1. 研究目的与意义（文献综述）
1、目的及意义（含国内外的研究现状分析）1.1 课题来源及研究意义 近10年来,随着我国公路交通事业的发展,公路隧道的建设规模越来越大, 公路隧道具有以下优越性:降低公路高程,保证常年通行;缩短行车里程,节省运费;节约能源,减少汽车损耗;节约土地,保护环境;减少人为的公路病害和水土流失:提高行车舒适性,降低交通事故发生率;方便山区群众出行,促进经济文化交流。几十年来,我国修建的这些隧道在降低交通事故发生率、缩短行车距离、提高车速、保护环境、促进经济发展和提高群众生活水平等方面发挥了积极作用,并取得了良好的社会经济效益。广东罗江大石岭隧道要从横断面设计以及衬砌结构设计两个方面来对此隧道进行设计。本次毕业设计结合广东罗江大石岭的地形地质条件，进行相应隧道洞口位置、二次衬砌等方案的设计，掌握一般公路隧道的设计流程和主要方法，熟悉隧道施工方案选择的基本依据和过程，具备一定的综合分析、设计和解决实际问题的能力。。
1.2 国内外研究现状 1.2.1 衬砌结构设计研究的方法 1.2.1.1隧道结构计算模型 （1）.荷载结构模型（结构力学模型）：松弛荷载理论 以支护结构为承载体，围岩对支护结构的作用只是作用在结构上的荷载（包括主动的围岩压力和被动的弹性抗力）。一般用结构力学方法对支护结构进行计算。隧道支护结构与围岩的相互作用通过弹性抗力来体现。 （2）.地层结构模型（现代岩体力学模型）：岩承理论 将支护结构与围岩视为一体，作为共同承受荷载的隧道结构体系。模型中围岩是直接承载单元，支护结构只是用来约束和限制围岩的变形，是反映现代支护原理的计算方法。1.2.2 隧道衬砌结构设计方法 1.2.2.1.结构力学法（弹性理论） 结构力学法，也就是荷载-结构模式的分析方法。这里的结构是指衬砌结构，荷载主要是指开挖洞室后由松动岩土的自重所产生的地层压力。一般把隧道支护结构在力学上和构造上作为拱形结构来处理，这个思想是从地面结构引申出来的。 拱形结构概念以下述假定为基础：被砌筑的衬砌视为结构的主体，围岩（或其一部分）只是被视为荷载，从本质上说这是与隧道工程的本质相矛盾的。只要施工没有满足下述条件：制止松弛和由此产生的松弛压力；结构和围岩之间有效的、长期的紧密接触。隧道结构就只能是个拱，而按拱形结构进行设计计算。 荷载-结构模型在荷载处理上大致经历了三个阶段：1主动荷载模式；2主动荷载 被动荷载模式；3实际荷载模式。多数情况下采用第二种模式。第二种模式考虑了结构和围岩之间的相互作用，即围岩对结构的约束作用——围岩抗力，局部体现了隧道作为地下结构的受力特点。因此，它是第一种模式的进一步发展。为了保证围岩约束抗力的存在，就必须保证结构与围岩之间的紧密接触。在此，把围岩对结构形变的约束所产生的反作用谓之抗力，而且把它视为线弹性的，ky（k——弹性抗力系数；y——接触点的径向位移）。实际上，在荷载作用下地基的变形是一个弹塑性过程。现在计算方法是把荷载分为被动的弹性抗力与主动的侧压力。 其计算结果最终归结为验证安全系数是否满足设计要求。1.2.2.2.岩体力学法（弹塑性理论） 岩体力学法以弹塑性理论为依据
（1）敛约束法（特征曲线法） 特征曲线法的基本原理是利用围岩特征曲线和支护结构特征曲线交会的方法来决定支护体系的最佳平衡条件（下图）。 破坏准则：由本构方程决定，通常情况下采用摩尔-库伦破坏准则。 围岩特征曲线：受围岩性质（瞬时的及长期的）、围岩构造、施工技术（对围岩强度损害程度）的影响。 支护结构特征曲线：由其材料、构造决定。（2）剪切破坏滑移法（极限状态设计法） 在围岩压力作用下，隧道两侧壁因受剪切破坏而有楔形岩体滑移，喷层受剪破坏，这就是滑移楔体理论的基本概念。根据这一概念，锚喷支护及其作用下形成的围岩承载拱在剪切滑面上应能提供足够的抗剪力以保持隧道结构的稳定。抗剪力的大小与锚喷支护参数有直接的关系。 （3）数值分析法（有限元法） 1.2.2.3.信息反馈法 监控量测（力、位移） 修正设计、指导施工 1.2.2.4.工程类比法 围岩分级，不同级别决定不同支护参数、不同开挖方式。
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2. 研究的基本内容与方案
2、基本内容2.1基本内容 2.1.1对隧道进行横断面设计 （1）建筑限界 隧道横断面设计主要是对隧道净空的设计。隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。隧道净空是根据“建筑限界”确定的。“限界”是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内的空间是保证车辆安全运行所必需的。是建筑物不得侵入的一种限界。 公路隧道建筑限界包括车道、路肩、路缘带、人行道等的宽度及车道、人行道的净高。鹤山隧道建筑限界如下图所示。 公路隧道横断面设计，除满足隧道建筑限界的要求外，还应考虑洞内路面排水检修、通风照明、消防、内装监控等设施的所需空间，还要考虑仰坡曲率的影响，并根据施工方法确定出安全经济合理的断面形式和尺寸。 (2) 洞口、洞门设计 洞口：根据地形条件，结合防排水要求，以“早进洞，晚出洞”为原则确定洞口位置，由于三车道隧道跨度大，净空高，一般情况下成洞面处边坡及仰坡高度接近20m，为了保证边仰坡的稳定，尽量恢复洞口自然景观，洞口段均设一段明洞。 洞门：机场段洞口地形较缓，地质条件差，经综合分析采用削竹式洞门，边仰坡1：1.5，用正六边形制混凝土空心块铺设，空心植草，明洞段边、仰坡采用土锚喷混凝土防护。如下图所示 2.1.2隧道衬砌设计 (1）确定衬砌类型 大石岭隧道衬砌类型采用复合式衬砌。复合式衬砌是指外层锚喷作初期支护，内层用模筑混凝土作二次衬砌的永久结构，两层间可根据需要设置防水层。复合式衬砌可用于各种围岩(2）衬砌基本尺寸拟定 隧道衬砌内轮廓的形状及尺寸的确定，应根据隧道建筑限界、结构受力条件、施工、营运等方面的要求全面考虑，力求经济合理。 (3）衬砌内力计算(4）衬砌设计采用工程类比设计、理论计算以及现场监控量测三种途径相结合的办法进行具体操作。在工程类比法中介绍比较相似隧道的衬砌类型和方案；而理论计算则包括预支护设计、初期支护设计和二次衬砌设计三大部分内容。
2.2 研究过程（1）文献参考 收集文献资料，总结国内外隧道横断面及衬砌设计的普遍规律，了解和运用设计衬砌的一般方法。对隧道洞口、洞门、建筑界限以及建筑材料进行系统分析，通过隧道结构计算(包括：荷载结构模型、地层结构模型）以及隧道衬砌结构设计计算（包括:结构力学法、岩体力学法）确定最为合理的衬砌以及横断面设计。在此基础上，采用工程类比法方法，与相似类型隧道设计比较，找出缺点和不足，以便进行优化设计。 （2）理论分析 根据大石岭隧道的结构，选定复合式衬砌结构，在保证隧道稳定安全的前提下拟定隧道的外形尺寸，对内壁从岩性，结构等方面计算衬砌内力，并对所得数据进行统计分析
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3. 研究计划与安排
3、进度安排 第1-3周：毕业实习，完成实习报告，熟悉现场资料及设计方法。
第4-5周：查阅与毕业设计（论文）相关文献资料，明确研究意义、内容，了解研究所需基本理论知识，确定方案，完成开题报告。
第6周：全面系统掌握公路隧道设计的相关基础知识。
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4. 参考文献（12篇以上）
4、参考文献[1] 重庆交通科研设计院.公路隧道设计规范(JTGD7O一2004).北京:人民交通出版社,2004[2] 黄栋成.公路隧道结构设计方法的研究.同济大学硕士学位论文,2002 [3] 孙钧,汪炳鉴.地下结构有限元解析.上海:同济大学出版社,1988[4] 同济大学岩土工程研究所.同济曙光岩土及地下工程设计与施工分析软件理论手册.2001[5] 王助成,邵敏.有限单元法基本原理与数值方法.北京:清华大学出版社,1997[6] 浙江省交通设计院.公路隧道设计规范(JTJ026一90).北京:人民交通出版社,1990[7] 张均锋,丁桦. 边坡稳定性分析的三维极限平衡法及应用[J].岩石力学与工程学报.，2005[8] 郑颖人，赵尚毅，邓卫东.岩质边坡破坏机制有限元数值模拟分析[J].岩石力学与工程学报，2003[9] 颜育仁，杜时贵，董良淮. 浙江省大梁山隧道出口边坡稳定性分析[J]. 中国地质灾害与防治学报，2006[10] 孙钧,汪炳鉴.地下结构有限元解析.上海:同济大学出版社,1988[11] 朱伯芳.有限单元法原理与应用.北京:中国水利水电出版社,1998[12] 朱合华.隧道掘进面时空效应研究.同济大学博士学位论文,1989[13] Fellenius W.1927，Erdstatisch Berechnungen，Berlin W.Ernst und Sohn revised edition，1939[14] Janbu，N. Earth pressure and bearing capacity calculations by generalized procedure of slices. Proceedings of the fourth international conference on soil mechanics and foundation engineering，Vol.2，1957[15] Sarma.S.K.1973.Stability analysis of embankments and slopes.Geotechnique.Engrg.Div，ASCE，1979
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