隧道設(shè)計(jì)襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算范例

1、1.1工程概況川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全縣與甘孜瀘定縣交界的二郎山地段, 東距成都約 260km , 西至康定約 97 km , 這里山勢(shì)險(xiǎn)峻雄偉, 地質(zhì)條件復(fù)雜, 氣候環(huán)境惡劣, 自然災(zāi)害頻繁, 原有公路坡陡彎急, 交通事故不斷, 使其成為千里川藏線上的第一個(gè)咽喉險(xiǎn)道, 嚴(yán)重影響了川藏線的運(yùn)輸能力, 制約了川藏少數(shù)民族地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。二郎山隧道工程自天全縣龍膽溪川藏公路K2734+ 560 (K256+ 560)處回頭, 沿龍膽溪兩側(cè)緩坡展線進(jìn)洞, 穿越二郎山北支山脈干海子山, 于瀘定縣別托村和平溝左岸出洞, 跨和平溝經(jīng)別托村展線至K2768+ 600 (K265+ 216) 與原

2、川藏公路相接, 總長(zhǎng) 8166km , 其中二郎山隧道長(zhǎng)4176 m , 別托隧道長(zhǎng)104 m ,改建后可縮短運(yùn)營(yíng)里程2514 km , 使該路段公路達(dá)到三級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn), 滿足了川藏線二郎山段的全天候行車。1.2工工程地質(zhì)質(zhì)條件 11.2.1 地形地地貌二郎山段山山高坡陡陡,地形險(xiǎn)險(xiǎn)要,在地貌貌上位于于四川盆盆地向青青藏高原原過(guò)渡的的盆地邊邊緣山區(qū)區(qū)分水嶺嶺地帶,隸屬于于龍門山山深切割割高中地地區(qū)。隧隧道中部部地勢(shì)較較高。隧隧址區(qū)地地形地貌貌與地層層巖性及及構(gòu)造條條件密切切相關(guān)。由由于區(qū)內(nèi)內(nèi)地層為為軟硬相相間的層層狀地層層,構(gòu)造為為西傾的的單斜構(gòu)構(gòu)造,故地形形呈現(xiàn)東東陡西緩緩的單面面山特征征。隧

3、道道軸線穿穿越部位位,山體渾渾厚,東西兩兩側(cè)發(fā)育育的溝谷谷多受構(gòu)構(gòu)造裂隙隙展布方方向的控控制。主主溝龍膽膽溪、和和平溝與與支溝構(gòu)構(gòu)成羽狀狀或樹枝枝狀,橫斷面面呈對(duì)稱稱狀和非非對(duì)稱狀狀的 “ v ” 型溝 谷,縱坡順順直比降降大,局部受受巖性構(gòu)構(gòu)造影 響,形成陡陡崖跌水水。1.2.22 水文氣氣象二郎山位于于四川盆盆地亞熱熱帶季風(fēng)風(fēng)濕潤(rùn)氣氣候區(qū)與與青藏高高原大陸陸性干冷冷氣候區(qū)區(qū)的交接接地帶。由由于山系系屏障,二郎山山東西兩兩側(cè)氣候候有顯著著差異。東東坡潮濕濕多雨,西坡干干燥多風(fēng)風(fēng),故有 “康風(fēng)雅雅雨” 之稱。全全年分早早季和雨雨季。夏夏、秋兩兩季受東東進(jìn) 的太平平洋季風(fēng)風(fēng)和南來(lái)來(lái)的印度度洋季風(fēng)

4、風(fēng)的控制制,降雨 量特別別集中；冬春季季節(jié),則受青青藏高原原寒冷氣氣候影響響,多風(fēng)少少雨,氣候嚴(yán)嚴(yán)寒。據(jù)滬定、天天全兩縣縣21年（19660-119800年）氣氣候資料料,多年平平均氣溫溫分別為為16.6和15.1,滬定略略高于天天全，多多年平均均降雨量量分別為為6366.8 mm和17330.00mm，多年年平均蒸蒸發(fā)量分分別為15778.66和9244.2mmm，每年年8級(jí)以上上大風(fēng)日日數(shù)分別別為14天和3天,滬定相相對(duì)大風(fēng)風(fēng)更多、更更強(qiáng)烈。據(jù)據(jù)調(diào)查訪訪問(wèn),二郎山山東坡季季節(jié)冰凍凍線約在在海拔22000m以上,積雪線線海拔19000m左右,積雪時(shí)時(shí)限11月上旬旬至次年年4月,西坡季季節(jié)冰凍

5、凍線約為為海拔26000m-28000m季節(jié)積積雪線海海拔23000m-25000m左右。二郎山東西西兩側(cè)分分別屬于于青衣江江和眠江江支流 一 大渡河河兩大水水系。東東坡龍膽膽溪為青青衣江支支流天全全河發(fā)源源地,西坡潘潘溝,屬大渡渡河支流流。本區(qū)區(qū)溪溝均均受大氣氣降水（雨雨、雪）和和地下水水的補(bǔ)給給,其中主主要為大大氣降水水補(bǔ)給。因因而,亦具有有一般山山區(qū)溝河河 “易漲易易落”之特點(diǎn)點(diǎn)。1.2.33 地質(zhì)狀狀況隧道穿越地地層以志志留系、 泥盆系系淺海濱海相相碳酸鹽鹽和碎屑屑巖為主主,出口端端上覆地地層為崩崩坡積層層, 黃灰、黑黑灰色塊塊石土或或塊石、 碎石土, 由山前前滑坡、 崩塌等等坡積、

6、崩積物物及少量量坡面洪洪流形成成的洪積積物組成成, 主要成成份為巖巖屑砂礫礫、 角礫、 亞粘土土等。由于區(qū)內(nèi)巖巖層軟硬硬相間, 故地形形呈東陡陡西緩的的單面山山特征, 東坡為為逆向坡坡, 西坡為為順向坡坡。二郎郎山斷裂裂帶從隧隧址區(qū)西西北側(cè)通通過(guò), 距隧道道出口約約35004000m , 該斷裂裂是龍門門山斷裂裂帶的南南西延長(zhǎng)長(zhǎng)部分,為區(qū)內(nèi)內(nèi)控制性性主干斷斷裂, 在其影影響下區(qū)區(qū)內(nèi)沿其其旁側(cè)發(fā)發(fā)育一系系列次級(jí)級(jí)分支羽羽狀斷裂裂, 在隧道道軸線上上共穿越越斷層11條, 多屬壓壓性壓扭性性質(zhì), 斷層帶帶不寬, 影響帶帶較小, 膠結(jié)較較好。隧隧址區(qū)地地震基本本烈度為為8 度。1.3隧隧址區(qū)初初始應(yīng)力

7、力條件通過(guò)采用水水壓致裂裂法在7 個(gè)鉆孔孔中的地地應(yīng)力測(cè)測(cè)量, 得出隧隧道最大大水平主主應(yīng)力(maxx )的總體體方向?yàn)闉镹 774WW , 與隧道道軸線夾夾角 311左右, 隧址區(qū)區(qū)地應(yīng)力力場(chǎng)具有有以下分分布特征征:(1)大約約位于標(biāo)標(biāo)高22000 mm 處, 為山體體應(yīng)力與與構(gòu)造應(yīng)應(yīng)力的分分界線, 分界線線以上垂垂直應(yīng)力力(Rvv )占主導(dǎo)導(dǎo)地位; 分界線線以下水水平主應(yīng)應(yīng)力值明明顯增加加并占主主導(dǎo)地位位, 隧道頂頂板正好好位于分分界線偏偏下。(2)水平平地應(yīng)力力(Hmaax、hmiin )在垂直直方向上上的分布布隨深度度增加而而增大, 在橫向向上由隧隧道兩端端向山體體內(nèi)部逐逐漸增加加,

8、即隧道道中部地地應(yīng)力最最大, Hmaax =54.37MM Paa。(3)在同同一深度度內(nèi)硬質(zhì)質(zhì)巖類顯顯示高應(yīng)應(yīng)力值, 軟巖類類顯示低低應(yīng)力值值。二郎山隧道道(主洞)長(zhǎng)41776 mm , 以II、III類圍巖巖為主,長(zhǎng)30004 mm,占71.93%; IIV類圍巖巖長(zhǎng)8211 m , 占19.66%; VV類圍巖巖長(zhǎng)3511 m,占8.441%。2隧道設(shè)設(shè)計(jì)2.1設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)設(shè)計(jì)行車速速度: 440 kkm/ h (三級(jí)公公路) ;隧道建筑限限界: 隧道凈凈寬 9.0 mm (77.5 m + 20.775 mm) , 限高5 mm設(shè)計(jì)荷載: 汽車20 級(jí), 掛車1000;設(shè)計(jì)小時(shí)交交通量

9、: 4441輛/h;行車方式: 單洞雙雙向行駛駛;衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn): 正常運(yùn)運(yùn)營(yíng)CO允許濃濃度為1500100- 66, 阻塞及及救災(zāi)短短時(shí)間內(nèi)內(nèi)(155 miin)為2500100- 66;煙霧允許濃濃度0.0009 m - 1。2.2平平面線形形、縱斷斷面設(shè)計(jì)計(jì)2.2.11 平面線線形隧道的平面面線形應(yīng)應(yīng)根據(jù)地地質(zhì)、地地形、路路線走向向、通風(fēng)風(fēng)等因素素確定隧隧道的平平曲線線線形。直直線便于于施工；曲線段段施工難難度較大大，除測(cè)測(cè)量上難難度加大大以外，例例如模板板臺(tái)車載載曲線段段施工很很困難，有有超高時(shí)時(shí)就更困困難。結(jié)合隧址區(qū)區(qū)地形、 地貌及及工程地地質(zhì)與水水文地質(zhì)質(zhì)條件、 地應(yīng)力力大小與與方向、

10、經(jīng)濟(jì)性, 確定出出了隧道道軸線位位置, 同時(shí)還還兼顧了了兩端接接線的銜銜接，隧隧道平面面線形確確定為直直線型。隧隧道設(shè)計(jì)計(jì)里程 K2259+ 0336 K2263+ 2112, 長(zhǎng) 4 1766 m，進(jìn)口口標(biāo)高2 1180.31 m , 出口標(biāo)標(biāo)高 21182.01 m。2.2.22縱斷斷面設(shè)計(jì)計(jì)隧道內(nèi)縱斷斷面線形形應(yīng)考慮慮行車安安全性、營(yíng)營(yíng)運(yùn)通風(fēng)風(fēng)規(guī)模、施施工作業(yè)業(yè)效率和和排水要要求，隧隧道縱坡坡不應(yīng)小小于0.3%，一一般情況況不應(yīng)大大于3%；受地形形等跳警警限制時(shí)時(shí)，高速速公路、一一級(jí)公路路的中、短短隧道可可適當(dāng)加加大，但但不宜大大于4%；短于于1000m的隧隧道縱坡坡可與該該公路隧隧道外

11、路路線的指指標(biāo)相同同。隧道道內(nèi)的縱縱坡形式式，一般般采用單單向坡；當(dāng)?shù)叵孪滤l(fā)育育的長(zhǎng)隧隧道、特特長(zhǎng)隧道道可采用用雙向坡坡。縱坡坡變更的的凸形豎豎曲線和和凹形豎豎曲線的的最小半半徑和最最小長(zhǎng)度度應(yīng)符合合規(guī)范規(guī)規(guī)定（公公路隧道道設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范JJTGDD70-20004，表4.33.4）。二郎山隧道道屬特長(zhǎng)長(zhǎng)隧道，因因此縱坡坡形式采采用“人”字坡式式，進(jìn)口口側(cè)上坡坡, 坡度0.55% (長(zhǎng)20000 mm ) , 出口側(cè)側(cè)下坡, 坡度0.441% (長(zhǎng)21776 mm )。2.3 橫橫斷面設(shè)設(shè)計(jì)2.3.11 建筑限限界隧道橫斷面面設(shè)計(jì)主主要是對(duì)對(duì)隧道凈凈空的設(shè)設(shè)計(jì)。隧隧道凈空空是指隧隧道襯砌砌的內(nèi)輪

12、輪廓線所所包圍的的空間。隧隧道凈空空是根據(jù)據(jù)“建筑限限界”確定的的?！跋藿纭笔且环N種規(guī)定的的輪廓線線，這種種輪廓線線以內(nèi)的的空間是是保證車車輛安全全運(yùn)行所所必需的的，是建建筑物不不得侵入入的一種種限界。公公路隧道道建筑限限界包括括車道、路路肩、路路緣帶、人人行道等等的寬度度及車道道、人行行道的凈凈高。下下圖為公公路隧道道建筑限限界橫斷斷面組成成寬度。根據(jù) 公公路工程程技術(shù)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn), 隧道建建筑限界界采用凈凈寬9.00 m , 限高4.55m。隧道道內(nèi)輪廓廓經(jīng)過(guò)比比選確定定采用單單心圓斷斷面, 隧道總總高度6.11m。2.3.22 緊急停停車帶長(zhǎng)、特長(zhǎng)隧隧道應(yīng)在在行車方方向的右右側(cè)設(shè)置置緊急停停車

13、帶。雙雙向行車車隧道，其其緊急停停車帶應(yīng)應(yīng)雙側(cè)交交錯(cuò)設(shè)置置。緊急急停車帶帶的寬度度，包含含右側(cè)向向?qū)挾葢?yīng)應(yīng)取3.5m，長(zhǎng)長(zhǎng)度應(yīng)取取40mm，其中中有效長(zhǎng)長(zhǎng)度不得得小于330m。緊緊急停車車帶的設(shè)設(shè)置間距距不宜大大于7500m。停車車帶的路路面橫坡坡，長(zhǎng)隧隧道可取取水平，特特長(zhǎng)隧道道可取00.5%1.00%或水水平。二郎山隧道道應(yīng)設(shè)緊緊急停車車帶，雙雙向交錯(cuò)錯(cuò)布置，緊緊急停車車帶間距距7000m，有效效長(zhǎng)度330m，橫橫向坡度度取1%。緊急急停車帶帶的建筑筑限界、寬寬度和長(zhǎng)長(zhǎng)度見(jiàn)圖圖2-3.22。圖2-3.1 建筑界界（單位位：cm）a）寬度構(gòu)構(gòu)成及建建筑限界界 （單位位：cm）b）長(zhǎng)度（單單位

14、：cm）圖2-3.2 緊急停停車帶的的建筑限限界、寬寬度和長(zhǎng)長(zhǎng)度2.3.33 內(nèi)輪廓廓設(shè)計(jì)隧道內(nèi)輪廓廓設(shè)計(jì)除除符合隧隧道建造造限界的的規(guī)定外外，還應(yīng)應(yīng)滿足洞洞內(nèi)路面面、排水水設(shè)施、裝裝飾的需需要，并并為通風(fēng)風(fēng)、照明明、消防防、監(jiān)控控、營(yíng)運(yùn)運(yùn)管理等等設(shè)施提提供安裝裝控件，同同時(shí)考慮慮圍巖變變形、施施工方法法影響的的預(yù)留富富裕量，使使確定的的斷面形形式及尺尺寸符合合安全、經(jīng)經(jīng)濟(jì)、合合理的原原則。二郎山隧道道內(nèi)輪廓廓采用單單心圓方方案，半半徑R1=4.88m，R2=1m，R3=9.66m，1=1008，2=67，3=12，IV、V級(jí)圍巖巖設(shè)置仰仰拱，內(nèi)輪廓廓線如圖圖2-33.3。a）一般內(nèi)內(nèi)輪廓線線

15、b) 含緊緊急停車車帶內(nèi)輪輪廓線圖2-3.3 內(nèi)輪廓廓線（單單位：m）3 洞門設(shè)設(shè)計(jì)公路隧道道設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范（JTGD70-2004）對(duì)洞門有如下規(guī)定：1洞口位位置應(yīng)根根據(jù)地形形、地質(zhì)質(zhì)條件，同同時(shí)結(jié)合合環(huán)境保保護(hù)、洞洞外有關(guān)關(guān)工程及及施工條條件、營(yíng)營(yíng)運(yùn)要求求，通過(guò)過(guò)經(jīng)濟(jì)、技技術(shù)比較較確定；2隧道應(yīng)應(yīng)遵循“早進(jìn)洞洞、晚出出洞”的原則則，不得得大挖大大刷，確確保邊坡坡及仰坡坡的穩(wěn)定定；3洞口邊邊坡、仰仰坡頂面面及其周周圍，應(yīng)應(yīng)根據(jù)情情況設(shè)置置排水溝溝，并和和路基排排水系統(tǒng)統(tǒng)綜合考考慮布置置。3.1 洞洞門位置置選擇公路隧道道設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范（JTGD70-2004）規(guī)定洞口位置的確定應(yīng)符合下列要求：1洞口

16、的的邊坡及及仰坡必必須保證證穩(wěn)定。有有條件時(shí)時(shí)，應(yīng)貼貼壁進(jìn)洞洞；條件件限制時(shí)時(shí)，邊坡坡及仰坡坡的設(shè)計(jì)計(jì)開挖最最大高度度可按表表2-44.1控制。表2-4.1 洞口邊邊、仰坡坡控制高高度圍巖分級(jí)I-IIIIIIV邊、仰坡坡坡率貼壁1:0.331:0.551:0.551:0.7751:0.7751:11:1.2251:1.551:1.225高度（m）15202520251518201518注：設(shè)計(jì)開開挖高度度系從路路基邊緣緣算起2洞口位位置應(yīng)設(shè)設(shè)于山坡坡穩(wěn)定、地地質(zhì)條件件好處。3位于懸懸崖陡壁壁下的洞洞口，不不宜切削削原山坡坡；應(yīng)避避免在不不穩(wěn)定的的懸崖陡陡壁下進(jìn)進(jìn)洞。 4跨溝或或沿溝進(jìn)進(jìn)洞時(shí)，應(yīng)

17、應(yīng)考慮水水文情況況，結(jié)合合防排水水工程，充充分比選選確定。5漫坡地地段的洞洞口位置置，應(yīng)結(jié)結(jié)合洞外外路塹地地質(zhì)、棄棄渣、排排水及施施工等因因素綜合合分析確確定。6洞口設(shè)設(shè)計(jì)應(yīng)考考慮與附附近的地地面建筑筑及地下下埋設(shè)物物的相互互影響，必必要時(shí)采采取防范范措施。7洞口邊邊坡、仰仰坡應(yīng)根根據(jù)實(shí)際際情況加加固防護(hù)護(hù)措施，有有條件時(shí)時(shí)應(yīng)優(yōu)先先采用綠綠化護(hù)坡坡。8當(dāng)洞口口處有塌塌方、落落石、泥泥石流等等時(shí)，應(yīng)應(yīng)采取清清刷、延延伸洞口口、設(shè)置置明洞或或支擋結(jié)結(jié)構(gòu)物等等措施。3.2 洞洞門形式式選擇標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)洞門形式的的選擇應(yīng)應(yīng)適應(yīng)地地形、地地質(zhì)的需需要，同同時(shí)考慮慮施工方方法和施施工需要要。一般般地形等等高線與

18、與線路中中線斜交交角度在在45。65。之間，地地面橫坡坡較陡，地地質(zhì)條件件好，無(wú)無(wú)落石掉掉塊現(xiàn)象象時(shí)，可可選擇斜斜交洞門門；當(dāng)斜斜交角度度大于65。時(shí)，地地面橫坡坡較陡，或或一側(cè)地地形凸出出，可考考慮用臺(tái)臺(tái)階洞門門；當(dāng)斜斜交角度度小于45。時(shí)，地地面橫坡坡較陡，邊邊仰坡刷刷方較高高，有落落石掉塊塊掉塊威威脅運(yùn)營(yíng)營(yíng)安全時(shí)時(shí)，考慮慮接長(zhǎng)明明洞。3.3 洞洞門確定定二郎山隧道道穿越地地層以志志留系、 泥盆系系淺海濱海相相碳酸鹽鹽和碎屑屑巖為主主,出口端端上覆地地層為崩崩坡積層層, 黃灰、黑黑灰色塊塊石土或或塊石、 碎石土, 由山前前滑坡、 崩塌等等坡積、 崩積物物及少量量坡面洪洪流形成成的洪積積物組

19、成成, 主要成成份為巖巖屑砂礫礫、 角礫、 亞粘土土等。因此洞門采采用翼墻墻式洞門門。4隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)與與計(jì)算4.1 初初期支護(hù)護(hù)二郎山隧道道采用復(fù)復(fù)合式襯襯砌支護(hù)護(hù)，初期期支護(hù)采采用噴錨錨支護(hù)，由由噴射混混凝土、錨錨桿、鋼鋼筋網(wǎng)和和鋼架等等支護(hù)形形式組合合使用，根根據(jù)不同同圍巖級(jí)級(jí)別區(qū)別別組合。錨錨桿支護(hù)護(hù)采用全全長(zhǎng)粘結(jié)結(jié)錨桿。由由工程類類比法，結(jié)結(jié)合公公路隧道道設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范（JTGG D770-220044），初期期支護(hù)噴噴射混凝凝土材料料采用CC20級(jí)級(jí)混凝土土，支護(hù)護(hù)參數(shù)取取值如表表2-55.1。表4-1.1初期期支護(hù)參參數(shù)圍巖級(jí)別噴射砼厚度度(cm)錨桿(m)鋼筋網(wǎng)鋼拱架拱墻仰拱位置長(zhǎng)

20、度間距桿體材料II8局部2.21.522砂漿漿（藥卷卷）錨桿桿III10拱、墻2.41.522砂漿漿（藥卷卷）錨桿桿局部6.525xx25IV15拱、墻3.01.025中空空注漿錨錨桿拱、墻6.525xx25拱、墻格柵鋼架118IV20拱、墻4.01.025中空空注漿錨錨桿拱、墻(雙雙層)6.525xx25拱、墻、仰仰拱格柵鋼架118I4.2 二二次襯砌砌 二二次襯砌砌采用現(xiàn)現(xiàn)澆模筑筑鋼筋混混凝土，混混凝土采采用C225級(jí)，鋼筋筋采用HRBB3355級(jí)剛，利利用荷載載結(jié)構(gòu)法法進(jìn)行襯襯砌內(nèi)力力計(jì)算和和驗(yàn)算。二二次襯砌砌厚度設(shè)設(shè)置如表表2-55.2。表4-1.2二次次襯砌混混凝土厚厚度 （單位位：

21、cm）圍巖級(jí)別拱、墻混凝凝土厚度度仰拱混凝土土厚度II30III35IV3535V45454.3 圍巖襯襯砌內(nèi)力力計(jì)算規(guī)范（JTGD70-2004）規(guī)定：I-V級(jí)圍巖中，復(fù)合式襯砌的初期支護(hù)應(yīng)主要按工程類比法設(shè)計(jì)。其中IV、V級(jí)圍巖的支護(hù)參數(shù)應(yīng)通過(guò)設(shè)計(jì)確定，計(jì)算方法為地層結(jié)構(gòu)法。所以取IV級(jí)圍巖為計(jì)算對(duì)象。4.3.11 擬定襯襯砌尺寸寸圖2-5.1 IIV圍巖襯襯砌擬定定圖內(nèi)輪廓線半半徑外輪輪廓線半半徑m， C225級(jí)防腐腐鋼筋混混凝土拱拱墻35cmm，預(yù)留留變形量量5cm，C200噴射混混凝土防防腐混凝凝土厚14cmm,拱頂截面厚厚0.5m，墻底截截面厚0.5m。4.3.22 襯砌材材料參數(shù)

22、數(shù)圍巖為IVV級(jí)，根根據(jù)公公路隧道道設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范表表A.00.4-1取值得得：圍巖巖重度，圍巖的的彈性抗抗力系數(shù)數(shù)，。襯砌材料采采用鋼筋筋混凝土土，根據(jù)據(jù)公路路隧道設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范范表5.22.1，表5.22.2，表5.22.4取值得得：重度度，彈性模模量，軸軸線抗壓壓強(qiáng)度標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，軸軸心抗拉拉強(qiáng)度標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值。內(nèi)輪廓半徑徑，內(nèi)徑所畫圓圓曲線的的終點(diǎn)截截面與豎豎直軸的的夾角外輪廓半徑徑，拱軸線半徑徑，拱軸線各段段圓弧中中心角：，4.3.33荷載確確定1）圍巖豎豎向均布布?jí)毫Γ海?.2）式中:s-圍巖類類別,此處s=4;-圍圍巖容重重,此處=21KN/m3-跨跨度影響響系數(shù), =1+i(llm-55),毛洞

23、跨跨度Lm=10.60+200.055=10.70mm，其中0.005m為一側(cè)側(cè)平均超超挖量. LLm=515m時(shí),i=0.11,此處=1+0.11(110.770-55)=11.5770。所以，有qq=0.4524-1211.57001188.69920kkpa此處超挖回回填層重重忽略不不計(jì)。2）圍巖水水平均布布?jí)毫Γ篹0.225q0.2251118.6922029.67330kppa 4.3.44半拱軸軸線長(zhǎng)度度S及分段段軸心線線長(zhǎng)S4.3.44.1.計(jì)算半半拱軸線線長(zhǎng)度S級(jí)分塊塊軸線長(zhǎng)長(zhǎng)度S。（單位m）分段長(zhǎng)度：m4.3.44.2.各分塊塊接縫（截截面）中中心幾何何要素1.與豎直直夾角校

24、核： 角角度閉合合差，因因墻底面面水平，計(jì)計(jì)算襯砌砌內(nèi)力時(shí)時(shí)用2. 接縫縫中心點(diǎn)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)計(jì)算表2-3 各截面面中心幾幾何要素素截面（）sincosxy000100115.02262 0.25993 0.96558 1.30993 0.17227 230.05523 0.50008 0.86556 2.52990 0.67889 345.07785 0.70881 0.70661 3.57558 1.48440 460.10046 0.86669 0.49884 4.37880 2.53330 575.13308 0.96665 0.25666 4.88009 3.75441 690.15569

25、 1.00000 -0.00027 5.04999 5.06338 7105.118311 0.96551 -0.26619 4.87337 6.37226 890 104.21332 7.42771 半軸計(jì)算圖圖如圖2-55圖2-5 襯砌結(jié)結(jié)構(gòu)計(jì)算算圖示4.3.55計(jì)算位移移4.3.55.1.單位位位移用用辛普生生法近似似計(jì)算，按按計(jì)算列列表進(jìn)行行。單位位位移的的計(jì)算見(jiàn)見(jiàn)表2-4。單位位移值值計(jì)算如如下：校核：閉合差0計(jì)算結(jié)結(jié)果正確確。表2-4 單位位位移計(jì)算算表截面I1/Iy/Iy2/I（y+1）2/I00.010042 96.00000 0.00000 0.00000 96.00000

26、10.010042 96.00000 16.57768 2.86224 132.001599 20.010042 96.00000 65.17765 44.24498 270.660288 30.010042 96.00000 142.446488 211.441899 592.334855 40.010042 96.00000 243.116700 615.993922 1198.27332 50.010042 96.00000 360.339400 1352.95667 2169.74448 60.010042 96.00000 486.112766 2461.66669 3529.922

27、20 70.010042 96.00000 611.777111 3898.58116 5218.12337 80.010042 96.00000 713.000166 5295.53442 6817.53774 864.000000 2638.67993 138833.20097 200244.56682 4.3.55.2. 載位移主動(dòng)荷荷載在基基本結(jié)構(gòu)構(gòu)中引起起的位移移A.每一楔楔塊上的的作用力力豎向力：式中 bbi襯砌外外緣相鄰鄰兩截面面之間的的水平投投影長(zhǎng)度度，由圖圖2.55量得： 水平壓力：式中：hii襯砌外外緣相鄰鄰兩截面面之間的的豎直投投影長(zhǎng)度度，由圖圖2-55量得：自重力：式中

28、：dii接縫i的襯砌砌截面厚厚度。注：計(jì)算GG8時(shí)，應(yīng)應(yīng)使第8個(gè)楔塊塊的面積積乘h。作用在各楔楔塊上的的力均列列人表22-5，各各集中力力均通過(guò)過(guò)相應(yīng)圖圖形的形形心。表2-5 單元集集中作用用力截面bi(m)hi(m)di (mm)QEG0000.5000000011.37441 0.18112 0.50000 163.009477 5.37667 16.54465 21.27880 0.53113 0.50000 151.668844 15.76653 16.54465 31.10007 0.84550 0.50000 130.664433 25.07737 16.54465 40.8422

29、0 1.10009 0.50000 99.93387 32.66670 16.54465 50.52778 1.28116 0.50000 62.64456 38.02289 16.54465 60.17775 1.37446 0.50000 21.06678 40.78885 16.54465 71.37336 0.50000 040.75588 16.54465 80.98990 0.50000 029.34466 16.54465 B外荷載載在基本本結(jié)構(gòu)中中產(chǎn)生的的內(nèi)力楔塊上備集集中力對(duì)對(duì)下一接接縫的力力臂由圖圖2-55中量得得，分別別記為。內(nèi)內(nèi)力按下下式計(jì)算算(見(jiàn)圖2-6)圖2-6 單

30、元主主動(dòng)荷載載彎矩： （）軸力：式中：、相鄰兩兩截面中中心點(diǎn)的的坐標(biāo)增增量，按按下式計(jì)計(jì)算：表2-6 計(jì)算算過(guò)程表表（一）截面aqagae-Qaq-Gag-Eae00000001 0.62222 0.64990 0.33221 -101.47775 -10.773877 -1.78856 2 0.51557 0.59332 0.48220 -78.222577 -9.81154 -7.59989 3 0.37332 0.49770 0.59990 -48.775644 -8.22236 -15.001911 4 0.20443 0.36667 0.67551 -20.441755 -6.066

31、76 -22.005355 5 0.02223 0.21113 0.70449 -1.39970 -3.49963 -26.880666 6 -0.16613 0.04115 0.68773 3.39882 -0.68867 -28.003399 7 0-0.13306 0.62113 02.16110 -25.332355 8 0-0.45577 0.49445 07.57333 -14.551199 表2-7 計(jì)算過(guò)過(guò)程表（二二）截面i-1(Q+GG)i-1EExy-xii-1（G+QQ)-yii-1EEMp0000000001001.30993 0.17227 00-114.00118

32、2179.664122 5.37667 1.21997 0.50662 -219.11331 -2.72220 -431.47668 3347.887611 21.14420 1.04668 0.80551 -364.14442 -17.002111 -884.64113 4495.006699 46.21157 0.80223 1.04990 -397.17889 -48.447944 -13788.83382 5611.555211 78.88827 0.50229 1.22111 -307.53005 -96.332499 -18144.39935 6690.774422 116.991

33、166 0.16991 1.30997 -116.77229 -153.12220 -21099.61108 7728.335855 157.770011 -0.17762 1.30888 128.336966 -206.39558 -22100.79995 8744.990511 198.445900 -0.66605 1.05445 492.001311 -209.27220 -19344.99969 表2-8 計(jì)算過(guò)過(guò)程表截面sincos（G+QQ）Esin（G+Q）cosENP000 1 0000010.25993 0.96558 179.664122 5.37667 46.57738

34、 5.19229 41.38809 20.50008 0.86556 347.887611 21.14420 174.221299 18.29997 155.991322 30.70881 0.70661 495.006699 46.21157 350.554200 32.63346 317.990744 40.86669 0.49884 611.555211 78.88827 530.117655 39.31166 490.885999 50.96665 0.25666 690.774422 116.991166 667.661399 30.00010 637.661299 61.00000

35、 -0.00027 728.335855 157.770011 728.335133 -0.43318 728.778311 70.96551 -0.26619 744.990511 198.445900 718.990044 -51.997722 770.887766 81.00000 0.00000 761.445166 227.880566 761.445166 0.00000 761.445166 基本結(jié)構(gòu)中中，主動(dòng)動(dòng)荷載產(chǎn)產(chǎn)生彎矩矩的校核核為：另一方面從附表表5.2中得到到19334.999699閉合差：C.主動(dòng)荷荷載位移移計(jì)算過(guò)程見(jiàn)見(jiàn)表2-9。經(jīng)校核,閉閉合差表2-9 、計(jì)算過(guò)過(guò)程

36、截面Mp01/Iy/IMp0/IIMp0y/IMp0(11+y)/I0096.00000 0.00000 0001-114.00118 96.00000 16.57768 -109444.117400 -18899.78814 -128333.995544 2-431.47668 96.00000 65.17765 -414221.777677 -281222.115555 -695443.993222 3-884.64113 96.00000 142.446488 -849225.556855 -1260030.23558 -2109955.80443 4-13788.83382 96.00

37、000 243.116700 -1323368.47002 -3352287.89221 -4676656.36223 5-18144.39935 96.00000 360.339400 -1741181.77331 -6538896.55220 -8280078.32551 6-21099.61108 96.00000 486.112766 -2025522.63770 -102555399.98863 -122880622.62233 7-22100.79995 96.00000 611.777111 -2122236.75220 -135225033.15517 -156447399.9

38、0037 8-19344.99969 96.00000 713.000166 -1857759.69992 -137996555.86619 -156554155.56611 -104443600.85507 -490229255.61167 -594772866.46674 4.3.55.3載載位移單位彈彈性抗力力及相應(yīng)應(yīng)的摩擦擦力引起起的位移移A.各接縫縫處的抗抗力強(qiáng)度度抗力上零點(diǎn)點(diǎn)假定在在接縫3，3=45.07885=b；最大抗力值值假定在在接縫5，5=75.13008=h；最大抗力值值以上各截面面抗力強(qiáng)強(qiáng)度按下下式計(jì)算算： 查表22-3，算算得：=0 =00.57781=最大抗力值值以

39、上各各截面抗抗力強(qiáng)度度按下式式計(jì)算：式中：所考察察截面外外緣點(diǎn)到到h點(diǎn)的垂垂直距離離；墻腳外外緣點(diǎn)到到h點(diǎn)的垂垂直距離離。由圖2-55中量得得：=1.31104mm，=2.6844m， =3.6673mm 則：按比例將所所求得的的抗力繪繪于圖22-5上上B.各楔塊塊上抗力力集中力力Ri按下式近似似計(jì)算：式中：楔塊i外緣長(zhǎng)度度，可通通過(guò)量取取夾角，用用弧長(zhǎng)公公式求得得， 的方向向垂直于于襯砌外外緣，并并通過(guò)楔楔塊上抗抗力圖形形的形心心。C.抗力集集中力與與摩接力力的合力力Ri 按下式式計(jì)算：（5.622）式中：圍巖與與襯砌間間的摩擦擦系數(shù)，此此處取0.2。 則：（5.633）其作用方向向與抗力力

40、集中力力的夾角=arrctaan=111.30099。由于于摩擦阻阻力的方方向與襯襯砌位移移的方向向相反，其其方向向向上。畫畫圖時(shí)，也也可取切切向：徑徑向1：5的比例例求出合合力的方方向。 的作用用點(diǎn)即為為與襯砌砌外緣的的交點(diǎn)。將的方向線線延長(zhǎng)，使使之交于于豎直軸軸，量取取夾角KK，將分解解為水平平與豎直直兩個(gè)分分力：（5.644）以上計(jì)算列列入表22-100。表2-100 彈性抗抗力及摩摩擦力計(jì)計(jì)算截面(n)1/2(i-11+i)S外R(n)ksinkkcoskkRH(nn)RV(nn)300000000040.57881 0.28991 1.38993 0.40995 66.59950 0

41、.91777 0.39772 0.37558 0.16227 51.00000 0.78991 1.38993 1.11779 79.74425 0.94440 0.17881 1.05553 0.19991 60.87227 0.93664 1.38993 1.32666 93.41188 0.99882 -0.05596 1.32442 -0.07791 70.46660 0.66994 1.38993 0.94883 108.111833 0.95004 -0.31110 0.90113 -0.29949 80.00000 0.23330 1.12006 0.26663 118.4404

42、00 0.87996 -0.47757 0.23442 -0.12267 D.計(jì)算單單位抗力力及其相相應(yīng)的摩摩接力在在基本結(jié)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)產(chǎn)生的內(nèi)內(nèi)力彎矩：軸力：式中：rjji力Rj至接縫縫中心點(diǎn)點(diǎn)Aj的力臂臂，由圖圖2-55量得。計(jì)算見(jiàn)表22-111及表2-12。M0計(jì)算算表 表2-111截面R4=0.40995hR5=1.11779h6=1.32666h7=0.94883h8=0.26663hM0r4i- R4rr4i(h)r5i-R5r55i(h)r6i- R6rr6i(h)r7i-R7r77i(h)r8i- R8rr8i(h)40.46886 -0.19919 -0.19919 51.789

43、90 -0.73326 0.63334 -0.70081 -1.44407 63.05881 -1.25523 1.95223 -2.18825 0.75221 -0.99977 -4.43325 74.18776 -1.71149 3.20888 -3.58871 2.06990 -2.74447 0.78008 -0.74404 -8.78871 84.89445 -2.00044 4.12888 -4.61156 3.16111 -4.19935 1.98884 -1.88856 0.94882 -0.25525 -12.995155 N0計(jì)算算表 表2-112截面()sincosRV(

44、h)sinRV(h)RH(h)cosRH(h)N0(h)460.10046 0.86669 0.49884 0.16227 0.14110 0.37558 0.18773 -0.04463 575.13308 0.96665 0.25666 0.36118 0.34996 1.43111 0.36772 -0.01176 690.15569 1.00000 -0.00027 0.28227 0.28227 2.75553 -0.00075 0.29002 7105.118311 0.96551 -0.26619 -0.01122 -0.01118 3.65666 -0.95577 0.9455

45、9 890.00000 1.00000 0.00000 -0.13389 -0.13389 3.89008 0.00000 -0.13389 E. 單位位抗力及及相應(yīng)摩摩擦力產(chǎn)產(chǎn)生的載載位移計(jì)算見(jiàn)表22-133。單位抗力及及摩擦力力產(chǎn)生的的載位移移計(jì)算表表 表2-113截面M01/Iy/I（1+y)M0/IIM0y/IM0(11+y)/I積分系數(shù)11/34-0.19919 96.00000 243.116700 3.53330 -18.442233 -46.666355 -65.008588 2 5-1.44407 96.00000 360.339400 4.75441 -138.30771

46、-519.21992 -657.52663 4 6-4.43325 96.00000 486.112766 6.06338 -425.52333 -21544.77770 -25800.30003 2 7-8.78871 96.00000 611.777111 7.37226 -843.56555 -53755.71183 -62199.28838 4 8-12.995155 96.00000 713.000166 8.42771 -12433.34457 -92344.45528 -104777.779844 1 -26699.16638 -173330.883088 -199999.999

47、466 閉合差。4.3.55.4 墻底（彈彈性地基基上的剛剛性梁）位位移計(jì)算算單位彎矩作作用下墻墻底截面面產(chǎn)生的的轉(zhuǎn)角主動(dòng)荷載作作用下墻墻底截面面產(chǎn)生的的轉(zhuǎn)角單位抗力及及相應(yīng)摩摩擦力作作用下的的轉(zhuǎn)角 4.3.66解力法法方程襯砌矢高，計(jì)算力法方方程的系系數(shù)為：以上將單位位抗力及及相應(yīng)摩摩擦力產(chǎn)產(chǎn)生的位位移乘以以，即為為被動(dòng)荷荷載的載載位移校核單位位位移值：將以上單位位抗力及及相應(yīng)摩摩擦力產(chǎn)產(chǎn)生的位位移乘以以，即為為被動(dòng)荷荷載的載載位移。解得： 解得： 式中：其中：4.3.77計(jì)算主主動(dòng)荷載載和被動(dòng)動(dòng)荷載(h=1)分別產(chǎn)產(chǎn)生的襯襯砌內(nèi)力力計(jì)算公式為為：計(jì)算過(guò)程見(jiàn)見(jiàn)表2-113和表2-114。主、

48、被動(dòng)荷荷載作用用下襯砌砌彎矩計(jì)計(jì)算表 表2-113截面Mp0X1pX2pyyMPM0(h)X1-(h)X2-y(h)M-(h)00 445.779922 0 445.779922 0 -2.44419 0 -2.44419 1-114.00118 445.779922 35.33316 367.112900 0 -2.44419 0.35441 -2.08878 2-431.47668 445.779922 138.991688 153.223922 0 -2.44419 1.39223 -1.04496 3-884.64113 445.779922 303.664855 -135.19336

49、 0 -2.44419 3.04334 0.60115 4-13788.83382 445.779922 518.228455 -414.75445 -0.19919 -2.44419 5.19447 2.56009 5-18144.39935 445.779922 768.114166 -600.45227 -1.44407 -2.44419 7.69889 3.81663 6-21099.61108 445.779922 1036.12993 -627.68223 -4.43325 -2.44419 10.38849 3.51005 7-22100.79995 445.779922 130

50、3.92550 -461.07553 -8.78871 -2.44419 13.06690 1.83999 8-19344.99969 445.779922 1519.68772 30.48895 -12.995155 -2.44419 15.23315 -0.16619 主、被動(dòng)荷荷載作用用下襯砌砌軸力計(jì)計(jì)算表 表2-114截面NP0X2pcoosNPN0(h)X2-ccos(h)N-(h)00.00000 204.661388 204.661388 0.00000 2.05008 2.05008 141.38809 197.661744 238.999833 0.00000 1.98007

51、 1.98007 2155.991322 177.110555 333.001877 0.00000 1.77551 1.77551 3317.990744 144.448544 462.339288 0.00000 1.44881 1.44881 4490.885999 101.998322 592.884311 -0.04463 1.02222 0.97559 5637.661299 52.50066 690.111955 -0.01176 0.52663 0.50887 6728.778311 -0.56603 728.222288 0.29002 -0.00056 0.28446 77

52、70.887766 -53.558922 717.228844 0.94559 -0.53371 0.40888 8761.445166 0.00000 761.445166 -0.13389 0.00000 -0.13389 4.3.88最大抗抗力值的的求解首先求出最最大抗力力方向內(nèi)內(nèi)的位移移。考慮慮到接縫縫5的徑向向位移與與水平方方向有一一定的偏偏離，因因此修正正后有：計(jì)算過(guò)程列列入表2-115，位移移值為：最大抗力值值為：最大抗力位位移修正正計(jì)算表表 2-15截面Mp/IM-/II（y5-yyi）Mp/I（y5-yi）M-/II（y5-yi）積分系數(shù)11/30427966.72232 -

53、234.42224 3.75441 1606663.336477 -880.04662 11352444.38844 -200.42668 3.58114 1262225.228499 -717.81444 42147100.96603 -100.75884 3.07552 452388.88854 -309.85005 23-129778.558488 57.74444 2.27001 -294662.663600 131.008533 44-398116.443266 245.884211 1.22111 -486220.445300 300.220155 25-576443.446044

54、 366.336666 0.00000 0.00000 0.00000 42540444.444600 -14766.42242 4.3.99計(jì)算襯襯砌總內(nèi)內(nèi)力按下式計(jì)算算襯砌總總內(nèi)力：計(jì)算過(guò)程列列入表2-116和表2-117襯砌內(nèi)力計(jì)計(jì)算表2-116截面MPMMM/IMy/I0445.779922 -405.68992 40.11100 3850.55993 0.00000 1367.112900 -346.85667 20.27723 1946.14226 336.004955 2153.223922 -174.37116 -21.113244 -20288.70093 -13777.33354 3-135.19336 99.93319 -35.226177 -33855.12248 -50233.55527 4-414.75445 425.445200 10.69975 1026.96220 2601.28334 5-6