1、0附件三（隧道工程课程设计） 设 计 说 明 书龙洞隧道洞门设计龙洞隧道洞身支护设计起止日期： 2012 年 12 月 17 日 至 2012 年 12 月 21 日学 生 姓 名 豹 哥班 级 道 桥 1001学 号 1000000000成 绩指 导 教 师 (签 字 ) 唐 老 师包装土木教学部2012 年 12 月 21 日1目录前言 .31.1 设计依据以及总体原则 .41.2 隧道设计参考规范和资料 .41.2.1 执行的标准、规范、规程： .41.2.3 隧道建设规模 .41.3 隧道工程地质条件 .51.3.1 自然地理条件 .51.3.2 工程地质条件 .51）第四系更新统（Q
2、 p） .52）板溪群五强溪组（P tbnw） .61.4 区域地质构造 .61.5 地震 .61.6 水文地质条件 .71.7 不良地质 .71.8 地下气体 .71.9 工程地质评价 .71.9.1 区域地质稳定性评价 .71.9.2 隧道工程地质评价 .71.9.3 隧道长沙端洞门及边、仰坡稳定性评价 .81.9.4 隧道湘潭端洞门及边、仰坡稳定性评价 .81.9.5 隧道洞身段围岩稳定性评价 .81.9 .6 水文地质评价 .91.10.1 结论和建议 .91.10.2 隧道平 纵面设计 .101.10.3 联系道及救援通道 .102 隧道洞门设计 .112.1 洞门形式的选择 .11
3、2.2 土压力计算 .112.3 洞门稳定性验算 .142.4 洞门排水设计图如下： .203 洞身支护和二衬设计 .213.1 内轮廓的设计 .213.2 衬砌的支护设计 .223.2.1 初期支护 .223.2.2 二次衬砌 .223.3 围岩压力的计算 .233.3.1 计算断面参数确定 .233.3.2 荷载确定 .233.3.3 衬砌几何尺寸 .243.4 计算位移 .253.4.1 单位位 移 .253.4.2 载位移-主动荷载在基本结构中引起的位移 .2623.4.3 载位移-单位弹性抗力引起的位移 .283.4.4 墙底（弹性地基上的刚性梁）位移 .303.4.5 解力法方程
4、.313.4.6 计算主动和被动荷载 分别产生的衬砌内力 .323.4.7 最大抗力值的求解 .323.4.8 计算衬砌总内力 .333.4.9 衬砌截面强度验算 .333.4.10 内力图 .343.4.11 配筋计算 .34附录 课程设计任 务书 .37致谢词 .393前言隧道是一种修建在地下，两端有出口，供车辆、行人、水流及管线等通过的工程建筑物。随着科学技术和经济的发展，人们越来越强调人与自然的和谐，逐渐摒弃了以往那种大开挖的场面，隧道工程取而代之。本设计是对拟建龙洞隧道结构进行设计。设计主要以公路隧道设计规范 （JTG D70-2004）规范为依据。通过本次设计，我系统地巩固了所学的
5、专业知识，并对隧道工程进行了前所未有的探索。通过本次设计，掌握了直墙拱隧道的设计步骤和构造原理，以及计算理论和计算方法，对该直墙拱隧道各个方面知识有了比较全面、系统、深入的了解，锻炼了查阅相光资料和独立思考的能力。本设计主要对本隧道进行了初期支护设计、二次衬砌设计、洞门设计，并对初期支护设计和二次衬砌设计做了较详细的阐述和较深的探讨。在设计过程中，感谢唐文彪老师、祝老师给予了我精心指导和热心的帮助，班上同学也给予了我莫大的帮助和支持，使我的设计得以顺利完成，在此，我谨向各位老师和同学表示衷心的谢谢。由于本人水平有限，设计中难免有不足和错误之处，敬请各位老师和同学批评指正，本人将虚心接受并加以更
6、正。41.1 设计依据以及总体原则该隧道设计说明书及隧道纵剖面图。采用高速公路建设标准，设计速度 120km/h，全线按 4 车道设计，路基宽度 34.5m。隧道横通道为隧道洞内发生紧急事故时避难设施，含车行横通道和人行横通道。a、隧道路面横坡：单向坡-2%(直线段)。b、隧道内最大纵坡：3%；最小纵坡：0.3%。c、设计荷载：公路I 级。d、隧道防水等级：一级；二次衬砌砼抗渗等级不小于 S6。1.2 隧道设计参考规范和资料1.2.1 执行的标准、规范、规程：公路工程技术标准 (JTGBO1-2003)公路路线设计规范 (JTG D20-2006)公路隧道设计规范 (JTG D70-2004)
7、 公路隧道通风照明技术规范 (JTJ026.1-1999)公路水泥混凝士路面设计规范 (JTG D402002)公路工程抗震设计规范 (JTJ00489)公路隧道施工技术规范 (JTJ04294)地下工程防水技术规范 (GB 501082001)锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB 500862001)公路隧道设计细则TB 10003-2001隧道铁路工程技术手册铁路隧道喷锚构筑法技术规范TB 10108-20021.2.3 隧道建设规模隧道长度、桩号一览表 表 3.1长沙端洞口 湘潭端洞口隧道名称 隧道长度洞口桩号 设计高程（m） 洞口桩号 设计高程（m）5左洞 658 ZK146+162 10
8、3.56 ZK146+820 122.19龙洞隧道右洞 605 K146+160 103.65 K146+765 121.251.2.4 本隧道采用的新技术、新工艺、新材料主要有：（1 ） 、采用清浊分流的防排水措施：路面下设中央排水管，用于排除围岩集水；边水沟用于排除营运清洗污水、消防污水和其它废水，以便污水在洞外处理后再予以排放，实行清水和污水的分开排放，减轻排水系统的压力。（2 ） 、采用连续配筋水泥砼面层，路面纵横向均设置钢筋，延长路面的使用寿命。（3 ） 、防水卷材，采用热风双焊缝无钉铺设工艺，保证了防水层的完整性又便于施工。（4 ） 、采用双组份聚硫密封膏处理沉降缝的防水问题，解决
9、沉降缝的渗漏水问题。1.3 隧道工程地质条件1.3.1 自然地理条件地理位置：拟建龙洞隧道位于长沙市岳麓区莲花乡，长沙端进口洞门位于华宝村龙洞组栈龙坝东侧通村公路边，交通条件较好，湘潭端出口洞门位于汗冲组西北侧，距机耕路约 150m，交通条件较差。气象：场地区属中亚热带季风性湿润气候区，四季分明，春末夏初多雨，年均气温 16.8-17.3，年降水量 1358mm，无霜期 260-276 天。地形地貌：隧道区属剥蚀丘陵地貌，山体形态不规则，其山脉走向大致呈东西向，洞身横穿山体鞍部，山坡植被茂密，坡面沟谷呈鸡爪状四面延伸，地形切割强烈，起伏变化较大，地面高程变化在 95-235m 之间，高差 50
10、130m。最大埋深位于 K144+580 处，埋深 116.9m。隧道长沙端位于山坡坡脚，洞轴线与等高线大角度相交，洞门地形条件较好，山坡自然坡度 3540，地面高程变化在 104110m；湘潭端位于山坡坡脚冲沟部位，洞轴线与等高线交角约 40，左线洞门右侧有偏压，山坡自然坡度约 3035，地面高程变化在 120125m。1.3.2 工程地质条件据地质调查以及勘探成果，隧道区出露的地层有第四系粉质黏土，板溪群五强溪组变质砂岩等，现由新至老分述如下：1）第四系更新统（Q p） 粉质黏土：黄色，褐黄色，稍湿，硬塑，含粒径 2-4cm 碎石1020，成分为强风化砂岩，表层约 40cm 植物根系发育，
11、层厚 12m，零星6分布于隧道区山坡坡脚及沟谷部位。 碎石土：褐黄色，密实，稍湿，粒径 2-8cm，含量 60-70%，棱角状，成分为变质砂岩，粉质黏土充填，层厚 0.51.0m，零星分布于隧道区山坡部位。2）板溪群五强溪组（P tbnw） 变质砂岩：中厚层状，变余砂质结构，广泛分布于隧道区。其中：全风化，紫红色，原岩结构基本破坏，岩芯呈硬塑坚硬土柱状，层厚约 4m，主要分布于简家坳端山坡。强风化，紫红色、灰黄色夹灰白色，变余砂质结构，局部夹微薄层凝灰质砂岩，节理裂隙发育，岩芯呈碎石状、碎块状，少量短柱状，从上至下岩石逐渐变硬， RQD 值为 0-10%，厚约 11.2m，主要分布于简家坳端山
12、坡。中风化，紫红色夹灰白色，节理裂隙发育，岩芯呈短柱状、碎块状, RQD值为 25-30%。微风化，紫红色夹灰绿色，变余砂质结构，块状构造，节理裂隙较发育，主要有两组，一组倾角约 65，一组倾角近垂直，微张开闭合状，有褐黄色铁质侵染，岩芯呈短柱状、长柱状、碎块状，RQD 值 70-76%，岩体较完整。1.4 区域地质构造据外业地质调查和勘探成果及 1:20 万长沙幅区域地质资料，拟建路段位于“洞庭凹陷”南缘外侧，属华夏系构造体系，构造线 NNE 向，形成于印支期。龙 洞 次 级 背 斜 ： 主要由板溪群五强溪组变质砂岩组成，轴线走向北东向，核部与路线大致相交于 K144+500-K144+60
13、0 附近，交角约 60，两翼岩层倾角较陡，隧道长沙端洞门附近岩层产状 312-33332-57，湘潭端岩层产状 185-19037-44。两 翼 较 为 紧 闭 ， 核 部 多 被 第 四 系 所 覆 盖 ， 主 要 为 碎 石 土 、 含碎 石 粉 质 黏 土 ， 厚 度 1.5-2.5m。隧道区节理较发育，主要有 25850、20545、7078、31264四组，以第二组最发育，多呈微张开-闭合状。隧道区断裂构造不发育，未见活动性断裂构造活动，拟建隧道区区域地质构造稳定。1.5 地震据国家质量技术监督局于 2001 年 2 月 2 日发布的 1:400 万中国地震动参7数区划图（GB 18
14、306-2001），隧道区地震动峰值加速度为 0.05g，地震动反应谱特征周期为 0.35s，相应的地震基本烈度为度，设计地震分组为第一组。1.6 水文地质条件地表水：隧道横穿分水岭，地表水贫乏，在隧道两端山坡坡脚冲沟中，雨季有暂时性水流，旱季常干涸。地下水：隧道区地下水按含水层特征及埋藏条件可划分为两类： 孔隙水：主要赋存于山坡及沟谷地带碎石类土中，其地下水一般与地表水贯通、互补，水位、水量受季节影响明显，孔隙水以潜流及下降泉的形式排于溪沟及洼地中。 基岩裂隙水：主要赋存于基岩风化节理裂隙、层面裂隙及构造裂隙中，以风化裂隙含水为主，含水岩组主要包括板溪群五强溪组变质砂岩等。隧道区位于分水岭部
15、位，覆盖层较薄，无经常性水源，基岩裂隙水一般无稳定地下水位，水量随季节变化较大，水量一般不大，勘察期测得钻孔中水位埋深 30.2-36.4m。基岩裂隙水补给以大气降水直接补给为主。由于以风化裂隙含水为主，地下水迳流多随地形变化，地下分水岭与地表分水岭基本一致，地下水流向为垂直或斜交附近冲沟，多以下降泉形式于冲沟或坡脚处排泄。地下水动态随季节变化较大，一般仅雨季有水，且水量不大，旱季常干涸。根据地质调查结合其它工程水文地质试验类比，隧道区基岩节理较发育、微张开状，渗透系数取K=0.0211-0.0442m/d，为弱透水。1.7 不良地质隧道区内出露基岩为板溪群五强溪组变质砂岩，不良地质不发育。1
16、.8 地下气体拟建隧道穿过板溪群五强溪组变质砂岩地层中，隧道中存在有害气体的可能性不大。1.9 工程地质评价1.9.1 区域地质稳定性评价根据地质调查和勘探成果，拟建龙洞隧道与次级背斜大角度相交通过，岩石出露稳定，断裂构造不发育，未见活动性断裂构造活动痕迹，拟建隧道区区8域地质构造稳定。1.9.2 隧道工程地质评价1.9.3 隧道长沙端洞门及边、仰坡稳定性评价长沙端位于山坡坡脚，洞轴线与等高线大角度相交，洞门地形条件较好，山坡自然坡度 3540。围岩上部为含碎石粉质黏土厚 0.5-1.5m，下部为板溪群五强溪组变质砂岩，全风化岩石呈硬塑土状，厚约 4m；强风化岩芯呈碎石状、碎块状、短柱状，厚
17、11-12m，为软岩；薄层状结构，岩体破碎；主要结构面为层面及节理裂隙面，结构面的不利组合对围岩有影响；地下水以基岩裂隙水为主，围岩为弱透水，可产生点滴状出水，局部可产生线状出水；围岩稳定性差。隧道洞门附近岩层产状 33332，走向与路线较大角度相交，仰坡为顺向坡，调查未见不利的软弱结构面，隧道洞门边坡、仰坡较稳定，但上部松散粉质黏土及全强风化变质砂岩，雨水冲刷易产生滑塌。根据上述特征，建议边坡及仰坡坡比采用 1：1.0-1.25，坡面采用混凝土框格内植草结合浆砌片石护面，边坡及仰坡坡顶设置截排水沟。1.9.4 隧道湘潭端洞门及边、仰坡稳定性评价湘潭端位于山坡坡脚冲沟部位，洞轴线与等高线交角约
18、 40，左线洞门右侧有偏压，山坡自然坡度约 3035。围岩上部为碎石土厚 0.5-1.5m，下部为板溪群五强溪组变质砂岩，强中风化，为软岩；薄层状结构，岩体破碎；主要结构面为层面及节理裂隙面，结构面的不利组合对围岩有影响；地下水以基岩裂隙水为主，围岩为弱透水，可产生点滴状出水，局部可产生线状出水；围岩稳定性差。其中左洞 zK144+820-zK144+915 段右侧山体薄弱，右侧有偏压。湘潭端岩层产状 185-19037-44，走向与路线大角度相交，倾向坡外，仰坡为顺向坡，调查未见不利的软弱结构面，上部覆盖层厚度很薄，隧道洞门边坡、仰坡较稳定。根据上述特征，建议边坡及仰坡坡比采用 1：0.75
19、-1.0，坡面采用混凝土框格内浆砌片石护面，边坡及仰坡坡顶设置截排水沟。1.9.5 隧道洞身段围岩稳定性评价拟建龙洞隧道围岩为板溪群五强溪组变质砂岩，与次级背斜大角度相交通过，断裂构造不发育，结构面主要为节理、裂隙及层面，岩层走向与洞轴线大角度相交；节理主要有 25850、20545、7078、31264四组，9以第 2 组最发育，节理多呈微张开闭合状，沿节理裂隙有少量泥质钙质物充填。第 2、4 组节理走向与洞轴线大角度相交，第 1、3 组节理走向与洞轴线小角度相交，第 1、3 组节理与层 理 的 不 利 组 合 ， 将形成不稳定的“楔形体”块体，产生局部坍塌掉块，对隧道围岩稳定有一定影响。1
20、.9 .6 水文地质评价隧道横穿分水岭，坡脚冲沟中在雨季有暂时性水流，隧道区地表水贫乏。隧道区分布的两种类型的地下水，在隧道的不同部位产生的影响各不同:松散覆盖层中的孔隙水在隧道进出口部位，因覆盖层（持水层）厚度较薄，水量不大，对隧道影响较小，但在丰水季节地下水较丰富，其迳流、排泄较快，其作用降低了岩、土体力学强度，容易造成边、仰坡松散土层滑塌等现象，施工设计中应特别注意防护。基岩裂隙水主要分布在洞身强-中风化地层中，与岩石节理、裂隙发育情况，层面与构造面的组合情况密切相关，隧道区主要为板溪群五强溪组变质砂岩等，均属弱含水层，岩石透水性差，一般无稳定地下水位，水量随季节变化较大，地下水迳流多随
21、地形变化，而隧道区基岩裂隙较发育地段，主要分布于洞身分水岭部位，裂隙水不易富集，故该类型地下水水量贫乏。根据铁路工程水文地质勘察规程（TB 100492004）预测隧道涌水量如下：采用降水入渗法预测隧道正常涌水量Qs2.74WA隧道区为灰岩，岩溶弱发育，查表 8.5.2 选择的降水入渗系数 值为0.100.18，隧道集水面积 A 为 0.51km2，年降水量 W 为 1358mm，计算隧道正常涌水量为 190340m 3/d。根据地质调查及简家坳端坡脚泉水中，所取水样分析结果，拟建隧道区地表水和地下水对混凝土结构无腐蚀性。1.10.1 结论和建议1、隧道区岩层主要为板溪群五强溪组变质砂岩，岩层出露稳定，场地区未发现断裂构造通过，未见活动性断裂构造痕迹，区域地质构造稳定。2、隧道区地震动峰值加速度为 0.05g，地震动反应谱特征周期为 0.35s，
