学士学位论文--冲垭口隧道初步设计 岩土工程计算书正文.doc

'本科毕业设计（论文）题目：冲垭口隧道初步设计院（系）：建筑工程学院专业：土木工程 冲垭口隧道初步设计摘要为全面完善自己在大学所学知识并对其进行综合性训练，特进行源于工程实际的隧道设计。与此同时，由于交通事业的发展及人类生产、生活的不断需求，世界各国所建交通隧道的里程得到迅速延长,隧道工程建设已经成为社会发展和人类生活中非常重要的内容。通过对隧道施工设计等方面进行一次全面的、系统的训练，了解隧道施工设计所包括的工作内容、工作程序。冲垭口隧道位于贵州省毕节市境内，属杭瑞高速公路贵州毕节至都格段。隧道全长1410m。设计的主要内容有：隧道路线方案的拟定比选、隧道几何设计、衬砌结构设计、防排水设计，并进行隧道衬砌的结构计算，同时还有隧道通风、照明的计算和设计。最终的设计成果包括：设计说明书、隧道围岩衬砌计算书、隧道通风计算书、隧道照明计算书、线路平面图、纵断面设计图、建筑限界及内轮廓图、洞门及明洞设计图、横通道设计图、紧急停车带设计图及分布图、各级围岩衬砌设计图、防排水设计图、通风机布置图、照明灯具布置图。关键词：隧道；结构计算；断面；衬砌；防排水；洞门；通风；照明II PreliminaryDesignofChongYaKouTunnelAbstractInordertocompletetheknowledgewhichstudyinthecollege.Atthesametime,rapidlyextendedtransportdevelopmentandhumanproductionandlifeofconstantdemand,theworldbuiltbythemileageofthetraffictunnel,thetunnelconstructionhasbecomeaveryimportantelementofsocialdevelopmentandhumanlife.Toconductacomprehensive,systematictrainingfortunnelconstructiondesignincludingjobcontent,workprocedures,designoftunnelconstructionintunnelengineeringdesignandconstructionworktolayagoodfoundationforfuture.ChongYaKouroadtunnelinGuiZhouprovince,belongtoHangRuihighwayGuiZhoulinefromBiJietoDuGe.Tunnellength1410m.Designofthemaincontentinclude:thetunnelrouteplanformulationselection,thedesignofthecrosssection,thedesignoftheportal,thedesignoftheliningstructure,thedesignofwaterproofanddrainage,andthetunneltwoliningstructurecalculation,andthedesignandcalculationoftunnelventilationandlighting.Thefinaloutcomeofthedesigninclude:thedesignspecification,tunnellining,tunnelventilationcalculation,thecalculationoftunnellighting,routeplan,profiledesign,thedesignofcross-sectional,architecturalboundariesandtheliningoftheinsidecontour,thedesignofentranceandportal,ventilationlayout,lightingarrangement.KeyWords:Tunnel,Structuralcalculation,Lining,Waterproofanddrainage,Ventilated,lightingII 主要符号表弹性抗力系数围岩容重二次衬砌厚度衬砌矢高偏心距宽度影响系数隧道设计风速利用系数光通量养护系数灯具布置数量灯具间距路面平均照度I 目录摘要IAbstractII主要符号表I1绪论11.1课题背景及目的11.2国内外研究情况11.3本设计研究的主要内容及研究方法21.3.1主要内容：21.3.2研究方法22工程概况32.1工程简介32.2地形地貌及工程地质条件32.2.1地理位置及地形32.2.2地质情况32.2.3地震32.2.4气象条件32.2.5水文地质条件32.2.6环境条件43隧道总体设计53.1隧道选址53.1.1隧道路线方案53.1.2隧道方案比选53.2隧道的几何设计63.2.1隧道的平面设计63.2.2隧道纵断面设计6IV 3.2.3隧道接线73.2.4隧道净空断面横断面设计73.2.5紧急停车带83.2.6横洞104隧道结构构造114.1隧道衬砌结构设计114.1.1一般规定114.1.2衬砌设计114.2洞门124.2.1一般规定124.2.2建筑材料124.2.3洞门设计124.3明洞134.4隧道的防水与排水134.4.1隧道洞口的防排水134.4.2隧道明洞的防排水144.4.3隧道洞身衬砌防排水144.4.4注浆堵水145衬砌结构计算155.1基本资料155.1.1岩体特性155.1.2衬砌材料155.1.3结构尺寸155.2基本计算数据165.2.1围岩压力的确定165.3绘制分块图165.4计算半拱轴线长度175.4.1求水平线以下边墙的轴线半径，其与水平线的夹角17IV 5.5计算各分段截面中心的几何要素185.5.1求各截面与竖轴的夹角185.5.2求各截面的中心坐标195.6计算基本结构的单位位移195.7计算主动荷载在基本结构中产生的位移和215.7.1衬砌每一块上的作用力215.7.2主动荷载在基本结构上产生的内力215.7.3主动荷载位移245.7.4墙底位移计算255.8解主动荷载作用下的力法方程255.9求主动荷载作用下各截面的内力265.10求单位弹性反力及相应摩擦力作用下，基本结构中产生的变位和275.10.1各接缝处的抗力强度275.10.2各衬砌上的抗力集中力285.10.3抗力集中力与摩擦力的合力285.10.4计算单位抗力及相应的摩擦力在基本结构中产生的内力295.10.5计算作用理产生的荷载位305.11单位弹性反力作用下的力法方程315.12最大弹性反力值的计算325.13计算初砌截面总的内力335.13.1初砌各截面内力335.13.2校核计算精度345.14绘制内力图355.15衬砌截面强度验算356隧道通风设计及计算376.1基本资料376.2通风方式的确定37IV 6.3需风量的计算386.3.1稀释CO浓度的需风量计算386.3.2稀释烟雾浓度的需风量计算406.3.3稀释空气异味的需风量计算416.4通风计算426.4.1计算条件426.4.2隧道内所需升压力计算426.5通风机台数的计算446.6风机的布置457照明设计及计算467.1隧道照明区段的划分及亮度467.1.1洞外接近段467.1.2洞内照明467.2照明布置487.2.1中间段照明计算487.2.2入口段照明计算487.2.3过渡段照明计算497.2.4出口段照明计算507.2.5紧急停车带照明计算508结论52参考文献53致谢54毕业设计（论文）知识产权声明55毕业设计（论文）独创性声明56附录57IV1绪论I 1绪论1绪论1.1课题背景及目的为全面完善自己在大学所学知识并对其进行综合性训练，特进行源于工程实际的秦岭地区新建隧道设计。与此同时，由于交通事业的发展及人类生产、生活的不断需求，世界各国所建交通隧道的里程得到迅速延长,隧道工程建设已经成为社会发展和人类生活中非常重要的内容。通过对隧道施工设计等方面进行一次全面的、系统的训练，了解隧道施工设计所包括的工作内容、工作程序等，为今后从事隧道工程设计、施工工作打下良好的基础。冲垭口公路隧道位于贵州省毕节市境内，属杭瑞高速公路贵州省毕节至都格段，是我国高速公路网中的一条东西横线，编号为G56，它起于浙江杭州，终于云南瑞丽。此题目来源于工程实际，通过对此题目的完成要求对隧道设计的初步阶段有完整的掌握，为今后工作实际问题的解决做实战准备。隧道工程是土木工程的重要研究领域，目前世界上的隧道设计方法经过几十年的完善，已经提出了比较成熟的设计方法，世界上大多采用的施工方法主要有新奥法、地下连续墙法、台阶法、盾构法、全断面法等。其中新奥法是采用最多的方法。我国的隧道及地下工程在施工技术上居于世界先进水平的行列。但是目前我国的隧道建设还存在许多应该解决的问题，如地下空间的利用与开发还属于粗放型，配套设备的国产能力低，施工效率低，环境差。施工超前地质预报水平低，不良地质条件的综合技术水平不高等不利因素。但是随着施工技术的不断发展，这些问题将在不久的将来得到有效的解决。1.2国内外研究情况国内外隧道施工中形成了两大理论体系：一种是20世纪20年代提出的传统“松弛荷载理论”，其核心内容是稳定的围岩有自稳能力，对隧道不产生荷载，而不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支承岩体荷载。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能坍塌的岩体重力。另一种是20世纪50年代提出的“岩承理论”。其核心内容是隧道围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力，不稳定围岩丧失稳定是具有一个过程的，如在这个过程中提供必要的支护或限制，则围岩仍然能够保持稳定状态。“岩承理论”则是在新奥法设计施工的基础上提出来的。隧道修建技术的进步为长大隧道工程和开发利用地下空间奠定了基础，同51西安工业大学毕业设计（论文）时，大规模的地下工程的建设也必将对隧道建设技术提出新的更高要求。为了适应今后隧道工程大规模发展的需要，展望隧道施工的发展方向，隧道施工应开展以下方面的研究：（1）隧道施工阶段中的地质勘探工作51 西安工业大学毕业设计（论文）（2）加强隧道机械化施工（3）发展隧道治水和融冰的技术（4）加强隧道的防火效果（5）加强应用施工新技术的研究（6）发展高性能混凝土施工技术，完善施工工艺，改善施工环境，提高支护质量、速度和效果。（7）加强对预制拼装式衬砌的研究应用（8）加强隧道施工现代化管理采用现代化管理方式可最大限度的发挥机械效率，确保工程质量和进度。1.3本设计研究的主要内容及研究方法1.3.1主要内容：本设计研究的是冲垭口隧道初步设计，公路等级为单向双车道汽车专用公路隧道。本设计研究的主要内容有:①线路的方案比选（包括至少两个方案的比较）②隧道的几个设计(包括横、纵断面设计，洞门设计，明洞设计，横通道，紧急停车带)③隧道防、排水设计④隧道衬砌结构计算⑤隧道运营通风设计及计算⑥隧道运营照明设计及计算⑦隧道结构计算1.3.2研究方法对于该题目的研究采用将力学计算、数值分析以及经验评估融为一体的方法，在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上，根据公路等级、隧道长度、交通量以及环保要求，对隧道进行初步阶段的设计。51 西安工业大学毕业设计（论文）2工程概况2.1工程简介冲垭口隧道位于贵州省毕节市境内，属杭瑞高速公路贵州毕都段。隧道为单向双车道隧道，左线起讫桩号ZK81+110~ZK82+255，全长1145m，右线起讫桩号YK80+825~YK82+235，全长1410m。隧道进口段左右线间距为95m，出口段左右线间距为15.96m，部分为小净距隧道。设置人行横洞2处，车行横洞1处。2.2地形地貌及工程地质条件2.2.1地理位置及地形本路段属侵蚀中山地貌区，山体主要由三叠系下统飞仙关组(T1f)强、中风化砂岩组成。隧道区山峦起伏相连，整体地形较陡，自然坡度角约35-46°。2.2.2地质情况本路段地质复杂，处于川滇经向构造带和川黔经向构造带之间过渡地带，构造简单，为单斜地层，主要岩性由新至老为三叠系下统飞仙关组强、中风化粉砂岩构成。2.2.3地震本路段地处山区，基本处于地质构造相对稳定的地质环境所处区域的地震动峰值加速度为0.05，地震基本烈度为Ⅳ度。2.2.4气象条件本路段位于亚热带至温带云贵高原湿润季风气候区，降水量充沛，无霜期长，严寒酷暑时间较短，无霜期约250天，年平均气温11-15℃，年平均最低气温0-4℃，无酷暑严寒，气候温和，年均降雨量1250mm。2.2.5水文地质条件地表水不发育，仅于隧道进出口外侧冲沟中存在雨源型地表小径流，预计有水，旱季水量小或断流。地下水主要由第四系空隙潜水、基岩裂隙水。区域内总体水文地质条件简单。51 西安工业大学毕业设计（论文）2.2.6环境条件隧址区斜坡下部地带种植旱地植物，植被少量发育，山体顶部植被较发育，以灌木为主。51 西安工业大学毕业设计（论文）3隧道总体设计3.1隧道选址3.1.1隧道路线方案根据设计任务书的规定以及地形图和水文地质情况了解，参考《公路隧道设计细则》JTGTD70—2010对隧道选址，现对隧道进行多方案比选，比选方案罗列如下：方案A：左线起讫桩号ZK81+110（地面高程1542.0m）～ZK82+255（地面高程为1554.2m），全长1145m；右线起讫桩号YK80+825（地面高程1542.6m）～YK82+235（地面高程1554.2m），全长1410m。方案B：将A方案左线下移，从ZK81+100（地面高程为1564.2m）～ZK82+255（地面高程为1554.2m），全长1155m。右线同A方案。方案C：左线起讫桩号ZK81+260（地面高程为1614.1）～ZK82+255（地面高程为1554.2），全长995m。右线同A方案。3.1.2隧道方案比选根据地形图和各种调查资料，进行技术、经济比较之后，最后确定一条路线。比较要点是：线形适当（平面顺适、纵坡均衡、横面合理），顺应地形，路线延长对邻近地区的影响；安全性、用地、建设投资、养护费、行驶性能、施工的难易、与当地环境和景观相协调等。（1）地形条件与隧道位置选择越岭路线的隧道，应进行较大面积的方案选择，拟定不同的越岭标高进行全面的技术、经济比较，选择工程地质条件较好的地段穿越。因为大面积方案已大致确定，所以只需要对标高，和施工地段优劣情况进行选择。当隧道口标高低时，则隧道长，但展线短、线路拔起高度小、运营条件好，如方案A、B；当隧道口标高高时，隧道短，但展线长、线路拔起高度大、运营条件差，如方案C。（2）地质条件与隧道位置选择一般情况下，隧道位置应尽可能选择在地质构造简单、节理裂隙不发育、岩性较好的稳固的地层中通过，尽量避免穿越偏压大，地下水丰富和排水困难的沟谷低洼处等不良地质地段，以及地质构造极为复杂，含有有害气体、高温等地层。若必须通过时，应有切实可靠的工程措施。A、B、C三个方案均无不良地质情况，但A方案中隧道左线入口处处于偏压状态。因此方案A中的左线入口段对设计、施工及辅助施工等标准要求较高。（3）洞口与隧道位置选择51 西安工业大学毕业设计（论文）隧道洞口地质条件较差，岩层多破碎、松散、风化严重，当开挖进洞时破坏了山体原有的平衡，极易产生坍方、顺层滑动，古滑坡复活等现象。故规定“一般情况，隧道宜早进洞，晚出洞”。尽量根据地形、地质，考虑隧道仰坡和路堑边坡的稳定性，避开不良地质段。隧道进出口中线力求与地形等高线正交或接近正交穿越最为有利。若不能满足，则要尽量要以大角度斜交进洞，保证地形等高线与线路中线斜交角度大于45°为上，但松软地层中，不宜采用斜交洞口。A、B、C三个方案洞口地质情况良好，A方案进出口皆与等线大角度相交，但B、C方案进口段与与等高线斜角角度大约为45°。表3.1方案比较表方案优劣A地质情况良好，高程最低，洞门中线与地形等高线大角度相交，线形适当，顺应地形，线路长度适中，运营条件好隧道左线入口处处于偏压状态，设计、施工及辅助施工等标准要求较高。B地质情况良好，高程较低，运营条件较好，线形适当，顺应地形线路长，与公路衔接曲率大，与公路整体设计协调适应性较差，洞门中线与地形等高线夹角约为45°C地质情况良好，线路最短，线形适当展线较长，高程最高，运营相对较困难，洞门中线与地形等高线夹角约为45°综合各方面因素考虑，最终选择方案A。3.2隧道的几何设计3.2.1隧道的平面设计隧道平面设计是指隧道中心线在水平面上的投影。隧道是线路的一个组成部分，因此，隧道的平面线形除应满足《公路工程技术标准》规定外，还应考虑到由于隧道内的运营和养护条件比洞外明线差的特点，应适当提高现行标准。隧道内应避免设置平曲线，因为隧道位于曲线上，通常需要设置超高和加宽，使得施工变得复杂，而且断面不统一，以及对于隧道洞口连接过渡段的设计、施工要求较高。所以本设计未设置平曲线。3.2.2隧道纵断面设计隧道纵断面是隧道中心线展直后在垂直面上的投影。隧道内线路坡度可设置为单面坡（即向隧道一段上坡或下坡）或人字坡（即从隧道中间向洞口两端下坡）两种。一般单向坡多数处在越岭线路的展线及沿河（溪）线隧道中，单向坡隧道对运行时通风排水有利，尤其是下行单向隧道通风条件较好，但在上方洞施工困难，特别在有较大地下水时更难。人字坡常出现在越岭隧道中，人自破有利于从两端施工时的出渣和排水，但对运营通风不利。51 西安工业大学毕业设计（论文）隧道内纵面线形，应以行车安全、排水、通风、防灾为基础，并根据施工期间的排水、出渣、材料运输等要求确定。隧道内应尽量设置缓坡，但隧道内纵坡不应小于0.3%，有考虑到施工误差，一般不要小于0.3%~0.5%。隧道的最大值应该充分考虑：①施工中出渣或材料运输的作业效率（纵坡过大则作业效率低）；②营运期车辆行驶的安全和舒适性；③营运通风的要求等因素，一般情况不应大于3%；受地形条件限制时，高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大，但不宜大于4%。由上述规定考虑到地形条件将隧道的纵断面选择为1.9%的单面坡。3.2.3隧道接线隧道洞口连接线的平面及纵断面线形应与隧道线形相配合，应当有足够的视距和行驶安全，尤其在进口一侧，需要在足够的距离外能够识别隧道洞口。即隧道洞口内外各3s设计速度行程长度范围的平面、纵面线形应一致，有条件时纵面线形宜取5s设计速度行程。3.2.4隧道净空断面横断面设计隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，包括隧道建筑界限通风及其他所需的断面积。a.建筑界限公路隧道的建筑界限，不仅要提升汽车行驶的空间，还要考虑汽车行驶的安全、快捷、舒适和防灾等，因此要求设计应充分研究各种车道与公路设施之间所处的空间关系，任何部件（包括通风、照明、安全、监控和内装等附属设施）均不得侵入隧道建筑限界之内。建筑界限由行车道宽度、侧向宽度、人行道或检修道等组成。在建筑限界内，不得有任何部件侵入。根据《公路隧道设计细则》JTGTD70-2010中表5.1.3双向行车公路隧道建筑限界横断面最小宽度，可得：W——行车道宽度，取7.5m；C——余宽，取0.25m；H——净高，一般取5m；L——侧向宽度，；E——建筑限界顶角宽度，；R或J——人行道或检修道宽度，取0.75；则该隧道标准断面建筑界限如图3.1所示：51 西安工业大学毕业设计（论文）图3.1标准断面建筑界限（单位：cm）b.内轮廓线隧道的内轮廓线设计除应符合隧道建筑限界的规定外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰的须要，并为通风、照明、消防、监控、营运管理等设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、、施工方法影响的预留富余量，使确定的断面形式及尺寸符合安全、经济、合理的原则。隧道断面宜采用内轮统一标准，即拱部为单心圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径连接。因此，横断面设计时，应尽力选择净断面利用率高、结构受力合理的衬砌形式。根据地质条件可知，隧道进出口段为V类围岩，洞身为Ⅳ类围岩。故采用受力较好，断面相对更经济合理的三心圆曲墙式衬砌。又因该隧道为单项交通，路面横坡取单面坡，进行单面坡隧道横断面设计时应满足以下要求：（1）建筑限界底边应与路面重合，建筑限界顶边线应平行于路面。（2）检修带或人行道内边缘高度h相对与路面保持不变，设置倾向路面一侧的0.5%~1%的横坡。（3）检修道或人行道的边线应保持铅垂。（4）建筑限界车行道边线垂直于路面，高度保持不变。（5）隧道内轮廓断面与建筑限界行车限界最小间距宜大于10cm，与人行道或检修道限界线最小间距宜大于5cm。则隧道内轮廓线如图3.2所示：该隧道为长隧道，因而需要设置紧急停车带，如图3.3所示。在整个隧道中，设置了两个人行横通道（图3.4所示），一个车行横通道（图2.5所示）。3.2.5紧急停车带冲垭口公路隧道按单向双车道专用高速公路设计，左线全长1145m，右线全长1410m51 西安工业大学毕业设计（论文），属长隧道，因而需要设置紧急停车带，所以行车方向的右侧设置紧急停车带。紧急停车带的位置在右线线设在K81+500，在左线设在K81+600处。停车带的路面横坡取为水平。紧急停车带的建筑限界如图3.3所示，紧急停车带的宽度和长度如图3.4所示。图3.2标准断面内轮廓线（单位：cm）图3.3紧急停车带平面图（单位：cm）51 西安工业大学毕业设计（论文）图3.4标准断面建筑界限（单位：cm）3.2.6横洞上、下行分离式独立双洞的公路隧道之间应该设置横向通道。车行通道间距设置为700m，与紧急停车带对应布置，其建筑限界及内轮廓如图3.5所示；人行通道间距设置为350m，其建筑限界如图3.6所示。图3.5（单位：mm）图3.6（单位：mm）51 西安工业大学毕业设计（论文）4隧道结构构造4.1隧道衬砌结构设计最大限度地利用和发挥围岩的自称能力是隧道衬砌结构设计应遵守的基本原则。隧道围岩自身具有一定的结构作用，通过一些工程工程措施和合理的衬砌形式使围岩的这一特性得以充分发挥，达到节省工程投资的目的。4.1.1一般规定衬砌结构设计应符合下列规定：（1）衬砌断面宜采用曲边墙拱形断面。（2）在IV~VI级围岩条件下，围岩自稳能力查，侧压力较大，地基承载力较弱，为保证结构整体安全，控制沉降，采用有仰拱的封闭断面。仰拱曲率半径应根据隧道断面形状、地质条件、地下水、隧道宽度等条件确定。路面与仰拱之间可采用混凝土或片石混凝土填充。当隧道边墙底以下为整体性较好的坚硬岩石时，可不设仰拱。（3）隧道隧道洞口段一般埋置较浅，地质条件差，受应设加强衬砌。即将洞口围岩类别降低一个级别来考虑，加强衬砌段的长度应根据地形、地质和环境条件确定，一般情况下两车隧道应不小于1倍的洞跨。（4）围岩较差地段的衬砌应向围岩较好地段延伸5至10m。（5）偏压衬砌应向一般衬砌段延伸，延伸长度应根据偏压情况确定，一般不小于10m。（6）、净宽大于3.0m的横通道与主洞的交叉段应设加强衬砌，加强段衬砌应向各交叉洞延伸，主洞延伸长度不小于5.0m，横通道延伸长度不小于3.0m。人形横通道、消防设备、控制柜等断面较小的洞室，在主洞边墙部位与主洞相交，跨度和高度一般小于2m，可不做特殊考虑。4.1.2衬砌设计冲垭口隧道围岩类别主要为Ⅳ类，地质条件较差，设计断面均采用受力良好的曲墙式衬砌，结构形式采用带仰拱复合式衬砌。复合式衬砌以锚杆、喷射混凝土和钢筋网混凝土、钢拱架为初期支护，模筑混凝土或钢筋混凝土为二次支护，为使衬砌的防水性能可靠，保持无水渗漏，采用1.5mm厚单面自粘防水卷材作为复合式衬砌中间防水层。III、Ⅳ、Ⅴ类围岩初期支护采用径向系统锚杆、钢筋网及喷射混凝土。该隧道洞身由III、Ⅳ类围岩以及洞口部分Ⅴ类围岩构成。根据公路设计规范给出的两车隧道复合式衬砌设计参数可得：51 西安工业大学毕业设计（论文）a.初期支护III、Ⅳ类围岩：拱部和边墙喷射C20混凝土厚度12cm,预留变形量50mm，锚杆按矩形排列，纵向间距为1m，环向向间距为1.2m，锚杆长度3m，钢筋网@25*25，钢架支护间距为1.5m。Ⅴ类围岩：拱部和边墙喷射C20混凝土厚度15cm，预留变形量80mm，锚杆按矩形排列，纵向间距为8m，环向向间距为1m，锚杆长度4m，钢筋网@20*20，钢架支护间距为1m。b.二次衬砌III、Ⅳ类围岩拱、墙采用50cm厚模筑混凝土衬砌，仰拱厚度35cm。Ⅴ类围岩拱、墙均、仰拱采用60cm厚模筑混凝土衬砌，仰拱厚度45cm。4.2洞门洞门是隧道两端的外露部分，也是联系洞内衬砌与洞口外路堑的支护结构，其作用是保证洞口边坡的安全和仰坡的稳定，引离地表流水，减少洞口土石方开挖量。对于隧道洞口设计和施工，必须掌握隧道洞口附近的地形、地下水、气象等自然条件及房屋、结构物等社会条件，分析其对坡面稳定、气象灾害、景观调和的影响。4.2.1一般规定（1）洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0，洞门墙顶高出仰坡不小于0.5。（2）洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按计算或结合其它工程类比确定。（3）洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地形及地质条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不应小于1.0，嵌入岩石地基的深度不应小于0.5；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25；地基为冻胀土层时，应进行防冻胀处理。基底埋置深度应大于墙边各沟、槽基底的埋置深度。（4）松软地基上的基础，可采取加固基础措施。（5）洞门结构应满足抗震要求。4.2.2建筑材料洞门建筑材料的选择应该符合结构强度和耐久性的要求，同时满足抗冻、抗渗和抗侵蚀的需要。应满足《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）的规定。4.2.3洞门设计该隧道进出口处地表为缓斜坡地形，围岩级别为V级围岩，地质条件较差，隧道上覆地层厚度很薄。但该处地形平缓，地势开阔，便于施工场地的布置。考虑到支护和施工上的便利及“早进洞，晚出洞”51 西安工业大学毕业设计（论文），左右线均设置明洞，其洞门类型选择接长明洞的直立端墙式洞门，材料选用M10水泥砂浆砌片石，洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离为1.7，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度为1.75，洞门墙顶高出仰坡为1.25如下图4.1所示。图4.1端墙式洞门4.3明洞明洞具有地面、地下建筑物的双重特点，既作为地面建筑物用以抵御边坡、仰坡的坍方、落石、滑坡、泥石流等灾害，又作为地下建筑物用于在深路堑、浅埋地段不适宜暗挖隧道时，取代隧道的作用。明洞净空必须满足隧道建筑限界要求，洞门一般做成直立端墙式洞门，明洞的结构形式应根据地形、地质、经济、运营安全及施工难易等条件进行选择。该隧道进出口处地表为缓斜坡地形，地质条件较差，隧道上覆地层厚度很薄。但该处地形平缓，地势开阔，便于施工。故该隧道采用整体性好，能承受较大的垂直压力和侧压力的拱形明洞，与隧道结构形式一样，也是由拱圈、边墙和仰拱组成，其内轮廓与隧道一致。又由于地形的差异左线采用偏压式拱形明洞，右线采用对称式拱形明洞，衬砌形式与V类围岩衬砌相同。4.4隧道的防水与排水隧道遵循“防、排、堵、截结合因地制宜，综合治理”的原则，争取隧道建成后达到洞内基本干燥的要求，保证结构和设备的正常使用和行车安全。隧道防排水设计应对地标岁、地下水妥善处理，形成一个完善通畅的防排水系统。为了防止排水沟管的淤塞以及考虑到对环境的保护，设计过程中坚持将清洁的地下渗水与路面污水分开排防的原则。4.4.1隧道洞口的防排水隧道洞口区应避免水流的汇集，防止夏季水流冲蚀洞口。根据地形情况在洞门、明洞边坡线5m外顺地势布设洞顶截水沟，将的面径流通过天沟引入自然沟谷排走。洞口路基水严禁流入洞内，必要时可设置反坡。51 西安工业大学毕业设计（论文）4.4.2隧道明洞的防排水明洞衬砌外层采用无纺布布（350g/㎡）+防水板+无纺布（350g/㎡）+2cm厚M20水泥砂浆+50cm厚粘土隔水保护层防水；明洞衬砌基础两侧纵向排水管与横向引水管相连，将明洞衬砌背后水引入隧道路面下中心沟排走；明洞顶回填土体表层设一层粘土隔水层以防地面径流下渗，并在回填地表坡度的作用下流入洞顶排水沟排走。在结构构造防水面，采用中埋止水带和膨胀止水条于明洞施工缝、变形缝处布设，同时结构采用防水混凝土以形成完善的明洞排水系统。4.4.3隧道洞身衬砌防排水（1）隧道开挖后，根据各级围岩地下水的发育状况，在岩面环向布设Ф100半圆排水管，以引排围岩渗漏水至基地纵向水管内，是隧道初期支护内排水良好。（2）为了有效地排除二次衬砌背后的静水压力，在初期支护与防水层之间间隔一定距离设置排水盲管，再将排水盲管与边墙底部的纵向排水管相连接，然后通过横向引水管，将水引入路面下纵向矩形中心排除洞外。（3）在初期支护和二次衬砌之间敷设一层复合防水卷材（1.5mm厚单面自粘复合防水卷材）和350g/㎡无纺布，作为第一道防水措施。（4）拱部和边墙二次衬砌采用不低于S6的防水混凝土，作为第二道防水措施。（5）在隧道施工缝采用带注浆管的膨胀止水条、沉降缝采用橡胶止水带，确保施工缝、变形缝、沉降缝处防水效果。施工中保证结构接缝的施工质量。（6）防水板搭接头应避开施工缝、变形缝处。（7）在二次衬砌浇筑完毕后采用预留注浆管补充注浆回填衬砌背后空洞，进一步封堵地下水的排泄通道。（8）在隧道路面两侧处设Ф20边沟排路面水，使污水和衬砌围岩水分开排放。路面冲洗水通过路拱横坡排入边沟，在洞外引入路基排水边沟，进化处理后排放。（9）环向排水管、纵向排水管、横向引水管与隧道路面下纵向中心水沟相连。（10）沿隧道两侧纵向50m间距设置检查孔以方便定期疏导纵向和横向排水管。（11）沿隧道纵向设置检查井以方便定期疏导检查纵向中心水沟。（12）为了防止路面地层地下水上升到路面影响行车安全，在路面平整层下设有Ф100HDPE双壁打孔波纹管将路面下水引入中心水沟，排除洞外。4.4.4注浆堵水当隧道开挖后水量很大，地表水泄露，对地表生态环境影响严重时，将考虑对围岩注浆堵水的措施，限制或减小水的排泄。51 西安工业大学毕业设计（论文）5衬砌结构计算5.1基本资料结构断面图如下图所示图5.1隧道断面图（单位cm）5.1.1岩体特性计算摩檫角，岩体重度，围岩的弹性反力系数，基底围岩弹性反力系数。5.1.2衬砌材料采用C25混凝土，重度=23KN/m，弹性模量E=29.5GPa，混凝土衬砌轴心抗压强度标准值f，　混凝土轴心抗拉强度标准值。　5.1.3结构尺寸543cm593cm90°793cm843cm12.83°100cm160cm59.47°B=1186cm，H=875.5cm（拱顶厚度）=50cm51 西安工业大学毕业设计（论文）5.2基本计算数据5.2.1围岩压力的确定a.垂直均布压力垂直均布压力按以下公式计式中：q——垂直均布压力（kN/㎡）γ——围岩重度（kN/m³），s——围岩级别，B——隧道宽度（m）；i——B每增减1m时的围岩压力增减率，以B=5m的围岩垂直均布压力为准，当B＜5m时，取i=0.2；当B＞5m时，取i=0.1。——宽度影响系数，=1+i（B-5）b.水平均布压力水平均布压力按下表5.1确定表5.1围岩水平均布压力围岩等级I、IIIIIIVVVI水平均布压力0<0.15q(0.15~0.3)q(0.15~0.3)q(0.15~0.3)q说明：应用a、b中的公式时必须同时具备下列条件①H/B<1.7,H隧道开挖高度（m），B隧道开挖宽度（m）。②不产生偏压及膨胀的一般围岩已知：围岩类别S=4,岩体重度，B=1186cm，取i=0.1，则：宽度影响系数垂直均布荷载水平均布荷载5.3绘制分块图因结构对称，荷载对称，故取半跨计算，如图5.251 西安工业大学毕业设计（论文）图5.2半跨结构计算图示5.4计算半拱轴线长度5.4.1求水平线以下边墙的轴线半径，其与水平线的夹角假定水平线以下轴线轴线为一圆弧，则其半径由如图5.3所示图5.3边墙轴线计算由图上量得：，，51 西安工业大学毕业设计（论文）==38.15cm故：==°5.4.2计算半拱长度及分块轴线长度（1）半拱轴线长度:（2）分块长度：5.5计算各分段截面中心的几何要素5.5.1求各截面与竖轴的夹角51 西安工业大学毕业设计（论文）校核角度：角度闭合差。5.5.2求各截面的中心坐标求个截面的中心坐标（单位：m）坐标校核：5.6计算基本结构的单位位移计算过程见表5.251 西安工业大学毕业设计（论文）校核：说明变位计算结果正确。表5.2曲墙拱结构几何要素及δik计算过程表（一）截面00.0000000.0000001.0000000.0000000.0000000.500000114.8552320.2563780.9665771.4562250.1898440.500000229.7104640.4956170.8685412.8151060.7466870.500000344.5656960.7017270.7124463.9858071.6333050.500000459.4209280.8609280.5087274.8900702.7904310.500000574.2761600.9625790.2710015.4674494.1407140.500000689.1313920.9998850.0151595.6793475.5938940.500000797.4548390.991547-0.1297455.5899237.0626510.6151798105.3726430.964222-0.2650965.2987258.5050481.592026表5.2曲墙拱结构几何要素及δik计算过程表（二）截面积分系数00.01041796.0000000.0000000.00000096.000000110.01041796.00000018.2250603.459925543.640179420.01041796.00000071.68195653.523988585.775800230.01041796.000000156.797276256.0977692662.769285440.01041796.000000267.881350747.5043492758.534096250.01041796.000000397.5085831645.96951310147.946712460.01041796.000000537.0138343003.9985198348.052374270.01982250.448112356.2974132516.40432113117.789034480.1677115.96262650.712417431.311536538.6989961Σ2031.7550735519.18002325729.09135738799.20647651 西安工业大学毕业设计（论文）5.7计算主动荷载在基本结构中产生的位移和5.7.1衬砌每一块上的作用力(1)竖向力：式中：——衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度，由图量得：(2)侧向水平力：式中：——衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度，由图量得：(3)自重力：式中：——接缝i的衬砌截面厚度（计算时，应使第8个衬砌面积乘以）。作用在各衬砌上的力列入附表，各集中力均通过相应图形的形心。5.7.2主动荷载在基本结构上产生的内力分块上各集中力对下一分点的截面形心的力臂由CAD图量取，并分别记为、、51 西安工业大学毕业设计（论文）图5.4内力计算图弯矩：（）轴力：（）式中、——相邻两截面中心点的坐标增量按下式计算：、的计算过程如下表（5.3）所示:表5.3计算过程表（一）截面集中力力臂00.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000001212.23774916.9356946.9172200.6960650.7219510.340744-147.731269-12.226741-2.3570012198.05039916.93569420.2892660.5854410.6613690.507811-115.946823-11.200743-10.3031133170.62400716.93569432.3050560.4356830.5565760.640932-74.337979-9.426001-20.705344451 西安工业大学毕业设计（论文）131.79209016.93569442.1613960.2568000.4145780.731209-33.844209-7.021166-30.828792584.15010616.93569449.1993350.0607510.2448660.772607-5.112203-4.146976-38.011751630.88318716.93569452.948489-0.1393590.0587870.7623604.303850-0.995599-40.36581070.09506818.96121952.945209-0.339395-0.0713950.7140240.0322661.353736-37.80415080.00000031.09600048.7867800.000000-0.1705240.6989470.0000005.302614-34.099374表5.3计算过程表（二）截面00.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.00000010.0000000.0000001.4562250.1898440.0000000.000000-162.3150102229.1734426.9172201.3588810.556843-311.419436-3.851805-615.0369313444.15953427.2064861.1707010.886618-519.978011-24.121760-1263.6060254631.71923459.5115420.9042631.157126-571.240330-68.862352-1975.4028745780.447017101.6729380.5773791.350284-450.613718-137.287341-2610.5748646881.532817150.8722730.2118981.453180-186.795041-219.244570-3053.6720347929.351697203.820763-0.0894241.46875783.106346-299.363172-3306.3470078948.407985256.765972-0.2911981.442397276.174508-370.358467-3429.327725表5.3计算过程表（一）截面00.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.00000010.2563780.966577229.173442-6.91722058.755029-6.68602552.06900320.4956170.868541444.159534-27.206486220.133016-23.629948196.5030673631.719234443.294443-42.39876051 西安工业大学毕业设计（论文）0.7017270.712446-59.511542400.89568340.8609280.508727780.447017-101.672938671.908690-51.723769620.18492150.9625790.271001881.532817-150.872273848.544977-40.886537807.65844060.9998850.015159929.351697-203.820763929.244822-3.089719926.15510370.991547-0.129745948.407985-256.765972940.39109233.314101973.70519380.964222-0.265096979.5039848-305.5527517944.45929181.0008121025.460103校核：=-157.837902计算误差：在误差范围内。5.7.3主动荷载位移计算过程见表5.4。表5.4和的计算过程表截面积分系数00.00000096.0000000.0000001.0000000.0000000.0000000.00000011-162.31501096.00000018.2250601.189844-15582.241005-2958.200785-18540.43596642-615.03693196.00000071.6819561.746687-59043.545342-44087.050226-103130.59308323-1263.60602596.000000156.7972762.633305-121306.178430-198129.982921-319436.166191451 西安工业大学毕业设计（论文）4-1975.40287496.000000267.8813503.790431-189638.675944-529173.588028-718812.31609525-2610.57486496.000000397.5085835.140714-250615.186912-1037725.913793-1288340.99997246-3053.67203496.000000537.0138346.593894-293152.515220-1639864.126324-1933016.61119427-3306.34700750.448112356.2974138.062651-166798.963525-1178042.885303-1344841.83006848-3429.3277255.96262650.7124179.505048-20447.797798-173909.498709-194357.2995631∑-3321327.550299-14267586.959072-17588914.069096经校核，故计算正确。5.7.4墙底位移计算单位弯矩作用下墙底截面产生的转角：主动荷载作用下墙底截面产生的转角：5.8解主动荷载作用下的力法方程式中：51 西安工业大学毕业设计（论文）其f—拱失高，取=8.505048解：（KN/m）（KN）5.9求主动荷载作用下各截面的内力求主动荷载作用下各截面的内力，并校核计算精度。（kN/m）（kN）表5.5、计算过程表截面积分系数00495.122740495.12274047531.78304010384.555077384.5550771-162.315010495.1227473.19546214406.00319238976.30647399.432480452.06900334371.7019753423.77097862-615.036931495.12274288.6356671168.72147616197.2617412094.2854552196.5030675334.0018564530.50492393-1263.606025495.12274632.9956296-135.487656-13006.81495-21244.0953754400.8956832273.9748455674.87052874-1975.402874495.122741084.236025-396.044109-38020.23448-106092.8304632620.1849212195.6335449815.81846615-2610.574864495.122741613.036318-502.415806-48231.91737-199714.5949064807.6584403104.2148049911.87324526-3053.672034495.122742184.723742-373.825551-35887.25292-200749.4924782926.15510295.829658389931.984761372765.41694-49.8939780451 西安工业大学毕业设计（论文）-3306.347007495.12274-45.807367-2310.895175-16321.046379973.7051931923.8112158-3429.327725495.122743338.699714404.4947292411.85068420512.90547811025.460103-101.9439207923.5161827∑-163770.102-1488504.3865.10求单位弹性反力及相应摩擦力作用下，基本结构中产生的变位和5.10.1各接缝处的抗力强度最大弹性反力零点假定在截面3，即，最大弹性反力值假定在截面5，即。最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算：（kPa）查表4.2算得边墙任意截面外缘的弹性反力强度：（kPa）式中：——所考察截面外缘点到h点的垂直距离；——墙脚外缘点到h点的垂直距离；由附图上量得：，，则，，按比例将所求得的抗力绘与附图5.2上。5.10.2各衬砌上的抗力集中力按下式计算：式中——衬砌i外缘长度，可通过量取教教，用弧长公式求得，的方向垂直于衬砌外缘，并通过衬砌上抗力图形的形心。，51 西安工业大学毕业设计（论文）5.10.3抗力集中力与摩擦力的合力按下式计算：式中：——围岩与衬砌间的摩擦系数，此处取=0.2。则其作用方向与抗力集中力的夹角。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移的方向相反，其方向向上。的作用点即为与衬砌外缘的交点。将的方向线延长，使之较于竖直轴，量取夹角，将分解为水平与竖直两个分力：以上计算列入表截面3000000000040.57303560.2865181.5367040.4402930.44901266.0558350.9139410.4058460.4103710.182230510.7865181.5367041.2086451.23258078.9927920.9816030.1909321.2099050.23534060.8828260.9414131.5367041.4466731.47532292.8206560.998788-0.0492101.473535-0.07260070.5313290.7070781.5170461.0726691.093912101.2841640.980669-0.1956751.072765-0.214051800.2656651.3978940.3713710.378725101.30990.980581-0.1961160.371371-0.074274表5.6弹性抗力及摩擦力计算表5.10.4计算单位抗力及相应的摩擦力在基本结构中产生的内力弯矩：轴力：式中：——力至接缝中心点的力臂，由附图量得计算见表5.751 西安工业大学毕业设计（论文）表5.7的计算过程表（一）截面0.4490121.2325801.4753221.0939120.37872540.506673-0.227502-0.22750251.97508-0.8868350.695911-0.85776598-1.74460163.3892-1.5217912.162815-2.6658425130.797484-1.176546-5.36418074.695265-2.1082303.587478-4.4218536332.268862-3.3473020.804428-0.879973-10.75735985.895347-2.6470824.947737-6.0984816713.723838-5.4938602.275919-2.4896550.998377-0.378110329-17.107189表5.7的计算过程表（二）截面344.5656960.7017270.71244600000459.4209280.8609280.5087270.1822299540.1568870.410370970.208767-0.051879935574.276160.9625790.2710010.417569580.4019441.6202757320.439096-0.037152582689.1313920.9998850.0151590.3449691950.3449303.0938104910.0469010.298028969797.4548390.991547-0.1297450.1309179310.1298114.166575432-0.5405910.6704023648105.3726430.964222-0.2650960.0566440160.0546174.537946102-1.2029901.25760768651 西安工业大学毕业设计（论文）5.10.5计算作用理产生的荷载位计算结果见表5.8。经校核，，故计算正确。表5.8、计算过程表（一）截面积分系数4-0.22750296267.88134963.790431-21.84021668-60.94361167-82.7838343525-1.74460196397.50858265.140714-167.4816577-693.4937122-860.975302646-5.36418096537.01383396.593894-514.9612486-2880.638692-3395.59988727-10.75735950.44811182356.2974138.062651-542.6884712-3832.819335-4375.50774548-17.1071895.96262574950.712417319.505048-102.0037643-867.5468964-969.5506761∑-4016.287211-24855.96369-28872.250315.11单位弹性反力作用下的力法方程（rad）式中51 西安工业大学毕业设计（论文）其中f—拱失高，取=8.505048解得代入原方程检验，计算正确。单位弹性反力图及摩擦力作用下截面的内力，并校核计算精度（kN·m）（kN）计算过程见表4.9。表5.9、计算过程表截面积分系数00-2.930.000000-2.930000-281.28010.0000002.0652.06500010-2.930.392029-2.537971-243.6452513-46.2546801640.0000001.9959808751.99598120-2.931.541909-1.388091-133.2567608-99.5010965420.0000001.7935371931.79353730-2.933.3727750.44277542.5063752969.425873640.0000001.471201631.4712024-0.227502-2.935.7622392.604737250.0547703697.76051392-0.0518801.0505212240.9986415-1.744601-2.938.5505753.875975372.09356531540.7331854-0.0371530.5596170350.5224646-5.364180-2.9311.5513913.257212312.69231851749.16771720.2980290.0313043440.3293337-10.757359-2.9314.5843750.89701545.25271907319.604166740.670402-0.2679227780.4024808151 西安工业大学毕业设计（论文）-17.107189-2.9317.562924-2.474265-14.75311601-125.47595761.257608-0.5474227460.710185∑1427.77717312103.412495.12最大弹性反力值的计算按下式计算：先求位移和（rad）（rad）(m)(m)式中（为i点到最大弹性反力截面h的垂直距离）墙脚中心到最大弹性反力截面的垂直距离。计算过程见下表表5.10计算过程表截面积分系数596.0000000.000000-502.4158063.8759750.0000000.0000004696.0000001.456225-373.8255513.257212-52259.914877455.3503712750.4481122.845786-45.8073670.897015-6576.313137128.77955448-61.303461151 西安工业大学毕业设计（论文）5.9626264.155289404.494729-2.47426496810021.936618∑-120803.14572321.7598395.13计算初砌截面总的内力5.13.1初砌各截面内力（kN·m）（Kn）计算过程见下表：表5.11计算结果截面积分系数0495.12274-445.4420449.6807384.555077313.93782698.4928974769.3472011406.0031917-385.842711220.16048051423.7709786303.4449804727.2159591935.406129367.425964542168.7214764-211.0287378-42.30726137530.5049239272.6678724803.1727963-4061.497092-3032.6672523-135.487655767.31415857-68.17349717674.8705287223.6638414898.5343701-6544.655729-10689.4186644-396.0441091395.9929856-0.051123568815.8184661151.821438967.639904-4.907862568-13.695050525-502.415806589.256672486.84086638911.873245279.42922587991.3024718336.72317334519.98971046-373.8255512495.1873729121.3618216931.984761350.06788495982.052646211650.7348865172.9771416966.091427-45.80736705136.371414790.5640476923.81121561.18816639984.99938144568.785232267.7358813001.78496451 西安工业大学毕业设计（论文）8404.4947286-376.157554528.3371741923.5161827107.96799611031.484179168.9639641437.046599702.09410091∑53292.0061351553.207886641.416735.13.2校核计算精度其中=8.505048=4.155289误差均在允许范围内，故计算正确。5.14绘制内力图计算结果按一定比例绘制如图5.5示：弯矩（）轴力（）图5.5结构内力图51 西安工业大学毕业设计（论文）5.15衬砌截面强度验算（1）墙底截面验算由计算可知，，按承载能力极限状态验算：式中：——轴力标准值，由计算得到，这里取；——混凝土初砌构件抗压验算时作用效应分项系数，取；——混凝土初砌构件抗压验算时抗力分项系数，取；——构件纵向弯曲系数，这里为隧道初砌，故取；——混凝土轴心抗压强度标准值，按规范取；——截面宽度，取；——第8点截面高度，取；——轴向力偏心影响系数，取；可见等式的左边小于等式右边，故轴力最大处的边墙底通过检验。（2）截面6验算由于第6截面处弯矩最大，故对第6截面进行抗拉强度的验算。又有故按破损阶段进行截面强度验算，验算公式如下：式中：——轴力标准值，由计算得到，这里取；——安全强度系数值，取；——偏心距，；——截面厚度，d=0.5m；——结构纵向计算宽度，取；——轴向力偏心影响系数，；——构件纵向弯曲系数，对于洞室衬砌、明洞拱圈及抢呗回填密实的边墙均取——混凝土的极限抗拉强度2.0×Kpa。则：51 西安工业大学毕业设计（论文）等号左边小于等号右边，故弯矩最大处的第6截面通过强度检验。51 西安工业大学毕业设计（论文）6隧道通风设计及计算51西安工业大学毕业设计（论文）在隧道运营期间，隧道内保持良好的空气和行车安全的必要条件。为了有效降低隧道内有害气体与烟雾的浓度，保证司乘人员及洞内工作人员的身体健康，提高行车的安全性和舒适性，公路隧道应做好通风设计保证隧道良好通风。6.1基本资料公路等级：高速公路车道数、交通条件：单向双车道行车速度：80Km/h隧道长度：2820m隧道纵坡：1.8%空气密度：平均海拔：1550.1m隧道断面面积：62.98，周长为30.9m洞内平均气温：20℃交通量：年平均日交通量近期（2010年）9358辆/每日（小车）远期（2030年）11274辆/每日（小车）车辆组成：小客大客小货中货大货拖挂19.3%0.1%7.8%17.3%22.6%2.9%汽柴比:小货、小客全为汽油车中货0.68:0.32大客0.71：0.29大货、拖挂全为柴油车6.2通风方式的确定根据设计基本资料的交通量预测，近期（2010年）年平均日交通量9358辆/每日，远期（2030年）11274辆/每日，隧道为单洞单向交通，设计小时交通量按年平均交通量的10%计算，故近期设计高峰小时交通量为936辆/h,远期为1128辆/h。根据任务书所给的车辆组成和汽柴比，将其换算成实际交通量，结果如下表所示表6.1车辆组成及汽柴比近期远期汽油比柴油比汽油比柴油比小客车1810218051 西安工业大学毕业设计（论文）大客车2008224199小货车730880中货车1105213362大货车02120255拖挂车027033由于本隧道为单向交通隧道，则可用公式式中：L—隧道长度（m）；N—设计交通量（辆/h）其中L、N为设计资料给定，取值远期为N=1128辆/h,L=2820m有上式，得2820×1128=3.181×>2×以上只是隧道是否需要机械通风的经验公式；只能作为初步判定，是否设置风机还应考虑公路等级、隧道断面、长度、纵坡、交通条件及自然条件进行综合分析，由初步设计可知本隧道需要机械通风。6.3需风量的计算由于该隧道采用纵向式通风，CO设计浓度可按《公路隧道通风照明设计规范》查表按中直法的再加上50ppm。设计隧道长度为2820m，计算可得δ（ppm）=254.5ppm。交通阻滞时取δ（ppm）=300ppm。烟雾设计应该按规范查表，设计车速为80km/h，K=0.0070。同时，根据规范规定，在确定需风量时，应对计算行车速度一下各工况车速按20km/h为一档分别进行计算，并考虑交通阻滞时的状态（平均车速为10km/h）,取较大者为设计需风量。6.3.1稀释CO浓度的需风量计算CO排放量应按下式计算式中：-隧道全长CO排放量（）；-CO基准排放量（），可取0.01；-考虑CO车况系数；对于高速公路取1.0；-车密度系数；-考虑CO的海拔高度系数，海拔高度取1550.1m，查表取1.63；-考虑CO的车型系数，查表5.1；-考虑CO的纵坡-车速系数，查表取1.2；-车型类别数；51 西安工业大学毕业设计（论文）-相应车型的设计交通量（辆/h）L—隧道长度，2820m。根据CO排放量，稀释CO到容许浓度的的需风量按下式计算：式中——隧道全长稀释CO的需风量(m³/s)——CO设计浓度（正常路段为254.5ppm，阻塞路段为300ppm）；——标准大气压（kN/m²）,取101.325kN/m²；——隧道设计气压（kN/m²）无实测值时按公式计算，其中g为重力加速度9.8m/，h隧道平均海拔高度，R空气气体常数，287J/kgh计算可得P=84.579kN/m²；——标准气温，取273K；——隧址夏季的设计气温（K），换算为绝对温度T=273+20=293K；计算过程如下：表6.2考虑CO的车型系数车型各种柴油车汽油车小客车旅行车、轻型轿车中型货车大型客车、拖挂车1.01.02.55.07.0CO：=218×1.0+241×7.0+99×1.0+88×2.5+133×5.0+62×1.0+255×1.0+33×1.0=3239表6.3稀释CO浓度需风量计算表参数80km/h60km/h40km/h20km/h10km/h0.010.010.010.010.01111110.7511.5361.631.631.631.631.631110.80.851 西安工业大学毕业设计（论文）323932393239323932390.0310170.0413570.0620350.0992560.070394（阻塞）0.040037156.703132208.937509313.406264501.450022503.969298根据表可知，由于及哦啊同组织中台下的需风量大于正常运营时需风量所以满足该隧道运行，CO需风量为503.969298。6.3.2稀释烟雾浓度的需风量计算根据《公路隧道通风照明设计规范》（JTG026.1-1999）中关于隧道内的烟雾排放量及需风量的计算公式，行车速度分别按80km/h、60km/h、40km/h、20km/h以及交通阻塞（阻塞路段车速10km/h计算长度按1km计算，其余路段按40Km/h计算）时的工况计算。隧道内的烟雾排放量按下式计算：式中：-隧道全长烟雾排放量，；-烟雾基准排放量（）可取2.5；-考虑烟雾的车况系数，按高速公路取1.0；-考虑烟雾的海拔高度系数，查表取1.34；-考虑烟雾的纵坡-车速系数；-考虑烟雾的车型系数，查表；-柴油车车型类别数。稀释烟雾的需风量应按下式计算：式中：—隧道全长稀释烟雾浓度的需风量（）；—烟雾设计浓度（）见下表。表6.4烟雾设计浓度δ计算行车速度100km/s80km/s60km/s40km/sK（）0.00650.00700.00750.0090计算过程如下：51 西安工业大学毕业设计（论文）表6.5考虑烟雾的车型系数柴油车轻型货车中型货车重型货车、大型客车、拖挂车集装箱车0.41.01.53~4烟雾：=99×1.5+62×1.0+255×1.5+33×1.5=642.5表6.6稀释烟雾浓度需风量计算表参数80km/h60km/h40km/h20km/h10km/h2.52.52.52.52.5111112.62.051.380.8240.8240.7511.5361.341.341.341.341.34642.5642.5642.5642.5642.53.2877533.4563563.4900764.1678592.955928(阻塞)2.252460469.6789732460.8474028387.7862292463.0954389578.7097786.3.3稀释空气异味的需风量计算隧道空间不间断换气频率，不宜低于每小时5次：采用纵向式通风的隧道，隧道内换气风速不应低于2.5m/s。m/s>2.5m/s，取3.92m/s。=3.92×63.59=249.2728/s综上所述，需风量由v=10km/h稀释烟雾需风量决定=578.709778/s。51 西安工业大学毕业设计（论文）6.4通风计算6.4.1计算条件隧道长度：隧道断面面积：隧道断面周长：隧道当量直径：设计交通量（远期）：需风量：隧道设计风速：隧址空气密度：6.4.2隧道内所需升压力计算（1）自然风阻力：式中——自然风阻力（N/m²）；——隧道入口损失系数，可按规范取值，取0.6；——自然风作用引起的洞内风速，取2～3m/s，取2.5m/s；——空气密度，取1.2kg/m³——隧道长度——隧道壁面摩阻损失系数，可按规范取值，取0.02；——隧道断面当量直径；——隧道净空断面积（m²），故：=）××=31.76（2）通风阻抗力：式中——隧道设计风速（m/s），故：=）××=420.82451 西安工业大学毕业设计（论文）（3）交通通风力：式中——交通通风力；——隧道内与同向的车辆数，；——与同向的各工况车速（m/s）——汽车等效阻抗面积（m²）——小型车正面投影面积（m²），可取2.13m²；——小型车空气阻力系数，可取0.5；——大型车正面投影面积（m²），可取5.37m²；——大型车空气阻力系数，可取1.0；——大型车比例，为0.5567。各工况车速下交通风阻力计算过程见表参数22.24m/s16.68m/s11.12m/s5.56m/s2.78m/s3.463.463.463.463.4663.5963.5963.5963.5963.591.21.21.21.21.2n39.7302158352.973621179.46043165158.9208633317.84172669.19.19.19.19.1223.949542299.3657228810.5850321965.01685589414.4609251表6.7交通风阻力计算表根据该隧道通风方式以及隧道长度选取射流风机通风方式，则隧道内压力平衡因满足式：射流风机群总升压力。计算过程见下表：表6.8隧道内所需升压力计算结果表参数类别取值80km/h31.76420.8239.73223.95228.634441.99860km/h31.76420.8252.9799.37353.21840km/h31.76420.8279.4610.58441.99820km/h31.76420.82158.9265.02387.56751 西安工业大学毕业设计（论文）10km/h31.76420.82317.84414.4638.1236.5通风机台数的计算在满足隧道设计风速的条件下，射流风机台数可按下式计算：式中——所需射流风机的台数（台）；——每台射流风机升压力（）。每台射流风机升压力按式（5.5.2）计算：式中——射流风机的出口风速（）；——射流风机的出口面积（）；——射流风机位置摩阻损失折减系数，按规范取值。（1）选择900型射流风机所需台数900型射流风机每台的升压力的计算：取，，则有：代入得：（）故采用900型射流风机所需的风机台数(2)选择1120型射流风机所需台数1120型射流风机每台的升压力的计算：取，，代入得：（）故采用1120型射流风机所需的风机台数，取44台。(2)选择1250型射流风机所需台数1250型射流风机每台的升压力的计算：取，，代入得：（）51 西安工业大学毕业设计（论文）故采用1250型射流风机所需的风机台数，取24台。6.6风机的布置经过综合考虑，本隧道选用1250型射流风机，通风机在距洞口200m开始布置，选择两侧对称布置，间距220米。射流机设置于建筑限界以外20cm处，风机轴线与隧道轴线平行采用固定式设置，支承风机的结构应保证在实际静荷载的15倍以上，风机安装前应做支承结构的荷载实验。在通风机的使用中，可根据实际情况做出合理调整，做到最优化的布置及使用。51 西安工业大学毕业设计（论文）7照明设计及计算7.1隧道照明区段的划分及亮度根据《99隧道通风照明设计规范》大于100m隧道应设置照明。本隧道照明分别设置入口段、过渡段、中间段和出口段，照明计算以照明灯具的资料为基础数据，并考虑了隧道内采用水泥路面为计算条件。7.1.1洞外接近段在照明设计中，车速与洞外亮度是两个主要的基准值，本隧道设计车速为80km/h，洞外亮度参照规范取值为4000cd/m²。接近段长度取洞外一个照明停车视距Ds,对于纵坡为1%，设计时速为80km/h，取Ds=98m。因此接近段取98m，接近段位于隧道洞外，其亮度来自洞外的自然条件，无需人工照明。7.1.2洞内照明（1）入口段照明入口段照明亮度计算：式中——入口段亮度（cd/m²）；——入口段亮度折减系数，可按规范取值，0.035；——洞外亮度（cd/m²），本隧道设计为4000cd/m²。将数据代入式(6-1)得：入口段长度计算：式中——入口段长度（m）；——照明停车视距（m）,参考规范按线性内插法求得V=80km/h隧道纵坡为1.8%时=95.6m；——洞口内净空高度（m），本隧道设计为5m。将数据代入(6-2)得：（2）过渡段51 西安工业大学毕业设计（论文）在隧道照明中，介于入口段与中间段之间的照明区段称为过渡段。其任务是解决从入口段高亮度到中间段低亮度的剧烈变化给司机造成的不适应现象，使之能有充分的适应时间。过渡段由、、三个照明段组成。各段照明要求和设计如下：①过渡段亮度计算：过渡段长度根据规范取②过渡段亮度计算：过渡段长度根据规范取③过渡段亮度计算：过渡段长度根据规范取（3）出口段本隧道为单向交通隧道，设置出口段照明，出口段长度取60m，亮度可取中间段的5倍，取13.15cd/m²。（4）中间段中间段的照明基本任务是保证停车视距，中间段照明水平与空气透过率、行车速度以及交通量等因素有关。根据《公路隧道通风照明设计规范》，中间段照明亮度取2.63cd/m²（内插取值），中间段长度：2820-90.44-72-89-133-60=2375.56m（4）紧急停车带紧急停车带宜采用荧光灯光源，其照明亮度应大于7cd/m²，长度40m。表7.1区段划分及亮度设计区段亮度设计（cd/m²）长度（m）入口段14090.44过渡段过渡段14272过渡段21489过渡段34.9133中间段2.632375.56出口段13.1560紧急停车带74051 西安工业大学毕业设计（论文）7.2照明布置本隧道的设计行车速度，隧道为单向双车道汽车专用高速公路，交通量为1128辆/h。根据《公路隧道通风照明设计规范》，利用系数法计算路面平均水平照度。式中——灯具的利用系数，取0.4；——光通量；——灯具养护系数，取0.6；——灯具的布置系数，对称布置时；——路面宽度；——灯具间距。根据《公路隧道通风照明设计规范》可知，对于水泥砼路面，平均亮度水平和平均照度之间的关系可按式计算：则灯具间距7.2.1中间段照明计算表7.2中间段照明计算表光源高压钠灯路面类型水泥砼路面功率100W路面宽度8.75m灯具利用系数0.4灯具布置系数2灯具光通量9200lm灯具养护系数0.6故=若满足中间段的平均亮度取100W高压钠灯间距为14.5m。7.2.2入口段照明计算本段照明由基本照明和加强照明组成，基本照明的照度和亮度与中间段相同，即灯具布置也相同，加强段用功率较大的灯具加强照明，且加强段照明从洞口以内10m处开始布置基本段的平均水平照度：基本段路面亮度为：51 西安工业大学毕业设计（论文）则加强段亮度：表7.3入口加强段段照明计算表光源高压钠灯路面类型水泥砼路面功率400W路面宽度8.75m灯具利用系数0.4灯具布置系数2灯具光通量45000lm灯具养护系数0.6=若满足入口段的平均亮度则加强段取400W高压钠灯间距为1m。7.2.3过渡段照明计算（1）段照明计算：表7.4段照明计算表光源高压钠灯路面类型水泥砼路面功率250W路面宽度8.75m灯具利用系数0.4灯具布置系数2灯具光通量28000lm灯具养护系数0.6故=若满足段的平均亮度取250W高压钠灯间距为2.5m。（2）段照明计算：表7.5段照明计算表光源高压钠灯路面类型水泥砼路面功率250W路面宽度8.75m灯具利用系数0.4灯具布置系数2灯具光通量28000lm灯具养护系数0.6故=若满足段的平均亮度取250W高压钠灯间距为8m。（3）段照明计算：51 西安工业大学毕业设计（论文）表7.6段照明计算表光源高压钠灯路面类型水泥砼路面功率100W路面宽度8.75m灯具利用系数0.4灯具布置系数2灯具光通量92000lm灯具养护系数0.6故=若满足段的平均亮度取100W高压钠灯间距为7.5m。7.2.4出口段照明计算表7.7出口段照明计算表光源高压钠灯路面类型水泥砼路面功率400W路面宽度8.75m灯具利用系数0.4灯具布置系数2灯具光通量45000lm灯具养护系数0.6故=若满足中间段的平均亮度取100W高压钠灯间距为14m。7.2.5紧急停车带照明计算紧急停车带照明计算资料见表6.8表7.8出口段照明计算表光源荧光灯路面类型水泥砼路面功率100W路面宽度8.75m灯具利用系数0.4灯具布置系数1灯具光通量16000lm灯具养护系数0.6故=若满足紧急停车带的平均亮度取100W荧光灯间距为4.5m。综上所述，各段灯具型号及数量统计见表6.3表7.9照明段灯具布置区段灯具功率（W）光通量（lm）间距（m）51 西安工业大学毕业设计（论文）入口段基本100920014.5加强400450001过渡段过渡段1250260002.5过渡段2250260008过渡段310092007.5中间段100920014.5出口段4004500014紧急停车带100（荧光灯）160004.5表7.10灯具型号及数量统计量项目功率入口段过度段中间段紧急停车带出口段合计（只）高压钠灯100W12003632800376250W05822000080400W1600000010170荧光灯100W000002702751 西安工业大学毕业设计（论文）8结论公路隧道，特别是长隧道的设计受许多因素影响。首先，要确定围岩的性质，确保平时及紧急情况下的安全是应遵循的永久性宗旨；另一个重要的基本因素是交通构成和交通量。其他因素如照明、车速、隧道引线和出口形式与目前实际运营情况相比将不会产生多大变化。本设计通过对实际情况的考虑，依据规范的要求，拟建隧道的大致情况如下:（1）左线起讫桩号ZK81+110~ZK82+255，全长1145m，入口设计标高为1531.79m地面标高为1538.89：出口设计标高1551.969，地面标高1577.07，纵坡1.8%，横坡1.5%。右线起讫桩号YK80+825~YK82+235，全长1410m，入口设计标高1525.4，地面标高1533.41：出口设计标高1552.53，地面标高1559.55，纵坡1.9%横坡1.5%。设置人行横洞2处，车行横洞1处，紧急停车带1处。（2）隧道内轮廓采用三心圆，侧墙圆弧半径为7.93米,拱的半径为5.43米，隧道净空为63.59m²。（3）隧道洞身衬砌采用复合式。（4）隧道进出口洞门采用端墙式。（5）隧道的通风、照明等设计均符合相关规范要求。（6）拟建隧道结构的安全性良好，并且有较好的经济性，整体设计达到了美观、环保的要求。51 参考文献参考文献[1]公路隧道设计规范（JTGD70—2004）.北京：人民交通出版社，2004[2]公路隧道通风照明设计规范（JTJ026.1—1999）.北京：人民交通出版社，2005[3]公路隧道施工技术规范（JTJ042—94）.北京：人民交通出版社，1995[4]覃仁辉，王成，杨其新.隧道工程[M].重庆：重庆大学出版社，2005[5]李冠军等.隧道断面的收敛监测方法[J].大坝与安全.2003[6]关宝树.隧道设计要点集[M].北京：人民交通出版社，2003[7]闫治国.长大公路隧道火灾研究[D].西南交通大学,2002[8]潘昌实.盾构隧道衬砌设计指南(草案).现代隧道技术.1997，02[9]公路设计手册[M].北京：人民交通出版社，1990[10]贺少辉.地下工程[M].北京：清华大学出版社：北京交通大学出版社，2006：167～189。[11]朱合华.地下建筑结构.北京：中国建筑工业出版社，2006[12]贺少辉.地下工程.北京交通大学出版社,2006.1[13]于书翰杜谟远.隧道施工.北京:人民交通出版社,1999[14]HeinzDuddeck.OnStrcturalDesignMethodsforTunnelsinSoftsoil.UndergroundSpace,1985(9):246-259[15]G.AnagnostonandK.Kovari,Thefacestabilityoftunnels,TunnelingandundergroundspaceTechnology,1994,Vol.9(2)165-174[16]Ohashi,H.,Mizuno,A.,Nakahori,I.,Ukei,M.“ANewVentilationMethodfortheKan-EtsuRoadTunnel,”Proc.ofthe4thed.ICAVVT,(1982)31-4851 致谢致谢在毕业论文结束之际，我要向五年来所有在学习上给予我帮助的师长和同学致谢！感谢你们！作者在做学士学位毕业设计期间的工作自始至终都是在王亮老师全面、具体的指导下进行的。从与您的接触中，我不仅仅学到了很多设计的知识，还有许多做人的道理！这将会激励我在今后的工作生活中更加努力，奋斗不止。在此谨向敬爱的指导老师表示诚挚的谢意！感谢王睿老师、邓祥辉老师、张少军老师等各位老师的热心指导。还要感谢所有帮助过我的老师。感谢我的同学和朋友们，在设计撰写期间给予我学习、工作和生活上的关心和帮助。最后，在此向所有关心、帮助和支持我的老师、同学、朋友及相关人员表示深深的谢意。51 毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明本人完全了解西安工业大学有关保护知识产权的规定，即：本科学生在校攻读学士学位期间毕业设计（论文）工作的知识产权属于西安工业大学。本人保证毕业离校后，使用毕业设计（论文）工作成果或用毕业设计（论文）工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工业大学。学校有权保留送交的毕业设计（论文）的原文或复印件，允许毕业设计（论文）被查阅和借阅；学校可以公布毕业设计（论文）的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计（论文）。（保密的毕业设计（论文）在解密后应遵守此规定）毕业设计（论文）作者签名：指导教师签名：日期：51 毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的成果，不包含他人已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。毕业设计（论文）与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。毕业设计（论文）作者签名：指导教师签名：日期：51 毕业设计（论文）知识产权声明附录（1）外文翻译原始资料（2）外文翻译（3）设计图纸51'