1、本科毕业论文（20 届）高速公路平定隧道洞身段结构设计所在学院专业班级 工程力学学生姓名指导教师完成日期毕业设计（论文）任务书1 设计（论文）题目及专题： 高速公路平定隧道洞身段结构设计 2 学生设计（论文）时间：自 2015 年 1 月 10 日开始至 2015 年 5 月 27 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：1）所用资源主要有：中国知网和百度文库等网络数据库资源、湖南科技大学图书管、土木学院资料室相关资料。 2）参考资料主要有：设计院提供的地质资料、隧道工程、公路隧道设计规范、公路隧道施工规范等。4 设计（论文）应完成的主要内容：1) 熟悉地质资料和设计资料，明确设计思路；2)
2、掌握隧道工程的设计基本概念和基本理念；3) 掌握隧道洞身段的设计方法，绘制相关图纸；4) 掌握施工组织设计，对施工提出有效建议。5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：1）以设计形式提交（包括设计内容和图纸）；独立完成此设计；按时提交设计；提交 CAD 和 EXCEL 等原始资料。2）设计内容的叙述要求条理清晰，有理有据，计算结果合理。设计的书写形式和图纸绘制符合湖南科技大学及土木工程学院毕业设计规范；6 发题时间： 2015 年 1 月 10 日指导教师： （签名）学 生： （签名）i摘 要最近几年我们国家钻爆法施工的高速公路隧道大多是采用复合式衬砌，复合式衬砌通常包含初期
3、支护和二次衬砌两层。本论文是以三明市到福州市高速公路的平定隧道洞身段为设计对象，此隧道设计为两车道，设计行车速度为 80km/h。隧道围岩主要是凝灰熔岩和花岗闪长岩，岩体比较完整，地下水较为贫乏。采用矿山法开挖，以“新奥法”的全新的理念设计初期支护，采用“荷载结构法”设计二次衬砌，根据不同的地质地形条件，分别设计了 S3、S4 、S5、三种复合式衬砌。近年来隧道越来越趋向于“施工设计一体化”，大多数设计会在后面给出施工注意事项，本文还进行了施工组织设计，并给出了施工建议。 关键词：高速公路隧道；结构设计；新奥法；荷载结构法iiABSTRACTIn recent years our nation
4、s expressway tunnel that made in drilling and blasting method is mostly composite lining, composite lining usually contains initial support and secondary lining. This paper is based on the cave figure of Sanming to Fuzhou expressway tunnel for the pacification of design objects,this is a two-lane tu
5、nnel design,design speed is 80km/h.The rock surrounding the tunnel is mainly tuff lava and granodiorite,the rock is complete and the groundwater is poor.Excavated by mining method, using the new idea of “New Austrian Method“ design primary support, design secondary lining by “load structure method“.
6、According to different geological conditions, design S3, S4, S5 three kinds of composite lining.In recent years, a growing tendency to tunnel is“construction and design integration“. Most designs will give construction notes in the end,this paper has also carried on the construction organization des
7、ign, and puts forward suggestions for construction.Keywords: expressway tunnel;structure design;new Austrian method;load structure method iii目 录第一章 前言 .1第二章 洞身段工程概况 .22.1 隧道工程概况 .22.2 主要技术标准 .22.3 工程地质 .22.4 地形地貌 .32.5 水文地质 .32.6 不良地质现象 .32.7 地震 .3第三章 洞身段设计 .43.1 隧道开挖方式 .43.1.1 隧道开挖方式分类 .43.1.2 各类钻爆
8、开挖方法的适用条件及其技术要点 .43.2 新奥法 .83.2.1 新奥法原理 .83.2.2 初期支护计算设计 .113.2.3 锚杆及其计算模型和计算方法 .153.2.4 喷射混凝土支护及其计算方法 .173.2.5 隧道衬砌分类、材料、以及构造 .233.3 荷载结构法 .26iv3.3.1 荷载结构法计算原理 .263.3.2 围岩压力计算 .273.3.3 ANSYS 有限元程序简介 .343.3.4 平定隧道二次衬砌计算 .34第四章 施工组织设计 .454.1 隧道施工组织设计的准备工作 .454.1.1 施工组织设计调查内容 .454.1.2 施工技术准备工作的内容 .454
9、.2 隧道施工组织设计 .464.2.1 隧道工程施工特点 .464.2.2 编制的依据、原则和程序 .464.2.3 各阶段施工组织设计及内容 .474.3 施工进度计划的编制 .494.3.1 施工进度计划 .494.3.2 工程数量计算 .50第五章 结论 .51参考文献52致谢 .53附录 .541第一章 前 言大学最后一项重要工作便是毕业设计了，我们有责任出色地完成它。在毕业设计中我们要灵活使用大学里面所学的知识，还需要我们通过一定的自学和创新，提高分析和解决问题的能力。隧道是修建在地下、水下或者在山体中，两端有出入口，供车辆、行人、水流和管线等通行的工程建筑物。在经济高速发展的今天
10、，各项基础设施建设也都在快速发展当中。随着隧道施工技术的不断提升以及社会对隧道工程的需求不断增加，隧道的重要性也在逐渐提高。当然，隧道工程还存在较多的问题和需要进一步改进的地方。从总体上来看，在隧道结构中，工人劳动强度很大，环境保护意识不是很强，工程进度较为缓慢以及工程造价太高。本文就以三明市到福州市高速公路的平定隧道洞身段为设计对象，此隧道设计为两车道，设计行车速度是 80km/h，隧道围岩主要是凝灰熔岩和花岗闪长岩，岩体相对较为完整，但地下水比较贫乏。此设计总共分为四章，第一章为前言，第二章介绍洞身段工程概况，包括地形地貌、工程地质、水文地质等；第三章写洞身段设计，包括开挖方法和“新奥法”
11、的简单介绍以及荷载结构法的计算原理等；第四章为施工组织设计；第五章总结。本人在完成设计的过程中学会了很多知识，但由于水平毕竟有限，论文中肯定有很多不足之处，请老师和同学批评指正。2第二章 洞身段工程概况2.1 隧道工程概况本论文以三明市至福州市高速公路的平定隧道洞身段为研究对象，地面标高为110370 米，属于低山丘陵地貌，山顶呈波状起伏。此隧道道路等级为高速公路，设计行车速度为 80km/h，右洞全长 1554 米，左洞全长 1513 米，属于长隧道，左右线隧道进出口都位于直线上，隧道中部均设置平面半径为 2600 米的圆曲线，左右线隧道都设置单向坡。2.2 主要技术标准（1）道路等级、行车
12、速度与行车道宽度道路等级：高速公路；设计行车速度：80km/h行车道宽度：23.75m（单洞）（2）建筑界限隧道建筑界限：行车道宽度为 23.75m，净高 5 米，两侧路缘带宽为 0.5 米，两侧余宽为 0.5 米，路面横坡为 2%，单侧设检修道宽度为 0.75 米，高于路面 0.25 米。行车横洞建筑界限：净宽 4 米，净高 4.5 米。行人横洞建筑界限：净宽 2 米，净高 2.2 米。（3）洞内卫生标准纵向通风时，CO 浓度为 286ppm；烟尘允许浓度0.007/m。（4）路面设计标准轴载BZZ-100.2.3 工程地质隧道穿越山体有两种岩性，主要为侏罗系南园组凝灰熔岩。岩隧道区内主要发
13、育Fe94、Fe48、Fe49、Fe50、Fe49A、Fe49B 六条构造带。洞身岩体完整性好，围岩以IVV 类为主，局部构造带为 III 类。进口段上覆薄层残坡积土，其下为较厚风化层，围岩内别为 IIIII 类；出口段上覆大于 10 米残坡积土层，强度低，稳定性差，工程地质性质差，围岩类别为 II 类。32.4 地形地貌本隧道位于福建省闽清县与闽侯县交界处，进口属于闽清县，出口属于闽侯县，地面标高为 110370 米，属于低山丘陵地貌，山顶呈波状起伏。2.5 水文地质隧道区地下水类型主要有两类：一是空隙潜水，主要存在于残坡积粘性土当中，并且随着季节而变化，为暂时性小，水量小，接受大气降水补给
14、。二是裂隙水，存在于基岩裂隙中，含水层是脉状和带状分布，受到季节性影响小。总的来说，据钻孔观测，隧道区内地下水比较贫乏，但是在隋道出口段为厚层残坡积土所覆盖，地下水稳定的水位位于设计洞顶，施工过程中应该及时地预支护和复合支护，并加强监测，地下水对混凝土一般不会有腐蚀性。2.6 不良地质现象崩塌：工程区域属于中山峡谷地貌，山高且坡陡，崩坡积现象比较普遍，经常沿坡脚堆积，局部形成厚度大、较松散的崩坡堆积体。隧道有强风化层存在，厚度约1520m；中风化层水平厚度 40-50m，其余为微风化层隧址区强卸荷带较为发育，和中风化下限基本一致大部分表现为沿顺坡向节理面卸荷微张.2.7 地震根据国家地震烈度区
15、规划图（1990），福建省区划一览表，本隧道场址区基本烈度为 VI 度。4第三章 洞身段设计3.1 隧道开挖方式隧道开挖是施工的重要工序之一，开挖方法的选择不仅决定了隧道的施工进度，而且会严重影响到施工安全，合理的选择隧道开挖方法十分重要。3.1.1 隧道开挖方式分类隧道开挖掘进方法分为机械掘进和钻爆开挖两大类。其中机械掘进分为 TBM、盾构两种方式，而钻爆法开挖分为台阶法、全断而法，其中台阶法又可以分二台阶、三台阶及三台阶预留核心土法。TBM 法机械掘进法 隧 盾构法道开 全断面法挖 二台阶法方 三台阶法法 台阶法 三台阶预留核心土法三台阶七步开挖法钻爆法 中隔壁法(CD 法)交叉中隔壁法(
16、CRD 法)双侧壁导坑法中洞法图 3.1隧道开挖方法3.1.2 各类钻爆开挖方法的适用条件及其技术要点（1）全断面法1）适用条件：全断面开挖法是指一次爆破成型设计轮廓线，再进行接下来的施工工序。其适用条件包括较好的围岩级别和适度的开挖断面。从是实际的施工过程来看，只要满足这两个条件就可选择采用全断面开挖:隧道围岩为 I、II 级；设计断而不大于120 。另外断而而积小于 60 的 IQ 级围岩隧道也可考虑采用全断而开挖。2m2m2）技术要点:循环进尺与步距规定: 循环进尺需要根据围岩级别、断而尺寸、设备配置条件确定，采用全断而开挖，I、II 级围岩进尺不得大于 3. 5 m ，III 级围岩不得大于 2. 5
