摘 要

本设计主要根据红岭灌区1#隧洞的地质条件和隧洞引水流量要求，对1#隧洞进行隧洞断面形式的选定和断面尺寸的计算、隧洞洞口位置的确定和洞门结构的设计并验算挡土墙和洞门的强度和稳定和隧洞衬砌结构设计和使用里正软件对衬砌结构进行内力分析，最后进行施工设计和附属设备的选型。

关键词：引水隧洞；衬砌；结构内力；施工组织

Abstract

This design is mainly based on the geological conditions of the No. 1 tunnel of the Hongling Irrigation Area and the tunnel diversion flow requirements, and the tunnel section form selection and section size calculation of the No. 1 tunnel, the determination of the tunnel opening position, and the design and verification of the gate structure. The strength and stability of the earth wall and the door and the design and use of the tunnel lining structure are analyzed by Linzheng Software's internal force analysis of the lining structure. Finally, the construction design and the selection of ancillary equipment are performed.

key words：The diversion tunnel；The lining；Structural internal force；Construction organization.

目 录

第一章 绪论 1

1.1 毕业设计目的 1

1.2 毕业设计的意义 1

1.3 设计主要内容 1

1.4 设计资料 1

1.5 设计规范 2

第二章 设计基本资料 3

2.1 隧洞地质条件 3

2.2 岩土层物理力学性质 4

2.3 围岩工程地质分类及说明 5

第三章 隧洞断面型式对比优化 7

3.1 断面型式对比 7

3.2 断面尺寸 7

第四章 隧洞洞门结构设计 9

4.1 洞口位置选择 9

4.2 洞门类型 9

4.3 洞门构造设计 9

4.4 洞门强度及稳定性验算 11

4.4.1 翼墙验算 11

4.4.2 端墙验算 13

第五章 隧洞衬砌支护结构内力分析和结构设计 15

5.1 隧洞衬砌上的荷载计算 15

5.2 荷载组成 18

5.3 衬砌结构设计 18

5.4 使用软件计算衬砌结构内力分析 18

第六章 施工组织设计 22

6.1 施工准备 22

6.2 施工通风、给排水、供电和通讯系统 22

6.3 施工方案 23

6.4 隧洞主体工程 23

6.5 进出口建筑物工程 23

6.6 保证施工安全的技术及组织措施 23

6.7 环境保护方案 24

第七章 隧洞附属设备的设计和选型 25

参考文献 28

附录A 29

致 谢 42

第一章 绪论

1.1 毕业设计目的

我国项目，主要是用来灌溉和发电，对于引水发电来说也是及其重要。隧洞设题，需要结的考察来解决问题。

红岭灌区1号隧洞的设计主要是根据隧洞所在地的地质条件、地层岩性、气候、水文条件等，根据隧洞引水量要求和隧洞结构要求，在符合相关设计规范下，根据实际数据进行隧洞结构设计施工。

红岭灌区总干渠隧洞的缺水的问题。红岭灌区建成以后可以为文解决安全饮水，决新增的30万灌溉。

1.2 毕业设计的意义

红岭灌区工程，是项目，主要任务、城乡供水和农村人畜供为145.48万亩，是当地重要的灌溉基础设施。

通过查阅相关设计规范进行红岭灌区总干渠隧洞的设计，掌握隧洞洞门结构设计、挡土墙的稳定性验算、学习并掌握里正岩土软件的使用并使用里正软件进行隧洞衬砌的内力分析，将理论知识和实际设计结合起来，提高自己对理论知识的理解和运用。

1.3 设计主要内容

1.罐区隧洞设计洞设计标准；

2.隧洞工程；

3.隧洞；

4.隧洞洞设计；

5.隧洞衬砌构设计；

6.隧洞施工组织设计；

7.隧洞附型。

1.4 设计资料

（1）隧洞现场情况说明书

（2）红岭灌区总干渠地质资料

1.5 设计规范

《水工隧洞设计规范》（SL279-2016）

《灌溉与排水工程设计规范》（GB50288-99）

《水利水电工程锚喷支护技术规范》（SL 377-2007）

《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》（SDJ12-78）

《水利水电工程施工测量规范》（SL 197-2013）

《水工混凝土施工规范》（SL677-2014）

第二章 设计基本资料

2.1 隧洞地质条件

1号隧洞工程位于桩号0 765.5～4 660，长3894.5m，纵坡1/1500。设计流量为45m³/s，加大流量51.75m³/s；隧洞结构形式为城门洞型无压隧洞。

（1）地形地貌

隧洞位于浑上，地面高程一般为323~528m。冲沟、壑谷较发育，地形起伏较大，山坡坡度较陡，一般为15~30°，大部分已种植有槟榔、橡胶树等经济作物。地表为全风化花岗岩岩层及其坡残积的含砾壤土覆盖，一般厚1.0~20.0m。隧洞附及其他重要的建筑物。

（2）地层岩性

纪中世花岗岩（J2γ）及二～三叠纪的花岗岩（PTγ）。

现分述如下：

，局部夹有灰白色的二~三叠纪的花岗岩（PTγ），。分为全、强、中等~微风化；

：灰黄、灰色为主，岩性为，含较，粘性一般，可硬塑。

：灰黄、深灰色为主，岩质，岩芯破碎，节理面平直光滑，或泥质充填，RQD(%)为0，。

微风化：深灰为主，夹灰白色，岩质坚硬，，节理面光滑～起伏粗糙，微张～闭合，偶见，倾角在35°～75°之间，RQD(%)一般在50～90之间，岩体质量中等。

（PTγ）：，局部夹有深灰色的花岗岩（J2γ），，分为全、强、中等~微风化；

全风化：中粗粒石英砂、砾，干强度中等，。

强风化：，倾角以35～70°为主，节理面平直光滑，铁锰质充填，RQD(%)为0，岩体质量很差。

，节理面为起伏光滑～起伏粗糙，，岩体质量中等。

（3）地质构造

钻探和天然场高频大地电磁法（EH4）物探勘查揭露有 Fl 断层。

：、(桩号2 570m处)有揭露，揭露厚1.80~2.30m，高程363.69～366.46之间，垂直层厚1.87-2.30m，破碎-短柱状，，断层带与岩体缓倾角（16°）接触,与。据高频大地电磁法（EH4）物探资料，，产状上缓中陡下缓，推测倾向N38° ～43°W，断层倾角13~45°。

，与围岩缓倾角接触，：

①、285°～350°/SW或NE∠61°～80°，局部∠23°～35°

②、0°～35°/SE或NW∠64°～80°，局部∠25°～35°

。部分节理面附着铁、锰质膜或泥膜。，高者达8条～15条/m。

，对工程区的地应力状态可以得出以下几点结论：

①、，最大主一般为N38°～43°W。

②、S_Hgt;S_hgt;S_V，工程区的现今构造应力相对较强。

③、，最小水平主应力值为9.58MPa，随着钻孔深度不断增大，应力值随之增大。根据分析，该钻孔现今构造应力作用明显。

④、的抗度一般在3.21MPa~5.97MPa。

（4）水文地质

工区内，属相对层，水文简单，地下水潜水、裂隙水。

，全风化层层，强风中等水层，微风化弱透水岩体，节发育带及透水层。

2.2 岩土层物理力学性质

对岩土力学试验成果统计，根据验，类比，推荐地质建议值，推荐结果见表2.1、表2.2。

表2.1 土层物理力学性质指标建议值

表2.2 微风化岩石抗压强度指标建议值

2.3 围岩工程地质分类及说明

《海南红岭灌区总干渠1#隧道地应力测试分析报告》结论为：

①、红岭灌区总干渠1#隧道钻孔在力为12.0～15.0MPa，最小力为8.0～9.0 MPa，垂应力为5.0~7.0MPa。最大水平主应力应力和最小水平主应力，它们之表达式为S_Hgt;S_hgt;S_V。这表明测平构造为主。

②、红岭干渠1#隧道钻在N38W ~N43W范围内，表明工程区应力场以NW向为主。

③、由弹以及实测应力值，推导线附近的、、_max平均分别为7.15MPa、9.58MPa、21.59MPa。

④、水压致裂过程中获得钻孔的原地约为3.0~6.0MPa。

发生岩爆的 _lcr =0.360（60~100）=21.6~36.0MPa，隧洞大切向应力已达到发生岩爆力的下限，即_lcrmax。根据岩体的力、构造、地应力、隧状、岩石、开挖种因素分析，1 860-2 100、2 300-2 500段具有高、完整性、无地下水，在4-5之间，岩处有可能发生岩爆现象。

为查明程地质条件，勘探中土体纵波测试（结果见附件《场地岩土波速测试报告》），测试成果见表2.3。

表2.3 岩土层的波速值及岩体完整性指数

从上表得出，岩K_V=0.05~0.08，为破碎岩体，弱~微风K_V=0.58~0.65，为较体。

围岩结及主要结形状一般为发育，主要为起伏光滑，微张，为主育，偶见钙质渲染，节理面，微张～闭合，以大于45°倾角为主。

第三章 隧洞断面型式对比优化

3.1 断面型式对比

本隧洞设计为无压隧洞，设计流量为45m³/s，坡度比降为1：1500。无压隧洞常用的断面形式有圆拱直墙式、马蹄形和高拱形断面。

三种断面的特点:

（1）圆拱直墙式断面侧墙为直墙，拱顶为圆弧形，圆拱中心角为90°~180°，顶拱及侧墙衬砌厚度相等，洞底是水平底板。在山岩压力作用下，衬砌内的压力曲线与衬砌轴线有较大偏离，在岩石比较破碎、山岩压力较大的情况下，需要较厚的衬砌。但是施工工序简单方便。

（2）马蹄形断面是圆拱直墙式断面的改进，特点是顶拱、侧墙和底板都是圆弧形。马蹄形断面适用于岩石比较软弱破碎，山岩压力较大的情况，衬砌厚度从拱顶到侧墙逐渐增大，施工难度较大，为了便于施工和满足受力要求，侧墙采用垂直直线形。

（3）高拱型断面衬砌轴线和压力曲线比较接近，因此受力条件比圆拱直墙式和马蹄形断面好，适用于地质条件差，山岩压力大的情况。

从受力条件角度，由于该隧道围岩级别基本都在Ⅳ级以上，整体围岩情况较好，所以不考虑高拱型断面形式。圆拱直墙式断面和马蹄形断面顶部是圆拱，有利于顶拱承受垂直围岩压力。

从施工条件角度，红领灌区引水隧洞采用全断面钻爆法施工，马蹄形断面底部为弧形，弧形底面施工运输不方便，使用钻爆法施工时交通不便，出渣工作困难，将增加施工工期。而圆拱直墙式采用钻爆法施工可以一次开挖成型，洞底底板水平出渣方便，施工简单快捷。所以选择圆拱直墙式断面。对Ⅳ类和Ⅴ类围岩段选择马蹄形断面。

对于无压隧洞断面尺寸的设计计算，可以根据隧洞的进、出口高程和设计流量确定。断面的尺寸设计在满足运转的条件外，还要满足施工要求：

隧洞选用断面时，高度应大于1.8m，宽度应大于1.5m。采用直墙圆拱型断面时，圆拱中心角一般为90°～180°。断面的根据件、选用，在1.0～1.5之间取值，较大时的比值。

无压隧洞洞顶以上的净空部分面积一般不小于隧洞断面面积的15％，同时高度还要满足在0.4m以上。

3.2 断面尺寸

根据曼宁公式初选断面尺寸：

Q=A··R (3.1)

式中：Q为过水流量，m³/s；

A为隧洞断面经过水流的面积m²；

R为水力半径；i为坡降。

水力半径 R=A/X；

n为设计糙率（设计中采用C20砼，n=0.014）。

A为过流断面面积，X为过流断面的湿周。以下选取两组数据：

（1）对隧洞尺寸初步拟定为：净宽5.0m，直段高4.25m。

由于只在隧洞断面水，最大的积为A==5×4.25=21.25m²，h为直段高，B为净宽。过流断面的湿周X=（5 4.25）×2=18.5m，水力半径 R=A/X=21.25/18.5=1.149m。

Q=A··R=21.25××1.149^1/6×=42.99m³/s（不满足）

（2）对隧洞尺寸初步拟定为：净宽5.0m，直段高4.5m。

由于只在隧洞过水，最大的过水断面面积为A==5×4.5=22.5m²，h为直段高，B为净宽。过流断面的湿周X=（5 4.5）×2=19m，水力半径 R=A/X=22.5/19=1.184m。

Q=A··R=22.5××1.184^1/6×=46.44m³/s

综上所述，1号隧洞工程选择直墙圆拱形断面，尺寸拟定为：净宽5.0m，净高5.75m，直段高4.5m，圆拱高1.25m，圆拱中心角通过计算为106.3°，R=3.125m，初期支护15cm，二次衬砌使用C20砼，拱顶、侧墙和底板均喷50cm厚度。

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