(整理)隧道工程课程设计轮廓优化断面设计资料

目录题目：隧道工程课程设计.............................................................................................................. - 3 -一、设计依据.................................................................................................................................. - 3 -二、设计资料.................................................................................................................................. - 3 -三、隧道方案比选说明.................................................................................................................. - 3 -1.平面位置的确定................................................................................................................... - 3 -2.纵断面设计........................................................................................................................... - 4 -3.横断面设计........................................................................................................................... - 4 -四、二次衬砌结构计算.................................................................................................................. - 4 -1.基本参数............................................................................................................................... - 4 -2.荷载确定............................................................................................................................... - 4 -3.计算衬砌几何要素............................................................................................................... - 5 -4.载位移—主动荷载在基本结构中引起的位移................................................................... - 7 -5.外荷载在基本结构中产生的内力....................................................................................... - 8 -6.主动荷载位移..................................................................................................................... - 10 -7.载位移—单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移..................................................... - 11 -四、墙底（弹性地基梁上的刚性梁）位移................................................................................ - 14 -五、解力法方程............................................................................................................................ - 15 -六、计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力................................................................ - 16 -七、最大抗力值的求解................................................................................................................ - 17 -八、计算衬砌总内力.................................................................................................................... - 18 -1.相对转角的校核................................................................................................................. - 19 -2.相对水平位移的校核按下式计算..................................................................................... - 19 -九、衬砌截面强度检算................................................................................................................ - 20 -1.拱顶..................................................................................................................................... - 20 -2.墙底偏心检查..................................................................................................................... - 20 -十、内力图.................................................................................................................................... - 21 --21-- 1 -- 2 -隧道工程课程设计一、设计依据本设计根据《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）,《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）进行设计和计算。

盾构隧道断面设计及优化盾构隧道断面设计及优化是隧道工程中的关键环节，它直接影响到隧道的安全性、稳定性和施工效率。

本文将从盾构隧道断面设计的基本原则、断面形状的选择和优化方案等方面进行详细说明。

一、盾构隧道断面设计的基本原则：1. 安全性原则：断面设计应保证隧道在各种荷载作用下的安全性，满足相关的安全标准和规范要求。

2. 稳定性原则：断面设计应使隧道具有足够的稳定性，能够承受地质条件变化和地下水渗透等不利因素的影响。

3. 施工性原则：断面设计应考虑到盾构机的施工要求，便于施工作业的顺利进行。

二、盾构隧道断面形状的选择：1. 地质条件：根据隧道所处地质条件的不同，可以选择圆形、马蹄形、椭圆形、矩形等不同形状的断面。

对于稳定性要求较高的地质条件，通常选择圆形或马蹄形断面。

2. 施工方法：根据盾构机的类型和施工方法的不同，可以选择不同形状的断面。

例如，对于顶管盾构机施工，通常选择圆形断面；对于盾构螺旋循环法施工，可以选择椭圆形断面。

三、盾构隧道断面优化方案：1. 强度优化：通过合理的断面形状和钢筋布置等措施，优化隧道的强度，提高其承载能力和抗震性能。

2. 宽度优化：根据隧道的使用要求和地质条件等因素，优化隧道的宽度，使其能够满足交通运输或其他功能的需要。

3. 渗流优化：通过合理的断面形状和防水措施等手段，优化隧道的渗流条件，降低地下水渗透的风险。

4. 施工优化：在断面设计中考虑盾构机的施工要求，优化隧道的施工性能，提高施工效率和质量。

综上所述，盾构隧道断面设计及优化是一个复杂的过程，需要综合考虑地质条件、施工要求和功能需求等因素。

通过合理选择断面形状和优化设计方案，可以提高隧道的安全性、稳定性和施工效率。

因此，在进行盾构隧道工程时，合理的断面设计和优化是至关重要的。

目录第一章课程设计任务书--------------------------------------------------1 第二章拟定隧道的断面尺寸--------------------------------------------3 第一节隧道的建筑限界-----------------------------------------------3 第二节隧道的衬砌断面-----------------------------------------------4 第三章隧道的衬砌结构计算--------------------------------------------5 第一节基本资料--------------------------------------------------------5 第二节荷载确定--------------------------------------------------------5 第三节衬砌几何要素--------------------------------------------------5 第四节计算位移--------------------------------------------------------9 第五节解力法方程----------------------------------------------------16 第六节计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力-------17 第七节最大抗力值的求解-------------------------------------------18 第八节计算衬砌总内力----------------------------------------------18 第九节衬砌截面强度验算-------------------------------------------19 第十节内力图----------------------------------------------------------20第一章课程设计任务书一、目的和要求1、课程设计是《隧道工程》课程教学的重要实践性环节，是使学生熟练掌握隧道设计计算原理和计算方法的重要内容，为进一步的毕业论文和设计打下基础。

目录一：隧道断面拟定-------------------------------------- - 4 -二：荷载确定 ................................................................................ - 4 -三、衬砌几何要素 ........................................................................ - 5 -四、计算位移 ................................................................................ - 7 -五、解力法方程 .......................................................................... - 16 -σ=）分别产生的六、计算主动荷载和被动荷载（1h衬砌内力 ...................................................................................... - 17 -七、最大抗力值的求解.............................................................. - 18 -八、计算衬砌总内力.................................................................. - 19 -九、衬砌截面强度检算.............................................................. - 20 -十、内力图 .................................................................................. - 21 - 十一、截面轴力验算.................................................................. - 22 -一：隧道断面拟定已知条件：车速：80km/h；围岩等级：IV类；隧道埋深H=160m; 根据公路等级设定建筑限界隧道内轮廓采用标准断面，如下图所示：横向人行通道设计内轮廓图如下：图3.3 隧道v=80km/h 时内轮廓标准断面（单位：mm)200176AB CDR 5431R 793R 793R 1001.5%A=17 42'08"B=12 49'51"C=14 36'29"D=59 28'01"R 1500160,2O 1O 2O 2O 3衬砌中心线行车道中线12,5图3.4 人行横向通道内轮廓图（单位：cm)22010250505035010二：荷载确定1、浅埋和深埋隧道的确定 H>Hq=2.5hq=15.29m 所以该隧道为深埋隧道2、根据围岩压力计算公式：60.452σγω-=⨯s z（4.1）计算围岩竖向均布压力：60.452γω-=⨯s q （4.2）式中：s ——围岩类别，此处s=3；γ——围岩容重，此处γ=21.5KN/m3；ω——跨度影响系数m 1(5)ω=+-i l毛洞跨度m l =10.86+2⨯0.5+2⨯0.065=11.99m其中0.065m 为一侧平均超挖量m l =11.99>5m ，i =0.1，此处ω=1+0.1（11.99-5）=1.699。

本科生课程设计课程名称隧道工程学部理工农学部目录第一部分隧道主体结构设计任务书 (1)一．课程设计题目 (1)二．适用专业、班级、时间 (1)三．课程设计目的及任务 (1)四．设计方法与步骤 (5)五．时间及进度安排 (5)六．建议参考资料 (5)第二部分隧道主体结构计算书 (6)2.1 建筑限界 (6)2.1.1 一般规定 (6)2.1.2 隧道总体设计原则 (6)2.1.3 隧道设计技术标准 (6)2.1.4 隧道建筑限界图 (7)2.2 内轮廓图确定 (8)2.3 隧道洞口的设计 (9)2.3.1 洞门形式的选择 (9)2.3.2 洞门构造要求 (9)2.3.3 验算满足条件 (10)2.3.4 洞门结构设计计算 (10)2.4 初期支护设计 (14)2.4.1 支护形式的选择及参数确定 (14)2.4.2 Ⅲ级围岩的初期支护设计 (15)2.4.3 初期支护设计及验算 (17)2.5 二次衬砌的计算 (25)2.6施工组织设计 (26)2.6.1编制说明 (26)2.6.2工程概况 (26)2.6.3工程特点、难点及施工措施 (27)2.6.4施工总体部署 (27)2.6.5 施工组织机构 (28)2.6.6 施工组织流程 (29)附图 (30)1、建筑限界图、内轮廓图 (30)2、洞口立面图 (30)3、洞口侧面图 (30)4、复合式衬砌断面布置图 (30)第一部分隧道主体结构设计任务书一．课程设计题目隧道主体结构设计二．适用专业、班级、时间张家界学院学院建筑工程专业三．课程设计目的及任务（一）设计目的：通过本设计掌握：①建筑限界和内轮廓图；②隧道洞口的设计；③隧道洞身的设计及二次衬砌的验算；④施工组织设计。

（二）设计任务：1.设计资料（1）隧道总体概况已知隧道为山岭两车道公路隧道，示意简图如图1.1所示。

整个隧道原本分为左右线，并且左右线都为相向施工，但本次课程设计只要求设计单洞单向施工到达贯通位置的情况，只要求设计主洞的一般断面，不要求设计紧急停车带与横洞等附属洞室。

隧道⼯程课程设计轮廓优化断⾯设计实例⼀2.2 隧道横断⾯优化设计2.2.1概述公路隧道横断⾯设计，除满⾜隧道建筑限界的要求外，还应考虑洞内路⾯、排⽔、检修道、通风、照明，消防、内装、监控等设施所需要的空间，还要考虑仰拱曲率的影响，并根据施⼯⽅法确定出安全、经济、合理的断⾯形式和尺⼨。

10多年来，我国公路隧道建设规模扩⼤，各地在设计隧道横断⾯时标准不统⼀，隧道轮廓有采⽤单⼼圆的，有三⼼圆的，既有尖拱⼜有坦拱，曲率不⼀。

甚⾄，同⼀公路上出现⼏种内轮廓的断⾯，这既影响洞内设施的布置，⼜不利于施⼯时衬砌模版的制作。

⽽在国外和我国的铁路隧道中，已推动了断⾯的标准化。

经过多年的⼯程实践和内⼒分析，我们认为，应该采⽤拱部为单⼼圆，侧墙为⼤半径圆弧，仰拱与侧墙间⽤⼩半径圆弧连接。

对于同⼀隧道，应该采⽤相同的内轮廓形式。

根据隧道断⾯应具有适应应⼒流和变形的合理形状，同时要适应围岩条件、净空要求。

本隧道的围岩级别为Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级，按规范要求，需要设置仰拱，同时要求设计为两车道，所以采⽤三⼼圆断⾯设计。

2.2.2 影响隧道衬砌结构内轮廓线的因素这⾥所指的隧道横断⾯是隧道衬砌和基底围岩或仰拱所包围部分的⼤⼩和形状。

公路隧道不仅要提供汽车⾏使的空间，还要满⾜舒适⾏使、交通安全、防灾等服务的空间。

因此，隧道的断⾯不仅要满⾜要求的道路宽度及建筑限界，还要有设置通风、照明、内装、排⽔、标志等的设置空间，也要确保维修检查的监视员通道的设置空间。

所考虑的因素有[3]：1. 须符合前述的隧道建筑限界要求，结构的任何部位都不应侵⼊限界以内，应考虑通风、照明、安全、监控等内部装修设施所必需的富余量；2.施⼯⽅法，确定断⾯形式及尺⼨有利于隧道的稳定；3. 从经济观点出发，内轮廓线应尽量减⼩洞室的体积，即使⼟⽯开挖量和圬⼯量最省；4. 尽量平顺圆滑，以使结构受⼒及围岩稳定均处于有利条件；5. 结构的轴线应尽可能地符合荷载作⽤下所决定的压⼒线。

2019隧道工程课程设计轮廓优化断面设计1 实例一2.2 隧道横断面优化设计2.2.1概述公路隧道横断面设计，除满足隧道建筑限界的要求外，还应考虑洞内路面、排水、检修道、通风、照明，消防、内装、监控等设施所需要的空间，还要考虑仰拱曲率的影响，并根据施工方法确定出安全、经济、合理的断面形式和尺寸。

10多年来，我国公路隧道建设规模扩大，各地在设计隧道横断面时标准不统一，隧道轮廓有采用单心圆的，有三心圆的，既有尖拱又有坦拱，曲率不一。

甚至，同一公路上出现几种内轮廓的断面，这既影响洞内设施的布置，又不利于施工时衬砌模版的制作。

而在国外和我国的铁路隧道中，已推动了断面的标准化。

经过多年的工程实践和内力分析，我们认为，应该采用拱部为单心圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。

对于同一隧道，应该采用相同的内轮廓形式。

根据隧道断面应具有适应应力流和变形的合理形状，同时要适应围岩条件、净空要求。

本隧道的围岩级别为Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级，按规范要求，需要设置仰拱，同时要求设计为两车道，所以采用三心圆断面设计。

2.2.2 影响隧道衬砌结构内轮廓线的因素这里所指的隧道横断面是隧道衬砌和基底围岩或仰拱所包围部分的大小和形状。

公路隧道不仅要提供汽车行使的空间，还要满足舒适行使、交通安全、防灾等服务的空间。

因此，隧道的断面不仅要满足要求的道路宽度及建筑限界，还要有设置通风、照明、内装、排水、标志等的设置空间，也要确保维修检查的监视员通道的设置空间。

所考虑的因素有[3]：1. 须符合前述的隧道建筑限界要求，结构的任何部位都不应侵入限界以内，应考虑通风、照明、安全、监控等内部装修设施所必需的富余量；2.施工方法，确定断面形式及尺寸有利于隧道的稳定；3. 从经济观点出发，内轮廓线应尽量减小洞室的体积，即使土石开挖量和圬工量最省；4. 尽量平顺圆滑，以使结构受力及围岩稳定均处于有利条件；5. 结构的轴线应尽可能地符合荷载作用下所决定的压力线。

《隧道工程》课程设计任务书一基本资料1、工程概况：大云隧道位于某低山丘陵区。

设计行车速度：80km/h2、地形地质条件施工地段属亚热带湿润季风气候区，属于剥蚀山丘地区，年均降雨量约1300mm。

3、设计标准设计等级：高速公路单向二车道；地震设防烈度：6级二内轮廓的设计1根据设计资料：设计等级：高速公路单向二车道，由《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）4.3.2有：高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的独立双洞。

对于Ⅲ级围岩，容重 =23.5KN/m3，围岩的弹性抗力系数K=1000MPa,得出各断面内轮廊如下图：图3.3 隧道v=80km/h时内轮廓标准断面（单位：mm)横向人行通道设计内轮廓图如下：三衬砌的支护设计1初期支护初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用，根据不同围岩级别区别组合。

锚杆支护采用全长粘结锚杆。

由工程类比法，结合《公路隧道设计规范》，初期支护喷射混凝土材料采用C20级混凝土，支护参数如下表：隧道围岩级别ⅢⅣ 级浅埋喷射混凝土厚度cm锚 杆 cm钢筋网钢拱架拱墙仰拱位置长度间距材料杆体15252530----拱墙拱墙拱墙拱墙2.53.03.04.01.21.01.00.820MnSi钢筋20MnSi钢筋20MnSi钢筋20MnSi钢筋@25 25拱墙@20 20拱墙@20 20拱墙@25 25拱墙(双层）---拱、墙仰 拱表4.1 初期支护参数表Ⅴ级Ⅳ2二次衬砌二次衬砌采用现浇模筑混凝土，利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。

图3.4 人行横向通道内轮廓图（单位：cm)二次衬砌厚度设置如下表：注：钢筋面积为纵向每1m 的钢筋面积。

四围岩压力的计算1计算断面参数确定隧道高度h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量 隧道跨度b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量 2荷载确定（一）根据围岩压力计算公式：60.452σγω-=⨯s z计算围岩竖向均布压力：60.452γω-=⨯s q式中：s ——围岩类别，此处s=4；γ——围岩容重，此处γ=23.5KN/m3；ω——跨度影响系数m 1(5)ω=+-i l毛洞跨度m l =10.86+2⨯0.5+2⨯0.065=11.99m其中0.065m 为一侧平均超挖量m l =11.99>5m ，i =0.1，此处ω=1+0.1（11.99-5）=1.699。

《隧道工程》课程设计一目的和任务课程设计是专业课教学计划中的重要环节。

通过该教学环节使学生对所学的理论知识有更深的认识与提高，并应用于实际工程设计，巩固本课程所学知识，提高学生分析问题和解决问题的能力。

二设计要求①必须按照设计任务书的要求完成全部规定内容，严格遵守国家颁布的有关技术规范和规程。

②设计图件采用计算机或铅笔绘制，要求线条清晰，整洁美观，符合有关建筑制图规范。

③说明书一律用碳素墨水抄写公正，文句通顺，简明扼要，文中计量单位一律采用国家标准。

三设计资料船溪隧道进口位于新晃县杉木塘村，出口位于新晃县兴隆乡龙马田村。

本隧道所处路段为双向四车道高速公路，隧道建筑限界按80km/h行车速度确定。

为分离式单向行车双线隧道。

隧道左线起汽桩号为2K69+840~2K71+770，全长1930m，右线汽桩号为YK69+870~YK71+835，全长1965m，按隧道分类左、右线均属长隧道；左线隧道位于R=3000m的圆曲线内，右线隧道位于R=35000m的圆曲线内。

左右线均不设置超高。

左线位于1.1%的上坡与0.66%的下坡，竖曲线半径R=3500m 竖曲线上，右线位于1.1%的上坡与0.66%的下坡，竖曲线半径R=35000m的竖曲线上。

隧址位于湖南省新晃县波洲镇与兴隆乡境内，属于低山区地貌，地形起伏较大，隧道穿越二道冲沟，隧道最大埋深约188m，隧道进口及出口山体坡度较大，约40°~50°，隧道进口及洞身上坡上遍布杉树、灌木，出口山坡植被较少。

根据国家质量技术监督局于2001年2月2日发布的《中国地震动参数区划图》查得：隧道区地震动反应谱特征周期为0.35s；地震动峰值加速度小于0.05g，参照其附录D。

地震基本烈度小于Ⅵ度，由于勘察场地地形起伏较大，应考虑地形对地震动参数的放大作用。

该勘察区属亚热带季风气候区，气候温和湿润，雨量充沛。

12月至翌年1月为枯水期，降水量最小，从2月份起见增。