隧道工程课程设计66836

1初始条件某一级公路隧道通过IV类围岩（即III级围岩），埋深H=20m，隧道围岩天然 容重Y=25 KN/m3，计算摩擦角祖二500,变形模量E=ioGPa，采用矿山法施工 衬砌材料采用C25喷射混凝土，材料容重丫 = 22 KN / m 3，变形模量Eh= 25 GPa2隧道洞身设计2.1隧道建筑界限及内轮廓图的确定该隧道横断面是根据两车道一级公路III级围岩来设计的，根据《公路隧道 设计规范》确定隧道的建筑限界如下：W一行车道宽度；取3.75 x2mC—余宽；因设置检修道，故余宽取为0mJ一检修道宽度；双侧设置，取为1.0 X 2mH—建筑限界高度；取为5.0m匕一左侧向宽度；取为i.0mLr 一右侧向宽度；取为i.0mEl—建筑限界左顶角宽度；取i.0mEr 一建筑限界右顶角宽度；取i.0mh一检修道高度；取为0.25m隧道净宽为 i.0+i.0+7.50+i.0+i.0=ii.5m设计行车速度为80km/h，建筑限界左右顶角高度均取im；隧道轮廓线如下 图：图1 隧道内轮廓限界图（单位cm）根据规范要求，隧道衬砌结构厚度为45cm （一次衬砌为10cm和二次衬砌1 2 33隧道衬砌结构设计3.1支护方法及衬砌材料根据《公路隧道设计规范》（JTG2004），本设计为一级公路，采用复合式衬 砌，复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间防水层组合而成的衬砌形式。

复合式衬砌应符合下列规定：1初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土，锚杆，钢筋网和钢筋支架等 支护形式单独或组合使用，锚杆宜采用全长粘结锚杆2二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连结 圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同由规范8.4.21，对于两车道III级围岩：初期支护:拱部边墙的喷射混凝土厚度为812cm，拱墙的锚杆长度为2.53m， 锚杆间距为1.01.2m ；二次衬砌厚度：拱墙混凝土厚度为35cm因此确定衬砌尺寸及规格如下：深埋隧道外层初期支护，根据规范规定，采用锚喷支护，锚杆采用普通水泥 砂浆锚杆，规格HRB①20 X2.5m，采用梅花型局部布设，采用C25喷射混凝土 初次衬砌：采用C25喷射混凝土，厚度为9.8cm防水板：采用塑料防水板及无纱布，且无纺布密度为300g/m2,防水板应采 用铺满的EVA板防水层，厚度为2.0mm，搭接长度为150mm二次衬砌：根据《公路隧道设计规范》，采用C25号模筑防水混凝土，厚度 为 35cm整个衬砌厚度为9.8+0.2+35=45cm3.2隧道深浅埋的确定及围岩压力的计算隧道的内轮廓尺寸为B=i2.iom，H=i0.50m因为IV级围岩需要预留变形量，查《公路隧道设计规范》8.4.1知III级围岩 需预留变形量为20-50mm，衬砌厚度为45cm，又每侧超挖量为10cm，故隧道 的近似开挖尺寸为：B =12.10+ 2 x 0.45+2 x 0.1+0.05 = 13.25mH = 10.50+ 2 x 0.45+ 2 x 0.1+0.05 = 11.65m由于是III级围岩Hp = 2hqH —深浅埋隧道的分界深度h = 0.45 x 2s-1 xo qhq 一等效荷载高度o 一跨度影响系数；o = 1 + i(B -5)ti一围岩压力增减率，当Bt= 5-15m取i=0.ih = 0.45 x 2s-1xo = 0.45x 23-1 x [1+ 0.1x (13.25- 5)] = 3.285m qH = 2h = 2.5 x 3.285 = 8.213m埋深H = 30 > H = 8.213 m故为深埋隧道。

又机=头竺=0.88 < 1.7B 13.25 t可用公式q = 7 hq计算均布垂直压力:q =y h = 25 x 3.285 = 82.125Wm2因为该隧道围岩级别为III围岩水平均布压力为:e<0.15q=0.15 x 82.125=12.324衬砌结构内力计算4.1基本资料一级公路I级r=25KN/m3K=0.l8Xi06KN/m公里等级围岩级别围岩容重弹性抗力系数变形模量 E=i0GPa材料容重 y h = 22KN / m3材料变形模量 Eh = 25Q)a衬砌厚度 d=0.45m⑵0图3 衬砌结构断面图4.2荷载的确定4.2.1围岩压力的确定经前面计算可得，可用公式q =yh计算均布垂直压力: =y h = 25 X 3.285 = 82.125kN/m2III级围岩不考虑一衬后的围岩释放变形折减系数4.2.2衬砌自重1 , 一 一、 1g = —x(d + d )xy = x(0.45+ 0.45)x22 = 9.9KN/m22 0 n h 2(1) 全部垂直荷载q=82.i25+9.9=92.025KN/m2(2) 围岩水平均布压力e<0.i5 X 92.025n3.80KN/m24.3衬砌几何要素4.3.1衬砌的几何尺寸内轮廓线半径： %= 7.00m, R2 = 5.98m内径"，r2所画圆曲线端点截面与竖直轴线的夹角：a=43.073 a =68.4101 2拱顶截面厚度d°= 0.45m,拱底截面厚度％= 0.45m4.3.2半拱轴线长度S及分段轴长43x3.14^5 0.45 68x3.14 ‘Um 0.45、S = x (7.00 + ——)+ x (5.98+ ——)=12.78m180 2 180 2将半拱轴长度等分为8段，则SAS = —= 1.598m8AS 1.598 = E 25 x106h=6.39 x10-84.4计算位移4.4.1单位位移用辛普生法近似计算，按计算列表进行，单位位移的计算列表见表4-1表4-1单位位移计算表截a 面sin acosaxyd1/Iy/iy]\(1+y)2]|积 分 系 数1/30-00000-0001-0000-0000-0000-450131-6870-0000-000131-68711417600-2550-96715840-1990-450131-68726-2065-215189-31442925200-4930-8703 -0560-8060-450131-68710614085-549429-51624432800-6980-7164-3311-7560-450131-687231243406-0621000-23545940400-8580-5145-3203-0120-450131-6873966421194-6862119-65727355720-9590-2835-9824-5310-450131-6875966752703-5344028-57148662090-9980-0666-2636-1070-450131-6878042144911-3356651-45029878460-988-0-1546-1947-7000-450131-68710139927807-7379967-407411184830-931-03665-7739-2320-450131-687121573711223-68113786-84111053- 3767 22432-3 31。

2・62 498 -396 | 37 I 8注：1 I—-截面的惯性矩，I=bd3/l2,b取单位长度2不考虑轴力影响单位位移值计算如下：8广竺xZ 土 6.39 x 10-8 x 1053.498 = 6.732 x 10-5 h8 =竺 xZ I = 6.39 x 10-8 x 3767.396 = 24.074 x 10-512 Eh I8 22 = — xZ H = 6.39 x10-8 x 22432.337 = 143.343x10-5 h计算精度校核：811 + 2812 +822 =（6.732 + 24.074 x 2 + 143.343 ）x10-5 = 198.223 x 10-58 =竺xZ（1 + y）2 = 6.39x 10-8 x31020.628 = 198.22x 10-5ss Eh I闭合差 A= 0.003 x 10一 5 R 04.4.2载位移一一主动荷载在基本结构中引起的位移1）每一块上的作用力（竖向力Q、水平力E、自重力G）,分别由下面各式求得，Qi =q xbjE.二e X hiGi =（ di_i+di）/2XASX rh其中：bi——衬砌外缘相邻两截面间的水平投影长度hi——衬砌外缘相邻两截面间的竖直投影长度di——接缝i的衬砌截面厚度均由图3直接量得，其值见表4-2。

各集中力均通过相应图形的形心截 面应 投影长度集中力S-Qaq-Ga g-Ga gbhQGEaaga e—000.00.0.0.0.00.00.000.0000000000000000000.0000.0000.0001.014515.2.0.0.70.11580.200.4008207617909000-114.866-12.498-0.2761.013515.8.0.0.70.32476.600.8298202827383800-100.242-11.675-2.4851.0117.15.130.0.60.43274.957240820.2106373779-74.682-10.077-6.32101.91.15.170.0.40.6-10.784•989250013820.2554959525-45.006-7.823401.60.15.210.0.30.7-16.005.660523737820.0233303062。