高速公路隧道三心圆曲墙式结构毕业论文doc.docx

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高速公路隧道三心圆曲墙式结构毕业论文

第一章隧道工程概况

1.1工程概况

何家寨隧道为分离式隧道，隧道走向呈北西西走向，稍呈弧线形展布。

其中：

右洞起讫桩号YK69+864～YK70+510，总长646m，属中隧道。

隧道净空10.25×5.0m，左右线进出洞门型式均为端墙式；采用电光照明，机械通风。

右线平面设计为209.115m直线接160.095mA=410m的圆曲线接276.789mR=1050m的圆曲线，纵面设坡率为1.3%的单向坡。

1.2工程地质

何家寨隧道洞口怀仁端隧道围岩等级为Ⅴ级，围岩主要为第四系填筑土，残坡积碎石土、角砾土；松散；下伏强风化灰岩、泥岩，裂隙发育，质软，散体～碎裂结构，围岩自稳性差，侧壁不稳定，成洞条件差。

地下水为土层孔隙水，基岩裂隙水，水量小，雨季点滴状或线状出水。

赤水断隧道围岩等级为Ⅴ级，围岩上覆松散填筑土，残坡积碎石土，角砾土。

下伏中风化灰质泥岩，裂隙发育，岩体破碎～较破碎，碎裂～碎裂镶嵌状结构。

围岩自稳性差，侧壁不稳定，成洞条件差。

地下水以点滴状或线状出水；隧道YK69+900～YK69+970段围岩级别为Ⅳ级，岩性为强～中风化灰岩、泥岩互层，裂隙较发育，岩质软硬不均，岩体较破碎，碎裂～碎裂镶嵌层状结构。

自稳性较差，拱顶围岩无支护时，易产生掉块、局部小规模小坍塌侧壁较不稳定。

YK69+970～YK70+405段围岩等级为Ⅲ级，围岩主要为中风化灰岩泥岩互层，碎裂镶嵌层状、块状结构。

裂隙稍发育，岩质软～硬，岩石完整性较好，层间结合好。

自稳性一般，侧壁稳定性一般，成洞条件较好。

洞身YK69+970～YK70+405段穿过洼地侧下方，洼地垂直发育高度可能已达到洞身地带，洼地周围岩体风化强烈，据钻探揭露，强风化体距洞顶板的中风化层厚度约20m，施工时应加强支护及防排水措施，避免发生坍塌、突水事故;隧道最大埋深约71m，围岩主要为龙马溪组灰岩、泥岩互层，部分为石牛栏组泥质灰岩，灰岩～细晶结构，薄层～中薄层层状结构。

围岩级别

V

IV

III

备注

重度γ（kN/m3）

17～20

20～23

23～25

弹性抗力系数K（MPa/m）

100～200

200～500

500～1200

弹性模量E（GPa）

1～2

1.3～6

6～20

泊松比μ

0.35～0.45

0.30～0.35

0.25～0.30

内摩擦角φ（°）

20°～27°

27°～39°

39°～50°

粘聚力C（MPa）

0.05～0.2

0.2～0.7

0.7～1.5

容许承载力（kPa）

400～700

1200～1800

2000～3000

摩擦系数f（圬工与围岩）

0.4

0.45

0.5

（表面不光滑）

表1.1各类围岩物理力学指标

第二章隧道总体设计

2.1一般规定与设计原则

2.1.1一般规定

隧道设计应满足公路交通规划的要求，设计根据现行有关规范，规程和技术标准，借鉴参考相关类似工程，结合本隧道实际情况，其建筑限界、断面净空、隧道主体机构以及营运通风、照明等设施，应按照《公路工程技术标准》（JTGB01）规定的预计交通量设计，当近期交通量不大时，可采取一次设计，分期修建。

2.1.2设计原则

1.在地形、地段、地质、气象、社会人文和环境等问题调查的基础上，综合比选隧道轴线方案的走向、平纵线型。

洞口位置等，提出推荐方案。

2.地质条件很差时，特长隧道的位置应控制线路走向，以避开不良地质地段；长隧道的位置也应该尽可能的避开不良地质地段，并与路线走向综合考虑；中、短隧道可服从路线走向。

3.根据公路等级和设计速度确定车道数和建筑限界。

在满足隧道功能和结构受力良好的前提下，确定经济合理的断面轮廓。

4.隧道内外平、纵断面线型应协调，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措施。

2.2主要技术标准及执行规范

2.2.1技术标准

1.公路等级：

高速公路

2.设计速度：

80km/h

3.隧道建筑限界：

建筑限界：

0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75=10.25m

限界净高：

5.0m

4.汽车荷载等级：

公路—Ⅰ级

2.2.2执行规范

1.《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）

2.《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）

3.《公路工程地质勘查规范》（JTJ064-98）

4.《公路隧道勘察规程》（JTJ064-98）

5.《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）

6.《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）

7.《公路隧道施工技术规范》（JTGF60-2009）

2.3设计依据

1.《贵州省赤水至望谟高速公路（怀仁至赤水段）工程可行性研究报告》2009

年5月

2.《关于怀仁至赤水高速公路可行性研究报告的批复》黔发改交通（2009）

293号

3.《贵州省赤水至望谟高速公路（怀仁至赤水段）第二合同段勘查设计合同》

4.《初测外业验收咨询报告》2009年9月20

5.《初测外业验收会议纪要》高路办议[2009]8号

6.《初步设计咨询报告》2009年12月

7.《定测外业验收咨询报告》2010年2月

8.《怀仁高速公路施工图审查会议纪要》（路高办议[2010]13号）2010年8

月25日

9.相关技术标准、规范、规程等

2.4隧道平面及纵断面设计

隧道的平面布置主要服从线路总体走向，在综合考虑地形地貌特征及经济性的前提下，主要考虑隧道进口、出口、隧址区工程地质条件等因素。

隧道纵断面设计综合考虑了隧道长度、通风、照明、主要施工方向、洞口的位置、排水以及隧道进、出口接线等因素，隧道平、纵面详见相应图纸。

各隧道设置及平、纵指标见表2.1

表2.1隧道平纵设置一览表

隧道名称

线位

隧道起讫桩号

隧道长度（m）

纵坡（%）

进口段/出口段

平曲线半径

进口段/出口段

备注

何家寨隧道

右线

YK69+864～YK70+510

646m

1.3/1.3

缓和曲线/缓和曲线

单坡

2.5隧道横断面设计

2.5.1隧道建筑限界

根据《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）高速公路隧道建筑限界的规定：

本隧道的设计速度为80km/h，所以：

限界净宽0.75+0.5+3.75×2+0.75+0.75=10.25m（具体指标见表2.2）

限界净高5m（见图2.1）

人行横道建筑限界：

高250cm宽200cm

表2.2公路隧道建筑限界横断面组成最小宽度（单位m）

公路

等级

设计速度

/（km/h）

车道宽度

W

横向宽度L

检修道J

建筑限界净宽

左侧

右侧

左侧

右侧

高速公路

80

3.75×2

0.5

0.75

0.75

0.75

10.25

图2.1公路隧道建筑限界（单位m）

2.5.2隧道衬砌内轮廓线设计

根据《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）的一般规定：

衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、支护结构、施工条件等，并充分利用围岩的自承能力。

衬砌的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，而且要尽量圆顺。

《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）规定了隧道内轮廓线的统一标准，即侧墙为大半径圆弧，拱部为单心圆拱，仰拱与侧墙之间用小半径的圆弧来连接。

两车道隧道标准内轮廓断面如图2.2所示。

图2.2两车道隧道标准内轮廓断面图（单位：

cm

2.6支护形式的选择

2.6.1洞门衬砌设计

洞口工程设计以“早进洞，晚出洞”为原则，最大限度降低洞口边坡的开挖高度，以保证山体的稳定，减小队洞口自然环境的破坏。

结合本隧道进出口的实际情况，进口均采用翼墙式洞门，采用C25混凝土。

2.6.2洞身衬砌设计

隧道洞身均依照“新奥法”原理采用复合式衬砌，即以锚杆，喷射混凝土或者钢筋网喷混凝土，钢拱架为初期支护，以模筑混凝土为二次衬砌，共同组成永久性承载结构。

在初支和二衬之间铺设1.2mmHDPE单面自粘胶膜防水板为防水层。

衬砌结构支护参数根据围岩级别、工程地质水文地质条件、地形及埋置深度、结构受力特点、并结合工程施工条件、环境条件、通过工程类比法和结构计算综合分析拟定。

第三章洞门设计与计算

3.1洞口地质条件

3.1.1怀仁端洞口

洞口所处地段地貌为斜坡，地形坡度位34°，表层第四系覆盖层为素填土、碎石土、角砾土，厚度一般为2.0～19.3m。

下伏基岩岩性为龙马溪组灰岩、泥岩互层，强风化层厚度大，岩质软，岩体呈松散～碎裂状结构。

3.1.2赤水段洞口

洞口所处地段微地貌为缓坡，岩性为石牛栏组泥质灰岩，岩质较硬，表层第四系覆盖层为角砾土碎石土、素填土，松散状，其分布不均，厚度约2.0～6.2m。

3.2洞门类型的选择

隧道洞口的位置根据进出口地形地貌以及工程地质条件等因素，结合边坡、仰坡开挖的稳定要求和洞门的排水要求，以“早进洞，晚出洞”的原则决定；

由于本隧道进出口均为Ⅴ级围岩，围岩条件理想，所以进出口均采用翼墙式洞门。

3.3洞门各部的尺寸拟定

根据《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）规定，结合洞门所在地段的工程地质条件，为了保证洞门的排水要求和稳定性，基础设施及洞门尺寸为：

1.洞门高为12.2m，墙厚，翼墙式洞门正墙墙面坡度取

2.洞口边坡、仰坡坡比采用，处于安全考虑，仰坡坡脚至洞门墙

背的水平距离为，以防仰坡土石掉落到路面上。

3.洞门墙嵌进地基。

4.洞门墙顶高出仰坡脚0.75m，以防水流溢出墙顶，也防止掉落土石弹出。

5.翼墙厚度为，翼墙长度，翼墙坡度为，倾斜。

6.洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底与衬砌拱顶外缘的高度，以免落

石破坏拱圈。

3.1洞门参数确定

仰坡坡率计算摩擦角φ（°）容重γ（KN/m3）基地摩擦系数f基地控制压力（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）

墙身截面偏心距e

≤0.3倍截面厚度

基底应力σ

≤地基容许承载力

基底偏心距e

≤B/6，B—墙底宽度

滑动稳定安全系数Kc

≥1.3

倾覆稳定安全系数K0

≥1.6

3.4计算参数

1.挡土墙的边坡、仰坡坡度

2.地层容重γc=18KN/m3

3.地层计算摩擦角

4.基底摩擦系数f=0.4

5.基底控制压应力[σ]=0.4Mpa

6.仰坡坡脚ε=45°，tanε=1，α=5.9°

3.5建筑材料的容许应力与容重

翼墙的材料为水泥砂浆片石砌体，水泥砂