三架岭V级围岩隧道课程设计课件.docx
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三架岭V级围岩隧道课程设计课件.docx
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三架岭V级围岩隧道课程设计课件
第一章:
工程概况4
1.1隧道位置4
1.2隧道工程的地质概况4
1.3隧道设计标准及遵循规范4
第二章:
隧道整体设计4
2.1一般规定及设计原则..................................................................................................4
2.2隧道横断面设计原则..................................................................................................5
2.3隧道建筑限界..............................................................................................................6
2.4隧道衬砌内轮廓..........................................................................................................7
第三章:
隧道洞身初期支护设计.............................................................................................9
3.1支护形式的选择及参数确定......................................................................................9
3.2初期支护设计相关参数............................................................................................11
第四章:
隧道施工方案设计...................................................................................................12
4.1施工方案设计............................................................................................................12
4.2辅助施工设计............................................................................................................13
4.3隧道钻爆设计............................................................................................................15
第五章:
隧道辅助设计...........................................................................................................28
5.1仰拱及回填................................................................................................................28
5.2水沟电缆槽................................................................................................................28
5.3洞内路面....................................................................................................................29
5.4施工通风....................................................................................................................29
5.5施工用水和风............................................................................................................29
第六章:
隧道设计总结...........................................................................................................30
《隧道工程》课程设计
设计题目:
三架岭(V级围岩)隧道课程设计
专业班级:
土木(隧道)122
专业土木(隧道与地下工程)
学号:
1205030202
姓名:
米志远
指导教师:
曹志军
大连交通大学土木与安全工程学院
2014年11月8日
《隧道工程》课程设计任务书
专业班级土木(隧道)122姓名米志远学号1205030202分组第8组
开始日期:
2014年12月22日完成日期:
2015年1月4日
题目三架岭(V级围岩部分)隧道工程设计
一、设计的目的
(1)掌握隧道衬砌结构设计;
(2)掌握隧道施工方法;
(3)掌握隧道钻爆设计过程;
二、设计的内容及要求
(1)根据提供的隧道工程设计区段条件,采用工程类比法设计隧道衬砌横断面,确定衬砌断面形状及各部尺寸,绘制隧道内轮廓图及隧道复合衬砌结构图;
(2)根据所确定的隧道断面及其它工程条件,制定隧道施工方案,确定相应断面开挖和支护方法并绘制相应施工断面图;
(3)针对所确定的开挖方法,确定各炮眼类型的炮眼数目;编制钻爆参数表;绘制钻爆设计图;绘制爆破网络图。
(4)上交设计说明书及按比例绘制的隧道设计图纸一套。
详见《隧道工程课程设计要求》。
三、隧道工程及设计区段概况
详见所给设计资料。
四、指导教师评语
五、成绩
指导教师(签章)
年月日《隧道工程》课程设计要求
一、课程设计撰写内容与要求
1.题目:
按设计任务拟定,如:
xxx隧道工程(x级围岩部分)设计,要求简短、明确,不超过20个字。
2.正文目录:
按二级标题编写(即:
1……、1.1……),一般控制在一页。
3.说明书正文:
清晰全面表述自己的设计,结合设计内容,以下内容必须阐述清楚:
(1)课程设计题目、涉及的隧道工程概况及相关设计条件;
(2)隧道衬砌横断面设计情况,重点说清所设计的隧道内轮廓净空大小形状及各部尺寸、衬砌类型及结构,并绘图表示,注意采用什么材料、材料的规格尺寸及强度等级等必须说明,并且是学生本人的设计确定采用的,不得含糊不清,不得使用应如何、宜如何等表述;
(3)隧道开挖与支护等基本施工方案,必须包括隧道开挖与支护方法、施工工序及开挖断面图,开挖断面图须标注尺寸,这个尺寸与衬砌设计外轮廓不同,与内轮廓更不同;复合衬砌隧道采用全断面开挖初期支护在隧道衬砌断面拟定中可以反应出来的可以不画出支护措施,其它开挖方法必须说明支护措施并画图(支护措施图)表示,注意说明采用什么材料、材料的规格尺寸及强度等级等必须说明,并且是学生本人的设计确定采用的,不得含糊不清,不得使用应如何、宜如何等表述。
(4)隧道钻爆设计,包括教材第七章第二节钻爆设计和钻爆施工的各项内容,确定各炮眼类型的炮眼数目;编制钻爆参数表;绘制钻爆设计图;绘制爆破网络图。
4.参考文献:
将课题研究中参考过的主要文献列出。
5.设计图纸:
主要包括以下图纸①隧道内轮廓图及隧道复合衬砌结构图;②断面开挖和支护方法施工断面图;③钻爆炮眼设计图及爆破起爆系统网络图。
设计图纸必须按比例绘制,如1:
100,选用适当线型,标注相关尺寸,有图名、图框、图标等必要内容,所有表示方法按公路或铁路制图标准和习惯,字体大小、线型粗细要协调美观。
会签栏部分按课程设计实际注明班级学号、同组人员、指导教师等。
采用手绘或计算机绘图。
6.附录:
不宜放在正文中,但有参考价值的内容,编入附录中。
二、课程设计说明书编写格式
1.基本要求:
·纸 张:
A4,单面打印
·页边距:
上2.5cm,下2.5cm,左2.5cm、右2.5cm
页眉:
1.5cm,页脚:
1.75cm,左侧装订
·行 距:
固定值20磅
·页 码:
页面底部居中、宋体、小五、数字1,2,3等
2.目录
·标题“目录”(三号、黑体、居中)
·一级标题(小四号、宋体、加黑)
·二级标题(小四、宋体)
·页码(小四、宋体)
3.说明书正文
·页眉:
大连交通大学《隧道工程》课程设计(居中、小五、黑体);
·一级标题(三号、黑体、居中)
·二级标题(四号、黑体、居左)
三级标题(小四、宋体、加黑、居左)
四级及以下标题(小四、宋体)
·正文:
小四、宋体
注意:
说明书文字部分字形、字号、段落等格式要一致,首行缩进两个字。
各级标题符号符合常用表达习惯。
插图在说明书有要有交代,必须要有图名并编号,图名在插图下方居中,五号宋体,表达设计意图的插图应使用cad图纸复制粘贴,白色背景,按比例有尺寸,不得使用截图或图片形式;示意图除外。
表格必须有表名并编号,表名位于表格上方居中,五号宋体,表格边框应整齐一致,单元格格式应一致,字体大小适中,使表格中文字排列整齐有序,表格内容要完整,原则上同一表格在一页打完,不允许分页打印,如表格较大,一页打不完,可以跨页打印,但第二页要标注续表并有表头。
4.标题“参考文献”(四号、黑体、居中):
·参考文献的著录,在行文中引用的地方标号。
一般以出现的先后次序编号,编号以方括号括起,放在右上角,如[1],[3~5],然后在“参考文献”一节中,按标号顺序一一说明文献出处。
·示例如下:
(字体为五号、宋体)
期刊类:
[序号]作者1,作者2,……作者n.文章名[J].期刊名,出版年,卷次(期次):
论文在刊物中的页码
图书类:
[序号]作者1,作者2,……作者n.书名[M].出版地:
出版者,出版年
会议论文集:
[序号]作者1,作者2,……作者n.论文名[A].论文集名[C],出版地:
出版者,出版年,论文在刊物中的页码
三、课程设计图纸格式
图纸大小采用A3纸,横向打印,设计图纸具体格式按设计题目分别按《道路工程制图标准》或《铁路工程制图标准》绘制,图纸具体内容按前述设计图纸内容要求。
四、课程设计资料的组成、装订
课程设计内容(含图纸),由学生装订。
一般应按课程设计封面→任务书(附件页不必打印装订)→目录→正文→参考文献(或资料)→附录→图纸(图纸按国标折叠成A4装订格式)→封底的顺序装订成册。
第一章工程概况
1.1隧道位置
三架岭公路隧道是辽宁本(溪)桓(仁)线卧龙至小市一级公路改建工程的主体工程,为辽宁省重点工程。
1.2隧道工程的地质概况
隧道洞体穿越地层岩性为中、下寒武系页岩、灰岩、、砂岩等。
围岩中的张夏组鲕粒灰岩、馒头组膏溶角砾岩、灰岩等均属于富水性较强的岩层。
F1、F2、F3、F4、F5扭性断层和F6压性断层均全部通过隧道,岩心多较破碎,且严重漏水,断层带富水性很强。
隧道围岩级别为Ⅲ级。
隧道区附近沟谷纵横交错,断层带透水性很强,这些断层均切割区内所有地层,将各水层连通,隧道区水文地质条件中等到复杂。
1.3隧道设计标准及遵循规范
1.3.1公路等级一级公路
设计行车速度60km/h
隧道建筑限界
隧道净宽9.75m(3.50×2+0.75+0.5+0.75+0.75)
隧道净高5.0m
1.3.2遵循规范
(1)《公路隧道设计规范》JTGD70-2004
(2)《公路工程技术标准》JTGB01-2003
(3)《公路隧道设计细则》JTG/TD70-2010
(4)《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001))
第二章隧道整体设计
2.1一般规定与设计原则
2.1.1一般规定
隧道设计应满足公路交通规划的要求,其建筑限界、断面净空、隧道主体结构以及通风、照明等设施,应按《公路工程技术标准(JTGB01-2003)》规定的预测交通量进行设计。
当近期交通量不大时,可采取一次设计分期修建。
2.1.2设计原则
(1)在地形、地貌、地质、气象、社会人文和环境等调查的基础上,综合比选隧道各轴线方案的走向、平纵线形、洞口位置等,提出推荐方案。
(2)地质条件很差时,特长隧道的位置应控制路线走向,以避免不良地质地段;长隧道的位置亦尽可能避开不良地质地段,并与隧道的走向综合考虑;中、短隧道可服从路线走向。
(3)根据公路等级和设计速度的确定车道数和建筑限界。
在满足隧道功能和结构良好的前提下,确定经济合理的断面内轮廓。
(4)隧道内外平、纵线形应协调,以满足行车的安全、舒适要求。
(5)根据隧道长度、交通量及其构成、交通方向以及环保要求等,选择合理的通风方式,确定通风、照明、交通监控等要点设施的设置规模。
必要时特长隧道应做防火专项设计。
(6)应结合公路等级、隧道长度、施工方法、工期和营运要求,对隧道内外排水系统、消防结合系统、辅助通道、弃渣处理、管道设施、交通工程措施、环境保护等作综合考虑。
(7)当隧道与相邻建筑物互有影响时,应在设计与施工中采取必要的措施。
2.2隧道横断面设计原则
隧道横断面设计原则如下所示:
(1)隧道限界高度
高速公路、一级公路、二级公路取5m;三、四级公路取4.5m。
(2)余宽设置
当设置检修道和人行道时,不设余宽;当不设置检修道或人行道时,应设不小于25cm的余宽。
公路等级
设计速度(KM/h)
车道宽度W
侧向宽度L
余宽C
人行道R
检修道J
隧道建筑限界净宽
左侧
右侧
设检修道
设人行道
不设检修人行道
高速公路一级公路
120
3.75*2
0.75
1.25
0.75
0.75
11.00
100
3.75*2
0.5
1.00
0.75
0.75
10.50
80
3.75*2
0.5
0.75
0.75
0.75
10.25
60
3.50*2
0.5
0.75
0.75
0.75
9.75
二级公路三级公路四级公路
80
3.75*2
0.75
0.75
1.00
11.00
60
3.50*2
0.5
0.5
1.00
10.00
40
3.50*2
0.25
0.25
0.75
9.00
30
3.25*2
0.25
0.25
0.25
7.50
20
3.00*2
0.25
0.25
0.25
7.00
(3)隧道路面横坡
当隧道为单向交通时,应取单面坡,当隧道为双向交通时,可取双面坡,坡度应根据隧道的长度,平、纵线形等因素综合分析确定,一般可采用1.5%─2.0%。
当路面采用单面坡时,建筑限界底边线应与路面重合;当采用双面坡时,建筑限界底边线应水平置于路面最高处。
(4)单车道四级公路的隧道应按双车道四级公路修建。
(5)隧道内轮廓设计
隧道内轮廓设计除了应满足隧道限界的规定外,还应满足洞内路面、排水设施、装饰的要求,并为通风、照明、消防、监控管理等设施提供安装空间,同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量,使确定的断面形式及尺寸符合安全经济、合理的原则。
(6)公路隧道的建筑限界
公路隧道的建筑限界,不仅要提供汽车行驶的空间,还要考虑汽车行驶的安全、快捷、舒适和防灾,因此要求设计中应充分研究各种车道的与公路设施之间所处的空间关系,任何部件(包括通风、照明、安全、监控和内装饰等附属设施)均不得侵入隧道建筑限界之内。
(7)公路隧道建筑界限横断面组成最小宽度(单位m)
2.3隧道建筑界限
三架岭公路隧道为单向双车道,设计时速为60km/h,如上图.根据的有关规定:
隧道建筑限界高度:
H=5.0m;检修道高度:
h=0.5m;车道宽度:
W=3.50×2m;左侧向宽度:
LL=0.5m;右侧向宽度:
LR=0.75m;左顶角宽度:
EL=0.5m;右侧向宽度:
ER=0.75m;检修道左侧:
J=0.75m;检修道右侧:
J=0.75m;路面坡度:
i=1%;隧道建筑限界净宽:
9.75m。
2.4隧道衬砌内轮廓设计
根据《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)规定,隧道的内轮廓拱部为半径R1=514cm的半圆,侧墙也为半径R1=764cm圆弧,仰拱圆弧半径R3=1500cm,仰拱与侧墙间用一个小半径R2=100cm的圆弧连接。
两车道的60km/h内轮廓图如图:
紧急停车带示意图:
第三章隧道洞身初期支护设计
3.1支护形式的选择及参数确定
由于该公路隧道为高速公路隧道,Ⅱ级围岩自稳能力较好洞条件较好。
根据公路使用要求,隧道围岩地质条件和施工条件,按照按照《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)中衬砌结构设计规定,按新奥法原理设计,该公路隧道应采用复合式衬砌,即由初期支护和二次衬砌及中间夹防水层组合而成的衬砌形式,其中初期支护采用喷、锚、网、钢拱架支护。
工程类比法公路隧道锚、喷、网、钢拱架的相关参数见下规范表4.1.2-1(摘自《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001))
按照规范V级围岩,跨度为5~10米的毛洞采用
(1)150~200mm厚钢筋网喷射混凝土,设置2~3米长的锚杆。
3.2初期支护设计相关参数
该隧道锚杆设计采用全长粘结型锚杆,沿隧道开挖轮廓线径向布置,设计为按梅花型方式布置。
考虑该隧道为高速公路隧道,隧道围岩地质条件和施工条件,按《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)设计喷射混凝土内布置钢筋网。
由于本隧道的围岩分级为Ⅲ级。
考虑到锚杆的衬托,各级围岩均采用钢拱架支护具体见表5.1。
因在隧道中设置了紧急停车带,断面增大,所以该处的径向系统锚杆长度为3.5m,间距为100cmX100cm,喷射混凝土厚度为15cm.
初期支护参数表
项目
单位
围岩级别
Ⅲ
Ⅳ
V
喷射混凝土
C25防水混凝土
cm
10
22
26
径向锚杆
直径
mm
Φ22
Φ25
Φ25
长度
cm
250
300
300
锚杆布置
cm
120×120
100×100
100×100
钢筋网
直径
mm
φ6
φ6
φ8
钢筋布置
cm
25×25
25×25
25×25
钢拱架
类型
--
--
I16
I20
间距
cm
--
100
50
采用V级围岩的标准数据对隧道进行二次衬砌支护,混凝土锚杆支护如图所示:
第四章.隧道施工方案设计
4.1施工方案设计
本隧道主要以Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩为主兼有断层,地质条件较差,隧道设计施工以新奥法理论基础,确定本隧道掘进施工原则为:
弱爆破、短进尺、少扰动、早喷锚、强支护、勤量测、紧封闭。
新奥法理论要点如下:
(1)围岩是主要的承载单元,应充分保护围岩,采用控制爆破或机械开挖。
(2)允许围岩变形,但又要限制围岩变形,采用柔性支护,及时喷锚。
(3)进行监控量测,修正施工方法、支护参数。
(4)采用复合式衬砌,防止渗漏,减小而衬开裂。
(5)及时封闭,隧道断面形状尽量圆滑,避免拐角处应力集中。
三架岭隧道围岩属III级围岩,初步设计应用全断面开挖法;隧道围岩属IV级围岩,初步设计应用台阶法中的短台阶法开挖;隧道围岩属V级围岩,初步设计应用分部开挖法中的环形开挖预留核心土法。
其中V级围岩的环形开挖预留核心土法,施工顺序为:
人工或单臂掘进机开挖环形拱部,架立钢支撑,挂钢丝网,喷射混凝土。
在拱部初期支护保护下,开挖核心土和下半部,随即接长边墙钢支撑,挂网喷射混凝土并进行封底。
根据围岩变形适时施做二次衬砌。
施工开挖前在拱部设计的开挖轮廓线以外,进行超前支护,正式施工时,环形开挖进尺设计为1.0m,开挖后及时施做喷锚支护,安设钢架支撑,每俩桁架之间采用连接钢筋连接,并加锁脚锚杆。
环形开挖预留核心土法的施工横断面和纵断面示意图如下:
4.2辅助施工设计(围岩预支护设计)
隧道采用的辅助施工措施主要有如下几项:
(1)超前长管棚:
设于两端洞口,通过注浆提高围岩自身承载能力,提高岩体对结构的弹性抗力,改善结构受力条件。
管棚钢管均采用直径108×6mm热轧无缝钢管,环向间距50cm。
接头用长15cm的丝扣直接对口连接。
相邻钢管接头数至少应错开1m。
(2)超前小导管:
设置在隧道洞内无长管棚支护的Ⅴ级围岩地段,采用外径42mm,壁厚3.5mm,长400cm的普通钢管,在钢管距尾端1m范围外钻直径6mm压浆孔。
钢管环向间距40cm,外插角控制在10~15度左右,尾端支撑于钢架上,也可以焊接于系统锚杆的尾端,每排小导管的纵向搭接长度至少为1.0m。
(3)超前锚杆:
设置在隧道洞身Ⅳ级围岩浅埋地段。
锚杆采用直径22mm,长350cm的砂浆锚杆,环向间距约40cm,外插角可采用5~15度不等。
采用早强砂浆作为粘结材料,每排锚杆的搭接长度不小于1.0m。
综合上述理论,设计采用超前注浆小导管的预支护手段,具体内容有:
施工开挖前,沿坑道周边,向前方围岩钻孔并安装带孔小导管,或直接打入带孔小导管,并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液,待浆液硬化后,坑道周围岩体就形成了一定厚度的加固圈,在此加固圈下施工作业即可安全施工作业。
超前小导管布置和安装:
小导管钻孔安装前,应对开挖面及5m范围内的坑道喷射5cm厚的混凝土封闭。
小导管采用直径为32mm焊接管制作,长度为5m,前端做成尖锥形,前段管壁上每隔15cm交错钻眼,眼孔直径为6mm。
钻孔直径较管径大40mm,环向间距采用40cm,外插角采用10度。
极破碎围岩或断层地区采用双排管,地下水丰富的地方采用三排管。
最后注意,小导管插入后应外露20cm以便连接注浆管,并用塑胶泥将导管周围空隙封堵密实。
注浆:
a.在断层破碎带等强渗透性地层中,采用料源广且价格便宜的注浆材料b.对于无水的地层,采用单液水泥浆c.对于有水的强渗透地层,采用水泥-水玻璃双浆液。
超前小导管支护示意图如下:
4.3隧道钻爆设计
隧道按照新奥法原理组织施工,Ⅳ级围岩、Ⅲ停段采用台阶法施工;Ⅴ级、Ⅴ
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