1、本科毕业设计（论文）专业名称：土木工程年级班级：学生姓名：指导教师：毕业设计（论文）开题报告题目名称包家山隧道主体结构暨施工设计学生姓名专业班级学号一、选题的目的和意义：公路隧道既是道路构造物，又是地下工程，涉及多个学科，属复合技术。为了保持国民经济的持续、快速、健康发展，为了扩大内需，加快基础设施建设，我国加大了对公路建设的投入，公路建设又迎来了一个春天。因此，今后索道修建将会越来越多。通过本次设计，能很好地巩固大学四年来所学的各个方面知识，培养自己思考能力和动手能力，并将所学的书本知识很好的联系到实际的设计操作中去，对隧道建设的整个过程及需要注意的事项有必要的认识，为以后走上工作岗位奠定良
2、好的实践基础。21世纪是地下空间作为资源加以大力开发的利用的世纪，是隧道和地下工程大力发展的世纪。隧道发展是解决地面交通紧张，土地资源保护的有力措施，从而满足交通，保护环境，使城市成为人与自然相和谐。隧道的开发与利用可以大大缩短行车路程，提高行车效率。同时，隧道的建设环境也是多方面的，在山岭地带，可以克服高程障碍、缩短行程、节约燃料、节省时间、改变道路线形，使行车更加舒适、减少植被破坏、保护生态环境；还可以克服塌方、雪崩、泥石流等地质灾害对行车造成的影响。隧道的建设过程也同样不受地面环境的影响，而且适合各种地形，所以隧道的发展是广阔的。二、国内外研究现状简述：隧道及地下工程是我国建设领域的基础
3、工程，也是土木工程的重要研究领域。目前我国已经成为世界上隧道数量最多、建设规模最大、发展速度最快的隧道大国。我国的隧道及地下工程在施工技术上居于世界先进水平的行列。世界上大多采用的施工方法主要有新奥法、地下连续墙法、台阶法、浅埋暗挖法、盾构法、全断面法等等。这里新奥法是采用最多的方法，其全名为新奥地利隧道施工方法。在上世纪50年代由奥地利学者提出的，之后在世界各地广泛应用。但是目前我国隧道的建设还有许多应该解决的问题，如地下空间的开发与利用还属粗放型；总体装配水平低，配套设备的国产能力低，施工效率低，环境差；施工超前地质预报水平低，不良地质条件的综合技术水平不高等不利因素。但随着世界大环境的技
4、术条件的日渐强大，这些问题将在不久的将来得到满意的答复！三、毕业设计（论文）主要内容1概述区域地质地貌、地质水文、自然环境条件、气象条件、工程设计原则概述。2 隧道主体结构设计主要包括洞门类型选择，洞身平面、纵断面、横断面设计，围岩压力计算与支护类型选择，衬砌结构计算。3 施工设计主要内容有：主要施工方法、工序及工艺（包括开挖方法、爆破、出渣运输、超前支护、喷射混凝土、锚杆、钢架、二次衬砌等）。四、毕业设计（论文）所采用的研究方法和手段：依据公路隧道设计技术规范，根据设计隧道的工程环境、施工要求及相应的水文地质条件，拟定隧道的洞门类型及平、纵、横断面；根据隧道埋深以及岩体类型，计算隧道围岩压力
5、；根据围岩类型及围岩压力，进行隧道支护类型设计；根据工程环境和围岩地质条件对隧道选择不同施工方法、初期支护、二次衬砌以及其他防护措施等。依据公路隧道施工技术规范、公路隧道施工技术细则及具体工程地质环境和气象条件采取经济、合理安全的施工方法和工艺。努力做到依靠科技、精心组织、合理安排，实现施工质量与造价在保证工期和安全施工的前提下的最佳解决方法。五、毕业设计（论文）进度安排（按周说明）：1、 第 7 周 搜集相关参考资料和文献，撰写开题报告。2、 第 8 周 查看所选资料，了解相关知识，准备开始毕业设计。3、 第 9 周 撰写设计绪论、隧道工程概况和工程依据。4、第10周 隧道断面布置与围岩压力
6、计算。5、第11周 中期报告撰写与衬砌支护设计。5、12-14周 隧道衬砌结构计算、验算及结构内力图绘制。6、15-16周 主要工程项目施工设计。7、第17周 计算书与图纸修改、打印、装订，准备答辩。六、主要参考文献与资料获得情况：1 重庆交通科研设计院主编公路隧道设计规范（JTG D70-2004）北京：人民交通出版社2004.2 中交第一公路工程局有限公司主编公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）北京：人民交通出版社2009.3 中交第一公路工程局有限公司主编公路隧道施工技术细则（JTG/T F60-2009）北京：人民交通出版社2009.4 中建标公路委员会主编公路工程技术标准
7、（JTG B01-2003）北京：人民交通出版社2003.5 原国家冶金工业局主编锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）北京：中国计划出版社2001.6 贺永年，刘志强主编隧道工程徐州：中国矿业大学出版社2002.7 夏永旭，王永东主编隧道结构力学计算北京：人民交通出版社2004.8 张向东主编隧道力学徐州：中国矿业大学出版社2010.9 关宝树主编隧道及地下工程喷混凝土支护技术北京：人民交通出版社2009.10 徐干成，白洪才主编地下工程支护结构北京：中国水利水电出版社2001.11 霍润科主编隧道与地下工程北京：中国建筑工业出版社2011.11 钱东升主编公路隧道施工技术北
8、京：人民交通出版社2003.12 关宝树主编隧道工程施工要点集北京：人民交通出版社2003. 13 杨小林主编地下工程爆破武汉：武汉理工大学出版社2009.14 戴俊主编爆破工程北京：机械工业出版社2009.15 程康，祝文化，王清华主编岩土开挖工程爆破武汉：武汉理工大学出版社2008.七、 指导教师审批意见（对选题的可行性、研究方法、进度安排作出评价，对是否开题作出决定）：指导教师： （签名）年 月 日本科毕业设计（论文）中期检查专业名称：土木工程学院年级班级：学生姓名：指导教师：河南理工大学土木工程学院二一二年五月十日河南理工大学本科毕业设计（论文）中期检查表指导教师： 职称： 所在系部（
9、单位）： 土木工程学院 教研室（研究室）： 题 目包家山隧道主体结构与施工设计学生姓名 专业班级 学号 一、选题质量1、有关隧道设计与施工的毕业设计应该理论联系实际，注重现实意义。隧道设计施工是土木工程专业岩土方向的重要实践性环节。我们能够在完成隧道设计与施工组织基础上，加深对隧道工程的认识，初步掌握隧道的隧道定位、隧道几何设计、隧道结构设计、隧道施工组织设计的方法，通过此次设计，做到将所学的知识融会贯通，达到综合训练的要求。2、本次选题题目难度适中，所选的题目符合土木工程专业培养目标和教学基本要求,在复习土木专业基础知识的基础上,将难度有所提高，做到题目具有先进性和一定的完整性,尽可能反映隧
10、道设计施工的新技术,新理论,新方法,力求结合生产,科研任务进行。3、本次隧道的毕业设计计划定于四五两个月份完成，设计内容主要分隧道的设计与施工。在设计方面，计算量很大，包括洞口洞门设计，稳定性验算如抗滑稳定性，抗倾覆验算，强度验算，围岩应力验算，衬砌选择等；而施工方面主要根据隧道所处的地理位置和地质环境进行施工的规划和安排。4、我国近年来，加大力度投资基础设施建设，包括道路方面的建设。做好隧道的施工与设计对我国的经济社会发展会起到很大的促进作用。同时，在科研上合理的创新设计也会给隧道的施工带来很大方便，比如缩短工期，加强隧道施工的机械化进程等。此次选择隧道的设计与施工课题，不仅能提升自己独立完
11、成设计的能力，同时也能通过不断学习，吸收更多本专业的知识，对我们以后走上工作岗位服务社会具有很大帮助。二、开题报告完成情况本次设计时间已将过半，自己对隧道设计有了初步的认识。开题报告有关选题的目的和意义、国内外研究综述毕业设计（论文）所用的主要技术与方法、主要参考文献与资料获得情况已基本完成。三、阶段性成果1、 第七周 搜集相关参考资料和文献，撰写开题报告。2、 第八周 查看所选资料，了解相关知识，准备开始毕业设计。3、 第九周 撰写设计绪论、隧道工程概况和工程依据。4、第十周 隧道断面布置与围岩压力计算。四、存在主要问题1、计算过程比较复杂，计算过程中需要查阅大量资料；2、隧道地形比较复杂，
12、围岩应力比较复杂，根据围岩类别选取不同的支护方式。3、缺乏经验，一些细节问题考虑不周。五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语指导教师： （签名） 年 月 日摘要本设计对包家山隧道的主体结构及主要工程项目的施工进行了设计，内容主要包括：对隧道平面、纵断面、横断面的设计以满足经济、合理、安全、施工容易等要求；在考虑尽量少刷坡和隧道“早进洞、晚出洞”的原则确定洞门位置；根据隧道进出口地形和工程地质条件，结合开挖边仰坡的稳定性及洞口防排水需要，选用经济、美观并有利于视线诱导的洞门形式；采用假定抗力图形法，考虑弹性反力作用，对隧道衬砌结构设计和计算以保证衬砌能够
13、满足围岩压力的要求；选择合适隧道施工工艺使之满足本隧道围岩节理发育、围岩不稳定易发生变形等要求；在开挖过程中，采用光面爆破技术，并进行科学管理。关键词：隧道；主体结构；施工；设计AbstractThe design design the major structure and the construction of main engineering of Baojiashan tunnel, the content mainly includes: Plane of the tunnel, vertical section of the tunnel, cross section of the
14、 tunnel design to meet the needs of the economy, a reasonable, safe, easy construction, etc. Brush as little as possible in considering the slope and tunnel getting in the tunnel portal as early as possible and getting out the tunnel portal as late as possible principle to determine the location of
15、portal;.import and export under the tunnel and engineering geological conditions of the terrain, combined with the excavation side slope stability and Yang drainage holes need to choose the economic, aesthetic and conducive to the form of attention-induced portal; Using putative resistance graphic m
16、ethod,in consideration of the elastic force, structural design of tunnel lining and calculation to ensure the lining to meet the requirements of pressure of surrounding rock Choosing the right tunnel construction craft to meet the joint development of tunnel surrounding rock, rock deformation prone
17、to instability, etc; In the excavation process, smooth exploding will be used，and scientific management will be a necessary step.Key words : tunnel; major structure; construction; design目录第一章 工程概况11.1 地理位置11.2 地形地貌11.3 隧道地质11.4 气候气象21.5 主要技术标准21.6 设计依据3第二章 总体设计42.1 平面设计42.2 纵断面设计42.3 横断面设计52.3.1 建筑限
18、界52.3.2 紧急停车带62.3.3 横向通道62.3.4 内轮廓设计72.4 洞门、明洞设计72.4.1 洞口设计72.4.2 洞门设计82.4.3 明洞设计92.5 建筑材料10第三章 围岩压力计算113.1 埋深类型判断113.2 围岩压力计算12第四章 衬砌设计134.1预支护设计134.1.1 超前锚杆设计134.1.2 小导管注浆设计144.1.3 管棚设计144.2 初期支护设计144.2.1 喷射混凝土支护设计154.2.2 锚杆支护设计164.3 二次衬砌设计20第5章 衬砌结构计算215.1 设计基本资料215.1.1 岩体特性215.1.2 衬砌材料215.1.3结构尺
19、寸215.2 主动荷载计算215.3 分块图绘制225.4 半拱轴线长度计算225.5 几何要素计算235.5.1 各截面与竖轴的夹角235.5.2 各截面的中心坐标235.6 单位位移计算245.7 主动荷载位移计算265.7.1 衬砌每一块上的作用力265.7.2 主动荷载内力265.7.3 主动荷载位移285.7.4 墙底位移计算295.8 解主动荷载力法方程295.9 截面内力计算及校核305.10 单位弹性反力变位计算315.10.1 各截面弹性反力强度315.10.2弹性反力集中力315.10.3 弹性反力作用下的结构内力325.10.4 弹性反力产生的荷载位移325.11 解单位
20、弹性反力力法方程335.12 最大弹性反力355.13多余力计算355.14 总内力计算与校核365.14.1 衬砌各截面内力365.14.2 校核计算精度365.15 内力图绘制375.16 强度验算38第六章 洞口、洞身工程施工396.1 洞口工程396.1.1 整体方案396.1.2 洞口施工各项要求396.1.3 截水沟施工406.1.4 临时防护406.2 洞身工程406.2.1 整体方案406.2.2 开挖方法416.2.3 装岩运输416.3 钻爆设计426.3.1 爆破施工工艺426.3.2 爆破参数446.3.3 爆破设计图466.3.4 质量检验标准48第七章 衬砌支护施工
21、497.1 预支护施工497.1.1 超前小导管预注浆497.1.2 超前锚杆507.1.3 超前管棚支护施工507.2 初期支护施工517.2.1 锚杆517.2.2 挂网527.2.3 喷射混凝土527.2.4 拱架537.3 仰拱及二次衬砌施工537.3.1 仰拱施工537.3.2 二次衬砌施工54第八章 结论56参考文献57致谢58第一章 工程概况1.1 地理位置小河至安康高速公路为国家高速公路规划网包头茂名线陕西省境内重要组成部分，起点位于旬阳县小河镇坪槐村，与西部开发省际公路通道柞水至小河段相接，终点位于安康市五里镇尹家营，与拟建的安康至紫阳段高速公路相接。是陕西省规划的“米”字型
22、公路主骨架中南北向的重要经济干线，属陕西省生产力布局和经济建设的主轴线之一。包家山特长隧道位于小康高速公路的咽喉部位，起止里程为ZK151+675ZK162+850（YK151+650YK162+845），长约11.2km，划分为10、11、12三个标段。是最艰巨的工程地段之一。该隧道进口位于旬阳县桐木沟，出口位于汉滨区茨沟镇路家沟口，穿越了南秦岭山脉的青山和玉皇山两道山峰，地形崎岖，地势险要，山高沟深，植被茂密，地质构造复杂，地层岩性多变，工程施工难度大。1.2 地形地貌包家山隧道位于旬阳县桐木乡与汉滨区茨沟镇交界的玉皇山分水岭地带。隧道横穿南秦岭山脉，以少土多石的山区为主。旬阳县桐木沟沟床
23、最低，海拔534.8m，玉皇山主峰最高，海拔1371.5 m，区内海拔一般在5001500m之间。隧道南口柴家河一带最低高程为677.4m，向北至分水岭玉皇山，高程为1361m，相对高差约684.6m；隧道北口桐木乡一带最低高程为539.70m左右，向南至青山梁最高高程为1240.2m，相对高差约700.5m；隧道洞身中部有麻坪河通过，地势相对较低，高程为896.8m，与两侧玉皇山、青山相对高差为464.2m和343.4m。1.3 隧道地质隧址所在地质构造单元属于秦岭褶皱系南秦岭留坝白河褶皱带，隧道穿越的的山岭位于复式向斜的南翼，地层总体上向北（起点方向）倾斜；区域主要构造线以北西南东向延伸，
24、与路线走向大角度交叉。隧道轴线横穿的主要断裂是麻坪河断裂。地层主要是古生界泥盆系中统大枫沟组（D2d）、石家沟组（D2s）和志留系下统梅子垭组（S1m）；区内地下水赋存的主要形式为构造裂隙水和岩溶水，地下水水质良好，对混凝土无侵蚀性。隧道围岩均为浅变质岩类，根据岩石构造和力学性质不同主要有千枚状软质岩类，片状半坚硬岩类和板状层状硬质岩类。其中以片岩、千枚岩为主，由于受区域构造的影响，岩石节理裂隙发育，部分地段糜棱岩化，岩体相对破碎。由于受区域构造影响，隧道区地质构造相对发育，沿隧道共发现断层37条，其中主要断层有13条；主要的褶皱构造有三组，分别为K151+700 K152+500地段、K15
25、3+100 K153+490地段及K161+200 K161+900地段；已发现的岩溶异常区有17处，包家山隧道围岩级别划分见表1-1。表1-1 围岩级别划分表围岩级别合计右线长度（m）6855782472811195百分比6.0%51.7%42.2%左线长度（m）7405588487211200百分比6.4%50.0%43.6%合计长度（m）142511370960022395百分比6.3%50.8%42.9%1.4 气候气象受地势影响，南秦岭属海拔1000m左右的中高山区，为温带半湿润湿润季风气候，由于受山地垂向变化的影响，气候差异也较大，区内气候为凉亚热带山地气候，1月份平均气温0.6，
26、7月份平均气温 23.7，年平均气温12.2，极端最高气温37.4，极端最低气温-12.6。早霜期始于10月下旬，晚霜终于3月下旬，无霜期225天，年降水量800950mm，雨季一般集中在7月至9月，具春寒、伏旱、夏洪、秋涝的特点。降雪期为11月至翌年2月，积雪厚度一般24cm，最大18cm。高山区气候阴湿，中低山区雨量充沛。1.5 主要技术标准（1）公路等级：高速公路（2）设计行车速度：80km/h（3）路基净宽：12.5米（4）隧道净宽：净-10.25米（5）隧道净高：净-5.0m（6）设计荷载：公路-级1.6 设计依据（1）公路隧道设计规范（JTG D70-2004）；（2）公路隧道施工
27、技术规范（JTG F60-2009）；（3）公路隧道施工技术细则（JTG/T F60-2009）；（4）公路工程技术标准（JTG B01-2003）；（5）锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）；（6）隧道工程贺永年 刘志强 主编 中国矿业大学出版社；（7）隧道结构力学计算 夏永旭 王永东 主编 人民交通出版社。第二章 总体设计2.1 平面设计由公路隧道设计规范（JTG D70-2004）4.3.5（P17)知，隧道洞口内外各3s设计速度行程长度范围的平面线形应一致。对于该隧道3s设计速度行程为66.7m，结合该隧道洞口外公路线形，对洞口处平面线形做如下设计：该隧道上行线进口位
28、于曲线半径R=1100米的圆曲线上，进口段曲线长度460米；出口位于曲线半径R=6000米的圆曲线上，出口段曲线长度480米。下行线进口位于曲线半径R=4000米的圆曲线上，进口段曲线长度100米；出口位于曲线半径R=1240米的圆曲线上，出口段曲线长度595米。由公路隧道设计规范（JTG D70-2004）4.3.1（P137）知，隧道平面线形一般希望设计成直线，这主要是基于两点理由：取直线于通风有利，如果曲线尤其小曲线半径，通风阻力增大，对自然通风不利，同时会增大机械通风量；其二，如果隧道取较小半径曲线，通常需设置超高和加宽，这将是施工变得复杂，断面不统一以及它们的相互过渡都给施工增加了难
29、度。直线隧道通风能力好，测量、衬砌内装比较简单，不会产生视距问题，施工方便，因此，工程的施工难度较小、造价低，工程中应优先采用。通过包家山隧道的地质报告了解到包家山隧道处于III、IV、V类围岩中，围岩稳定性较差，本身施工难度已较大。由于直线隧道方案在施工难度、工程投资和工期上较有优势，通过对隧道处路线平面线形的优化，因此，洞内部分能采用直线优先采用直线形式。对于由于地质条件限制，而不能采取直线的区段，在满足最小圆曲线半径以及停车视距和上、下行最小间距要求条件下，选用合适的曲线。对于长距离直线线形易产生的视觉疲劳问题，结合终南山隧道及其他既有长大隧道设计为直线线形的经验，可以在隧道内每隔一定距离设一个特殊灯光段，人为把隧道分成几截，给司机以出了洞又进洞的感觉，从而消除长距离直线的弊端。2.2 纵断面设计隧道内的纵坡形式，根据公路隧道设计规范（JTG D70-2004）4.3.3（P16），可设置单面坡和人字坡两种。隧道内纵面线应考虑行车安全性，营运通风规模、施工作业效率和排水要求。隧道纵坡不应小于0.3%，一般情况下不应大于3%，当受地形等条件限制时，高速公路、一级公路的
