隧道工程的课程设计

1、石家庄铁道大学20XX-20XX学年201X级隧道工程课程设计专 业：土木工程学院方 向：地下工程班 级：姓 名：学 号：任课老师：201X年12月30日1工程概况1.1隧道概况中苛隧道进口里程DK135+080,出口里程DK135+580,全长500m。隧道位于R=7000的曲线上，隧道内坡度为4%。下坡隧道所处地形为圆形沙丘，丘顶局部石灰岩裸露，大部被土覆盖，植被较发育， 山丘山坡较平缓，四周较平坦，地表多辟为耕地。1.2工程地质及水文地质（一）工程地质表覆第四系上更新统坡洪积新黄土及第四系中更新统坡洪积，下伏奥陶系中统 上马家沟三段组，石灰岩、白云岩、白云质灰岩。新黄土：黄褐色，硬塑坚硬

2、，含少量姜石，具大孔隙，垂直节理发育，厚5.0-20.0m。老黄土：棕红色、硬塑坚硬，含大量姜石，厚大于40m。石灰岩、白云岩、白云质灰岩：深灰色，灰色，薄层厚层状，弱风化-微风化， 节理发育，块状砌体结构，具弱溶蚀现象。（二）水文地质条件：隧道处地下水类型主要为第四系孔隙潜水，主要受大气降水补给，地下水较发 育，隧道内含少量地下水，雨季水量丰富，渗透系数K=1.6m/d。2隧道深浅埋判定及围岩压力的计算2.1深浅埋隧道的判定原则深、浅埋隧道分界深度至少应大于坍方的平均高度且有一定余量。根据经验，这个深度通常为22.5倍的坍方平均高度值，即：H 二（2 2.5）h式中，h 深浅埋隧道分界的深度

3、;勺七等效荷载高度值系数22.5在松软的围岩中取高限，在较坚硬围岩中取低限。当隧道覆盖层厚度h h时为超浅埋，h h H时为深埋。qp2.2围岩压力的计算方法（1）当隧道埋深h小于或等于等效荷载高度h（即h h时，为超浅埋隧道，围岩压力按全土柱计算。围岩垂直均布压力为:q = rh式中，r围岩容重，见表2-1；h隧道埋置深度。围岩水平均布压力。按朗金公式计算q + 2 rH | tan2 450 一表2-1围岩压力相关计算参数围岩级别容重r(kN/m3)弹性反力系数K (MPa/m)岩体两侧摩擦系角0( )计算摩擦角 0 0()IV2023200500(0.70.9 )(p 05060当隧道埋

4、深龙大于等效荷载高度hq且小于深浅埋分界深度(hqh H )时，为深埋隧道，围岩压力按自然拱内岩体重量计算：单线铁路隧道按概率极限状态设计时的垂直压力为：q = rh = 0.41x1.79$ x rq单线、双线及多线铁路隧道按破坏阶段设计时垂直压力为:q = rh = 0.45 x 2s-1 x rw式中，hq一等效荷载高度值；qs一围岩级别，如级围岩s=3；r一围岩的容重w 一宽度影响系数，其值为：w = 1 + i(B - 5)其中，B一坑道宽度；iB每增加1m时，围岩压力的增减率(以B=5m为基准)，当B5m时，取i=0.1。围岩的水平均布压力。按表2-2计算求得。表2-2围岩水平均布

5、压力围岩级别IIIIIIIVVVI水平均布压力0 H = 18.425m，一 一 P故处于W级围岩的隧道均为深埋隧道。V级围岩压力的计算根据铁路隧道设计规范推荐的方法：垂直均布松动压力：q = rh = 22 x 0.45 x 23 x1 + 0.1x (15.46 - 5)= 162.143 / m2q水平均布松动压力：e = 0.2q = 0.2 x 132.14 = 26.43kN / m 23衬砌内力计算与检算3.1 Ansys的加载求解过程在衬砌内力计算中，首先拟定衬砌结构厚度及参数值，然后再Ansys程序中 建立模型并添加约束，进行加载，最后求得各单元内力值。Ansys加载求衬砌内

6、力过程：（1）进入前处理，定义单元类型、材料属性、实常数。（2）建模：建立关键点，连接关键点生成二衬轴线（3）设置线单元属性，划分单元（4）施加水平、竖向弹簧支撑（5）施加边界条件（6）施加围岩压力，与重力加速度（7）求解（8）进入后处理，定义轴力、弯矩单元表，显示轴力、弯矩图3.2衬砌结构强度检算原理隧道衬砌为双线复合衬砌，参照铁路隧道设计规范按破损阶段法及容许 应力法检算隧道结构截面。隧道结构截面抗压强度按下式计算：KN 5 R bh式中，K一安全系数，见表3-1；aN一轴向力（MN）；Ra一混凝土或砌体的抗压极限强度（Mpa），见表3-2；甲一构件纵向弯曲系数，对于隧道衬砌，可取甲=1.

7、0b截面宽度；h一截面厚度；a一轴向力偏心影响系数，查规范可得，计算公式如下：a = 1.000+0.648（e / h）- 12.569（e / h+ 15.444（e / h）且 a 0.2h时，由抗拉强度控制承载能力，不必检算抗压。3.3 IV级围岩衬砌内力计算与强度检算IV级围岩中的隧道都为深埋隧道，取如下断面衬砌进行强度的检算。(Mpa/m)（Gpa）C25混凝土2329.50.2IV级围岩22350利用ansys求解，得到衬砌的变形图、弯矩图及轴力图如下:围岩轴力图围岩弯矩图1节点轴力弯矩偏心距高h轴力偏心影响系数a抗拉抗裂 强度检算1_637F+05-377F+03592F030

8、 5991F0112_637F+05-117F+03184F030 5997F0113-637F+05-672F+03106F020 5101F+0014-638F+05-201F+04314F020 5995F0115-641F+05-382F+04595F020 5925F0116-648F+05_583F+04901F020 5799F0137-662F+05-742F+04112F010 5687F0138-689F+05-743F+04108F010 5710F0139-739F+05-411F+04556F020 5938F01110-819F+05-796F+03972F030

9、4977F01111-913F+05-517F+04567F020 4612F01112-100F+06-850F+04848F020 4151F01113-107F+06-967F+04904F020 4340F02114-111F+06-742F+04666F020 4473F01115-115F+06-326F+04284F020 4885F01116-117F+06-341F+03293F030 4995F01117-116F+06-201F+04172F020 4100F+00118-116F+06-423F+04366F020 4966F01119-115F+06-624F+045

10、43F020 4895F01120-115F+06-741F+04643F020 4843F01121-1 17F+06-6 49F+045 53F020 48 90F01122-1 23F+06-1 73F+041 41F020 41 00F+00123-120F+06-874F+04728F020 4373F01124-117F+06-150F+05129F010 4100F+00125-1 12F+06-1 77F+051 58F010 41 00F+00126-108F+06-174F+05161F010 4100F+00427-103F+06-147F+05143F010 4534F

11、01428-9 80F+05-1 03F+051 05F010 43 08F01429-933F+05-481F+04516F020 4674F01130-8 90F+05-1 02F+041 15F020 41 00F+00131-8 53F+05-6 68F+047 83F020 47 61F01132-8 24F+05-1 16F+051 41F010 43 42F01133-8 04F+05-1 55F+051 93F010 41 22F01434-7 94F+05-1 79F+052 26F010 41 39F01435-793F+05-188F+05237F010 4182F014

12、36-8 03F+05-1 79F+052 23F010 41 32F01437-8 23F+05-1 55F+051 88F010 41 31F01438-851F+05-116F+05137F010 4370F01439-8 87F+05-6 68F+047 53F-020 47 80F-01440-9 29F+05-1 02F+041 10F020 41 00F+00141-9 76F+05-4 82F+044 93F020 47 00F01142-1 02F+06-1 03F+051 00F010 41 92F01143-1 07F+06-1 47F+051 37F010 41 00F

13、+00144-1 02F+06-1 74F+051 55F010 41 00F+00445-1 16F+06-1 77F+051 53F010 47 66F01446-1 20F+06-1 51F+051 26F010 49 31F01447-122F+06-874F+04716F020 4392F01148-117F+06-173F+04148F020 4101F+00149-1 15F+06-6 49F+045 67F020 48 83F01150-1 14F+06-7 41F+046 49F-020 59 06F-01151-1 15F+06-6 24F+045 43F020 59 42

14、F01152-1 16F+06-4 23F+043 65F-020 59 86F-01153-1 16F+06-2 01F+041 74F020 51 01F+00154-1 14F+06-3 37F+032 95F-030 59 96F-01155-1 11F+06-3 25F+042 94F020 59 15F01156-1 06F+06-7 41F+046 96F-020 56 24F-01157-9 98F+05-9 67F+049 69F-020 52 91F-01158-9 09F+05-8 50F+049 36F-020 53 38F-01159-8 16F+05-5 18F+0

15、46 35F-020 56 83F-01160-7 37F+05-8 02F+031 09F-020 59 80F-01161-6 87F+05-4 10F+045 97F-020 59 24F-01162-6 61F+05-7 43F+041 12F-010 56 86F-01163-6 47F+05-7 42F+041 15F-010 56 73F-01164-6 40F+05-5 83F+049 11F-020 57 94F-01365-6 38F+05-3 81F+045 98F-020 59 24F-01366-6 37F+05-2 00F+043 15F-020 59 95F-01

16、367-6.37F+05-6.71F+031. 05F-020 . 51. 01F+001强度验算：1抗压合格2抗压不合格 3抗拉合格4抗拉不合格4衬砌截面配筋计算4.1截面配筋原理参见铁路隧道设计规范中对钢筋混凝土矩形截面强度的计算公式，对检 . 一一、. 一.kN 算未通过截面进行对称配筋设计。对称配筋时，气=A：, a = a，x =苔w（1）当受压区高度x 2a，则按下式计算：（KN R bx + R 杼-A）七/一 ：、:或KNe R bxVz0 x/2）+ R A 00 a）若x 2a，则按下式计算：KNe 0.55匕时，为小偏心受压构件，远离纵向力一边的钢筋不屈服。 则矩形截面小

17、偏心受压构件的钢筋截面面积，可按下式计算：KNe 0.5R bh2 + R A （h a） a 0： ：0当轴向力作用于钢筋A与A的重心之间时，尚应符合下列要求： KNe 0.5R bh 2 + R A （h a）a 0： ：04.2 IV级围岩配筋计算单元弯矩轴力高h偏心距e0轴力偏心距 影响系数a强度检算44-1.02E+06-1.74E+050.41.55E-011.00E-00不合格45-1.16E+06-1.77E+050.41.53E-017.66E-01不合格46-1.10E+06-1.51E+050.41.26E-019.31E-01不合格单元46配筋计算：矩形截面：b x h = 1200mm x 400mm,荷载产生的最