地下工程设计原理与方法

课程设计 曲线隧道曲墙式衬砌设计 姓 名 杜 存 苍 学 号 200902234 班 级 土木 095 班 指导老师 李 德 武 1 2020 年 3 月 26 日 兰州交通大学 2 一 课程设计题目 计算以下条件的曲线隧道净空加宽值 并画出双线曲墙式衬砌 的内轮廓线 标注详细尺寸 设计该隧道的初期支护及二次衬砌 的支护参数 并用弹性链杆法检算支护强度是否满足隧道设计 规范的要求 双线隧道 电力牵引 行车速度150km h 曲线半径2430 围岩级别 级 深埋隧道 二 限界确定 该隧道为新建的电力牵引双线隧道 采用隧限 2B 如下图 图 1 隧道建筑限界 3 三 净空加宽计算 1 由于车辆通过曲线时转向架中心线沿线路运行 而车辆 本身不能随线路弯曲仍保持矩形形状 故其两端向曲线外侧偏 移有 d外 中间向曲线内侧偏移有 d内1 此外 由于曲线 外轨超高 车体向曲线内侧倾斜 车辆限界上的控制点在水平 方向上也会向内产生一个偏移距离 d内2 2 双线曲线隧道加宽值的计算 R 2340m V 150km h d内 1 4050 R 4050 2340 1 731cm d外 4400 R 4400 2340 1 880cm E 0 75V2 R 0 76 1502 2340 7 308cm d内 2 2 7E 2 7 7 308 19 732cm W1 d内 1 d内 2 1 731 19 732 21 463cm W2 d外 1 880cm 由于 E内 E外 W3 8450 R 3 611cm W W1 W2 W3 21 463 1 880 3 611 26 954cm 为施工方便 实取总加宽 30 00 cm 内测线路中线至隧道中线的距离 d1 200 0 5 W1 W2 W3 200 0 5 21 463 1 880 3 611 192 014cm 4 外侧线路中线至隧道中线的距离 d2 200 0 5 W1 W2 W3 200 0 5 21 463 1 880 3 611 211 597cm 四 衬砌内轮廓图 1 计算三心圆拱圆弧半径 若 f 542cm a 45cm b 509cm30 则 A f a 1 cos sin 当 30 时 A f 0 26794a 554cm 则 r2 0 5 A a b a b A 0 5 554 509 45 509 45 554 554cm R1 r2 a sin 554 90 464cm 2 计算曲墙式衬砌边墙圆弧半径 若 h 257cm b1 49cm 0 则 r3 0 5 h b1 h sin b1cos 698cm 5 图 2 内轮廓图 五 支护参数设计 1 荷载确定 宽度影响系数 由于 B 11 58m 5m 则 i 0 1 w 1 i B 5 1 0 1 11 58 5 1 658 有效高度 h 0 45 2 5 1 1 658 11 938m 竖直方向均布荷载 q rh 20 11 938 238 76Kpa 水平方向均布荷载 p 0 4 q 95 504 Kpa 6 2 材料拟定 1 超前支护设计参数 级围岩自稳能力较差 围岩易坍塌 故此处拟定采用超 前锚杆预支护 用以提高前方的围岩约束 采用小导管注浆 用以加固掌子面 超前锚杆设计参数主要如下 设置范围 a 2 2a 3 取 4 5 锚杆直径 级围岩 取 20mm 锚杆长度 取 其中 锚杆纵向两排之间设 1 5 水平搭接段 锚杆环向间距 级围岩 取 50cm 锚杆钻孔 取D 40mm 锚杆外插角 级围岩 取 充填砂浆标号 采用早强砂浆 取C20 小导管注浆设计参数主要如下 导管直径 取d 45mm 热轧无缝钢管 导管长度 取 造 见下图 注浆孔取 7 注浆参数 水灰比 压力 1 0MPa 注浆量经现场测 量后确定 环向设置间距 取50cm 外插角 取15 纵向水平搭接长度 取1 5 初期支护设计参数 类比 级围岩复合衬砌设计参数 给出本隧道初支设计参 数如下 喷砼参数 采用 25喷砼 喷射厚度30cm 钢筋网参数 采用 环纵 钢筋网 网格20cm20cm 拱 墙设 锚杆参数 采用锚杆 锚杆长度取 3 100cm80cm 环纵 二次衬砌设计参数 类比 级围岩复合衬砌设计参数 给出本隧道二衬设计参 数如下 8 拱墙参数 采用 25砼 砼厚度取40cm 仰拱参数 采用 25砼 砼厚度40cm 预留变形量 取预留变形量为1 cm 六 衬砌强度检算 1 计算围岩压力 深埋隧道围岩压力采用普氏理论求解如下 天然拱宽度 B Bt t Ht t 4490 7700 8935 6 mm 岩体坚固性系数 f 0 557 天然拱高度 Hk k 15476 9 mm 竖向均布围岩压力 q Hk k 20 15 4769 309 54 KPa 水平均布围岩压力 e q 309 54 20 300 81 KPa 9 图 5 弹性链杆半结构示意图 2 输入数值 10 11 20 2 8e10 61 344 204 48 1000 1000 0 7 0 0 0 0 1 0 0 7 0 79 0 81 0 1 1 1 0 7 1 58 1 62 1 1 1 1 0 7 2 37 2 43 1 1 1 1 0 7 3 16 3 24 1 1 1 1 0 7 3 95 4 05 1 1 1 1 0 7 4 74 4 86 1 1 1 1 0 7 4 64 5 67 1 1 1 1 0 7 4 54 6 48 1 1 1 1 0 7 4 44 7 29 1 1 1 1 0 7 4 34 8 10 0 0 1 1 0 7 3 通过程序运行所得结果 NO X DISP Y DISP X SPRING R DISP 1 0 000E 00 0 780E 00 0 0 780E 00 2 0 689E 06 0 780E 00 0 0 780E 00 3 0 245E 05 0 780E 00 1 0 780E 00 4 0 468E 05 0 780E 00 1 0 780E 00 5 0 687E 05 0 780E 00 1 0 780E 00 6 0 857E 05 0 780E 00 1 0 780E 00 7 0 893E 05 0 780E 00 1 0 780E 00 8 0 789E 05 0 780E 00 1 0 780E 00 11 9 0 585E 05 0 780E 00 1 0 780E 00 10 0 310E 05 0 780E 00 1 0 780E 00 11 0 000E 00 0 780E 00 0 0 780E 00 2STEP NO X DISP Y DISP X SPRING R DISP 1 0 000E 00 0 780E 00 1 0 780E 00 2 0 689E 06 0 780E 00 0 0 780E 00 3 0 245E 05 0 780E 00 0 0 780E 00 4 0 468E 05 0 780E 00 0 0 780E 00 5 0 687E 05 0 780E 00 0 0 780E 00 6 0 857E 05 0 780E 00 0 0 780E 00 7 0 893E 05 0 780E 00 0 0 780E 00 8 0 789E 05 0 780E 00 0 0 780E 00 9 0 585E 05 0 780E 00 0 0 780E 00 10 0 310E 05 0 780E 00 0 0 780E 00 11 0 000E 00 0 780E 00 1 0 780E 00 NO NI QI MI NJ QJ MJ 1 973 508 153 517 1250 713 973 508 153 517 1108 470 2 70 197 498 328 920 732 70 197 498 328 435 268 3 1123 058 258 420 356 785 1123 058 258 420 30 895 4 838 261 120 118 103 752 838 261 120 118 203 482 5 1920 282 1346 672 137 744 1920 282 1346 672 1498 469 12 6 1259 686 53 762 1483 299 1259 686 53 762 1396 558 7 1573 287 469 208 1488 352 1573 287 469 208 1208 198 8 960 211 450 322 1320 492 960 211 450 322 970 285 9 2451 617 786 447 913 547 2451 617 786 447 420 83 10 531 298 352 207 283 091 531 298 352 207 90 293 七 隧道衬砌截面强度检算 1 e0 M N 1250 713 973 508 1 28m 0 2d 0 2 0 7 0 14m KN 2 0 973 508 1947 016KN0 2 0 7 0 14m KN 2 0 70 197 140 394KN0 2d 0 2 0 7 0 14m KN 2 0 1123 058 2246 116KN0 2d 0 2 0 7 0 14m KN 2 0 838 26 1676 52KN0 2d 0 2 0 7 0 14m KN 2 0 1920 282 3840 56KN0 2d 0 2 0 7 0 14m KN 2 0 1259 686 2519 372KN0 2d 0 2 0 7 0 14m KN 2 0 1573 287 3146 57KN0 2d 0 2 0 7 0 14m KN 2 0 960 211 1920 42KN0 2d 0 2 0 7 0 14m KN 2 0 960 211 1920 42KN0 2d 0 2 0 7 0 14m KN 2 0 531 298 1062 596KN 1 75 R1bd 6e0 d 1 14 1 0 1 75 17800 1 0 0 7 6 0 53 0 7 1 2112 73KN 满足要求 总结 经检验以上设计合理 满足强度要求和施工要求 八 结束语 15 在最后时候 我谢谢对我关心的老师 及帮助我的同学 在最后时候 我谢谢对我关心的老师 及帮助我的同学 我也从中学到了很多东西 这些东西不是我们呢在课堂上所学我也从中学到了很多东西 这些东西不是我们呢在课堂上所学 到的 我也认为通过做课程设计 我对隧道更加有了清楚的认到的 我也认为通过做课程设计 我对隧道更加有了清楚的认 识 我也对以后从事隧道等地下工程也有总体的认识和学习 识 我也对以后从事隧道等地下工程也有总体的认识和学习 从中我们可以更加好的学习 和在我们以后的工作中有所只用 从中我们可以更加好的学习 和在我们以后的工作中有所只用 16 参考资料 1 铁路隧道设计规范 TB10003 2005 2 铁路工程施