坝子沟公路隧道设计说明书

第一章  概述
一、线路概述
坝子沟公路隧道（夹江——昆明）上的一座山岭隧道。该隧道起止里程（DK175+055——DK175+695），全长640米。线路纵向坡设单面坡，坡度0.15％。
二、地形地貌
该隧道属低山谷地貌，地势陡峻，地形起伏大，高程为360.13—434.93米。进口端为缓坡，覆盖较厚的崩坡积层，出口端出露较好。
自然横坡为15º～45º，坡面植被发育一般，地面基岩零星出露。洞身沿线居民点零星分布，植被差，覆土薄，大多垦为田地。出口均有乡村便道可到达，施工方便。
三、地质概况
1.        地质岩性及地质构造
测区上覆盖第四系坡残积块石土。洞身基岩岩性为泥岩夹沙岩，节理裂隙发育，构造简单，为一单斜构造。测得其层理产状为N45ºE/10ºSE,节理产状为N20º～67ºW/46º～62ºSW,N73ºE/82
SE,N36ºE/60ºNW。
2.        水文地质条件
地表水下发育，仅雨季时有暂时性坡面流。
地下水主要为第四系孔隙水，岩溶水。孔隙潜水含量甚微，主要接受大气降雨补给。在洞身地段未见岩溶泉点出露。由于测区地下水仅靠地表水下渗补给，无明显洼地积水，故基岩裂隙水及岩容水含量较小。
3. 不良地质及特殊地质
不良地质主要是隧道进，出口坡崩积块石土，但远离线路对隧道工程无影响。
该段无特殊地质影响。
  隧道进口端附近岩堆为松散碎石土，底层为泥岩夹沙岩，危岩落石分布隧道出口端附近，因差异风化形成陡崖，陡崖上的中厚层～厚层状灰岩节理发育，多竖直发育。
四、工程措施及意见
1．隧道进差距口的位置
进口地形、地质条件不好，本次勘测确定隧道进口里程为DK175+055，施工时应及时衬砌，以防止雨季产生坍塌。为了防止洞口在施工时塌方，在DK175+55～DK175+105段Ⅱ类围岩采用格栅钢架及超前小导管注浆支护。
2．围岩类别
编号        范   围        类  别        长 度（m）
1        DK175+55～DK175+105        Ⅱ类（偏压）        50
2        DK175+105～DK175+150        Ⅱ类        45
3        DK175+150～DK175+630        Ⅲ类        480
4        DK175+630～DK175+665        Ⅱ类        35
5        DK175+665～DK175+695        Ⅱ类（偏压）        30
3．设计标准
①        公路等级：一级
②        设计时速：几何尺寸按80㎞/h    通风照明按60km/h
③        交通量：  按第20年，14956辆/日，高峰时为2250辆/日
④        LN ≥600时，采用机械通风（L为隧道长，N为高峰时的交通量）
⑤        环境卫生：混入率
正常行驶60km/h  
=150ppm         K=0.0075
拥挤时20km/h
=250ppm         K=0.0305
⑥        隧道限界高5米，宽为8.5米（双线上下行）
第二章  洞口位置的选择
一 选择原则
     隧道洞口位置选择是隧道是隧道勘测设计的重要环节之一。洞口位置的应根据地形、地质、水文条件并考虑边坡及仰坡的稳定，从保证施工和营运安全出发，通过经济、技术比较，综合研究确定。
    1．洞口的边坡及仰坡必须保证稳定，避免大挖大刷。边坡及仰坡的设计开挖高度及坡可按表选用。

围 岩 分 类        坡  度        设计开挖高度(m)
Ⅲ        1:0.75        ＜15
        1:1        ＜20
        1:1.25        ＜20
Ⅰ，Ⅱ        1:1.25        ＜15
        1:1.5        ＜20
二、洞口位置应设于山坡稳定，地质条件较好处。
三、位于悬崖壁下的洞口，一般不宜切削山坡；当坡面及岩顶稳定，无落石或坍塌可能时，可贴壁进洞；要避免在不稳定的悬崖陡壁下进洞，否则应延伸洞口设置明洞，或采取其他措施，以保证安全。
四、路线跨沟或沿沟侧进洞时，应考虑水文情况，结合防排水工程，充分比选后确定洞口的位置。
五、洞门的形式应从地质构造，经济美观等方面考虑。因为该隧道在溪线傍山隧道关、半路堑的情况下，为了迁、适应山坡地形，故将端墙做成台阶式。
第三章 洞内的平、纵断面设计
一、        平面设计
隧道位于曲线上，通常须设超高和加宽。
在单向隧道出口附近设置合适的平面曲线，可收到减小驾驶员晃眼的效果。
该隧道上山岭重丘一级公路，根据《规范》不设超高的最小半径1500m，该隧道最大半径550m，所以不设超高。
二、        纵断面设计
控制隧道纵坡主要因素之一是通风问题。一般把纵坡控制在2.0％以下为好。超过2.0％时，汽车排出的有害物质迅速增加。隧道内纵坡不应小于0.3％。这是考虑到隧道在施工和建成后洞门的排水的需要。根据以下要求和实际情况，该隧道的坡度为0.15％
三、        隧道的横断面
隧道内的建筑限界为保证隧道内各种交通的正常运行与安全而规定在一定的宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界。隧道建筑限界由行车道宽（W），侧向宽度（L），人行道（R）等组成。
各级公路隧道建筑限界基本宽度
公路等级        地形        行车宽度（单洞）W        侧向宽度        人行道R        检修道（一侧）        隧道建筑限界净宽
                        路缘带S        余宽C                        设检修道或不设人行道        设人行道
一级        平原微丘        7.50        0.50        0.50                0.75        10.25        
        山岭重丘        7.00        0.50        0.25                0.75        9.25        

图中H——净高，汽车专用公路为5m，三四级公路为4.5m;
E——建筑限界顶角宽度，当L≦1m时，E=L；当L>1m时，E=1m;
L——侧向宽度，如图，高级公路，一级公路上的短隧道，其侧向宽度宜取硬路宽
度
R——人行道宽度，J——检修道宽度。
该隧道为双侧水沟排水。
四 衬砌的选择及结构计算
﹤一﹥、基本数据
1.        围岩：Ⅱ类围岩，其容重为r=18.5
2.        围岩的弹性抗力系：
                      
3．隧道的埋深度：200m
3.        衬砌材料： 号混凝土
含的容重：
弹性横量：
抗压极限强度：
                   抗拉极限强度：
    
﹤二﹥ 计算作用在衬砌结构的主动荷载
作用在结构上的荷载形式为匀布坚向荷载q和匀布侧向荷载 e ，其垂直匀布压力可按下式计算：
  
式中  ——垂直匀布压力（ ）
      ——围岩类别；
      ——围岩容重（ ）；
      ——宽度影响系数，
其中 B为坑道宽度（m）；i系B每增减1m时的围岩压力增减率，以B=5m的围岩垂直压力为准，当B<5m时，取I=0.2;
围岩的水平均布压力
围岩类别        Ⅵ,Ⅴ        Ⅳ        Ⅲ        Ⅱ        Ⅰ
水平均布压力e        0        <0.15q        (0.15~0.3)q        (0.3~0.5)q        （0.5~1.0）q
﹤四﹥ 绘分块图
用1：20~1：25的比例尺绘制。绘图要准确，绘出衬砌的一半即可。用试凑法将半个拱圈分成等长的八个楔块，标出坐标轴，绘出坐标轴。
﹤五﹥ 求半拱的轴线长度
           º
       º
各段拱轴线长度分别为：

  
半拱轴长总长为：

楔块轴长为：

﹤五﹥ 求各分块中心要素
1．        与竖直面夹角
    °
    °
    °
   °
   °
   °
°
   °
    °
2．        接缝中心点的坐标计算
  
  
  
  
  



另一方面 （闭合）








另一方面 (闭合)
四、        计算位移
﹤一﹥单位位移
求位移时，利用高等数学中的数积法（抛物线法），以近似求和和代替工程力学中的位移积分公式。

（n为偶数）
单位位移的计算见表NO.1


总和号外面的乘数
  
单位位移值计算如下：



计算精度用下列数学关系式校核
        

闭合差
﹤二﹥载位移——主动荷载在基本结构中引起的位移
1．        每一楔块上的作用力
竖向力
式中 ——衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度
          
          
（核对）
侧向力  
式中 ——衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度
              
          
（核对）
自重力  
2．        外荷载在基本结构中产生的内力
分块上各集中力对下一分点的力臂由分块图上量取。
弯矩：
          
轴力：
式中： 和 为相邻两截面中心点的坐标增量：




表2





主动荷载产生的弯矩的校核：








  
  
  

      
     =627.3738
闭合差 ％
                                                                     表3
3.主动荷载位移
表4



计算精度校核


本例中，

闭合差  
﹤一﹥载位移——单位弹性抗力图及相应的摩擦力引起的位移
1．        各接缝外的抗力强度
抗力上零点假定在接缝3， °
最大抗力值假定在接缝6，  
拱部任一截面外缘的抗力强度按下式计算

所以              
2．        各分块上的抗力集中

  ——楔块I外缘长度，由分块图上量取。
  作用方向垂直于衬砌外缘，并通过分块上抗力图形的形心
3．        抗力集中与摩擦集中之合力

作用方向与 夹角为
求出后延长 的方向线使之交于竖直轴。自竖直轴反时针方向量度夹角 。将 分解水平和竖直分力得
            
以上计算参考表5
4.计算 作用下基本结构的内力


式中： 为截面I中心点到 的力臂，由分块图上量取
计算见表6、表7


                                                                          表7
                                                                          表8
  

校核公式为：



闭合差
﹤二﹥墙底（弹性地基上的刚性梁）位移的计算
单位弯矩作用下墙底截面产生的转角：

主动荷载作用下的力法方程

单位抗力及相应摩擦力作用下的转角

五、解力法方程
衬砌矢高
计算力法方程系数



  





以上将单位抗力图及相应摩擦力产生的位移乘以 倍，即被动荷载的载位移。
求解方程：
                    
其中 ，



其中 ，
六、        算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力

计算过程列入表9