小林子冲1号隧道设计计算书.doc

小林子冲1号隧道工程设计小林子冲1号隧道工程设计摘要 本设计为“ 小林子冲1号隧道工程设计”，设计速度100km/h，按单向三车道设计，隧道全长 1015m。主要设计内容如下：隧道总体设计、隧道横断面设计、隧道洞门设计、隧道衬砌设计、隧道防排水设计、隧道通风设计、隧道施工设计、隧道照明设计（专题）。总体设计主要进行了隧道平面设计和隧道纵断面设计。隧道横断面设计进行了建筑限界和衬砌内轮廓的拟定。隧道洞门选择端墙式洞门与削竹式洞门，通风方式采用射流式通风。衬砌采用复合式衬砌，初期支护采用锚杆、喷射混凝土和钢筋网等，二次衬砌采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土，运用软件同济曙光对二次衬砌进行验算。隧道采用新奥法施工，III、IV级围岩采用上下短台阶法施工， V级围岩采用上下预留核心土短台阶法及单侧壁导坑法施工。关键词：洞门设计；衬砌设计；同济曙光；施工设计SMALL LIN ZI CHONG NO.1 TUNNEL DESIGNABSTRACTThe design for the small lin zi chong no.1 tunnel design, the design speed of 100km / h, according to one-way three lanes design, tunnel line length of 1015m. The main design content are as follows: the overall design of the tunnel, the tunnel cross-sectional design, the tunnel portal design, design of the tunnel lining, tunnel waterproof and drainage design, tunnel ventilating and lighting design, tunnel construction design,tunnel lighting design (topics ). The overall design of the tunnel mainly for graphic design and design of the tunnel longitudinal section. Tunnel cross section design of the building and the inner lining bounding contour drawn. Select the side wall tunnel portal Portal and cut bamboo tunnel portal, ventilation use jet ventilation. Lining use composite lining, initial support use bolt, sprayed concrete and steel nets, secondary lining concrete building use mold or mold built of reinforced concrete, the use of the GeoFBA software using direct method for the secondary lining were just checking. Tunnel use NATM, level III、IV Grade rock upper and lower short step method of construction, V Grade Rock Reservation Core Soil short upper and lower stairs law and unilateral Heading Method.Key words: The Portal design; Design for concrete lining; GeoFBA; Construction Design目录1.概况11.1 地理位置11.2 地形地貌11.3 隧道地质31.4 气象与水文41.5 主要技术指标41.6 设计依据52.总体设计52.1 隧道建筑界限52.2 内轮廓设计63 隧道洞门设计73.1 洞门设计原则83.2 洞门位置选择83.3 洞门确定83.3.1 洞门设计参数93.4 进口洞门验算103.4.1倾覆稳定性验算103.4.2滑动稳定性验算113.4.3基底应力及力偏心距验算113.4.4墙身截面偏心距及强度验算123.5 进口洞门成果图133.6 出口洞门受力计算143.6.1 资料准备143.7 右线出口洞门成果图144.隧道衬砌设计154.1 公式准备154.2 围岩压力的计算174.3衬砌内力计算234.4配筋及安全评价344.4.1 V级围岩最大正弯矩配筋及评价344.4.2 结构承受最大负弯矩的配筋计算354.4.3 IV级围岩最大正弯矩衬砌设计及验算404.4.4 IV级围岩最大负弯矩时衬砌安全性评价424.4.5 级围岩最大正弯矩衬砌设计及验算475.隧道防排水与路面设计535.1 隧道内防排水535.1.1 隧道内防水535.1.2 隧道内排水545.2 隧道衬砌防排水545.3 洞口与明洞防排水565.3.1 洞口防排水565.3.2 明洞防排水565.4 隧道路基路面设计576. 隧道通风及消防设计586.1 通风设计586.1.1 通风方式的确定586.1.2 隧道需风量计算586.1.3射流风机纵向通风设计计算616.2 消防设计646.2.1 消防报警设施646.2.2 消防设计647.隧道施工设计657.1 辅助施工设计657.1.1 洞口段地表加固657.1.2 管棚设计667.2 施工方案设计697.2.1 III、IV级围岩地段697.2.2 V级围岩地段708.隧道施工监测728.1监控量测目的和意义728.2 监控量测内容728.3 量测点布置739. 隧道照明设计专题759.1 照明设计759.1.1 各区段照明设计759.1.2 灯具选择与布置789.1.3 照明控制809.1.4 照明布置成果图80参考文献81致谢821.概况1.1 地理位置拟建小林子冲1号隧道位于锦屏县北西侧，三穗端进口洞门位于兴隆村西侧，距机耕路约800m，黎平端出口洞门位于坪岩村东南侧约2km，距机耕路约700m，交通条件较差。1.2 地形地貌隧道区属构造剥蚀低山丘陵地貌，山体形态不规则，其山脉走向大致呈南北向，洞身穿越山体，山坡植被茂密，沟谷发育，走向以北西向为主，地形切割强烈，呈“V”字型沟谷，起伏变化较大，隧道轴线通过地段地面标高420581m。地形坡度3060。山坡植被发育，主要为杉木、松木及灌木丛，基岩零星出露。隧道三穗端洞口段处于北西向冲沟处斜坡上部，山坡坡角3540，左线隧道轴线与地形等高线夹角约70，偏压不明显；右线隧道轴线与地形等高线夹角约75，偏压不明显。隧道黎平端洞口段处于南北向冲沟斜坡上部，山坡坡角约3040，左线隧道轴线与地形等高线夹角约60，其中B1zK73+050-B1zK73+120轴线与地形等高线近平行，岩层产状11038，地形地质偏压很明显；右线隧道轴线与地形等高线夹角约55，偏压不明显。冲沟内主要为水稻田，雨季有暂时性水流，水体宽0.20.5m，水深0.10.3m，流量一般约10m3/d，雨后水量明显增大。左线隧道洞身穿过的冲沟有：B1zK72+200-230，B1zK72+310-340，B1zK72+700-740，B1zK72+950-970，B1zK73+040-080段，右线隧道洞身穿过的冲沟为B1yK72+190-220，B1yK72+300-330，B1yK72+400-430，B1yK73+070-100段；冲沟多为北西走向，与路线夹角约50，洞顶上覆围岩厚度3070m，冲沟内均无地表水流分布。根据1：20万会同幅、黎平幅区域地质图，结合本次地质调查，场地区位于新华夏系第三隆起带的南段，属于华夏系构造体系，构造线呈北东-南西向，主要由一系列北50-60走向的北东向褶皱轴线、压性及压扭性断裂组成，组成本构造的主体地层为元古界板溪群，元古界以后，本构造区内，主要表现为长期的隆起。场地区构造特征如下： 隧道区位于平秋溪口背斜的南东翼以及偶里(茅地)向斜的北西翼，平秋溪口背斜位于平秋、地良、兴隆一带，轴向北50东，背斜核部与路线交于K68+600附近，距隧址约4km；偶里(茅地)向斜位于锦屏县潘寨一带，轴向北50东，向斜核部与路线交于K78+000附近，距隧址约5km。根据外业地质调查和物探成果，隧道区K72+140-K72+850段主要为凝灰质板岩，岩层产状12038，K72+850-K73+185段主要为粉砂质板岩，次级小向斜轴线走向北东，核部与路线相交于K73+000附近，次级小背斜轴线走向北东，核部与路线相交于K73+100附近。隧址处无区域性断裂构造通过，物探测得K72+280、K72+850、K73+100附近有小断裂构造破碎带通过。隧道区未见活动性断裂构造。隧道三穗端岩层产状12038，节理2组产状：23671，节理发育程度3-5条/m，15388，节理发育程度1-2条/m，节理面较平直、较光滑，有褐黄色铁锰质浸染，以第一组最发育，多呈微张开-闭合状。图1 三穗端结构面赤平投影图隧道洞身岩层产状12439，节理3组产状：26665，节理发育程度4-6条/m，18257，节理发育程度4条/m，7086，节理发育程度5条/m，节理面较平直、较光滑，有褐黄色、褐黑色铁锰质充填，以第2组最发育，呈微张开-闭合状。图2 隧道洞身结构面赤平投影图隧道黎平端岩层产状11038，节理3组产状：27668，节理发育程度2-3条/m，33575，节理发育程度3-4条/m，19681，节理发育程度4-6条/m，节理面局部呈弧形、较光滑，有褐黄色铁锰质浸染，以第3组最发育，呈微张开-闭合状。图3 黎平端结构面赤平投影图从隧道区结构面赤平投影图可看出，三穗端第一组节理，洞身部位第一、三组节理，黎平端第一组节理，其走向与隧道洞轴线近平行或小角度相交，对隧道开挖稳定有不利影响。1.3 隧道地质 根据本次外业钻探和工程地质调查资料，隧道区出露的主要地层为第四系全新统种植土，更新统粉质黏土、碎石及板溪群上亚群拉揽组二段粉砂质板岩、凝灰质板岩及压碎岩等。表1 隧道围岩分级长度统计表项目隧道全长1015m分布里程(m)长度(m)占总长比例B1zK72+160-B1zK72+280B1zK72+820-B1zK73+17547546.8%B1zK72+280-B1zK72+370B1zK72+680-B1zK72+82023022.7%B1zK72+370-B1zK72+68031030.5%1.4 气象与水文本路段位于锦屏县境内，属中亚热带湿润季风气候区，冬无严寒，夏无酷热。年均气温16.4，年降水量在1326毫米之间，年日照数为1086.3小时，无霜期322天。4月至8月为雨季，降雨量占全年降雨量的60-65%，9月至次年3月为旱季，以12月至次年2月雨量最少，占全年降雨量的10%左右。本项目区所经河流属于长江流域，线路跨越的主要河流有清水江及其支流小江、亮江河等。冲沟及溪流分布广泛，属雨源型溪流，动态变化与区内全年降水量分配基本吻合，雨季河流、溪沟水量大，枯季水位剧降，流量甚微。1.5 主要技术指标（1） 公路等级：高速公路 单向三车道（2） 设计行车速度：100km/h（3） 隧道净宽：14.25m（4） 隧道净高：5m（5） 设计荷载：高速公路1.6 设计依据 公路隧道设计规范JTG D70-2004公路隧道设计细则 JTGTD70-2010公路隧道通风照明设计规范JTJ 026.1-1999公路工程技术标准JTG B01-2003公路隧道施工技术规范JTJ F60-2009公路隧道施工技术细则JTGTF60-2009公路工程抗震设计规范JTJ 004-89锚杆喷射混凝土支护技术规范GB50026-2001地下工程防水技术规范GB50108-2001工程建设标准强制性条文JTJ 026.1-1999爆破安全规程 GB6722-2003 2.总体设计2.1 隧道建筑界限 （1）隧道净空是指隧道衬砌内轮廓线所包围的空间，包括隧道建筑限界、通风、照明及其他所需面积。“隧道建筑限界”是为了保证隧道内各种交通正常运行与安全，而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间范围。隧道的内轮廓必须符合隧道建筑限界，结构的任何部位都不应侵入限界以内。（2）隧道净空除包括建筑限界以外，还包括通风管道、照明设施、防灾设备、监控设备、运行管理等附属设备所需要的足够空间，以及富余量和施工允许误差等，使确定的断面形式及尺寸，达到安全、经济、合理。 (3) 隧道断面形状和尺寸应根据围岩压力求得最安全、经济的设计值。图2.1 建筑界限图表21 建筑界限参数设计车速km/h(m）(m）(m）(m）(m）(m）(m）(m）100511.250.510.750.40.50.5本设计为高速公路隧道设计速度为100km/h， 由于为单向三车道高速公路所以限界高度为5m，车道宽为11.25m，车道左右侧均设置0.75m的检修道，左右侧向宽分别为0.5m和1m，检修道高度为40cm，隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡；当隧道为双向交通时，可取双面坡，所以地面设为单面坡坡率为2%。 2.2 内轮廓设计根据隧道建筑限界，利用三心圆法得到隧道断面内轮廓图，如图2.2所示：图2.2 隧道断面内轮廓隧道内轮廓采用三心圆，图中以检修道对称线和隧道中线的交点为圆心，隧道内轮廓面积为81.8784m，周长为32.96m。各圆弧半径如下R1=540.2cm，R2=911cm，R3=100cm，R4=1676.9cm。隧道净高H=906.2cm，隧道净宽B=1462cm。拱部起始弧与终止弧以为圆心，夹角角度为164，左右边墙以隧道中线对称，相应起始弧与终止弧分别以为圆心，夹角角度为19。两侧过渡圆弧分别以为圆心，起始弧与终止弧夹角角度为63。仰拱圆弧以为圆心，起始弧与终止弧夹角角度为32。3 隧道洞门设计洞门是隧道的咽喉，其附近的岩土体一般都比较破碎和松散，易于失稳，产生滑坡和塌落现象。为了保护岩土体的稳定性和使车辆不受崩塌等威胁。确保汽车安全，应该根据实际情况，选择恰当合理的洞门形式。洞门可以拦截、汇集地表水，并沿排水渠道排离洞口进入道路两侧的排水沟，防止地表水沿洞口漫流。洞口上方的女儿墙应该有一定高度。洞门上方岩土体若有可能滑落或者崩塌时，一般才用接长明洞，尽量减少对边仰坡的扰动，使洞门墙离开仰坡底部一段距离，确保落石不会滚落到行车道上。一般应依据具体工点的地形、地质、水文等条件，结合工程施工安全、环境保护要求、洞口相关工程加以全面研究，综合比较其经济、技术上的合理性和安全性。同时注意在城镇附近或与公路交叉的地段应与周围景观和交叉方式相协调。3.1 洞门设计原则 根据隧道进出口地形和工程地质条件，结合开挖边仰坡的稳定性及洞口排水需要，选用经济、美观并有利于视线诱导的洞门形式；在考虑尽量少刷坡和隧道“早进洞、晚出洞”的原则确定洞门位置。3.2 洞门位置选择 一般情况下将洞口浅埋段划分为洞口段，洞口位置应依据地形、地质、水文条件，结合环境保护要求、洞口相关工程及施工条件、运营要求，通过经济、技术比较确定。 （1）洞口仰边坡必须保证稳定，有条件适应贴壁进洞；条件限制时也尽量避免大挖大刷边坡。 （2） 隧道进出口线路中线应力求与地形等高线相垂直，以避免产生偏压，同时减 少工程量，有利于施工。当斜交角较大时，且岩层整体性较好、无不良地质现象时，可采用斜交进洞，松散地层中不宜采用斜交洞口。 （3）洞口位置应设于山坡稳定、地质条件较好处。 （4) 洞口标高应在洪水位安全线以上，以防水倒灌到隧道中去，在河谷线中尤其如此。 综合以上原则，小林子冲1号隧道三穗端洞门选择桩号为 B1zK72+160，黎平端洞门选择桩号为 B1zK73+175。3.3 洞门确定为保证营运安全，并与环境协调，根据隧道进出口地形和工程地质条件，结合开挖边仰坡的稳定性和路堑支挡及排水条件，进口设置端墙式洞门，出口设置削竹式洞门并修饰周围景观使洞门与之协调，洞门与隧道轴线正交，洞门结构应该满足抗震要求。进口洞门附近为级围岩，地质条件较差，设计采用端墙式洞门，定为仰斜式墙身，坡度为1:0.1。根据规范上的要求，应尽量避免较大的开挖，所以采取贴壁修建洞门，且边坡坡度为1:1.25，洞门与衬砌接触点上部采取回填修建排水沟，并留出足够的距离，以满足规范上对洞门与仰坡坡脚的距离尺寸规定根据设计规范及隧道洞口的地质、地形情况。3.3.1 洞门设计参数洞门尺寸设计如下：洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离 1+0.5=1.5m。洞门端墙与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度取 1.2m。洞门墙顶高出仰坡坡脚高度取 1+0.5=1.5m。洞门墙厚度由工程类比法取1.8m，基底埋置石质地基的深度为1.0m。图3.1 计算样图(1)各项物理学指标由设计参数和计算得下列数据：根据规范可知，对于级围岩，仰坡坡率为 1:1.25，洞门倾角为1:0.1，则可以通过上表可得：计算摩擦角设计为= 45，重度设计为 =18kN/m3 ，基底摩擦系数设计为 f=0.4，基底控制压力取，则，。墙背摩擦角最危险破裂面与垂直面之间的夹角为： （3-1）将数据代入公式可得所以主动压力系数为：； （3-2）所以主动压力为：； （3-3）； （3-4）； （3-5）洞门墙采用浆砌块石回填墙身，容重根据规范查得，所以墙身自重 3.4 进口洞门验算3.4.1倾覆稳定性验算根据公路隧道设计细则JTG D70-2010里面提供的检算公式： ； （3-6） ； （3-7） ； （3-8）式中：-倾覆稳定系数； -全部垂直力对墙趾O点的稳定力矩； -全部水平力对墙趾O点的稳定力矩；将数据代入得：对墙趾力臂；对墙趾力臂；对墙趾力臂； ； 所以 故抗倾覆稳定性满足要求 3.4.2滑动稳定性验算根据土力学里面提供的验算公式： （3-9）式中：-滑动稳定系数； -作用于基底上的垂直力只和； -墙后主动土压力之和，取代入数据得： 故抗滑动稳定性满足要求3.4.3基底应力及力偏心距验算 （1）基底偏心距验算设作用于基底的合力法向分力为N，其对墙趾的力臂为ZN，合力偏心矩为e,则： ； （3-10）代入数据得：；，由于为岩质地基所以满足基底合力偏心距的验算（2）基底应力验算 （3-11）代入数据得： 满足基底应力偏心距的验算3.4.4墙身截面偏心距及强度验算（1）墙身截面偏心距验算 （3-12）式中：-计算截面以上各力对截面形心力矩的代数之和，； -作用于截面以上垂直力之和；代入数据得：；满足墙身截面偏心距的验算（2）墙身截面强度验算 （3-13）代入数据得： 因为产生负值所以应力重分布： （3-14）式中：-为墙体长，此处取单位长度 所以代入数据得：所以、均远小于混凝土容许拉应力、容许压应力最小值，满足要求。综上，洞门设计参数满足要求。3.5 进口洞门成果图图3.5.1 隧道洞门正视图 图3.5.2 隧道洞门俯视图图3.5.3 隧道洞门侧视图3.6 出口洞门受力计算3.6.1 资料准备由于出口段采用的是削竹式洞门，受力及验算部分重点为明洞衬砌的衬砌强度验算，出口明洞段与暗洞段相接段为级围岩段，所以明洞衬砌采用级围岩浅埋段衬砌加厚处理，原级围岩段总衬砌厚度为80cm（二衬厚度55cm，初衬25cm），明洞衬砌为65cm。明洞长度约为22.6m。3.7 右线出口洞门成果图图3.7.1 隧道洞门正视图图3.7.2 隧道洞门俯视图图3.7.3 隧道洞门侧视图4.隧道衬砌设计 公路隧道作为道路工程永久性构筑物，其建成后需要能适应长期营运。为了承受围岩压力、地下水压力和支护结构自身重力，阻止围岩向隧道内变形及为避免隧道围岩日久风化和水的侵蚀，产生松弛、掉块、坍塌甚至围岩失稳，危及行车安全。隧道需要作衬砌。隧道支护衬砌形式主要有：喷锚衬砌、整体式衬砌、复合式衬砌。根据规范规定本隧道属于高速公路隧道，其应采用复合式衬砌，并采用受力更合理、稳定性较好曲墙式衬砌形式。复合式衬砌具有较高的结构承载能力、耐久性和防水性能，是由内外两层衬砌组合而成，第一层称为初期支护，第二层为二次衬砌，初期支护与二次衬砌之间夹防水层。初期支护采用喷锚支护，即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式单独或组合使用，锚杆支护宜采用全长粘结锚杆。二次衬砌采用模筑混凝土衬砌，衬砌截面宜采用连接圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。其优点是能充分发挥喷锚支护快速、及时、与围岩密贴的特点，充分发挥围岩的自承能力，使二次衬砌所受的力减到最小。本隧道复合式衬砌的设计，采用目前国内比较广泛的设计方法：以工程类比为主，理论验算为辅。先根据隧道使用要求、围岩级别、工程地质和水文地质条件、隧道埋置深度、结构受力特点，并结合工程施工条件、环境条件初步确定衬砌尺寸，然后通过验算最终确定最终衬砌形式及尺寸。4.1 公式准备 （1）计算各级围岩坍塌高度的经验公式 （4-1） S-围岩级别 B-隧道宽度（m） i-当B5m取0.1 （2）隧道深埋和浅埋的分界，按荷载等效高度，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。按荷载等效高度的判断公式为 （4-2） 式中：-浅埋隧道分界深度（m）； -荷载等效高度（m），按下式计算： （4-3） -用式（3-1）算出的深埋隧道垂直均布压力（）； -围岩重度（）。 在新奥法施工条件下，级围岩取 2.5 （4-4） （3）当隧道埋深（H)小于或等于等效荷载高度时，荷载视为均布压力，按下式计算: （4-5）H-隧道埋深（m),指坑底至地面的距离。侧向压力按均布考虑时其值为： （4-6） -侧向均布压力（）；-隧道高度（m）； -围岩计算摩擦角 （4）当隧道埋深（H)大于等效荷载高度而小于等于分界深度时为便于计算，假定围岩中形成的破裂面是一条与水平成角的斜直线，EFGH岩土体下沉，带动量两测三棱土体（FDB和ECA）下沉，整个土体ABCD下沉时，又要受到为扰动岩土的阻力；斜线AC或BD是假定的破裂面，分析时考虑内聚力C，并采用了计算摩擦角；另一滑面FH或EG则并非破裂面，因此，滑面阻力要小于破裂面的阻力，若该滑面的摩擦角为，则值应小于值。测压系数； （4-7） ； （4-8） ； （4-9） ； （4-10） 式中：-隧道宽度 -作用在支护结构上的均布荷载（）； 作用在支护结构两侧的水平侧压力为，当压力视为均布压力时 （4-11） ( 5）当隧道埋深（H)大于分界深度时，即为深埋。荷载视为均布压力，按下式计算: （4-12）式中：h-塌落拱高度表4-1水平压力计算表如下围岩级别、水平均布压力e00.15q(0.10.3)q(0.30.5)q(0.51.0)q4.2 围岩压力的计算 （1）对于III级围岩 当，为超浅埋隧道，荷载视为均布垂直压力，按下式计算： =26.23.627=95.0274 KN/m2 式中 垂直均布压力（KN/m2）； 隧道上覆围岩重度（KN/m3） 隧道埋深（m），指隧道顶至地面的距离 侧压力e =(H +)tan(45-) = =30.48 式中：e:侧向均布压力（） H:隧道高度（7.5m） :围岩计算磨擦角=55 当 3.627m h 7.254m为浅埋 此时=55 =0.8 = 440 (为破裂面与水平面角） = (: 侧压力系数) =0.14 a. 当H=H=7.362时 = q:作用在支护结构上的均布荷载 B:隧道宽度 水平侧压力： = =27.99 = =55.50b . 当H为H=3.627m时 = =9.62 = =13.30 = =40.81当 H7.362m时为深埋隧道 此时 （h为塌落拱高度） = =95.03水平均布压力0.15qe0.3q 取e=0.2q =0.295.03 =19.006（2）对于级围岩 当时，为超浅埋隧道，荷载视为均布垂直压力，按下式计算： =147.24KN/m2式中 垂直均布压力（KN/m2）； 隧道上覆围岩重度（KN/m3） 隧道埋深（m），指隧道顶至地面的距离。侧压力 = =64.65式中： 侧向均布压力（） 隧道高度（7.2m） 围岩计算磨擦角 =43当 7.362m h 18.405 m 是为浅埋此时=43 =0.8 = 34.40 = (为破裂面与水平面的夹角) =3.58= (: 侧压力系数)=0.29 1、当H=H=14.94m 时 = =237.02 作用在支护结构上的均布荷载 B 隧道宽度水平侧压力： =83.664 =128.4122、当H为H=7.362m时 = =132.24 =42.70 = =84.45963、当 H14.94m时为深埋隧道此时 （为塌落拱高度） =147.24水平均布压力0.15q0.3q 可取=0.2q =0.2147.24 =29.448(3) 对级围岩 当H14.94m时为超浅埋隧道 =19.314.94=288.342 )tan(45-)= =163.96式中 取31当 14.94H18.405 为浅埋隧道=0.4=2.75=0.36 1、当H=H=18.405m = =256.3水平侧压力： =103.80 = =153.832、 当H为H=14.94m时 = =264.40 =103.80 = =153.834.3衬砌内力计算隧道支护结构在承受围岩所施加的主动压力作用时将发生弹性变形,由于隧道支护结构周围有围岩存在,因此,它的这种弹性变形将受到围岩的约束作用,这种约束作用称为弹性力,它的大小与地层性质和隧道支护结构性质有关. 该原理的基本假定:隧道支护结构是放置在弹性地基上的梁,梁在地层压力作用下将产生向地基方向的变形,地基将给梁以反作用力(即弹性抗力),弹性抗力的大小和分布形式可根据不同的假定来得到,在本设计中,我们采用局部变形理论(即温克尔假定):认为地基可以看成由无限多个各自孤立的弹簧构成,梁放在弹簧上,地基的沉降即相当弹簧压缩,弹簧常数即相当于弹性压缩系数,通过这一假定后,可以计算出结构的内力,并进行截面设计. 本设计的结构计算采用同济曙光公路隧道设计与分析软件行分析计算： 注意：为了使模型地计算结果尽可能的与实际情况的结果相近，用杆单元模拟围岩抗力时要注意杆单元是只能受压，是不能受拉的；因此，在模型建立和计算时要把受拉的杆单元全部去掉，最后的结果是杆单元是全受压的。同时要尽可能使模型的约束情况与结构的实际情况相近，通过多次优化使得计算结果与结构实际受力相近。 采用同济曙光公路隧道设计与分析软件进行分析结果图主要有：弯矩图、轴力图、剪力图。进洞口，级围岩：深埋; 隧道衬砌材料如下混凝土标号弹性模量E(kN/m2，Mpa)惯性模量I(m4/m)截面积A(m2/m)25号28500000.0000.0180.600图4.3.1 剪力分析图图4.3.2 轴力分析图图4.3.3 弯矩分析图表4-3-1 内力及位移结点编号X坐标Y坐标轴力(kN)剪力(kN)弯矩(kN/m)位移(m)1 52.2978479.57705126.628-84.0210.001899-0.000486251.8521489.2451622220.72810.011-98.8180.001645351.4265838.8878242263.947-14.156-104.3810.001467451.0226018.5062542305.823-45.894-96.5150.001351550.641580 8.1017542239.752-71.886-71.0120.001276650.2848207.6757032178.86-82.642-31.0660.001227749.9535387.2295532124.139-80.30614.8580.001197849.6488626.7648282076.511-64.80559.4840.001195949.371833 6.2831102028.674-76.25795.4960.001241049.0784205.6490431985.884-96.539148.7740.0014141148.862212 4.9841201960.194-69.018216.2730.0017811248.7263894.2982481963.82123.579264.530.0023891348.6728693.6011082014.26200.514248.0440.0032581448.702406 2.9025412134.102474.869107.8460.004341548.8145852.2124082348.378840.133-224.1780.0054831649.0078211.5404492678.0271250.999-811.5920.0063681749.2793870.8961512981.6931344.697-1686.280.0064881849.3307880.8035683167.1061106.017-1828.6760.0064061949.3917660.7175343329.472854.531-1945.3080.0063042049.4614650.6384003471.353578.254-2035.420.0061872149.5391090.5670463589.379278.097-2096.3980.0060662249.6238360.5042643680.143-44.641-2125.7230.0059532349.7147030.4507543740.24-388.236-2121.0160.0058662449.8106990.4071103766.31-750.516-2080.0760.0058232549.9107580.3738183653.639-828.9-2000.9320.0058442651.685446-0.0505393549.55-603.856-488.4230.0144827 53.484967-0.3553363478.941-367.253613.7050.0300452855.300877-0.5387653443.298-123.2391283.9970.0425232957.125000-0.6000003443.299123.261508.9270.0471883058.949123-0.5387653478.943367.2731283.960.0425233160.765033-0.3553363549.553603.876613.6310.0300453262.564554-0.0505393653.788828.28-488.5330.0144813364.3395830.3742533764.111761.531-2000.2680.0058453464.4393010.4071103740.44388.21-2080.2230.0058233564.5352970.4507543680.33244.582-2121.160.0058663664.6261640.5042643589.551-278.185-2125.8620.0059533764.7108910.5670463471.505-578.366-2096.5260.0060663864.7885350.6384003329.602-854.662-2035.5370.0061873964.858234 0.7175343167.211-1106.161-1945.4110.0063044064.9192120.8035682987.63-1332.314-1828.7640.0064064164.9707910.8955452677.475-1252.886-1688.2690.00648842 65.