岳翔宇隧道终极

1、 隧道工程课程设计目录第1章 工程概况 -1第2章 隧道截面尺寸-3 第一节 隧道的建筑限界-3 第二节 隧道的衬砌断面-4第3章 隧道的衬砌结构计算-5 第一节 基本资料-5 第二节 荷载确定-5 第三节 衬砌几何要素-5 第四节 计算位移-9 第五节 解力法方程-16 第六节 计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力-17 第七节 最大抗力值的求解-18 第八节 计算衬砌总内力-18 第九节 衬砌截面强度验算-19 第十节 内力图-20第一章 工程概况1、 工程名称:公路隧道结构设计与计算2、 工程资料:本隧道通过级围岩，左线起讫桩号为ZK39+321ZK39+568，长247米，右线起讫

2、桩号为YK39+313YK39+515，长202米，双向四车道。采用灯光照明，自然通风。埋深H，隧道围岩天然容重=25KN/m3，计算摩擦角=50 ,地震设防烈度：7级。一级高速公路设计速度：80 km/h3、设计依据: （1） 中华人民共和国行业标准公路隧道设计规范JTG D70-2004,人民交通出版社，2004年9月；（2）夏永旭 编著隧道结构力学计算，人民交通出版社，2004年；（3）教材隧道工程，中国铁道出版社；（4）有关隧道设计图纸；第2章 隧道截面尺寸第一节 隧道的建筑限界根据公路隧道设计规范(JTG D-2004)有关条文规定，根据一级高速公路设计速度：80 km/h隧道的建筑

3、限界高度H取5m，行车道宽度取3.75*2m，左侧向宽度LL取0.5m，右侧向宽度LR取0.75m，检修道宽度J取0.75m，检修道高度d取0.5m，建筑限界顶角宽度E取0.75m，如图2-1所示。 图2.1第二节 隧道的衬砌断面根据公路隧道设计规范(JTG D-2004)有关条文规定，拟定隧道的衬砌，衬砌材料为C20混凝土，弹性模量Eh=2.6*107kPa，重度h=20kN/m3，衬砌厚度取60cm，如图2-2所示。 图2-2 隧道衬砌断面第3章 隧道衬砌结构计算第一节 基本资料本一级公路隧道，结构断面如图2-2所示。围岩级别为级，埋深H=19m，隧道围岩天然容重=25kN/m3，计算摩擦

4、角=500，衬砌材料为C20混凝土，弹性模量Eh=2.8*107kPa，重度h=23kN/m3。第三节 荷载确定 1·围岩竖向均布压力 hq=q/=0.45×2s-1式中：s围岩级别，此处s=4； 围岩重度，此处=25kN/m3 跨度影响系数，=1+i（lm-5），毛洞跨度lm=12.52+2×0.06=12.64m， 其中0.06为一侧平均超挖量，lm=515m时，i=0.1，此处=1+0.1（12.64-5）=1.764。所以有 hq=q/=0.45×24-1×1.764=6.35m 故该隧道属于深埋隧道，围岩竖向均布压力 此处超挖回填层重

5、度忽略不计。 2·围岩水平均布压力 侧向压力e，按均布考虑是，其值为 e= 0.25q=0.25158.76=39.69kPa 第三节 衬砌几何要素 1·衬砌几何尺寸 内轮廓线半径r1=5.66m，r2=8.16m； 内径r1、r2所画圆曲线与竖直轴的夹角1=900，2=150； 采用等截面衬砌，衬砌厚度d=0.6m； 外轮廓半径 R1=r1+d=5.66+0.60=6.26m R2=r2+d=8.16+0.60=8.76m 拱轴线半径 =r1+0.5d=5.66+0.30=5.96m =r2+0.5d=8.16+0.30=8.46m 拱轴线各段圆弧中心角 =900 =15

6、02·半拱线长度S及分段轴长S分段轴线长度 S1=m =m半拱轴线长度为 S=S1+S2=9.3572+2.2137=11.5709将半拱轴线等分为8段，每段轴线长为 S=3·各分块接缝（截面）中心几何要素（1） 与竖直轴夹角 = 另一方面， 角度闭合差（注：因墙底水平，计算衬砌内力时用）（2） 接缝中心点坐标计算 图3-1 衬砌结构计算示意图 表3-1 单位位移计算表注：1.I截面惯性矩，,b取单位长度。2.不考虑轴力影响。第四节 计算位移 1·单位位移 用辛普生发近似计算，按计算列表进行。单位位移的计算见表3-1 计算精度校核闭合差2. 载位移主动荷载在基本结

7、构中引起的位移 （1）每一楔块上的作用力竖向力 式中：衬砌外缘相邻截面之间的水平投影长度，由图3-1量得。 水平压力 式中：hi衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度，由图3-1量得。 自重力 式中：d衬砌截面厚度。 作用在各楔块上的力均列入表3-2，各集中力均通过相应图形的形心。其中各楔块上集中力对下一个接缝的力臂由图3-1中量取。 表3-2外荷载位移计算表 弯矩 轴力 式中：相邻两接缝中心点的坐标增值，按下式计算 的计算见表3-2及表3-3。表3-3 载位移计算表 基本结构中，主动荷载产生的弯矩的校核为 = =-191.985 另一方面，从表3-2中得到 闭合差 （3）主动荷载位移计算过程见

8、表3-4。表3-4主动荷载位移计算表 计算精度校核 闭合差 3.载位移单位弹性抗力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，； 最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算 查表3-1，算得 最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算 式中：所考察截面外缘点到h点的垂直距离； 墙脚外缘点到h点的垂直距离 由图3-1量得 则 （2）各楔块上抗力集中力按下式近似计算 式中：楔块i外缘长度，可通过量取夹角，用弧长公式求得，的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心、 （3）抗力集中力于摩擦力的合成 按下式计算 式中：围岩与衬砌间的摩擦系数，此处

9、取=0.2。 则 其作用与抗力集中的夹角。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移的方向相反，其方向向上。画图时，也可以取切向：径向=1:5的比例求出合力的方向。 的作用点即为与衬砌外缘点的交点。 将的方向延长，使之交于竖直轴，量取夹角，将分解为水平和竖直两个分力 以上计算列入表3-5。表3-5弹性抗力及摩擦力计算表 （4）计算单位抗力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：力至接缝中心点的力臂，由图3-1量得。计算见表3-6及3-7。表3-6计算表表3-7计算表 （5）单位抗力及相应摩擦力产生的位移 计算见表3-8。表3-8单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算表 校核为 闭合差0。 4.墙

10、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第五节 解力法方程 衬砌矢高 计算力法方程的系数为 = = =- = = = 以上将单位抗力及相应摩擦力产生的位移乘以，即为被动荷载的载位移。 求解方程为 式中： 式中：第六节 计算主动荷载和被动荷载（）分别产生的衬砌内力计算公式为 计算过程列入表3-9.3-10表3-9 主、被动荷载作用下衬砌弯矩计算表表3-10 主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表第七节 最大抗力值的求解首先求出最大抗力方向内的位移。考虑到接缝5的径向位移与水平方向有一定的偏移，因此修正后有计算过程列入表3-11。 表3-11 最大抗力位移修正计算表位移值为最大抗力值为第八节 计算衬砌总内力计算衬砌总内力计算过程列入表3-12。表3-12 衬砌总内力计算表计算精度的校核为以下内容。根据拱顶切开点