(整理)隧道工程课程设计轮廓优化断面设计资料
隧道工程第三章隧道线路及断面设计(1)
2.3.2 隧道围岩分级的方法
对隧道围岩的分级时，应注意以下几点： ➢首先应考虑选择对围岩稳定性有重大影响的主要因素，如 岩石强度、岩体的完整性、地下水、地应力、结构面产状、 以及他们的组合关系作为分级指标； ➢其次选择测试设备比较简单、人为因素小、科学性较强的 定量指标； ➢在考虑分级指标要有一定的综合性，如复合指标等。
44
秦岭隧道平面位置的方案比选
15.40km
19.40km
F2
F5
F3
F1
F4
西安安康线初测阶段秦岭地段
45
雅西高速——双螺旋隧道
46
47
起初的几条线路，虽然充分地利用了地形，却始终无法避 开安宁河大断裂，工程地质条件并不好。为了减少连续纵坡， 也为了规避不良地质和自然保护区，公路史上首座双螺旋隧道 诞生了。双螺旋隧道最大的妙处就在于，以长度换取高度。 48
什么叫做分水岭？
分水岭是指分隔 相邻两个流域的 山岭或高地，河 水从这里流向两 个相反的方向。 在自然界中，分 水岭较多的是山 岭、高原。
秦岭是长江和黄河的分水岭
长江流域图
什么叫做傍山隧道？
山区道路通常傍山沿河而行，山区河流的特点是河 床狭窄、弯曲，经过常年的河水侵蚀和风化作用， 地势往往变得陡峻。为改善线形、提高车速、缩短 里程、节省时间，常需修建隧道，这种隧道叫做傍 山隧道，或称河谷线隧道。
隧道方案优缺点： ➢ 优点：能使线路平缓顺直，病害少，缩短线路， 节省运输时间，不需用较大的坡度，不需设置太多、 太急的曲线，还能最大限度地减少道路修建对自然 植被的破坏。 ➢ 缺点：造价高、施工进度慢。
一般情况下，采用隧道方案是比较有利的。当线 路遇到地形高程障碍时，应该优先考虑隧道方案。
隧道工程课程设计(包含内力图和衬砌及内轮廓设计图)
目录题目：隧道工程课程设计.............................................................................................................. - 3 -一、设计依据.................................................................................................................................. - 3 -二、设计资料.................................................................................................................................. - 3 -三、隧道方案比选说明.................................................................................................................. - 3 -1.平面位置的确定................................................................................................................... - 3 -2.纵断面设计........................................................................................................................... - 4 -3.横断面设计........................................................................................................................... - 4 -四、二次衬砌结构计算.................................................................................................................. - 4 -1.基本参数............................................................................................................................... - 4 -2.荷载确定............................................................................................................................... - 4 -3.计算衬砌几何要素............................................................................................................... - 5 -4.载位移—主动荷载在基本结构中引起的位移................................................................... - 7 -5.外荷载在基本结构中产生的内力....................................................................................... - 8 -6.主动荷载位移..................................................................................................................... - 10 -7.载位移—单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移..................................................... - 11 -四、墙底（弹性地基梁上的刚性梁）位移................................................................................ - 14 -五、解力法方程............................................................................................................................ - 15 -六、计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力................................................................ - 16 -七、最大抗力值的求解................................................................................................................ - 17 -八、计算衬砌总内力.................................................................................................................... - 18 -1.相对转角的校核................................................................................................................. - 19 -2.相对水平位移的校核按下式计算..................................................................................... - 19 -九、衬砌截面强度检算................................................................................................................ - 20 -1.拱顶..................................................................................................................................... - 20 -2.墙底偏心检查..................................................................................................................... - 20 -十、内力图.................................................................................................................................... - 21 --21-- 1 -- 2 -隧道工程课程设计一、设计依据本设计根据《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）,《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）进行设计和计算。
盾构隧道断面设计及优化
盾构隧道断面设计及优化盾构隧道断面设计及优化是隧道工程中的关键环节，它直接影响到隧道的安全性、稳定性和施工效率。
本文将从盾构隧道断面设计的基本原则、断面形状的选择和优化方案等方面进行详细说明。
一、盾构隧道断面设计的基本原则：1. 安全性原则：断面设计应保证隧道在各种荷载作用下的安全性，满足相关的安全标准和规范要求。
2. 稳定性原则：断面设计应使隧道具有足够的稳定性，能够承受地质条件变化和地下水渗透等不利因素的影响。
3. 施工性原则：断面设计应考虑到盾构机的施工要求，便于施工作业的顺利进行。
二、盾构隧道断面形状的选择：1. 地质条件：根据隧道所处地质条件的不同，可以选择圆形、马蹄形、椭圆形、矩形等不同形状的断面。
对于稳定性要求较高的地质条件，通常选择圆形或马蹄形断面。
2. 施工方法：根据盾构机的类型和施工方法的不同，可以选择不同形状的断面。
例如，对于顶管盾构机施工，通常选择圆形断面；对于盾构螺旋循环法施工，可以选择椭圆形断面。
三、盾构隧道断面优化方案：1. 强度优化：通过合理的断面形状和钢筋布置等措施，优化隧道的强度，提高其承载能力和抗震性能。
2. 宽度优化：根据隧道的使用要求和地质条件等因素，优化隧道的宽度，使其能够满足交通运输或其他功能的需要。
3. 渗流优化：通过合理的断面形状和防水措施等手段，优化隧道的渗流条件，降低地下水渗透的风险。
4. 施工优化：在断面设计中考虑盾构机的施工要求，优化隧道的施工性能，提高施工效率和质量。
综上所述，盾构隧道断面设计及优化是一个复杂的过程，需要综合考虑地质条件、施工要求和功能需求等因素。
通过合理选择断面形状和优化设计方案，可以提高隧道的安全性、稳定性和施工效率。
因此，在进行盾构隧道工程时，合理的断面设计和优化是至关重要的。
隧道工程课程设计1
目录第一章课程设计任务书--------------------------------------------------1 第二章拟定隧道的断面尺寸--------------------------------------------3 第一节隧道的建筑限界-----------------------------------------------3 第二节隧道的衬砌断面-----------------------------------------------4 第三章隧道的衬砌结构计算--------------------------------------------5 第一节基本资料--------------------------------------------------------5 第二节荷载确定--------------------------------------------------------5 第三节衬砌几何要素--------------------------------------------------5 第四节计算位移--------------------------------------------------------9 第五节解力法方程----------------------------------------------------16 第六节计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力-------17 第七节最大抗力值的求解-------------------------------------------18 第八节计算衬砌总内力----------------------------------------------18 第九节衬砌截面强度验算-------------------------------------------19 第十节内力图----------------------------------------------------------20第一章课程设计任务书一、目的和要求1、课程设计是《隧道工程》课程教学的重要实践性环节，是使学生熟练掌握隧道设计计算原理和计算方法的重要内容，为进一步的毕业论文和设计打下基础。
隧道工程课程设计过程(单心圆)
目录一：隧道断面拟定-------------------------------------- - 4 -二：荷载确定 ................................................................................ - 4 -三、衬砌几何要素 ........................................................................ - 5 -四、计算位移 ................................................................................ - 7 -五、解力法方程 .......................................................................... - 16 -σ=）分别产生的六、计算主动荷载和被动荷载（1h衬砌内力 ...................................................................................... - 17 -七、最大抗力值的求解.............................................................. - 18 -八、计算衬砌总内力.................................................................. - 19 -九、衬砌截面强度检算.............................................................. - 20 -十、内力图 .................................................................................. - 21 - 十一、截面轴力验算.................................................................. - 22 -一：隧道断面拟定已知条件：车速：80km/h；围岩等级：IV类；隧道埋深H=160m; 根据公路等级设定建筑限界隧道内轮廓采用标准断面，如下图所示：横向人行通道设计内轮廓图如下：图3.3 隧道v=80km/h 时内轮廓标准断面（单位：mm)200176AB CDR 5431R 793R 793R 1001.5%A=17 42'08"B=12 49'51"C=14 36'29"D=59 28'01"R 1500160,2O 1O 2O 2O 3衬砌中心线行车道中线12,5图3.4 人行横向通道内轮廓图（单位：cm)22010250505035010二：荷载确定1、浅埋和深埋隧道的确定 H>Hq=2.5hq=15.29m 所以该隧道为深埋隧道2、根据围岩压力计算公式：60.452σγω-=⨯s z（4.1）计算围岩竖向均布压力：60.452γω-=⨯s q （4.2）式中：s ——围岩类别，此处s=3；γ——围岩容重，此处γ=21.5KN/m3；ω——跨度影响系数m 1(5)ω=+-i l毛洞跨度m l =10.86+2⨯0.5+2⨯0.065=11.99m其中0.065m 为一侧平均超挖量m l =11.99>5m ，i =0.1，此处ω=1+0.1（11.99-5）=1.699。
隧道工程课程设计
本科生课程设计课程名称隧道工程学部理工农学部目录第一部分隧道主体结构设计任务书 (1)一．课程设计题目 (1)二．适用专业、班级、时间 (1)三．课程设计目的及任务 (1)四．设计方法与步骤 (5)五．时间及进度安排 (5)六．建议参考资料 (5)第二部分隧道主体结构计算书 (6)2.1 建筑限界 (6)2.1.1 一般规定 (6)2.1.2 隧道总体设计原则 (6)2.1.3 隧道设计技术标准 (6)2.1.4 隧道建筑限界图 (7)2.2 内轮廓图确定 (8)2.3 隧道洞口的设计 (9)2.3.1 洞门形式的选择 (9)2.3.2 洞门构造要求 (9)2.3.3 验算满足条件 (10)2.3.4 洞门结构设计计算 (10)2.4 初期支护设计 (14)2.4.1 支护形式的选择及参数确定 (14)2.4.2 Ⅲ级围岩的初期支护设计 (15)2.4.3 初期支护设计及验算 (17)2.5 二次衬砌的计算 (25)2.6施工组织设计 (26)2.6.1编制说明 (26)2.6.2工程概况 (26)2.6.3工程特点、难点及施工措施 (27)2.6.4施工总体部署 (27)2.6.5 施工组织机构 (28)2.6.6 施工组织流程 (29)附图 (30)1、建筑限界图、内轮廓图 (30)2、洞口立面图 (30)3、洞口侧面图 (30)4、复合式衬砌断面布置图 (30)第一部分隧道主体结构设计任务书一．课程设计题目隧道主体结构设计二．适用专业、班级、时间张家界学院学院建筑工程专业三．课程设计目的及任务（一）设计目的：通过本设计掌握：①建筑限界和内轮廓图；②隧道洞口的设计；③隧道洞身的设计及二次衬砌的验算；④施工组织设计。
（二）设计任务：1.设计资料（1）隧道总体概况已知隧道为山岭两车道公路隧道，示意简图如图1.1所示。
整个隧道原本分为左右线，并且左右线都为相向施工，但本次课程设计只要求设计单洞单向施工到达贯通位置的情况，只要求设计主洞的一般断面，不要求设计紧急停车带与横洞等附属洞室。
隧道工程隧道线路及断面设计2
式中 H——车辆外侧顶角距内轨顶面的高度，取
360cm；
E——外侧线路的外轨超高值(cm)；
R——同前。
W3
8450 R
360 150
E 2
(cm)
或
W3
8450 R
1.2E
(cm)
第23页/共62页
第三章 隧道线路及断面设计 ➢ 其它情况时
W3
8450 R
(cm)
式中 H——车辆外侧顶角距内轨顶面的高度，取 360cm；
第三章 隧道线路及断面设计
➢ 隧道总加宽值为
W
W1 W2
4050 2.7E 4400
R
R
(cm)
或
W 8450 2.7E (cm)
R
第19页/共62页
第三章
隧道线路及断面设计
直线隧道中心线 曲线隧道中心线
加宽后隧道内轮廓线 直线隧道内轮廓线
W内
d W外
第20页/共62页
第三章 隧道线路及断面设计
425 0 4000
1500 2440
400
0
4250 3000
3000
1210 1100 1875 2250
轨面
4000 8500
2250
隧道建筑限界
基本建筑限界
第7页/共62页
第三章 隧道线路及断面设计 4.直线隧道净空
“直线隧道净空”要比“隧道建筑限界”稍大 一些，除了满足限界要求外，考虑避让等安全 空间、救援通道及技术作业空间，还考虑了在 不同的围岩压力作用下，衬砌结构的合理受力 形状 。
d内1 l 2 8R
式中 l——车辆转向架中心距，取18m； R——曲线半径（m）。
《隧道工程》课件第3讲 隧道线路及断面设计
纵断面设计还需要考虑隧道进 出口的处理方式，以及隧道内 交通标高、排水沟等附属设施
的设置。
断面尺寸的确定
01
断面尺寸的确定需要考虑车辆的尺寸、车道数量、安全距离等 因素。
02
设计需要满足车辆行驶的安全性和舒适性要求，同时也要考虑
隧道的施工难度和工程造价。
断面尺寸的确定还需要考虑隧道进出口的处理方式，以及隧道
排水设计
排水沟设置
在隧道衬砌结构底部设置排水沟，将隧道内的积水引入排 水沟，并排出隧道外。排水沟应定期清理，保持畅通。
排水孔设置
在隧道围岩中设置排水孔，将围岩中的水分引出，降低隧 道内的湿度。排水孔应定期进行疏通，防止堵塞。
集水井设置
在隧道内设置集水井，将隧道内的积水引入集水井，再通 过水泵将积水排出隧道外。集水井应定期清理，保持水泵 正常运行。
优化控制策略
根据实际需要，采用智能控制技术，实现设备 的自动调节和控制，避免能源浪费。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
加强维护管理
定期对设备进行维护和保养，确保设备处于良好的运行状态，延长使用寿命， 降低能耗。
06
隧道断面的监控与报警系统设计
监控系统设计
实时监测
通过安装摄像头和传感器，实时监测隧 道内的交通情况、车辆行驶速度、车辆
流量等数据。
数据处理
对采集到的数据进行处理和分析，生 成各种报表和图像，以便管理人员了
解隧道内的实时状况。
数据采集
收集隧道内的环境参数，如空气质量 、温度、湿度等，以及隧道结构的状 态信息。
数据传输
将采集到的数据通过有线或无线方式 传输到中心服务器，以便远程监控和 管理。
报警系统设计
报警阈值设定
《隧道工程》课件第3讲 隧道线路及断面设计_OK
35°
40°
● ZK1 ● 40°
ZK2
1060 1055 1050
隧道轴线 40°
ZK3
●44°
沟
●
1070 1055
● 1050
●
1060 1065
● ●
湾 桥
●●
1095 1085 1090
●
420° 021/8/30
2'
1'
1080 1070
1085 1080 1070
26
第三章 隧道线路及断面设计
A
B
2021/8/30
27
第三章 隧道线路及断面设计
(5)溶洞地区 选择隧道位置时，应尽可能避开。如无法避开时，
应探明溶洞的规模、性质和与隧道的位置关系， 采取相应的设计，施工措施。
(6)瓦斯地区 选择隧道位置时，最好能避开。
(7)地下水 选择隧道位置时，最好不从富水区中经过。
(5)选择隧道位置时，应注意洞口位置和有关工程的 处理，一般宜采取“早进洞，晚出洞”原则。
一、越岭线上隧道位置的选择
当交通路线需要从一个水系过渡到另一个水系时， 必须跨越高程很大的分水岭，这段线路称之为越岭 线。
越岭隧道的位置:选择垭口
确定隧道高程
2021/8/30
9
第三章 隧道线路及断面设计
1.选择垭口
●
●
1105 1100
1095
1070 1055 1050
1065
● ● ●
1
豆
45°
1050
S1l
渣
1045
30°
●
1040
湾
● ● ● ●
● ● ●
《隧道工程》课件第3讲 隧道线路及断面设计
地质构造和岩石应力状况对线路选择
纵向和横向渐变
4
有重要影响。
通过设计横向和纵向的渐变，保证隧 道的安全和舒适性。
隧道断面设计
断面形式
在考虑隧道使用功能的前提下，确定合适的 断面形式。
基础设计
考虑隧道的支护和基础，确定合理的断面尺 寸和形式。
断面尺寸
根据车辆通行、施工条件等要素，确定合理 的断面尺寸。
智能照明系统的应用
智能照明系统的应用可以最大 程度地利用隧道自然光线，提 高节能效果。
智能通风系统的应用
智能通风系统的应用可以根据 实时数据调节隧道内部环境， 保证车辆和乘客的舒适性。
隧道安全管理
安全管理制度
建立健全的安全管理制度， 规范隧道施工、运行和维 护活动。
应急预案
制定并及时更新隧道应急 预案，确保在突发事件中 快速有效地响应和处置。
平替段的设计可以减小渗漏和水压。
3 隧道进口出口的曲线设计
曲线半径的选择对于增加进口进出口的灵活性和保证通行安全有重要影响。
隧道平面布置
设计原则
充分考虑交通安全、造价、 舒适性等因素，优化平面布 置。
节点设计
合理设置节点可以优化路线， 减少盘山隧道的数量。
交叉口设计
考虑人流、车流量，设计合 理交叉口，保证交通畅通。
隧道施工困难
1
基础难度大
受到地质条件的影响，隧道基础的施工往往比其他地面施工更为困难。
2
开挖难度大
隧道的开挖不仅需要克服地质因素的阻碍，还受到隧道尺寸、施工技术等多种因 素的影响。
3
支护难度大
隧道的支护工作存在诸多技术难度，需要采用合理且有效的技术手段。
隧道自动化
隧道工程课程设计轮廓优化断面设计
隧道⼯程课程设计轮廓优化断⾯设计实例⼀2.2 隧道横断⾯优化设计2.2.1概述公路隧道横断⾯设计，除满⾜隧道建筑限界的要求外，还应考虑洞内路⾯、排⽔、检修道、通风、照明，消防、内装、监控等设施所需要的空间，还要考虑仰拱曲率的影响，并根据施⼯⽅法确定出安全、经济、合理的断⾯形式和尺⼨。
10多年来，我国公路隧道建设规模扩⼤，各地在设计隧道横断⾯时标准不统⼀，隧道轮廓有采⽤单⼼圆的，有三⼼圆的，既有尖拱⼜有坦拱，曲率不⼀。
甚⾄，同⼀公路上出现⼏种内轮廓的断⾯，这既影响洞内设施的布置，⼜不利于施⼯时衬砌模版的制作。
⽽在国外和我国的铁路隧道中，已推动了断⾯的标准化。
经过多年的⼯程实践和内⼒分析，我们认为，应该采⽤拱部为单⼼圆，侧墙为⼤半径圆弧，仰拱与侧墙间⽤⼩半径圆弧连接。
对于同⼀隧道，应该采⽤相同的内轮廓形式。
根据隧道断⾯应具有适应应⼒流和变形的合理形状，同时要适应围岩条件、净空要求。
本隧道的围岩级别为Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级，按规范要求，需要设置仰拱，同时要求设计为两车道，所以采⽤三⼼圆断⾯设计。
2.2.2 影响隧道衬砌结构内轮廓线的因素这⾥所指的隧道横断⾯是隧道衬砌和基底围岩或仰拱所包围部分的⼤⼩和形状。
公路隧道不仅要提供汽车⾏使的空间，还要满⾜舒适⾏使、交通安全、防灾等服务的空间。
因此，隧道的断⾯不仅要满⾜要求的道路宽度及建筑限界，还要有设置通风、照明、内装、排⽔、标志等的设置空间，也要确保维修检查的监视员通道的设置空间。
所考虑的因素有[3]：1. 须符合前述的隧道建筑限界要求，结构的任何部位都不应侵⼊限界以内，应考虑通风、照明、安全、监控等内部装修设施所必需的富余量；2.施⼯⽅法，确定断⾯形式及尺⼨有利于隧道的稳定；3. 从经济观点出发，内轮廓线应尽量减⼩洞室的体积，即使⼟⽯开挖量和圬⼯量最省；4. 尽量平顺圆滑，以使结构受⼒及围岩稳定均处于有利条件；5. 结构的轴线应尽可能地符合荷载作⽤下所决定的压⼒线。
2019隧道工程课程设计轮廓优化断面设计.doc
2019隧道工程课程设计轮廓优化断面设计1 实例一2.2 隧道横断面优化设计2.2.1概述公路隧道横断面设计，除满足隧道建筑限界的要求外，还应考虑洞内路面、排水、检修道、通风、照明，消防、内装、监控等设施所需要的空间，还要考虑仰拱曲率的影响，并根据施工方法确定出安全、经济、合理的断面形式和尺寸。
10多年来，我国公路隧道建设规模扩大，各地在设计隧道横断面时标准不统一，隧道轮廓有采用单心圆的，有三心圆的，既有尖拱又有坦拱，曲率不一。
甚至，同一公路上出现几种内轮廓的断面，这既影响洞内设施的布置，又不利于施工时衬砌模版的制作。
而在国外和我国的铁路隧道中，已推动了断面的标准化。
经过多年的工程实践和内力分析，我们认为，应该采用拱部为单心圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。
对于同一隧道，应该采用相同的内轮廓形式。
根据隧道断面应具有适应应力流和变形的合理形状，同时要适应围岩条件、净空要求。
本隧道的围岩级别为Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级，按规范要求，需要设置仰拱，同时要求设计为两车道，所以采用三心圆断面设计。
2.2.2 影响隧道衬砌结构内轮廓线的因素这里所指的隧道横断面是隧道衬砌和基底围岩或仰拱所包围部分的大小和形状。
公路隧道不仅要提供汽车行使的空间，还要满足舒适行使、交通安全、防灾等服务的空间。
因此，隧道的断面不仅要满足要求的道路宽度及建筑限界，还要有设置通风、照明、内装、排水、标志等的设置空间，也要确保维修检查的监视员通道的设置空间。
所考虑的因素有[3]：1. 须符合前述的隧道建筑限界要求，结构的任何部位都不应侵入限界以内，应考虑通风、照明、安全、监控等内部装修设施所必需的富余量；2.施工方法，确定断面形式及尺寸有利于隧道的稳定；3. 从经济观点出发，内轮廓线应尽量减小洞室的体积，即使土石开挖量和圬工量最省；4. 尽量平顺圆滑，以使结构受力及围岩稳定均处于有利条件；5. 结构的轴线应尽可能地符合荷载作用下所决定的压力线。
(整理)隧道工程课程设计冯渔民 (2)
《隧道工程》课程设计任务书一基本资料1、工程概况：大云隧道位于某低山丘陵区。
设计行车速度：80km/h2、地形地质条件施工地段属亚热带湿润季风气候区，属于剥蚀山丘地区，年均降雨量约1300mm。
3、设计标准设计等级：高速公路单向二车道；地震设防烈度：6级二内轮廓的设计1根据设计资料：设计等级：高速公路单向二车道，由《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）4.3.2有：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。
对于Ⅲ级围岩，容重 =23.5KN/m3，围岩的弹性抗力系数K=1000MPa,得出各断面内轮廊如下图：图3.3 隧道v=80km/h时内轮廓标准断面（单位：mm)横向人行通道设计内轮廓图如下：三衬砌的支护设计1初期支护初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用，根据不同围岩级别区别组合。
锚杆支护采用全长粘结锚杆。
由工程类比法，结合《公路隧道设计规范》，初期支护喷射混凝土材料采用C20级混凝土，支护参数如下表：隧道围岩级别ⅢⅣ 级浅埋喷射混凝土厚度cm锚 杆 cm钢筋网钢拱架拱墙仰拱位置长度间距材料杆体15252530----拱墙拱墙拱墙拱墙2.53.03.04.01.21.01.00.820MnSi钢筋20MnSi钢筋20MnSi钢筋20MnSi钢筋@25 25拱墙@20 20拱墙@20 20拱墙@25 25拱墙(双层）---拱、墙仰 拱表4.1 初期支护参数表Ⅴ级Ⅳ2二次衬砌二次衬砌采用现浇模筑混凝土，利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。
图3.4 人行横向通道内轮廓图（单位：cm)二次衬砌厚度设置如下表：注：钢筋面积为纵向每1m 的钢筋面积。
四围岩压力的计算1计算断面参数确定隧道高度h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量 隧道跨度b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量 2荷载确定（一）根据围岩压力计算公式：60.452σγω-=⨯s z计算围岩竖向均布压力：60.452γω-=⨯s q式中：s ——围岩类别，此处s=4；γ——围岩容重，此处γ=23.5KN/m3；ω——跨度影响系数m 1(5)ω=+-i l毛洞跨度m l =10.86+2⨯0.5+2⨯0.065=11.99m其中0.065m 为一侧平均超挖量m l =11.99>5m ，i =0.1，此处ω=1+0.1（11.99-5）=1.699。
隧道工程课程设计.(DOC)
《隧道工程》课程设计一目的和任务课程设计是专业课教学计划中的重要环节。
通过该教学环节使学生对所学的理论知识有更深的认识与提高，并应用于实际工程设计，巩固本课程所学知识，提高学生分析问题和解决问题的能力。
二设计要求①必须按照设计任务书的要求完成全部规定内容，严格遵守国家颁布的有关技术规范和规程。
②设计图件采用计算机或铅笔绘制，要求线条清晰，整洁美观，符合有关建筑制图规范。
③说明书一律用碳素墨水抄写公正，文句通顺，简明扼要，文中计量单位一律采用国家标准。
三设计资料船溪隧道进口位于新晃县杉木塘村，出口位于新晃县兴隆乡龙马田村。
本隧道所处路段为双向四车道高速公路，隧道建筑限界按80km/h行车速度确定。
为分离式单向行车双线隧道。
隧道左线起汽桩号为2K69+840~2K71+770，全长1930m，右线汽桩号为YK69+870~YK71+835，全长1965m，按隧道分类左、右线均属长隧道；左线隧道位于R=3000m的圆曲线内，右线隧道位于R=35000m的圆曲线内。
左右线均不设置超高。
左线位于1.1%的上坡与0.66%的下坡，竖曲线半径R=3500m 竖曲线上，右线位于1.1%的上坡与0.66%的下坡，竖曲线半径R=35000m的竖曲线上。
隧址位于湖南省新晃县波洲镇与兴隆乡境内，属于低山区地貌，地形起伏较大，隧道穿越二道冲沟，隧道最大埋深约188m，隧道进口及出口山体坡度较大，约40°~50°，隧道进口及洞身上坡上遍布杉树、灌木，出口山坡植被较少。
根据国家质量技术监督局于2001年2月2日发布的《中国地震动参数区划图》查得：隧道区地震动反应谱特征周期为0.35s；地震动峰值加速度小于0.05g，参照其附录D。
地震基本烈度小于Ⅵ度，由于勘察场地地形起伏较大，应考虑地形对地震动参数的放大作用。
该勘察区属亚热带季风气候区，气候温和湿润，雨量充沛。
12月至翌年1月为枯水期，降水量最小，从2月份起见增。
隧道结构设计—内轮廓
★ 内轮廓线 ★ 结构轴线 ★ 截面厚度
00
设计步骤
净空限界
内轮廓
结构轴线
截面厚度
断面优化
内轮廓符合 净空限界， 减小洞室体
积
结构轴线 尽可能地 符合压力
线
满足强度要求
采用的施工 方法能确保 断面形状及 尺寸有利于 隧道的稳定
圆形轮廓绘制步骤
1
隧道内轮廓线绘制方法
2
00
3
连接ab、ac、ad，作三条 线的垂直平分线，分别交隧 道几何中心线O1、O2、O3
取O1、O2、O3 中距离路 面最高的点O1，连接O1a 并延长至A使Aa=10cm
以O1为圆心，O1A为 半径作圆，所得的圆形 就是所求的圆形轮廓线
直墙式轮廓线绘制步骤
1
2
3
在几何中线G点上方找到点H， HG=1~1.2m，e点位于GH之 间且He=10cm，作de的垂直 平分线交隧道几何中线于点Q1
c. 车辆两端向曲线外侧的偏移
L — 标准车辆长度，我国为26m，则
则总加宽值：
d总
d内1＋d内2＋d
外＝
4050 R
2.7E
4400 R
8450 R
2.7E
d. 隧道中线与线路中线偏离距离
• 双线铁路隧道加宽计算
a. d内及d外计算与单线加宽值相同 b. 当外侧线路外轨超高大于内侧线路外轨超高时：
隧道建筑结构
单元思维导图知识点梳理 隧道限界与净空 隧道衬砌构造 隧道洞门与明洞
隧道附属建筑 小结
隧道限界与净空
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铁路隧道限界与净空 公路隧道限界与净空
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(整理)隧道工程课程设计轮廓优化断面设计实例一2.2 隧道横断面优化设计2.2.1概述公路隧道横断面设计，除满足隧道建筑限界的要求外，还应考虑洞内路面、排水、检修道、通风、照明，消防、内装、监控等设施所需要的空间，还要考虑仰拱曲率的影响，并根据施工方法确定出安全、经济、合理的断面形式和尺寸。
10多年来，我国公路隧道建设规模扩大，各地在设计隧道横断面时标准不统一，隧道轮廓有采用单心圆的，有三心圆的，既有尖拱又有坦拱，曲率不一。
甚至，同一公路上出现几种内轮廓的断面，这既影响洞内设施的布置，又不利于施工时衬砌模版的制作。
而在国外和我国的铁路隧道中，已推动了断面的标准化。
经过多年的工程实践和内力分析，我们认为，应该采用拱部为单心圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。
对于同一隧道，应该采用相同的内轮廓形式。
根据隧道断面应具有适应应力流和变形的合理形状，同时要适应围岩条件、净空要求。
本隧道的围岩级别为Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级，按规范要求，需要设置仰拱，同时要求设计为两车道，所以采用三心圆断面设计。
2.2.2 影响隧道衬砌结构内轮廓线的因素这里所指的隧道横断面是隧道衬砌和基底围岩或仰拱所包围部分的大小和形状。
公路隧道不仅要提供汽车行使的空间，还要满足舒适行使、交通安全、防灾等服务的空间。
因此，隧道的断面不仅要满足要求的道路宽度及建筑限界，还要有设置通风、照明、内装、排水、标志等的设置空间，也要确保维修检查的监视员通道的设置空间。
所考虑的因素有[3]：1. 须符合前述的隧道建筑限界要求，结构的任何部位都不应侵入限界以内，应考虑通风、照明、安全、监控等内部装修设施所必需的富余量；2.施工方法，确定断面形式及尺寸有利于隧道的稳定；3. 从经济观点出发，内轮廓线应尽量减小洞室的体积，即使土石开挖量和圬工量最省；4. 尽量平顺圆滑，以使结构受力及围岩稳定均处于有利条件；5. 结构的轴线应尽可能地符合荷载作用下所决定的压力线。
根据规范规定在Ⅳ~Ⅳ级围岩条件下，围岩自稳能力差，侧压力较大，承载力弱，为保证结构整体安全，控制沉降，采用有仰拱的封闭式衬砌断面。
本隧道中包括了Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级，Ⅲ级围岩不需要设置仰拱，Ⅳ和Ⅴ级需要设置仰拱。
以下对设置仰拱与不设置仰拱的衬砌内轮廓分别进行讨论：2.2.3 不设置仰拱的三心圆隧道内轮廓优化1.基本参数及其意义三心圆内轮廓线参数，如图有R1、R2、θ1、a、h1、h2、d0、SB1、SB2、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8。
一共有17个。
内轮廓参数的意义：h1-路面到起拱线的高度，h2-拱脚底部至起拱线高，R1-拱部圆弧半径，R2-起拱线以上边墙圆弧半径，θ1-起拱线以左下边墙圆弧半角度，a-起拱线以下边墙圆弧圆心偏离隧道中线距离。
其余各个参数的几何意义见图2-4。
图2-4 三心圆内轮廓线图2.基本几何方程上述参数的几何关系如图2-4，可得：012/d L J w SB R +++= （2-1） 022/d L J w SB l -++= （2-2）a R R +=12 （2-3）⎪⎪⎭⎫⎝⎛=-2211sin R H θ （2-4） d 1=()[]a SB i SB H R ---⨯---12112240%75 （2-5）d 2=[]121121%)75(40250SB H i SB R --⨯-++- （2-6） d 3=()[]75%75400121121+-⨯-+--SB i SB H R （2-7）d 4=()[]5075%5075500121121++-⨯--+--SB i SB H R （2-8）d 5=()[]10075%10075500222121++-⨯-----SB i SB H R （2-9）d 6=()[]75%75400222121+-⨯----SB i SB H R （2-10）d 7=()()[]22212121%150%75290SB i SB SB i SB H R -⨯-++⨯---- （2-11）d 8= ()()[]a SB i SB SB i SB H R --⨯-+--⨯-+-22212122%15040%75 （2-12）3.独立变量挑选出X 作为独立变量：()Ta H H d d X ,,,,2102= （2-13）相应的开挖面积可表示为()()3212S S S X S ++⨯= （2-14）其中： 21141R S π= （2-15）a a R S ⨯⨯⨯-=12212tan 212θθ （2-16） ()()a H a R S ⨯-⨯-⨯⨯=12213tan cos 21θθ （2-17） ()()[]2112121%7540250H i SB SB d R -⨯-++++=（2-18）4.约束条件 ① 变量的范围将2d 固定为一个值，取： 2d =20cm cm H 280501≤≤ cm d 6000≤≤将2H 与a 都根据规范上推荐的值取为一固定值： cm H 2002= cm a 250= ② 建筑限界约束条件设()Λ,4,3,2,1=i i δ为各限界控制点至内轮廓线的水平间歇最大值，δ为最小富余量。
根据公路隧道设计规范δ为5cm ，但是考虑到施工的时候可能存在着偏差取δ=10cm;i δ取为15cm 。
③ 求解各参数利用fortran4.0编写一个程序，根据（2-15）、（2-16）、（2-17）、（2-18）求出内轮廓所包含的面积S ；在通过循环变量1H 和0d ，重复计算各参数和S 的值，如此循环，便可得到一组开挖面积的值()n i S i ,,3,2,1Λ=，其中面积最小者min S 即为所求最佳解。
编写的程序如下： real smin,h1,h2,r1,r2,fai1,h,a OPEN(UNIT=1,FILE='优化段面RESULT. txt',STATUS='UNKNOWN') PRINT*,'请输入各参数值(单位以厘米计):'WRITE(1,*) '请输入各参数值(单位以厘米计):'PRINT*,'W=' read*, w PRINT*,'Jl=' READ*,Jl PRINT*,'Jr=' READ*,Jr PRINT*,'H=' READ*,H PRINT*,'LL=' READ*,LL PRINT*,'LR='READ*,LREL=LLIF(LR.LE.100)THENER=LRELSEER=100ENDIFWRITE(1,2)INT(W),INT(Jl),INT(Jr),INT(H),INT(LL),INT(LR)2 FORMAT(1X,'W=',I4,3X,'Jl=',I3,3X,'Jr=',I3,3X,'H=',I3,3X,'LL=',I3,3X,'LR=',I3)PRINT*,'请输入控制点D2值：'PRINT*,'D2='READ*,D2WRITE(1,*)'请输入控制点D2值：'WRITE(1,7)INT(D2)7 FORMAT(1X,'D2=',I2)h2=200.0a=250.0smin=1.0E10DO d0=0.0,60.0,0.1DO h1=50.0,165.0,0.1SB2=W/2+Lr+jr-d0SB1=W/2+Ll+Jl+d0r1=SQRT((D2+SB1)**2+(290+(SB1-75)*0.015-h1)**2)r2=r1+afai1=ASIN(h2/r2)h=r1+h1-500D1=SQRT(r2*r2-(h1-(SB1-75)*0.015-40)**2)-SB1-aIF(D1.LT.10.OR.D1.GT.150)cycleD3=SQRT(r1*r1-(400+(SB1-75)*0.015-h1)**2)-SB1+75IF(D3.LT.10)cycleD4=SQRT(r1*r1-(500+(SB1-75-50)*0.015-h1)**2)-SB1+75+50IF(D4.LT.10.OR.D4.GT.150)cycleD5=SQRT(r1*r1-(500-(SB2-75-100)*0.015-h1)**2)-SB2+75+100 IF(D5.LT.10.OR.D5.GT.150)cycleD6=SQRT(r1*r1-(400-(SB2-75)*0.015-h1)**2)-SB2+75IF(D6.LT.10.OR.D6.GT.150)cycleD7=SQRT(r1*r1-(40+(SB1+SB2-50-100)*0.015+250-(SB2-75)*0.015-h1)**2)-SB2IF(D7.LT.10.OR.D7.GT.150)cycleD8=SQRT(r2*r2-(h1+(SB2-75)*0.015-(40+(SB1+SB2-75-75)*0.015))**2)-SB2-a IF(D8.LT.10.OR.D8.GT.150)cycleS1=0.25*3.1415926*r1*r1S2=0.5*FAI1*r2*r2-0.5*a*tan(fai1)*aS3=0.5*(cos(fai1)*r2-a) *(h2-tan(fai1)*a)S=2*(S1+S2+S3)IF(S.LE.SMIN)THENSMIN=SFD0=D0FD1=D1FD3=D3FD4=D4FD5=D5FD6=d6FD7=D7FD8=d8FR1=r1FR2=r2FFAI1=(FAI1/3.1415926)*180Fh1=h1Fh2=h2ENDIFenddoenddoWRITE(*,*)'最后结果是:'WRITE(1,*)'最后结果是:'WRITE(*,50)SMINWRITE(1,50)SMIN50 FORMAT(1X,'最小开挖面积:', 2X,F13.2)WRITE(*,100)Fh1,Fh2WRITE(1,100)Fh1,Fh2100 FORMAT(1X,'h1=',F13.2,3X,'h2=',F13.2)WRITE(*,200)FR1,FR2WRITE(1,200)FR1,FR2200 FORMAT(1X,'R1=',F13.2,3X,'R2=',F13.2)WRITE(*,150)FFAI1WRITE(1,150)FFAI1150 FORMAT(1X,'FAI1=',F5.2,'度')WRITE(*,400)fD0,FD1,D2,FD3,FD4,FD5,fD6,FD7,FD8WRITE(1,400)fD0,FD1,D2,FD3,FD4,FD5,fD6,FD7,FD8400 FORMAT(1X,'D0=',f8.2,3X,'D1=',f8.2,3X,'D2=',f8.2,3X,'D3=',f8.2,& 1X,'D4=',f8.2,3X,'D5=',f8.2,3X,'D6=',f8.2,3X,'D7=',f8.2,3X,'D8=',f8.2) END④ 输出结果：请输入各参数值(单位以厘米计):W= 750 Jl= 75 Jr= 75 H=500 LL= 50 LR=100 请输入控制点D2值： D2=20 最后结果是:最小开挖面积: 704318.10 h1= 164.90 h2= 200.00 R1=555.85 R2= 805.85 FAI1=14.37度D0=20.00 D1=27.13 D2=20.00 D3= 55.51 D4=43.94 D5=92.45 D6=51.81 D7= 10.00 D8= 17.13 ⑤ 确定参数根据程序的输出结果可得不设置仰拱的内轮廓的最终参数: cm R 5561= cm R 8062= cm H 9.1641= cm H 2002= cm d 200= cm a 250=度37.14806200sin sin 12211=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=--R H θ 2221185.2427945561415926.34141cm R S =⨯⨯==π2221221216.7345837.14tan 2502180622508.0tan 212cm a a R S =⨯⨯-⨯=⨯⨯⨯-=θθ()()5.0tan cos 12213⨯⨯-⨯-⨯=a H a R S θθ=()()5.025037.14tan 20025080637.14cos ⨯⨯-⨯-⨯=288.36079cm278.704665)88.3607916.7345885.242794(2cm S =++⨯=与规范推荐的内轮廓比较： 规范推荐内轮廓的总开挖面积为2m 704665.78c S 4393.735070=≤=规S因此用此内轮廓较为经济。