隧道工程課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p>　　題目：隧道工程課程設(shè)計(jì)- 2 -</p><p>　　一、設(shè)計(jì)依據(jù)- 2 -</p><p>　　二、設(shè)計(jì)資料- 2 -</p><p>　　三、隧道方案比選說明- 2 -</p><p>　　1.平面位置的確定- 2 -

2、</p><p>　　2.縱斷面設(shè)計(jì)- 3 -</p><p>　　3.橫斷面設(shè)計(jì)- 3 -</p><p>　　四、二次襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算- 3 -</p><p>　　1.基本參數(shù)- 3 -</p><p>　　2.荷載確定- 4 -</p><p>　　3.計(jì)算襯砌幾何要素

3、- 4 -</p><p>　　4.載位移—主動荷載在基本結(jié)構(gòu)中引起的位移- 6 -</p><p>　　5.外荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力- 7 -</p><p>　　6.主動荷載位移- 9 -</p><p>　　7.載位移—單位彈性抗力及相應(yīng)的摩擦力引起的位移- 10 -</p><p>　　四、

4、墻底（彈性地基梁上的剛性梁）位移- 13 -</p><p>　　五、解力法方程- 14 -</p><p>　　六、計(jì)算主動荷載和被動荷載分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力- 15 -</p><p>　　七、最大抗力值的求解- 16 -</p><p>　　八、計(jì)算襯砌總內(nèi)力- 17 -</p><p>　　1.相對轉(zhuǎn)

5、角的校核- 18 -</p><p>　　2.相對水平位移的校核按下式計(jì)算- 18 -</p><p>　　九、襯砌截面強(qiáng)度檢算- 19 -</p><p>　　1.拱頂- 19 -</p><p>　　2.墻底偏心檢查- 19 -</p><p>　　十、內(nèi)力圖- 20- </p>&

6、lt;p><b>　　參考文獻(xiàn)-21-</b></p><p><b>　　隧道工程課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)依據(jù)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01-2003）,《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70-2004）進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算

7、。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)等級：高速公路；</p><p>　　2.設(shè)計(jì)車速：80km/h；</p><p>　　3.圍巖級別：Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級；</p><p>　　4.折減系數(shù)：50%；</p><p>　　5.使用功

8、能：雙向二車道；</p><p>　　6.隧道平縱曲線半徑和縱坡：平縱曲線設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求，洞口內(nèi)外各有不小于3s行車速度行程長度范圍內(nèi)的平縱線形保持一致；</p><p>　　7.隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　(1).設(shè)計(jì)使用期：100年；</p><p>　　(2).設(shè)計(jì)安全等級：一級；</p><p>　

9、　(3).結(jié)構(gòu)防水等級：二級；</p><p>　　8. 1:10000地形圖見《隧道平設(shè)計(jì)圖》（圖S1-1）。</p><p>　　三、隧道方案比選說明</p><p><b>　　平面位置的確定</b></p><p>　　任務(wù)所給定的地形圖為陜西省西安市藍(lán)田縣灞源鄉(xiāng)地形圖，灞源鄉(xiāng)距藍(lán)田縣22公里，位于秦嶺北麓，關(guān)中

10、平原東南部，在北緯33°50’－34°19’、東經(jīng)109°07’-109°49’之間，是藍(lán)田縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)之一。鄉(xiāng)境東連洛南、華縣，西接灞橋、長安，南毗柞水、商縣，北鄰臨潼、渭南。全縣總面積969平方公里，地形大致為南山北嶺中河川，總體上為秦嶺北麓丘陵區(qū)。該隧道平縱設(shè)計(jì)既要服從路線的總體走向，又要綜合考慮隧道位置的地形、地質(zhì)、地物、水文、氣象、地震情況和施工條件等因素，盡可能使隧址位于地質(zhì)條件良好、不良地

11、質(zhì)影響最小的地層中，隧道平面線形以直線為主，有利于通風(fēng)和施工，采用不設(shè)超高的平曲線。隧道縱坡設(shè)置要充分考慮通風(fēng)、排水、施工方案和兩端接線的要求。</p><p>　　根據(jù)老師畫出的起終點(diǎn)，選擇兩條線路進(jìn)行方案比選，并確定推薦線路。做出兩個線路方案的平面圖，見《隧道平面設(shè)計(jì)圖》（圖S1-1）所示。</p><p>　　由于路線起點(diǎn)距隧道進(jìn)口不是很遠(yuǎn)，故隧道進(jìn)口位置受其影響選擇的余地不是很大，

12、只能在小范圍內(nèi)微調(diào)，經(jīng)反復(fù)比選，將推薦線與比選線的進(jìn)口位置選擇在中心河以北200米處，出洞口選擇在燕子臺以西250米處，該方案成洞條件好，總體走向與等高線垂直。</p><p>　　經(jīng)綜合比選（方案必選見附件），推薦3線方案，做出推薦線路的平面圖，見《隧道平面設(shè)計(jì)圖》（圖S1-1）。</p><p><b>　　縱斷面設(shè)計(jì)</b></p><p&g

13、t;　　做出推薦線路的縱斷面圖，見《隧道線路的縱斷面圖》（圖S1-2）所示；每20m一樁讀取地面高程，標(biāo)在米格紙上，用平滑曲線連接，繪出縱斷面。</p><p><b>　　橫斷面設(shè)計(jì)</b></p><p>　　隧道內(nèi)輪廓以建筑限界為基礎(chǔ)，充分考慮襯砌結(jié)構(gòu)受力特性、工程造價、裝飾厚度及富?？臻g、運(yùn)營設(shè)施的安裝及空間等因素。洞身結(jié)構(gòu)根據(jù)隧道所處的工程地質(zhì)條件，按新奧法

14、原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用復(fù)合式襯砌，其支護(hù)襯砌按工程類比，結(jié)合隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)原理計(jì)算確定。</p><p>　　1.根據(jù)任務(wù)要求，做出隧道建筑限界及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)圖見圖S1-3、圖S1-5所示。</p><p>　　2.做出圍巖襯砌結(jié)構(gòu)圖見圖S1-4、圖S1-6所示。</p><p>　　四、二次襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算</p><p>　　選?、跫墖鷰r復(fù)合式襯砌的

15、二次襯砌作為典型襯砌，做結(jié)構(gòu)計(jì)算。</p><p><b>　　基本參數(shù)</b></p><p><b>　　圍巖級別：Ⅴ級；</b></p><p><b>　　圍巖容重：； </b></p><p>　　圍巖彈性抗力系數(shù)：；</p><p>　　襯砌

16、材料為C25混凝土，彈性模量，容重。</p><p><b>　　荷載確定</b></p><p>　　深埋圍巖垂直均布壓力</p><p>　　按礦山法施工的隧道圍巖荷載為：</p><p>　　式中：s—圍巖類別，此處取圍巖級別為Ⅴ級；</p><p>　　γ—圍巖容重，此處γ=18kN/m3

17、；</p><p>　　ω—跨度影響系數(shù)，ω=1+i(B-5),隧道跨度B=11.7m,B=5~15m時，i取0.1。</p><p>　　考慮到初期支護(hù)承擔(dān)大部分圍巖壓力，而二次襯砌一般作為安全儲備，故對圍巖壓力進(jìn)行折減，本隧道按50%折減，取為120。</p><p>　　圍巖水平均布壓力：e=0.4q=0.4×120=48kN/m2。</p&g

18、t;<p><b>　　計(jì)算襯砌幾何要素</b></p><p><b>　　見圖4-1</b></p><p><b>　　.</b></p><p>　　圖4-1 二次襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算圖</p><p>　　內(nèi)輪廓半徑r=5.54m, 拱截面厚度d=0.5m，

19、則外輪廓半徑R=r+d=5.54+0.5=6.04m, 拱軸線半徑 r′=r+0.5×d=5.54+0.5×0.5=5.79m， 半拱軸線長度s=10.31795m。</p><p>　　1.半拱軸線長度S等分為8段，則ΔS： </p><p>　　計(jì)算襯砌的幾何要素，拱部各截面與垂直軸之間的夾角和截面中心垂直坐標(biāo)見表4-1。</p>&l

20、t;p>　　單位位移計(jì)算表 表4-1</p><p>　　注：1. -截面慣性矩，，b取單位長度； 2.不考慮軸力的影響。</p><p>　　單位位移值用新普生法近似計(jì)算，計(jì)算如下：</p><p><b>　　計(jì)算精度校核為：</b></p>

21、<p><b>　　閉合差Δ=0。</b></p><p>　　載位移—主動荷載在基本結(jié)構(gòu)中引起的位移</p><p>　　(1).每一楔塊上的作用力：</p><p>　　豎向力：Qi=qbi </p><p>　　側(cè)向力：Ei=ehi </p><p>&l

22、t;b>　　自重力： </b></p><p>　　式中：bi——襯砌外緣相鄰兩截面之間的水平投影長度，由圖1-1中量得；</p><p>　　hi——襯砌外緣相鄰兩截面之間的豎直投影長度，由圖1-1中量得；</p><p>　　di——接縫i的襯砌截面厚度。</p><p>　　作用在各楔塊上的力計(jì)算如表4-2所示；<

23、;/p><p>　　載位移計(jì)算表 表4-2</p><p>　　外荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力</p><p><b>　　內(nèi)力按下式計(jì)算：</b></p><p><b>　　彎矩： </b></p>&

24、lt;p><b>　　軸力： </b></p><p>　　、的計(jì)算見表4-3，表4-4；</p><p>　　載位移計(jì)算表Mi,p0 表4-3</p><p>　　載位移計(jì)

25、算表Ni,p0 表4-4</p><p><b>　　主動荷載位移</b></p><p>　　計(jì)算結(jié)果見表4-5所示</p><p>　　主動荷載位移計(jì)算表 表4-5</p>

26、<p><b>　　則：</b></p><p><b>　　計(jì)算精度校核：</b></p><p>　　閉合差Δ=0.00008。</p><p>　　載位移—單位彈性抗力及相應(yīng)的摩擦力引起的位移</p><p>　　各接縫處的彈性抗力強(qiáng)度</p><p>　　抗

27、力上零點(diǎn)假定在接縫3處，</p><p>　　最大抗力值假定在接縫5處， </p><p>　　最大抗力值以上各截面抗力強(qiáng)度按下式計(jì)算：</p><p>　　算出：σ3=0，σ4=0.697σh ，σ5=0.876σh , ；</p><p>　　最大抗力值以下各截面抗力強(qiáng)度按下式計(jì)算：</p><p>　　式中：—所

28、考察截面外緣點(diǎn)到到h點(diǎn)的垂直距離；</p><p>　　—墻角外緣點(diǎn)到到h點(diǎn)的垂直距離；</p><p><b>　　由圖1 中量得 ：</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　按比例將

29、所求的抗力會在分塊圖上</p><p>　　(2).各楔塊上抗力集中力Ri’按下式近似計(jì)算：</p><p>　　式中：Δ—Si外—楔塊外緣長度。</p><p>　　(3).抗力集中力與摩擦力的合力Ri</p><p><b>　　按下式計(jì)算：</b></p><p>　　式中：—圍巖與襯砌間的

30、摩擦系數(shù)，此處取=0.2。</p><p><b>　　則：</b></p><p>　　其作用方向與抗力集中力Ri的夾角β=arctanμ=11.3099°。由于摩擦阻力的方向與襯砌位移的方向相反，其方向向上。</p><p>　　將Ri的方向線延長，使之交與豎直軸，量取夾角，將Ri分解為水平與豎直兩個分力：</p>

31、<p><b>　??；</b></p><p>　　以上計(jì)算列于表4-6</p><p>　　彈性抗力及摩擦力計(jì)算表 表4-6</p><p>　　(4).計(jì)算單位抗力及其相應(yīng)的摩擦力在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力</p><p>　　彎矩：

32、 </p><p><b>　　軸力： </b></p><p>　　式中：—力Ri至接縫中心點(diǎn)K的力臂，由圖1量得。</p><p>　　計(jì)算見表4-7及表4-8</p><p>　　Miσ0計(jì)算表 表4-7</p><

33、;p>　　計(jì)算表 表4-8</p><p>　　(5).單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移</p><p><b>　　計(jì)算見表4-9</b></p><p>　　單位抗力及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的載位移計(jì)算表 表4-9&

34、lt;/p><p><b>　　計(jì)算精度校核：</b></p><p><b>　　閉合差Δ=0。</b></p><p>　　五、墻底（彈性地基梁上的剛性梁）位移</p><p>　　單位彎矩作用下的轉(zhuǎn)角：</p><p>　　主動荷載作用下的轉(zhuǎn)角：</p>&l

35、t;p>　　單位抗力及相應(yīng)摩擦力作用下的轉(zhuǎn)角：</p><p><b>　　六、解力法方程</b></p><p><b>　　襯砌計(jì)算矢高：</b></p><p><b>　　計(jì)算力法方程的系數(shù)</b></p><p>　　以上將單位抗力圖及相應(yīng)摩擦力產(chǎn)生的位移乘以倍

36、，即被動荷載的載位移。</p><p><b>　　求解方程：</b></p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　七、計(jì)算主動荷載和被動荷載分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力</p><p><b>

37、;　　計(jì)算公式為：</b></p><p><b>　　, </b></p><p><b>　　, </b></p><p>　　計(jì)算過程見表7-1和表7-2。 </p><p>　　主被動荷載作用下襯砌彎矩計(jì)算表

38、 表7-1</p><p>　　主被動荷載作用下襯砌軸力計(jì)算表 表7-2</p><p>　　八、最大抗力值的求解</p><p>　　首先求出最大抗力方向內(nèi)的位移。</p><p>　　考慮到接縫6處的徑向位移與水平方向有一定的偏離，因此修正后有：</p><

39、p><b>　　,</b></p><p><b>　　計(jì)算過程見表8-1</b></p><p>　　最大抗力位移修正計(jì)算表 表8-1</p><p><b>　　位移值為：</b></p><p&g

40、t;<b>　　最大抗力值為：</b></p><p><b>　　九、計(jì)算襯砌總內(nèi)力</b></p><p>　　按下式計(jì)算襯砌總內(nèi)力：</p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　計(jì)算過程見表9-1</b></p>

41、<p>　　襯砌總內(nèi)力計(jì)算表 表9-1</p><p>　　計(jì)算精度的校核：根據(jù)拱頂切開點(diǎn)之間的相對轉(zhuǎn)角和相對水平位移應(yīng)為零的條件來檢查。</p><p><b>　　相對轉(zhuǎn)角的校核</b></p><p><b>　　式中：</b>

42、</p><p><b>　　閉合差： 。</b></p><p>　　相對水平位移的校核按下式計(jì)算</p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　閉合差：。</b></p><p>　　九、襯砌截面強(qiáng)度檢算</p>

43、<p><b>　　檢算幾個控制截面：</b></p><p><b>　　拱頂（截面0）</b></p><p>　　,故截面偏心距符合要求。</p><p><b>　　又有：</b></p><p><b>　　可得：</b></

44、p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　—混凝土極限抗壓強(qiáng)度，取。 </p><p>　　墻底（截面8）偏心檢查</p><p>　　其他截面偏心距均小于0.45d.</p><p><b>　　十、內(nèi)力圖</b></p><p>　

45、　將內(nèi)力圖計(jì)算結(jié)果按比例繪制成彎矩圖M與軸力圖N,如圖2所示。</p><p>　　圖2 二次襯砌內(nèi)力圖</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD70-2004），北京：人民交通出版社，2004年．</p><p>　　2、《公路

46、隧道施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F60-2009）北京：人民交通出版社，2009年．</p><p>　　3、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2003）</p><p>　　4、中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路隧道勘測規(guī)程》（JTJ 063—85） </p><p>　　5、夏永旭主編，《隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算》，北京：人民交通出版社，2004年&l

47、t;/p><p>　　6、王毅才，《隧道工程》，北京：人民交通出版社，2001.7</p><p>　　7、孫家駟等著，《公路勘測設(shè)計(jì)》，重慶：重慶大學(xué)出版社，1995.5</p><p>　　8、張雨化，《道路勘測設(shè)計(jì)》，北京：人民交通出版社，2003.7</p><p>　　9、李寧軍，曹文貴，劉生等．《隧道設(shè)計(jì)與施工百問》 [M]．北京．人