隧道工程课程设计计算书

隧道工程课程设计设计题目：公路隧道结构设计与计算1课程设计任务书1.1 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。

要求每个学生高度重视，必须认真按时完成。

1.2时间安排根据高等学校土木工程专业《隧道工程》课程教学大纲要求：本课程安排一周的课程设计，采取集中进行的方式。

按照本学期本课程教学的实际教学情况，对课程设计工作做如下安排：1、根据教学进度，将课程设计任务布置给学生；2、学生在学期的第二周内完成课程设计内容；3、课程设计计算书完成后，在第三周交任课老师1.3课程设计题目及资料1、课程设计题目：公路隧道结构设计与计算某高速公路隧道（双向四车道，隧道长： 250m）通过Ⅲ级围岩，埋深H=20m，隧道围岩天然容重γ=24KN/m3，计算摩擦角ф =45 ,采用钻爆法施工。

要求按高速公路设计速度100km/h考虑公路隧道建筑限界的横断面：1)按公路隧道要求对隧道衬砌进行结构设计（拟定结构尺寸）；2)按规范确定该隧道的竖向均布压力和侧向分布压力；3)计算衬砌结构的内力（画出弯矩图和轴力图）；4)对衬砌结构进行配筋验算。

2、参考资料：（ 1）中华人民共和国行业标准《公路隧道设计规范》JTG D70-2004, 人民交通出版社，2004 年 9 月；（ 2）中华人民共和国行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004, 人民交通出版社，2004 年；（3）夏永旭编著《隧道结构力学计算》，人民交通出版社， 2004 年；（4）有关《隧道工程》教材；（5）有关隧道设计图纸；（6）公路隧道、世界隧道、岩石力学与工程学报等期刊。

1.4课程设计做法指导1、根据题目要求，按照《公路隧道设计规范》JTG D70-2004 拟定隧道结构的截面尺寸，包括轮廓线半径和厚度等；2、按照比例（例如1：100）绘制横断面图；3、按照 04 年发布的《公路隧道设计规范》JTG D70-2004确定隧道围岩竖向压力和水平压力；4、隧道结构内力计算，要求写出计算过程，并画出内力图；5、每位学生提交的课程设计成果（计算书）：（1）按上述要求进行的计算过程和计算结果；（2）按比例绘制的隧道结构设计图纸一张（包括隧道横断面图、断面配筋图、支护设计图）。

高速公路隧道计算书
1. 引言
本文档为高速公路隧道的计算书，旨在对隧道的相关参数进行
计算，并评估其合理性和安全性。

2. 隧道参数计算
2.1 隧道尺寸
根据设计要求和实际情况，计算隧道的尺寸包括净高度和净宽度。

2.2 隧道线型
根据设计要求和地质勘探结果，计算隧道的线型参数，包括纵
断面和横断面的曲线半径等。

2.3 隧道施工方法
根据施工要求和地质情况，计算隧道的施工方法，包括顺做法、逆做法和转向做法等。

2.4 隧道地质参数
根据地质勘探结果和相关地质资料，计算隧道的地质参数，包
括地层土质、岩性等。

2.5 隧道支护结构计算
根据隧道的地质情况和设计要求，计算隧道的支护结构类型和
尺寸，包括锚杆、拱形支护等。

3. 隧道安全性评估
根据隧道的设计参数和施工方法，评估隧道的安全性，包括地
质灾害、水文条件和交通安全等方面进行综合评估。

4. 结论
本文档根据高速公路隧道的相关参数进行计算，并对其安全性
进行评估。

根据计算结果，可以为隧道的设计和施工提供参考依据，确保隧道的合理性和安全性。

以上为《高速公路隧道计算书》的内容摘要，详细计算和评估
请参阅正文。

一、设计资料1、工程概况：安徽省铜汤高速公路要穿越黄山的焦家山，在该山建一隧道。

隧道址区属构造剥蚀低山区，海拔105.2m —231.1m ，相对高差125.9m 。

山脊走向35度左右，隧道轴线与山脊走向基本垂直。

2、地形地质等条件工作区属亚热带湿润季风气候区，梅雨区40天左右，年平均气温为15.2—17.3度，最高日平均气温为42度，最低日平均气温为－20度。

七、八月气温最高，一月气温最低。

区内雨量充沛，多年平均年降雨量为1673.5mm ，最大为2525.7mm ，最小为627.9mm ，多锋面雨及地形雨，山区冬季风速较大，一般为4～5级。

地层岩性主要为志留系畈村组粉砂岩（fn S 2）和第四系全新统崩坡积成因碎石土（14d e Q ）。

3、设计标准设计等级：高速公路双向四车道； 地震设防烈度：7级 4、计算断面资料：桩号：K151+900.00； 地面高程：205.76m ； 设计高程：138.673m ； 围岩类别：Ⅲ类；复合式衬砌类型：Ⅲ类；工程地质条件及评价：该段隧道通过微风化粉砂岩地段，节理裂隙不发育，埋置较深，围岩稳定性较好。

5、设计计算内容（1）确定隧道开挖方式及隧道断面布置图； （2）围岩压力计算； （3）隧道支护设计图； （4）隧道衬砌设计图。

6、设计依据 （1）《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）； （2）《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）； （3）《隧道工程》王毅才 主编 人民交通出版社； （4）《地下结构静力计算》 天津大学建筑工程系地下建筑工程教研室 编 中国建筑工业出版社。

二、隧道断面布置本公路设计等级为高速公路双向四车道，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类围岩，分离式独立双洞间的最小净距为2.0B ，B 为隧道开挖断面的宽度。

本隧道入口处桩号为：K151+818,出口处桩号为：K151+986，全长168米，为短隧道，不需设紧急停车带。

一、设计资料 1、工程概况：安徽省铜汤高速公路要穿越黄山的焦家山，在该山建一隧道。

隧道址区属构造剥蚀低山区，海拔105.2m —231.1m ，相对高差125.9m 。

山脊走向35度左右，隧道轴线与山脊走向基本垂直。

2、地形地质等条件工作区属亚热带湿润季风气候区，梅雨区40天左右，年平均气温为15.2—17.3度，最高日平均气温为42度，最低日平均气温为－20度。

七、八月气温最高，一月气温最低。

区内雨量充沛，多年平均年降雨量为1673.5mm ，最大为2525.7mm ，最小为627.9mm ，多锋面雨及地形雨，山区冬季风速较大，一般为4～5级。

地层岩性主要为志留系畈村组粉砂岩（fn S 2）和第四系全新统崩坡积成因碎石土（14d e Q ）。

3、设计标准设计等级：高速公路双向四车道； 地震设防烈度：7级 4、计算断面资料：桩号：K151+900.00； 地面高程：205.76m ； 设计高程：138.673m ； 围岩类别：Ⅲ类；复合式衬砌类型：Ⅲ类；工程地质条件及评价：该段隧道通过微风化粉砂岩地段，节理裂隙不发育，埋置较深，围岩稳定性较好。

5、设计计算内容（1）确定隧道开挖方式及隧道断面布置图； （2）围岩压力计算； （3）隧道支护设计图； （4）隧道衬砌设计图。

6、设计依据 （1）《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）； （2）《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）； （3）《隧道工程》王毅才 主编 人民交通出版社； （4）《地下结构静力计算》 天津大学建筑工程系地下建筑工程教研室 编 中国建筑工业出版社。

二、隧道断面布置本公路设计等级为高速公路双向四车道，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类围岩，分离式独立双洞间的最小净距为2.0B ，B 为隧道开挖断面的宽度。

本隧道入口处桩号为：K151+818,出口处桩号为：K151+986，全长168米，为短隧道，不需设紧急停车带。

1工程概况1.1 隧道概况该隧道位于福建省某市某镇某山，进口纵坡1%，出口纵坡为-0.5%，进口高程9.44m，出口高程6.62m，进出口桩号分别为K2+884、K3+883，长999m，属于中隧道。

根据某市某县至某县公路初步设计审查意见及业主的批复意见，某山隧道采用初步设计优化方案，隧道设计要求为任务书规定的隧道，其建筑限界及通风照明设计与设计车速一致。

本设计要求在隧道内壁不用瓷砖的范围喷刷防火涂料，其耐火要求不小于4小时，并对隧道进行内装饰设计。

1.2 隧道区地形地貌本隧道所处的某山最高海拔224.4m，属沿海低丘地貌(山岭重丘区)，山顶较浑圆。

隧道轴线穿越地带最高为194m，坡度15～20°，进口处坡度约为15～20°，相对较平缓。

第四系覆土较薄，植被较发育。

1.3隧道区工程地质与水文地质条件本区第四系覆土不发育，多呈零星分布，厚度小，主要地层为下白垩统石帽山群上、下段，岩性主要为安山岩、玻屑凝灰岩、凝灰岩等。

除弱风化岩石及沉凝灰岩属软质岩外，其他微风化岩石主要属硬质岩，基岩垂直风化带发育，全风化层较薄，强风化和弱风化层相对较厚，岩石较破碎。

受地域地质构造影响，本地质构造主要表现为节理裂隙密集带，主要分布5条，对隧道有影响的主要有2条（L1和L5）。

围岩级别以Ⅱ～Ⅳ级为主。

隧道附近无大地表水，零星分布季节性水沟，流量小，地下水主要受大气降水补给，径流区短，部分以泉水形式排泄于水沟，部分径流排泄于大海，泉流量小，为0.01～0.21 L/S，地下水主要为风化裂隙水和基岩裂隙水，补给源有限，岩石含水性富水性较弱，水量贫乏。

1.4地震根据国家地震烈度区划图(1990)福建省区划一览表,并对隧道工程场地地震基本烈度复核，本隧道场址区基本烈度为Ⅵ度。

1.5技术经济条件⑪建筑材料：水泥：保证供应；砂石：保证供应；钢材：保证供应；木材：可适当供应，数量有限。

⑫工程用水：工地附近有水源，能保证施工需要，水质对混凝土无侵蚀性。

一、设计资料1、工程概况：xx 省xx 高速公路要穿越黄山的焦家山，在该山建一隧道。

隧道址区属构造剥蚀低山区，海拔105.2m —231.1m ，相对高差125.9m 。

山脊走向35度左右，隧道轴线与山脊走向基本垂直。

2、地形地质等条件工作区属亚热带湿润季风气候区，梅雨区40天左右，年平均气温为15.2—17.3度，最高日平均气温为42度，最低日平均气温为－20度。

七、八月气温最高，一月气温最低。

区内雨量充沛，多年平均年降雨量为1673.5mm ，最大为2525.7mm ，最小为627.9mm ，多锋面雨及地形雨，山区冬季风速较大，一般为4～5级。

地层岩性主要为志留系畈村组粉砂岩（fn S 2）和第四系全新统崩坡积成因碎石土（14d e Q ）。

3、设计标准设计等级：高速公路双向四车道； 地震设防烈度：7级 4、计算断面资料：桩号：K151+900.00； 地面高程：205.76m ； 设计高程：138.673m ； 围岩类别：Ⅲ类；复合式衬砌类型：Ⅲ类；工程地质条件及评价：该段隧道通过微风化粉砂岩地段，节理裂隙不发育，埋置较深，围岩稳定性较好。

5、设计计算内容（1）确定隧道开挖方式及隧道断面布置图； （2）围岩压力计算； （3）隧道支护设计图； （4）隧道衬砌设计图。

6、设计依据 （1）《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）； （2）《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）； （3）《隧道工程》王毅才 主编 人民交通出版社； （4）《地下结构静力计算》 天津大学建筑工程系地下建筑工程教研室 编 中国建筑工业出版社。

二、隧道断面布置本公路设计等级为高速公路双向四车道，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类围岩，分离式独立双洞间的最小净距为2.0B ，B 为隧道开挖断面的宽度。

本隧道入口处桩号为：K151+818,出口处桩号为：K151+986，全长168米，为短隧道，不需设紧急停车带。

一、设计资料 1、工程概况：安徽省铜汤高速公路要穿越黄山的焦家山，在该山建一隧道。

隧道址区属构造剥蚀低山区，海拔105.2m —231.1m ，相对高差125.9m 。

山脊走向35度左右，隧道轴线与山脊走向基本垂直。

2、地形地质等条件工作区属亚热带湿润季风气候区，梅雨区40天左右，年平均气温为15.2—17.3度，最高日平均气温为42度，最低日平均气温为－20度。

七、八月气温最高，一月气温最低。

区内雨量充沛，多年平均年降雨量为1673.5mm ，最大为2525.7mm ，最小为627.9mm ，多锋面雨及地形雨，山区冬季风速较大，一般为4～5级。

地层岩性主要为志留系畈村组粉砂岩（fn S 2）和第四系全新统崩坡积成因碎石土（14d e Q ）。

3、设计标准设计等级：高速公路双向四车道； 地震设防烈度：7级 4、计算断面资料：桩号：K151+900.00； 地面高程：205.76m ； 设计高程：138.673m ； 围岩类别：Ⅲ类；复合式衬砌类型：Ⅲ类；工程地质条件及评价：该段隧道通过微风化粉砂岩地段，节理裂隙不发育，埋置较深，围岩稳定性较好。

5、设计计算内容（1）确定隧道开挖方式及隧道断面布置图； （2）围岩压力计算； （3）隧道支护设计图； （4）隧道衬砌设计图。

6、设计依据 （1）《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）； （2）《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）； （3）《隧道工程》王毅才 主编 人民交通出版社； （4）《地下结构静力计算》 天津大学建筑工程系地下建筑工程教研室 编 中国建筑工业出版社。

二、隧道断面布置本公路设计等级为高速公路双向四车道，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类围岩，分离式独立双洞间的最小净距为2.0B ，B 为隧道开挖断面的宽度。

本隧道入口处桩号为：K151+818,出口处桩号为：K151+986，全长168米，为短隧道，不需设紧急停车带。

隧道工程课程设计一、工程概况某地区一暗挖双线马蹄形隧道,埋深h=125m，围岩等级为v级，地层平均容重16。

0 kN/m3。

宽度B=13.08m，隧道采用复合式衬砌形式,衬砌厚度为0.42m，配筋采用Ф22＠200mm，钢材采用HRB335，钢筋保护层厚度50mm。

二、计算1、衬砌结构的计算模型隧道工程建筑物是埋置于地层中的结构物，它的受力和变形与围岩密切相关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束,共同工作。

这种共同作用正是地下结构与地面结构的主要区别.根据本工程浅埋及松散地层的特点，使用阶段结构安全性检算采用“荷载-结构”模式,即将支护和围岩分开考虑,支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承。

支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来实现的.计算模型中，二衬结构采用弹性平面梁单元模拟，弹性抗力以及隧底地基均采用弹簧单元模拟。

组合荷载根据不同作用方向分别转换成等效节点力施加在相应的单元结点上.具体计算模型见图1。

图1 计算模型2、荷载计算围岩压力计算参照课本中有关我国铁路隧道推荐的方法进行确定(双线隧道）或参照《铁路隧道设计规范》，深浅埋分别计算。

按破坏阶段设计计算垂直压力公式：q=r x h q = 0。

45 x 2^(s—1）x r x w式中：h q——等效荷载高度值S——围岩级别r—-围岩的容重w—-宽度影响系数，其值为w=1+i（B—5）计算得，q=0。

45x2^（5-1)x16000x1。

805=2.082816e6N/m水平均布松动压力系数取0。

3，则e=0.3q=0.0634e6N/m3、ANSYS操作命令流!荷载——结构方法计算（马蹄形断面)finish !退出当前处理程序/clear !清除以前数据,重新开始一个新的分析/COM,Structural ！定义分析类型，结构分析(热分析、流体分析等）/prep7 !进入前处理器＊AFUN,deg !定义角度单位为度（缺省为弧度，RAD）! 定义建模及材料参数的一些变量值＊set,Py,2。

第一章总则对某区间隧道进行结构检算，求出内力，并进行配筋计算。

具体设计基本资料如下:1。

1设计条件隧道拱顶埋深为5 m;隧道围岩等级为III级，围岩重度为28kN/m3，围岩的内摩擦角φ=60º，似摩擦角φ*=68º，围岩侧压力系数取为0。

3。

；采用暗挖法施工，隧道断面型式为6心圆马蹄形结构。

结构尺寸如图所示：图 1 隧道尺寸示意图1。

2设计原则山岭地区的地下工程是包括铁路、公路、水工隧道和地下储库等位于山岭内部的地下建筑物。

对于公路隧道而言，主体规划设计主要考虑4个方面的问题：（1）隧道（里面、平面）线型的选择，需要考虑地表条件、地层条件、地下水条件和既有临近建筑及设施；（2）隧道施工对地层的影响，需要分析地层的变形、荷载和稳定性特征，还需要考虑地下水和地层的渗透性；（3）隧道断面、主体及附属结构形式的选择,需要考虑地层的变形和刚度、衬砌的变形和刚度,以及两者之间的相互作用；（4）隧道防水方案，选择全封闭方案、部分封闭部分排水方案或其他防排水方案。

隧道施工方法的规划设计主要涉及3个方面的问题：（1）地层的开挖与出渣,需要考虑地层结构和岩石硬度的变化,还要计入地下水的作用；（2）地层稳定性的维持，需要考虑地层的自稳特征和站立时间，对注浆或冻结等地层处理方法的适应性；（3）地下水，包括流量与流向，流砂或管涌的可能性，以及处理方法。

公路隧道结构设计应按照相关的行业规范执行。

如《建筑结构荷载规范》（GBJ 50009—2001）、《人民防空工程设计规范》（GB 50225-95)、《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086—2001)、《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002)、《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ 138-2001)、《钢结构设计规范》（GBJ 50017—2003）、《地下工程防水设计规范》（GB 50108—2001)、《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）等。

《隧道工程课程设计》任务书1 课程目的通过课程设计，使学生掌握公路隧道支护结构的基本计算方法，熟悉矿山法在公路隧道施工中的工艺，掌握公路隧道施工设计的基本方法。

2 题目《公路隧道结构设计与计算》题目一：某高速公路隧道通过III 类围岩(即IV级围岩)，埋深H=30m，隧道围岩天然容重γ=23 KN/m3，计算摩擦角ф=35o ,变形模量E=6GPa,采用矿山法施工。

题目二：某高速公路隧道通过II 类围岩(即V级围岩)，埋深H=50m，隧道围岩天然容重γ=20 KN/m3，计算摩擦角ф=25o , 变形模量E=1.5GPa，采用矿山法施工。

题目三：某一级公路隧道通过III 类围岩(即IV级围岩)，埋深H=30m，隧道围岩天然容重γ=23 KN/m3，计算摩擦角ф=35o ,变形模量E=6GPa,采用矿山法施工。

题目四：某一级公路隧道通过II 类围岩(即V级围岩)，埋深H=50m，隧道围岩天然容重γ=20 KN/m3，计算摩擦角ф=25o , 变形模量E=1.5GPa采用矿山法施工。

题目五：某高速公路隧道通过IV类围岩(即III级围岩)，埋深H=20m，隧道围岩天然容重γ=25 KN/m3，计算摩擦角ф=50o , 变形模量E=10GPa，采用矿山法施工。

题目六：某一级公路隧道通过IV类围岩(即III级围岩)，埋深H=20m，隧道围岩天然容重γ=25 KN/m3，计算摩擦角ф=50o, 变形模量E=10GPa，采用矿山法施工。

(以上六题共用条件：衬砌材料采用C25喷射混凝土，材料容重γh=22 KN/m3，变形模量 E h=25GPa)3 隧道洞身设计内容(1) 按相应公路等级的行车速度确定公路隧道建筑限界(2) 按公路隧道要求对隧道衬砌进行结构设计（拟定结构尺寸）；(3) 按规范确定该隧道的竖向均布压力和侧向分布压力；(4) 计算衬砌结构的内力（画出弯矩图和轴力图）；(5) 对衬砌结构进行配筋验算。