隧道设计理论资料(打印)
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隧道建设隧道建设一直是工程领域中的一项重要任务。
隧道可以通过山脉、江河、城市等地形,连接起不同地区,为经济发展和人们生活提供便利。
隧道建设的过程中需要考虑各种因素,包括地质条件、设计方案、施工技术等。
本文将介绍隧道建设的一般步骤和注意事项。
1. 地质勘察在进行隧道建设之前,首先需要进行地质勘察。
地质勘察的目的是了解隧道所经过地层的情况,包括地质构造、岩土性质、地下水等。
通过地质勘察可以为隧道的设计提供重要的参考数据。
2. 隧道设计隧道设计是整个隧道建设过程中的关键环节。
设计师需要根据地质勘察结果和工程要求,制定合理的设计方案。
设计方案应考虑隧道的长度、断面、坡度、支护结构等因素,以确保隧道的安全和稳定性。
3. 施工准备在进行隧道施工之前,需要做好充分的准备工作。
包括选址、清理施工场地、搭建施工设施等。
此外,还需要准备好施工所需的材料、设备和人力资源,确保施工顺利进行。
4. 隧道开挖隧道开挖是隧道建设的核心环节。
根据设计方案,施工人员使用各种机械设备和工具,逐步开挖出隧道的地下空间。
在开挖过程中需要注意地质变化、地下水情况等因素的影响,采取相应的支护措施。
5. 隧道支护隧道支护是保障隧道安全的重要工作。
根据地质条件和设计要求,施工人员在隧道周围进行支护结构的施工。
常见的支护结构包括锚杆、钢架、混凝土喷射等,以加固隧道结构,防止塌方和坍塌。
6. 隧道通风隧道通风是确保隧道内部空气清新的重要措施。
通过设置通风设备和系统,将新鲜空气引入隧道内部,排出废气和尘埃。
良好的通风系统能够提高隧道使用的舒适性和安全性。
7. 隧道完工隧道建设完成后,需要进行验收和检测工作。
相关部门对隧道的结构、通风系统、排水系统等进行检查,确保隧道符合相关标准和规定。
隧道完工后,可以投入使用,为交通运输和城市发展提供便利。
隧道建设是一项复杂而重要的工程任务,需要经过科学规划、精心设计和精细施工。
只有通过不懈努力和严谨执行,才能建设出安全、稳定的隧道,为人们的出行和生活带来便利。
2014 级本科课程设计隧道工程(高速铁路)姓名:李艳学号:20140460111班级:1 班指导老师:郭成超目录1绪论 (4)1.1隧道简介 (4)1.1.1隧道及其分类 (4)1.1.2隧道的作用及其优点 (4)1.1.3隧道工程及其发展 (4)1.1.4新奥法施工 (5)1.2目的和意义 (5)2设计资料 (6)2.1工程概况 (6)2.2工程地质条件 (6)2.2.1地层特性 (6)2.2.2地质构造 (6)2.2.3岩石分级指标 (7)2.3气象及水文地质条件 (8)2.4抗震设计参数及地震效应 (8)2.5区域稳定性评价 (8)2.6不良地质现象 (8)2.7设计标准 (9)2.8计算断面资料 (9)3初步设计 (10)3.1围岩分类 (10)3.2隧道平面设计要点 (10)3.3隧道纵断面设计要点 (10)3.3.1坡道形式 (10)3.3.2坡度大小 (11)3.3.3坡段长度 (12)3.3.4坡段连接 (13)3.4横断面设计要点 (13)3.4.1 净空 (13)3.4.2曲线隧道净空加宽 (13)3.4.3横断面构造 (13)3.5隧道衬砌标准内轮廓设计 (14)4洞门设计 (15)4.1洞门设计要求 (15)4.2洞门类型的确定 (15)5防排水和通风设计 (16)5.1防排水 (16)5.2运营通风 (16)6隧道衬砌设计 (17)6.1围岩压力计算(曲墙式) (17)6.1.1隧道的宽度B与高度Ht的确定 (18)6.1.2判断隧道深、浅埋 (18)6.1.3浅埋隧道围岩压力的确定 (19)6.2衬砌结构计算 (20)6.2.1基本设计参数 (20)6.2.2衬砌几何尺寸 (20)6.2.3半拱轴线长度 (21)6.2.4各分块接缝(截面)中心几何要素 (21)6.3计算位移 (22)6.3.1单位位移 (22)6.3.2载位移—主动荷载在基本结构中引起的位移 (23)6.3.3载位移—单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移 (26)6.3.4墙底位移 (28)6.4解力法方程 (28)6.5计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力 (29)6.6最大抗力值的求解 (30)6.7计算衬砌总内力 (31)6.8衬砌截面强度验算 (32)7隧道施工设计 (34)7.1主题动身施工 (34)7.2洞口施工方法 (35)7.3辅助施工设计 (35)7.3.1超前锚杆 (35)7.3.2超前注浆小导管 (36)1 绪论1.1 隧道简介1.1.1隧道及其分类隧道通常指作用地下通道的工程建筑物。
隧道支护理论浅述和设计一般原则一、隧道支护理论浅述隧道衬砌的设计荷载是比较复杂的问题,目前都不能说对于隧道设计荷载俗称山体压力认识都清楚了,主要因为我们面对的地质体是非常复杂的,不仅有地层、岩性、地质构造、风化程度等因素有关同时还与地下水有关(地下水对隧道的围岩稳定有至关重要的影响),形成了千奇百怪的地质体,多年来国内外不少学者对此进行了深入的研究和探讨,同时也创造了不少理论:泰沙基理论、普氏理论、新奥法理论等等,他们应用了连续介质力学、弹塑性力学、不连续介质力学等理论和有限元、边界元、离散元等方法进行了大量的工作,从定性和准定量的角度取得一定的成就,但还有大量问题需要我们去探索去研究。
1)泰沙基理论计算图式基本假设:把隧道围岩视为散粒体,认为洞室开挖后,其上方围岩将形成承载拱。
并认为岩体下沉形成两条垂直的破裂面,垂直压力σV 分布是均布的,ζ与水平压力σH的比值为ξ。
在距地表深度为h处,取厚度为dh的水平土层,按平衡条件得:2b×(σV +dσV)-2b×σV+2ξ×σV×tan(φ)×dh-2bγ×dh=0整理:dσV /(γ-(ξ×σV×tan(φ)/b)-dh=0式中:φ—围岩内摩擦角b—洞室松动宽度的1/2γ—土的围岩重度求解以上微分方程,并引入边界条件:当h=0时σV=0 得:σV=γ×b/(tan(φ)×ξ)×(1-exp(-(tan(φ)×ξ×h/b))随着h 的增大,exp(-(tan(φ)×ξ×h/b)趋进于零,则σV趋近于某一固定值γ×b/(tan(φ)×ξ)泰沙基试验结果ξ=1.0~1.5 取ξ=1.0 则:σV=γ×b/tan(φ)令:f=tan(φ)则:σV=γ×b/f=γ×h(h= b/f)h=b/f2)普氏理论:新中国成立到1975年,为全面学习苏联的时代,隧道专业的教材都采用前苏联纳乌莫夫的课本,在支护理论同样采用了,俄国M.M.普罗托亚诺夫在1905年提出的散体结构平衡拱理论,俗称“普氏理论”。
目录1 隧道基本情况说明 (1)1.1 设计标准规范 (1)1.2 技术标准 (1)1.3 工程概论 (1)1.3.1 隧道概述 (1)1.3.2 工程地质条件 (1)1.3.3 区构造 (2)1.3.4 水文地质条件域地质 (3)2 初步预设计 (3)2.1 围岩分类 (3)2.2 隧道洞口位置及形式 (4)2.2.1洞门位置 (4)2.2.2 洞门形式 (5)2.2.3 洞门确定 (5)2.3 隧道横断面设计 (6)2.3.1 隧道净空与限界 (6)2.3.2 隧道衬砌内轮廓线 (7)3 隧道洞门设计及强度、稳定性验算 (9)3.1 洞门设计 (9)3.2 洞门强度及稳定性验算 (9)3.2.1 翼墙 (10)3.2.2 主墙与翼墙共同作用的B部分 (12)3.2.3 主墙B部分 (12)3.2.4 主墙C部分 (13)3.3 出口段洞门设计 (13)4 衬砌内力及配筋计算 (14)4.1 Ⅴ级围岩衬砌设计 (14)4.1.1 支护参数 (14)4.1.2 衬砌内力计算 (15)4.1.3配筋计算 (33)4.1.4 衬砌安全性评价 (36)4.2 Ⅳ级围岩段衬砌设计(直墙拱形) (37)4.2.1 支护参数 (37)4.2.2衬砌内力计算 (37)4.3 Ⅱ、Ⅲ级围岩段衬砌设计 (46)4.3.1 支护参数 (46)4.3.2配筋计算 (46)5 辅助工程设计 (47)5.1 偏压处理方法 (47)5.2 超前支护设计 (47)6 施工组织设计 (50)6.1 概述 (50)6.1.1 隧道工程概述 (50)6.1.2资料依据 (51)6.1.3 施工准备工作 (51)6.2 施工方法 (51)6.2.1 施工方法选择的原则 (51)6.2.2 开挖方法 (52)6.3 普通水泥砂浆锚杆与喷射混凝土施工 (55)6.3.1普通混凝土砂浆锚杆施工 (55)6.3.2喷射混凝土施工 (57)6.4 爆破设计 (58)6.4.1炸药品种选择 (58)6.4.2掘进进尺L (58)6.4.3 炮眼直径D (58)6.4.4炮眼布置 (59)6.4.5 装药结构 (59)6.5 出渣运输 (62)6.5.1 装渣方式 (62)6.5.2 装渣机械 (62)6.5.3 运输 (62)6.6 监控量测 (63)6.6.1 地表监测 (67)6.6.2 洞内监测 (67)6.6.3 监控量测成果分析 (67)6.6.4 洞内监测 (70)6.6.5 洞内仪器施工方法及说明 (70)6.7 照明设计 (72)6.8 通风设计 (73)6.9 安全管理 (74)总结 (77)致谢 (78)参考文献 (79)附录 (80)附录A施工图 (84)附录B数值计算 (80)1 隧道基本情况说明1.1设计标准规范(1)《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)。
土木工程中的隧道设计资料隧道设计是土木工程中的重要环节,它涉及到结构设计、地质勘测、施工工艺等多个方面。
本文将介绍土木工程中隧道设计所需的资料,包括设计前的准备工作、设计过程中需要的信息和施工完成后的资料整理。
Ⅰ. 设计前准备工作在进行隧道设计之前,需要进行一系列的准备工作,以确保设计的准确性和可行性。
以下是主要的准备工作和所需的资料:1. 地质勘测资料:地质勘测是隧道设计的基础,它提供了关于地层的详细信息。
地质勘测资料应包括地层的类型、分布、厚度以及岩石的物理力学性质等,以便确定隧道的稳定性和施工方法。
2. 水文地质资料:对于水下或高地下水位区域的隧道设计,水文地质资料是必不可少的。
这些资料应包括地下水位的变化情况、地下水流动方向和速度等,以便进行排水设计和抗渗性能评估。
3. 交通流量数据:隧道设计需要考虑通行能力和交通安全性。
因此,设计前需要收集相关的交通流量数据,如道路交通量、车速数据等,以便确定合适的隧道断面和通行能力。
4. 环境保护要求:根据地方法规和环境要求,隧道设计需要满足一定的环境保护标准。
因此,设计前需要获取有关环境保护要求的资料,如大气质量标准、噪音限制等。
Ⅱ. 设计过程中所需信息在进行隧道设计的过程中,需要收集和分析大量的信息,以确保设计的合理性和安全性。
以下是设计过程中常用的资料:1. 经济性分析:隧道设计需要对成本和经济效益进行评估。
因此,需要收集有关建设成本、维护成本以及预期收益等方面的信息,以进行经济性分析。
2. 结构设计资料:隧道设计需要明确隧道的几何形状和结构类型。
因此,需要收集有关结构设计方面的资料,如标准断面形状、支护结构设计标准等。
3. 施工方法和工艺:隧道设计需要考虑施工方法和工艺,以确保施工的可行性和有效性。
因此,需要获取有关隧道施工方面的信息,如施工设备、施工方法和工期等。
4. 安全技术要求:隧道设计必须满足一定的安全标准和技术要求。
因此,需要收集有关安全技术要求的资料,如通风要求、消防要求等,以确保隧道的安全性。
1.隧道开挖后的应力状态一次(原始应力),二次(支护之前,原始围岩卸载之后),三次(支护之后)。
弹塑性应力区范围怎么求《岩石力学》
课本p67VSP141 P140--P143
岩石力学.P197
2.《铁路隧道工程水文地质勘测规范》条文说明中有涌水量计算公式。
3.运营隧道大量涌水怎么处置?
液氮冻结。
(1)对涌水采用“排堵结合,以排为主的原则进行处理,采用上下台阶的方法进行支护”地下水可自然排放,但由于用水量大,造成右侧排水沟排放功能不足而产生洞内漫流,施工期间安排专人清理水沟及挖机修筑仰拱至掌子面的排水沟,保证排水通畅。
4.水压力计算。
(这是一道计算题,课本69页和70页)
5.衬砌和二衬受力分配情况。
《隧道设计规范》P184
《隧道设计细则》P83
6.隧道预留变形量。
《隧道设计细则》P36
《隧道设计细则》P36在开挖隧道时为了确保成型后的空间能够符合设计建筑限界要求,一般在施工时都要预留一定的变形量,具体预留多少在相关的规范中都有规定。
含义:为充分发挥围岩自承作用,容许初期支护和围岩有一定的变形,而将设计开挖线作适当扩大的预留量,称之为隧道预留变形量。
预留的变形是隧道初期支护允许和合理的。
对于二车道Ⅴ级围岩预留变形量的大小在《公路隧道设计规范》(2004)有明确规定,即结合实际埋置深度、施工方法和支护情况等,预留80n m~120m m。
对于易产生大变形的黄土隧道,规范所规定的上限值120m m预留变形量在特定隧道情况下不能满足初期支护变形要求,后期二衬施工易产生侵限情况。
7.洞门设计及计算,端墙和翼墙洞门计算时最危险的条带在哪里?洞门的设计内容,怎样进行稳定性验算(按极限强度计算,按挡土墙结构计算由最大受力部位确定墙厚)?如何确定洞门压力?
条分法(1)土力学中土压力计算(2)哪个条带最危险(3)稳定性验算
8.荷载设计组合(四种组合)。
细则—P93
9.隧道结构计算边界条件如何简化。
(PPT chapter 6)
6.1基本假定
⑴在垂直荷载作用下拱圈向隧道内变形为自由变形,不产生弹性抗力;
⑵拱脚产生角位移和线位移,并使拱圈内力发生改变,计算中除按固端无铰拱考虑外,还必须考虑拱脚位移的影响
⑶拱脚没有径向位移,只有切向位移;
⑷对称的垂直分位移对拱圈内力不产生影响;
⑸拱脚的转角和切向位移的水平分位移是必须考虑的
10.如何确定破裂面形状及原因,块体极限平衡理论。
课本P71
11.有限计算怎样实现理论的假设?--3倍直径范围内地层-结构模型
首先搞清楚理论的假设有哪些,包括衬砌的边界条件假设,围岩和衬砌的协调变形假设,弹性抗力假设等。
然后再在软件中来实现,边界假设参考书上的半衬砌那个假设,计算荷载会比应有荷载偏大即偏安全,协调变形假设是用一种单独的单元来实现,有限元中“接触”问题是误差的主要来源,目前采用的是协调变形理论但实际中并不是这样的,初支和二衬之间有防水层不能协调变形,区别于围岩单元和衬砌单元,弹性抗力假设是通过施加反响荷载来实现。
围岩抗力,周围岩体约束衬砌变形改变受力状态,温克尔局部变形理论F=kx(k=地基抗力系数(对不同围岩级别有规范可查)x=衬砌位移。
12.如何把马蹄隧道等效成圆形隧道的拉美解答。
A.面积等效
B.等效半径R=(B+H)/4
C.复变函数映射
12.轴对称条件下圆形坑道围岩应力分布示意图。
13.分析隧道破坏原因,最好同时破坏。
14.岩土工程(勘察)规范GB,工程岩体分级规范GBTS0218-2014
15.掘进机和盾构机的区别。
1.适用的工程不一样,TBM用于硬岩,盾构机用于土层的挖掘。
2.两者的掘进,平衡,支护系统都不一样。
开挖过程中管片拼装盾构开挖要及时一些,盾构机多一个泥浆(水压)平衡部位。
3.TBM比盾构技术更先进,更复杂。
4.工作的环境也不一样,TBM是硬岩掘进机,一般用在山岭隧道或大型引水工程,盾构是软土类掘进机,主要是城市地铁,及小型管道。
16.洞顶有建筑物或者对变形控制要求高时,全断面开挖和台阶开挖法位移差不多都次分部开挖(减少一次开挖的宽度);围岩条件允许的情况下,尽量采用全断面开挖法,减少扰动量和扰动次数。
17.怎样理解特殊隧道?会出现什么问题?再设计、施工、运营中如何来解决?
设计细则--P161 施工规范——P54 P104
课本P185
运营
(课堂笔记:1扩容隧道
2寒区隧道:保温隔热、电力加热、深埋水沟、保温门、防雪保温材料。
3.黄土隧道:无锚杆时拱顶下降由于有锚杆时,注意施工中的防水,有可能是因为无锚杆即无注浆,所以无锚杆较优。
4.水下隧道
5.超大跨度隧道
6.近接隧道)
19.高地应力的判断、什么情况下会出现高地应力?
现象:
1.岩芯饼化现象;
2.岩爆;
3.探洞和地下隧洞的洞壁产生剥离;
4.岩质基坑底部隆起,剥离以及回弹错动现象;5 野外原位测试测得得岩体物理力学指标比实验室试验结果高。
判别准则:
当围岩内部的围岩强度与最大地应力的比值达到某一水平时,才能称为高地应力或极高地应力。
设计细则P168.
20.地层结构法VS荷载结构法(打印资料)
地层结构法其原理是将衬砌和地层视为整体,在满足变形协调条件的前提下分别计算衬砌与地层的内力,并据以验算地层的稳定性和进行构件截面设计。
地层结构法主要包括如下几部分内容:地层的合理化模拟、结构模拟、施工过程模拟以及施工过程中结构与周围地层的相互作用、地层与结构相互作用的模拟。
与荷载结构法相比,地层结构法充分考虑了地下结构与周围地层的相互作用,结合具体的施工过程可以充分模拟地下结构以及周围地层在每一个施工工况的结构内力以及周围地层的变形更能符合工程实际。
但是由于周围地层以及地层与结构互相作用的模拟的复杂性,地层结构法处于发展阶段,在很多工程应用中,仅作为一种辅助手段。
不过随着今后的研究和发展,地层结构法将会得到广泛应用和发展。
荷载结构模型认为地层对结构的作用只是产生作用在地下建筑结构上的荷载(包括主动地层压力和被动地层抗力),衬砌在荷载的作用下产生内力和变形,与其相应的计算方法称为荷载结构法。
这一方法与设计地面结构时习惯采用的方法基本一致,区别是计算衬砌内力时需考虑周围地层介质对结构变形的约束作用。
计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力,保证衬砌结构能安全可靠的承受地层压力等荷载的作用下,按弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌的内力,并进行结构截面设计。
21.开挖掌子面的时空效应。
22.怎样在软件中体现相应的围岩计算理论。
计算中荷载都是按荷载基本组合确定
23.不适合打设锚杆的情况:
A.大面积淋雨地段
B.膨胀性地层
C.预应力地层不适用于围岩破碎地带
24.边仰坡设计,边坡稳定性分析(圆弧滑动面)
坡率法。
坡率法是指控制边坡高度和坡度,无需对边坡整体进行加固而自身稳定的一种人工边坡设计方法。
上部土体大幅度下滑而坡脚向上隆起,向外挤出,整个滑动体呈转动状。
25.深浅埋隧道的判定:
A.定性看是否能形成稳定塌落拱
B.定量计算公式
26.注浆堵水的相关设计
隧道设计细则P202
27.哪些情况下隧道设成曲线形式?
长大隧道中解决光线问题,不良地质,隧道正朝东或正朝西时。
28.从隧道设计、施工、运营三个方面来分析隧道超欠挖。
隧道钻爆法开挖时,超欠挖难以控制,增加了工程成本,减少了应得的利润。
超挖引起多装多运隧道洞渣,超挖空间还需用临时支护或衬砌混凝土回填;欠挖则要清除,从而造成人工、材料的超额消耗,并且处理欠挖更易形成更大的超挖,这对隧道工程的成本影响很大。
超挖也给后续作业,如喷锚网支护、隧道防排水和二次衬砌等作业造成一定的困难。
在超欠挖严重的情况下,对隧道洞室的稳定性也会产生一定的影响。
所以隧道超欠挖问题必须引起重视。
1影响隧道超欠挖的因素根据研究和调查的结果,在钻爆法施工中,影响超欠挖的因素可归纳为以下几点:(1)钻孔精度;(2)爆破技术;(3)测量放线精确程度;(4)地质条件变化。
以上影响因素中,钻孔精度和爆破技术对超欠挖的影响最大,因此控制超欠挖的重点是加强施工管理,控制钻孔精度和爆破技术。
1.1钻孔精度影响分析钻孔的偏差是产生超欠挖的主要原因。
钻孔的偏差一般由三部分组成:(1)开眼偏差Rc,即开眼中心与设计孔位中心之间的偏差。
(2)方向偏差。