隧道工程課程設(shè)計完整版

1、隧道工程課程設(shè)計HENsystemofficeroomHEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688某高速公路隧道通過III類圍巖（即IV級圍巖），埋深H=30m,隧道圍巖天然容重Y=23KN/m3,計算摩擦角巾=35。，變形模量E=6GPa，采用礦山法施工；襯砌材料采用C25噴射混凝土，材料容重丫=22KN/m3，變形模量E=25GPa。hh2隧道洞身設(shè)計隧道建筑界限及內(nèi)輪廓圖的確定該隧道橫斷面是根據(jù)兩車道高速公路IV級圍巖來設(shè)計的，根據(jù)公路隧道設(shè)計規(guī)范確定隧道的建筑限界如下：W行車道寬度；取X2mC余寬；因設(shè)置檢修道，故余寬取為OmJ檢修道寬度；雙側(cè)設(shè)置，取為X2mH建筑限界高

2、度；取為L左側(cè)向?qū)挾?；取為LL右側(cè)向?qū)挾?；取為RE建筑限界左頂角寬度；取LE建筑限界右頂角寬度；取Rh檢修道高度；取為隧道凈寬為+=12m設(shè)計行車速度為120km/h,建筑限界左右頂角高度均取lm；隧道輪廓線如下圖：圖1隧道內(nèi)輪廓限界圖根據(jù)規(guī)范要求，隧道襯砌結(jié)構(gòu)厚度為50cm（一次襯砌為15cm和二次襯砌35cm）通過作圖得到隧道的尺寸如下：圖2隧道內(nèi)輪廓圖得到如下尺寸：R=9.47m,R=5.6m,R=11.2m1233隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計支護(hù)方法及襯砌材料根據(jù)公路隧道設(shè)計規(guī)范（JTG-2004），本設(shè)計為高速公路，采用復(fù)合式襯砌，復(fù)合式襯砌是由初期支護(hù)和二次襯砌及中間防水層組合而成的襯砌形式。

3、復(fù)合式襯砌應(yīng)符合下列規(guī)定：1初期支護(hù)宜采用錨噴支護(hù)，即由噴射混凝土，錨桿，鋼筋網(wǎng)和鋼筋支架等支護(hù)形式單獨(dú)或組合使用，錨桿宜采用全長粘結(jié)錨桿。2二次襯砌宜采用模筑混凝土或模筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，襯砌截面宜采用連結(jié)圓順的等厚襯砌斷面，仰拱厚度宜與拱墻厚度相同。IV級圍巖：初期支護(hù)：拱部邊墻的噴射混凝土厚度為12-15cm,拱墻的錨桿長度為，錨桿間距為；二次襯砌厚度：拱墻混凝土厚度為35cm因此確定襯砌尺寸及規(guī)格如下：深埋隧道外層初期支護(hù)，根據(jù)規(guī)范規(guī)定，采用錨噴支護(hù)，錨桿采用普通水泥砂漿錨桿，規(guī)格HRB20X，采用梅花型局部布設(shè)，采用C25噴射混凝土。初次襯砌：采用C25噴射混凝土，厚度為。防水板：采用

4、塑料防水板及無紗布，且無紡布密度為300g/m2,防水板應(yīng)采用鋪滿的EVA板防水層，厚度為，搭接長度為150mm。二次襯砌：根據(jù)公路隧道設(shè)計規(guī)范，采用C25號模筑防水混凝土，厚度為35cm。整個襯砌厚度為+35=50cm。隧道深淺埋的確定及圍巖壓力的計算隧道的內(nèi)輪廓尺寸為B=，H=因為IV級圍巖需要預(yù)留變形量，查公路隧道設(shè)計規(guī)范IV級圍巖需預(yù)留變形量為50-80mm，襯砌厚度為50cm，又每側(cè)超挖量為10cm，故隧道的近似開挖尺寸為：由于是IV級圍巖H=2.5hpqH深淺埋隧道的分界深度ph等效荷載高度q跨度影響系數(shù)；=1+i(B-5)ti圍巖壓力增減率，當(dāng)B=5-15m取=t埋深H=30H=

5、16.785m故為深埋隧道。p=1.1H=16.785m故為深埋隧道。pHt-B14.9713.65=1.11.7可用公式q=丫h計算均布垂直壓力：q考慮一襯后的圍巖釋放變形折減系數(shù)（1）全部垂直荷載q=+11=m2（2）圍巖水平均布壓力e=X二m2襯砌幾何要素內(nèi)輪廓線半徑：r=9.47m，r=5.6m12內(nèi)徑r，r所畫圓曲線端點(diǎn)截面與豎直軸線的夾角：12拱頂截面厚度d0=0.5m，拱底截面厚度d=0.5m0n將半拱軸長度等分為8段，則計算位移用辛普生法近似計算，按計算列表進(jìn)行，單位位移的計算列表見表4-1表4-1單位位移計算表2不考慮軸力影響單位位移值計算如下：計算精度校核：閉合差4=0載位

6、移主動荷載在基本結(jié)構(gòu)中引起的位移1）每一塊上的作用力（豎向力Q、水平力E、自重力G）,分別由下面各式求得,Q=qXbiiE=eXhiiG=（d+d）/2XASXrii-1ih其中：b襯砌外緣相鄰兩截面間的水平投影長度ih襯砌外緣相鄰兩截面間的豎直投影長度id接縫i的襯砌截面厚度i均由圖3直接量得，其值見表4-2。各集中力均通過相應(yīng)圖形的形心表4-2載位移Mo計算表塊上各集中力對下一接縫的力臂由圖直接量得，分別記以a、a、a。qeg內(nèi)力按下式計算之：彎矩：軸力：式中Ax、Ay相鄰兩接縫中心點(diǎn)的坐標(biāo)增值。iiAx=x-xiii-1Ayi=yi-yi-iMo和No的計算見表4-3及表4-4。ipip

7、計算過程見表4-4表4-4主動荷載位移計算表=S/EXEMo/I=X10-5X()=-X10-51php計算精度校核=Sp1p+2p=AS/EXMo(1+y)/ISphp因此，=X10-5X()=X10-5Sp=-(+)X10-6=X10-51p+2p閉合差=.載位移單位彈性抗力及相應(yīng)的摩擦力引起的位移各接縫處的抗力強(qiáng)度按假定拱部彈性抗力的上零點(diǎn)位于與垂直軸接近450的第3截面，a二=a3b最大抗力位于第5截面,a=a;5h拱部各截面抗力強(qiáng)度，按鐮刀形分布，最大抗力值以上各截面抗力強(qiáng)度按下式計算o=o(cos2a-cos2a)/(cos2a-cos2a)ihbibh計算得，TOC o 1-5

8、h zo=0,0=0,0=0。34h5h邊墻截面彈性抗力計算公式為：0=0l-(y，/y)2hih式中y-所求抗力截面與外輪廓線交點(diǎn)到最大截面抗力截面的垂直距離；1y-墻底外邊緣c-到最大抗力截面的垂直距離。(y-和y，在圖3中可量得)hih打=；=；疳=；則有：0=01-()2=0hh0=01-()2=0hh0=0；8按比例將所求得的抗力繪在圖4上。圖4結(jié)構(gòu)抗力圖各楔塊上抗力集中力Ri按下式近似計算：式中，AS楔塊i外緣長度，由圖3量得。i外R，的方向垂直于襯砌外緣，并通過楔塊上抗力圖形的形心。i抗力集中力與摩擦力之合力Ri按近似計算:式中卩圍巖與襯砌間的摩擦系數(shù)。取卩-，則R=Rpl+卩2

9、=RiiR.其作用方向與抗力集中力的夾角為B=arctanu=。由于摩擦阻力的方向與襯砌位移方向相反，其方向朝上。R的作用點(diǎn)即為R，與襯砌外緣的交點(diǎn)。ii將R的方向線延長，使之交于豎直軸。量取夾角叮自豎直軸反時針方向量度)。將R.分解為水平與豎向兩個分力：R=Rsin巾HikRV=Ricos巾k續(xù)表4-54）計算單位抗力圖及其相應(yīng)的摩擦力在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力以上計算例入表4-5中，并參見圖3。表4-5彈性抗力及摩擦力計算表截面1（。i-+。.）/2S（叮巾ksin巾丘cos巾丘345678彎矩軸力表4-7N0計算表Mo二ZRrTOC o 1-5 h z一iKiibNo=sin申ZR一cos申

10、ZRiViHib式中r力R至接縫中心點(diǎn)K的力臂，由圖3量得，計算見表4-6和表4-7Kii表4-6M0計算表O截面號asinacosaSR(oVh)SRH(oh)sinaSR(VOh)cosaSRh(oh)Noo(oh)456785）單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移表4-8單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移計算表計算過程見表4-8。TOC o 1-5 h z1OhO二NS/EXEMoy/I=X10-5X=-X10-52OhO校核為：+=-+X10-ii=X10-61O2OS=NS/EXEMo(1+y)/I=X1O-11X=X1O-6OhO閉合差=0。墻底(彈性地基上的剛性梁)位移1)單位彎矩作用

11、下的轉(zhuǎn)角：B=1/(KI)=/X106=X10-618主動荷載作用下的轉(zhuǎn)角：B=BM0=XX10-6=X10-6p18p單位抗力及相應(yīng)摩擦力作用下的轉(zhuǎn)角：B=BM0=X10-6X=-X10-6O18O解力法方程襯砌矢高f=y8=計算力法方程的系數(shù)：a=6+B=(+)X10-6=X10-6111a=6+fB=(+X)X10-6=X10-6121a=6+f2B=(+XX)X10-6=X10-622221a=+B+(+B)Xo101pp1ooh=-+o+o)X10-6hh=-+o)X10-6ha=+fB+(+fB)Xo202pp2ooh=-+X+o+Xo)hh=-(+o)X10-6h以上將單位抗力圖

12、及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的位移乘以o/咅，即被動荷載的載位移。h求解方程：X=(aa-aa)/(aa-a2)112202210112212=()其中：X=,X=1p1oX=(aa-aa)/(aa-a2)212101120112212=(+o)h其中：X=,X=2p2o計算主動荷載和被動荷載(oh=1)分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力h計算公式為：計算過程列入表4-9和表4-10中。表4-9主、被動荷載作用下襯砌彎矩計算表截面cosaXcos2pNo。（。丿Xcos(o2o)N（oh）0h12345678計算最大抗力值首先求出最大抗力方向內(nèi)的位移。由式：并考慮接縫5的徑向位移與水平方向有一定的偏離，因此將其修正如下計

13、算過程列入表3-11。表4-11最大抗力位移修正計算表5=X10-8XX=X10-5hp5=X10-8XX=X10-5ho則可得最大抗力o=5/(1/K-5)=X10-5/1/X106)+X10-5TOC o 1-5 h zhhpho計算襯砌總內(nèi)力按下式進(jìn)行計算：M=M+oM HYPERLINK l bookmark32 o Current Document phoN=N+oNpho計算過程列入表4-12表4-12襯砌總內(nèi)力計算表計算精度校核：式中：A.M工=X10-8X=X10-5EIB=MB=XX10-6=Xl0-5a81閉合差：=/=%式中：AsyM乙EI=X10-8X=X10-6fB=

14、X（）X10-5=X10-5a閉合差：=（）/=%檢驗截面強(qiáng)度檢算幾個控制截面：e=2滿足0.8035x19x103x1x0.5446.165e=2滿足=13.412滿足寸NaRbd0.9211xl9x103xlx0.5NN460.544e=X=aRbdaNNK=極限N而a=1-1.5-=1-1.5x0.0084=0.9975d0.50.9975x19x103x1x0.5706.459e=d/6=（可）其它各截面偏心均小于。綜上，驗算滿足強(qiáng)度要求內(nèi)力圖將內(nèi)力計算結(jié)果按比例尺繪制彎矩圖M及軸力圖N,如圖5所示。圖5襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖5隧道開挖施工隧道開挖施工方案采用如圖所示分布施工順序進(jìn)行開挖,即先環(huán)形開挖留核心土法的施工方法。這種施工方法適用于土質(zhì)易于坍塌的軟弱圍巖隧道隧道坑道開挖后,在巖體散破壞之前,及時修筑一層柔