隧道工程

隧道工程课程设计

一、设计目的

通过课程设计，使学生掌握公路隧道支护结构的基本计算设计方法，熟悉矿山法在公路隧道施工中的工艺，掌握公路隧道施工设计的基本方法,以及掌握隧道暗挖洞门的形式,洞门的结构要求,设计方法和洞门作为重力式挡土墙的各项验算。

二、设计资料

1.原始资料：两车道二级公路，车速40km/h IV级围岩隧道设计

2.隧道洞身设计资料：

围岩级别：IV级

围岩容重：273

/m

KN

隧道埋深：10m

隧道行车要求:两车道二级公路

3.隧道衬砌截面强度校核资料:

N=180t

M=0.12t.m

4.隧道洞门设计与检算资料:

地基土摩擦系数 0.7

地基土容重 183

KN

/m

地基容许承载力[]kPa

=

σ

500

三、隧道洞身设计

1.隧道横断面设计

1.1 隧道建筑限界的确定

该隧道横断面设计是根据两车道二级公路IV级围岩的隧道,根据《公路隧道设计规范》选取隧道建筑限界基本值如下：

W——行车道宽度,取3.5*2=7m;

C——余宽,本设计需设臵人行道,取C=O;

1,双侧设臵;

R——人行道宽度,取m

H——建筑限界高度,取5.0m;

L——左侧向宽度,取0.75m;

L

L——右侧向宽度,取0.75m;

R

E——建筑限界左顶角宽度,取0.75m;

L

E——建筑限界右顶角宽度,取0.75m;

R

h——人行道高度,取0.25m;

隧道净宽(1*2+3.5*2+0.5*2)=10m;

设计行车速度为40km/h，建筑限界左顶角高度与右顶角高度均取1m；

参照规范横向坡度通常选1.5%～2%，在本设计中，取横向坡度i=2%,

右侧(行车方向)倾斜。

建筑限界设计见图1.1

公路建筑界限图(单位cm)

对于上下行分离式独立双洞的公路隧道之间应设臵人行横向通道,其间距取250m 。人行横通道的断面建筑限界如图1.2所示。

图3.2 人行横通道的断面建筑限界图（单位:厘米）

1.2隧道内轮廓线的确定

本隧道为两车道IV 级围岩隧道，。根据《公路隧道设计规范》，并结合实际情况，本隧道采用超前小导管设计内轮廓线，经济实际。本隧道内轮廓断面图如图1.3所示。

图3.3 隧道内轮廓断面图（单位:厘米）

2.隧道衬砌设计

2.1 隧道衬砌截面强度验算 M=0.12t.m N=180t 偏心距 e=0.12/180=0.667mm

因为mm m h mm e 6006.03.02.02.0667.00==×=<=。由规范有：

对混凝土矩形截面构件，当偏心距0.2o e h <时，按抗压强度控制承载能力，并用下式进行计算：

KN ≤a R bh φα

式中: a R ——混凝土或砌体的抗压极限强度，按《公路隧道设计规范》表5.2.9采用； K ——安全系数，按《公路隧道设计规范》表9.2.4—1采用； N ——轴向力（kN ）； b ——截面宽度（m ）； h ——截面厚度（m ）；

Φ——构件纵向弯曲系数，对于贴壁式隧道衬砌、明洞拱圈及背墙紧密回填的边墙，可取Φ=1；

e 0——截面的偏心距； α——轴向力的偏心影响系数，

0.1α查表可得.0116.060

667

.00===h e 查表可得φ=1.0, 1.0α=， a R =15500 KPa ，b=1.0m ，h=0.30m ，K=2.4，则有：

a R bh φα=KN 465030.00.1155000.10.1=××××

而KN KN KN 6504792.55883.2324.2<=×=, 故KN ≤a R bh φα，满足截面强度设计要求。

2.2 隧道深浅埋的确定及围岩压力计算

根据内轮廓尺寸 m B t 51.12=, m H t 80.8= 因为IV 级围岩的隧道设计设预留变形量,

故近似开挖尺寸为 m B n 27.1351.1223.0208.0=+×+×= m H n 18.98.83.008.0=++= 对于IV 级围岩,q p h H 2= )]5(1[245.01

B i h S

q +××=

S ——围岩级别 B ——隧道宽度,n B B =

i ——围岩压力增减率,当5>B ,取1.0=i 则 m h q 6443.1)]527.13(1.01[245.01

2

=+××=

则 m h H q p 2886.32==

埋深p H H >=10,故该隧道为深埋隧道。 q h ——等效荷载高度； H —— 隧道埋深；

p H ——深浅埋隧道分界深度。 又

7.17034.051

.1280

.8<==t t B H ， 可用公式q h γ=，由设计资料知3/27γm KN = 则 3/3961.446443.127m KN q =×=

∵该隧道为IV 级围岩 ∴围岩水平匀布压力0e =

2.3 隧道衬砌方案的拟定

参考《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004），本设计为二级公路，采用复合式衬砌，复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式。

复合式衬砌设计应复合下列规定：

Ⅰ.初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式单独或组合使用，锚杆支护宜采用全长粘结锚杆。 Ⅱ.二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连接圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。 由规范中表8.4.2—1，对于两车道IV 级围岩，有：

初期支护：拱部、边墙的喷射混凝土厚度为5～8cm ，拱、墙锚杆长度为2.0～2.5m ； 二次衬砌厚度：拱、墙混凝土厚度为30cm 。

最终确定衬砌尺寸及规格如下：

深埋隧道外层初期支护，根据《规范》规定，采用锚喷支护，锚杆采用普通水泥砂浆锚杆，规格HRB335Φ20×2.5m ，采用梅花型局部布设.采用C20喷射混凝土,且厚度为8cm 。

防水板：采用塑料防水板及无纺布，且无纺布密度为2300/g m ，防水板应采用满铺的EVA 板防水层，厚度为2.0mm ，搭接长度为150mm 。 初次衬砌:初步拟定采用C20喷射混凝土,厚度为8cm.