后坡隧道综合设计说明.doc
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1、后坡隧道综合设计毕业设计摘 要随着科技的不断进步,现代隧道无论是从结构计算,还是从施工方法都较以前有了较大的飞跃。本毕业设计为高速公路隧道,注重的是结构的设计与计算。本设计根据设计任务书的要求和参考公路隧道设计规与其他各规,对某山岭高速公路上的后坡隧道进行了综合设计。主要容包括:根据地质条件、水文条件等多方面的因素进行洞门设计、隧道横、纵断面设计、隧道衬砌结构设计、防排水与管线沟槽设计以与施工组织设计,并进行了初期支护结构计算与隧道二次衬砌的结构计算,同时还完成了隧道通风、照明的计算与设计。关键词:公路隧道,毕业设计,衬砌结构,通风照明 ABSTRACTWith the progress of
2、 science and technology, modern tunnel either from the structure calculation or from the construction method is used to have a greater leap forward. This graduation design for highway tunnel, attention is focused on the design and calculation of structure.According to the design requirements of the
3、task and the reference code for design of road tunnel and other specifications, the comprehensive design of the slope of a mountain highway tunnel. The main contents include: according to the geological conditions, hydrological conditions and many other factors, tunnel portal design of horizontal an
4、d vertical section design, tunnel lining structure design, sub grade and pavement drainage trench and pipeline design and construction organization design, calculation and initial supporting structure two calculation of lining and tunnel structure, but also complete calculation and design of ventila
5、tion, lighting, tunnel.Keywords: highway tunnel, graduation design, lining structure, ventilation and lighting目 录前言1第1章设计背景资料21.1采用的技术标准与设计标准规21.1.1主要技术标准21.1.2主要设计标准规21.2工程概况21.3工程地质概况2第2章总体设计32.1选址考虑32.2洞口选址与线型考虑32.3纵断面设计42.4横断面设计42.4.1建筑限界42.4.2紧急停车带与横向通道42.4.3轮廓设计4第3章洞口设计63.1洞口段地质评价63.2洞口设计63.2.
6、1洞门类型选择63.2.2洞口设计6第4章隧道防排水74.1防排水要求74.2防排水原则74.3后坡隧道的防排水措施74.3.1洞外防排水74.3.2洞防排水8第5章初期支护计算95.1确定计算参数95.2计算隧道周边设计支护阻力与径向位移95.3计算初期支护能提供的总支护阻力和允许隧道洞壁产生的总径向位移105.4初期支护总阻力和位移的校核12第6章二次衬砌力计算136.1基本资料136.2荷载确定136.2.1围岩竖向均布压力136.2.2围岩水平均布压力:146.3衬砌几何要素146.3.1衬砌几何尺寸146.3.2半拱轴线长度146.3.3各分块接缝中心几何要素156.4主动荷载作用下
7、的衬砌压力计算166.4.1单位位移166.4.2 主动荷载在基本结构中引起的位移196.4.3弹性抗力与相应的摩擦力引起的位移236.4.4墙底位移266.5解力法方程266.6计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌力276.7最大抗力值的求解286.8计算衬砌总力296.9衬砌截面强度验算316.10力图32第7章隧道通风照明设计337.1隧道通风设计337.1.1基本条件337.1.2车辆组成337.1.3需风量计算(按80km/h计算)337.1.4需风量计算(按60km/h计算)357.1.5需风量计算(按40km/h计算)357.1.6需风量计算(按20km/h计算)367.1.7通
8、风设计计算377.1.8交通阻滞状态下的通风设计计算417.2隧道照明设计437.2.1基本参数437.2.2基本指标437.2.3照明设计44第8章施工方案设计478.1施工准备478.2辅助施工方法478.2.1大管棚超前注浆支护478.2.2超前小导管注浆支护488.3施工设计488.3.1总体方案与部署488.3.2洞口施工488.3.3隧道施工49参考文献53附录154附录261致7364 / 69前 言毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段,是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。本次毕业设计所选题目是:后坡隧道综合设计,
9、设计要求为:设计行车速度100km/h,双洞单行。本设计将分为外文翻译、地质平面图、纵断面图设计、建筑限界与轮廓设计、各级围岩衬砌结构设计与计算、防排水设计、洞门与明洞设计、通风、照明设计与计算等方面。按学校毕业设计条例与教研室实施细则整理毕业设计成果,做好毕业答辩准备工作。设计全过程将充分考虑安全、经济、适用三要素,隧道设计注意与周围环境的协调,功能区组合合理。考虑隧道自身特点,着力体现现代化隧道集实用与建筑之美。结构设计要求结构布置合理,构件设计经济合理。具体设计容将按照规在说明书和设计图中详细体现。毕业设计三个多月的时间里,在指导老师的帮助下,经过资料查阅、设计计算,加深了对新规、规程、
10、手册等相关容的理解。巩固了专业知识、提高了综合分析、解决问题的能力。由于自己水平有限,难免有不妥和疏忽之处,敬请各位老师批评指正。 二零一三年六月第1章 设计背景资料1.1采用的技术标准与设计标准规1.1.1主要技术标准(1)隧道采用分离式单向行驶两车道隧道(上、下行分离)。(2)隧道设计车速为100km/h。1.1.2主要设计标准规(1)公路工程技术标准(JTG B01-2003)(2)公路隧道设计规 (JTG D70-2004)(3)公路隧道施工技术规 (JTJ042-94)(4)公路隧道通风照明设计规 (JTJ026.1-1999)1.2工程概况后坡隧道为分离式长隧道,上行线隧道进口桩号
11、K126+025,出口桩号K127+685,隧道设计高程为1003.341030.68m,主洞路面宽度为9.00m,拱顶高7.35m,全长1660m, 隧道纵坡为单坡,i=1.8%,L=1660m。1.3工程地质概况后坡隧道属浅埋松软黄土和软胶结岩石型隧道,隧址区揭露的地层岩性从上到下一次为:一般新黄土饱和黄土一般新黄土老黄土泥岩。隧址区节理裂隙较发育,线密度较疏,组合后尚不至于形成不良结构面,故对洞室稳定性影响有限。隧道上行线:K126+025K126+110段围岩级别为级,该段围岩长85m,一般新黄土,局部老黄土,富含第四纪孔隙水,多呈饱和状,为易蠕动的松软结构,围岩极易坍塌变形,受大气降
12、水和黄土层孔隙水的影响,有渗水或滴水现象。K126+110K127+375段围岩级别为级,该段围岩长1265m,深一般新黄土和老黄土,少量泥岩,节理裂隙极发育,呈松散结构,围岩易坍塌,侧壁可能发生小坍塌,受大气降水影响,局部有渗水现象。K127+375K127+685段围岩级别为级,该段围岩长310m,一般新黄土,局部老黄土,在影响厚度围存在老黄土的段落受大气降水与地表黄土层空隙水影响,局部有渗水、滴水现象。第2章 总体设计2.1选址考虑隧道总体设计应遵循以下原则:(1)在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查基础上,综合必选隧道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等,提出推荐方案。地质
13、条件很差时,特长隧道的位置应控制路线走向,以避开不良地质地段;长隧道位置亦应尽可能避开不良地质地段,并与路线走向综合考虑;中、短隧道可服从路线走向。(2)根据公路等级和设计速度确定车道数和建筑界限。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。隧道外、纵线形应协调,以满足行车的安全、舒适要求。(3)根据隧道长度、交通量与其构成、交通方向与环保要求等,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。(4)应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和运营要求,对隧道外防排水系统、消防给水系统、辅助通道、弃渣处理、管理设施、交通工程设施、环境保护等做综合考虑。(5)当
14、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的措施。后坡隧道位置选择包括洞身位置和洞口位置的选择两项,主要以地形、地质为主等进行综合考虑,宜首先排除显著不良地质地段,按地形条件拟定隧道与接线方案,在进行深入的地址调查,综合各方面因素,选定隧道位置。2.2洞口选址与线型考虑(1)隧道洞口位置应根据地形、工程地质与水文地质情况,着重考虑隧道仰坡、边坡的稳定,保证施工与运营的安全,并结合洞口有关工程与施工条件,综合研究比选确定。一般情况隧道宜早进洞、晚出洞。根据工程地质调绘与钻探资料,隧道上行线进口位于黄土斜坡上,洞口前缘与两侧发育有黄土冲沟,黄土斜坡地表多为田坎,坡形较完整,坡度5463,
15、风积黄土层厚21.525.8m;上行线出口位于黄土缓坡上,地形相对较平坦,地表为农田,坡度约,2528风积黄土层厚度21.525.8m。两侧洞口段均未发现滑坡等不良地质现象,土体现处于稳定状态,但是必须切实解决好防排水与边仰坡防护问题,洞口应避免大量开挖,防止造成较大面积的土体失稳。隧址区地表覆盖层以上由风积黄土、饱和黄土、一般新黄土、下伏老黄土和泥岩为主。由于地层形成时代较新,故受地质构造变动影响较小,节理较发育。岩土体受风化作用、胶结程度等自身结构构造影响,力学性质上呈强度低,硬度小,成岩作用差,岩体整体性较好的特点。该地区地下水资源匮乏且地下水对混凝土无腐蚀性。因此,后坡隧道根据上述分析
16、,并结合地质图,隧道为小曲率隧道,详细情况请参见本隧道毕业设计相关图纸。2.3纵断面设计本隧道的基本坡道形式设为单坡。坡道形式的选择依据和纵坡坡度的主要控制因素为通风问题。隧道的纵坡以不防碍排水的缓坡为宜,坡度过大,对汽车行驶、隧道施工和养护管理都不利。单向通行的隧道设计成单坡对通风是非常有利的,因汽车都是单坡行驶,发动机产生的有害气体少,对通风有利。因此,隧道纵坡整体设计为单坡,i=1.8%,L=1660m。2.4横断面设计2.4.1建筑限界后坡隧道的建筑限界按100km/h时速设计,建筑限界取值如下:表2.1建筑限界设置(单位:m)设计速度(km/h)车道宽度W硬路肩宽度检修道宽度净宽净高
17、左侧右侧左侧右侧10.505.010023.750.501.000.750.752.4.2紧急停车带与横向通道紧急停车带与横向通道横断面均采用公路隧道设计规(JTG D70-2004)设计速度v=100km/h的标准断面。紧急停车带拱顶部采用R=747cm圆弧,拱下部采用R=543cm圆弧,侧墙采用R=820cm大半径圆弧,仰拱半径为1800cm,仰拱与侧墙间采用R=150cm小半径圆弧连接。紧急停车带路面宽度为11.50m,拱顶高792cm。紧急停车带宽度包括右侧硬路肩为3.5m,紧急停车带建筑限界净宽13.00m,净高5.0m。横向通道包括行车横洞与人行横洞。行车横洞断面按单心圆直墙式衬砌
18、设计,建筑限界净宽4.5m,净高5.0m。人行横洞断面按单心圆直墙式衬砌设计,建筑限界净宽2.0m,净高2.5m。2.4.3轮廓设计隧道主洞横断面采用公路隧道设计规(JTG D70-2004)设计速度v=100km/h的标准断面。主洞拱部采用R=570cm单心半圆,侧墙采用R=820cm大半径圆弧,仰拱半径为1500cm,仰拱与侧墙间采用R=100cm小半径圆弧连接。主洞路面宽度为9.00cm,拱顶高7.35m。图2.1 隧道轮廓与建筑限界设计图第3章 洞口设计3.1洞口段地质评价根据工程地质调查与钻探资料得知:隧道上行线进口洞口位于黄土斜坡上,洞口前缘与两侧发育有黄土冲沟,黄土斜坡地表多为田
19、坎,坡形较完整,坡度约5463,风积黄土层厚21.525.8米,钻孔深度围未见有地下水,其土石等级属类,洞口开挖时建议边仰坡率为1:0.751.25。隧道上行线出洞口位于黄土缓坡上,地形相对较平坦,地表为农田,坡度约2528,风积黄土层厚21.525.8米,钻孔深度围未见有地下水,其土石等级属类,洞口开挖时建议边仰坡率为1:0.751.25。隧道两端洞口应同时切实解决好防排水与边仰坡防护问题。两侧洞口段未发现滑坡等不良地质现象,土体现处于稳定状态,洞口应避免大量开挖,防止造成较大面积的土体失稳。 3.2洞口设计3.2.1洞门类型选择根据地质评价本隧道进口端围岩较松软,应避免大挖大刷,故采用削竹
20、式洞门;出口端围岩地质较稳定,故洞口拟采用端墙式洞门。3.2.2洞口设计在洞口工程设计中,将洞口工程作为一项重要的景观设计,同时满足安全功能与景观功能,从而实现隧道景观与自然景观的有机结合。根据洞口地形、地质、水文地质等条件,着重考虑边、仰坡的稳定,同时贯彻“早进洞、晚出洞”的原则,确定洞门位置和形式,使其与周围环境协调一致。后坡隧道进口洞门为削竹式洞门,出口端洞门为端墙式洞门。隧道洞口工程设计始终坚持“保护生态、保护环境”的设计理念,隧道洞口开挖避免了大挖大刷,较好地控制了隧道仰坡高度,隧道边坡与仰坡主要采用菱形框架种草的绿色护面。端墙地基均采用水泥稳定砂砾换填,地基承载力不小于250kPa
21、。菱形框架护脚地基均采用60cm厚水泥石灰稳定土换填,地基承载力不小于200kPa。隧道洞门端墙与帽石采用粗料石饰板贴面,明洞拱圈外缘采用汉白玉饰面。在隧道进出口上下行线间设了回车匝道,以确保隧道运营管理安全、方便。第4章 隧道防排水4.1防排水要求水对隧道的危害是多方面的,漏水的长期作用可能造成隧道的侵蚀破坏,危害隧道的结构耐久性;寒冷地区,尤其是严寒地区,隧道衬砌渗水反复的冻融循环在衬砌的部造成衬砌混凝土冻胀开裂破坏;隧道漏水还将使隧道拱部和侧墙产生冰凌侵入净空;隧道滴水将使路面结冰,降低轮胎与路面的附着力,恶化隧道的营运条件,危与行车安全;隧道渗漏水还将极降低隧道各种设施的使用功能和寿命
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