隧道工程课程设计计算书.docx

1、隧道工程课程设计计算书一设计依据 2二设计原始资料 2三隧道平纵面设计及结构计算 23.1平面位置的确定 23.2纵断面设计 233横断面设计 234二次衬砌结构计算 33.4.1 基本参数 33.4.2荷载确定 33.4.3 计算位移 33.4.4 解力法方程 123.4.5计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力 123.4.6最大抗力值的推求 133.4.7 计算衬砌总内力 143.4.8 衬砌截面强度检算 153.4.9 内力图 16李家坪隧道设计计算书一设计依据(1) 中华人民共和国行业标准公路隧道设计规范 (JTGD70-2004),北 京：人民交通出版社，2004年.(2) 公路

2、隧道施工技术规范(JTG F60-2009)北京：人民交通出版社， 2009 年.(3) 中华人民共和国行业标准公路工程技术标准 (JTG B012003)(4) 中华人民共和国行业标准公路隧道勘测规程 (JTJ 063 85)进行 设计和计算。二设计原始资料(1) 公路等级：高速公路；(2) 设计车速：80km/h；(3) 隧道平纵曲线半径和纵坡。平纵曲线设计满足规范要求，洞口内外各有不小于3s行车速度行程长度范 围内的平纵、线形保持一致。(4) 隧道结构设计标准1 设计使用期：100年；2 设计安全等级：一级；3 结构防水等级：二级；4 区域地震基本烈度为毗度区，按区度抗震烈度进行设防。(

3、6) 1:10000的李家坪隧道区域地形图三隧道平纵面设计及结构计算3.1平面位置的确定(见李家坪地形平面图)。3.2.纵断面设计做出推荐线路的纵断面图，见纵断面设计图 T-1、T-2。33横断面设计(1) 根据课程设计原始资料的要求，做出隧道的建筑界限及内轮廓线设计 图见T-3。(2) 做出各级围岩衬砌结构图，见V级围岩衬砌结构设计图 T-4。3.4.二次衬砌结构计算选取V级围岩复合式衬砌的二次衬砌作为典型衬砌，做结构计算。3.4.1 基本参数(1) 围岩级别：V级(2) 围岩容重： s 18.5KN /m3(3) 围岩弹性抗力系数：K 1.5 105kN/m3(4) 衬砌材料为 C25混凝

4、土，弹性模量 Eh 2.85 107kPa，容重h 23kN /m3。3.4.2荷载确定(1) 围岩垂直均布压力按矿山法施工的隧道围岩荷载为：q s=0.45 X 2s 1 =0.45 X 2s 1 1+i(B-5)4=0.45 X 2 X 18.5 X 1+0.1 X (12.64-5)2=234.96 kN /m考虑到初期支护承担大部分围岩压力，而对二次衬砌一般作为安全储备，故对围岩压力进行折减，对本隧道按 30渐减，取为165kN/m2 .(2) 围岩水平均布压力e=0.4q=0.4 X 165=66 kN /m3.4.3计算位移1. 单位位移：(所有尺寸见下图3-1 )qTS二辛=一茨

5、.竽一e艮*r-?i!jr.B曲 01Q0Q，EiE；Ei图1二次衬砌结构计第图（尺寸单位：cm）半拱轴线长度s=11.36m将半拱轴线长度等分为8段，贝U s=s/8=1.42ms/ E h =0.4982 X 10 7 m kPa 1计算衬砌的几何要素，拱部各截面与直轴之间的夹角和截面中心垂直坐标详见下表3.1.单位位移计算表 表3.1截面（）sincos x yd(m)1/Iy/I ( m3)y2 /I2(1 y) /I/ 4(m )2(m )2(m )00.0000 0.00001.00000.00000.0000 ().500096.00000.00000.000096.000011

6、2.9238 C.22370.97471.42470.1614 ().500096.000015.49442.5008129.4896225.8477 C.43600.90002.77720.6373 ().500096.000061.180838.9905257.3521338.7715 C.62620.77963.98901.4036 ().500096.0000134.7456189.1289554.6201451.6953 C.78470.61984.99872.4216 ().500096.0000232.4736562.95811123.9053564.6192 C.90350.4

7、2865.75523.6396 ().500096.0000349.40161271.68212066.4853677.5430 C.97650.21576.22004.9959 ().500096.0000479.60642396.06563451.2784790.3353 1.0000 -0.00596.36986.4219 ().500096.0000616.50243959.11685288.1216890.0000 1.00000.00006.24547.8518 ().500096.0000753.77285918.47337522.0189864.0000 :643.1776 1

8、4：338.9160 20489.2712注：1.1 截面惯性矩，l=bd3/12,b取单位长度。2.不考虑轴力影响。单位位移值用新普生法近似计算，计算如下:计算精度校核为:1 =0.4982 X 10 7 X 864.0000=4.3044 X 10 5 IsssE(1 y)2I=0.4982 X 107 X 20489.2712=1.0207 X 10闭合差=02. 载位移一主动荷载在基本结构中引起的位移(1)每一楔块上的作用力竖向力： Q i =qbi侧向力:i =ehi自重力:=di 1 i di算式中:b i衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度， 图中量得;h i 衬砌外缘相邻两截面

9、之间的垂直投影长度， 图中量得;di 为接缝i的衬砌截面厚度。作用在各楔块上的力均列入下表3.2 :载位移计算表 表3.2截 面集中力力臂QaqGagQGEaqagae00.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00001251.702016.523211.40360.68440.70780.3275172.264811.69512238.952016.523233.63280.58380.66280.4723139.500210.95163214.098016.523254.15520.47310.58430.5931101.28989.6545

10、4178.381016.523271.93720.34030.47610.683960.70317.86675133.722016.523286.07440.16720.34380.740122.35835.6807682.127016.523295.8528-0.00260.19420.7587-0.21353.2088726.469016.5232100.7284-0.17220.03740.7392-4.55800.618080.000016.523297.13120.0000-0.09120.71420.0000-1.5069(2)外荷载在基本结构中产生的内力内力按下算式计算弯矩：皿匚

11、0 =皿幕-Xii(Q1G)yi E Qaq Gag Eai 1轴力：NiP =sin i(QG)cos iEi iMiP，NiP的计算结果见下表3.3.表3.4 :Eae(Q+G)i 1Ei 1 X y x (Q+G)i 1 y Ei 1M 0p0.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00003.73470.00000.00001.42470.16140.00000.0000-187.694615.8848268.225211.40361.35250.4759362.77465.4270-722.232732.1194523.700445.03

12、641.21180.7663634.620134.5114-1534.428049.1979754.321699.19161.00971.0180761.6385100.9770-2514.811263.7037949.2258171.12880.75651.2180718.0893208.4349-3533.078072.72351099.4710257.20320.46481.3563511.0341348.8447-4468.675674.45841198.1212353.05600.14981.4260179.4786503.4579-5222.130569.37111241.1134

13、453.7844-0.12441.4299-154.3945648.8663-5784.4665载位移计算表 M i, p 表3.3载位移计算表N ip 表3.4截面sincos(Q+G)i 1Ei 1sin (Q+G)i 1cos Ei 1N0p00.00001.00000.00000.00000.00000.00000.000010.22370.9747268.225211.403659.989911.114748.875220.43600.9000523.700445.0364228.323240.5308187.792430.62620.7796754.321699.1916472.3

14、68377.3347395.033640.78470.6198949.2258171.1288744.8817106.0731638.808750.90350.42861099.4710257.2032993.3489110.2456883.103360.97650.21571198.1212353.05601169.915276.15661093.758671.0000-0.00591241.1134453.78441241.0921-2.65561243.747781.00000.00001257.6366550.91561257.63660.00001257.6366(3) 主动荷载位移

15、计算结果见表3.5 :主动荷载位移计算表 表3.5截 面M 0p1/Iy/1M 0p /IM 0p y/IM 0p (1+y)/I00.000096.00000.00000.00000.00000.00001-187.694696.000015.4944-18018.6863-2908.2160-20926.90222-722.232796.000061.1808-69334.3422-44186.7763-113521.11843-1534.428096.0000134.7456-147305.0868-206757.4199-354062.50674-2514.811296.0000232

16、.4736-241421.8711-584627.2030-826049.07405-3533.078096.0000349.4016-339175.4891-1234463.1100-1573638.59906-4468.675696.0000479.6064-428992.8602-2143205.4300-2572198.29027-5222.130596.0000616.5024-501324.5258-3219455.9725-3720780.49838-5784.466596.0000753.7728-555308.7812-4360173.4886-4915482.2698-23

17、00881.6426-11795777.616-14096659.259则：s M 1.M P s M 01P = ds 1P 0 Ehl E I=-0.4982X 10 7 X 2300881.6426=-0.1146yM0IsMI.M 0 sds心Ehl E=-0.4982X 10 7 X 11795777.616=-0.5877计算精度校核:0.56142p= -0.1146-0.5877=-0.7023y)Mp =-0.4982 X 10 7 X 14096659.259=-0.7023I闭合差：=03. 载位移单位弹性抗力图及相应的摩擦力引起的位移(1)各接缝处的弹性抗力强度抗力上零

18、点假设在接缝3处，3=38.7715=最大抗力值假定在接缝6处，6 =77.5430=最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算:2 2COS b COS ii= hcos b cos h2cos 38.7715 cos 2 2 hcos 38.7715 cos 77.543020.6079 cos i -h最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算:2i=1 崔h2yh式中：y；所考察截面外缘点到h点的垂直距离;yh 墙脚外缘点到h点的垂直距离由图中量得：y7 =1.4813m, y8 =2.9097m7=11.481322 h2.9097=0.7408 h8 =0按比例将所求得的抗力绘在分块图上。

19、（2）各楔块上抗力集中力R；按下式近似计算Ri=4 - S外2式中：Si外一楔块i外缘长度。（3）抗力集中力与摩擦力之合力 Ri按下式计算：R = R； 1 2其中， 为围岩与衬砌间的摩擦系数，取 0.2，则Ri =1.0198 Ri，其作用放向与抗力集中力的夹角 =arctan =11.3099 .由于摩擦阻力的方向与衬砌位移方向相反，其方向朝上。将Ri的方向线延长，使之交于垂直轴，量取夹角 k （自竖直轴反时针方向量），将Ri分解为水平和竖向两个分力：Rh = Ri si n kRv = Ri cos k将以上结果列入表3.6中。截面（h）（11+ i）/2（h）Si 外R（h）ksin

20、kcos kRh（h）Rv（h）40.39850.19931.4932 C.3034 5879040.85530.51820.2595 （）.157250.75560.57711.4932 0.8787 7022350.94100.33840.8269 （）.297361.00000.87781.4932 1.3367 8269960.99190.12711.3258 （）.169970.74080.87041.4932 1.3254 9494650.9963-0.08621.3205 -0.114380.00000.37041.4350 0.5420 104.5680.9678-0.2515

21、0.5246 -0.1363(4) 计算单位抗力图及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力弯矩：M0=- Rs轴力：N0 =sin i RV - cos i RH式中：ki 力Ri至接缝中心点K的力臂。计算结果见表3.7表3.8 :M 0计算表 表3.7截 面R4 =0.3034 hR5 =0.8787 hRe =1.3367 hRz =1.3254 hRs=0.5420 hM 0（h）5R44i（h）r5iR55i（h）r6iR6i（h）r7iR77i（h）r&Rsi（h）40.51150.1552-0.155251.94520.59020.67620.5942-1.184463.34611.

22、01522.10981.85390.72580.9702-3.839374.64331.40883.50243.07762.15922.88620.80071.0612-8.433885.80181.76034.80584.22293.56164.76082.2362.96361.0230.5545-14.2620截面()sincosRv（h）sin RV（h）Rh（h）cos Rh（h）N0（h）451.69530.78470.61980.15720.12340.25950.1608-0.0375564.61920.90350.42860.45450.41071.08640.4657-0.0

23、550677.54300.97650.21570.62440.60972.41220.52030.0894790.33531.0000-0.00590.51010.51013.7327-0.02180.5319890.00001.00000.00000.37380.37384.25730.00000.37380Ni计算表 表3.8(5) 单位抗力及相应摩擦力产生的载位移，计算见表 3.9 :截 面M0( h)1/Iy/IM 0/IM 0y/IM 0 (1+y)/|4-0.155296.0000232.4736-14.8982-36.0774-50.97555-1.184496.0000349.

24、4016-113.6977-413.8140-527.51176-3.839396.0000479.6064-368.5694-1841.3360-2209.90547-8.433896.0000616.5024-809.6435-5199.4496-6009.09318-14.262096.0000753.7728-1369.1495-10750.2878-12119.4373-2675.9582-18240.9648-20916.9231单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算表表3.91=-0.4982X 107 X 2675.9582X 10=-1.3332s3ds2 0 Ehl校核为:1

25、一+ 2(1.3332+9.0876 )10 4 =-1.0421 X 10 3(1 y)MI=-0.4982X 10 7 X 20916.9231 =-1.0421X 10闭合差： =04. 墙底(弹性地基上的刚性梁)5. a202pf ：-) h 29.6424 0.072566 h单位弯矩作用下的转角：主动荷载作用下的转角：0)P = M8)P =-5784.4665 X 64 X 10 5 =-3.7021单位抗力及相应摩擦力作用下的转角：:-=MS =-14.2620 X 64 X 10 5=-.00913.4.4解力法方程衬砌计算矢高f= y8=7.8518(m)计算力法方程的系数:以上将单位抗力图及相应摩擦力产生的位移乘以 h倍，即被动荷载的载位移。求解方程:X1a22 a10 a12a202a12 aana22462.6724 2.659 h式中：X1p 462.6724 , X厂2.659678.8164