毕业设计计算书-花子坳隧道设计.docx
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1、湖南工程学院毕业设计前言通过本次毕业设计，要求基本掌握公路隧道设计的全部过程，包括隧道的选线、几何线型设计、洞门位置及洞门形式的优化与设计、根据不同的围岩类别选择支护类型及施工方法；结构的横断面设计（断面形式、几何尺寸、衬砌厚度），并完成结构安全性检算；辅助施工的一般过程及相关环境评价。结合花子坳隧道设计过程，提高对专业知识的深刻认识，扩大知识面，培养设计能力，掌握常用相关设计制图软件，完成隧道设计任务。由于水平有限，时间仓促，本书难免有错误和不足之处，恳请老师和读者们批评改正！第1章 概 述1.1选题的目的及意义1.1.1选题的目的根据土木工程专业（岩土与地下工程方向）的培养目标及毕业生的主
2、要服务去向为隧道现场施工，通过所做毕业设计，能把在学校四年期间所学的基础理论、专业知识、专业选修课知识、工程绘图内容和基本技能全面应用于实际工程施工中，综合训练应用现行规范、调查研究、方案制定、设计与计算、计算机应用、数据处理、文件撰写、口头表达等方面的能力，提高学生独立思考问题、分析问题和解决一般工程技术问题的能力，掌握常用相关隧道设计软件，完成隧道设计任务是实现土木工程专业培养目标要求的重要阶段，为毕业参加工作奠定良好基础。1.1.2选题的意义希望通过本次毕业设计，使自己从中学习更多的知识，能够系统的把大学四年所学的知识点结合起来，学以致用。能够把大学四年中专业课和基础课的知识点重新温习一
3、遍，查缺补漏，多翻翻书本，更好的培养自己多学习主动思考问题的能力，与同学和老师交流涉猎更多的专业知识，能做到绘制图纸准确认真描述每个点的高程，同时接触到和掌握一些其他的相关专业知识和技能，通过查阅相关地质书籍真正做到与实际相符合的线路选址，与毕业后参加工作隧道施工方面给予知识的补充和支持，充分使理论实际相结合。通过本次毕业设计，能够使自己更加熟练地掌握等高线绘制地形图怎样快速敏捷画出纵断面图，并通过查阅相关资料找出一级公路的相关各项指标规定并进行及时准确绘制图纸。本毕业设计选题为花子坳隧道设计。隧道位于炎陵县内一级公路段，设计车速为80km/h，隧道穿越山体多为级、级围岩，隧道洞口为级围岩，工
4、程地质条件良好，岩层为厚层状结构，结构面控制着岩体的结构、完整性和物理力学性质，把所学过的有关隧道课程的基本理论和专业知识综合应用于实际隧道工程设计以及施工中，熟练掌握隧道平纵横设计、洞门计算与设计、衬砌结构计算与设计、施工方案设计、排水防水和通风照明设计，熟练绘制和阅读隧道施工图，掌握隧道设计和施工的方法；通过该隧道毕业设计，能综合训练应用各种手段查询资料、获取信息的基本能力和计算机应用能力，以及提高独立思考问题、分析问题和解决问题的能力，使学生具有独立解决隧道的设计和施工的能力。1.2 国内外研究状况1.2.1国内研究现状通过查阅有关资料，知道了国内外隧道发展史的简单概况，了解我国国内公路
5、隧道数量情况。人类很早以前就知道利用自然洞穴作为住处。当社会发展到能制造挖掘工具时，就出现了人工挖掘的隧道。新奥法是20世纪40年代开始发展起来的，它是以喷混凝土和锚杆为主要支护手段的一种方法。这种方法把坑道的支护和衬砌与围岩看作是相互作用的一个整体，既发挥围岩的自承能力，又使支护起到加固围岩的作用。新奥法与传统的矿山法相比，更能充分利用地层地质条件。随着理论上的日臻完善，将会在地下工程中得到更加广泛的应用。2000年，我国公路隧道已达1684座，里程达到628km。其中特长隧道为54km/15座、长隧道为207km/135座。2004年，全国已拥有公路隧道2495座，总长1245571延米。
6、随着高等级公路的继续发展，还会有更多的公路隧道出现。对国民经济的发展起到了极大的促进作用，为用户提供了安全、方便、快捷、经济的交通运输条件。今后随着能源问题的矛盾日益尖锐，隧道会越来越受到用户的欢迎，因此在节能中的作用是特别值得重视的。隧道在为用户提供了方便的运输条件的同时，也增加了营运成本，为了使用户享有各种便捷舒适的交通环境，往往在设计过程中选择低线位，从而使路线大大减少了爬坡路段的长度，同时也节省了油耗，用户获得了最大限度的受益。但运营管理部门却不得不付出最高的成本，在交通量尚未达到足够数量之前，往往入不敷出。由于隧道是现状结构物，从设备的合理设计上考虑，长度大于22.5km以上的隧道，
7、无论供电、消防、供水都会变得很困难，不得不增加许多附加设备，从而增加了成本。为了更好的掌握本学科的内容，希望在有关学科中获得必要的补充知识。1.2.2国外研究现状公路隧道在发达国家高速发展，主要是由于科学技术先进的原因。国外的一些经济发达国家尤其是北欧国家和日本在发展长大公路隧道技术方面处于领先地位，最长的山岭隧道长达16km，海底公路隧道长达9km。新奥法是20世纪40年代末发展起来的，它是以喷混凝土和锚杆为主要的支护手段的一种方法。新奥法与传统的矿山法相比，更能充分利用地层地址条件。随着理论上的日臻完善，将会在地下工程中得到更广泛的应用。1.3设计依据1.3.1 技术标准（1） 隧道按规定
8、的远期交通量设计，采用分离式单向行驶双车道隧道（上、下行分离）。（2） 隧道设计车速，隧道几何线形与净空按100km/h 设计，隧道照明设计速度按100km/h 设计。（3） 隧道围岩级别按公路隧道设计规范JTJ026-2004确定。1.3.2 设计标准公路隧道设计规范JTJ026-2004；公路隧道通风照明设计规范JTGH12-2003；公路工程技术标准JTGB01-2003；锚杆喷射混凝土支护技术规范GB50086-2001；地下工程防水技术规范GB50108-2008；地下防水工程质量验收规范GB50208-2011；1.4 建筑材料选用（1）混凝土：强度等级为C20（2）普通钢筋：箍筋
9、及构造钢筋采用HRB335钢筋1.5 拟解决的主要问题（1）衬砌内力结构计算 （2）隧道洞门位置的选择（3）配筋问题及通风、照明、排水等问题第2章 花子坳隧道总体设计2.1 花子坳隧道工程概况花子坳隧道位于炎陵县境内平汝高速公路隧道，为分离式单向行驶的两车道隧道（上、下行分离），坡度采用双坡。隧道桩号：K43+254K43+555，长301m。隧道纵坡采用双坡，坡度分别为1.5%和-1.4%，隧道衬砌采用复合式衬砌，断面形式为曲墙拱形断面，洞门为削竹式洞门，明洞与暗洞衬砌形式相同，明洞按明挖法施工，暗洞按新奥法施工。2.2 花子坳隧道水文地质概况2.2.1 地形、地貌炎陵县位于湖南省东部，与江
10、西省相邻，属亚热带季风气候，气候温和，光热充足，雨量充沛， 四季常青。年平均气温19.6；1月平均气温10.8，7月平均气温28.2；极端最高气温38.7，极端最低气温1.2；10积温6532。年降水量1326毫米，无霜期346天。2.2.2 工程地质(1) 土体类型及其工程特性1）、杂填土：杂色，稍湿，松散。主要为粘性土、碎石回填为主，含少量建筑垃圾等，硬质含量约15-20%，填土时间约2年。2）、粉质粘土：褐黄色、褐红色、灰黄色，可塑，该层大部份钻孔有分布，具中压缩性，以粘粒、粉粒为主，少量石英砾，砾约占5%，坡积成因，光泽反应稍有光滑，无摇震反应，韧性中等，干强度中等。3）、含碎石坡积粘
11、性土：浅灰色、浅黄色、褐红色，稍湿-湿，可塑-硬塑，主要由粘性土组成，碎石含量约占3540%，粒径多为2-4cm，个别可达8cm，干强度中等，韧性中等，摇震反应无，光泽反应稍有光滑。4）、凝灰岩残积粘性土 ：灰黄色，浅黄色。呈可塑-硬塑状态，稍湿，组织结构已全部破坏，成分由粘粒、粉粒组成，含少量云母等暗色矿物，为凝灰岩风化残积而成。5）、全风化凝灰岩：灰黄色、灰白色。坚硬状，稍湿，呈散体状，组织结构已基本破坏，尚可辨认，有残余结构强度，岩芯呈砂土状，主要成分为长石、石英颗粒和土质结构等，岩石为极软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级为级。6）、土状强风化凝灰岩：灰黄色、灰白色。组织结构已大部分破坏
12、，风化裂隙极发育，岩芯呈砂土状，局部呈碎块状，主要成分为长石、石英颗粒和土质结构等，岩石为软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级为级。7）、碎块状强风化凝灰岩：灰黄色、灰白色、青灰色。风化裂隙发育，岩芯呈碎块状夹短柱状，主要成分为长石、石英颗粒等，岩石为软岩，岩体极破碎，岩体基本质量等级为级。8）、中风化凝灰岩：青灰色、深灰色、灰黄色、灰白色。凝灰岩结构，块状构造，岩质较新鲜，风化裂隙发育一般，可见裂面有次生矿物，具铁质渲染，岩芯以短柱状为主，局部呈碎块状和柱状，岩石为较硬岩，岩体破碎-较完整，岩体基本质量等级为-级。9）、微风化凝灰岩：青灰色、深灰色。凝灰岩结构，块状构造，岩质较新鲜，风化裂隙发
13、育一般，可见裂面有次生矿物，具铁质渲染，岩芯以短柱状为主，岩石为较硬岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为级。(2) 地质构造及地震拟建隧址跨越低山地貌单元及残坡积台地、冲洪积阶地，构成本区的岩土层，主要由性能较好的土层及坚硬岩石所构成，拟建场地各洞口分布有边坡地段属对抗震不利地段，其余大部份地段属对抗震有利地段，建筑场地类别总体属类。(3) 工程地质评价（1）、隧道进口地段隧道进口出口原始地貌类型为残坡积台地，根据钻探揭露，隧道洞顶3倍d范围内及洞身岩土体主要由含碎石粉质粘土、土状强风化凝灰岩、碎块状强风化凝灰岩、中风化凝灰岩及微风化凝灰岩构成，洞顶上覆土层厚度较薄，约18m，无支护易坍塌，侧壁
14、不稳定，围岩级别为级，施工时应加强支护及衬砌；建议采用明挖法施工，开挖放坡坡度可按1：11：1.25考虑。也可采用超前长管棚预注浆加固。（2）隧道出口地段隧道左幅出口及右幅进口地段，坡度相对较陡，坡上植被茂密，根据钻探揭露，隧道洞顶3倍d范围内及洞身岩土体主要由粉质粘土、凝灰残积粘性土、全风化凝灰岩、土状强风化凝灰岩、碎块状强风化凝灰岩构成，稳定性较差，围岩级别为级。建议采用明挖法施工，开挖放坡坡度可按1：11：1.25考虑。也可采用超前长管棚预注浆加固2.2.3 水文地质炎陵县境内河流纵横，多年平均经流大。炎陵县河流特点：支流较多、河网密布、水源丰富。但由于地势起伏甚缓，河谷比降小，河道弯曲
15、，断面窄，流量小，汛期供水排泄不畅，易于泛滥成灾。2.3围岩等级确定隧道拟经过处山岭起伏变化较小，地形条件较简单。主要地质以含砂砾石，粘土层、沉积岩地层为主，巨层厚状、块状构造较多，局部碎块石状。地层整体风化较轻，节理不发育，地层表面为全风化地带，在垭口位置有一定厚度的坡积层。为河流冲击，洪积、风积、冰缘堆积。根据公路隧道设计规范JTJ026-2004经综合评定，隧道围岩大致为III级、IV级。2.4 花子坳隧道选址2.4.1 隧道选址原则综合分析本隧道的地形地质图，根据以下原则对隧道进行选址：（1）隧道位置应尽可能选择在地质构造简单，节理裂隙不发育，岩性较好，稳定的地层中通过。应注意避免岩层
16、软弱结构面、断层，必须通过时，应使隧道的通过长度最小。（2）隧道穿越两种岩性迥然不同的岩层接触带时，应避免平行和接近平行，应尽可能垂直或接近垂直方向穿越接触带。（3）当隧道通过单斜构造时，隧道中线以垂直岩层走向穿越最为有利。当隧道中线与非水平岩层走向一致或斜交角很小时，应力求将隧道置于岩性较好、强度较高的层内。如岩层倾角较大，又有粘着力较差的软弱夹层时，应注意有产生顺层滑动的可能。（4）当隧道通过褶曲构造时，隧道位置选择在褶曲构造一端或背斜褶皱中轴处通过较为有利。不宜将隧道置于向斜轴部通过。（5）越岭隧道首先可以从地形角度选择可能穿越的垭口，拟定该垭口处越岭标高及两侧相应的展线方案。综合考虑工
17、期、经济效益、技术难度等，选择合适的临界标高。（6）选择隧道的临界标高时，应注意下列因素：要尽可能把隧道埋置于较好的地层中；应使洞口位置处于较好的工程地质、水文地质的地方，便于施工场地布置；隧道长度应考虑施工期限和施工技术条件。2.4.2 花子坳隧道选址根据隧道选址的原则，结合本地段的地形地质情况，花子坳隧道位于炎陵县属于市政二级公路，隧道起止桩号是K43+254K43+555。隧道的选址归结为以下几个方面：选择合适的临界标高，在保证隧道埋深的前提下尽量减少隧道的长度；洞口段中线尽量选择与地形等高线垂直。2.5 隧道洞口选择及线型设计（1）隧道洞口位置应根据地形、工程地质及水文地质情况，着重考
18、虑隧道仰坡、边坡的稳定，保证施工及运营的安全，并结合洞口有关工程及施工条件，综合研究比选确定。一般情况隧道宜早进洞、晚出洞。（2）洞口段所在位置为坡积层地质，地形缓和，埋深较浅，应采用有效措施，做好防排水工作，不应采取刷坡清方，以免破坏山体稳定，招致坍方、滑坡病害。必要时宜接长明洞，确保施工和运营安全。（3）如果是长隧道，洞口位置选择应结合施工方法综合考虑，则应具有较好的交通条件和外部电源条件。（4）隧道线路应力求与地形等高线垂直或近似垂直进洞。如果不满足要求时，应以大角度斜交进洞为宜。2.6 隧道纵断面设计本隧道的基本坡道形式设为双坡。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和对
19、汽车行驶的利害。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。2.7 横断面设计2.7.1 建筑限界花子坳隧道的建筑限界按80km/h时速进行设计，建筑限界取值确定如下：图2-1 建筑隧道限界 1:100表2-1隧道建筑限界参数 项目 单位 指标 限界宽度 m 10.25 限界高度 m 5.00附注：1、图中尺寸以厘米计。2、隧道内设计速度为80km/h。3、本图根据公路隧道设计规范（JTGD70-2004）和公路工程技术标准（JTGB01-2003），并结合本线技术标准和特点拟定。4、隧道建筑限界与隧道衬砌内轮廓之间空隙考虑通风设施、照明、监控、内装修等营
20、运管理设施。5、本图为右线隧道建筑限界及内轮廓设计图，左线参照本图调整路面横坡、检修道及边水沟高程即可。2.7.2 人行横洞建筑限界 其建筑限界及内轮廓如附图： 图2-2 人行横洞建筑限界 1:50 图2-3 人行横洞内轮廓 1:50附注：1、图中尺寸以cm计。2、本图根据公路隧道设计规范（JTGD70-2004）和公路工程技术标准（JTGB01-2003），并结合本线技术标准和特点拟定。3、人行横洞底面与主洞检修道平齐。4、人行横洞净空断面面积为5。2.7.3 内轮廓设计花子坳隧道除满足隧道建筑限界的要求外，还考虑到洞内路面、排水、检修道、通风、照明、消防、内装、监控等设施所需要的空间，采用
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