銅鑼山隧道喇叭口洞門(mén)計(jì)算報(bào)告

1、銅鑼山隧道喇叭口洞門(mén)結(jié)構(gòu)計(jì)算報(bào)告西南交通大學(xué)二00四年五月銅鑼山隧道喇叭口洞門(mén)結(jié)構(gòu)計(jì)算報(bào)告一、計(jì)算模型及參數(shù)1、計(jì)算參數(shù)表1 計(jì)算材料物理力學(xué)指標(biāo)地層和材料名稱(chēng)材 料 參 數(shù)E/GPa（kN.m-3）圍巖1.00.420C25鋼筋砼拱墻及仰拱29.50.225仰拱C15片石砼回填150.2252、計(jì)算模型本次計(jì)算范圍選取為：上部至地表，下部取至隧道仰拱以下30m。左右各取40m，隧道縱向40m（包括15m隧道洞身+隧道洞門(mén)喇叭口段）。計(jì)算域左右有水平約束，下部有垂直約束，地表為自由邊界，前后有垂直其面的縱向約束。計(jì)算中，用平面4面體模擬圍巖、襯砌、喇叭口。計(jì)算模型總單元數(shù)為354474個(gè)，總節(jié)

2、點(diǎn)數(shù)為68958個(gè)。具體見(jiàn)下圖。 圖1 有限元網(wǎng)格劃分圖 圖2 效果圖二、計(jì)算內(nèi)容1、 喇叭口洞門(mén)段整體穩(wěn)定性；2、 2-2（最大采光孔）、3-3（第二大采光孔）、4-4（最小采光孔）斷面應(yīng)力分布情況；3、 喇叭口襯砌仰拱基底應(yīng)力分布情況；三、計(jì)算結(jié)果1、整體穩(wěn)定性計(jì)算圖3 抗傾覆計(jì)算參數(shù)圖根據(jù)圖3，計(jì)算結(jié)果如下：G1和G2對(duì)O點(diǎn)取矩，令：M1=G1×6.537.2e6×6.534.7e7 M2=G2×4.011.9e6×4.017.62e6 則：喇叭口洞門(mén)抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)為 kM1÷M24.7e7÷7.62e66.17因此，喇叭口

3、洞口段整體是穩(wěn)定的、安全的。2、各斷面應(yīng)力分布情況 圖4 2-2斷面最大主應(yīng)力分布情況 圖5 2-2斷面最小主應(yīng)力分布情況圖6 3-3斷面最大主應(yīng)力分布情況 圖7 3-3斷面最小主應(yīng)力分布情況 圖8 4-4斷面最大主應(yīng)力分布情況 圖9 4-4斷面最小主應(yīng)力分布情況 襯砌內(nèi)側(cè)最大主應(yīng)力分布情況 襯砌外側(cè)最大主應(yīng)力分布情況圖10 整體襯砌最大主應(yīng)力分布情況 襯砌內(nèi)側(cè)最小主應(yīng)力分布情況 襯砌外側(cè)最小主應(yīng)力分布情況圖11 整體襯砌最小主應(yīng)力分布情況通過(guò)對(duì)上圖的分析，可以得出以下結(jié)論：表2 各斷面最大（小）主應(yīng)力值及其位置斷面位置2-2斷面3-3斷面4-4斷面整體情況最大主應(yīng)力1.0Mpa1.2Mpa0

4、.5Mpa1.2Mpa最大主應(yīng)力位置拱頂下邊緣拱頂下邊緣拱頂下邊緣第二采光孔拱部?jī)?nèi)邊緣最小主應(yīng)力-2.0Mpa-4.0Mpa-2.0Mpa-4.0Mpa最小主應(yīng)力位置喇叭口襯砌第一采光孔下邊緣懸臂段洞口與喇叭口襯砌相交處懸臂段第一采光孔下部?jī)?nèi)邊緣懸臂段與喇叭口襯砌相交處由表2可以看出：2-2斷面最大主應(yīng)力為1.0Mpa，出現(xiàn)位置為拱部下邊緣；最小主應(yīng)力為-2.0Mpa，出現(xiàn)位置為喇叭口襯砌第一采光孔下邊緣。在銅鑼山隧道鄰水端洞門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙中，喇叭口襯砌采用C25鋼筋砼灌注，根據(jù)鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，C25砼極限抗拉強(qiáng)度為2.0Mpa，極限抗壓強(qiáng)度為-19.0Mpa，計(jì)算出2-2斷面的應(yīng)力均

5、小于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，因此2-2斷面是安全的，只需進(jìn)行構(gòu)造配筋即可滿(mǎn)足要求。 3-3斷面最大主應(yīng)力為1.2 Mpa，出現(xiàn)位置為拱部下邊緣；最小主應(yīng)力為-4Mpa，出現(xiàn)位置為懸臂段洞口與喇叭口襯砌相交處。計(jì)算出3-3斷面的應(yīng)力均小于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，因此3-3斷面是安全的，只需進(jìn)行構(gòu)造配筋即可滿(mǎn)足要求。4-4斷面最大主應(yīng)力為0.5 Mpa，出現(xiàn)位置為拱部下邊緣；最小主應(yīng)力為-2Mpa，出現(xiàn)位置為懸臂段第一采光孔下部?jī)?nèi)邊緣。計(jì)算出4-4斷面的應(yīng)力均小于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，因此4-4斷面是安全的，只需進(jìn)行構(gòu)造配筋即可滿(mǎn)足要求。從洞門(mén)整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布來(lái)看，其最大主應(yīng)力為1.2Mpa，最小主應(yīng)力為-4Mpa，

6、均小于規(guī)范規(guī)定的數(shù)值，即喇叭口襯砌及懸臂段只需進(jìn)行構(gòu)造配筋就可以滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的受力要求。3、基底應(yīng)力分布情況圖12 喇叭口襯砌仰拱基底最大主應(yīng)力分布情況圖13 喇叭口襯砌仰拱基底最小主應(yīng)力分布情況由圖12及圖13，可以看出：喇叭口襯砌仰拱基底最大主應(yīng)力為-0.001Mpa，出現(xiàn)在喇叭口襯砌仰拱基底前方（即喇叭口襯砌與懸臂段相接的基底下方），這與前面討論的喇叭口洞口段整體穩(wěn)定性是一致的；最小主應(yīng)力為-0.4Mpa出現(xiàn)在喇叭口襯砌仰拱基底后方。通過(guò)以上分析，可以得出：在喇叭口襯砌仰拱基底應(yīng)力未出現(xiàn)拉應(yīng)力狀態(tài)，這充分證明了：喇叭口洞門(mén)是穩(wěn)定的，不會(huì)出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象。四、結(jié)論 喇叭口洞口段抗傾覆安全系數(shù)為6.17，整體結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。 2-2、3-3、4-4斷面應(yīng)力均小于規(guī)范規(guī)定的砼強(qiáng)度值，因此，結(jié)構(gòu)只需配置構(gòu)造配筋即可滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)受力要求。 喇叭口襯砌仰拱基底均承受壓應(yīng)力，而且前端壓應(yīng)力小于后端壓應(yīng)力，這與中的結(jié)論是相輔相