地下工程设计原理与方法

1、课程设计地下工程设计原理与方法曲线隧道曲墙式衬砌设计姓名：杜存苍学号200902234班级：土木095班指导老师：李德武2013年9月22日兰州交通大学 # i、课程设计题目计算以下条件的曲线隧道净空加宽值，并画出双线曲墙式衬砌的内轮廓线,标注详细尺寸。设计该隧道的初期支护及二次衬砌的支护参数，并用弹性链杆法检算支护强度是否满足隧道设计规范的要求。*双线隧道；*电力牵引；*行车速度150km/h；*曲线半径2430m；*围岩级别V级；*深埋隧道。二、限界确定该隧道为新建的电力牵引双线隧道，采用隧限2B如下图：图1隧道建筑限界 三、净空加宽计算1,由于车辆通过曲线时转向架中心线沿线路运行，而车辆

2、本身不能随线路弯曲仍保持矩形形状，故其两端向曲线外侧偏移有(d)，中间向曲线内侧偏移有(d)。此外，由于曲线外夕卜内1轨超高，车体向曲线内侧倾斜，车辆限界上的控制点在水平方向上也会向内产生一个偏移距离(d)。内22,双线曲线隧道加宽值的计算：R=2340m;V=150km/hd=4050/R=4050/2340=1.731cm内id=4400/R=4400/2340=1.880cm外E=0.75V2/R=0.76*1502/2340=7.308cmd=2.7E=2.7*7.308=19.732cm内2W=d+d=1.731+19.732=21.463cm内1内2W=d=1.880cm外由于EE

3、内夕卜W=8450/R=3.611cm3W=W+W+W=21.463+1.880+3.611=26.954cm123为施工方便，实取总加宽w=30.00(cm)内测线路中线至隧道中线的距离：d=200-0.5*(W-W-W)1123=200-0.5*(21.463-1.880-3.611)=192.014cm外侧线路中线至隧道中线的距离：d=200+0.5*(W-W+W)2123=200+0.5*(21.463-1.880+3.611)=211.597cm四、衬砌内轮廓图1,计算三心圆拱圆弧半径若f=542cm,二30，a=45cm,b=509cm贝UA=f+a(1+cos)/sin当=30时

4、，A=f+0.26794a=554cm则r=0.5A+(a+b)(a+b)/A=0.5554+(509+45)(509+45)/554=5524cmR1=r-a/sin=554-90=464cm22,计算曲墙式衬砌边墙圆弧半径若h=257cm,b49cm,g=0则r=0.5(h+b)/(hsing+bcosg)=698cm11瘵图2内轮廓图五，支护参数设计1,荷载确定：宽度影响系数由于B=11.58m5m,则i=0.1w=1+i（B-5）=1+0.1*（11.58-5）=1.658有效高度h=0.45*2八（5-1）*1.658=11.938m竖直方向均布荷载q=rh=20*11.938=23

5、8.76Kpa水平方向均布荷载p=0.4*q=95.504Kpa2,材料拟定1）超前支护设计参数V级围岩自稳能力较差，围岩易坍塌，故此处拟定采用超前锚杆预支护，用以提高前方的围岩约束；采用小导管注浆，用以加固掌子面。超前锚杆设计参数主要如下：设置范围，L=a/22a/3，取L=4.5m；锚杆直径，V级围岩，取d=20mm；锚杆长度，取l=4m,其中，锚杆纵向两排之间设1.5m水平搭接段；锚杆环向间距，V级围岩，取=50cm;锚杆钻孔，取D=40mm；锚杆外插角，V级围岩，取；充填砂浆标号，米用早强砂浆，取C20；小导管注浆设计参数主要如下：导管直径，取d=45mm,热轧无缝钢管；导管长度，取1

6、二4m；造，（见下图），注浆孔取；管头图3小导管攏注浆参数，水灰比，压力P=l.OMPa，注浆量经现场测量后确定；环向设置间距，取50cm；外插角，取15；纵向水平搭接长度，取1.5m。2）初期支护设计参数类比V级围岩复合衬砌设计参数，给出本隧道初支设计参数如下：喷砼参数，采用C25喷砼，喷射厚度30cm；钢筋网参数，采用（环纵）钢筋网，网格20cm20cm，拱墙设；锚杆参数，采用锚杆，锚杆长度取L=3.5m，100cm80cm（环纵）。3二次衬砌设计参数类比V级围岩复合衬砌设计参数，给出本隧道二衬设计参数如下：拱墙参数，采用C25砼，砼厚度取40cm；仰拱参数，采用C25砼，砼厚度40cm；

7、4预留变形量取预留变形量为1Ocm。六、衬砌强度检算1计算围岩压力深埋隧道围岩压力采用普氏理论求解如下：天然拱宽度：B=Bt+Ht=4490+7700=8935.6mm岩体坚固性系数：f=0.557天然拱高度：Hk=15476.9mm竖向均布围岩压力：q=Hk=20X15.4769=309.54KPa水平均布围岩压力：e=(q+)=(309.54+X20X)X=300.81KPa4隧道衬鵬靴示意图5弹性链杆半结构示意图2,输入数值5 11,20,2.8e10,61.344,204.48,1000,1000,0.70,0,0,0丄0,0.70.79,0.81,0,1,1,1,0.7TOC o 1

8、-5 h z0.72.37,2.43,1,1,1,1,0.70.73.95,4.05,1,1,1,1,0.70.70.70.70.74.34,8.10,0,0,1,1,0.73,通过程序运行所得结果NO.X-DISPY-DISPX-SPRINGR-DISP10.000E+00-0.780E+0000.780E+0020.689E-06-0.780E+0000.780E+0030.245E-05-0.780E+0010.780E+0040.468E-05-0.780E+0010.780E+0050.687E-05-0.780E+0010.780E+0060.857E-05-0.780E+0010

9、.780E+0070.893E-05-0.780E+0010.780E+0080.789E-05-0.780E+0010.780E+000.585E-05-0.780E+000.780E+00100.310E-05-0.780E+000.780E+0011O.OOOE+OO-0.780E+000.780E+002STEPNO.X-DISPY-DISPX-SPRINGR-DISP0.000E+00-0.780E+000.780E+00100.689E-06-0.780E+000.245E-05-0.780E+000.468E-05-0.780E+000.687E-05-0.780E+000.85

10、7E-05-0.780E+000.893E-05-0.780E+000.789E-05-0.780E+000.585E-05-0.780E+000.310E-05-0.780E+000.780E+000.780E+000.780E+000.780E+000.780E+000.780E+000.780E+000.780E+000.780E+00)NIQIMINJQJMJ973.508153.5171250.713-973.508-153.517-1108.470-70.197498.328920.73270.197-498.328-435.2681123.058258.420356.785-11

11、23.058-258.42030.895838.261120.118-103.752-838.261-120.118203.4821920.2821346.672-137.744-1920.282-1346.6721498.469110.000E+00-0.780E+0010.780E+00123461259.686-53.762-1483.299-1259.68653.7621396.55871573.287-469.208-1488.352-1573.287469.2081208.1988960.211-450.322-1320.492-960.211450.322970.28592451

12、.617-786.447-913.547-2451.617786.447420.8310-531.298-352.207-283.091531.298352.20790.293七、隧道衬砌截面强度检算e二M/N=1250.713/973.508=1.28m0.2d=0.2*0.7=0.14m0KN=2.0*973.508=1947.016KN0.2d=0.2*0.7=0.14m0KN=2.0*838.26=1676.52KN*1.75*Rbd/(6e/d-1)=1.0*1.75*17800*0.7/(6*0.24/0.7T)=2062.38KN 0 满足要求e=M/N=1498.469/192

13、0.282=0.78m0.2d=0.2*0.7=0.14m0KN=2.0*1920.282=3840.56Kn0.2d=0.2*0.7=0.14m0KN=2.0*1259.686=2519.372KN0.2d=0.2*0.7=0.14mKN=2.0*1573.287=3146.57KN0.2d=0.2*0.7=0.14m丿0KN=2.0*96O.211=1920.42KN0.2d=0.2*0.7=0.14mKN=2.0*96O.211=1920.42KN0.2d=0.2*0.7=0.14mKN=2.0*531.298=1062.596KN*1.75*Rbd/(6e/d-l)=1.0*1.75*17800*1.0*0.7/(6*O.53/O.7-1)=2112.73KN满足要求总结：经检验以上设计合理，满足强度要求和施工要求。八，结束语在最后时候，我谢谢对我关心的老师，及帮助我的同学，我也从中学到了很多东西，这些东西不是我们呢在课堂上所学到的，我也认为通过做课程设计，我对隧道更加有了清楚的认识，我也对以后从事隧道等地下工程也有总体的认识