计算过程:
地下水以沿裂隙线状渗水或滴水为主,地下水影响修正系数K1=0.26,洞段岩层产状为132°<8°,隧道轴线走向146°,结构面走向与洞轴线夹角为76°,结构面倾角8°,主要软弱结构面产状影响修正系数K2=0.2,围岩初始应力状态为低应力,K3=0。
砂岩段:BQ=90+3RC+250KV =90+3×12.1+250×0.73=308.8 查表修正后得:
[BQ]= BQ –100(K1+ K2+ K2)=308.8-100×(0.26+0.2+0)=262.8<350
泥岩段:当KV>0.04RC+0.4时,KV=0.04RC+0.4=0.47,BQ=90+3RC+250KV = 90+3×1.8+250×0.472=213.4 查表修正后得:
[BQ]= BQ –100(K1+ K2+ K2)=213.4-100×(0.26+0.2+0)=167.4<250 根据计算后查隧道围岩分级表:
里程桩号K38+820m~K38+990m,长度170m,洞顶埋深42.7m~57.4m。围岩岩性为泥岩、砂岩,中厚~厚层状,呈弱风化~未风化状态,节理裂隙发育,岩体较破碎~较完整,层状块状镶嵌结构,为极软岩~较软岩,围岩级别Ⅴ级;地下水以沿裂隙线状渗水或滴水为主,岩质较软,无支护时易发生洞顶掉块、侧壁坍塌,成洞条件较好,施工时应及时支衬洞壁。
1.2.4确定围岩物理力学参数
表1-2围岩物理力学参数
1.2.5地震等级
根据国家地震局《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001)国家标准第1号修改单及相应附件《中国地震动峰值加速度区划图》(1:40万),隧址区地震动峰值加速度值在0.05~0.1g间,对应的地震基本烈度为6~7度。资料记载,自1958年以来,龙泉山断褶带已发生过震级≥2.5级地震不下数十次,其中1976年1月24日仁寿大林场(距测区约12公里)地震震级5.5级,震中烈度达7度。另据地震部门鉴定,龙泉山断褶带的中南段具备中强地震的地震地质条件和毗邻测区的张家岩水库的设计地震烈度为7度。设计时,建议二峨山隧道按7度设防为宜,动反应谱特征周期为0.45s,地震动峰值加速度为0.10g,并应按《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)的规定进行设防。
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1.3隧道纵断面及平面方案设计
1.3.2隧道纵断面
路线的选择是整个设计的基础,关系着施工的难易,工期长短,造价的大小,运营安全和运输效率。本段路线方案是在工可基础上,依据工可审批意见进行优化确定。其中隧道平面布置主要服从总体走向,在综合考虑线形指标及工程造价的前提下,主要考虑隧道进、出口条件、隧址区工程地质条件、营运管理设施场地因素;隧道纵断面设计综合考虑了隧道长度、主要施工方向、通风、排水、洞口位置及隧道进出口接线等因素。
1.3.2确定隧道建筑限界尺寸
由给定的隧道长度、公路等级、行车道、设计车速、人行道与检修道的设置等设计基础信息,根据JTG D70-2004中的《隧道横断面设计》与JTG B01-2003公路工程技术标准中公路建筑界限中对隧道工程的规定以及各项规定进行划定。
图1-1隧道建筑界限(单位m)
1.3.3确定隧道内轮廓尺寸
按照已经确定的公路隧道建筑限界尺寸,根据JTG D70-2004中关于三车道(标准断面与紧急停车带断面)的内轮廓尺寸规定。
两车道、三车道的隧道内轮廓标准断面形式由:拱部为单心半圆,侧墙为大半径圆弧,仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。
最终,要保障隧道内轮廓尺寸应将隧道建筑限界尺寸包括在隧道内轮廓中。
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图1-2三车道隧道标准内轮廓断面图(单位cm)
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。 1.3.3.1净空
经过断面优化分析后确定隧道净空断面为三心圆:拱部为单心半圆,半径为8.07m;侧墙为大半径圆弧,半径为8.2m;仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接,半径为1.5m。
1.3.3.2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)横断面右侧沟槽设电缆及消防配水管,左侧沟槽设强电电缆。 1.3.3.3净空断面尺寸拟订
拱圈:R=8.07m,相应角度为2×59°21’11” 侧墙:R=8.2 m ,相应角度为2×14°20’45” 仰拱:R=18 m,相应角度为2×21°24’29”
侧墙与仰拱连接段:R=1.5 m,相应角度为54°28’29” 拱部与侧墙连接段:R=5.6 m,相应角度为30°38’49”。 详细见图:
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图1-3净空断面尺寸拟定图
1.3.4拟定衬砌方案
根据本隧道地形、地质条件,参考以往类似条件下的成功工程,其具体尺寸如图所示:
图1-4拟订衬砌方案图
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第二章结构内力计算
2.1 荷载结构法原理
深埋隧道中复合式衬砌的二次衬砌应采用荷载结构法计算。荷载结构法的设计原理认为,隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载,衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力,然后按弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌的内力,并进行结构截面设计。采用荷载结构法计算隧道衬砌的内力和变形时,应通过考虑弹性抗力等体现围岩对衬砌变形的约束作用。弹性抗力的大小及分布,可根据衬砌在荷载作用下的变形、回填情况和围岩的变形性质等因素,采用局部变形理论。 按下式确定: σ = k δ
2.2荷载确定
2.2.1 深、浅埋隧道的分界深度判定 判定公式为:错误!未找到引用源。
式中:错误!未找到引用源。—浅埋隧道分界深度;错误!未找到引用源。—荷载等效高度;
,
S—围岩类别,Ⅴ级围岩s = 5;为围岩重度,=17;B为无支护条件下隧道毛洞宽度,B=16.813m;i:B>5时取i =0.1,B<5时取i =0.2;ω—宽度影响系数,ω=1+i(B-5);ω=1+0.1×(16.813-5)=2.181
错误!未找到引用源。=0.45×24 ×17×2.181=266.95kpa
=266.95/17=15.7m ;Ⅴ级围岩取Hp= 2.5 hq= 39.25m
可判断埋深H=(42.7+57.4)/2= 50.05m >Hp
2.2.2围岩压力计算 按照普氏方法进行计算。
普氏系数:错误!未找到引用源。=tan40°=0.839
塌落拱高度:错误!未找到引用源。=[0.5×16.813+12.484tan(45-20)]/0.839=16.958m
垂直均布压力:错误!未找到引用源。=17×16.958=288.286kN/m2
侧向梯形分布压力:错误!未找到引用源。=17×16.958tan225=62.686kN/m2
=17×29.442tan225=108.833kN/m2
2.2.3衬砌结构的设计
衬砌结构设计按照复合式衬砌结构设计,先按照工程类比方法进行初步设
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