隧道工程设计和实现以某隧道为例论文设计.docx

隧道工程设计和实现以某隧道为例论文设计 　 第一章 工程概况 1.1 米仓山二号公路隧道的工程地质概况 1.1.1 地形地貌 米仓山二号公路隧道穿越四川省和陕西省，位于四川盆地的北部边缘地带，内地貌多形成高山、峡谷沟谷多呈 V 型，沟床坡降大，水系呈树枝状地形地貌受到了构造与岩性的制约，花岗岩山体陡峭，山顶呈现尖峰；沉积岩山峰一般浑圆，在山体上横向冲沟发育，呈树枝状，个别切割较深的，形成了峡谷、陡岸等地貌隧址区出露地层以闪长岩为主，进口段分布有砂岩、灰岩、页岩等，隧道洞身至出口段广泛分布花岗闪长岩 　米仓山二号公路隧道位于山岭地区，采用分离式布置，左线进口桩号为 ZK080+786，出口桩号为ZK080+656，全长1870m；右线进口桩号为YK080+672，出口桩号为 YK080+786，全长 1910m 　1.1.2 地质构造 隧道址区为秦岭东西向复杂构造带与四川新华夏盆地的交接部位，位于杨子准地台北缘，为岩浆岩出露区，为元古代基底构造层，形成东西向地垒构造区，加之侵蚀韧割作用强烈，表现为峻的褶皱山和深切峡谷隧道进口段砂岩裂隙发育，则其透水性和、与含水性较为良好，页岩为相对隔水层，砂岩和页岩接触带一般地下水较为富集，灰岩地下水较为丰富。

　1.1.3 气候分区 隧道的址区位于四川盆地的东北部，处于低山区中自勺河谷地带，属北亚热带湿润季风气候区该地带四季分明，气候比较温和，雨水量充沛，大陆季风气候特征明显，夏季没有明显的高温时段，光热条件好的特征 　1.1.4 水文地质 该地区的年降雨量半均值大约为 1074mm，下雨多集中于 5-9 月，降雨分布不均，其降雨总量可达 891.4m，占全年降雨量的 83％据巴中市气象资料，最大年降水量 1600mm，最小年降水量 630mm多年平均气温 16.1℃，多年平均蒸发量 1500mm，多年半均蒸发量大于降雨量 　1.2 　围岩分级 围岩的分级主要有三个基本影响因素：岩性、地质构造、地下水而公路隧道初步分级的依据是围岩的主要定性特征，包括岩石坚硬程度（CR ）和岩体完整性指标（VK ）而本次隧道设计的围岩等级为Ⅴ级 　 1.3 隧道设计说明设计标准及遵循规范 1.3.1 技术标准 公路等级 　 高速公路 设计行车速度 　 80km/h 交通量 　 近期 17500 辆/日，远期 35100 辆/日； 汽油车：小型客车 25%，小型货车 16%，中型货车 16%； 柴油车：中型货车 16%，大型客车 12%，大型货车 15%； 上、下行比例 1：1，双车道单向行驶 隧道内卫生标准： 　CO 允许浓度上行线 275ppm，下行线 275ppm； VI 允许浓度为 0.0070，隧道内纵向风速小于等于 10m/s。

　 第二章 米仓山二号公路隧道总体设计 2.1 一般规定与设计原则 2.1.1 一般规定 公路隧道的各个部分的设计应该满足规范的基本要求，在隧道不同的是设计阶段，有着不同的任务，应该根据隧道的实际调查情况，发现与计划不符合时，随时调整施工方案 　2.1.2 设计原则 （1）要提前制定多个实施方案，后续去当地调查现场的地形地貌以及人文环境，然后进行实施方案选择，根据实际情况选择出最优的方案，在后续的实施过程中要根据实际情况对施工方案进行修正 　（2）要根据地质条件的优略以及隧道的长度选择路线的走向 　（3）要保证满足驾驶员在行车过程中的安全性和舒适性，根据隧道的实际情况来选择合理的通风照明的规模以及方式 　2.2 隧道横断面设计 （1）隧道限界 建筑限界的设计不仅仅是为了更好的满足驾驶员的舒适性和安全性，还要考虑各种车辆的行驶空间 　（2）余宽设置 余宽的设置跟检修道和人行道有关 　（3）隧道路面横坡 根据隧道的单双向交通道不同时，所设计的坡面也不相同，单向交通取单面坡，双向交通双面坡坡度根据隧道的实际情况确定 　（4）隧道内轮廓设计 在设计时要考虑施工方法和围岩的变形带来的影响。

　2.3 隧道建筑界限 本工程隧道净宽 10m（1.0+0.5+3.52+0.5+1.0），净高 5.0m限界基本宽度，行车道：7.0m，路缘带：0.50m，侧向余宽：0.0m，人行道：双侧 1.0m，限界净高：5.0m，人行道净高：2.5m设计建筑限界如图 2-1 示 　图 2-1 隧道建筑限界 （单位：cm） 　2.4 隧道衬砌内轮廓 米仓山二号公路隧道，围岩级别为Ⅴ级，容重为3=20 / kN m g ，衬砌材料为C25 混 凝 土 ， 围 岩 的 弹 性 抗 力 系 数6 30.2 10 / K kN m = ， 弹 性 模 量 为72.95 10hE kPa = ，容重3=23 / kN m g 如图 2-2 示 　图 2-2 隧道衬砌内轮廓标准断面（单位：cm） 　第三章 洞门设计 3.1 洞口地质地貌 为秦岭东西向复杂构造带与四川新华夏盆地的交接部位，位于杨子准地台北缘，为岩浆岩出露区，为元古代基底构造层，形成东西向地垒构造区，加之侵蚀 　 韧割作用强烈，表现为峻的褶皱山和深切峡谷隧道进口段砂岩裂隙发育，则其透水性和、与含水性较为良好，页岩为相对隔水层，砂岩和页岩接触带一般地下水较为富集，灰岩地下水较为丰富，岩层破碎，呈碎石状结构，施工条件差，划分为Ⅴ类围岩。

风化严重，稳定性差，出口段围岩顶板较薄，施工过程容易坍塌，地表水的渗入施工过程应多注意防护 　3.2 洞门的设计方案 3.2.1 洞门形式 本次隧道设计可采用端墙式洞口，因为所在地区地形较为开阔、地基也基本上稳定在设计洞门时不仅要考虑到隧道的稳定性，同时还要考虑到经济、美观、舒适 　图 3-1 端墙式洞门 3.2.2 洞门要求 在设计洞门时，洞口的仰坡坡脚到洞门墙背的距离可以选择在 1.5m 的范围内，端墙到拱顶外缘的高度要大于 1.0m 洞门也要设计伸缩缝、沉降缝等 　3.2.3 验算满足条件 表 3-1 洞门墙设计参数 　 仰坡坡率 ( ) f 计算摩擦角3( / ) kN m g 容重 f 基底摩擦系数( ) Mpa 基底控制压应力10.5 ： 　70 25 0.60 0.8010.75 ： 　60 24 0.50 0.6011 ： 　50 20 0.40 0.40~0.3511.25 ： 　43~ 45 18 0.40 0.30~0.25 　 表 3-2 洞门墙主要验算规定 　 -- -- 3.3 洞门结构 3.3.1 参数 （1） 　； （2）仰坡坡角 ， 　； （3）地层容重 ； （4）地层计算摩擦角 　（5） 　； （6）基底控制应力 。

　3.3.2 建筑材料 （1）端墙的材料为水泥砂浆片石砌体，片石的强度等级为 ，水泥砂浆的强度等级为 　（2） 　， 　3.3.3 洞门尺寸的假设 根据 ，拟定洞门端墙高度： 　，基底埋入地基深度为 ，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为 ，洞门墙顶高出仰坡坡脚 ，墙厚 ，设计仰坡 　3.4 洞门验算 3.4.1 洞门土压力计算 根据 ，洞门土压力计算图示具体见图 3-2 　11.5 ： 　38~ 40 17 0.35~0.40 0.25Sd 墙身截面荷载效应值Rd 结构抗力效应值（按极限状态算）Sd 墙身截面荷效应值( )Rd 结构抗力效应值按极限状态计算e 墙身截面偏心距 0.3 截面厚度cK 滑动稳定安全系数1.3 s 基底应力 地基容许承载力0K 倾覆稳定安全系数1.6 e 基底偏心距 /6 B 岩石土质地基10.75 边、仰坡坡度：=53.13 e =6 a3=24 / KN m g=60 j ；0.5 基底摩擦系数[ ] =0.6MPa s100 MU10 M[ ] 2.2aMPa s =322 /tkN m g = 重度2021 GTJ - 《公路隧道设计规范》（ ） 　=12 H m1.0m 1.5m1m 1.5m 10.75 ：2021 GTJ - 《公路隧道设计规范》（ ） 　图 3-2 洞门土压力计算图 夹角： 　可得： 　故： 　。

　土压力为： 　得： 　 得： 　 　洞门土压力 E ： 　2 22tan tan tan (1 tan )(tan tan )(tan tan )(1 tan tan )tantan (1 tan ) tan (1 tan tan )j a e j j e j a a ewe j j a e+ - + - + -=+ - -2222(1 tan 60)(tan60 tan53.13)(tan60 tan6)(1 tan6tan53.13)tantan53.13(1 tan 60) tan60(1 tan6tan53.13)tan 60 tan6tan53.13tan53.13(1 tan 60) tan60(1 tan6tan53.13)0.404w+ - + -= -+ - -+++ - -=arctan0.5846 22 o w = =20 01( )2E H h h h b gl z = + - tan tan )(1 tan tan )tan( )(1 tan tan )w a a elw j w e- -=+ -（tan tanahw a=-tan22 tan6)(1 tan6tan53.13)0.078tan(22 60)(1 tan22tan53.13)l- -= =+ -（1.55.02tan tan tan22 tan6ahw a== =- -0/(cot tan ) 1.6762 h a m e a = - = 　3.4.2 抗倾覆验算 挡土墙在荷载作用下应不致绕墙底脚 O 点产生倾覆时应满足下式： 　 图 3-3 端墙计算简图 由图 3-3 可知： 　墙身重量 ： 　； 　3.4.3 抗滑动验算 按如下公式验算： 　 20 021( )2124 0.078 12 2.33 5.02 2.33 1 0.6284.3903E H h h h bKNgl z = + - = + - =（ ）cos( ) 84.3903 cos(36 6) 73.0841xE E KN d a = - = - =sin( ) 84.3903 sin 36 6 =42.1951yE E KN d a = - = - （ ）001.6yMKM= W1.5 12 1.0 22 396 W KN = =( ) ( ) 507.66222 3y yb Htg HM W E b tg KN maa+= + + = 0219.25233xHM E KM m = = 002.32 1.6yMKM= = >1.3cN fKE= ( ) 0.6(396 42.1951) 0.63.60 1.373.0841ycXW EKE+ + = = = > 　 3.4.4 基底合力偏心距验算 设作用于基底的合力法向分力为 N，其对墙趾的力臂为NZ ，合力偏心距为 e ，则： 　 合力在中心线的右侧。

　满足 　 3.4.5 墙身截面 e 及验算 （1） 　e 　 代入 e ，得可： 　（2）应力 s 　 （满足要求） 　3.5 洞口边坡。