虎岭公路隧道初步设计毕业论文

中文摘要虎岭公路隧道初步设计摘 要随着经济的快速发展，交通工程已经成为经济发展的强力驱动与支撑。随着高速公路建设的推进，交通基础设施建设也不断深入，目前隧道工程也已经成为公路系统中的重要组成部分。它对优化道路线形、缩短公路里程有重大影响；同时对促进周边地区环境保护、经济发展及国防建设也具有深远影响。虎岭公路隧道位于陕西省华县境内，属连霍高速公路陕西线西安至潼关段。隧道起点位于虎岭南麓李家沟口处，终点位于虎岭北麓韭菜沟口处,隧道全长1780m。本文对隧道的规划、设计和计算进行了详细的论述。设计的主要内容有：隧道调查,围岩分级、地形与地质调查、气象调查、隧道线型设计、纵、横断面设计，洞口及洞门设计，衬砌结构设计，结构计算，防水与排水、通风设计及运营照明设计。隧道选线时综合考虑了地形地质情况，在衬砌计算中，考虑弹性反力的存在，隧道规划和设计过程中遵循充分发挥隧道功能，安全经济的建设隧道的基本原则，完成整个隧道的初步设计。 最终设计成果包括：设计说明书部分，围岩衬砌计算书，运营通风计算书，运营照明计算书，路线平面图，纵断面设计图，建筑限界及内轮廓图，洞门及明洞设计图，类围岩衬砌设计图，通风机，照明灯具示意图。 关键词：隧道； 结构计算； 衬砌； 防排水； 通风； 照明英文摘要HuLing highway tunnel preliminary designAbstractWith the rapid development of economy, the traffic engineering has become the powerful drive and economic development. With the advance of the highway construction, transportation infrastructure construction is unceasingly thorough, tunnel project also has become an important part of highway system. It is to optimize road alignment, shorten the length of highways are important influence, To promote environmental protection and surrounding areas for economic development and national defense construction and far-reaching influence.Tiger hill road tunnel in Shaanxi province, the enterprise of domestic Huo highway Shaanxi line from Xian to Tongguann. Tunnel in the south foothill tiger starting point, located in gully tiger hill, north leek ditch tunnel length 1780m. This paper tunnel planning, design and calculation discussed in detail. Main contents: the design of surrounding rock tunnel survey, classification and grading and geological survey, meteorological survey, design, longitudinal and linear tunnel hole and DongMen cross-sectional design, design, structure design, structure calculation lining, waterproof and drainage, ventilation design and operation of lighting design. When considering the concept of tunnel lining, topography and geology condition, in consideration of the elastic force, tunnel planning and design process fully functional, follow the tunnel construction of the tunnel safely economic principles, complete the preliminary design of the tunnel.The final design achievements include: the design specification, rock lining calculation, operation ventilation, lighting calculations, depreciation operation plan, design, line longitudinal structure gauge and outline, DongMen inside the cave drawings, and classes, fan, rock lining design diagram illumination luminaries.Keywords: Tunnel, Structural calculation, Lining, Waterproof and drainage, Ventilated, lighting目录目录摘 要IAbstractII主要符号表IV1 绪论11.1 题目背景和意义11.2 国内外研究情况11.3本设计研究的主要内容22 工程概况32.1工程简介32.2设计标准及设计依据32.3原始资料32.4 设计的基本要求43 设计总说明书53.1 平面设计53.2纵断面设计63.3横断面设计63.3.1 建筑界限63.3.2 紧急停车带73.3.3 内轮廓设计73.4洞口、洞门及明洞设计93.4.1洞口、洞门设计93.4.2明洞设计103.5隧道防、排水设计113.5.1 防水113.5.2 排水113.5.3 洞口的防排水123.6隧道支护设计123.6.1衬砌设计规定123.6.2 衬砌结构选择123.6.3 衬砌设计133.7隧道通风设计143.7.1通风设计应考虑的因素及应符合的要求143.7.2通风设计143.8隧道照明设计154 衬砌结构计算164.1基本资料164.1.1岩体特性164.1.2衬砌材料164.1.3结构尺寸174.2基本计算数据174.2.1衬砌计算174.2.2围岩垂直均布荷载184.3 绘制分块图184.4计算半拱轴线长度（不计算仰拱）184.5计算各分段截面中心的几何要素194.5.1求各截面与竖轴的夹角194.5.2求各截面的中心坐标204.6计算基本结构的单位位移214.7计算主动荷载在基本结构中产生的位移224.7.1主动荷载在基本结构上产生的内力224.7.2 主动荷载位移254.7.3 墙底位移计算254.8 解主动荷载作用下的力法方程264.9 求主动荷载作用下各截面的内力264.10 求基本结构中产生的变位274.10.1各截面的弹性反力强度274.10.2 各分块上的弹性反力集中力284.10.3 弹性反力集中力与摩擦力集中力的全力284.10.4 计算基本结构的内力284.10.5 计算荷载位移294.11 解单位弹性反力的力法方程304.12 最大弹性反力值的计算314.13 计算赘余力324.14 计算初砌截面总的内力324.14.1 初砌各截面内力324.14.2 校核计算精度334.15 绘制内力图344.16衬砌截面强度验算345 通风设计及计算365.1通风方式的确定365.2需风量的计算365.2.1 CO排放量375.2.2烟雾排放量385.2.3稀释空气内异味的需风量405.2.4交通阻滞时的通风量计算405.3通风计算415.3.1计算条件415.3.2隧道内所需升压力计算415.4通风机台数的计算435.5风机的布置446 照明计算456.1 隧道照明区段的划分及亮度456.1.1洞外接近段456.1.2洞内照明456.2亮度验算476.2.1中间段照明计算476.3照明区段的灯具选型及总体布置507 结 论52参考文献53致 谢54毕业设计（论文）知识产权声明55毕业设计（论文）独创性声明56主要符号表主要符号表.围岩容重k .弹性抗力系数d0.二次衬砌厚度.宽度影响系数f.衬砌矢高e.偏心距.利用系数.光通量M.养护系数N.灯具布置系数S.灯具间距.路面平均照度 .平均亮度1 绪论1 绪论1.1 题目背景和意义随着经济的快速发展，交通工程已经成为经济发展的强力驱动与支撑。随着高速公路建设的推进，而修建水平满足不了发展的需要，造成各种交通设施超负荷运转，交通事故、交通阻塞和交通公害等成为一个社会问题，阻碍了国家和地区经济的发展。因此，针对交通需求的高涨，解决好路面交通的规划和修建，是急需研究的课题之一。隧道工程已经成为公路系统中的重要组成部分。它对优化道路线形、缩短公路里程由重大影响；同时对促进周边地区环境保护、景观美化、当地经济发展及国防建设也具有深远影响。虎岭公路隧道位于陕西省华县境内，属连霍高速公路陕西线西安至潼关段，是我国建设的最长的横向快速陆上交通通道。此题目来源于工程实际，通过对此题目的完成要求对隧道设计的初步阶段有完整的掌握，为今后工作实际问题的解决做实战准备。 1.2 国内外研究情况由于我国是一个多山的国家，特别是西部山区，山大沟深，随着高速公路的发展，不可避免的面临着复杂的地貌问题，为了克服地形和各种障碍，改善线性，必然采用公路隧道的方式。随着工程的发展，在给公路交通创造有利条件的同时，也给隧道监控系统的研究、建设提出了新的要求。隧道修建技术的进步为长大隧道工程和开发利用地下空间奠定了基础，同时，大规模的地下工程的建设也必将对隧道建设技术提出新的更高要求。为了适应今后隧道工程大规模发展的需要，展望隧道施工的发展方向，隧道施工应开展以下方面的研究：（1）隧道施工阶段中的地质勘探工作（2）加强隧道机械化施工（3）发展隧道治水和融冰的技术（4）加强隧道的防火效果（5）加强应用施工新技术的研究（6）发展高性能混凝土施工技术，完善施工工艺，改善施工环境，提高支护质量、速度和效果。（7）加强对预制拼装式衬砌的研究应用（8）加强隧道施工现代化管理采用现代化管理方式可最大限度的发挥机械效率，确保工程质量和进度。1.3本设计研究的主要内容主要内容：（1）隧道设计调查及围岩分级包括资料收集，地形与地质调查，气象调查，工程环境调查,围岩分级。（2）总体设计线路的方案比选隧道的几个设计隧道防、排水设计隧道衬砌结构计算隧道运营通风设计及计算隧道运营照明设计及计算隧道结构计算2 工程概况2 工程概况2.1工程简介虎岭公路隧道位于陕西省华县境内，属连霍高速公路陕西线西安至潼关段，是我国建设的最长的横向快速陆上交通通道。此题目来源于工程实际，通过对此题目的完成要求对隧道设计的初步阶段有完整的掌握，为今后工作实际问题的解决做实战准备。 2.2设计标准及设计依据（1）公路等级：双车道高速公路，隧洞为双车道单向行车标准，隧道设计采用主要技术标准为： 隧道设计限界：10.255.0m; 路面类型:洞外36cm水泥混凝土面层+25cm级配碎石底基层,洞内32cm水泥混凝土面层+15cm基层混凝土; 设计行车速度:80km/h; 路面宽度7.5m; 一般平曲线最小半径65m; 极限最小平曲线半径30m（2）设计依据公路工程技术标准（JTJ001-97） 公路隧道设计规范（JTJD70-2004）公路隧道通风照明设计规范（JTJ026.1-1999）公路路基设计规范（JTJ013-86）公路水泥混凝土路面设计规范（JTJ012-84）公路路线设计规范（JTJ011-94）公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）公路隧道施工技术规范（JTGF60-2009）2.3原始资料图纸： 1：2000地形图围岩等级：类围岩K66+610K67+170类围岩K67+170K67+675类围岩K67+675K68+60地质条件良好隧道建筑限界（1）限界基本宽度行车道：7.5m左侧侧向宽度：0.50m右侧侧向宽度：0.75m检修道：0.75m紧急停车带：3.5m （2）限界净高：5.0m 检修道净高：2.5m2.4 设计的基本要求(1) 设计说明书部分：设计总说明书、级围岩衬砌计算书、运营通风计算书、运营照明计算书。 (2) 图纸部分（AutoCAD制图）：线路平面图、纵断面设计图、建筑限界及内轮廓图、洞门及明洞设计图、横通道设计图、积极停车带设计图及分布图、各级围岩衬砌设计图、防排水设计图、通风机布置图、照明灯具布置图等。3 设计总说明说3 设计总说明书3.1 平面设计隧道选址：综合分析本隧道的地形地质图，根据以下原则对隧道进行选址：（1）隧道位置应尽可能选择在地质构造简单、节理裂隙不发育，岩性较好，稳定的地层中通过。应注意避免岩层软弱结构面、断层，必须通过时，应使隧道的通过长度最小。（2）隧道穿越两种岩性迥然不同的岩层接触带时，应避免平行和接近平行，应尽可能垂直或接近垂直方向穿越接触带。（3）当隧道通过单斜构造时，隧道中线以垂直岩层走向穿越最为有利。当隧道中线与非水平岩层走向一致或斜交角很小时，应力求将隧道置于岩性较好、强度较高的层内。如岩层倾角较大，又有粘着力较差的软弱夹层时，应注意有产生顺层滑动的可能。（4）当隧道用过褶曲构造时，隧道位置选择在褶曲构造一翼或背斜褶皱中轴处通过较为有利。不宜将隧道置于向斜轴部通过。（5）越岭隧道首先可以从地形角度选择可能穿越的垭口，拟定该垭口处越岭标高及两侧相应的展线方案。综合考虑工期、经济效益、技术难度等，选择适合的临界标高。（6)选择隧道的临界标高时，应注意下列因素：要尽可能把隧道埋置于较好的地层中；应使洞口位置处于较好的工程地质、水文地质的地方，便于施工场地布置；隧道长度应考虑施工期限和施工技术条件。根据以上原则，综合本地段的地形地质情况，虎岭公路隧道的选址归结为以下几个方面：选择合适的标高，在保证隧道埋深的前提下尽量减少隧道的长度；洞口段中线尽量选择与地形等高线垂直；地质条件良好，所有地质不良现象忽略；具体问题再具体分析。本隧道设计有两个线路方案可供选择：方案线路为一直线隧道。隧道起点位于虎岭南麓李家沟口处，终点位于虎岭北麓韭菜沟口处。进口里程桩号为K66+610，地面高程1251.6米。出口里程桩号为K68+60，地面高程1295.0米。隧道总长度L为1780m。线路的围岩类别大部分为、级围岩。方案线路为一条斜曲线形隧道。起始点位于虎岭南麓深相沟口处，终点位于虎岭北麓韭菜沟口处，全长1610m, 进口里程桩号为K66+810，地面高程1251.6米。出口里程桩号为K68+100，地面高程1297.0米。线路的围岩类别大部分为、级围岩。结论：方案线路隧道为曲线，虽然隧道长度短，但当隧道线性为曲线时，须设置超高和加宽，这将使施工变得复杂，断面不统一以及它们的相互过渡都会给施工增加难度，而且不利用隧道通风排水和。而隧道设计一般应设为直线，有利于通风和排水;方案线路为直线隧道，线路的围岩类别依次是、，符合隧道选择的基本条件，同时考虑工程施工的难易程度和经济问题，两线相比选择方案线路比较好。3.2纵断面设计本隧道的基本坡道形式设为单向坡。坡道形式的选择依据和纵坡坡度的主要控制因素为通风问题和对汽车行驶的厉害。隧道的纵坡以不妨碍排水的缓坡为宜，坡度过大，对汽车行驶、隧道施工和养护管理都不理。单向通行的隧道设计成单向坡是非常有利的，因为汽车都是单坡行驶，发动机产生的有害气体少，对通风也很有利。虎岭公路隧道位于陕西省华县境内，属连霍高速公路陕西线西安至潼关段，地处山区，埋深较大，设置竖井通风施工难度大，；虎岭公路隧道由于线路需要，进出口段存在一定的高程差；鉴于遇上原因，该隧道决定采用单向坡，坡度设计如下：进口处（K66+610）至出口处（K68+60）为1%的上坡。3.3横断面设计3.3.1 建筑界限虎岭公路隧道的建筑界限按80km/h时速进行设计，建筑界限取值确定如下：图 3.1 隧道建筑界限（单位：cm）建筑界限横断面宽度如下表：表 2-1 建筑界限设置（单位：cm）设计速度车道宽度侧向宽度检修道J顶角宽度(km/h)W左侧右侧左侧右侧左侧右侧8023755075757550753.3.2 紧急停车带虎岭隧道为长隧道，所以在行车方向的右侧设置紧急停车带，紧急停车带的路面横坡取为水平。紧急停车带的宽度和长度见图3.2。图 3.2 紧急停车带建筑界限（单位：cm）3.3.3 内轮廓设计根据建筑界限，利用三心圆，得出各断面内轮廓如见下图：图 3.3隧道标准断面内轮廓（单位：cm）图 3.4紧急停车带断面内轮廓（单位：cm）3.4洞口、洞门及明洞设计结合隧道进出口地形、地貌、工程地质和水文地质条件，并考虑到施工开挖边坡的稳定性，本着“早进晚出”、“少开挖”的原则，确定隧道进出口位置、明洞形式，洞门形式的选择力求结构简单，并与洞口地形、地貌协调一致。3.4.1洞口、洞门设计隧道进口及洞身通过地段覆盖层、风化层较薄，洞门设明洞，明洞形式采用拱形明洞，明洞净空满足隧道建筑限界要求。（1）洞门宜与隧道轴线正交，洞门构造及基础设置应遵循下列规矩：洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5，洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0，洞门墙顶高出仰坡不小于0.5。洞门墙应根据实际需要设置伸缩缝、沉降缝和泄水孔；洞门墙的厚度可按计算或结合其它工程类比确定。洞门墙基础必须置于稳固地基上，应视地形及地质条件，埋置足够的深度，保证洞门的稳定。基底埋入土质地基的深度不应小于1.0，嵌入岩石地基的深度不应小于0.5；基底标高应在最大冻结线以下不小于0.25；地基为冻胀土层时，应进行防冻胀处理。基底埋置深度应大于墙边各沟、槽基底的埋置深度。松软地基上的基础，可采取加固基础措施。洞门结构应满足抗震要求。（2）本隧道入口处围岩分级为级，区域岩质稳定、地形开阔。经过综合考虑宜采用端墙式洞门，见图3.5洞门上方女儿墙应有一定的高度，并有排水沟渠，使地表水沿排水渠道有序排离洞门，防止地表水沿洞门流入洞内。洞门接长明洞，减少对仰、边坡的扰动，是洞门墙离开仰坡底部一段距离，确保落石不会滚落在行车道上。边、仰坡交界处应采用圆角法开挖，以减少雨水冲刷。图3.5端墙式洞门（3）出口处围岩分级为级，为了增加端墙的稳定性，同时对路堑边坡也起支撑作用，故采用翼墙式洞门。顶面与仰坡坡面一致，顶面上设置坡度为0.5%的水沟，将端墙背面排水沟汇集的地表水排至路堑够内，见图3.6。图3.6翼墙式洞门3.4.2明洞设计明洞断面同隧道断面，明洞衬砌初步用于出口明挖段，明洞采用全断面整体式钢筋混凝土衬砌，考虑到环境保护的要求，洞口地段边坡仰坡采用护面墙、植草皮等防护措施，进口洞仰坡采用锚喷混凝土防护措施确保安全。断面如图3.7所示： 图3.7 明洞断面3.5隧道防、排水设计水，不仅是影响隧道正常施工的因素之一，也是影响隧道正常运营的重要因素之一。隧道防排水是保证隧道适用性以及衬砌结构、路面、设备耐久性的关键。设计原则为使衬砌内壁不渗水。隧道防排水应遵循“以排为主，防、截、堵相结合”的原则，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全。3.5.1 防水（1）本隧道采用复合式衬砌，在初期支护和二次衬砌之间应设置防水板，防水板应采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1.0mm，接缝搭接长度不小于100mm。在防水卷材与喷混凝土层间设置土工布，其作用兼作衬背排水层及缓冲层。（2）隧道二次衬砌应满足抗渗要求，采用低碱性膨胀水泥混凝土，混凝土的抗渗等级不低于S6。（3）隧道二次衬砌的施工缝、沉降缝、伸缩缝应采取可靠的防水措施，采用背贴式橡胶止水带。3.5.2 排水排，就是人为地设置排水系统，将地下水排出隧道。为了保证运营正常和行车安全，不让围岩涌水及隧道内的路面滞水，而能迅速排出隧道，必须考虑排水工程设计。排水工程包括衬砌背面排水工程、路基排水工程、路缘排水工程。（1）衬砌背面排水工程隧道开挖后，根据各级围岩地下水的发育状况，在围岩环向布设型弹簧排水管以引围岩渗漏水至基底纵向排水管内，使隧道初期支护排水良好。为了有效地排除二次衬砌背后的积水，消除二次衬砌背后的静水压力，在初期支护与防水层之间每间隔10m（若局部地区渗水量过大。可适当减小其间距）设置一处100mm的透水软管，环向软管与边墙的纵向排水管（100mm双壁HDPE打孔波纹管）相接，然后通过横向引水管（100mm双壁HDPE打孔波纹管）将水引入底板或仰拱内中间排水沟300mm排出洞外。中间排水沟纵坡与隧道纵坡一致。环向排水管、透水软管、纵向排水管、横向引水管应用无纺布包裹。（2）路基排水工程路基排水工程是指路面以下的排水工程。为了防止路面底层地下水上升的路面影响行车安全，在路面平整层下设置50mm双壁HDPE打孔波纹管以排除隧道底部渗水，双壁HDPE打孔波纹管纵向间距为10m，与路面下的底板或仰拱内中间排水沟300mm连通。（3）路缘排水工程在路面两侧设置300mm开口式路侧排水沟，用于路面积水以及隧道清洗等污水的排除通道，排水沟纵坡与隧道纵坡一致。在墙脚与检修道交角处设置宽45cm、深45cm的纵向凹槽，以利于检修道面清洁排水。3.5.3 洞口的防排水洞口排水：在洞口仰坡边缘5m以外，设置天沟，并加以铺砌。对洞顶地表的陷穴、深坑加以回填，对裂缝进行堵塞。为防止洞外水流入隧道内，在地表水上游设置反向排水边沟或采取截流措施，地下水上游设泄水洞，洞外井点降水。3.6隧道支护设计在隧道及地下工程中，支护结构通常分为初期支护（一次支护）和永久支护（二次支护、二次衬砌）。一次支护是为了保证施工的安全、加固岩体和阻止围岩的变形。二次支护是为了保证隧道使用的净空断面和结构的安全而设置的永久性衬砌结构。3.6.1衬砌设计规定衬砌设计应符合下列规定：（1）衬砌断面宜采用曲边墙拱形断面。（2）隧道围岩较差地段应设仰拱。仰拱曲率半径应根据隧道断面形状、地质条件、地下水、隧道宽度等条件确定。路面与仰拱之间可采用混凝土或片石混凝土填充。当隧道边墙底以下为整体性较好的坚硬岩石时，可不设仰拱。（3）隧道洞口段应设加强衬砌。加强衬砌段的长度应根据地形、地质和环境条件确定，一般情况下两车隧道应不小于10m。（4）围岩较差地段的衬砌应向围岩较好地段延伸5至10m。（5）偏压衬砌应向一般衬砌段延伸，延伸长度应根据偏压情况确定，一般不小于10m。（6）、净宽大于3.0m的横通道与主洞的交叉段应设加强衬砌，加强段衬砌应向各交叉洞延伸，主洞延伸长度不小于5.0m，横通道延伸长度不小于3.0m。3.6.2 衬砌结构选择隧道衬砌结构的选择必须结合施工技术，安全作业以及使用适应性、造价综合确定。本隧道衬砌结构采用复合式衬砌。复合式衬砌是目前隧道工程常采用的衬砌结构。复合式衬砌的优点：（1）设计、施工工艺过程与其相应的衬砌及围岩受力状态均较合理。（2）质量可靠，能够达到较高的防水要求。（3）便于采用锚喷、钢支撑等工艺。（4）既能够充分发挥锚喷支护的优点，又能发挥二次衬砌永久支护的可靠作用。复合式衬砌是由初期支护和二次支护组成的，初期支护是限制围岩在施工期间的变形，达到围岩的暂时稳定；二次支护则是提供结构的安全储备或承受后期围岩压力。两层衬砌之间宜采用缓冲、隔离的防水夹层，其目的是，当第一层产生变形及形变压力较大时，仍给予极少量形变的可能，可降低形变压力。而当一次衬砌支护力不够时，可将少量形变压力均匀的传布到二次衬砌上，并依靠二次衬砌进一步制止继续形变，且不使一次衬砌出现裂缝时，二次衬砌也出现裂缝。由于二层衬砌之间有了隔离层，则防水效果良好，且减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝。确定开挖尺寸时，应预留必要的初期支护变形量，以保证初期支护稳定后，二次衬砌的必要厚度。3.6.3 衬砌设计虎岭公路隧道围岩类别为、类，地质条件良好，设计衬砌断面均为曲墙式，、类围岩地段采用带仰拱复合式衬砌。复合式衬砌以锚杆、喷射混凝土和钢筋网混凝土、钢拱架为初期支护，模筑混凝土或钢筋混凝土为二次支护，在两次支护之间设PVC复合防水板作为防水层。（1）初期支护、类围岩初期支护采用径向系统锚杆、钢筋网及喷射混凝土。支护参数：a、 类围岩：预留变形量50mm，锚杆按梅花形布设，环向间距为100cm，纵向间距为100cm，锚杆长度280cm，锚杆、钢筋网（间排距25cm）设置与拱部180范围。b、类围岩：预留变形量80mm，锚杆按梅花形布设，环向间距为80cm，纵向间距为80cm，锚杆长度400cm，锚杆、钢筋网（间排距25cm）设置与拱部180范围。 （2）二次衬砌根据隧道荷载大小确定其厚度及是否采用钢筋混凝土，二次衬砌施作的合理时间应根据施工检测数据确定，尽可能发挥初期支护的承载力，但又不能超过其承载能力。类围岩采用30cm厚模筑混凝土衬砌。类围岩采用35cm厚模筑混凝土衬砌。类围岩采用45cm厚模筑混凝土衬砌。3.7隧道通风设计3.7.1通风设计应考虑的因素及应符合的要求公路隧道通风设计应综合考虑交通条件、地形、地物、地质条件、通风要求、环境保护要求、火灾时的通风控制、维护与管理水平、分期实施的可能性、建设与营运费用等因素。目前道路隧道通风方式大体如下： 自然通风 射流风机纵向通风 纵向通风 竖（斜）井集中排风纵向通风隧道通风方式 竖（斜）井排送组合纵向通风 送风式半横向通风 半横向通风 机械通风 排风式半横向通风全横向通风 混合式通风根据公路隧道工程设计规范，隧道通风应符合以下要求（1）单向交通的隧道设计风速不宜大于10m/s，特殊情况下可取12m/s；双向交通的隧道的设计风速不应大于8m/s；人车混合通行的所遇到设计风速不应大于7m/s。（2）风机产生的噪音及隧道中废气的集中排放均应符合环保的有关规定。（3）确定的通风方式在交通条件等发生变化时，应具有较高的稳定性，并能适应火灾工况下的通风要求。（4）隧道内运营通风的主流方向不应频繁变化。3.7.2通风设计在隧道运营期间，隧道内保持良好的空气和行车安全的必要条件。为了有效降低隧道内有害气体与烟雾的浓度，保证司乘人员及洞内工作人员的身体健康，提高行车的安全性和舒适性，公路隧道应做好通风设计保证隧道良好通风。虎岭公路隧道通风设计主要考虑因素：（1）隧道长度及地形，虎岭公路隧道全长1780m，为长隧道，风阻力大。自然风量小；隧道纵断面采用单向坡。（2）公路等级，该隧道为单向双车道汽车专用高速公路 ，设计行车速度为80Km/h。（3）隧道随处地区的地理、气候条件和周围环境的影响，虎岭公路隧道位于陕西省华县境内，地属山区，平均海拔高度1262m，年平均风速应充分考虑利用。（4）交通量，虎岭公路隧道，车流量较大，年平均日交通量，前期（2010年）9358辆/每日（小车），远期（2030年）11274辆/每日 (小车)。（5）隧道内交通事故、火灾等非常情况。（6）隧道工程造价的维修保养费用等。3.8隧道照明设计隧道照明是消除隧道内驾驶所引起的各种视觉问题的主要方法。由于隧道照明不分昼夜，电光照明费用较高，因此，必须科学地设计隧道的照明系统，充分利用人的视觉能力，使隧道照明系统安全可靠，经济合理。虎岭公路隧道，进、出口处地形缓和，对洞内照明设计有利。本隧道照明分别设置洞外照明和洞内照明，洞外照明为接近段，洞内照明为：入口段、过渡段、中间段和出口段，照明计算以照明灯具的资料为基础数据，并考虑了隧道内采用水泥路面为计算条件。 4 衬砌结构计算4 衬砌结构计算4.1基本资料结构断面图如下图所示图4.1隧道断面图4.1.1岩体特性计算摩檫角，岩体重度，围岩的弹性反力系数，基底围岩弹性反力系数。4.1.2衬砌材料衬砌采用C25混凝土，重度，弹性模量，混凝土衬砌轴心抗压强度标准值，混凝土轴心抗拉强度标准值 。4.1.3结构尺寸543cm 593cm 90793cm 843cm 15100cm 160cm 59 B=1186cm， H=896.22cm =123.8 cm （拱顶厚度）=50cm假设起拱线以下的起拱线为一段圆弧，半径为，圆心角为。4.2基本计算数据围岩类别 级岩体重度 围岩的弹性反力系数 基底围岩弹性反力系数 衬砌材料用C25混凝土，其受压弹性模量 重度 轴心抗压强度标准值 轴心抗拉强度标准值 。衬砌断面加宽 W=50cm4.2.1衬砌计算主动荷载计算垂直均布压力计算公式为： （4.2.1） （4.2.2）式中：q 垂直均布压力（kN/m2）； 围岩重度（kN/m），23kN/m；s 围岩级别，s=4；B 隧道宽度（m）；i B每增减1m时的围岩压力增减率，以B=5m的围岩垂直均布压力为准，当B5m时，取i=0.2；当B5m时，取i=0.1。 宽度影响系数.4.2.2围岩垂直均布荷载已知：围岩类别 S=4,岩体重度 ，衬砌全宽 B=1186cm，取i=0.1，则：宽度影响系数 垂直均布荷载 水平均布荷载 4.3 绘制分块图因结构对称，荷载对称，故取半跨计算，如图4.2图4.2半跨结构计算图示4.4计算半拱轴线长度由图可知，水平线以下轴线为两圆弧，半径为、 ，=834.2cm ，=148.0cm， 计算半拱轴线长度S及分块轴线长度半拱轴线长度: 分块长度： 4.5计算各分段截面中心的几何要素4.5.1求各截面与竖轴的夹角校核角度： 截面与竖轴的夹角如下表4.1所示： 15.925379.626531.850693.780247.7759104.623663.7012163.9979表4.1截面与竖轴的夹角4.5.2求各截面的中心坐标 求个截面的中心坐标（单位：m） 坐标校核：4.6计算基本结构的单位位移计算过程见表4.2校核： 说明变位计算结果正确。表4.2 曲墙拱结构几何要素及ik计算过程表（一）截面00.0000000.0000001.00000.0000000.0000000.500000115.9253000.2743840.96161.5585000.2179970.500000231.8506000.5277060.84942.9973710.8552550.500000347.7759000.7405220.67204.2061651.8628570.500000463.7012000.8964960.44315.0920963.1634620.500000579.6265000.9836550.18015.5871604.6572350.500000693.7802000.997824-0.06595.6676426.0544770.5000007104.6236000.967605-0.25255.5717637.7860880.6294008163.9979000.275673-0.96134.6919958.6626521.238000表4.2 曲墙拱结构几何要素及ik计算过程表（二）截面积分系数00.01041796.0000000.0000000.00000096.000000110.01041796.000000149.616000233.176536628.408536420.01041796.000000287.747616862.4863601533.981592230.01041796.000000403.7918401698.4151052601.998785440.01041796.000000488.8412162489.2264013562.908833250.01041796.000000536.3673602996.7702594165.504979460.01041796.000000544.0936323083.7279214267.915185270.02077848.128356268.1597951494.1228252078.570772480.1581186.32440029.674052139.230503204.90300712022.8378258102.77896138700.05076556928.4465124.7计算主动荷载在基本结构中产生的位移竖向力： （kN）侧向水平力： (kN)自重力： (kN)式中：相邻两截面之间的衬砌外缘的水平投影。相邻两截面之间的衬砌外缘的竖直投影。以上各集中力均通过相应荷载图形的形心。4.7.1主动荷载在基本结构上产生的内力分块上各集中力对下一分点的截面形心的力臂由CAD图量取，并分别记为、图4.3单元主动荷载图示弯矩： （）轴力：（）式中、相邻两截面中心点的坐标增量：、的计算过程如下表（4.3）所示:表4.3 、取值（一）截面123456781.53441.43051.22830.94180.59100.1998000.20310.59370.94421.23031.43241.52181.54491.4918表4.3 计算过程表（二）截面00.00000.0000000.0000000.0000000.0000000.0000000.00000001232.829918.1464256.1636790.6876000.72160.3981-160.09381-13.09446028-2.453762217.064118.14642518.0176080.5615000.65970.5627-121.88148-11.97119657-10.13853186.382218.14642528.6545820.3965000.55310.6892-73.90056-10.03678767-19.74874142.908718.14642537.3371440.2039000.40870.7687-29.13909-7.416443898-28.7011589.678318.14642543.470475-0.0030000.23470.79550.26904-4.258965948-34.5808630.317718.14642546.183586-0.2101000.04780.76096.36974-0.867399115-35.141170.000020.49457246.8846250.000000-0.2130.68060.000004.36534392-31.909780.000033.88663445.2731460.000000-0.75030.74590.0000025.42514152-33.7692表4.3 计算过程表(三)截面000000001001.558500 0.217997 00-176.711711 2250.9763 6.163679 1.438871 0.637258 -361.1224924-3.9278536-325.553945 3486.1868 24.181286 1.208794 1.007602 -587.6996577-24.365113-436.781800 4690.7154 52.835868 0.885931 1.300605 -611.9262231-68.718594-510.057017 5851.7706 90.173012 0.495064 1.493773 -421.6809603-134.69801-543.042726 6959.5954 133.643488 0.080482 1.397242 -77.23015417-186.73229-575.022016 71008.0594 179.827074 -0.095879 1.731611 96.65173124-311.39054-602.566348 81028.5540 226.711699 -0.879768 0.876564 904.8889081-198.72731-610.910447 表4.3 计算过程表（四）截面0010.000000 000010.2743840.9616238.993535 -6.163679 65.576-5.9269971.50320.5277060.8494474.075212 -11.853929 250.1723-10.0687260.241130.7405220.672689.112036 -16.800653 510.3026-11.29521.592740.8964960.4431869.357912 -20.536492 779.3759-9.09972788.475650.9836550.18011002.506728 -22.933984 986.1208-4.13041990.251260.997824-0.06591079.007966 -23.249603 1076.661.5321491075.12870.967605-0.25251125.892591 -23.635022 1089.4195.9678431083.45180.275673-0.96131171.165738 -21.638124 322.858820.80073302.058校核： 计算误差：在误差范围内。4.7.2 主动荷载位移计算过程见表。表4.4和的计算过程表截面积分系数00960100011-176.711711960.2179971.217997-16964.324-3698.171795-20662.496142-325.553945960.8552551.855255-31253.179