隧道工程课程设计报告书

专业资料隧道工程课程设计姓名：张业学号：2013104213班级：20131042班指导老师：刘敬辉日期：2016年7月1号word完美格式 专业资料设计说明书目录一、原始资料二、设计任务及要求三、设计步骤四、施工方法的选择五、参考文献word完美格式 专业资料一、原始资料(一)地质及水文地质条件风门凹隧道穿过山地丘陵，按小净距隧道设置。隧道区地层岩性主要由第四系坡积亚粘土及老虎坳组砂岩层组成，具体如下：a、覆盖层：主要为坡积亚粘土（Qdl），为隧道区表土层，黄色，略带红色，稍湿，硬可塑～硬塑，含少量砂砾及碎石，表层含少量植物根系，坡积成因。层厚不均匀，最薄处为1.10m见于ZK144号孔，最厚处为4.00m见于ZK143号孔，地层编号为9。做标贯试验1次，实测24击。其主要的物理力学指标为：含水率=21.5%，天然密度2.06g/cm3，直剪凝聚力=23.7kPa，内摩擦角=24.7°。b、基底：按风化层分为全~微风化岩层。1）、全风化砂岩（Qel）：黄色为主，局部夹褐色等杂色，岩芯已风化呈亚粘土状，含少量砂砾，矿物基本已完全风化，难辨原岩结构，稍湿，硬塑～坚硬土状。主要见于ZK143号钻孔一带，层厚为9.0m。地层编号为13-1-6。做标贯试验3次：实测击数最大值=46、最小值=39、平均值=42。直剪凝聚力=30kPa，内摩擦角=31°，压缩模量=10MPa，容许承载力［σ0］=280kPa。word完美格式 专业资料2）、强风化砂岩（D2l）：黄色，褐色，岩芯呈半岩半土状，矿物大部分已风化，略可辨原岩结构，夹少量弱风化碎块，底部分含量变大，岩质软，手捏易散，遇水易软化。广泛分布，层厚10.4~26.0m。地层编号为15-2-6。3）、弱风化粉砂岩（D2l）：灰色、褐色，、岩芯十分破碎，节理裂隙发育，取芯困难，钻进容易。见于ZK144号钻孔，揭示厚度23.5m。地层编号为15-3-4。岩石完整性系数KV＝0.29。4）、弱风化砂岩（D2l）：褐黄色，夹红色，黑色等杂色，岩芯呈碎石、碎块状，裂隙很发育，钻进较慢，岩质较硬，敲击声稍沉，略有回弹，局部岩质坚硬，风化程度低，较新鲜，接近微风化，破碎较上部完整，钻进缓慢，锤击声清脆，震手，有回弹感。层厚极不均匀，最薄处为3.70m见于ZK144号孔，最厚处为15.00m见于ZK143号孔，平均厚度为9.35m。地层编号为15-3-6。5）、微风化泥质粉砂岩（D2l）：灰白色，泥质结构，手摸有滑腻感，指甲可刻动，钻进较易，岩石较完整，呈短柱-长柱状，锤击易碎，节理裂隙较发育，呈闭合状。见于ZK144号钻孔一带，厚度为3.60m。地层编号为15-4-4。6）、微风化砂岩（D2l）：灰白、灰黄色，30m以上岩芯十分破碎，word完美格式 专业资料岩芯呈碎块状，岩质坚硬，较微硅化，采取率低，锤击不易碎，30-41.4m岩石坚硬较完整，钻进缓慢，硅化，41.4-55.2m较破碎，呈碎块状-短柱状，硅化。见于ZK144号钻孔一带，厚度为47.70m。地层编号为15-4-6。岩石完整性系数KV＝0.61～0.90。。(详细地质资料示于隧道地质纵断面图中)。(二)线路条件隧道建设规模按双洞六车道修建，设计行车速度为120km/h。，线路坡度及平、纵面见附图，隧道建筑限界高5m，洞内路面宽度11.25m，两侧设路缘带及检修道。详见“隧道内轮廓及建筑限界图”。word完美格式 专业资料(三)施工条件具有一般常用的施工机具及设备,交通方便,原材料供应正常,工期不受控制。附：(1)1:2000的风门凹地形平面图二张；(2)隧道地质纵断面图一张。二、设计任务及要求(一)确定隧道进、出口洞门位置，定出隧道长度word完美格式 专业资料(二)在1:2000的地形平面图上绘制隧道进口、出口边坡及仰坡开挖线；(三)确定洞身支护结构类型及相应长度，并绘制Ⅳ类围岩地段复合式衬砌横断面图一张(比例1:100)；(四)人行横通道布置示意图以及射流风机布置示意图(五)按所给定的地质资料及技术条件选择适当的施工方法，并绘制施工方案横断面分块图及纵断面工序展开图(六)将设计选定的有关数据分别填入隧道纵断面总布置图的相应栏三、设计步骤（一）隧道洞门位置的确定洞门位置的确定与洞门结构形式、边仰坡开挖方式、洞口附近地形、地质及水文地质条件有关。先在1:200的洞口地形平面图上用作图法初步确定洞门位置,然后在实地加以核对和修正。为了保证施工及运营的安全,《隧规》提出了“在一般情况下，隧道宜早进洞，晚出洞”的原则。即尽量避免开挖深路堑，以确保洞口边、仰坡稳定。洞口围岩级别V，边坡仰坡的坡率取1:1.5，控制高度18米。word完美格式 专业资料采用作图法确定洞门位置，左线选择翼墙式洞门、右线选择端墙式洞门。1.左线翼墙式洞门（甲式开挖）甲式开挖后的边、仰坡范围由六个面组成：即一个仰坡面，两个边坡面，两个边仰坡的弧形联接面和一个路基面构成。在确定洞门位置时，可以近似将洞口路基面视为一个水平基准面。具体步骤如下：（1）根据选定的洞门结构型式查得洞门墙顶半宽Bm=15.45m，翼墙端点至洞门里程的距离C=6m（见图1）word完美格式 专业资料(2)计算H路基＝H轨顶－Δ=93.292m-0.9m=92.393m注：在标准图中Δ是用h2表示。H控制＝H路基＋H设计=92.393m+18m=110.393md＝H设计×m=18m×1.5=27mword完美格式 专业资料式中：H路基——路基面设计标高；H轨顶——内轨顶面标高；H设计——最大设计开挖高度；H控制——控制等高线标高;Δ——由轨顶面至路基面的垂直距离；1：m——边、仰坡坡率；d——边坡坡脚至等高线上控制点a的水平距离；b——洞门位置至仰坡坡脚水平距离(可由标准图中查得)；(3)在1：500地形平面图上找出数值为H控制的等高线；(4)沿线路中心线两侧作宽度为路堑底宽度之半的两根平行线Ⅰ－Ⅰ、Ⅱ－Ⅱ；(5)以d为半径，沿Ⅰ－Ⅰ（或Ⅱ－Ⅱ）线移动，找出与控制等高线相切的点a后，在Ⅰ－Ⅰ线（或Ⅱ－Ⅱ线）上标出圆心O点；(6)从O点向洞内方向移动C的距离得一点P，过P点作线路中心线的垂线PP′，则PP′即为甲式开挖时的洞门位置；(7)按比例在1：500地形平面图上绘出洞门结构平面示意图。word完美格式 专业资料1.右线端墙式洞门（乙式开挖）乙式开挖范围比较复杂，由10个面组成，即一个仰坡面、二个弧形联接面、两个洞门墙顶的边坡面、两个不同路基宽度联接面、二个边坡面和一个路基面，其具体步骤如下：(1)根据选定的洞门结构型式找出洞门墙顶半宽度Bm=19.35m，仰坡脚至洞门起点的水平距离b=2.5m以及仰坡脚至路基面的垂直距离h顶沟=8m（见图2）；word完美格式 专业资料(2)计算H路基=H轨顶－Δ=97.399m-0.9m=96.499mH控制＝H路基＋H设计=96.499m+18m=114.499md＝(H设计－h顶沟)×m=(18m-8m)×1.5=15m式中：d—仰坡脚至控制等高线上的控制点a的水平距离，其他符号意义同上；(3)在1：500地形平面图上找出数据为H控制的等高线；(4)沿线路中心线两侧作宽为洞门墙顶宽度之半（即Bm)的两根平行线Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ；(5)以d为半径沿Ⅰ—Ⅰ线（或Ⅱ—Ⅱ线），找出与控制等高线相切的点a，并在Ⅰ—Ⅰ（或Ⅱ—Ⅱ）线上标出圆心O点；(6)从O点向路堑方向移动b的距离，得一点P，过P点作线路中心线的垂线PP′，则PP′即为word完美格式 专业资料乙式开挖时洞门位置；(7)按比例在1：500地形平面图上绘出洞门结构平面示意图，并标出洞门里程及其轨顶面标高。当进出口洞门位置确定以后，隧道起、终点里程之差即为隧道长度。注意隧道起、终点的里程系按隧道洞门墙外表面与线路内轨顶面的交点计算。(二)绘制隧道洞口边、仰坡开挖线1．仰坡开挖线（见图3）风门凹左线广州端隧道进口仰坡坡脚标高为106m，仰坡坡率为1：1.5，为了求得仰坡与地表面的交线，先计算仰坡的等高线距仰坡坡脚的水平距离d1、d2、d3……等。对于108m等高线d1=(108-106)×1.5=2×1.5=3m对于110m等高线d2=(110-106)×m=4×1.5=6mword完美格式 专业资料然后在图中按比例作与洞门墙平行且相距为d1的1－1线，交108m等高线于①点，作2－2线与洞门墙相距为d2交110m等高线于②点，以此类推，用虚线连接a、①、②、……各点即为仰坡开挖线。word完美格式 专业资料2.绘制边坡开挖线的方法(参见图3)其原理同前，若边坡坡脚标高为92.3m，边坡坡率1：n＝1：1.5，则不同标高位置的边坡顶点至边坡坡脚的水平投影距离为：C1＝(94－92.3)×n＝2.55mC2＝(96－92.3)×n＝5.55m3.绘制仰坡与边坡交角处开挖线其原理同前，但是应注意当洞门开挖方法不同时，其刷坡起算点不同，即采用甲式开挖时，起坡点为翼墙端点G，而采用乙式开挖时，起坡点为仰坡坡脚K(参见图4)。当仰坡坡率与边坡坡率不同时，采用坡率逐渐变化的方法进行过渡。如若边坡坡率1：n＝1：0.5，仰坡坡率1：m＝1：1，则可以起坡点为圆心，每隔18°作一射线，则放射线的坡率相应为1：0.8，1：0.85，1：0.90，1：0.95，1：1，然后用前述方法作出交角处的开挖线。(三)确定洞身衬砌结构类型及长度并绘制1:100的衬砌横断面图1．确定洞身衬砌结构类型及长度word完美格式 专业资料隧道通过地段的地质情况常有变化，应按其不同围岩类别选用不同类型的衬砌。在两类衬砌连接处，围岩较差地段的衬砌断面应向围岩较好地段作适当的延伸，一般延伸长度为5～10m。隧道洞口地段由于覆盖层较薄，地质条件差，衬砌结构设计应慎重从事，通常都予以加强，一般隧道应在洞口位置设置不小于5m长的加强衬砌，衬砌加强地段的衬砌断面视地形地质实际情况，可选用低一级甚至两级围岩类别的衬砌断面。对于曲线地段的衬砌断面都要加宽。注意：计算后的数值应取为10的整倍数，以方便现场制模。各类围岩相应的衬砌断面，可查阅相应的标准图，并将选用的衬砌断面的标准图号、加宽值、长度，分别逐段填入总布置图中，各段长度一般应取米的整数。2．绘制复合式衬砌断面图绘制Ⅳ类围岩地段复合式衬砌横断面图一张，比例1：100。(四)施工方法的选择本隧道要求采用新奥法施工中的短台阶法。word完美格式 专业资料此工程围岩级别为IV级，围岩稳定性差，初期支护能尽快闭合，短台阶法一次开挖的断面较小，有利于开挖面的稳定，两个断面相距较近。短台阶法能缩短支护结构闭合的时间，改善初期支护的受力条件。缺点是因为上台阶的长度有限，故出渣时对下半断面施工时的干扰较大，不能全部平行作业。注意事项：初期支护全断面闭合一般应在距开挖面30m以内完成，或在上断面开挖后30d内完成，拖延过久会影响围岩的稳定。当初期支护变形、下沉显著时，要提前闭合。台阶的长度应在满足围岩稳定性要求的前提下，能尽量保证施工机械开展正常的工作，如果两者有矛盾，则应以确保围岩稳定为重，而适当考虑降低机械化的程度。（五）参考文献1．隧道教材；2．铁道部第二勘测设计院，铁路工程设计技术手册——隧道分册，中国铁道出版社；3.公路隧道设计规范（D70-2004），公路隧道设计细则（JTGD70-2010）4．有关标准图：相关图纸⑴专隧(01)0013,单线电化铁路隧道门；⑵专隧(01)0014,单线电化铁路隧道复合式衬砌。word完美格式