隧道工程課程設(shè)計(jì)

一目的和任務(wù)課程設(shè)計(jì)是專業(yè)課教學(xué)計(jì)劃中的重要環(huán)節(jié)。通過該教學(xué)環(huán)節(jié)使學(xué)生對(duì)所學(xué)的二設(shè)計(jì)要求①必須按照設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求完成全部規(guī)定內(nèi)容，嚴(yán)格遵守國(guó)家頒布的有關(guān)技②設(shè)計(jì)圖件采用計(jì)算機(jī)或鉛筆繪制，要求線條清晰，整潔美觀，符合有關(guān)建筑③說明書一律用碳素墨水抄寫公正，文句通順，簡(jiǎn)明扼要，文中計(jì)量單位一律三設(shè)計(jì)資料船溪隧道進(jìn)口位于新晃縣杉木塘村，出口位于新晃縣興隆鄉(xiāng)龍馬田村。本隧道所處路段為雙向四車道高速公路，隧道建筑限界按80km/h行車速度確定。為分離式單向行車雙線隧道。隧道左線起汽樁號(hào)為2K69+840~2K71+770,全長(zhǎng)1930m,右線汽樁號(hào)為YK69+870~YK71+835,全長(zhǎng)1965m,按隧道分類左、右線均屬長(zhǎng)隧道；左線隧道位于R=3000m的圓曲線內(nèi)，右線隧道位于R=35000m的圓曲線內(nèi)。左右線均不設(shè)置超高。左線位于1.1%的上坡與0.66%的下坡，豎曲線半徑R=3500m豎曲線上，右線位于1.1%的上坡與0.66%的下坡，豎曲線半徑R=35000m的豎曲線上。隧址位于湖南省新晃縣波洲鎮(zhèn)與興隆鄉(xiāng)境內(nèi)，屬于低山區(qū)地貌，地形起伏較大，隧道穿越二道沖溝，隧道最大埋深約188m,隧道進(jìn)口及出口山體坡度較大，約40°~50°,隧道進(jìn)口及洞身上坡上遍布杉樹、灌木，出口山坡植被較少。根據(jù)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局于2001年2月2日發(fā)布的《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》查得：隧道區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s;地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g,參照其附錄D。地震基本烈度小于VI度，由于勘察場(chǎng)地地形起伏較大，應(yīng)考慮該勘察區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤(rùn)，雨量充沛。12月至翌年1月為枯水期，降水量最小，從2月份起見增。4~8月為雨水期，降水量最大，大根據(jù)當(dāng)?shù)厮墓こ探?jīng)驗(yàn)，本區(qū)地表水及地下水對(duì)砼無侵蝕性，防護(hù)等級(jí)為常四設(shè)計(jì)任務(wù)①根據(jù)資材要求設(shè)計(jì)80km/h行車速度的公路隧道的建筑限界和設(shè)置緊急停車帶②試設(shè)計(jì)80km/h行車速度的標(biāo)準(zhǔn)斷面并畫出有關(guān)圖。③當(dāng)隧道開挖通過的是Ⅲ級(jí)圍巖時(shí)，試設(shè)計(jì)計(jì)算噴射混凝土的厚度和錨桿的布④隧道出口洞門是端墻式洞門，端墻高出隧道拱頂2m,試設(shè)計(jì)五參考資料六計(jì)算設(shè)計(jì)I建筑限界隧道建筑限界是為了保證隧道內(nèi)各種交通正常運(yùn)行與安全而規(guī)定在一定寬度隧道建筑限界由行車道寬度W,側(cè)向?qū)挾萀,人行道R或檢修道等組成。如圖S:行車道兩側(cè)路緣帶寬度C:余寬。當(dāng)計(jì)算行車速度大于或等于100km/h時(shí)為0.5m,計(jì)算行車速度小于100km/h,為0.25mL:側(cè)向?qū)挾菾:檢修路寬度h:檢修路高度①便于養(yǎng)護(hù)人員、司機(jī)處理緊急事故，而不影響交通。②檢修道的路緣石可以阻擋車輛爬車道是檢修人員的安全限界。③檢修道路緣石可以作為駕駛員的行駛方向，比車道邊線更能吸引駕員的注意檢修道高度h按表3-1取值。h<cm>80-6060-4040-3030-2525或20在建筑限界內(nèi)不得有任何部件入侵，隧道建筑限界的基本寬度應(yīng)按有關(guān)規(guī)定?、佼?dāng)設(shè)置檢修道或人行道時(shí)，不設(shè)余寬。當(dāng)不設(shè)置人行道或檢修道時(shí)，應(yīng)設(shè)置不少于25cm的余寬②隧道路面橫坡，當(dāng)隧道為單向交通時(shí)，應(yīng)取單向坡面；當(dāng)隧道為雙向交通時(shí)，應(yīng)取雙面坡，坡度一般可取1.5%~2.0%控制在2%以下為好。本隧道設(shè)計(jì)縱坡值為1.1%~0.66%,均在2%之下，符合高速公路及一級(jí)公路隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)檢修道。汽車專用公路隧道只在左側(cè)設(shè)檢修道。檢修道或人行道的高度可按20~80cm取值，并綜1.檢修人員步行時(shí)的安全2.緊急情況時(shí)，駕車人員拿取消防設(shè)備方便3.滿足其下放置電纜，給水管等的空間尺寸要求本設(shè)計(jì)中隧道設(shè)計(jì)要求為80km/h高速公路，根據(jù)原始資料，本隧道為山隧道，高速公路標(biāo)準(zhǔn)單向兩車道，設(shè)計(jì)車速為80km/h,根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)側(cè)向?qū)挾萀:L=S+C=0.5m檢修道寬度J:J=0.75m檢修道高度h:h=0.3m頂角寬度E:E=L=0.5m隧道建筑限界高度H:H=5.0m隧道建筑限界示意圖如下，隧道內(nèi)橫向采用單向坡坡度為1.6%。內(nèi)緊急停車帶寬為3.5m,有效長(zhǎng)為30m,過渡段長(zhǎng)度為5m。單心半圓R=550cm,側(cè)墻為大半徑弧R?=780cm。仰拱圓弧半徑R?=1600cm,仰拱與側(cè)墻同用一個(gè)半徑圓弧連接R?=105cm,兩車道80km/h的標(biāo)準(zhǔn)斷面圖如下：設(shè)計(jì)原始資料要求：當(dāng)隧道開挖通過的是Ⅲ級(jí)圍巖時(shí)，設(shè)計(jì)噴射混凝土的厚度Ⅲ級(jí)圍巖隧道的寬度與高度H的確定可按下式進(jìn)行計(jì)算。B=2r+2d+2e=2×5.5+2×0.45+2×0.04=H=H?+r+d+e=1.61+5.5+0.45+0d——襯砌厚度值為0.45e——預(yù)留變形取0.04Ⅲ級(jí)圍巖深埋和淺埋的分界，按荷載等效高度值，并結(jié)合地質(zhì)條件，施工方式中H?:隧道深淺埋的邊界高度在礦山法施工條件下，IV—VI級(jí)圍巖取H,=2H?=2.5hg,所以本隧道取H?=2.5hg。又因?yàn)閝=0.45×2s-1*r*ww:寬度影響系數(shù)。W=1+i(B-5)B:隧道寬度，前面已算出B=11.98mi以B=5m為基礎(chǔ)，B每增加1m時(shí)，圍巖壓力增減率，當(dāng)B<5m時(shí)i=0.2,當(dāng)B>5m時(shí)，取i=0.1,因?yàn)锽為11.98m,所以i取0.1將數(shù)據(jù)代入式q=0.45*25*r*w得q=0.45×23-1×24×[1+0.1(11.98-5原始設(shè)計(jì)中提到本隧道最大埋深為188m,遠(yuǎn)大于H?所以本隧道中既有淺埋②設(shè)計(jì)參數(shù)的確定由上節(jié)可知，Ⅲ級(jí)圍巖壓力p=q梁=0.0733MPa,考慮到在初期支護(hù)時(shí)會(huì)遇到各種偶然因素，如地震的影響，溫度的變化，雨季時(shí)地下水的影響，取并根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD70-2004)表A0.4-1得設(shè)計(jì)時(shí)為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將隧道看成圓形洞室。如下圖：錨桿的間距i=1.2,e=1.2,錨桿的直徑采用HRB335級(jí)φ20鋼筋。A?=3.142×10-?m2,彈性模量E?=2.1×10MPa,抗拉強(qiáng)度σp=268MPa,抗剪強(qiáng)度ra=335MPa,安全系數(shù)K=0.6,噴層混凝土采用C2o,u=0.2,彈性模量E=2.8×10*MPa,無錨桿時(shí)的圍巖位移uo=0.002,有錨桿時(shí)的圍巖位移③計(jì)算根據(jù)以上設(shè)定的計(jì)算參數(shù)和前面已算出的數(shù)據(jù)已知：由公式得又因查規(guī)范得公式所以洞壁位移①錨桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算為了錨桿充分發(fā)揮作用，應(yīng)使錨桿應(yīng)力盡量接近錨桿的抗拉強(qiáng)度，并有一定的長(zhǎng)度錨桿的抗拉安全系數(shù)K,應(yīng)在1-1.5之間按本方法計(jì)算，錨桿有一個(gè)最佳長(zhǎng)度，這一段長(zhǎng)度將使噴層受力最小，為了防止錨桿和圍巖一起坍落，錨桿的長(zhǎng)度必須大于松動(dòng)區(qū)的厚度，而且有一定的安全度，即要求r>Rr?=8.79>R,=5.014滿足要求錨桿間距應(yīng)滿足下列要求滿足要求所以用長(zhǎng)度為5.014m的錨桿間距i,e都為1.2m的這一錨桿設(shè)計(jì)方案符合設(shè)計(jì)②噴層的設(shè)計(jì)與計(jì)算噴層除了作為結(jié)構(gòu)起到承重作用外，還要向圍巖提供足夠的反力，維護(hù)圍巖的系數(shù)k,,松動(dòng)區(qū)內(nèi)滑體重力G為根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》可查得公式要求k,的數(shù)值應(yīng)在2-4.5之間作為噴層的強(qiáng)度校核，要求噴層內(nèi)壁切向力小于噴層混凝土抗壓強(qiáng)度，按壁厚筒理論有：式中Rh為噴層混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。r為噴層混凝土內(nèi)壁半徑。滿足要求。噴層厚度t滿足要求所以噴層混凝土厚約為12.7cm,符合設(shè)計(jì)要求，詳細(xì)的錨桿布置圖見圖紙。根據(jù)設(shè)計(jì)資料本隧道使用的端墻門(帶擋土墻),符合洞門設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，經(jīng)按《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》洞門構(gòu)造要求(1)洞門仰坡坡腳至洞門墻背的水平距離不宜小于1.5m,洞門墻頂高出仰坡腳不小于0.5m(2)洞門墻根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置伸縮縫，沉縫和泄水孔。洞門墻的厚度可(3)軟土地基上的基礎(chǔ)，可采取加固基礎(chǔ)措施，洞門結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足抗震要2.驗(yàn)算滿足要求條件并應(yīng)驗(yàn)算繞墻趾傾覆及沿基底滑動(dòng)的穩(wěn)定性，驗(yàn)算時(shí)應(yīng)符合表3-1和表3-2(《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》)的規(guī)定，并應(yīng)符合《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》容重基底摩擦系數(shù)f墻身截面效應(yīng)值Sa荷載效應(yīng)值滑動(dòng)穩(wěn)定安全系數(shù)墻身截面偏心距e≤0.3倍截面厚度傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)基底應(yīng)力σ?guī)r石地基≤B/5-基底偏心距e土質(zhì)地基≤B/6(B:墻底高3.計(jì)算參數(shù)根據(jù)以上兩表，并查得相關(guān)規(guī)范，設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)如下：①邊、仰坡坡度：1:0.5②仰坡坡角ε=63,tanε=1.96,0=5°④地層計(jì)算摩擦角φ=65⑤基底摩擦系數(shù)：0.54.建筑材料的容重和容許應(yīng)力①端墻式的材料為水泥砂漿片石砌體，片石的強(qiáng)度等級(jí)為M80,水泥砂漿的強(qiáng)度等級(jí)為M205.洞門各部尺寸擬定。根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》,結(jié)合洞門所處地段的工程地質(zhì)條件，擬定洞門端墻高度：12m,基中基底埋入地基的深度為1.70m,墻厚為1.20m,設(shè)計(jì)仰坡為1:0.56.洞門土壓力計(jì)算根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》,洞門土壓力計(jì)算圖示如下：最危險(xiǎn)滑裂面與垂直面之間的夾角式中：φ——圍巖計(jì)算摩擦角E——洞門后仰坡坡角a——洞門墻角傾角代入權(quán)值φ=65°,ε=63°,α=5°,可得根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》土壓力為y:地層重度(KN/m3)λ:側(cè)壓力系數(shù)o:墻背土體破裂角b:洞門墻計(jì)算條帶寬度(m),取b=1mξ:土壓力計(jì)算模式不確定系數(shù)，可取ξ=0.6把數(shù)據(jù)代入得洞門土壓力E:取E=Ecos0=E·cos(35-5)=取E,=EsinO=E-sin(35°-5')式中：0——墻背摩擦角7.抗傾覆驗(yàn)算端墻計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖所示，擋土墻在荷載作用下應(yīng)不致墻腳0點(diǎn)產(chǎn)生傾覆時(shí)應(yīng)滿足下式：全部垂直力對(duì)墻趾0點(diǎn)的穩(wěn)定力矩全部水平力對(duì)0點(diǎn)的穩(wěn)定力矩由圖3可知：墻身重量G:G=1.0×12×1.3×24=374.4KN;滿足要求8.對(duì)于水平基底，按如下公式驗(yàn)算滑動(dòng)穩(wěn)定性滿足要求9.基底合力偏心距驗(yàn)算。10.墻身截面偏心距及強(qiáng)度驗(yàn)算式中：M:計(jì)算截面以上各力對(duì)截面型心力矩的代數(shù)和N:作用于截面以上垂直力之和N=G+E=374.4+50.6333=425.0333KN將數(shù)據(jù)代入墻身偏心距的公式，可得滿足要求應(yīng)力a:81E計(jì)算精度的校核：根據(jù)拱頂切開點(diǎn)之間的相對(duì)轉(zhuǎn)角和相對(duì)水平位移應(yīng)為零的條件來檢查。1.相對(duì)轉(zhuǎn)角的校核2.相對(duì)水平位移的校核按下式計(jì)算閉合差：△=0.006九、襯砌截面強(qiáng)度檢算檢算幾個(gè)控制截面：又有：0.2d=0.1m>e=0.0033m,故截面偏心距符合要求。亦符合規(guī)范要求2.墻底(截面8)偏心檢查其他截面偏心距均小于0.45d.將內(nèi)力圖計(jì)算結(jié)果按比例繪制成彎矩圖M與軸力圖N,如圖2所示。