SY-025-BY-3
毕业设计开题报告
学生姓名 指导教师姓名 姚庆龙 马桂军 系部 职称 土木工程 教授 从事 专业 专业、班级 土木工程 土木工程 B05-52 是否外聘 □是□√否 题目名称 延吉-虎林公路北秀山隧道设计 一、课题研究现状、选题目的和意义 隧道工程是既古老又年轻的学科古老是因为在几千年前人类就掌握了开挖隧道的技术。现代的隧道技术是在火药的发明和19世纪产业革命以后出现的，尤其是铁路隧道的出现对隧道建造起到了很大的推动作用。第一座隧道出现在1826-1830年修建的英国利物浦到曼彻斯特的铁路线上，全长1190米。火药的改进和钻眼工具的创制，促使隧道的修建技术有了显著的提高。在1898年建成的穿越阿尔卑斯山的辛普郎隧道中，第一次使用了TNT炸药和凿岩机。1971年日本新干线上修建了大清水隧道，全长22230米，是目前世界上最长的铁路山岭隧道。 隧道工程经过了多年的发展，现在隧道的建设的技术和理论已在不断补充和完善。特别是最近30多年随着长大隧道和特殊地质隧道的增多中和机械化施工技术的采用和相关学科的发展，现代隧道设计、施工理念和方法发生了重大的变化和改观。新奥法的出现,为隧道设计和施工提供了新的理念,从传统的完全依靠衬砌和钢木构件支撑围岩到现在充分发挥围岩的自承能力,是人们对隧道与地下工程问题的进一步认识和理解。另外伴随隧道监测仪器的改进，监测技术的提高，隧道施工监测成为隧道施工必不可少的部分，得到了人们越来越多重视。新型防排水材料的研究与应用,大大降低了地下水对隧道的危害，同时减少地下水排放给周围环境带来的破坏。同时通风、照明和消防技术有了新的进步,使隧道在使用中更加人性化。 尽管近年来隧道工程建设取得了一定的成就，但是还存在着许多问题和不足。具体说，截止到目前，我们队围岩的性质还没有深入地了解，计算模型的选用和计算的理论还不完全符合实际，人力和物力的消耗和浪费较大。今后应当加强隧道环境和地质的现场量测及实验室的试验，以便对各种不同性质的围岩能拟出较为符合实际的计算模型和计算理论。 本课题设计的目的是运用大学四年所学的相关理论知识，结合工程实际，检验自己在大学里的学习成果和理论联系实际的能力，为即将步入到工作岗位做进一步的准备。通过这一环节,进一步掌握隧道与地下工程的勘察、施工、设计、科研、新产品开发应用等方面内容,巩固理论知识、扩大知识面,提高综合运用所学知识的能力,同时掌握隧道与地下工程的施工、设计计算、工程绘图及撰写科学技术论文的一般程序和方法,进行一次工程技术人员必备的基本技能的训练,以期能独立地、系统地完成一个工程设计的全过程,毕业以后能较快地胜任技术工作。
二、设计的基本内容、拟解决的主要问题 （一）设计的基本内容 1.隧道总体设计 （1）工程地质评价； （2）围岩等级确定； （3）隧道选址； （4）隧道平面、纵面、横断面设计。 2.隧道洞门设计 （1）洞口选址； （2）洞门设计； （3）洞门强度和稳定性验算。 3.隧道明洞设计 （1）明洞长度计算； （2）明洞衬砌设计和截面强度配筋验算。 4.衬砌结构设计 （1）荷载计算； （2）衬砌内力计算； （3）衬砌验算。 5.防水、排水设计 6.通风、照明设计 7.施工方案设计 8.施工图绘制（绘制一张施工图） 9.外文翻译（不少于3000字） （二）拟解决的主要问题 1．隧道选址； 2．隧道洞门形式选择：端墙式。 3. 隧道衬砌断面形式。 三、技术路线（研究方法） 1.地质评价：隧道区工程地质条件较复杂，隧道穿越背斜，岩石中节理裂隙发育，局部具挤压破碎现象，见小褶曲、挠曲等，附近岩体很破碎，隧道所在地段区域稳定性较差，地质条件一般，可以修建隧道。 2.围岩等级的确定：依据《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）及查阅得到的工程地质与水文地质情况，定性确定围岩等级。 3.隧道平面设计：根据地质、地形、路线走向、通风等因素确定隧道的平曲线线形。隧道平面线形原则上采用直线，避免曲线。本隧道全长1650m,地质条件较为简单，平面线形采用直线，可避免曲线线形中由于视距问题而造成的断面不统一，以及相互过渡时施工难度的增加，同时利于通风。设计时速100km/h，根据地形地质资料，确定采用直线隧道。分离式独立双洞的最小净
距，按对两洞结构彼此不产生有害影响的原则，结合隧道平面线形、围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素确定。一座分离式双洞隧道，可按其围岩代表级别确定两洞最小净距。 4.隧道纵断面设计：隧道纵断面设计的主要内容包括选定隧道内线路的坡道形式、坡度大小、坡段长度和坡段间的衔接等。隧道内的纵坡形式，依据隧道长度及地形确定，一般为单向坡，若为地下水发育的长隧道、特长隧道可采用双向坡。纵坡变更的凸形竖曲线和凹形竖曲线的最小半径和最小长度及相关指标应符合有关规范的规定。隧道洞外连接线应与隧道线形相协调，并符合“规范”有关条文规定。 5.隧道横断面设计：依据确定的公路等级以及《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）的相关规定来确定出隧道建筑限界，依据拟定的施工方法，在保证隧道内任何设备均不得布置在建筑眼界内的条件下，确定隧道的横断面内轮廓线和外轮廓线。 6.洞口段地质评价及洞门类型选择：依据隧道洞口段地质情况、水文情况及地形条件对洞口段地质进行评价，并依此选择洞门类型。 7.洞门设计：根据洞口地形、地质及衬砌类型等不同的情况和要求，洞门结构主要有隧道门和明洞门两大类型。洞门宜与隧道轴线正交，地质条件好，同时洞门还得结合环境保护、洞外有关工程及施工条件以及运营要求，通过经济技术比较来确定。 8.洞门强度和稳定性验算：采用挡墙式洞门时洞门墙可视作挡土墙，按极限状态验算其强度，并应验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。验算包括强度、抗倾覆、抗滑动、偏心距以及基底应力验算，验算时应符合《公路路基设计规范》、《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》。 9.隧道明洞设计 （1）明洞长度确定：依据进口段围岩等级、地形条件、洞门位置等确定是否存在超浅埋段。根据坍落拱高度与隧道上覆土厚度、地面坡度和隧道纵坡等确定明洞长度。 （2）明洞设置：在保证明洞内轮廓线与暗洞内轮廓线一致的前提下，根据工程类比法，确定明洞衬砌的材料、几何尺寸及配筋。采用荷载结构法计算明洞衬砌结构内力，并对拱顶、负弯距偏心最大截面和轴心受压截面进行强度验算和裂缝宽度验算。 10.隧道衬砌结构设计 （1）确定衬砌结构形式与荷载计算：包括永久荷载、可变荷载、偶然荷载。一般岩石地下建筑的荷载以作用在衬砌结构上的静荷载为主。 （2）衬砌内力计算：国内采用的设计方法有四种模型，深埋隧道中的整体式衬砌、浅埋隧道中的整体或复合式衬砌及明洞衬砌等应采用荷载-结构法。 （3）衬砌结构设计：采用荷载—结构法，即地层对结构的作用只是产生作用在衬砌结构上的荷载（包括主动地层压力和被动地层抗力），衬砌在荷载作用下产生内力和变形。围岩压力根据《公路隧道设计规范》推荐的工程类比方法计算；弹性抗力按经验法确定其分布形式及方程，并根据局部变形协调条件符合文克勒假定计算出最大抗力值。衬砌采用一般结构力学方法求解。 （4）衬砌验算：隧道衬砌和明洞按破坏阶段验算构件截面强度。即根据混凝土和石砌材料的极限
强度，计算出偏心受压构件的极限承载能力，与构件实际内力相比较，计算截面的抗压（或抗拉）强度安全系数K检查是否满足规范所要求的数值。衬砌的任一截面均应满足强度安全系数要求，否则必须修改衬砌的形状与尺寸，重新计算，直到满足要求为止。 11.防水、排水设计 （1）隧道排水设计方案：为保证公路隧道结构安全和必须的运营条件，因符合《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）。隧道排水系统应当设计成为一个完整的排水体系。隧道首先应当设计完善的地表及洞口排水管沟，隧道排水系统不同位置的排水能力应根据水力计算确定。 （2）隧道防水设计方案：包括围岩注浆、复合式防水层、防水混凝土以及变形缝和施工缝处理。 12.通风、照明设计 （1） 通风设计：确定通风方式，计算空中有害物质容许浓度，计算需风量，通风计算。 （2） 照明设计：隧道照明设计包括中间段照明、入口段照明、过渡段照明、出口段照明和接近段减光措施。 13.施工方案设计 施工方法：本设计采用新奥法施工。 四、进度安排 1. 2. 3. 4. 撰2009年3月2日～2009年3月6日 收集并熟悉地区的地形地貌以及水文地质情况、写开题报告 洞口位置的选择以及隧道的选址 2009年3月9日～2009年3月13日 围岩等级的确定、2009年3月16日～2009 年3月27 日 总体设计，平、纵、横断面设计 2009年3月30日～2009年4月3日 洞门类型的选择，洞口位置的选择，洞口计算与设计，强度、抗倾覆、抗滑动、偏心距以及基底应力验算 5. 2009年4月6日～2009年4月17日 明洞长度的计算、明洞类型的选择、明洞构造确定、明洞的土压力计算、衬砌内力计算以及明洞偏心距、强度、偏心距验算 6. 2009年4月20日～2009年5月8日 衬砌结构形式的选择，荷载计算，计算主动荷载下、抗力作用下的衬砌内力，求出最大抗力值，衬砌结构设计以及衬砌验算 7. 2009年5月11日～2009年5月12日 洞内防水材料、围岩注浆、复合式防水层、防水混凝土的选择，变形缝和施工缝的处理，纵向横向排水管以及路基路面排水管沟的设置 8. 2009年5月13日～2009年5月15日 通风方式的确定，有害物质容许浓度计算，需风量计算，通风计算，隧道中间段、入口段、过渡段、出口段照明计算 9. 2009年5月18日～2009年5月22日 施工施工设计 10. 2009年5月25日～2009年6月3日 绘制施工图 11. 2009年6月4日～2009年6月12日 编写设计计算说明书
12. 2009年6月15日～2009年6月16日 上交毕业设计资料 13 2009年6月18日～2009年6月19日 毕业设计评阅 14. 2009年6月22日～2009年6月26日 毕业答辩 五、参考文献 ［1］ 陈秋南 主编 《隧道工程》[M]. 北京 机械工业出版社 2005 ［2］ 易萍丽 主编 《现代隧道设计与施工》[M]. 北京 中国铁道出版社 1997 ［3］ 王海亮 主编 《铁路工程爆破》[M]. 北京 中国铁道出版社 2001 ［4］ 周爱国 主编 《隧道工程现场施工技术》[M]. 北京人民交通出版社 2004 ［5］ 中华人民共和国行业标准《公路隧道设计规范》JTG D70-2004 [S].北京：人民交通出版社，2004 ［6］ 中华人民共和国行业标准《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999 [S].北京：人民交通出版社，2000 ［7］ 中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》TGB01-2003[S] 北京：人民交通出版社，2004 ［8］ 中华人民共和国行业标准《公路隧道施工技术规范》JTJO42-94 [S].北京：人民交通出版社，2005 ［9］ 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社，2003 ［10］关宝树.隧道工程设计要点集[M].北京：人民交通出版社，2003 ［11］中华人民共和国行业标准《公路隧道勘测规程》 JTJ 063-85[S].北京：人民交通出版社，1986. ［12］中华人民共和国行业标准《公路隧道设计规范》 JTG D70-2004[S].北京：人民交通出版社，2004. ［13］中华人民共和国行业标准《公路隧道施工技术规范》 JTJ 042-94[S].北京：人民交通出版社，1995 ［14］中华人民共和国行业标准《公路工程地质勘察规范》JTJ 067-98[S].北京：人民交通出版社，1999. ［15］中华人民共和国行业标准 中国公路学会《交通工程手册》编委会.交通工程手册. [S].北京：人民交通出版社，1998. ［16］中华人民共和国公安部《建筑设计防火规范》GBJ 16-87-2001[S].北京：中国计划出版社，2001. ［17］E.Hoek，E.T.Brown.岩石地下工程.连志升等译.北京：冶金工业出版社，1999. ［18］Bhawani Singh，Rajnish K.Goel. Tunnelling in Weak Rocks. ELSEVIER Inc. USA. 2006. ［19］龙驭球，包世华.结构力学教程（I、II）.北京：高等教育出版社，2001.7.
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