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1、课程设计计算书 课程名称：隧道工程 题 目：隧道选线及结构计算 学 院： 土木工程学院 课 题 组： 交通土建 专 业： 土木工程专业 班 级： 09级土木工程 9班 学 号： 09300913 姓 名： 韦天柱 起讫日期： 2013.1.72013.1.18 指导教师： 岳峰、张红英 目 录1 设计依据-22 计原始资料-23 设计步骤及过程-23.1平面位置确定-23.2纵断面设计-23.3横断面设计-34.二次衬砌结构计算-34.1基本参数-34.2荷载确定-34.3计算位移-45 解力法方程-126最大抗力值的推求-136.1最大抗力方向内的位移-136.2计算衬砌总内力-147 内力
2、图-168 参考资料-17 1、设计依据本设计根据公路工程技术标准（JTG B01-2003）， 公路隧道设计规范（JTG D70-2004）进行设计和计算。2、设计原始资料公路等级：二级公路；设计车速：60km/h；使用功能：道路双向两车道；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、纵线性保持一致。隧道结构设计标准 设计使用期：100年； 设计安全等级：一级； 结构防水等级：二级； 区域地震基本烈度为VII度区，按IX度抗震烈度进行设防。 1:10000地形图3、 设计步骤及过程3.1平面位置确定 任务所给定的地形图，隧道平、纵设计既
3、要服从路线的总体走向，又要综合考虑隧道位置的地形、地质、地物、水文、气象、地震情况和施工条件等因素，尽可能使隧址位于地质条件较好、不良地质影响最小的底层中。隧道平面线型以直线为主，有利于通风和施工，采用不设超高的平曲线。隧道纵坡设置充分考虑通风、排水、施工方案和两端接线的要求。根据教师给定的起终点，本设计采用3条线路进行方案比选，并确定推荐线路。做出3个方案的平面图，详见地形图。3.2纵断面设计作出推荐线路的纵断面图，读取隧道的地面高程点时，应每20m读一次，而后用平滑曲线连接。3.3横断面设计隧道内轮廓应该以建筑限界为基础，充分考虑衬砌结构受力特征、工程造价、装饰厚度及富余空间、运营设施的安
4、装空间等因素。洞身结构应根据隧道所处的工程地质条件，按新奥法原理进行设计，采用复合式衬砌，其支护衬砌参数按工程类比，结合有限元分析确定。根据设计原始资料要求，作出隧道的建筑限界及内轮廓设计图。根据设计原始资料要求，作出隧道紧急停车带的建筑限界及内轮廓设计图。4、 二次衬砌结构计算选取IV级围岩复合式衬砌作为典型衬砌，做结构计算。4.1基本参数围岩级别：IV级；围岩容重：；围岩弹性抗力系数：；衬砌材料为C25混凝土，弹性模量，容重。4.2荷载确定4.2.1围岩垂直均布荷载按矿山法施工的隧道围岩荷载为： （公式4-1） 考虑到初期支护承担大部分围岩压力，而二次衬砌一般作为安全储备，故对围岩压力进行
5、折减，对本隧道按照45%折减，取为70。4.2.2围岩水平均布压力 （公式4-2）4.3计算位移4.3.1单位位移：（所有尺寸见图4-1）图4-1 二次衬砌结构计算图半拱线轴线长度，将半拱轴长度等分为 8段，则计算衬砌的几何要素，拱部各截面与垂直轴之间的夹角和截面中心垂直坐标见表1-1。单位位移值用新普生法近似计算，公式如下： （公式4-3） （公式4-4） （公式4-5） 单位位移计算 表4-1 注：1.I截面惯性矩，b取单位长度。2.不考虑轴力作用。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：闭合差4.3.2载位移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：
6、 （公式4-6） 侧向力： （公式4-7）侧向力： （公式4-8） 式中 衬砌外缘相邻两截面之间水平投影长度，由图1-1中量得； 衬砌外缘相邻两截面之间竖直投影长度，由图1-1中量得； 接缝i的衬砌截面厚度。作用在各楔块上的力均列入表1-2中。 载位移计算表 表4-2（2） 外荷载在基本结构中产生的内力 内力按下式计算：弯矩： （公式4-9）轴力： （公式4-10），的计算见表1-3，表1-4。 载位移计算表 表4-3 载位移计算表 表4-4（3） 主动荷载位移计算结果见表1-5 主动荷载位移计算表 表1-5则按下列公式计算： （公式4-11） （公式4-12） （公式4-13）计算结果： 计
7、算精度校核： 4.3.3载位移-单位弹性抗力图及相应的摩擦力引起的位移（1）各接缝处的抗力强度 抗力上零点假定在接缝2处，:； 最大抗力值假定在接缝4处，； 最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算： （公式4-14）算的结果为： 算出：，；最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算： （公式4-15）式中： 所考察截面外缘点到h点的垂直距离； 墙脚外缘点到h点的垂直距离。由图1-1量得：， 按比例将所求得的抗力绘在分块图上。（2） 各楔块上抗力集中力 按下式近似计算： （公式4-16） 式中：楔块i外缘长度。（3） 抗力集中力于摩擦力的合成： （公式4-17）式中：围岩与衬砌间的摩擦系数，此处取。，其作用方向与抗力集中力的夹角。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移的方向相反，其方向向上。将的方向延
