山岭隧道结构设计计算书

第一章总则对某区间隧道进行结构检算，求出内力，并进行配筋计算。具体设计基本资料如下11设计条件隧道拱顶埋深为5M；隧道围岩等级为III级，围岩重度为28KN/M3，围岩的内摩擦角60，似摩擦角68，围岩侧压力系数取为03。；采用暗挖法施工，隧道断面型式为6心圆马蹄形结构。结构尺寸如图所示图1隧道尺寸示意图12设计原则山岭地区的地下工程是包括铁路、公路、水工隧道和地下储库等位于山岭内部的地下建筑物。对于公路隧道而言，主体规划设计主要考虑4个方面的问题（1）隧道（里面、平面）线型的选择，需要考虑地表条件、地层条件、地下水条件和既有临近建筑及设施；（2）隧道施工对地层的影响，需要分析地层的变形、荷载和稳定性特征，还需要考虑地下水和地层的渗透性；（3）隧道断面、主体及附属结构形式的选择，需要考虑地层的变形和刚度、衬砌的变形和刚度，以及两者之间的相互作用；（4）隧道防水方案，选择全封闭方案、部分封闭部分排水方案或其他防排水方案。隧道施工方法的规划设计主要涉及3个方面的问题（1）地层的开挖与出渣，需要考虑地层结构和岩石硬度的变化，还要计入地下水的作用；（2）地层稳定性的维持，需要考虑地层的自稳特征和站立时间，对注浆或冻结等地层处理方法的适应性；（3）地下水，包括流量与流向，流砂或管涌的可能性，以及处理方法。公路隧道结构设计应按照相关的行业规范执行。如建筑结构荷载规范（GBJ500092001）、人民防空工程设计规范（GB5022595）、公路隧道设计规范（JTGD702004）、锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB500862001）、混凝土结构设计规范（GB500102002）、型钢混凝土组合结构技术规程（JGJ1382001）、钢结构设计规范（GBJ500172003）、地下工程防水设计规范（GB501082001）、公路工程技术标准（JTGB012003）等。图2隧道位置示意图13设计标准隧道内部尺寸设计结构净宽1656M结构净高1192M结构底板厚度550MM结构顶板厚度550MM结构侧板厚度550MM14设计依据建筑结构荷载规范（GBJ500092001）人民防空工程设计规范（GB5022595）公路隧道设计规范（JTGD702004）锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB500862001）混凝土结构设计规范（GB500102002）型钢混凝土组合结构技术规程（JGJ1382001）钢结构设计规范（GBJ500172003）地下工程防水设计规范（GB501082001）公路工程技术标准（JTGB012003）15环保措施在本次设计中，我们采取了以下环境保护措施选用无毒无害的防水板，避免对地下水的影响。严格控制降低地下水位，以免地下水位降低引起地面沉降、地下管道断裂、建筑物开裂、草木枯萎。施工场地规划尽量减少对绿化的破坏及对交通的影响。采用有利于环境保护、符合可持续发展战略的绿色建筑技术，选用有利于环境保护和人群健康的建筑材料及建筑装修材料，选用的建筑材料、涂料等要符合国家的有关部门标准。各专业应积极采用不产生或少产生污染的新技术、新工艺、新材料、新设备，节约能源，循环（重复）利用资源。引进设备其污染物的排放必须达到国家工广州市制定的标准和符合环境管理法规的有关规定。第二章结构设计21根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋；根据公路隧道设计规范，在判定隧道深浅埋时有如下规定在矿山法施工的条件下，级围岩取，级围岩取25PHH。根据设计的条件，。2PHH2PH采用公路隧道设计规范推荐的方法，即有211045SIB上式中S为围岩的级别；B为洞室的跨度；I为B每增加1M时的围岩压力增减率，以B5M的围岩垂直均布压力为准，当B5M时，取I01。由于隧道拱顶埋深5M，位于III级的围岩中，根据公路隧道设计规范公式，则有311065384524250SSMHIB因为埋深，可知该隧道为浅埋隧道。2768CMH22计算作用在结构上的荷载；1永久荷载A顶板上永久荷载A顶板自重（可只考虑二衬）2325/0175/QDKNMKNMB地层竖向土压力由于拱顶埋深5M，根据公路隧道设计规范的浅埋隧道荷载的计算方法，将地层的竖向土压力换算成作用在支护结构上的均布荷载，即（22）1TANTQHQB浅浅式中侧压力系数，本设计取03围岩自重（KN/M3）隧道埋深，指坑顶至地面的距离（M）HBT坑道宽度（M）埋深在浅埋范围内时，为便于计算，假定土体中形成的破裂面是一条与水平成的斜直线。当隧道正上方土体下沉时，带动两侧三棱锥土体下沉，整个土体下沉，又要受到未扰动岩土体的阻力，对于无实测资料时，可按表1采用。表1各级围岩的值围岩级别09（0709）（0507）（0305）代入数据251TAN28103TAN960654/TQHQBKNM浅浅128034/EKN22191/HKM3125/B底板上可变荷载底板自重（可只考虑二衬）235/017/QDKNMKNC侧墙上永久荷载A侧墙自重2325/0175/QDKNMKNMB对于隧道侧墙上侧向土压力地层侧向压力按的公路隧道设计规范的浅埋隧道荷载的方法计算。作用在支护结构两侧的水平侧压力为（23）1EH（24）2H当侧压力视为均布荷载时（25）1E式中侧压力系数，本设计取03围岩自重（KN/M3）隧道埋深，指坑顶至地面的距离（M）H隧道底部至地面的距离（M）H代入数据12285034/EKNM22191/K21205/2可变荷载A顶板上可变荷载按公路隧道设计规范614中第三条规定当明洞上方与公路（铁路）立交时，应考虑公路（铁路）荷载，本设计不存在立交，故可不考虑。人行荷载可以不用考虑。B底板上可变荷载主要为列车车辆运行的可变荷载，根据公路隧道设计规范614规定，公路车辆荷载计算应按公路工程技术标准的有关规定执行。C侧墙上可变荷载顶板上可变荷载经论证无需考虑，所以侧墙上可变荷载本也无需考虑。3偶然荷载在本设计中，仅考虑比较简单的情况，偶然荷载可以不用计算。23进行荷载组合根据任务书，只需按照基本组合构件计算，1、承载能力极限状态荷载组合采用135恒载14活载根据以上各种计算，作用在隧道上的设计荷载有拱顶设计恒载18399MPA底板设计恒载1856MPA设计活载7MPA侧墙（顶部）设计恒载567MPA（X方向）1856MPA（Y方向）（底部）设计恒载19184MPA（X方向）1856MPA（Y方向）2、正常使用极限状态荷载组合采用恒载活载根据以上各种计算，作用在隧道上的设计荷载有拱顶设计恒载13629MPA底板设计恒载1375MPA设计活载5MPA侧墙（顶部）设计恒载42MPA（X方向）；1375MPA（Y方向）（底部）设计恒载1421MPA（X方向）；1375MPA（Y方向）24绘出结构受力图根据荷载组合值，可以分别计算出拱顶、底板、侧墙和中墙的设计荷载值，如下图1、承载能力极限状态2、正常使用极限状态第三章利用MIDAS程序计算结构内力用通用有限元程序MIDAS/CIVIL，MIDAS/CIVIL是目前最先进的土木结构分析系统，它对土木建筑的分析中所需要的各种功能进行了综合的考虑。在计算机技术方面，MIDAS/CIVIL所使VISUALC，因此可以充分发挥32BIT视窗环境的优点。以用户为中心的输入输出功能使用的是精确而且直观的用户界面和尖端的电脑图形技术，为土木建筑物的建模和分析提供了很大的便利。31建立模型用MIDAS软件对结构建立有限元模型，如下图所示。该模型共有54个节点，54个单元。32定义截面形状和材料截面采用矩形截面，如图所示结构采用C30混凝土,如图所示33定义边界条件如下图所示34添加荷载341定义荷载工况荷载工况如下表所示342添加自重荷载35定义荷载组合按承载能力极限状态组合荷载时，结构由恒载起控制作用，所以按组合荷载公式F135恒载14活载，来计算荷载设计值。按正常使用极限状态组合荷载时，按组合荷载公式F恒载活载，来计算荷载设计值。其中，土压力、结构自重为恒载，汽车荷载为活载。第四章结构内力分析41承载能力极限状态组合下结构内力图411弯矩图名称自重竖向土压力侧向土压力车辆荷载承载能力极限状常使用极限状态1111412轴力图413剪力图42正常使用极限状态组合下结构内力图421弯矩图422轴力图423剪力图第五章结构配筋计算根据任务书要求，结构纵向按1M考虑。结构顶板和底板按纯弯构件配筋，侧墙按偏心受压构件配筋。设计时主要依据规范公路隧道设计规范（JTGB012003），混凝土结构设计规范（GB500102002）。51基本条件已知某矩形截面简支梁，截面为BH1000MM500MM，计算跨度L1656M，在使用期间的基本组合和标准组合的弯矩图如下基本组合轴向剪力Y剪力Z扭矩弯矩Y弯矩Z1基本组合I12416250001724600073410001基本组合J2241540000710500023390002基本组合I224107600049800024670002基本组合J32382290001065300020370003基本组合I3240504000340300026630003基本组合J42369310001351900094700004基本组合I4237006000140700094910004基本组合J52327980008838000124960005基本组合I52335180004467000126940005基本组合J622877200015078000205370006基本组合I62294670002219000207280006基本组合J72243440008971000234490007基本组合I722427200010304000234290007基本组合J82189880001631000199760008基本组合I821821800015861000197650008基本组合J92130320003075000122040009基本组合I921183400019052000118750009基本组合J102070190005381000211200010基本组合I1020564300020048000173400010基本组合J112014700005535000849200011基本组合I1120014000019059000885800011基本组合J1219685100038190001800400012基本组合I12195765000162530001830200012基本组合J131935550004640002498600013基本组合I13192900000116350002516600013基本组合J1419150400044460002804000014基本组合I1419147300050070002804900014基本组合J15191718000111840002557900015基本组合I151929130006360002525000015基本组合J16194332000166600001833600016基本组合I161949950008950001815300016基本组合J17197450000147500001261600017基本组合I1719861300067560001229600017基本组合J182019060002185900085900018基本组合I182036800001092500037100018基本组合J19207575000253890001414100019基本组合I1920942500088060001465000019基本组合J20213665000226020002719500020基本组合I202148560005840002752300020基本组合J21219191000125860003230400021基本组合I21219270000111380003232600021基本组合J2222347500015130002845400022基本组合I22222334000226090002814000022基本组合J23226229000103220001494500023基本组合I23224532000210370001447800023基本组合J242279910008924000246400024基本组合I2422673000023954000211700024基本组合J25229692000118110001222400025基本组合I25227810000212800001274100025基本组合J26229354000138680002121300026基本组合I26228090000107290002156100026基本组合J2723025600018050002517700027基本组合I2723085200066780002501300027基本组合J28230584000193470001466300028基本组合I2823368900057720001380900028基本组合J2923519700019249000385900029基本组合I292358770008884000367200029基本组合J3023768800017011000244600030基本组合I3024024700014608000314900030基本组合J31244162000243910001480400031基本组合I3124824200094390001592600031基本组合J32254021000173950002394500032基本组合I3225631900016600002457700032基本组合J3326251200066200002704700033基本组合I3326217700093980002695500033基本组合J3426802100073480002194000034基本组合I34264336000263420002092700034基本组合J3526797900026370000726200035基本组合I3526619500014825000677100035基本组合J3627064600015688000543400036基本组合I3627285900013693000882800036基本组合J37276643000149080002026800037基本组合I372723830007705000864500037基本组合J382727470005702000328300038基本组合I382729380002636000228100038基本组合J3927321100061400098100039基本组合I39273265000178100096600039基本组合J4027478800013400030700040基本组合I40274815000132100030000040基本组合J4127554600069400004900041基本组合I4127555100092300004800041基本组合J42275589000112200012800042基本组合I4227557100034500013300042基本组合J43275472000169700067300043基本组合I4327541800065700068800043基本组合J442738020002556000197300044基本组合I442737040001762000200100044基本组合J452713450003489000410000045基本组合I452712220001885000413400045基本组合J462681600003381000624000046基本组合I462679090007599000630900046基本组合J4726419200088080001287000047基本组合I4726377300095250001298500047基本组合J48259460000104010002095300048基本组合I482592110005240002102200048基本组合J4925436700010290002164100049基本组合I49255503000215020002132800049基本组合J50252173000218380001180200050基本组合I50255883000137030001078200050基本组合J5125042000016400000176700051基本组合I512536070001002900089000051基本组合J5224800800015080000663600052基本组合I522506420006767000736000052基本组合J53246023000137960001353200053基本组合I5324720700046610001385700053基本组合J5424404500049000001397500054基本组合I54245892000135230001448300054基本组合J124438900025820008101000标准组合轴向剪力Y剪力Z扭矩弯矩Y弯矩Z1标准组合I11789810001277500054380001标准组合J2178919000526300017320002标准组合I217857500036900018270002标准组合J3176466000789100015100003标准组合I3178151000252100019730003标准组合J41755040001001400070150004标准组合I4175560000104200070310004标准组合J5172443000654700092570005标准组合I5172976000330900094040005标准组合J616946000011169000152120006标准组合I61699760001644000153540006标准组合J71661810006645000173690007标准组合I71661270007633000173550007标准组合J81622130001208000147970008标准组合I816164300011749000146400008标准组合J9157801000227800090400009标准组合I91569140001411200087960009标准组合J101533470003986000156400010标准组合I1015232800014851000128400010标准组合J111492370004100000629100011标准组合I1114825100014118000656200011标准组合J1214581600028290001333700012标准组合I12145011000120400001355800012标准组合J131433740003440001850900013标准组合I1314288900086180001864200013标准组合J1414185400032930002077100014标准组合I1414183200037090002077700014标准组合J1514201300082850001894800015标准组合I151428980004710001870400015标准组合J16143949000123410001358200016标准组合I161444400006630001344700016标准组合J1714625900010926000934500017标准组合I171471210005005000910800017标准组合J181495600001619200063600018标准组合I18150874000809300027500018标准组合J19153759000188070001047400019标准组合I1915512900065230001085100019标准组合J20158270000167420002014400020标准组合I201591530004330002038700020标准组合J2116236400093230002392900021标准组合I2116242200082500002394500021标准组合J2216553700011210002107700022标准组合I22164692000167470002084500022标准组合J2316757700076450001107000023标准组合I23166320000155830001072500023标准组合J241688820006610000182500024标准组合I2416794800017743000156800024标准组合J251701420008748000905400025标准组合I2516874800015763000943800025标准组合J26169892000102720001571300026标准组合I2616895500079470001597100026标准组合J2717056000013370001864900027标准组合I2717100100049470001852800027标准组合J28170803000143310001086100028标准组合I2817310300042760001022800028标准组合J2917422000014259000285800029标准组合I291747240006581000271900029标准组合J3017606500012601000181300030标准组合I3017796100010821000233400030标准组合J31180861000180680001096700031标准组合I3118388300069920001179800031标准组合J32188164000128850001773900032标准组合I3218986600012280001820700032标准组合J3319445300049030002003500033标准组合I3319420400069670001996700033标准组合J3419852800054410001625100034标准组合I34195798000195170001550100034标准组合J3519849400019529000537900035标准组合I3519717200010987000501500035标准组合J3620046500011613000402500036标准组合I3620210500010150000653900036标准组合J37204904000110360001501300037标准组合I372017490005700000640300037标准组合J382020160004231000243100038标准组合I382021570001945000168900038标准组合J3920235700046200072600039标准组合I39202398000131200071500039标准组合J4020352500009200022700040标准组合I4020354500097100022100040标准组合J4120408500050700003600041标准组合I4120408900067600003400041标准组合J4220411700082400009400042标准组合I4220410400024800009700042标准组合J43204031000125000049800043标准组合I4320399100049400050900043标准组合J442027960001886000146100044标准组合I442027230001312000148100044标准组合J452009780002577000303600045标准组合I452008870001404000306200045标准组合J461986210002497000462200046标准组合I461984350005636000467300046标准组合J471956850006518000953400047标准组合I471953750007063000961900047标准组合J4819218400076990001552200048标准组合I481919990003950001557300048标准组合J491884150007550001603100049标准组合I49189258000159270001580000049标准组合J5018679400016183000874200050标准组合I5018954300010152000798600050标准组合J5118549600012150000130700051标准组合I51187857000742900065800051标准组合J5218371000011170000491700052标准组合I521856610005012000545300052标准组合J53182239000102190001002500053标准组合I5318311600034530001026600053标准组合J5418077400036300001035300054标准组合I54182143000100180001072900054标准组合J11810290001913000600100052顶板配筋计算521设计条件通过上述数据，我们发现在使用期间顶板承受的最大正弯矩和最大负弯矩值为最大正弯矩28049KNM对应轴力191473KN最大负弯矩32326KNM对应轴力21927KN522计算过程截面尺寸10550SBHMAM取计算长度606L50SH弯矩设计值，轴力设计值,32MKN2197NK偏心矩01497E附加偏心矩5MAX83,20M初始偏心矩0467IE偏心距增大系数，FAN01所以构件长细比对截面曲率影响的系数065LH2083则偏心矩增大系数201214/608367/528ILEH则计算偏心距为0433510IEMHM因此，可按大偏心受压构件进行计算求受压区钢筋面积SA5047369822ISHEAM取0B则受压区钢筋面积202215197684305105CBBSYSNEFHAAM2IN01SABHM取选用616，1206S2求受拉区钢筋面积S受压区计算高度02021976831206554340YSSCSNEFAHAXHBMA052BXH则受拉区钢筋面积为022MIN251974300821501ISSYNEAAFHBHM经过反复的裂缝宽度验算，采用728，4310SA2，非超筋，满足要求。431016055YSCFABH裂缝宽度验算，所以不用验算裂缝宽度。001472527EMHM53侧板配筋计算531设计条件通过上述数据，我们发现在使用期间侧墙承受的最大正弯矩和最大负弯矩值为最大正弯矩25177KNM对应轴力230256KN最大负弯矩28140KNM对应轴力222344KN532计算过程截面尺寸10550SBHMAM取计算长度924L50SH弯矩设计值，轴力设计值,8MKN23NK偏心矩010163E附加偏心矩5MAX8,20M初始偏心矩0164IE偏心距增大系数，取15305172CFAN01所以构件长细比对截面曲率影响的系数04815LH29则偏心矩增大系数201214/4096/5217ILEH则计算偏心距为0431793510IEMHM因此，可按大偏心受压构件进行计算求受压区钢筋面积SA503176942692ISHEA取50B则受压区钢筋面积2021354693051050CBBSYSNEFHAA2MIN21SABHM取选用616，1206S求受拉区钢筋面积S受压区计算高度02023542693106551710YSSCSNEF