【導(dǎo)讀】畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)本科教育培養(yǎng)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要階段，是畢業(yè)前的綜合學(xué)習(xí)階段，是深化、拓寬、綜合教和學(xué)的重要過程，是對(duì)大學(xué)期間所學(xué)專業(yè)知識(shí)的全面總結(jié)。我國西部地區(qū)轉(zhuǎn)移，高速公路網(wǎng)的建設(shè)必須面臨大量的隧道工程。正因?yàn)槿绱?，才有。在畢業(yè)設(shè)計(jì)前期，由于準(zhǔn)備研究生復(fù)試，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中期，我們通過所學(xué)的基本理論、專業(yè)知識(shí)和基本技能進(jìn)行設(shè)計(jì)。我圓滿地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)，在此我表示衷心的感謝。本畢業(yè)設(shè)計(jì)通過對(duì)趙家隧道的平縱面設(shè)計(jì)，橫斷面設(shè)計(jì)，洞門設(shè)計(jì)，襯砌設(shè)計(jì)，防排水設(shè)計(jì)，通風(fēng)設(shè)計(jì)，照明設(shè)計(jì)，路面與裝飾設(shè)計(jì)，施工方法與施工組織等設(shè)計(jì)，助下都成功地解決了問題。畢業(yè)設(shè)計(jì)的兩個(gè)月里，在王老師的幫助下，經(jīng)過資料查閱、設(shè)計(jì)計(jì)算、論文撰寫，在繪圖時(shí)熟練掌握了各種制圖軟。件，以及多種計(jì)算軟件。以上所有這些從不同方面達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與要求。由于自己水平有限，難免有不妥和疏漏之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。

　　

【正文】 （ ） 式中 : E—— 土壓力（ KN） 。 ? —— 地層重度（ KN/m3） λ —— 側(cè)壓力系數(shù)； ω —— 墻背土體破裂角； b—— 洞門墻計(jì)算條帶寬度（ m），取 b=； ξ —— 土壓力計(jì)算模式不確定系數(shù)，可取ξ =。 把數(shù)據(jù)代入各式，得： 176。 176。 176。 176。176。 176。 176。 176。( t a n 3 4 . 2 1 t a n 9 ) (1 t a n 9 t a n 3 9 )= t a n ( 3 4 . 2 1 3 9 ) (1 t a n 3 4 . 2 1 t a n 3 9 )? ?= 176。 176。39。 = ta n 1 ta n 9= 由三角關(guān)系可得： h0 = 洞門土壓力 E： 2 001 [ ( ) ]2E H h h h b?? ??? ? ? 21 1 8 0 . 1 9 3 [ 1 2 1 . 4 ( 2 . 8 7 6 1 . 4 ) ] 1 . 0 0 . 62? ? ? ? ? ? ? ? c os( ) 152 .03 c os( 30 9 ) 145 .94xE E K N????? ? ? ? ? ? ? y si n( ) 152. 03 si n( 30 9 ) 8 K N????? ? ? ? ? ? 式中： δ —— 墻背摩擦角 ? =2 293??? 抗傾覆驗(yàn)算 翼墻計(jì)算 ， 擋土墻在荷載作用下應(yīng)繞 O 點(diǎn)產(chǎn)生傾覆時(shí)應(yīng)滿足下式： 0 0 Mk M???? （ ） 陳攀 ： 趙家 隧道設(shè)計(jì) 20 式中 : K0—— 傾覆穩(wěn)定系數(shù)， 0 ? ； yM? —— 全部垂直力對(duì)墻趾 O 點(diǎn)的穩(wěn)定力矩； 0M? —— 全部水平力對(duì)墻趾 O 點(diǎn)的穩(wěn)定力矩； 墻身重量 G：[ ( ) 12 12 ] 1 18 K N? ? ? ? ? ? ? ? Ex 對(duì)墻趾的力臂：12 433x HZm???； ?y 對(duì)墻趾的力臂： ( ta n ) 12 ta n 5433y HZ B m? ?? ? ? ? ? G 對(duì)墻趾的力臂： t a n 12 t a n 9 522G BHZm????? ? ? 475. 2 8 4 1158 .689y G y yM G Z E Z K N m? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 0 4 4 447xXM E Z K N m? ? ? ? ? 代入上式得： 0 ?? 故抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求 抗滑動(dòng)驗(yàn)算 對(duì)于水平基底，按如下公式驗(yàn)算滑動(dòng)穩(wěn)定性： NfK E????? （ ） 式中 : Kc—— 滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù) N? —— 作用于基底上的垂直力之和； E? —— 墻后主動(dòng)土壓力之和，取 E? =Ex； F—— 基底摩擦系數(shù)，取 f= 所以得 ( ) ( 475 .2 54. 48 ) 9141 .94ycxGEK E?? ??? ? ? 故抗滑穩(wěn)定性滿足要求 二 O一三屆土木工程（巖土 與 地下 結(jié)構(gòu) 工程方向）畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 基底合力偏心矩驗(yàn)算 設(shè)作用于基底的合力法向分力為 N? ，其對(duì)墻趾的力臂為 ZN，合力偏心矩為 e，則： 0y G y y X xNyM M G Z E Z E ZZ N G E? ? ? ? ? ??? ???? （ ） 4 7 5 .2 2 .0 5 5 4 .4 8 2 .8 3 1 4 1 .9 4 44 7 5 .2 5 4 .4 81 .0 5 9? ? ? ? ???? 2 .2 1 .0 5 9 0 .0 4 12e ? ? ?0 合力在中心線的右側(cè)。 0 .0 4 1 0 .3 6 76Be ? ? ? 計(jì)算結(jié)果滿足要求 。 m a x 267. 677m in 213. 8546 6 ( 1 ) ( 1 ) K paK paN eBB? ??? ? ? ? ?? m ax 2 6 7 .6 7 7 Kpa? ??基底控制壓應(yīng)力 ? ? ? ? ，計(jì)算結(jié)果滿足要求。 墻身截面偏心矩及強(qiáng)度驗(yàn)算 墻身截面偏心矩 e ?? （ ） 式中： M—— 計(jì)算截面 以上各力對(duì)截面形心力矩的代數(shù)之后； N—— 作用于截面以上垂直力之后。 ( ) 1 4 1 . 9 4 2 5 4 . 4 8 1 . 1 2 2 3 . 9 42 3 2xyH H BM E E K N m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 4 7 5 .2 5 4 .4 8 5 2 9 .6 8YN G E KN m? ? ? ? ? ? 將數(shù)據(jù)代入墻身偏心矩 E 的公式，可得： 2 2 3 . 9 4 0 . 4 2 3 0 . 3 0 . 3 2 . 2 0 . 6 65 2 9 . 6 8Me B mN? ? ? ? ? ? ?，計(jì)算結(jié)果滿足要求。 應(yīng)力 ? 6(1 )N ebb? ??? ? ?5 2 9 . 6 8 6 0 . 4 2 3( 1 0 . 5 1 8 2 . 22 . 2 2 . 2 aM p a M p a???? ? ? ? ? 滿足要求 。 通過以上的驗(yàn)算，說明洞門的尺寸合理 。 陳攀 ： 趙家 隧道設(shè)計(jì) 22 第 6 章 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 隧道洞身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)隧道所處的地質(zhì)情況 將 襯砌分為 三 種類型： 連拱式 IV級(jí) 深埋段襯砌、 連拱式V級(jí) 深埋段襯砌 、連拱式 V級(jí)淺 埋段襯砌 。 洞口段 洞口淺埋加強(qiáng)段采用噴、錨、網(wǎng)和工字鋼架作為初期支護(hù)，超前小導(dǎo)管支護(hù)，以確保洞口段穩(wěn)固安全。 對(duì)于進(jìn)口段采用連拱式 V級(jí)加強(qiáng) 襯砌 。 洞口加強(qiáng)段長度在施工時(shí)可根據(jù)開挖揭露的地質(zhì)情況，予以適當(dāng)調(diào)整。洞口段襯砌拱墻及仰拱模筑混凝土緊跟開挖進(jìn)行。 洞身一般段 根據(jù)隧道埋深及圍巖級(jí)別的不同，本隧道共設(shè)計(jì)了 兩 種圍巖的 復(fù) 合襯砌形式 :復(fù)合式襯砌參數(shù)是首先根據(jù)圍巖級(jí)別 、 工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件 、 地形及埋置深度 、 結(jié)構(gòu)跨度及施工方 法等以工程類比擬定 ， 然后應(yīng)用有限元綜合程序?qū)κ┕み^程進(jìn)行模擬分析 ，定性的掌握圍巖及結(jié)構(gòu)的應(yīng)力 發(fā)展與變形破壞過程 ， 進(jìn)一步調(diào)整支護(hù)參數(shù) ， 最后采用荷載 結(jié)構(gòu) 彈 性抗力計(jì)算模式 ， 應(yīng)用隧 道 結(jié) 構(gòu)計(jì)算程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)力分析計(jì)算及強(qiáng)度校核 。 為了與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式相適應(yīng) ， 要求二次襯砌采用先墻后拱法施工，現(xiàn)場(chǎng)模筑。 初期支護(hù) :對(duì) 于 Ⅴ ～ Ⅳ 級(jí)圍巖由 18 號(hào) 工字鋼拱 架 （或鋼筋格柵 ）， 徑向錨桿 ， 鋼筋網(wǎng)及噴射混凝土組成 。 工字鋼架具有剛度大 ， 發(fā)揮作用 快的特點(diǎn) ， 這 并與 徑 向 錨桿及鋼筋網(wǎng)焊為一體，與圍巖密貼形成承載結(jié)構(gòu)。二次襯砌：對(duì)于隧道洞口 Ⅴ ～ Ⅳ 級(jí)圍巖淺埋地段，由于巖體風(fēng)化嚴(yán)重，節(jié)理發(fā)育、自穩(wěn)時(shí)間較短， 洞室開挖跨度較大 ， 二次襯砌按承擔(dān)上部土壓力覆土荷載計(jì)算需采用 C25 鋼筋混 凝 土結(jié)構(gòu) ， 二次襯砌要求 緊跟開挖面 。 在施工過程中仍必須注意初期支護(hù)的變形與穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)合理確定二次襯砌的施作時(shí)間，盡可能發(fā)揮初期支護(hù)的承載能力。 洞身深埋段各級(jí)圍巖隧道襯砌支護(hù)參數(shù)見表 。 表 隧道襯砌支護(hù)參數(shù)表 項(xiàng)目 IV級(jí)圍巖 一般段 V級(jí)圍巖 一般段 V級(jí) 圍巖 淺埋段 初期支護(hù) C20 噴射混凝土 20cm 25cm 30cm @2525cm @2020cm @2020cm ф22砂漿錨桿 @100100cm， L= @8080cm， L= @7070cm， L= 二 O一三屆土木工程（巖土 與 地下 結(jié)構(gòu) 工程方向）畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 二 次 襯 砌 45cmC25 鋼筋混凝土 50cm C25 鋼筋混凝土 50cm C25 鋼筋混凝土 仰 拱 45cm C25 鋼筋 混凝土 50cm C25 鋼筋 混凝土 50cm C25 鋼筋混凝土 隧底填充 C15 片石混凝土 C15 片石混 凝土 C15 片石混凝土 初支加勁措施 18 工字鋼 @=100cm 18 工字鋼 @=80cm 18 工字鋼 @=70cm 輔 助 措 施 超前 小導(dǎo)管 超前小導(dǎo)管 超前小導(dǎo)管 不同等級(jí)圍巖的襯砌斷面圖 見圖 ，圖 ， 圖 。 圖 Ⅳ 級(jí)圍巖一般段襯砌斷面圖 圖 Ⅴ 級(jí)圍巖一般段襯砌斷面圖 陳攀 ： 趙家 隧道設(shè)計(jì) 24 圖 Ⅴ 級(jí)圍巖淺埋段襯砌斷面圖 中隔墻厚度設(shè)計(jì) 連拱隧道的中隔墻是整個(gè)隧道穩(wěn)定的關(guān)鍵，為了確定中隔墻合適的厚度，在 Ⅴ 級(jí)圍巖下對(duì)不同中隔墻厚度 進(jìn)行計(jì)算，從安全和經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行考慮，選出最優(yōu)的中隔墻厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)。 中隔墻厚度擬定 方案一：中隔墻厚 圖 Ⅴ 級(jí)圍巖襯砌斷面圖 B=（推薦方案） 方案二：中隔墻厚 二 O一三屆土木工程（巖土 與 地下 結(jié)構(gòu) 工程方向）畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 圖 Ⅴ 級(jí)圍巖襯砌斷面圖 B=（比選方案） 洞身襯砌穩(wěn)定性驗(yàn)算 為了選出合適經(jīng)濟(jì)的中隔墻厚度，采用同濟(jì)曙光對(duì)兩個(gè)方案的洞身襯砌進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，通過對(duì)比兩個(gè)方案的內(nèi)力與位移變形量，得出兩個(gè)方案的安全系數(shù)，以此比選出安全經(jīng)濟(jì)的方案。 方案一： 采用同濟(jì) 曙光程序?qū)λ淼蓝我r砌進(jìn)行驗(yàn)算 建模參數(shù)： 圍巖：變形模量 E= 泊松比 μ= 重度 γ=19KN/m3 粘聚力 c= 摩擦角 φ=45176。 錨桿：長度 L= 直徑 ? =22mm 彈性模量 E=210GPa 間距 8080cm 二次襯砌（梁單元）： C25混凝土：彈性模 量 E= 厚度 50mm 重度 γ=23KN/m3 有限元模型 陳攀 ： 趙家 隧道設(shè)計(jì) 26 圖 方案一有限元模型 圍巖壓力 （ 1）計(jì)算參數(shù)： 隧洞埋深： m 水平側(cè)壓力與垂直壓力的比： θ /φ (計(jì)算θ時(shí)的系數(shù) )： 附加荷載修正系數(shù)： m （ 2）圍巖壓力折減系數(shù)： 頂部： 左側(cè)： 底部： 右側(cè)： （ 3）圍巖壓力： 垂直均布?jí)毫Γ? kN/m^2 左上水平側(cè)壓力： kN/m^2 左下水平側(cè)壓 力： kN/m^2 右上水平側(cè)壓力： kN/m^2 右下水平側(cè)壓力： kN/m^2 （ 4）中隔墻上部圍巖壓力： 塊體自重： kN/m^2 附加壓力： kN/m^2 右上水平側(cè)壓力： kN/m^2 二 O一三屆土木工程（巖土 與 地下 結(jié)構(gòu) 工程方向）畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 左上水平側(cè)壓力： kN/m^2 右下水平側(cè)壓力： kN/m^2 左下水平側(cè)壓力： kN/m^2 內(nèi)力計(jì)算極限值 表 方案一內(nèi)力極值表 極值類型 單元編號(hào) 軸力 N(kN) 彎矩M() Nmax 221 Nmin 77 Mmax 177 Mmin 95 節(jié)點(diǎn)位移計(jì)算結(jié)果 表 方案一節(jié)點(diǎn)位移結(jié)果表（節(jié)選） 節(jié)點(diǎn) X(mm) Y (mm) Disp(mm) 節(jié)點(diǎn) X(mm) Y (mm) XY(mm) 1 318 2 319 3 320 4 321 5 322 6 323 7 324 8 325 9 326 10 327 11 328 12 329 13