隧道工程課程設(shè)計(jì)包含內(nèi)力圖和襯砌及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)圖

17-目錄題目：隧道工程課程設(shè)計(jì) -2-一、設(shè)計(jì)依據(jù) -2-二、設(shè)計(jì)資料 -2-三、隧道方案比選說明 -2-1. 平面位置的確定 -2-2. 縱斷面設(shè)計(jì) -3-3. 橫斷面設(shè)計(jì) -3-四、二次襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算 -3-1. 基本參數(shù) -3-2. 荷載確定 -4-3. 計(jì)算襯砌幾何要素 -4-4. 載位移—主動(dòng)荷載在基本結(jié)構(gòu)中引起的位移 -6-5. 外荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力 -7-6. 主動(dòng)荷載位移 -9-7. 載位移—單位彈性抗力及相應(yīng)的摩擦力引起的位移 -10-四、墻底（彈性地基梁上的剛性梁）位移 -13-五、解力法方程 -14-六、計(jì)算主動(dòng)荷載和被動(dòng)荷載分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力 -15-七、最大抗力值的求解 -16-八、計(jì)算襯砌總內(nèi)力 -17-1. 相對(duì)轉(zhuǎn)角的校核 -18-2. 相對(duì)水平位移的校核按下式計(jì)算 -18-九、襯砌截面強(qiáng)度檢算 -19-1. 拱頂 -19-2. 墻底偏心檢查 -19-十、內(nèi)力圖 -20-參考文獻(xiàn) -21-

隧道工程課程設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)依據(jù)本設(shè)計(jì)根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2003）,《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70-2004）進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。二、設(shè)計(jì)資料1.設(shè)計(jì)等級(jí)：高速公路；2.設(shè)計(jì)車速：80km/h；3.圍巖級(jí)別：Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級(jí)；4.折減系數(shù)：50%；5.使用功能：雙向二車道；6.隧道平縱曲線半徑和縱坡：平縱曲線設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求，洞口內(nèi)外各有不小于3s行車速度行程長度范圍內(nèi)的平縱線形保持一致；7.隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(1).設(shè)計(jì)使用期：100年；(2).設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)；(3).結(jié)構(gòu)防水等級(jí)：二級(jí)；8.1:10000地形圖見《隧道平設(shè)計(jì)圖》（圖S1-1）。三、隧道方案比選說明平面位置的確定任務(wù)所給定的地形圖為陜西省西安市藍(lán)田縣灞源鄉(xiāng)地形圖，灞源鄉(xiāng)距藍(lán)田縣22公里，位于秦嶺北麓，關(guān)中平原東南部，在北緯33°50’－34°19’、東經(jīng)109°07’-109°49’之間，是藍(lán)田縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)之一。鄉(xiāng)境東連洛南、華縣，西接灞橋、長安，南毗柞水、商縣，北鄰臨潼、渭南。全縣總面積969平方公里，地形大致為南山北嶺中河川，總體上為秦嶺北麓丘陵區(qū)。該隧道平縱設(shè)計(jì)既要服從路線的總體走向，又要綜合考慮隧道位置的地形、地質(zhì)、地物、水文、氣象、地震情況和施工條件等因素，盡可能使隧址位于地質(zhì)條件良好、不良地質(zhì)影響最小的地層中，隧道平面線形以直線為主，有利于通風(fēng)和施工，采用不設(shè)超高的平曲線。隧道縱坡設(shè)置要充分考慮通風(fēng)、排水、施工方案和兩端接線的要求。根據(jù)老師畫出的起終點(diǎn)，選擇兩條線路進(jìn)行方案比選，并確定推薦線路。做出兩個(gè)線路方案的平面圖，見《隧道平面設(shè)計(jì)圖》（圖S1-1）所示。由于路線起點(diǎn)距隧道進(jìn)口不是很遠(yuǎn)，故隧道進(jìn)口位置受其影響選擇的余地不是很大，只能在小范圍內(nèi)微調(diào)，經(jīng)反復(fù)比選，將推薦線與比選線的進(jìn)口位置選擇在中心河以北200米處，出洞口選擇在燕子臺(tái)以西250米處，該方案成洞條件好，總體走向與等高線垂直。經(jīng)綜合比選（方案必選見附件），推薦3線方案，做出推薦線路的平面圖，見《隧道平面設(shè)計(jì)圖》（圖S1-1）?？v斷面設(shè)計(jì)做出推薦線路的縱斷面圖，見《隧道線路的縱斷面圖》（圖S1-2）所示；每20m一樁讀取地面高程，標(biāo)在米格紙上，用平滑曲線連接，繪出縱斷面。橫斷面設(shè)計(jì)隧道內(nèi)輪廓以建筑限界為基礎(chǔ)，充分考慮襯砌結(jié)構(gòu)受力特性、工程造價(jià)、裝飾厚度及富?？臻g、運(yùn)營設(shè)施的安裝及空間等因素。洞身結(jié)構(gòu)根據(jù)隧道所處的工程地質(zhì)條件，按新奧法原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用復(fù)合式襯砌，其支護(hù)襯砌按工程類比，結(jié)合隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)原理計(jì)算確定。1.根據(jù)任務(wù)要求，做出隧道建筑限界及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)圖見圖S1-3、圖S1-5所示。2.做出圍巖襯砌結(jié)構(gòu)圖見圖S1-4、圖S1-6所示。四、二次襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算選?、跫?jí)圍巖復(fù)合式襯砌的二次襯砌作為典型襯砌，做結(jié)構(gòu)計(jì)算?；緟?shù)圍巖級(jí)別：Ⅴ級(jí)；圍巖容重：；圍巖彈性抗力系數(shù)：；襯砌材料為C25混凝土，彈性模量，容重。荷載確定深埋圍巖垂直均布?jí)毫Π吹V山法施工的隧道圍巖荷載為：式中：s—圍巖類別，此處取圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)；γ—圍巖容重，此處γ=18kN/m3；ω—跨度影響系數(shù)，ω=1+i(B-5),隧道跨度B=11.7m,B=5~15m時(shí)，i取0.1?？紤]到初期支護(hù)承擔(dān)大部分圍巖壓力，而二次襯砌一般作為安全儲(chǔ)備，故對(duì)圍巖壓力進(jìn)行折減，本隧道按50%折減，取為120。圍巖水平均布?jí)毫Γ篹=0.4q=0.4×120=48kN/m2。計(jì)算襯砌幾何要素見圖4-1.圖4-1二次襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算圖內(nèi)輪廓半徑r=5.54m,拱截面厚度d=0.5m，則外輪廓半徑R=r+d=5.54+0.5=6.04m,拱軸線半徑r′=r+0.5×d=5.54+0.5×0.5=5.79m，半拱軸線長度s=10.31795m。1.半拱軸線長度S等分為8段，則ΔS：計(jì)算襯砌的幾何要素，拱部各截面與垂直軸之間的夾角和截面中心垂直坐標(biāo)見表4-1。單位位移計(jì)算表表4-1截面x（m）y（m）d（m）積分系數(shù)1/30001000.5600961113.3750.23130.97281.33930.15700.59615.0762.3675128.514226.7500.45000.89292.60600.61960.59659.48636.860251.832340.1250.64440.76463.73141.36270.596130.82178.27535.924453.5000.80380.59484.65432.34590.596225.21528.341074.72566.8750.91960.39275.32473.51600.596337.541186.81957.84680.2500.98550.16935.70634.80940.596461.702220.53239.92793.6250.9979-0.06325.77846.15600.596590.983638.14916.14890.000105.53707.48280.596718.355375.36908.0113166.6819109.044——注：1.-截面慣性矩，，b取單位長度；2.不考慮軸力的影響。單位位移值用新普生法近似計(jì)算，計(jì)算如下：計(jì)算精度校核為：閉合差Δ=0。載位移—主動(dòng)荷載在基本結(jié)構(gòu)中引起的位移(1).每一楔塊上的作用力：豎向力：Qi=qbi側(cè)向力：Ei=ehi自重力：式中：bi——襯砌外緣相鄰兩截面之間的水平投影長度，由圖1-1中量得；hi——襯砌外緣相鄰兩截面之間的豎直投影長度，由圖1-1中量得；di——接縫i的襯砌截面厚度。作用在各楔塊上的力計(jì)算如表4-2所示；

載位移計(jì)算表表4-2截面集中力力臂Q·aqG·agQGEaqagae0000000001168.20014.74417.91520.6430.6670.326108.17839.83432159.00014.744123.3280.550.6040.46687.458.90543141.20014.744137.4400.4270.5420.58160.309487.99134115.60014.744149.5360.280.4330.66432.39046.3842583.76014.744158.8960.1190.30.7119.967444.4232647.2814.744165.04-0.0490.1420.719-2.316722.093678.2814.744167.680-0.0070.6880-0.1038014.744166.5760-0.1640.6190-2.418外荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力內(nèi)力按下式計(jì)算：彎矩：軸力：、的計(jì)算見表4-3，表4-4；

載位移計(jì)算表Mi,p0表4-3E·ae∑Q+G∑EΔxΔyΔx∑Q+GΔy∑E000000002.58035001.3393630.1570400-120.59310.8708182.9847.91521.266700.46260231.7873.66164-227.8121.7526356.72831.24321.125330.74308401.43923.2162-317.8732.8919512.71268.68320.922920.98324473.19467.5322-389.5341.8750643.136118.2190.670441.17006431.186138.324-445.8046.7637741.640177.1150.381591.29342283.006229.084-492.3446.5638803.664242.1550.072041.3466157.9008326.089-538.8041.2105826.689309.835-0.24141.32675-199.57411.075-577.59載位移計(jì)算表Ni,p0表4-4截面∑Q+G∑E∑Q+G∑E0010000010.23130.9728182.98427.915242.32857.700534.62820.45000.8929356.728331.243160.56227.899132.6630.64440.7646512.712568.683330.42152.517277.9040.80380.5948643.1366118.219516.98970.319446.6750.91960.3927741.6408177.115682.05069.559612.4960.98550.1693803.6649242.15792.05641.008751.0470.9979-0.063826.6891309.83825.035-19.58844.6280.9563-0.292849.7132377.51812.584-110.3922.95主動(dòng)荷載位移計(jì)算結(jié)果見表4-5所示主動(dòng)荷載位移計(jì)算表表4-5截面Mpy/I(m4)Mp0/IMp0y/IMp0(1+y)/I積分系數(shù)1/30096000011-120.5939615.076-11576.-1818.0726-13395.00242-227.8199659.486-21870.-13552.194-35422.85023-317.87396130.82-30515.-41584.864-72100.65244-389.53996225.21-37395.-87729.589-125125.3625-445.80596337.54-42797.-150477.15-193274.4446-492.34696461.70-47265.-227320.35-274585.5427-538.80696590.98-51725.-318425.70-370151.1148-577.59996718.35-55449.-414919.25-470368.742-29859-1255827.1-1554423.71則：計(jì)算精度校核：閉合差Δ=0.00008。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彈性抗力強(qiáng)度抗力上零點(diǎn)假定在接縫3處，最大抗力值假定在接縫5處，最大抗力值以上各截面抗力強(qiáng)度按下式計(jì)算：算出：σ3=0，σ4=0.697σh，σ5=0.876σh,；最大抗力值以下各截面抗力強(qiáng)度按下式計(jì)算：式中：—所考察截面外緣點(diǎn)到到h點(diǎn)的垂直距離；—墻角外緣點(diǎn)到到h點(diǎn)的垂直距離；由圖1中量得：，。按比例將所求的抗力會(huì)在分塊圖上(2).各楔塊上抗力集中力Ri’按下式近似計(jì)算：式中：Δ—Si外—楔塊外緣長度。(3).抗力集中力與摩擦力的合力Ri按下式計(jì)算：式中：—圍巖與襯砌間的摩擦系數(shù)，此處取=0.2。則：其作用方向與抗力集中力Ri的夾角β=arctanμ=11.3099°。由于摩擦阻力的方向與襯砌位移的方向相反，其方向向上。將Ri的方向線延長，使之交與豎直軸，量取夾角，將Ri分解為水平與豎直兩個(gè)分力：；以上計(jì)算列于表4-6彈性抗力及摩擦力計(jì)算表表4-6截面σ(σh)(σi-1+σi)/2ΔSi外R(σh)RH(σh)RV(σh)40.6970.34851.30830.5024290.8503520.5262140.4272420.26438530.85035250.8760.78651.30831.133890.9492610.314491.0763580.35659660.949261610.9381.30831.3523060.9963150.0857651.3473240.11598020.99631570.74580.87291.30831.2584520.989016-0.147811.244629-0.1860110.989016800.37291.30830.5376070.927771-0.373150.498776-0.2006080.927771(4).計(jì)算單位抗力及其相應(yīng)的摩擦力在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力彎矩：軸力：式中：—力Ri至接縫中心點(diǎn)K的力臂，由圖1量得。計(jì)算見表4-7及表4-8Miσ0計(jì)算表表4-7面R4=0.5024R5=1.134R6=1.1352R7=1.258R8=0.538(σh)r4iR4r4i(σh)r5iR5r5i(σh)r6iR6r6i(σh)r7iR7r7i(σh)r8iR8r8i(σh)40.7250.36424________________________-0.3642452.0781.04398720.720.81648__________________-1.8604763.3931.70464322.0722.3496480.720.817344____________-4.8716474.5972.30953283.3763.8283842.0722.35213440.720.90576______-9.3958185.6262.82650244.565.171043.3763.83243522.0722.6065760.720.38736-14.8239計(jì)算表表4-8截面αsinαcosα∑RV(σh)sinα∑RV(σh)∑RH(σh)cosα∑RH(σh)(σh)453.50.80380.59480.26430.21250.42720.2541-0.0416566.8750.91960.39270.62090.57101.50350.5905-0.0194680.250.98550.169350.73690.72632.85090.48280.24351793.6250.9979-0.06320.55090.54984.0955-0.25890.8087981070.9563-0.29230.35030.33504.5943-1.34321.67828(5).單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移計(jì)算見表4-9單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移計(jì)算表表4-9截面積分系數(shù)1/34-0.3642496225.213-34.96-82.03183-116.998825-1.8604796337.540-178.605332.288467-806.587446-4.8716496461.708-467.6772278.35163-2716.953627-9.3958196590.983-901.9988475.001738-6454.767548-14.823996718.351-1423.121095.8477-12071.8821∑-3006.3432099.4577-22167.189___計(jì)算精度校核：閉合差Δ=0。五、墻底（彈性地基梁上的剛性梁）位移單位彎矩作用下的轉(zhuǎn)角：主動(dòng)荷載作用下的轉(zhuǎn)角：單位抗力及相應(yīng)摩擦力作用下的轉(zhuǎn)角：六、解力法方程襯砌計(jì)算矢高：計(jì)算力法方程的系數(shù)以上將單位抗力圖及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的位移乘以倍，即被動(dòng)荷載的載位移。求解方程：式中式中七、計(jì)算主動(dòng)荷載和被動(dòng)荷載分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力計(jì)算公式為：,,計(jì)算過程見表7-1和表7-2。主被動(dòng)荷載作用下襯砌彎矩計(jì)算表表7-1截面[][]001600160___-7.2390-7.2391-120.5931608.74680848.15379___-7.2390.465789-6.773212-227.81916034.51275-33.3066___-7.2391.837888-5.401113-317.87316075.90013-81.9727___-7.2394.041865-3.197134-389.539160130.6638-98.8755-0.36424-7.2396.958165-0.645085-445.805160195.8331-89.9719-1.860467-7.23910.428591.3291216-492.346160267.8728-64.4729-4.871635-7.23914.264882.1542427-538.806160342.8751-35.9313-9.395811-7.23918.258931.6241178-577.599160416.7713-0.82759-14.82391-7.23922.194080.131167主被動(dòng)荷載作用下襯砌軸力計(jì)算表表7-2截面[][]0055.69755.697___2.9662.966134.6280154.1863249688.81433___2.88555292.88555292132.663349.73624822182.3996___2.6485755472.6485755473277.903442.58816949320.4915___2.2679230612.2679230614446.670333.1298448479.8001-0.0416052781.7642443881.722639115612.490121.87435224634.3645-0.0194351731.1648621781.1454270056751.04799.432259404760.48020.2435150110.5022906330.7458056447844.6247-3.521497574841.10320.808794032-0.1875282660.6212657678922.9595-16.28422672906.67531.678286576-0.867174470.811112106八、最大抗力值的求解首先求出最大抗力方向內(nèi)的位移?？紤]到接縫6處的徑向位移與水平方向有一定的偏離，因此修正后有：,計(jì)算過程見表8-1最大抗力位移修正計(jì)算表表8-1截面積分系數(shù)1/3015360-7.2394.8094673873.3056-34.81568094114622.763-6.7732112884.65241721507.02422-31.5118052342-3197.43-5.4011124164.189808-13396.62714-22.6296244623-7869.38-3.1971345213.446727-27123.58962-11.0196505244-9492.05-0.6450750072.463484-23383.50296-1.5891319225-8637.31.3291207871.293415-11171.623111.71910542746-6189.42.1542420340001∑20304.987-99.84678765—位移值為：最大抗力值為：九、計(jì)算襯砌總內(nèi)力按下式計(jì)算襯砌總內(nèi)力：,計(jì)算過程見表9-1襯砌總內(nèi)力計(jì)算表表9-1截面[MP]σhMσ[M]NPσhNσ[N]eM/IMy/I積分系數(shù)1/30160-4732.351-4572.35155.6971938.9631994.660-2.292295-438945.701148.1537-4427.851-4379.69788.814331886.3721975.186-2.217358-420450.9-66028.842-33.3066-3530.869-3564.175182.39951731.4531913