[工程设计]隧道设计例子--桂园隧道设计施工交通土建专业《隧道工程》(DOC 65页)

桂园隧道设计施工交通土建专业《隧道工程》说明书2目录图表名称编号备注隧道设计说明书1共28页前言2第3-4页第一章：工程概况3第4-5页第二章：隧道定位4第5-6页第三章：隧道几何设计5第6-7页第四章：隧道支护结构设计6第8-10页第五章：隧道施工7第10-21页第六章：隧道工程质量和工期的保障措施8第21-28页参考文献9第28页隧道（地质）纵断面设计图10隧道建筑限界及内轮廓图11隧道洞口洞门设计图12隧道II类围岩衬砌断面图13隧道III类围岩衬砌断面图14隧道施工场地布置图15隧道机械化施工作业程序图163隧道防排水设计图17隧道施工形象进度示意图18锚杆布置示意图19前言§1概述《隧道工程》课程设计是土木工程专业交通土建方向的重要实践性教学环节。在完成专业课《隧道工程》课程学习的基础上，对隧道进行设计与施工组织，旨在加深对隧道工程的认识，初步掌握隧道的隧道定位、隧道几何设计、隧道结构设计、隧道施工组织设计的方法，做到将所学的知识融会贯通。通过《隧道工程》课程设计使学生掌握隧道工程的规划、设计、施工的基本理论与基本方法，4一方面为学生学习相关课程及进一步扩大知识面奠定必要的基础，培养学生将所学的知识和理论融会贯通，提高学生进行系统分析，工程设计以及解决实际问题的能力。另一方面，培养学生正确的设计思想与方法，严谨的科学态度和良好的工作作风，树立自信心；培养学生运用所学的理论知识和技能模拟解决实际问题的能力，提高基本工程师素质和科学素养；培养学生获取信息，收集文献资料和运用文献资料的能力，文字与语言表达能力，合作工作能力，绘图和编写设计文件的能力，巩固，深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技术技能，为毕业设计和将来学生跨入工作岗位，从事专业工作打好基础。课程设计是本专业教学全过程中的重要一环，是对四年来的学习进行全面总结，是完成本专业培养目标——培养隧道建设高级工程技术人才，进行基本训练的一个重要环节。经过生产实习和隧道工程专业课的学习后进行隧道工程课程设计。其目的是巩固已学的专业理论知识，同时为了使每个学生对隧道基本建设有一个全面的，系统的掌握，因此，要求学生应独立思考，刻苦钻研，主动，独立地完成课程设计。在做课程设计的同时，我们要达到以下几个方面的要5求：1.巩固和加深对隧道工程规划及设计方法的理解，培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，解决隧道建设及其他建设工程等实际问题的能力。2.与实际相结合，从而巩固，充实，提高所学到的专业理论和专业知识。3.培养学生在设计，计算，绘图，阅读与使用各种资料，编写技术文件等方面的基本技能得到进一步的提高。4.通过实际分析，计算，设计，独立思考，深入研究，掌握隧道设计的基本方法和技巧，提高分析问题，解决问题的能力。5.按要求编写课程设计说明书，能正确阐述设计结果，正确绘制相关图纸。6.设计应在规定时间内完成。§2设计依据及技术标准（一）设计依据隧道勘测设计按以下标准、规范及规程进行。1.《公路工程技术标准》（JTJ001-97）2.《公路隧道设计规范》（JTJ026-90）3.《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999）4.《公路路基设计规范》（JTJ013-86）5.《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012-84）6.《公路路线设计规范》（JTJ011-94）67.《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）8.《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）(二)主要技术标准1.规划道路等级：汽车专用一级公路2.设计行车速度：60km/h。3.连线道路技术标准按规划道路等级，性质确定。4.设计交通量：近期15000辆/日，远期25000辆/日5.隧道建筑限界：限界净宽9.25m,行车道宽度2×3.50m，限界净高5.00m，净空面积46.75m²。6.设计荷载：汽车-超20级，挂车-120级。7.抗震设防标准。按地震烈度7度设防。第一章工程概况§1自然条件、工程地质拟建工程桂园隧道属汽车专用一级公路，它位于湘西北的山岭重丘区，属亚热带季风性湿润气候，春暖多雨，夏季干热，秋季凉爽，四季分明，严寒期短，暑热期长。平均降雨量1357.8mm,平均降雨天数154.7天，多集中于4—８月，平均降雪天数１０.７天，极端最高气温４０.７℃，极端最低气温－１３.７℃。昼夜温差较大，一般在１２℃左右，霜冻期一般在２５天左右。7隧道跨越区域为山岭重丘区，相对高差约５００m，设计桩号为Ｋ０＋７９０—Ｋ３＋９３７，全长３１４７m。桂园隧道由湖南省政府投资兴建，湖南省公路勘察规划设计院设计，湖南省公路咨询有限公司监理，中铁隧道工程局第一工程处施工。２００５年7月1日开工，主体工程于２００７年1月1日竣工。该隧道受构造影响，山势陡峻，山体破碎。山体植被发育，进出口为集水谷，雨季山洪较大。经地质勘探判断，隧道围岩类别主要为Ⅱ，Ⅲ类，区域性地质构造为单斜构造，岩层较平缓，倾角５º－１５º。岩体多呈厚层状及中厚层状结构，岩石质软，遇水膨胀，易分化崩解，节理裂缝发育，没有大的断裂构造及不良工程地质现象。隧道处在隔水层中，岩石含水性，透水性差,工作区内无大的地表水体，水文情况较简单。但在隧道施工中，应重视隧道围岩观察工作，及时发现和预测围岩的变化情况。隧道围岩情况见表1。隧道分段工程地质描述表1-1序号围岩类桩号长度m工程地质情况8别1ⅡK0+790-K0+826K3+875-K3+93798泥质砂岩，石英砂岩，砂质页岩，呈互层状，岩石风化强烈，节理裂缝发育，呈角砾，碎石松散结构，并受地表水冲刷影响，围岩稳定性较差。2ⅢK0+826-K3+8753049泥质砂岩，石英砂岩，砂质页岩，呈互层状，节理裂缝发育，呈块石，碎石镶嵌结构，中厚层状，层间结合较差，基岩内含微弱风化裂缝水，围岩稳定性一般。第二章隧道定位§1越岭隧道位置的选择山岭是具有陡峭的山坡，沟谷和明显分水线的绵延较长的高地。垭口则是该绵延高地上的马鞍形低地，一般都存在于两条沟谷发源分水处。越岭线路往往是从一条河的流域通过某个合适的山岭垭口，进入另一条河流流域的线路。越岭线路主要是由岭顶隧道或深路堑，沿分水岭两侧河谷向下游的引线以及谷底桥梁或高路堤等三个部分组成。理想的越岭线路位置9是：偏离主线路方向较小，距离短，线路顺直，选用垭口标高与主线路高差小，两侧展线少，主要技术指标和地质条件都较好的位置。选择越岭隧道位置主要是选择垭口和确定隧道标高。1.垭口选择隧道位置通常是选在接近线路控制点间航空距离最短，高差最小和两端引线的地形，地质条件等都较好的垭口处。但以上说的距离短，高差小不是绝对的，要进行综合比较。如有的垭口虽然距展线起点短，但高差大，需要大量展线；而距离远的垭口，恰恰是展线需要经过的，并且是最短的。有的垭口，虽标高最低，但山体厚，穿越山体的隧道线路长，所以选择洞口标高要使同样长的隧道通过，进出洞口的高差最小。在实际选线中，有利因素不可能是齐备的。为此，越岭垭口的选择，必须结合基本方向，大范围的搜集区域地形，地质，水文等资料，按照工期要求和可能要用的隧道长度以及两端引线的主要技术条件，综合政治，经济等因素进行多方案的广泛调查研究和比选。2.标高选定分水岭的山体，一般是上部比较陡峭而下部比较平缓。隧道位置定的越高山体越薄，隧道越短，工程量越小。10但是，两端的引线却要迂回盘绕以凑必要的高程。这样，旧使线路坡陡弯多，技术条件恶化，对长期运营不利。在选定隧道高程时，务必全面衡量，从技术和经济两方面，尤其是在今后长远运营条件上，做出综合的比较，才能做出合理的决定。3.长隧道与短隧道群的比选沟谷线路常有长隧道与短隧道群两种方案，由于沿集水沟岩层风化破碎较为严重，隧道多浅埋偏压，施工中问题多，沿岸路基病害多，路基加固工程量也大，有的甚至竣工后还留下后患。但因洞口多，施工面多，工期可缩短。长隧道方案线短顺直，隧道埋藏较深，但造价相对高，工期长。因此，一般可优先选择长隧道方案，但若岩层较好，构造单一，采用隧道群后未出现高边坡路堑，则短隧道群方案也是合理的。§2洞口位置确定理想的洞口位置应选择在地质条件好，地势开阔，施工方便，技术经济合理之处。在选择隧道洞口位置时应注意以下几个原则：1.洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路。因为，一般情况下，垭口沟谷在地质构造上是最薄弱的环节，常会遇到断层带，古塌方，冲积土等不良11地质条件。此外，地表流水都汇集在沟底，再加上洞口路堑开挖，破坏了山体原有的平衡，更容易引起塌方，甚至不能进洞。所以，洞口最好选在沟谷一侧，让出沟心作为泄水的通路。2.洞口应避开不良地质地段，如断层，滑坡，岩堆，岩溶，流砂，泥石流，盐岩，多年冻土，雪崩，冰川等，以及避开地表水汇集处。3.不破坏或少破坏地表坡面。当隧道线路通过岩壁陡立，基岩裸露处时，最好不刷动或少刷动原生地表，以保持山体的天然平衡。此时，洞口位置就要根据具体情况，采取贴壁进洞或设置一段明洞，或修建特殊结构洞门。4.减少洞口路堑段长度，延长隧道提前进洞。对处于漫坡地形的隧道，其洞口位置变动范围较大。一般应采取延长隧道的办法，以解决路堑弃土及排水的困难。如工期允许，可根据“土方调配”来确定隧道洞口位置。5.洞口线路宜与等高线正交。使隧道正面进入山体，洞口结构物不致受到偏侧压力。由于该隧道位于湘西北的山岭重丘区，山势陡峻，山体破碎，节理裂隙发育，春、夏季雨量充沛，雨季容易爆发山洪，所以采用正交翼墙式洞门（见图纸A1）。第三章隧道几何设计12§1隧道平面设计隧道平面线形应尽量避免曲线。隧道如果位于曲线上，将有下列缺点：1.曲线隧道内部净空需要加宽，造成开挖和衬砌工程量的增加；2.隧道通风条件恶化，尤其是小半径曲线和反向曲线更为不利；3.增加了隧道施工难度，如测量，内装，吊顶等工作困难。在综合考虑了该隧道跨越区域地形地质，地貌的情况，连接隧道两端引线的位置以及施工经济性，运营顺畅性等控制因素后，确定了该隧道的平面线形采用长直线。（隧道平面设计见图纸A2）§2隧道纵断面设计为了保证隧道内车辆能安全平顺的行使，满足路面以及洞内地下排水的需要，就必须对隧道内线路的纵断面进行合理的设计。桂园隧道全长3147m，而且它位于我国南部湘西北山区，年平均降雨量较大，所以为了排水的需要，隧道纵断面必须设置一定的坡度，根据《公路隧道设计规范》，把隧道纵坡坡度定为2%，由于隧道长度较长，考虑采用一13字坡形会使车辆爬坡困难，所以拟采用人字形坡，因为这种坡形对通风运营不利，在施工过程中要特别注意通风设施的安装。当坡差大于3‰时，车辆行驶就有不平顺的感觉。为此，在变坡点处应设置竖曲线连接。（隧道纵断面设计见图纸A3）§3隧道横断面设计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。根据我国公路隧道设计规范规定，隧道按汽车专用一级公路山岭重丘标准设计，公路平均昼夜交通量为15000-25000辆，设计行车速度60km/h。隧道内轮廓为曲墙半圆拱，拱半径5.75m曲墙半径7.59m。隧道单洞净宽10m，即2×0.50m＋2×0.25m+2×0.75m＋7.0m，净高5.00m，隧道路面横坡2%，纵坡－2%。（见图纸A4）公路隧道的净空除包括公路建筑限界外，还包括通风管道，照明设备，防灾设备，监控设备，运营管理设备等附属设备所需要的足够的空间。以及富裕量和施工误差等。确定隧道净空断面应注意以下几个问题：1.各级公路隧道行车道的宽度，均按隧道建筑“限界”的规定设置，隧道内的车道宽度原则上应与前后道路一致，一般应避免产生“瓶颈”现象。142.公路隧道是供车辆通行的车行隧道。由于受地质条件的约束，宽度过大则不经济，施工上也增加难度，所以开挖面积通常在100㎡以下为宜，这样在每个隧道中，原则上采用对象行驶的最小单位为2车道，如果交通量大，则应设置两条各为单向行驶的2车道，即合计为4车道的隧道。大于4车道时，原则上隧道也应修成两条以上的2车道隧道。3.单车道的长隧道，应设有错车道；超过2km的隧道，各国都在150m～700m的间隔上设加宽带；超过10km的特长