隧道設計綜合訓練

1、.-1工程概況綜述1.1工程概況尾洋隧道區(qū)屬于構造剝蝕中低山地貌，地形起伏較大，切割深。坡陡，自然坡度一般2040。隧道經垂直向穿越近南北向山脊，植被以茶樹為主。隧道采用分離式，其中：右洞起迄樁號K52+574K52+915，總長341m,凈空為（寬高）10.255.0m。設計時速80km/h,采用燈光照明，機械通風，隧道最大埋深約100m，屬短隧道。1.2水文氣象資料隧道區(qū)域地表水系不發(fā)育，溝谷處含少量溪流，僅在雨期有短暫性水流，常年處于干涸狀態(tài)。隧道在勘探深度有少量第四系孔隙潛水及溝谷處基巖裂隙水，水位埋深1.70-24.4m，地下水季節(jié)性變化幅度為2-3m，枯水期有少量基巖裂隙水流出，在

2、豐水期，局部水量較大，主要靠大氣降水補給，經對勘探孔進行提水試驗，綜合評價后隧道圍巖綜合滲透參數推薦k=0.01m/d，地下水化學侵蝕環(huán)境及地下水氯鹽環(huán)境對混凝土結構不具侵蝕性。該地區(qū)最冷月平均氣溫為-9.8，隧道區(qū)土壤的最大凍結深度為1.2m。1.3地形地貌資料隧道地處丘陵區(qū)，地勢起伏較大，屬丘陵地貌單元，地形起伏較大，部分丘前緩坡及丘河溝谷中被第四系地層覆蓋，植被較為發(fā)育，場區(qū)地處丘陵，自然山坡進口坡面15，出口坡面20，交通便利。隧道區(qū)地形相對高差約80m。訴-可修編.-調處在太古界巖性地層的區(qū)域，場區(qū)的巖土層按其成因分類主要有：第四系回填層，第四系坡積層及元古界震旦系混合花崗巖。隧道圍

3、無大的地質構造，地質構造對工程影響較小。地震動峰值加速度0.15g，地震動反應譜特征周期為0.35s。1.4設計標準設計等級：高速公路雙向四車道；設計車速：100km/h；設計洪水頻率：1/100；地震設防烈度：6級。1.5隧道圍巖分級根據公路工程地質勘察規(guī)（JTJ064-98）及公路隧道設計規(guī)（JTGD70-2004）中的公路隧道圍巖分級方案的有關規(guī)定，綜合考慮隧道底板標高以上三倍洞徑圍的圍巖工程地質條件及巖土體物理力學性質諸要素，對隧道圍巖進行工程地質分級，對隧道區(qū)圍巖級別進行了分段劃分，本次隧道設計的標段為JDLDK0+685JDLDK0+840，圍巖等級為級，長度為155m。1.6設計

4、依據（1）公路工程技術標準（JTGB01-2003）（2）公路隧道設計規(guī)（JTGD70-2004）（3）公路隧道設計細則（JTGD70-2010）（4）公路隧道施工技術規(guī)（JTJ04294）（5）公路工程抗震設計規(guī)（JTJ00489）-可修編.-（6）地下工程防水技術規(guī)（GB501082001）（7）錨桿噴射砼支護技術規(guī)（GB50086-2001）（8）公路水泥混凝土路面設計規(guī)（JTGD40-2002）2隧道總體設計2.1隧道線型設計本公路隧道設計等級為高速公路雙向四車道，由公路隧道設計規(guī)（JTGD70-2004）4.3.2有：高速公路、一級公路的隧道應設計為上、下行分離的獨立雙洞。本設計隧道

5、屬直線型隧道，入口處樁號為：JDLDK0+355,出口處樁號為：JDLDK2+970,全長2615m，為長隧道，需設緊急停車帶。隧道縱斷面采用單向坡，縱坡坡度為1.5%。2.2隧道橫斷面設計2.2.1公路隧道建筑限界根據公路隧道設計規(guī)（JTGD70-2004），設計車速100km/h，隧道建筑限界橫斷面寬度組成：車道寬度3.75m2；側向寬度：左側L為0.50m，右側LLR為1.00m，檢修道J寬度：左側為0.75m，右側為1.00m；因為設置了檢修道所以不設余寬，即C=0；建筑限界左側頂角寬度右側頂角寬度；所以隧道建筑限界凈寬為3.752+0.5+0.75+1.002=10.75m，建筑限界

6、高度為H=5.0m。具體建筑限界尺寸見下圖：-可修編.00504205.-5010005000427550375375100100單位：cm圖2-1公路隧道建筑限界2.2.2隧道輪廓尺寸隧道輪廓的尺寸除應符合隧道建筑限界的規(guī)定外，還應滿足洞路面、排水設施、裝飾的需要，并為通風、照明、消防、監(jiān)控、營運管理等設施提供安裝空間，同時考慮圍巖變形、施工方法的影響的預留富裕量，使確定的斷面形狀與尺寸符合安全、經濟、合理的原則。本設計隧道圍巖條件較差，設計車速為100km/h,根據公路隧道設計規(guī)（JTGD70-2004）的規(guī)定，輪廓采用三心圓曲墻拱設計,具體設計尺寸見下圖：-可修編.-o305520405

7、501=556.100.2.805004202r175105r2=877.785o1=r311122296.93o1001277244396.1o=1503751134.93751004r400單位：cm圖2-2隧道輪廓尺寸凈高：913.46cm；凈寬：1134.90cm；襯砌厚度取級圍巖：45cm一側平均超挖量：10cm拱頂截面厚度d=0.4m，墻底截面厚度d=0.8m0b隧道開挖寬度級圍巖：B=11.349+20.45+20.10=12.449mt隧道開挖高度級圍巖：H=9.1346+0.45+0.10=9.6846mt2.3橫向通道設計公路隧道設計規(guī)（JTGD70-2004）規(guī)定：上、下

8、行分離式獨立雙洞的公路隧道之間應設置橫向通道。本設計隧道長2615m，屬長隧道，需設車行橫通道，橫向通道的斷面建筑限界一般規(guī)定如圖：-可修編.05052.-252500220025400單位：cm圖2-3橫向通道的斷面建筑限界3圍巖壓力計算3.1級圍巖3.1.1淺埋和深埋隧道的確定垂直均布荷載：7504525HtBt9.684612.4490.7781.7（3-1）1i(B5)10.1(12.4495)1.745（3-2）tq,h0.452s10.45241221.745138.196kPa（3-3）式中q,垂直均布圍巖壓力（kPa）；圍巖的天然重度(kN/m3)，=22kN/m3；-可修編.

9、-s坑道圍巖級別，s=4；跨度影響系數；B坑道寬度（m），B=12.449m；tti以B=5.0m的垂直均布壓力為準，B每增加1m時的圍巖壓力增減率；tt當B5m時，i=0.1。tt計算砌體自重：q1/2(dd)1/2(0.40.8)2213.2kPa20bh（3-4）q2砌體自重（kPa）；h砌體材料重度(kN/m3)，=22kN/m3；hd拱頂截面厚度，d=0.4m；00d墻底截面厚度d=0.8m。bb根據我國復合式襯砌圍巖壓力現(xiàn)場量測數據和模型實驗，并參考國外有關資料，建議級圍巖襯砌承受80%-60%的圍巖壓力，為安全儲備，這里?。簈138.19670%=96.737kPa（3-5）1所

10、以全部豎向荷載為：qqq96.73713.200109.937kPa（3-6）12荷載等效高度：hqq109.9374.997m22（3-7）H(22.5)h2.56.28212.493mpq（3-8）式中hq荷載等效高度（m）；-可修編.H.-p深、淺埋隧道分界深度（m），礦山法施工條件下，級圍巖取H2.5h。pq本設計隧道埋深為65m12.493m，屬深埋隧道。3.1.2隧道水平圍巖壓力水平圍巖壓力：eq0.2109.93721.987kPa（3-9）式中e均勻分布水平圍巖壓力（kPa）；側壓力系數，=（0.150.3），=0.2。4隧道支護結構及力計算4.1隧道支護結構設計4.1.1現(xiàn)代

11、支護結構原理隨著巖石力學的發(fā)展和錨噴支護的應用，逐漸形成了以巖石力學理論為基礎的，支護與圍巖共同作用的現(xiàn)代支護結構原理，應用這一原理就能充分發(fā)揮圍巖的自承能力，從而獲得極大的經濟效果。歸納起來，現(xiàn)代支護結構原理包含以下方面的容：（1）現(xiàn)代支護結構原理是建立在圍巖與支護共同作用的基礎上，即把圍巖與支護看成是由兩種材料組成的復合體，且把圍巖通過巖體支承環(huán)作用成為結構體系的重要組成部分。（2）充分發(fā)揮圍巖的自承能力是現(xiàn)代支護結構原理的一個基本觀點，并由-可修編.-此降低圍巖壓力以改善支護的受力性能。發(fā)揮圍巖的自承能力，一方面不能讓圍巖進入松動狀態(tài)，以保持圍巖的自承能力；另一方面允許圍巖進入一定程度的

12、塑性狀態(tài)，以使圍巖自承能力得以最大限度的發(fā)揮。（3）現(xiàn)代支護結構原理的另一個支護原則是盡量發(fā)揮支護材料本身的承載力。（4）現(xiàn)場監(jiān)控測量和監(jiān)控設計是現(xiàn)代支護結構原理中的一項重要容。主憑借現(xiàn)場監(jiān)控測試手段指導設計和施工，并由此確定最佳的支護結構形式、支護參數、施工方法和施工時機。（5）現(xiàn)代支護結構原理要求按巖體的不同地質和力學特征選用不同的支護方式、力學模型、相應的計算方法及不同的施工方法。4.1.2支護結構類型的設計支護結構的基本作用就是保持坑道斷面的使用凈空，防止巖體質量進一步惡化，和圍巖一起組成一個有足夠安全度的隧道結構體系，承受可能出現(xiàn)的各種荷載。此外，支護結構必須能夠提供一個能滿足使用要

13、求的工作環(huán)境，保持隧道部的干燥和清潔。根據公路隧道設計規(guī)（JTGD70-2004）規(guī)定：高速公路應采用復合式襯砌。盤道嶺隧道的洞身圍巖類別主要有級，級，級圍巖。本隧道的襯砌均采用復合式支護結構。復合式支護結構是柔性支護與剛性支護的組合支護結構，最終支護是剛性支護。復合式的支護結構是根據支護結構原理中需要先柔后剛的思想，初期支護采用錨噴支護，讓圍巖釋放掉大部分變形和應力，然后再施加二次襯砌，采用模筑混凝土，承承受余下的圍巖變形和應力，以維持圍巖的穩(wěn)定。-可修編.-因此，復合式襯砌中的初期支護和最終支護一般都是承載結構。隧道初期支護采用濕噴工藝，二次襯砌采用模筑混凝土。襯砌參考表如下：表4-1隧道

14、復合式一般襯砌設計參數表初期支護二次襯砌圍巖間距錨桿鋼筋網鋼架格柵拱墻仰拱長度間距直徑網眼尺寸類型間距厚度厚度部位（m）環(huán)縱部位（mm）（cm）(m)（cm）（cm）（m）級級局部拱墻2.02.01.51.51.51.5-30303030級拱墻2.51.21.2拱墻縱向6環(huán)向62525-30405級加強縱向6252拱墻2.51.21.2拱墻拱墻1.23040環(huán)向6拱墻3.01.01.0拱墻拱墻級縱向62020環(huán)向8仰拱1.03540級加強拱墻3.01.01.0縱向6202拱墻拱墻0.754045環(huán)向8仰拱0盤道嶺隧道的襯砌參數的確定以理論計算為基礎，采用工程類比法進行設計，并通過計算對其力進行

15、分析驗算。4.1.3錨噴支護的力學作用從圍巖與支護的共同作用觀點出發(fā)，它不僅是把支護看作是承受來自圍巖的壓力，并反過來也給圍巖以壓力，由此改善圍巖的受力狀態(tài)（即所謂支承作用）；施作錨噴支護后，還可提高圍巖的強度指標，從而提高圍巖的承載能力（即所謂加固作用）。-可修編.-4.1.4錨噴支護的優(yōu)越性因為錨噴支護在施工工藝上的特點，使得它能充分發(fā)揮圍巖的自承能力和支護材料的承載能力，適應現(xiàn)代支護結構原理對支護的要求。錨噴支護的優(yōu)越性主要有以下幾個方面：（1）由于錨噴支護可以在各種條件下進行施作，因此能夠做到及時、迅速，以阻止圍巖出現(xiàn)松動塌落。尤其是超前錨桿的使用能夠有效地阻止圍巖松動，噴射混凝土本身

16、又是一種早強和全面密貼的支護，能很好保證支護的及時性和有效性。由此可見，錨噴支護從主動加固圍巖的觀點出發(fā)，防止圍巖出現(xiàn)松動危害。（2）錨噴支護屬柔性支護，容易協(xié)調圍巖變形，發(fā)揮圍巖的自承能力。（3）錨噴支護能充分發(fā)揮支護材料的承載能力。由于噴層柔性大且與圍巖緊密黏結因此噴層的破壞形式主要是受壓或剪切破壞，它比傳統(tǒng)的彎曲破壞更能發(fā)揮混凝土的承載能力。錨桿主要是通過受拉來改善圍巖的受力狀態(tài)，而鋼材又具有較高的抗拉能力。（4）噴層還有把松動的壁面黏結在一起與填平凹穴的作用，因而能減小圍巖松動和應力集中。同時噴層又是一種良好的隔水和防風化的材料，能及時封閉圍巖。綜上所述，錨噴支護的工藝特點使它具有支護

17、及時性、柔性、圍巖與支護的密貼性、封閉性、施工的靈活性等，從而充分發(fā)揮圍巖的自承能力和材料的承載作用。4.1.5錨噴支護的參數系統(tǒng)錨桿長度和間距應根據圍巖的破碎程度、隧道寬度，采用工程類比法確-可修編.-定，經驗公式如下：錨桿長度：L1W1W2.494.15，取2.5m或Lt35錨桿間距：P0.4L0.7L1.01.75，取1.0m。式中L錨桿長度；W隧道開挖寬度,W=12.449m；t開挖面與已支護區(qū)的距離；P錨桿的設置間距（橫向）。（布置要求：根據國工程實例調查統(tǒng)計，公路隧道設計規(guī)JTGD70-2004），8.2.9規(guī)定：錨桿間距不得大于1.5m。間距較小的時候可采用長短錨桿交替布置。所以

18、設計中錨桿間距取1m，呈矩形或梅花排列布置。兩車道隧道一般不小于2.0m,根據盤道嶺隧道具體情況，拱頂采用中空25注漿錨桿，邊墻采用22水泥砂漿錨桿，長度2.5m，橫向、縱向間距均為1.0m，梅花排列；拱、墻噴射混凝土厚度為10cm，二次襯砌作為安全儲備，拱墻模筑混凝土厚度為35cm，設置仰拱，厚度為40cm，為了與二次襯砌構成隧道整體。起到防水，增加結構穩(wěn)定性的作用。支護襯砌結構圖如下：-可修編.-輪廓半徑：r5.5611m,r8.7778m,r11.1222m，徑r,r所畫圓曲線12圖4-1隧道支護結構4.2級圍巖襯砌幾何要素4.2.1襯砌幾何尺寸123的終點截面與豎直軸的夾角：75，10

19、5，此處墻底截面為自輪廓半徑r122的圓心向輪廓墻底作連線并延長至與外輪廓相交，交點到輪廓墻底間的連線，在此前提下，有如下三心圓變截面拱圈尺寸的計算公式及計算結果：md(r2d00.5d)(rd)(1cos)dcos2020.322m20.4(8.77780.40.50.4)(8.77780.4)(1cos105)-0.4cos105（4-1）ddb-d0=0.4m所以外輪廓半徑：Rmrd-可修編.0180.-（4-2）即Rmrd6.283m,Rmrd9.500m110220拱軸線與輪廓線相應圓心垂直距離為：m0.5d(r20.5d00.25d)0.156m（4-3）(r0.5d)(1cos)

20、0.5dcos2022所以拱軸線半徑：rmr0.5d5.917m,rmr0.5d9.134m1102204.2.2半拱軸線長度S及分段軸長S半拱軸線公式：Sri（4-4）S11180r1751803.145.9177.741m，180180S230r23.149.1344.780m2SS1.565m（4-6）SSS7.7414.78012.521m（4-5）12將半拱軸線等分為8段，則每段的軸長為：12.52188S/E1.565/(0.25108)6.26108m（4-7）h式中Eh彈性模量，取Eh2.5107kN/m24.2.3各分塊截面中心幾何要素各分塊中心幾何要素與豎直軸的夾角及截面中

21、心的坐標可以由圖直接量得，具體數值見表4-2-可修編.-表4-2截面中心幾何要素截面sincosxy0123456780.00013.12526.25039.37552.50065.62578.75091.875105.0000.0000.2270.4420.6340.7930.9110.9810.9990.9661.0000.9740.8970.7730.6090.4130.195-0.033-0.2590.0000.6761.9933.2064.2525.0755.6336.1345.8530.0000.1940.7651.6762.8694.2525.7647.3098.8174.3計算

22、位移4.3.1單位位移用辛普生法近似計算，按計算列表進行，單位位移的計算見表4-3表4-3隧道單位位移計算表截面d1/Iy/Iy2/I(1y)2/I積分系數1/30123456780.4500.4500.4500.4500.4500.4500.4500.4500.450131.687131.687131.687131.687131.687131.687131.687131.687131.6871185.1830.00025.547100.741220.707377.810559.933759.044962.5001161.0844167.3670.0004.95677.067369.90610

23、83.9372380.8364375.1297034.91510237.28025564.0240.000187.7377410.2346943.00741971.2443632.3896024.9047034.91512691.14032895.570142424241注：1.I截面慣性矩，Ibd3/12,取單位長度-可修編.-2.不考慮軸力的影響單位位移值計算如下：11S0MM1EIh1dsS/E1/I6.261081185.18374.1925106h（4-8）12S0MM1EIh2dsS/Ey/I6.261084167.367260.877106h（4-9）22S0MM2EIh2dsS

24、/Ey2/I6.2610825564.0241600.308106h計算精度校核：2111222（4-10）(74.19252260.8771600.308)1062196.255106（4-11）ssS/E(1y)2/I6.2610832895.5702059.26310-6h（4-12）閉合差136.99210-604.3.2載位移主動荷載在基本結構中引起的位移(1)每一塊上的作用力（豎向力Q、水平力E、自重力G），分別由下面各式求得：QqbiiEehii（4-13）（4-14）G(dii1d)/2Sih（4-15）-可修編.-其中：b襯砌外緣相鄰兩截面間的水平投影長度ih襯砌外緣相鄰兩截

25、面間的豎直投影長度id接縫i的襯砌截面厚度i均由圖4-2直接量得，其值見表4-4，各集中力均通過相應圖形的形心。30.10169.51694.034113.639141.00733.519120.63017807.592795164.8903032Q8Q3Q2Q1G2G3875091.7625G47865.50039.3G513.o1G650.47232.15.99174.11626.0024.2E1E2XE3E4E5E6E7E8Q7Q6Q5Q4G7.105oG1527526.250125o2YG8圖4-2襯砌結構計算圖示表4-4載位移M0P計算表截面投影長度集中力SbhQGEaqagaeQG

26、aqag012345670.0001.2061.4101.1360.9400.6950.3350.3010.0000.1300.4870.7330.9721.1601.2862.0910.000132.584155.012124.888103.34176.06236.82933.0910.00017.21517.21517.21517.21517.21517.21517.2150.000285810.70816.11621.37125.50528.27545.9750.0000.6030.7050.5680.4700.3480.168-0.1510.0000.6000.6900.5470.44

27、20.3730.1320.0480.0000.0650.2440.3670.4860.5800.6431.0460.000-79.948-109.283-70.936-48.570-26.470-6.1874.9970.000-10.329-11.878-9.417-7.609-6.421-2.272-0.826-可修編.-80.0002.2300.00017.21549.0310.000-0.2181.1150.0003.753續(xù)表4-4Eae(QG)i1Ei1xy(xQG)ii1yEii1M0ip0.000-0.186-2.613-5.915-10.386-14.793-18.181-48

28、.090-54.6700.0000.000149.799322.026464.129584.685677.962732.006782.3120.0000.0002.85813.56629.68251.50376.558104.833150.8080.0000.6761.3171.2131.0460.8230.5580.501-0.2810.0000.1940.5710.9111.1931.3831.5121.5451.5000.0000.000-197.285-390.618-485.479-481.196-378.303-366.735219.8300.0000.000-1.632-12.3

29、59-35.411-71.229-115.756-161.967-227.4180.000-90.463-413.154-902.461-1489.916-2009.025-2610.724-3183.345-3241.850(2)外荷載在基本結構中產生的力塊上各集中力對下一接縫的力臂由圖直接量得，分別記為aq、ag、ae。力按下式計算之：彎矩：M0M0ipi1,pxi(QG)yEQaiqGaEage（4-16）i1i1軸力：N0sinipi(QG)cosE（4-17）iii式中x、y相鄰兩接縫中心點的坐標增值iiM0、N0的計算見表4-4和4-5ipip表4-5載位移N0計算表ip截面(QG

30、)Esin(QG)COSEiiiiN0ip010.000149.7990.0002.8580.00034.0040.0002.7840.00031.220-可修編.-2345678322.026464.129584.685677.962732.006782.312799.52713.56629.68251.50376.558104.833150.808196.839142.336294.258463.655617.623718.098781.530772.34312.16922.94431.36531.61820.442-4.977-50.981130.167271.314432.290586

31、.005697.656786.507823.324M0qB242422基本結構中，主動荷載產生的彎矩的校核為B12.44912.449(x)109.937(5.853)1875.5038q8(4-18)e21.987M0H29.684621031.0978e(4-19)M0G(xxa)G(xxa)G(xxa)8gi83gi181g1282g2G(xxa)G(xxa)G(xxa)383g3484g4585g5(4-20)G(xxa)G(xxa)Gx686g6787g788M017.215(5.5830.6760.600)17.215(5.5831.9930.690)8g17.215(5.5833

32、.2060.547)17.215(5.5834.2520.442)17.215(5.5835.0750.373)17.215(5.5835.6330.132)17.215(5.5836.1340.048)17.215(0.218)253.508M0M0M0M01875.5031031.097253.5083160.108(48p8q8e8g-21)另一方面，從表中查到M03241.850，8p則閉合差3241.8503160.108100%2.521%5%3241.850(3)主動荷載位移計算過程見表4-6。-可修編.-表4-6主動荷載位移計算表截面M0ip1/Iy/I1yM0/IipyM0/

33、IipM0(1y)/I積分常ip數1/30123456780.000-90.463-413.154-902.461-1489.916-2009.025-2610.724-3183.345-3241.850131.687131.687131.687131.687131.687131.687131.687131.687131.687025.547100.741220.707377.810559.933759.044962.5001161.08401.1941.7652.6763.8695.2526.7647.3099.8170.000-11912.801-54407.011-118842.382-

34、196202.568-264562.475-343798.411-419205.153-426909.5010.000-2311.083-41621.363-199179.832-562905.168-1124919.644-1981654463-3764061.0700.000-14223.884-96028.374-318022.213-759107.737-1389482.120-2325452.455-3063970.463-4190970.571142424241-1835840.302-10740622.668-12157257.817因為EIds（4-2

35、2）ips00MiMph故1ps00M1MpEIhdsS/EM0/I6.26108-1835840.302114923.602106hp2ps0MM02pEIhdsS/EM0y/I6.26108-10740622.668672362.978106hp計算精度校核：sp1p2p（4-23）S/EM0(1y)/I（4-24）sphp因此，sp1p2p(114923.602672362.978)106787286.580106S/EM0(1y)/I6.26108(12157257.817)761044.338106sphp-可修編.-閉合差2.6241080.000。4.3.3載位移單位彈性抗力及相

36、應的摩擦力引起的位移(1)各接縫處的抗力強度按假設拱部彈性抗力的上零點位于第三截面39.3753b最大抗力值假定在第六截面，78.750，6h拱部各截面抗力強度，按鐮刀形分布，最大抗力值以上各截面抗力強度按下式計算（4-25）(cos2cos2)/(cos2cos2)ihbibh計算得：0,0.4056,0.7637,34h5h6hi)2（4-26）最大抗力值以下各截面抗力強度按下式計算：1(hyyh式中yi所求抗力界面與外輪廓交點到最大抗力截面的垂直距離；yh（墻底外邊緣C到最大抗力截面的垂直距離。yi和yh在圖中可以直接量得）得到：y72.1697，y4.48008則有：1(2.1697/

37、4.4800)20.7654,07hh8按比例將所求得的抗力值繪在圖4-3上。(2)各攜體上抗力集中力Ri按下式近似計算：R(ii1)S/2ii外(4-27)式中，S楔體i外緣長度，由圖4-2量得，R的方向垂直于襯砌外緣，并i外i通過楔體上抗力圖形的形心。-可修編.-(3)抗力集中力與摩擦力之合力Ri按近似計算：RR12ii（4-28）式中圍巖與襯砌間的摩擦系數。取0.2則RiR1i21.0198R，i其作用方向與抗力集中力的夾角為arctg11.301，由于摩擦阻力的方向與襯砌位移方向相反，其方向朝上。R作用點即為R與襯砌外緣的交點。ii將R的方向線延長，使之交于豎直軸。量取夾角(自豎直軸反

38、時針方向量ik度)。將R分解為水平與豎直兩個分力：RRsin，RRcos。iHikVik（4-29）以上算例列入表4-7中，并參見圖4-2。表4-7彈性抗力及摩擦力計算表截面()()/2S（）R()ihii1外hiiksink3456780.0000.4060.7641.0000.7650.0000.0000.2030.5850.8820.8830.3830.0001.3551.3552.1122.1122.1120.0000.2750.7931.8631.8650.8090.00055.49569.36782.04795.027109.3470.0000.8240.9360.9900.996

39、0.944續(xù)表4-7截面coskR()HhR()VhvhR()ih3456781.0000.5660.3520.138-0.088-0.3310.0000.2220.7281.8091.8220.7490.0000.1530.2740.252-0.161-0.2610.0000.1530.4270.6790.5180.2570.0000.2220.9502.7594.5815.3300.0000.2700.7781.8271.8290.793-可修編.-(4)計算單位抗力圖及其相應的摩擦力在基本結構中產生的力i彎矩：M0Rrjji（4-30）i軸力：N0sinRVcosiRH（4-31）式中：

40、rji力R至接縫中心點k的力臂，由圖4-2量得，計算見表4-8j和表4-9表4-8M0計算表截R0.2704hR0.7785hR1.8276hR1.8297hR0.7938hM0面45678r4i0.6772.0233.3435.3527.428Rr44i-0.183-0.546-0.903-1.445-2.001r5i0.7892.1264.1956.336Rr55i-0.614-1.654-3.264-4.929r6i0.6772.7734.976Rr66i-1.237-5.066-9.091r7i1.0383.292Rr77i-1.899-6.021r8i1.125Rr88i-0.892

41、-0.253-1.160-3.794-11.674-22.995表4-9N0計算表sincos()截面RhVR()hHsincosR()R()VhHhN0()h4567852.50065.62578.75091.875105.0000.7930.9110.9810.9990.9660.6090.4130.195-0.033-0.2590.1530.4270.6790.5180.2570.2220.9502.7594.5815.3300.1210.3890.6660.5170.2480.1350.3920.538-0.151-1.370-0.014-0.0030.1280.6681.618(5)

42、單位抗力及相應摩擦力產生的載位移計算過程見表4-10。-可修編.-表4-10單位抗力及相應摩擦力產生的載位移計算表()積分系截面M0()h1/Iy/I(1y)M01/I()hM0y/I()hM0(1y)1/Ih數1/345678-0.253-1.160-3.794-11.674-22.995131.687131.687131.687131.687131.687377.810559.933759.044962.5001161.0843.8695.2526.7647.3099.817-33.317-152.757-499.620-1537.314-3028.143-95.586-128.903-6

43、49.522-802.279-2879.813-3379.433-11236.225-11236.228-26699.127-29727.27624241-5251.151-41560.273-45274.119ds(4-is0MiM0EIhdsS/EM01/I6.26108(5251.151)328.722106EI故：1s0MM01hh32）dsS/EM0y/I6.26108(41560.273)2601.673106EI2s0MM02hh328.7221062601.6731062272.951106126.26108(45274.119)2834.160106（4-34）（4-33）S

44、S/EM0(1y)/Ih閉合差561.6491060綜上，計算得結構抗力圖如圖4-3-可修編.-oG2G17501.75625098.7652.5037513.125XR6R7R8R5367G758R434G3G4539.26.250G528105G6o11Yo2G8圖4-3結構抗力圖4.3.4墻底（彈性地基上的剛性梁）位移(1)單位彎矩作用下的轉角1/(KI)131.687/(5105)263.374106（4-35）18式中K圍巖的彈性抗力系數，這里取5105kN/m3。(2)主動荷載作用下的轉角：M0263.374106(3241.850)853819.002106（4-36）p18p(

45、3)單位抗力及相應摩擦力作用下的轉角：M0263.374106(22.995)6056.285106（4-37）18-可修編.-4.4解力法方程襯砌矢高：fy9.693m8計算力法方程的系數：a(74.1925263.374)106337.567106（4-38）11111af(260.8779.693263.374)1062813.76106（4-39）12121a2222f2(1600.3089.6932263.374)10626345.414106（4-40）1a101pf(p1f)(114923.6029.693853819.002)106h(328.7229.6936056.285)

46、106(8390991.18859032.293)106hh（4-41）a202pf(p2f)(672362.9789.693853819.002)106h(2601.6739.6936056.285)106(8948430.56461305.243)106hh（4-42）以上將單位抗力圖及相應摩擦力產生的位移乘以倍，被動荷載的載位移。h求解方程：X(aaaa)/(aaa1122022101122122)(330.84293.948)（4-43）h其中：X1p330.8429,X13.948X(aaaa)/(aaa2121011201122122)(283.93372.6142)（4-44）h

47、其中：X2p283.9337,X22.61424.5計算主動荷載和被動荷載（h1）分別產生的襯砌力計算公式為：MXp1pyX2pM0（4-45）pNXp2pCOSN0（4-46）p和MX1yX2M0（4-47）-可修編.-NX2COSN0（4-48）計算過程列入表4-11和4-12表中。表4-11主、被動荷載作用下襯砌彎矩計算表2y截面M0pX1pyX2pyMpM0()hX1()hX()hM()h0123456780.000-90.463-413.154-902.461-1489.916-2009.025-2610.724-3183.345-3241.850330.843330.843330.

48、843330.843330.843330.843330.843330.843330.8430.0000.1940.7651.6762.8694.2525.7647.3098.8170.00055.083217.209475.873814.6061207.2861636.5942075.2712503.443330.843295.463134.898-95.745-344.467-470.896-643.287-777.231-407.5640.0000.0000.0000.000-0.253-1.160-3.794-11.674-22.995-3.948-3.948-3.948-3.948-3

49、.948-3.948-3.948-3.948-3.9480.0000.5072.0004.3817.50011.11615.06819.10723.049-3.948-3.441-1.9480.4333.2996.0087.3263.485-3.894表4-12主、被動荷載作用下襯砌軸力計算表2cos截面N0pcosX2pcosNpN0()hX()hN()h0123456780.00031.220130.167271.314432.290586.005697.656786.507823.3241.0000.9740.8970.7730.6090.4130.195-0.033-0.259283.

50、934276.551254.689219.481172.916117.26555.367-9.370-73.539283.934307.771384.856490.795605.206703.270753.023777.137749.7850.0000.0000.0000.000-0.014-0.0030.1280.6681.6182.6142.5462.3452.0211.5921.0800.510-0.086-0.6772.6142.5462.3452.0211.5781.0770.6380.5820.941-可修編.-4.6計算最大抗力值首先求出最大抗力方向的位移。由式hpS(yhy)M

51、pEI（4-49）hS(yhy)M（4-50）EI并考慮接縫5的徑向位移與水平方向有一定的偏離，因此將其修正如下：S(yhyi)Mpsin（4-51）EIhp5p5h5S(yhyi)M（4-52）EI計算過程列入表4-13表4-13最大抗力位移修正計算表/I截面M/IM/Iypiy5yiM/Ip(YY)5iM(YY)5i積分系數1/301234543567.72238908.63617764.313-12608.372-45361.826-62010.882-519.900-453.135-256.52657.020434.435791.1750.0000.1940.7651.6762.869

52、4.2524.2524.0583.4872.5761.3830.000185249.955157891.24561944.159-32479.166-62735.4050.000-2210.616-1838.822-894.507146.885600.8240.000424241309870.788-4196.236位移值為：-可修編.-hp6.26108(309870.788)0.9111767.15010-5h6.26108(4196.236)0.91123.93110-5h則可得到最大抗力為：/(1/K)hhp/1/(310)23.931101767.15010-55572.829即最大

53、值為72.829。4.7計算襯砌總力按如下公式計算：（4-53）MMMph(4-54)NNNph(4-55)計算過程列入表4-14表4-14襯砌總力計算表截面MpMMM/IMy/INpNNe0123330.843295.463134.898-95.745-287.529-250.605-141.87131.53543.31444.858-6.973-64.2105703.9055907.270-918.239-8455.6280.0001146.010-702.453-14171.632283.93439.667323.601307.77138.636346.407384.85635.5854

54、20.441490.79530.669521.4640.1340.129-0.017-0.12345-344.467-470.896240.263437.557-104.204-13722.329-33.339-4390.361-39369.362-18667.816605.20623.946629.152703.27016.343719.613-0.166-0.0466-643.287533.545-109.742-14451.561-83298.799753.0239.682762.705-0.1447-777.231489.439-287.792-37898.465-276999.881

55、777.1378.832785.969-0.666-可修編.-8-407.564410.4072.843374.3863300.963749.78514.280764.0650.004-67851.023-428762.972計算精度校核：根據拱頂切開點之相對轉角和相對水平值位移應為零的條件來檢查。SMEI式中：0(4-56)SM6.26108(67851.023)4.247103EI(4-57)M/22.843263.374106/23.74410381(4-58)閉合差：(4.2473.744)/4.24711.8%SyMfEI0(4-59)式中：SyM6.26108(-428762.97

56、2)0.0268EIffM/29.6932.843263.374106/20.036381(0.03630.0268)/0.036326.2%4.8力圖將力計算結果按比例尺繪制彎矩圖M及剪力圖N，如圖4-4-可修編.-64.210-6.973326.601346.407420.441-104.20444.85843.314-33.339-109.742-287.792M(kNm)(繪在受拉側)2.843521.464629.152N(kN)(壓力)719.613762.705圖4-4彎矩剪力圖5隧道防排水設計隧道防排水應遵循“防、排、截、堵結合，因地制宜，綜合治理”的原則，保證隧道結構物和營運

57、設備的正常使用和行車安全。隧道防排水設計為將地表水地下水妥善處理，使洞外形成一個完整通暢的防排水系統(tǒng)。5.1防水5.1.1洞身防水（1）防水等級：滿足地下工程防水技術規(guī)（GB50108）規(guī)定的一級防水標準，襯砌表面無濕漬。隧道采用復合式襯砌，在初期支護和二次襯砌之間鋪設防水層，防水層由EVA防水板和無紡布緩沖層組成，防水板厚度不小于1.5m，無紡布重量不小于350g/m2。（2）隧道二次襯砌應滿足抗?jié)B要求。盤道嶺地區(qū)低溫平均零下13.2，混凝土的抗?jié)B等級設計為S6。（3）根據公路工程地質勘察規(guī)判定：隧道區(qū)地下水對砼無結晶類腐蝕；-可修編.-無分解類腐蝕，無結晶分解復合式類腐蝕，綜合評定地下水對

58、砼無腐蝕。故不用采用抗侵蝕混凝土和鋪設抗侵蝕防水層。（4）采用圍巖注漿，將不透水的凝膠物質（防水材料）通過鉆孔注入、擴散的巖層裂隙中，把裂隙中的水擠走，堵住地下水的通路，減少或阻止涌水流入工作面，同時還起到固結破碎巖層的作用，從而為開挖、襯砌創(chuàng)造條件。（5）二次襯砌環(huán)向施工縫每8m一道（或與襯砌模版臺車襯砌段長一致），縱向施工縫設置兩道；變形縫在地層承載力顯著變化，斷面明顯變化處設置。（6）施工縫設背貼橡膠止水帶如中埋式橡膠止水帶，環(huán)向施工縫按全環(huán)考慮，變形縫設置背貼橡膠止水帶加中埋式鋼邊橡膠止水帶防水；地下水發(fā)育地段在拱墻部位增設可維護注漿管。（7）二次襯砌拱頂預留回填注漿孔，間距5.0m。

59、隧道開挖后，巖面如有滲水，采用局部注漿進行封堵。5.1.2變形縫防水二次襯砌施工縫、伸縮縫、沉降縫等是防滲漏水的薄弱環(huán)節(jié)。變形縫應滿足密封防水、適應變形、施工方便、檢修容易等要求。在工程中變形縫用于伸縮縫的變形縫宜少設，可根據不同的工程結構類別、工程地質情況采用后澆帶、加強帶、誘導縫等替代措施。變形縫處混凝土結構厚度不應小于300mm。變形縫涉及尺寸如圖：-可修編.-混凝土結構填縫材料中埋式止水帶于等于大迎水面外貼式止水帶大于等于300mm中埋式止水帶與外貼防水層復合使用圖5-1變形縫防水結構5.2排水5.2.1隧道排水（1）拱墻二次襯砌和初期支護之間環(huán)向設置50盲溝，每8m設置1道，地下水較

60、大時，應增設1至2道，集中漏水點設盲管引排；距水溝底30cm以上墻角處設置雙側80縱向盲溝，環(huán)、縱向盲溝均接入隧道雙側溝。（2）洞按地下水和營運清洗污水、消防污水分離排放的原則設置縱向排水系統(tǒng)。（3）施工時，隧道縱向設排水溝，橫向設排水坡，反坡施工采用機械排水，臨時排水溝應砌筑，嚴禁隧道基底積水和漫流。5.2.2路面結構底部排水設施(1)路面結構下設縱向中心水溝，集中引排地下水。(2)中心水溝的斷面根據經驗結合隧道的長度、縱坡、地下水滲流量確定。-可修編.-(3)中心水溝縱向按間距50m設沉沙池，并根據需要設檢查井。檢查井的位置和構造不影響行車安全，并便于清理和檢查。(4)隧道底設橫向導水管，