高速公路隧道支护结构设计毕业论文

 2021-04-16 01:04

摘 要

公路隧道的发展有利于国土资源的充分开发利用,是路线上非常有价值的一种构造形式。然而隧道开挖后,为了有效地约束和控制围岩的变形,加强围岩的稳定性,保证施工安全,以及为了确保运营过程中的稳定、耐久、减小通风阻力和整体美观,均需要施做必要的支护结构。因此,围岩压力和支护荷载的大小和支护形式的选择是隧道支护结构设计的关键问题。

本设计的题目是“高速公路隧道支护结构设计”,公路等级为高速公路,设计时速为 80km/h,隧道全长330m,按双向四车道设计。本设计以炎陵高速公路炎陵Ⅰ号左线隧道为依托工程,通过原始资料数据,对该隧道不同围岩段的支护结构进行初步设计,得到相应的支护形式、锚喷厚度等设计参数,再利用荷载—结构法计算围岩压力,对支护结构进行优化计算与调整,对所得计算结果进行分析得出相应的合理解释,得出明确的结论。本次毕业设计主要结合设计理论和工程计算,基本完成了“炎陵Ⅰ号左线隧道”的支护结构设计。

关键词:隧道支护;研究现状;初期支护;二次衬砌;围岩压力

The Design of Retaining structure for Expressway Tunnel

ABSTRACT

The development of highway tunnel is beneficial to the full exploitation and utilization of land and resources. It is a very valuable form of structure on the route. However, in order to effectively constrain and control the deformation of the surrounding rock, to strengthen the stability of the surrounding rock, to ensure the safety of construction, and in order to ensure the stability of the operation process, durability, reduce ventilation resistance and overall appearance, the tunnel requires the necessary support structure. Therefore, the size of the surrounding rock pressure ,the size of the support and the choice of support form are the key problems in the design of the tunnel support structure.

The design is entitled "The Design of Retaining structure for Expressway Tunnel". The grade of the highway is freeway , the design speed is 80 km/h, and the tunnel full-length is 330m. This paper intends to combine the parameters of the supporting parameters of the left tunnel of the Yanling Municipality, Yanling Expressway. Based on the original data, the supporting structure of the different surrounding rock sections of the tunnel is designed, the corresponding and the design parameters of the anchorage thickness are calculated. The pressure of the surrounding rock is calculated by the load-structure method, and the optimal calculation and adjustment of the supporting structure are carried out. The results are analyzed and the corresponding reasonable explanation is obtained, and a clear conclusion is drawn. The graduation design mainly combines the design theory and engineering calculation, basically completed the left tunnel of the Yanling Municipality, Yanling Expressway.

Key words:tunnel support;research status;initial support;secondary lining; Surrounding rock pressure

目 录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.1.1选题背景 1

1.1.2研究意义 2

1.2国内外研究现状 2

1.2.1隧道设计基本认识 2

1.2.2围岩压力研究现状 4

1.2.3支护结构设计 8

1.2.4隧道支护结构作用机理 11

1.3本文的主要研究内容及技术路线 14

第二章 工程概况 15

2.1隧道概况 15

2.2地形地貌 15

2.3地层岩性 15

第三章 隧道暗洞初期支护设计 17

3.1 衬砌设计规定及支护形式选择 17

3.2隧道横断面设计 17

3.3围岩压力计算 19

3.3.1隧道宽度与高度的确定 19

3.3.2判断隧道深、浅埋 20

3.3.3隧道围岩压力计算 23

3.4锚喷支护的计算与设计 28

3.4.1计算 28

3.4.2锚杆的设计与计算 34

3.4.3喷射混凝土层的设计与计算 34

3.4.4Ⅴ级围岩段锚喷支护设计 35

3.4.5Ⅳ级围岩段锚喷支护设计 38

3.4.6Ⅲ级围岩段锚喷支护设计 42

3.4.7 构造要求 45

第四章 隧道暗洞二次衬砌设计 48

4.1Ⅴ级围岩二次衬砌结构计算 48

4.1.1基本资料 48

4.1.2荷载确定 49

4.1.3衬砌几何要素 49

4.1.4计算位移 52

4.1.5.解力法方程 58

4.1.6计算主动荷载和被动荷载()分别产生的衬砌内力 59

4.1.7最大抗力值的求解 60

4.1.8计算衬砌总内力 61

4.1.9内力图 62

4.2Ⅳ级围岩二次衬砌结构计算 62

4.2.1基本资料 62

4.2.2荷载确定 63

4.2.3衬砌几何要素 63

4.2.4计算位移 66

4.2.5解力法方程 72

4.2.6计算主动荷载和被动荷载()分别产生的衬砌内力 73

4.2.7最大抗力值的求解 74

4.2.8计算衬砌总内力 75

4.2.9内力图 76

4.3Ⅲ级围岩二次衬砌结构计算 76

4.3.1基本资料 76

4.3.2荷载确定 77

4.3.3衬砌几何要素 77

4.3.4计算位移 79

4.3.5.解力法方程 86

4.3.6计算主动荷载和被动荷载()分别产生的衬砌内力 87

4.3.7最大抗力值的求解 88

4.3.8计算衬砌总内力 89

4.3.9内力图 90

4.4Ⅱ级围岩二次衬砌结构计算 90

4.4.1基本资料 90

4.4.2荷载确定 91

4.4.3衬砌几何要素 91

4.4.4计算位移 93

4.4.5.解力法方程 101

4.4.6计算主动荷载和被动荷载()分别产生的衬砌内力 102

4.4.7最大抗力值的求解 102

4.4.8计算衬砌总内力 103

4.4.9内力图 104

4.5隧道洞身二次衬砌配筋计算 105

4.5.1衬砌内力计算结果分析 105

4.5.2配筋计算理论分析 105

4.5.3Ⅴ级围岩配筋计算 109

4.5.4Ⅳ级围岩配筋计算 112

4.5.5 Ⅲ级围岩段配筋计算 114

4.5.6 Ⅱ级围岩段配筋计算 115

4.6炎陵左线隧道支护参数统计表 115

结 论 116

致 谢 117

参考文献 118

绪论

1.1引言

1.1.1选题背景

我国是一个多山的国度,75%左右的领土是山地或重丘[1]。公路建设中,以往穿过山区的做法是盘山绕行或切坡深挖。据统计资料显示,汽车翻越山岭时的平均车速不足30km,低于经济时速的一半,但汽车的机械损伤和轮胎磨损却非常严重,低等级道路的燃油消耗高于高等级公路20%-50%[2];而且劈山筑路会造成许多高坡,在南部降水区,它严重破坏自然景观,造成山体滑坡和水土流失。因此,为了缩短里程,杜绝道路病害保护自然环境,在公路建设中必须重视隧道方案,并努力提高公路隧道工程科技水平。

此外,我国江河湖海地区较广泛,沿海公路通道规划经常遇到桥梁方案与隧道方案比选的问题,内河的横跨通道也同样遇到这些问题。过去,跨江(海)通道一般只考虑桥梁方案,这在解决南北交通方面发挥了重要作用,但同时对航道造成不利影响[2]。相比之下,水下隧道具有不影响航运,不受自然环境影响,能全天候通行,对生态环境干扰影响小,一洞多用等优点,其优势受到广泛重视。

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