隧道工程设计

学 生 姓 名 指导教师 姓 名 课程设计题目 班级 戴侃 付迎春 学 号 职 称 20105434 讲师 班级 系部 地下一班 土木工程 车公庙站～竹子林站地铁区间隧道DK12+804断面荷载计算 分组 7组 选取断面 DK12+804 地下1班 一、设计内容 本设计以深圳地铁一期工程车公庙站～竹子林站区间隧道工程为工程背景，地质情况见纵断面图。隧道曲线段：圆曲线半径R=1040m，缓和曲线长lc=64m，曲线全长L=254m，设计最高行车速度为Vmax=84km/h，地面超载按pc=20 kPa计算。 主要进行以下内容： 1.根据线路的平面、地质剖面图进行隧道横断面结构设计（隧道净宽度5.0m，净高度5.2m）。 2.根据隧道纵断面图及工程地质条件，进行隧道荷载计算（竖向压力、侧向压力和主动土压力），并绘制结构荷载图。 3.试计算隧道加宽值W，中线偏移值d，并绘图说明隧道断面的变化位置、线路中线与隧道中线的关系。 二、基本要求 1.会看图纸，能够设计隧道横断面结构图。 2.熟悉地铁区间隧道荷载的计算过程。 三、主要技术指标 表1 地层物性指标 序号 土层名称 1 素填土 2 粘土 3 粘质粉土 4 砾砂 5 砂质粘性土 6 砾质粘性土 7 全风化花岗岩 内摩擦角φ(°) 5.2 14 8 4.2 6.8 5.8 7.2 内聚力(kPa) 23 29 13 0 30 22 22 天然容重γ(kN/m) 17.4 18.9 20.7 19.9 19.0 17.9 19.1 3

指导教师签名：付迎春 2013年 12月 30 日

车公庙站～竹子林站地铁区间DK12+804断面隧道荷载计算

一、隧道横断面结构设计

本断面设计采用预支护：拱部超前注浆小导管预支护。在开挖前，沿坑道周边，向前方围岩钻孔并安装带孔小导管，并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩体就形成了有一定厚度的加固圈。在此加固圈保护下即可安全进行开挖等作业。初期支护：采用钢筋网喷射混凝土和格栅钢支撑联合支护。在开挖后的断面及时的挂钢筋网，并用喷射混凝土及时加固。然后采用格栅钢架进行支护，尽早使开挖断面封闭。防水层：采用无钉铺设。由于地下水较发育，所以采用无钉铺设。先在喷射混凝土基面上用明钉铺设法固定缓冲层，然后将防水板热或粘合在缓冲层垫圈上，使防水板无穿透钉孔。二次初砌：模注钢筋混凝土整体式初砌。初砌施工先抑拱、后墙拱，即由下到上的顺序连续灌注。在隧道纵向，则需分段进行，分段长度一般为9～12米。

横断面图见图1。

二、荷载计算

根据隧道纵断面图及工程地质条件得出下表：

表2 DK12+804断面所在地质条件

天然容重土层名称 素填土 砾砂 砾质粘性土 砂质粘性土 深度（m） 3.5 3.6 5.2 7.0 内摩擦角φ(°) 5.2 4.2 5.8 6.8 7.2 6.1 内聚力(kPa) 23 0 22 30 22 21.2 γ(kN/m) 17.4 19.9 17.9 19.0 19.1 18.7 36.3 全风化花岗岩 加权平均值

1.地铁隧道竖向土压力

hhDv(hK3)(1K1hK2)DhD1

(DK)(1KDK)hD113112式中，——围岩容重；

h——隧道上覆土层厚度；

D——断面宽度；

——围岩内摩擦角；

c——围岩内聚力；

Ht——断面高度；

6.1a1D2Httan(45)=6.226.3tan(45)8.8

226.1)tantan2(45)tan6.1tan2(4520.0049 2K12a128.86.1)]c[12tantan(45)]21.2[12tan6.1tan(4522K20.1041

a18.818.7K3K1DK20.00496.20.1041D6.20.9633

1K1DK210.00496.20.1041D11K2K1K310.10410.00490.963390.9m

2K120.0049则h19.5,DhD1。 地铁隧道竖向土压力为：

v(hK3)(1K1hK2)PC

18.7(19.50.9633)(10.004919.50.1041)20 417.56kPa2.地铁隧道侧向土压力

1e(vHt)tan2(45)2216.1 (417.5618.76.3)tan2(45)

22384.92kPa

3.地铁隧道水浮力

Pwhww9.51095kPa

4.地铁隧道主动土压力

1Ea12Hk2a2cHka2c215.222 17.43.5tan(45)2233.5222.65kpa2235.22 (45)tan217.4

2Ea212HKa214.22219.93.6tan(45) 22111.35kpa1Ea32Hk2a2cHka2c215.82217.95.2tan(45 )2225.222atan2(45 5.8)217.9222244.93kp1Ea422

2cHHkaka2c216.822 197tan(45)23072288.78kp1Ea522a2306.82 (45)tan219

2Hka2cHka2c217.222 19.16.3tan(45)2226.322100.8kpatan22227.2 (45)219.1

2隧道顶部所受侧向主动土压力为：

E顶2.65111.3544.9388.78247.71kpa隧道底部所受侧向主动土压力为：

E底2.65111.3544.9388.78100.8348.51kpa结构荷载图见图2。

三、曲线段加宽计算

1、加宽原因

（1）车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却 能随线路弯曲，仍 保持其矩形形状，故其两端向曲线外侧偏移，中间向曲线内侧偏移。

（2）由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向 上向内移动了一个距离。

2、加宽值的计算

车辆中间部分向曲线内侧的偏移d内1：

d内1l40503.93cm8R10302车辆两端向曲线外侧偏移d外;

d外440044004.27cmR1030外轨超高使车体向曲线内侧倾移d内2：

v2862E0.750.755.38cm15cmR1030

隧道内侧加宽值W1：

W1=d内1+d内2= 40502.7E18.46cmR隧道外侧加宽值W2： W2=d外=4.27cm 隧道总加宽： W=W1+W2=22.73cm 偏移值： d=0.5(W1-W2)=7.095cm 曲线加宽图见图3。

图1隧道横断面结构

图2 结构荷载图

图3曲线加宽