隧道课程设计

二○级课程设计隧道勘测设计课程设计

学院：公路学院

专业：

姓名：

学号：

指导教师：

完成时间：201

二〇一年二月

工程说明

1．设计依据和标准

（1）设计采用的有关规范、标准、规程

①《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)；

②《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）；

③《公路隧道设计细则》（JTG/T D70-2010）；

（2）技术标准:

①设计行车速度：40km/h

②隧道建筑限界：

净宽8.5m（0.75×2+3. 25×2+0.5）

净高5.0m

③卫生标准：

CO允许浓度250ppm，VI允许浓度0.0090m-1

④通行方式：

双车道对向行驶

2．自然地理条件

吴旗县位于延安地区西北部。地理坐标为东经107度38分57秒至108度32分49秒，北纬36度33分33秒至37度24分27秒。

吴起县地貌属黄土高原梁状丘陵沟壑区，海拔在1233—1809米之间。境内有无定河与北洛河两大流域，地形主体结构可概括为“八川二涧两大山区”。

(1) 气象、水文

吴旗县位于中纬度黄河中游黄土丘陵沟壑区，属于中温带半湿润——半干旱

区，具有明显的温带大陆性季风气候特征，冬季寒冷干燥，春季干旱多风，夏季旱涝相间，秋季温凉湿润。据金佛坪气象站1957～1983年的资料统计，全年平均气温7.8℃，最冷元月份平均气温-7.8℃，最热七月份平均气温21.6℃，极端最低气温-25.1℃。无霜期146天。年平均降雨量483.4毫米，全县的降水量分布是东南部多而西北部少。灾害频繁，旱、涝、风暴、冻灾时有发生。

(2) 地形地貌

吴起县地貌属黄土高原梁状丘陵沟壑区，海拔在1233—1809米之间。境内有无定河与北洛河两大流域，地形主体结构可概括为“八川二涧两大山区”。吴旗县位于延安地区西北部。地理坐标为东经107度38分57秒至108度32分49秒，北纬36度33分33秒至37度24分27秒。

3．隧道区工程地质条件

(1) 地层和岩性

区内出露的地层主要有中元古界宽坪群和从中更新统到全新统的第四系，另外，还有少量第三系出现。

(2) 地质构造

该去位于北秦岭加里东褶皱带的北部，宽坪群具有多期变形特性。区内断裂构造发育，具有多条隐伏断层；节理在此地区也较为发育，特别是山前断裂破碎带，以及宽坪中副变质岩中尤为发育。

(3) 水文地质

隧道通过地段地下水的补给只能是降水垂直漏渗补给，沿沟谷排泄，地下水有以下类型：

①基岩裂隙水。分布在白垩系下统细沙岩中，但因构造不发育、节理裂隙连通性较差，其蓄水条件较差，基岩裂隙水相对贫乏。主要受降水及黄土层补给，

水量较少。

②第四纪松散岩类空隙水：主要分布在沟谷阶地及河漫滩第四冲洪积物中，

地下水相对丰富。

(4) 不良地质与特殊岩土

调查范围内不良地质现象主要为崩塌，隧址区未发现崩塌等地质灾害。特殊性岩土分为湿陷性黄土。隧道内存在多处较大范围的地层水平接触面，是地下水

出露、拱部坍塌掉块多发处。

4．线路选线方案比选

根据当地地形图，初步选定三条线路，分别为1、2、3号线，现对其进行比

选，选出较为合理的线路，指导设计施工。

指标单位北线方案中线方案南线方案总长度m 6400 5800 6000 公路m 2800 2300 4300 桥梁m 1400 1100 700 涵洞道14 7 8 隧道m 2200 2400 1000 占用耕地较少较少多

经过村庄座 4 6 10

工程挖填方大小大

总造价高较高较低比选结果适合

比选结果：

根据三种方案的路、桥、隧的长度，以及其他各项主要指标，同时还考虑到对环境，以及对当地居民生活等影响，最后选择中线方案。

对于北线方案，其总长度较大，工程量巨大，需要投入较多资金，并且途径村庄数目少，对提高当地居民生活方便程度影响不大，故不选择此方案。

对于南线方案，由于基本沿着河谷方向布置线路，其公路所占比例较大，这就造成大量的挖填方，并将占用大量可用耕地，对工程，以及环境保护，还有当

地居民的正常生活带来不便，故不选此方案。

对于中线方案，是较为适中，比较合适的布线方案。占用耕地少，途径村庄数目适中，桥隧比合适，工程挖填方相对较少，故选择此方案。在此方案中，因整体线路不长，但需要克服较大高程，所以所有隧道、桥梁、公路坡度均在允许范围内选择较大值，并且隧道通过垭口时均选择高海拔通过，以此来缩短隧道长度，减小工程量，降低造价，尽可能消除正常运营中的安全隐患。

二次衬砌结构计算

采用荷载-结构模型，计算Ⅴ级围岩复合衬砌中二次衬砌的内力，做结构计算，并进行强度校核。

1．1基本参数：

（1）围岩级别：Ⅴ级；

（2）围岩容重：；

（3）围岩弹性抗力系数：

（4）衬砌材料为C25混凝土，弹性模量，容重。

1．2荷载确定：

（1）围岩垂直均布压力

按矿山法施工的隧道围岩荷载为：

考虑到初期支护承担大部分围岩压力，而二次衬砌一般作为安全储备，故对围岩压力进行折减，对本隧道按照42%折减，取。

（2）围岩水平均布压力：

二次衬砌结构计算图（图1-1）

1．3计算位移：

1、单位位移：（所有尺寸见图1-1）

半拱轴线长度，将半拱轴线长度等分8段，则

计算衬砌的几何要素，拱部各截面与垂直轴之间的夹角和截面中心垂直坐标见下表。

单位位移计算表（表1-1）

截面

(°) 积分系数

0 0.0000 0.0000 1.0000 0.0000 0.0000 0.45 131.6872 0.0000 0.0000 131.6872 1

1 13.3221 0.2304 0.9731 1.2065 0.1404 0.45 131.687

2 18.4889 2.5958 171.2609 4

2 26.6256 0.4482 0.8940 2.348

3 0.5547 0.45 131.6872 73.0469 40.5191 318.3002 2

3 39.9291 0.6418 0.7668 3.3641 1.2207 0.45 131.6872 160.7506 196.2283 649.4168 4

4 53.2326 0.8011 0.5986 4.1993 2.1026 0.4

5 131.6872 276.885

6 582.179

7 1267.6381 2

5 66.5361 0.9173 0.3982 4.8090 3.1531 0.45 131.6872 415.2230 1309.2398 2271.3731 4

6 79.8396 0.9843 0.1764 5.1606 4.3158 0.45 131.6872 568.3358 2452.823

7 3721.1825 2

7 93.1431 0.9985 ﹣0.0548 5.2350 5.5282 0.45 131.6872 727.9934 4024.4932 5612.1673 4

8 90.0000 1.0000 0.0000 5.0284 6.7251 0.45 131.6872 885.6099 5955.8150 7858.7220 1

Σ1053.4979 2670.6568 11412.3628 17807.1743 —

注：1、—截面惯性矩，取单位长度；2、不考虑轴力的影响。

单位位移值用辛普生方法近似计算如下：

计算精度校核为：

闭合差。

2、载位移—主动荷载在基本结构中引起的位移

（1）每一楔块上的作用力：

竖向力：

侧向力：

自重力：

式中——衬砌外缘相邻截面之间的水平投影长度，由图1—1中量得；

——衬砌外缘相邻截面之间的竖向投影长度，由图1—1中量得；

——接缝的衬砌截面厚度。

作用在各楔块上的力均列入下表：

载位移计算表（表1-2）

截面

集中力力臂

0 0.00000 12.5991 0.00000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

1 120.9563 12.5991 5.6583 0.547

2 0.6020 0.2925 69.4531 1.6551 7.5847

2 114.4556 12.5991 16.6404 0.494

3 0.5611 0.4146 56.575

4 6.8991 7.0694

3 101.8099 12.5991 26.7262 0.3833 0.4901 0.5200 39.0237 13.8976 6.1748

4 83.7020 12.5991 35.3810 0.2550 0.3920 0.5946 21.3440 21.0376 4.9388

5 61.1032 12.5991 42.1357 0.1108 0.2743 0.6373 6.7702 26.8531 3.4559