公路隧道结构设计与计算

1、地下建筑风水电工程本科课程设计题目：公路隧道结构设计与计算目录第一章 课程设计任务书 -1第二章 拟定隧道的断面尺寸 -3第一节隧道的建筑限界 -3第二节隧道的衬砌断面 -4第三章 隧道的衬砌结构计算 -5第一节基本资料 -5第二节荷载确定 -5第三节衬砌几何要素 -5第四节计算衬砌总内力 -6第四章衬砌截面强度验算 -7第一章课程设计任务书一、 目的和要求1课程设计是地下建筑风水电工程课程教学的重要实践性环节，是使学生熟练掌握隧道设计计算原理和计算方法的重要内容，为进一步的毕业论文和以后的工作打下坚实的基础。要求每个学生高度重视，必须认真按时完成。二、 课程设计题目及资料1、 课程设计题目：

2、公路隧道结构设计与计算3某隧道通过级围岩， 埋深 H=20m，隧道围岩天然容重 =25KN/m，计算摩擦角 =50 , 采用钻爆法施工。要求按高速公路设计速度60km/h 或 80km/h 或 100km/h 考虑公路隧道建筑限界的横断面：1)按公路隧道要求对隧道衬砌进行结构设计（拟定结构尺寸）；2) 按规范确定该隧道的竖向均布压力和侧向分布压力；3) 计算衬砌结构的内力（画出弯矩图和轴力图）；4) 对衬砌结构进行配筋验算。2、 参考资料：（ 1） 中华人民共和国行业标准公路隧道设计规范JTG D70-2004, 人民交通出版社，2004 年 9 月；（ 2） 中华人民共和国行业标准公路钢筋混

3、凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62-2004, 人民交通出版社，2004 年；（ 3） 夏永旭 编著隧道结构力学计算 ，人民交通出版社， 2004 年；（ 4） 本课程教材地下建筑风水电工程 ，人民交通出版社；（ 5） 有关隧道设计图纸；三、 课程设计做法指导1、 根据题目要求，按照隧道设计章节的做法拟定隧道结构的截面尺寸，包括轮廓线半径和厚度等；2、 按照比例（例如1：100）绘制横断面图；3、 按照 04 年发布的公路隧道设计规范JTG D70-2004 确定隧道围岩竖向压力和水平压力；4、 隧道结构内力计算（可按参考资料（3）中的计算步骤进行） ，要求写出计算过程，并画出弯矩图和

4、轴力图；5、 每位学生提交的课程设计成果（计算书）：2（ 1） 按比例绘制的隧道结构设计图纸一张；（ 2） 按上述要求进行的计算过程和计算结果。11.xls附：计算表。第二章 拟定隧道的断面尺寸第一节隧道的建筑限界以 80km/h 考虑公路隧道建筑限界的横断面。根据公路隧道设计规范(JTG D-2004)有关条文规定，隧道的建筑限界高度H 取 5m，行车道宽度取3.75*2m ，左侧向宽度L L 取0.5m，右侧向宽度 LR 取 0.75m，检修道宽度 J 取 0.75m，检修道高度 d 取 0.5m ，建筑限界顶角宽度 EL 取 0.5m ， ER 取 0.75m,如图 1 所示。3图1 隧

5、道建筑限界图（单位：CM）第二节隧道的衬砌断面根据公路隧道设计规范(JTG D-2004) 有关条文规定，拟定隧道的衬砌，衬砌材料为C20 混凝土，弹性模量360cm，如图所示。Eh=2.8*10 7kPa，重度 h=23kN/m ，衬砌厚度取4图 2-2隧道衬砌断面第三章 隧道衬砌结构计算第一节基本资料某一级公路隧道，结构断面如图2-1 所示。围岩级别为级，埋深H=20m，隧道围岩天然容重 =25kN/m3，计算摩擦角 =500，衬砌材料为C20混凝土，弹性模量Eh=2.8*10 7kPa，3h重度 =23kN/m 。第二节荷载确定1 ·围岩竖向均布压力h q=q/ =0.45 &

6、#215;2s-1 式中： s围岩级别，此处 s=4；围岩重度，此处=25kN/m3跨度影响系数，=1+i （ B-5 ），标准断面 B=12.22m所以有1.722h q=q/ =0.45 ×24-1 ×1.722 =6.199m5H p2.5hq 2.5 6.199 15.498mHH p故该隧道属于深埋隧道，围岩竖向均布压力q0.452s 10.4524 125 1.722154.98 kPa此处超挖回填层重度忽略不计。2 ·围岩水平均布压力侧向压力e ，按均布考虑是，其值为e= 0.25q=0.25154.98=38.745kPa第三节 衬砌几何要素1&#

7、183;衬砌几何尺寸内轮廓线半径r =5.43m， r=7.93m； r3 =15m;12采用等截面衬砌，衬砌厚度d=0.6m；外轮廓半径R1=r 1+d=5.43+0.60=6.03mR2=r 2+d=7.93+0.60=8.53mR3 = r3 +d=15+0.6=15.6m第四节计算衬砌总内力6第四章 衬砌截面强度验算承载能力极限状态计算。混凝土和砌体矩形截面中心及偏心受压构件，其受压承载力按照下式计算KNkR a bh式中Nk 轴向力标准值，取Nk4890KNK 安全系数，查规范可取：K=2Ra 混凝土衬砌轴心抗压强度标准值17MPa轴向力偏心影响系数0.374因为M1001040.2

8、045e0.2045e489104h0.34N0.6H9.62516.04则查公路隧道规范可知弯曲纵向系数取0.72h0.67带入相关数值（b1d0.6 ）可得KN k =9780000Rabh0.72 0.374 17 1061 0.62746656可见等式左边大于等式右边，因此轴力最大处底部不能通过检算。由上述内力计算，取M1 106 N m ， N4890kN 进行内力计算，衬砌管片同时受到较大的正弯矩与负弯矩，采用对称配筋。简化模型为 b=1000mm，h=600mm，保护层厚度取 40mm.确定钢筋和混凝土的材料强度和几何参数C25混凝土， fc11.9kN / mm2 ；级钢筋， f yf y300N / mm2 ；HRB335b1000mm，asas40mmh600mm， h0 60040560mm ；HRB335级钢筋， C25混凝土， 10.8b0.550 。判断大、小偏心受压N489010 30.7338b 0.550 为 小 偏 心 受fc bho111.9 10005601压，则：xho0.7338260410.928mm0.55ho308mm求 As 及 As根据 eoM0.2045m204.5mm，Neah60