青岛至兰州公路陕西境壶口至雷家角高速公路地段隧道施工设计毕业论文.doc

兰州理工大学毕业设计（论文）青岛至兰州公路陕西境壶口至雷家角高速公路地段隧道施工设计毕业论文目录第1章 设计总说明11.1 设计原则概述11.2 技术标准11.3 隧道建设地区工程地质条件11.3.1 区域地形、地貌11.3.2 水文与气象21.3.3 地质条件21.4 横断面设计41.4.1 建筑限界41.4.2 隧道内轮廓41.5 隧道衬砌结构41.5.1 围岩划分41.5.2 衬砌设计51.6 防排水设计51.7 通风设计61.8 照明设计61.9 洞门设计71.9.1 洞口位置选择71.9.2 洞门选择71.10环境保护7第2章 用收敛约束法验算初期支护82.1确定计算参数82.2计算隧道周边设计支护阻力与径向位移92.3计算初期支护能提供的总支护阻力和允许隧道洞壁产生的总径向位移112.4初期支护总阻力和位移的校核14第3章二次衬砌验算153.1基本计算数据153.2衬砌几何要素163.2.1衬砌几何尺寸163.2.2绘分块图163.2.3求半拱的轴线长度163.2.4求各分块接缝中心几何要素163.3计算位移183.3.1单位位移183.3.2载位移主动荷载在基本结构中引起的位移182.3.4墙底（弹性地基上的刚性梁）位移252.4解力法方程262.5计算主动荷载和被动荷载（=1）分别产生的衬砌内力282.6最大抗力值的求解292.7计算衬砌总内力303.8衬砌截面强度验算323.9内力图33第4章 通风计算344.1基本资料344.2需风量的计算：344.2.1设计浓度：344.2.2 CO排放量：344.2.4烟雾排放量：364.2.5稀释烟雾的需风量：374.2.6稀释空气中异味的需风量374.3通风设计计算384.3.1自然风阻力384.3.2通风阻抗力394.3.3交通通风力394.4风机选型41第5章 隧道照明425.1入口段照明425.1.1入口段亮度：425.1.2入口段长度：425.2过渡段照明435.2.1过渡段亮度435.2.2过度段长度435.3中间段照明435.4出口段照明43第6章 施工说明456.1施工内容456.2施工方案设计456.3弃渣方案466.4施工中存在问题及解决方案466.5环境保护46第7章外文翻译（原文）48第8章外文翻译（译文）65参考文献79致谢8082第1章 设计总说明1.1 设计原则概述该项目位于青岛至兰州公路陕西境壶口至雷家角高速公路地段。老君公路隧道位于此高速公路上，起始桩号左线为K30+150至K27+580,总长约为2570m、右线为K27+580至K30+100，总长约为2520m。隧道行车道宽度均按设计行车速度120km/h考虑；隧道衬砌结构设计采用“新奥法”复合式衬砌、高压钠灯光电照明、机械通风；隧道洞门型式主要采用台阶式洞门。隧道围岩岩性以黄土为主，围岩级别以级为主。该隧道对克服地形障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏以及保护生态环境起到了重要作用。设计依据及执行规范：公路工程技术标准（JTG B012003）公路隧道设计规范（JTG D702004）公路隧道设计细则（JTG/T D702010）公路隧道施工技术规范（JTG F602009）公路隧道通风照明设计规范（JTJ026.11999）1.2 技术标准公路等级 高速公路设计行车速度 120km/h隧道净宽 11.5m ( 3.752+1+1+0.75+1.25)隧道净高 5.0m设计荷载 公路I级1.3 隧道建设地区工程地质条件1.3.1 区域地形、地貌本项目所在区位于陕西省北部，延安市东南，总体地势呈西南高东北低。隧道岩性主要以黄土为主，区内最高点为1150米，最低点位于起点南川河河道，海拔865.0米。路线穿越区多在南川河河谷及其两侧，南川河河谷多位耕地，植被覆盖率较高。台塬北部斜坡长期遭受台塬塬面自北而南水流冲刷，水土流失相当严重，植被覆盖率较差。1.3.2 水文与气象隧道区内地下水类型主要有第四系的孔隙潜水和泥盆系的基岩裂隙水：第四系孔隙潜水主要存在与冲洪积和洪积物中，次为残坡积物中，水量不大，一般0.10.6 L/s，主要补给来自于大气降水，次为地表沟谷水渗透补给；基岩裂隙水，主要赋存于泥盆系石英砂岩层中，砂岩裂隙较发育，岩性呈刚性坚硬，易产生剪切裂隙，裂隙较多平直紧闭，在该层地势较低处或上覆坡残积物较厚处，赋存一定量的地下水，根据钻探成果，钻进中，石英砂岩、砂岩中有水涌出，其水头为0.8m左右，用水量0.15 L/s，水质类型为（W6）HC03-Camg型水，PH值7.0。项目区属北温带大陆性半干旱季风气候区，多年平均气温9.8C，年平均最高气温7月份23.3C，最低气温1月份-5.7C。多年平均降雨量514.6mm，一般冻土深度0.7m，冬季干旱、少雨、多风，夏季温热多暴雨炎热，其它季节冷热多变、温差大；冬春干旱，降雨集中。1.3.3 地质条件1 ）主要岩土类特征含角砾粘质粉土褐红色，湿，硬塑，稍密。成分以粘粉粒为主，角砾含量5-10%，砂含量1015%，砂粒、角砾成分为白云岩，土体较均匀。含碎石、角砾粘质砂土褐红色，湿，结构疏松。碎石、角砾含量20-25%，粘粉粒含量20-25%，砂粒含量50-60%，碎石角砾成分主要为白云岩，局部为泥岩、粉砂质泥岩、砂岩等，多为棱角状，分布较均匀，土体较均匀。细晶白云岩灰白色，细晶，团块状结构，块状构造。主要矿物白云岩，含量大于90%，方解石210%，有机质少量。白云石部分已重结晶，颗粒较大，一般0.20.6mm，重结晶的白云石呈团块状分布，表面较干净，部分未结晶白云石，粒径小于0.05mm，表面浑浊不清。岩石较坚硬，整体完整性较差，较破碎，分化较严重。饱和抗压强度27.382.6MPa，抗剪强度C=11.422.3MPa，=36.240.3，泊松比0.180.33，软化系数0.40.87。含灰质白云岩浅灰色，细晶结构，条纹状构造。主要矿物白云石，含量85-90%，方解石含量10-15%，泥质、有机质少量。白云石粒径一般0.050.15mm，呈镶嵌状分布，其上散布有泥质及有机质，表面浑浊不清。方解石粒径一般0.2mm左右，分布不均匀，呈条带状分布，岩石较坚硬，整体完整性较差，较破碎，分化较严重。含砾微晶灰岩灰-浅灰色，岩石中的砾石为沉积时的混入物，其粒径215cm，为次园-棱角状，分布不均，含量520%，成分为泥晶白云岩。微晶灰岩呈微晶结构，生物碎屑结构，块状构造。主要矿物为方解石，含量不小于95%，少量有机质（2%）及生物碎屑（3%）。方解石粒径一般0.010.001mm，少部分未结晶灰质粒径0.001mm。岩石较坚硬，整体完整性较差，抗分化能力较强。细粒长石石英砂岩灰白色、细粒砂状结构，块状结构。碎屑成分主要为石英，含量大于75%，次为长石1015%，硅质岩屑小于1%，粒径一般0.10.25mm，少数0.250.4mm。填隙物成分主要为硅质（58%）及少量粘土质。岩石为颗粒支撑接触式胶结。岩石坚硬，整体完整性较好，抗风化能力较强。泥岩黄色，泥质结构，块状构造。主要成份为粘土矿物，含少量粉砂粒。岩石软弱，整体完整性差。物理力学性质差，接近于半成岩的粘性土。综上所述，此地区岩土工程地质性质普遍较差。白云岩虽较坚硬，但受构造运动影响，较破碎，分化较严重，整体完整性较差。砂岩虽坚硬，抗风化能力较强，力学性质较高，整体完整性较好，但其出露宽度窄，泥岩受构造变形大，岩石软弱不完整，抗风化能力弱，其工程地质条件差。2）构造特征本区位于我国大陆地壳稳定地带，第四纪以来，以地块整体隆起沉降特征，地壳运动相对较弱，项目区新构造运动极不活跃，断裂、褶皱构造均布发育。3）水文地质条件项目区地下水主要分为全新统冲积层孔隙水、中更新统黄土裂隙水及侏罗二叠系砂岩类裂隙孔隙潜水类型以及侏罗系裂隙承压水和三叠系裂隙承压水等承压水类型。4）不良地质现象工程地质条件较差，地质灾害较发育，特殊岩土主要为湿陷性黄土。1.4 横断面设计1.4.1 建筑限界根据公路隧道设计规范，隧道高度5m，行车道宽度3.75m，双车道布置，净宽11.5m，其中左侧余宽为0.75m，右侧余宽为1.25m，左右侧检修道宽度均为1.0m，路面坡度采用2.0%；车行横通道高5.0m，路面宽度为4.5m，不设侧向余宽，左右侧检修道宽度均为0.25m；人行横通道高2.5m，路面宽2m，不设侧向余宽和检修道；并同时考虑了下列因素：（1）检修人员步行时的安全；（2）紧急情况下，驾乘人员拿取消防设备方便；（3）满足其下放置电缆、给水管等的空间尺寸要求，修道高度设为30cm。1.4.2 隧道内轮廓隧道内轮廓设计除应满足隧道建筑限界的规定以外，还应满足洞内路面、排水设施、装饰的需要，并为通风、照明、消防、监控、运营管理等设施提供安装空间，同时考虑围岩变形、施工方法影响的预留富裕量，使确定的断面形式及尺寸符合安全、经济、合理的原则。本隧道采用公路隧道设计规范附录B提供的v=120km/h情况下的标准断面，断面为三心圆，R1=6.2m，R2=8.7m，R3=1.08m，R4=15.08m单洞湿周周长为36.31m，单洞当量面积为96.51m2。1.5 隧道衬砌结构1.5.1 围岩划分隧道围岩级别划分主要依据岩体弹性波速度、岩样饱和极限抗压强度、岩石质量指标，并结合围岩分化程度、完整性、坚硬程度、节理发育程度、断层及地下水影响程度等进行综合分类。依据实际资料在确定隧道围岩级别时，制定以下原则：（1）以交通部行业标准公路隧道设计规范（JTG D70-2004）提供数据为围岩级别划分标准。（2）遇断层破碎带，围岩级别较同类岩石降低12等级，影响带推至洞底以上4080米与断层交界处。（3）为便于隧道施工，按隧道开挖过程中可能遇到的地层和构造情况分段划分评价。（4）未有钻孔控制段，参照勘测区同类岩石已有资料进行类比分级。1.5.2 衬砌设计隧道断面设计除符合建筑限界要求外，考虑到洞内排水、通风、照明、消防、监控等运营附属设施所需空间，并考虑到围岩收敛变形及施工等必要的预留量，内轮廓采用单心圆。隧道衬砌结构型式均采用“新奥法”复合式衬砌，衬砌设计参数以工程类比法并结合计算分析确定，断面型式采用等截面单圆心，对于级围岩均采用带仰拱衬砌。级围岩初期支护采用径向系统锚杆和超前锚杆，钢拱支撑配合喷射混凝土形成整体。系统锚杆采用25中空注浆锚杆，长度为3.5m，环向间距为0.6m1.0m。超前锚杆采用42无缝钢管，长度4.50m，角度15。级围岩浅埋段喷射混凝土厚度为26cm，预留变形量为12cm，钢拱架型号为I20a，间距为60cm；深埋段喷射混凝土厚度为24cm，预留变形量为12cm，钢拱架型号为I20a，间距为60cm。1.6 防排水设计（1）隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理”的原则。设计中采用的措施要求达到：排水通畅、防水可靠、施工方便，是隧道洞内基本干燥，保证隧道结构物和营运设备的正常使用和行车安全，形成完整的防排水体系。（2）洞内复合式衬砌采用1.2mm厚EVA防水板防水，350g/m2土工布，土工布与防水板间的连接采用双缝焊机的焊接技术，接缝处留10cm长搭接长度，以备质量检查。铺设时采用无钉热合铺设法。隧道二次衬砌满足抗渗S6要求。（3）隧道内设置纵向排水管、环向排水管、横向排水管、环向盲管等形成岩体环向排水管纵向排水管横向盲管侧式透水管洞外一个完整的闭合回路，使岩体内的渗水可以畅通的排出，另外对于集中出水点，可预埋半管。对于路面排水，设置开口式边沟，为防止预制块接缝间漏水，在接缝间设置防水板。（4）隧道内所有施工缝和沉降缝均设置中埋式排水橡胶止水带。（5）对于出水量较大的地段，采用超前注浆堵水，浆液采用水泥和水玻璃混合浆液，以加快其凝固速度。1.7 通风设计隧道分为上下行线单向行驶的分离式隧道，左线长2570m、右线长2520m，左、右线纵坡都为1.01.2%，设计行车速度为120km/h，设计高峰小时交通量近期为2400辆/h，大型车混入率为38%，通风断面面积96.51m2，当量直径为11.09m，CO设计浓度为260.75ppm，烟尘允许浓度为0.0060m-1。在综合考虑隧道所处的自然条件、交通量、隧道内行驶的车辆情况、隧道工程造价及维修保养费用、车辆行驶的活塞风作用下，通过计算确定在各设计行车速度状态下隧道所需机械通风。经过计算确定隧道设40台1120型射流风机，每两台一组，进出口集中布置；风机在进口布置二组，第一组距洞口200m，第二组距第一组150m，在出口布置一组，距洞口200m，安装时风机的任何部分不得侵入建筑限界内。1.8 照明设计为使司机行车安全、舒适，解决隧道进出口的“黑洞” 、“白框”效应以及满足洞外亮度变化时的调光要求，隧道入口段照明分为入口照明和过渡照明。隧道照明要考虑二种状况即：明环境、暗环境。分别考虑各种工况下的灯具照明情况，合理布置灯具，主控室预先设计程序在不同工况下控制各灯具的开关。入口照明：长度83.5m，布置400w高压钠灯84套、250w高压钠灯6套、100w高压钠灯6套；过渡段：长度72m，布置250w高压钠灯58套、100w高压钠灯10套；过渡段：长度89m，布置250w高压钠灯40套、100w高压钠灯8套；过渡段：长度133m，布置250w高压钠灯28套、100w高压钠灯10套；中间照明：布置按间距12m，250w和100w高压钠灯间隔；出口照明：长度60m，布置400w高压钠灯20套、250w高压钠灯6套、100w高压钠灯6套；紧急停车带及交叉过渡段处布置85w荧光灯。隧道采用高压钠灯照明，并配有自充式电具作为应急照明使用。紧急停车带和人行横通道用荧光灯照明，隧道墙壁装饰采用防水涂料全断面喷涂。1.9 洞门设计1.9.1 洞口位置选择（1）洞门部分在地质上通常是不稳定的。应考虑避开滑坡、崩塌、泥石流等不良地质地段。（2）要遵循“早进洞晚出洞”的原则，选择洞口位置。（3）为使洞口段衬砌结构受力条件较好，应使隧道中线与地形等高线正交，正交洞口的边、仰坡开挖较小而且均衡。（4）隧道在洞口附近考虑施工场地、弃渣场地以及便道的位置，对组织施工时的难易程度和进度有很大影响。1.9.2 洞门选择隧道洞门形式的选择和隧道洞口的地形，地质条件以及隧道照明需要有关，洞门附近围岩一般比较松碎松软，所以应根据实际情况，选择合适的洞门形式，并对边仰坡进行适当护坡。洞门是隧道的咽喉，也是外露部分，要适当进行洞门和动口环境的美化和协调。山岭隧道常用的洞门形式主要有端墙式、翼墙式、台阶式、柱式、削竹式和喇叭口式。本隧道洞门均采用台阶式。1.10环境保护隧道设计时考虑了环境保护因素，尽可能避免因人为因素而导致新的山体病害的产生，减少对工程附近的建筑、居民生活、生产和环境的不良影响。为此，在环保设计中主要考虑以下几个方面：（1）采用早进晚出的原则，减少深挖路段，保护自然坡体和植被。（2）开挖出的石渣，尽可能纵向调配，作为路基填料；对于可用于做石料的石渣应集中堆放，经加工后用于砌体工程；对于废弃的石渣，应根据各工点的实际情况，集中堆弃。弃渣场地做好护坡挡墙防护，并做好排水设施，以防止洪水期冲走弃渣形成人为的泥石流。有条件时，在弃渣顶覆盖土层复垦还田，种树造林。（3）施工期的污水应集中排放，并应经过沉淀、过滤。（4）洞口边仰坡开挖应以光面爆破为主，辅以人工开挖，严禁爆破。（5）做好施工场地竣工后的清理、绿化及复垦还田工作。第2章 用收敛约束法验算初期支护2.1确定计算参数（1）根据公路隧道设计规范JTGD702004确定的支护参数见表2.1 表2.1 支护参数表 围岩级别喷层厚度（cm）锚杆钢筋网二次衬砌厚度（cm）直径（mm）长度（m）间距（mm）直径（mm）间距（mm）262540.618202050（2）隧道的几何尺寸及围岩的计算参数见表2.2表2.2 隧道的几何尺寸及围岩的计算参数表围岩级别隧道当量半径（cm）埋深H（m）容重（）粘结C/Cr（）内摩擦角（）变形模量E（MPa）泊松比初始应（）781100200.5/0.230/19.1110000.352注：其中，为围岩的容重，H为隧道埋深；表中隧道当量半径a为将隧道形状视为圆形时圆的半径，对马蹄形隧道，其计算当量半径a可用下公式（2.1）求得: （2.1） 式中：F隧道开挖高度，cm； B隧道开挖宽度，cm。代入数值得：=781cm 图2.1 马蹄形隧道计算当量半径图 （3）初期支护材料的力学性能C20喷射混凝土极限抗压强度取10（喷射混凝土抗压强度龄期为3天）；C20喷射混凝土极限应变；砂浆与围岩之间的抗剪强度；V级围岩单轴极限抗压强度R=20。2.2计算隧道周边设计支护阻力与径向位移通过查阅相关资料可知，对于级围岩，其径向松弛主要在距洞壁2.5m深的范围内，马蹄形隧道围岩发生松弛时，其等代圆的计算当量半径（塑性区的塑性半径）可用下式（2.2）计算： （2.2）式中：W为隧道围岩松弛范围对级围岩，W=250cm；代入数值计算可得：=当假定隧道为圆形，围岩视为各向同性、均匀、连续、初始地应力只考虑围岩的自重应力，侧压力系数。根据弹塑性理论和莫尔-库伦强度准则，可导出： （1）隧道围岩塑性区半径和周边支护阻力的关系见式（2.3）： （2.3）式中：塑性区半径； 隧道当量半径； 隧道围岩的自重应力； 隧道的设计支护阻力，即隧道围岩开挖后达到弹塑性应力平衡时，必须在洞壁上施加的径向支护力； 隧道围岩在弹性状态和塑性状态的粘聚力和内摩擦角。（1）隧道周边的径向位移和隧道围岩塑性区半径的关系式：当假定塑性区围岩体积不变时，可近似的按式（2.4）计算： （2.4）式中：隧道设计位移，即隧道围岩开挖后达到弹塑性应力平衡时，产生的塑性径向位移； 隧道围岩的弹性模量和泊松比。分别代入相关数值，求得： 可得 =0.884-0.577=0.307 = =3.198cm将所求结果列入表2.3。查公路隧道设计规范第9.2.8条可知，V级围岩埋深在50300m时允许洞周围相对收敛值为0.61.6%，即隧道周边的径向位移表2.3隧道周边支护阻力及径位移78110181.2940.3073.198，由此可见，表2.3中数值=3.198cm符合规范要求。2.3计算初期支护能提供的总支护阻力和允许隧道洞壁产生的总径向位移（1）喷射混凝土层的支护阻力和允许洞壁产生的径向位移的计算施工中，喷层单层厚度按56cm施工，总厚度为26cm，需喷5层，利用公式（2.5）、（2.6）得计算结果（见表2.4）式中：第i喷层的半径和厚度； 喷射混凝土的极限抗压强度，一般可取10MPa，即喷射后第三天的强度； 喷射混凝土的极限应变，一般可取0.3%。（2）砂浆锚杆所提供的支护阻力和锚杆允许洞壁产生的径向位移的计算见公式、假定砂浆锚杆对洞壁提供的支护阻力受砂浆与围岩之间的抗剪强度所控制，并且在其接触面上的剪应力分布是均匀的，则： （2.6）表2.4 隧道初期支护的总支护阻力及总径向位移 分层项目0.0640.0640.0650.0650.0792.3132.2982.2832.2682.2470.33711.409式中：砂浆锚杆所提供的支护阻力；砂浆与围岩间的抗剪强度，对于软弱围岩，一般按围岩单轴抗压强度的1020%取值；锚杆孔的直径；锚杆的计算长度，取洞壁至承载环边缘的距离，cm；e、i锚杆纵横向间距。假定锚杆设置后洞壁的弹性变形已全部完成。同时，围岩的最大塑性区（锚杆约束围岩变形后形成的）取决于锚杆加固后承载环厚度，则 （2.7）式中： 锚杆约束后围岩的塑性区半径。计算过程中，锚杆的计算长度参考表2.5确定。 （2.8）表2.5 锚杆的计算长度参考表321.335/62/35.5/10注：表中L表示锚杆的实际长度； 表中i表示锚杆纵横向平均间距；表中表示锚杆计算长度，参照表2.6取366.67cm确定；锚杆玉树后围岩的塑性区半径按式（2.8）确定：代入相关数据得：=1133cm=3.278 = =1.511=3.278-1.511=1.767计算结果如表2.6所列。表2.6 隧道砂浆锚杆提供的支护阻力及径向位移78146011331.4510.1923.2781.5111.767（3）初期支护能提供的总支护阻力和初期支护允许隧道洞壁产生的径向位移的计算通过以上计算可得：式中：初期支护能提供的总支护阻力； 柔性的初期支护允许隧道洞壁产生的径向位移。代入数据得：=0.337+0.192=0.529=11.409+1.767=13.176cm2.4初期支护总阻力和位移的校核由以上计算可知，=0.529，=0.307，显然;同时，=13.176cm，=3.198cm，显然，。此结果表明支护有足够的强度能满足隧道稳定；支护有足够柔性可以允许围岩有一定变形即可以充分发挥围岩的自承能力，因此表1中的设计参数是合理的。第3章二次衬砌验算青岛至兰州高速公路老君隧道，结构断面如图2.1所示，围岩级别为级，容重为，围岩的弹性抗力系数，衬砌材料为C25混凝土，容重,弹性模量为。图3.1 衬砌结构断面图（单位：cm）3.1基本计算数据围岩：老黄土 容重：弹性抗力系数: (侧面) (底部) 衬砌材料：C25混凝土 容重：弹性模量： 抗压极限强度： 衬砌拱顶厚度：荷载：竖向均布压力：式中: s-围岩等级，此处取s=5；-围岩容重，此处取=20kN/m3；-跨度影响系数，=1+i(lm-5),毛洞跨度lm =14.06+20.1=14.26m，其中0.1m为一侧平均超挖量，lm=515m时，i=0.1，=1+0.1(14.26-5)=1.926。则：折减后的竖向均布压力：侧向均布压力：3.2衬砌几何要素3.2.1衬砌几何尺寸内轮廓线半径：r1=6.2m , r1=6.7m;其他尺寸: B=1340cm,H=838.7cm;拱顶、拱底截面厚度：。3.2.2绘分块图将半拱圈分成等长的八个契块，标出坐标轴，如图2.2所示。3.2.3求半拱的轴线长度每段半拱轴线长为：3.2.4求各分块接缝中心几何要素（1）与竖直轴夹角i 图3.2 衬砌结构计算图示另一方面，角度闭合差：。（注：因墙底面水平，故计算衬砌内力时用）（2）接缝中心点坐标计算 3.3计算位移3.3.1单位位移求位移时，利用高等数学中的数积法，以近似求和代替工程力学中的位移积分公式。计算在列表进行。单位位移的计算如表3.1所列。单位位移值计算如下 ：计算精度校核： =111.62348 角度闭合差：。 3.3.2载位移主动荷载在基本结构中引起的位移（1）每一楔块上的作用力竖向力： 式中：bi衬砌外之间的竖直投影长度，由图3.2中量得。 (校核)表3.1 单位位移计算表截面（）sin（m)cos(m)x（m)y（m)d(m)I(m4)1/I(m4)y/I(m3)y/I(m2)(1+y)/I(m2)积分系数00.000.001.000.000.000.500.0196.000.000.0096.001113.150.230.971.470.170.500.0196.0016.232.75131.214226.300.440.902.860.670.500.0196.0064.0842.77266.932339.450.640.774.101.470.500.0196.00141.04207.22585.314452.600.790.615.122.530.500.0196.00243.07615.461197.602565.740.910.415.883.800.500.0196.00364.821386.392212.024678.890.980.196.335.210.500.0196.00499.912603.233699.052792.041.00-0.046.456.680.500.0196.00641.254283.375661.874890.001.000.006.228.140.500.0196.00781.446360.928019.802864.002751.8515502.1021869.80侧向力： (校核)自重力：式中接缝i的衬砌截面厚度。作用在各楔块上的力如表3.2、表3.3所列。各集中力均通过相应图形的形心。（2）外荷载在基本结构中产生的内力楔块上各集中力对下一接缝的力臂由图3.2中量得，分别记为aq、ae、ag。内力计算如图3.3所示：弯矩：轴力：图3.3 内力计算图示表3.2 载位移弯矩计算截面集中力力臂QGE00.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.001295.0917.0213.670.710.730.33-208.04-12.41-4.520.000.001.470.170.000.00-224.972279.5617.0240.230.610.680.48-170.81-11.59-19.43312.1213.671.390.50-433.84-6.81-867.463250.4417.0264.690.490.600.61-121.46-10.16-39.39608.7053.891.240.80-754.79-43.22-1836.494207.7317.0285.730.330.480.70-69.38-8.20-60.36876.17118.581.031.06-898.95-126.05-2999.435153.3717.02102.270.170.340.76-25.31-5.82-77.831100.92204.310.761.27-833.40-259.07-4200.85691.2517.02113.53-0.010.180.781.09-3.13-88.441271.31306.590.451.41-570.82-431.37-5293.52723.3017.02118.74-0.190.020.764.43-0.27-89.761379.58420.120.121.47-161.41-618.42-6158.9680.0017.02112.680.00-0.150.730.002.60-81.811419.90538.86-0.221.46313.80-786.73-6711.09基本结构中主动荷载产生的弯矩的校核: =-3739.247-2733.196-242.545=-6714.988kN.m由表3.3可知， 闭合差: 。表3.3 载位移轴力计算截面sincos(Q+G)Esin(Q+G)cosENp00.0001.0000.0000.0000.0000.0000.000010.2270.974312.11613.66871.00213.30957.692120.4430.897608.70153.893269.66948.316221.353230.6350.772876.165118.581556.67291.571465.101340.7940.6071100.918204.314874.527124.109750.418450.9120.4111271.312306.5871159.079125.9501033.129560.9810.1931379.580420.1211353.73580.9401272.795670.999-0.0361419.899538.8571418.999-19.1911438.190781.0000.0001436.922651.5371436.9220.0001436.9228(3)主动荷载位移计算过程如表3.4所列。主动和荷载位移校核：计算精度校核：闭合差：。表3.4 主动荷载位移计算表截面Mp1/Iy/I（1+y）Mp/IMpy/IMp(1+y)/I积分系数 1/300.00096.0000.0001.0000.0000.0000.00011-224.97496.00016.2341.169-21597.551-3652.146-25249.69642-867.45796.00064.0801.668-83275.849-55586.629-138862.47823-1836.49096.000141.0432.469-176303.074-259024.476-435327.55044-2999.43096.000243.0723.532-287945.308-729077.519-1017022.82725-4200.85396.000364.8194.800-403281.907-1532551.902-1935833.80946-5293.52096.000499.9106.207-508177.928-2646285.745-3154463.67327-6158.95996.000641.2517.680-591260.101-394944019948-6711.09496.000781.4409.140-644265217-5888582.2311-2716106.73-14419935.73-17136042.463.3.3载位移弹性抗力图及相应的摩擦力引起的位移（1）、各接缝处的抗力强度抗力上零点假定在接缝3，；最大抗力值假定在接缝5，；拱部任一截面外缘的抗力强度按下式计算： 算出： 边墙任一截面外缘的抗力强度按以下计算：由图3.2量得： 按比例将所求的的抗力绘在分块图上。(2)各楔块上抗力集中力式中：楔块i外缘长度，由图3.2量得。 的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心。 求任意四边形形心位置的近似图解法如下: 如图2.4所示，先连接两个对角线与;Z再等分每一对角线，使=，=,得1、3两点。然后在两条对角线上，量=,=，得2、4两点。连接与两条直线，其交点O即为四边形ABCD的形心。 （3）抗力集中力与摩擦力之合力 图3.4 任意四边形形心位置式中：围岩与衬砌间的摩擦系数。=0.2。则： 其作用方向与抗力集中力的夹角为=arctan=11.18。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移方向相反，其方向朝上。的作用点即为与衬砌外缘的交点。将的方向线延长，使之交于竖直轴。量取夹角k。将分解为水平与竖向两个分力； 计算结果如表3.4所列。（4）计算单位抗力图及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力 弯矩： 轴力：式中：力至接缝中心点K的力臂，由图3.2量取。计算如表3.6及表3.7所列（5）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算结果如表3.8所列计算精度校核： =闭合差：。2.3.4墙底（弹性地基上的刚性梁）位移单位弯矩作用下的转角： 主动荷载作用下的转角： 单位抗力及相应摩擦力作用下的转角： 2.4解力法方程衬砌矢高计算力法方程的系数：以上将单位抗力图及相应摩擦力产生的位移乘以倍，即被动荷载的载位移。求解方程其中 表3.5 弹性抗力及摩擦力计算表截面（i-1+i）/2S外RKsinKcosKRHRV30.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.000040.53180.26591.53760.416959.84100.86460.50240.36050.209551.00000.76591.53761.201071.29400.94720.32071.13750.385260.89170.94591.53761.483183.46000.99350.11391.47350.168970.54670.71921.53761.127796.16800.9942-0.10741.1212-0.121280.00000.27341.46980.4097107.14500.9556-0.29480.3915-0.1208表3.6 计算表截面R4=0.2830hR5=0.8154hR6=1.2286hR7=1.2145hR8=0.5183hM（h）（h（h）（h）（h）（h）40.5517-0.2300-0.230052.0240-0.84380.7270-0.8731-1.716963.4660-1.44502.2037-2.64660.8351-1.2385-5.330274.8000-2.00113.6382-4.36952.3138-3.43160.8937-1.0078-10.810085.9492-2.48024.9478-5.94233.7367-5.54192.3665-2.66871.1109-0.4551-17.0883表3.7 计算表截面sincosRV（h）sinRV（h）RH（h）cosRH（h）N（h）452.5950.7940.6070.2090.1660.3610.219-0.