天恒山隧道毕业设计Word文档下载推荐.docx
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主动荷载引起的位移15单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移24墙底（弹性地基上的刚性梁）位移33
4.4解力法方程33
4.5
36
主动荷载及被动荷载（）产生的衬砌内力
4.6最大抗力值的求解38
4.7计算衬砌总内力40
4.8衬砌截面强度验、检算44
第5章衬砌结构及附属设施45
5.1衬砌结构方案45
明洞45
暗洞衬砌结构45
衬砌支护参数46
二次衬砌48
5.2洞门48
5.3隧道防排水49
防水工程49
排水工程49
5.4隧道通风50确定通风方式50计算参数51计算新风量51确定风机组数52
5.5保温工程53
5.6洞内横通道53
5.7紧急停车带54
5.8
54
洞内检修道、设备洞室
5.9洞内路面54正线隧道路面54汽车横通道路面55人行横通道路面55
5.10内装与防噪设施55
5.11隧道消防系统55
5.12隧道照明55
第6章施工方案58
结论60
致谢61
参考文献62
附录163
附录266
绪论
概述
隧道及其分类
隧道通常指作用地下通道的工程建筑物。
一般可分为两大类：
一类是修建在岩层中的，称为岩石隧道；
一类是修建在土层中的，称为软土隧道，埋深较浅的隧道，一般采用明挖法施工，埋置较深的隧道则多采用暗挖法施工。
隧道的作用及其优点
隧道在山岭地区可用做克服地形或高程障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏，保护生态环境；
还可用做克服落石、坍方、雪崩、雪堆等危害。
在城市可减少用地，构成立体交叉，解决交叉路口的拥挤阻塞，疏导交通，保护环境，提高社会综合效益。
在江河、海峡、港湾地区，可不影响水路通航。
修建隧道既能保证路线平顺、行车安全、提高舒适性和节约运费，又能增加隐蔽性、提高防护能力和不受气候影响。
隧道工程及其发展
近代隧道兴起于运河时代，从十七世纪起，欧洲陆续修建了许多运河隧道。
其中法国兰葵达克（Languedoc）运河隧道，建于年，长，它可能是最早用火药开凿的公路隧道。
1830年前后，铁路成为新的运输手段。
随着铁路运输事业的发展，隧道也越来越多。
年已出现了长穿越阿尔卑斯山的最大铁路隧道。
目前最长的铁路隧道已达。
较为完善的水底道路隧道建于1927年，位于纽约哈德逊河底（Holland隧道）。
现在世界上的长大道路隧道（以上）和长大水底隧道（）将近百条，最长的为位于瑞士中部芦塞恩湖南侧的圣哥达（St.Gotthard）汽车专用隧道，全长隧道施工与地面建筑物施工不同，其空间有限，工作面狭小、光线暗，劳动条件差，给施工增加了难度。
隧道工程的施工条件是极其恶劣的，体力劳动强度和施工难度都相当大。
为了减轻劳动强度，人们曾经做过不懈的努力。
古代一直使用“火焚法”和铁锤刚钎等原始工具进行开挖，直到上个世纪才开始采用钻爆作业，至今大约有一百多年的历史。
在此期间发明了凿岩机，经过将近一个世纪的努力，发展成为今天的高效率大型多头摇臂钻机，工人们已经从繁重的体力劳动中解放出来了。
和钻爆开挖法完全不同的还有两种机械开挖法。
一种是用于软土地层的盾构机，发明于1818年，经过一个半世纪的不断改进，已经从手工开挖式盾构发展到机械化乃至全机械化盾构，能广泛用于各种复杂的软土地层的掘进。
另一种是用于中等坚硬岩石地层的岩石隧道掘进机。
目前，已经发展成大断面的带有激光导向和随机支护装置的先进的掘进机，机械化程度大大提高，加上辅助的通风除尘装置，使工作环境得到很大改善。
目前应用高压水的射流破岩技术已经过关，它能以很快的速度在花岗岩中打出炮眼，再在隧道周边用高压水切槽，然后爆破破岩。
优点是减少超挖，可以开凿任意断面形状的隧道，保护围岩，降低支护成本，并能增加自由面以降低炸药消耗和炮眼数量。
但消耗功率较大，设备成本较高，技术上还未达到十分成熟的程度。
新奥法施工
新奥法是本世纪四十年代开始发展起来的，它是以喷混凝土和锚杆为主要支护手段的一种方法。
这种方法把坑道的衬砌支护与围岩看作是互相作用的一个整体，既发挥围岩的自承能力，又使支护起到加固围岩的作用。
在确保坑道稳定的基础上，使设计更加合理、经济。
目前这种方法还处于经验设计阶段，需在实施过程中根据现场测量数据加以修正。
新奥法与传统的矿山法相比，更能结合实际地质条件。
随着理论上的日益完善，将会在地下工程中得到更加广泛的应用。
目的和意义
立题的目的:
毕业设计是对大学四年学习知识的检验和考察，通过这次毕业设计使学生对本专业的知识有更深一步的了解，和更深一步的掌握，以便在以后的学习工作中能灵活的运用所学专业的知识。
立题的意义：
毕业设计是大学四年来最重要的一项学习内容，是对四年所学知识的总结与运用。
通过大学四年的学习，在课程设计的基础上，运用学过的基础理论和专业知识，结合工程实际，参考国家有关规范、标准、工程设计图集及其他参考资料，独立地完成所要求的设计任务。
同时要系统的掌握设计计算步骤、方法，培养我们分析、解决问题的能力，为以后的走上工作岗位，从事有关设计、施工等具体实践工作奠定基础。
设计要求
技术要求
主要技术标准
1、隧道设计按远期交通量（2030年交通量值）设计
2、设计速度与净空
（1）设计速度
隧道几何线形，断面净空按120km/h设计。
隧道照明设计速度按80km/h设计。
隧道通风设计速度按80km/h设计。
（2）隧道净空：
根据《公路工程技术标准》（JTGBO—2003）确定
a、建筑限界基本宽度:
行车道：
W—2X3.75m
侧向宽度：
L左一0.75m
L右―1.25m
侧向余宽：
C—0.5m
检修道：
J—0.75m
总基本宽度为：
11.0m
b、隧道建筑限界净高：
5.0m（检修道净高2.5m）。
c、汽车横通道（两隧道之间）
W—3.5m
L—2X0.25m
C—2X0.25m
净高：
4.5m
d、洞内紧急停车带
宽3.5m,长30m,过度段2X5m净高5m。
3、洞内环境控制标准
（1）隧道内一氧化碳CO允许浓度：
24ppm。
a、隧道内工作人员休息室和控制人员长期停留的工作间为
b、正常营运时为150ppm
c、发生交通阻塞时，短时间（20min）以内为300ppm
（2）隧道内烟尘允许浓度：
a、正常营运时：
计算行车速度80km/h时为0.0070m-1;
b、交通阻塞时为0.012m-1
材料
混凝土：
、、混凝土；
钢筋；
锚杆；
管棚；
土工布。
设计规范
《公路隧道设计规范》（JTJ026-90）
《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）
《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
设计基本资料
哈尔滨绕城公路总体方案布局在选定的松花江大桥桥址和东风互通之间经过天恒山，天恒山距松花江约，地貌属于松花江流域岗阜状平原，地势呈波状起伏，地质构造主要由上更新统、中更新统和下更新统的黄土状亚粘土、亚粘土砂、砂砾石等物质组成；
松花江至山脚段属于低漫滩地貌，地形平坦，牛轭湖、沼泽、砂丘较发育，组成物质为全新统和下更新统淤泥质亚粘土、砂、砂砾石；
松花江和天恒山中间没有高漫滩和阶地过度。
路线通过天恒山长度约，地面标高变化情况，山坡略陡，山顶平缓，山上伴有冲沟。
初步设计
围岩分类
隧道围岩比较单一，主要为粘性土，局部见砂层。
隧道处构造不发育，隧道围岩受地质构造影响程度为轻微影响。
根据《公路隧道设计规范》（JTJ026-90）中规定，隧道围岩分类见下表：
表3-1隧道围岩分类表（上行线）
里程桩号岩土名称长度围岩类别占总长比例（%）
K88+220—K88+258.4
粉沙38.40
K89+639.81亚粘土、粘土
1381.41
n
K89+825.95亚粘土186.14
n11.0
I2.3K88+258.4—
81.7K89+639.81―
K89+825.95—K89+910亚粘土
84.05I5.0
隧道平面布置
隧道平面布置方案比选
天恒山隧道在可研阶段平面布置有两个方案：
方案一为小净距+分离方案，
该方案为推荐方案；
方案二为双连拱隧道方案，该方案为比较方案。
在初步设计阶段，通过对隧道处路线平面线形的优化，天恒山隧道平面布置
可采用分离式（最小净距38.5m）和连拱式，相应的隧道结构采用分离式和连拱式结构形式，分离式结构由于左右隧道之间的施工干扰相对较小，因此，工程的施工难度较小、造价低、工期短，工程中应优先采用。
连拱式结构施工难度较大、防水效果不易确保、工期长、造价较高，但左右隧道的间距小，道路线形好，洞外道路的占地少。
在初步设计阶段，通过天恒山隧道的地质钻探了解到天恒山隧道地面线以下
30—40m为亚粘土，在亚粘土下为细纱。
考虑到隧道若在砂层内施工其难度较大,故初步设计阶段天恒山隧道处的纵断控制条件为在可能的情况下将隧道底面置
于砂层以上。
最后确定的纵断，隧道洞身大致在K88+200-K88+700范围内位于
砂层内，其余部分位于亚粘土层内。
由于分离式隧道方案在施工难度、工程投资和工期上较有优势，因此，本设计采用分离式单向行车双车道隧道（上下行分离）。
可研阶段K90+010-K90+440段按隧道考虑，在初步设计阶段对K90+010-
K90+440段采用开挖方案。
具体原因如下：
第一，在初步设计阶段纵断确定后该段大埋深仅为14.84m,如仍按隧道考虑，则该处隧道埋深浅、隧道长、施工难度大；
第二，如该段仍采用隧道方案，在K89+992处有一冲沟，沟底标高位于隧道底标高和隧道顶标高之间，沟中水无法排出，且沟中水会冲刷隧道洞身，长期冲刷会破坏隧道洞身的稳定性；
第三，根据《公路路线设计规范》（送审稿2003.05版）点“隧道出口前方互通式立体交叉间的距离应满足一系列出口预告标志的需要。
当条件受限时，隧道出口至前方互通立交出口渐变段起点的距离不得小于1000m”的要求，如该段仍采用隧道，贝U不满足此要求。
隧道平面线形
天恒山隧道上行线K88+220-K88+338.581位于R5500的圆曲线内，
K88+338.581-K88+706.887位于R6700的圆曲线内，K88+706.887-
K89+740.787位于R6700的圆曲线内，不设标高；
其余路段位于直线段内。
隧道纵坡采用双向人字坡，坡度均为1.43%和-1.026%”
隧道净空断面
隧道净空断面除应符合建筑限界的规定以外，还应考虑通风设备及排水、照明、消防、监控、管线电缆等设施所需的空间，并考虑土压影响，施工方法等必
要的富裕量。
经综合考虑该隧道采用曲墙式断面构造。
1、净空
经过断面优化分析后确定隧道净空断面为单心圆。
内空考虑了侧墙预留装修
层5cm拱部考虑了施工误差5cm净高5.0m，并预留20cm,拱顶部可安装一组（两台）直径①1120mm的射流风机，通讯、消防、配电洞室等在侧墙部位另留空间。
横断面构造
（1）隧道横断面采用锚喷支护复合模筑混凝土衬砌，内夹防排水层。
（2）路面采用单面横坡，坡度2%，路面单侧设排水沟，路基中心设中心排
水沟。
（3）横断面右侧沟槽设弱电缆及消防配水管，左侧沟槽设强电电缆。
（4）紧急停车带净空断面增加紧急停车带宽3.5m,其它同标准断面。
3、净空断面尺寸拟订
，相应角度
仰拱：
，相应角度为
连接段：
，相应角度为。
结构内力计算
荷载确定
1、垂直均布压力计算式：
式中：
一一围岩类别，1类围岩；
U类围岩
――围岩容重，此处：
1类围岩；
u类围岩
――跨度影响系数，
故
经计算：
划分浅埋和深埋隧道的分界：
1、浅埋和深埋隧道的分界：
浅埋隧道分界深度（）
——荷载等效高度（）
在矿山法施工条件下，i—u类围岩取
故：
2、浅埋隧道荷载分两种情况分别计算：
（1）埋深（）小于或等于等效荷载高度时，荷载视为均布垂直压力。
式中：
一一垂直均布压力（）一一隧道上覆围岩重度（）一一隧道埋深，指坑顶至地面的距离（）。
侧向压力按均布考虑时其值为：
——侧向均布压力（）——隧道高度（）;
――围岩计算摩擦角（°
）,I类围岩取35°
U类围岩取45°
。
（2）埋深大于小于等于时，垂直压力为：
侧向压力为：
在U类围岩
经确定：
一、在I类围岩中K88+22C—K88+258.4段属于浅埋隧道情况1;
二、在U类围岩中
K88+258.4—K88+361.7段属于浅埋隧道情况1
三、在U类围岩中
K88+361.7—K88+558.3段属于浅埋隧道情况2
四、在U类围岩中
K88+558.3—K89+301.1段属于深埋隧道；
五、在U类围岩中
K89+301.1—K89+825.95段属于浅埋隧道情况
六、在I类围岩中
K89+825.95—K89+910段属于浅埋隧道情况1。
一、46.24――107.2
12.8114――29.33（）
二、120.6――234.84（）
20.89――35.78（）
三、226.29――533.66（）
43.56（）；
69.00（）
108.89（）；
134.33（）
四、234.84（）
78.28――117.42（）
五、533.66――306.48（）
59.84（）85.28（）
六、286.77――48.72（）
77.99――13.48（）
衬砌几何要素
A、对于一、二、四、六段，围岩的弹性抗力系数，衬砌材料采用混凝土,弹性模量，容重。
B、对于三、五段，围岩的弹性抗力系数，衬砌材料采用混凝土，弹性模量,容重。
衬砌几何尺寸
内轮廓线半径，
外轮廓线半径
拱轴线半径：
轴线圆弧中心角：
半拱轴线长度及分段轴长
分段轴线长度：
将半拱轴线等分为8段，每段轴线长为各分块接缝（截面）中心几何要素
与竖直轴夹角
（注：
因墙底面水平，计算衬砌内力时用）
接缝中心点坐标计算
计算位移
单位位移
用辛普生法近似计算，按计算列表进行。
单位位移的计算见下表:
表4-1
单位位移计算表
积分系数
0.3331.333
0.667
1.333
0.6671.3330.6671.333
0.333
1+y2/I
43.70
59.46
119.98261.26531.75977.82
1628.272481.573498.747740.97
Y2/I01.21
5295.12
y/I0
7.28
28.71
63.15
108.74163.01223.04
285.60347.301048.14
1/I43.7043.7043.7043.7043.70
43.7043.70
349.70
I
0.0230.0230.023
0.0230.023
0.023
18.8791.27270.58608.111138.49
1866.682760.44
d0.650.650.650.650.650.650.650.65
0.65
y0
0.17
0.66
1.45
2.49
3.73
5.10
6.54
7.95
x0
1.42
2.77
3.97
4.95
5.67
6.08
6.16
5.91
COSa
10.970.890.770.60
0.40
-0.06
sin
a0
0.23
0.45
0.64
0.80
0.92
0.98
1.00
1
a
闭合差
B、对于三、五段:
计算精度校核为：
主动荷载引起的位移
1、每一楔块上的作用力
竖向力：
——衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度，经计算得：
校核
水平压力：
——衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度，经计算得：
（校核）
自重力：
一一接缝的衬砌截面厚度。
注：
计算时，应使第8个楔块的面积乘以。
作用在各楔块上的力均列入下表（表2-1），各集中力均通过相应图形的行心。
2、外荷载在基本结构中产生的内力楔块上各集中力对下一接缝的力臂分别记为、、。
内力按下式计算。
弯矩:
轴力：
、——相邻两接缝中心点的坐标增值，按下式计算：
、的计算见下表。
A、对于一、二、四、六段
表4-2-1载位移计算表（一、二、四、六）
M0p0-262.50
-1040.14
-2227.7
-3669.24
-5184.58
-6599.03
-7770.32
-8600.66
-△y刀E
i-100-10.10
-64.10
-186.35
-382.02
-633.49
-903.22
-1140.8
-△x
刀Q+G
i-100-505.92
-876.85
-1034.50-944.69
-624.02-136.33
420.10
△y00.17
0.49
0.791.04
1.24
1.37
1.43
1.41
△x01.424
1.35
1.20
0.99
0.72
0.41
0.08
-0.25
刀E
i-10020.58
81.21178.63
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