毕设开题报告--铜黄高速公路河坑山岭隧道 - 图文

北京交通大学毕业设计（论文）开题报告

题 目： 铜黄高速公路河坑山岭隧道结构设计与施工组织设计 学院： 专业： 学生姓名： 学号： 课题研究基本内容： 河坑隧道为铜黄高速公路沿线的一条分离式双车道山岭隧道，全长1076m，隧道穿越地层的地质条件较为复杂，进出口均有一定偏压。设计内容包括： 1 隧道断面形式和断面内轮廓设计； 2 隧道洞门形式选择； 3 隧道洞门结构设计； 4 隧道洞口防排水系统设计； 5 隧道洞身初期支护设计； 6 隧道洞身衬砌结构设计； 7 隧道防水与排水系统设计； 8 施工方法选择与辅助工程设计； 要求对各级围岩段分别进行设计计算。设计重点是洞口偏压段支挡结构设计与计算、洞身段衬砌结构计算与设计。采用有限元方法进行结构内力计算。 主要技术指标： 1 公路等级：山岭重丘区高速公路，全封闭，全立交； 2 隧道计算行车速度：80km/h； 3 隧道建筑限界：净宽：9.75m, 净高：5.0m； 4 洞内路面设计荷载:汽超-20，挂-120； 5 隧道路面横坡：2%单面坡； 6 通风方式：机械通风； 北京交通大学毕业设计（论文）开题报告

文献综述：

隧道施工与地面建筑物施工不同，其空间有限，工作面狭小、光线暗，劳动条件差，给施工增加了难度。隧道工程的施工条件是极其恶劣的，体力劳动强度和施工难度都相当大。为了减轻劳动强度，人们曾经做过不懈的努力。

古代一直使用“火焚法”和铁锤刚钎等原始工具进行开挖，直到19世纪才开始采用钻爆作业，至今大约有一百多年的历史。在此期间发明了凿岩机，经过将近一个世纪的努力，发展成为今天的高效率大型多头摇臂钻机，工人们已经从繁重的体力劳动中解放出来了。和钻爆开挖法完全不同的还有两种机械开挖法。一种是用于软土地层的盾构机，发明于1818年，经过一个半世纪的不断改进，已经从手工开挖式盾构发展到机械化乃至全机械化盾构，能广泛用于各种复杂的软土地层的掘进。另一种是用于中等坚硬岩石地层的岩石隧道掘进机。目前，已经发展成大断面的带有激光导向和随机支护装置的先进的掘进机，机械化程度大大提高，加上辅助的通风除尘装置，使工作环境得到很大改善。目前应用高压水的射流破岩技术已经过关，它能以很快的速度在花岗岩中打出炮眼，再在隧道周边用高压水切槽，然后爆破破岩。优点是减少超挖，可以开凿任意断面形状的隧道，保护围岩，降低支护成本，并能增加自由面以降低炸药消耗和炮眼数量。但消耗功率较大，设备成本较高，技术上还未达到十分成熟的程度。

地层压力的研究开始于14世纪。此后随着采矿和隧道工程的发展，地层压力理论也相应着发展着。这种研究基本上沿着两个方向进行，一是把地层视为松散构造的散粒体理论，另一个是把地层视为连续弹性体塑性理论。近百年来，从理论上和工程实践中对地层压力进行了极广泛的研究，获得了不少成果，但仍未得到系统、圆满、严格的理论，直到今天仍在不断的进行着新的探索。

新奥法是20世纪40年代开始发展起来的，它是以喷混凝土和锚杆为主要支护手段的一种方法。这种方法把坑道的支护与围岩看作是相互作用的一个整体，既发挥围岩的自承能力，又使支护起到加固围岩的作用。在确保坑道稳定的基础上，使设计更加合理、经济。目前这种方法还处于经验设计阶段，需要在实施过程中根据现场量测数据加以修正。新奥法与传统的矿山法相比，更能充分利用地层地质条件。随着理论上的日臻完善，将会在地下工程中得到更加广泛的应用。

一、国内公路隧道

1. 基础理论方面

从20世纪70年代末开始，随着“新奥法”原理的引入和推广，公路隧道技术人员逐渐注意到隧道围岩为“三位一体”（产生荷载、承载结构和建筑材料）的特性，并通过控制爆破、锚喷支护和现场监测等手段成功应用，提高了我国的公路隧道建设水平；而且在实践中也对新奥法进一步发展，特别是结合我国公路隧道建设国情，在基础理论方面开展了进一步的探索研究，如浅埋暗挖法等。

2．研究手段方面

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早期，工程类比法和经典力学解析法是公路隧道的主要研究方法。然而，隧道一旦遇到复杂工程地质条件，或形成特殊断面结构时，一方面难以找到类似工程先例可以借鉴，难以找到适合的经典力学解析模型可以应用；另一方面，仅凭上述方法也无法确保合理性与准确性。因此，随着各项技术的发展，借助计算机对隧道工程进行全过程数值模拟的研究方法逐渐得到了广泛应用。作为近代科学主要研究手段的实验法，无疑也是极其重要的研究方法。它是隧道工程研究中的一个强有力武器，可以弥补数值仿真分析方法的不足，二者相辅相承。总体上，工程类比法、经典解析法、数值模拟法和实验法构成了隧道工程的研究方法体系，特别是后两者已成为解决重大技术难题的主要有效手段。

3．勘测设计技术方面

公路隧道勘测设计水平有了较大提高。首先是地质勘察手段的进步，如现代物探工具和高速地质钻机的使用。在初测地质勘查和施工阶段地质超前预报工作中普遍采取了地震波反射法、声波反射法、红外线探水法和地质雷达等。各种地质勘察方法的综合，使得地质情报的可靠度有了较大的改进；在设计理念方面，环保意识有所加强，施工前预设计、施工阶段信息化反馈动态设计的原则得到了推广；由于计算机技术的采用，隧道围岩、结构、地层和临近构筑物的受力、变形及破坏的数值分析，为设计提供了量化依据；计算机辅助设计（CAD）手段的普及，使绘图工作的状况大为改观。在以上进步的基础上，公路隧道设计质量有了很大提高。

4．建设规模方面

隧道建设规模主要表现为众多超特长隧道和超大跨扁平隧道的建设。据不完全统计，目前国内的特长公路山岭隧道（含在建）已达到179座，其中，双洞四车道、全长18.02公里的陕西秦岭终南山公路隧道，已于2007年10月建成通车，是世界双洞规模世界第一的公路隧道，为超特长公路隧道建设技术的典型代表。对于大跨扁平隧道，双洞六车道隧道国内已建成近百座，其建设技术已基本成熟；双洞八车道公路隧道也相继建成了数座，2004年建成通车的辽宁韩家岭隧道是我国第一座单洞四车道公路隧道，2006年建成的深圳雅宝隧道最大开挖宽度21.1m，最大开挖高度13.7m，是我国第一座投入运营的双洞八车道公路隧道，2008年10月，国内最长双洞八车道隧道——广州龙头山隧道也竣工通车，近日河南、新疆等地也在开展双洞八车道公路隧道的建设。

5．结构型式方面

早期公路隧道普遍采用双洞分离式的结构型式。但因种种条件限制，很多情况下双洞隧道左右线间距往往不能满足建设需求，因此出现了连拱式和小净距式的隧道结构型式。此外，伴随着桥隧相连和实现地下互通等特殊条件或功能的技术要求的出现，分岔式隧道结构型式、桥隧混合结构型式、地下立交结构型式的工程实践也日益增多。

隧道结构设计时，结构分为一次和二次衬砌。存在问题：1.在隧道结构设计过程中，一次和二次衬砌分担荷载共四种形式，即四种不同的分析方式。采用的分析方式不同，必然导致结构计算的不准确！2.外部荷载计算，塌落拱高度的确定时，

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由于勘探时，不可能将隧道所处的地质条件完全弄准确，此时的c和摩擦角必然存在不准确，这将导致塌落拱高度的不准确，从而导致外部荷载计算的 不准确；3.隧道截面内力计算时，可以采用不同的方式，有些人采用偏压来计算隧道截面内力，但这可能导致隧道最大裂缝宽度不满足要求，我们可以采用修正惯用法或进行计算，可能更符合实际；4.配筋计算时，由于地下岩土的差异性，选取安全系数，存在不确定。

二、国外公路隧道

（1）国外没有隧道线平直线的要求，而大多数为曲线隧道。特别是在洞口段尽量设置为曲线段，不仅有利地光线的过渡，而且能有效地调节司机的心理，不至于受出口“白洞”影响加速出洞，避免引起交通事故。同时通过曲线隧道避开不良地段。国内现行隧道设计规范中要求“隧道内应避免设置平曲线”应值得探讨，在今后的隧道设计规范修订中应考虑借鉴国外资料。

（2）隧道尽量适应地形和地质条件，注重环境保护，避免高填深挖。国外不提倡在山区修建连拱隧道，所修建的连拱隧道多为明洞或有特殊用途，这不仅是因为连拱隧道技术复杂，而且施工对对围岩扰动较大、工期较长。因此，国内在规划和设计山岭区公路隧道时，可考虑小间距隧道形式，其优点一是独立双洞造价低、工期快，另外具有连拱隧道接线方便、占地少的优点。

（3）长大公路隧道的通风以往大多采用横向或半横向通风，如今则尽量采用纵向射流通风。这是因为汽车排污限制标准的提高，公路隧道通风量的控制因素逐渐从CO浓度转变为烟雾浓度，通过加以静电除尘器的分段纵向通风方式可适应长大隧道的通风要求。纵观国内相关规范还停留在20世纪80年代水平，因修改和完善公路隧道相关规范迫在眉睫。

（4）注重前期资金的投入。国外对于长大隧道，有的设计周期可能达7、8年。同时认为翔实的地勘资料是设计可靠的保证。而且地质勘测一直要服务到工程竣工。因此从隧道建设费用来讲相对要比国内投入高。值得赞许的是国外在资金利用上十分合理，如隧道洞口简单实用；洞身只在软弱或渗水地带增加二次衬砌或止水材料。