隧道工程課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　《隧道工程》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　一基本資料</b></p><p><b>　　1、工程概況：</b></p><p>　　大云隧道位于某低山丘陵區(qū)。設(shè)計(jì)行車速度：80km/h</p><p><b>　　2、地形地質(zhì)條件</b>&

2、lt;/p><p>　　施工地段屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，屬于剝蝕山丘地區(qū)，年均降雨量約1300mm。</p><p><b>　　3、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)等級(jí)：高速公路單向二車道；</p><p><b>　　地震設(shè)防烈度：6級(jí)</b></p><p>&l

3、t;b>　　二內(nèi)輪廓的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1根據(jù)設(shè)計(jì)資料：設(shè)計(jì)等級(jí)：高速公路單向二車道，由《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70-2004）4.3.2有：高速公路、一級(jí)公路的隧道應(yīng)設(shè)計(jì)為上、下行分離的獨(dú)立雙洞。對(duì)于Ⅲ級(jí)圍巖，容重=23.5KN/m3，圍巖的彈性抗力系數(shù)K=1000MPa,得出各斷面內(nèi)輪廊如下圖：</p><p>　　橫向人行通道設(shè)計(jì)內(nèi)輪廓圖如下

4、：</p><p><b>　　三襯砌的支護(hù)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1初期支護(hù)</b></p><p>　　初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)，由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等支護(hù)形式組合使用，根據(jù)不同圍巖級(jí)別區(qū)別組合。錨桿支護(hù)采用全長粘結(jié)錨桿。由工程類比法，結(jié)合《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，初期支護(hù)噴射混凝土材料采用C20

5、級(jí)混凝土，支護(hù)參數(shù)如下表：</p><p><b>　　2二次襯砌</b></p><p>　　二次襯砌采用現(xiàn)澆模筑混凝土，利用荷載結(jié)構(gòu)法進(jìn)行襯砌內(nèi)力計(jì)算和驗(yàn)算。</p><p>　　二次襯砌厚度設(shè)置如下表：</p><p>　　注：鋼筋面積為縱向每1m的鋼筋面積。</p><p><b&g

6、t;　　四圍巖壓力的計(jì)算</b></p><p><b>　　1計(jì)算斷面參數(shù)確定</b></p><p>　　隧道高度h=內(nèi)輪廓線高度+襯砌厚度+預(yù)留變形量</p><p>　　隧道跨度b=內(nèi)輪廓線寬度+襯砌厚度+預(yù)留變形量</p><p><b>　　2荷載確定</b></p&g

7、t;<p>　?。ㄒ唬└鶕?jù)圍巖壓力計(jì)算公式：</p><p>　　計(jì)算圍巖豎向均布?jí)毫Γ?lt;/p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　s——圍巖類別，此處s=4；</p><p>　　——圍巖容重，此處=23.5KN/m3；</p><p><b>　　

8、——跨度影響系數(shù)</b></p><p><b>　　毛洞跨度</b></p><p>　　=10.86+20.5+20.065=11.99m</p><p>　　其中0.065m為一側(cè)平均超挖量</p><p>　　=11.99>5m，=0.1，此處=1+0.1（11.99-5）=1.699。<

9、/p><p><b>　　所以有： </b></p><p>　　此處超挖回填層忽略不計(jì)。</p><p>　　(二)圍巖水平均布?jí)毫Γ?lt;/p><p>　　e=0.12q=0.12×71.868=8.624KPa</p><p><b>　　3襯砌的幾何要素</b>

10、</p><p><b>　　5襯砌幾何尺寸</b></p><p>　　內(nèi)輪廓線半徑 =5.43m， 。</p><p>　　內(nèi)徑、所畫曲線的終點(diǎn)截面與豎直軸的夾角，，；</p><p><b>　　拱頂截面厚度：</b></p><p><b>　　墻底截面厚

11、度：</b></p><p>　　因?yàn)榇颂幰驗(yàn)閿嗝娉叽绮蛔?，所以外輪廓斷面尺寸可以直接?jì)算出來。</p><p><b>　　外輪廓線半徑：</b></p><p><b>　　拱軸線半徑：</b></p><p>　　拱軸線各段圓弧中心角：</p><p>　　

12、6半拱軸線長度及分段軸長</p><p><b>　　分段軸線長度：</b></p><p><b>　　半軸線長度為：</b></p><p>　　將半拱軸線等分為8段，每段長度：</p><p>　　8各分塊接縫（截面）中心幾何要素</p><p><b>　　

13、（1）與豎直軸夾角</b></p><p><b>　　另一方面，</b></p><p><b>　　角度閉合差 ：</b></p><p>　?。ㄗⅲ阂驂Φ酌嫠剑?jì)算襯砌內(nèi)力時(shí)用）</p><p>　?。?）接縫中心點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)</p><p>　　當(dāng)然，也可以

14、在附圖2上直接量出、。以后計(jì)算中只取四位小數(shù)。</p><p><b>　　五計(jì)算位移</b></p><p><b>　　1、單位位移</b></p><p>　　用辛普生法近似計(jì)算。按計(jì)算列表進(jìn)行。單位位移的計(jì)算見表4.1。</p><p>　?。ㄕf明本設(shè)計(jì)計(jì)算一律保留四位小數(shù)，表格采用保留三位

15、有效數(shù)字）</p><p>　　表4.1 單位位移計(jì)算表</p><p><b>　　單位位移值計(jì)算如下</b></p><p><b>　　計(jì)算精度校核為：</b></p><p><b>　　閉合差 ：</b></p><p>　　2、載位移——主動(dòng)

16、荷載在基本結(jié)構(gòu)中引起的位移</p><p>　?。?）每一楔塊上的作用力</p><p><b>　　豎向力：</b></p><p>　　式中：——襯砌外緣相鄰兩截面之間的水平投影長度，又附圖2量得：</p><p><b>　　水平壓力：</b></p><p><

17、b>　　式中：</b></p><p>　　——襯砌外緣相鄰兩截面之間的豎直投影長度，由附圖2量得：</p><p><b>　　自重力：</b></p><p>　　式中：——接縫的襯砌截面厚度</p><p>　　注：計(jì)算時(shí)，應(yīng)該第8個(gè)楔塊的面積乘以。</p><p>　　作

18、用在各楔塊上的力均列入表4.2，各集中力均通過相應(yīng)圖形的形心</p><p>　?。?）外荷載在基本結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的內(nèi)力</p><p>　　楔塊上各集中力對(duì)下一接縫的力臂由圖4.1中量得，分別記為、、。</p><p><b>　　內(nèi)力圖按下式計(jì)算。</b></p><p><b>　　彎矩：</b>

19、</p><p><b>　　軸力：</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　、——相鄰兩接縫中心點(diǎn)的坐標(biāo)增值，按下式計(jì)算：</p><p><b>　　（4.9）</b></p><p>　　的計(jì)算見下表4.3。<

20、/p><p>　　表4.3 載位移計(jì)算表</p><p>　　表4.4 載位移計(jì)算表</p><p>　　基本結(jié)構(gòu)中，主動(dòng)荷載產(chǎn)生彎矩的校核為：</p><p>　　1045.835kN/m</p><p>　　-8.624/2×7.98562=-274.975kN/m</p><p>　

21、　-179.1953kN/m</p><p><b>　　另外，由上可知， </b></p><p><b>　　因此得出閉合差 </b></p><p><b>　?。?）主動(dòng)荷載位移</b></p><p>　　計(jì)算過程見表4.5。</p><p>

22、　　表4.5 主動(dòng)荷載位移計(jì)算表</p><p><b>　　主動(dòng)荷載位移：</b></p><p>　　-3544.245×10-6</p><p>　　-1.3753/(2.6×10-6)×2972794.052=-157249.372×10-6</p><p>　　-1925

23、91.412×10-6</p><p><b>　　10-6</b></p><p><b>　　閉合差 </b></p><p>　　3、載位移——單位彈性抗力及相應(yīng)的摩擦力引起的位移</p><p>　?。?）各接縫處的抗力強(qiáng)度</p><p>　　抗力

24、上零點(diǎn)假定在接縫3與4的中線處，</p><p>　　最大抗力值假定在接縫5與6的中線處，</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><b>　　查表4-1，算得：</b></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><b

25、>　　(4.14)</b></p><p>　　式中：——所考察截面外緣點(diǎn)到點(diǎn)的垂直距離；</p><p>　　——墻腳外緣點(diǎn)到點(diǎn)的垂直距離。</p><p><b>　　由圖4-1中量得：</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　

26、　按比例將所求得的抗力繪于圖4-1上。</p><p>　?。?）各楔塊上抗力集中力</p><p><b>　　按下式近似計(jì)算：</b></p><p><b>　　(4.15)</b></p><p>　　式中：——楔塊外緣長度，可通過量取夾角，用弧長公式求得，的方向垂直于襯砌外緣，并通過楔塊上

27、抗力圓形的形心。</p><p>　?。?）抗力集中力與摩擦力的合力</p><p>　　按下式計(jì)算： (4.16)</p><p>　　式中：——圍巖與襯砌間的摩擦系數(shù)，此處取。則： (4.17)</p><p>　　其作用方向與抗力集中力的夾角。由于摩擦

28、阻力的方向與襯砌位移的方向相反，其方向向上。畫圖時(shí)，也可取切向：徑向=1：5的比例求出合力的方向。的作用點(diǎn)即為與襯砌外緣的交點(diǎn)。將的方向線延長，使之交于豎直軸，量取夾角，將分解為水平與豎直兩個(gè)分力：</p><p>　　{ (4.18)</p><p>　　以上計(jì)算列入表4.6。</p><p>　　表4.6 彈性抗力

29、及摩擦力計(jì)算表</p><p>　?。?）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><b>　　彎矩：</b></p><p><b>　　(4.19)</b></p><p><b>　　軸力：</b></p><p><

30、;b>　　(4.20)</b></p><p>　　式中：——力至接縫中心點(diǎn)的力臂，由圖4.1量得。</p><p><b>　　計(jì)算見下表4.7。</b></p><p><b>　　表4.7計(jì)算表</b></p><p><b>　　計(jì)算見下表4.8。</b&g

31、t;</p><p><b>　　表4.8 計(jì)算表</b></p><p>　?。?）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>　　表4.9 單位抗力及摩擦力產(chǎn)生的載位移計(jì)算表</p><p><b>

32、　　校核為：</b></p><p><b>　　閉合差 </b></p><p>　　4、墻底（彈性地基上的剛性梁）位移</p><p>　　單位彎矩作用下的轉(zhuǎn)角：</p><p>　　單位彎矩作用下的轉(zhuǎn)角： </p><p>　　主動(dòng)荷載作用下的轉(zhuǎn)角：</p>

33、<p>　　單位抗力及相應(yīng)摩擦力作用下的轉(zhuǎn)角：</p><p><b>　　5、解力法方程</b></p><p><b>　　襯砌矢高</b></p><p>　　計(jì)算力法方程的系數(shù)為：</p><p>　　以上將單位抗力產(chǎn)生的位移乘以 即為彈性抗力引起的位移。</p>&

34、lt;p><b>　　求解方程：</b></p><p><b>　　顯然可知：</b></p><p><b>　　， </b></p><p>　　可將上述結(jié)果代入原方程，進(jìn)行校核。</p><p>　　6、計(jì)算主動(dòng)荷載和被動(dòng)荷載（）分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力</p&g

35、t;<p><b>　　計(jì)算公式：</b></p><p>　　{ (4.28)</p><p>　　{ (4.29)</p><p>　　計(jì)算過程列表4.10與表4.11。</p><p>　　表4.10 主、被動(dòng)荷載作用下襯砌彎矩計(jì)算表<

36、/p><p>　　表4.11 主、被動(dòng)荷載作用下襯砌軸力計(jì)算表</p><p>　　7、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5的徑向位移與水平方向有一定的偏移，因此修正后有：</p><p>　　{ (4.30)</p><

37、p><b>　　(4.32)</b></p><p>　　表4.12 最大抗力位移修正計(jì)算表</p><p>　　把計(jì)算過程列入表4.12，位移值為</p><p><b>　　最大抗力值為：</b></p><p><b>　　8、計(jì)算襯砌總內(nèi)力</b></p&g

38、t;<p>　　按下式計(jì)算襯砌總內(nèi)力：</p><p>　　{ (4.34)</p><p>　　計(jì)算過程列入表4.13</p><p>　　表4.13襯砌總內(nèi)力計(jì)算表</p><p>　　計(jì)算精度的校核為以下內(nèi)容。</p><p>　　根據(jù)拱頂切開點(diǎn)的相對(duì)轉(zhuǎn)角和相對(duì)水平位移應(yīng)

39、為零的條件來檢查：</p><p><b>　　式中： </b></p><p>　　相對(duì)誤差可按此式計(jì)算。 </p><p>　　相對(duì)誤差可按此式計(jì)算。 </p><p>　　顯然閉合差滿足要求。</p><p>　　9、襯砌截面強(qiáng)度檢算</p><p><b>

40、;　　檢算幾個(gè)控制截面：</b></p><p><b>　　1、拱頂（截面0）</b></p><p><b>　?。蓾M足要求）</b></p><p><b>　　，可得：</b></p><p><b>　?。桑?lt;/b></p&

41、gt;<p>　　式中： -混凝土極限抗壓強(qiáng)度，取 </p><p><b>　　2截面1</b></p><p><b>　　（可滿足要求）</b></p><p><b>　　，可得：</b></p><p><b>　　（可）</b>&

42、lt;/p><p>　　式中： -混凝土極限抗壓強(qiáng)度，取 </p><p><b>　　3截面5</b></p><p><b>　?。蓾M足要求）</b></p><p><b>　　，可得：</b></p><p><b>　?。桑?lt;/

43、b></p><p>　　式中： -混凝土極限抗壓強(qiáng)度，取 </p><p><b>　　4截面8</b></p><p><b>　　滿足要求</b></p><p>　　其它各截面偏心均小于0.45d。</p><p>　　綜上，驗(yàn)算滿足強(qiáng)度要求。</p>

44、;<p><b>　　3.3.1配筋計(jì)算</b></p><p>　　經(jīng)過計(jì)算，可知中墻頂部為最不利位置，沿隧道縱向取1m的計(jì)算單元，彎矩最大為53.734kN.m，軸力為351.252kN，以此截面為控制截面進(jìn)行配筋，為簡便計(jì)算，可以對(duì)稱配筋。</p><p>　　彎矩設(shè)計(jì)值，軸力設(shè)計(jì)值 </p><p>　　截面長度：L=1

45、.0m 高度：</p><p>　　計(jì)算長度： 偏心距：</p><p>　　附加偏心矩：（20mm和1/30偏心方向截面尺寸中較大值）</p><p>　　初始偏心矩： =20+153=173mm</p><p><b>　　偏心距增大系數(shù)： </b></p><p&

46、gt;<b>　　，所以取</b></p><p>　　所以構(gòu)件長細(xì)比對(duì)截面曲率影響的系</p><p><b>　　則偏心矩增大系數(shù)：</b></p><p>　　1.268×153>0.3×450</p><p>　　按大偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算</p>&l