隧道本科毕业设计

隧道本科毕业设计

摘要

随着科技的不断进步，现代隧道无论是从结构计算，还是从施工方法都较以前有了较大的飞跃。本设计课题为公路隧道，注重的是结构计算，重点研究新奥法施工。

公路隧道近些年在高等级公路中应用广泛。因为其在山岭地区可用做克服地形或高程障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏，保护生态环境；还可用做克服落石、坍方、雪崩、雪堆等危害。在城市可减少用地，构成立体交叉，解决交叉路口的拥挤阻塞，疏导交通，保护环境，提高社会综合效益。在江河、海峡、港湾地区，可不影响水路通航。

新奥法施工隧道的主要特点是：通过多种量测手段，对开挖后隧道围岩进行动态监测，并以此知道隧道支护结构的设计与施工。其核心目的是为了“保护围岩，调动和发挥围岩的自承能力”。

I

目录

摘要 ................................................................................................. I Abstract ............................................................ 错误！未定义书签。 第1章 绪论 ..................................................................................... 1

1.1 概述 .................................................................................... 1

1.1.1 隧道及其分类 ............................................................. 1 1.1.2 隧道的作用及其优点 .................................................. 1 1.1.3 隧道工程及其发展 ..................................................... 1 1.1.4 新奥法施工 ................................................................ 2 1.2 目的和意义 .......................................................................... 2 第2章 设计要求 ............................................................................. 2

2.1 技术要求 ............................................................................. 3

2.1.1 主要技术标准 ............................................................. 3 2.1.2 材料 ........................................................................... 4 2.1.3 设计规范 .................................................................... 4 2.2 设计基本资料 ...................................................................... 4 第3章 初步设计 ............................................................................. 4 3.1 围岩分类 ............................................................................. 4 3.2 隧道平面布置 ...................................................................... 5

3.2.1 隧道平面布置方案比选 .............................................. 5 3.2.2 隧道平面线形 ............................................................. 6 3.2.3 隧道纵坡 .................................................................... 6 3.3 隧道净空断面 ...................................................................... 6 第4章 结构内力计算 ...................................................................... 7

4.1 荷载确定 ............................................................................. 7

4.1.1 计算垂直均布压力： .................................................. 7 4.1.2 划分浅埋和深埋隧道的分界： ................................... 7 4.2 衬砌几何要素 ...................................................................... 9

4.2.1 衬砌几何尺寸 ........................................................... 10 4.2.2 半拱轴线长度S及分段轴长S ................................. 10 4.2.3 各分块接缝（截面）中心几何要素 .......................... 10

II

4.3 计算位移 ........................................................................... 11

4.3.1 单位位移 .................................................................. 11 4.3.2 主动荷载引起的位移 ................................................ 13 4.3.3 单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移 ............... 24 4.3.4 墙底（弹性地基上的刚性梁）位移 .......................... 32 4.4 解力法方程 ........................................................................ 33 4.5 主动荷载及被动荷载（h1）产生的衬砌内力 ................ 36 4.6 最大抗力值的求解 ............................................................. 39 4.7 计算衬砌总内力 ................................................................ 41 4.8 衬砌截面强度验、检算...................................................... 45 第5章 衬砌结构及附属设施 ......................................................... 46

5.1 衬砌结构方案 .................................................................... 46

5.1.1 明洞 ......................................................................... 46 5.1.2 暗洞衬砌结构 ........................................................... 46 5.1.3 衬砌支护参数 ........................................................... 47 5.1.4 二次衬砌 .................................................................. 49 5.2 洞门 .................................................................................. 49

5.3 隧道防排水 ........................................................................ 50

5.3.1 防水工程 ................................................................ 50 5.3.2 排水工程 .................................................................. 51 5.4 隧道通风 ........................................................................... 52

5.4.1 确定通风方式 ........................................................... 52 5.4.2 计算参数 .................................................................. 52 5.4.3 计算新风量 .............................................................. 52 5.4.4 确定风机组数 ........................................................... 53 5.5 保温工程 ........................................................................... 54 5.6 洞内横通道 ........................................................................ 55 5.7 紧急停车带 ........................................................................ 55 5.8 洞内检修道、设备洞室...................................................... 55 5.9 洞内路面 ........................................................................... 56

5.9.1 正线隧道路面 ........................................................... 56 5.9.2 汽车横通道路面 ....................................................... 56

III

5.9.3 人行横通道路面 ....................................................... 56 5.10 内装与防噪设施............................................................... 56 5.11 隧道消防系统 .................................................................. 56 5.12 隧道照明 ......................................................................... 56 第6章 施工方案 ........................................................................... 58 结论 ............................................................................................... 60 致谢 ............................................................................................... 60 参考文献 ........................................................................................ 61 附录 1 ............................................................................................ 61 附录 2 ............................................................................................ 63

IV

绪论 概述

隧道及其分类

隧道通常指作用地下通道的工程建筑物。一般可分为两大类：一类是修建在岩层中的，称为岩石隧道；一类是修建在土层中的，称为软土隧道，埋深较浅的隧道，一般采用明挖法施工，埋置较深的隧道则多采用暗挖法施工。 隧道的作用及其优点

隧道在山岭地区可用做克服地形或高程障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏，保护生态环境；还可用做克服落石、坍方、雪崩、雪堆等危害。在城市可减少用地，构成立体交叉，解决交叉路口的拥挤阻塞，疏导交通，保护环境，提高社会综合效益。在江河、海峡、港湾地区，可不影响水路通航。修建隧道既能保证路线平顺、行车安全、提高舒适性和节约运费，又能增加隐蔽性、提高防护能力和不受气候影响。 隧道工程及其发展

近代隧道兴起于运河时代，从十七世纪起，欧洲陆续修建了许多运河隧道。其中法国兰葵达克（Languedoc）运河隧道，建于1666~1681年，长157m，它可能是最早用火药开凿的公路隧道。1830年前后，铁路成为新的运输手段。随着铁路运输事业的发展，隧道也越来越多。1895~1906年已出现了长19.73km穿越阿尔卑斯山的最大铁路隧道。目前最长的铁路隧道已达53.85km。较为完善的水底道路隧道建于1927年，位于纽约哈德逊河底（Holland隧道）。现在世界上的长大道路隧道（2km以上）和长大水底隧道（0.5~2.0km）将近百条，最长的为位于瑞士中部芦塞恩湖南侧的圣哥达（St.Gotthard）汽车专用隧道，全长16.3km。

隧道施工与地面建筑物施工不同，其空间有限，工作面狭小、光线暗，劳动条件差，给施工增加了难度。隧道工程的施工条件是极其恶劣的，体力劳动强度和施工难度都相当大。为了减轻劳动强度，人们曾经做过不懈的努力。古代一直使用“火焚法”和铁锤刚钎等原始工具进行开挖，直到上个世纪才开始采用钻爆作业，至今大约有一百多年的历史。在此期间发明了凿岩机，经过将近一个世纪的努力，发展成为今天的高效率大型多头摇臂钻机，工人们已经从繁

1

重的体力劳动中解放出来了。和钻爆开挖法完全不同的还有两种机械开挖法。一种是用于软土地层的盾构机，发明于1818年，经过一个半世纪的不断改进，已经从手工开挖式盾构发展到机械化乃至全机械化盾构，能广泛用于各种复杂的软土地层的掘进。另一种是用于中等坚硬岩石地层的岩石隧道掘进机。目前，已经发展成大断面的带有激光导向和随机支护装置的先进的掘进机，机械化程度大大提高，加上辅助的通风除尘装置，使工作环境得到很大改善。目前应用高压水的射流破岩技术已经过关，它能以很快的速度在花岗岩中打出炮眼，再在隧道周边用高压水切槽，然后爆破破岩。优点是减少超挖，可以开凿任意断面形状的隧道，保护围岩，降低支护成本，并能增加自由面以降低炸药消耗和炮眼数量。但消耗功率较大，设备成本较高，技术上还未达到十分成熟的程度。 新奥法施工

新奥法是本世纪四十年代开始发展起来的，它是以喷混凝土和锚杆为主要支护手段的一种方法。这种方法把坑道的衬砌支护与围岩看作是互相作用的一个整体，既发挥围岩的自承能力，又使支护起到加固围岩的作用。在确保坑道稳定的基础上，使设计更加合理、经济。目前这种方法还处于经验设计阶段，需在实施过程中根据现场测量数据加以修正。新奥法与传统的矿山法相比，更能结合实际地质条件。随着理论上的日益完善，将会在地下工程中得到更加广泛的应用。 目的和意义

立题的目的:毕业设计是对大学四年学习知识的检验和考察，通过这次毕业设计使学生对本专业的知识有更深一步的了解，和更深一步的掌握，以便在以后的学习工作中能灵活的运用所学专业的知识。 立题的意义：毕业设计是大学四年来最重要的一项学习内容，是对四年所学知识的总结与运用。通过大学四年的学习，在课程设计的基础上，运用学过的基础理论和专业知识，结合工程实际，参考国家有关规范、标准、工程设计图集及其他参考资料，独立地完成所要求的设计任务。同时要系统的掌握设计计算步骤、方法，培养我们分析、解决问题的能力，为以后的走上工作岗位，从事有关设计、施工等具体实践工作奠定基础。 设计要求

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技术要求 主要技术标准

1、隧道设计按远期交通量（2030年交通量值）设计 2、设计速度与净空 （1）设计速度

隧道几何线形，断面净空按120km/h设计。 隧道照明设计速度按80km/h设计。 隧道通风设计速度按80km/h设计。 （2）隧道净空：根据《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）确定 a、建筑限界基本宽度： 行车道：W—2×3.75m 侧向宽度：L左—0.75m L右—1.25m 侧向余宽：C—0.5m 检修道：J—0.75m 总基本宽度为：11.0m

b、隧道建筑限界净高：5.0m（检修道净高2.5m）。 c、汽车横通道（两隧道之间） 行车道：W—3.5m

侧向宽度：L—2×0.25m 侧向余宽：C—2×0.25m 净高：4.5m d、洞内紧急停车带

宽3.5m，长30m，过度段2×5m，净高5m。 3、洞内环境控制标准

（1）隧道内一氧化碳CO允许浓度：

a、隧道内工作人员休息室和控制人员长期停留的工作间为24ppm。 b、正常营运时为150ppm。

c、发生交通阻塞时，短时间（20min）以内为300ppm。 （2）隧道内烟尘允许浓度： a、正常营运时：

计算行车速度80km/h时为0.0070m-1； b、交通阻塞时为0.012m-1

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材料

混凝土：C25、C35、C40混凝土； 钢筋； 锚杆； 管棚； 土工布。 设计规范

《公路隧道设计规范》（JTJ026-90） 《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004） 《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999） 《公路工程技术标准》（JTGB01-2003） 设计基本资料

哈尔滨绕城公路总体方案布局在选定的松花江大桥桥址和东风互通之间经过天恒山，天恒山距松花江约9km，地貌属于松花江流域岗阜状平原，地势呈波状起伏，地质构造主要由上更新统、中更新统和下更新统的黄土状亚粘土、亚粘土砂、砂砾石等物质组成；松花江至山脚段属于低漫滩地貌，地形平坦，牛轭湖、沼泽、砂丘较发育，组成物质为全新统和下更新统淤泥质亚粘土、砂、砂砾石；松花江和天恒山中间没有高漫滩和阶地过度。

路线通过天恒山长度约2.3km，地面标高变化情况125m~193m~145m，山坡略陡，山顶平缓，山上伴有冲沟。 初步设计 围岩分类

隧道围岩比较单一，主要为粘性土，局部见砂层。隧道处构造不发育，隧道围岩受地质构造影响程度为轻微影响。根据《公路隧道设计规范》（JTJ 026-90）中规定，隧道围岩分类见下表： 表3-1 隧道围岩分类表（上行线） 里程桩号 岩土名称 长度 围岩类占总长别 比例（%） 38.40 Ⅰ 2.3 K88+220—K88+258.4 粉沙 81.7 K88+258.4—亚粘土、粘1381.4Ⅱ 4

K89+639.81 1 土 186.14 Ⅱ 11.0 K89+639.81—亚粘土 K89+825.95 84.05 Ⅰ 5.0 K89+825.95—亚粘土 K89+910 隧道平面布置

隧道平面布置方案比选

天恒山隧道在可研阶段平面布置有两个方案：方案一为小净距+分离方案，该方案为推荐方案；方案二为双连拱隧道方案，该方案为比较方案。

在初步设计阶段，通过对隧道处路线平面线形的优化，天恒山隧道平面布置可采用分离式（最小净距38.5m）和连拱式，相应的隧道结构采用分离式和连拱式结构形式，分离式结构由于左右隧道之间的施工干扰相对较小，因此，工程的施工难度较小、造价低、工期短，工程中应优先采用。连拱式结构施工难度较大、防水效果不易确保、工期长、造价较高，但左右隧道的间距小，道路线形好，洞外道路的占地少。

在初步设计阶段，通过天恒山隧道的地质钻探了解到天恒山隧道地面线以下30—40m为亚粘土，在亚粘土下为细纱。考虑到隧道若在砂层内施工其难度较大，故初步设计阶段天恒山隧道处的纵断控制条件为在可能的情况下将隧道底面置于砂层以上。最后确定的纵断，隧道洞身大致在K88+200—K88+700范围内位于砂层内，其余部分位于亚粘土层内。

由于分离式隧道方案在施工难度、工程投资和工期上较有优势，因此，本设计采用分离式单向行车双车道隧道（上下行分离）。

可研阶段K90+010—K90+440段按隧道考虑，在初步设计阶段对K90+010—K90+440段采用开挖方案。具体原因如下：第一，在初步设计阶段纵断确定后该段大埋深仅为14.84m，如仍按隧道考虑，则该处隧道埋深浅、隧道长、施工难度大；第二，如该段仍采用隧道方案，在K89+992处有一冲沟，沟底标高位于隧道底标高和隧道顶标高之间，沟中水无法排出，且沟中水会冲刷隧道洞身，长期冲刷

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会破坏隧道洞身的稳定性；第三，根据《公路路线设计规范》（送审稿2003.05版）第11.1.5条第2点“隧道出口前方互通式立体交叉间的距离应满足一系列出口预告标志的需要。当条件受限时，隧道出口至前方互通立交出口渐变段起点的距离不得小于1000m。”的要求，如该段仍采用隧道，则不满足此要求。 隧道平面线形

天恒山隧道上行线K88+220—K88+338.581位于R=5500的圆曲线内，K88+338.581—K88+706.887位于R=6700的圆曲线内，K88+706.887—K89+740.787位于R=6700的圆曲线内 ，不设标高；其余路段位于直线段内。 隧道纵坡

采用双向人字坡，坡度均为1.43%和-1.026%。 隧道净空断面

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、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单心圆。内空考虑了侧墙预留装修层5cm，拱部考虑了施工误差5cm，净高5.0m，并预留20cm，拱顶部可安装一组（两台）直径Φ1120mm的射流风机，通讯、消防、配电洞室等在侧墙部位另留空间。 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）横断面右侧沟槽设弱电缆及消防配水管，左侧沟槽设强电电缆。 （4）紧急停车带净空断面增加紧急停车带宽3.5m，其它同标准断面。 3、净空断面尺寸拟订

R5.85m，相应角度21064116

仰拱：R11.60m，相应角度为515917 连接段：R1.00m，相应角度为471906。

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结构内力计算 荷载确定

计算垂直均布压力： 1、垂直均布压力计算式： q0.4526s

式中：s——围岩类别，Ⅰ类围岩s1；Ⅱ类围岩s2

——围岩容重，此处：Ⅰ类围岩I16kN/m3；Ⅱ类围岩18kN/m3

——跨度影响系数，1i(Bt5),Bt6.520.06213.12

故10.1(11.75)1.812 经计算：

q1417.49kPa

q2234.84kPa

划分浅埋和深埋隧道的分界： 1、浅埋和深埋隧道的分界：

Hp(2~2.5)hq

式中：Hp——浅埋隧道分界深度（m） hq——荷载等效高度（m）

hq1q1Iq2417.4926.09m 16hq2234.8413.05m 18在矿山法施工条件下，Ⅰ—Ⅱ类围岩取Hp2.5hq 故： Hp165.232m Hp232.616m

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2、浅埋隧道荷载分两种情况分别计算：

（1）埋深（H）小于或等于等效荷载高度hq时，荷载视为均布垂直压力。

qH 式中：q——垂直均布压力（kN/m2）; ——隧道上覆围岩重度（kN/m3）;

H——隧道埋深，指坑顶至地面的距离（m）。 侧向压力e按均布考虑时其值为： ev(H1)tan2(45c) 2Ht2式中：e——侧向均布压力（kN/m2）; Ht——隧道高度（m）；Ht7.72m

c——围岩计算摩擦角（°），Ⅰ类围岩取35°,Ⅱ类围岩取45°。

（2）埋深大于hq小于等于Hp时，垂直压力为：

q浅Q浅BtvH(1Htan) Bt侧向压力为：

e1H e2h

式中：在Ⅱ类围岩tan0.176 经确定：

一、在Ⅰ类围岩中K88+220—K88+258.4段属于浅埋隧道情况1； 二、在Ⅱ类围岩中K88+258.4—K88+361.7段属于浅埋隧道情况1； 三、在Ⅱ类围岩中K88+361.7—K88+558.3段属于浅埋隧道情况2； 四、在Ⅱ类围岩中K88+558.3—K89+301.1段属于深埋隧道；

五、在Ⅱ类围岩中K89+301.1—K89+825.95段属于浅埋隧道情况2；

8

六、在Ⅰ类围岩中K89+825.95—K89+910段属于浅埋隧道情况1。 经计算：

一、q46.24——107.2(kPa)

e12.8114——29.33（kPa）

二、q120.6——234.84（kPa）

e20.89——35.78（kPa）

三、q226.29——533.66（kPa）

e143.56（kPa）； e269.00（kPa） e1108.89（kPa）； e2134.33（kPa） 四、q234.84（kPa）

e78.28——117.42（kPa）

五、q533.66——306.48（kPa）

e1108.89（kPa）； e2134.33（kPa） e159.84（kPa） e285.28（kPa） 六、q286.77——48.72（kPa）

e77.99——13.48（kPa）

衬砌几何要素

A、对于一、二、四、六段，围岩的弹性抗力系数K0.1106kN/m3，衬砌材料采用C25混凝土，弹性模量Eh2.95107kPa，容重

h25kN/m3。

B、对于三、五段，围岩的弹性抗力系数K0.1106kN/m3，衬砌材

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料采用C40混凝土，弹性模量Eh3.35107kPa，容重h25kN/m3。 衬砌几何尺寸

内轮廓线半径r5.85m，

外轮廓线半径R5.850.656.5m 拱轴线半径：r0.5(rR)6.175m 轴线圆弧中心角：1064116 半拱轴线长度S及分段轴长S 分段轴线长度：

Sr18011.498m

将半拱轴线等分为8段，每段轴线长为

SS1.437m 8 各分块接缝（截面）中心几何要素 与竖直轴夹角i

 10.12513.33597223 20.2526.67194445 30.37540.00791668 40.553.3438889 50.62566.67986113 60.7580.01583335 70.82593.35180558 81.0106.6877778（注：因墙底面水平，计算衬砌内力时用890）

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接缝中心点坐标计算 x1rsin11.424m x2rsin22.772m x3rsin33.970m x4rsin44.954m x5rsin55.671m x6rsin66.081m x7rsin76.164m x8rsin85.915m

y1r(1cos1)0.167m y2r(1cos2)0.657m y3r(1cos3)1.445m y4r(1cos4)2.488m y5r(1cos5)3.731m y6r(1cos6)5.104m

y7r(1cos7)6.536m y8r(1cos8)7.948m

积分系数 0.333 计算位移 单位位移

用辛普生法近似计算，按计算列表进行。单位位移的计算见下表: 表4-1 单位位移计算表 1.333 0.667 1.333 0.667 1.333 1138.49 1628.27 0.667 1866.68 2481.57 1.333 2760.44 3498.74 0.333 11

5295.12 7740.97 (1+y)2/I 261.26 531.75 270.58 608.11 18.87 91.27 Y2/I 1.21 0 977.82 119.98 43.70 59.46 截面 0 sinα 0 0 1.42 2.77 3.97 4.95 5.67 6.08 6.16 5.91 7.95 6.54 0.65 0.65 5.10 0.65 3.73 0.65 0.023 0.023 0.023 0.023 ∑ 2.49 0.65 0.023 1.45 0.65 0.023 43.70 43.70 43.70 43.70 43.70 43.70 349.70 0.66 0.65 0.023 43.70 0.17 0.65 0.023 43.70 7.28 28.71 63.15 108.74 163.01 0 0.65 0 0.023 43.70 0.23 0.45 0.64 0.80 0.92 0.98 1.00 1 0 -0.06 0.17 0.40 0.60 0.77 0.89 0.97 cosα 1 x y d I 1/I y/I 1 α 0 13.34 2 26.67 3 40.01 4 5 53.34 66.68

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6 80.02 223.04 285.60 347.30 1048.14 7 93.35 8 90

bd3注：1、I——截面惯性矩， I,b取单位长度。

12不考虑轴力的影响。 单位位移值计算如下：

A、对于一、二、四、六段：

11x0M1S11.4375 ds349.5681.70107EhIEhI2.9510x01221M1M2Sy1.437ds1048.1375.111057EhIEhI2.951022x0M1Sy21.437ds5295.12325.81105 7EhIEhI2.9510计算精度校核为：

111221221.7010525.1110525.8110537.71105SS(1y)21.4375 ss7740.96537.72107EhEhI2.9510闭合差0。

B、对于三、五段：

11x0M1S11.4375 ds349.5681.50107EhIEhI3.3510x01221M1M2Sy1.437ds1048.1374.501057EhIEhI3.3510

22x0M1Sy21.4375 ds5295.12322.72107EhIEhI3.3510计算精度校核为：

111221221.5010524.5010522.7210533.22105SS(1y)21.437ss7740.96533.22105 7EhEhI3.3510闭合差0。

主动荷载引起的位移 1、每一楔块上的作用力 竖向力： Qiqbi

13

式中：bi——衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度，经计算得： b11.499m b21.418m b31.261m b41.036m b50.754m b60.433m b70.087m

bi6.49m水平压力： Eiehi

式中：hi——衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度，经计算得：

h10.175m h20.516m h30.830m

B6.56m(校核) 2h41.098m h51.307m

h61.446m h71.507m h81.486m

自重力：

Gihi8.367mH8.425m（校核）

di1diSh 2式中：di——接缝i的衬砌截面厚度。

注：计算 G8时，应使第8个楔块的面积乘以h。

作用在各楔块上的力均列入下表（表2-1），各集中力均通过相应图

14

轴力：

△y -△x -△y∑E M0p ixixixi1 yiyiyi1

0 i1 i-1 ∑(Q+G) 0 0 0 内力按下式计算。

弯矩:

00、Nip的计算见下表。 Mip0 0 iA、对于一、二、四、六段

0Nipsini(QG)cosiE

0.17 0.49 0.79 i1

形的行心。

2、外荷载在基本结构中产生的内力

0MipMi01,pxi(QG)yiEQaqGagEae

0表4-2-1 载位移Mp计算表（一、二、四、六）

楔块上各集中力对下一接缝的力臂分别记为aq、ae、ag。

式中：xi、yi——相邻两接缝中心点的坐标增值，按下式计算：

15

1.04 1.24 1.37 1.43 1.41 -505.92 -10.10 -876.85 -64.10 -1034.50 -186.35 -944.69 -382.02 -624.02 -633.49 -136.33 -903.22 420.10 -1140.8 -262.50 -1040.14 -2227.7 -3669.24 -5184.58 -6599.03 -7770.32 -8600.66 集中 力臂 ∑∑E △x ag 0 0 0 0 0 0 0 (Q+G) i-1 i-1 0 0 0 ae -Qaq -Eae -Gag E aq 0 0

16

20.58 60.63 97.42 128.94 153.52 169.81 176.95 174.54 0.71 0.67 0.60 0.49 0.36 0.21 0.04 -0.12 375.45 20.58 731.91 81.21 1051.42 178.63 1318.00 307.57 1518.54 461.09 1643.48 630.90 1687.34 807.85 0.40 0.55 0.66 0.74 0.78 0.78 0.73 0.65 -16.63 -15.74 -13.99 -11.49 -8.37 -4.80 -0.97 2.91 -8.31 -33.26 -64.66 -95.82 -120.11 -132.36 -129.97 -113.44 0.67 0.64 0.57 0.47 0.34 0.19 0.04 0 -237.55 -212.62 -168.06 -113.36 -60.16 -19.77 -0.81 0 1.424 1.35 1.20 0.99 0.72 0.41 0.08 -0.25

截面 0 1 2 3 4 5 6 7 表4-3-1 载位移N0p计算表 （一、二、四、六） cos截sin∑∑E sinα∑cosα∑(Q+G) (Q+G) E 面 α α 0 0 1 0 0 0 0 1 0.23 0.97 375.45 20.58 86.60 20.03 2 0.45 0.89 731.91 81.21 328.54 72.57 3 1051.4178.60.64 0.77 2 3 675.95 136.82 4 1318.0307.50.80 0.60 1 7 1057.34 183.62 5 1518.5461.00.92 0.40 3 9 1394.48 182.53 6 1643.5630.90.98 0.17 4 0 1618.59 109.38 7 1687.3807.80.10 -0.06 4 5 1684.45 -47.23 8 1710.6982.41 0 9 0 1710.70 0 基本结构中，主动荷载产生弯矩的较核为： M80qqBB1313(x8)234.84(5.915)4068.01624248 N0p 0 66.58 255.97 539.13 873.72 1211.95 1509.20 1731.68 1710.69

e1M80eH2117.428.42524167.273

2217

352.09 333.11 296.15 243.23 177.18 101.58 20.51 0 Q 0 23.36 23.36 23.36 23.36 23.36 23.36 23.36 23.36 G 0

0M8gGi(x8xiagi)G1(x8x1ag1)G2(x8x2ag2)G3(x8x3ag3) G4(x8x4ag4)G5(x8x5ag5)G6(x8x6ag6)G7(x8x7ag7) G8ag8

23.356(5.9151.4240.712)23.356(5.9152.7720.674) 23.356(5.9153.970.599)23.356(5.9154.9540.492) 23.356(5.9155.6710.358)23.356(5.9156.0810.205) 23.356(5.9156.1640.041)23.356(0.125) 311.214

0000 M8.0164167.273311.214pM8qM8eM8g4068 8546.503

另一方面，从表中得到

0 M8p8600.668546.508600.66闭合差 ：100%0.63%

8546.50

B、对于三、五段：

0表4-2-2 载位移Mp计算表（三、五）

-565.97 -1109.64 -11.55 -2224.11 -1921.37 -73.23 -4688.58 -2263.15 -213.19 -7543.63 -2061.54 -437.04 -10324.7 0 -1356.99 -724.72 -12607.6 0 -295.01 -1033.30 -14087.3 0 904.79 -1305.11 -14614.5 0 0 0 18

M0p -△x -△y∑E i-1 ∑(Q+G) 0 0 0 力臂 △x △y ae i-1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 i-1 0 0.40 0.55 0.66 0.74 0.78 0.78 0.73 0.65 0 -1.83 -Qaq -Eae ∑(Q+G) ∑E -Gag aq ag 0 0 0.67 0.71 0.64 0.67 0.57 0.60 0.47 0.49

19

0.34 0.36 0.19 0.21 -539.82 -483.17 -381.91 -257.60 -136.70 -44.93 0.04 0.04 0 -0.12 -16.63 -15.74 -13.99 -11.49 -8.37 -4.80 -0.97 2.91 -9.51 -38.05 -73.97 -109.62 -137.41 -151.42 -148.68 -129.77 823.47 1603.79 2300.13 2876.20 3302.19 3556.39 3626.35 1.42 23.55 1.35 92.91 1.20 204.35 0.98 351.87 0.72 527.49 0.41 721.76 0.08 924.197 -0.25 0.17 0.49 0.79 1.04 1.24 1.37 1.43 1.41

147.51 175.63 194.27 202.43 23.36 46.60 7 23.36 23.36 23.36 23.36 23.36 23.36 集中力 756.96 672.99 552.72 402.64 230.84 800.11 Q 0 截面 0 1 2 3 4 5 6

表4-3-2 载位移N0p计算表（三、五） 截sinα cosα ∑∑E sinα∑cosα(Q+G) (Q+G) 面 ∑E 0 0 1 0 0 0 0 1 0.23 0.97 823.47 23.55 189.94 22.91 2 1603.70.45 0.90 9 92.91 719.91 83.02 3 2300.10.64 0.77 3 204.35 1478.74 156.53 4 2876.20.80 0.60 0 351.87 2307.38 210.07 5 3302.10.92 0.40 9 527.49 3032.43 208.82 6 3556.30.98 0.17 9 721.76 3502.53 125.14 7 3626.30.10 -0.06 5 924.19 3620.14 -54.03 20

8 0 23.36 G 0 199.68 111.44 69.37 3.55 E 0 N0p 0 167.03 636.89 1322.21 2097.32 2823.61 3377.40 3674.18

8 3649.71123.81 0 0 7 3649.70 基本结构中，主动荷载产生弯矩的较核为： M80qqBB1313(x8)533.66(5.915)9244.32524240 3649.70

e1M80eH2134.338.42524767.414

220M8gGi(x8xiagi)G1(x8x1ag1)G2(x8x2ag2)

G3(x8x3ag3)G4(x8x4ag4)G5(x8x5ag5)G6(x8x6ag6)G7(x8x7ag6)G8ag8

23.356(5.9151.4240.712)23.356(5.9152.7720.674) 23.356(5.9153.970.599)23.356(5.9154.9540.492)

23.356(5.9155.6710.358)23.356(5.9156.0810.205)

23.356(5.9156.1640.041)23.356(0.125)

311.214

0000 M8MMM.3254767.414311.214p8q8e8g9244 14322.953

另一方面，从表中得到

0 M8p14614.500闭合差 ：14322.95314614.5100%2.04%

14322.953主动荷载位移

计算过程见下表。

A、对于一、二、四、六段

表4-4-1 主动荷载位移计算表（一、二、四、六）

21

截M0p 面 0 1/I y/I (1+y) M0p/I M0py/I M0p(1+y积分)/I 系数 0.333 1.333 0.667 1.333 0.667 1.333 0.667 1.333 0.333 43.70 0 1 43.7-262.50 0 2 -1040.143.74 0 3 -2227.743.70 0 4 -3669.243.74 0 5 -5184.543.78 0 6 -6599.043.73 0 7 -7770.343.72 0 8 -8600.643.76 0 1px0x0 7.28 1 1.17 28.71 1.66 63.15 108.74 163.00 223.04 285.60 347.30 2.45 3.49 4.73 -845130 -1471856.10 8 -2219187.54 9 -2987048.95 2 -653869-1354544 2 ∑ 0 -11470.06 -45449.77 -97341.65 -160330.9 -226545.3 -288350.7 -339531.5 -375814.1 0 -1909.92 -29863.9 0 -13379.98 -75313.62 -238022.-140680 1 -559307.-398976 6 -1071675 -1760209 -2558720 -3362856 -7893236 00M1MPSMP1.4375 ds1354543.616598.234107EhIEhI2.951000M2MPSyMP1.437ds6538692.0231851.188105 7EhIEhI2.95102P0计算精度校核

1p2p6598.23410531851.18810538449.42210-5

0S(1Y)MP1.437-5 so7893235.6338449.422107EhI2.951022

闭合差 0。

B、对于三、五段

表4-4-2 主动荷载位移计算表（三、五） 1/I y/I (1+yM0p/I M0py/I 截M0p ) 面 0 43.70 0 1 43.7-565.97 0 2 -2224.143.71 0 3 -4688.543.78 0 4 -7543.643.73 0 5 -10324.43.77 0 6 -12607.43.76 0 7 -14087.43.73 0 8 -14614.43.75 0 1px0xM0p(1+y积分)/I 系数 0.333 1.333 0.667 1.333 0.667 1.333 0.667 1.333 0.333 0 0 -24730.37.28 1.17 7 -97184.428.71 1.66 6 63.15 108.74 163.01 223.04 285.60 347.30 2.45 -204872 -329626.3.49 1 4.73 -451147 6.10 -550899 -615559.7.54 9 -638595.8.95 6 ∑ 1 0 -4117.94 -63857.36 -296085.9 -820260.8 0 -28848.3 -161042 -500958 -1149887 -1683010 -2134157 -2812010 -3362909 -4023319 -4638879 -5075678 -5714274 -1216468-1475777-2593084 9 3 00M1MPSMP1.4375 ds2593083.911123.169107EhIEhI3.351000M2MPSyMP1.4375 ds1216468952181.068107EhIEhI3.35102P0计算精度校核：

23

1p2p11123.16910552181.06810563304.23710-5

0S(1y)MP1.437so7893235.6363304.23710-5 7EhI3.3510闭合差 0。

单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移 1、各接缝处的抗力强度

抗力上零点假定在接缝3，340.00791668b

最大抗力值假定在接缝5，566.67986113h；

最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算：

(cos2bcos2i)h i 22cosbcosh查表4-1，算得： 30

40.535532h 5h

最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算： i(1yi22)h

yh式中：yi——所考察截面外缘点到h点的垂直距离；

yh——墙脚外缘点到h点垂直距离。

经计算得：

y61.446m y72.953m y84.440m

24

则：

1.44626(1)k0.894 24.4402.95327(1)k0.558 24.44080

2、各楔块上抗力集中力Ri 按下式近似计算：

iRi(i1)Si外

2式中：Si外——楔块i外缘长度；

Ri的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心。 3、抗力集中力与摩擦力的合力Ri 按下式计算：

RiRi12

式中：——围岩与衬砌间的摩擦系数，此处取0.2。 则：

RiRi10.221.0198Ri

其作用方向与抗力集中力Ri的夹角arctan11.3099。由于摩擦阻

力的方向与衬砌位移的方向相反，其方向向上。Ri的作用点即为Ri与

衬砌外缘的交点。

将Ri的方向线延长，使之交于竖直轴，量取夹角k,将Ri分解为水平与竖直两个分力：

25

RHRisink RVRicosk

计算见下表：

表4-5 弹性抗力及摩擦力计算表 截σ 0.5（σ△S R 面 （σ） i-1+σi） 外 (σn) (σn) 3 0 0 0 0 4 0.54 0.27 1.5 0.41 5 1 0.77 1.5 1.17 6 0.89 0.95 1.54 1.49 7 0.56 0.73 1.55 1.15 8 0 0.28 1.35 0.38 Ψk sinΨk 0 0 60.44 0.87 71.45 0.95 83.21 0.99 95.87 0.99 109.80.94 5 4、计算单位抗力及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力 弯矩： Mi0Rjrji

轴力： Ni0iRVcosiRH sin式中：rji——力Rj至接缝中心点ki的力臂。 计算见下表：

对于一、二、四、六段

0 表4-6-1 M计算表（一、二、四、六）

cosRH RV Ψk (σ(σn) n) 0 0 0 0.49 0.36 0.20 0.32 1.11 0.37 0.12 1.48 0.18 -0.10 1.14 -0.12 -0.34 0.36 -0.13 (σh)σ -10.120 R8=0.383M0 -R8r8i -0.422 26

-15.983 -0.206 -1.585 -4.979 截面 R5=1.1744517σh r5i -R5r5i 0.680 -0.799 0.770 -1.145 0.840 2.260 -0.964 -2.593 -3.257 -5.265 2.190 3.540 -2.478 -4.052 -5.426 2.110 3.450 4.620 1.100

4 -0.786 -1.356 -1.847 -2.277 R4=0.4096017σh r4i -R4r4i 0.500 -0.205 R6=1.4871694σh r6i -R6r6i R7=1.1471256σh r7i -R7r7i r8i 5 1.920 6 3.310 7 4.510 8 5.560 27

截面 α Rv 53.344 0.802 0.597 0.202 0.162 0.356 1.467 -0.053 0.229 0.872 0.504 0 2.946 4.088 4.449 -0.239 0.511 0.582 66.680 0.918 0.396 0.576 0.529 80.016 0.985 0.173 0.752 0.740 93.352 0.998 -0.058 0.634 0.633 90 1 0 0.504 0.504 Rh 0.213 (σh)σ -0.051 sinα cosα ∑Rv sinα∑∑Rh cosα∑N0 4 B、对于三、五段

5 6 7 0表4-6-2 M计算表（三、五）

8 0 表4-7-1 N计算表（一、二、四、六）

28

R4=0.409M0 R6=1.4871694σh r6i -R6r6i R8=0.383787σh r8i -R8r8i (σh)σ -0.205 1.096 -0.422 -1.585 -4.979 -10.120 -15.981

-R4r4i -0.205 -0.799 0.770 -1.145 0.840 -0.964 -2.593 2.260 -3.257 -5.265 2.190 3.540 -2.478 -4.052 -5.426 R5=1.1744517σh r5i -R5r5i R7=1.1471256σh r7i -R7r7i -0.786 0.680 -1.356 2.110 -1.847 3.450 -2.277 4.620 29

α Rh 0.213 4 5 6 7 8 0.500 1.920 3.310 4.510 5.560 0.582 -0.053 0.229 0.872 0.504 0.511 -0.239 0 (σh)σ -0.051 r4i sinα cosα ∑Rv sinα∑∑Rh cosα∑N0 截面 Rv 53.344 0.802 0.597 0.202 0.162 0.356 66.680 0.918 0.396 0.576 0.529 1.470 80.016 0.985 0.173 0.752 0.740 2.946 93.352 0.998 -0.058 0.634 0.633 4.088 0 0.504 0.504 4.449 0表4-7-2 N计算表（三、五）

90 1

30

截面 4 5 6 7 5、单位抗力及相应摩擦力产生的载位移 计算结果见下表：

A、对于一、二、四、六段

表4-8-1 单位抗力及摩擦力产生的载位移计算表（一、二、四、六） 1/I y/I (1+y截积分0000 /I y/I M(1+y)/I MMM) 面 系数 （σh） 4 43.7108.70.66-0.20 0 4 3.49 -8.95 -22.27 -31.22 7 5 43.7163.01.33-1.59 0 1 4.73 -69.26 -258.38 -327.64 3 6 43.7223.0-1110.50.66-4.98 0 4 6.10 -217.56 2 -1328.09 7 7 -10.143.7285.6-2890.11.332 0 0 7.54 -442.19 5 -3332.34 3 8 -15.943.7347.3-5550.80.338 0 0 8.95 -698.38 2 -6249.19 3 -1065.7-6803.5 3 1 -7869.24 ∑ 1s0s00M1MMS1.4375 ds1065.7305.192107EhIEhI2.951000M2MyMS1.4375 ds6803.50833.146107EhIEhI2.951020校核为：

12(5.192133.146)10538.338105 s0(1y)MS1.4375 7869.238538.338107EhI2.9510闭合差 0。

31

8

B、对于三、五段

表4-8-2 单位抗力及摩擦力产生的载位移计算表（三、五） 1/I y/I (1+y截0000 /I y/I M(1+y)/I MMM) 面 （σh） 4 43.7108.7-0.20 0 4 3.49 -8.95 -22.27 -31.22 5 43.7163.0-1.59 0 1 4.73 -69.26 -258.38 -327.64 6 43.7223.0-1110.5-4.98 0 4 6.10 -217.56 2 -1328.09 7 -10.143.7285.6-2890.12 0 0 7.54 -442.19 5 -3332.34 8 -15.943.7347.3-5550.28 0 0 8.95 -698.31 8 -6248.59 -1065.7-6803.3 1 3 -7869.04 ∑ 1s0s00M1MMS1.4375 ds1065.7084.57107EhIEhI3.351000M2MyMS1.4375 ds6803.33129.18107EhIEhI3.3510积分系数 0.667 1.333 0.667 1.333 0.333 20校核为：

12(4.5729.18)10533.75105 s0(1y)MS1.4375 7869.23933.75107EhI3.3510闭合差 0。

墙底（弹性地基上的刚性梁）位移 A、对于一、二、四、六段 单位弯矩作用下的转角：

32

1143.69643.696105 6KI80.110主动荷载作用下的转角：

0043.696105375814.101105 pM8p8600.66单位抗力及相应摩擦力作用下的转角：

00M843.696105698.393105 15.981B、对于三、五段

单位弯矩作用下的转角：

115 43.69643.696106KI80.110主动荷载作用下的转角：

0043.696105638595.56105 pM8p14614.5单位抗力及相应摩擦力作用下的转角：

00M843.696105698.308105 15.983 解力法方程 衬砌矢高

fy87.948m

计算力法方程的系数为： A、对于一、二、四、六段

a1111a(1.70343.696)10545.399105 a1212fa(5.1077.94843.696)105352.410105a2222f2a(25.7987.948243.696)1052786.23410500a101pap(1a)h

(6598.234375814.1015.192h698.393h)105

33

(382412.335703.585h)105

00a202pfap(2fa)h

(31851.1887.948375814.10133.146h7.948698.393k)105 (3018893.0675584.106h)105

以上将单位抗力及相应摩擦力产生的位移乘以h，即为被动荷载的载位移。 求解方程为：

X1a22a10a12a202a12a11a222786.234(382412.335703.585h)352.410(3018893.0675584.106h)352.410245.3992786.234696.3473.281h

其中：X1p696.347 X13.281。

X2a11a20a12a10 2a12a11a2245.399(3018893.0675584.106h)352.410(382412.335703.585h)2352.41045.3992786.234995.4272.419h

其中：X2p995.427 X22.419

B、对于三、五段

a1111a(1.50043.696)10545.196105

34

a1212fa(4.4977.94843.696)105351.801105 a2222f2a(22.7187.948243.696)1052783.154105

00a101pap(1a)h

(11123.169638595.564.572h698.308h)105 (649718.729702.88h)105

00a202pfap(2fa)h

(52181.0687.948638595.5629.18h7.948698.308k)105 (5127859.915579.465h)105

以上将单位抗力及相应摩擦力产生的位移乘以h，即为被动荷载的载位移。 求解方程为：

X1a22a10a12a20 2a12a11a222783.154(649718.729702.88h)351.801(5127859.915579.465h)2351.80145.1962783.1542117.0883.280h

其中：X1p2117.088 X13.280。

X2a11a20a12a10 2a12a11a2245.196(5127859.915579.465h)351.801(649718.729702.88h)2351.80145.1962783.15435

1574.8562.419h

其中：X2p1574.856 X22.419

主动荷载及被动荷载（h1）产生的衬砌内力 计算公式为：

0 MpX1pyX2pMp

0 NpX2pcosNp

0 MX1yX2M

0 NX2cosN

计算过程列入下表： 对于一、二、四、六段

主、被动荷载作用下衬砌弯矩计算表 表4-9-1 （一、二、四、六） 0M截0 Mp X1p X2py Mp (h)面 696.30 0 5 0 696.35 0 696.31 -262.50 5 165.75 599.60 0 -1040.1696.32 4 5 654.07 310.28 0 -2227.7696.31438.63 0 5 2 -92.74 0 -3669.2696.32477.0-495.84 4 5 8 1 -0.20 5 -5184.5696.33713.4-774.7-1.59 36

X1(h) X2y(h) M(h) -3.28 0 -3.28 0.40 -3.28 1.59 -3.28 3.50 -3.28 6.02 -3.28 9.02 -3.28 -2.88 -1.69 0.22 2.53 4.16

6 7 8 -6599.03 8 7.53 -15.98 -3.28 19.23 -0.04

主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表 表4-10-1（一、二、四、六） X2cosN 截00X2pcos Np NpN (h)(h) 面 (h)对于三、五段 0 1574.8被动荷0 1574.86 6 0 2.42 2.42 主、

载作用下1 1699.4167.03 1532.39 2 0 2.35 2.35 衬砌弯矩

计算表 2 2044.1 表636.89 1407.28 6 0 2.16 2.16 4-9-2 3 1322.22528.4 1 1206.27 8 0 1.85 1.85 （三、五）

4 2097.33037.52 940.21 2 -0.05 1.44 1.39 5 2823.63447.01 623.44 5 -0.05 0.96 0.90 6 3377.43650.40 273.04 4 0.23 0.42 0.65 7 3674.13582.18 -92.08 0 0.87 -0.14 0.73 8 3649.73649.70 0 0 0.50 0 0.50 37

5 696.35 696.3-7770.3 5 -8600.6696.36 5 5 5081.06 6506.14 7911.84 8 -821.62 -567.83 -4.98 -3.28 12.35 4.09 -10.12 -3.28 15.81 2.41

截0 Mp面 X1p X2py M pM0X1(h) (h) X2y(h) M(h) 2117.00 0 9 0 2117.09 2117.01 -565.97 9 262.23 1813.36 -2224.12117.02 1 9 1034.80 927.78 -4688.52117.03 8 9 2276.02 -295.47 -7543.62117.0-1507.54 3 9 3918.96 8 -10324.2117.0-2332.55 7 9 5875.02 8 -12607.2117.0-2451.76 6 9 8038.7 6 -14087.2117.010293.3-1676.97 3 9 1 5 -14614.2117.012517.28 5 9 5 19.82

主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表 表4-10-2（三、五）

0 0 0 0 -0.20 -1.59 -4.98 -10.12 -15.98 -3.28 0 -3.28 -3.28 0.40 -2.88 -3.28 1.59 -1.69 -3.28 3.50 0.22 -3.28 6.02 2.54 -3.28 9.03 12.3-3.28 5 15.8-3.28 1 19.2-3.28 3 4.16 4.09 2.41 -0.03 38

截面 0 0 NpX2pcos N pN0X2cos(h) (h) N(h) 0 1 1574.86 167.03 1532.39 2 3 4 5 6 7 8 636.89 1322.21 2097.32 2823.61 3377.40 3674.18 3649.70 1407.28 1206.27 940.21 623.44 273.04 -92.08 0 1574.86 1699.42 2044.16 2528.48 3037.52 3447.05 3650.44 3582.10 3649.70 0 0 0 0 2.42 2.35 2.16 1.85 2.42 2.35 2.16 1.85 1.39 0.90 0.65 0.73 0.50 -0.05 1.44 -0.05 0.96 0.23 0.42 0.87 -0.14 0.50 0 最大抗力值的求解 首先求出最大抗力方向的位移。 考虑到接缝5的径向位移与水平方向有一定的偏离，

因此修正后有：

hp5ph5MpS(y5yi)sin5 EhIMSI(y5yi)sin5 Eh计算过程见下表：

A、对于一、二、四、六段

表4-11-1 最大抗力位移修正计算表（一、二、四、六）

39

截M/I p面 0 30427.55 1 26200.18 2 13557.95 3 -4052.45 4 -21665.03 5 -33854.83 位移值为： hpM/I(h) (y5yi) Mp(y5yi)/I M(y5yi)/I(h) 积分系数 0.333 1.333 0.667 1.333 0.667 1.333 -143.36 -125.76 -73.90 9.41 3.73 3.56 3.07 2.29 113510.36 93377.43 41669.52 -9261.01 -26909.16 0 159832.25 -534.80 -448.19 -227.13 21.51 137.55 0 -806.90 110.74 1.24 181.72 0 ∑ 1.437-5159832.250.9183073714.9710

2.951071.4375806.900560.91830733.6094610 72.9510h最大抗力值为：

hhp1hK714.97105153.60946100.1106155.1092753

B、对于三、五段

表4-11-2 最大抗力位移修正计算表（三、五） (y5yi) M/IM(y5yi)/I积分截M/I M(yy)/I pp5i()()面 系数 hh0 92508.1-143.38 3 3.730 345102.99 -534.68 0.333 1 79236.4-125.71 2 3.56 282398.53 -448.08 1.333 2 40540.1-73.86 3.07 124597.66 -227.02 0.667 40

4 3 -12911 4 -65875.1 5 -101924 位移值为： hp9.46 2.29 -29505.26 -81820.5 0 480743.47 21.61 137.61 0 -806.45 1.333 0.667 1.333 110.79 1.24 181.79 0 ∑ 1.437-5480743.470.91830731893.7110 73.35101.437806.45420.91830733.17673105 73.3510h最大抗力值为：

hhp1hK1893.71105453.40

13.17710560.110 计算衬砌总内力

按下式计算衬砌总内力：

MMphM NNphN

积分系数 0.333 计算过程列入下表：

A、对于一、二、四、六段

表4-12-1 衬砌总内力表（一、二、四、六）

1.333 1376.76 0.667 -3746.77 1.333 -11168.74 0.667 -21144.94 1.333 -41810.91 0.667 -55360.39 1.333 0.333 696.27 41

-139686.4 7 1114.69 My/I 0 截面 0 696.35 599.60 310.28 -262.33 47.95 1480.78 0.032 33.41 -59.33 -102.71 1468.00 216.17 -129.72 1606.01 140.30 -187.46 1681.79 100.62 -193.84 1673.49 113.33 2.00 1710.69 78.16 1301.58 287.410 1588.99 -0.037 1684.17 -0.061 1746.31 -0.074 1782.41 -0.105 1786.82 -0.108 1788.85 0.001 ∑ -92.74 -495.81 393.10 -774.78 645.06 -821.62 634.16 -567.83 373.99 7.53 -5.52 1145.47 335.30 -446.40 153.20 1035.16 365.11 1400.27 0.109 6694.26 2095.30 -2592.52 -4488.22 -5668.11 Mσ -508.88 187.47 995.43 1370.66 0.137 8191.46 Nσ 375.23 Mp Np e [M] [N] M/I SM0 EhI

1 2 3 4 5 计算精度的校核为以下内容： 根据拱顶切开点的相对转角和相对水平位移应为零的条件来检查：

42

6 -8191.15 -8470.03 87.60 -17678.22 7 8

式中：

SM1.43717678.2286.1105 7EhI2.9510M82.0043.69610-587.610-5

闭合差：

87.686.1100%1.70% 87.6SMyf0 EhI式中：

SMy1.437139686.411680.44105 7EhI2.9510f7.94887.610-5696.2610-5

闭合差：

696.26-680.44100%2.27%

696.26积分系数 0.333

B、对于三、五段

表4-12-2 衬砌总内力表（三、五） 1.333 0.667 1.333 0.667 1.333 -26098.69 -133218.23 0.667 -25467.37 -166455.51 1.333 0.333 236.65 1880.92 43

-55686.76 -441678.42 -8623.62 -12463.06 -15642.05 -38924.60 -19503.41 -72757.75 22234.01 3702.26 27524.65 0 7050.73 M/I 4632.85 My/I 式中： 截面 0 Mσ 2117.09 -1487.18 629.91 1813.36 -1304.52 508.83 927.78 -295.47 98.12 -1507.58 1149.60 -357.98 3037.52 631.93 -2332.58 1886.23 -446.34 3447.05 410.14 -2451.76 1854.48 -597.28 3650.44 294.14 -1676.95 1094.12 -582.83 3582.10 331.28 19.82 -14.40 5.42 3649.70 228.46 -197.36 2528.48 840.19 -766.42 161.36 2044.16 980.20 1699.42 1067.34 2766.76 0.184 3024.36 0.053 3368.67 -0.059 3669.45 -0.098 3857.18 -0.116

Mp Np Nσ 1574.86 1096.92 2671.77 0.236 e [M] [N] SMI0 Eh1 2 3 4 5 6 7 8 计算精度的校核为以下内容： 根据拱顶切开点的相对转角和相对水平位移应为零的条件来检查：

SM1.437555686.76238.910 7EhI3.351044

3944.58 -0.151 3913.38 -0.149 3878.16 0.001 ∑

M85.41578743.69610-5236.6510-5

闭合差：

238.9236.65100%0.93%

238.9SMyfI0 Eh式中：

SMy1.4375 441678.4291894.60107EhI3.3510f7.948236.6510-51880.9410-5

闭合差：

1894.60-1880.94100%0.72%

1894.60 衬砌截面强度验、检算 检算几个控制截面：

A、对于一、二、四、六段 拱顶（截面0）

e0.1368m0.45d0.2925m(可)

截面7

e0.1085m 0.2d0.20.650.13m

e0.10850.1669 d0.6511.5ke11.50.16690.7496 dRabdN0.74961.910410.655.18102.4（可）

1786.8197d0.650.1625m 44墙底（截面8）偏心检查

e0.0011m其他各截面偏心矩均小于0.45d。

B、对于三、五段

45

1、拱顶（截面0）

e0.2358m0.45d0.2925m(可)

2、截面7

e0.1489m 0.45d0.450.650.2925m（可）

3、墙底（截面8）偏心检查

e0.0014md0.650.1625m 44其他各截面偏心矩均小于0.45d。

衬砌结构及附属设施 衬砌结构方案

衬砌混凝土不允许采用火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥。 明洞

明洞结构为现浇钢筋混凝土衬砌结构。明洞构造拱圈（仰拱）采用65cm钢筋混凝土结构。采用C40混凝土。 暗洞衬砌结构

隧道衬砌结构的选择必须结合施工技术，安全作业以及使用适应性、造价综合确定。鉴于我国目前的技术装备情况宜采用钻爆开挖方式，可供选择的衬砌方案有两类，以矿山法施工的刚性衬砌结构和以新奥法（NATM）为核心的锚喷支护复合衬砌（柔性衬砌）。 A、刚性衬砌的特点

衬砌是岩体压力的承载主体，岩体开挖后产生的压力全部由结构承受，故衬砌厚度较大。

由于毛洞开挖与被覆盖间隔时间较长，出现围岩失稳的几率较多，特别是软弱围岩地段在防止岩体塌方适应性差，安全作业亦差；为防止围岩失稳，以采用分部开挖法居多，工序多，施工进度慢，机械装备要求不高。

防水方面由于刚性衬砌背后施作柔性防水层困难，故多采用结构自防水（抗渗混凝土）。而结构自防水承受施工质量影响极大，故很难达到防水的标准。 B、柔性衬砌的特点

衬砌与围岩共同组成承载环，岩体的压力主要是围岩自身承受，故衬砌结构薄。

由于毛洞开挖与初期被覆间隔时间很短，并通过实际量测调整围岩

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的支护参数保证稳定性，故易于保障安全作业。且可进行大断面开挖，机械化程度高，施工进度快，工期短。

防水方面，由于防水层是施作在初期支护与二次衬砌之间，并可将二次衬砌做成自身防水结构，故防水质量容易保证。

综合上述因素，并结合高速公路隧道在防水方面的重要性，推荐采用新奥法锚喷支护复合衬砌。根据该隧道处地质条件，设计采用人工开挖施工方案。 衬砌支护参数

暗洞衬砌结构按新奥法原理，采用复合式支护结构形式。初期支护以锚杆、钢筋网及喷射混凝土组成联合支护体系，二次衬砌采用模注混凝土结构，初期支护与二次衬砌结构之间设防水排水夹层。喷射混凝土采用湿喷法施工。 初期支护

初期支护参数的选取主要依据工程类比后确定的，各种围岩及断面条件下的支护参数见下表：

表5-1 隧道衬砌结构支护参数表 围衬初期支护 二次衬砌 备岩砌锚杆 喷混钢筋超前导钢拱圈 仰拱 注 类支凝土 网 管、锚拱别 护杆 架 类型 明Sm 钢筋钢筋 洞 混凝混凝土土65cm 65cm 一S0 类浅埋段 φ25长3.5m（0.5×1.0m） 5cm（钢纤维）+20cm素混凝φ8-15×15cm（1层） φ50长5.0m小导管（1.0×0.4m） 47

工字钢拱架间钢筋钢筋混凝混凝土土65cm 65cm 适于洞口浅埋

土 二S1 类浅埋段 φ25长4.0m（1.0×1.0m） 10cm（钢纤维）+20cm素混凝土 φ8-20×20cm（1层） φ42长5.0m小导管（1.0×0.4m） 距0.5米 工字钢拱架间距0.5米 工字钢拱架间距0.5米 工字钢拱架间距0.5米 工段 钢筋钢筋混凝混凝土土65cm 65cm 适于第二类浅埋情况 适于深埋段 深S2 埋段 φ25长3.5m（0.75×1.0m） 10cm（钢纤维）+20cm素混凝土 φ8-20×20cm（1层） φ32长4.0m小导管（1.0×0.8m） 钢筋钢筋混凝混凝土土65cm 65cm 紧S2k 急停车带 φ25长4.0m（0.5×1.0m） 10cm（钢纤维）+20cm素混凝土 φ8-20×20cm（2层） φ42长5.0m小导管（1.0×0.4m） 钢筋钢筋混凝混凝土土65cm 65cm 适于紧急停车带 汽S2q φ255cmφφ24长48

钢筋钢筋适

车通道 长3.0m（0.75×1.0m） （钢纤维）+15cm素混凝土 8-20×20cm（2层） 4.0m小导管（1.0×0.4m） 人S2r 行横通道 φ25长2.5m（0.75×1.0m） 5cm（钢纤维）+15cm素混凝土 φ8-20×20cm（1层） φ24长4.0m小导管（1.0×0.4m） 字钢拱架间距0.5米 工字钢拱架间距0.5米 混凝混凝于土土汽65cm 65cm 车通道段 钢筋钢筋混凝混凝土土65cm 65cm 适用于人行横通道段 注：1、超前小导管和超前锚杆以10打入。 2、超前导管、锚杆布置间距为纵向间距×环向间距。 超前小导管、超前锚杆、锚杆和工字刚拱架焊接成整体。

对于隧道洞身穿越砂层处及其它不良地质情况处，在初步设计阶段采用超前小导管支护，在施工图阶段将结合详勘地质资料作进一步研究，对支护方式进行优化。 二次衬砌

二次衬砌采用C25（或C30）泵送自防水混凝土结构，抗渗标号需达到S10。

二次衬砌Ⅱ类围岩区段按部分承载结构计算，计算模型为荷载结构体系，初期支护与二次衬砌之间防水层只传递径向力。 洞门

从地形视觉、照明、隧道营运管理及结构与环保方面综合考虑，采用端墙式洞门。

洞门端墙与仰坡之间、水沟底与衬砌拱顶外缘之间要求一定高度，

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以免落石破坏拱圈。洞门墙顶应高出仰坡脚，以防水流溢出墙顶，也可防止掉落土石弹出。

洞门处需要做好洞门处地表水的堵截和宣泄；洞门边、仰坡坡脚以及可能被冲刷之处均须铺砌防护，边、仰坡交界处应采用圆角法开挖，以减少雨水冲刷。

具体材料、尺寸见出口洞门构造图。 隧道防排水

隧道防排水是保证隧道适用性以及衬砌结构、路面、设备耐久性的关键。对于高速公路隧道保证隧道内环境干燥是极为重要的。设计原则为使衬砌内壁不渗水。

防排水工程设计的原则的一排为主，以防为辅，“防排相结合”的综合治理；同时考虑到寒冷地区的隧道常在春融期出现渗漏，对该隧道施作保温工程。 防水工程

1、衬砌柔性防水工程

衬砌柔性防水工程设置在二次衬砌面与喷混凝土面之间，以提高衬砌的密水性，以防止水从二次衬砌裂缝中渗出并扩大混凝土裂缝，柔性防水层材料建议采用施工安装方便、无毒阻燃，且耐久性、防水性、缓冲性能等均好的防水卷材。

在防水卷材与喷混凝土层间设置土工布，其作用兼作衬背排水层及缓冲层。

明洞背部防水层采用2.5mm厚防水卷材，选择晴朗干燥天施工，防水层外部应作2~3cm水泥砂浆保护再作填土。 2、衬砌漏水防止工程 （1）衬砌自防水结构

为了防止柔性防水层由于施工原因可能出现局部地方防水失败，故二次衬砌做成自防水混凝土结构。采用低碱性膨胀水泥混凝土，自防水结构抗渗标号要求达S10。为了提高混凝土抗冻性，混凝土掺加引气剂。 （2）止水带

在衬砌浇筑工作缝设置背贴式橡胶止水带。橡胶止水带需采用耐寒性能好的三元乙丙橡胶材料。

（3）暗洞施工要求采用泵送混凝土，以保证浇筑质量及衬砌与初期

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支护之间密实不留空隙。 排水工程

为了不让围岩涌水及隧道内的路面滞水，而能迅速排出隧道，必须考虑排水工程设计。排水工程包括衬砌背面排水工程、路基排水工程、路缘排水工程。 1、衬砌背面排水工程

在防水层与喷混凝土之间设置400g/m2土工布，使漏水能从衬砌背面通过排水滤层排至墙角，再由墙角处衬背纵向盲沟集水，通过

100mmUPVC横向引水管引至中央排水沟排出洞外。衬背纵向盲沟采

用100mmHDPE波纹管外裹200g/m2土工布，盲沟应设置在防排水层外面，固定在混凝土面上，且要求防水板“U”型包裹纵向排水管。 在衬背土工布排水层与喷混凝土之间设环向盲沟，环向盲沟采用

50mm软式透水管，洞口及富水区段纵向间距为2.5m；其余位置环向

盲管按纵向间距5m铺设。 2、路基排水工程

指路面以下的排水工程，分纵向中央排水沟与横向排水沟。其作用是一方面将衬砌背面排水引出，另一方面将路基基床围岩涌水排走。 纵向中央排水沟在非仰拱区段由带孔内径500mm离心式钢筋混凝土水管外裹200g/m2土工布滤层及煤渣保温层组成，中心水沟沿隧道全长布置，将地下水排出洞口。

横向排水沟与纵向中央排水沟连接（在盲井处），将衬砌背排水从墙脚纵向盲沟处引入中央排水沟。横向排水沟每隔25m设置一处。具体位置可适当调整。

建议纵向中央排水沟槽开挖在初期支护完成后进行。 3、路缘排水工程

为了处理车辆带入的水和隧道内清洗及消防排放的污水，在道路肩部设置的边沟为路缘排水工程处理内部污水。污水排出洞门外与路

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基两侧沟槽相通。

洞内路缘排水沟每隔25m设置一只沉砂井以利清污。 隧道通风 确定通风方式

隧道营运通风作为营运过程中最大的日常开支项目之一，应慎重研究，主要包括需风量的确定及通风方式的选择。这些与隧道长度、断面、纵坡、地理位置、交通量大小及组成等密切相关，本项目隧道通风设计综合比较后，确定为机械通风 计算参数

1、采用的射流风机计算参数为： 叶轮直径：1120mm； 推力：1408N；

喷出流量：34.0m3/s； 喷出口风速34.5m/s； 电机功率：45KW;50HZ； 风机转速：1470rpm。

风机安装于隧道拱部空间，二台为一组并安装。 2、交通量组成 车辆比例：

小型货车15.7%； 中型货车20.3%； 大型货车6.1%； 小型客车45.5%； 中型客车8.2%； 大型客车2.5%； 拖挂车1.7% 计算新风量

按稀释CO所需要的新鲜空气量计算，起计算公式为：

QcokfvflfhqcoNGLco106

式中：k——风量附加系数，k1.1~1.2，取k1.1；

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fv——速度修正系数，取0.50； fl——坡度修正系数，取1.07； fh——海拔高度修正系数，fh10.9海拔高度（m），经计算，fh10.9(H400)，其中：H为1600(140400)0.854；

1600， qco——汽车每吨每公里CO的产生量（m3/(tkm)） qcomi，其中mi为CO的排放量；G为重，取为4t。 Gmi0.315f0.019，式中f为汽油转换为CO的百分率，取7.8%。经

计算：

mi0.3150.0780.0190.00557 qcomi0.005570.0014 G4 N——通过隧道的车辆高峰小时交通量（辆/h），取1200辆/h；

L——隧道长度，为1.69km； co——CO容许浓度，为150ppm。 经计算：

QcokfvflfhqcoNGLco106

0.0014120041.69106

150 1.10.51.080.854 37836.34(m3/h) 确定风机组数

1、计算所需功率，按下式计算：

NQcoH 102式中：N——所需功率（KW）；

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； Qco——所需风量（m3/s） ——通风机效率，取80%；

H——全风压（Pa），对于纵向式通风：

L2)Vr D2H(1其中：——隧道入口损失系数，取0.6； ——隧道墙面摩阻损失系数，取0.24； L——隧道长度（m）；

D——隧道代表尺寸，取8.1m；

——空气密度，取0.1224kgs2/m4；

Vr——电机喷出口平均风速。

经计算：

H(1L2)Vr D216900.1224)34.52 8.12 (10.60.24 3536.14Pa

NQcoH10.513536.14455.46KW 1021020.8故需5组10台通风机。 保温工程

寒冷地区的隧道常在春融期出现渗漏，渗漏会引发各种冻害，影响行车，威胁结构稳定和安全。出现该问题的原因是由于冻融循环隧道防水工程受到破坏，解决该问题的办法是对隧道施作保温工程。 目前国内隧道的保温工程主要有以下两种方法：第一种方法是全断面设防水隔热保温层，铺设于初期支护与二次摸筑钢筋混凝土衬砌之间，结构形式采用“复合防水板+隔热保温层+复合防水板”。第二种方法是在衬砌表面设置保温材料，同时在保温材料表面涂喷阻燃

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材料。

天恒山隧道采用保温工程，保温工程拟采用“复合防水板+隔热保温层+复合防水板”结构形式。保温材料采用美国FOAMULARRMETRIC型挤塑泡沫保温隔热板，具有较高抗压强度，导热系数0.0289，防火A级。

洞内横通道

1、隧道左、右洞之间设置多道横通道相连通。分人行横通道与汽车横通道两种。人行横通道作用主要是隧道防灾救援需要，平时可用于地勤人员联络。汽车横通道作用是供消防及救援车辆在事故时通行之用，汽车横通道结合紧急停车带设置。

人行横通道设置间距250m左右，汽车横通道设置间距750m左右，本工程设置规模如下：

人行横通道3处，汽车横通道2处； 2、人行横通道

人行横通道与汽车横通道结合考虑，主要便于隧道管理人员巡查、检修和紧急情况下人员疏散和救援。

人行横通道均采用与上行线隧道正交；人行横通道宽2.0m，净高2.2m，

3、汽车横通道

汽车横通道用于紧急情况下汽车转向，消防车辆通行及兼作人员疏散。

汽车横通道与上行线隧道中心线夹角60，其右侧行车方向左转向半径R15m。汽车横通道设电动卷帘门，另开小门兼作人行横通道用。 紧急停车带

紧急停车带设置在行驶车道侧，车道宽为3.5m，长40m（其中包括25.0m过渡段）。紧急停车带的作用主要是避免事故车辆诱发其它事故，以及不妨碍其它车辆运行的停车场所。其设置间距750m左右。 洞内检修道、设备洞室

1、因营运设备检修需要，在洞内行车两侧设置检修道，检修道高于路面25cm。 2、设备洞室

根据通风、照明、防灾、报警等需要，隧道内墙壁设配电、紧急电话、控制和消防等设备洞室。设备洞室几点说明如下：

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（1）紧急电话洞室位置：设置在洞内行车方向右侧墙壁上，每隔200m设置一处，当洞室位置处于紧急停车带扩大断面时，不做土建（壁龛），采用明柜式电话间。 （2）消防设备洞室位置：设置在洞内行车方向右侧墙壁上，每隔50m设置一处。 洞内路面 正线隧道路面

路面混凝土面板厚度26cm，采用C40混凝土（施工时应以抗折强度指标控制，要求抗折强度5.0Mpa以上）。路面板下需敷设15cm厚C20混凝土找平层。 汽车横通道路面

路面板厚20cm，采用C35混凝土。路面板下需敷设12cm厚C20混凝土找平层。

人行横通道路面

路面板厚10cm，采用C35混凝土。 内装与防噪设施

隧道内侧墙考虑5cm的预留内装空间。近期洞内装饰主要为拱部采用0.25mm厚的深色防火涂料。边墙2.5m高度以下由于照明要求贴白色瓷砖，以提高墙面反射率（达50%）。

隧道洞内噪声问题，国内外经验认为对于汽车专用道的公路隧道，洞内噪声对行车的影响一般不予以特别考虑。 隧道消防系统

隧道消防设置大型的推车式灭火系统。

灭火器洞室设置于行车方向右侧，每50m设置一处。洞内设2个MFT35型干粉灭火器。 隧道照明 照明设计：

1、入口段亮度： LthkL20(S)

式中：Lth——入口段亮度（cd/m2）

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k——入口段亮度折减系数，取0.035； L20(S)——洞外亮度（cd/m2）。 由经验数据知：

早：L20(S)3500(cd/m2) 中：L20(S)5000(cd/m2) 晚：L20(S)1000(cd/m2) 故有：

2 早：LthkL20(S)0.0353500122.5(cd/m)

2 中：LthkL20(S)0.0355000175(cd/m)

晚：LthkL20(S)0.035100035(cd/m2) 2、过度段照明 a、过度段亮度

过度段由TR1、TR2、TR3三个照明段组成，与之对应的亮度为： 早：TR10.3Lth0.3122.536.75(cd/m2)

TR20.1Lth0.1122.512.25(cd/m2)

TR30.035Lth0.035122.54.29(cd/m2)

中：TR10.3Lth0.317552.5(cd/m2)

TR20.1Lth0.117517.5(cd/m2)

TR30.035Lth0.0351756.13(cd/m2)

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晚：TR10.3Lth0.33510.5(cd/m2)

TR20.1Lth0.1353.5(cd/m2)

TR30.035Lth0.035351.23(cd/m2)

b、过度段长度

Dtr172(m) Dtr289(m) Dtr3133(m) 3、中间段亮度取4.5(cd/m2) 4、出口段照明

出口段亮度为5倍的中间段亮度，即22.5(cd/m2)，出口段长度取60m 灯具布置采用对称排列布置，间距为12m，在照明系统中应有调光设备，使隧道内亮度能随洞外亮度变化而调节。调光设备有两种：（1）不连续调光；（2）连续调光。前者按“强烈日光”，“有云”，“阴天”，“黎明或傍晚”，“夜间”等5级调节，并由光电元件自动控制。根据不同亮度时间段采用对称开放、交错开放及单排开放。后者是用可控硅的导通角和输出电压，从而改变灯管电源和亮度，实现无级连续自动调光。

夜间没有白天那样强烈的暗适应问题，交通量也大大减少，所以照明标准可以适当降低。其减少的程度以不因此而导致交通事故为限度，一般折减系数可取0.5。夜间沿隧道全长按同一标准照明，但为了不使出入口处产生明暗洞效果，应在洞外接续道路设置相应照明。 施工方案

根据新奥法施工特点拟订的施工方案为：

采用台阶分部开挖法——环形开挖留核心土法，一般环形开挖进尺为0.5~1.0m左右，采用超前锚杆加固、超前小导管注浆加固等措施以稳定围岩；对于地下水渗水严重的区段应视实际情况探明地下水情况并采取措施将其引流排出并稳定地层。由于是土质隧道，故采用人工开挖。

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施工基本要点：

（1）作业尽量采用大断面或较大断面开挖，以减少对围岩的扰动。 （2）根据围岩特征采用不同的支护类型和参数，及时施作密贴于围岩的柔性喷射混凝土和锚杆初期支护，以控制围岩的变形和松弛。 （3）在软弱破碎围岩地段，使断面及早闭合，以有效地发挥支护体系的作用，保证隧道稳定。

（4）二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，围岩与支护结构形成一个整体，从而提高支护体系的安全度。 （5）尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突出处应力集中。 （6）通过施工中对围岩和支护的动态观察、测量，合理安排施工程序，进行设计变更及日常的施工管理。 一、开挖时应注意的事项：

（1）因其工作面多，但作业面较小，相互干扰较大，应实行统一指挥，注意组织协调。

（2）应尽量创造条件，减少分部次数，尽可能争取用大断面开挖。 （3）因多次开挖对围岩的扰动较大，不利于围岩的稳定，故应特别注意加强预支护措施。

（4）凡下部开挖，均应注意上部支护或衬砌结构的稳定，减少对上部围岩和支护以及衬砌结构的扰动和破坏，尤其是边傍部开挖时必须采用两侧交错挖马口施作，避免上部断面两侧拱脚同时悬空。 （5）认真加固拱脚，如采用扩大拱脚，打拱脚锚杆、加强纵向连接等方法，使上部初期支护与围岩形成完整体系；尽量单侧落底或双侧交错落底，落底长度视围岩状况而定。一般采用1~3m，并不得大于6m。下部边墙开挖后必须立即喷射混凝土，并按设计规定做好加固与支护。

（6）量测工作必须及时，以观察拱顶、拱脚和边墙中部的位移值，当发现速率值增大时，应立即进行仰拱封闭。 二、喷射混凝土时应注意的事项：

（1）喷射应分段、分部、分块，按先墙后拱、自上而下进行喷射。分段长度不应超过6m。喷嘴需对受喷岩面作均匀的顺时针方向的螺旋转动，一圈压半圈的横向移动，以使混凝土喷射密实。 （2）喷射作业应分层进行一次喷射厚度应适宜。

（3）分层喷射，一般分2~3层喷射。分层喷射间隔时间不得太短，

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一般要求在初喷混凝土终结以后再进行复喷。 结论

经过紧张有序的忙碌，终于完成了本次毕业设计任务。在此过程中，我不仅对原有知识进行了巩固,同时学到了很多新的东西，对自己所做的设计有了更深层次的了解,从而在专业知识得到了加强。在设计过程中,我越发感觉到计算机知识的重要,无论是Cad制图,还是Excel表格计算及Word排版,无不应用计算机解决，方便快捷，省时省力。 在此次设计过程中，我对公路隧道设计及其施工方法有了深入的理解。

首先，方案比选。对于不同的情况可以采用桥梁方案和隧道方案，但隧道有其独特的优势——减少对植被的破坏，保护生态环境，增加隐蔽性，提高防护能力，不受气候影响。隧道方案亦有不同类型，隧道方案的优劣是隧道工程是否安全、实用、合理、经济的重要因素，一个好的方案不仅可以解决技术上的诸多问题，也可以带来巨大的经济效益和社会效益。

其次，新奥法施工的特点。新奥法的特征之一是采用现场监控、量测信息指导施工，即通过对隧道施工中量测数据，对隧道施工方法（包括特殊的、辅助的施工方法）、断面开挖步骤及顺序、初期支护的参数等进行合理调整，以保证施工安全、坑道围岩稳定、工程质量和支护结构的经济性等。新奥法施工的基本原则可归纳为：“少扰动、早锚喷、勤量测、紧封闭”。

最后，结构分析问题。这是计算过程中的关键问题。见于我国公路隧道建设的历史不长，资料的积累和经验相对较少。计算理论还有待进一步的完善。目前主要采用荷载结构法。 致谢

在毕业论文结束之际，我要向四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！

感谢指导老师金秀辉老师！感谢您一直以来的谆谆教导，不厌其烦的指导我解决设计中遇到的困难和出现的问题。我的设计能够很好的完成，与您的教导密不可分。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！

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感谢张树仁老师、王永平老师、盛洪飞老师、黄侨老师、王宗林老师、宋建华老师、陈彦江老师、王彦宇老师、张连振老师、杨大伟老师、杨明老师等各位老师的热心指导，及四年授课的辛劳。还要感谢所有帮助过我的老师。

感谢我的父母，他们一直支持着我，希望本设计可以作为献给他们的礼物，能让他们感到我永远是他们的骄傲！

再次感谢关心我，培养我的父母及师长！感谢您们！ 参考文献

1 王毅才.隧道工程. 北京：人民交通出版社，2000.8 2 夏永旭，王永东.隧道结构力学计算. 北京：人民交通出版社，2004.9 3 周爱国.隧道工程现场施工技术. 北京：人民交通出版社，2004.3 4 关宝树.隧道工程设计要点集. 北京：人民交通出版社，2003.11 5 张庆祝，朱合华.土木工程专业毕业设计指南-隧道及地下工程分册.北京：中国水利水电出版社，1999

6 裴玉龙.道路规划设计-公路勘测设计， 黑龙江：黑龙江科学技术出版社， 1997.4

7 《公路隧道设计规范》（JTJ026-90） 8 《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004） 9 《公路隧道通风照明设计规范》（JTJ026.1-1999） 10 《公路工程技术标准》（JTGB01-2003） 附录 1 翻译

适当有效的建筑材料是限制富有经验的结构工程师成就的主要原因之一。早期的建筑者几乎都只使用木材，石头，砖块和混凝土。 尽管铸铁在修建埃及的金字塔中已被人们使用, 但是把它作为建筑材料却由于大量熔炼它比较困难而被限制。 藉由产业革命，然而，受到把铸铁作为建筑材料和在大量融炼它的能力的两者对其双重需要的影响。

John Smeaton，一个英国土木工程师, 在十八的世纪中时，是第一广泛地使用铸铁作为建筑材料的。在1841之后，可锻金属被发展成更可靠的材料并且广泛地被应用。尽管可锻金属优于铸铁,但仍有很多结构破坏从而需要有更可靠的材料。钢便是这一需要的答案。1856

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年的贝色麦转转炉炼钢法和后来发展的马丁平炉炼钢法的发明使以竞争的价格形成了生产建筑用钢并且兴起了建筑用钢在下个百年的快速发展。

钢的最严重缺点是它容易被氧化而需要被油漆或一些其他的适当涂料保护。当钢被用于可能发生火灾环境时, 钢应该包围在一些耐火的材料中, 例如石料或混凝土。通常，钢的组合结构不易被压碎除非是在冶金成分不好，低温的不利组合, 或空间压力存在的情况下。 建筑用铝仍然不广泛被在土木工程结构中用,虽然它的使用正在稳定地增加。藉着铝合金作为一个适当的选择和对其进行热处理,可获得各式各样的强度特性。一些合金所展现的抗压强度特性相似于钢, 除线形弹性模量大约是7,000,000 牛/平方厘米，相当于刚的三分之一。质量轻和耐氧化是铝的两个主要优点。因为它的特性对热处理是非常敏感的,当铆接或焊接铝的时候，一定要小心仔细。一些技术已为制造预制铝组合配件及形成若干的美丽的设计良好的外型结构的铝制结构而发展起来。组合房屋配件制造的一般程序藉由螺栓连接，这似乎是利用建筑用铝的最有前途的方法。

加强和预应力混凝土是主要的建筑材料。天然的水泥混凝土已经被使用长达数世纪之久。现代的混凝土建筑兴起于十九世纪中叶,尽管人造水泥被 Aspidin ，一个英国人于1825年申请了专利. 虽然一些建筑者和工程师在十九世纪后期用钢筋混凝土作实验, 但作为一种建筑材料它占统治地位是在二十世纪初期。后五十年钢筋混凝土结构设计和建筑得到迅速发展, 早期在法国的 Freyssinet 和比利时的 Magnel被大量使用。

素混凝土作为建筑材料有一个非常严重的缺点：就是它的抗拉强度非常有限, 只是它的抗压强度的十分之一。素混凝土不仅受拉破坏是脆性破坏，而且受压破坏也是在没有多大变形预兆的情况下发生的准脆性破坏。(当然,在钢筋混凝土建筑中,可以得到适当的延性)。只有进行适当的养护和合理的选择并且掺加适当的混合天加剂,否则 霜冻破坏能严重的损害混凝土。在长期荷载作用下混凝土在选择设计受压情况方面要仔细考虑。在硬化的时候和它的早期养护下,混凝土收缩占主要地位, 因此需要添加适当地比例的添加剂而且用适当的建筑技术来控制。

藉由所有的这些可能的严重缺点，工程师已经试着为各种实际结构

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设计建立美丽的，持久的，和经济的钢筋混凝土结构。这是藉着设计尺寸和钢筋排列安排的谨慎选择，和适当的水泥的发展已经趋于同步, 适当添加剂混合比例, 混合配置, 而且养护技术和建筑方法，仪器的快速发展。

混凝土具有多种用途，其组成材料广泛可取，并且能非常方便地浇制成满足强度及功能要求的形状，同时，随着新型预应力混凝土、预制混凝土以及普通混凝土施工方法令人兴奋的进一步改善和发展的潜力，这些因素综合起来使得混凝土在绝大多数结构中有着比其他材料更大的竞争力。

在现代,藉由钢和加强钢筋的使用量在建筑结构中的增加,木材在建筑期间主要地已经被撤离到附属的、暂时的和次要的结构中使用,成为建筑材料的次要成员。然而, 现代的技术在最后六十年中已经有使木材作为建筑材料恢复生气的迹象,藉由大量的改良了木材的加工方法,各种不同的处理方法增加了木材的耐久性, 而且叠片木材连同使用黏结技术的革命使得木材的性能有了更好的保证。各向同性的胶合板是最广泛使用的压层胶合板，随着技术的发展，压层胶合板已经发展成为特定的结构材料并对混凝土和钢造成了强大的竞争力。 将来可能发展的材料是工程塑料和稀有金属及他们的合金,如铍，钨，钽，钛，钼，铬，钒和铌。有许多不同的塑料可以用，而且这些材料所展现的力学性能在很大的范围内改变。在如此许多的特性中我比较设计方案选择适当的可能的塑料材料是可能的。对塑料的使用受经验的限制。一般而言，塑料一定要与空气隔离。设计的这一个方面要求主要是对塑料结构元素在使用中的考虑。 塑料被应用的最有希望的潜能之一是嵌板和贝壳型结构。叠片或夹心嵌板已经被用于此种结构以鼓励未来建筑大量应用这一个类型材料。

另一种引起注意的材料由纤维或像粒子的胶结加筋的微粒组成的合成物材料正在开发。虽然一种由玻璃或塑料胶结材料组成的玻璃纤维加筋合成物已经被用长达数年之久, 但是他们很可能退落为次要的结构材料。加筋混凝土是另一个积极地被学习而且发展的混合料。一些实验正在工作情况下进行。实验主要内容为钢和玻璃纤维，但是大部份的使用经验在钢纤维方面比较先进。 附录 2 英文文献

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原文

The availability of suitable structural materials is one of the principal limitations on the accomplishment of an experienced structural engineer. Early builders depended almost exclusively on wood, stone, brick, and concrete. Although iron had been used by humans at least since the building of the Egyptian pyramids, use of it as a structural material was limited because of the difficulties of smelting it in large quantities. With the industrial revolution, however, came both the need for iron as a structural material and the capability of smelting it in quantity.

John Smeaton, an English civil engineer, was the first to use cast iron extensively as a structural material in the mid-eighteenth century. After 1841, malleable iron was developed as a more reliable material and was widely used. Whereas malleable iron was superior to cast iron, there were still too many structural failures and there was a need for a more reliable material. Steel was the answer to this demand. The invention of the Bessemer converter in 1856 and the subsequent development of the Siemens-Martin open-hearth process for making steel made it possible to produce structural steel at competitive prices and triggered the tremendous developments and accomplishments in the use of structural steel over the next hundred years.

The most serious disadvantage of steel is that it oxidizes easily and must be protected by paint or some other suitable coating. When steel is used in an enclosure where a fire could occur, the steel members must be encased in a suitable fire-resistant enclosure such as masonry, concrete. Normally, steel members will not fail in a brittle manner unless an unfortunate combination of metallurgical composition, low temperature, and bi-or triaxial stress exists.

Structural aluminum is still not widely used in civil engineering structures, though its use is steadily increasing. By a proper selection of the aluminum alloy and its heat treatment, a wide variety of strength characteristics may be obtained. Some of the alloys exhibit stress-strain characteristics similar those of structural steel, except that the modulus of elasticity for the initial linearly elastic portion is about

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10,000,000 psi (700,000 kgf/cm*cm) or about one-third that of steel. Lightness and resistance to oxidation are, of course, two of the major advantages of aluminum. Because its properties are very sensitive to its heat treatment, care must be used when riveting or welding aluminum. Several techniques have been developed for prefabricating aluminum subassemblies that can be readily erected and bolted together in the field to form a number of beautiful and well-designed shell structures. This general procedure of prefabrication and held assembly by bolting seems to be the most promising way of utilizing structural aluminum.

Reinforced and prestesses concrete share with structural material. Natural cement concretes have been used for centuries. Modern concrete construction dates from the middle of the nineteenth century, though artificial Portland cement was patented by Aspidin, an Englishman, about 1825. Although several builders and engineers experimented with the use of steel-reinforced concrete in the last half of the nineteenth century, its dominant use as a building material dates from the early decades of the twentieth century. The last fifty years have seen the rapid and vigorous development of prestressed concrete design and construction, founded largely on early work by Freyssinet in France and Magnel in Belgium.

Plain (unreinforced) concrete not only is a heterogeneous material but also has one very serious defect as a structural material, namely, its very limited tensile strength, which is only of the order of one-tenth its compressive strength. Not only is tensile failure in concrete of a brittle type, but likewise compression failure occurs in a relatively brittle fashion without being preceded by the forewarning of large deformations. (Of course, in reinforced-concrete construction, ductile behavior can be obtained by proper selection and arrangement of the reinforcement.) Unless proper care is used in the selection of aggregates and in the mixing and placing of concrete, frost action can cause serious damage to concrete masonry. Concrete creeps under long-term loading to a degree that must be considered carefully in selecting the design stress

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conditions. During the curing process and its early life, concrete shrinks a significant amount, which to a degree can be controlled by properly proportioning the mix and utilizing suitable construction techniques. With all these potentially serious disadvantages, engineers have learned to design and build beautiful, durable, and economical reinforced-concrete structures for practically all kinds of structural requirements. This has been accomplished by careful selection of the design dimensions and the arrangement of the steel reinforcement, development of proper cements, selection of proper aggregates and mix proportions, careful control of mixing, placing, and curing techniques and imaginative development of construction methods, equipment and procedures.

The versatility of concrete, the wide availability of its component materials, the unique ease of shaping its form to meet strength and functional requirements, together with the exciting potential of further improvements and development of not only the newer prestressed and precast concrete construction but also the conventional reinforced concrete construction, combine to make concrete a strong competitor of other materials in a very large fraction of structures.

In modern times, with the increased use of steel and reinforced-concrete construction, wood has been relegated largely to accessory use during construction, to use in temporary and secondary structures, and to use for secondary members of permanent construction. Modern technology in the last sixty years has revitalized wood as a structural material, however, by developing vastly improved timber connectors, various treatments to increase the durability of wood, and laminated wood made of thin layers bonded together with synthetic glues using revolutionary gluing techniques. Plywood with essentially nondirectional strength properties is the most widely used laminated wood, but techniques have also been developed for building large laminated wood members that for certain structures are competitive with concrete and steel.

Materials with future possibilities are the engineering plastics and the exotic metals and their alloys, such as beryllium, tungsten, tantalum,

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titanium, molybdenum, chromium, vanadium, and niobium. There are many different plastics available, and the mechanical properties exhibited by this group of materials vary over a wide range that encompasses the range of properties available among the more commonly used structural materials. Thus in many specific design applications it is possible to select a suitable plastic material for an alternative design. Experience with the use of plastics outdoors is limited. Generally speaking, however, plastics must be protected from the weather. This aspect of design is therefore a major consideration in the use of plastics for primary structural elements. One of the most promising potential used of plastics is for panel and shell-type structures. Laminated or sandwich panels have been used in such structures with encouraging results that indicate an increased use in this type of construction in the future.

Another materials development with interesting possibilities is that of composites consisting of a matrix reinforced by fibers or fiber like particles. Although glass-fiber-reinforced composites with a glass or plastic matrix have been used for years, they appear to have much broader possibilities for a large variety of secondary structural components. Fiber-reinforced concrete is another composite being actively studied and developed. Several experimental applications are being observed under service conditions. Experiments have been conducted with both steel and glass fibers, but most of the service experience has been with steel fibers.

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