隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法)
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道路工程隧道主体结构二次衬砌计算书目录1 参考规范............................................................................................................... - 1 -2 计算模型............................................................................................................... - 1 -3 计算参数............................................................................................................... - 2 -4 荷载计算............................................................................................................... - 3 - 4.1 结构自重............................................................................................................ - 3 -4.2 围岩压力............................................................................................................ - 3 -5 结构内力及安全系数........................................................................................... - 3 -6 衬砌配筋及裂缝验算........................................................................................... - 8 -7 结论....................................................................................................................... - 9 -隧道二次衬砌结构检算1 参考规范本次计算主要依据如下设计规范:(1)《公路隧道设计规范》(JTG D70—2004)(2)《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)(3)《城市桥梁荷载设计标准》(CJJ77—98)(4)《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)(5)《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T 50476—2008)(6)《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330-2002)2 计算模型衬砌结构计算采用荷载—结构法,荷载结构法原理认为,隧道开挖后地层的主要作用是对衬砌结构产生荷载,衬砌应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。
衬砌结构计算一、基本资料某公路隧道,结构断面尺寸如下图,内轮廓半径为5.4m,二衬厚度为0.45m。
围岩为V 级,重度为19kN/m3,围岩弹性抗力系数为1.6×510kN/m3,二衬材料为C25 混凝土,弹性模量为28.5GPa,重度为23 kN/m3x0y二、荷载确定1.根据式(1-21),围岩竖向均布压力:q=0.45*1-s2*γ*ω式中:s---围岩级别,此处s=5;γ---围岩重度,此处γ=19KN/m ³ω---跨度影响系数,ω=1+i(m l -5),毛洞跨度m l =(5.4+0.45)*2+2*0.06=11.82m,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*(11.82-5)=1.682所以,有:q=0.45*1-52*19*1.682*0.5=115.04875(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*115.04875=46.0195(kPa)三.衬砌几何要素 1.衬砌几何尺寸 内轮廓线半径1r =5.4m 外轮廓线半径1R =5.85m 拱轴线半径'1r =5.625m2.半拱轴线长度S 及分段轴长△S半拱轴线长度S=°180θπ'1r =°180°104* *5.625=10.210(m) 将半拱轴线等分为8段,每段轴长为:△S=8S =8210.10=1.27625(m)3.各分块接缝(截面)中心几何要素i α=8104ii 1y ='1r (1-cos i α) i 1x ='1r sin i αE1Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7E2E3E4E5E6E7E8G3G4G1G5G6G2G7G8R4R5R6R7R8qb1b2b3b4b5b6b7b8h1h2h3h4h5h6h7h8附图 衬砌结构计算图示四.计算位移 1.单位位移用辛普生法近似计算,按计算列表进行。
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。
偏压隧道衬砌作用计算方法C.0.1偏压隧道设计时,在假定偏压分布图形与地面坡度一致(图C.0.1)作用下,其垂直压力宜按下列公式计算:Q=Z[(力+〃,)8—(劝2+z7∕2)tano](C.0.1-1) z=—!—X ------------------------- tan "T ----------------------- (C.0.1-2) tan β-tana 1+tan^(tan φc -tan θ)+tan φc tan Θ/= ]X _______________ t an∕Γ-ta∏∙ ____________tan∕7,+tanα1+tan/(tan φc -tan+tan φc tan Oteβ-taια *:—G(CoJ —3)tan β=tan 纥÷叵互画良三逅 Ytan φt .-tan θtan β∙=tan 仍÷附纥+W 国Ytan φc-tan θ 式中:h ——内侧由拱顶水平至地面的高度(m );h ,——外侧由拱顶水平至地面的高度(m );B ——隧道宽度(m );γ ---- 围岩重度(kN/m 3);O ——顶板土柱两侧摩擦角(°);当无实测资料时,宜按表BO1选取;λ——内侧的侧压力系数;才——外侧的侧压力系数;o. --- 地面坡度角(°);φr —围岩计算摩擦角(°),可按表B.0.2取值;β——内侧产生最大推力时的破裂角(°);β,——外侧产生最大推力时的破裂角(o )o (C.0.1-4) (C.0.1-5)图CO1偏压隧道衬砌作用(荷载)计算图式C.0.2在荷载作用下的水平侧压力宜按下列公式计算:内侧:e i=γh iλ夕卜侧:e i=γh i,λ,,式中:h i—内侧任一点i至地面的距离(m);h;—外侧任一点i至地面的距离(m)。
(C.0.2-1) (C.0.2-2)。
隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法)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。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊二次衬砌内力计算一.基本资料吴家院一级公路隧道,结构断面图如图1所示。
围岩类别为V级,容重320/kN mγ=,围岩的弹性抗力系数620.210/K kN m=⨯,衬砌材料为C25混凝土,弹性模量为72.910hE kPa=⨯,容重γh3= 29kN m。
图1 衬砌结构断面图二.荷载确定1.根据式,围岩竖向均布压力:10.452sqγω-=⨯式中:s——围岩类别,此处s=5γ——围岩容重,此处320/kN mγ=;ω——跨度影响系数,1(5)mi lω=+-,毛洞跨度11.6020.0611.72ml=+⨯=,其中0.06m为一侧平均超挖量,5~15ml m=时,0.1i=,此处10.1(11.725) 1.672ω=+⨯-=.┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊所以,有:0.451620 1.672240.768q Pa=⨯⨯⨯=此处超挖回填层重忽略不计。
2.围岩水平均布压力:0.250.25240.76860.192e q kPa==⨯=三.衬砌几何要素1.衬砌几何尺寸内轮廓线半径125.35,7.48;r m r m==内径12,r r所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角1290,105.51ϕϕ==;拱顶截面厚度0.45;d m=墙底截面厚度0.45.nd m=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:1105.80R r d m=+=2207.93R r d m=+=拱轴线半径:'1100.5 5.575r r d m=+='2200.57.705r r d m=+=拱轴线各段圆弧中心角:1290,15.51θθ==2.半拱轴线长度S及分段轴长S∆分段轴线长度:'111903.14 5.5758.7527180180S r mθπ==⨯⨯='22215.513.147.705 2.0847180180S r mθπ==⨯⨯=半拱线长度:1210.8374S S S m=+=将半拱轴线等分为8段,每段轴长为:10.83741.354788SS m∆===3.各分块接缝(截面)中心几何要素(1)与竖直轴夹角iα113.928181α=227.856362α=341.784543α=455.712724α=569.640905α=┊┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊683.569086α= 795.426778α= 8105.508472α= 另一方面,8129015.51105.51αθθ=+=+= 角度闭合差0∆=。
隧洞衬砌结构计算书项目名称_____________日期_____________设计者_____________校对者_____________一、示意图:二、基本资料:1.依据规范及参考书目:《水工隧洞设计规范》(DL/T 5195-2004,以下简称《规范》)《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008),以下简称《砼规》《隧洞》(中国水利水电出版社,熊启钧编著)《水工隧洞和调压室水工隧洞部分》(水利电力出版社,潘家铮编著)2.几何参数:半跨宽度L1=0.925 m;顶拱半中心角α=90.00°拱顶厚度D1=0.250 m;拱脚厚度D2=0.250 m侧墙厚度D3=0.250 m;侧墙高度H2=1.325 m隧洞衬砌断面形式:圆拱直墙形底板厚度D4=0.250 m3.荷载信息:内水压力水头H i=0.00 m外水压力水头Ho =3.00 m;外水压力折减系数β=0.40顶部山岩压力端部值Q1=46.25kN/m;顶部山岩压力中间值Q2=46.25kN/m侧向山岩压力上侧值Q3=18.77kN/m;侧向山岩压力下侧值Q4=39.06kN/m底部山岩压力端部值Q5=0.00kN/m;底部山岩压力中间值Q6=0.00kN/m顶拱围岩弹抗系数K1=75.0 MN/m3侧墙围岩弹抗系数K2=75.0 MN/m3底板围岩弹抗系数K3=75.0 MN/m3顶拱灌浆压力P d=0.00 kPa;P d作用半中心角αp=0.00°其他部位灌浆压力P e=0.00 kPa4.分项系数:建筑物级别:4级;荷载效应组合:基本组合;钢筋混凝土构件的承载力安全系数K =1.15衬砌自重分项系数γQ1=1.10;山岩压力分项系数γQ2=1.10内水压力分项系数γQ4=1.00;外水压力分项系数γQ5=1.10灌浆压力分项系数γQ3=1.005.材料信息:混凝土强度等级:C25轴心抗压强度标准值f ck=16.70 N/mm2;轴心抗拉强度标准值f tk=1.78 N/mm2轴心抗压强度设计值f c=11.90 N/mm2;轴心抗拉强度设计值f t=1.27 N/mm2混凝土弹性模量E c=2.80×104 N/mm2纵向受力钢筋种类:Ⅱ级钢筋强度设计值f y=300 N/mm2;弹性模量E s=2.00×105 N/mm2钢筋合力点到衬砌内、外边缘的距离a =0.050 m三、内力计算:N -- 衬砌计算截面的轴向力,kN,以拉为正;Q -- 衬砌计算截面的剪力,kN,以逆时针转动为正;M -- 衬砌计算截面的弯矩,kN·m,以内边受拉为正u -- 衬砌计算截面的切向位移,mm;v -- 衬砌计算截面的法向位移,mm;ψ-- 衬砌计算截面的转角位移,度;k -- 衬砌计算截面的围岩抗力,kPa计算节点编号顺序为:底板或底拱、底圆按照从左到右编号;顶板板或顶拱、顶圆按照从右到左编号;其余部位按照从下到上编号;1.承载能力极限状态下的内力计算:经过4次迭代运算后,各点设定抗力条件和法向位移一致。
隧道衬砌计算--------------------------------------------------------------------- [ 计算条件 ]---------------------------------------------------------------------- [ 基本参数 ]规范标准:水工砼规范SL/T191-96承载能力极限状态10: 1.0正常使用极限状态10: 1.0设计状况系数: 1.00衬砌断面类型:圆拱直墙形每段计算的分段数:10计算迭代次数:10抗力验证要求:高[ 衬砌参数 ]底板半宽: 3.000(m)底板厚度: 0.600(m)侧墙高度: 6.000(m)侧墙厚度: 0.600(m)顶拱半中心角: 60.000(度)顶拱拱脚厚度: 0.600(m)顶拱拱顶厚度: 0.600(m)底板围岩弹抗系数: 500.000(MN/m3)侧墙围岩弹抗系数: 500.000(MN/m3)顶拱围岩弹抗系数: 500.000(MN/m3)衬砌的弹性模量: 23000.000(MPa)[ 荷载参数 ]底部山岩压力(侧):0.000(kN/m)底部山岩压力(中):0.000(kN/m)侧向山岩压力(上):0.000(kN/m)侧向山岩压力(下):0.000(kN/m)顶部山岩压力(侧):70.000(kN/m) 顶部山岩压力(中):70.000(kN/m) 内水压力水头: 6.000(m)外水压力水头:0.000(m)外水压力折减系数(2):0.400顶拱灌浆压力:20.000(kPa)顶拱灌浆压力作用范围角:60.000(度)其它段灌浆压力:0.000(kPa)衬砌容重:24.000(kN/m3) [ 荷载组合参数 ]编号荷载名称是否计算分项系数1 衬砌自重√ 1.002 顶岩压力√ 1.003 底岩压力√ 1.004 侧岩压力√ 1.005 内水压力√ 1.006 外水压力√ 1.007 顶部灌浆压力√ 1.008 其余灌浆压力√ 1.00[ 配筋参数 ]对称配筋:是混凝土等级:C25纵筋等级:Ⅱ级(fy=310MPa,fyk=335MPa)箍筋计算:计算箍筋等级:Ⅰ级(fy=210MPa,fyk=235MPa)箍筋间距:100(mm)配筋计算as:65(mm)配筋调整系数: 1.00裂缝计算:计算采用的荷载效应组合:短期效应组合最大裂缝宽度允许值:0.40(mm)单侧钢筋:12D20砼保护层厚度:50(mm)----------------------------------------------------------------------[ 计算结果 ]----------------------------------------------------------------------[ 内力配筋计算 ]----------------------------------------------------------------------计算结论:经过3次计算,达到各点设定抗力条件和法向位移一致!轴向力剪力弯矩切向位移法向位移转角围岩抗力单侧纵筋箍筋面积抗剪验算N Q M U V W As Av(kN) (kN) (kN.m) (mm) (mm) (度) (kPa) (mm^2)(mm^2)底板(从中心向左等分10段):0 -83.738 0.000 87.995 0.000 0.102 0.000 0.1 1070.0 173.9 满足1 -83.738 -6.479 89.003 -0.002 0.112 0.004 0.1 1070.0 173.9 满足2 -83.738 -10.071 91.594 -0.004 0.141 0.007 0.1 1070.0 173.9 满足3 -83.738 -7.833 94.464 -0.005 0.190 0.011 0.1 1070.0 173.9 满足4 -83.738 3.271 95.408 -0.007 0.259 0.015 0.1 1070.0 173.9 满足5 -83.738 26.336 91.305 -0.009 0.349 0.019 0.2 1070.0 173.9 满足6 -83.738 64.408 78.105 -0.011 0.459 0.023 0.2 1070.0 173.9 满足7 -83.738 120.249 50.879 -0.013 0.585 0.025 0.3 1070.0 173.9 满足8 -83.738 195.964 3.960 -0.015 0.723 0.027 0.4 1070.0 173.9 满足9 -83.738 292.445 -68.789 -0.016 0.860 0.025 0.4 1070.0 173.9 满足10 -83.738 408.637 -173.498 -0.018 0.982 0.020 0.5 1266.9 173.9 满足侧墙(从底向上等分10段):0 -408.637 -83.738 -173.498 -0.982 -0.018 0.020 0.0 1070.0 173.9 满足1 -399.997 -97.306 -117.028 -1.000 0.129 0.008 0.1 1070.0 173.9 满足2 -391.357 -80.558 -62.750 -1.017 0.174 0.001 0.1 1070.0 173.9 满足3 -382.717 -56.141 -21.665 -1.034 0.163 -0.002 0.1 1070.0 173.9 满足4 -374.077 -35.140 5.480 -1.050 0.132 -0.003 0.1 1070.0 173.9 满足5 -365.437 -19.703 21.737 -1.066 0.105 -0.002 0.1 1070.0 173.9 满足6 -356.797 -6.285 29.600 -1.082 0.096 0.000 0.0 1070.0 173.9 满足7 -348.157 11.821 28.375 -1.097 0.113 0.003 0.1 1070.0 173.9 满足8 -339.517 42.200 12.951 -1.112 0.153 0.005 0.1 1070.0 173.9 满足9 -330.877 90.268 -25.877 -1.127 0.203 0.004 0.1 1070.0 173.9 满足10 -322.237 154.356 -98.751 -1.141 0.228 -0.001 0.1 1070.0 173.9 满足顶拱(从拱脚向拱顶等分10段):0 -356.244 -27.442 -98.751 -1.102 -0.373 -0.001 0.0 1070.0 173.9 满足1 -336.393 -46.091 -85.264 -1.065 -0.506 -0.005 0.0 1070.0 173.9 满足2 -314.360 -59.576 -65.937 -1.013 -0.661 -0.009 0.0 1070.0 173.9 满足3 -291.286 -67.648 -42.696 -0.943 -0.830 -0.012 0.0 1070.0 173.9 满足4 -268.334 -70.299 -17.514 -0.854 -1.004 -0.013 0.0 1070.0 173.9 满足5 -246.640 -67.762 7.678 -0.747 -1.174 -0.014 0.0 1070.0 173.9 满足6 -227.262 -60.497 31.076 -0.622 -1.329 -0.013 0.0 1070.0 173.9 满足7 -211.136 -49.175 51.079 -0.481 -1.460 -0.010 0.0 1070.0 173.9 满足8 -199.036 -34.643 66.364 -0.328 -1.560 -0.008 0.0 1070.0 173.9满足9 -191.537 -17.889 75.944 -0.166 -1.623 -0.004 0.0 1070.0 173.9 满足10 -188.998 0.000 79.206 0.000 -1.644 0.000 0.0 1070.0 173.9 满足----------------------------------------------------------------------[ 配筋结果 ]衬砌内侧纵筋最大面积As = 1266.9mm^2,外侧纵筋最大面积As1 = 1266.9mm^2;纵筋面积总和As = 2533.7mm^2。
盾构隧道衬砌设计计算书060987李博一、设计资料如图所示,为一软土地区地铁盾构隧道横断面,有一块封顶块K,两块邻接块L,两块标准块B 以及一块封底块D 六块管片组成。
q=20kN/m 2j=7.2j=8.9部分数据地面超载 2/20m kN q =超地层基床系数 2/20000m kN k =衬砌外径 m D 2.60= 衬砌内径 m D 5.5= 管片厚度mm t 350=管片宽度m b 2.1=管片裂缝宽度 允许值 []mm 2.0=v接缝张开允许值 []mm 3=D混凝土抗压强度设计值 MPa f c 1.23= 混凝土抗压强度设计值 MPa f t 89.1= 钢筋抗拉强度 设计值(II 级钢) MPa f y 300=钢筋抗拉强度 设计值(II 级钢) MPa f y 300'= 管片混凝土 保护层厚度 mm a a s s 50'==钢筋抗拉强度 设计值(I 级钢)MPa f y 210= 混凝土弹性模量 27/1045.3m kN E ´=钢筋弹性模量 (II 级钢) 28/100.2m kN E ´=钢M30螺栓有效面积 26.560mm A g = M30螺栓设计强度 MPa R g 210= M30螺栓弹性模量28/101.2m kN E ´=螺栓M30螺栓长度cm l 5.18=螺栓二、荷载计算1、 自重kN R D D g Hh81.1602)(41220=×-=p g p2、 竖向土压力由于隧道上覆土层为灰色淤泥质粉质粘土,地层基床系数2/20000m kN k =,推测应为硬黏性土,且隧道埋深超过隧道半径很多倍,故竖向土压力应按照太沙基公式计算。
衬砌圆环顶部的松弛宽度m D B 73.6)48cot(200=+=jp 地面超载2/20m kN q =超,且H q <g /超,H 为覆土厚度,即56.7m。
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。
据沪定、天全两县21年(1960-1980年)气候资料,多年平均气温分别为16.6℃和15.1℃,沪定略高于天全,多年平均降雨量分别为636.8 mm和1730.0mm,多年平均蒸发量分别为1578.6和924.2mm,每年8级以上大风日数分别为14天和3天,沪定相对大风更多、更强烈。
据调查访问,二郎山东坡季节冰冻线约在海拔2200m以上,积雪线海拔1900m左右,积雪时限11月上旬至次年4月,西坡季节冰冻线约为海拔2600m-2800m季节积雪线海拔2300m-2500m左右。
二郎山东西两侧分别属于青衣江和眠江支流一大渡河两大水系。
东坡龙胆溪为青衣江支流天全河发源地,西坡潘沟,属大渡河支流。
本区溪沟均受大气降水(雨、雪)和地下水的补给,其中主要为大气降水补给。
因而,亦具有一般山区沟河“易涨易落”之特点。
1.2.3 地质状况隧道穿越地层以志留系、泥盆系浅海—滨海相碳酸盐和碎屑岩为主,出口端上覆地层为崩坡积层, 黄灰、黑灰色块石土或块石、碎石土, 由山前滑坡、崩塌等坡积、崩积物及少量坡面洪流形成的洪积物组成, 主要成份为岩屑砂砾、角砾、亚粘土等。
由于区内岩层软硬相间, 故地形呈东陡西缓的单面山特征, 东坡为逆向坡, 西坡为顺向坡。
二郎山断裂带从隧址区西北侧通过, 距隧道出口约350~400m , 该断裂是龙门山断裂带的南西延长部分,为区内控制性主干断裂, 在其影响下区内沿其旁侧发育一系列次级分支羽状断裂, 在隧道轴线上共穿越断层11条, 多属压性—压扭性质, 断层带不宽, 影响带较小, 胶结较好。
隧址区地震基本烈度为8 度。
1.3隧址区初始应力条件通过采用水压致裂法在7 个钻孔中的地应力测量, 得出隧道最大水平主应力(σmax )的总体方向为N 74°W , 与隧道轴线夹角31°左右, 隧址区地应力场具有以下分布特征:(1)大约位于标高2200 m 处, 为山体应力与构造应力的分界线, 分界线以上垂直应力(Rv )占主导地位; 分界线以下水平主应力值明显增加并占主导地位, 隧道顶板正好位于分界线偏下。
(2)水平地应力(σHmax、σhmin )在垂直方向上的分布随深度增加而增大, 在横向上由隧道两端向山体内部逐渐增加, 即隧道中部地应力最大, σHmax =54.37M Pa。
(3)在同一深度内硬质岩类显示高应力值, 软岩类显示低应力值。
二郎山隧道(主洞)长4176 m , 以II、III类围岩为主,长3004 m,占71.93%; IV 类围岩长821 m , 占19.66%; V类围岩长351 m,占8.41%。
2隧道设计2.1设计标准设计行车速度: 40 km/ h (三级公路) ;隧道建筑限界: 隧道净宽9.0 m (7.5 m + 2×0.75 m) , 限高5 m设计荷载: 汽车—20 级, 挂车—100;设计小时交通量: 441辆/h;行车方式: 单洞双向行驶;卫生标准: 正常运营CO允许浓度为150×10- 6, 阻塞及救灾短时间内(15 min)为250×10- 6;烟雾允许浓度0.009 m - 1。
2.2平面线形、纵断面设计2.2.1 平面线形隧道的平面线形应根据地质、地形、路线走向、通风等因素确定隧道的平曲线线形。
直线便于施工;曲线段施工难度较大,除测量上难度加大以外,例如模板台车载曲线段施工很困难,有超高时就更困难。
结合隧址区地形、地貌及工程地质与水文地质条件、地应力大小与方向、经济性, 确定出了隧道轴线位置, 同时还兼顾了两端接线的衔接,隧道平面线形确定为直线型。
隧道设计里程K259+ 036~K263+ 212, 长 4 176 m,进口标高2 180.31 m , 出口标高2182.01 m。
2.2.2纵断面设计隧道内纵断面线形应考虑行车安全性、营运通风规模、施工作业效率和排水要求,隧道纵坡不应小于0.3%,一般情况不应大于3%;受地形等跳警限制时,高速公路、一级公路的中、短隧道可适当加大,但不宜大于4%;短于100m的隧道纵坡可与该公路隧道外路线的指标相同。
隧道内的纵坡形式,一般采用单向坡;当地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡。
纵坡变更的凸形竖曲线和凹形竖曲线的最小半径和最小长度应符合规范规定(《公路隧道设计规范》JTGD70-2004,表4.3.4)。
二郎山隧道属特长隧道,因此纵坡形式采用“人”字坡式,进口侧上坡, 坡度0.5% (长2000 m ) , 出口侧下坡, 坡度0.41% (长2176 m )。
2.3 横断面设计2.3.1 建筑限界隧道横断面设计主要是对隧道净空的设计。
隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。
隧道净空是根据“建筑限界”确定的。
“限界”是一种规定的轮廓线,这种轮廓线以内的空间是保证车辆安全运行所必需的,是建筑物不得侵入的一种限界。
公路隧道建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度及车道、人行道的净高。
下图为公路隧道建筑限界横断面组成宽度。
根据《公路工程技术标准》, 隧道建筑限界采用净宽9.0 m , 限高4.5m。
隧道内轮廓经过比选确定采用单心圆断面, 隧道总高度6.1m。
2.3.2 紧急停车带长、特长隧道应在行车方向的右侧设置紧急停车带。
双向行车隧道,其紧急停车带应双侧交错设置。
紧急停车带的宽度,包含右侧向宽度应取 3.5m,长度应取40m,其中有效长度不得小于30m。
紧急停车带的设置间距不宜大于750m。
停车带的路面横坡,长隧道可取水平,特长隧道可取0.5%~1.0%或水平。
二郎山隧道应设紧急停车带,双向交错布置,紧急停车带间距700m,有效长度30m,横向坡度取1%。
紧急停车带的建筑限界、宽度和长度见图2-3.2。
图2-3.1 建筑界(单位:cm)a)宽度构成及建筑限界(单位:cm)b)长度(单位:cm)图2-3.2 紧急停车带的建筑限界、宽度和长度2.3.3 内轮廓设计隧道内轮廓设计除符合隧道建造限界的规定外,还应满足洞内路面、排水设施、装饰的需要,并为通风、照明、消防、监控、营运管理等设施提供安装控件,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。
二郎山隧道内轮廓采用单心圆方案,半径R1=4.8m,R2=1m,R3=9.6m,θ1=108°,θ2=67°,θ3=12°,IV、V级围岩设置仰拱,内轮廓线如图2-3.3。
a)一般内轮廓线b) 含紧急停车带内轮廓线图2-3.3 内轮廓线(单位:m)3 洞门设计《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)对洞门有如下规定:1.洞口位置应根据地形、地质条件,同时结合环境保护、洞外有关工程及施工条件、营运要求,通过经济、技术比较确定;2.隧道应遵循“早进洞、晚出洞”的原则,不得大挖大刷,确保边坡及仰坡的稳定;3.洞口边坡、仰坡顶面及其周围,应根据情况设置排水沟,并和路基排水系统综合考虑布置。
3.1 洞门位置选择《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)规定洞口位置的确定应符合下列要求:1.洞口的边坡及仰坡必须保证稳定。
有条件时,应贴壁进洞;条件限制时,边坡及仰坡的设计开挖最大高度可按表2-4.1控制。
表2-4.1 洞口边、仰坡控制高度注:设计开挖高度系从路基边缘算起2.洞口位置应设于山坡稳定、地质条件好处。
3.位于悬崖陡壁下的洞口,不宜切削原山坡;应避免在不稳定的悬崖陡壁下进洞。
4.跨沟或沿沟进洞时,应考虑水文情况,结合防排水工程,充分比选确定。
5.漫坡地段的洞口位置,应结合洞外路堑地质、弃渣、排水及施工等因素综合分析确定。
6.洞口设计应考虑与附近的地面建筑及地下埋设物的相互影响,必要时采取防范措施。
7.洞口边坡、仰坡应根据实际情况加固防护措施,有条件时应优先采用绿化护坡。
8.当洞口处有塌方、落石、泥石流等时,应采取清刷、延伸洞口、设置明洞或支挡结构物等措施。
3.2 洞门形式选择标准洞门形式的选择应适应地形、地质的需要,同时考虑施工方法和施工需要。
一般地形等高线与线路中线斜交角度在45。
~65。
之间,地面横坡较陡,地质条件好,无落石掉块现象时,可选择斜交洞门;当斜交角度大于65。
时,地面横坡较陡,或一侧地形凸出,可考虑用台阶洞门;当斜交角度小于45。
时,地面横坡较陡,边仰坡刷方较高,有落石掉块掉块威胁运营安全时,考虑接长明洞。
3.3 洞门确定二郎山隧道穿越地层以志留系、泥盆系浅海—滨海相碳酸盐和碎屑岩为主,出口端上覆地层为崩坡积层, 黄灰、黑灰色块石土或块石、碎石土, 由山前滑坡、崩塌等坡积、崩积物及少量坡面洪流形成的洪积物组成, 主要成份为岩屑砂砾、角砾、亚粘土等。