土木工程专业公路隧道毕业设计标准模板.doc

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黑龙江工程学院本科生毕业设计

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章绪论 1

1.1.选题的目的及意义 1

1.1.1选题的目的 1

1.1.2选题的意义 1

1.2.国内外研究状况 2

1.2.1国内研究现状 2

1.2.2国外研究现状 2

1.3.设计依据 3

1.3.1技术标准 3

1.3.2设计标准 3

1.4.建筑材料选用 3

1.5.拟解决的主要问题 3

第2章大奥山隧道总体设计 4

2.1.大奥山隧道工程概况 4

2.2大奥山隧道水文地质概况 4

2.2.1地形、地貌 4

2.2.2工程地质 4

2.2.3水文地质 5

2.2.4地震烈度等级的确定 5

2.3围岩等级确定 5

2.4大奥山隧道选址 5

2.4.1隧道选址原则 5

2.4.2大奥山隧道选址 6

2.5隧道洞口选择及线型设计 6

2.5.1洞口选择和线型设计的原则 6

2.5.2洞口位置的选择 6

2.6隧道纵断面设计 6

2.7横断面设计 7

2.7.1建筑限界 7

2.7.2紧急停车带 7

2.7.3横向通道 8

2.7.4内轮廓设计 9

2.8本章小结 10

第3章洞口设计 11

3.1.洞口段地质评价 11

3.1.1上行线 11

3.1.2下行线 11

3.2.洞门设计 12

3.2.1洞门类型选择 12

3.2.2洞门设计 12

3.3本章小结 12

第4章明洞设计 13

4.1.明洞长度确定 13

4.2.明洞设置 13

4.2.1明洞基本参数设置及配筋 13

4.3衬砌内力计算 13

4.3.1基本材料 13

4.3.2土压力计算 14

4.3.3内力计算 14

4.4.计算位移 16

4.4.1解力法方程 24

4.4.2计算主动荷载和被动荷载（σh=1）分别产生的衬砌内力 25

4.4.3最大抗力值的求解 25

4.4.4计算衬砌总内力 27

4.4.5衬砌截面强度检算 28

4.4.6明洞衬砌内力图 33

4.5本章小结 33

第5章隧道衬砌设计 34

5.1概述 34

5.2荷载计算 34

5.2.1计算断面的参数选择 34

5.2.2深、浅埋的判别 35

5.2.3围岩压力的确定 35

5.3衬砌内力计算 36

5.3.1计算方法 36

5.3.2计算图示 36

5.3.3衬砌几何要素 37

5.3.4主动荷载作用下的衬砌压力计算 39

5.3.5弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移 47

5.3.6最大抗力值的求解 54

5.3.7计算衬砌总内力 55

5.4衬砌截面强度检算 57

5.4.1浅埋截面强度检算 57

5.4.2深埋截面强度检算 62

5.5隧道衬砌内力图 67

5.5.1浅埋截面内力图 67

5.5.2深埋截面内力图 68

5.6本章小结 68

第6章通风照明设计 69

6.1通风设计 69

6.2照明设计 70

6.2.1洞外接近段照明 70

6.2.2洞内照明 71

6.2.3照明计算 72

6.3本章小结 75

第7章隧道防排水设计 76

7.1防水设计 76

7.1.1防排水标准 76

7.1.2防水措施 76

7.1.3复合式衬砌防水系统 76

7.1.4二次衬砌防水系统 76

7.2隧道洞内排水 77

7.2.1围岩疏导排水 77

7.2.2路侧边沟排水 77

7.2.3侧向排水沟 78

7.3洞口与明洞防排水 78

7.3.1洞口防排水 78

7.3.2明洞防排水 79

7.4本章小结 79

第8章隧道施工 80

8.1施工方法 80

8.1.1明挖法 80

8.1.2新奥法 83

8.2辅助施工 84

8.3施工注意事项 84

8.4本章小结 85

结论 86

参考文献 87

致谢 89

摘　　要

本设计为绥翠公路大奥山隧道设计。

该隧道地处绥芬河境内，为分离式单向行驶双车道隧道（上、下行分离）。

上下行隧道桩号K4+600~K6+200（其中明洞60m，暗洞1480m）,全长为1600m。

隧道最大埋深170m，所处围岩等级为Ⅳ、Ⅲ级,隧道纵坡采用双坡，坡度分别为1.5%和-1.4%。

该隧道衬砌采用复合式衬砌，断面形式为曲墙拱形断面,洞门为翼墙式洞门,明洞与暗洞衬砌形式相同，明洞采用明挖法施工，暗洞采用新奥法施工,隧道的通风和照明设计内容按照行车速度100km/h设计。

本设计的主要内容包括：

隧道选址、隧道平纵横设计、洞门与明洞设计、衬砌与支护设计、施工方案设计、防排水设计、通风照明设计等。

经验算，该隧道设计合理，方案可行，满足绥芬河绥翠公路的服务水平。

关键词：

隧道；衬砌；明洞；洞门；新奥法

ABSTRACT

Thedesignforhighwaytunneldesigningreenav.ThetunnelislocatedinSuifenhe,isaseparationtypeone-wayroaddualcarriagewaytunnel（on,downstreamseparation）.

DownlinktunnelstakeNo.K4+600~K6+200（includingthe60m,darkhole1480m）,is1600m.Thelargesttunnelburieddepthof170m,thesurroundingrockgradeIV,III,tunnellongitudinalslopeusingdualslope,sloperespectively1.5%and-1.4%.Theliningoftunnelwithcompositelining,crosssectionformcurvedwallarchsection,portalfortheendwallsoftheportal,anddarktunnelliningofthesameform,carriedbyopen-cutmethod,darkholeusingthenewAustriantunnelingmethod,tunnelventilationandlightingdesigninaccordancewiththespeedof100km/hdesign.

Themainelementsofdesigninclude:

thetunnellocation,verticalandhorizontaltunnelleveldesign,portaldesignandMyeong-dong,liningandsupportthedesign,constructiondesign,drainagedesign,lightingdesign,suchasventilation.

Operatorexperience,thetunneldesignisreasonable,feasible,tomeettheSuifenheHighwayqiqiharservicelevels.

Keywords：

Tunnel;Lining;Open-cuttunnel;Support;NewAustrianTunnellingMethod

II

第1章绪论

1.1选题的目的及意义

1.1.1选题的目的

根据土木工程专业（岩土与地下工程方向）的培养目标及毕业生的主要服务去向为隧道现场施工，通过所做毕业设计，能把在学校四年期间所学的基础理论、专业知识、专业选修课知识、工程绘图内容和基本技能全面应用于实际工程施工中，综合训练应用现行规范、调查研究、方案制定、设计与计算、计算机应用、数据处理、文件撰写、口头表达等方面的能力，提高学生独立思考问题、分析问题和解决一般工程技术问题的能力，是实现土木工程专业培养目标要求的重要阶段，为毕业参加工作奠定良好基础。

1.1.2选题的意义

希望通过本次毕业设计，使自己从中学习更多的知识，能够系统的把大学四年所学的知识点结合起来，学以致用。

能够把大学四年中专业课和基础课的知识点重新温习一遍，查缺补漏，多翻翻书本，更好的培养自己多学习主动思考问题的能力，与同学和老师交流涉猎更多的专业知识，能做到绘制图纸准确认真描述每个点的高程，同时接触到和掌握一些其他的相关专业知识和技能，通过查阅相关地质书籍真正做到与实际相符合的线路选址，与毕业后参加工作隧道施工方面给予知识的补充和支持，充分使理论实际相结合。

通过本次毕业设计，能够使自己更加熟练地掌握等高线绘制地形图怎样快速敏捷画出纵断面图，并通过查阅相关资料找出一级公路的相关各项指标规定并进行及时准确绘制图纸。

本毕业设计选题为大奥山隧道设计。

隧道位于绥芬河至翠兴一级公路段，设计车速为100km/h，所在山体位置是黑龙江省绥芬河市大奥山，隧道穿越山体多为Ⅲ级围岩，隧道洞口为Ⅳ级围岩，工程地质条件良好，岩层为厚层状结构，结构面控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，把所学过的有关隧道课程的基本理论和专业知识综合应用于实际隧道工程设计以及施工中，熟练掌握隧道平纵横设计、洞门计算与设计、衬砌结构计算与设计、施工方案设计、排水防水和通风照明设计，熟练绘制和阅读隧道施工图，掌握隧道设计和施工的方法；通过该隧道毕业设计，能综合训练应用各种手段查询资料、获取信息的基本能力和计算机应用能力，以及提高独立思考问题、分析问题和解决问题的能力，使学生具有独立解决隧道的设计和施工的能力。

1.2国内外研究状况

1.2.1国内研究现状

通过查阅有关资料，知道了国内外隧道发展史的简单概况，了解我国国内公路隧道数量情况。

[14]

人类很早以前就知道利用自然洞穴作为住处。

当社会发展到能制造挖掘工具时，就出现了人工挖掘的隧道。

新奥法是20世纪40年代开始发展起来的，它是以喷混凝土和锚杆为主要支护手段的一种方法。

这种方法把坑道的支护和衬砌与围岩看作是相互作用的一个整体，既发挥围岩的自承能力，又使支护起到加固围岩的作用。

新奥法与传统的矿山法相比，更能充分利用地层地质条件。

随着理论上的日臻完善，将会在地下工程中得到更加广泛的应用。

2000年，我国公路隧道已达1684座，里程达到628km。

其中特长隧道为54km/15座、长隧道为207km/135座。

2004年，全国已拥有公路隧道2495座，总长1245571延米。

随着高等级公路的继续发展，还会有更多的公路隧道出现。

对国民经济的发展起到了极大的促进作用，为用户提供了安全、方便、快捷、经济的交通运输条件。

今后随着能源问题的矛盾日益尖锐，隧道会越来越受到用户的欢迎，因此在节能中的作用是特别值得重视的。

隧道在为用户提供了方便的运输条件的同时，也增加了营运成本，为了使用户享有各种便捷舒适的交通环境，往往在设计过程中选择低线位，从而使路线大大减少了爬坡路段的长度，同时也节省了油耗，用户获得了最大限度的受益。

但运营管理部门却不得不付出最高的成本，在交通量尚未达到足够数量之前，往往入不敷出。

由于隧道是现状结构物，从设备的合理设计上考虑，长度大于2—2.5km以上的隧道，无论供电、消防、供水都会变得很困难，不得不增加许多附加设备，从而增加了成本。

为了更好的掌握本学科的内容，希望在有关学科中获得必要的补充知识。

1.2.2国外研究现状

公路隧道在发达国家高速发展，主要是由于科学技术先进的原因。

国外的一些经济发达国家尤其是北欧国家和日本在发展长大公路隧道技术方面处于领先地位，最长的山岭隧道长达16km，海底公路隧道长达9km。

新奥法是20世纪40年代末发展起来的，它是以喷混凝土和锚杆为主要的支护手段的一种方法。

新奥法与传统的矿山法相比，更能充分利用地层地址条件。

随着理论上的日臻完善，将会在地下工程中得到更广泛的应用。

1.3设计依据

1.3.1技术标准

（1）隧道按规定的远期交通量设计，采用分离式单向行驶双车道隧道（上、下行分离）。

（2）隧道设计车速，隧道几何线形与净空按100km/h设计，隧道照明设计速度按100km/h设计。

（3）隧道围岩级别按《公路隧道设计规范》JTJ026-2004确定。

1.3.2设计标准

《公路隧道设计规范》JTJ026-2004；

《公路隧道通风照明设计规范》JTGH12-2003；

《公路工程技术标准》JTGB01-2003；

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB50086-2001；

《地下工程防水技术规范》GB50108-2008；

《地下防水工程质量验收规范》GB50208-2011；

1.4建筑材料选用

（1）混凝土：

强度等级为C25

（2）普通钢筋：

箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋

1.5拟解决的主要问题

（1）衬砌内力结构计算

（2）隧道洞门位置的选择

（3）配筋问题及通风、照明、排水等问题

第2章大奥山隧道总体设计

2.1大奥山隧道工程概况

大奥山隧道绥芬河境内的绕城一级公路隧道，为分离式单向行驶的两车道隧道（上、下行分离），坡度采用双坡。

隧道左洞桩号：

K4+600～K6+200，长1600m；右洞桩号：

K4+600～K6+200，长1600m。

隧道纵坡采用双坡，坡度分别为1.5%和-1.4%，隧道衬砌采用复合式衬砌，断面形式为曲墙拱形断面，洞门为翼墙式洞门，明洞与暗洞衬砌形式相同，明洞按明挖法施工，暗洞按新奥法施工。

2.2大奥山隧道水文地质概况

2.2.1地形、地貌

大奥山隧道所处地区大部分为湖相沉积，地质成矿条件较差，阶地面开阔，一般较平坦，局部略有起伏，微向漫滩方向倾斜，坡度角2~5度。

由于后期侵蚀作用，阶地面被支谷切割，呈不连续分布。

阶地前缘陡坎明显，高出一级阶地3~5米。

2.2.2工程地质

1、区域稳定分析评价

本地区属东北区域，地震基本烈度为Ⅵ度，隧道区内无区域深活动断裂，史上也无大的地震灾害记录，地壳基本稳定，按规范规定不设防。

2、地层岩性

大奥山隧道经区域调查，分别是处于：

晚太古代-早侏罗世早期时期分区：

小兴安岭分区的华安小区；早侏罗世中期—白垩纪时期分区：

大兴安岭分区、本区。

1层褐黄色残积含碎石亚粘土，软塑-硬塑状，碎砾石粒径以5～30mm为主，土质不均，夹有块石，厚度约为1.0～0.6m；下伏J3x青灰色晶屑熔结凝灰岩，巨层厚状；2强风化层，厚度为0.5～1.5m，绿灰色，灰黄色，具原岩结构，节理裂隙发育，岩芯砂砾状、碎块状；3弱风化层，厚度13.0～25.0m，灰兰色，凝灰结构，块状结构，节理裂隙很发育，岩芯以短柱状为主，柱长一般为10～20cm，局部碎块状，RQD=40～60%，Kv=0.73～0.82，u=0.22～0.19，[BQ]=350[1]。

3、地质构造

本地区构造单元属松嫩幔弄区：

龙江凸起，走向北东东；嫩江中断坳闲带。

4、不良地质构造的影响

本地区无不良地质构造，围岩的稳定性较好，对隧道的修建大有利处。

2.2.3水文地质

绥芬河市境内河流纵横，主要有乌裕尔河、南北河、通肯河三大水系，共有27条支流，总长度953公里。

三大河流发源于大兴安岭山脉西南麓。

多年平均经流总量为10.86亿m3。

乌裕尔河横贯市的中部，境内主干长98公里，向西流入齐齐哈尔境内的国家级自然保护区扎龙自然保护区，是扎龙自然保护区的重要水源地。

南北河流域境内长度102.8公里，两岸是近10万公顷原始湿地。

绥芬河市河流特点：

支流较多、河网密布、水源丰富。

但由于地势起伏甚缓，河谷比降小，河道弯曲，断面窄，流量小，汛期供水排泄不畅，易于泛滥成灾。

2.2.4地震烈度等级的确定

地震基本烈度为Ⅵ度。

2.3围岩等级确定

隧道拟经过处山岭起伏变化较小，地形条件较简单。

主要地质以含砂砾石，粘土层、沉积岩地层为主，巨层厚状、块状构造较多，局部碎块石状。

地层整体风化较轻，节理不发育，地层表面为全风化地带，在垭口位置有一定厚度的坡积层。

为河流冲击，洪积、风积、冰缘堆积。

根据《公路隧道设计规范》JTJ026-2004经综合评定，隧道围岩大致为III级、IV级。

2.4大奥山隧道选址

2.4.1隧道选址原则

综合分析本隧道的地形地质图，根据以下原则对隧道进行选址：

（1）隧道位置应尽可能选择在地质构造简单，节理裂隙不发育，岩性较好，稳定的地层中通过。

应注意避免岩层软弱结构面、断层，必须通过时，应使隧道的通过长度最小。

（2）隧道穿越两种岩性迥然不同的岩层接触带时，应避免平行和接近平行，应尽可能垂直或接近垂直方向穿越接触带。

（3）当隧道通过单斜构造时，隧道中线以垂直岩层走向穿越最为有利。

当隧道中线与非水平岩层走向一致或斜交角很小时，应力求将隧道置于岩性较好、强度较高的层内。

如岩层倾角较大，又有粘着力较差的软弱夹层时，应注意有产生顺层滑动的可能。

（4）当隧道通过褶曲构造时，隧道位置选择在褶曲构造一端或背斜褶皱中轴处通过较为有利。

不宜将隧道置于向斜轴部通过。

（5）越岭隧道首先可以从地形角度选择可能穿越的垭口，拟定该垭口处越岭标高及两侧相应的展线方案。

综合考虑工期、经济效益、技术难度等，选择合适的临界标高。

（6）选择隧道的临界标高时，应注意下列因素：

要尽可能把隧道埋置于较好的地层中；应使洞口位置处于较好的工程地质、水文地质的地方，便于施工场地布置；隧道长度应考虑施工期限和施工技术条件。

2.4.2大奥山隧道选址

根据隧道选址的原则，结合本地段的地形地质情况，大奥山隧道位于绥芬河市绕城一级公路，隧道起止桩号是K4+600～K6+200，长1600m（其中明洞60m，暗洞1480m）。

隧道的选址归结为以下几个方面：

选择合适的临界标高，在保证隧道埋深的前提下尽量减少隧道的长度；洞口段中线尽量选择与地形等高线垂直。

2.5隧道洞口选择及线型设计

2.5.1洞口选择和线型设计的原则

（1）隧道洞口位置应根据地形、工程地质及水文地质情况，着重考虑隧道仰坡、边坡的稳定，保证施工及运营的安全，并结合洞口有关工程及施工条件，综合研究比选确定。

一般情况隧道宜早进洞、晚出洞。

（2）洞口段所在位置为坡积层地质，地形缓和，埋深较浅，应采用有效措施，做好防排水工作，不应采取刷坡清方，以免破坏山体稳定，招致坍方、滑坡病害。

必要时宜接长明洞，确保施工和运营安全。

（3）如果是长隧道，洞口位置选择应结合施工方法综合考虑，则应具有较好的交通条件和外部电源条件。

（4）隧道线路应力求与地形等高线垂直或近似垂直进洞。

如果不满足要求时，应以大角度斜交进洞为宜。

2.5.2洞口位置的选择

根据洞口的选择原则，结合地质图，本隧道洞口段均位于坡积层上，且坡度较缓，围岩较差，因此应考虑避免大挖大刷，早进洞，晚出洞。

综合考虑地形地质以及路线需要，将上行线入口端设在K4+600处，标高设计为PH=339.6m，上行线出口端设在K6+200处，标高设计为PH=331.7m；下行线入口端设在K6+200处，标高设计为PH=331.7m，下行线出口端设在K4+600处，标高设计为PH=339.6m。

综合隧道地址和洞口位置的选择，该隧道的上行线、下行线桩号为：

上行线K4+600～K6+200，下行线K4+600～K6+200。

上行线、下行线平面均设为直线。

2.6隧道纵断面设计

本隧道的基本坡道形式设为双坡。

坡道形式的选择依据和纵坡坡度的主要控制因素为通风问题和对汽车行驶的利害。

隧道的纵坡以不防碍排水的缓坡为宜，坡度过大，对汽车行驶、隧道施工和养护管理都不利。

鉴于以上原因，该隧道决定采用双向坡，坡度设置如下：

上行线：

K4+600～K5+100为1.5%的上坡，坡长为500m；k5+100～k6+200为-1.4%的下坡，坡长为1100m。

下行线：

K4+600～K5+100为1.5%的上坡，坡长为500m；k5+100～k6+200为-1.4%的下坡，坡长为1100m。

2.7横断面设计

2.7.1建筑限界

大奥山隧道的建筑限界按100km/h时速进行设计，建筑限界取值确定如下：

图2.1隧道建筑限界（单位：

m）

建筑限界横断面宽度如下表

表2.1建筑限界设置（单位：

m）

设计速度

（km/h）

车道宽度W

侧向宽度

检修道J

顶角宽度

左侧

右侧

左侧

右侧

左侧

右侧

100

2×3.75

0.50

0.75

0.75

0.75

0.50

0.75

2.7.2紧急停车带

大奥山隧道为长隧道，所以在行车方向的右侧设置紧急停车带。

紧急停车带的设置间距取850m，停车带的路面横坡取为水平。

紧急停车带的建筑限界、宽度和长度见附图：

图2.2紧急停车带建筑限界（单位：

m）

图2.3紧急停车带长度、宽度（单位：

m）

2.7.3横向通道

上下行分离独立双洞的公路隧道之间应设置横向通道。

车行横通道间距设置为900m，与紧急停车带对应布置。

其建筑限界及内轮廓如附图：

图2.4车行通道建筑限界（单位：

m）

图2.5车行通道内轮廓图（单位：

m）

2.7.4内轮廓设计

大奥山隧道除满足隧道建筑限界的要求外，还考虑到洞内路面、排水、检修道、通风、照明、消防、内装、监控等设施所需要的空间，采用工程类比法结合其他工程实践确定安全、经济、合理的断面形式和尺寸。

隧道各断面内轮廓横断面设计如图：

图2.6隧道标准断面内轮廓图（单位：

m）

图2.7隧道紧急停车带断面内轮廓图（单位：

m）

2.8本章小结

本章的设计为隧道的总体设计，设计的内容包括：

大奥山隧道为分离式单向行驶的两车道隧道，围岩等级为Ⅳ、Ⅲ级，隧道的选址，纵断面设计，横断面设计。

第3章洞口设计

3.1洞口段地质评价

3.1.1上行线

入口端洞口段隧道地表为斜坡地形，坡度4°～6°，坡面植被茂盛。

全风化层，厚2～8m，灰黄、褐灰色，湿、可塑状，原岩已风化成砾砂，粘性土状，偶夹有未完全风化碎石；强风化层，厚2～12m，黄褐色，湿、密实状，原岩已风化成碎块石状，局部砂砾状，岩芯呈碎石状，偶见有40～70mm短柱状；弱风化层，厚0～6m，灰兰色，凝灰结构，块状构造，节理裂隙很发育，岩芯以短柱状为主，柱长一般为5～20cm，局部碎块状，RQD=20～50%，岩体呈碎石状压碎结构；隧道通过1层、2层、3层，围岩稳定性差，综合评定出口段围岩级别为IV级，地下水类型为基岩裂隙水，水量较贫乏，易沿节理渗入隧道而出现滴水现象。

3.1.2下行线

根据隧道纵断面设计图，出口端左洞口段隧道地表为斜坡地形，坡度8°～10°，坡面植被茂盛。

1层褐黄色残积含碎石亚粘土，软塑-硬塑状，碎砾石粒径以5～30mm为主，土质不均，夹有块石，厚度约为1.0～0.6m；下伏J3x青灰色晶屑熔结凝灰岩，巨层厚状；2强风化层，厚度为0.5～1.5m，绿灰色，灰黄色，具原岩结构，节理裂隙发育，岩芯砂砾状、碎块状；3弱风化层，厚度13.0～25.0m，灰兰色，凝灰结构，块状