2020年度大學(xué)隧道畢業(yè)設(shè)計模板

大學(xué)隧道畢業(yè)設(shè)計

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摘要

本設(shè)計圍繞會何家寨隧道右線而進行，本隧道為高速公路隧

道中隧道，隧道長646m,設(shè)計為單向雙車道，設(shè)計車速為

80km/h,建筑限界凈寬為10.25m。襯砌采用三心圓曲墻式結(jié)構(gòu)，

支護結(jié)構(gòu)和圍巖共同承載，并充發(fā)揮出圍巖的自承能力。新奧法

作為隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心，合同段隧道圍巖條件較復(fù)雜，有IIL

IV、V級三種級別的圍巖，在IV、V圍巖段均采用有初支、防水

層、二襯組成的復(fù)合式襯砌。初期支護為噴錨支護，采用錨桿、

噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架共同作用，二次襯砌采用模筑碎。

洞門設(shè)計嚴格按照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（GTJ-）中的相關(guān)規(guī)定

進行相關(guān)驗算，采用翼墻式洞門；初支根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)

范》（GTJ-）、《隧道工程》和相關(guān)工程實例進行設(shè)計；二次襯

砌利用理正巖土6.0版軟件算出相關(guān)數(shù)據(jù)，并進行配筋計算；同

時，根據(jù)相關(guān)參考資料和工程實例進行了隧道施工組織設(shè)計、防

排水設(shè)計和監(jiān)控量測的設(shè)計，繪制了相應(yīng)的圖紙。

關(guān)鍵詞：復(fù)合式襯砌；翼墻式洞門；中隧道；新奧法；曲墻

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ABSTRACT

Thisdesignwillaroundthehejiazaitunnelrightline,Thisisa

mediumlengthofhighwaytunnel,Tunnellengthof646m,This

designisUnidi-rectionaldoublelane,Adesignspeedof80

km/h.Constructionboundaryclearwidthis10.25m.LininguseThree

heartgardenCurvedwall,supportstructuresandRockSharedLoad.and

MakefulluseofRockLoadbearing.NewAustrianTunnellingMethod

isTunnelstructuredesigncore,Tunnelhasacomplicatedsurrounding

rockcondition,haveHI、IV、Vcountryrock,Initialsupport>water

barrierandsecondaryliningformCompoundliningoftheIII、IV

countryroc.InitialsupportforboltsupportShotcrete,Thetwoliningis

Buildingconcrete.tunnelportaiswingwalltunnelportal.Instrict

accordancewiththeportaldesignat《Codeforhighwaytunnel

design》(GTJ-),Initialsupportaccordingto《Codeforhighway

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tunneldesign》(GTJ-)design.twoliningutilizationofLiZheng

rockandsoil6.0design.Atthesametime,Accordingtotherelevant

informationandengineeringexamplesConstructionorganization

designandwaterproofdrainageandMonitoringmeasurement.

Keywords：compositelining;wingwalltunnelportal;Midd!e

tunnel;NATM;Curvedwall

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目錄

第一章隧道工程概況......................................0

1.1工程概況..........................................0

1.2工程地質(zhì)..........................................0

第二章隧道總體設(shè)計......................................2

2.1一般規(guī)定與設(shè)計原則................................2

2.1.1一般規(guī)定.....................................2

2.1.2設(shè)計原則.....................................3

2.2主要技術(shù)標準及執(zhí)行規(guī)范............................3

2.2.1技術(shù)標準.....................................3

2.2.2執(zhí)行規(guī)范.....................................4

2.3設(shè)計依據(jù)..........................................4

2.4隧道平面及縱斷面設(shè)計..............................5

2.5隧道橫斷面設(shè)計....................................6

2.5.1隧道建筑限界.................................6

2.5.2隧道襯砌內(nèi)輪廓線設(shè)計........................7

2.6支護形式的選擇....................................7

2.6.1洞門襯砌設(shè)計.................................8

2.6.2洞身襯砌設(shè)計.................................8

第三章洞門設(shè)計與計算....................................9

3.1洞口地質(zhì)條件......................................9

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3.1.1懷仁端洞口...................................9

3.1.2赤水段洞口...................................9

3.2洞門類型的選擇...................................10

3.3洞門各部的尺寸擬定...............................10

3.4計算參數(shù).........................................12

3.5建筑材料的容許應(yīng)力與容重.........................12

3.6洞門穩(wěn)定性驗算...................................12

361計算洞門前一延米的平均高度..................12

3.6.2土壓力計算..................................12

3.6.3翼墻穩(wěn)定性驗算..............................15

3.6.4主洞端墻驗算................................17

3.6.5主洞與翼墻共同作用的..........錯誤!未定義書簽。

第四章隧道初期支護設(shè)計與計算..........................20

4.1概述..............................................20

4.2初期支護的設(shè)計...................................20

4.3V級圍巖初期支護機構(gòu)計算........................21

4.3.1噴混凝土提供的支護抗力P1值.................22

4.3.2鋼支撐提供的支護抗力尸2值...................24

4.3.3錨桿提供的支護抗力尸3值.....................24

4.3.4圍巖本身提供的支護抗力巴值.................26

4.3.5最小支護抗力值Pmin.....................................................28

第五章隧道二次襯砌設(shè)計................................32

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5.1概述.............................................32

5.2隧道深淺埋確定...................................33

5.2.1計算斷面參數(shù)確定............................33

5.2.2深淺埋判定計算..............................33

5.3隧道圍巖壓力確定.................................35

5.3.1V級圍巖壓力計算............................35

532IV級圍巖壓力計算............................37

5.3.3HI級圍巖壓力計算............................37

5.4V級圍巖二次襯砌理正巖土軟件驗算（電算）........37

5.4.1V級圍巖二襯計算條件........................38

5.4.2V級圍巖二襯內(nèi)力配筋結(jié)果...................40

5.4.3V級圍巖二襯內(nèi)力配筋計算...................41

5.4.4V級圍巖二襯裂縫計算........................44

5.5IV級圍巖二襯襯砌理正巖土軟件驗算（電算）.......50

5.5.1IV級圍巖二襯計算條件........................51

5.5.2IV級圍巖配筋結(jié)果...........................53

5.5.3V級圍巖二襯內(nèi)力配筋計算....................54

5.5.4V級圍巖二襯裂縫計算........................57

5.6二襯配筋計算.....................................63

5.6.1V級圍巖配筋...................錯誤味定義書簽。

5.6.2IV級圍巖配筋...............................63

5.6.3HI級圍巖配筋...............................63

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第六章隧道防排水設(shè)計..................................64

6.1一般規(guī)定與設(shè)計原則...............................64

6.1.1一般規(guī)定....................................64

6.1.2設(shè)計原則....................................64

6.2隧道防水設(shè)計.....................................65

6.3隧道排水設(shè)計.....................................65

6.4洞口段排水設(shè)計...................................66

第七章施工組織設(shè)計.....................................67

7.1概述.............................................67

7.2施工部署.........................................67

7.3施工準備.........................................68

7.3.1技術(shù)準備....................................68

7.3.2施工機具、材料準備.........................69

7.3.3施工人員準備................................70

7.4隧道總體施工方案.................................70

7.4.1洞口施工....................................70

7.4.2洞身開挖....................................71

7.4.3初期支護....................................75

7.4.4二次襯砌....................................77

7.5施工通風(fēng).........................................78

7.6施工注意事項.....................................79

第八章隧道施工監(jiān)控量測................................80

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8.1概述..............................................80

8.2監(jiān)控量測.........................................81

8.2.1監(jiān)控量測的目的..............................81

8.2.2監(jiān)控量測的具體內(nèi)容和量測技術(shù)...............81

8.2.3量測手段....................................82

8.2.4監(jiān)控量測的主要方法、步驟及范圍.............83

第九章結(jié)論.............................................85

參考文獻................................................87

致謝..................................................88

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第一章隧道工程概況

1.1工程概況

何家寨隧道為分離式隧道，隧道走向呈北西西走向，稍呈弧

線形展布。其中：右洞起訖樁號YK69+864?YK70+510,總長

646m,屬中隧道。隧道凈空10.25x5.0m,左右線進出洞門型式均

為端墻式；采用電光照明，機械通風(fēng)。右線平面設(shè)計為209.115m

直線接160.095mA=410m的圓曲線接276.789mR=1050m的圓曲

線，縱面設(shè)坡率為1.3%的單向坡。

1.2工程地質(zhì)

何家寨隧道洞口懷仁端隧道圍巖等級為V級，圍巖主要為第

四系填筑土，殘坡積碎石土、角礫土；松散；下伏強風(fēng)化灰?guī)r、

泥巖，裂隙發(fā)育，質(zhì)軟，散體?碎裂結(jié)構(gòu)，圍巖自穩(wěn)性差，側(cè)壁

不穩(wěn)定，成洞條件差。地下水為土層孔隙水，基巖裂隙水，水量

小，雨季點滴狀或線狀出水。赤水斷隧道圍巖等級為V級，圍巖

上覆松散填筑土，殘坡積碎石土，角礫土。下伏中風(fēng)化灰質(zhì)泥

巖，裂隙發(fā)育，巖體破碎?較破碎，碎裂?碎裂鑲嵌狀結(jié)構(gòu)。圍

巖自穩(wěn)性差，側(cè)壁不穩(wěn)定，成洞條件差。地下水以點滴狀或線狀

出水；隧道YK69+900?YK69+970段圍巖級別為IV級，巖性為

強?中風(fēng)化灰?guī)r、泥巖互層，裂隙較發(fā)育，巖質(zhì)軟硬不均，巖體

較破碎，碎裂?碎裂鑲嵌層狀結(jié)構(gòu)。自穩(wěn)性較差，拱頂圍巖無支

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護時，易產(chǎn)生掉塊、局部小規(guī)模小坍塌側(cè)壁較不穩(wěn)定。

YK69+970?YK70+405段圍巖等級為HI級，圍巖主要為中風(fēng)化灰

巖泥巖互層，碎裂鑲嵌層狀、塊狀結(jié)構(gòu)。裂隙稍發(fā)育，巖質(zhì)軟?

硬，巖石完整性較好，層間結(jié)合好。自穩(wěn)性一般，側(cè)壁穩(wěn)定性一

般，成洞條件較好。洞身YK69+970?YK70+405段穿過洼地側(cè)下

方，洼地垂直發(fā)育高度可能已達到洞身地帶，洼地周圍巖體風(fēng)化

強烈，據(jù)鉆探揭露，強風(fēng)化體距洞頂板的中風(fēng)化層厚度約20m,

施工時應(yīng)加強支護及防排水措施，避免發(fā)生坍塌、突水事故;隧道

最大埋深約71m,圍巖主要為龍馬溪組灰?guī)r、泥巖互層，部分為

石牛欄組泥質(zhì)灰?guī)r，灰?guī)r?細晶結(jié)構(gòu)，薄層?中薄層層狀結(jié)構(gòu)。

圍巖級別

VIVIII備注

重度y(kN/m3)

17?2020?2323?25

彈性抗力系數(shù)K(MPa/m)

100?200200-500500-1200

彈性模量E(GPa)

1?21.3?66?20

泊松比g

0.35?0.450.30?0.350.25?0.30

內(nèi)摩擦角(p(°)

20。?27。27。?39。39。?50。

粘聚力C(MPa)

0.05?0.20.2?0.70.7?1.5

容許承載力(kPa)

400—7001200—1800?3000

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摩擦系數(shù)f（垮工與圍巖）0.40.450.5（表面不光滑）

表1.1各類圍巖物理力學(xué)指標

第二章隧道總體設(shè)計

2.1一般規(guī)定與設(shè)計原則

2.1.1一般規(guī)定

隧道設(shè)計應(yīng)滿足公路交通規(guī)劃的要求，設(shè)計根據(jù)現(xiàn)行有關(guān)規(guī)

范，規(guī)程和技術(shù)標準，借鑒參考相關(guān)類似工程，結(jié)合本隧道實際

情況，其建筑限界、斷面凈空、隧道主體機構(gòu)以及營運通風(fēng)、照

明等設(shè)施，應(yīng)按照《公路工程技術(shù)標準》（JTGB01）規(guī)定的預(yù)計

交通量設(shè)計，當近期交通量不大時，可采取一次設(shè)計，分期修

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建。

2.1.2設(shè)計原則

1.在地形、地段、地質(zhì)、氣象、社會人文和環(huán)境等問題調(diào)查

的基礎(chǔ)上，綜合比選隧道軸線方案的走向、平縱線型。洞口位置

等，提出推薦方案。

2.地質(zhì)條件很差時，特長隧道的位置應(yīng)控制線路走向，以避

開不良地質(zhì)地段；長隧道的位置也應(yīng)該盡可能的避開不良地質(zhì)地

段，并與路線走向綜合考慮；中、短隧道可服從路線走向。

3.根據(jù)公路等級和設(shè)計速度確定車道數(shù)和建筑限界。在滿足

隧道功能和結(jié)構(gòu)受力良好的前提下，確定經(jīng)濟合理的斷面輪廓。

4.隧道內(nèi)外平、縱斷面線型應(yīng)協(xié)調(diào)，以滿足行車的安全，舒

適要求。

5.根據(jù)隧道長度，交通量及其構(gòu)成、交通方向以及環(huán)保要求

等，選擇合理的通風(fēng)方式，確定通風(fēng)、照明、交通監(jiān)控等機電設(shè)

施的設(shè)置規(guī)模。必要時特長隧道應(yīng)作防災(zāi)專項設(shè)計。

6.應(yīng)結(jié)合公路等級、隧道長度、施工方法、工期和營運要

求，對隧道內(nèi)外防排水系統(tǒng)、消防給水系統(tǒng)，輔助通道、棄渣處

理、管理設(shè)施、交通工程設(shè)施、環(huán)境保護等作綜合考慮。

7.當隧道與相鄰建筑物互有影響時，應(yīng)在設(shè)計與施工中采取

必要措施。

2.2主要技術(shù)標準及執(zhí)行規(guī)范

2.2.1技術(shù)標準

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1.公路等級：高速公路

2.設(shè)計速度：80km/h

3.隧道建筑限界：

建筑限界：0.75+0.5+2x3.75+0.75+0.75=10.25m

限界凈高：5.0m

4.汽車荷載等級：公路一I級

2.2.2執(zhí)行規(guī)范

1.《公路工程技術(shù)標準》（JTGB01-）

2.《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTGD70-）

3.《公路工程地質(zhì)勘查規(guī)范》（JTJ064-98）

4.《公路隧道勘察規(guī)程》（JTJ064-98）

5.《錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范》（GB50086-）

6.《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》（GB50108-）

7.《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTGF60-）

2.3設(shè)計依據(jù)

1.《貴州省赤水至望謨高速公路（懷仁至赤水段）工程可行

性研究報告》

年5月

2.《關(guān)于懷仁至赤水高速公路可行性研究報告的批復(fù)》黔發(fā)改

交通（）

293號

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3.《貴州省赤水至望謨高速公路（懷仁至赤水段）第二合同

段勘查設(shè)計合同》

4.《初測外業(yè)驗收咨詢報告》9月20

5.《初測外業(yè)驗收會議紀要》高路辦議[]8號

6.《初步設(shè)計咨詢報告》12月

7.《定測外業(yè)驗收咨詢報告》2月

8.《懷仁高速公路施工圖審查會議紀要》（路高辦議[]13

號）8

月25日

9.相關(guān)技術(shù)標準、規(guī)范、規(guī)程等

2.4隧道平面及縱斷面設(shè)計

隧道的平面布置主要服從線路總體走向，在綜合考慮地形地

貌特征及經(jīng)濟性的前提下，主要考慮隧道進口、出口、隧址區(qū)工

程地質(zhì)條件等因素。隧道縱斷面設(shè)計綜合考慮了隧道長度、通

風(fēng)、照明、主要施工方向、洞口的位置、排水以及隧道進、出口

接線等因素，隧道平、縱面詳見相應(yīng)圖紙。各隧道設(shè)置及平、縱

指標見表2.1

表2.1隧道平縱設(shè)置一覽表

隧道長縱坡（％）平曲線半徑

隧道名稱線位隧道起訖樁號

度（m）進口段/出口段進口段/出口段

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何鴛隧右線丫黑靠靠646m1.3/1.3緩和曲爛和曲單坡

2.5隧道橫斷面設(shè)計

2.5.1隧道建筑限界

根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTGD70-）高速公路隧道建筑限

界的規(guī)定：

本隧道的設(shè)計速度為80km/h,因此：

限界凈寬0.75+0.5+3.75x2+0.75+（）.75=10.25m（具體指標見

表2.2）

限界凈高5m（見圖2.1）

人行橫道建筑限界：高250cm寬200cm

表2.2公路隧道建筑限界橫斷面組成最小寬度（單位m）

公路設(shè)計速度車道寬度橫向?qū)挾萀檢修道J建筑限界

等級/W左側(cè)右側(cè)左側(cè)右側(cè)凈寬

（km/h）

高速公路803.75x20.50.750.750.7510.25

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圖2.1公路隧道建筑限界（單位m）

2.5.2隧道襯砌內(nèi)輪廓線設(shè)計

根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTGD70-）的一般規(guī)定：襯砌設(shè)

計應(yīng)綜合考慮地質(zhì)條件、斷面形狀、支護結(jié)構(gòu)、施工條件等，并

充分利用圍巖的自承能力。襯砌的內(nèi)輪廓線應(yīng)盡可能地接近建筑

限界，而且要盡量圓順?！豆匪淼涝O(shè)計規(guī)范》（JTGD70-）規(guī)定

了隧道內(nèi)輪廓線的統(tǒng)一標準，即側(cè)墻為大半徑圓弧，拱部為單心

圓拱，仰拱與側(cè)墻之間用小半徑的圓弧來連接。兩車道隧道標準

內(nèi)輪廓斷面如圖2.2所示。

圖2.2兩車道隧道標準內(nèi)輪廓斷面圖（單位：cm

2.6支護形式的選擇

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2.6.1洞門襯砌設(shè)計

洞口工程設(shè)計以“早進洞，晚出洞”為原則，最大限度降低洞

口邊坡的開挖高度，以保證山體的穩(wěn)定，減小隊洞口自然環(huán)境的

破壞。

結(jié)合本隧道進出口的實際情況，進口均采用翼墻式洞門，采

用C25混凝土。

2.6.2洞身襯砌設(shè)計

隧道洞身均依照“新奧法”原理采用復(fù)合式襯砌，即以錨桿，

噴射混凝土或者鋼筋網(wǎng)噴混凝土，鋼拱架為初期支護，以模筑混

凝土為二次襯砌，共同組成永久性承載結(jié)構(gòu)。在初支和二襯之間

鋪設(shè)L2mmHDPE單面自粘膠膜防水板為防水層。襯砌結(jié)構(gòu)支護

參數(shù)根據(jù)圍巖級別、工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件、地形及埋置深度、

結(jié)構(gòu)受力特點、并結(jié)合工程施工條件、環(huán)境條件、經(jīng)過工程類比

法和結(jié)構(gòu)計算綜合分析擬定。

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第三章洞門設(shè)計與計算

3.1洞口地質(zhì)條件

3.1.1懷仁端洞口

洞口所處地段地貌為斜坡，地形坡度位34°,表層第四系覆

蓋層為素填土、碎石土、角礫土，厚度一般為2.0?19.3m。下伏

基巖巖性為龍馬溪組灰?guī)r、泥巖互層，強風(fēng)化層厚度大，巖質(zhì)

軟，巖體呈松散?碎裂狀結(jié)構(gòu)。

3.1.2赤水段洞口

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洞口所處地段微地貌為緩坡，巖性為石牛欄組泥質(zhì)灰?guī)r，巖

質(zhì)較硬，表層第四系覆蓋層為角礫土碎石土、素填土，松散狀，

其分布不均，厚度約2.0?6.2m。

3.2洞門類型的選擇

隧道洞口的位置根據(jù)進出口地形地貌以及工程地質(zhì)條件等因

素，結(jié)合邊坡、仰坡開挖的穩(wěn)定要求和洞門的排水要求，以“早進

洞，晚出洞”的原則決定；

由于本隧道進出口均為V級圍巖，圍巖條件理想，因此進出

口均采用翼墻式洞門。

3.3洞門各部的尺寸擬定

根據(jù)《公路隧道設(shè)計規(guī)范》OTGD70-）規(guī)定，結(jié)合洞門所

在地段的工程地質(zhì)條件，為了保證洞門的排水要求和穩(wěn)定性，基

礎(chǔ)設(shè)施及洞門尺寸為：

1.洞門高為12.2m,墻厚0.8m,翼墻式洞門正墻墻面坡度

取1:0.1

2.洞口邊坡、仰坡坡比采用1：1,處于安全考慮，仰坡坡

腳至洞門墻

背的水平距離為1.8m,以防仰坡土石掉落到路面上。

3.洞門墻嵌進地基1.5m。

4.洞門墻頂高出仰坡腳0.75m,以防水流溢出墻頂，也防

止掉落土石彈出。

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5.翼墻厚度為0.8m,翼墻長度5m,翼墻坡度為1:1,傾斜

1:0.2O

6.洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底與襯砌拱頂外緣的高度

1.1m,以免落

石破壞拱圈。

3.1洞門參數(shù)確定

仰坡坡率計算摩擦角（p（。）容重了（KN/n?）基地摩擦系數(shù)f基

地控制壓力（Mpa）

1:0.570250.60.80

1:0.7560240.50.60

1:150200.40.40?0.35

1:1.2543?45180.40.30?0.25

1:1.538?40170.35?0.40.25

3.2洞門墻主要驗算規(guī)定

墻身截面荷載效應(yīng)值SdV結(jié)構(gòu)抗力效應(yīng)值&（按極限狀態(tài)算）

墻身截面偏心距eW0.3倍截面厚度

基底應(yīng)力。W地基容許承載力

基底偏心距e<B/6,B—墻底寬度

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滑動穩(wěn)定安全系數(shù)K,>1.3

傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)Ko>1.6

3.4計算參數(shù)

1.擋土墻的邊坡、仰坡坡度1：1

2.地層容重”=18KN/m3

3.地層計算摩擦角0=50"

4.基底摩擦系數(shù)f=0.4

5.基底控制壓應(yīng)力同=0.4Mpa

6.仰坡坡腳￡=45°,tane=La=5.9°

3.5建筑材料的容許應(yīng)力與容重

翼墻的材料為水泥砂漿片石砌體，水泥砂漿的強度等級為

M10,片石的強度等級為MU100。

容重yc=22KN/m3,容許應(yīng)力[o]=2.2Mpa。

3.6洞門穩(wěn)定性驗算

3.6.1計算洞門前一延米的平均高度

洞門前一延米處的高度：72m

則洞門前一延米處的平均高度為*±處=8.6m

2

3.6.2土壓力計算

計算簡圖見下頁3.2所示

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圖3.2洞門土壓力荷載計算簡圖

土壓力系數(shù)計算：

最危險滑裂面與垂直面之間的夾角可按下式計算:

卜tan29+tanatan￡-+tan2e)(tan(p-tane)(tancp+tana)(l-tanatan￡)

tan6*(1+tan2(p)-tan-tanatane)(31)

式中①——最危險滑裂面與垂直面之間的夾角，（。）;

。——圍巖計算摩擦角（°）;

￡——洞門后仰坡坡角（。）;

a——墻面傾角（。）。

識［斤+%,—發(fā)

Eg4)］(3.2)

(tanco-tana)(1-tanatans)

A--------------------------(3.3)

tan(G+*)(1—tan①tane)

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h=——-——(3.4)

tan&-tana

.atane

/zo=----------------(3?3)

1一tanatang

G=y,Hb.(3.6)

式中

E----土壓力(Kpa)；

H——洞門前一延米的平均高度；

A——側(cè)壓力系數(shù)；

九---地層容重(?V/m3)

瓦——翼墻的寬度；

〃——洞口仰坡坡角到洞門墻背的水平距離，取1.8m；

b——洞門墻條帶計算寬度(m),取b=lm；

0——墻背土體平破裂角；

——翼墻現(xiàn)澆混凝土重度；

4——土壓力計算模式不確定系數(shù)，可取;=0.6；

取a=5.9°,0=50。￡=arctan0.8=39°

把數(shù)值帶入可得到：

tanco=0.6737

arctanco=arctan0.6737=33.97'

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1(tan/一tan1-tanatane)

A=--------------------------------------

tan(co+(p)(l-tancotans)

_(0.6737-0.1033)(1-1.0x0.11033)_Q吃？

-tan(50°+33.97°)(l-1.0x0.6737)-'

將上面的數(shù)值帶入(3.2)式中，可得到土壓力E；

E=；以["2+4(“一

E=gx18x0.1922x[86+1.46x(3.08—1.46)]x1x0.6=79.22KN

2

3=—。=33。

3

E、=￡cos(5—a)=77.22xcos(33。—5.9。)=68.543

Ex=Esin(^-a)=79.22xsin(33?！?.9。)=37.54MV

式中3-墻背摩擦角

3.6.3翼墻穩(wěn)定性驗算

a.抗傾覆穩(wěn)定性驗算：

擋土墻在荷載作用下應(yīng)繞著墻趾產(chǎn)生傾覆的時候，應(yīng)該滿足

下式：

(=聿注1.6(3.7)

式中：K。——傾覆穩(wěn)定系數(shù)，KONL6；

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￡%——全部的垂直力對墻趾的穩(wěn)定力矩(kN-m)；

Z%——全部的水平力對墻趾的穩(wěn)定力矩(kN-m)。

墻身自重G:G=y,Hbx=22x8.6x0.8=151.36MV

Ex對墻趾的力臂：Z,=g=芋=2.8m

Ey對墻趾的力臂：Zv=々+(77tana)/3=0.8+(8.6x().103)/3=1.16m

G對墻趾的力臂：Z。=伉+"tana=0.8+8.6x0.103=0用布”

22

E=g跟[“2+4(——〃。)]好

=1xl8x0.1922x[8.62+1.46x(3.08-1.46)]xlx0.6=79.22KN

Ex=68.54X7V

E'=37.54X7V

^MV=GXZG+EVXZV=151.36x0.84+37.54x1.16=171A7V-m

=Z<-E”=2.8x37.54=105.1A7Vm

171

=1.63>1.6(3.8)

105.1

「?滿足抗傾覆穩(wěn)定性要求

b.合力偏心距驗算

設(shè)作用于基底上的垂直合力為

ZN=G+EV(3.9)

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ZN=G+E,=151.36+37.54=189MV

設(shè)其對墻趾的力臂是S,合力偏心距為e

GEMy-YMo171-105.1

S=—~~J-----=---------------=0.35m

￡N189

e=--S=—~0.35=0.05m<Im

22

合力在中心線的左側(cè)

|e|=0.05<-=0.2m

114

計算結(jié)果滿足要求

又:

(3.10)

滿足基底壓應(yīng)力要求。

3.6.4主洞端墻驗算

土壓力：

2=0,1922

Ex=37.543

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=5x18x0.1922x[8.62+1.46x(3.08-1.46)]x1x0.6

=79.22

G==22x8.6x0.8=⑸.36K7V

墻身界面的偏心距為：

=—<0.33

N

式中

M——計算界面以上各力對截面形心力矩的代數(shù)和

N——作用于截面以上的垂直合力

墻身截面偏心驗算：

(HH、Ro

M=E----E--=79.22x--28.65x-=84.9^-

123J,262

N=G+EV=151.36+28.65=18001儂?加

=208.8切a<[cr]=2.2Mpa

6x0.23

=-55.55切a<[cr]=2.2Mpa

0.8

，墻身截面偏心強度滿足要求

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3.6.5主洞與翼墻共同作用的

a.土壓力計算

4=0.1922

2

￡,=lZf2[/7+//0(/z1-//0)]K

=1xl8x0.1922x[12.22+1.46(3.08-1.46)]xlx0.6

=164.62KN

E2=79.22KV

￡E=EI+6=16462+79.22=24342A7V

斤=&+G2=2784+550=8284X7V

b.滑動穩(wěn)定性驗算:

K-力>1.3

cZE

￡N=857.05KN

???滿足滑動穩(wěn)定要求。

經(jīng)過以上的驗算，說明何家寨翼墻式洞門的尺寸合理，詳圖見設(shè)

計圖紙。

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第四章隧道初期支護設(shè)計與計算

4.1概述

在二襯施作之前，剛開挖之后馬上進行的支護形式叫做初期

支護，一般有鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、錨桿噴混凝土、噴射混凝土錨

桿與鋼架結(jié)合支護形式。

隧道開挖后，為控制圍巖應(yīng)力適量釋放和變形，增加結(jié)構(gòu)安

全度和方便施工，隧道開挖后立即施作剛度較小并作為永久承載

結(jié)構(gòu)一部分的結(jié)構(gòu)層。

4.2初期支護的設(shè)計

何家寨隧道為高速公路中隧道，隧道洞口段為V級圍巖，隧

道洞身段圍巖等級為HI、IV級。其中V級圍巖長81米，IV級圍巖

長130米，HI級圍巖長435米。

V級圍巖的側(cè)壁不穩(wěn)定，成洞條件差，自穩(wěn)性差，容易產(chǎn)生

大塌方；III、IV圍巖自穩(wěn)性差，成洞條件一般?較好，可能會出

現(xiàn)小塌方。根據(jù)隧道的施工條件、斷面形式、地質(zhì)條件等，并考

慮充分發(fā)揮圍巖自承能力，根據(jù)新奧法的原理，何家寨隧道應(yīng)該

采用復(fù)合式襯砌，即由初期支護加中間防水層以及二次襯砌組合

而成的襯砌形式，其中初期支護采用噴、錨、網(wǎng)支護，工字型鋼拱

架，并根據(jù)不同的圍巖級別輔以大管棚、超前小導(dǎo)管等超前支護

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措施。

復(fù)合式襯砌能夠采用工程類比的方法進行設(shè)計，并經(jīng)過理論

分析來進行驗算。初期支護的參數(shù)按規(guī)范，并應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場圍巖監(jiān)

控量測信息對設(shè)計支護參數(shù)進行必要的凋整。

4.3V級圍巖初期支護機構(gòu)計算

本隧道襯砌內(nèi)輪廓線半徑為5.43m,V級圍巖預(yù)留變形量

100mm,初襯厚度25cm,二襯厚度45cm，隧道的開挖半徑

a=5.43+0.1+0.25+0.45=6.23m。

隧道初期支護的結(jié)構(gòu)計算采用剪切滑移破壞法計算，計算原

理如圖4.1：

圖4.1剪切滑移破壞法示意圖

現(xiàn)假定錨桿、鋼支撐、噴射混凝土所組成的聯(lián)合支護，它們

的總支護抗力可視為各支護抗力之和，即：

尸=4+8+6+8(4.2)

式中P——所提供的總的支護抗力；

片——噴混凝土提供的支護抗力；

區(qū)——鋼支撐提供的支護抗力；

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P、——錨桿提供的支護抗力；

P&——圍巖本身提供的支護抗力。

計算所得的P值應(yīng)滿足不等式：

…血(4.3)

式中心——巖體中開挖隧道后防止產(chǎn)生剪切滑移破壞所需的

最小支護阻力。

4.3.1噴混凝土提供的支護抗力Pi值

噴混凝土抗力是指沿剪切面噴層所提供的平均分配在剪切區(qū)

高度b上的抗剪力。

剪切滑移體向坑道方向移動時對噴層產(chǎn)生水平推力，此時，

如噴層強度不足，則在剪切滑移體的上下邊緣處(應(yīng)力集中區(qū))形

成兩個剪切滑移面。當處于受力極限平衡時，其水平推力與兩個

剪切面上的水平抗剪分力相平衡。

電=2-T、cos%(4.4)

4=衛(wèi)(4.5)

sinas

將(4.5)式代入(4.4)可得：

.=2d￡cos.(4.6)

bsinas

式中ds——噴混凝土厚度；

q——噴混凝土抗剪強度;

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4——噴混凝土的剪切角，取4=30°;

b——剪切區(qū)高度；

T——剪切滑移面的平均傾角。

(4.7)

(4.8)

tanaa

sin(二)

W=(Z+a)[cos(-)+sin(—)tan(—+—)----------———\-a(4.9)

式中（p——圍巖內(nèi)摩擦角，取°=24。；

a——剪切滑移面與最小主應(yīng)力軌跡線成角，a、%均見

圖4.1；

W——加固帶高度；

t——錨桿橫向間距。

將數(shù)據(jù)代入各式中，可得：

&=45°+g=57°

2

ds=25cm=0.25m

TS=0.43o;.=0.43xl2.5=5.38MPa

b=2。?cosa=2x6.23xcos57"=6.78m

W=(3.5+6.23)cos---------+sin----------xtan

2x6.232x6.2317t

--------------1—

2x6.234

3.48m

八c\c\c1i6.23+3.481ccIrcoo

=0.995H-------In---------------=1.28raJ=73.3

1.546.23

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—35。

將各參數(shù)代入(4.6)式可得:

2x025x538

己=R?sin吠=—xcos8.15°=0.794xcos8.15°=0.785MPa

'16.78xsin30°

4.3.2鋼支撐提供的支護抗力尸2值

鋼支撐提供的支護力計算時可換算成相應(yīng)的噴混凝土支護抗

力,即:

P2="再cos夕(4.10)

式中：Fs——每米隧道鋼材的當量面積，由于/20a工字鋼截面面

積為35.578c//,

每米的用鋼量換算成截面面積為C=35.5cW;

r,——鋼材的抗剪強度，取7,=15q;

%——鋼材的剪切角，一般采用q=45。

6=15x5.38=80.7MPa

代入式中可得：

4

=2x35.5xl0x80.7cos8J5O^0J20xcos8lgo^QH

26.78xsin45°

4.3.3錨桿提供的支護抗力P3值

錨桿受力破壞有兩種情況：

1.錨桿體本身的強度不足而被拉斷。此種情況下的錨桿提供平

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均徑向支護抗

力:

(4.11)

式中F----錨桿的斷面積；

0——錨桿的抗拉強度；

e、，——錨桿的縱向及橫向間距。

將數(shù)據(jù)代入(4.11)式可得：

下。_335x380.1x10-6

=0.199MPa

3~77~0.8x0.8

2.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抗力：

q

(4.12)

S=7iDlq(4.13)

式中5——錨桿抗拔力，即錨桿的錨固力；

D---鉆孔直徑，在此設(shè)計中取0=100〃加；

1---錨固段長度，為3.5m;

心——孔壁與注漿體之間極限粘結(jié)強度，取q=0.65Mpa;

將數(shù)據(jù)代入(4.13)式可得:

S=^-x0.1x3,5x0.65=0.714x1tfkN

將數(shù)據(jù)代入(4.12)式可得:

0.714X103

=1.12MPa

0.8x0.8

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兩者取較小值，則錨桿提供的平均徑向支護抗力為：

A'=0.199MPa

由于在a?％范圍內(nèi)的錨桿才能對剪切滑移體產(chǎn)生抗力，則:

U=A'——(cos?-cos^,)

cosa

=0.199x---x(cos570-cos73.3°)

cos57°\7

=0.094MPa

4.3.4圍巖本身提供的支護抗力尸4值

剪切滑移體滑動時，圍巖在滑移面上的抗滑力，其水平方向

的分力在剪切區(qū)高度b/2上的抗滑力尸4為：

2slncos夕2S'b〃sin〃

-bb—(4.14)

式中

S1——剪切滑移面長度；

“、?！啊謩e為沿滑移面的剪切應(yīng)力和垂直于滑移面

的正應(yīng)力。

S'=F師57。_「=^「護35"57。_]]=4.08m

sinaL」sin57。L」

剪切滑移曲面半徑：

r=a-e('-a)由"=6.23xe(73'30-57°)x,an57°=9.65m

r?、?按摩爾包絡(luò)線為直線時的假定求出(見圖4.2):

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2一6

如=2cose(4.15)

5