星嶺隧道結構計算書

（塔子山至金科太陽海岸段）岸線生態(tài)綜合修復工程（一期：AK0-025～AK3+635）施工圖設計星嶺隧道結構計算書目錄TOC\o"1-4"\h\z\u101721工程概況 2283582設計范圍 2295743設計依據(jù) 2304273.1文件依據(jù) 267953.2規(guī)范依據(jù) 4161604設計原則及標準 562424.1設計原則 555764.2設計標準 6101195設計計算參數(shù) 792566初次襯砌分析（地層結構法） 8270316.1隧道Ⅳa型襯砌初期支護及施工階段驗算 9134446.2隧道Ⅳb、Ⅳc型襯砌初期支護及施工階段驗算 14231646.3小結 1928287二襯斷面分析（荷載結構法） 19117527.1小凈距隧道深埋與淺埋的分界 1950837.2小凈距隧道圍巖荷載計算 20291467.3隧道結構承擔圍巖壓力的比例 27302147.4斷面計算 289108隧道計算結論及建議 3217118.1結論 33320338.2建議 33111959隧道出口擋墻計算 33工程概況項目位于重慶市江北區(qū)，起于現(xiàn)狀北濱二路終點，自西向東延伸，沿江布設，經(jīng)過塔子山公園、金科廊橋水岸、大佛寺長江大橋、A34地塊、寸灘港、寸灘老街、寸灘長江大橋、沿江碼頭、嘉溢華地塊、黃桷沱長江大橋、港城C區(qū)、沿江油庫、唐家沱污水處理廠，終點止于唐桂新城金科太陽海岸附近。建設內(nèi)容包括兩部分：第一卷消落帶治理，第二卷北濱路東延伸段。根據(jù)業(yè)主的建設安排，本項目分期實施，本次設計范圍為一期（起點至寸灘港隧道結束）。北濱路東延伸段（一期），道路等級為城市主干路，雙向六車道，標準路幅寬度30.5m，設計速度為40km/h，樁號范圍為AK0-025~AK3+635，總長約3660m，包含三座橋梁、三座隧道以及郵輪母港西側的左輔道（長約311m）與右輔道（長約269m）。工程內(nèi)容含道路工程、交通工程、橋梁工程、隧道工程、巖土工程、結構工程、管網(wǎng)工程、電氣工程、景觀工程、水利工程、智能化及其他附屬工程等。設計范圍本冊為星嶺隧道段的計算，包括各個斷面的初支、二襯計算的分析等內(nèi)容。設計依據(jù)文件依據(jù)1：500地形管線圖長江北岸（塔子山至金科太陽海岸段）岸線生態(tài)綜合修復工程道路截污干管影響安全評估（重慶縱橫工程設計有限公司2022.04）長江北岸（塔子山至金科太陽海岸段）岸線生態(tài)綜合修復工程道路對大佛寺長江大橋安全影響評估（廈門市市政工程設計院有限公司2022.04）長江水利委員會關于長江北岸(塔子山至金科太陽海岸段)岸線生態(tài)綜合修復工北濱路東延伸項目洪水影響評價的行政許可決定（長許可決[2022]84號2022.05）重慶市北區(qū)規(guī)劃和自然資源局關于長江北岸(塔子山至金科太陽海岸段)岸線生態(tài)綜合修復工程專題研究會議紀要（2022.04）重慶市規(guī)劃和自然資源局、關于江北區(qū)長江北岸(塔子山至金科太陽海岸段)生態(tài)綜合修復工程的研究意見（2022.06）長江北岸(塔子山至金科太陽海岸段)岸線生態(tài)綜合修復工程北濱路東延伸段(一期期:AK0-025～AK3+635)高邊坡方案設計安全專項論證專家意見（2022.08）長江北岸(塔子山至金科太陽海岸段)岸線生態(tài)綜合修復工程北濱路東延伸段(一期期:AK0-025～AK3+635)人工挖孔灌注樁可行性論證報告專家評審意見（2022.08）長江北岸（塔子山至金科太陽海岸段）岸線生態(tài)綜合修復工程（配套市政道路）工程地質(zhì)勘察報告（重慶市勘測院2022.07）江北區(qū)水上消防站竣工圖魯能星城地塊建筑資料（2022.06）游輪母港道路設計資料（林同棪國際2022.05）沿線權屬情況（2022.02）溉北路北段(二期)施工圖成果（林同棪國際2018.12）重慶市江北區(qū)城市地下綜合管廊規(guī)劃（定稿）三峽庫區(qū)重慶市江北區(qū)寸灘雙溪河消落區(qū)岸線環(huán)境綜合整治工程規(guī)劃方案報告（2016.05）主城區(qū)長江各斷面設計頻率水位文物情況（保利觀瀾段到唐家沱）《重慶市人民政府辦公廳關于印發(fā)主城區(qū)集中式飲水源保護區(qū)劃定方案的通知》（渝辦（2011）92號）重慶市江北區(qū)土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）及總體規(guī)劃圖重慶市主城區(qū)“兩江四岸”公共空間建設設計導則（重慶市住房和城鄉(xiāng)建設委員會、重慶市設計院2020.04）重慶市主城區(qū)“兩江四岸”治理提升統(tǒng)籌規(guī)劃方案（2018.04）其他專業(yè)提資業(yè)主提供其他資料規(guī)范依據(jù)1、建設部2013年4月頒發(fā)的《市政公用工程設計文件編制深度規(guī)定》2、《工程建設標準強制性條文》（城鎮(zhèn)建設部分）（2013版）3、《巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規(guī)范》（GB50086-2015）4、《地下工程防水技術規(guī)范》（GB50108-2008）5、《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010）2015年版6、《城市地下工程地下工程建設風險管理規(guī)范》（GB50652-2011）7、《建筑設計防火規(guī)范》（GB50016-2014）2018年版8、《混凝土結構防火涂料》（GB28375-2012）9、《建筑材料及制品燃燒性能分級》（GB8624-2012）10、《飾面型防火涂料》（GB12441-2018）11、《城市道路工程設計規(guī)范》（CJJ37-2012）12、《城市地下道路工程設計規(guī)范》（CJJ221-2015）13、《城市道路交通規(guī)劃及路線設計規(guī)范》（DBJ50-064-2007）14、《公路工程技術標準》（JTGB01-2014）15、《公路隧道設計規(guī)范第一冊土建工程》(JTG33701-2018)16、《公路涵洞設計規(guī)范》（JTG/T3365-02-2020）17、《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTGD50—2017）18、《公路隧道抗震設計規(guī)范》（JTG2232-2019）19、《公路隧道照明設計細則》（TG/TD70/2-01—2014）20、《公路隧道通風設計細則》（JTG/TD70/2-02-2014）21、《公路隧道施工技術規(guī)范》（JTG/T3660-2020）22、《公路隧道交通工程設計規(guī)范》(JTG/TD71-2004）23、《公路工程混凝土結構耐久性設計規(guī)范》(JTG/T3310-2019）24、《公路隧道養(yǎng)護技術規(guī)范》（JTGH12-2015）25、《鐵路隧道超前地質(zhì)預報技術規(guī)程》（Q/CR9217-2015）26、《鐵路隧道工程風險管理技術規(guī)范》（Q/CR9247-2016）27、《地下工程地質(zhì)環(huán)境保護技術規(guī)范》（DBJ50/T-189-2014）28、《城市快速路設計規(guī)程》（CJJ129-2009）29、《重慶市市政公用工程初步設計文件編制技術規(guī)定》（2017年版）30、其他有關國標與行業(yè)標準、規(guī)范及委托書、協(xié)議、合同、函件、會議、會談紀要等。31、本項目設計文件中主要采用國家及建設部標準，同時參考地方標準。設計原則及標準設計原則在遵守現(xiàn)行國家規(guī)范的同時，結合本項目實際情況進行綜合考慮，強化隧道設計充分體現(xiàn)工程建設方面“節(jié)能、高效”的指導思想，并符合“安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟合理、與環(huán)境協(xié)調(diào)”的要求。（1）隧道接線應與城市路網(wǎng)合理銜接，與區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃規(guī)劃相結合。（2）處理好與地面交通、城市歷史風貌、城市空間環(huán)境的關系。（3）隧道平面、縱斷面和橫斷面應進行綜合設計，保證視距安全，確保行車安全與舒適。（4）隧道暗挖結構按新奧法原理進行設計。（5）隧道排水應與地面排水系統(tǒng)綜合設計。（6）隧道設計應開展景觀設計，洞口以及洞內(nèi)裝飾等美化設計應與周圍城市環(huán)境相協(xié)調(diào)。（7）隧道設計應根據(jù)結構與通風、供電、照明、監(jiān)控、防災等設施之間的協(xié)調(diào)進行綜合設計。（8）隧道設計應符合國家環(huán)保政策、法規(guī)，注重環(huán)境保護和資源節(jié)約，應在滿足安全、經(jīng)濟、可靠的原則下，體現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，宜選用高效、低能耗的設備系統(tǒng)，對通風、照明等能耗較大的設備應采取全面的節(jié)能設計。（9）隧道設計應根據(jù)工程地質(zhì)與周邊環(huán)境，從技術、經(jīng)濟、工期、環(huán)境影響等方面綜合比較，選擇合理的結構形式和施工方法。（10）隧道設計應根據(jù)規(guī)劃預留必要的實施條件。設計標準道路等級：城市主干路；設計速度：40km/h；車道數(shù)：雙向六車道；建筑限界：凈寬12.75m，凈高5.0m；隧道結構設計使用年限：100年；設計洪水頻率：1/100；設計洪水位191.43m；路面設計荷載：BZZ-100；地震設防標準：地震基本烈度為Ⅵ度，按Ⅶ度構造設防；承重結構耐火極限：≥2.0h（采用RABT標準升溫測試曲線）；隧道內(nèi)衛(wèi)生標準：1）一氧化碳（CO）允許濃度正常營運時為100ppm；交通阻滯時，短時間（20min）以內(nèi)，為150ppm；2）煙塵允許濃度：正常營運時為0.0075m-1。設計計算參數(shù)根據(jù)地勘資料，場地出露地層為第四系堆積層Q4ml和Q4el+dl（人工填土、殘坡積層、崩坡積、沖積層）和下伏侏羅系中統(tǒng)上沙溪廟組～侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組J2S。結構混凝土均采用C35，受力筋為三級鋼，結構材料力學參數(shù)如表5.1所示，根據(jù)地勘，巖土物理力學參數(shù)如表5.2所示。表5.1結構材料力學參數(shù)表項目彈性模量ES（MPa）泊松比μ抗壓強度設計值（MPa）抗壓強度設計值（MPa）容重γ（kN/m3）備注鋼筋2.0×1050.333033078.5HRB400初期支護2.8×1040.2\\22C25二次襯砌3.15×1040.216.11.5225C35表5.2巖土物理力學參數(shù)表巖石名稱素填土粉質(zhì)粘土砂質(zhì)泥巖(J2S)砂巖(J2S)裂隙面巖層層面巖土界面強風化中風化強風化中風化重度(kN/m3)天然20.0*飽和21*天然18.5*飽和19.0*24.0*天然25.7飽和26.024*天然24.9飽和25.2單軸抗壓強度標準值(MPa)自然9.436.0飽和5.826.6內(nèi)聚力C(kPa)天然5*飽和17*510180050*26*天然21*飽和3*天然14*飽和19*內(nèi)摩擦角φ(°)天然28*飽和11*3241.018*14*天然11*飽和25*飽和17*飽和10*抗拉強度(kPa)120480彈性模量(MPa)11504400變形模量(MPａ)8503600泊松比μ0.390.13地基承載力特征值(kPa)現(xiàn)場測定130*800*1250*土的水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)(MN/m4)8*14*巖石水平抗力系數(shù)(MN/m3)40*100*40*480*巖土體與錨固體極限粘結強度標準值(kPa)60*40*440*1280*土釘極限粘結強度標準值(kPa)成孔注漿土釘30*30*打入鋼管土釘35*40*彈性反力系數(shù)MPa/m）Ⅳ級圍巖250Ⅴ級圍巖（巖石）150擋墻基底摩擦系數(shù)0.30*0.25*0.40*0.40*0.35*0.65*圍巖與圬工摩擦系數(shù)0.25*0.20*0.40*0.55*極限側阻力標準值(干作業(yè)鉆孔)qsik(kPa)22*55*160*140*未來填土負摩阻力系數(shù)0.2*注：①帶“*”者根據(jù)相關規(guī)范結合重慶地區(qū)經(jīng)驗取值；括號中數(shù)據(jù)為標準值或平均值；巖土界面指填土與基巖界。初次襯砌分析（地層結構法）本項目為新建小凈距隧道工程，隧道偏壓較嚴重，需對隧道的施工各階段進行數(shù)值模擬，分析隧道施工過程的安全性。1）計算模型及支護參數(shù)本次計算力學參數(shù)根據(jù)地勘資料并結合《公路隧道設計規(guī)范》取值如下：項目容重（kN/m3）彈性模量（GPa）泊松比內(nèi)聚力（kPa）內(nèi)摩擦角（°）中風化泥巖25.71.150.3951032中風化砂巖24.94.40.13180041巖土界面2010型鋼拱架78.52100.3--二次襯砌（C35）2531.50.2--2）隧道主要施工支護參數(shù)如下：襯砌類型適用條件支護參數(shù)開挖工法及方式超前支護初期支護二次襯砌Ⅳa型襯砌Ⅳ級圍巖洞口段Φ127超前大管棚34cm厚C25噴射混凝土內(nèi)置工25a型鋼拱架@60cmC35鋼筋混凝土80cmCRD工法Ⅳb型襯砌Ⅳ級圍巖淺埋段Φ25超前錨桿34cm厚C25噴射混凝土內(nèi)置工25a型鋼拱架@80cmC35鋼筋混凝土80cmCRD工法Ⅳc型襯砌Ⅳ級圍巖深埋段Φ22超前錨桿29cm厚C25噴射混凝土內(nèi)置工22a型鋼拱架@80cmC35鋼筋混凝土70cm臺階法+臨時仰拱3）計算原則：巖土及二襯以平面應變單元模擬，初支以梁單元模擬，施工過程中的開挖及支護以單元的激活和鈍化來模擬，從而進行隧道施工穩(wěn)定性能計算分析。本次計算中初期支護簡化為僅建鋼架，不建噴射混凝土，噴射混凝土作為安全儲備。模擬施工工序：初始狀態(tài)→隧道右線開挖及初期支護（荷載釋放系數(shù)75%）→右線二次襯砌（荷載釋放系數(shù)100%）→隧道左線開挖及初期支護（荷載釋放系數(shù)75%）→左線二次襯砌（荷載釋放系數(shù)100%）。隧道Ⅳa型襯砌初期支護及施工階段驗算本工況計算斷面選取洞口段典型斷面進行計算。計算模型2）計算結果（1）右洞開挖支護Ⅳa型襯砌圍巖位移圖Ⅳa型襯砌初支最大應力（N/mm2）Ⅳa型襯砌初支最小應力（N/mm2）由上圖可知，右洞開挖支護圍巖的最大位移為4.91mm。初期支護的最大應力為89.88Mpa，最小應力為108.1Mpa，鋼拱架最大壓應力均小于215Mpa（Q235），本次建模只建立鋼架，噴射混凝土作為安全儲備，由此可知，鋼架受力均在允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。（2）右洞二襯澆筑Ⅳa型襯砌圍巖位移圖Ⅳa型襯砌初支最大應力（N/mm2）Ⅳa型襯砌初支最小應力（N/mm2）由上圖可知，右洞二襯澆筑圍巖的最大位移為6.01mm。初期支護的最大第一主應力為87.8Mpa，最大第三主應力為105.6Mpa，鋼拱架最大壓應力均小于215Mpa（Q235），本次建模只建立鋼架，噴射混凝土作為安全儲備，由此可知，鋼架受力均在允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。（3）左洞開挖支護Ⅳa型襯砌圍巖位移圖Ⅳa型襯砌初支最大應力（N/mm2）Ⅳa型襯砌初支最小應力（N/mm2）由上圖可知，左洞開挖支護圍巖的最大位移為7.49mm。初期支護的最大第一主應力為107.5Mpa，最大第三主應力為127Mpa，鋼拱架最大壓應力均小于215Mpa（Q235），本次建模只建立鋼架，噴射混凝土作為安全儲備，由此可知，鋼架受力均在允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。（4）左洞二襯澆筑Ⅳa型襯砌圍巖位移圖Ⅳa型襯砌初支最大應力（N/mm2）Ⅳa型襯砌初支最小應力（N/mm2）由上圖可知，左洞二襯澆筑圍巖的最大位移為8.85mm。初期支護的最大第一主應力為108.03Mpa，最大第三主應力為126.25Mpa，鋼拱架最大壓應力均小于215Mpa（Q235），本次建模只建立鋼架，噴射混凝土作為安全儲備，由此可知，鋼架受力均在允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。（5）塑性區(qū)塑性區(qū)圖根據(jù)隧道圍巖塑性區(qū)圖可知，隧道整個施工過程中圍巖未出現(xiàn)塑性區(qū)，隧道圍巖穩(wěn)定。隧道Ⅳb、Ⅳc型襯砌初期支護及施工階段驗算本工況計算斷面選取洞身段典型斷面進行計算。計算模型2）計算結果（1）右洞開挖支護圍巖位移圖初支最大應力（N/mm2）初支最小應力（N/mm2）由上圖可知，右洞開挖支護圍巖的最大位移為6.36mm。初期支護的最大第一主應力為123.2Mpa，最大第三主應力為168.5Mpa，鋼拱架最大壓應力均小于215Mpa（Q235），本次建模只建立鋼架，噴射混凝土作為安全儲備，由此可知，鋼架受力均在允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。（2）右洞二襯澆筑圍巖位移圖初支第一主應力（N/mm2）初支第三主應力（N/mm2）由上圖可知，右洞二襯澆筑圍巖的最大位移為7.74mm。初期支護的最大第一主應力為120.4Mpa，最大第三主應力為162.4Mpa，鋼拱架最大壓應力均小于215Mpa（Q235），本次建模只建立鋼架，噴射混凝土作為安全儲備，由此可知，鋼架受力均在允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。（3）左洞開挖支護圍巖位移圖初支第一主應力（N/mm2）初支第三主應力（N/mm2）由上圖可知，左洞開挖支護圍巖的最大位移為9.57mm。初期支護的最大第一主應力為118.31Mpa，最大第三主應力為169.71Mpa，鋼拱架最大壓應力均小于215Mpa（Q235），本次建模只建立鋼架，噴射混凝土作為安全儲備，由此可知，鋼架受力均在允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。（4）左洞二襯澆筑圍巖位移圖初支第一主應力（N/mm2）初支第三主應力（N/mm2）由上圖可知，左洞二襯澆筑圍巖的最大位移為11.23mm。初期支護的最大第一主應力為121.9Mpa，最大第三主應力為215.88Mpa，鋼拱架最大壓應力與鋼材強度設計值215Mpa（Q235），基本相當，本次建模只建立鋼架，噴射混凝土作為安全儲備，由此可知，鋼架受力均在允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。（5）塑性區(qū)塑性區(qū)圖根據(jù)隧道圍巖塑性區(qū)圖可知，隧道施工過程中拱腳處圍巖出現(xiàn)應力重載情況，圍巖未出現(xiàn)塑性區(qū)及破壞情況，隧道圍巖穩(wěn)定。隧道下穿建筑段施工對建筑的影響性分析（地層-結構法）本工況計算斷面選取洞身下穿建筑段典型斷面進行計算。計算模型2）計算結果（1）右洞開挖支護圍巖豎向位移圖樁基豎向位移圖建筑水平位移圖由上圖可知，右洞開挖支護圍巖的最大位移為6.41mm。建筑基礎樁基的最大沉降為1.52mm,最小沉降為0.41mm，總體不均勻沉降為3.32x10-5,小于規(guī)范要求的0.006。建筑的最大水平位移為1.98mm,最小水平位移為0.49mm，建筑的最大傾斜度為2.71x10-5,小于規(guī)范要求的0.005。（2）右洞二襯澆筑圍巖豎向位移圖樁基豎向位移圖建筑水平位移圖由上圖可知，右洞二襯澆筑圍巖的最大位移為7.75mm。建筑基礎樁基的最大沉降為1.81mm,最小沉降為0.43mm，總體不均勻沉降為4.12x10-5,小于規(guī)范要求的0.006。建筑的最大水平位移為2.41mm,最小水平位移為0.6mm，建筑的最大傾斜度為3.29x10-5,小于規(guī)范要求的0.005。（3）左洞開挖支護圍巖豎向位移圖樁基豎向位移圖建筑水平位移圖由上圖可知，左洞開挖支護圍巖的最大位移為12.18mm。建筑基礎樁基的最大沉降為6.34mm,最小沉降為2.2mm，總體不均勻沉降為1.24x10-4,小于規(guī)范要求的0.006。建筑的最大水平位移為7.44mm,最小水平位移為1.47mm，建筑的最大傾斜度為1.1x10-4,小于規(guī)范要求的0.005。（4）左洞二襯澆筑圍巖豎向位移圖樁基豎向位移圖建筑水平位移圖由上圖可知，左洞二襯澆筑圍巖的最大位移為14.35mm。建筑基礎樁基的最大沉降為7.24mm,最小沉降為2.45mm，總體不均勻沉降為1.43x10-4,小于規(guī)范要求的0.006。建筑的最大水平位移為8.6mm,最小水平位移為1.69mm，建筑的最大傾斜度為1.26x10-4,小于規(guī)范要求的0.005。綜上，經(jīng)計算模擬，隧道開挖對建筑造成的影響較小，建筑的不均勻沉降及傾斜率均在規(guī)范規(guī)定范圍之內(nèi)，安全可控。小結同上計算方法，經(jīng)驗算，各斷面滿足受力要求，此初支設置安全可靠。二襯斷面分析（荷載結構法）小凈距隧道深埋與淺埋的分界根據(jù)荷載等效高度值，并結合地質(zhì)條件、施工方法等因素綜合判定。荷載等效高度值的計算公式如下：式中：QUOTE—小凈距隧道深淺埋深洞分界深度（m）；QUOTE—深埋小凈距隧道拱部內(nèi)側圍巖垂直壓力的荷載等效高度（m）；QUOTE—深埋小凈距隧道基本圍巖垂直壓力的荷載等效高度（m）；QUOTE—深埋小凈距隧道內(nèi)側附加圍巖垂直壓力的荷載等效高度（m）；取小凈距單洞結構計算的塌落拱曲線，是最理想的情形，塌落拱的高度為：小凈距隧道垂直圍巖壓力按以下公式計算：QUOTE 當QUOTE時，QUOTE；當QUOTE時，QUOTE。經(jīng)計算：Ⅳa、Ⅳb、Ⅳc加強型襯砌：hq=12.14m，Hp=30.35m。埋深H≤時視為超淺埋，≤H≤的為一般淺埋，H≥為深埋。根據(jù)計算結果，Ⅳc型襯砌屬于深埋、Ⅳb屬于一般淺埋、Ⅳa襯砌屬于超淺埋隧道。小凈距隧道圍巖荷載計算圍巖壓力的計算應綜合考慮隧道所處地形條件、地質(zhì)條件、隧道跨度、結構形式、埋置深度、隧道間距以及開挖方法等因素。現(xiàn)根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范第一冊土建工程》(JTG3370.1-2018)和《公路隧道設計細則》（JTG-T/D70-2012）的有關規(guī)定進行圍巖荷載的計算。1、隧道圍巖荷載計算方法的判定：根據(jù)計算結果：Ⅳc型襯砌的埋深大于Hp，故Ⅳc型襯砌隧道的垂直壓力及側向圍巖壓力按深埋小凈距隧道進行計算；Ⅳb型襯砌的埋深大于hq，小于Hp，故Ⅳb型襯砌隧道的垂直壓力及側向圍巖壓力按偏壓小凈距隧道進行計算；Ⅳa型襯砌的埋深小于hq，故Ⅳa型襯砌隧道的垂直壓力及側向圍巖壓力按單洞淺埋偏壓隧道進行計算。2、隧道圍巖荷載計算：1）Ⅳc型襯砌（深埋小凈距隧道）荷載的計算方法如下：2）Ⅳb型襯砌（偏壓小凈距隧道）荷載的計算方法如下：3）Ⅳa型襯砌（淺埋偏壓隧道）荷載的計算方法如下：經(jīng)計算，Ⅳa、Ⅳb、Ⅳc型襯砌的荷載如下表：Ⅳa、Ⅳb、Ⅳc型襯砌隧圍巖荷載襯砌類型垂直壓力（kpa）側向壓力（kpa）順層偏壓（kpa）內(nèi)側外側內(nèi)側上內(nèi)側下外側上外側下順層側Ⅳa543.2287.5797.03144.4534.8267220Ⅳb524.26292.06140.5920675.3130.03-Ⅳc312184.763160.7318.3748.08-隧道結構承擔圍巖壓力的比例該段隧道主要穿越中風化砂泥巖及砂巖地層，隧道圍巖具有一定的穩(wěn)定性。根據(jù)《公路隧道設計細則》（JTG-T/D70-2012）10.3.3，隧道的二襯承擔的圍巖荷載按70%進行考慮。初支及二襯承擔荷載匯總如下：襯砌隧圍巖荷載襯砌類型支護結構及荷載分擔比例垂直壓力（kpa）側向壓力（kpa）順層偏壓（kpa）內(nèi)側外側內(nèi)側上內(nèi)側下外側上外側下順層側Ⅳa二次襯砌（70%）380.24201.29967.921101.11524.37446.9154Ⅳb二次襯砌（70%）366.982204.44298.413144.252.7191.021-Ⅳc二次襯砌（70%）218.4129.33221.742.51112.85933.656-此僅進行普通A斷面及加強A斷面的計算，深埋A斷面根據(jù)普通A斷面及加強A斷面的計算結果類比配筋。斷面計算1、計算荷載及參數(shù)隧道承擔的荷載詳見7.3章節(jié)。根據(jù)地勘報告，該隧道的圍巖等級主要為Ⅲ、Ⅳ級圍巖，參照《公路隧道設計規(guī)范》，在進行二次襯砌計算時，圍巖的彈性抗力系數(shù)取250MPa/m2。2、校核方法根據(jù)內(nèi)力分析結果，隧道結構為偏心受壓構件。按綜合安全系數(shù)法：KNe≤Rwbx×(h0-x/2)+Rg×Ag'×(h0-a')先求受壓區(qū)高度：解方程Rg×(Age±Ag'e')=Rwbx×(e－h(huán)0＋x/2)，得：x判斷偏心受壓類型，求η=當x>0.55h0按小偏心受壓構件計算：KNe≤0.5bh02+Rg'×Ag'×(h0-a')當x≤0.55h0按大偏心受壓構件計算：KNe'≤Rwbx×(h0-x/2)+Rg×Ag'×(h0-a')7.4.1Ⅳa型襯砌1、計算模型模型圖2、計算結果彎矩圖軸力圖3、校核結果襯砌類型項目Mj（KN·m）Nj（KN）安全系數(shù)計算裂縫（mm）實際配筋Ⅳa型襯砌拱頂852.351644.913.590.191內(nèi)外側各8根C28@125拱肩8772660.844.27-拱墻598.982843.15.2-拱腳814.752630.694.59-經(jīng)計算，Ⅳa型襯砌的安全系數(shù)及裂縫均滿足規(guī)范要求。7.4.2Ⅳb型襯砌1、計算模型模型圖2、計算結果彎矩圖軸力圖3、校核結果襯砌類型項目Mj（KN·m）Nj（KN）安全系數(shù)計算裂縫（mm）實際配筋Ⅳb型襯砌拱頂778.831700.544.370.165內(nèi)外側各8根C28@125拱肩806.722584.654.8-拱墻589.492808.845.44-拱腳749.952622.535.1-經(jīng)計算，Ⅳb型襯砌的安全系數(shù)及裂縫均滿足規(guī)范要求。7.4.3Ⅳc型襯砌1、計算模型模型圖2、計算結果彎矩圖軸力圖3、校核結果襯砌類型項目Mj（KN·m）Nj（KN）安全系數(shù)計算裂縫（mm）實際配筋Ⅳc型襯砌拱頂460.141025.44.390.149內(nèi)外側各8根C25@125拱肩467.691682.936.02-拱墻357.961797.096.95-拱腳432.411692.216.54-經(jīng)計算，Ⅳc型襯砌的安全系數(shù)及裂縫均滿足規(guī)范要求。隧道計算結論及建議結論本次對星嶺隧道（包含Ⅳa、Ⅳb、Ⅳc型襯砌）采取數(shù)值模擬進行計算，分析了隨著隧道開挖，各施工步序下圍巖位移、初支應力的變化情況，并分析了二次襯砌的安全系數(shù)及裂縫，得到以下結論：1.通過對各開挖步序的模擬，得出圍巖位移、鋼架應力均在容許范圍內(nèi)；2.通過對二次襯砌的模擬，本次的設計參數(shù)能滿足結構運營期間的安全要求，本次設計能指導施工。建議1、由于該隧道圍巖的地層結構存在順層，因而在施工過程中，應判斷實際地質(zhì)情況與地勘資料是否相符，如有不符，應及時通知參建各方；2、隧道施工過程中，應嚴格執(zhí)行管超前、短開挖、嚴注漿、強支護、早封閉、勤量測的方針；3、當采用CRD工法進行開挖時，隨著開挖的進行，豎向臨時支護承受的應力、應變較大。在施工過程中，應加大對豎向臨時支護及隧道位移的監(jiān)測頻率；4、在初期支護施作過程中，在拱腳及初支與臨時支護連接部位易造成應力集中，因而在進行該部分施作時，應保證其連接鋼板及鎖腳錨桿的施工精度。同時，在設計圖中對該部分采用噴射混凝土對拱腳進行加強，施工時應嚴格按照施工圖進行施作，同時初期支護封閉成環(huán)后應及時澆筑仰拱；5、隧道開挖過程中，應嚴格控制開挖進尺，初期支護及時封閉成環(huán)；6、隧道施工過程中，應加強超前地質(zhì)預報及監(jiān)控量測，以便進行動態(tài)設計、施工。隧道出口擋墻計算本剖面計算為地勘剖面2s18-18'，擋墻計算臨空高度約13.7m，上部邊坡按順層角度放坡，樁間距3.5m計算，樁截面為2*3.0m，計算過程如下：樁、板計算條件1.總控制信息路基型式路塹地區(qū)類型一般地區(qū)支護類型樁＋板結構重要性系數(shù)1.10抗震設計烈度(度)配筋計算水平地震系數(shù)Kh水上地震角(度)水下地震角(度)重要性修正系數(shù)Ci綜合影響系數(shù)Cz2.坡線、土層和水位1)坡線信息坡線數(shù)4坡線水平投影豎向投影坡線長坡線仰角荷載數(shù)序號長(m)長(m)(m)(°)15.0703.8206.34836.996025.0702.5135.65926.3660310.1402.35710.41013.086042.7181.1952.96923.7330坡線上無荷載2)土層信息樁前地面橫坡無橫坡樁前地面橫坡角(度)0.000樁后橫坡角(度)0.000結構與土摩擦角(度)12.500嵌固段以上土層數(shù):1序號地層地層重度浮重度粘聚力內(nèi)摩擦綜合內(nèi)摩土摩阻計算m,c,K承載KHηR類型厚(m)(kN/m3)(kN/m3)(kPa)角(°)擦角(°)力(kPa)方法力(kPa)(MPa)1巖層50.00025.7000.00055.000500.000K法450.0004313.0000.5000.30010.000嵌固段土層數(shù):1序號地層地層重度浮重度粘聚力內(nèi)摩擦綜合內(nèi)摩土摩阻計算m,c,K承載KHηR類型厚(m)(kN/m3)(kN/m3)(kPa)角(°)擦角(°)力(kPa)方法力(kPa)(MPa)1巖層50.00025.7000.00055.000500.000K法450.0004313.0000.5000.30010.0003)水位信息非浸水地區(qū)，無水位信息3.計算模型1)樁前覆土模型：彈簧模型橫向地基承載力計算鐵路規(guī)范4.滑坡推力相關信息1)滑坡推力信息滑坡推力分布類型矩形計算目標按指定滑面計算推力計算模型R/K模型安全系數(shù)K1.350是否考慮動水壓力和浮托力ㄨ是否考慮坡面外的靜水壓力ㄨ是否考慮承壓水的浮托力ㄨ樁前剩余抗滑力水平分力(kN/m)0.0001)滑面信息123.00017.33228.79937.00026.00014.0005.樁信息1)樁基本信息樁前地面以上長度(m)13.700嵌固點深度(m)0.000懸臂長度(m)13.700嵌固長度(m)9.000截面形狀矩形樁寬b(m)2.000樁高h(m)3.000樁中心距(m)3.500T型翼緣ㄨ樁底支承條件自由坡線數(shù)42)樁配筋信息樁作用綜合分項系數(shù)1.40樁混凝土強度等級C40樁縱筋合力點到外皮距離(mm)80樁容重(kN/m3)25.00樁縱筋級別HRB400樁箍筋級別HRB4006.板信息1)板尺寸信息樁間板類型直板樁間板的種類數(shù)1板的搭接長度(m)1.000板類型號板厚(mm)板寬(m)板塊數(shù)13501.000142)板配筋信息板作用綜合分項系數(shù)1.400混凝土強度等級C40鋼筋合力點到邊緣距離(mm)35板縱筋級別HRB400板選筋鋼筋直徑167.結構上自定義荷載以及荷載組合1)樁頂自定義荷載樁頂自定義荷載數(shù)：02)樁荷載組合[滑坡推力(一般)組合]荷載號荷載名稱是否參與調(diào)整系數(shù)1樁自重√1.0002樁頂恒載√1.0003樁頂活載√1.0004樁后滑坡推力√1.000[庫侖土壓力(一般)組合]荷載號荷載名稱是否參與調(diào)整系數(shù)1樁自重√1.0002樁頂恒載√1.0003樁頂活載√1.0004樁后主動土壓力√1.0002)板荷載組合[滑坡推力(一般)組合]荷載號荷載名稱是否參與調(diào)整系數(shù)1板后滑坡推力√1.000[庫侖土壓力(一般)組合]荷載號荷載名稱是否參與調(diào)整系數(shù)1板后主動土壓力√1.000抗滑動樁驗算計算項目：抗滑樁綜合分析1原始條件:鋼筋混凝土配筋計算依據(jù):《混凝土結構設計規(guī)范GB50010-2010》=====================================================================第1種情況:滑坡推力(一般情況)(一)樁身內(nèi)力計算1.當前計算工況的開挖深度：13.700剩余下滑力=2395.118(kN) 剩余下滑力角度=37.000°剩余下滑力水平分力=1912.828(kN) 剩余下滑力豎直分力=1441.416(kN)分布范圍為樁頂以下(0～13.700m)范圍第1嵌固段地層計算方法:K法 背側——為擋土側；面?zhèn)取獮榉菗跬羵取１硞茸畲髲澗?49818.543(kN-m)距離樁頂15.100(m)面?zhèn)茸畲髲澗?0.000(kN-m)距離樁頂0.000(m)最大剪力=9874.580(kN)距離樁頂18.500(m)最大位移=-57(mm)點號距頂距離彎矩剪力位移土反力(m)(kN-m)(kN)(mm)(kPa)1-0.000-0.000-0.000-56.860.00020.2019.918-98.454-56.070.00030.40339.671-196.909-55.280.00040.60489.260-295.363-54.500.00050.806158.685-393.818-53.710.00061.007247.946-492.272-52.920.00071.209357.042-590.726-52.140.00081.410485.974-689.181-51.350.00091.612634.741-787.635-50.560.000101.813803.344-886.090-49.780.000112.015991.783-984.544-48.990.000122.2161200.058-1082.998-48.210.000132.4181428.168-1181.453-47.420.000142.6191676.114-1279.907-46.640.000152.8211943.895-1378.362-45.850.000163.0222231.512-1476.816-45.070.000173.2242538.965-1575.270-44.280.000183.4252866.254-1673.725-43.500.000193.6263213.378-1772.179-42.720.000203.8283580.338-1870.634-41.940.000214.0293967.133-1969.088-41.160.000224.2314373.764-2067.542-40.380.000234.4324800.231-2165.997-39.600.000244.6345246.534-2264.451-38.830.000254.8355712.671-2362.906-38.050.000265.0376198.646-2461.360-37.280.000275.2386704.455-2559.814-36.510.000285.4407230.101-2658.269-35.740.000295.6417775.581-2756.723-34.970.000305.8438340.897-2855.178-34.200.000316.0448926.050-2953.632-33.440.000326.2469531.038-3052.087-32.680.000336.44710155.861-3150.541-31.920.000346.64910800.520-3248.995-31.170.000356.85011465.015-3347.450-30.410.000367.05112149.345-3445.904-29.670.000377.25312853.512-3544.359-28.920.000387.45413577.513-3642.813-28.180.000397.65614321.352-3741.267-27.440.000407.85715085.023-3839.722-26.710.000418.05915868.533-3938.176-25.980.000428.26016671.877-4036.631-25.250.000438.46217495.057-4135.085-24.530.000448.66318338.072-4233.539-23.810.000458.86519200.926-4331.994-23.100.000469.06620083.613-4430.448-22.400.000479.26820986.135-4528.902-21.690.000489.46921908.492-4627.357-21.000.000499.67122850.686-4725.811-20.310.000509.87223812.719-4824.266-19.630.0005110.07424794.582-4922.720-18.950.0005210.27525796.283-5021.174-18.290.0005310.47626817.818-5119.629-17.620.0005410.67827859.195-5218.083-16.970.0005510.87928920.402-5316.538-16.320.0005611.08130001.445-5414.992-15.690.0005711.28231102.322-5513.446-15.060.0005811.48432223.037-5611.901-14.440.0005911.68533363.590-5710.355-13.820.0006011.88734523.977-5808.810-13.220.0006112.08835704.199-5907.264-12.630.0006212.29036904.254-6005.718-12.040.0006312.49138124.152-6104.173-11.470.0006412.69339363.879-6202.627-10.910.0006512.89440623.445-6301.082-10.360.0006613.09641902.844-6399.536-9.820.0006713.29743202.078-6497.990-9.290.0006813.49944521.484-6589.061-8.770.0006913.70045857.250-6104.991-8.27-0.0007013.90046962.723-5079.851-7.78-1500.0007114.10047888.691-4179.851-7.30-1500.0007214.30048634.664-3279.849-6.84-1500.0007314.50049200.637-2379.849-6.39-1500.0007414.70049586.605-1479.850-5.95-1500.0007514.90049792.574-579.850-5.53-1500.0007615.10049818.543320.151-5.12-1500.0007715.30049664.5161220.152-4.73-1500.0007815.50049330.4842120.151-4.35-1500.0007915.70048816.4533020.150-3.98-1500.0008015.90048122.4263920.150-3.63-1500.0008116.10047248.3914813.650-3.29-1478.3338216.30046196.9695656.328-2.96-1330.5968316.50044985.8636412.069-2.64-1188.5408416.70043632.1297084.238-2.34-1052.0188516.90042152.1727676.102-2.05-920.8658617.10040561.6918190.829-1.77-794.8968717.30038875.8448631.473-1.50-673.9198817.50037109.1059000.967-1.24-557.7238917.70035275.4419302.111-0.99-446.0949017.90033388.2669537.582-0.75-338.8069118.10031460.4129709.911-0.52-235.6259218.30029504.2859821.494-0.30-136.3169318.50027531.8189874.580-0.09-40.6399418.70025554.4579871.2770.1151.6509518.90023583.3139813.5440.31140.7949619.10021629.0439703.1950.50227.0359719.30019702.0209541.9000.69310.6149819.50017812.2879331.1880.87391.7669919.70015969.5489072.4391.05470.72610019.90014183.3138766.9061.22547.71810120.10012462.7898415.7011.38622.96410220.30010817.0218019.8091.55696.67510320.5009254.8687580.0911.71769.05210420.7007784.9877097.2891.87840.28910520.9006415.9556572.0332.02910.56510621.1005156.1776004.8492.18980.04910721.3004014.0065396.1642.331048.89710821.5002997.7134746.3212.481117.24710921.7002115.4804055.5792.631185.22711021.9001375.4823324.1292.781252.94211122.100785.8312552.1002.931320.48611222.300354.6381739.5743.081387.92911322.50090.001886.5993.231455.32511422.700-0.000225.0013.381500.000樁底豎向合力=4846.42(kN)，樁底面積A=6.000(m2)樁底所在土層承載力=4313.00(kPa)故樁的豎向地基承載力滿足。(二)樁身配筋計算點號距頂距離面?zhèn)葟澗乇硞葟澗丶袅γ鎮(zhèn)瓤v筋背側縱筋箍筋(m)(kN.m)(kN.m)(kN)(mm2)(mm2)(mm2//m)1-0.000.000.000.0001282512825228020.200.0013.88-98.4541282512825228030.400.0055.54-196.9091282512825228040.600.00124.96-295.3631282512825228050.810.00222.16-393.8181282512825228061.010.00347.12-492.2721282512825228071.210.00499.86-590.7261282512825228081.410.00680.36-689.1811282512825228091.610.00888.64-787.63512825128252280101.810.001124.68-886.09012825128252280112.010.001388.50-984.54412825128252280122.220.001680.08-1082.99812825128252280132.420.001999.43-1181.45312825128252280142.620.002346.56-1279.90712825128252280152.820.002721.45-1378.36212825128252280163.020.003124.12-1476.81612825128252280173.220.003554.55-1575.27012825128252280183.420.004012.76-1673.72512825128252280193.630.004498.73-1772.17912825128252280203.830.005012.47-1870.63412825128252280214.030.005553.99-1969.08812825128252280224.230.006123.27-2067.54212825128252280234.430.006720.32-2165.99712825128252280244.630.007345.15-2264.45112825128252280254.840.007997.74-2362.90612825128252280265.040.008678.10-2461.36012825128252280275.240.009386.24-2559.81412825128252280285.440.0010122.14-2658.26912825128252280295.640.0010885.81-2756.72312825128252280305.840.0011677.26-2855.17812825128252280316.040.0012496.47-2953.63212825134092280326.250.0013343.45-3052.08712825143002280336.450.0014218.21-3150.54112825152242280346.650.0015120.73-3248.99512825161802280356.850.0016051.02-3347.45012825171682280367.05