万州隧道计算书

附录A-WHO-1

工程名称：神华神东电力万州发电厂（2义1OOOMW）新建工程

编号：01

设计阶段：初步设计、施工图设计

专业：隧道

隧道设计计算书

应用软件名称：同济曙光有限元正分析4.0

同济曙光公路隧道设计与分析V5.0

MathCAD2001专业版

审核：刘治安

校核：郭金国

编制：张照峰

日期：2013.03.13

计算书目录

1、设计条件........................................................................................4

1.1、自然条件..................................................................................4

1.2、隧道设计概况..............................................................................4

1.2.1、大件路隧道设置畿况,..........................................................................4

1.2.2、输煤隧道设置畿况.............................................................................6

1.3、计算依据及方法............................................................................9

1.3.1本项目计算依据:.............................................................................9

1.3.2、计算方法:..................................................................................9

2、基础数据的选取及计算............................................................................9

2.1、明洞......................................................................................9

3、计算...........................................................................................10

3.1、明洞结构压力及结构计算....................................................................10

3.1.1,大件路隧遒明洞结狗压力及结构计算..........................................................10

3.1.2、输煤隧道出口明洞(smb)结构压力及结构计算................................................23

3.2、暗洞结构压力及结构计算....................................................................24

3.2.1、输煤隧道V级围岩计算(K0+797)...........................................................24

3.2.2、计算模型.....................................................................................24

3.2.3、果用同济曙光隧道设计与分析软件计算........................................................24

3.2.4、结论.............24

3.3、两洞相互影响计算.........................................................................24

3.4、偏压挡墙计算.............................................................................24

3.5、端墙计算.................................................................................24

4、附件一.........................................................................................25

1计算说明.....................................................................................26

1.I计算程序.......................................................................................26

1.2计算方法.......................................................................................26

1.3计算参数...................................................................................26

1.3.1断面参数.....................................................................................26

1.3.2衬砌材料参数................................................................................26

1.3.3围岩基本参数................................................................................27

1.3.4地层弹簧参数................................................................................27

1.3.5荷载..........................................................................................27

1.4工况和荷载组合...........................................................................28

1.5围岩压力分担比例..........................................................................28

2计算成果........................................................................................28

2.1内力计算成果...............................................................................28

2.1.1内力图.......................................................................................28

2.1.2甥前工况的衬砌内力计算馅果.................................................................29

2.2配筋及正常使用极限状态验算相关参数..............................................................35

2.2.1配筋的相关参数..............................................................................35

2.3配筋及正常极限状态验算结果.......................................................................35

2.3.1各节点、配饰及晚算结果........................................................................36

2.3.2极值点处配筋情况.............................................................................41

2.4节点位移计算结果..................................................................................41

5、附件二..................................................................................................45

1计算说明.............................................................................................46

1.1计算程序........................................................................................46

1.2计算方法........................................................................................46

1.3计算参数...........................................................................................46

1.3.1断面参数......................................................................................46

I.3.2衬砌材料参数..................................................................................46

1.3.3围岩基本参数..................................................................................47

1.3.4地层弹筑参数..................................................................................47

1.3.5荷载................................................................................47

1.4工况和荷载组合....................................................................................48

1.5围岩压力分担比例..................................................................................48

2计算成果................................................................................................48

2.1内力计算成果.....................................................................................48

2.I.1内力图.......................................................................................48

2.1.2当前工况的衬砌内力计算结果.................................................................49

2.2配筋及正常使用极限状杰验算相关参数...............................................................52

22I配端的相关参数...............................................................................................................................................52

2.3配筋及正常极限状态验算结果.......................................................................53

2.3.1各节点配筋及验算结果.......................................................................53

2.3.2极值点处配筋情况............................................................................56

2.4节点位移计算结果.................................................................................57

隧道计算书

1、设计条件

1.1、自然条件

拟建隧道位于低山地貌区，局部形成沟谷，切割深度约3〜8nl不等，临江侧沟谷一

般较为宽缓，临电厂侧少数沟谷较逼仄。经现场地质调查结果显示，勘区内岩层产状

320°〜350°Z90-25°,与线路走向小角度斜交，线路通过处山体最高点高程约为

+312m左右，最低点为进洞口标高为77m,相对高差约135m。

大件道路隧道进洞口位于山脊中下部，坡度上陡下缓，上部约30°,下部约15°；

出洞口位于天然沟谷末端，两侧坡面较陡，坡度上陡下缓，上部约38°,下部约20°。

输煤专用隧道进洞口位于山脊中下部，坡度上陡下缓，上部约30°,下部约15°；

出洞口位于山脊末端，两侧坡面较陡，坡度上陡下缓，上部约35°,下部约25°。山

体植被茂密，多以灌木为主，阔叶树杂生其中，山间有小路。

1.2、隧道设计概况

1.2.1、大件路隧道设置概况

本项目道路主要功能：码头和厂区连接通道；电厂大型设备运输通道。大件路隧道

为本项目主要构造物之一，隧道进口桩号K0+155、出口桩号K0+850,隧道全长695m。

隧道建筑限界净宽9.5m,建筑限界净高5m。人行道高程处隧道宽度10.988m、设计高程

处隧道高度7.8mo

隧道进、出口位于直线上，部分洞身位于R=6000m的曲线上，隧道进口端纵坡0.8

%,出口断纵坡0%。

1）隧道建筑限界

公路等级：三级公路双向双车道标准；

设计行车速度：30km/h；

隧道建筑限界：隧道（标准段）净宽：1+0.5+2X3.25+0.5+1=9.5m；

隧道（标准段）净高：大于等于5.0m

建筑限界设计图

2）隧道净空断面

隧道净空断面如下，无仰拱的净空断面及有仰拱的净空断面见下图。

净空断面图（无仰拱）

净空断面图（有仰拱）

3)、隧道衬砌结构

①、明洞结构

明洞衬砌用于进出口明挖段，由于地形的复杂，采用C25钢筋混凝土结构。

明洞衬砌厚度采用55cm,材料采用C25钢筋混凝土。

②、复合式衬砌

复合式衬砌按照新奥法原理进行设计和施工，以锚杆、喷混凝土或钢筋网喷混凝土、

钢拱架为初期支护，模筑混凝土或钢筋混凝土为二次支护，共同组成永久性承载结构。

(1)初期支护：

对于IV〜V级围岩由工字钢拱架(或钢筋格栅)，径向锚杆，钢筋网及喷射混凝土

组成，而对于HI级围岩则由径向锚杆，钢筋网及喷射混凝土组成。钢拱架之间用纵向铜

筋连接，并与径向锚杆及纲筋网焊为一体，与围岩密贴，形成承载结构。

⑵二次衬砌：

隧道复合式衬砌参数见下表：

初期支护二衬(cm)

围

衬

砌山C20喷碎厚

石系统锚杆(m)钢笳网钢架类型C25混凝土

类

型度(cm)

级长

别位置厚度位置度纵、环间距(巾8)(cm)位置厚度

全断双层20X全断50cm钢筋

S5a26拱、墙3.51.0X0.50120b、50

面20面混凝土

V

全断双层20X全断50cm专R1筋

S5b24拱、墙3.51.0X0.75I18b.75

面20面混凝土

拱、单层20X格栅钢筋、全断45cm钢筋

S4a22拱部31.0X0.75

墙2075面混凝土

IV

拱、单层20X格栅钢筋、40cm钢筋

S4b22拱部31.0X1.00拱、墙

墙2()100混凝土

拱、单层20X35cm钢筋

S3III10拱部2.51.2X1.20拱、墙

墙20混凝土

1.2.2、输煤隧道设置概况

本项目道路主要功能：码头和厂区煤炭运输通道。输煤隧道为本项目主要枸造物之

一，隧道进口桩号K0+190、出口桩号K0+840,隧道全长650%隧道建筑限界根据总体

单位要求及管带机工作空间和检修空间拟定，隧道一般段净宽7米，净高3.5米，加宽

段净宽11.45米，净高3.5米。

隧道进、出口及洞身位于直线上，隧道进口端纵坡3.667%。

1)隧道建筑限界

依据总体设计单位要求，拟定建筑限界如下：

K0+190797段:

隧道建筑限界：隧道净宽：0.775+1.1+1.075+1.1+1+1.25+0.7=7.0m；

隧道净高：大于等于3.5叫

检修道净高：大于等于2.5m。

77.5552570

g

§

「10一I」07.5卜110100125।JO"

।350।.350

700

建筑限界设计图（1）

K0+797~840段：

隧道建筑限界：隧道净宽：0.775+1.1+3.3+1.1+3.225+1.25+0.7=11.45m；

隧道净高：大于等于3.5m；

检修道净高：大于等于2.5m。

77.5997.570

建筑限界设计图（2）

2）隧道净空断面

隧道净空断面如下，K0+190"797段净空断面尺寸及K0+797~840段净空断面尺寸分

别见下图。

净空断面图（K0+190"797）

净空断面图（K0+797飞40）

3）、隧道衬砌结构设计

①、明洞结构

明洞衬砌标准段厚度采用50cm,材料采用C25钢筋混凝土，加宽段厚度采用60cm,

材料采用C25钢筋混凝土。

②、复合式衬砌

复合式衬砌按照新奥法原理进行设计和施工，以锚杆、喷混凝土或钢筋网喷混凝土、

钢拱架为初期支护，模筑混凝土或钢筋混凝土为二次支护，共同组成永久性承载结构。

⑴、初期支护:

对于IV〜V级围岩由工字钢拱架（或钢筋格栅），径向锚杆，钢筋网及喷射混凝土

组成，而对于m级围岩则由径向锚杆，钢筋网及喷射混凝土组成。钢拱架之间用纵向钢

筋连接，并与径向锚杆及纲筋网焊为一体，与围岩密贴，形成承载结构。

⑵、二次衬砌：

隧道复合式衬砌参数见下表:

初期支护二衬（cm）

国

LbC20喷松厚

衬砌石系统锚杆（m）钢筋网钢架类型C25混凝土

度（cm）

类型级长

别位置厚度位置度纵、环间距(68)(cm)位置厚度

全断双层20X全断50cm钢筋

S5a26拱、墙3.51.0X0.50120b、50

面20面混凝土

全断双层20X全断45cm钢筋

S5bV24拱、墙3.51.0X0.75118、75

面20面混凝土

全断双层20X全断60cm钢筋

S5c26拱、墙3.51.0X0.50I2()b、50

面20面混凝土

拱、单层20X格栅钢筋、全断40cm钢筋

S4a22拱部31.0X0.75

墙2075面混凝土

IV

拱、单层20X格栅钢筋、35cm混凝

S4b22拱部31.0X1.00拱、墙

墙20100A

拱、单层20X35cm混凝

S3III10拱部2.51.2X1.20拱、墙

墙20土

1.3、计算依据及方法

1.3.1本项目计算依据：

1）、《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）;

2）、《公路隧道设计细则》（JTG/TD70-2010）；

3）、《工程地质手册》（第四版）：

4）、《本项目详勘报告》；

1.3.2、计算方法:

本次施工图设计结构计算根据《公路隧道设计规范JTGD70—2004》的规定，明洞、

隧道初期支护承载能力和二次衬砌承载能力的计算采用荷载结构法。

2、基础数据的选取及计算

2.1、明洞

拱部回填士体参数：

容重：19KN/n?；计算摩擦角：30°；回填土体高度距拱顶5.0m,回填土横坡度按

水平考虑。

边墙回填浆砌片石参数：

容重：23KN/m3；计算摩擦角：45度；回填高度为2.5m。

C25钢筋混凝土：

25KN/3；弹性模量：2.9X107Kpa；

围岩弹性抗力系数50000KPa/m（工程地质手册（第四版）P673）

3、计算

3.1、明洞结构压力及结构计算

3.1.1、大件路隧道明洞结构压力及结构计算

（采用软件MathCAD2001专业版，同济曙光有限元正分析4.0）

3.1.1.1、计算模型

3.1.1.2、土压力计算

明洞设计荷载计算

A、拱圈回填土石垂直压力：

拱顶填土高度：卜修=3m

拱脚填土高度：弱二gm

拱背回填土石重度：二13KNRT3

拱围顶回填土石垂直压力：Qi：=YihjKNm-2

Ql=54|KNm-2

2

拱圈脚回填土石垂直压力：Q2：=Y1h2KNm~

Q2=162KNm

B、拱圈回填土例压力

设计填土面横坡度：a=口

侧压力系数：M=cos(a).=⑻一彳=3)：一(89厢)：

cos(a)+J(cos(a))_(cos(6))

入i=0.271

拱圈顶侧压力：ei:=q1•九1KNm2

---------------2

ej=14.633KNm~

-2

拱圈脚侧压力：e2:=q2-^iKNm

------------2

e2=43.9KNm

c、边墙土石回填侧压力

设计填土面横坡度：a:=（）

拱脚回填体计算内摩擦角：

拱脚回填体计算内摩擦角：KNm

侧压力系数：入

12=0.172

墙顶至边墙顶矩离：h3：=0m

墙顶至边墙脚距离:hI：=36301

墙顶计算点换算高度：h5：=1”+—

Y2

lb=8,1m

墙脚计算点换算高度：1】6:=h4+—

Y2

h6-11.73m

拱圈顶侧压力：©3：=丫2力5•九2KNnT2

---------------2

e3=27.795KNm

-2

拱圈脚侧压力：e4:=丫2也。2KNm

--------------0

e4=40.251KNm-

3.1.1.3、结构内力计算

二衬厚度055m,截面惯性矩：I=（b*h3）/12=0.014,围岩弹性抗力系数50000KPa/m

（工程地质手册（第四版）P673）：

利用同济曙光软件4.0进行建模计算如下：

（一）、有限元控制信息

计算标题：

问题类型：平面应变

本构模型：线弹性

屈服准则：德鲁克-普拉格准则

最大迭代次数：20

单元应力释放方法：mana法

接触面单元模型：线弹性理想塑性

反分析计算方法：单的形法

构造应力：无

自重应力：有

自重应力计算方法：或有限元计算

地下水位坐标：。米

地下水比重：T0kN/m3

（二）、材料

1个材料：

材料1：二衬,直梁（壳），E=29500000kPa,A=0.55m2,Y=25kN/m3,1=0.014m1,

（三）、施工步

总施工步数：0,总增量步数：1。

增加单元90个。

增加弹簧边界条件90个。

各增量步应力释放系数：1

（四）、当前步（施工步0,增量步1）计算结果

（1）.结点位移

表1结点位移表

结点号X坐标y坐标X位移y位移

110.00003.6300-0.0012-0.0031

120.00983.2036-0.0012-0.0031

130.01334.0291-0.0013-0.0032

140.03922.7781-0.0011-0.0031

150.05334.4264-0.0013-0.0032

160.08812.3545-0.0011-0.0031

170.11974.8201-0.0014-0.0032

180.15651.9335-0.0010-0.0031

190.21235.2086-0.0014-0.0032

200.24411.5161-0.0010-0.0031

210.33065.5899-0.0014-0.0032

220.35081.1032-0.0009-0.0030

230.47415.9626-0.0013-0.0032

240.47640.6956-0.0009-0.0030

250.64226.3248-0.0012-0.0033

260.67150.2907-0.0008-0.0029

270.83416.6750-0.0011-0.0033

280.9619-0.0523-0.0006-0.0028

291.04907.0115-0.0010-0.0034

301.28587.3330-0.0009-0.0036

311.3293-0.3113-0.0005-0.0026

321.54367.6379-0.0007-0.0037

331.7499-0.4697-0.0004-0.0023

341.82127.9250-0.0006-0.0039

352.11748.1928-0.0004-0.0040

362.1459-0.5592-0.0003-0.0020

372.43088.4403-0.0003-0.0042

382.5439-0.6399-0.0003-0.0017

392.76008.6663-0.0002-0.0044

402.9436-0.7117-0.0003-0.0014

413.10358.8698-0.0001-0.0046

423.3447-0.7746-0.0002-0.0011

433.45999.04990.0000-0.0048

443.7472-0.8286-0.0002-0.0009

453.82759.20580.0001-0.0050

464.1507-0.8736-0.0002-0.0007

474.20489.33670.0001-0.0051

484.5552-0.9096-0.0002-0.0005

494.58999.44220.0002-0.0052

504.9604-0.9367-0.0002-0.0004

514.98129.52180.0002-0.0054

结点号X坐标y坐标X位移y位移

525.3660-0.9547-0.0002-0.0003

535.37699.57500.0002-0.0054

545.7720-0.9637-0.0002-0.0002

555.77539.60170.0002-0.0055

566.17479.60170.0002-0.0055

576.1780-0.9637-0.0002-0.0002

586.57319.57500.0002-0.0055

596.5840-0.9547-0.0002-0.0003

606.96889.52180.0001-0.0055

616.9896-0.9367-0.0002-0.0004

627.36019.44220.0002-0.0054

637.3948-0.9096-0.0002-0.0005

647.74529.33670.0002-0.0053

657.7993-0.8736-0.0002-0.0007

668.12259.20580.0002-0.0052

678.2028-0.8286-0.0002-0.0009

688.49019.04990.0002-0.0051

698.6053-0.7746-0.0002-0.0012

708.84658.86980.0003-0.0049

719.0064-0.7117-0.0002-0.0015

729.19008.66630.0004-0.0048

739.4061-0.6399-0.0001-0.0019

749.51928.44030.0005-0.0046

759.8041-0.5592-0.0001-0.0022

769.83268.19280.0006-0.0044

7710.12887.92500.0008-0.0043

7810.2001-0.46970.0000-0.0025

7910.40647.63790.0009-0.0041

8010.6207-0.31130.0001-0.0029

8110.66427.33300.0011-0.0040

8210.90107.01150.0012-0.0039

8310.9881-0.05230.0003-0.0031

8411.11596.67500.0013-0.0038

8511.27850.29070.0005-0.0033

8611.30786.32480.0014-0.0037

8711.47360.69560.0006-0.0034

8811.47595.96260.0015-0.0037

8911.59921.10320.0007-0.0035

9011.61945.58990.0015-0.0037

9111.70591.51610.0008-0.0035

9211.73775.20860.0015-0.0036

9311.79351.93350.0009-0.0035

结点号X坐标y坐标X位移y位移

9411.83034.82010.0015-0.0036

9511.86192.35450.0010-0.0036

9611.89674.42640.0014-0.0036

9711.91082.77810.0011-0.0036

9811.93674.02910.0013-0.0036

9911.94023.20360.0012-0.0036

10011.95003.63000.0013-0.0036

（2）.单元应力及结构内力

表2梁单元内力

单元号材料名称MQ1MlN2Q2M2

1二衬533.450043.3570-11.8230-533.4500-43.357029.1350

2二衬538.810045.8640-29.1350-538.8100-45.864()47.4490

3二衬540.920043.1840-47.4490-540.9200-43.184064.6930

4二衬539.600037.1440-64.6930-539.6000-37.144079.5250

5二衬534.670026.1360-79.5250-534.6700-26.136089.9610

6二衬526.100010.9800-89.9610-526.100()-10.980094.3460

7二衬513.9700-5.4786-94.3460-513.97005.478692.1580

8二衬498.7600-19.7990-92.1580-498.760019.799084.2520

9二衬481.0700-31.5030-84.2520-481.070031.503071.6730

10二衬461.5600-40.3400-71.6730-461.560040.340055.5640

11二衬440.9100-46.1960-55.5640-440.910046.196037.1180

12二衬419.8300-49.0870-37.1180-419.830049.087017.5170

13二衬398.9900-49.1650-17.5170-398.990049.1650-2.1149

14二衬378.9900-46.70402.1149-378.990046.7040-20.7640

15二衬360.3900-42.088020.7640-360.390042.0880-37.5710

16二衬343.6500-35.793037.5710-343.650035.7930-51.8630

17二衬329.1000-28.366051.8630-329.100028.3660-63.1900

18二衬316.9700-20.400063.1900-316.970020.4000-71.3360

19二衬307.3400-12.510071.3360-307.340012.5100-76.3310

20二衬300.1800-5.306376.3310-300.18005.3063-78.4500

21二衬295.34000.634478.4500-295.3400-0.6344-78.1970

22二衬292.51004.790678.1970-292.5100-4.7906-76.2840

23二衬291.33006.719876.2840-291.3300-6.7198-73.6010

24二衬291.33006.077773.6010-291.3300-6.0777-71