隧道工程計算書

1、課程設計計算書課程名稱：隧道工程題目：隧道選線及結構計算學 院：土木工程學院課題組：交通土建專 業(yè)：土木工程專業(yè)班 級：09級土木工程9班學 號：09300913姓 名：韋天柱起訖日期：二指導教師：岳峰、張紅英 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 1設計依據(jù)2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2計原始資料2 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 3設計步驟及過程22233334 TOC o 1-5 h z HYPERLIN

2、K l bookmark31 o Current Document 5解力法方程12 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 6最大抗力值的推求131314 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 7內力圖16 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 8參考資料171、設計依據(jù)本設計根據(jù)公路工程技術標準JTG B01-2003，公路隧道設計標準JTG D70-2004進行設計和計算。2、設計原始資料公路等級：二級公路；設計車速：60km/h；使用功能：道路雙向兩車

3、道；隧道平縱曲線半徑和縱坡。平縱曲線設計滿足標準要求，洞口內外各有不小于3s行車速度行程長度范圍內的 平、縱線性保持一致。隧道結構設計標準設計使用期：100年；設計安全等級：一級；結構防水等級：二級；區(qū)域地震基本烈度為VII度區(qū)，按IX度抗震烈度進行設防。1:10000地形圖3、設計步驟及過程任務所給定的地形圖，隧道平、縱設計既要服從路線的總體走向，又要綜合考慮 隧道位置的地形、地質、地物、水文、氣象、地震情況和施工條件等因素，盡可能使 隧址位于地質條件較好、不良地質影響最小的底層中。隧道平面線型以直線為主，有 利于通風和施工，采用不設超高的平曲線。隧道縱坡設置充分考慮通風、排水、施工 方案和

4、兩端接線的要求。根據(jù)教師給定的起終點，本設計采用3條線路進行方案比選，并確定推薦線路。做出3個方案的平面圖，詳見地形圖。作出推薦線路的縱斷面圖，讀取隧道的地面高程點時，應每20m讀一次，而后用 平滑曲線連接。隧道內輪廓應該以建筑限界為基礎，充分考慮襯砌結構受力特征、工程造價、裝 飾厚度及充?？臻g、運營設施的安裝空間等因素。洞身結構應根據(jù)隧道所處的工程地 質條件，按新奧法原理進行設計，采用復合式襯砌，其支護襯砌參數(shù)按工程類比，結 合有限元分析確定。根據(jù)設計原始資料要求，作出隧道的建筑限界及內輪廓設計圖。根據(jù)設計原始資料要求，作出隧道緊急停車帶的建筑限界及內輪廓設計圖。4、二次襯砌結構計算選取IV

5、級圍巖復合式襯砌作為典型襯砌，做結構計算。圍巖級別：IV級；圍巖容重：y = 20.5kN/m3 ；圍巖彈性抗力系數(shù)：K = 3.0 x 105kN/m3 ；襯砌材料為C25混凝土，彈性模量Eh = 2.85 x107 kPa，容重y廣23kN/m3。按礦山法施工的隧道圍巖荷載為：q = 0.45x2s-iy公式 4-1q = 0.45 x 2s-iy1 + i(8-5)=0.45 x 23 x 20.5 x1 + 0.1 x(11.9-5)=124.722kN/m 2考慮到初期支護承擔大部分圍巖壓力，而二次襯砌一般作為安全儲備，故對圍巖 壓力進行折減，對本隧道按照45%折減，取為70kN/m

6、2。e = 0.3q公式 4-2e = 0.3q = 0.3 x 70 = 21kN / m 24.3.1單位位移：所有尺寸見圖4-10圖4-1二次襯砌結構計算圖半拱線軸線長度s = 9.0713m，將半拱軸長度等分為8段，則As = s/8 = 9.0713/8 = 1.1393mA_ 1.1393氣 2.85 x 107=0.3979 x 10-7 m - kPa-1公式4-3公式4-4計算襯砌的幾何要素，拱部各截面與垂直軸之間的夾角和截面中心垂直坐標見表1-1。單位位移值用新普生法近似計算，公式如下:少=fs%d r 坐E111 J0 EI s e IhM - M s寸yo = I s1

7、2 d r E12 J0 EI s E Ihd22公式4-5單位位移計算表4-1-:土|IT：了：二叩3T：F :礦/!1g 峪1:Lil:D.0Dl.ij:.:2718834：i.：nii：i.：ii：111. K0.19匚把1.3j. ：l：n：:.:辨屈34J2二三0.38i：.：i22.211：:.:2718834123.036T54.0869泓控j-0.55,2i：EJ:.:2718834工,*沌足4疙：D.T11.711 08351.6915架.3834800.202T. 5234jE0.83l：,v.2.5666:.:2718834H8.348T住r6吸0.923.5655:.:

8、271883499?. 9223558.098?5膘,8那5j17技0.98i：.2j5.66404.6484:.:2718834W.i云m. 51771.：i：.ij死:.:27188341616勰9334.M1284?. 580T:二2518.5533.32 加35491 3598一截面慣性矩，I =竺，b取單位長度。2.不考慮軸力作用。12單位位移值用新普生法近似計算，計算如下：J “E d x 空 E- = 0.3979 x 10-7 x 2518.9504 = 1.0023 x 10-4ii J0 EI s E IhJ =Q =fsM1M2 d x 空Ey = 0.3979x 10-

9、7 x5533.3224 = 2.2017 x 10-41221 J。 E I s E IhM 2- As y2 一 一一一 一 一一一 一 一 一J =s - d x E二=0.3979x 10-7 x21907.7644 = 8.7171 x 10-422% E I s E Ih計算精度校核為：J11 + 2%2 + 822 =(1.0023 + 2 x 2.2017 + 8.7171)x 10-4 = 14.1228 x 10-4J =半 E 7 = 0.3979 X10-7 x 35493.3598 = 14.1228 x 10-4閉合差A= 0一主動荷載在基本結構中引起的位移1每一楔

10、塊上的作用力：公式4-6公式4-7豎向力：Q = qb側向力：E = eh側向力：G = 4-1；，x As x y公式 4-8式中 b 襯砌外緣相鄰兩截面之間水平投影長度，由圖1-1中量得;h 襯砌外緣相鄰兩截面之間豎直投影長度，由圖1-1中量得;d接縫i的襯砌截面厚度。作用在各楔塊上的力均列入表1-2中。載位移計算表表4-2截面集中力力皆Q+aqGagQEaqagaeUC.UXUJ.UOJCJ.OJCUD. 00000. JIOJL.OJCU0. JUOJU.IUUJ181,25603.1嚇頃1同0.二次4.3902R1112D. 49110. 533633103S.22724. S706

11、311.5458D. 41710. 4361:.ME勺30.03504. d37163.11223.127215.E4D2D. 32710. 4199。.以T20.64393. 3328= 1”。12.933G1. 22450.3376 511.62914 CT 4G38. 8601127C21.6027D. 11340. 24253.53184. 36432.2135T23.702：23. 402j. UujCu. 17:.S宓0.00001.256987. 84003.127?24. 37680. 00000.02TB：.530.00000. 2538（2）外荷載在基本結構中產(chǎn)生的內力內力

12、按下式計算:彎矩:軸力:公式4-9公式4-10Mo = M。一 (Q + G)-A E-Qa -Ga -EaN o = sin a (Q + G) - cos o EipiiiiMo , No的計算見表1-3，表1-4。載位移計算表MP表4-3Eaei-lIE t-1AxAyi-lAy#i-lAfpC. 0000D. 00000. 00000. 00000. 00000. 3030C. 00000. 0000C. 5381J. JODO0. 0000L 31890.14030. 3030C. 0000-50. 04542. 353690.38392. 35201.08340. 329697.9

13、21C. 7752-194.19404. 8596177,35189. 46260. 99840. 5337177, 06805. 0502F15.64397. 6721258. 488721.30340. 87510. 7182226. 203515. 0882-689. 084410. 3756330. 728636. 5484i). 71820. 8751237. 529331. 9835-983. 683512. 56器391,656555. 48201). 53390. 99S9209.13545B. 4210-1267. 356213.8813439.270477. 3847D.

14、32841.0829144. 256483. 4750-1510.225814.1483472.1003100.5249I). 11101.126852.4031113.2715-1690. 3024表4-4載位移計算表N： p膏面sir.-t:E-tE0 + G)血技(0 +團就C0. DO1. 3C0. 00001C0D3C. 0000i oo r0. 000010. 120.犯90. 33392.-5?317.17292.305：俄20. 380.見177.35189. 4626617，如 78. 70565B.688130. 550. B3258.488721.0084142.1638

15、17.4370124.731840. no. n330.72366,郊4234.17325. 9如208.B679E0. 33o. 5e391.656555. 4820325.07931.0699294.0050e0.見0.買39.270471 M404.123830.0630374.D65T70. 98(I. 2C472.1003100.5249462.853320.1050442.5533E1.兀0.兀489.06S212.9017489.06321 oo r489.0632(3)主動荷載位移計算結果見表1-5截面Afp1/1y/IM氾族 Q+y)H積分系數(shù) 1；300. 0000279.

16、 B834C. OOOC0. COCO0.0K00. 00001-50. C454279. B83430.7872-14005.842-1540. 7562-1554T.630442-19. 1940279. B834123. 037-54351.691-23892. 9981-78244. 677323-415. 6439279. B834272. 4105-116331.8245-113225.764-229557.539244-6展.恤史279. GS34473. 422S-192S63. 2905-32622G.2B5R-519091.546325-983. 6835279. B834

17、718. 3437-275316. 6818-706627.7956-981944.47744i)-1267.3562279. B834997. 9戲3-354711.9438-1264725.4533-1619437.020217-1511 2253279. B8341301. 0100-422637.1235-1964818.8251-2387505. 948643-1691 3024279. B8341616. 3826-4啊7. 58H-2732175.4271-3205263.01321-1203337. 003E-7133235.2759-9036592. 2844主動荷載位移計算

18、表表1-5則按以下公式計算:r MM 0 , =I $ipd0 EI 、r MM。川 =I s2 pdSJ0 EI公式4-11AspASV=E E公式4-13公式4-12計算結果:f MM。衣=I $1PdS n0 EIA S M 0 Ep EhI1.13992.85 x107x 1903357 .008 = -0.07571.13992.85 x 107x 7133235.2759 = -0.2838計算精度校核:常 + 氣 p = -0.0757 - 0.2838 = -0.3595A =竺 (1 + )M=-1.1399 x 9036592.2844 = -0.3595 sp 氣 I2.

19、85 x 1071各接縫處的抗力強度抗力上零點假定在接縫2處，甲=22.5。=甲:;2b最大抗力值假定在接縫4處，甲=45。=平；4h最大抗力值以上各截面抗力強度按下式計算：b= cos2 a - cos2 a i cos2 a - cos2 a h公式4-14算的結果為:b cos2 a - cos2 a i cos2 a - cos2 a h, cos222.5。- cos2平、=()bcos2 22.5。- cos2 45。 h算出：b 2 = 0，b3 = 0.4588bh, b4 = bh ；最大抗力值以下各截面抗力強度按下式計算：y12b = (1 -L )bi-y 2h公式4-1

20、5式中：y；一所考察截面外緣點到h點的垂直距離;氣一墻腳外緣點到h點的垂直距離。由圖 1-1 量得：y = 0.9016，y =1.9303，y = 3.0465，567、8=心73八 0.90162、b = (1 )b = 0.9541b54.20732 hh1.93032b = (1 )b = 0.7895b64.20732 hh3.04652、b = (1 )b = 0.4757。74.20732 hh按比例將所求得的抗力繪在分塊圖上。（2）各楔塊上抗力集中力Ri按下式近似計算:公式4-16R = (。一 +。i )ASi2汐卜式中：外一楔塊i外緣長度。（3）抗力集中力于摩擦力的合成R.

21、: iR = R：J1 + 2公式 4-17式中：H 一圍巖與襯砌間的摩擦系數(shù)，此處取R= 0.2。R = 1.0198R;，其作用方向與抗力集中力的夾角。=arctan旦=11.3099。由于摩擦阻力的方向與襯砌位移的方向相反，其方向向上。將R的方向延長，使之交于豎直軸，量取夾角甲k自豎直軸反時針方向量度，將R,分解為水平和豎向兩個分力：Rh = R sin W.R = R cosW以上計算結果列入表4-6中。截面貝-1 或2牌外Rsin件35甲上30. 45880. 22941. 1683L 273341. 000. 65440. 75610. 17890. 206741.00000. 7

22、2941. 1683L S69051. 000. 77540.63140. 67390. 548750. 95410. 97711. 16831.164162. 000. 88140. 47241. 02600. 549960. 78950. 87181. 16831.038773. 000. 95520. 29610. 99210. 307570. 47570. 63261. 16830. 7537S4. 000. 99400.10900. 74920.082180. 00000. 23791. 16830. 283494. 000. 9979-0. 06480. 2828-0. 0184（

23、4）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。彎矩：Mo =Z Rr公式4-18軸力：No = sin a, Z R - cos a Z R公式4-19式中：r如為力R.至接縫中心點K的力臂，計算結果見表1-7和表1-8。M 0計算表表-7ip -截面& = D69岫 tnJCj = L.LMlffA& =1一0茶8氏北=0冏冏四& =口54%期，占i%蹣10.10934H0934，就ij.dsr0.511萼-0.8690E蕓財。.恤，辿7門：0. &TS3E3.701.01392.760E”成疽我0.5436C. 56415.順n驅n3,：1靈2M3,就L5勺1.?390】6疔0.

24、4886-10.1082EE.5C171.50364.1 9i：4.51021如1.W31.沌J0.7931C. 2243-14.6129N 0計算表表4-8ip -截面乎si2?cossin 稅&8S歸勻X333. 750. 55410.33250/0670.11450.17890. 14S9-0. 0344445. 000. 70540.70830. 75540.53290. S5270. 6044-0. 0716556. 250. 82980.55811.30531.08311. 87881.04850. 0347667. 500. 92250.38601. 61281.48782. 8

25、7091.10820. 379777S. 750. 9SOO0.19921.69501.66103.52010. 72110. 9399S90. 001. 00000.00481.67661.67663. 90290. 01S71.6579（5）單位抗力及相應摩擦力產(chǎn)生的載位移計算見表4-9截面1/1y/1M加積分系 數(shù)1/33-0.1093279. 8834272. 4105-30. 5969-29.7799-60.376844-0. 8690279. 8834473.4227-243. 2197-411.4060-654.625725-2. 8333279. 8834718.3487-792. 9867-2035. 2794-2828.266246-5. 9830279. 8834997.9242-1674. 5514-5970. 6127-7645.164627-10.1082279. 88341301.0099-2829.1299-13150. 9264-15980. 057248-14. 6129279. 88341616