隧道工程课程设计指导书 适用专业：土木工程 编制：鲍先凯 建筑与土木工程学院土木系 2007.4
隧道工程课程设计指导书 适用专业：土木工程 编 制：鲍先凯 建筑与土木工程学院土木系 2007.4
一、教学总体要求 (1)运用课堂所学知识，通过本课程设计，了解隧道工程结构的类型，掌握隧 道工程结构的计算方法及构造要求。 (2)掌握确定隧道的类型及埋深，确定衬砌选型，支护形式。 (3)掌握计算隧道的荷载组合：进行结构内力计算，学握施工方法。本课程设 计需要完成A2图纸两张，掌握制图标准，完成所要求的内容。 (4)学会初步运用《公路隧道设计规范》、《公路隧道施工技术规范》《混凝土结 构设计规范》等规范有关规定以及有关资料。 (5)加强计算能力训练。培养严谨、科学的工作态度，学习做到对计算内容和 数据负责，运算思路清晰，计算书规整便于检查。 (6)隧道衬砌结构设计图是表达设计意图的具体体现，应了解每部分图纸的作 用和正确表示方法。 二、设计方法、步骤 2.1隧道断面布置 2.1.1隧道断面形式的选择 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。 目前，隧道的断面形式根据围岩的地质条件及围岩的竖向压力和侧向压力的 大小不同，多采用半衬砌、直墙拱式和曲墙拱式这种整体式混凝土衬砌结构。 1)半衬砌：拱圈直接支承在坑道围岩侧壁上，不用做侧墙，围岩起到侧墙的作 用，称为半衬砌：常适合于坚硬和较完整的】、Ⅱ级围岩中。 2)直墙拱式：拱圈直接作用在侧墙上，侧墙是直式的侧墙。直墙式衬砌由上部 拱圈、两侧竖直边墙和下部铺底三部分组合而成。适用于地质条件比较好，以垂 直围岩压力为主而水平围岩压力较小的情况。主要适用于Ⅱ、Ⅲ级围岩，个别情 况也适用于IV级围岩
一、教学总体要求 （1）运用课堂所学知识，通过本课程设计，了解隧道工程结构的类型，掌握隧 道工程结构的计算方法及构造要求。 （2）掌握确定隧道的类型及埋深，确定衬砌选型，支护形式。 （3）掌握计算隧道的荷载组合；进行结构内力计算，掌握施工方法。本课程设 计需要完成 A2 图纸两张，掌握制图标准，完成所要求的内容。 （4）学会初步运用《公路隧道设计规范》、《公路隧道施工技术规范》《混凝土结 构设计规范》等规范有关规定以及有关资料。 （5）加强计算能力训练。培养严谨、科学的工作态度，学习做到对计算内容和 数据负责，运算思路清晰，计算书规整便于检查。 （6）隧道衬砌结构设计图是表达设计意图的具体体现，应了解每部分图纸的作 用和正确表示方法。 二、设计方法、步骤 2.1 隧道断面布置 2.1.1 隧道断面形式的选择 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。 目前，隧道的断面形式根据围岩的地质条件及围岩的竖向压力和侧向压力的 大小不同，多采用半衬砌、直墙拱式和曲墙拱式这种整体式混凝土衬砌结构。 1）半衬砌：拱圈直接支承在坑道围岩侧壁上，不用做侧墙，围岩起到侧墙的作 用，称为半衬砌；常适合于坚硬和较完整的Ⅰ、Ⅱ级围岩中。 2）直墙拱式：拱圈直接作用在侧墙上，侧墙是直式的侧墙。直墙式衬砌由上部 拱圈、两侧竖直边墙和下部铺底三部分组合而成。适用于地质条件比较好，以垂 直围岩压力为主而水平围岩压力较小的情况。主要适用于Ⅱ、Ⅲ级围岩，个别情 况也适用于 IV 级围岩
3)曲墙拱式：拱圈和侧墙是一个整体，曲墙式衬砌适用于地质条件比较差，有 较大水平围岩压力的V级及以上的围岩。它由顶部拱圈、侧面曲边墙和底部仰拱 (或铺底)组成。除在Ⅳ级围岩无地下水，且基础不产生沉陷的情况下可以不设仰 拱，只做平铺底外，一般均设仰拱，以抵抗底部围岩压力和防止衬砌沉降.使衬 砌形成一个环状的封闭整体结构，以提高衬砌的承载力。 因围岩属于条件较好的Ⅱ、Ⅲ级围岩，所以可以选隧道断面形式为直墙拱式。 2.1.2隧道建筑限界： 隧道建筑限界是指为保证隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一定 宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界。在设计中，应充分研究各种车 道与公路设施之间所处的空间关系，任何部件（包括隧道本身的通风、照明、安 全、监控及内装等附属设施)均不得侵入隧道建筑限界之内。隧道建筑限界由行 车带宽度W、侧向宽度L、人行道R或检修道J等组成。当设置人行道时，含 余宽C。 本隧道设计为高速公路，则可取建筑限界高度H=5.0m,而且检修道J的宽 度不宜小于1.00m,可取J左=J素=1.00m,检修道高度h=0.5m。设检修道时， 不设余宽，即：C-0。取行车道宽度W=3.75m×2=7.5m,侧向宽度为： L,=L3=1.00m,建筑限界顶角宽度为：E,=E。=1.00m,隧道纵坡不应小于 0.3%,不应大于3%。具体建筑限界见图1所示。 100 10010m 375 375 图1公路隧道建筑限界（单位：cm)
3）曲墙拱式：拱圈和侧墙是一个整体，曲墙式衬砌适用于地质条件比较差，有 较大水平围岩压力的Ⅳ级及以上的围岩。它由顶部拱圈、侧面曲边墙和底部仰拱 (或铺底)组成。除在Ⅳ级围岩无地下水，且基础不产生沉陷的情况下可以不设仰 拱，只做平铺底外，一般均设仰拱，以抵抗底部围岩压力和防止衬砌沉降．使衬 砌形成一个环状的封闭整体结构，以提高衬砌的承载力。 因围岩属于条件较好的Ⅱ、Ⅲ级围岩，所以可以选隧道断面形式为直墙拱式。 2.1.2 隧道建筑限界： 隧道建筑限界是指为保证隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一定 宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界。在设计中，应充分研究各种车 道与公路设施之间所处的空间关系，任何部件（包括隧道本身的通风、照明、安 全、监控及内装等附属设施）均不得侵入隧道建筑限界之内。隧道建筑限界由行 车带宽度 W、侧向宽度 L、人行道 R 或检修道 J 等组成。当设置人行道时，含 余宽 C。 本隧道设计为高速公路，则可取建筑限界高度 H＝5.0m，而且检修道 J 的宽 度不宜小于 1.00m，可取 J左 = J右 =1.00m ，检修道高度 h＝0.5m。设检修道时， 不设余宽，即：C=0。取行车道宽度 W=3.75m×2＝7.5m，侧向宽度为： LL = LR =1.00m ，建筑限界顶角宽度为： EL = ER =1.00m ，隧道纵坡不应小于 0.3％，不应大于 3％。具体建筑限界见图 1 所示。 图 1 公路隧道建筑限界（单位：cm）
由《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)4.4.6有：上、下行分离式独立双 洞的公路隧道之间应设置横向通道。本隧道属于短隧道设置一处人行横道即可， 人行横通道的断面建筑限界如下图2所示。 200 图2人行横通道的断面建筑限界（单位：m〉 故：隧道限界净宽为：1.5m: 其中：行车道宽度：W=3.75m×2=7.5m: 侧向宽度为：L2=LR=1.00m: 检修道宽度：J=J右=1.00m 隧道限界净高：5m: 内轮廓形式：单心圆R=6.8m: 净高：7m: 净宽：11.7m: 向外取衬砌厚度0.4m,可取隧道开挖宽度B,=12.5m:洞口的开挖方式见施工组 织设计。 2.2围岩压力计算 围岩压力的确定目前常用有下列三种方法：①直接量测法：②经验法或工程 类比法：③理论估算法。目前我国公路隧道多采用经验法或工程类比法，采用经 验公式进行围岩压力的计算 根据隧道埋深确定隧道属于深埋还是浅埋隧道，深、浅埋隧道分界深度为： H。=(2~2.5)h, 其中h。一荷载等效高度，按下式计算： h,=h=0.45×2-o 式中s一围岩级别，如属Ⅲ级围岩，则s=3:
由《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）4.4.6 有：上、下行分离式独立双 洞的公路隧道之间应设置横向通道。本隧道属于短隧道设置一处人行横道即可， 人行横通道的断面建筑限界如下图 2 所示。 图 2 人行横通道的断面建筑限界（单位：mm） 故：隧道限界净宽为：11.5m； 其中：行车道宽度：W=3.75m×2＝7.5m； 侧向宽度为： LL = LR =1.00m ； 检修道宽度： J左 = J右 =1.00m ； 隧道限界净高：5m； 内轮廓形式：单心圆 R=6.8m； 净高：7m； 净宽：11.7m； 向外取衬砌厚度 0.4m，可取隧道开挖宽度 Bt =12.5m ；洞口的开挖方式见施工组 织设计。 2.2 围岩压力计算 围岩压力的确定目前常用有下列三种方法：①直接量测法；②经验法或工程 类比法；③理论估算法。目前我国公路隧道多采用经验法或工程类比法，采用经 验公式进行围岩压力的计算。 根据隧道埋深确定隧道属于深埋还是浅埋隧道，深、浅埋隧道分界深度为： H p =（2～2.5）h q 其中 h q—荷载等效高度，按下式计算： h q= s 1 0.45 2 − h = 式中 s—围岩级别，如属Ⅲ级围岩，则 s=3；
0一宽度影响系数，0=1+i(B-5): 1)深埋隧道围岩压力的确定： 隧道支护结构的垂直均布压力： q=h h=045×2-o 式中： y一围岩容重，kN/m: B一隧道宽度(m): i一以B=5为基准，每增减1m时的围岩压力增减率。 当B<5时，取i=0.2,当B>5时，取i=0.1。 公式的适用条件为： ①H/B<1.7,式中H为隧道高度： ②深埋隧道： ③不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道： ④采用钻爆法施工的隧道。 2)浅埋隧道围岩压力的确定： 浅埋隧道围岩压力分下述两种情况分别计算： ①埋深H小于或等于等效荷载高度h。时，荷载视为均布竖向压力：q= 侧向压力按匀布考虑时，其值为：=y2} )tan2(450-2） 式中：e一侧向匀布压力： y一围岩容重，kN/m: H一隧道埋深(m): H,一隧道高度(m): ·一围岩计算摩擦角，其值可查有关规范 ②埋深大于h,、小于等于H时：q=yH1-队an) BT
—宽度影响系数， =1+i(B-5)； 1)深埋隧道围岩压力的确定： 隧道支护结构的垂直均布压力： q = h s 1 0.45 2 − h = 式中： —围岩容重，kN/㎡； B—隧道宽度（m）； i—以 B=5 为基准，每增减 1m 时的围岩压力增减率。 当 B﹤5 时，取 i=0.2,当 B＞5 时，取 i=0.1。 公式的适用条件为： ①H/B﹤1.7，式中 H 为隧道高度； ②深埋隧道； ③不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道； ④采用钻爆法施工的隧道。 2)浅埋隧道围岩压力的确定： 浅埋隧道围岩压力分下述两种情况分别计算： ①埋深 H 小于或等于等效荷载高度 h q 时，荷载视为均布竖向压力： q = h 侧向压力按匀布考虑时，其值为：e= (H+ Hi 2 1 )tan 2 (45 0 - 2 ) 式中: e—侧向匀布压力； —围岩容重，kN/㎡； H—隧道埋深（m）； H i — 隧道高度（m）； —围岩计算摩擦角，其值可查有关规范。 ② 埋深大于 h q 、小于等于 H p 时：q= H(1- BT H tan )