1围岩压力计算.docx
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1围岩压力计算
1围岩压力计算
1围岩压力计算
深埋和浅埋情况下围岩压力的计算方式不同，深埋和浅埋的分界按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。
按等效荷载高度计算公式如下：
=（2
2.5）
式中:
Hp——隧道深浅埋的分界高度；
hq——等效荷载高度，
=
；
q——垂直均布压力（kN/m2）；
γ——围岩垂直重度（kN/m3）。
二次衬砌承受围岩压力的百分比按下表取值：
表4.1复合式衬砌初期支护与二次衬砌的支护承载比例
围岩级别
初期支护承载比例
二次衬砌承载比例
双车道隧道
三车道隧道
双车道隧道
三车道隧道
ⅠⅡ
100
100
安全储备
安全储备
Ⅲ
100
≥80
安全储备
≥20
Ⅳ
≥70
≥60
≥30
≥40
Ⅴ
≥50
≥40
≥50
≥60
Ⅵ
≥30
≥30
≥80
≥85
浅埋地段
≥50
≥30～50
≥60
≥60～80
1.1浅埋隧道围岩压力的计算方法
隧道的埋深H大于hq而小于Hp时，垂直压力
。
表4.3各级围岩的
值及
值
围岩级别
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
θ
0.9
（0.7～0.9）
（0.5～0.7）
60°～70°
50°～60°
40°～50°
侧压力系数
作用在支护结构两侧的水平侧压力为：
e1=γhλ；e2=γ（h+Ht）λ
侧压力视为均布压力时：
Ⅴ级围岩的等效荷载高度hq=0.45×24×[1+0.1×（10-5）]=10.8m
Hp=2.5hq=27m,H取φ0=45°，θ=0.6φ0=27°，h=20m，tanβ=3.02,λ=0.224,tanθ=0.51,
计算简图：
30
-9.04E+05
-976.56
-18846
31
-8.96E+05
10731
-22629
32
-8.82E+05
24936
-25973
33
-8.61E+05
41366
-24944
34
-8.33E+05
57370
-12584
35
-7.99E+05
66092
20764
36
-7.60E+05
54844
45380
37
-7.22E+05
28879
57814
38
-6.87E+05
-4468.5
58966
39
-6.58E+05
-38409
50472
40
-6.38E+05
-67143
34594
41
-6.27E+05
-86237
14070
42
-6.26E+05
-92913
-8065.1
43
-6.37E+05
-86224
-28676
44
-6.57E+05
-67117
-44728
45
-6.85E+05
-38371
-53480
46
-7.19E+05
-4418.2
-52666
47
-7.57E+05
28940
-40644
48
-7.94E+05
54916
-16510
49
-8.29E+05
66173
16532
50
-8.56E+05
57316
28590
51
-8.76E+05
40997
29306
52
-8.90E+05
24050
25569
53
-8.98E+05
9154.2
21159
54
-8.99E+05
-3292.6
17015
内力图分析
（1）轴力：
由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出轴力图如图，最大轴力出现在仰拱段，其值为626.383kN。
轴力图
（2）弯矩：
由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出弯矩图如图，最大正弯矩出现在变截面段，其值为169.101kN·m，最大负弯矩出现在拱顶，其值为-92.913kN·m。
弯矩图
（3）剪力：
由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出剪力图如图，最大剪力出
现在仰拱段，其值为320.088kN。
剪力图
变形图
3.Ⅴ级围岩需要进行配筋计算
（1）截面设计
计算轴力：
KN=2×626380=1252.76KN
计算弯矩：
KM=2×92913=185.826KN/m
ξb=0.55,
C25混凝土，轴心受压强度设计值为：
fcd=11.9Mpa；
HRB335级钢筋，抗拉强度设计值为：
fsd=fsd＇=300Mpa；
e=m/n=0.148
长细比l0/h=1.5,按短柱计算，偏心距增大系数η取1，
h0=h-as=400-50=350mm
①判别大小偏心受压
属于大偏心受压，
选取5φ20，As=1570
垂直弯矩作用平面内的受压承载力：
Nu=0.9φ（fcdAs+fsd＇As＇）
=0.9x（11.9x400000+300x1572）
=4708.44KN>N（=1252.76KN）
满足要求
4.截面强度验算
按荷载-结构模型进行设计时，最后要作截面验算。
现行《铁路隧道设计规范》规定隧道结构计算分为“概率极限状态法设计”和“破损阶段法和容许应力法设计”两种形式。
对一般地区单线隧道整体式衬砌及洞门、单线隧道偏压衬砌及洞门、单线拱形明洞及洞门结构可采用概率极限状态法设计，也可以采用破损阶段法设计。
其他隧道结构则要求采用破损阶段法或容许应力法。
对混凝土矩形构件，当e>0.2h时，由抗压强度控制承载能力，不必检算抗裂；当e≤0.2h时，由抗拉强度控制承载能力，不必检算抗压。
隧道结构截面抗压强度按下式计算：
式中K-安全系数
N-轴向力（MN）
Ra-混凝土或砌体的抗压极限强度（MPa）
-轴心偏心影响系数
-构件纵向弯曲系数
b-结构的纵向计算宽度（取1m）
d-截面厚度
从抗裂要求出发，混凝土矩形截面偏心受压构件的抗拉强度按下式计算：
KN（6e-d）≤1.75φR1bd2
式中R1-混凝土的抗拉极限强度
表4.4混凝土和砌体结构的强度安全系数
圬工种类
混凝土
砌体
荷载组合
永久荷载+基本可变荷载
永久荷载+基本可变荷载+其他可变荷载
永久荷载+基本可变荷载
永久荷载+基本可变荷载+其他可变荷载
混凝土或砌体达到的抗压极限强度
2.4
2.0
2.7
2.3
混凝土达到抗拉极限强度
3.6
3.0
强度验算：
M/Nmax=5056.4/2081400=0.0024
M/Nmin=92913/626380=0.1483
0.2d=0.08
1，选取第①种情况：
e<0.2d=0.08进行抗压强度控制验算
KN≤φαRabd
α=1-1.5（e/d）=0.991
KN=2×2081400=4162800N
φαRabd=1×0.991×16.7×10^6×1×0.4=6619880N
得KN≤φαRabd，满足要求
2，选第②种情况：
e>0.2d=0.08
进行抗拉强度控制验算
KN（6e-d）≤1.75φR1bd2
KN（6e-d）=3×626380×（6×0.1483-0.4）=920402N
1.75φR1bd2=1.75×1×1.78×1×0.42×10^6=498400N
得KN（6e-d）>1.75φR1bd2，不满足要求
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