隧道课程设计教材.pdf
《隧道课程设计教材.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《隧道课程设计教材.pdf(31页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、轨道交通隧道工程 课程设计 某公路隧道课程设计 学生姓名: 学院: 专业班级: 专业课程: 指导教师: 2015 年 1 月 9 日 1 一、设计资料 1. 工程概况 某隧道进出口附近有国道附近,交通条件便利,洞轴线走向方位角约165。 隧道总体走向呈南北向曲线展布。采用分离式隧道,其中:左线起讫桩号为 ZK39+321 ZK39+568 , 长 247米,左线起讫桩号为 YK39+313 YK39+515 ,长 202 米。 采用灯光照明,自然通风,属短隧道。 2. 工程地质条件 (1)地形地貌 隧道整体属于中低山地貌区、斜坡、冲沟地形,隧道轴线地面标高792875m 之间,相对高差约 83
2、m ,隧道洞室最大埋深70m 。隧道进、出口处总体为斜(陡)坡 地形,进口处自然坡度角为3545, 出口处自然坡度角约为4550,局部略陡。 进口处为斜坡地形,出露基岩为强中风化流纹斑岩,植被发育,主要为杂草 及小灌木丛为主,进口下方为修建国道的弃方。 出口处基岩裸露,为强中风化流纹斑岩,植被发育,多为小灌木丛。出口处 为国道。 (2)地质构造 隧址区未发现对隧道方案有明显影响的褶皱和断裂发育。浅部岩石风化裂隙发 育,岩石性较差,深部节理裂隙较发育。节理裂隙降低了隧道围岩的稳定性。 (3)地层岩性 据工程地质调绘及钻孔显示, 隧道围岩主要为中元古界熊耳群马家河组(Pt2m) 和许山组( Pt2
3、x)的流纹斑岩组成,地层岩性特征如下:流纹斑岩:灰绿、紫红色, 斑状结构, 呈强微风化状, 岩体极破碎 破碎,根据地质调查显示, 隧道区岩层受 构造影响,小的次级断层及褶皱、节理裂隙发育,是较硬岩,分布于整个隧道区。 (4)岩石强度 隧址山体岩层属于较硬岩石工程地质岩组,中风化流纹斑岩饱和单轴抗压强度 Rc=57MPa ,属于较硬岩。 (5)岩体的完整性 隧址地层年代为中元古界老地层,主要为硬质岩,岩体坚硬性脆,经历长期的 2 构造运动和风化剥蚀作用后,岩体裂隙很发育较发育,裂隙面大多倾角较大,贯 穿性较好,多成张开、微张状。愈接近地表,风化裂隙和构造裂隙愈发育,无充填 或少量粘土或碎石充填,
4、掩饰的完整性厚道破坏。山体内岩体的结构为层状、块状 结构。根据洞口节理裂隙统计,岩体完整性系数Kv=0.130.30 ,为破碎岩体。 (6)隧道围岩级别划分 1)进、出口稳定性评价 进、出口段围岩风华裂隙发育,岩体破碎,完整性差,围岩分级为V级。成洞 条件较差,围岩易坍塌,处理不当可能出现坍塌及冒顶。 2)隧道洞身 根据隧道围岩分级标注,综合钻探资料集地调成果。隧道围岩课划为IV、V两 级,详细如下: ZK39+321 ZK 39+390 围岩为中风化流纹斑岩,属较硬岩,节理裂隙发育,岩 体极破碎,碎石状结构,工程地质性质及围岩自稳能力差,围岩易坍塌,未见地下 水,雨季有渗水漏水现象,应加强支
5、护。弹性波纵波速度4259m/s,围岩基本质量 指标 BQ值为 230,MpaRc7.41,14.0 v K,围岩级别为 V级。 ZK39+390 ZK 39+500 围岩为中微风化流纹斑岩,属较硬岩,节理裂隙发育, 岩体破碎,裂隙块状结构,围岩稳定性一般,无支护时,侧壁和拱顶部易产生小坍 塌,未见地下水,雨季有滴水渗漏现象,应加强支护。弹性波纵波速度4488m/s, 围岩基本质量指标BQ值为 321,MpaRc57,32.0 v K,围岩级别为 IV 级。 ZK39+500 ZK 39+568 围岩为中风化流纹斑岩,属较硬岩,节理裂隙发育,岩 体极破碎,碎石状结构,工程地质性质及围岩自稳能力
6、差,围岩易坍塌,未见地下 水,雨季有渗水漏水现象,应加强支护。弹性波纵波速度4234m/s,围岩基本质量 指标 BQ值为 224,MpaRc8.40,13.0 v K,围岩级别为 V级。 YK39+313 YK 39+363 围岩为中风化流纹斑岩,属较硬岩,节理裂隙发育,岩 体极破碎,碎石状结构,工程地质性质及围岩自稳能力差,围岩易坍塌,未见地下 水,雨季有渗水漏水现象,应加强支护。弹性波纵波速度4254m/s,围岩基本质量 指标 BQ值为 227,MpaRc7.41,13.0 v K,围岩级别为 V级。 3 YK39+363 YK 39+448 围岩为中微风化流纹斑岩,属较硬岩,节理裂隙发育
7、, 岩体破碎,裂隙块状结构,围岩稳定性一般,无支护时,侧壁和拱顶部易产生小坍 塌,未见地下水,雨季有滴水渗漏现象,应加强支护。弹性波纵波速度4306m/s, 围岩基本质量指标BQ值为 316,MpaRc57,30.0 v K,围岩级别为 IV 级。 YK39+448 YK 39+515 围岩为中风化流纹斑岩,属较硬岩,节理裂隙发育,岩 体极破碎,碎石状结构,工程地质性质及围岩自稳能力差,围岩易坍塌,未见地下 水,雨季有渗水漏水现象,应加强支护。弹性波纵波速度4306m/s,围岩基本质量 指标 BQ值为 222,MpaRc8.40,12.0 v K,围岩级别为 V级。 3.气象及水文地质条件 (
8、1)气象 隧址进口端所在县位于暖温带半干旱大陆性季风气候区,四季分明,降水量、 蒸发量、气温等气象要素年内、年际变化明。据灵宝市气象站1956-2000 年气象资 料: 多年平均气温 13.6, 元月最冷,平均气温 -1.0 ; 七月最热,平均气温 26.1 。 历年最高气温42.7,最低气温 -16.2 。无霜期年平均215 天,最短无霜期199 天。 隧址出口端所在县跨亚热带、暖温带两个气候带,均具有大陆性季风气候的共 同特点,季节性变化明显,温度低,日照时数少,无霜期短,气候因素垂直变化大, 年平均日照时数 2118.0 小时,平均日照率为 47.7%.年平均气温 12.6,元月最冷,
9、平均气温 -1.5 ;七月最热, 平均气温 25.6,极端最高为 42.1。卢氏盆地无霜 期平均为 184 天,年平均降水量为9099 气象部门提供的(十年)资料为630mm 。 (2)地表水 隧道进、出口位于分水岭的下方,四周山体汇水区域较大,仅沿斜披在大气降 雨时有一定的地表面流。隧道进出口位于山体斜坡位置,应注意暴雨期间地表面流 对洞口的冲刷破坏作用,宜采用截流、疏排措施。 (3)地下水 在隧道设计标高范围内基岩裂隙水总体不甚发育,暂时性地表水体大部分顺冲 沟或斜坡坡面向外排泄,地下水不甚发育。 4 4. 抗震设计参数及地震效应 根据国家地震局2001 年 8 月 1 日颁布实施的中国地
10、震参数区划分 (GB18306-2001)、 建筑抗争设计规范(GB50011-2001)等资料,设计基本地震加 速度值为 0.15g,设计地震分组为第二组, 设计特征周期为 0.25s ,相当于地震基本 烈度 7 度。按照公路隧道设计规范 (JTJ004-89)并结合区域构造较差的特点, 高速公路隧道应提高1 度设防。 5. 区域稳定性评价 隧址区属构造剥蚀中低山地貌单元,无区域性深大断裂通过, 近代无强震记录, 属相对稳定地块。下伏基岩属较硬岩类,稳定性一般,适宜拟建隧道的建设。 6. 不良地质现象 地质调会资料显示,隧道进出口地形较陡,岩体较破碎,在隧道施工时可能产生浅 层的岩石崩塌,需
11、采取相应的支护措施。 7. 设计标准 设计等级:高速公路分离式单向双车道隧道 地震设防烈度: 7 级 设计速度: 100km/h 设计荷载:公路级 8. 计算断面资料 桩号: YK39+500 地面高程: 823.44m 设计高程: 799.472m 围岩类别:级,级 隧道埋深: 20-100 米 9. 设计计算内容 (1)确定隧道断面布置图(曲墙式) ; (2)围岩压力计算(曲墙式) ; (3)隧道支护设计图; (4)隧道衬砌设计图; 5 (5)隧道施工方案比选(施工方法的横断面分块图和纵断面的工序展开图); (6)选定施工方案的监控量测方案布置图。 10. 提交的资料 (1)确定隧道断面布
12、置图、隧道支护设计图、隧道衬砌设计图、施工方法的横 断面分块图和纵断面的工序展开图、选定施工方案的监控量测方案布置图; (2)隧道围岩压力计算书、施工方案比选说明、监控量测方案说明。 11. 设计依据 本设计严格按照交通部颁布的行业规范、规程及工程建设标准强制性条文 (公路工程部分)。 公路工程技术标准(JTG B01-2003); 公路隧道设计规范(JTG D70-2004); 公路隧道通风照明技术规范(JTJ F60-2009) ; 公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D70-2002); 公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006); 公路工程抗震设计规范(JTJ2004-2008)
13、 ; 地下工程防水技术规范(GB50108-2008); 锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB 50086-2001); 混凝土结构设计规范(GB50010-2002); 公路建设项目环境影响评价规范(JTG B03-2006); 公路环境保护设计规范(JTJ/006 -98); 建筑设计防火规范(GB 50016-2006); 隧道工程王毅才主编 人民交通出版社; 地下结构静力计算 天津大学建筑工程系地下建筑工程教研室编 中国建筑 工业出版社。 二、隧道断面设计 1. 隧道位置及洞口位置 由于没有实际的地形图和地质资料图,故将隧道位置和进出口位置的地质资料 罗列如下:某隧道进出口附近有国道,交通
14、条件便利;隧道进、出口处总体为斜坡 6 地形,进口处自然坡度角为3545, 出口处自然坡度角约为4550,局部略陡; 进口处为斜坡地形,出露基岩为强中风化流纹斑岩,植被发育,主要为杂草及小 灌木丛为主,进口下方为修建国道的弃方;出口处基岩裸露,为强中风化流纹斑 岩,植被发育,多为小灌木丛,出口处为国道;进、出口段围岩风华裂隙发育,岩 体破碎,完整性差,围岩分级为V级。成洞条件较差,围岩易坍塌,处理不当可能 出现坍塌及冒顶。 2.隧道平面设计 公路隧道设计规范规定,应根据地质、地形、路线的走向、通风等因素确定隧 道的平、曲线线形。当为曲线时,不易采用设超高的平曲线,并不应采用设加宽的 平曲线。隧
15、道进出口附近有国道附近,交通条件便利,洞轴线走向方位角约165。 隧道总体走向呈南北向曲线展布。其中:左线起讫桩号为ZK39+321 ZK39+568 ,长 247 米,右线起讫桩号为YK39+313 YK39+515 ,长 202 米。采用灯光照明,自然通 风,属短隧道。 公路隧道设计规范规定,高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的 独立双洞。分离式独立双洞的最小净距, 按对双洞结构彼此不产生有害影响的原则, 结合隧道平面线形、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素确定,一般 情况可按表 1 取值。 表 1 分离式独立双洞间最小净距 围岩类别I 最小净距1.0B 1.5B 2.
16、0B 2.5B 3.5B 4.0B 注: B为隧道开挖断面宽度 本隧道为设计等级为高速公路分离式单向双车道隧道,满足规范要求。围岩等 级为级,故最小净距为3.5B。 3.隧道纵断面设计 公路隧道设计规范规定,隧道内纵面线形应考虑行车安全性、营运通风规模、 施工作业效率和排水要求, 隧道纵坡不应小于0.3%,一般不大于 3% ;受地形等条件 限制时,高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大,但不宜大于4% ;隧道内的 纵坡形式,一般宜采用单向坡;地下水发育的长隧道、特长隧道可采用人字坡。 本隧道左线起讫桩号为ZK39+321 ZK39+568 ,长247 米,右线起讫桩号为 7 YK39+313
17、 YK39+515 ,长 202 米。由于隧道长度较短, 故隧道坡道形式选择单面坡。 本隧道为单向隧道,设计等级为高速公路分离式单向双车道隧道,设计交通量N为 25000-55000 辆/h ,, 故应该采用机械通风, 所以坡度设计为 3.5%,通风方式采用半 横向式。 4.隧道横断面设计 公路净空包括公路建筑限界、通风及其他所需的断面积。公路隧道的建筑限界 包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度,以及车道人行道的净高。公路隧道的 净空除包括公路建筑限界以外,还包括通风管理、 照明设备、 防灾设备、 监控设备、 运行管理设备等附属设施所需要的空间以及富余量和施工误差等。 本隧道设计等级为高速公
18、路分离式单向双车道隧道,查规范可得,建筑限界高 度为 5.0m,其他建筑限界宽度详见见表2。 表 2 公路隧道建筑限界基本宽度表 公路等级设计速度左侧 L L 右侧 R L 余宽 C 人行道 R 检修道 左 检修道 右 车道宽 度 高速公路100km/h 0.5 1.0 0 0 0.75 0.75 23.75 注:单位为m 由于本隧道为短隧道,故可以不设紧急停车带,则公路隧道的建筑限界查规范 见图 1。 图 1 公路隧道建筑界限 8 本隧道采用单心圆方案,半径 1 R=6m , 1=110o,半径2 R=10.74m, 2=32o。本 隧道的内轮廓设计详见图2。 图 2 公路隧道内轮廓图 三、
19、围岩内力计算 根据隧道围岩分级标注, 综合钻探资料及调查成果, 本隧道围岩分为和级, 且在不同的标段围岩等级不同,地质条件和水文地质条件也不相同。计算断面为 ZK39+536 ,其计算资料如下: 设计等级为高速公路分离式单向双车道隧道,围岩级别为级,围岩容重为 3 /18mkNrs,弹性抗力系数为K=150MPa/m, 变形模量 E=1.5GPa 。衬砌材料为 25 C混凝土, 衬砌材料容重为 3 /23mkNrh,弹性模量为 E=29.5GPa ,衬砌厚度为d=0.65m,地面高程 为 828.32m,设计高程为 799.6m,衬砌结构断 面图如图 3 所示。 图 3 隧道衬砌断面图 9 1
20、. 荷载确定 按铁路隧道破坏状态设计垂直压力公式计算: wrhrq s q 1 245.0 其中 w为宽度影响系数: 83.1)53.13(1.01)5(1Biw 17.23783.118245.0 15 qKPa 围岩水平均布压力:01.8317.23735.035.0qeKPa 2. 衬砌几何要素 内轮廓线半径为mr6,外轮廓半径为mrdr65.6 22 ,拱轴线半径为 mdrr325.62/ 10 ,拱轴线圆弧中心角为110。 3. 半拱线长度 s 及分段轴长 s 半拱线长度0217.12325.6 180 9.108 180 0 rs,将半拱轴线等分为8 段,每段轴长为:5027.18
21、/0217.128/ss 4. 各分块接缝中心几何要素 每个分块与竖直轴夹角 i,接缝中心点坐标(i X, i Y)见表 3。 表 3 分块几何中心要素计算表(单位:m ) 分块 几何要素ii sin i cos i x i y 1 13.6125 0.2354 0.9719 0.0281 1.4886 0.1777 2 27.225 0.4575 0.8892 0.1108 2.8936 0.7007 3 40.8375 0.6539 0.7566 0.2434 4.1360 1.5397 4 54.45 0.8136 0.5814 0.4186 5.1461 2.6476 5 68.062
22、5 0.9276 0.3736 0.6264 5.8670 3.9620 6 81.675 0.9895 0.1448 0.8552 6.2584 5.4092 7 95.2875 0.9957 -0.0922 1.0922 6.2981 6.9079 8 108.9 0.9461 -0.3239 1.3239 5.9840 8.3738 注:因墙底面水平,计算衬砌内力时用 8=90o 另一方面, 8=108.9o,角度闭合差 =0。 衬砌内力计算按图4 进行计算。 i cos-1 10 图 4衬砌结构计算图示 5. 计算位移 (1)单位位移 用辛普森法近似计算,按计算列表进行,单位位移的计算
23、见表4。 表 4 单位位移计算表 截 面 x y d I I 1 I y y I 2 y I 2 y1)( 系数 1/3 0 0 0 1 0 0 0.65 0.02 29 43.6 681 0.0 000 0.000 0 43.6 681 1 1 13.61 25 0.2 354 0.971 9 1.4 886 0.1 777 0.65 0.02 29 43.6 681 7.7 598 1.378 9 60.5 667 4 2 27.22 5 0.4 575 0.889 2 2.8 936 0.7 007 0.65 0.02 29 43.6 681 30. 598 3 21.44 02 126
24、. 3048 2 3 40.83 75 0.6 539 0.756 6 4.1 36 1.5 397 0.65 0.02 29 43.6 681 67. 235 8 103.5 230 281. 6627 4 4 54.45 0.8 136 0.581 4 5.1 461 2.6 476 0.65 0.02 29 43.6 681 115 .61 57 306.1 042 581. 0037 2 5 68.06 25 0.9 276 0.373 6 5.8 67 3.9 62 0.65 0.02 29 43.6 681 173 .01 31 685.4 779 1075 .172 2 4 co
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 隧道 课程设计 教材
链接地址:https://www.31doc.com/p-4957053.html