毕业设计(论文)大跨公路隧道—水口山隧道结构与施工设计(含全套CAD图纸).doc

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1、中南大学毕业设计（论文） 目录摘 要- 1 -Abstract- 2 -第1章 绪论- 1 -1.1隧道工程的基本概念- 1 -1.2我国隧道工程的发展简况- 1 -1.3隧道工程的特点- 2 -第2章 设计任务- 3 -2.1设计任务及要求- 3 -2.2 设计原始资料- 3 -2.2.1主要技术指标- 3 -2.2.2 设计所需的工程地质资料- 4 -2.3 设计进度安排- 4 -第3章 隧道横断面设计及优化- 5 -3.1 隧道建筑限界的确定- 5 -3.1.1 隧道建筑限界的定义- 5 -3.1.2 隧道建筑限界的组成及规范规定1- 5 -3.1.3 水口山隧道建筑限界的确定- 7 -

2、3.2 隧道横断面优化设计- 7 -3.2.1概述- 7 -3.2.2 影响隧道衬砌结构内轮廓线的因素- 8 -3.2.3 不设置仰拱的隧道内轮廓优化- 8 -3.2.4 有仰拱的隧道内轮廓优化设计- 11 -第4章 隧道二次衬砌内力检算与分析- 14 -4.1隧道衬砌断面厚度- 14 -4.2 隧道衬砌力学分析- 14 -4.2.1结构承受的荷载- 14 -4.2.2 围岩压力的含义及分类- 14 -4.2.3 围岩压力的确定- 15 -4.3结构内力计算与分析- 17 -4.3.1计算原理- 17 -4.3.2内力计算与检算- 17 -4.3.3衬砌内力计算结果分析- 24 -第5章 隧道

3、支护结构设计- 25 -5.1 支护结构总体设计- 25 -5.2暗洞洞身支护结构设计- 25 -5.2.1复合式衬砌的一般规定1- 25 -5.2.2支护设计参数的工程实例- 26 -5.2.3初期支护设计- 28 -5.2.4 预留变形量- 29 -5.2.5二次衬砌设计- 29 -5.3明洞衬砌设计- 34 -5.4 水口山隧道支护参数统计表- 35 -5.5 工程量计算- 35 -5.5.1 级围岩浅埋段工程量计算- 35 -5.5.2 级围岩深埋段工程量计算- 36 -5.5.3 级围岩深埋段衬砌工程量计算- 37 -第6章 洞门位置的确定与洞门结构设计- 38 -6.1 概述- 3

4、8 -6.2 隧道洞门形式设计- 38 -6.3 隧道进出洞口位置的确定- 39 -6.4 隧道进出口洞门各部尺寸拟订- 39 -6.5 洞门边仰坡开挖线- 40 -6.6洞口主要工程量计算- 42 -6.7 隧道出口洞门检算- 42 -第7章 隧道施工组织设计- 46 -7.1隧道施工组织概述- 46 -7.2 施工方案比选- 46 -7.2.1 明洞段施工方法比选及施工- 46 -7.2.2 暗洞施工方案比选- 48 -7.3 暗洞施工方法设计- 49 -7.4 辅助施工措施设计- 49 -7.4.1 辅助施工措施概述- 49 -7.4.2 地表砂浆锚杆设计- 50 -7.5 钻爆设计-

5、51 -7.5.1 钻爆开挖的要求- 51 -7.5.2钻孔机具和爆破材料选择- 51 -7.5.3爆破参数- 52 -7.5.4炮眼布置- 55 -7.5.5 单眼装药量计算- 57 -7.6 施工进度计划- 58 -7.6.1 级围岩段上台阶开挖计划进度- 58 -7.6.2 级围岩段上台阶开挖计划进度- 59 -7.6.3 级围岩段下台阶开挖计划进度- 61 -7.6.4 级围岩段下台阶开挖计划进度- 62 -7.6.5施工总工期的确定- 63 -7.7资源供应编制- 63 -7.7.1 每洞口劳动力配备- 63 -7.7.2 材料机械需要量计算- 64 -第8章 监控量测- 66 -8

6、.1 概 述- 66 -8.1.1监控量测的目的- 66 -8.1.2监控量测的内容及方法- 66 -8.2 监控量测设计- 67 -8.3 监控量测资料分析与应用- 68 -第9章 隧道附属设施设计- 69 -9.1防排水系统设计- 69 -9.1.1 隧道防水- 69 -9.1.2 隧道排水- 70 -9.1.3 水口山隧道防排水设计- 70 -9.2电缆槽设计- 72 -9.3 行车道道路面设计- 73 -9.4 隧道通风设计- 74 -9.4.1 隧道通风类型- 74 -9.4.2 水口山隧道通风设计- 74 -9.5 隧道照明设计- 75 -9.5.1 概述- 75 -9.5.2 照

7、明区段设计- 75 -9.6 行人、行车横洞- 77 -结束语- 78 -参考文献- 79 -附录A 横断面优化程序- 80 -附录B 衬砌配筋计算程序- 83 -附录C 英语翻译- 86 -their own conditions to develop the correct road, the maximum to avoid investment risk, gain profit.(three) vigorously promote the brand. To establish brand awareness, awareness of the use of brand, brand

8、 value, brand acquisition performance, enhance the competitive strength. Concentrated manpower, careful planning, packaging and publicity of a number of unique, market influence and coverage of the brand, the implementation of key breakthroughs, to enhance the competitive strength, walking business

9、road the competition of alienation and characteristics, the pursuit of stability and development of the market.(four) to promote the integration of resources. To further broaden their horizons, effective integration of resources within the group, the city resources, other industries and regional res

10、ources, mutual trust, mutual benefit, seeking win-win principle, in the framework of national policies and regulations, strict inspection and argumentation, legal consultation, examination and approval procedures, strict regulation of economic activities, attract injection the social investment to t

11、he industry group, to achieve leveraging the development, ensure that the value of state-owned assets.(five) to strengthen the construction management personnel. Strengthen the management of education and training of cadres and workers of the existing business, firmly establish the concept of the ma

12、rket, enhance the sense of crisis to adapt to market competition, the sense of urgency, improve the ability to respond to market competition, improve management and operation of the market. At the same time, according to the need of industrial development, vigorously the introduction of high-quality

13、 management management personnel, and strive to build a high-quality professional management team, hard work, and promote the entire workforce knowledge structure, age structure, structure optimization and upgrading ability, enhance core competitiveness, adapt to the need of market competition.(six)

14、 seriously study the policy for policy. Serious research about social support the development of cultural undertakings in the country and the XX policy, especially the policy of industrial development, financial investment policy, financial policy and tax policy, and actively seek policy, projects a

15、nd funds, enterprise and industry group mission to promote leapfrog development.- 95 -中南大学毕业设计（论文） 摘 要 本设计的题目是“大跨公路隧道水口山隧道结构与施工设计”，公路等级为高速公路，设计时速为80km/h，隧道全长288.5米,按三车道设计。设计主要内容如下：隧道横断面的设计与优化；隧道衬砌结构的设计，包括初期支护、二次衬砌的设计；运用直刚法计算程序对二次衬砌进行分析检算；隧道洞门位置的确定与洞门结构设计；隧道施工组织设计，包括洞身开挖方法设计，辅助施工措施的设计，施工进度计划编制等；隧道通风、

16、照明等附属设施设计；隧道施工监控量测设计等。隧道衬砌结构采用复合式衬砌，初期支护采用钢筋网、锚喷混凝土联合支护，二次衬砌采用模注混凝土支护。隧道进口洞门采用端墙式洞门，暗洞洞口里程为YK3+711.5，暗洞洞口处接20m长的明洞。隧道采用新奥法施工；洞身开挖采用台阶法，采用光面爆破，以减小对围岩的扰动，并配合监控量测，及时反馈，进行动态设计与施工。 关键词：高速公路；隧道；衬砌；洞门；施工方法；新奥法；施工组织 全套设计CAD图纸，联系 153893706中南大学毕业设计（论文） AbstractThis design is entitled The Design Of Structure A

17、nd Construction of Shuikoushan Highway Tunnel . Shuikoushan Tunnel consists of two separate three-lane highway tunnels .The grade of the highway is freeway , the design speed is 80 km / h, and the tunnel full-length is 288.5 m. The design contains the following key elements: the design and optimizat

18、ion of tunnel cross-section; the design of tunnel lining, including the primary support and the secondary lining inner force check using direct stiffness method; Determination the location of the tunnel portal part and design the structure of portal part; tunnel construction design, including excava

19、tion method and assisting construction measures design, construction progress of plans and so on. Composite lining is used to the tunnel lining structure, and mesh reinforcement combined with anchor spray cement concrete is used to the primary support , and the secondary support uses the formworked

20、concrete lining. The types of the tunnel portal part have adopted end wall, inlet mileage for YK135 +575 and outlet mileage for YK136 +930,and the entrance includes open cut tunnel length for 20 meters .The New Austrian Tunneling Method is applied to the construction of the tunnel .The open cut tunn

21、el is excavated without any protection The excavation of the tunnel body uses bench method combined with entire section method .In the course of the tunnel construction,Smooth Blasting is applied tunnel blasting for the purpose of reducing the disturbance of the rock. Keywords：highway , tunnel desig

22、n , lining , the tunnel portal part , the method of the construction , NATM , construction organization中南大学毕业设计（论文） 第1章 绪论1.1隧道工程的基本概念隧道(tunnel)是一种修建在地下，两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线等通过的工程的建筑物。隧道及地下工程(tunnel and underground engineering)有两方面的含义，一方面是指从事研究和建造各种隧道及地下工程的规划、勘测、设计、施工和养护，是一门应用科学和工程技术，是土木工程的一个分支；另一个方面

23、也指在岩体或土体中修建的通道和各种类型的地下建筑物。在修建隧道时，一般先在地层内挖出具有一定形状的“坑道”，如圆形、矩形、马蹄形等，由于地层被开挖后，容易变形、塌落或有水涌如，所以除了在极为稳定的地层中且没有地下水的地方以外，大都要在坑道的周围修建支护结构，或称之为衬砌，以保证使用安全。衬砌的形状和尺寸，应能使结构受力状态最为合理，既不浪费有稳固。以交通为用途的隧道，其两端将自地面引入。隧道端部外露面，一般将修筑为保护洞口和排放水流的挡土墙式结构，称为“洞门”，此外，为了保证隧道的正常使用，还需设置一些附属建筑物：如为工作人员在隧道内进行维修或检查时，能及时避让驶来的列车而在隧道两侧开辟的“避

24、车洞”；为了保证车辆正常运行而设置的照明设施；为了排除隧道内渗入的地下水而设置的防水设备及排水设施；为了净化隧道内车辆所排出的烟尘和有害气体而设置的通风系统等。1.2我国隧道工程的发展简况随着我国国民经济持续快速的增长，对交通运输不断提出更新、更高的要求，极大地促进了公路等交通基础设施的建设和发展。公路建设中高速公路和高等级公路己成为主流，并正在由东部沿海地区向西部内陆地区发展，由平原地区向山岭重丘区延伸。东部沿海地区的浙江、福建、广东以及西部地区的四川、云南等省区己经形成初步的高速公路网络，总长约30,000km的“五纵七横”国道主干网正逐步实现。随着国家“中西部地区大开发战略”的不断深入，

25、公路将迎来新一轮的建设高峰。我国是一个多山的国家，75%左右的国土是山地和丘陵。在山区和丘陵地区的交通线路建设中，为了满足行车的需要，达到克服高差、缩短里程、改善线形指标以及保护生态环境等方面的要求，隧道的选择和修建日益引起人们的重视，数量越来越多，规模也越来越大，往往成为整条线路工期和造价的关键工程。由于公路隧道的广泛应用其形式多种多样，有连拱隧道，小间距隧道。其洞门也有多种型式，现在经常采用削竹式洞门。隧道的施工方法也多种多样，根据不同的地形、地质条件、施工条件与经济条件等而选择，最常采用的方法为新奥法。新奥法、盾构法、TBM、沉管法等先进技术在我国的成功应用，促使隧道的修建正逐渐向长距离

26、、大断面的方向发展。据不完全统计，目前我国已建成1700余座公路隧道，总长度已超过600km，其中建成3,000m以上的公路隧道己有30余座。1.3隧道工程的特点公路隧道工程和一般的公路工程、桥梁工程相比，有其自身的特点，建设管理较为复杂，难度更大。其主要特点是：a.不可预见因素多公路隧道属于地下工程，围岩地质变化对施工影响极大。地质的不可见性是隧道施工的主要特点。施工前往往不可能对地质情况准确掌握，对围岩的变化、地下水、溶洞、泥石流、涌沙及瓦斯地层等不良地质无法预见。b.工程风险性大由于隧道地质的变化无法事先准确预报，所以施工过程中塌方事故发生几率较大，施工过程中的安全隐患较多，工程风险性大

27、。因此，国际隧道协会（ITA）曾经提出：地质风险由业主承担，施工风险由承包商承担。c.隐蔽工程多隧道是底下工程，由于隧道结构的特点和工程的时效性，绝大部分的后一道工序都是在前一道工序的基础上立即进行，隐蔽部分较多。如果内在质量出现问题，事后很难发现，并且也很难采取措施补救。d.施工时效性强由于隧道施工中围岩多变，地质水文条件复杂，并且大多不可预见。所以，一旦出现意外情况，必须当机立断及时变更，进行现场处治，工程时效性较强。e.施工空间狭小隧道施工是在一个狭小的空间中进行，开挖、支护、防排水、衬砌、附属设施预埋件、路面等施工工序多，时效性强。施工过程中的水、电、风、气管线复杂，相互干扰大，施工管

28、理难度较大。f施工环境恶劣由于隧道施工是在一个半封闭的空间内进行，开挖和施工过程污染很大，加之施工危险性大，所以施工环境比较恶劣。g.运营管理复杂公路隧道的运营管理远远大于道路和桥梁，因为它不仅涉及到交通控制、通风控制、照明控制，检测维修，而其防灾救灾特别是防火救灾更是一个十分复杂而困难的内容。中南大学毕业设计（论文） 第2章 设计任务2.1设计任务及要求 2.1.1 设计者应根据给定的原始资料，在规定的期限内完成以下毕业设计任务： (1) 确定隧道洞口位置，进行洞口的结构计算和设计； (2) 按照新奥法原理进行隧道衬砌结构设计； (3) 隧道纵断面总体设计； (4) 隧道施工方案与施工组织设

29、计； (5) 隧道各种附属建筑物和设施的设计； (6) 隧道衬砌分析和计算； (7) 大跨隧道监控量测设计。 2.1.2 完成设计以后应提交以下成果： (1) 隧道衬砌荷载结构计算说明，计算结果及其分析； (2) 隧道设计图纸67张及其设计说明书一份； (3) 有关专题论述内容。 以上内容视学生的情况可作必要的调整。2.2 设计原始资料 2.2.1主要技术指标 (1) 公路等级：高速公路 (2) 日交通量:32000辆 (3) 车道数目：三车道 (4) 设计荷载：汽超20 (5) 验算荷载：挂120 (6) 地震设防烈度：7度 (7) 隧道设计时速：80km/h (8) 进口设计高程：402.

30、000 2.2.2 设计所需的工程地质资料： (1) 隧道地区地形平面图1张； (2) 隧道地区地质纵断面图1张； (3) 隧道进口附近地形平面图1； (4) 隧道出口附近地形平面图1张。2.3 设计进度安排1.熟悉设计资料,直刚法电算程序教学,上机操作、修改调试隧道结构的电算程序（2月 21日3月6日）2.确定洞口位置，进行洞门结构的设计（3月720日）3.毕业实习（3月214月10日）4.隧道衬砌结构断面尺寸优化设计 （4月1117日）5.衬砌结构内力计算与分析、隧道衬砌结构设计（4月18日4月24日）6.隧道纵断面设计（4月25日5月1日）7.隧道施工方案与施工组织 （5月211日）8.

31、隧道附属设备与建筑物设计（5月1215日）9.编写毕业设计说明书、毕业答辩（5月236月5日）中间穿插进行英文专业文献的翻译，具体根据自己的实际条件把握进度。第3章 隧道横断面设计及优化3.1 隧道建筑限界的确定 3.1.1 隧道建筑限界的定义隧道建筑限界是为了保证隧道内各种交通的正常运行于安全，而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界。在设计的时候，应充分研究各种车道与公路之间所处的空间关系，任何部件（包括隧道本身的通风、照明、安全、监控及内部装修等附属设施）均不得侵入隧道限界之内。隧道建筑限界是决定隧道净空尺寸的依据，对设计、施工、运营来说都很重要，而且隧道是永久性的建筑，一

32、旦建成，就很难改动。因此，隧道建筑限界的确定，对隧道的设计来说至关重要。 3.1.2 隧道建筑限界的组成及规范规定1 公路隧道建筑限界由行车道宽度（W）、路缘带（S）、侧向宽度（L）、人行道（R）或检修道（J）等组成。当设置人行道时，含余宽（C）。各级公路隧道建筑限界一般规定如图3-1所示。图3-1 公路隧道建筑限界示意图(单位：cm)1其中：H-建筑限界高度,高速公路、一、二级公路取5.0m，三、四级公路取4.5m；W-行车道高度；LL-左侧向宽度；LR-右侧向宽度；C-余宽；J-检修道；R-人行道宽度；h-检修道或人行道高度；EL-建筑限界左顶角宽度，EL= LL；E R-建筑限界右顶角宽

33、度，当LR1m时，ER= LR，当LR1m时，ER=1m。在建筑限界内不得有任何部件入侵，隧道建筑限界的基本宽度按下表3-1取值，并符合以下规定1：1.建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5.0m；三、四级公路取4.5m。2.当设置检修道或人行道时，不设余宽；当不设检修道或人行道时，应设不小于25cm的余宽。3. 隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡；当隧道为双向交通时，可取双面坡。坡度应根据隧道长度，平、纵线形等因素综合分析确定，一般可采取1.5%2.0%。4.当路面采用单面坡时，建筑限界底边线与路面重合；当采用双面坡时，建筑限界底边线应水平置于路面最高处表3-1 公路隧道建

34、筑限界横断面组成最小宽度（m）1公路等级设计速度车道宽度W侧向宽度余宽C人行道R检修道J隧道建筑净宽左侧LL右侧LR左侧右侧设检修道设人行道不设人行道检修道高速公路一级公路1203.7520.751.250.750.75111003.7520.510.750.7510.5803.7520.50.750.750.7510.25603.5020.50.750.750.759.75二级公路三级公路四级公路803.7520.750.75111603.5020.50.5110403.5020.250.250.759303.2520.250.250.257.5 注：1） 三车道隧道除增加车道数外，其它宽度

35、同表；增加车道的宽度不得小于3.5m。2） 连拱隧道的左侧可不设检修道或人行道，但应设50cm（120km/h与100km/h时）或25cm（80km/h与60km/h 时的余宽）。3） 设计速度120km/h时，两侧检修道宽度均不宜小于1.0m；设计速度100km/h时，右侧检修道宽度不宜小于1.0m。高速公路及一级公路隧道内应设检修道。其他等级公路隧道，应根据隧道所在地区的行人密度、隧道长度、交通量及交通安全等因素确定人行道的设置。检修道或人行道宜双侧设置；检修道或人行道的宽度按表3-1规定选取；检修道或人行道的高度可按2080cm取值。一般来说，除开其它因素，单按设计车速考虑，步道高度的

36、取值，可参照表3-2。表3-2步道高度h1设计速度（km/h）12010080604020h（cm）806060404030302525或20 注：在设计速度一定的条件下，可按隧道长短等因素取值 3.1.3 水口山隧道建筑限界的确定本设计为高速公路隧道，双侧设计检修道或人行道，为了保证行车的安全，再加设余宽。根据设计原始资料，水口山隧道为公路山岭隧道，高速公路标准，三车道，设计行车速度为80km/h，根据公路隧道设计规范，参考表3-1可确定隧道建筑限界取值为：车道宽度：W=33.75=11.25m侧向宽度：LL0.50m，LR0.75m检修道宽：J0.75m步道高度：hL0.3m，hR0.3m

37、顶角宽度：ELLL0.50m，ERLR0.75m余 宽：C=0.25m隧道内横向采用单面坡，坡度为3%。根据以上尺寸，得到水口山隧道建筑限界图，如图3-2所示。图3-2 水口山隧道建筑限界图（单位：cm） 长、特长隧道应在行车方向的右侧设置紧急停车。双向行车隧道，其紧急停车带应双侧交错设置。不设检修道、人行道的隧道，可不设紧急停车带，但应按500m间距交错设置行人避车洞。根据原始资料，水口山隧道长约300m为短隧道，因此不用设置紧急停车带。3.2 隧道横断面优化设计 3.2.1概述公路隧道横断面设计，除满足隧道建筑限界的要求外，还应考虑洞内路面、排水、检修道、通风、照明、消防、内装、监控等设施

38、所需要的空间，还要考虑仰拱曲率的影响，并根据施工方法确定出安全、经济、合理的断面形式和尺寸。山岭隧道衬砌的断面形式根据围岩压力的性质和目前的一些施工方法，通常采用圆拱直墙式或曲墙式、全断面圆形或接近圆形等形式。目前山岭隧道大多采用三心圆或单心圆的拱形断面，偶尔也有采用四心圆或五心圆的情况。隧道断面应具有适应应力流和变形的合理形状，同时要适应围岩条件、净空要求。水口山隧道的围岩级别为、级，按照规范推荐，采用五心圆断面设计。 3.2.2 影响隧道衬砌结构内轮廓线的因素这里所指的隧道横断面是隧道衬砌和基底围岩或仰拱所包围部分的大小和形状。公路隧道不仅要提供汽车行驶的空间，还要满足舒适行使、交通安全、

39、防灾等服务的空间。在隧道断面形状设计时需要考虑的因素有以下几点3：1. 须符合前述的隧道建筑限界要求，结构的任何部位都不应侵入限界以内，应考虑通风、 照明、安全、监控等内部装修设施所必需的富余量； 2. 施工方法，确定断面形式及尺寸有利于隧道的稳定；3. 从经济观点出发，内轮廓线应尽量减小洞室的体积，即使土石开挖量和圬工量最省；4. 尽量平顺圆滑，以使结构受力及围岩稳定均处于有利条件；5. 结构的轴线应尽可能地符合荷载作用下所决定的压力线。规范规定：隧道断面越大，围岩自稳能力越差，围岩变形也越大。所以，级围岩两车道隧道、级围岩三车道以上隧道宜采用有仰拱的衬砌断面形式。依照规范规定，再结合工程类

40、比法可以确定：水口山隧道级围岩段和级围岩深埋段，不需要设置仰拱；级围岩浅埋段，需要设置仰拱。以下对设置仰拱与不设置仰拱的衬砌内轮廓分别进行讨论。3.2.3 不设置仰拱的隧道内轮廓优化 1. 基本参数及其意义三心圆内轮廓线参数，如图3-3所示，有R1、R2、R3、1、2、3、A1、A2、H1、H2、H3、d0、SB1、SB2、d1、d2、d3、d4、d5、d6、d7、d8，一共有22个。各参数的意义如下：R1、R2、R3 拱顶、两侧曲边墙圆弧对应的半径；1、2、3 拱圈、两侧曲边墙圆弧对应的圆心角；A1、A2 起拱线上、下的曲边墙圆弧对应的圆心到隧道中线的距离；H1、H2、H3 分别为路面、步道

41、顶部、拱顶对应的圆心到起拱线的距离；d0 道路中线和隧道中线的距离； d1d8内轮廓线到建筑限界变化点的水平距离； HH人行道高度；H建筑限界高度，这里取500cm。 图3-3 三心圆内轮廓线图 2. 基本几何方程 上述这些参数并不是完全独立的，他们存在以下的几何关系： （3-1） （3-2） （3-3） （3-4） （3-5） （3-6） （3-7） A2=R3-R2-A1 （3-8） （3-9）d1= （3-10） d2= （3-11） d3= （3-12） d4= （3-13） d6= （3-14） d7= （3-15） 3. 独立变量 挑选出X作为独立变量： （3-16）相应的开挖面积可表示为： （3-17) （3-18） （3-19） （3-20） （3-21） （3-22） 4. 约束条件 （1）变量的范围 将固定为一个值，取： =20cm，=13 ； ； （2）建筑限界约束条件 设为各限界控制点