4/4二、隧道洞門及襯砌設計《地下工程》課程設計報告二設計題目：隧道洞門及襯砌設計

院系：河海學院

專業(yè)：地質工程

年級：2011級班

姓名：

指導教師：翁其能

重慶交通大學河海學院

2014年6月25日

說明：

本次《地下工程》課程設計任務書，依據重慶交通大學的課程設計有關要求、地質工程專業(yè)的課程設計指導辦法編制，主要用于河海學院學院地質工程專業(yè)《地下工程》課程設計的任務安排，是地質工程專業(yè)學生完成課程設計的依據文件之一。進行《地下工程》課程設計的學生應認真閱讀、理解本設計任務書，完成本任務書所要求的課程設計任務。

本次《地下工程》課程設計任務書按照有關要求包括以下二個部分。

第一部分：課程設計的目的、內容、任務與工作準備

第二部分：課程設計成果及要求

第一部分課程設計的目的、內容、任務與工作準備一、課程設計的題目及意義

本次課程設計為《地下工程》課程設計。

課程設計的題目為：隧道洞門及襯砌設計。

課程設計的意義：結合學生課堂學習內容，根據地下工程的實際要求，加深對所學知識的認識，提高應用所學知識解決實際問題的能力。

二、課程設計的目的

本次課程設計要通過資料收集、方案選擇、結構受力分析、結構設計等過程，達到加深對《地下工程》所學知識認識的目的，并對《地下工程》所學的知識進行總結和應用，學會理論聯(lián)系實際，解決實際問題的能力。并通過課程設計環(huán)節(jié)，鍛煉實際工作能力。

三、課程設計的內容

本次課程設計包括兩個方面內容——隧道洞身的設計和隧道洞門的設計。課程設計內容應具備：隧道橫斷面設計，隧道襯砌的設計，隧道洞室防排水設計，隧道開挖及防排水方案，洞門的相關設計，相關圖紙。

四、課程設計的任務

1.通過資料收集、整理，確定所選項目的設計依據、工程概況等。

2.洞身包括襯砌的計算。

3.洞門計算和驗算。

4.提交課程設計成果。

五、課程設計的工作準備

1．按照本任務書制定課程設計的工作計劃,依據本設計任務書對時間進行有效安排。

2.為課程設計工作進行準備，比如提前安排好電腦的使用、網絡的使用、調查計劃的執(zhí)行、圖書資料的查閱等。

3.充分利用已有條件，根據課程設計的要求進行資料收集和數(shù)據收集工作。

4.做好其它學習工作安排，并保證課程設計的順利實施。

第二部分課程設計成果

一、設計依據

1、現(xiàn)場踏勘情況及對工程環(huán)境的調查研究；

2、國家現(xiàn)行有關建筑法律法規(guī)；設計規(guī)范、標準等。

3、參考規(guī)范：

《建筑結構荷載規(guī)范》（GB50009-2001）（2006年版）

《公路隧道設計規(guī)范》（JTGD70—2004）

《隧道工程》王成人民交通出版社

覃仁輝主編,《隧道工程》,重慶大學出版社,2001.12;2.

王毅才主編,《隧道工程》,人民交通出版社,2000.8;

JTG042-94公路隧道施工技術規(guī)范,人民交通出版社,1995.8;

張慶賀、朱合華編著，土木工程專業(yè)畢業(yè)設計指南“隧道及地下工程分冊”，中國水利水電出版社，1999.4

本課《地下工程》教材

二、設計資料

該隧道取自“某某隧道隧道設計”進口段，公路等級為Ⅱ級，雙車道。該隧道段通過Ⅲ級圍巖。埋深15m，隧道圍巖天然容重是23.8KN/m3。

對于洞口洞門設計與驗算資料：地基土的摩擦系數(shù)為0.65.地基土的容重為

17KN/m3.地基容許承載力σ

=600KPa.

三、隧道洞身設計

1、隧道橫斷面設計

1.1公路隧道建筑限界的確定

根據此公路為雙車道Ⅱ級，圍巖Ⅲ級，據《公路隧道設計規(guī)范》選取隧道公路基本限界基本值如下：H建筑限界高度取5m;h檢修道或人行道的高度取25cm;W行車道高度3.5x2m;L左、右側向寬度0.5m;C余寬取0；R人行道或檢修道J的寬度取1m;E建筑界線左右頂角寬度E=L=1m（當L（右）≤1m時E=L(右)，當L>1m時E=1m);隧道限界凈寬：7+0.5x2+1x2=10(m)。設計行車速度為60km/h。具體建筑限界設計圖如2.1所示：

1.2隧道內輪廓線的確定

本隧道為Ⅲ級圍巖隧道，一般不產生較大的側壓力，不需設仰拱，可以采用直墻，此時隧道的凈斷面積最小，便利施工，還能減少墻部開挖量。如圖2.2所示。在建筑限界以上設置射流風機，高度取1.1m，取施工允許誤差0.1m。根據《公路隧道設計范圍》，并結合實際情況，本隧道作圖法確定公路隧道直墻式襯砌斷面內輪廓線。其中，建筑界限外富余量0.1m，路面以下預留厚度0.5m.

1.3襯砌結構主要尺寸初步擬定

在經驗的基礎上，施工和安全等綜合考慮，邊墻和拱頂均采用等截面襯砌設計，按照三級圍巖的堅固系數(shù)值upf值取10，拱頂襯砌厚度0d擬定為40cm。邊墻同樣為40cm.路面以下設置厚50cm。最終確定公路隧道橫斷面圖見附圖2.1。

2、隧道襯砌設計

2.1隧道襯砌解析半襯砌法進行內力計算

（1）計算圖示、基本結構及正則方程

(a)(b)

圖2.3半襯砌基本結構及約束

（a)計算簡圖（b）基本結構

按拱頂切開處的截面相對變位為零的條件，課建立如下正則方程式：0220

20022222211011122111=++?+?++=+?+++ufxxβΔδxδxppβδδσσ（2-1）

式中：ikδ--單位變位

ip?--荷載變位f--拱圈矢高

00,uβ--拱腳截面的最終轉角和水平位移。σ

i?——彈性抗力σ引起的拱頂切口處相對角變與相對水平位移由結構力學求變位的方法得：∑∑?≈??≈JMME

SipJMMESPikiik0δ（2-2）

如果式（2-1）的各變位都能求出，則可用結構力學的方法解算未知力21,XX,此時，拱圈內力即可算出多余未知力X1和X2，進而求出拱圈內力.

(a)

(b)

圖2.4（a)直墻拱(b)計算簡圖

2.2隧道埋深的確定及圍巖壓力的計算

設計要求埋深為hc=15m，則天然拱高度

()[]=-?+??=-51245.01*Bihs0.45*22*[1+0.1*（11-5）]=2.88（m)

有效高度影響系數(shù)取α=2.2，hch===∑∑MMKy故抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求

2.2抗滑動驗算

對于水平基底.

3.1≥=∑∑

ENfKcKc=()3.123.434.7265.0)28.356.435(≥=?+=+Exf

EyG故抗滑穩(wěn)定性滿足要求。

2.3基底合力偏心距驗算：

設作用于基底的合力法向分為∑N,其對墻趾的力臂為2N,合力偏心距為e.則：

mEyGExZxZyEyZGZGNMMyN883.028

.356.435667.334.7292.128.3582.6430=+?-++=+-++?=∑∑∑=-017.028.12=-=-=

ZnZnBe

合力作用線在中心線右側

3.06

057.0=<=Be計算滿足要求。

kapkpaBeBN

76.26042.276)8.1017.061(8.188.4706)1(minmaxmaxmin==?±=±=

∑σσσ

<=kap42.276σ[]kpa

600=σ，[σ]為基底控制壓應力,計算結果滿足要求。2.4墻身截面偏心距及強度驗算：

（1）墻身截面偏心距e

mBNMekNEyGNmKNBEyHHExMBN

Me54.03.0214.088

.47087.10088.47028.356.435.87.1002

8.128.35)311211(34.722)32(3.0=<====+=+==?--?=--=<=

計算結果滿足要求。