隧道工程課程設(shè)計(jì)

本科生課程設(shè)計(jì)課程名稱隧道工程學(xué)部理工農(nóng)學(xué)部

目錄TOC\o"1-3"\h\u3728第一部分隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書 120621一．課程設(shè)計(jì)題目 12985二．適用專業(yè)、班級(jí)、時(shí)間 130032三．課程設(shè)計(jì)目的及任務(wù) 119675四．設(shè)計(jì)方法與步驟 56248五．時(shí)間及進(jìn)度安排 520514六．建議參考資料 526368第二部分隧道主體結(jié)構(gòu)計(jì)算書 61812.1建筑限界 639312.1.1一般規(guī)定 6112702.1.2隧道總體設(shè)計(jì)原則 6103332.1.3隧道設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 6306562.1.4隧道建筑限界圖 7189592.2內(nèi)輪廓圖確定 8104082.3隧道洞口的設(shè)計(jì) 919182.3.1洞門形式的選擇 9188272.3.2洞門構(gòu)造要求 9154682.3.3驗(yàn)算滿足條件 10313932.3.4洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 10301202.4初期支護(hù)設(shè)計(jì) 14135842.4.1支護(hù)形式的選擇及參數(shù)確定 14125562.4.2Ⅲ級(jí)圍巖的初期支護(hù)設(shè)計(jì) 15275052.4.3初期支護(hù)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算 17231442.5二次襯砌的計(jì)算 25305932.6施工組織設(shè)計(jì) 26217432.6.1編制說(shuō)明 2616412.6.2工程概況

2673902.6.3工程特點(diǎn)、難點(diǎn)及施工措施 27682.6.4施工總體部署

27111202.6.5施工組織機(jī)構(gòu)

2832722.6.6施工組織流程 2922364附圖 3097881、建筑限界圖、內(nèi)輪廓圖 30323752、洞口立面圖 30299883、洞口側(cè)面圖 30269284、復(fù)合式襯砌斷面布置圖 30第一部分隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)書一．課程設(shè)計(jì)題目隧道主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二．適用專業(yè)、班級(jí)、時(shí)間張家界學(xué)院學(xué)院建筑工程專業(yè)三．課程設(shè)計(jì)目的及任務(wù)（一）設(shè)計(jì)目的：通過(guò)本設(shè)計(jì)掌握：建筑限界和內(nèi)輪廓圖；隧道洞口的設(shè)計(jì)；隧道洞身的設(shè)計(jì)及二次襯砌的驗(yàn)算；④施工組織設(shè)計(jì)。（二）設(shè)計(jì)任務(wù)：1.設(shè)計(jì)資料（1）隧道總體概況已知隧道為山嶺兩車道公路隧道，示意簡(jiǎn)圖如圖1.1所示。整個(gè)隧道原本分為左右線，并且左右線都為相向施工，但本次課程設(shè)計(jì)只要求設(shè)計(jì)單洞單向施工到達(dá)貫通位置的情況，只要求設(shè)計(jì)主洞的一般斷面，不要求設(shè)計(jì)緊急停車帶與橫洞等附屬洞室。隧道采用新奧法理念施工，隧道采用復(fù)合式襯砌，設(shè)計(jì)使用年限為100年。圖1.1隧道示意圖表1.1不同的圍巖級(jí)別文中簡(jiǎn)寫表示意義圍巖情況描述Ⅲ級(jí)Ⅲ級(jí)圍巖砂巖，巖體較完整，塊狀結(jié)構(gòu)Ⅳ級(jí)Ⅳ級(jí)圍巖頁(yè)巖，巖體局部破碎，層狀結(jié)構(gòu)Ⅴ級(jí)Ⅴ級(jí)圍巖礫巖，巖體破碎，泥質(zhì)膠結(jié)表1.2圍巖計(jì)算參數(shù)圍巖級(jí)別重度（kN/m3）彈性抗力系數(shù)（MPa/m）變形模量（GPa）泊松比內(nèi)摩擦角（°）粘聚力（MPa）Ⅲ級(jí)圍巖251200200.3501.5Ⅳ級(jí)圍巖2350060.35390.7Ⅴ級(jí)圍巖2020020.45270.2表1.3不同的設(shè)計(jì)行車速度文中簡(jiǎn)寫表示意義速A設(shè)計(jì)行車速度為100km/h速B設(shè)計(jì)行車速度為80km/h速C設(shè)計(jì)行車速度為60km/h表1.4不同的隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度文中簡(jiǎn)寫表示意義長(zhǎng)A表示隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度1500m長(zhǎng)B表示隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度2500m長(zhǎng)C表示隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度3500m注：洞口段可選為40m長(zhǎng)(2)隧道洞口段依據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)洞門并對(duì)洞門擋土墻進(jìn)行驗(yàn)算。洞門擋土墻的傾斜度與嵌入基底深度根據(jù)規(guī)范選定。圖1.2埋深示意圖表1.5不同的洞口段埋深文中簡(jiǎn)寫洞口段埋深（m)洞口A2.5洞口B3.5洞口C4.5(3)隧道洞身段根據(jù)圍巖級(jí)別與隧道洞身段埋深計(jì)算圍巖壓力，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》185頁(yè)的荷載分擔(dān)比例表，確定初期支護(hù)與二次襯砌的荷載分擔(dān)比例。根據(jù)規(guī)范選定初期支護(hù)與二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)。表1.6不同的洞身段埋深文中簡(jiǎn)寫隧道洞身段埋深（開(kāi)挖輪廓線拱頂至地表的距離）洞身A15m洞身B30m洞身C50m洞身D70m洞身E90m洞身F120m(4)驗(yàn)算二次襯砌的強(qiáng)度目前數(shù)值模擬軟件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于隧道設(shè)計(jì)中，確定二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)后，最好用某一種數(shù)值模擬軟件計(jì)算二次襯砌的內(nèi)力，進(jìn)一步驗(yàn)算二次襯砌所有截面的強(qiáng)度。由于本次課程設(shè)計(jì)時(shí)間短，沒(méi)有足夠的時(shí)間學(xué)習(xí)數(shù)值模擬軟件，因此下面假定已經(jīng)計(jì)算出了二次襯砌的內(nèi)力（二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)與荷載不同，計(jì)算出來(lái)的內(nèi)力也不同），同學(xué)們按照?qǐng)D中指定的截面，驗(yàn)算二次襯砌在這一截面的強(qiáng)度，目的是掌握計(jì)算原理與思路。圖1.3二次襯砌驗(yàn)算指定截面(注：你設(shè)計(jì)的二次襯砌可能有仰拱也可能無(wú)仰拱，但不影響這里的驗(yàn)算)表1.7不同截面的二次襯砌內(nèi)力文中簡(jiǎn)稱軸力(kN)剪力(kN)彎矩(kN×m)截面A-2506-64-43截面B-208614526截面C-2823-5110(5)施工組織設(shè)計(jì)施工組織設(shè)計(jì)包括施工方法、各工序施作時(shí)機(jī)、人員配備、主要材料、機(jī)械設(shè)備、進(jìn)度計(jì)劃等。每個(gè)人的隧道圍巖級(jí)別、隧道埋深與隧道長(zhǎng)度等不同，因此制定的隧道施工組織設(shè)計(jì)也應(yīng)不同。2.設(shè)計(jì)工作及要求每個(gè)人針對(duì)的工程情況均有不同之處（詳見(jiàn)下表），自己只做自己對(duì)應(yīng)的工況，不要抄襲別人的設(shè)計(jì)。表1.8設(shè)計(jì)分組情況一覽表學(xué)號(hào)設(shè)計(jì)工況1，16，31，46Ⅲ級(jí)速C長(zhǎng)A洞口A洞身A截面A2，17，32，47Ⅳ級(jí)速B長(zhǎng)C洞口B洞身B截面B3，18，33，48Ⅴ級(jí)速A長(zhǎng)C洞口C洞身C截面A4，19，34，49Ⅲ級(jí)速C長(zhǎng)A洞口A洞身D截面C5，20，35，50Ⅴ級(jí)速B長(zhǎng)B洞口C洞身E截面B6，21，36，51Ⅳ級(jí)速C長(zhǎng)C洞口B洞身F截面C7，22，37，52Ⅳ級(jí)速A長(zhǎng)B洞口B洞身B截面A8，23，38，53Ⅲ級(jí)速A長(zhǎng)A洞口A洞身C截面A9，24，39，54Ⅴ級(jí)速B長(zhǎng)A洞口C洞身D截面B10，25，40，55Ⅳ級(jí)速C長(zhǎng)C洞口B洞身E截面C11，26，41，56Ⅴ級(jí)速A長(zhǎng)B洞口C洞身F截面A12，27，42，57Ⅲ級(jí)速C長(zhǎng)A洞口A洞身A截面C13，28，43，58Ⅴ級(jí)速B長(zhǎng)B洞口C洞身C截面B14，29，44，59Ⅲ級(jí)速C長(zhǎng)C洞口A洞身A截面C15，30，45，60Ⅳ級(jí)速B長(zhǎng)B洞口B洞身B截面B每位同學(xué)均應(yīng)根據(jù)上表的分組名單與對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)時(shí)速完成本設(shè)計(jì)，應(yīng)完成的設(shè)計(jì)工作包括：（1）根據(jù)隧道概況，選擇隧道限界，確定隧道內(nèi)輪廓尺寸，繪制隧道建筑限界圖及內(nèi)輪廓圖。（2）設(shè)計(jì)隧道洞門（如采用端墻式洞門、翼墻式洞門等），并驗(yàn)算洞門擋土墻，繪制隧道洞門立面圖與側(cè)面圖。（3）計(jì)算隧道洞身段的圍巖壓力，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》185頁(yè)的荷載分擔(dān)比例表，確定洞身段初期支護(hù)與二次襯砌的荷載分擔(dān)比例。根據(jù)規(guī)范選定洞身段初期支護(hù)與二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)，繪制洞身段復(fù)合式襯砌橫斷面布置圖。（4）驗(yàn)算指定截面的二次襯砌強(qiáng)度，如果強(qiáng)度不合格，指出應(yīng)采取的措施。（5）編制施工組織設(shè)計(jì)，內(nèi)容既包括進(jìn)洞方法與超前支護(hù)措施，也包括洞身段的施工方法、各工序施作時(shí)機(jī)、人員配備、主要材料、機(jī)械設(shè)備、進(jìn)度計(jì)劃等。3.圖紙要求采用3號(hào)圖紙，比例自行確定。4.應(yīng)提交的設(shè)計(jì)成果應(yīng)提交給指導(dǎo)老師的設(shè)計(jì)成果包括：（1）設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份，包括前述應(yīng)完成設(shè)計(jì)工作的各項(xiàng)內(nèi)容，內(nèi)容詳細(xì)充實(shí)，能體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的具體過(guò)程，寫明設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇依據(jù)，特別要詳細(xì)寫明洞門擋土墻驗(yàn)算、圍巖壓力計(jì)算、二次襯砌截面強(qiáng)度驗(yàn)算等計(jì)算過(guò)程。（2）設(shè)計(jì)圖紙一套，包括前述應(yīng)完成設(shè)計(jì)工作的各項(xiàng)圖紙，要求線條清晰、整潔美觀，符合有關(guān)制圖規(guī)范及比例要求。圖紙首先采用計(jì)算機(jī)CAD繪制，然后一律采用A3圖紙打印出來(lái)上交。四．設(shè)計(jì)方法與步驟（1）根據(jù)隧道概況，選擇隧道限界，確定隧道內(nèi)輪廓尺寸，繪制隧道建筑限界圖及內(nèi)輪廓圖。（2）設(shè)計(jì)隧道洞門（如采用端墻式洞門、翼墻式洞門等），并驗(yàn)算洞門擋土墻，繪制隧道洞門立面圖與側(cè)面圖。（3）計(jì)算隧道洞身段的圍巖壓力，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》185頁(yè)的荷載分擔(dān)比例表，確定洞身段初期支護(hù)與二次襯砌的荷載分擔(dān)比例。根據(jù)規(guī)范選定洞身段初期支護(hù)與二次襯砌的設(shè)計(jì)參數(shù)，繪制洞身段復(fù)合式襯砌橫斷面布置圖。（4）驗(yàn)算指定截面的二次襯砌強(qiáng)度，如果強(qiáng)度不合格，指出應(yīng)采取的措施。（5）編制施工組織設(shè)計(jì)，內(nèi)容既包括進(jìn)洞方法與超前支護(hù)措施，也包括洞身段的施工方法、各工序施作時(shí)機(jī)、人員配備、主要材料、機(jī)械設(shè)備、進(jìn)度計(jì)劃等。五．時(shí)間及進(jìn)度安排1.布置設(shè)計(jì)內(nèi)容及準(zhǔn)備相關(guān)參考書、設(shè)計(jì)規(guī)范：0.5天

2.建筑限界和內(nèi)輪廓圖：0.5天

3.洞口設(shè)計(jì)：1天

4.洞身設(shè)計(jì)：1天

5.二次襯砌驗(yàn)算及施工組織設(shè)計(jì)：1.5天

6.完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書及相關(guān)圖紙：0.5天六．建議參考資料1.《隧道工程》，陳秋南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.2.《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則JTG/TD70-2010》，中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，北京：人民交通出版社，2010.3.《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD70-2004》，中華人民共和國(guó)交通部，北京：人民交通出版社，2004.4.《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范JTGF60-2009》，中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，北京：人民交通出版社，2009.5.《鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)-隧道》，北京：中國(guó)鐵道出版社，1995.6．《交通隧道工程》，彭立敏.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2003.

第二部分隧道主體結(jié)構(gòu)計(jì)算書2.1建筑限界2.1.1一般規(guī)定隧道設(shè)計(jì)應(yīng)滿足公路交通規(guī)劃的要求，其建筑限界、斷面凈空、隧道主體結(jié)構(gòu)以及通風(fēng)、照明等設(shè)施，應(yīng)按《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)近期交通量不大時(shí)，可采取一次設(shè)計(jì)分期修建。2.1.2隧道總體設(shè)計(jì)原則（1）隧道設(shè)計(jì)遵循充分發(fā)揮隧道功能，安全、經(jīng)濟(jì)建設(shè)隧道的基本原則。設(shè)計(jì)中有完整的勘測(cè)、調(diào)查資料，綜合考慮地形、地質(zhì)、水文、氣象和交通量及其構(gòu)成，以及營(yíng)運(yùn)和施工條件，進(jìn)行多方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保比較，使隧道設(shè)計(jì)符合安全實(shí)用、質(zhì)量可靠、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的要求。（2）隧道主體結(jié)構(gòu)按永久性建筑設(shè)計(jì)，具有規(guī)定的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性；加強(qiáng)隧道支護(hù)襯砌、防排水、路面等主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與通風(fēng)、照明、供配電、消防、交通監(jiān)控等營(yíng)運(yùn)設(shè)施設(shè)計(jì)之間的協(xié)調(diào)，形成合理的綜合設(shè)計(jì)。對(duì)有關(guān)的技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展專項(xiàng)設(shè)計(jì)和研究。（3）隧道土建設(shè)計(jì)體現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工的思想，制定地質(zhì)觀察和監(jiān)控量測(cè)的總體方案。（4）隧道設(shè)計(jì)貫徹國(guó)家有關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策，積極慎重地采用新技術(shù)、新材料、新設(shè)備。（5）隧道設(shè)計(jì)必須符合國(guó)家有關(guān)國(guó)土管理、環(huán)境保護(hù)、水土保持等法規(guī)的要求。注意節(jié)約用地，保護(hù)農(nóng)田及水利設(shè)施，盡量保護(hù)原有植被，妥善處理?xiàng)壴臀鬯?.1.3隧道設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1）公路等級(jí)：一級(jí)公路。（2）隧道設(shè)計(jì)速度：60km/h。（3）隧道建筑限界標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2.1。（4）隧道縱坡不應(yīng)小于0.3%，一般情況不應(yīng)大于3%，對(duì)于受地形限制的中、短隧道可適當(dāng)加大，不宜大于4%。本隧道為短隧道。（7）設(shè)計(jì)荷載：公路－I級(jí)。

2.1.4隧道建筑限界圖可確定限界參數(shù)如表2.1所示：設(shè)計(jì)速度（km/h）車道寬度W側(cè)向?qū)挾萀檢修道J左側(cè)右側(cè)左側(cè)右側(cè)6020.500.750.750.75表2.1建筑限界設(shè)置(單位：m)隧道建筑限界凈寬：9.75m，凈高：4.5m。因?yàn)楸舅淼罏閮绍嚨赖亩趟淼?，所以本隧道不設(shè)置緊急停車帶和橫向通道。建筑限界如圖1.1。圖2.1隧道建筑限界

2.2內(nèi)輪廓圖確定根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70-2004）規(guī)定，隧道的內(nèi)輪廓拱部為單心半圓=514cm，側(cè)墻為大半徑圓弧=764cm，仰拱圓弧半徑=1500cm，仰拱與側(cè)墻間用一個(gè)小半徑圓弧連接=100cm。兩車道的60km/h標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)輪廓圖如圖2.2。圖2.2隧道內(nèi)輪廓圖

2.3隧道洞口的設(shè)計(jì)2.3.1洞門形式的選擇隧道進(jìn)口位于Ⅲ級(jí)圍巖中，結(jié)合洞口排水要求，遵從“早進(jìn)洞，晚出洞”的設(shè)計(jì)原則，并考慮洞門的實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、美觀等因素，綜合考慮，該隧道進(jìn)口洞門采用“端墻式洞門”。端墻式洞門簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2.3.1。圖2.3.1端墻式洞門簡(jiǎn)圖2.3.2洞門構(gòu)造要求（3）洞門墻基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固地基上，應(yīng)視地基及地形條件，埋置足夠的深度，保證洞門的穩(wěn)定?；茁袢胪临|(zhì)地基的深度不小于1.0m，嵌入巖石地基的深度不小于0.5m；基底標(biāo)高應(yīng)在最大凍結(jié)線以下不小于0.25m?；茁裰蒙疃葢?yīng)大于墻邊各種溝、槽基底的埋置深度。（4）松軟地基上的基礎(chǔ)，可采取擴(kuò)大基礎(chǔ)措施。2.3.3驗(yàn)算滿足條件采用擋墻式洞門時(shí)，洞門墻可視為擋土墻，按極限狀態(tài)驗(yàn)算，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》JTG－2004）的規(guī)定，并應(yīng)符合《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。2.3.4洞門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算1、計(jì)算參數(shù)確定（1）邊、仰坡坡度1：0.1；（2）仰坡坡率1：0.5；（3）地層容重；（4）地層計(jì)算摩擦角；（5）基底摩擦系數(shù)0.6；（6）基底控制應(yīng)力。2、建筑材料的容重和容許應(yīng)力（1）墻端的材料為水泥砂漿片石砌體，片石的強(qiáng)度等級(jí)為Mu100，水泥砂漿的強(qiáng)度等級(jí)為M10。（2）容許壓應(yīng)力，重度。3、洞門各部尺寸擬定端墻式洞門的正墻斜度取1：0.1，仰坡坡率取1：0.5，設(shè)端墻厚度為B=2.0m，設(shè)基礎(chǔ)埋深為1.8m(其中基底采用階梯狀擴(kuò)大基礎(chǔ)，其中上層階梯為0.3m。下層階梯為0.7m，基底寬度為)，預(yù)留變形量為0.05m，襯砌厚度為0.5m，其中襯砌拱頂?shù)浇厮疁蠝系椎木嚯x為1.1m，截水溝厚度為0.2m，截水溝溝底到仰坡坡底的距離為0.5m，仰坡坡腳到洞門墻背的水平距離為a=2m，設(shè)墻H=12m。本隧道取條帶寬度b=1m。圖2.2洞門側(cè)視圖1、洞門土壓力計(jì)算邊坡坡率1:0.5，查表 最危險(xiǎn)破裂面與垂直面夾角：（3.2）==0.266故：土壓力系數(shù)按下式計(jì)算：（3.3）洞門土壓力按下式計(jì)算：（3.4）δ為墻背摩擦角墻體自重按下式計(jì)算:（3.5）2、洞門抗傾覆驗(yàn)算根據(jù)公式（3.6）（3.7）（3.8）故：滿足抗傾覆要求。3、洞門抗滑移驗(yàn)算（3.9）故滿足抗滑動(dòng)要求。4、基底合力偏心矩驗(yàn)算與基底承載力驗(yàn)算設(shè)作用于基底的合力法向分力為，其對(duì)墻址的力臂為，合力偏心距為e，則：（3.10）滿足計(jì)算要求（3.11）可得：符合地基承載力要求。5、墻身截面偏心矩驗(yàn)算及強(qiáng)度驗(yàn)算墻身偏心矩：（3.12）式中：——計(jì)算截面以上各力對(duì)截面型心力矩的代數(shù)和；——作用于截面以上垂直力之和。將數(shù)據(jù)代入墻身偏心矩的公式，得可：所以計(jì)算結(jié)果滿足要求。應(yīng)力：所以計(jì)算結(jié)果滿足要求。經(jīng)驗(yàn)算，翼墻的驗(yàn)算也滿足要求。2.4初期支護(hù)設(shè)計(jì)2.4.1支護(hù)形式的選擇及參數(shù)確定隧道洞口處圍巖為Ⅲ級(jí)圍巖，隧道洞身圍巖為Ⅲ級(jí)圍巖，隧道采用復(fù)合式襯砌支護(hù)，即由初期支護(hù)、二次襯砌以及中間防水層組合而成的襯砌形式進(jìn)行支護(hù)。同時(shí)還采用大管棚、小導(dǎo)管等預(yù)支護(hù)措施。其中初期支護(hù)采用噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架支護(hù)。根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70-2004）的有關(guān)規(guī)定，二車道復(fù)合式襯砌在Ⅲ級(jí)圍巖條件下。初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)方式，初期襯砌厚度10cm，二次襯砌厚度35cm；錨桿采用中空注漿錨桿，錨桿的直徑為20mm，長(zhǎng)度為300cm，鋼筋網(wǎng)直徑為10mm。二次支護(hù)為模筑混凝土，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C35，厚度為10cm。2.4.2Ⅲ級(jí)圍巖的初期支護(hù)設(shè)計(jì)1、隧道的深淺埋確定：深埋和淺埋隧道的分界，按荷載等效高度值，并結(jié)合地質(zhì)條件、施工方法等因素綜合判定。在Ⅲ級(jí)圍巖條件下:式中：深淺埋隧道的分界深度；荷載等效高度，。已知在Ⅲ級(jí)圍巖下，隧道寬度為，圍巖容重為，則圍巖的坍塌高度為：式中：圍巖的級(jí)別；圍巖的重度；隧道的寬度；每增減時(shí)的圍巖壓力的增減率，當(dāng)m時(shí)取。荷載等效高度：故分界深度：埋深，小于，屬淺埋隧道。2、隧道圍巖壓力的確定Ⅲ級(jí)圍巖的圍巖壓力計(jì)算：根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70-2004），Ⅲ級(jí)圍巖物理力學(xué)指標(biāo)值：重度，彈性抗力系數(shù)，變形模量，泊松比，計(jì)算摩擦角，內(nèi)摩擦角，粘聚力。圖2.4.1淺埋隧道圍巖壓力計(jì)算隧道埋深H=2.5m，小于等效荷載高度，荷載視為均布垂直壓力，按下式計(jì)算： （4.1）式中：q——垂直均布?jí)毫Γǎ?——隧道上覆圍巖重度（）；H——隧道埋深（m），指坑頂至地面的距離。圖2.4.2淺埋隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載側(cè)向壓力e按均布考慮時(shí)其值為：(4.2)其中：2.4.3初期支護(hù)設(shè)計(jì)及驗(yàn)算本隧道處在Ⅲ級(jí)圍巖中，開(kāi)挖半徑為5.64m(R1=5.14m，預(yù)留變形量50mm，初期襯砌厚度10cm，二次襯砌厚度35cm)，現(xiàn)以Ⅲ級(jí)圍巖取最大埋深1.5m處計(jì)算：支護(hù)材料取噴射混凝土采用C25，厚度為10cm，鋼筋網(wǎng)選用HPB235鋼筋，鋼筋直徑10mm，網(wǎng)格間距25×25cm。錨桿為全長(zhǎng)粘結(jié)型，長(zhǎng)度3m，直徑20mm，間距1m×1m，選用HRB335，帶墊板，其尺寸為150mm×150mm×6mm。鋼支撐選用工字鋼，每榀間距1m。采用剪切滑移破壞法計(jì)算：圖2.4.3剪切滑移破壞法示意圖1、噴混凝土提供的支護(hù)抗力P1值（為圍巖的內(nèi)摩擦角）其中，為剪切滑移面與最小主應(yīng)力軌跡線成角，a、均見(jiàn)圖2.4.1，b為剪切區(qū)高度。為加固帶高度，取l為形成加固帶時(shí)錨桿的有效長(zhǎng)度，t為錨桿橫向間距（見(jiàn)圖4.3），則有：(4.5)得：將所有數(shù)據(jù)代入式得：計(jì)算時(shí)可換算成相應(yīng)的噴混凝土支護(hù)抗力，即(4.6)式中:——每米隧道鋼材的當(dāng)量面積，此處取35.58cm2；得：代入式中，得：2、錨桿提供的支護(hù)抗力P3值錨桿受力破壞有兩種情況：（1）錨桿體本身的強(qiáng)度不足而被拉斷。這種情況下錨桿提供的平均徑向支護(hù)抗力：(4.7)式中F——錨桿的斷面積；——錨桿的抗拉強(qiáng)度；e、t——錨桿的縱向及橫向間距。則錨桿粘結(jié)破壞，即砂漿錨桿與孔壁之間的粘結(jié)力不足而破壞。這種情況下錨桿提供的平均徑向支護(hù)抗力：(4.8)式中S——為錨桿抗拔力，即錨桿的錨固力，；D——鉆孔直徑，在此設(shè)計(jì)中取D=60mm；L——錨固段長(zhǎng)度；——孔壁與注漿體之間極限粘結(jié)強(qiáng)度，砂巖取=0.85MPa則代入式中得取其中的最小值，則取錨桿提供的平均徑向支護(hù)抗力。由于在范圍內(nèi)的錨桿才能對(duì)剪切滑移體產(chǎn)生抗力，則：3、圍巖本身提供的支護(hù)抗力P4值剪切滑移體滑動(dòng)時(shí)，圍巖在滑面上的抗滑力，其水平方向的分力在剪切區(qū)高度b/2上的抗滑力P4為式中——剪切滑移體長(zhǎng)度，其值為=8.64——分別為沿滑移面的剪切應(yīng)力和垂直于滑移面的正應(yīng)力，它們按摩爾包絡(luò)線為直線時(shí)的假定求出（見(jiàn)圖）：由圖4.3可知將式中值代入上式，得圖2.4.4包絡(luò)線圖式中的為圍巖物理力學(xué)指標(biāo)，徑向主應(yīng)力值隨剪切滑移面上的位置而變化，難以確定，所以假定等于各支護(hù)結(jié)構(gòu)所提供的徑向支護(hù)抗力之和，即式中——噴混凝土層提供的支護(hù)抗力——鋼支撐提供的徑向支護(hù)抗力——錨桿提供的徑向支護(hù)力則將值代入式得將代入式得將以上數(shù)據(jù)代入式得將代入式中，得4、最小支護(hù)抗力值Pmin按重力平衡條件求解。塑性區(qū)的巖體，隨塑性徑向位移增長(zhǎng)而形成松散區(qū)。松散區(qū)的巖體由于重力作用而形成松散壓力，為保持坑道的穩(wěn)定，用支護(hù)力與它平衡（如圖4.5）。當(dāng)處于受力極限平衡狀態(tài)時(shí)，所求得的支護(hù)抗力即為。確定的途徑有：①由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的塑性區(qū)半徑r求（按重力平衡條件求）；②根據(jù)坑道周邊的允許位移值求；③實(shí)地量測(cè)形變壓力作為；④根據(jù)圍巖特征曲線求。圖2.4.5開(kāi)挖支護(hù)后坑道受力示意圖當(dāng)滑移體處于受力極限平衡狀態(tài)時(shí)，選用①途徑求得：則式中——為圍巖的重度，此處Ⅲ級(jí)圍巖，取=25KN/;——為初始應(yīng)力，設(shè)處于均質(zhì)巖體中，則——?jiǎng)t得：得：即，設(shè)計(jì)支護(hù)滿足要求?？傻贸觫蠹?jí)圍巖條件下的初期支護(hù)，見(jiàn)下表：表2.4.1各級(jí)圍巖初期支護(hù)參數(shù)表圍巖級(jí)別噴混凝土鋼筋網(wǎng)錨桿鋼架設(shè)置部位/厚度（cm）網(wǎng)格間距（cm）（環(huán)×縱）設(shè)置部位長(zhǎng)度（m）間距（環(huán)×縱）（m）規(guī)格每榀間距（m）Ⅲ拱墻、仰拱1025×25拱墻3.01×1I20a工字鋼1.0（全環(huán)）

2.5二次襯砌的計(jì)算

Ⅲ級(jí)圍巖中，采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)按照工程類比法設(shè)計(jì)，二次襯砌采用荷載結(jié)構(gòu)法計(jì)十算，根據(jù)《公路設(shè)計(jì)施工規(guī)范》，其中Ⅲ級(jí)圍巖中二次襯砌為完全儲(chǔ)備，因此不需要進(jìn)行計(jì)算。圖2.5.1《公路設(shè)計(jì)施工規(guī)范》

2.6施工組織設(shè)計(jì)2.6.1編制說(shuō)明1、編制依據(jù)1.《隧道工程》，陳秋南.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.2.《公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則JTG/TD70-2010》，中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，北京：人民交通出版社，2010.3.《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTGD70-2004》，中華人民共和國(guó)交通部，北京：人民交通出版社，2004.4.《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范JTGF60-2009》，中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，北京：人民交通出版社，2009.5.《鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)-隧道》，北京：中國(guó)鐵道出版社，1995.6．《交通隧道工程》，彭立敏.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2003.2、編制原則（1）資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)原則。

（2）符合性原則，滿足建設(shè)工期和工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，符合施工要求。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化管理的原則。

（4）科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理的原則。

（5）引進(jìn)、創(chuàng)新、發(fā)展的原則。

（6）“六位一體”管理的原則。

（7）指導(dǎo)性綱領(lǐng)與動(dòng)態(tài)控制相結(jié)合的原則。

2.6.2工程概況

1、基本概況

隧道長(zhǎng)1500m，為兩車道一級(jí)公路隧道；Ⅲ級(jí)圍巖線路長(zhǎng)1500m占隧道總長(zhǎng)的100%。

2、主要設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

公路等級(jí)