隧道毕业设计[1](3)

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混凝土。

（1）直径d<12mm的钢筋采用I级钢，直径d≥12mm的钢筋及锚杆采用II级钢；钢拱架采用20b号及18b号工字钢；注浆钢管及长管棚采用热轧无缝钢管。

（3）在III～IV类围岩地段采用ZW-II型药卷作为锚固剂，超前锚杆采用早强沙浆作为锚固剂。

（4）防水层选用≥400g/m2无纺布与1.2mm厚改性LDPE防水板复合而成。

3 隧道衬砌设计及计算

3.1 衬砌类型

鹤山隧道衬砌类型采用复合式衬砌。复合式衬砌是指外层锚喷作初期支护，内层用模筑混凝土作二次衬砌的永久结构，两层间可根据需要设置防水层。复合式衬砌可用于各种围岩。 3.2 衬砌基本尺寸拟定

隧道衬砌内轮廓的形状及尺寸的确定，应根据隧道建筑限界、结构受力条件、施工、营运等方面的要求全面考虑，力求经济合理。 3．3衬砌内力计算 3.3.1暗洞衬砌

鹤山隧道的围岩类别有II类、III类、IV类。根据《隧规》规定：隧道复合式衬砌可采用荷载结构法计算。Ⅰ至V类围岩中，复合式衬砌的初期支护主要按工程类比法设计，其中IV、V类围岩的支护参数通过计算确定，计算方法为地层结构法。I、II、III类围岩中的二次衬砌为安全储备，按构造要求设计； IV、V类围岩的二次衬砌为承载结构，可采用地层结构法计算内力和变形。

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1 荷载计算 （1）IV类围岩 A、判断隧道埋深类型

依据《公路隧道设计规范》规定浅埋和深埋隧道的分类，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。

浅埋和深埋隧道的分类按式[3-1]判定，

Hp?(2~2.5)hq 式[3-1] 式中：Hp——浅埋隧道分界深度，m；

hq——荷载等效高度，按式[3-2]计算：

hq?q? 式[3-2]

其中：?——围岩重度， kNm3；

q——深埋隧道的垂直均布压力， kNm2，按式[3-3]计算：

q=?h 式[3-3]

h——塌落拱高度，m，按式[3-4]计算；

h=0.45?2?s-1 式[3-4]

s——围岩类别；

?——宽度影响系数，??1?i(B?5)； B——隧道宽度，m；

i——B每增减1m时的围岩压力增减率，B>5 m时，取i=0.1. 则 hp?0.45?24?1??1?0.1?(14.25?5)?=6.93

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在矿山法施工条件下，IV类围岩取Hp?2.5hq，即Hp?2.5hq=17.325m 根据鹤山隧道工程地质横断面图，按式[3-5]、式[3-6]判断Ⅳ类围岩区的隧道最大埋深高度hMAX和最小埋深高度hMIN，

hMAX=h地面高程-h设计高程-h隧道净空高 式[3-5] hMIN=h地面高程-h设计高程-h隧道净空高 式[3-6]

然后，选取两者的平均值h来加以判断， 即h?hMIN?hMAX2=

(28.67?24.60?8.45)?(59.20?24.638?8.45)2= 10.866m

〈〈hHp，该隧道在Ⅳ类围岩分布区段内为浅埋。 则有：hqB、围岩压力计算

依照《公路隧道设计规范》推荐的浅埋隧道荷载计算方法，隧道围岩压力采用式[3-7]进行计算，

q浅?Q浅Bt??H(1?HBt?tan?) 式[3-7]

式中：?——隧道上覆围岩重度，??23 kNm3；

H——隧道埋深，坑顶至地面的距离，m；

Bt——坑道宽度，m；

?——滑动面的摩擦角，度，Ⅳ类围岩中??(0.7~0.9)?C；

Q浅——作用在隧道顶部的总垂直压力；

q浅——作用在支护结构上的均布荷载，MPa；

?——侧压力系数,由式[3-8]计算；

??tan??tan?Ctan??1?tan?(tan?C?tan?)?tan?Ctan?? 式[3-8]

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其中tan?按式[3-9]计算，

tan??tan?C?（tan?C+1）tan?Ctan?C?tan?2 式[3-9]

其中：?——破裂面与水平面的夹角，度；

??C——围岩计算摩擦角，度，查表得?C?60；

作用在支护结构两侧的水平侧压力分别按式[3-10]、式[3-11]计算，

e1??H? 式[3-10] e2??h? 式[3-11]

侧压力视为均布压力时按式[3-12]计算，

e?12(e1?e2)?12?(H?h)? 式[3-12]

其中??23 kNm3,H=2.436 m, Bt=15.85m, ?C?60?,??0.8?C?48?。 （2）II类围岩、III类围岩

鹤山隧道II、III类围岩根据规范规定，按构造要求设计。 2 内力计算 （1）IV类围岩 A、建立近似结构模型

依据设计院的初步设计并结合隧道建筑结构形式的安全性验算结果以及建筑界限的要求，将Ⅳ类围岩分布区内隧道结构内力计算模型设置为曲墙式拱。

B、曲墙式衬砌内力计算

在曲墙式衬砌内力计算中，考虑围岩弹性抗力影响，采用抗力分布规律理论来进行暗洞衬砌内力计算，并采用下述假定，计算图如图[3-1]。

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φa

图 [3-1] 暗洞衬砌内力计算图

抗力区的上零点在拱顶两侧45°附近的a点（?a?45?），下零点在拱脚c点，最大抗力值发生在h点，h点的位置约在抗力区的高度处，即hc?3223ac，或者

在最大跨度附近。ah段抗力图形按二次抛物线分布，可利用式[3-13]进行计算,

???bhccos?a?cos?cos?a?cos?b2232 式[3-13]

段的抗力图形考虑边墙刚度较大，且外缘一般为直线形，本身弹性变形较小，

故假定其与高度成直线比例关系。

曲墙式衬砌作为墙脚弹性固定于围岩上，两侧受围岩约束的无铰尖拱来计算，其结构如图 [3-2]所示。由于墙底摩擦力较大，可略去水平位移影响，故墙底只考虑转角。

图 [3-2]墙底转角计算图

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