南京老山隧道结构计算书.docx

1、南京老山隧道结构计算书南京至淮安高速公路南京江北段施工图设计阶段隧道结构计算书编制单位 隧道设计室 项目负责人计 算乔复 核一审二审院级审查中交第二公路勘察设计研究院隧道设计室2003年10月25日 中交第二公路勘察设计研究院分析计算软件输入数据记录单 记录编号：项目名称南京至淮安高速公路南京江北段隧道结构计算设计阶段施工图设计段落老山隧道计算内容S1A，S2A,ST衬砌结构计算设计单位隧道室输入方式 输入数据和输出数据(贴附于后)计 算 者日 期2003.10.25复 核 者日 期2003.10.28隧道明洞衬砌S1A结构计算1、明洞衬砌设计图2、计算参数与条件 明洞结构为C25钢筋混凝土：

2、容重R=25KN/M3 弹性模量E=2.85E7KPA， 设计抗压强度RA=17500KPA 拱部回填土体参数： 容重R=20KN/M3，内摩擦角F=35 边墙部回填浆砌片石参数： 容重R=23KN/M3，内摩擦角F=453、明洞有限单元划分4、内力与配筋计算结果 #工程名称:明洞填土4m洞顶横坡0.1不考虑地震、车辆计算 # 总节点数: 19 总单元数: 18 节点号 X坐标 Y座标 节点宽 节点厚 方向角 弹性抗力系数 (m) (m) (m) (m) (deg) (kN/m3) 1 -7.660 -.939 1.000 1.441 39.792 100000.00 2 -7.724 -.0

3、43 1.000 .980 .000 100000.00 3 -7.814 1.414 1.000 .800 .000 100000.00 4 -7.596 3.066 1.000 .800 345.011 .00 5 -6.958 4.613 1.000 .800 330.070 .00 6 -5.939 5.940 1.000 .800 314.999 .00 7 -4.667 6.984 1.000 .800 303.788 .00 8 -3.214 7.760 1.000 .800 292.493 .00 9 -1.638 8.238 1.000 .800 281.241 .00 10

4、 .000 8.400 1.000 .800 270.000 .00 11 1.639 8.238 1.000 .800 258.760 .00 12 3.215 7.760 1.000 .800 247.507 .00 13 4.667 6.984 1.000 .800 236.272 .00 14 5.940 5.940 1.000 .800 225.003 .00 15 6.958 4.613 1.000 .800 209.931 .00 16 7.598 3.066 1.000 .800 194.989 .00 17 7.815 1.414 1.000 .800 180.000 100

5、000.00 18 7.725 -.043 1.000 .980 180.000 100000.00 19 7.603 -1.150 1.000 1.411 150.200 100000.00 单元号 结点1 结点2 类型 抗力计算方式 位置 1 2 1 普通单元(0) 附加刚度法(1) 左侧边墙(1) 2 3 2 普通单元(0) 附加刚度法(1) 左侧边墙(1) 3 4 3 普通单元(0) 附加刚度法(1) 左侧拱部(2) 4 5 4 普通单元(0) 附加刚度法(1) 左侧拱部(2) 5 6 5 普通单元(0) 不计抗力(0) 左侧拱部(2) 6 7 6 普通单元(0) 不计抗力(0) 左侧

6、拱部(2) 7 8 7 普通单元(0) 不计抗力(0) 左侧拱部(2) 8 9 8 普通单元(0) 不计抗力(0) 左侧拱部(2) 9 10 9 普通单元(0) 不计抗力(0) 左侧拱部(2) 10 11 10 普通单元(0) 不计抗力(0) 右侧拱部(3) 11 12 11 普通单元(0) 不计抗力(0) 右侧拱部(3) 12 13 12 普通单元(0) 不计抗力(0) 右侧拱部(3) 13 14 13 普通单元(0) 不计抗力(0) 右侧拱部(3) 14 15 14 普通单元(0) 不计抗力(0) 右侧拱部(3) 15 16 15 普通单元(0) 附加刚度法(1) 右侧拱部(3) 16 1

7、7 16 普通单元(0) 附加刚度法(1) 右侧拱部(3) 17 18 17 普通单元(0) 附加刚度法(1) 右侧边墙(4) 18 19 18 普通单元(0) 附加刚度法(1) 右侧边墙(4) 结构材料容重(kN/m3): .2500E+02 结构材料弹性模量(kN/m2): .2850E+08 结构材料线膨胀系: .1000E-04 结构整体温度变化值: .0000 按明洞计算土压力 明洞土压力荷载参数： 回填土表面某一点坐标(m)： ( .0000, 12.8300) 回填土表面倾角(deg): 5.0000 拱部回填土容重（kN/m3): 19.000 拱部回填土计算摩擦角（deg):

8、 35.000 边墙回填土容重（kN/m3): 23.000 边墙回填土计算摩角（deg): 45.000 拱部土体与边墙土体交界的Y坐标（m): .150 左侧拱部侧压力系数: .259397 左侧拱部侧压力方向: .000000 右侧拱部侧压力系数: .273586 右侧拱部侧压力方向: 3.229867 左侧边墙侧压力系数: .166635 右侧边墙侧压力系数: .176928 # 计 算 结 果 # 节 点 位 移: 节点号 X-位移 Y-位移 转角 弹性抗力 (m) (m) (rad) (kN) 1 .0000000 .0000000 .0007095 .0000000 2 -.00

9、06352 -.0000755 .0007148 63.5213100 3 -.0016848 -.0002053 .0007131 168.4844000 4 -.0027166 -.0001499 .0004727 .0000000 5 -.0031025 -.0000732 -.0000345 .0000000 6 -.0027489 -.0004309 -.0005331 .0000000 7 -.0020717 -.0013483 -.0008038 .0000000 8 -.0014760 -.0025725 -.0008043 .0000000 9 -.0011834 -.003

10、6967 -.0005713 .0000000 10 -.0011644 -.0043323 -.0001807 .0000000 11 -.0012002 -.0042572 .0002677 .0000000 12 -.0010172 -.0034988 .0006586 .0000000 13 -.0004513 -.0023341 .0008746 .0000000 14 .0004155 -.0011869 .0008177 .0000000 15 .0012552 -.0004559 .0004646 .0000000 16 .0015637 -.0002427 -.0000297

11、 .0000000 17 .0011740 -.0002085 -.0003920 117.4026000 18 .0005277 -.0000991 -.0004782 52.7665400 19 .0000000 .0000000 -.0004823 .0000000 单 元 结 点 力: (轴向力以压为正,切向力以向内为正,弯矩以外侧受拉为正) 单元号 节点号 轴向力 切向力 弯矩 (kN) (kN) (kN-m) 1 2 1146.65300 -78.06055 -56.40046 1 1015.11700 615.38150 -7.63627 2 3 1114.17500 141.9

12、1110 36.64050 2 1146.65300 -78.86717 -86.45518 3 4 1078.45400 82.80354 256.35900 3 1116.30900 125.91540 27.01523 4 5 999.49260 -14.64410 403.45830 4 1086.47200 143.75940 301.90000 5 6 872.95600 -119.59280 282.03140 5 999.49460 -14.64302 403.45830 6 7 761.21070 -125.60850 76.17491 6 872.95890 -119.59

13、300 282.03130 7 8 674.34380 -107.78270 -119.08000 7 761.21630 -125.60630 76.17474 8 9 618.31260 -72.88627 -269.44630 8 674.34220 -107.78230 -119.07970 9 10 595.61020 -27.38690 -353.09940 9 618.30830 -72.88589 -269.44760 10 11 605.22810 25.35954 -356.12260 10 595.61300 -27.38817 -353.10090 11 12 653.

14、33870 79.85805 -269.99690 11 605.22580 25.35842 -356.12150 12 13 741.48460 126.62490 -99.08125 12 653.33950 79.85810 -269.99580 13 14 866.13070 151.38290 133.05540 13 741.48810 126.62400 -99.08057 14 15 1019.63600 74.68809 332.59190 14 866.12900 151.38050 133.05550 15 16 1140.71900 -67.82978 346.910

15、70 15 1019.63500 74.68893 332.59260 16 17 1194.11500 -121.35030 150.90730 16 1136.36700 -34.74960 317.29540 17 18 1224.63700 50.75799 -1.60128 17 1192.15600 -135.30170 154.24530 18 19 1171.13900 -486.19980 -7.5097918 1224.63600 51.24494 18.22121* 保护层厚度(M)a=0.060 砼标号=25 安全系数=2.00*节点 宽(M) 厚(M) 轴力(KN)

16、弯矩(KN-M) 不对称配筋cm2 对称配筋 素砼(拉、压） 1 1.00 1.44 1015.1 -7.6 0.00 0.00 27.61 0.0 0.0 2 1.00 0.98 1146.7 -56.4 0.00 0.00 18.40 0.0 13.8 3 1.00 0.80 1116.3 36.6 0.00 0.00 14.80 0.0 11.6 4 1.00 0.80 1086.5 256.4 0.00 12.00 14.80 3.2 0.0 5 1.00 0.80 999.5 403.5 0.00 12.00 14.79 1.3 0.0 6 1.00 0.80 873.0 282.0

17、 0.00 12.01 14.81 2.1 0.0 7 1.00 0.80 761.2 76.2 0.00 0.00 14.80 0.0 16.3 8 1.00 0.80 674.3 -119.1 0.00 0.00 14.80 12.2 0.0 9 1.00 0.80 618.3 -269.4 12.00 0.00 14.81 1.9 0.0 10 1.00 0.80 595.6 -353.1 13.03 0.00 14.80 1.3 0.0 11 1.00 0.80 605.2 -356.1 12.99 0.00 14.81 1.3 0.0 12 1.00 0.80 653.3 -270.

18、0 12.00 0.00 14.80 1.9 0.0 13 1.00 0.80 741.5 -99.1 0.00 0.00 14.79 0.0 15.1 14 1.00 0.80 866.1 133.1 0.00 0.00 14.81 0.0 13.6 15 1.00 0.80 1019.6 332.6 0.00 11.99 14.79 1.8 0.0 16 1.00 0.80 1136.4 346.9 0.00 12.00 14.80 1.8 0.0 17 1.00 0.80 1192.2 150.9 0.00 0.00 14.80 0.0 9.2 18 1.00 0.98 1224.6 -

19、1.6 0.00 0.00 18.40 0.0 11.0 19 1.00 1.41 1171.1 -7.5 0.00 0.00 27.01 0.0 16.6 19 1.00 1.41 1171.1 -7.5 0.00 0.00 27.01 0.0 16.64、内力与配筋计算结果根据程序计算结果，明洞衬砌结构设计和配筋满足隧道洞口明洞实际受力结构安全要求。浅埋S2A和ST复合式衬砌结构计算1、计算参数 围岩的物理力学参数根据地质报告，各类围岩的物理力学性质取值如下： 围岩的物理力学参数表项目单位类围岩类围岩地质描述强风化岩微风化岩容重KN/M320212324弹性抗力MPA/M100200500

20、800弹性模量KPA10002000500010000FDEGREE25303540CKPA25100600800普氏系数1.52.03.54.0抗压强度KPA20030010001500地基承载能力KPA40060022003000 衬砌结构参数复合衬砌参数表项目单位S2AST初期支护系统锚杆锚杆类型D25YL25，22长度cm400350间距cm100*50100*60钢筋网直径mm单层10单层10间距cm20*2020*20C20喷射砼厚度cm2715型钢拱架纵向间距cm75型号20b型二次衬砌（C25钢筋混凝土）拱部cm5050仰拱cm5050 建筑材料参数25号钢筋混凝土设计参数为（

21、标准强度）：钢筋混凝土容重：25kN/m3 轴心抗压强度：Ra=17.5MPa；抗拉强度：Rl=1.9MPa； 弹性模量：E=2.85*e4MPa;级钢筋的设计参数为：（设计强度）抗拉设计强度：Rg=340MPa；弹性模量为：E=2.0*e5MPa；20b工字钢参数（A3钢） =170Mpa（d15mm为第一组） =100 Mpa E=2.1E5 Mpa 抗弯刚度Wx=250cm3 截面积A=39.5 cm2 20号喷射混凝土的设计参数为：（极限强度）容重：r=24 kN/m3(含格栅钢架) 轴心抗压强度：14 MPa弯曲抗压强度：17.5 Mpa 轴心抗拉强度：1.2 MPa弹性模量E=2.

22、0E4 Mpa2、计算理论复合式衬砌结构设计和施工是按照新奥法原理，在设计上充分利用围岩的自身承载能力，将初期支护与围岩紧密结合在一起，最大限度地利用和发挥围岩的自身承载能力和自稳能力，把支护作为加固和稳定围岩的手段。衬砌分两次完成，利用锚杆、喷射混凝土、钢拱架、钢筋网作为初期支护手段，与围岩共同组成复合的承载结构以控制围岩的变形和松弛。在完成初期支护后，围岩的变形基本受到控制。二次衬砌采用钢筋混凝土或素混凝土结构，以满足结构的使用要求和结构上的安全储备。系统锚杆计算：初期支护通过施作大量规则布置的锚杆，利用和加强了围岩自身的承载能力，使洞室周边围岩形成一个稳定的承载拱。内力计算按弹性拱计算，

23、并考虑周边围岩的弹性抗力，强度较核按照砌体结构较核。喷砼和钢拱架的承载能力分析：虑由钢拱架与喷射混凝土共同组成柔性支护结构，按弹性地基上的格栅刚架结构进行内力计算，强度较核按照由钢筋混凝土结构较核。二次衬砌的承载能力分析：二次衬砌的结构与初期支护之间设有防水层，二次衬砌只考虑承受径向应力，其计算模式比较成熟。钢筋混凝土衬砌强度较核按照配筋计算方法进行。3、 单元有限元划分图4、 计算结果分析各类型结构的承载能力分析计算结果见下表：项目类围岩类围岩岩体计算容重20KN/m325KN/m3S2A衬砌系统锚杆1.5m喷射砼及钢架7.0m二次衬砌17.0mST衬砌系统锚杆和喷射砼5.0m二次衬砌6.0

24、在类围岩地段，隧道的S2A衬砌的总开挖跨度约16.4米，作用在隧道结构之上的设计荷载如下考虑： 当隧道埋深小于15米时按全部覆土荷载计算，最大荷载高度为15米，隧道复合式衬砌结构强度能够满足在初期支护失效的情况下的结构安全。 当隧道埋深在1538米时属于浅埋情况，按照破裂面理论计算的隧道承受的最大垂直压力等效约28米土荷载，初期支护只能承受总荷载的30%，而二次衬砌只能承受总荷载60%，不能够完全满足施工和运营的安全要求。建议通过加强施工组织，采取辅助施工措施，尽量减小施工对洞身围岩地扰动，避免衬砌结构承受松散荷载的理论最大值，同时宜加强初期支护和二次衬砌措施来满足结构安全的需要。 当埋置深度

25、大于38米时，按照规范推荐的公式计算隧道承受的最大垂直压力等效约15米土荷载，与超浅埋情况相似，结构是安全的。在类围岩地段，隧道的ST衬砌的总开挖跨度约18.8米，根据实际隧道地质情况按深埋隧道（承载拱理论）计算土压力荷载，根据计算ST衬砌结构承受的荷载高度约47m。从以上结构承载能力分析表中可以看出，在类深埋地段，初期支护承载能力约为5米高的土压力荷载，当隧道埋深在9米以上时，初期支护能够承担大部分总荷载。以上分析是建立在施工方法严格按照设计工序施工，结构施工质量能够达到规范规定情况下的结论，由于现场条件多变，为了保证施工及使用期间的安全，在施工过程中，应加强现场施工质量管理，加强现场地质复

26、核，加强监控量测，发现问题及时反馈，以确保施工过程中的安全和使用过程中的安全。5、 电算结果附件# 工程名称:隧道S2a复合衬砌系统锚杆计算 # 总节点数: 31 总单元数: 30 节点号 X坐标 Y座标 节点宽 节点厚 方向角 弹性抗力系数 (m) (m) (m) (m) (deg) (kN/m3) 1 -9.518 -1.668 1.000 3.000 20.815 150000.00 2 -9.781 -.863 1.000 3.001 14.041 150000.00 3 -10.031 .445 1.000 3.001 5.451 150000.00 4 -10.081 1.684

27、1.000 3.001 358.052 150000.00 5 -9.947 2.956 1.000 3.000 349.593 150000.00 6 -9.627 4.195 1.000 3.000 341.137 150000.00 7 -9.128 5.373 1.000 3.000 332.658 150000.00 8 -8.461 6.466 1.000 3.001 324.207 150000.00 9 -7.641 7.447 1.000 3.000 315.729 150000.00 10 -6.744 8.269 1.000 3.000 309.197 150000.00

28、 11 -5.760 8.982 1.000 3.000 302.657 150000.00 12 -4.700 9.579 1.000 3.001 296.138 150000.00 13 -3.580 10.052 1.000 3.001 289.606 150000.00 14 -2.413 10.394 1.000 3.001 283.059 150000.00 15 -1.215 10.600 1.000 3.000 276.526 150000.00 16 .000 10.670 1.000 3.000 270.000 150000.00 17 1.214 10.600 1.000 3.000 263.474 150000.00 18 2.412 10.394 1.000 3.001 256.941 150000.00 19 3.579 10.052 1.000 3.001 250.412 150000.00 20 4.699 9.579 1.000 3.