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1、隧道工程课程设计姓 名：专业班级：学 号：指导老师：一第一章工程概况01。1隧道概况01.2工程地质及水文地质01。2.1工程地质01。2。2水文地质0第二章 隧道深浅埋判定及围岩压力的计算12.1深浅埋隧道的判定原则12。2围岩压力的计算方法12.3 W级围岩计算22。3.1 W级围岩深浅埋的判定22.3。2 W级围岩压力的计算32.4 V级围岩的计算32。4.1 V级围岩深浅埋判定32。4。2 V级围岩压力的计算3第三章 衬砌内力计算与检算43。1 Ansys的加载求解过程43.2衬砌结构强度检算原理43。3 IV级围岩衬砌内力计算与强度检算53.4 V级围岩衬砌内力计算与强度检算10第四
2、章 衬砌截面配筋计算224.1截面配筋原理224.2 IV级围岩配筋计算234。3 V级围岩配筋计算244.3.1断面1的配筋计算244.3.2断面2的配筋计算25第一章工程概况1。1隧道概况太中银铁路为客货共线的双线铁路。线路上一共建有22座隧道，其中王家庄2号隧道 位于王家庄东侧，隧道进口地势较陡，此处岩石裸露，进口前方为一冲沟，冲沟内有水，地 势狭窄.出口坡度陡，为黄土覆盖，并有大量植被，出口前方为一冲沟，沟内地势平缓，沟 内经过开采，原有地形已改变。隧道进口里程DK194+082，出口里程DK194+450,全长368m。 隧道位于半径为5000m曲线上，隧道内坡度为7。5%。的下坡，
3、最大埋深61。08m.隧道进 出线间距4.49m，DK194+340至出口线间距为4。40m。1.2工程地质及水文地质1。2.1工程地质(1) 隧道洞身通过的地层为第四系中更新统洪积层老黄土，奥陶系下统灰白色石灰岩。地层描述如下：老黄土 :稍湿、坚硬状态，具垂直节理；奥陶系下统灰白色石灰岩：强风化弱风化，节理发育，岩层产状195N15。(2) 分布里程、围岩分级及岩土施工工程分级分布里程围岩分级DK194+082DK194+299VDK194+299-DK194+400WDK194+400DK194+450W(3) 土壤最大冻结深度：1。04m。(4)地震动峰值加速度0.05g，地震基本烈度V
4、I度。岩性岩土施工 工程分级老黄土III石灰岩W2V1。2。2水文地质隧道洞体内土石界面有地下水。第二章 隧道深浅埋判定及围岩压力的计算2。1深浅埋隧道的判定原则深、浅埋隧道分界深度至少应大于坍方的平均高度且有一定余量。根据经验，这个深度通常为22。5倍的坍方平均高度值，即：H =(2 2.5)h式中，H 深浅埋隧道分界的深度；“h等效荷载高度值系数22。5在松软的围岩中取高限，在较坚硬围岩中取低限。当隧道覆盖层厚度h 七时为超浅埋,七 h Hp时为深埋.2.2围岩压力的计算方法(1) 当隧道埋深h小于或等于等效荷载高度hq (即h h )时，为超浅埋隧道，围岩压力 按全土柱计算。围岩垂直均布
5、压力为：q = rh式中，r-围岩容重，见表21；h一隧道埋置深度。围岩水平均布压力e按朗金公式计算q + - rH tan2 45o 一X 2 t)(11表2-1围岩压力相关计算参数围岩级别容重r(kN/m3)弹性反力系数K (MPa/m)岩体两侧摩擦系角0(。)计算摩擦角6o( )IV20 23200500(0。70.9 ) 6050 60V17 20100200(0.50.7 )6040 50(2)当隧道埋深h大于等效荷载高度hq且小于深浅埋分界深度(h h H ）时，为深埋隧道，围岩压 力按自然拱内岩体重量计算：”单线铁路隧道按概率极限状态设计时的垂直压力为：q = rh = 0.41
6、x1.79s x r单线、双线及多线铁路隧道按破坏阶段设计时垂直压力为：q = rh = 0.45 x 2s -1 x rw式中,hq一等效荷载高度值；qs一围岩级别，如级围岩s=3；r一围岩的容重w 一宽度影响系数，其值为：w = 1 + i（B - 5）其中,B一坑道宽度；iB每增加1m时，围岩压力的增减率B=5m为基准），当B5m 时，取 i=0。1。围岩的水平均布压力e按表2-2计算求得。表22围岩水平均布压力围岩级别IIIIIIIVVVI水平均布压力0 H = 16.60m，故处于W p级围岩的隧道均为深埋隧道。2.3.2 IV级围岩压力的计算根据铁路隧道设计规范推荐的方法：垂直均布
7、松动压力：q = rh = 22 x 0.45 x 2 x 1 + 0.1x(13.44- 5)= 146.05S / m 2水平均布松动压力：e = 0.2q = 0.2 x 146.05 = 29.21kN / m 22。4 V级围岩的计算2.4.1 V级围岩深浅埋判定隧道开挖最大轮廓尺寸：B=13。84m，H =12.42m等效荷载高度：h = 0.45x2-1 xw = 0.45x24 x1 + 0.1x63.84 5)=13.56m q深浅埋分界深度:H =(2 - 2.5& =(27.12 - 33.9)m由于围岩为V级，岩体软弱破碎、节理发育、强一弱风化且含地下水，故取H = 3
8、3.9m。由隧道纵断面图知，处于V级围岩的隧道最小埋深0m，最大埋深 h = 32.83m H广33.9m，故V级围岩中的隧道可分为超浅埋和一般浅埋隧道。2.4.2 V级围岩压力的计算(1)对于埋深h h的超浅埋隧道，衬砌统一按超浅埋段隧道的最大埋深 h = h = 13.56m处的围岩压力进行设计和检算。q超浅埋隧道垂直松动压力按全土柱计算：垂直均布松动压力：q = rh = 18 x 13.56 = 244.08kN / m2 水平松动压力：隧道顶部e = q tan2450-8!=244.08 x tan 2J450 )4501k 2 72 k7=41.88kN / m 2隧道底部e2
9、=(q + rH )tan2 45。-学V 2 7k(2)对于埋深h h H的一般浅埋隧道，衬砌统一按照一般浅埋段隧道的最大埋深 h = 32.83m处的围岩压力进行设计和检算。一般浅埋隧道围岩压力按谢家休公式计算：=(244.08 +18 x 12.42)x tan2 450 =80.23kN / m 2对于V级围岩，计算摩擦角。=450，0 = 0.6巾=270，则tan。= 1，tan0 = tan P= tan。+ M * + 血=1 + 任+就1 = 3.020 0 ttan8 - tan01 - 0.5100.510垂直均布松动压力：tan 0- tan。= 0 224tan P
10、11 + tan P(tan 80 -tan 0 )+ tan 8 tan 0 q = rh 1 -k=430.80kN / m 2水平松动压力:隧道顶部:e = rhk = 18 x 32.83 x 0.224 = 132.37kN/ m2 1隧道底部：e = rHX = 18 x 45.25 x 0.224 = 182.45kN / m 22第三章衬砌内力计算与检算3.1 Ansys的加载求解过程在衬砌内力计算中，首先拟定衬砌结构厚度及参数值，然后再Ansys程序中建立模型 并添加约束，进行加载，最后求得各单元内力值.Ansys加载求衬砌内力过程：（1）进入前处理，定义单元类型、材料属性、
11、实常数。（2）建模：建立关键点，连接关键点生成二衬轴线（3）设置线单元属性，划分单元（4）施加水平、竖向弹簧支撑（5）施加边界条件（6）施加围岩压力，与重力加速度（7）求解（8）进入后处理，定义轴力、弯矩单元表，显示轴力、弯矩图3.2衬砌结构强度检算原理隧道衬砌为双线复合衬砌，参照铁路隧道设计规范按破损阶段法及容许应力法检 算隧道结构截面.隧道结构截面抗压强度按下式计算：KN 京a R bh式中，K-安全系数，见表3-1；N-轴向力（MN）;R万混凝土或砌体的抗压极限强度（Mpa），见表32；甲一构件纵向弯曲系数，对于隧道衬砌，可取甲=1。0b-截面宽度；h一截面厚度；a 一轴向力偏心影响系数
12、，查规范可得，计算公式如下：a = 1.000+0.648（e / h）- 12.569（e / h+ 15.444（e / h）且a 1。0000表310混凝土何砌体结构的强度安全系数K圬工种类混凝土砌体何载组合主要何载主要荷+附加荷载主要何载主要荷+附加荷载破坏混凝土或砌体达2.42.02。72.3原因到抗压极限强度混凝土达到抗拉 极限强度3。63.0-一表32混凝土的极限强度（Mpa）强度种类符号混凝土强度等级C15C20C25C30C40C50抗 压R a12.015。519.022.529。536。5弯曲抗压Rw15.019.424.228。136.945。6抗 拉R11.41。72.02.22.73。1注：1片石混凝土的抗压极限强度可采
