隧道工程计算书

1、课程设计计算书课程名称：隧道工程题目：隧道选线及结构计算学 院：土木工程学院课题组：交通土建专 业：土木工程专业班 级：09级土木工程9班学 号：09300913姓 名：韦天柱起讫日期：二指导教师：岳峰、张红英 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 1设计依据2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2计原始资料2 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 3设计步骤及过程22233334 TOC o 1-5 h z HYPERLIN

2、K l bookmark31 o Current Document 5解力法方程12 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 6最大抗力值的推求131314 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 7内力图16 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 8参考资料171、设计依据本设计根据公路工程技术标准JTG B01-2003，公路隧道设计标准JTG D70-2004进行设计和计算。2、设计原始资料公路等级：二级公路；设计车速：60km/h；使用功能：道路双向两车

3、道；隧道平纵曲线半径和纵坡。平纵曲线设计满足标准要求，洞口内外各有不小于3s行车速度行程长度范围内的 平、纵线性保持一致。隧道结构设计标准设计使用期：100年；设计安全等级：一级；结构防水等级：二级；区域地震基本烈度为VII度区，按IX度抗震烈度进行设防。1:10000地形图3、设计步骤及过程任务所给定的地形图，隧道平、纵设计既要服从路线的总体走向，又要综合考虑 隧道位置的地形、地质、地物、水文、气象、地震情况和施工条件等因素，尽可能使 隧址位于地质条件较好、不良地质影响最小的底层中。隧道平面线型以直线为主，有 利于通风和施工，采用不设超高的平曲线。隧道纵坡设置充分考虑通风、排水、施工 方案和

4、两端接线的要求。根据教师给定的起终点，本设计采用3条线路进行方案比选，并确定推荐线路。做出3个方案的平面图，详见地形图。作出推荐线路的纵断面图，读取隧道的地面高程点时，应每20m读一次，而后用 平滑曲线连接。隧道内轮廓应该以建筑限界为基础，充分考虑衬砌结构受力特征、工程造价、装 饰厚度及充裕空间、运营设施的安装空间等因素。洞身结构应根据隧道所处的工程地 质条件，按新奥法原理进行设计，采用复合式衬砌，其支护衬砌参数按工程类比，结 合有限元分析确定。根据设计原始资料要求，作出隧道的建筑限界及内轮廓设计图。根据设计原始资料要求，作出隧道紧急停车带的建筑限界及内轮廓设计图。4、二次衬砌结构计算选取IV

5、级围岩复合式衬砌作为典型衬砌，做结构计算。围岩级别：IV级；围岩容重：y = 20.5kN/m3 ；围岩弹性抗力系数：K = 3.0 x 105kN/m3 ；衬砌材料为C25混凝土，弹性模量Eh = 2.85 x107 kPa，容重y广23kN/m3。按矿山法施工的隧道围岩荷载为：q = 0.45x2s-iy公式 4-1q = 0.45 x 2s-iy1 + i(8-5)=0.45 x 23 x 20.5 x1 + 0.1 x(11.9-5)=124.722kN/m 2考虑到初期支护承担大部分围岩压力，而二次衬砌一般作为安全储备，故对围岩 压力进行折减，对本隧道按照45%折减，取为70kN/m

6、2。e = 0.3q公式 4-2e = 0.3q = 0.3 x 70 = 21kN / m 24.3.1单位位移：所有尺寸见图4-10图4-1二次衬砌结构计算图半拱线轴线长度s = 9.0713m，将半拱轴长度等分为8段，则As = s/8 = 9.0713/8 = 1.1393mA_ 1.1393气 2.85 x 107=0.3979 x 10-7 m - kPa-1公式4-3公式4-4计算衬砌的几何要素，拱部各截面与垂直轴之间的夹角和截面中心垂直坐标见表1-1。单位位移值用新普生法近似计算，公式如下:少=fs%d r 坐E111 J0 EI s e IhM - M s寸yo = I s1

7、2 d r E12 J0 EI s E Ihd22公式4-5单位位移计算表4-1-:土|IT：了：二叩3T：F :矿/!1g 峪1:Lil:D.0Dl.ij:.:2718834：i.：nii：i.：ii：111. K0.19匚把1.3j. ：l：n：:.:辨屈34J2二三0.38i：.：i22.211：:.:2718834123.036T54.0869泓控j-0.55,2i：EJ:.:2718834工,*沌足4疙：D.T11.711 08351.6915架.3834800.202T. 5234jE0.83l：,v.2.5666:.:2718834H8.348T住r6吸0.923.5655:.:

8、271883499?. 9223558.098?5膘,8那5j17技0.98i：.2j5.66404.6484:.:2718834W.i云m. 51771.：i：.ij死:.:27188341616勰9334.M1284?. 580T:二2518.5533.32 加35491 3598一截面惯性矩，I =竺，b取单位长度。2.不考虑轴力作用。12单位位移值用新普生法近似计算，计算如下：J “E d x 空 E- = 0.3979 x 10-7 x 2518.9504 = 1.0023 x 10-4ii J0 EI s E IhJ =Q =fsM1M2 d x 空Ey = 0.3979x 10-

9、7 x5533.3224 = 2.2017 x 10-41221 J。 E I s E IhM 2- As y2 一 一一一 一 一一一 一 一 一J =s - d x E二=0.3979x 10-7 x21907.7644 = 8.7171 x 10-422% E I s E Ih计算精度校核为：J11 + 2%2 + 822 =(1.0023 + 2 x 2.2017 + 8.7171)x 10-4 = 14.1228 x 10-4J =半 E 7 = 0.3979 X10-7 x 35493.3598 = 14.1228 x 10-4闭合差A= 0一主动荷载在基本结构中引起的位移1每一楔

10、块上的作用力：公式4-6公式4-7竖向力：Q = qb侧向力：E = eh侧向力：G = 4-1；，x As x y公式 4-8式中 b 衬砌外缘相邻两截面之间水平投影长度，由图1-1中量得;h 衬砌外缘相邻两截面之间竖直投影长度，由图1-1中量得;d接缝i的衬砌截面厚度。作用在各楔块上的力均列入表1-2中。载位移计算表表4-2截面集中力力皆Q+aqGagQEaqagaeUC.UXUJ.UOJCJ.OJCUD. 00000. JIOJL.OJCU0. JUOJU.IUUJ181,25603.1吓顷1同0.二次4.3902R1112D. 49110. 533633103S.22724. S706

11、311.5458D. 41710. 4361:.ME勺30.03504. d37163.11223.127215.E4D2D. 32710. 4199。.以T20.64393. 3328= 1”。12.933G1. 22450.3376 511.62914 CT 4G38. 8601127C21.6027D. 11340. 24253.53184. 36432.2135T23.702：23. 402j. UujCu. 17:.S宓0.00001.256987. 84003.127?24. 37680. 00000.02TB：.530.00000. 2538（2）外荷载在基本结构中产生的内力内力

12、按下式计算:弯矩:轴力:公式4-9公式4-10Mo = M。一 (Q + G)-A E-Qa -Ga -EaN o = sin a (Q + G) - cos o EipiiiiMo , No的计算见表1-3，表1-4。载位移计算表MP表4-3Eaei-lIE t-1AxAyi-lAy#i-lAfpC. 0000D. 00000. 00000. 00000. 00000. 3030C. 00000. 0000C. 5381J. JODO0. 0000L 31890.14030. 3030C. 0000-50. 04542. 353690.38392. 35201.08340. 329697.9

13、21C. 7752-194.19404. 8596177,35189. 46260. 99840. 5337177, 06805. 0502F15.64397. 6721258. 488721.30340. 87510. 7182226. 203515. 0882-689. 084410. 3756330. 728636. 5484i). 71820. 8751237. 529331. 9835-983. 683512. 56器391,656555. 48201). 53390. 99S9209.13545B. 4210-1267. 356213.8813439.270477. 3847D.

14、32841.0829144. 256483. 4750-1510.225814.1483472.1003100.5249I). 11101.126852.4031113.2715-1690. 3024表4-4载位移计算表N： p膏面sir.-t:E-tE0 + G)血技(0 +团就C0. DO1. 3C0. 00001C0D3C. 0000i oo r0. 000010. 120.犯90. 33392.-5?317.17292.305：俄20. 380.见177.35189. 4626617，如 78. 70565B.688130. 550. B3258.488721.0084142.1638

15、17.4370124.731840. no. n330.72366,郊4234.17325. 9如208.B679E0. 33o. 5e391.656555. 4820325.07931.0699294.0050e0.见0.买39.270471 M404.123830.0630374.D65T70. 98(I. 2C472.1003100.5249462.853320.1050442.5533E1.兀0.兀489.06S212.9017489.06321 oo r489.0632(3)主动荷载位移计算结果见表1-5截面Afp1/1y/IM氾族 Q+y)H积分系数 1；300. 0000279.

16、 B834C. OOOC0. COCO0.0K00. 00001-50. C454279. B83430.7872-14005.842-1540. 7562-1554T.630442-19. 1940279. B834123. 037-54351.691-23892. 9981-78244. 677323-415. 6439279. B834272. 4105-116331.8245-113225.764-229557.539244-6展.恤史279. GS34473. 422S-192S63. 2905-32622G.2B5R-519091.546325-983. 6835279. B834

17、718. 3437-275316. 6818-706627.7956-981944.47744i)-1267.3562279. B834997. 9戏3-354711.9438-1264725.4533-1619437.020217-1511 2253279. B8341301. 0100-422637.1235-1964818.8251-2387505. 948643-1691 3024279. B8341616. 3826-4啊7. 58H-2732175.4271-3205263.01321-1203337. 003E-7133235.2759-9036592. 2844主动荷载位移计算

18、表表1-5则按以下公式计算:r MM 0 , =I $ipd0 EI 、r MM。川 =I s2 pdSJ0 EI公式4-11AspASV=E E公式4-13公式4-12计算结果:f MM。衣=I $1PdS n0 EIA S M 0 Ep EhI1.13992.85 x107x 1903357 .008 = -0.07571.13992.85 x 107x 7133235.2759 = -0.2838计算精度校核:常 + 气 p = -0.0757 - 0.2838 = -0.3595A =竺 (1 + )M=-1.1399 x 9036592.2844 = -0.3595 sp 气 I2.

19、85 x 1071各接缝处的抗力强度抗力上零点假定在接缝2处，甲=22.5。=甲:;2b最大抗力值假定在接缝4处，甲=45。=平；4h最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算：b= cos2 a - cos2 a i cos2 a - cos2 a h公式4-14算的结果为:b cos2 a - cos2 a i cos2 a - cos2 a h, cos222.5。- cos2平、=()bcos2 22.5。- cos2 45。 h算出：b 2 = 0，b3 = 0.4588bh, b4 = bh ；最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算：y12b = (1 -L )bi-y 2h公式4-1

20、5式中：y；一所考察截面外缘点到h点的垂直距离;气一墙脚外缘点到h点的垂直距离。由图 1-1 量得：y = 0.9016，y =1.9303，y = 3.0465，567、8=心73八 0.90162、b = (1 )b = 0.9541b54.20732 hh1.93032b = (1 )b = 0.7895b64.20732 hh3.04652、b = (1 )b = 0.4757。74.20732 hh按比例将所求得的抗力绘在分块图上。（2）各楔块上抗力集中力Ri按下式近似计算:公式4-16R = (。一 +。i )ASi2汐卜式中：外一楔块i外缘长度。（3）抗力集中力于摩擦力的合成R.

21、: iR = R：J1 + 2公式 4-17式中：H 一围岩与衬砌间的摩擦系数，此处取R= 0.2。R = 1.0198R;，其作用方向与抗力集中力的夹角。=arctan旦=11.3099。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移的方向相反，其方向向上。将R的方向延长，使之交于竖直轴，量取夹角甲k自竖直轴反时针方向量度，将R,分解为水平和竖向两个分力：Rh = R sin W.R = R cosW以上计算结果列入表4-6中。截面贝-1 或2牌外Rsin件35甲上30. 45880. 22941. 1683L 273341. 000. 65440. 75610. 17890. 206741.00000. 7

22、2941. 1683L S69051. 000. 77540.63140. 67390. 548750. 95410. 97711. 16831.164162. 000. 88140. 47241. 02600. 549960. 78950. 87181. 16831.038773. 000. 95520. 29610. 99210. 307570. 47570. 63261. 16830. 7537S4. 000. 99400.10900. 74920.082180. 00000. 23791. 16830. 283494. 000. 9979-0. 06480. 2828-0. 0184（

23、4）计算单位抗力及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力。弯矩：Mo =Z Rr公式4-18轴力：No = sin a, Z R - cos a Z R公式4-19式中：r如为力R.至接缝中心点K的力臂，计算结果见表1-7和表1-8。M 0计算表表-7ip -截面& = D69岫 tnJCj = L.LMlffA& =1一0茶8氏北=0冏冏四& =口54%期，占i%蹒10.10934H0934，就ij.dsr0.511萼-0.8690E芸财。.恤，辿7门：0. &TS3E3.701.01392.760E”成疽我0.5436C. 56415.顺n驱n3,：1灵2M3,就L5勺1.?390】6疔0.

24、4886-10.1082EE.5C171.50364.1 9i：4.51021如1.W31.沌J0.7931C. 2243-14.6129N 0计算表表4-8ip -截面乎si2?cossin 税&8S归匀X333. 750. 55410.33250/0670.11450.17890. 14S9-0. 0344445. 000. 70540.70830. 75540.53290. S5270. 6044-0. 0716556. 250. 82980.55811.30531.08311. 87881.04850. 0347667. 500. 92250.38601. 61281.48782. 8

25、7091.10820. 379777S. 750. 9SOO0.19921.69501.66103.52010. 72110. 9399S90. 001. 00000.00481.67661.67663. 90290. 01S71.6579（5）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算见表4-9截面1/1y/1M加积分系 数1/33-0.1093279. 8834272. 4105-30. 5969-29.7799-60.376844-0. 8690279. 8834473.4227-243. 2197-411.4060-654.625725-2. 8333279. 8834718.3487-792. 9867-2035. 2794-2828.266246-5. 9830279. 8834997.9242-1674. 5514-5970. 6127-7645.164627-10.1082279. 88341301.0099-2829.1299-13150. 9264-15980. 057248-14. 6129279. 88341616