畢業(yè)設計--公路隧道初步設計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設計論文</b></p><p>　　題目：虎嶺公路隧道初步設計</p><p>　　院、 系： 建筑工程學院 </p><p>　　學科專業(yè)： 土木工程 </p><p>　　學 生： </p><p>

2、　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　2010年 06月</b></p><p>　　虎嶺公路隧道初步設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>

3、　　隨著經濟的快速發(fā)展，交通工程已經成為經濟發(fā)展的強力驅動與支撐。隨著高速公路建設的推進，交通基礎設施建設也不斷深入，目前隧道工程也已經成為公路系統(tǒng)中的重要組成部分。它對優(yōu)化道路線形、縮短公路里程有重大影響；同時對促進周邊地區(qū)環(huán)境保護、經濟發(fā)展及國防建設也具有深遠影響。</p><p>　　虎嶺公路隧道位于陜西省華縣境內，屬連霍高速公路陜西線西安至潼關段。隧道起點位于虎嶺南麓李家溝口處，終點位于虎嶺北麓韭菜溝口處

4、,隧道全長1780m。本文對隧道的規(guī)劃、設計和計算進行了詳細的論述。設計的主要內容有：隧道調查,圍巖分級、地形與地質調查、氣象調查、隧道線型設計、縱、橫斷面設計，洞口及洞門設計，襯砌結構設計，結構計算，防水與排水、通風設計及運營照明設計。隧道選線時綜合考慮了地形地質情況，在襯砌計算中，考慮彈性反力的存在，隧道規(guī)劃和設計過程中遵循充分發(fā)揮隧道功能，安全經濟的建設隧道的基本原則，完成整個隧道的初步設計。 </p><

5、;p>　　最終設計成果包括：設計說明書部分，圍巖襯砌計算書，運營通風計算書，運營照明計算書，路線平面圖，縱斷面設計圖，建筑限界及內輪廓圖，洞門及明洞設計圖，Ⅳ類圍巖襯砌設計圖，通風機，照明燈具示意圖。</p><p>　　關鍵詞：隧道； 結構計算； 襯砌； 防排水； 通風； 照明</p><p>　　HuLing highway tunnel preliminary design&l

6、t;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of economy, the traffic engineering has become the powerful drive and economic development. With the advance of the highwa

7、y construction, transportation infrastructure construction is unceasingly thorough, tunnel project also has become an important part of highway system. It is to optimize road alignment, shorten the length of highways are

8、 important influence, To promote environmental protection and surrounding areas for economic development and national defense const</p><p>　　Tiger hill road tunnel in Shaanxi province, the enterprise of dome

9、stic Huo highway Shaanxi line from Xi’an to Tongguann. Tunnel in the south foothill tiger starting point, located in gully tiger hill, north leek ditch tunnel length 1780m. This paper tunnel planning, design and calculat

10、ion discussed in detail. Main contents: the design of surrounding rock tunnel survey, classification and grading and geological survey, meteorological survey, design, longitudinal and linear tunnel hole and DongMen</p

11、><p>　　The final design achievements include: the design specification, rock lining calculation, operation ventilation, lighting calculations, depreciation operation plan, design, line longitudinal structure ga

12、uge and outline, DongMen inside the cave drawings, and Ⅳ classes, fan, rock lining design diagram illumination luminaries.</p><p>　　Keywords: Tunnel, Structural calculation, Lining, Waterproof and drainage,

13、Ventilated, lighting</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　主要符號表IV</b></p><p><

14、;b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 題目背景和意義1</p><p>　　1.2 國內外研究情況1</p><p>　　1.3本設計研究的主要內容2</p><p><b>　　2 工程概況3</b></p><p><b>　　2.1

15、工程簡介3</b></p><p>　　2.2設計標準及設計依據3</p><p><b>　　2.3原始資料3</b></p><p>　　2.4 設計的基本要求4</p><p>　　3 設計總說明書5</p><p>　　3.1 平面設計5</p>&l

16、t;p>　　3.2縱斷面設計6</p><p>　　3.3橫斷面設計6</p><p>　　3.3.1 建筑界限6</p><p>　　3.3.2 緊急停車帶7</p><p>　　3.3.3 內輪廓設計7</p><p>　　3.4洞口、洞門及明洞設計9</p><p>　　

17、3.4.1洞口、洞門設計9</p><p>　　3.4.2明洞設計10</p><p>　　3.5隧道防、排水設計11</p><p>　　3.5.1 防水11</p><p>　　3.5.2 排水11</p><p>　　3.5.3 洞口的防排水12</p><p>　　3.6隧道

18、支護設計12</p><p>　　3.6.1襯砌設計規(guī)定12</p><p>　　3.6.2 襯砌結構選擇12</p><p>　　3.6.3 襯砌設計13</p><p>　　3.7隧道通風設計14</p><p>　　3.7.1通風設計應考慮的因素及應符合的要求14</p><p&g

19、t;　　3.7.2通風設計14</p><p>　　3.8隧道照明設計15</p><p>　　4 襯砌結構計算16</p><p>　　4.1基本資料16</p><p>　　4.1.1巖體特性16</p><p>　　4.1.2襯砌材料16</p><p>　　4.1.3結構尺寸

20、17</p><p>　　4.2基本計算數(shù)據17</p><p>　　4.2.1襯砌計算17</p><p>　　4.2.2圍巖垂直均布荷載18</p><p>　　4.3 繪制分塊圖18</p><p>　　4.4計算半拱軸線長度（不計算仰拱）18</p><p>　　4.5計算各

21、分段截面中心的幾何要素19</p><p>　　4.5.1求各截面與豎軸的夾角19</p><p>　　4.5.2求各截面的中心坐標20</p><p>　　4.6計算基本結構的單位位移21</p><p>　　4.7計算主動荷載在基本結構中產生的位移22</p><p>　　4.7.1主動荷載在基本結構上產

22、生的內力22</p><p>　　4.7.2 主動荷載位移25</p><p>　　4.7.3 墻底位移計算25</p><p>　　4.8 解主動荷載作用下的力法方程26</p><p>　　4.9 求主動荷載作用下各截面的內力26</p><p>　　4.10 求基本結構中產生的變位27</p&

23、gt;<p>　　4.10.1各截面的彈性反力強度27</p><p>　　4.10.2 各分塊上的彈性反力集中力28</p><p>　　4.10.3 彈性反力集中力與摩擦力集中力的全力28</p><p>　　4.10.4 計算基本結構的內力28</p><p>　　4.10.5 計算荷載位移29</p>

24、;<p>　　4.11 解單位彈性反力的力法方程30</p><p>　　4.12 最大彈性反力值的計算31</p><p>　　4.13 計算贅余力32</p><p>　　4.14 計算初砌截面總的內力32</p><p>　　4.14.1 初砌各截面內力32</p><p>　　4.14.

25、2 校核計算精度33</p><p>　　4.15 繪制內力圖34</p><p>　　4.16襯砌截面強度驗算34</p><p>　　5 通風設計及計算36</p><p>　　5.1通風方式的確定36</p><p>　　5.2需風量的計算36</p><p>　　5.2.1

26、CO排放量37</p><p>　　5.2.2煙霧排放量38</p><p>　　5.2.3稀釋空氣內異味的需風量40</p><p>　　5.2.4交通阻滯時的通風量計算40</p><p>　　5.3通風計算41</p><p>　　5.3.1計算條件41</p><p>　　5

27、.3.2隧道內所需升壓力計算41</p><p>　　5.4通風機臺數(shù)的計算43</p><p>　　5.5風機的布置44</p><p>　　6 照明計算45</p><p>　　6.1 隧道照明區(qū)段的劃分及亮度45</p><p>　　6.1.1洞外接近段45</p><p>

28、　　6.1.2洞內照明45</p><p>　　6.2亮度驗算47</p><p>　　6.2.1中間段照明計算47</p><p>　　6.3照明區(qū)段的燈具選型及總體布置50</p><p><b>　　7 結 論52</b></p><p><b>　　參考文獻53&l

29、t;/b></p><p><b>　　致 謝54</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明55</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明56</p><p><b>　　主要符號表</b></p><p>　　γ.............

30、............................................................................圍巖容重</p><p>　　k ................................................................................彈性抗力系數(shù)</p><p>　　d0....

31、............................................................................二次襯砌厚度</p><p>　　ω.................................................................................寬度影響系數(shù)</p><p>　　f...

32、.......................................................................................襯砌矢高</p><p>　　e.............................................................................................偏心距</p>

33、;<p>　　η.........................................................................................利用系數(shù)</p><p>　　Φ........................................................................................

34、.....光通量</p><p>　　M.........................................................................................養(yǎng)護系數(shù)</p><p>　　N.......................................................................

35、..........燈具布置系數(shù)</p><p>　　S.........................................................................................燈具間距</p><p>　　................................................................

36、...............路面平均照度</p><p>　　.....................................................................................平均亮度</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 題目背景和意義</p&

37、gt;<p>　　隨著經濟的快速發(fā)展，交通工程已經成為經濟發(fā)展的強力驅動與支撐。隨著高速公路建設的推進，而修建水平滿足不了發(fā)展的需要，造成各種交通設施超負荷運轉，交通事故、交通阻塞和交通公害等成為一個社會問題，阻礙了國家和地區(qū)經濟的發(fā)展。因此，針對交通需求的高漲，解決好路面交通的規(guī)劃和修建，是急需研究的課題之一。隧道工程已經成為公路系統(tǒng)中的重要組成部分。它對優(yōu)化道路線形、縮短公路里程由重大影響；同時對促進周邊地區(qū)環(huán)境保護、

38、景觀美化、當?shù)亟洕l(fā)展及國防建設也具有深遠影響。</p><p>　　虎嶺公路隧道位于陜西省華縣境內，屬連霍高速公路陜西線西安至潼關段，是我國建設的最長的橫向快速陸上交通通道。此題目來源于工程實際，通過對此題目的完成要求對隧道設計的初步階段有完整的掌握，為今后工作實際問題的解決做實戰(zhàn)準備。 </p><p>　　1.2 國內外研究情況

39、</p><p>　　由于我國是一個多山的國家，特別是西部山區(qū)，山大溝深，隨著高速公路的發(fā)展，不可避免的面臨著復雜的地貌問題，為了克服地形和各種障礙，改善線性，必然采用公路隧道的方式。隨著工程的發(fā)展，在給公路交通創(chuàng)造有利條件的同時，也給隧道監(jiān)控系統(tǒng)的研究、建設提出了新的要求。</p><p>　　隧道修建技術的進步為長大隧道工程和開發(fā)利用地下空間奠定了基礎，同時，大規(guī)模的地下工程的建設也必

40、將對隧道建設技術提出新的更高要求。為了適應今后隧道工程大規(guī)模發(fā)展的需要，展望隧道施工的發(fā)展方向，隧道施工應開展以下方面的研究：</p><p>　　（1）隧道施工階段中的地質勘探工作</p><p>　?。?）加強隧道機械化施工</p><p>　　（3）發(fā)展隧道治水和融冰的技術</p><p>　?。?）加強隧道的防火效果</p>

41、;<p>　?。?）加強應用施工新技術的研究</p><p>　?。?）發(fā)展高性能混凝土施工技術，完善施工工藝，改善施工環(huán)境，提高支護質量、速度和效果。</p><p>　?。?）加強對預制拼裝式襯砌的研究應用</p><p>　?。?）加強隧道施工現(xiàn)代化管理</p><p>　　采用現(xiàn)代化管理方式可最大限度的發(fā)揮機械效率，確保

42、工程質量和進度。</p><p>　　1.3本設計研究的主要內容</p><p><b>　　主要內容：</b></p><p>　?。?）隧道設計調查及圍巖分級包括資料收集，地形與地質調查，氣象調查，工程環(huán)境調查,圍巖分級。</p><p><b>　　（2）總體設計</b></p>

43、<p><b>　　①線路的方案比選</b></p><p><b>　?、谒淼赖膸讉€設計</b></p><p><b>　　③隧道防、排水設計</b></p><p><b>　　④隧道襯砌結構計算</b></p><p>　?、菟淼肋\營通

44、風設計及計算</p><p>　?、匏淼肋\營照明設計及計算</p><p><b>　　⑦隧道結構計算</b></p><p><b>　　2 工程概況</b></p><p><b>　　2.1工程簡介</b></p><p>　　虎嶺公路隧道位于陜

45、西省華縣境內，屬連霍高速公路陜西線西安至潼關段，是我國建設的最長的橫向快速陸上交通通道。此題目來源于工程實際，通過對此題目的完成要求對隧道設計的初步階段有完整的掌握，為今后工作實際問題的解決做實戰(zhàn)準備。 </p><p>　　2.2設計標準及設計依據</p><p>　?。?）公路等級：雙車道高速公路，隧洞為雙車道單向行車標準，隧道設計采用主要技術標準為：</p><p

46、>　　隧道設計限界：10.25×5.0m;</p><p>　　路面類型:洞外36cm水泥混凝土面層+25cm級配碎石底基層,洞內32cm水泥混凝土面層+15cm基層混凝土;</p><p>　　設計行車速度:80km/h;</p><p><b>　　路面寬度7.5m;</b></p><p>　　一般

47、平曲線最小半徑65m;</p><p>　　極限最小平曲線半徑30m</p><p><b>　　（2）設計依據</b></p><p>　?、佟豆饭こ碳夹g標準》（JTJ001-97） </p><p>　　②《公路隧道設計規(guī)范》（JTJD70-2004）</p><p>　?、邸豆匪淼劳L照

48、明設計規(guī)范》（JTJ026.1-1999）</p><p>　　④《公路路基設計規(guī)范》（JTJ013-86）</p><p>　　⑤《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTJ012-84）</p><p>　?、蕖豆仿肪€設計規(guī)范》（JTJ011-94）</p><p>　?、摺豆饭こ炭拐鹪O計規(guī)范》（JTJ004-89）</p>

49、<p>　?、唷豆匪淼朗┕ぜ夹g規(guī)范》（JTGF60-2009）</p><p><b>　　2.3原始資料</b></p><p>　　圖紙： 1：2000地形圖</p><p>　　圍巖等級：Ⅳ類圍巖K66+610～K67+170</p><p>　?、蝾悋鷰rK67+170～K67+675</p>

50、;<p>　?、躅悋鷰rK67+675～K68+60</p><p><b>　　地質條件良好</b></p><p><b>　　隧道建筑限界</b></p><p><b>　　（1）限界基本寬度</b></p><p><b>　　行車道：7.5m&

51、lt;/b></p><p>　　左側側向寬度：0.50m</p><p>　　右側側向寬度：0.75m</p><p><b>　　檢修道：0.75m</b></p><p>　　緊急停車帶：3.5m </p><p>　　（2）限界凈高：5.0m</p><p>

52、　　檢修道凈高：2.5m</p><p>　　2.4 設計的基本要求</p><p>　　(1) 設計說明書部分：設計總說明書、Ⅳ級圍巖襯砌計算書、運營通風計算書、運營照明計算書。

53、 </p><p>　　(2) 圖紙部分（AutoCAD制圖）：線路平面圖、縱斷面設計圖、建筑限界及內輪廓圖、洞門及明洞設計圖、橫通道設計圖、積極停車帶設計圖及分布圖、各級圍巖襯砌設計圖、防排水設計圖、通風機布置圖、照明燈具布置圖等。</p><p><b>　　3 設計總說明書</b></

54、p><p><b>　　3.1 平面設計</b></p><p><b>　　隧道選址：</b></p><p>　　綜合分析本隧道的地形地質圖，根據以下原則對隧道進行選址：</p><p>　　（1）隧道位置應盡可能選擇在地質構造簡單、節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖性較好，穩(wěn)定的地層中通過。應注意避免巖層軟弱結構

55、面、斷層，必須通過時，應使隧道的通過長度最小。</p><p>　?。?）隧道穿越兩種巖性迥然不同的巖層接觸帶時，應避免平行和接近平行，應盡可能垂直或接近垂直方向穿越接觸帶。</p><p>　?。?）當隧道通過單斜構造時，隧道中線以垂直巖層走向穿越最為有利。當隧道中線與非水平巖層走向一致或斜交角很小時，應力求將隧道置于巖性較好、強度較高的層內。如巖層傾角較大，又有粘著力較差的軟弱夾層時，

56、應注意有產生順層滑動的可能。</p><p>　?。?）當隧道用過褶曲構造時，隧道位置選擇在褶曲構造一翼或背斜褶皺中軸處通過較為有利。不宜將隧道置于向斜軸部通過。</p><p>　?。?）越嶺隧道首先可以從地形角度選擇可能穿越的埡口，擬定該埡口處越嶺標高及兩側相應的展線方案。綜合考慮工期、經濟效益、技術難度等，選擇適合的臨界標高。</p><p>　?。?)選擇隧

57、道的臨界標高時，應注意下列因素：要盡可能把隧道埋置于較好的地層中；應使洞口位置處于較好的工程地質、水文地質的地方，便于施工場地布置；隧道長度應考慮施工期限和施工技術條件。</p><p>　　根據以上原則，綜合本地段的地形地質情況，虎嶺公路隧道的選址歸結為以下幾個方面：選擇合適的標高，在保證隧道埋深的前提下盡量減少隧道的長度；洞口段中線盡量選擇與地形等高線垂直；地質條件良好，所有地質不良現(xiàn)象忽略；具體問題再具體分

58、析。本隧道設計有兩個線路方案可供選擇：</p><p>　　方案Ⅰ線路為一直線隧道。隧道起點位于虎嶺南麓李家溝口處，終點位于虎嶺北麓韭菜溝口處。進口里程樁號為K66+610，地面高程1251.6米。出口里程樁號為K68+60，地面高程1295.0米。隧道總長度L為1780m。線路的圍巖類別大部分為Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖。</p><p>　　方案Ⅱ線路為一條斜曲線形隧道。起始點位于虎嶺南麓深相溝

59、口處，終點位于虎嶺北麓韭菜溝口處，全長1610m, 進口里程樁號為K66+810，地面高程1251.6米。出口里程樁號為K68+100，地面高程1297.0米。線路的圍巖類別大部分為Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ級圍巖。</p><p><b>　　結論：</b></p><p>　　方案Ⅱ線路隧道為曲線，雖然隧道長度短，但當隧道線性為曲線時，須設置超高和加寬，這將使施工變得復雜，斷面不

60、統(tǒng)一以及它們的相互過渡都會給施工增加難度，而且不利用隧道通風排水和。而隧道設計一般應設為直線，有利于通風和排水;方案Ⅰ線路為直線隧道，線路的圍巖類別依次是Ⅱ、Ⅴ、Ⅳ，符合隧道選擇的基本條件，同時考慮工程施工的難易程度和經濟問題，兩線相比選擇方案Ⅰ線路比較好。</p><p><b>　　3.2縱斷面設計</b></p><p>　　本隧道的基本坡道形式設為單向坡。坡道

61、形式的選擇依據和縱坡坡度的主要控制因素為通風問題和對汽車行駛的厲害。隧道的縱坡以不妨礙排水的緩坡為宜，坡度過大，對汽車行駛、隧道施工和養(yǎng)護管理都不理。單向通行的隧道設計成單向坡是非常有利的，因為汽車都是單坡行駛，發(fā)動機產生的有害氣體少，對通風也很有利?；X公路隧道位于陜西省華縣境內，屬連霍高速公路陜西線西安至潼關段，地處山區(qū)，埋深較大，設置豎井通風施工難度大，；虎嶺公路隧道由于線路需要，進出口段存在一定的高程差；鑒于遇上原因，該隧道決定

62、采用單向坡，坡度設計如下：進口處（K66+610）至出口處（K68+60）為1%的上坡。</p><p><b>　　3.3橫斷面設計</b></p><p>　　3.3.1 建筑界限</p><p>　　虎嶺公路隧道的建筑界限按80km/h時速進行設計，建筑界限取值確定如下：</p><p>　　圖 3.1 隧道建筑界

63、限（單位：cm）</p><p>　　建筑界限橫斷面寬度如下表：</p><p>　　表 2-1 建筑界限設置（單位：cm）</p><p>　　3.3.2 緊急停車帶</p><p>　　虎嶺隧道為長隧道，所以在行車方向的右側設置緊急停車帶，緊急停車帶的路面橫坡取為水平。緊急停車帶的寬度和長度見圖3.2。</p><p&

64、gt;　　圖 3.2 緊急停車帶建筑界限（單位：cm）</p><p>　　3.3.3 內輪廓設計</p><p>　　根據建筑界限，利用三心圓，得出各斷面內輪廓如見下圖：</p><p>　　圖 3.3隧道標準斷面內輪廓（單位：cm）</p><p>　　圖 3.4緊急停車帶斷面內輪廓（單位：cm）</p><p>

65、　　3.4洞口、洞門及明洞設計</p><p>　　結合隧道進出口地形、地貌、工程地質和水文地質條件，并考慮到施工開挖邊坡的穩(wěn)定性，本著“早進晚出”、“少開挖”的原則，確定隧道進出口位置、明洞形式，洞門形式的選擇力求結構簡單，并與洞口地形、地貌協(xié)調一致。</p><p>　　3.4.1洞口、洞門設計</p><p>　　隧道進口及洞身通過地段覆蓋層、風化層較薄，洞門

66、設明洞，明洞形式采用拱形明洞，明洞凈空滿足隧道建筑限界要求。</p><p>　?。?）洞門宜與隧道軸線正交，洞門構造及基礎設置應遵循下列規(guī)矩：</p><p>　?、俣纯谘銎缕履_至洞門墻背的水平距離不宜小于1.5，洞門端墻與仰坡之間水溝的溝底至襯砌拱頂外緣的高度不小于1.0，洞門墻頂高出仰坡不小于0.5。</p><p>　?、诙撮T墻應根據實際需要設置伸縮縫、沉降

67、縫和泄水孔；洞門墻的厚度可按計算或結合其它工程類比確定。</p><p>　?、鄱撮T墻基礎必須置于穩(wěn)固地基上，應視地形及地質條件，埋置足夠的深度，保證洞門的穩(wěn)定?；茁袢胪临|地基的深度不應小于1.0，嵌入巖石地基的深度不應小于0.5；基底標高應在最大凍結線以下不小于0.25；地基為凍脹土層時，應進行防凍脹處理。基底埋置深度應大于墻邊各溝、槽基底的埋置深度。</p><p>　?、芩绍浀鼗?/p>

68、的基礎，可采取加固基礎措施。</p><p>　?、荻撮T結構應滿足抗震要求。</p><p>　?。?）本隧道入口處圍巖分級為Ⅳ級，區(qū)域巖質穩(wěn)定、地形開闊。經過綜合考慮宜采用端墻式洞門，見圖3.5洞門上方女兒墻應有一定的高度，并有排水溝渠，使地表水沿排水渠道有序排離洞門，防止地表水沿洞門流入洞內。洞門接長明洞，減少對仰、邊坡的擾動，是洞門墻離開仰坡底部一段距離，確保落石不會滾落在行車道上。

69、邊、仰坡交界處應采用圓角法開挖，以減少雨水沖刷。</p><p><b>　　圖3.5端墻式洞門</b></p><p>　?。?）出口處圍巖分級為Ⅴ級，為了增加端墻的穩(wěn)定性，同時對路塹邊坡也起支撐作用，故采用翼墻式洞門。頂面與仰坡坡面一致，頂面上設置坡度為0.5%的水溝，將端墻背面排水溝匯集的地表水排至路塹夠內，見圖3.6。</p><p>

70、<b>　　圖3.6翼墻式洞門</b></p><p><b>　　3.4.2明洞設計</b></p><p>　　明洞斷面同隧道斷面，明洞襯砌初步用于出口明挖段，明洞采用全斷面整體式鋼筋混凝土襯砌，考慮到環(huán)境保護的要求，洞口地段邊坡仰坡采用護面墻、植草皮等防護措施，進口洞仰坡采用錨噴混凝土防護措施確保安全。斷面如圖3.7所示： </p&g

71、t;<p><b>　　圖3.7 明洞斷面</b></p><p>　　3.5隧道防、排水設計</p><p>　　水，不僅是影響隧道正常施工的因素之一，也是影響隧道正常運營的重要因素之一。隧道防排水是保證隧道適用性以及襯砌結構、路面、設備耐久性的關鍵。設計原則為使襯砌內壁不滲水。隧道防排水應遵循“以排為主，防、截、堵相結合”的原則，保證隧道結構物和營運

72、設備的正常使用和行車安全。</p><p><b>　　3.5.1 防水</b></p><p>　　（1）本隧道采用復合式襯砌，在初期支護和二次襯砌之間應設置防水板，防水板應采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1.0mm，接縫搭接長度不小于100mm。在防水卷材與噴混凝土層間設置土工布，其作用兼作襯背排水層及緩沖層。</p><p>　　（2）

73、隧道二次襯砌應滿足抗?jié)B要求，采用低堿性膨脹水泥混凝土，混凝土的抗?jié)B等級不低于S6。</p><p>　?。?）隧道二次襯砌的施工縫、沉降縫、伸縮縫應采取可靠的防水措施，采用背貼式橡膠止水帶。</p><p><b>　　3.5.2 排水</b></p><p>　　排，就是人為地設置排水系統(tǒng)，將地下水排出隧道。為了保證運營正常和行車安全，不讓圍

74、巖涌水及隧道內的路面滯水，而能迅速排出隧道，必須考慮排水工程設計。排水工程包括襯砌背面排水工程、路基排水工程、路緣排水工程。</p><p>　?。?）襯砌背面排水工程</p><p>　　隧道開挖后，根據各級圍巖地下水的發(fā)育狀況，在圍巖環(huán)向布設Ω型彈簧排水管以引圍巖滲漏水至基底縱向排水管內，使隧道初期支護排水良好。為了有效地排除二次襯砌背后的積水，消除二次襯砌背后的靜水壓力，在初期支護與

75、防水層之間每間隔10m（若局部地區(qū)滲水量過大?？蛇m當減小其間距）設置一處Φ100mm的透水軟管，環(huán)向軟管與邊墻的縱向排水管（Φ100mm雙壁HDPE打孔波紋管）相接，然后通過橫向引水管（Φ100mm雙壁HDPE打孔波紋管）將水引入底板或仰拱內中間排水溝Φ300mm排出洞外。中間排水溝縱坡與隧道縱坡一致。環(huán)向排水管、透水軟管、縱向排水管、橫向引水管應用無紡布包裹。</p><p><b>　?。?）路基排

76、水工程</b></p><p>　　路基排水工程是指路面以下的排水工程。為了防止路面底層地下水上升的路面影響行車安全，在路面平整層下設置Φ50mm雙壁HDPE打孔波紋管以排除隧道底部滲水，雙壁HDPE打孔波紋管縱向間距為10m，與路面下的底板或仰拱內中間排水溝Φ300mm連通。</p><p><b>　?。?）路緣排水工程</b></p>

77、<p>　　在路面兩側設置Φ300mm開口式路側排水溝，用于路面積水以及隧道清洗等污水的排除通道，排水溝縱坡與隧道縱坡一致。在墻腳與檢修道交角處設置寬45cm、深45cm的縱向凹槽，以利于檢修道面清潔排水。</p><p>　　3.5.3 洞口的防排水</p><p>　　洞口排水：在洞口仰坡邊緣5m以外，設置天溝，并加以鋪砌。對洞頂?shù)乇淼南菅ā⑸羁蛹右曰靥?，對裂縫進行堵塞。為防

78、止洞外水流入隧道內，在地表水上游設置反向排水邊溝或采取截流措施，地下水上游設泄水洞，洞外井點降水。</p><p><b>　　3.6隧道支護設計</b></p><p>　　在隧道及地下工程中，支護結構通常分為初期支護（一次支護）和永久支護（二次支護、二次襯砌）。一次支護是為了保證施工的安全、加固巖體和阻止圍巖的變形。二次支護是為了保證隧道使用的凈空斷面和結構的安全

79、而設置的永久性襯砌結構。</p><p>　　3.6.1襯砌設計規(guī)定</p><p>　　襯砌設計應符合下列規(guī)定：</p><p>　　（1）襯砌斷面宜采用曲邊墻拱形斷面。</p><p>　　（2）隧道圍巖較差地段應設仰拱。仰拱曲率半徑應根據隧道斷面形狀、地質條件、地下水、隧道寬度等條件確定。路面與仰拱之間可采用混凝土或片石混凝土填充。當隧

80、道邊墻底以下為整體性較好的堅硬巖石時，可不設仰拱。</p><p>　?。?）隧道洞口段應設加強襯砌。加強襯砌段的長度應根據地形、地質和環(huán)境條件確定，一般情況下兩車隧道應不小于10m。</p><p>　?。?）圍巖較差地段的襯砌應向圍巖較好地段延伸5至10m。</p><p>　?。?）偏壓襯砌應向一般襯砌段延伸，延伸長度應根據偏壓情況確定，一般不小于10m。&l

81、t;/p><p>　?。?）、凈寬大于3.0m的橫通道與主洞的交叉段應設加強襯砌，加強段襯砌應向各交叉洞延伸，主洞延伸長度不小于5.0m，橫通道延伸長度不小于3.0m。</p><p>　　3.6.2 襯砌結構選擇</p><p>　　隧道襯砌結構的選擇必須結合施工技術，安全作業(yè)以及使用適應性、造價綜合確定。本隧道襯砌結構采用復合式襯砌。復合式襯砌是目前隧道工程常采用的

82、襯砌結構。</p><p><b>　　復合式襯砌的優(yōu)點：</b></p><p>　　（1）設計、施工工藝過程與其相應的襯砌及圍巖受力狀態(tài)均較合理。</p><p>　?。?）質量可靠，能夠達到較高的防水要求。</p><p>　?。?）便于采用錨噴、鋼支撐等工藝。</p><p>　?。?）既

83、能夠充分發(fā)揮錨噴支護的優(yōu)點，又能發(fā)揮二次襯砌永久支護的可靠作用。</p><p>　　復合式襯砌是由初期支護和二次支護組成的，初期支護是限制圍巖在施工期間的變形，達到圍巖的暫時穩(wěn)定；二次支護則是提供結構的安全儲備或承受后期圍巖壓力。兩層襯砌之間宜采用緩沖、隔離的防水夾層，其目的是，當?shù)谝粚赢a生變形及形變壓力較大時，仍給予極少量形變的可能，可降低形變壓力。而當一次襯砌支護力不夠時，可將少量形變壓力均勻的傳布到二次襯

84、砌上，并依靠二次襯砌進一步制止繼續(xù)形變，且不使一次襯砌出現(xiàn)裂縫時，二次襯砌也出現(xiàn)裂縫。由于二層襯砌之間有了隔離層，則防水效果良好，且減少二次襯砌混凝土的收縮裂縫。確定開挖尺寸時，應預留必要的初期支護變形量，以保證初期支護穩(wěn)定后，二次襯砌的必要厚度。</p><p>　　3.6.3 襯砌設計</p><p>　　虎嶺公路隧道圍巖類別為Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ類，地質條件良好，設計襯砌斷面均為曲墻式，Ⅳ、Ⅴ

85、類圍巖地段采用帶仰拱復合式襯砌。復合式襯砌以錨桿、噴射混凝土和鋼筋網混凝土、鋼拱架為初期支護，模筑混凝土或鋼筋混凝土為二次支護，在兩次支護之間設PVC復合防水板作為防水層。</p><p><b>　　（1）初期支護</b></p><p>　?、?、Ⅴ類圍巖初期支護采用徑向系統(tǒng)錨桿、鋼筋網及噴射混凝土。</p><p><b>　　支

86、護參數(shù)：</b></p><p>　　a、 Ⅳ類圍巖：預留變形量50mm，錨桿按梅花形布設，環(huán)向間距為100cm，縱向間距為100cm，錨桿長度280cm，錨桿、鋼筋網（間排距25cm）設置與拱部180°范圍。</p><p>　　b、Ⅳ類圍巖：預留變形量80mm，錨桿按梅花形布設，環(huán)向間距為80cm，縱向間距為80cm，錨桿長度400cm，錨桿、鋼筋網（間排距25c

87、m）設置與拱部180°范圍。 </p><p><b>　?。?）二次襯砌</b></p><p>　　根據隧道荷載大小確定其厚度及是否采用鋼筋混凝土，二次襯砌施作的合理時間應根據施工檢測數(shù)據確定，盡可能發(fā)揮初期支護的承載力，但又不能超過其承載能力。Ⅱ類圍巖采用30cm厚模筑混凝土襯砌。Ⅳ類圍巖采用35cm厚模筑混凝土襯砌。Ⅴ類圍巖采用45cm厚模筑混凝土襯

88、砌。</p><p><b>　　3.7隧道通風設計</b></p><p>　　3.7.1通風設計應考慮的因素及應符合的要求</p><p>　　公路隧道通風設計應綜合考慮交通條件、地形、地物、地質條件、通風要求、環(huán)境保護要求、火災時的通風控制、維護與管理水平、分期實施的可能性、建設與營運費用等因素。</p><p>

89、　　目前道路隧道通風方式大體如下：</p><p>　　自然通風 </p><p><b>　　射流風機縱向通風</b></p><p>　　縱向通風 豎（斜）井集中排風縱向通風</p><p>　　隧道通風方式 豎（斜）井排送組合

90、縱向通風</p><p><b>　　送風式半橫向通風</b></p><p><b>　　半橫向通風</b></p><p>　　機械通風 排風式半橫向通風</p><p><b>　　全橫向通風 </b></p><p&g

91、t;<b>　　混合式通風</b></p><p>　　根據《公路隧道工程設計規(guī)范》，隧道通風應符合以下要求</p><p>　?。?）單向交通的隧道設計風速不宜大于10m/s，特殊情況下可取12m/s；雙向交通的隧道的設計風速不應大于8m/s；人車混合通行的所遇到設計風速不應大于7m/s。</p><p>　?。?）風機產生的噪音及隧道中廢氣

92、的集中排放均應符合環(huán)保的有關規(guī)定。</p><p>　?。?）確定的通風方式在交通條件等發(fā)生變化時，應具有較高的穩(wěn)定性，并能適應火災工況下的通風要求。</p><p>　　（4）隧道內運營通風的主流方向不應頻繁變化。</p><p><b>　　3.7.2通風設計</b></p><p>　　在隧道運營期間，隧道內保持良

93、好的空氣和行車安全的必要條件。為了有效降低隧道內有害氣體與煙霧的濃度，保證司乘人員及洞內工作人員的身體健康，提高行車的安全性和舒適性，公路隧道應做好通風設計保證隧道良好通風。</p><p>　　虎嶺公路隧道通風設計主要考慮因素：</p><p>　?。?）隧道長度及地形，虎嶺公路隧道全長1780m，為長隧道，風阻力大。自然風量??；隧道縱斷面采用單向坡。</p><p&

94、gt;　　（2）公路等級，該隧道為單向雙車道汽車專用高速公路 ，設計行車速度為80Km/h。</p><p>　?。?）隧道隨處地區(qū)的地理、氣候條件和周圍環(huán)境的影響，虎嶺公路隧道位于陜西省華縣境內，地屬山區(qū)，平均海拔高度1262m，年平均風速應充分考慮利用。</p><p>　?。?）交通量，虎嶺公路隧道，車流量較大，年平均日交通量，前期（2010年）9358輛/每日（小車），遠期（203

95、0年）11274輛/每日 (小車)。</p><p>　?。?）隧道內交通事故、火災等非常情況。</p><p>　?。?）隧道工程造價的維修保養(yǎng)費用等。</p><p><b>　　3.8隧道照明設計</b></p><p>　　隧道照明是消除隧道內駕駛所引起的各種視覺問題的主要方法。由于隧道照明不分晝夜，電光照明費用

96、較高，因此，必須科學地設計隧道的照明系統(tǒng)，充分利用人的視覺能力，使隧道照明系統(tǒng)安全可靠，經濟合理。</p><p>　　虎嶺公路隧道，進、出口處地形緩和，對洞內照明設計有利。本隧道照明分別設置洞外照明和洞內照明，洞外照明為接近段，洞內照明為：入口段、過渡段、中間段和出口段，照明計算以照明燈具的資料為基礎數(shù)據，并考慮了隧道內采用水泥路面為計算條件。 </p><p><b>　　4

97、 襯砌結構計算</b></p><p><b>　　4.1基本資料</b></p><p>　　結構斷面圖如下圖所示</p><p><b>　　圖4.1隧道斷面圖</b></p><p><b>　　4.1.1巖體特性</b></p><p&g

98、t;　　計算摩檫角，巖體重度，圍巖的彈性反力系數(shù)，基底圍巖彈性反力系數(shù)。</p><p><b>　　4.1.2襯砌材料</b></p><p>　　襯砌采用C25混凝土，重度，彈性模量，混凝土襯砌軸心抗壓強度標準值，混凝土軸心抗拉強度標準值 。</p><p><b>　　4.1.3結構尺寸</b></p>

99、<p>　　543cm 593cm 90°</p><p>　　793cm 843cm 15°</p><p>　　100cm 160cm 59° </p><p>　　B=1186cm， H=896.22cm =123.8 cm （拱頂厚度）

100、=50cm</p><p>　　假設起拱線以下的起拱線為一段圓弧，半徑為，圓心角為。</p><p><b>　　4.2基本計算數(shù)據</b></p><p>　　圍巖類別 Ⅳ級</p><p>　　巖體重度 </p><p>　　圍巖的彈性反力系

101、數(shù) </p><p>　　基底圍巖彈性反力系數(shù) </p><p>　　襯砌材料用C25混凝土，其</p><p>　　受壓彈性模量 </p><p>　　重度 </p><p>　　軸心抗壓強度標準值 </p><p>　　軸心抗

102、拉強度標準值 。</p><p>　　襯砌斷面加寬 W=50cm</p><p><b>　　4.2.1襯砌計算</b></p><p><b>　　主動荷載計算</b></p><p>　　垂直均布壓力計算公式為：</p><p><b>

103、　?。?.2.1）</b></p><p><b>　　（4.2.2）</b></p><p>　　式中：q—— 垂直均布壓力（kN/m2）；</p><p>　　—— 圍巖重度（kN/m³），23kN/m³；</p><p>　　s—— 圍巖級別，s=4；</p><

104、p>　　B—— 隧道寬度（m）；</p><p>　　i—— B每增減1m時的圍巖壓力增減率，以B=5m的圍巖垂直均布壓力為準，當B＜5m時，取i=0.2；當B＞5m時，取i=0.1。</p><p>　　—— 寬度影響系數(shù).</p><p>　　4.2.2圍巖垂直均布荷載</p><p>　　已知：圍巖類別 S=4,巖體重度 ，襯砌全

105、寬 B=1186cm，取i=0.1，則：</p><p><b>　　寬度影響系數(shù) </b></p><p><b>　　垂直均布荷載 </b></p><p><b>　　水平均布荷載 </b></p><p><b>　　4.3 繪制分塊圖</b>&l

106、t;/p><p>　　因結構對稱，荷載對稱，故取半跨計算，如圖4.2</p><p>　　圖4.2半跨結構計算圖示</p><p>　　4.4計算半拱軸線長度</p><p>　　由圖可知，水平線以下軸線為兩圓弧，半徑為、 ，=834.2cm ，=148.0cm， </p><p>　　計算半拱軸線長度S及分塊軸線

107、長度</p><p><b>　　半拱軸線長度: </b></p><p><b>　　分塊長度： </b></p><p>　　4.5計算各分段截面中心的幾何要素</p><p>　　4.5.1求各截面與豎軸的夾角</p><p><b>　　校核角度： &

108、lt;/b></p><p>　　截面與豎軸的夾角如下表4.1所示： </p><p>　　表4.1截面與豎軸的夾角</p><p>　　4.5.2求各截面的中心坐標</p><p>　　求個截面的中心坐標（單位：m）</p><p><b>　　坐標校核：</b></p>&

109、lt;p>　　4.6計算基本結構的單位位移</p><p><b>　　計算過程見表4.2</b></p><p><b>　　校核： </b></p><p>　　說明變位計算結果正確。</p><p>　　表4.2 曲墻拱結構幾何要素及δik計算過程表（一）</p><

110、;p>　　表4.2 曲墻拱結構幾何要素及δik計算過程表（二）</p><p>　　4.7計算主動荷載在基本結構中產生的位移</p><p>　　豎向力： （kN）</p><p>　　側向水平力： (kN)</p><p>　　自重力： (kN)</p><p>　　式中：——相鄰兩截面之

111、間的襯砌外緣的水平投影。</p><p>　　——相鄰兩截面之間的襯砌外緣的豎直投影。</p><p>　　以上各集中力均通過相應荷載圖形的形心。</p><p>　　4.7.1主動荷載在基本結構上產生的內力</p><p>　　分塊上各集中力對下一分點的截面形心的力臂由CAD圖量取，并分別記為、、</p><p>　

112、　圖4.3單元主動荷載圖示</p><p><b>　　彎矩：</b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p><b>　　軸力：</b></p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p>　　式中、——相

113、鄰兩截面中心點的坐標增量：</p><p>　　、的計算過程如下表（4.3）所示:</p><p>　　表4.3 、取值（一）</p><p>　　表4.3 計算過程表（二）</p><p>　　表4.3 計算過程表(三)</p><p>　　表4.3 計算過程表（四）</p><p><

114、b>　　校核：</b></p><p><b>　　計算誤差：</b></p><p><b>　　在誤差范圍內。</b></p><p>　　4.7.2 主動荷載位移</p><p><b>　　計算過程見表。</b></p><p>

115、;　　表4.4和的計算過程表</p><p>　　經校核，故計算正確。</p><p>　　4.7.3 墻底位移計算</p><p>　　單位彎矩作用下墻底截面產生的轉角：</p><p>　　主動荷載作用下墻底截面產生的轉角：</p><p>　　4.8 解主動荷載作用下的力法方程</p><p

116、><b>　　式中 </b></p><p>　　其中 f—拱失高，取=8.662652</p><p>　　解： （kN/m）</p><p><b>　?。╧N）</b></p><p>　　4.9 求主動荷載作用下各截面的內力</p><p>　　求主

117、動荷載作用下各截面的內力，并校核計算精度。</p><p><b>　　（kN/m）</b></p><p><b>　?。╧N）</b></p><p>　　表4.5 、計算過程表</p><p>　　4.10 求單位彈性反力及相應摩擦力作用下，基本結構中產生的變位 求單位彈性反力及相應摩

118、擦力作用下，基本結構中產生的變位和</p><p>　　4.10.1各截面的彈性反力強度</p><p>　　最大彈性反力零點假定在截面3，即，最大彈性反力值假定在截面5，即。</p><p>　　圖4.4單元單位彈性反力荷載圖示</p><p>　　拱圈任意截面的外緣彈性反力強度：</p><p><b>

119、　?。╧Pa）</b></p><p>　　邊墻任意截面外緣的彈性反力強度：</p><p><b>　　（kPa）</b></p><p>　　4.10.2 各分塊上的彈性反力集中力</p><p><b>　?。↘n）</b></p><p>　　作用方向垂直

120、初砌外緣，并通過分塊上彈性反力圖形的形心。以上計算過程見表：</p><p>　　表4.6各點彈性反力的計算過程表</p><p>　　4.10.3 彈性反力集中力與摩擦力集中力的全力</p><p><b>　　本算例不考慮摩擦力</b></p><p>　　4.10.4 計算作用力下基本結構的內力</p>

121、<p><b>　　（Kn·m）</b></p><p><b>　?。↘n）</b></p><p>　　計算參照表4.7進行。</p><p>　　表4.7的計算過程表（一）</p><p>　　表4.7的計算過程表（二）</p><p>　　4.

122、10.5 計算作用理產生的荷載位移</p><p>　　計算結果見表4.8。</p><p>　　經校核，，故計算正確。</p><p>　　表4.8、計算過程表（一）</p><p>　　4.11單位彈性反力作用下的力法方程</p><p><b>　　（rad）</b></p>

123、<p><b>　　式中 </b></p><p>　　其中 f—拱失高，取=8.662652</p><p><b>　　解得</b></p><p>　　代入原方程檢驗，計算正確。</p><p>　　單位彈性反力圖及摩擦力作用下截面的內力，并校核計算精度</p>