搜索
题目：吴家庄隧道结构设计与施工方案设计一、隧道工程概论交通是国家基础建设重要的设施，在国民经济发展中占有十分重要的地位。世界各国经济发展经验表明，快速的交通网是经济发展必不可少的条件。改革开放以后，国民经济蓬勃发展，运输量大幅度增长，原有的铁路和公路通行能力不足的矛盾日益突出，迫切需要提高公路等级和技术标准，高速公路将成为中国公路建设的主流。过去公路在云、贵、川等山区，由于受到当时的经济实力和技术水平，通行时多采用盘山、绕行，如位于川藏线上“怒江72拐”，很少采用隧道方案。但高速公路对线型和坡度有特殊要求，盘山和绕行的方案已经不能适应快速、舒适、安全等要求了。因此，公路越岭必然要求越来越多的采用隧道方案，这既能克服地形和高程障碍，改善线路，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏，保护生态环境；又可有效防止落石、塌方、雪崩和崩塌等自然条件，提高了行车的安全性、可靠性和舒适度，同时又能和当地环境相协调级保全自然景观。隧道技术的发展表明：今后隧道技术的研究方向为非爆破的机械化施工、合理规划与环境保护、设计可靠合理、使用安全的方面。我国是发展中国家，经济和技术力量基础还不太强，在隧道技术开发研究时，应在引进同时，立足于国家技术力量，提高我国的隧道技术水平。二、隧道工程特点及技术难题隧道工程施工过程通常包括：在地层中挖出土石，形成符合设计轮廓尺寸的坑道；进行必要的初期设计和砌筑最后的永久衬砌，以控制坑道围岩变形，保证隧道长期地安全使用。在进行隧道施工时，必须充分考虑隧道工程的特点，才能在保证隧道安全的条件下开速、优质、低价地建成隧道建筑物。隧道工程的特点，可简要归纳如下：（1）整个工程埋设于地下，因此工程地质和水文地质条件对隧道施工的成败起着重要的、甚至是决定性的作用。（2）公路隧道是一个形状扁平的建筑物，正常情况下只有进、出口两个工作面，施工速度比较慢，工期也比较长，往往使一些长大隧道成为控制新建公路通车的关键工程。（3）地下施工环境较差，甚至在施工中还可能使之恶化，例如爆破产生有害气体等。（4）公路隧道大多穿越崇山峻岭，因此，施工工地一般比较偏远，运输不便，供应困难。（5）隧道埋设于地下，一旦建成就难以更改，施工中要做到不留后患。（6）施工中可不受或少受昼夜更替、季节变换、气候变化等自然条件改变的影响，可以竟日终年、稳定地安排施工。近年来我国隧道工程的建设取得了很大成就，隧道技术有了相当大的发展，但是还存在许多问题和有待研究提高的地方：（1）围岩的性质还只能从定性的角度去衡量；（2）工程应用中偏差较大；（3）计算模型的选用和计算理论还不完全符合实际；（4）施工技术水平和管理方法还比较落后。三、施工方法一个多世纪以来，世界各国的隧道工作者在实践中已经创造出能够适应各种围岩的多种隧道施工方法。习惯上将它们分为：矿山法（传统法和新奥法）、掘进机法（隧道掘进机和盾构掘进机）、沉管法、顶进法、明挖法等。选择施工方案时，要考虑的因素有如下几个方面：（1）工程的重要性一般由工程的规模、使用上的特殊要求，以及工期的缓急体现出来；（2）隧道所处的工程地质和水文条件；（3）施工技术条件和机械装备状况；（4）施工中动力和原材料供应情况；（5）工程投资与运营后的社会效益和经济效益；（6）施工安全状况；（7）有关污染、地面沉降等环境方面的要求和限制。目前，从我国公路隧道发展趋势来看，今后很长一段时间内，山区仍以采用新奥法为主，这也是符合世界潮流。它是以控制爆破（光面爆破、预裂爆破等）为开挖方法，以喷射混凝土和锚杆作为主要支护手段，通过监测控制围岩的变形，动态修正设计参数和变动施工方法的一种隧道施工法，其核心内容是充分发挥围岩的自承能力。基本原则是保护围岩，减少对围岩的扰动；充分发挥围岩的自称能力；尽快使支护结构闭合；加强监测，根据监测数据指导施工。可扼要的概括为“少扰动，早喷锚，勤量测，紧封闭”。四、选题依据毕业设计是大学本科教育的最后一个教学环节，也是最重要的教学环节之一。经过三年半的学习，学生大都已掌握了公共基础课、专业基础课和专业课的许多理论知识。但如何运用这些理论知识去解决工程实际问题，却往往知之甚少。毕业设计阶段，即使所学理论知识巩固深化过程，也是理论和实践结合的过程。毕业设计是培养学生综合运用所学基本理论知识和基本技能，去解决实际问题和进一步提高运算、制图以及使用技术资料的技巧、完成工程技术和科学技术基本训练的重要环节，是学生从中受到工程师所必需的综合训练，并相应的提高各种能力，如调查研究、理论分析、设计计算、绘图、试验研究、技术经济分析、组织、撰写论文和说明书等等，培养实事求是、谦虚谨慎、刻苦钻研、勇于创新的科研态度和科学精神。经过严格的毕业设计训练，大学生进入工作岗位后，可以较快的适应工作。五、主要研究内容（1）进行隧道横断面优化设计；（2）隧道衬砌设计（包括结构设计、内力验算与分析）；（3）隧道支护结构设计（包括结构设计、内力验算与分析）；（4）根据规范规定确定洞门及洞门结构设计（包括洞口位置的确定、洞门形式的比选及其结构验算）；（5）隧道附属设施设计（包括防排水及路面设计、通风设计、照明设计和消防设计）；（6）隧道施工方案设计；（7）监控量测设计。六、研究思路及方案（1）隧道横断面设计隧道横断面包括隧道建筑限界、通风以及其他所需的断面积，断面的形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。隧道建筑限界是为了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。设计时，应满足《公路工程技术标准》（JTGB01－2003)中规定值，设计公路隧道建筑限界横断面。横断面设计时要考虑通风对断面的影响。通风方式选择时主要考虑隧道长度和交通条件，同时还要考虑气象、环境、地形、以及地质等条件。在充分考虑各种因素后，选择既有效又经济的通风方式。（2）隧道衬砌设计（包括结构设计、内力验算与分析）设计初衬砌断面主要解决内内轮廓线、轴线、和厚度。内轮廓线原则应尽可能的接近建筑限界，力求开挖和衬砌的数量最小。衬砌断面的轴线也尽可能与断面压力曲线重合，使各截面主要承受压应力，根据受力状态选择内衬的截面形式，可以根据作图法确定道路隧道衬砌内轮廓线。（3）隧道支护结构设计（包括结构设计、内力验算与分析）由于锚喷结构能及时支护和有效地控制围岩的变形，防止岩块坠落和坍塌的产生，充分发挥围岩的自承能力，适合新奥法的设计思想，所以锚喷支护结构比模注混凝土衬砌的受力更合理。锚喷支护能大量节省混凝土、木材和劳动力，加快施工进度，工程造价可大幅度降低，并有利于机械化程度的改进和劳动条件的改善等。此外，锚喷支护是一种符合岩体加固原理的积极支护方法，与围岩密贴并封闭岩体的张性裂隙和节理，加固围岩结构面，有效的发挥和利用岩块间的镶嵌咬合和自锁作用，从而提高岩体自身的强度、自身能力和整体性。（应配合光面爆破等控制爆破技术）（4）根据规范规定确定洞门及洞门结构设计（包括洞口位置的确定、洞门形式的比选及其结构验算）结合洞门处附近的围岩，地质条件，以及实际地段，参考规范上的建议，选择合适的几种洞门形式，然后再综合考虑造价、施工难易程度等方面的因素，在所选的洞门中进行必选。选定洞门以后要对其进行：滑动稳定性验算、倾覆稳定性验算、基底应力及偏心距验算、墙身截面强度验算（法向应力及偏心距验算、剪应力验算），相应的计算公式，查规范，验算结果要符合规范规定。（5）隧道附属设施设计（包括防排水及路面设计、通风设计、照明设计和消防设计）（6）隧道施工方案设计（7）监控量测设计七、工作进度及具体安排起止日期工作内容3月28日-4月16日收集资料、查阅文献、外文翻译、开题报告4月17日—4月30日隧道几何设计5月1日—5月8日隧道衬砌结构设计5月9日—5月15日隧道洞门设计5月16日—5月22日隧道防排水及路面设计5月23日—5月29日隧道机电设计5月30日—6月1日隧道施工设计6月2日—6月10日隧道施工组织设计6月16日文档整理、毕业答辩主要参考文献[1]关宝树主编.隧道工程设计要点集.人民交通出版社.2003[2]郑颖人主编.地下工程锚喷支护设计指南[M].北京：中国铁道出社.1988[3]彭立敏、刘小兵主编.交通隧道工程[M].长沙：中南大学出版社.2003[4]张庆贺、朱合华主编.土木工程专业毕业设计指南.隧道与地下工程分册[M].北京：中国水利水电出版社.1999[5]覃仁辉、王成等主编.隧道工程[M].重庆：重庆大学出版社.2011[6]吴焕通、崔永军主编.隧道施工及组织管理指南[M].北京：人民交通出版社.2004[7]刘武成主编.土木工程施工组织学[M].北京：中国铁道出版社.2003[8]交通部重庆公路科学研究所主编.公路隧道通风照明设计规范[M].北京：人民交通出版社.2000[9]铁路隧道设计规范[M].北京：中国铁道出版社.2005[10]公路隧道设计规范[M].北京：中华人民共和国交通出版社.2004[11]公路隧道施工技术规范[M].北京：人民交通出版社.20094.指导教师意见（对课题方案的可行性、深度、广度及工作量的意见）。指导教师：年月日5.教研室意见教研室主任：年月日