混凝土 基层厚混凝土整平层石质路基图3.4 隧道防排水设计简图

（单位:厘米）

对于二次衬砌施工缝、沉降缝等薄弱环节，因此除按施工规范要求处理外，还应进行精心的设计，采用合适的防水材料和构造形式。可在防水板下面添加一层背贴式止水带，并在施工缝处添加止水条。隧道二次衬砌混凝土防水等级要大于S6。二次衬砌施工缝、沉降缝的主要构造形式如图3.2所示。

图3.5 施工缝、沉降缝的主要构造形式

4.隧道开挖及施工方案 4.1 隧道施工方法

该隧道为Ⅱ级硬质的石质隧道，根据设计要求采用新奥法，全断面法是最佳施工方法，可采用深孔爆破施工。其优点是有较大的作业空间，有利于采用大型配套机械化作业，提高施工速度，且工序少，干扰少，便于施工组织与管理，采用深孔爆破时，可加快掘进速度，且爆破队围岩的震动次数较少，有利于围岩稳定。其缺点是由于开挖面较大，围岩相对稳定性降低，且每循环工作量相对较大，采用深恐爆破时，产生的爆破震动较大，对钻豹设计和控制爆破作业要求较高。全断面施工方法如图4.1所示。

图3.6 全断面施工方法

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mlo7.html