隧道及地下工程“设计”类毕业设计指导书2

隧道及地下工程“设计”类毕业设计指导书

1 设计原则及有关技术指标

1.1主要构件设计使用年限为100年。根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，采取有效措施，保证结构强度、刚度，满足结构耐久性要求。

1.2 根据工程地质和水文地质条件，结合周围地面建筑物、地下构筑物状况，通过对技术、经济、环保及使用功能的综合比较，合理选择结构形式。

1.3结构设计应满足施工、运营、环境保护、防灾等要求。

1.4 结构的净空尺寸除应满足建筑限界要求外，尚应考虑施工误差、测量误差、结构变形和沉陷等因素。

1.5 断面形状和衬砌形式应根据工程地质及水文地质、埋深、施工方法等条件，从地层稳定、结构受力合理和环境保护等方面综合确定。

1.6隧道结构按结构“破损阶段”法，以材料极限强度进行设计。

1.7 施工引起的地层沉降应控制在环境条件允许的范围内。

1.8 隧道建设应尽量考虑减少施工中和建成后对环境造成的不利影响。

1.9设计中除参照本指导书外，尚应符合《铁路隧道设计规范》或《地铁设计规范》等相关国家现行的有关强制性标准的规定。

1.10隧道主体工程等级为一级、防水等级为二级，耐火等级为一级。

1.11隧道结构的抗震等级按二级考虑，按抗震烈度8度设防。

1.12 结构设计在满足强度、刚度和稳定性的基础上，应根据地下水水位和地下水腐蚀性等情况，满足防水和防腐蚀设计的要求。当结构处于有腐蚀性地下水时应采取抗侵蚀措施，混凝土抗侵蚀系数不低于0.8。

1.13 在永久荷载基本荷载组合作用下，应按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响进行结构构件裂缝验算。二类环境混凝土构件的裂缝宽度(迎土面)应不大于0.2mm，一类环境(非迎土面及内部混凝土构件)混凝土构件的裂缝宽度均应不大于0.3mm。当计及地震、人防或其它偶然荷载作用时，可不验算结构的裂缝宽度。

1.14 混凝土和钢筋混凝土结构中用混凝土的极限强度应按表1-1采用。区间隧道衬砌采用钢筋混凝土时其混凝土强度不应低于C30。

表1-1 混凝土的极限强度(MPa)

1.15 混凝土的弹性模量应按表1-2采用。混凝土的剪切弹性模量可按表1-2数值乘以0.43采用。混凝土的泊松比可采用0.2。

表1-2 混凝土的弹性模量E c(GPa)

1.16 钢筋强度和弹性模量按表1-3采用。

表1-3 钢筋的强度和弹性模量

1.17 喷射混凝土的强度等级不得小于C20。C20喷射混凝土的极限强度可采用：轴心抗压15 MPa，弯曲抗压18 MPa，抗拉1.3 Mpa，弹性模量为22 Gpa。喷射混凝土与地层的粘结力不低于0.5 Mpa。(注：喷射混凝土的强度等级指采用喷射大板切割法，制作成边长为10cm的立方体试块，在标准条件下养护28天，用标准试验方法所得的极限抗压强度乘以0.95的系数；喷射混凝土与地层的粘结强度可采用预留试件拉拔法或钻芯法。)

表1-4 喷射混凝土的弹性模量(GPa)

2 隧道结构构造设计

2.1 隧道平面位置、洞口位置和纵断面

（1）中小型隧道平面位置遵照线路选线，长大隧道遵照隧道自身工程地质选定，洞口位置选择遵循“早进晚出”、地质条件良好、地势开阔、施工方便，技术、经济合理之处。

（2）一般情况下隧道内的线路最好采用直线，但是，受到某些地形的限制，或是地质的原因，往往不得不采用曲线。应尽可能采用较短的曲线，或是半径较大的曲线，使它的影响小一些。隧道在曲线两端应设缓和曲线时，最好不使洞口恰恰落在缓和曲线上。在一座隧道内最好不设一个以上的曲线。尤其是不宜设置反向曲线或复合曲线。

（3）铁路隧道对于行车来说线路的坡度以平坡为最好。但是，天然地形是起伏不定的，为了能适应天然地形的形状以减少工程数量，只好随着地形的变化设置与之相适应的线路坡度。但依据地形设计坡度时，注意应不超过限制坡度。

上述隧道平面位置、洞口位置和纵断面设计不作为毕业设计必须内容，为使设计内容完整，可直接采用工程自身设计。

2.2 隧道结构设计

(1)隧道的建筑限界根据已定的车辆类型、行车速度、施工方法及地质条件等按相关规范或暂行规定确定。

（2）矿山法区间隧道一般采用复合式衬砌，初期支护由型钢格栅、钢筋网与喷射混凝土组成，二次衬砌采用现浇钢筋混凝土结构。初期支护与二次衬砌间铺设全包防水层。根据地层情况可采用的辅助性地层加固措施有：管棚超前支护，注浆小导管超前支护，锁脚锚杆，加固注浆，回填注浆等。

(3)隧道支护设计参数按工程类比选定，衬砌结构设计参数按工程类比初选，并通过结构受力检算。

2.3 设计荷载

2.3.1 隧道结构设计荷载类型及名称应按表2-1采用。

2.3.2 结构设计时应按结构可能出现的最不利工况组合进行计算。决定荷载的数值时，应考虑施工和使用过程中发生的变化。

2.3.3 地层压力

(1)地铁设计规范关于地层荷载的规定

地铁规范第10.2.2条“地层压力应根据结构所处工程地质和水文地质条件、埋置深度、结构形式及

其工作条件、施工方法及相邻隧道间距等因素，结合已有的试验、测试和研究资料，按有关公式计算或依工程类比确定。”

地铁设计规范条文说明中解释：地层压力是地下结构承受的主要荷载。一般情况，石质隧道，可根据围岩分级，依工程类比确定围岩压力；填土隧道及浅埋暗挖隧道一般按计算截面以上全部土柱重量考虑；深埋暗挖隧道按泰沙基公式、普氏公式或其它经验公式计算。

(2)铁路隧道设计规范关于地层荷载的规定

铁路隧道设计规范以统计隧道坍落拱高度为基础，埋深0h H ≤时用全土柱，埋深0

0)5.22(h H h ～≤<时用谢家休公式，埋深0)5.22h H ～（>

时用0h γ，不同深度土压力计算结果如图2-1。 10.452S q h ϖ-=⨯⨯ (2-1)

式中 h q ——等效荷载高度值；

S ——围岩级别，如Ⅲ级围岩S =3； γ——围岩的容重；

w ——宽度影响系数，w ＝()51-+B i ；

B ——坑道宽度，以m 计；

i ——B 每增加1m 时，围岩压力的增减率(以B ＝5m 为基准)，当B ＜5m 时取i =0.2，

B ＞5m 时，取i ＝0.1。

(3)北京地铁结构设计计算指南关于地层荷载的建议

⎪⎩

⎪

⎨⎧

≥--+≤<--+≤=1211311213)1)(()1)((D h K D K K D D h D K h K K h D h h v γγγσ (2-2)

式中，γ——为围岩容重；

埋

.5h

图2-1