隧道课程设计Word文档格式.doc
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2）隧道洞身
根据隧道围岩分级标注，综合钻探资料集地调成果。
隧道围岩课划为IV、V两级，详细如下：
ZK39+321～ZK39+390围岩为中风化流纹斑岩，属较硬岩，节理裂隙发育，岩体极破碎，碎石状结构，工程地质性质及围岩自稳能力差，围岩易坍塌，未见地下水，雨季有渗水漏水现象，应加强支护。
弹性波纵波速度4259m/s，围岩基本质量指标BQ值为230，，，围岩级别为V级。
ZK39+390～ZK39+500围岩为中～微风化流纹斑岩，属较硬岩，节理裂隙发育，岩体破碎，裂隙块状结构，围岩稳定性一般，无支护时，侧壁和拱顶部易产生小坍塌，未见地下水，雨季有滴水渗漏现象，应加强支护。
弹性波纵波速度4488m/s，围岩基本质量指标BQ值为321，，，围岩级别为IV级。
ZK39+500～ZK39+568围岩为中风化流纹斑岩，属较硬岩，节理裂隙发育，岩体极破碎，碎石状结构，工程地质性质及围岩自稳能力差，围岩易坍塌，未见地下水，雨季有渗水漏水现象，应加强支护。
弹性波纵波速度4234m/s，围岩基本质量指标BQ值为224，，，围岩级别为V级。
YK39+313～YK39+363围岩为中风化流纹斑岩，属较硬岩，节理裂隙发育，岩体极破碎，碎石状结构，工程地质性质及围岩自稳能力差，围岩易坍塌，未见地下水，雨季有渗水漏水现象，应加强支护。
弹性波纵波速度4254m/s，围岩基本质量指标BQ值为227，，，围岩级别为V级。
YK39+363～YK39+448围岩为中～微风化流纹斑岩，属较硬岩，节理裂隙发育，岩体破碎，裂隙块状结构，围岩稳定性一般，无支护时，侧壁和拱顶部易产生小坍塌，未见地下水，雨季有滴水渗漏现象，应加强支护。
弹性波纵波速度4306m/s，围岩基本质量指标BQ值为316，，，围岩级别为IV级。
YK39+448～YK39+515围岩为中风化流纹斑岩，属较硬岩，节理裂隙发育，岩体极破碎，碎石状结构，工程地质性质及围岩自稳能力差，围岩易坍塌，未见地下水，雨季有渗水漏水现象，应加强支护。
弹性波纵波速度4306m/s，围岩基本质量指标BQ值为222，，，围岩级别为V级。
3.气象及水文地质条件
（1）气象
隧址进口端所在县位于暖温带半干旱大陆性季风气候区，四季分明，降水量、蒸发量、气温等气象要素年内、年际变化明。
据灵宝市气象站1956-2000年气象资料：
多年平均气温13.6℃，元月最冷，平均气温-1.0℃；
七月最热，平均气温26.1℃。
历年最高气温42.7℃，最低气温-16.2℃。
无霜期年平均215天，最短无霜期199天。
隧址出口端所在县跨亚热带、暖温带两个气候带，均具有大陆性季风气候的共同特点，季节性变化明显，温度低，日照时数少，无霜期短，气候因素垂直变化大，年平均日照时数2118.0小时，平均日照率为47.7%.年平均气温12.6℃，元月最冷，平均气温-1.5℃；
七月最热，平均气温25.6℃，极端最高为42.1℃。
卢氏盆地无霜期平均为184天，年平均降水量为90～99气象部门提供的（十年）资料为630mm。
（2）地表水
隧道进、出口位于分水岭的下方，四周山体汇水区域较大，仅沿斜披在大气降雨时有一定的地表面流。
隧道进出口位于山体斜坡位置，应注意暴雨期间地表面流对洞口的冲刷破坏作用，宜采用截流、疏排措施。
（3）地下水
在隧道设计标高范围内基岩裂隙水总体不甚发育，暂时性地表水体大部分顺冲沟或斜坡坡面向外排泄，地下水不甚发育。
4.抗震设计参数及地震效应
根据国家地震局2001年8月1日颁布实施的《中国地震参数区划分》（GB18306-2001）、《建筑抗争设计规范》（GB50011-2001）等资料，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组，设计特征周期为0.25s，相当于地震基本烈度7度。
按照《公路隧道设计规范》（JTJ004-89）并结合区域构造较差的特点，高速公路隧道应提高1度设防。
5.区域稳定性评价
隧址区属构造剥蚀中低山地貌单元，无区域性深大断裂通过，近代无强震记录，属相对稳定地块。
下伏基岩属较硬岩类，稳定性一般，适宜拟建隧道的建设。
6.不良地质现象
地质调会资料显示，隧道进出口地形较陡，岩体较破碎，在隧道施工时可能产生浅层的岩石崩塌，需采取相应的支护措施。
7.设计标准
设计等级：
高速公路分离式单向双车道隧道
地震设防烈度：
7级
设计速度：
100km/h
设计荷载：
公路Ⅰ级
8.计算断面资料
桩号：
YK39+500
地面高程：
823.44m
设计高程：
799.472m
围岩类别：
Ⅲ级，Ⅳ级
隧道埋深：
20-100米
9.设计计算内容
（1）确定隧道断面布置图（曲墙式）；
（2）围岩压力计算（曲墙式）；
（3）隧道支护设计图；
（4）隧道衬砌设计图；
（5）隧道施工方案比选（施工方法的横断面分块图和纵断面的工序展开图）；
（6）选定施工方案的监控量测方案布置图。
10.提交的资料
（1）确定隧道断面布置图、隧道支护设计图、隧道衬砌设计图、施工方法的横断面分块图和纵断面的工序展开图、选定施工方案的监控量测方案布置图；
（2）隧道围岩压力计算书、施工方案比选说明、监控量测方案说明。
11.设计依据
本设计严格按照交通部颁布的行业规范、规程及《工程建设标准强制性条文》（公路工程部分）。
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；
《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）；
《公路隧道通风照明技术规范》（JTJF60-2009）；
《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD70-2002）；
《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）；
《公路工程抗震设计规范》（JTJ2004-2008）；
《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）；
《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）；
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；
《公路建设项目环境影响评价规范》（JTGB03-2006）；
《公路环境保护设计规范》（JTJ/006-98）；
《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）；
《隧道工程》王毅才主编人民交通出版社；
《地下结构静力计算》天津大学建筑工程系地下建筑工程教研室编中国建筑工业出版社。
二、隧道断面设计
1.隧道位置及洞口位置
由于没有实际的地形图和地质资料图，故将隧道位置和进出口位置的地质资料罗列如下：
某隧道进出口附近有国道，交通条件便利；
隧道进、出口处总体为斜坡地形，进口处自然坡度角为35～45°
，局部略陡；
进口处为斜坡地形，出露基岩为强～中风化流纹斑岩，植被发育，主要为杂草及小灌木丛为主，进口下方为修建国道的弃方；
出口处基岩裸露，为强～中风化流纹斑岩，植被发育，多为小灌木丛，出口处为国道；
进、出口段围岩风华裂隙发育，岩体破碎，完整性差，围岩分级为V级。
2.隧道平面设计
公路隧道设计规范规定，应根据地质、地形、路线的走向、通风等因素确定隧道的平、曲线线形。
当为曲线时，不易采用设超高的平曲线，并不应采用设加宽的平曲线。
隧道进出口附近有国道附近，交通条件便利，洞轴线走向方位角约165°
其中：
左线起讫桩号为ZK39+321～ZK39+568，长247米，右线起讫桩号为YK39+313～YK39+515，长202米。
公路隧道设计规范规定，高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的独立双洞。
分离式独立双洞的最小净距，按对双洞结构彼此不产生有害影响的原则，结合隧道平面线形、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素确定，一般情况可按表1取值。
表1分离式独立双洞间最小净距
围岩类别
I
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
最小净距
1.0B
1.5B
2.0B
2.5B
3.5B
4.0B
注：
B为隧道开挖断面宽度
本隧道为设计等级为高速公路分离式单向双车道隧道，满足规范要求。
围岩等级为Ⅴ级，故最小净距为3.5B。
3.隧道纵断面设计
公路隧道设计规范规定，隧道内纵面线形应考虑行车安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求，隧道纵坡不应小于0.3%，一般不大于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%；
隧道内的纵坡形式，一般宜采用单向坡；
地下水发育的长隧道、特长隧道可采用人字坡。
本隧道左线起讫桩号为ZK39+321～ZK39+568，长247米，右线起讫桩号为YK39+313～YK39+515，长202米。
由于隧道长度较短，故隧道坡道形式选择单面坡。
本隧道为单向隧道，设计等级为高速公路分离式单向双车道隧道，设计交通量N为25000-55000辆/h，,故应该采用机械通风，所以坡度设计为3.5%，通风方式采用半横向式。
4.隧道横断面设计
公路净空包括公路建筑限界、通风及其他所需的断面积。
公路隧道的建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度，以及车道人行道的净高。
公路隧道的净空除包括公路建筑限界以外，还包括通风管理、照明设备、防灾设备、监控设备、运行管理设备等附属设施所需要的空间以及富余量和施工误差等。
本隧道设计等级为高速公路分离式单向双车道隧道，查规范可得，建筑限界高度为5.0m，其他建筑限界宽度详见见表2。
表2公路隧道建筑限界基本宽度表
公路等级
设计速度
左侧
右侧
余宽C
人行道R
检修道左
检修道右
车道宽度
高速公路
0.5
1.0
0.75
2×
3.75
注：
单位为m
由于本隧道为短隧道，故可以不设紧急停车带，则公路隧道的建筑限界查规范见图1。
图1公路隧道建筑界限
本隧道采用单心圆方案，半径=6m，=110º
，半径=10.74m，=32º
本隧道的内轮廓设计详见图2。
图2公路隧道内轮廓图
三、围岩内力计算
根据隧道围岩分级标注，综合钻探资料及调查成果，本隧道围岩分为Ⅳ和Ⅴ级，且在不同的标段围岩等级不同，地质条件和水文地质条件也不相同。
计算断面为ZK39+536，其计算资料如下：
设计等级为高速公路分离式单向双车道隧道，围岩级别为Ⅴ级，围岩容重为，弹性抗力系数为K=150MPa/m,变形模量E=1.5GPa。
衬砌材料为混凝土，衬砌材料容重为，弹性模量为E=29.5GPa，衬砌厚度为d=0.65m，地面高程为828.32m，设计高程为799.6m，衬砌结构断面图如图3所示。
图3隧道衬砌断面图
1.荷载确定
按铁路隧道破坏状态设计垂直压力公式计算：
其中w为宽度影响系数：
KPa
围岩水平均布压力：
KPa
2.衬砌几何要素
内轮廓线半径为，外轮廓半径为，拱轴线半径为，拱轴线圆弧中心角为。
3.半拱线长度s及分段轴长Δs
半拱线长度，将半拱轴线等分为8段，每段轴长为：
4.各分块接缝中心几何要素
每个分块与竖直轴夹角，接缝中心点坐标（，）见表3。
表3分块几何中心要素计算表（单位：
m）
分块
几何要素
1
13.6125
0.2354
0.9719
0.0281
1.4886
0.1777
2
27.225
0.4575
0.8892
0.1108
2.8936
0.7007
3
40.8375
0.6539
0.7566
0.2434
4.1360
1.5397
4
54.45
0.8136
0.5814
0.4186
5.1461
2.6476
5
68.0625
0.9276
0.3736
0.6264
5.8670
3.9620
6
81.675
0.9895
0.1448
0.8552
6.2584
5.4092
7
95.2875
0.9957
-0.0922
1.0922
6.2981
6.9079
8
108.9
0.9461
-0.3239
1.3239
5.9840
8.3738
因墙底面水平，计算衬砌内力时用=90º
另一方面，=108.9º
，角度闭合差Δ=0。
衬砌内力计算按图4进行计算。
图4衬砌结构计算图示
5.计算位移
（1）单位位移
用辛普森法近似计算，按计算列表进行，单位位移的计算见表4。
表4单位位移计算表
截面
x
y
d
系数1/3
0.65
0.0229
43.6681
0.0000
0.2354
0.9719
1.4886
0.1777
7.7598
1.3789
60.5667
0.4575
0.8892
2.8936
0.7007
30.5983
21.4402
126.3048
0.6539
0.7566
4.136
1.5397
67.2358
103.5230
281.6627
0.8136
0.5814
5.1461
2.6476
115.6157
306.1042
581.0037
0.9276
0.3736
5.867
3.962
173.0131
685.4779
1075.1722
0.9895
0.1448
6.2584
5.4092
236.2096
1277.7050
1793.7923
0.9957
-0.0922
6.2981
6.9079
301.6550
2083.8027
2730.7809
0.9461
-0.3239
5.984
8.3738
365.6681
3062.0317
3837.0361
349.3450
1109.7234
5923.0868
8491.8786
单位位移计算值计算如下：
计算精度校核为：
=（17.7953+2×
56.5282+301.7160）=432.5677
闭合差=0
（2）载位移——主动荷载在基本结构中引起的位移
1）每一楔块上的作用力
竖向力：
；
水平压力：
式中：
为衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影距离，为衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影距离
由图4衬砌结构计算图示量得，具体数据见表5。
表5衬砌结构计算图示量测数据
i
1.5653
1.4773
1.3063
1.0620
0.7579
0.4113
0.0415
6.6216
0.1868
0.5500
0.8823
1.1650
1.3822
1.5218
1.5758
1.4360
8.6999
=8.6999≈8.7000（校核）
自重力：
为接缝i的衬砌截面厚度
计算时，应使第8个楔块的面积乘以
作用在个楔块上的力均列入表6，各集中力均通过相应图形的形心。
2）外荷载在基本结构中产生的内力
楔块上各集中力的力臂由图4衬砌结构计算图示中量得，分别记为。
内力按下式计算：
弯矩：
轴力：
式中：
、为相邻两接缝中心点的坐标增值，按下式计算：
图5弯矩内力计算图示
、的计算见表6及表7。
表6载位移计算表
-285.0850
-1094.2564
-2298.1420
-3709.2984
-5117.3536
-6328.6419
-7199.1974
-7621.4196
-8.1098
-51.3148
-148.9034
-303.7686
-500.5063
-707.6400
-883.9035
-553.1592
-952.3545
-1109.9229
-989.9144
-616.6042
-67.3152
542.7352
0.5230
0.8390
1.1079
1.3144
1.4472
1.4987
1.4659
1.4050
1.2424
1.0101
0.7209
0.3914
0.0397
-0.3141
15.5063
61.1618
134.4015
231.1082
345.8446
472.1692
602.9767
393.7076
766.5442
1098.8248
1373.1647
1575.3812
1695.5977
1727.9057
-6.3467
-25.7497
-50.3157
-74.5995
-93.2233
-102.0577
-99.1387
-85.5873
-16.6042
-15.4337
-13.3961
-10.6059
-7.2181
-3.4260
0.5571
4.5335
-262.1341
-206.7190
-136.5046
-67.1246
-13.9307
11.3058
2.9813
0.0000
力臂
0.4093
0.5640
0.6870
0.7714
0.8125
0.8079
0.7180
0.7391
0.5963
0.4721
0.3213
0.1525
-0.0248
-0.2018
0.7061
0.5900
0.4406
0.2665
0.0775
-0.1159
-0.3029
集中力
E
45.6555
73.2397
96.7067
114.7364
126.3246
130.8072
119.2024
G
22.4654
Q
371.2422
350.3712
309.8152
251.8745
179.7511
97.5480
9.8426
表7载位移计算表
∑E
92.6788
15.0706
77.6082
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