隧道工程課程設計

1、<p>　　《隧道工程》課程設計任務書</p><p><b>　　一基本資料</b></p><p><b>　　1、工程概況：</b></p><p>　　大云隧道位于某低山丘陵區(qū)。設計行車速度：80km/h</p><p><b>　　2、地形地質條件</b>&

2、lt;/p><p>　　施工地段屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，屬于剝蝕山丘地區(qū)，年均降雨量約1300mm。</p><p><b>　　3、設計標準</b></p><p>　　設計等級：高速公路單向二車道；</p><p><b>　　地震設防烈度：6級</b></p><p>&l

3、t;b>　　二內輪廓的設計</b></p><p>　　1根據(jù)設計資料：設計等級：高速公路單向二車道，由《公路隧道設計規(guī)范》（JTG D70-2004）4.3.2有：高速公路、一級公路的隧道應設計為上、下行分離的獨立雙洞。對于Ⅲ級圍巖，容重=23.5KN/m3，圍巖的彈性抗力系數(shù)K=1000MPa,得出各斷面內輪廊如下圖：</p><p>　　橫向人行通道設計內輪廓圖如下

4、：</p><p><b>　　三襯砌的支護設計</b></p><p><b>　　1初期支護</b></p><p>　　初期支護采用噴錨支護，由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等支護形式組合使用，根據(jù)不同圍巖級別區(qū)別組合。錨桿支護采用全長粘結錨桿。由工程類比法，結合《公路隧道設計規(guī)范》，初期支護噴射混凝土材料采用C20

5、級混凝土，支護參數(shù)如下表：</p><p><b>　　2二次襯砌</b></p><p>　　二次襯砌采用現(xiàn)澆模筑混凝土，利用荷載結構法進行襯砌內力計算和驗算。</p><p>　　二次襯砌厚度設置如下表：</p><p>　　注：鋼筋面積為縱向每1m的鋼筋面積。</p><p><b&g

6、t;　　四圍巖壓力的計算</b></p><p><b>　　1計算斷面參數(shù)確定</b></p><p>　　隧道高度h=內輪廓線高度+襯砌厚度+預留變形量</p><p>　　隧道跨度b=內輪廓線寬度+襯砌厚度+預留變形量</p><p><b>　　2荷載確定</b></p&g

7、t;<p>　?。ㄒ唬└鶕?jù)圍巖壓力計算公式：</p><p>　　計算圍巖豎向均布壓力：</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　s——圍巖類別，此處s=4；</p><p>　　——圍巖容重，此處=23.5KN/m3；</p><p><b>　　

8、——跨度影響系數(shù)</b></p><p><b>　　毛洞跨度</b></p><p>　　=10.86+20.5+20.065=11.99m</p><p>　　其中0.065m為一側平均超挖量</p><p>　　=11.99>5m，=0.1，此處=1+0.1（11.99-5）=1.699。<

9、/p><p><b>　　所以有： </b></p><p>　　此處超挖回填層忽略不計。</p><p>　　(二)圍巖水平均布壓力：</p><p>　　e=0.12q=0.12×71.868=8.624KPa</p><p><b>　　3襯砌的幾何要素</b>

10、</p><p><b>　　5襯砌幾何尺寸</b></p><p>　　內輪廓線半徑 =5.43m， 。</p><p>　　內徑、所畫曲線的終點截面與豎直軸的夾角，，；</p><p><b>　　拱頂截面厚度：</b></p><p><b>　　墻底截面厚

11、度：</b></p><p>　　因為此處因為斷面尺寸不變，所以外輪廓斷面尺寸可以直接計算出來。</p><p><b>　　外輪廓線半徑：</b></p><p><b>　　拱軸線半徑：</b></p><p>　　拱軸線各段圓弧中心角：</p><p>　　

12、6半拱軸線長度及分段軸長</p><p><b>　　分段軸線長度：</b></p><p><b>　　半軸線長度為：</b></p><p>　　將半拱軸線等分為8段，每段長度：</p><p>　　8各分塊接縫（截面）中心幾何要素</p><p><b>　　

13、（1）與豎直軸夾角</b></p><p><b>　　另一方面，</b></p><p><b>　　角度閉合差 ：</b></p><p>　?。ㄗⅲ阂驂Φ酌嫠剑嬎阋r砌內力時用）</p><p>　?。?）接縫中心點坐標計</p><p>　　當然，也可以

14、在附圖2上直接量出、。以后計算中只取四位小數(shù)。</p><p><b>　　五計算位移</b></p><p><b>　　1、單位位移</b></p><p>　　用辛普生法近似計算。按計算列表進行。單位位移的計算見表4.1。</p><p>　?。ㄕf明本設計計算一律保留四位小數(shù)，表格采用保留三位

15、有效數(shù)字）</p><p>　　表4.1 單位位移計算表</p><p><b>　　單位位移值計算如下</b></p><p><b>　　計算精度校核為：</b></p><p><b>　　閉合差 ：</b></p><p>　　2、載位移——主動

16、荷載在基本結構中引起的位移</p><p>　?。?）每一楔塊上的作用力</p><p><b>　　豎向力：</b></p><p>　　式中：——襯砌外緣相鄰兩截面之間的水平投影長度，又附圖2量得：</p><p><b>　　水平壓力：</b></p><p><

17、b>　　式中：</b></p><p>　　——襯砌外緣相鄰兩截面之間的豎直投影長度，由附圖2量得：</p><p><b>　　自重力：</b></p><p>　　式中：——接縫的襯砌截面厚度</p><p>　　注：計算時，應該第8個楔塊的面積乘以。</p><p>　　作

18、用在各楔塊上的力均列入表4.2，各集中力均通過相應圖形的形心</p><p>　?。?）外荷載在基本結構中產(chǎn)生的內力</p><p>　　楔塊上各集中力對下一接縫的力臂由圖4.1中量得，分別記為、、。</p><p><b>　　內力圖按下式計算。</b></p><p><b>　　彎矩：</b>

19、</p><p><b>　　軸力：</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　、——相鄰兩接縫中心點的坐標增值，按下式計算：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　的計算見下表4.3。<

20、/p><p>　　表4.3 載位移計算表</p><p>　　表4.4 載位移計算表</p><p>　　基本結構中，主動荷載產(chǎn)生彎矩的校核為：</p><p>　　1045.835kN/m</p><p>　　-8.624/2×7.98562=-274.975kN/m</p><p>　

21、　-179.1953kN/m</p><p><b>　　另外，由上可知， </b></p><p><b>　　因此得出閉合差 </b></p><p><b>　　（3）主動荷載位移</b></p><p>　　計算過程見表4.5。</p><p>

22、　　表4.5 主動荷載位移計算表</p><p><b>　　主動荷載位移：</b></p><p>　　-3544.245×10-6</p><p>　　-1.3753/(2.6×10-6)×2972794.052=-157249.372×10-6</p><p>　　-1925

23、91.412×10-6</p><p><b>　　10-6</b></p><p><b>　　閉合差 </b></p><p>　　3、載位移——單位彈性抗力及相應的摩擦力引起的位移</p><p>　?。?）各接縫處的抗力強度</p><p>　　抗力

24、上零點假定在接縫3與4的中線處，</p><p>　　最大抗力值假定在接縫5與6的中線處，</p><p>　　最大抗力值以上各截面抗力強度按下式計算：</p><p><b>　　查表4-1，算得：</b></p><p>　　最大抗力值以下各截面抗力強度按下式計算：</p><p><b

25、>　　(4.14)</b></p><p>　　式中：——所考察截面外緣點到點的垂直距離；</p><p>　　——墻腳外緣點到點的垂直距離。</p><p><b>　　由圖4-1中量得：</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　

26、　按比例將所求得的抗力繪于圖4-1上。</p><p>　?。?）各楔塊上抗力集中力</p><p><b>　　按下式近似計算：</b></p><p><b>　　(4.15)</b></p><p>　　式中：——楔塊外緣長度，可通過量取夾角，用弧長公式求得，的方向垂直于襯砌外緣，并通過楔塊上

27、抗力圓形的形心。</p><p>　?。?）抗力集中力與摩擦力的合力</p><p>　　按下式計算： (4.16)</p><p>　　式中：——圍巖與襯砌間的摩擦系數(shù)，此處取。則： (4.17)</p><p>　　其作用方向與抗力集中力的夾角。由于摩擦

28、阻力的方向與襯砌位移的方向相反，其方向向上。畫圖時，也可取切向：徑向=1：5的比例求出合力的方向。的作用點即為與襯砌外緣的交點。將的方向線延長，使之交于豎直軸，量取夾角，將分解為水平與豎直兩個分力：</p><p>　　{ (4.18)</p><p>　　以上計算列入表4.6。</p><p>　　表4.6 彈性抗力

29、及摩擦力計算表</p><p>　?。?）計算單位抗力及其相應的摩擦力在基本結構中產(chǎn)生的內力</p><p><b>　　彎矩：</b></p><p><b>　　(4.19)</b></p><p><b>　　軸力：</b></p><p><

30、;b>　　(4.20)</b></p><p>　　式中：——力至接縫中心點的力臂，由圖4.1量得。</p><p><b>　　計算見下表4.7。</b></p><p><b>　　表4.7計算表</b></p><p><b>　　計算見下表4.8。</b&g

31、t;</p><p><b>　　表4.8 計算表</b></p><p>　　（5）單位抗力及相應摩擦力產(chǎn)生的載位移</p><p><b>　　計算見表4.9。</b></p><p>　　表4.9 單位抗力及摩擦力產(chǎn)生的載位移計算表</p><p><b>

32、　　校核為：</b></p><p><b>　　閉合差 </b></p><p>　　4、墻底（彈性地基上的剛性梁）位移</p><p>　　單位彎矩作用下的轉角：</p><p>　　單位彎矩作用下的轉角： </p><p>　　主動荷載作用下的轉角：</p>

33、<p>　　單位抗力及相應摩擦力作用下的轉角：</p><p><b>　　5、解力法方程</b></p><p><b>　　襯砌矢高</b></p><p>　　計算力法方程的系數(shù)為：</p><p>　　以上將單位抗力產(chǎn)生的位移乘以 即為彈性抗力引起的位移。</p>&

34、lt;p><b>　　求解方程：</b></p><p><b>　　顯然可知：</b></p><p><b>　　， </b></p><p>　　可將上述結果代入原方程，進行校核。</p><p>　　6、計算主動荷載和被動荷載（）分別產(chǎn)生的襯砌內力</p&g

35、t;<p><b>　　計算公式：</b></p><p>　　{ (4.28)</p><p>　　{ (4.29)</p><p>　　計算過程列表4.10與表4.11。</p><p>　　表4.10 主、被動荷載作用下襯砌彎矩計算表<

36、/p><p>　　表4.11 主、被動荷載作用下襯砌軸力計算表</p><p>　　7、最大抗力值的求解</p><p>　　首先求出最大抗力方向內的位移。</p><p>　　考慮到接縫5的徑向位移與水平方向有一定的偏移，因此修正后有：</p><p>　　{ (4.30)</p><

37、p><b>　　(4.32)</b></p><p>　　表4.12 最大抗力位移修正計算表</p><p>　　把計算過程列入表4.12，位移值為</p><p><b>　　最大抗力值為：</b></p><p><b>　　8、計算襯砌總內力</b></p&g

38、t;<p>　　按下式計算襯砌總內力：</p><p>　　{ (4.34)</p><p>　　計算過程列入表4.13</p><p>　　表4.13襯砌總內力計算表</p><p>　　計算精度的校核為以下內容。</p><p>　　根據(jù)拱頂切開點的相對轉角和相對水平位移應

39、為零的條件來檢查：</p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　相對誤差可按此式計算。 </p><p>　　相對誤差可按此式計算。 </p><p>　　顯然閉合差滿足要求。</p><p>　　9、襯砌截面強度檢算</p><p><b>

40、;　　檢算幾個控制截面：</b></p><p><b>　　1、拱頂（截面0）</b></p><p><b>　　（可滿足要求）</b></p><p><b>　　，可得：</b></p><p><b>　?。桑?lt;/b></p&

41、gt;<p>　　式中： -混凝土極限抗壓強度，取 </p><p><b>　　2截面1</b></p><p><b>　　（可滿足要求）</b></p><p><b>　　，可得：</b></p><p><b>　?。桑?lt;/b>&

42、lt;/p><p>　　式中： -混凝土極限抗壓強度，取 </p><p><b>　　3截面5</b></p><p><b>　?。蓾M足要求）</b></p><p><b>　　，可得：</b></p><p><b>　　（可）</

43、b></p><p>　　式中： -混凝土極限抗壓強度，取 </p><p><b>　　4截面8</b></p><p><b>　　滿足要求</b></p><p>　　其它各截面偏心均小于0.45d。</p><p>　　綜上，驗算滿足強度要求。</p>

44、;<p><b>　　3.3.1配筋計算</b></p><p>　　經(jīng)過計算，可知中墻頂部為最不利位置，沿隧道縱向取1m的計算單元，彎矩最大為53.734kN.m，軸力為351.252kN，以此截面為控制截面進行配筋，為簡便計算，可以對稱配筋。</p><p>　　彎矩設計值，軸力設計值 </p><p>　　截面長度：L=1

45、.0m 高度：</p><p>　　計算長度： 偏心距：</p><p>　　附加偏心矩：（20mm和1/30偏心方向截面尺寸中較大值）</p><p>　　初始偏心矩： =20+153=173mm</p><p><b>　　偏心距增大系數(shù)： </b></p><p&

46、gt;<b>　　，所以取</b></p><p>　　所以構件長細比對截面曲率影響的系</p><p><b>　　則偏心矩增大系數(shù)：</b></p><p>　　1.268×153>0.3×450</p><p>　　按大偏心受壓構件進行計算</p>&l