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1.公路隧道衬砌内轮廓线的求法：主要步骤如下：(1) 确定建筑限界(2)确定弧形(3)计算验证、调整。
以上过程是个反复循环的过程衬砌断面的形状①直墙式圆弧拱②三心圆拱③单圆拱2.隧道衬砌断面的轴线：应当尽量与断面压力线重合，使各截面主要承受压应力。
(1)当衬砌受径向分布的水压时，轴线以圆形最好；(2)主要承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力时，可采用三心圆拱和直墙式衬砌；(3)当承受竖向压力和较大侧压力时，宜采用五心圆曲墙式衬砌；(4)当有沉陷可能受底压力时，宜加设仰拱的曲墙式衬砌。
3.什么是隧道衬砌？它是一种超静定支护结构,是隧道的主体建筑物4.隧道行车限界：保证隧道中行车安全，在一定高度和宽度范围内任何物体不得侵入的限界5.隧道净空：隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间6.建筑限界：是指隧道衬砌等任何建筑物不得侵入的一种限界。
7.隧道的纵坡类型：单向坡、人字坡8.隧道内纵面线形设计应综合考虑行车安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求。
综合各方面要求，隧道规范要求纵坡应不小于0.3％，并不大于3％；隧道如双向对头掘进，为施工排水，可采用“人”字坡。
单向通行时，设置向下的单坡对通风有利。
9.隧道平面线形，一般采用直线、避免曲线。
如必须设置曲线时，应尽量采用大半径曲线，并确保视距要求。
10.洞口位置选择的一般原则和要求：⑪洞口应尽可能地设在山体稳定、地质较好地下水不太丰富的地方；⑫洞口不宜设在垭口沟谷的中心或沟底低洼处，不要与水争路；⑬洞口应尽可能设在线路与地形等高线相垂直的地方，使隧道正面进入山体，洞门结构物不致受到偏侧压力；⑭当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响范围以内时，隧道洞口标高应在洪水位以上。
⑮为洞口稳定和安全边坡及仰坡均不宜开挖过高不使新开出的暴露面太大。
⑯若洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，应慎重处理，设置桥涵净空不宜太小，以免后患。
⑰若洞口前方岩壁陡立，基岩裸露，此时，最好不刷动原生坡面；⑱、洞口以外应当留有生产活动的场所。
1.1工程概况川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全县与甘孜泸定县交界的二郎山地段, 东距成都约260km , 西至康定约97 km , 这里山势险峻雄伟, 地质条件复杂, 气候环境恶劣, 自然灾害频繁, 原有公路坡陡弯急, 交通事故不断, 使其成为千里川藏线上的第一个咽喉险道, 严重影响了川藏线的运输能力, 制约了川藏少数民族地区的经济发展。
二郎山隧道工程自天全县龙胆溪川藏公路K2734+ 560 (K256+ 560)处回头, 沿龙胆溪两侧缓坡展线进洞, 穿越二郎山北支山脉——干海子山, 于泸定县别托村和平沟左岸出洞, 跨和平沟经别托村展线至K2768+ 600 (K265+ 216) 与原川藏公路相接, 总长8166km , 其中二郎山隧道长4176 m , 别托隧道长104 m ,改建后可缩短运营里程2514 km , 使该路段公路达到三级公路标准, 满足了川藏线二郎山段的全天候行车。
1.2工程地质条件1.2.1 地形地貌二郎山段山高坡陡,地形险要,在地貌上位于四川盆地向青藏高原过渡的盆地边缘山区分水岭地带,隶属于龙门山深切割高中地区。
隧道中部地势较高。
隧址区地形地貌与地层岩性及构造条件密切相关。
由于区内地层为软硬相间的层状地层,构造为西倾的单斜构造,故地形呈现东陡西缓的单面山特征。
隧道轴线穿越部位,山体浑厚,东西两侧发育的沟谷多受构造裂隙展布方向的控制。
主沟龙胆溪、和平沟与支沟构成羽状或树枝状,横断面呈对称状和非对称状的“v ”型沟谷,纵坡顺直比降大,局部受岩性构造影响,形成陡崖跌水。
1.2.2 水文气象二郎山位于四川盆地亚热带季风湿润气候区与青藏高原大陆性干冷气候区的交接地带。
由于山系屏障,二郎山东西两侧气候有显著差异。
东坡潮湿多雨,西坡干燥多风,故有“康风雅雨”之称。
全年分早季和雨季。
夏、秋两季受东进的太平洋季风和南来的印度洋季风的控制,降雨量特别集中；冬春季节,则受青藏高原寒冷气候影响,多风少雨,气候严寒。
一．基本资料惠家庙公路隧道，结构断面尺寸如下图，内轮廓半径为 6.12m ，二衬 厚度为 0.45m 。
围岩为 V 级，重度为19.2kN/m3，围岩弹性抗力系数为 1.6×105kN/m3，二衬材料为 C25 混凝土，弹性模量为 28.5GPa ，重度 为 23kN/m 3。
考虑到初支和二衬分别承担部分荷载，二衬作为安全储备，对其围岩压力进行折减，对本隧道按照 60%进行折减。
求二衬内力，作出内力图，偏心距分布图。
1）V1级围岩，二衬为素混凝土，做出安全系数分布图，对二衬安全性进行验算。
2）V2级围岩，二衬为钢筋混凝土，混凝土保护层厚度 0.035m ，按结构设计原理对其进行配筋设计。
二．荷载确定1.围岩竖向均布压力:q=0.6×0.45⨯12-S γω式中: S —围岩级别，此处S=5；γ--围岩重度，此处γ=19.2KN/3m ；ω--跨度影响系数，ω=1+i（m l -5），毛洞跨度m l =13.14+2⨯0.06=13.26m ，其中0.06m 为一侧平均超挖量，m l =5—15m 时，i=0.1,此处ω=1+0.1⨯(13.26-5)=1.826。
所以，有：q=0.6×0.451-52⨯⨯19.2⨯1.826=151.456（kPa ）此处超挖回填层重忽略不计。
2.围岩水平均布压力：e=0.4q=0.4⨯151.456=60.582（kPa ） 三．衬砌几何要素 5.3.1 衬砌几何尺寸内轮廓线半径126.12m , 8.62m r r ==内径12,r r 所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角1290,98.996942φφ=︒=︒； 拱顶截面厚度00.45m,d = 墙底截面厚度n 0.45m d =此处墙底截面为自内轮廓半径2r 的圆心向内轮廓墙底做连线并延长至与外轮廓相交，其交点到内轮廓墙底间的连线。
外轮廓线半径：110 6.57m R r d =+= 2209.07m R r d =+=拱轴线半径：'1200.5 6.345m r r d =+= '2200.58.845m r r d =+=拱轴线各段圆弧中心角：1290,8.996942θθ=︒=︒5.3.2 半拱轴线长度S 及分段轴长S ∆分段轴线长度：'11190π 3.14 6.3459.9667027m 180180S r θ︒==⨯⨯=︒︒'2228.996942π 3.148.845 1.3888973m 180180S r θ︒==⨯⨯=︒︒半拱线长度：1211.3556000m S S S =+=将半拱轴线等分为8段，每段轴长为：11.3556 1.4194500m 88S S ∆===5.3.3 各分块接缝（截面）中心几何要素（1）与竖直轴夹角i α11'1180 1.4194518012.8177296π 6.345πS r αθ∆︒︒=∆=⨯=⨯=︒ 21112.817729612.817729625.6354592ααθ=+∆=︒+︒=︒ 32125.635459212.817729638.4531888ααθ=+∆=︒+︒=︒43138.453188812.817729651.2709184ααθ=+∆=︒+︒=︒54151.270918412.817729664.0886480ααθ=+∆=︒+︒=︒ 65164.088648012.817729676.9063776ααθ=+∆=︒+︒=︒ 76176.906377612.817729689.7241072ααθ=+∆=︒+︒=︒2'2180 1.419451809.2748552π8.845πS r θ∆︒︒∆=⨯=⨯=︒ 87289.72410729.194855298.996942ααθ=+∆=︒+︒=︒另一方面，8129012.817729698.996942αθθ=+=︒+︒=︒ 角度闭合差Δ≈0。
隧道的分类及其作用1、按用途分（常用分类方法）(1)交通隧道：提供运输的孔道和通道，主要有：铁路隧道、公路隧道、水底隧道、地下铁道、人行地道。
（2）水工隧道：是水利工程和水利发电枢纽的一个重要组成部分。
主要包括：引水隧道：把水引入水电站发电机组，产生动力资源。
尾水隧道：把发电机组排出的废水送出去的隧道。
导流隧道（泄洪隧道）：疏导水流排沙隧道：用于冲刷水库中淤积的泥沙而修建的隧道(3)市政隧道：是城市中为安置各种不同市政设施的地下孔道。
主要有：给水隧道、污水隧道、管路隧道、线路隧道、人防隧道。
(例如：综合管网、海底设施隧道等)(4)矿山隧道：其作用主要是为采矿服务的。
主要有：运输巷道、给水隧道、通风隧道。
2、按隧道长度分（公路隧道规范）：(1)特长隧道：L>3000 m(2)长隧道：3000 m ≥L>1000 m(3)中长隧道：1000 m ≥L>500 m(4)短隧道：L≤500 m4、按隧道所处的地理位置划分：山岭隧道水底隧道城市隧道隧道勘察的几个阶段2.1.1 可行性研究勘察2.1.2 初步勘察2.1.3 详细勘察2.4.1 初步勘察(1)目的任务：选定隧道位置(2)基本内容：查明控制隧道方案的工程地质问题，如地形、地质、岩性、不良地质等2.4.2 详细勘察(1)目的任务：对选定的隧道提供详细的工程地质水文地质等信息。
(2)基本内容：查明为施工图设计服务的地质问题2.5.1 地下水涌水调查(1) 内容：调查地下水的类型及其与地表水的相互补给关系；调查地下水的流量、流向及水质等；(2)预测地下水涌水量：须调查隧道中心线上的“谷”及“梁”的分布情况；(3) 利用钻探成果判断涌水情况；(4) 查明涌向隧道的地下水的范围。
2.5.2 枯水调查(1)目的：明确由于修建隧道工程而使地下水及供水受到影响，造成工业用水及居民饮水困难等；(2)主要内容：地下水的利用状况（使用时间、水量等）、地下水季节性变化以及雨后变化、植被情况等1、隧道勘察的目的和意义是什么？2、初步勘察和详细勘察有何异同？3、隧道勘察方法除了收集资料、调查测绘、勘探外，据你所知还有哪些高科技手段和方法可用于隧道勘察？4、地下涌水和枯水调查的意义是什么？5、隧道建筑环境评价的目的是什么？对生态环境有何意义？公路隧道选址的基本原则必须与公路总体设计相协调适应(交通量、公路等级等)隧道位置应选择在稳定的地层中；4)越岭隧道应进行较大范围的方案选择，进行全面的技术、经济比较，选择在地质条件较好的地段穿越；(5)沿河傍山隧道，其位置宜向山侧内移，避免一侧洞壁过薄产生偏压；(6)选择隧道位置时，应注意洞口位置和有关工程的处理，一般宜采取“早进洞，晚出洞”原则。
第一章1.隧道的定义：是一种修建在地下，两端有出入口，供车辆、行人、水流及管线等通行的工程建筑。
2.隧道工程的含义：一方面指从事研究和建造各种隧道及地下工程的规划、勘测、设计、施工和养护的一门应用科学和工程技术；另一方面是指在岩体或土层中修建的通道和各种类型的地下建筑物3.隧道施工的方法：明挖法、盾构法、沉埋法、顶进法、掘进机法、暗挖法4.隧道分类：（1）所处地层：土质、石质隧道（2）埋置深度：深埋、浅埋隧道（3）所在位置：山岭、水底、城市隧道（4）断面数值：特大断面（100）、大断面（50~100）、中等断面（10~50）、小断面（3~10）、极小断面（3以下）（5）用途：交通、市政、水工、矿山5.隧道的特点：优点：缩短线路长度，减少能耗；节约地皮；有利于环境保护；应用范围广泛。
缺点：造价较高；施工期限长；施工作业环境和条件差。
第二章1.山岭隧道的位置选择：（1）越岭隧道的位置应先在较大范围内比选，后再较小范围内选定（2）从地形考虑：从垭口穿越，隧道的长度较短，有利于降低工程投资（3）从地质条件考虑：必须对其进行地质条件勘察，比选地质较好的垭口（4）高程：根据越岭地段的地质条件，并以临界高程作为隧道穿越方案的比选基础2.临界高程：是隧道造价、接线造价及营运费用的总和为最小的越岭高程3.垭口：当路线必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上高程较低处。
4.不良地质：指滑坡，错落，崩塌，泥石流、流砂、溶（土）洞、瓦斯、危岩等不良地段5.不良地质段隧道施工原则：先治水、弱爆破、稳开挖、早衬砌、勤测量、强支护、稳步推进的原则6.隧道洞口的位置选择的原则：“早进晚出”；目的：确保施工，运营的安全。
7.隧道平面：指隧道中心线在水平面上的投影。
8.隧道平面线形：原则上采用直线，避免曲线（无法避免时尽量采用大半径曲线）。
9.隧道纵断面：指隧道中心线展开后在垂直面上的投影。
（单坡、人字坡）10.隧道净空：指隧道衬砌内轮廓线所包围的空间，包括隧道建筑限界。
公路隧道衬砌内轮廓线的求法
(1)圆形断面的作图
确定道路隧道内轮廓线时，以公路建筑限界为基准，并附加上通风所需要的断面。
如果有侧压力则需要设置仰拱，设仰拱时应考虑水压力。
在膨胀性山体和受到大水压时，通常把圆形闭合断面作为基本形状。
圆形断面内轮廓线作图见图3.3.2(a)。
假定公路建筑限界已确定，其控制点为a,b,c,d四个点。
分别作ab,ac,ad的垂直平分线，在断面对称轴上得到三个交点O1,O2、O3，取其中最高(至路面)者作为圆心O2。
由于施工精度上要求a,b,c,d各点至少需要10cm以上的富裕量，所以在oa连线的延长线上取m
aA ，以oA为半径划圆即得内
1.0
轮廓线的基本部分。
图3.3.2 内轮廓线作图例
路面板下剩余的空间○S，可以用做通风和通路，除了膨胀性岩体及水压很大时需要设置仰拱外，一般可不设置，此时路面板下可用于埋设排水构造物。
排水构造物的敷设深度，除高寒地区设保暖水沟外，一般0.5m是足够的。
当侧压力大需设置仰拱时，其半径OA
2
e
O'∙
≈。
建筑限界的两侧空余地方，ab之间可以作为设置事故电话和放置灭火器的地方，bc之间可以安装照明灯具。
圆形断面常常用于盾构法和水下隧道、膨胀性围岩以及接近圆形的山岭隧道。
(2)直墙式衬砌断面
●适合情况：围岩较好，一般不产生较大的侧压力，不需要设仰拱，可以采用直墙，此时隧道的净断面积最小，如图3.3.2(b)。
适用于无明显断层和围岩结构完整的地质条件，如果隧道长度不很长(600——800m)，使用射流风机已经足够。
●内轮廓线确定方法：如果在建筑限界以上设置射流风机，则应使
m
2.1
~
0.1
GH=(根据选用的射流风机的实际尺寸确定)，例如取GH＝1.2m，取施工允许误差He＝O.1m，则得点e，作ed的垂直平分线并与断面对称轴相交于点O l，以H
o
1
为半径作弧DHD'，即为拱部的内轮廓线。
由建筑限界ab向外取
富余量0.1m，引AB∥ab，求bd的垂直平分线与D
o
1相交于O2，以D
o
2
为半径
作弧并与AB相交于B，与DHD'相交于D，则ABDH即为内轮廓线。
这是一个坦三心圆拱，
(3)曲墙式衬砌断面(顶板以上设置通风道时)
●适合情况：长隧道，需要全横向通风或半横向通风时，或所需通风量较大，通风道断面积也会较大，此时顶板要变宽，拱高需增大，如图3.3.2(d)。
如果设在路面板以下，则车道板必须采用钢筋混凝土结构，造价很高。
●设置通风道的原则：是既要使通风道的断面积小，又要使内轮廓线与建筑限界的侧墙部分的剩余空间最小，还要使拱部与侧墙伪内轮廓线过渡圆滑，适合受力特点。
例如隧道长度为1km左右的隧道，由两个洞口进行半横向通风时，
所需通风道面积约为8—10m 2，属于小断面通风道。
内轮廓线确定方法：如图3.3.2(c)，取a 、b 为控制点，求ab 平分线，在平分线上找一点o l ，取o 1A 为半径(R1)作弧AB 。
在AB 弧的延长线取点P ，将P o 1与对称轴的交点o 2作为圆心，划P o 2圆时要试作，使之在H 点附近通过。
所得到的ABPH 即为内轮廓线。
需要设置仰拱时，取P o 3(=R 3)近似等于2倍的P o 2。
例如需通风道断面积为20m 2 时，用趋进法作图。
如图3.3.2(d)，首先在Gd 的延长线上取点D ，使DG 约等于建筑限界宽度的一半( 试取时可将ab 延长与Gd 交于D)， GD 不应比其超过太多(以aF GD -＜1m 为限)。
再在
GH 3.1~2.1GD ≈左右取点H ，作DH 的垂直平分线并与对称轴相交于O 1，以D o 1为半径(R 1 )划圆弧DHD ’，校核该弓形面积，调整到较预定面稍大为止。
再次，求AD 的垂直平分线与1Do 的交点O 2，并以A o 2半径(R 2)划弧AD ，ADH 即为内轮廓线。
需要设仰拱时，取 R 3 ＝2R 1。
开挖断面积大于100m 2 的长大隧道，断层、不良地质等影响更大。
可考虑设置通风竖井及平行导坑进行通风，使隧道本身断面尽量缩减到最小程度。
3.3.3衬砌断面几何尺寸的拟定
Determining Size of Lining cross Section
1 衬砌内轮廊尺寸拟定
拟定衬砌内轮廓尺寸的各参数如图所示。
已知a 、b 、f 、1ϕ，求1r 、2r 和2ϕ
⎪⎪⎭
⎪⎪⎬⎫=+=-=-+21122221sin sin cos r a r b a r f r a r ϕϕϕ (3.3.1)
式中：b ——公路建筑限界宽度，其值为行车道宽度加上两侧路缘带与行人行道宽度的总和，图3.3.3 内轮廓线计算图示
图3.3.4 边墙内径r 3的计算图示
两侧还应分别加上5～10cm 的施工误差；
f ——拱顶至拱脚的矢高，按通风量所需通风道面积确定，并保证拱轴线受力合理； 1ϕ——内径r ，画出的圆曲线的终点截面与竖直面的夹角；
a ——内径 r 1、r 2的圆心o 1与o 2之间的水平距离。
以上4个参数必须根据限界要求预先给定，代入（3.3.1）式后解出其余3个参数r 1、r 2及2ϕ。
其中：1r 、2r ——第一个内径和第二个内径；
2ϕ——拱脚截面与竖直截面的夹角。
曲墙式边墙内径r 3由参数H 1及 b 1
确定，见图 3.3.4。
ADB ACO ∆∝∆3， 3131cos sin ϕϕb H AD +=，2121b H AB +=
⎪⎭
⎪⎬⎫-=++=20331312112390)cos sin (2ϕϕϕϕb H b H r (3.3.2)
2．轴线与外轮廓线
对于拱的轴线和外轮廓线的计算，不存在困难。
等截面拱的计算比较简便，变截面拱圈尺寸的计算，则比较繁琐，参见图3.3.5，可按以下公式计算：
⎪⎪⎪⎪⎪⎭
⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎫--+++=++=++=--+++=-=++=++=220202'02''201''12202020b 0220
11cos d 5.0)cos 1)(d 5.0r ()d 25.0d 5.0r (d 5.0m d 5.0r m r d 5.0r m r cos d )cos 1)(d r ()d 5.0d r (d m d d d d r m R d r m R ϕ∆ϕ∆∆ϕ∆ϕ∆∆∆ (3.3.3)
式中：1R ，2R ——外轮廓线半径； '1r 、'2r ——轴线半径；1r 、2r 、1ϕ、2ϕ意义同前，均为已知。
0d 为拱顶厚度，b d 为拱脚截面厚度，二者都是预先设定的。
若预先设定0d 和b d 时，则水平线以上部分曲边墙尺寸计算公式如下：
若预先设定0d 和w d 时，则需先计算m 及b d 值：
⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫---=-+-=
2222222b 2
20W cos m r sin m R d cos 1sin 1d d m ϕϕϕϕ (3.3.5)
水平线以下部分曲边墙外缘为斜线时，其斜线与以3R 为半径的外轮廓线相切，见图
3.3.6，通常3R 、3H 和3B 为预先设定，有关尺寸按以下公式计算： ⎪⎪⎪⎭
⎪⎪⎪⎬⎫-=-++=+-=333333332233233323R )h H (a b )]B R (R aH [a R a h B B R 2H a (3.3.6) 图3.3.5变截面拱圈尺寸的计算图式及水平线以上部分曲边墙尺寸计算图式 ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎬⎫-+=-=-+=-+=-===
313W 3b 0
2'b '2'
32b 23
323b
3''1
31r m R d tg m h b sin m h r r sin m h R R sin )r r (h tg m m tg m m ϕϕϕϕϕϕ(3.3.4)
图3.3.6 边墙外缘斜线计算图 图3.3.7 三心圆平拱外轮廓线计算图
三心圆平拱衬砌外轮廓线的计算，见图3.3.7。
通常0d 、w d ，1r 、2r 为预先设定，此时
(3.3.7)
公路隧道衬砌结构尺寸主要根据围岩坚固系数确定：
● 拱顶厚度cm d 130~400=
● 衬砌拱圈净矢高00)40.0~25.0(L f =，0L 为拱圈净跨径；
● 拱脚厚度0)4.1~2.1(d d b =；
● 边墙厚度b c d d )5.1~0.1(=；
仰拱厚度0)8.0~5.0(d d j =。
