隧道工程设计-毕业设计.docx

1、第一章 隧道工程概况 1.1 工程简介 本隧道位于建阳市将口镇将口村至将口芹口村，设计长度为左洞 1167 米，为中长隧道，左洞桩号 ZK23+046ZK24+213，最大埋深 148 米，其中桩号ZK23+046ZK23+561 为 A1 标段。右洞桩号 YK23+026YK24+217，最大埋深140 米，其中 YK23+026YK23+570 为 A1 标段。进出口采用端墙式门洞，隧道单幅宽度 10.25 米，隧道段基石为变粒岩、石英片岩。 1.2 工程地质、水文、气象 1.2.1 地形地貌 本隧道场址区洞身段属剥蚀丘陵地貌，进、出口处属山间冲洪积洼地与剥蚀丘陵交汇处，进、出口两侧分布有

2、窄长冲洪积洼地，总体地形起伏大，进洞口自然山坡度约 15 度 30 度，出洞口自然山坡坡度约 20 度 35 度，自然山坡较稳定，洞身最高点海波 348.1 米，沟堑较发育。洞身段地表植被发育；进口处植被较稀疏，主要为园林，种植桂花等；出口处植被发育较稀疏，主要为农田，种植水稻，局部农田荒废。 1.2.2 地质构造 隧道洞身段表层为少量的坡积层（ Qdi），下伏基岩为上元古界麻源群变粒岩 （ PT3MY),局部地段见有少量混合花岗岩 ，进洞口路面标高位于冲洪积层内，下伏基岩为上元古界麻源群变粒岩（ PT3MY),出洞口路面标高高于冲洪积层，出洞口段表层为少量的坡积层（ QDI),下伏基岩为上元

3、古界麻源群变粒岩（ PT3MY),岩层产状较不稳定。 1.2.3 水文地质 本隧道属于崇阳溪水系，场区附近地表发育一般，进口两侧沟谷各发育 1条小溪沟，勘察期间水面宽度约 0.2 米，深约 0.10.2 米，流量约 530 吨 /天，主要接受地下水或雨季雨水的补给，常年性流水水源，旱季时水量较少，隧址区未发现明显的泉点，民井分布。 风化带孔隙裂隙水：赋存于第四系残坡积层底部及基岩风化带，为潜水，富水性不均、富水性弱。主要接受大气降水及地下水侧向补给，受季节影响变化大。向下游地下水排泄 基岩裂隙水：福存于隧道区内的基岩裂隙中，富水性、导水性较差，且不均匀，主要接受大气降水及地下水侧向补给，向下游

4、地下水排泄。 隧道左洞涌水量取 1000m/d，右洞涌水量取 950m/d；双洞涌水量按系数0.8 进行折减，双洞涌水量取 1560m/d。 1.2 隧道围岩级别及支护 光坑山隧道围岩类别为 级，围岩结构类型、围岩长度、开挖方式及复合衬砌支 护参数详见下表 1.1、 1.2。 表 1.1 光坑山隧道左线隧道分段开挖方法表 序 号 里程（桩号） 长度(米 ) 围岩级别 开挖方法 支护形式 1 ZK23+046-ZK23+115 69 双侧壁导坑 ZDK-1 型复合式 2 ZK23+115-ZK23+135 20 双侧壁导坑 Z5-1(b)型复合式 3 ZK23+135-ZK23+311 176

5、上下台阶开挖法 Z4(b)型复合式 4 ZK23+311-ZK23+321 10 上下台阶开挖法 Z4j 型复合式 5 ZK23+321-ZK23+495 174 上下台阶开挖法 Z4(b)型复合式 6 ZK23+495-ZK23+561 66 上下台阶开挖法 Z3（ b)型复合式 表 1.1 光坑山隧道右线隧道分段开挖方法表 序号 里程（桩号） 长度(米 ) 围岩级别 开挖方法 支护形式 7 YK23+026-YK23+076 50 双侧壁导坑 ZDK-1 型复合式 8 YK23+076-YK23+105 29 双侧壁导坑 Z5-1 型复合式 9 YK23+105-YK23+115 10 双

6、侧壁导坑 Z5-1(b)型复合式 10 YK23+115-YK23+155 40 双侧壁导坑 Z5(b)型复合式 11 YK23+155-YK23+320 165 上下台阶开挖法 Z4-(b)型复合式 12 YK23+320-YK23+330 10 上下台阶开挖法 Z4j 型复合式 13 YK23+330-YK23+535 205 上下台阶开挖法 Z4-(b)型复合式 14 YK23+535-YK23+570 35 上下台阶开挖法 Z3(b)型复合式 1.3 结论 (1)场地整体较稳定，适宜隧道建设。 (2)场区地表水、地下水水质较稳定，对混凝土结构不构成碳酸盐侵蚀性，且无结晶类、分解类腐蚀性

7、。 1.4 设计标准及依据 1.4.1 主要设计标准 隧道按规定的交通量设计 ， 采用分离式单向行驶两车道隧道 ， 本隧道按照设计时速 80km/h 的标准进行设计，根据公路工程技术标准 JTG B012003 和公路隧道设计规范 JTG D702004 的规定，隧道的具体建筑限界和内轮廓主要指标为： （ 1）公路等级：高速公路； （ 2）设计荷载：公路 - 级。 （ 3）隧道建筑限界： 建筑限界净宽： 0.75+0.5+23.75+0.75+0.75=10.25m 建筑限界净高： 5.0m （ 4） 洞内计算行车速度： 80km/h； （ 5） 隧道照明计算行车速度： 80 公里 /小时。

8、（ 6） 隧道路面横坡：单向坡。 1.4.1 设计依据 （ 1） 福建 303 省道新岭 -将口段光坑山隧道（左线）勘察地质资料； （ 2） 公路隧道设计规范（ JTG D70-2004）； （ 3） 设计荷载等级 ， 建筑限界尺寸和公路等级； （ 4） 公路隧道施工技术规范（ JTG F60-2009）； （ 5） 公路隧道施工技术细节（ JTG/T F60-2009)； （ 6） 锚杆喷射混凝土支护技术规范（ GB 50086-2011）； （ 7） 混凝土结构设计规范（ GB 50010-2010） ； （ 8） 公路隧道交通工程设计规范（ JTG/T D71 2004）； （ 9） 公

9、路建设项目环境影响评价规范（ JTG B03 2006）； （ 10） 公路项目安全性评价指南（ JTG/T B05 2004）； （ 11） 公路环境保护设计规范（ JTJ B04 2010）； （ 12） 地下工程防水技术规范（ GB50108 2008）； 第二章 隧道总体设计 2.1 一般规定 隧道工程是修建在地壳表层的建筑物，其设计应该要满足公路交通规划的要求，其建筑限界，断面净空，隧道主体结构以及通风、照明等设施，应按公路隧道设计规范进行设计。结合上述工程概况综合分析，通过查阅公路隧道设计规范等书籍对 光坑山 隧道的建筑限界净高净宽、断面净空大小、隧道主体结构择用以及通风、照明等设

10、施选用以及规定的在一定时间的交通量进行确定。 2.2 设计原则 (1)车道数量和建筑限界净高、净宽、各部位尺寸都必须严格依据公路等级级别和设计行驶车速来确定。选用经济合理的断面内轮廓之前确认符合满足隧道功能和结构。 (2)在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上，综合比选隧道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等，提出推荐方按。 (3) 地质条件很差时，特长隧道的位置应控制路线走向，以避开不良地质地段；长隧道的位置亦应尽可能避开不良地质地段，并与路线走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。 (4)隧道内外平、纵线形应协调，以满足行车的安全、舒适要求。 (5)根据隧道长度、交通量及

11、其构成、交通方向以及环保要求等，选择合理的通风方式，确定通风、照明、交通监控等机电设施的设置规模。必要时特长隧道应作防灾专项设计。 (6)应结合公路等级、隧 道长度、施工方法、工期和营运要求，对隧道内外防排水系统、消防给水系统、辅助通道、弃渣处理、管理设施、交通工程设施、环境保护等作综合考虑。 (7)当隧道与相邻建筑物互有影响时，应在设计与施工中采取必要的措施。 2.3 隧道的线形设计 本隧道位置根据隧址区地形、地质条件、环境、造价、功能等因素综合确定，在综合考虑线形指标及工 程造价的前提下，通过实地勘察，充分研究了隧道所处地域的地形地质情况，主要考虑隧道进出口地形条件、隧址区工程地质条件、营

12、运管理设施场地等因素拟定本隧道方案。 光坑山 隧道为分离式中隧道， 左洞桩 号 ZK23+046ZK24+213，最大埋深 148米，其中桩号 ZK23+046ZK23+561为 A1 标段。右洞桩号 YK23+026YK24+217，最大埋深 140 米，其中 YK23+026YK23+570 为 A1 标段。 2.4 隧道建筑限界 确定 2.4.1 隧道横断面设计原则 三 级公路和四级公路高度须取 4.5m，高速公路及一、二级公路限界高度须取 5m如若设计施工中设置检修道和人行道，方便施工则不设余宽；如果施工设计中不设置检修道或人行道的时候，那就必须凭照规定中的要求设定大于 25cm的余宽

13、宽度。当隧道通车形式是单个方向交通的情况下，应按要求选取单面坡，当隧道通车形式是双向交通的时候，需要取双面坡度，坡度凭据隧道的总共长度，纵、平路线情况的主要因素做主要评析确定，通常可选用 1.5%2.0%。在建筑限界底边中心线水平设立于路面线形最高点时，隧道即择用的坡度为双面人字坡。单方向车道四级 公路的隧道道路须设定双车道四级公路。内轮廓选用在满足隧道限界的规定的基础上，还须要符合路面及底部排水设施、洞内路面平整、装饰整洁及实用的规定，并应提供足够的空间给通风、照明、消防等设施设备的安装；同时因为围岩与支护之间应预留变形量，而施工方式方法对预留并行支护也有影响，因此预留变形量也应列入综合评析

14、对象，使择用的断面形式（马蹄形）及各部位长度尺寸符合安全经济、合理的准则。高速公路隧道的建筑限界发挥着重要作用，需保障汽车驾驶的防灾，快捷、安全、舒适等，还要要提供汽车驾驶的空间范围，因此慎重考虑公路设备设施之间 所处的空间距离关系与规范设计中须要充足调究各个种类车道的形式，以保障建筑限界功能。所有的部位包括涵括通风设备、照明设施、安全方面、监控设计以及内装饰附属建设设施等等都不允许入侵隧道建筑限界的空间范围影响驾车。 光坑山隧道 建筑限界取值如下 表 2.1 和下图 2.1。 表 2.1 建筑限界设置 （单位： m） 车道宽度 W 侧向宽度 检修道 J 顶角宽度 左侧 右侧 左侧 右侧 左侧

15、 右侧 2x3.75 0.50 0.75 0.75 0.75 0.50 0.75 表 2.1 公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度 单位（ m） 行车道中线侧设基线设计高程点图 2.1 隧道建筑限界（单位： cm） 2.4.2 隧道内轮廓断面的确定 查阅公路隧道设计规范 ,可知，隧道的内轮廓拱部为三心圆，隧道的拱部和侧墙联接圆为半径 R1=555cm 的半圆，仰拱与段侧墙段之间圆弧段的联接取圆 R2=100cm，仰拱圆弧段取圆 R3=1500cm。两车道的 80km/h 内轮廓图如下图2.2。 公路等级 设计速度 /（ km/h） 车道 宽度 W 侧向宽度 检修道 隧道建筑限界净宽 左侧L 右侧

16、 RL 左侧 右侧 设检修道 设人行道 不设检修道、人行道 高速公 路 一 级公 路 120 3.752 0.75 1.25 0.75 0.75 11.00 100 3.752 0.50 1.00 0.75 0.75 10.50 80 3.752 0.50 0.75 0.75 0.75 10.25 60 3.752 0.50 0.75 0.75 0.75 9.75 O 1.设计高程行车道中线隧道中心线测设基线设计高程点O 2.图 2.2 两车道 80km/h 内轮廓图 单位（ cm）（带仰拱） 2.5 小结 隧道总体设计是隧道开展施工的重要部分，是由隧道所处的区域地质、水文地质条件、隧道工程概

17、况等条件进行设计的。主要包括隧道的选址、洞口位置的选择、隧道平纵断面的设计。为下面章节隧道衬砌内力的计算、通风设计、照明、施工方法、防排水设计等提供重要依据。 第三章 隧道洞门设计 3.1 洞门设计要求 公路隧道设计规范关于洞口的一般规定： 1、洞口位置应根据地形、地质前提；同时综合各方面情况包括：对环境将会造成的影响、洞外工程复杂程度及施工条件允许状况、正常营运时要求等，在环保、经济、技术允许的基础上比拟选定。 2、“早进晚出洞”是隧道爆破掘进掌子面应遵照的原理，以充分发挥围岩自承能力。 3、洞口边坡，仰坡顶部处及其易受水影响的周围坡体，须凭据实际情况布设排水沟以及截水沟，且和路基排水、洞内

18、排水系统形成一个整体来综合布设，其目的为了防止渗水及积水的静水压力对洞门强度产生破坏。 4、洞门设计应与自然环境相协调。 3.2 洞门设计方案 3.2.1 洞门形式选择 洞门设计 以 “早进洞，晚出洞 ”为 原则，最大限度地降低洞口边仰坡的开挖高度，以保证山体的稳定， 同时减小对洞口自然景观的破坏。洞门型式主要考虑使用功能和地形的协调美观，并尽可能节省投资，充分考虑该隧道洞口地形、地貌等因素。 光炕山洞口 地质条件一般，采用分离端墙式洞 门 洞门与洞口的地形、地貌应结合 良好，并与洞口地形、地貌协调一致。 3.3 洞口设计与计算 3.3.1 计算参数 表 3.1 洞门端墙设计参数 仰坡坡率 计

19、算摩擦角 （ ） 容重基底摩擦系数 基底控制压应力(MPa) 1： 0.5 70 25 0.60 0.80 1： 0.75 60 24 0.50 0.60 1： 1 50 20 0.40 0.40 0.35 1： 1.25 43 45 18 0.40 0.30 0.25 1： 1.5 38 40 17 0.35 0.40 0.25 3/mkNf（ 1）墙面坡度设置为 10:1 , 即 =6 （ 2）仰坡坡度 1 0.75 , 即仰坡坡角 =53 （ 3）地层重度 =24kN/m3 （ 4）地层计算摩擦角 =60 （ 5）基底摩擦系数 f=0.50 （ 6）基底控制应力 =0.7MPa。 表 3

20、.2 洞门墙主要验算规定 墙身截面荷载效应值 Sd 结构抗力效应值 Rd（按极限状态算） 墙身截面荷效应值Sd 结构抗力效应值 Rd (按极限状态计算 ) 墙身截面偏心距 0.3 倍截面厚度 滑动稳定安全系数Kc 1.3 基底应力 地基容许承载力 倾覆稳定安全系数 K0 1.6 基底偏心距 岩石地基 B/5B/4； 土质地基 B/6 - - 3.3.2 洞门建筑材料的选用和相关参数 1、端墙的材料择用浆砌片石，片石的强度等级为 MU100，水泥砂浆的强度等级为 M7.5。 2、容许压应力 2.2s MPa ，重度 322 /t KN m 。 3、 洞门结构 : C20 砼， C25 钢筋砼 洞

21、门钢筋： HPB235 钢筋， HRB335 钢筋 3.3.3 洞门尺寸拟定 根据公路隧道设计规范（ JTGD702004），结合洞门所处地段的工程地质条件，拟定洞门端墙高度： H=1+7.1+1.8+2.0+0.6=12.5m，其中基底埋入地基的深度为 1.0m，洞门墙顶高出仰坡 2m，洞水沟的沟底至衬砌的拱顶外缘的高度是 1.8m，衬砌厚度为 0.6m, 端墙顶端厚度为 0.5m,水沟深度为 0.5m。山体仰坡坡脚至洞门墙背水平尺寸是 1.8m，墙体厚度是 2.0m，墙面坡度设置为 10:1。 3.4 洞门验算 3.4.1 洞门土压力计算 凭照公路隧道设计规范中洞门计算土压力的规定及要求，

22、洞门土压力计算见图 3.1。 ee图 3.1 洞门土压力计算示意图 土体 最危险滑裂面与 土体 垂直面之间的 角度计算公式如下： 222ta n ta n ta n ( 1 ta n ) ( ta n ta n ) ( ta n ta n ) ( 1 ta n ta n )ta n ta n ( 1 ta n ) ta n ( 1 ta n ta n ) (3.1) 式中： 围岩计算摩擦角 ； 洞门 地面 坡角； 洞门墙面倾角。 代入数值可得： 402.0tan =22 根据公路隧道设计规范 （ JTGD702004），土 压力为： b hhhHE 00221 (3.2) )( ) ) ( t a nt a n1t a n t a nt a n1t a nt a n (3.3) (3.5)式中： E 土压力 (KN)； tan tanah