隧道工程综合实训报告2.docx
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隧道工程综合实训报告2
隧道工程综合实训报告
(2011-2012学年第二学期)
班级:
10城轨(3)班
学号:
1013175123
姓名:
指导教师:
完成日期:
2012年5月17日
教师评语
成绩评定:
分任课教师签名:
年月日
湖北省武昌市西北方向清山岭高速公路隧道初步设计
摘要
随着社会、科技的发展,以及国民经济的快速增长。
我国铁路、公路、水利等基础设施建设进一步加快,隧道的数量越来越多。
其工程重要性越来越显著,隧道工程发展可以说是相当迅猛。
有人说十九世纪是路的世纪,二十世纪是桥的世纪,那么二十一世纪就是隧道的世纪。
这番话讲的还是有一定道理的。
因此,隧道施工和设计要求也越来越高。
本设计课题为高速公路隧道,重点研究洞门的设计、防排水设计、路面结构设计。
图1为秦岭终南山公路隧道
图2为秦岭二号隧道
图3为香溪隧道
目录
第一章设计原始材料7
1.1采用的技术标准及设计标准规范7
1.1.1主要技术标准7
1.1.2主要设计标准规范7
1.2工程概况7
1.3地形与地貌概况7
1.4气象与水文概况7
1.5工程地质8
第二章隧道总体设计9
2.1隧道位置的选择原则9
2.1.1按地形条件9
2.1.2按地质条件9
2.13按线路类别9
2.2洞口选择及线形考虑9
2.3纵断面设计10
2.4横断面设计10
2.41建筑限界10
2.5紧急停车带及横向通道10
第三章洞门设计11
3.1洞门类型及选择11
3.2洞门设计11
第四章防排水设计14
4.1防排水的原则14
4.2防排水要求14
4.3综合防排水设计14
4.3.1排水设计15
4.3.2防水措施16
4.4拱脚处防水板的保护16
4.5施工缝防水16
4.6洞口排水设计17
第五章路面结构设计17
5.1隧道路面结构特点。
17
5.2隧道路面结构类型18
5.3本隧道采用路面结构18
第六章隧道洞门设计原则及门洞设计形式比较19
6.1洞门设计原则19
6.2洞门设计形式19
6.2.1洞口环框式洞门19
6.2.2端墙式洞门20
6.2.3翼墙式洞门21
6.2.4柱式洞门23
6.2.5台阶式洞门24
6.2.6斜交洞门25
6.2.7削竹式洞门26
6.2.8喇叭口式洞门27
6.2.9明洞式洞门28
第一章设计原始材料
1.1采用的技术标准及设计标准规范
1.1.1主要技术标准
(1)隧道按规定的远期交通量决定,采用单向行车双车道、上下行车道分离式设计。
(2)隧道设计车速,设计公路的等级为高速公路;设计行车速度分别为80Km/h。
1.1.2主要设计标准规范
(1)《公路隧道设计规范》JTJ026-90;
(2)《公路工程技术标准》JTJ001-97;
(3)《地下工程防水技术规范》GB50108-2001;
(4)隧道围岩级别按《公路隧道设计规范》JTJ026-90。
1.2工程概况
隧道位于湖北省武昌市西北方向的青山岭,距离市区约50km,属于青山岭高速公路的一段。
青山岭高速公路隧道,采用单向行车双车道、上下行车道分离式设计,上、下行两隧道相距35Km。
上行隧道位于上行线K100+010—K100+846.0之间,全长836m;下行隧道位于下行线K100+000—K100+848.0之间,全长为848m,两隧道均为直线隧道,纵坡均为1.5%,上下行隧道累计总长1684m,隧道一般地段埋深为100~200m,最大埋深为350m。
工程于2006年9月开工建设,到2009年9月竣工,工期为3年。
1.3地形与地貌概况
路线跨越区域为山岭重丘区,相对高差较大。
受构造影响,山势陡峻,山型凌乱,沟谷纵横,透视条件十分困难。
山体植被发育情况比较一般,主要植被为荒草。
隧道为山岭重丘区,地势呈北高南低势,沟谷纵横交错,地势起伏大,地势陡峭,出口至终点地势较低。
1.4气象与水文概况
隧道所处的山岭重丘区,属暖温带季风性湿润气候,春暖多雨,夏季干热,秋季凉爽,冬季寒冷,四季分明,严寒期短,暑热期长。
平均降雨量1250.0mm,平均降雨天数147.6天,多集中在4~8月,平均降雪天数10.7天,极端最高气温38.7ºc,极端最低气温-2ºc,昼夜温差较大,一般在12ºc左右,霜冻期一般在30天左右。
1.5工程地质
拟建隧道围岩类别主要是III级和IV级,其中IV级围岩占83.1%,III级围岩占16.9%。
隧道岩性以褐灰、浅灰、灰绿色流纹岩为主,风化厚度大,岩体多以碎裂结构为主,不同风化程度的流纹岩,力学性质差别较大。
区域性地质构造为单斜构造,岩层层里平缓,倾角6º-11º。
根据地质调查点及钻孔资料综合分析,岩体多呈薄片及中厚层状构造,岩石质软,易风化瓦解,节理裂隙发育,未发现大的断裂构造及不良工程地质现象,工作区内无大的地表水体,岩石含水性、导水性差,隧道处在隔水层中,水文地质条件比较简单。
根据调查勘探所掌握的地质材料,在K100+010—K100+350.5、K100+000—k100+350.5、K100+492.5—K100+846.0和K100+492.5至k100+848.0标段处为IV级岩石,但是与出入口接触地方岩石,风化强烈,节理裂隙发育,结构松散,受地表水影响,围岩稳定性差。
表1是隧道不同地段的地质情况描述:
表1隧道分段地质描述表
序号
围岩
级别
桩号
长度
(m)
工程地质情况
1
IV
K100+010—K100+350.5
K100+000—k100+350.5
691.0
泥质砂岩,石英砂岩,砂质页岩互层,节理裂隙发育,呈块石,碎石状镶嵌结构,岩层为后层,中厚层状,层间结合较差,基岩内含微弱风化裂隙水,围岩稳固性一般。
2
III
K100+350.5—K100+492.5
K100+350.5—k100+492.5
284.0
泥质砂岩,石英砂岩,砂质页岩互层,岩石新鲜,节理裂隙不甚发育,呈大块砌体结构,岩层为薄层,中厚层状,层间结合一般,基岩内含微弱风化裂隙水,围岩属隔水地层,地下水对隧道影响小,围岩稳固性较好。
3
IV
K100+492.5—K100+846.0
K100+492.5—k100+848.0
709.0
泥质砂岩,石英砂岩,砂质页岩互层,节理裂隙发育,呈块石,碎石状镶嵌结构,岩层为后层,中厚层状,层间结合较差,基岩内含微弱风化裂隙水,围岩稳固性一般。
第二章隧道总体设计
2.1隧道位置的选择原则
2.1.1按地形条件
克服地形障碍:
包括高程障碍和平面障碍
高程障碍:
克服
(1)绕行方案
(2)路堑方案(3)隧道方案
平面障碍:
克服
(1)沿河傍山绕行方案
(2)隧道直穿方案
2.1.2按地质条件
(一)地质构造影响:
(1)单斜构造
(2)褶曲构造(3)断层构造
(二)不良地质影响:
(1)滑坡地区
(2)岩堆、崩塌地区(3)泥石流地区(4)岩溶地区(5)瓦斯地区(6)危岩、落石
(三)不良水文地质的影响:
(1)地下水
(2)地温
2.13按线路类别
(一)越岭隧道:
(1)选择垭口
(2)选定高程
(二)傍山隧道(河谷线隧道):
注意洞身覆盖厚度
(三)城市隧道:
水下部分和引道
2.2洞口选择及线形考虑
(一)首先考虑边坡的稳定和仰坡的安全其次是经济因素。
“早进晚出”:
在决定隧道洞口位置时为了施工及运营的安全宁可早一点进洞晚一点出洞。
选定原则:
1.洞口尽可能设在没有山体稳定,地质较好,地下水不太丰富的地方;
2.洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处不要与水争路。
3.洞口尽可能设在线路与地形等高线相垂直的地方。
4.洞口标高应在洪水位以上。
5.洞口边坡和仰坡均不宜开挖过高
6.洞口附近有水沟和水渠横跨线路时设置挖槽开沟的桥涵或涵洞。
7.若洞口前方岩壁陡立基岩裸露最好不刷动原生坡面不挖开山体。
8.洞口以外必须留有生产活动的场所。
(二)洞口接触地方岩石,风化强烈,节理裂隙发育,结构松散,受地表水影响,围岩稳定性差。
应进行防护,如设置仰拱,二次衬砌。
(三)隧道洞口及洞身基本在基岩中通过,对地面影响甚微,即使在埋深小的地段,只要及时支护,也不会产生地面塌陷等地质灾害。
因此,清山岭高速公路隧道根据上述分析,本隧道洞口及洞身基本在基岩中通过,隧道围岩较好,隧道选线条件较宽松。
上行隧道进口位于上行线K100+010,出口位于上行线K100+846.0;下行隧道进口位于下行线K100+000,出口位于下行线K100+848.0。
2.3纵断面设计
由于该隧道属于中短隧道,所以隧道坡道形式应采用单坡形式。
单坡可以争取高程,有利于自然通风。
两隧道均为直线隧道,纵坡均为1.5%。
2.4横断面设计
2.41建筑限界
清山岭高速公路隧道的建筑限界按80km/h时速设计,建筑限界取值如下:
建筑限界横断面宽度如下表:
表2:
建筑限界设置
行车道宽度W(m)
路缘带宽度S(m)
侧向余宽C(m)
人行道宽度R(m)
检修道宽度J(m)
隧道建筑限界净宽(m)
7.500
0.500
0.500
0.000
0.750
10.250
图4为隧道建筑界限(单位:
m)
2.5紧急停车带及横向通道
由于本隧道为高速公路隧道且长度超过800m,所以可以不设紧急停车带。
可在隧道中间设一行车横向通道。
图5为隧道横向通道
第三章洞门设计
3.1洞门类型及选择
洞门的行式很多,从构造形式、建筑材料以及相对位置等可以划分很多类型。
目前,我国公路隧道的洞门形式有:
端墙式洞门、翼墙式洞门、环框式洞门、台阶式洞门、柱式洞门、削竹式洞门、遮光棚式洞门等。
由于本隧道洞口端围岩稳固性一般,为Ⅳ级围岩,拟采用翼墙式洞门。
3.2洞门设计
(1)参数设定
翼墙式洞门的正墙斜度取1:
0.1,仰坡坡率取1:
0.75,设端墙厚度为B=2.5m设基础埋深为1.5m,衬砌拱顶外缘至洞门顶部的距离取为3.5m,
设墙高H=14m。
(2)各项物理指标
φ=60°f=0.5γ=24kN/m3
a=7.5σ=1.6MPaε=53.1°
水泥砂浆砌片石γa=22kN/m3
(3)土压力计算
最危险破裂面与垂直面夹角ω
tanω=
(1)
=
=0.4
ω=21.9°
土压力系数λ按下式计算
λ=
(2)
=
=0.08
土压力按下式计算:
E=1/2γλH2(3)
=0.5*24*0.08*142
=188.16kN/m
墙体自重按下式计算:
G=γaHB(4)
=22*14*2.5=770kN/m
(4)稳定性及强度验算
①抗倾覆稳定的验算
K0=∑My/∑M0(5)
∑My=Gx0+Ezxxf(6)
∑M0=Eaxzf(7)
又Eax=188.16kn/m
Ezx=18.816kn/m
X0=1/2B+1/2H*0.1=1.25+0.5*14*0.1=1.95
Xf=B+1/3H*0.1=2.5+1/3*14*0.1=2.97
zf=H/3=14/3=4.67
分别代入式(6)、(7)得
∑My=770*1.95+18.816*2.97=1557.38
∑M0=188.16*4.67=878.71
K0=∑My/∑M0=1557.38/878.71=1.77>1.5
满足倾覆稳定要求
②滑动稳定性验算
Kc=∑Gf/∑E(8)
∑G=G∑E=Ef=0.5
代入式(8)得Kc=770*0.5/188.16=2.05>1.3
满足滑动稳定性要求
③墙身截面偏心验算
eb=M/N(9)
M=E(1/2-1/3)H
=188.16*1/6*14=439.04kn.m
代入(9)式得
eb=M/N=439.04/770=0.57<0.3B=0.75
满足墙身截面偏心距要求
④合力的偏心距的验算
C=(∑My-∑M0)/∑G=(1557.38-878.71)/770=0.88
e=B/2-C=2.5/2-0.88=0.37
满足基底合力的偏心距要求。
⑤墙身截面强度验算
应力计算:
e
σ=
=
(1
)(10)
又N=G=770kN/m
B=2.5me=0.37
代入(10)式得
σ=
(1
)
=
*(1
)
得到σmin=34.496kpa<【σ】=1.6mpa
σmax=581.504kpa<【σ】=1.6mpa
满足墙身截面强度的要求。
由以上验算,确定出主墙墙厚为2.5m。
第四章防排水设计
4.1防排水的原则
隧道防排水应根据“防、排、截、堵结合,综合治理”的原则,采取切实可靠的设计、施工措施,达到防水可靠、排水畅通、经济合理的目的。
隧道防排水工作,应结合水文地质条件、施工技术水平、材料来源和成本等,因地制宜,选择适宜的方法,以满足保证使用期内结构和设备的“正常使用和行车安全”的目的。
4.2防排水要求
一般规定:
①拱部、边墙、路面、设备箱洞不渗水;
②有冻害地段的隧道衬砌背后不积水,排水沟不冻结;
③车行横通道、人行横通道等服务通道拱部不滴水,边墙不淌水。
当隧道内渗水引起地表水减少,影响居民生产、生活用水时,应对围岩采取堵水措施,减少地下水的渗漏,同时应注意保护自然环境。
高速公路隧道的防水要求,隧道采用复合式衬砌时,在初期支护与二次衬砌之间应设置防水板及无纺布。
要求:
①无纺不密度不小于300g/m2;②防水板应采用易于焊接的防水卷材,厚度不小于1.0mm,接缝搭接长度不小于100mm。
二次衬砌应满足抗渗要求。
排水要求,隧道洞内宜按地下水和运营清洗污水、消防污水分离排放的原则设置纵向排水系统,应能保证排水畅通,避免洞内积水。
4.3综合防排水设计
青山岭隧道综合防排水系统按"以排为主、防、排、堵相结合"的原则进行设计如下图:
图6
4.3.1排水设计
(1)洞内排水:
①在路面两侧设纵向排水沟,引排运营清洗水,消防水和其他水。
②隧道纵向排水坡与隧道纵坡一致。
③在路侧边沟设置开口式明沟。
④在检修道设置1.5%的横坡。
图7开口式明沟
(2)路面底部排水:
①在路面结构下设纵向中心水沟,集中引排地下水。
②在隧道底设置直径为100mm,横向坡度为2%,纵向间距为40m的横向导水管。
用来连接中心水沟和衬砌墙被排水盲管。
见下图,中心水沟示意图。
图8
4.3.2防水措施
在初期支护与二次衬砌之间设EVA高强度型合成树脂防水卷材,土工布设置在防水卷材与喷射混凝土层之间,其作用兼作衬砌背排水层及缓冲层。
二次衬砌采用防水等级为P8的混凝土,工作缝设置BW-96型遇水膨胀橡胶止水条(20×15mm),沉降缝、变形缝处设置E5型桥式橡胶止水带(290×Φ25×R25×10mm)。
4.4拱脚处防水板的保护
二次衬砌采用先拱后墙法施工,为防拱脚处的压力、衬砌钢筋的安装、边墙爆破炸坏防水板,在拱墙结合部防水卷材要作特殊保护措施,在拱墙结合部位施作双层防水卷材,在拱脚砼底部挖槽(配合拱墙钢筋连接用),将EVA卷入槽内,槽用砂回填,回填后用水泥砂浆抹平,防止灌砼时,砼浆液流入槽内,待边墙开挖时,再撬掉砂浆层,将防水板从小槽内拉出,与边墙防水板焊接,小槽宽100×100cm,沿隧道通长布置,防水板卷入小槽长度为30~50cm。
同时,为使拱部二衬钢筋与拱脚处防水板间的点接触变为面接触以防钢筋刺穿防水板,对二衬环向主钢筋增加两块10cm宽厚10mm.的钢掂板。
4.5施工缝防水
为确保二次衬砌的防水效果,在施工缝处设置BW-96型遇水膨胀橡胶止水条(20×15mm),止水条采用水泥钉固定在端部混凝土居中位置。
在沉降缝、伸缩缝处设置E5型桥式橡胶止水带(290×Φ25×R25×10mm)。
在台车的端部设置铰接挡头板,用于固定橡胶止水带,使其到二次衬砌的表面距离20cm,以满足止水带的设置要求。
图10施工缝及变形缝大样图单位(mm)
4.6洞口排水设计
在洞口仰坡外缘5m以外,设置天沟,并加以铺砌。
对洞顶地表的陷穴、深坑加以回填,对裂缝进行堵塞。
为防止洞外水流入隧道,在地表水上游设反向排水边沟或采取截流措施,地下水上游设泄水洞,洞外井点降水。
图11排水沟(左)、截水沟(右)形式(单位:
cm)
第五章路面结构设计
5.1隧道路面结构特点。
隧道内路基与路面是承受车辆长期行驶的基本载体,是公路隧道最重要的部分之一。
稳定、密实和均匀的路基为路面提供均匀的支撑、同时路面应具有一定的强度、抗滑性、平整度和耐磨性。
这是保证行车安全、舒适的基本条件。
路面是长期承受高速车辆荷载的冲击和摩擦,保证其耐久性更为重要。
隧道路面具有如下特点:
(1)隧道穿越地层,其埋置条件,应力条件与洞外路面受力特征方面有明显的不同。
(2)隧道路基位于山体中,地下水位对隧道路面的影响较洞外路面大。
(3)隧道为管状构造物,空间狭小,存在汽车排放废气积聚等现象,废气,油烟粉尘在路面表面的粘附比洞外路段大。
油渍的污染,粉尘的粘聚使路面抗滑性能变差,且得不到天然降雨的冲洗,将严重影响路面的抗滑性能。
(4)洞内发生火灾时,其温度对路面的影响比洞外严重。
(5)洞内行车条件总体上为光线差,视觉环境差,对行车不利。
(6)洞内路面受场地条件影响,施工条件差,维护难度大。
(7)行车安全受气候环境影响大。
雨天或低温时,洞口段冷空气变换,产生水珠,路面积雾,降低路面抗滑性能
5.2隧道路面结构类型
隧道路面结构类型有
(1)水泥砼路面
(2)沥青砼路面(3)沥青路面(4)复合式路面
5.3本隧道采用路面结构
本隧道采用的是水泥混凝土路面。
水泥混凝土路面设计方案,应根据公路的使用任务、性质和要求,结合当地的气候、水文、土质、材料、施工技术、实践经验以及环保要求等,通过技术经济分析确定。
水泥混凝土路面混凝土路面的结构应按规定的安全等级和目标可靠度,承受预期的荷载作用,并同所处的自然环境相适应,满足预定的使用性能要求。
表2各级公路水泥混凝土路面面层的表面构造深度要求
公路等级
高速公路、一级公路
二、三、四级公路,汽车横向通道
构造深度(mm)
0.8~1.2
0.6~1.0
注:
采用复合式路面时,作为下面层的水泥混凝土,其表面构造除外。
路面路基施工:
洞内15cm稳定基层浇筑前应先清除有仰拱地段仰拱面上的杂物及积水,无仰拱地段的基底必须碾压密实后,方能浇筑混凝土,基层浇筑时要控制好标高及排水横坡。
隧道路面为钢性路面,面层为C35水泥砼,厚度为25cm,垫层为15cm厚C20素混凝土。
布置图如下:
第六章隧道洞门设计原则及门洞设计形式比较
6.1洞门设计原则
隧道洞门位置应该根据地形、地质水文等条件,着重考虑仰坡及边坡的稳定,同时应该结合洞外有关工程及施工条件、运营要求,同时还要满足有关规范的要求,不能随心所欲,但我们可以利用这些因素进行巧妙的结合,使洞门建筑融汇于自然环境当中,达到所需之目的。
因此,在洞门设计构思时应考虑若干主要原则。
6.2洞门设计形式
6.2.1洞口环框式洞门
适用于Ⅵ类或Ⅰ级围岩,地形陡峻而又无排水要求。
作用:
不承载,加固洞口减少雨后洞口滴水,简单装饰。
环框式洞门
6.2.2端墙式洞门
适于地形开阔,岩质基本稳定的Ⅰ~Ⅲ级围岩。
结构特点:
能有效抵抗山体纵向推力。
端墙的作用:
支护洞口仰坡,并将仰坡水流汇集排出。
6.2.3翼墙式洞门
适用于山体纵向推力较大,洞口地质较差的Ⅳ级及以上的围岩,增加洞门的抗滑动和抗倾覆能力。
南昆线二梓坡隧道
6.2.4柱式洞门
适用于地形较陡,地质条件较差,仰坡可能下滑,而又受地形或地质条件限制,不能设置翼墙时。
特点:
可以在端墙中部设置两个断面较大的柱墩,以增加端墙的稳定性。
连拱隧道柱式洞门
6.2.5台阶式洞门
适于傍山侧坡地区,洞门一侧边坡较高时
作用:
减小仰坡高度及外露坡长,减少开挖量。
台阶式洞门
6.2.6斜交洞门
适用:
线路方向与地形等高线斜交时。
特点:
将洞门做成与地形等高线一致,使洞门左右可以仍保持近似对称,但衬砌洞口段和洞门相对于线路呈斜交形式。
6.2.7削竹式洞门
削竹式在公路隧道中被普遍使用。
适用于洞口段有较长的明洞衬砌,由于洞门背后一定范围内是以回填土为主,山体的推滑力不大;地形相对比较对称和不太陡峻。
特点:
1洞口边仰坡开挖量少2减少对植被的破坏和有利于保护环境3适用各种围岩类别
6.2.8喇叭口式洞门
高速铁路隧道,为减缓高速列车的空气动力学效应,对单线隧道,一般设喇叭口洞口缓冲段,同时兼作隧道洞门。
6.2.9明洞式洞门
当基岩完整,坡面较陡,地面水不大,采用重力式内墙开挖量较大时,可采用钢筋混凝土锚杆式内墙。
外墙只承受由盖板传来的垂直压力,厚度较薄,要求地基承载力较小。
当地形狭窄,山坡较陡,基岩埋至较深而上部地基稳定性较差时,为了使基础置于基岩上且减小基础工程,可采用钢架式外墙。
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