二、隧道洞門(mén)及襯砌設(shè)計(jì)

《地下工程》課程設(shè)計(jì)報(bào)告二設(shè)計(jì)題目：隧道洞門(mén)及襯砌設(shè)計(jì)院系：河海學(xué)院專業(yè)：地質(zhì)工程年級(jí)：2011級(jí)班姓名：指導(dǎo)教師：翁其能重慶交通大學(xué)河海學(xué)院2014年6月25日說(shuō)明：本次《地下工程》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，依據(jù)重慶交通大學(xué)的課程設(shè)計(jì)有關(guān)要求、地質(zhì)工程專業(yè)的課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)辦法編制，主要用于河海學(xué)院學(xué)院地質(zhì)工程專業(yè)《地下工程》課程設(shè)計(jì)的任務(wù)安排，是地質(zhì)工程專業(yè)學(xué)生完成課程設(shè)計(jì)的依據(jù)文件之一。進(jìn)行《地下工程》課程設(shè)計(jì)的學(xué)生應(yīng)認(rèn)真閱讀、理解本設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，完成本任務(wù)書(shū)所要求的課程設(shè)計(jì)任務(wù)。本次《地下工程》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)按照有關(guān)要求包括以下二個(gè)部分。第一部分：課程設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、任務(wù)與工作準(zhǔn)備第二部分：課程設(shè)計(jì)成果及要求第一部分課程設(shè)計(jì)的目的、內(nèi)容、任務(wù)與工作準(zhǔn)備一、 課程設(shè)計(jì)的題目及j本次課程設(shè)計(jì)為《地下工程》課程設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)的題目為：隧道洞門(mén)及襯砌設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)的意義：結(jié)合學(xué)生課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容，根據(jù)地下工程的實(shí)際要求，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，提高應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。二、 課程設(shè)計(jì)的目的本次課程設(shè)計(jì)要通過(guò)資料收集、方案選擇、結(jié)構(gòu)受力分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等過(guò)程，達(dá)到加深對(duì)《地下工程》所學(xué)知識(shí)認(rèn)識(shí)的目的，并對(duì)《地下工程》所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行總結(jié)和應(yīng)用，學(xué)會(huì)理論聯(lián)系實(shí)際，解決實(shí)際問(wèn)題的能力。并通過(guò)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，鍛煉實(shí)際工作能力。三、 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容本次課程設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面內(nèi)容一一隧道洞身的設(shè)計(jì)和隧道洞門(mén)的設(shè)計(jì)。課程設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)具備：隧道橫斷面設(shè)計(jì)，隧道襯砌的設(shè)計(jì)，隧道洞室防排水設(shè)計(jì)，隧道開(kāi)挖及防排水方案，洞門(mén)的相關(guān)設(shè)計(jì)，相關(guān)圖紙。四、課程設(shè)計(jì)的任務(wù)通過(guò)資料收集、整理，確定所選項(xiàng)目的設(shè)計(jì)依據(jù)、工程概況等。洞身包括襯砌的計(jì)算。洞門(mén)計(jì)算和驗(yàn)算。提交課程設(shè)計(jì)成果。五、課程設(shè)計(jì)的工作準(zhǔn)備按照本任務(wù)書(shū)制定課程設(shè)計(jì)的工作計(jì)劃，依據(jù)本設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)對(duì)時(shí)間進(jìn)行有效安排。為課程設(shè)計(jì)工作進(jìn)行準(zhǔn)備，比如提前安排好電腦的使用、網(wǎng)絡(luò)的使用、調(diào)查計(jì)劃的執(zhí)行、圖書(shū)資料的查閱等。充分利用已有條件，根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行資料收集和數(shù)據(jù)收集工作。4?做好其它學(xué)習(xí)工作安排，并保證課程設(shè)計(jì)的順利實(shí)施。第二部分課程設(shè)計(jì)成果一、 設(shè)計(jì)依據(jù)1、 現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況及對(duì)工程環(huán)境的調(diào)查研究；2、 國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)建筑法律法規(guī)；設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)等。3、 參考規(guī)范：《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001)(2006年版)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70—2004)《隧道工程》王成人民交通出版社覃仁輝主編，《隧道工程》，重慶大學(xué)出版社,2001.12;2.王毅才主編，《隧道工程》，人民交通出版社,2000.8;JTG042-94公路隧道施工技術(shù)規(guī)范，人民交通出版社，1995.8;張慶賀、朱合華編著，土木工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)指南“隧道及地下工程分冊(cè)”中國(guó)水利水電出版社，1999.4本課《地下工程》教材二、 設(shè)計(jì)資料該隧道取自“某某隧道隧道設(shè)計(jì)”進(jìn)口段，公路等級(jí)為II級(jí)，雙車道。該隧道段通過(guò)III級(jí)圍巖。埋深15m，隧道圍巖天然容重是23.8KN/m3。對(duì)于洞口洞門(mén)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算資料：地基土的摩擦系數(shù)為0.65.地基土的容重為17KN/m3.地基容許承載力b=600KPa.0三、隧道洞身設(shè)計(jì)1、隧道橫斷面設(shè)計(jì)1.1公路隧道建筑限界的確定根據(jù)此公路為雙車道II級(jí)，圍巖III級(jí)，據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》選取隧道公路基本限界基本值如下：H建筑限界高度取5m;h檢修道或人行道的高度取25cm;W行車道高度3.5x2m;L左、右側(cè)向?qū)挾?.5m;C余寬取0；R人行道或檢修道J的寬度取1m;E建筑界線左右頂角寬度E=L=1m（當(dāng)L（右）W1m時(shí)E=L（右），當(dāng)L>1m時(shí)E=1m）;隧道限界凈寬：7+0.5x2+1x2=10（m）。設(shè)計(jì)行車速度為60km/h。具體建筑限界設(shè)計(jì)圖如2.1所示：L2隧道內(nèi)輪廓線的確定路隧道建筑限界（尺寸單位：2本隧道為III級(jí)圍巖隧道，一般不產(chǎn)生較大的側(cè)壓力，不需設(shè)仰拱，可以采用

直墻，此時(shí)隧道的凈斷面積最小，便利施工，還能減少墻部開(kāi)挖量。如圖2.2

所示。在建筑限界以上設(shè)置射流風(fēng)機(jī)，高度取1.1m，取施工允許誤差0.1m。根

據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)范圍》，并結(jié)合實(shí)際情況，本隧道作圖法確定公路隧道直墻式

襯砌斷面內(nèi)輪廓線。其中，建筑界限外富余量0.1m，路面以下預(yù)留厚度0.5m.S2.2隧道內(nèi)輪廓線及其計(jì)算團(tuán)示

（尺寸單位：m）1.3襯砌結(jié)構(gòu)主要尺寸初步擬定在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，施工和安全等綜合考慮，邊墻和拱頂均采用等截面襯砌設(shè)計(jì)，按照三級(jí)圍巖的堅(jiān)固系數(shù)值f值取10，拱頂襯砌厚度仏擬定為40cm。邊up 0墻同樣為40cm.路面以下設(shè)置厚50cm。最終確定公路隧道橫斷面圖見(jiàn)附圖2.1。2、隧道襯砌設(shè)計(jì)2.1隧道襯砌解析半襯砌法進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算（1）計(jì)算圖示、基本結(jié)構(gòu)及正則方程CL(a)(b)CL(a)(b)圖2.3半襯砌基本結(jié)構(gòu)及約束（a）計(jì)算簡(jiǎn)圖 （b）基本結(jié)構(gòu)按拱頂切開(kāi)處的截面相對(duì)變位為零的條件，課建立如下正則方程式:XP11+X2久2+￡+A1p+2B0二0卜(2-1)X1521+X2522+A2c+A2p+2 0+2u0=0(2-1)式中：5ik―單位變位 Aip--荷載變位 f―拱圈矢高0’--拱腳截面的最終轉(zhuǎn)角和水平位移。A0’--拱腳截面的最終轉(zhuǎn)角和水平位移。Ai.彈性抗力a引起的拱頂切口處相對(duì)角變與相對(duì)水平位移由結(jié)構(gòu)力學(xué)求變位的方法得:5嚴(yán)工MM"EJ I(2-2)Aip竺工MMp |EJ如果式（2-1）的各變位都能求出，則可用結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法解算未知力X「X2,此時(shí)，拱圈內(nèi)力即可算出多余未知力X1和X2,進(jìn)而求出拱圈內(nèi)力.FojLD_(a)FojLD_(a)(b)圖2.4 (a)直墻拱(b)計(jì)算簡(jiǎn)圖2.2隧道埋深的確定及圍巖壓力的計(jì)算設(shè)計(jì)要求埋深為hc=15m，則天然拱高度h*二0.45x2s-ixt+ix(B-5)L0.45*2?*[1+0.1*(11—5)]=2.88(m)有效高度影響系數(shù)取o=2.2,qh*二6.34<he故可判斷為深埋隧道。所以，對(duì)于高跨比H二7十11.2二0.625<1.7的圍巖，其豎向圍巖松動(dòng)壓力為：Bq二0.45x厶-iyw二yh*二23.8x2.88二68.54(kp)a由于是III級(jí)圍巖，側(cè)壓力系數(shù)在0?0.15范圍。又因?yàn)橛?jì)算的知此邊墻屬于長(zhǎng)梁，故可將水平均布?jí)毫?。2.3隧道襯砌方案的擬定參考《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，本設(shè)計(jì)為雙車道60km/h限速的二級(jí)公路，采用直墻式等截面整體式襯砌。最終確定內(nèi)、外輪廓線以及襯砌的尺寸見(jiàn)附圖1-2深埋隧道外層初期支護(hù)，根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定及實(shí)際情況，采用一般簡(jiǎn)易的C20噴射混凝土，且厚度為10cm。防水板：采用塑料及無(wú)紡布，且無(wú)紡布密度為300g/m"2,防水板應(yīng)采用滿鋪的滿鋪的EVA板防水層，厚度為2mm,搭接長(zhǎng)度為200mm。襯砌：根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用25號(hào)模筑防水混凝土，厚度為60cm。3、隧道洞室防排水設(shè)計(jì)及方案隧道防排水設(shè)計(jì)遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理“的原則，采用完整的防排水體系，使隧道內(nèi)防水可靠，排水通暢，保證運(yùn)營(yíng)期間隧道內(nèi)不慎不漏，基本干燥。3.1隧道洞內(nèi)防排水在初期支護(hù)與二次襯砌之間設(shè)置PVC防水板（2mmEVA防水板+300g/m2無(wú)紡?fù)练植迹┓浪?，并?shí)現(xiàn)無(wú)釘鋪設(shè)：并采用半圓排水管，EVA排水管等形成完善的防排水系統(tǒng)。隧道襯砌排水是在初期支護(hù)與防水層之間設(shè)置環(huán)向半圓排水管，環(huán)向半圓排水管設(shè)置間距5?10m，縱向排水管采用EVA波紋管，設(shè)置在洞內(nèi)初期支護(hù)邊墻腳，沿隧道兩側(cè)，全隧道貫通，環(huán)向半圓排水管沿隧道拱背環(huán)向布設(shè)將水排縱向PVC波紋管，然后通過(guò)EVA塑料排水管將水導(dǎo)入隧道底部（P30中央排水管，引水至洞外排水溝。在遇有地下水較大地段、集中滲水地段及在噴層中如遇較大滲水地段，應(yīng)加設(shè)半圓排水管將水導(dǎo)入縱向排水管。隧道路面采用雙面坡，路面水通過(guò)開(kāi)口流入縫隙管，縫隙管設(shè)在兩側(cè)，洞內(nèi)縫隙管主要排放消防及清洗水，使襯砌背后圍巖水與污染水分離排放。隧道中央排水管設(shè)置了沉沙井、檢查井，邊墻腳縱向排水管設(shè)置了檢查井，使隧道排水設(shè)施具有了可維修性。隧道如遇涌水地段，應(yīng)對(duì)于可能發(fā)生涌水的地段采用堵水處理，根據(jù)國(guó)內(nèi)外堵水經(jīng)驗(yàn)和隧道的具體情況，在采用超前探水等物理勘探手段，查明隧道前方地下水分布狀況及水量后，適時(shí)采取預(yù)注漿，將大量水盡可能封堵在圍巖內(nèi)，使隧道開(kāi)挖后不出現(xiàn)大量涌水，為隧道后續(xù)施工創(chuàng)造條件，以確保隧道施工能安全、按時(shí)完成。3.2施工縫、變形縫防水本隧道變形縫設(shè)置EVA背貼式止水帶加中埋式橡膠止水帶，兩道防水，且嵌縫材料要求防水。環(huán)向施工縫具體可根據(jù)施工情況進(jìn)行調(diào)整，環(huán)向施工縫設(shè)置EVA背貼式止水帶加橡膠止水條，兩道防水。仰拱與邊墻施工縫應(yīng)設(shè)置在電纜溝蓋板以下。施工時(shí)應(yīng)注意防水板搭接，排水管預(yù)埋、止水帶安裝、注漿管預(yù)埋等等，如遇安裝位置不合適時(shí)，應(yīng)作適當(dāng)調(diào)整。3.3隧道洞口防排水隧道開(kāi)挖前應(yīng)做好防排水處理工作。如山頂、坡面低洼或溝槽應(yīng)整平并做好排水設(shè)施。結(jié)合洞口的地形情況，設(shè)置洞門(mén)墻排水溝以及在洞頂仰坡上方設(shè)置截水溝，防止雨水對(duì)坡面、洞口的危害，引地表水至路基邊溝或洞門(mén)外端自然溝谷，以此形成完善的洞外排水系統(tǒng)。具體防水措施：在初期支護(hù)與二次襯砌之間鋪設(shè)2.0mm厚的EVA板防水層和密度控制在300g/m?以上的無(wú)紡布，注意的是在施作防水板之前，要保證混凝土表面平順，無(wú)尖點(diǎn)及鋼筋露頭。路面結(jié)構(gòu)下設(shè)屮300縱向中心水溝，側(cè)邊設(shè)寬50mm、深30mm的縱向凹槽；在襯砌兩側(cè)邊墻背后底部設(shè)屮100的縱向排水盲管,縱向排水盲管由屮100的A類橫向?qū)芎湾?50的B類橫向?qū)芘c中央排水溝連接。對(duì)于二次襯砌施工縫、沉降縫等薄弱環(huán)節(jié)，因此除按施工規(guī)范要求處理外，還應(yīng)進(jìn)行精心的設(shè)計(jì)，采用合適的防水材料和構(gòu)造形式?？稍诜浪逑旅嫣砑右粚颖迟N式止水帶，并在施工縫處添加止水條。隧道二次襯砌混凝土防水等級(jí)要大于S6。二次襯砌施工縫、沉降縫的主要構(gòu)造形式如附圖所示。4、隧道開(kāi)挖施工方案4.1隧道施工方法該隧道為III級(jí)圍巖隧道，根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用新奧法。選擇正臺(tái)階法（短臺(tái)階）開(kāi)挖。上層臺(tái)階超前施工，施工時(shí)首先掘進(jìn)上部弧形斷面（高2.5m），然后逐一挖掘下面各層。該施工方法工序較少、干擾小，上臺(tái)階孔可于下臺(tái)階出渣平行作業(yè)，最適合于采用錨噴作為永久支護(hù)的隧道開(kāi)挖。開(kāi)挖時(shí)局部臨時(shí)支護(hù)。此法的缺點(diǎn)是上下部作業(yè)有干擾；作業(yè)時(shí)應(yīng)注意下部作業(yè)對(duì)上部穩(wěn)定性的影響。臺(tái)階開(kāi)挖注意事項(xiàng)：臺(tái)階長(zhǎng)度要適當(dāng)；解決好上、下半斷面作業(yè)的相互干擾問(wèn)題下部開(kāi)挖時(shí)，應(yīng)注意上部的穩(wěn)定；上部開(kāi)挖時(shí)，因臨空面較大而使爆破坡度過(guò)大，應(yīng)采取密布炮孔。采用先拱后墻時(shí)，必須控制下部開(kāi)挖厚度和爆破用藥量，避免損傷拱圈；采用光面爆破，盡量降低對(duì)圍巖的擾動(dòng)。4.2施工順序：測(cè)量布眼f鉆土導(dǎo)坑炮眼f上部開(kāi)挖f上部初期支護(hù)f臺(tái)車鉆下導(dǎo)坑炮眼f下部開(kāi)挖f下部初期支護(hù)f防水層施工f仰拱施工f二次襯砌(模筑砼)f管溝施工f路面施工。4.3洞口施工洞口土石方施工采用人工配合挖掘機(jī)分兩次開(kāi)挖，第一次開(kāi)挖至起拱線位置，待拱頂以上邊仰坡防護(hù)措施完成后，進(jìn)行起拱線以下部分開(kāi)挖。施工前，按設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)量放線，標(biāo)出起拱線位置及拱腳開(kāi)挖寬度并用紅油漆作出明顯標(biāo)志后，進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。開(kāi)挖前按要求施作洞口仰坡截、排水系統(tǒng)，然后用挖掘機(jī)從上至下逐層順坡開(kāi)挖，并用自卸汽車運(yùn)至棄碴場(chǎng)棄置。洞口開(kāi)挖成型后，及時(shí)施作錨噴及邊坡防護(hù)，穩(wěn)定邊坡。洞身開(kāi)挖施工方法(a)掛齒進(jìn)洞方法為保證隧道進(jìn)洞施工安全，進(jìn)洞前，安裝型鋼支架、關(guān)模并澆筑套拱混凝土,然后施作超前管棚注漿加固圍巖。采用弧形導(dǎo)坑法進(jìn)洞，用挖掘機(jī)為主要開(kāi)挖機(jī)具。進(jìn)洞后，轉(zhuǎn)換工序，進(jìn)行洞內(nèi)III級(jí)圍巖施工。隧道洞口開(kāi)挖面呈多向受力狀態(tài)，容易發(fā)生坍塌事故，為保證隧道坡口時(shí)施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，設(shè)超前管棚注漿加固圍巖。大管棚采用DP120型跟管鉆機(jī)鉆管孔，將加工好壓漿孔鋼管隨鉆頭跟進(jìn)孔內(nèi)，用絲扣接長(zhǎng)鋼管，確保管孔位置正確，避免“沉頭”和串孔。加快各工序的施工進(jìn)度，及時(shí)封閉。及時(shí)成環(huán)，噴砼加厚。對(duì)于新奧法施工需要增加10cm的超挖量，最終確定實(shí)際開(kāi)挖線。而施工中,很難掌握剛好達(dá)到實(shí)際開(kāi)挖平均線，按設(shè)計(jì)要求，所有超挖部分都要用片石回填密實(shí)。四、隧道洞門(mén)的設(shè)計(jì)1、端墻式隧道洞口尺寸的設(shè)定及計(jì)算1.1擬定尺寸、確定參數(shù)設(shè)計(jì)洞口形式為端墻式洞口，端墻為直墻，墻厚1.8m，洞口為擋墻垂直，坡比1:0.5，高端11低端為7m，仰坡坡腳至端墻背的水平距離1.5m.計(jì)算參數(shù)：仰坡坡度；1:0.5仰坡坡角；￡=63.5o，tan￡=2。，8=6。地層溶洞丫=17KN/m3

地層計(jì)算摩擦角申=70o洞門(mén)地基土摩擦系數(shù)0.65地基容許承載力社L0.81.2建筑材料的容重和容許應(yīng)力D計(jì)算墻端的材料為水泥砂漿片石砌體，片石強(qiáng)度等級(jí)為Mn100，水泥砂漿的強(qiáng)度等級(jí)為M10。容許壓應(yīng)力的計(jì)算：tan2申o+tan2申o+tandtan&一J(1+tan2申)(tan申一tan&)(tan申+tand)(1一tandtan&)tanw=—tan270°+tan6°tan63.5°一Jtan8(1+tan2申)一tan申(1一tandtan8)n70°—tan63.5°^tatan270°n70°+tan6° tan6°tan2°一tan6°tan63.5。tan63.5。1+tan一tan6°tan63.5。=0.26508最危險(xiǎn)滑裂面與垂直面之間的夾角w=arctan0.2658=14.89°土壓力為:2+h0n'一h0/bg=0.0559fi)(—tafitan)+申)(-1awtan=0.0559土壓力按下式計(jì)算：TOC\o"1-5"\h\z1 1E=-yH2九=—X23.8X112xX=80.49KN2 2(1 3\墻背摩擦角取1?3：135丿Ex=Ecos?-Q)=80.49xcos(32。―6。)=72.34KNEy=EsinQ-Q)=80.49—sin(32。—6。)=35.28KN墻體自重按下式計(jì)算：G=丫H1.5=22x11x1.8=435.6KN2、洞門(mén)作為重力式擋土墻的驗(yàn)算2.1穩(wěn)定性及強(qiáng)度驗(yàn)算:

YM

心=YM°根據(jù)公式Y(jié)M

心=YM°y o JEx對(duì)墻趾的力臂:Ey對(duì)墻趾的力臂:G對(duì)墻趾的力臂:rH11 …Zx= = =3.667mEx對(duì)墻趾的力臂:Ey對(duì)墻趾的力臂:G對(duì)墻趾的力臂:rH11 …Zx= = =3.667m3 3HtandAo11xtan6

Zy=B+ =1.8+ =1.92m3 3B+Htand1.8+11xtan6ZG= = =1.478mXZy=435?6%1-XZy=435?6%1-478+35?28“92二711-554KN.mYM°二ExZx=72.34x3.667二265.271KNm代入上式得：YM 711554K°= y=一.一=2.68>1.6°乙M° 265.271故抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求2.2抗滑動(dòng)驗(yàn)算對(duì)于水平基底.>1.3Kc>1.3Kc二72.34Kc=(G+Ey)f=(435.6+35.28)x0.65=423>1372.34Ex故抗滑穩(wěn)定性滿足要求。2.3基底合力偏心距驗(yàn)算:設(shè)作用于基底的合力