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1、重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 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、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结，毕 业设计包括文献综述，外文文献翻译，设计计算书编写以及 CAD 制图和手绘图等几个 方面。 本毕业设计题目为重庆黄泥垭隧道设计 。在毕业设计前期，我温习了爆破 工程 、 混泥土结构设计原理 、 隧道工程等知识，完成了文献综述的写作及外文 文献的翻译，并查阅了公路隧道规范 、 混凝土规范 、 公路隧道通风照明设计规 范等规范。在毕业设计中期，通过所学的基本理论、专业知识和基本技能进行隧道 选线
2、，轮廓图及建筑限界的取定，隧道衬砌计算（二次衬砌） ，通风计算以及绘制图 纸等工作。在毕业设计后期，主要进行设计书的电子排版整理。在设计的各个阶段都 得到了指导老师细心的审批和指正，使我圆满地完成了设计任务，在此我表示衷心的 感谢！ 毕业设计的两个月里，在指导老师的帮助下，经过资料查阅、设计计算、计算书 撰写以及外文的翻译，使我加深了对新规范、规程、手册等相关内容的理解，巩固了 专业知识，提高了综合分析、解决问题的能力。在绘图及计算时熟练掌握了 CAD 制图 软件，以及多种结构设计软件。以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的与要 求。由于自己水平有限，难免有不妥和疏漏之处，敬请各位老师批评
3、指正！ 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 2 摘要摘要 随着科技的发展、社会的不断进步，高速公路的重要性越来越显著，而作为 公路的一部分隧道，对于施工和设计的要求也越来越高。本设计课题为高速 公路隧道，重点研究新奥法施工。 重庆黄泥垭隧道为双向行驶两车道二级公路隧道，全长 3530m，围岩的基本 情况为；级围岩长 1929.16m；级围岩长 819.28m；级围岩长 781.56m。 隧道洞门设计成翼墙式洞门；隧道采用新奥法施工，隧道衬砌采用复合式衬 砌；隧道开挖级围岩使用全断面开挖法，级围岩使用台阶分部开挖法， 采用钻爆法开挖；隧道的辅助施工方法有超前小导管注浆和超前锚杆；隧道通风 方式为射流式
4、纵向通风。 隧道经过多次计算和验算后，洞门、衬砌、和通风合格，可以正常施工。 关键词：隧道； 新奥法； 围岩； 复合式衬砌 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 ABSTRACT With the development of science and technology, social progress, the importance of highway becoming more and more obvious, and as part of the road - the tunnel, for construction and design requirements
5、have become more sophisticated. The design issues for highway tunnels, focuses on the construction of New Austrian Tunneling Method（NATM）. Chongqing Nanchuan tunnel two-way two lane two highwaytunnel, a total length 3530m, The basic situation of the surrounding rock： grade rock long1929.46m; grade r
6、ock long 819.28m;grade rock long 781.56m. Portal designed wing of the tunnel wall Portal; Tunnel NATM construction, tunnel lining using cmposite lining; tunnel excavation , -class surrounding the use of full-face excavation method, , grade level divisions surrounding the use of open digging method,
7、using drill and blast excavation method; tunnel construction methods of supporting small catheter advanced and ahead of grouting bolt; tunnel ventilation for jet ventilation. After several rounds of the tunnel after the calculation and checking, portal, lining, and ventilation qualified to normal co
8、nstruction. Key words: tunnel; New Austrian Tunneling Method; rock; cmposite lining 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 4 目录 第 1 章 设计资料 .1 1.1 采用的技术标准及设计标准规范 .1 1.1.2 主要设计标准规范 .1 1.2 工程概况 .1 1.3 工程地质概况2 第 2 章 总体设计.3 2.1 选址的考虑3 2.2 洞口选择及线形考虑4 2.3 纵断面设计 .5 2.4 横断面设计 .5 2.4.1 建筑限界 .5 2.4.2 紧急停车带及避难通道 .6 2.4.3 内轮廓设计 .6 第 3
9、章 洞门设计及强度与稳定性验算.7 3.1 洞门设计 .7 3.1.1 洞门类型选择 .7 3.1.2 洞门设计 .7 第 4 章 衬砌设计.10 4.1 初期支护 12 4.2 二次衬砌 12 4.3 围岩压力的计算 15 4.3.1 断面参数确定 15 4.3.2 计算垂直均布压力： 16 4.3.3 浅埋和深埋隧道的分界： 17 4.3.4 围岩压力计算 18 第 5 章 防排水设计.51 5.1 防排水要求 51 5.2 防排水的原则.52 5.3 本隧道的防排水措施.52 5.3.1 防水措施 52 5.3.2 排水措施 52 5.3.3 衬砌的排水措施： 53 5.3.4 洞口排水
10、设计： 54 第 6 章 通风照明设计.55 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 6.1 通风.55 6.1.1 通风计的标准： 55 6.1.2 需风量计算： 56 6.3 确定通风方式 60 6.4 需风量计算 60 第 7 章 施工设计.67 7.1 施工准备 67 7.2 辅助施工方法 67 7.2.1 超前锚杆 68 7.2.2 超前小导管注浆 68 7.3 施工设计.70 7.3.1 总体方案和部署 70 7.3.2 洞口施工 70 7.3.3 隧道内施工 71 7.4 现场监控量测 82 7.4.1 施工的监控量测 82 7.4.2 监控量测的任务 82 7.4
11、.3 监控量测的内容和方法 82 7.4.4 营运阶段的监控量测 84 第 8 章 结论.87 参考文献.88 致谢.89 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 1 第 1 章 设计资料 1.1 采用的技术标准及设计标准规范 1.1.1 采用的技术标准 （1）隧道按规定的远期的交通量设计，采用单洞双向行驶两车道隧道。 （2）隧道设计车速，隧道几何线形与净空按 80km/h 设计，隧道照明设计速度按 照 80km/h 设计。 1.1.2 主要设计标准规范 （1） 公路隧道设计规范 JTG D70-2004； （2） 公路隧道通风照明设计规范 JTJ026.1-1999； （3）
12、公路工程技术标准 JTG-2003； （4） 公路工程抗震设计规范 JTJ004-89； （5） 锚杆喷射混凝土支护技术规范 GB50086-2001； （6） 地下工程防水技术规范GB50108-2008； （7） 隧道围岩级别按公路隧道设计规范JTG D70-2004。 1.2 工程概况 拟建黄泥垭隧道隧道进口位于重庆市南川区三镇长沟，出口位于重庆市南川区小 河镇松河湾。其为双向两车道二级公路，设计时速 80/h，净宽 10.56m，净高 5m， 隧道起止里程、设计路面标高、长度、纵坡详见表 1.1。 表 1.1 黄泥垭隧道隧道设计方案 线路进口桩号 进口路面 标高(m) 出口桩号 出口路
13、面标 高(m) 隧道长度 (m) 设计纵坡 主洞 AK1+9901011.53AK5+5201063.983530 - 0.60%、+2. 328%、 -1.00% 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 2 避难 通道 ABNK0+0601012.36ABNK3+6301071.0583570 +0.528%、 +2.332%、- 1.00%、+0. 576% 1.3 工程地质概况 （1）隧道所穿越的山体稳定，构造简单，新构造运动以间歇性抬升为主要特征地 震活动微弱，地震基本烈度小于度，隧道位于龙骨溪背斜两翼，岩倾角小。隧道区 山体稳定，适宜黄泥垭隧道建设。 （）隧道区地自重应力场主，不存在高地应力，
14、在隧道进行开挖中不会产生岩 爆及软岩变形。 （）隧道进、出洞口段分布的残坡积体建议采取清除或支挡措施。对形成的边 坡应采取及时支挡及坡面防护措施，对隧道进口建议采取早进洞、出口晚出洞，尽量 避免大开挖，以保证自然斜坡的稳定，保证施工、营运安全。 （）黄泥垭隧道隧道围岩级别为、级。隧道级围岩占 22.8%，隧道 级围岩占 20.7%，级围岩占 53.6%。 （）隧道出口段具有 106.40m 长的浅埋隧道，围岩等级为级，地质条件较差， 需要设置明洞。 （）隧道区内地下水主要为松散岩类孔隙水和岩溶裂水，由于裂隙发育的不均 匀性，从而会导致地下水的分布与富集亦不均匀，隧道区可能将出现涌突水现象。 隧
15、道区隧址区属亚热带湿润季风气候区，为微弱透水层，根据公路工程地 质勘察规范JTJC20-2011 附录 K 判定，隧道区场地环境类别为类，地表水及地下 水对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋腐蚀性等级为微。 （7）隧道的建设对区内环境将产生较大的改变，新形成的边坡，改变了斜坡现状 的稳定性，为预防发生次生地质灾害，对形成的人工挖填方边坡应采取支挡或放坡的 处理措施；隧道的建设将改变地下水的径流排泄模式，地下水位的下降，将产生地表 水体和地表井泉的干涸，造成人畜的饮水困难，局部地段森林死亡。 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 3 表 1-2 各类围岩主要物理力学指标表 围岩级
16、别 力学指标 备 注 密度 (103kg/m3)2.302.502.502.602.602.80 弹性抗力系数 K(MPa/m)40050040050010001200 弹性模量(静态) E(Gpa)6.08.08.010.015.020.0 泊松比 0.250.300.250.200.200.15 计算内摩擦角 ()465050545560 容许承载力 。(kPa)100015001500200026003000 饱和抗压强度 Rb (Mpa)12.019.012.020.035.060.0 摩擦系数 f(圬工与围岩)0.400.450.55级围岩为表面不光滑时 详细地质情况参见隧道纵断面设
17、计图。 第 2 章 总体设计 2.1 选址的考虑 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 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 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 4 力良好的前提下，确定经济合理的断面内轮廓。隧道内外、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
18、及其构成、交通方向及环保要求等，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。必要时特长隧道应做防灾 专项设计。 （4）应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和运营要求，对隧道内外防排 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）当隧道与相邻建筑物互有影响是，应在设计与施工中采取必要的措施。 黄泥垭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及接线方案， 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 洞口选择及线形考
19、虑 （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）隧道进口段地表为寒武系上统后坝组（3h）的灰质白云岩，弱风化岩体较 14，主要发育三组裂隙：组裂隙 47557681，呈闭合微张状，面较 平直，大部无充填，局部充填粘土，延伸 0.51m，间距 0.32.5m，结合差；组 裂隙 18257173，呈闭合微张状，面较平直，大部无充填，局部充填粘土， 延伸 0.81.5m，间距 0.82m，结合差；组裂隙 1261347188，呈微 张张开状，面较平直
20、，大部无充填，局部充填粘土，延伸一般 315m，间距 g 一般 1.53m，结合差。隧道进口段地表为系第四残坡积粘土覆盖，下伏基岩为下伏基岩 为寒武系上统后坝组（3h）的灰质白云岩。灰质白云岩厚度较大，为中厚层状构 造，裂隙较发育，岩体破碎，根据岩石的坚硬程度划分为较坚硬岩。 （3）隧道进口洞顶上方分布的第四系残坡积粘土厚达 02.00m，斜坡坡向近平行 于隧道轴线，地形坡角一般 633，目前处于基本稳定状态，建议施工前，将上部 土体被清除，适宜隧道进口的建设。 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 5 （4）隧道出口段地表为崩坡积体覆盖，下浮基岩为奥陶系中统宝塔组（O2b）的
21、灰 岩。弱风化带岩体较完整，完整性较好，层间结合一般拟建隧道洞口位于马鞍山向斜 南东翼，岩层产状10767，主要发育两组裂隙：组裂隙，呈 闭合微张状，面较平直，大部无充填，局部充填粘土，延伸0.51m，间距 0.32.5m，结合差；组裂隙30150，呈闭合微张状，面较平直，大部无充 填，局部充填粘土，延伸0.81.5m，间距0.82m，结合差。 因此，黄泥垭隧道根据上述分析，并结合地质图，本隧道洞口及洞身基本在基岩 中通过，隧道围岩较好，隧道选线条件较宽松。隧道为小曲率隧道，详细情况参见隧 道（地质）平面图。 2.3 纵断面设计 本隧道的基本坡道形式设为人字坡。坡道形式的选择依据和纵坡坡度的主
22、要控制 因素为通风问题，施工因素和对汽车行驶的利害。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。的有害气体少，对通风也 很有利。因此，黄泥垭隧道纵坡整体设计为人字坡，纵坡坡度为-0.60%。+2.328%- 1.00%。 2.4 横断面设计 2.4.1 建筑限界 黄泥垭隧道的建筑限界按 80km/h 时速设计，建筑限界取值如下： 建筑限界横断面宽度如下表： 表2-1 建筑限界设置 （单位：m） 检修道J顶角宽度 设计速度 （km/h） 车道宽度 W 左侧右侧左侧右侧 802x3.750.501.001.001.00 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 6 隧
23、道 中 心 线 行 车 道 中 心 线 图 2-1 隧道建筑界限 （单位：cm） 2.4.22.4.2 紧急停车带及避难通道 鉴于本隧道属于特长，所以本隧道设置紧急停车带，上下线分别交错设置，间距 750m。 在隧道进口端右侧设置平行导坑，高程及桩号： 表2-2 平行导坑高程及桩号 线路进口桩号 进口路面 标高(m) 出口桩号 出口路面标 高(m) 隧道长度 (m) 设计纵坡 避难 通道 ABNK0+0601012.36ABNK3+6301071.0583570 +0.528%、 +2.332%、- 1.00%、+0. 576% 2.4.32.4.3 内轮廓设计 根据建筑限界，利用三心圆法，得
24、出隧道断面内轮廓图如下： 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 7 O O O O O R3=100 起拱线 行 车 道 中 心 线 隧 道 中 线 图2-2 隧道内轮廓线 （单位：cm） 第 3 章 洞门设计及强度与稳定性验算 3.1 洞门设计 3.1.1 洞门类型选择 本隧道进口段为级围岩，出口段为级围岩，出口端坡度平缓有106.40m的浅 埋段设为明洞隧道地质条件均较差，拟采用翼墙式洞门。 3.1.2 洞门设计 （1） 参数设定 翼墙式洞门的正墙斜度取 1：0.1，仰坡坡率取 1：0.75，设端墙厚度为 B=2.4m 设基础埋深为1m，衬砌拱顶外缘至洞门顶部的距离取为3m
25、,设墙高H=13m。 （2） 各项物理指标 f=0.5 0 60 3 24/kN m 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 8 1 . 537 . 51.6MPa 水泥砂浆砌片石 3 22/ a kN m （3） 土压力计算 最危险破裂面与垂直面夹角 22 2 tantantan(1tan)(tantan )(tantan)(1tantan ) tan tan (1tan)tan (1tantan ) = ）（）（ ）（）（）（）（ 33 . 1 1 . 01732 . 1 3133 . 1 33 . 1 1 . 011 . 0732 . 1 33 . 1 732 . 1 3133 . 1 1 . 0
26、3 =0.4 21.9 土压力系数按下式计算： (3-1) (tantan)(1tantan ) tan()(1tantan ) =0.08 ）（ ）（）（ 33 . 1 4 . 0103 . 7 33 . 1 1 . 011 . 04 . 0 土压力按下式计算： E= （3- 2 0 1 2 H 2 ) =mKN /24.16208 . 0 1324 2 1 2 墙体自重按下式计算： G= （3- aHB 3） =mKN / 4 . 6864 . 21322 （4）稳定性及强度验算 抗倾覆稳定的验算 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 9 根据公式 （3- 0 0 y M
27、k M 4） （3- fzxy xEGxM 0 5） （3- faxz EM 0 6） 又 =162.24KN/m ax E =16.224KN/m zx E 85 . 1 1 . 013 2 1 2 . 11 . 0 2 1 2 0 H B x 83 . 2 1 . 013 3 1 4 . 21 . 0 3 1 HBxf 33 . 4 3 13 3 H zf 分别代入公式（3-6） 、 （3-7）得 75.131583 . 2 224.1685 . 1 4 . 686 y M 04.70333 . 4 224.162 0 M 6 . 187 . 1 04.703 75.1315 0 0 M
28、M k y 满足抗倾覆要求。 滑动稳定性验算 （3- E Gf KC 7） GG EE5 . 0f 代入公式（3-8）得 3 . 112 . 2 24.162 5 . 0 4 . 686 c K 墙身截面偏心验算 N M eb 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 10 （3-9） 11 () 23 MEH =MKN 52.35113 6 1 24.162 代入（3-9）得偏心距： 0.3B=0.7251 . 0 686.4 52.351 N M eb 合力的偏心距的验算： 89 . 0 4 . 686 04.70375.1315 0 G MM C y 31 . 0 89 . 0 2 4 . 2 2
29、C B e6 . 0 4 B 满足基底合力的偏心距。 墙身截面强度验算 应力计算： 4 . 0 6 B e （3-）（ B e B N W M F N6 1 8） 又 mKNGN/ 4 . 686 mB4 . 231 . 0 e 代入(3-10)得 ) 6 1 ( B e B N ) 4 . 2 31 . 0 6 1 ( 4 . 2 4 . 686 得到 Kpa65.221 min Mpa6 . 1 Kpa65.507 max Mpa6 . 1 满足墙身截面强度的要求。 由以上验算，确定出主墙墙厚为 2.4m（详见洞门设计图） 。 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 11 第
30、 4 章 衬砌设计 黄泥垭隧道支护结构采复合式衬砌，分初期支护和二次支护，初期支护采用喷锚 支护，二次衬砌采用现浇模筑混凝土。 根据黄泥垭隧道地质纵断面图可以得到隧道围岩分布情况见下表： 表 4-1 隧道围岩分布情况 起讫 桩号 长度 （m） 围 岩 级 别 BQ Vp (km/s) Kv Rc (Mpa) K1K2K3BQ AK1+990 AK2+040.07 50.07 315.4 337.9 3.51 3.84 0.50 0.59 41.9158 .54 0.200.200 355.4 377.9 AK2+040.07 AK2+504.15 464.08 375.59 3.51 3.84
31、 0.60 白云质灰 岩 41.9158 .54，灰质 白云岩 42.3153 .03 0.200.200415.59 AK2+504.15 AK2+644.88 140.73 340.4 3.51 3.84 0.6 42.3153 .03 0.200.200380.4 AK2+344.73 AK3+632.27 699.85 359.09 3.51 3.84 0.6 42.3153 .03 0.200.200399.09 AK2+344.73 AK3+632.27 287.54 220.4 3.51 3.84 0.20 42.3153 .03 0.400.200260.4 AK3+632.2
32、7 AK3+761.24 128.97 340.4 3.51 3.84 0.6 42.3153 .03 0.200.200380.4 AK3+761.24 AK4+127.98 366.74 173.3 220.4 3.51 3.84 0.2 灰质白云 岩： 42.3153 .03 灰岩： 32.4635 .56 白云 岩: 32.9055 .07 0.400.200 213.3 260.4 AK4+127.98 329.36340.4 3.51 0.6 42.3153 0.200.200380.4 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 12 AK4+457.343.84.03 AK4+457.34
33、AK4+907.29 449.95 364.1 3.51 3.84 0.6 灰质白云 岩： 42.3153 .03 白云 质灰岩 41.9158 .54 0.200.20404.1 AK4+907.29 AK4+951.81 44.52 252.0 3.51 3.84 0.67 12.1715 .10 0.200.200292.0 AK4+951.81 AK5+267.09 315.28 374.16 .07 0.67 31.8352 .22 0.200.20414.16 AK5+267.09 AK5+392.72 125.63 252 .07 0.67 12.1715 .10 0.200.2
34、00292.0 AK5+392.72 AK5+520 127.28 244.1 3.51 3.84 0.3436.360.200.200284.1 4.1 初期支护 初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使 用，根据不同围岩级别区别组合。锚杆支护采用全长粘结锚杆。由工程类比法，结合 公路隧道设计规范 ， 初期支护喷射混凝土材料采用 C20 混凝土，支护参数取值如 下表： 表 4-2 初期支护参数表 喷射砼厚度(cm)锚杆(m) 围岩 级别 拱墙仰拱位置长度间距杆体材料 钢筋网钢拱架 12-拱墙2.51.0 20MnSi 钢筋 局部 25x25 - 15-拱墙3.0
35、1.2 20MnSi 钢筋 拱、墙(双层) 25x25 - 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 13 25拱墙3.80.8 20MnSi 钢筋 拱、墙(双层) 2020 拱、墙 仰拱 其他参数、锚杆布置见衬砌断面图。 4.2 二次衬砌 二次衬砌采用现浇模筑混凝土，利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。二次 衬砌厚度设置如下表： 表 4-3 二次衬砌支护参数 单位：cm 围岩级别拱、墙混凝土厚度仰拱混凝土厚度 35- 3535 4545 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 14 图 4-1 级围岩衬砌图 (单位：cm) O 衬 砌 中 心 线 车 道 中 心 线 初期支护 预留变形量
36、 暂定4厘米 防火涂料 二次衬砌 25号模筑防水混凝土 厚35厘米 防排水隔离层 20号喷射钢纤维混泥土 厚12cm 20锚杆 单根长2.5m 间距为1m1m 图 4-2 级围岩衬砌图 （单位：cm） 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 15 图 4-3 级围岩衬砌图 （单位：cm） 4.3 围岩压力的计算 4.3.1 断面参数确定 隧道高度 h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量 隧道跨度 b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量 表 4-4 预留变形量 单位：mm 围岩级别两车道隧道 2050 5080 80120 注：围岩破碎时取大值；围岩完整时取小值。 所以：预留变形量
37、 ；级围岩为 0.004m；围岩为 0.005m；围岩为 0.008m 得出： 级围岩 8.91 0.350.0049.264hm 11.400.350.00411.754bm 级围岩 8.91 0.350.0059.265hm 11.400.350.00511.755bm 级围岩 8.91 0.450.0089.368hm 11.400.450.00811.858bm 隧道荷载压力分布如下图所示： 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 16 4.3.2 计算垂直均布压力： 深埋隧道垂直均布压力计算式： (4-1) 1 0.45 21(5) s qi B 式中：为围岩重度，此处：级围岩；级围岩 3 5
38、 20/kN m 级围岩；。 3 4 22/kN m 3 3 24/kN m 为每增加 1m 时围岩压力的增减率，以=5m 的围岩垂直均布压iBB 力 为准，当5m 时，取 =0.2，当5m 时，取 =0.1。BiBi 为隧道开挖宽度，级围岩；级围岩； B 5 11.908Bm 4 11.805Bm 级围岩。 3 11.804Bm 为围岩类别，级围岩；级围岩；级围岩。s5s 4s 3s （1）级围岩段围岩均布压力计算 开挖宽度 5 11.908Bm 开挖高度 5 9.418Hm 围岩容重 3 5 20/kN m 5m，取 =0.1Bi 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 17
39、 又 5 5 9.418 0.791 1.7 11.908 H B 经计算 5 1 5 20 0.45 21 0.1 (11.9085)q =243.475 2 /kNm （2）级围岩段围岩均布压力计算 已知 开挖宽度 4 11.805Bm 开挖高度 4 9.315Hm 围岩容重 3 4 22/kN m 5m，取 =0.1Bi 高宽比 4 4 9.315 0.7891.7 11.805 H B 经计算 4 1 4 22 0.45 21 0.1 (11.8055)q =133.096 2 /kNm （2）级围岩段围岩均布压力计算 已知： 开挖宽度 3 11.804Bm 开挖高度 3 9.314H
40、m 围岩容重 3 3 24/kN m 5m，取 =0.1Bi 高宽比 3 3 9.314 0.7891.7 11.804 H B 经计算： 3 1 3 24 0.45 21 0.1 (11.8045)q 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 18 =72.593 2 /kNm 4.3.3 浅埋和深埋隧道的分界： （1） 浅埋和深埋隧道的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工 方法等因素综合判定。荷载等效高度值的计算公式如下： （4- qp hH)5 . 22( 2） 式中：浅埋隧道分界深度（） p Hm 荷载等效高度（） ，q 为由式（4-3）算出的深埋 q hm q q h 隧道垂直均布压力（
41、） ；为围岩的重度（） 。 2 /kNm 3 /kNm 在矿山法施工条件下，级围岩取；级围岩取。 qp hH5 . 22 pq Hh 因此，、级围岩的等效荷载高度值分别为 级围岩 5 5 5 243.475 12.17 20 q q hm 级围岩 4 4 4 133.096 6.05 22 q q hm 级围岩 3 3 3 72.593 3.02 24 q q hm 故，浅埋隧道分界深度 p H 级围岩 55 2.52.5 12.1730.425 pp Hhm 级围岩 44 2.52.5 6.0515.125 pp Hhm 级围岩 33 22 3.026.040 pp Hhm （2）浅埋段的确
42、定 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 19 进口端：坡度大约为 53左右，纵断面坡度 0.60%，设进口段 xm 处埋深为 ，根据几何关系： p H 4 tan530.6% o P xxH 11.45xm 所以有 11.45m 的浅埋段。 出口端：坡度大约为 15左右，纵断面坡度-1.80%，设出口段 xm 处埋深 为，根据几何关系： p H 5 tan151.8% o p xxH 106.40xm 则出口端有 106.40m 的浅埋段。 4.3.4 围岩压力计算 4.3.4.1 深埋隧道围岩压力计算 水平均布压力根据围岩计算如下表： 表 4-5 水平均布压力计算表 围岩级
43、别 水平均布压力 e 0.14q0.25q0.4q 注：均小于 1.7。 H B 4.3.4.2 浅埋隧道围岩压力计算 （1）埋深小于或等于等效荷载高度的隧道 垂直压力： （4-qH 3） H隧道埋深 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 20 侧向压力： （4- 2 1 ()tan (45) 22 c t eH H 4） 隧道高度，围岩计算摩擦角。 t H c （2） 埋深大于等效荷载高度时小于等于的围岩压力计算 p H 垂直力： （4-(1tan ) t H qH B 5） 隧道宽度 t B 水平侧压力： 水平侧压力视为均布压力时按下式计算： （4- 12 1 () 2 eee 6） （4- 12
44、 ,eHeh 7） 隧道底部至地面的高度 h 侧压力系数计算： （4- tantan tan1tan(tantan )tantan c cc 8） （4- 2 (tan1)tan tantan tantan cc c c 9） 各级围岩的值见下表： 重庆交通大学 2009 届隧道与城市轨道专业毕业设计 21 表 4-6 各级围岩的值 围岩级别、 0.9 c 0.8 c 0.6 c 利用上述公式，计算各级围岩压力如下： 级围岩： 深埋段 2 243.475/qkN m 0.497.39eq 浅埋段： 时 q Hh 2 20 12.17243.4/ q qHhkN m 2 2 2 1 ()tan
45、(45) 22 160 20 (12.17)tan (45) 2 9.4182 17.55/ c t eH H kN m 时 qq hHH 2 2 (tan1)tan tantan tantan tan 601 tan60 tan60 tan60tan48 4 1.732 1.732 1.732 1.111 5.072 cc c c oo o oo tantan tan1tantantantantan c cc 5.072 1.732 5.0721 5.072 (1.732 1.111) 1.732 1.111 刘科 重庆黄泥垭隧道初步设计 22 0.108 (1tan ) t H qH B
46、30.425 20 30.425 (10.108 tan48 ) 11.908 o 2 422.02/kN m 2 1 20 30.425 0.10865.72/eHkN m 2 2 20 (30.4259.418) 0.10886.06/ehkN m 12 1 () 2 eee 2 65.7286.06 75.89/ 2 kN m 级围岩： 该围岩处于深埋段 故 2 72.593/qkN m 2 0.1418.15/eqkN m 级围岩： 深埋段： 2 133.096/qkN m 2 0.2533.27/eqkN m 浅埋段： 时 q Hh 2 22 6.05133.1/ q qHhkN m 2 2 2 1 ()ta