南京工业大学交通学院拉西瓦水电站左岸低线公路隧道毕

南京工业大学本科生毕业设计1第一章基本资料1.1设计依据和标准1.1.1设计依据部颁《公路工程技术标准》（JTJ001-97）；部颁《公路隧道设计规范》（JTGD70—2004）；部颁《公路规范地质勘察规范》（JTJ064-98）；部颁《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）；部颁《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》（1996）；部颁《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ.1-1999）；1.1.2技术标准隧道按高速公路标准设计，为分离式双洞单向行驶隧道，采用的主要技术标准如下：1、设计行车速度隧道几何尺寸净空断面标准按120Km/h设计；隧道通风照明计算按80Km/h行车速度设计；2、隧道建筑限界建筑限界基本宽度：行车道：W——23.75m侧向宽度：L左——0.75mL右——1.25m检修道：J——20.75m总基本宽度为：11.0m隧道建筑限界净高：5.0m(检修道净高2.5m)。3、卫生标准正常营运时CO允许浓度285ppm,发生事故时CO允许300ppm；隧道内烟尘允许浓度10065.0m；4、设计交通量预测2024年年平均日交通量为20491MTE/日（中型标准车）；5、设计荷载洞内路面设计荷载采用汽-超20，挂-120。第一章基本资料21.2工程概况1.2.1隧道概况拉西瓦水电站左岸低线公路隧洞进口位于泥鳅山古滑坡体上游侧，设计底板高程2249.8m，出口位于回车场下游侧，底板高层2246m，坡降0.325％。隧洞段全长1112m。断面型式为城门洞形，开挖断面正常尺寸为12.2m×8.87m。隧洞水平埋深30～100m，垂直埋深一般大于100m。1.2.2工程地质条件1、地层岩性左岸低线公路隧洞施工开挖揭露的地层为三迭系下统变质岩类：变质长英砂岩夹泥质板岩和帘石化灰岩等，呈中厚层～薄层状结构，互层或互为夹层状构造。泥质板岩相对较软弱，在层间错动构造影响下，易形成破碎夹层。2、地质构造施工开挖表明，左岸低线公路隧洞段断层、裂隙等地质构造较发育，其发育优势方向及规模随不同隧洞段而异。全洞岩体为单斜层结构，倾向下游。岩层走向NW340°～NE60°，倾向NE～SE，倾角10°～40°。裂隙结构面多以硬性为主，且多贯穿三壁。3、岩体特征隧洞区岩体在不同洞段岩石的风化、岩体的结构等特征也会有一定程度的差异。桩号K0+740m～K1+072m段，岩石微风化，岩体多呈块状～层状结构，地下水活动较轻微，岩体中断裂构造较发育。桩号K1+072m～K1+172m段，岩石弱风化，无地下水活动，岩体多呈块层状及碎裂状结构，层间挤压破碎，易形成坍落。4、地表水隧址区内河流为黄河水系，地表水体为黄河及其南北两岸支流。黄河主要补给来源是大气降水，其次为地下水和冰雪融水等，黄河百年一遇洪峰量为1687m3/s，平均流量为561m3/s。河水对混凝土和钢筋具有低等腐蚀，水下混凝土可不采取抗侵蚀措施。5、地下水勘探期间未见地下水。1.2.3隧道洞室围岩级别的划分根据《公路工程地质勘察规范》规定的围岩分级的方法，隧道洞室围岩级别划分主要考虑以下因素：1）围岩岩性、强度，即岩性特征；2）围岩岩体的结构特征、结构面特征；3）围岩岩体的完整性，岩石质量；4）构造影响程度；5）地下水活动特征对围岩强度的影响；6）南京工业大学本科生毕业设计3围岩岩体物理力学指标，弹性参数等等。现仅对本文选取的三个典型围岩洞段（K1+115m、K1+010m、K0+870m）围岩地质参数进行介绍：(见表1-1)表1-1围岩地质参数分析断面容重/kN•m-3岩体模量/GPa粘聚力/kPa泊松比摩擦角/（°）抗压强度/MPa抗拉强度/kPaK1+11526.92.73000.3242.03035K1+01026.95.96800.3043.950115K0+87026.910.010600.2548.480268根据规范：BQ=90+3Rc+250Kv。K1+115m段的围岩为较坚硬岩，Rc=30Mpa;岩体较破碎，Kv=0.35;BQ=267.5，围岩级别为Ⅳ级。K1+010m段的围岩为较坚硬岩，Rc=50Mpa;岩体较完整，Kv=0.65;BQ=402.5，围岩级别为Ⅲ级。K0+870m段的围岩为坚硬岩，Rc=80Mpa;岩体完整，Kv=0.75;BQ=517.5，围岩级别为Ⅱ级。1.2.4地震等级地震根据《中国地震烈度区划图（1990）及使用规定》，隧址区地震烈度为Ⅶ度。1.3隧道纵断面及平面方案设计1.3.1隧道纵断面路线的选择是整个设计的基础，关系着施工的难易，工期长短，造价的大小，运营安全和运输效率。而隧道位置的选择又与整个路线的选择密切相关，隧道规范中规定；“高速公路，一级公路上的隧道和二、三、四级公路上的短隧道，其线型与公路的衔接应符合路线布设的规定。二、三、四级公路上的特长及长、中隧道的位置，原则上应服从路线的走向，路隧综合考虑。”但影响隧道路线选择的因素很多，除了考虑政治、经济、国防、施工等社会条件外，还要考虑工程地质、水文地质、地形等自然条件。在隧道设计中应抓住主要因素，统观全局才能寻找出一条比较符合要求的最优方案。本段路线方案是在工可基础上，依据工可审批意见进行优化确定。其中隧道平面布置主要服从总体走向，在综合考虑线形指标及工程造价的前提下，主要考虑隧道进、出口条件、隧址区工程地质条件、营运管理设施场地因素；隧道纵断面设计综合考虑了隧道长度、主要施工方向、通风、排水、洞口位置及隧道进出口接线等因素。1.3.2隧道横断面隧道净空断面除应符合建筑限界的规定以外，还应考虑通风设备及排水、照明、消防、第一章基本资料4监控、管线电缆等设施所需的空间，并考虑土压影响，施工方法等必要的富裕量。经综合考虑该隧道采用曲墙式断面构造。1、净空经过断面优化分析后确定隧道净空断面为三心圆：拱部为单心半圆，半径为6.12m；侧墙为大半径圆弧，半径为8.62m；仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接，半径为1.42m。内空考虑了侧墙预留装修层5cm。2、横断面构造（1）隧道横断面采用锚喷支护复合模筑混凝土衬砌，内夹防排水层。（2）路面采用单面横坡，坡度2%，路面单侧设排水沟，路基中心设中心排水沟。（3）横断面右侧沟槽设电缆及消防配水管，左侧沟槽设强电电缆。3、净空断面尺寸拟订拱圈：R=6.12ｍ，相应角度为2×90°侧墙：R=8.62m，相应角度为2×11°30’仰拱：R=15.42ｍ，相应角度为2×18°59’24”连接段：R=1.42ｍ，相应角度为59°30’36”。详细见图1-1：图1-1净空断面尺寸拟订图南京工业大学本科生毕业设计51.4拟定初步衬砌方案根据本隧道地形、地质条件，参考以往类似条件下的成功工程，初步拟订本隧道采用新奥法原理进行设计、施工。在Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级围岩中统一采用Ⅲ级围岩的衬砌方案，其具体尺寸如图1-2所示：图1-2拟订衬砌方案图第二章结构内力计算6第二章结构内力计算2.1荷载结构法原理深埋隧道中复合式衬砌的二次衬砌应采用荷载结构法计算。荷载结构法的设计原理认为，隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌的内力，并进行结构截面设计。采用荷载结构法计算隧道衬砌的内力和变形时，应通过考虑弹性抗力等体现围岩对衬砌变形的约束作用。弹性抗力的大小及分布，可根据衬砌在荷载作用下的变形、回填情况和围岩的变形性质等因素，采用局部变形理论，按下式确定：σ=kδ2.2荷载确定2.2.1计算垂直均布压力：垂直均布压力计算式：(适于Ⅳ～Ⅵ级围岩中的深埋隧道)q=0.45×2s-1×γ×ω(式2-1)式中：s——围岩类别，Ⅳ级围岩s=4γ——围岩容重，典型洞段围岩容重γ=26.9kN•m-3ω——跨度影响系数，ω=1+i(B-5),B=6.57×2+0.06×2=13.26故ω=1+0.1×(13.26-5)=1.826经计算：K1+115m段q=176.83kpa，水平均布压力e=0.3q=53.049kpa2.2.2划分浅埋和深埋隧道的分界：浅埋和深埋隧道的分界：Hp=(2～2.5)hq(式2-2)式中：Hp——浅埋隧道分界深度（m）hq——荷载等效高度（m）hq=q/γ=176.83/26.9=6.57m在矿山法施工条件下，Ⅳ级围岩取Hp=2.5hq=16.43m经确定：三个典型围岩洞段都属于深埋隧道。南京工业大学本科生毕业设计72.3衬砌要素深埋围岩的弹性抗力系数K=28Gpa，衬砌材料采用C25混凝土，弹性模量分别为21Gpa、28Gpa，容重分别为24kN·m-3、25kN·m-3。衬砌几何尺寸：内轮廓线半径r=6.12m外轮廓线半径R=6.12+0.45=6.57m拱轴线半径：r1=0.5×(6.12+6.57)=6.345mr2=0.5×(8.62+9.07)=8.845m轴线圆弧中心角：θ=101°30’2.4计算断面（Ⅳ级围岩中K1+115m段属于深埋隧道情况）衬砌参数底拱半径：15.820(m)底拱半中心角：19.000(度)底拱厚度：0.800(m)侧墙高度：1.200(m)侧墙厚度：0.800(m)顶拱半径：6.520(m)顶拱厚度：0.800(m)围岩弹抗系数：28000.000(MN/m3)衬砌的弹性模量：28000.000(MPa)荷载参数底部山岩压力：176.830(kN/m)侧向山岩压力：53.050(kN/m)顶部山岩压力：176.830(kN/m)顶拱灌浆压力：20.000(kPa)顶拱灌浆压力作用范围角：60.000(度)衬砌容重：25.000(kN/m3)第二章结构内力计算8计算简图图2-1计算简图计算结果计算结论:经过5次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!轴向力剪力弯矩切向位移法向位移转角围岩抗力单侧纵筋箍筋面积抗剪验算NQMUVWAsAv(kN)(kN)(kN.m)(mm)(mm)(度)(kPa)(mm^2)(mm^2)底拱(从中心向左等分10段):0-1664.1370.000305.8350.000-2.4360.0000.01470.0202.5满足1-1665.48927.053298.7340.041-2.4000.0080.01470.0202.5满足2-1669.53453.885277.4890.080-2.2950.0150.01470.0202.5满足3-1676.24980.278242.2730.115-2.1240.0210.01470.0202.5满足4-1685.593106.013193.3750.142-1.8970.0270.01470.0202.5满足5-1697.509130.877131.1950.161-1.6250.0310.01470.0202.5满足6-1711.924154.66056.2450.170-1.3220.0330.01470.0202.5满足7-1728.751177.160-30.8540.168-1.0070.0340.01470.0202.5满足8-1747.885198.180-129.3760.156-0.6990.0320.01470.0202.5满足9-1769.211217.530-238.4970.133-0.4210.0270.01470.0202.5满足10-1792.596235.031-357.2910.102-0.2000.0200.01470.0202.5满足南京工业大学本科生毕业设计9侧底圆角(从右向左等分10段):0-1792.596235.031-357.2910.102-0.2000.0200.01470.0202.5满足1-1819.15946.273-392.8040.100-0.1110.0150.01470.0202.5满足2-1823.812-147.193-380.1820.089-0.0430.0100.01470.0202.5满足3-1805.336-33