参考_山岭隧道结构设计计算书

1、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：1.1设计条件隧道拱顶埋深为5 m；隧道围岩等级为III级，围岩重度为28kN/m3,围岩 的内摩擦角©=60o，似摩擦角© *=68o，围岩侧压力系数取为0.3。；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：囲 卜倾图1隧道尺寸示意图1.2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

2、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，选择全圭寸闭方案、部分圭寸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

3、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(GBJ50009-2001 )、人民防空工程设计规范(GB 50225-95)、公路隧道设计规范(JTGD70-2004)、锚杆喷射混凝土支护技术规范 (GB50086-2001)、混凝土 结构设计规范(GB 50010-2002 )、型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ138-2001 )、钢结构设计规范(GBJ 50017-2003)、地下工程防水设计规范(GB 50108-2001)、公路工程技术标准(JTG B01-2003)等。图2隧道位置示意图1.3设计标准隧道内部尺寸设计:结构净宽16.56m结构净高11.92m

4、结构底板厚度550mm结构顶板厚度550mm结构侧板厚度550mm1.4设计依据建筑结构荷载规范(GBJ 50009-2001)人民防空工程设计规范(GB 50225-95)公路隧道设计规范(JTG D70-2004)锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB 50086-2001)混凝土结构设计规范(GB 50010-2002)型钢混凝土组合结构技术规程(JGJ 138-2001 )钢结构设计规范(GBJ 50017-2003)地下工程防水设计规范(GB 50108-2001)公路工程技术标准(JTG B01-2003)1.5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

5、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。E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2.1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

6、埋时有如下规定：在矿山法施工的条件下，IV 切级围岩取Hp 2.5h* , I 川级围岩取Hp 2h*。根据设计的条件， 出2h*采用公路隧道设计规范推荐的方法，即有h*0.45 2s 1(2.1)1 i(B 5)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B=5m勺围岩垂直均布压力为准, 当 B<5m时，取 i =0.2 ;当 B>5mi时，取 i =0.1。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h* 0.45 2s 10.45 2s 1 1 i(B 5)0.45 23 11 0.1 (16.56 5)3.88

7、m因为埋深 2h*7.76m hc 5m h*3.88m，可知该隧道为浅埋隧道。2.2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)q d 25kN/m3 0.55 13.75kN/m2b.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：q浅=(|浅H(1 昔 tan )(2.2 )式中：侧压力系数，本设计取 0.3、,3围岩自重（kN/m）h 隧道埋深，指坑顶至地面的距离（mBt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

8、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i采用。表i各级围岩的值围岩级别I mIVV0.9 ©(0.70.9 ) ©(0.50.7 ) ©(0.30.5 ) ©代入数据:Q浅h5q浅二占H(1 H tan ) 28 5 150.3 tan(0.9 60 )16.56122.54kN /m2e H 28 5 0.3 42kN / m2a h 28 (5 11.921 0.3 142.1kN/m21 1 3 e -(e, e2)-(42 142.1)92.05kN / mB底板上可变荷载底板

9、自重(可只考虑二衬)q d 25kN / m3 0.55 13.75kN/m2C侧墙上永久荷载a.侧墙自重q d 25kN/m3 0.55 13.75kN/m2b.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：qH（ 2.3）电h（2.4）当侧压力视为均布荷载时1e 护勺）（2.5）式中：侧压力系数，本设计取 0.3、,3围岩自重（kN/m）H 隧道埋深，指坑顶至地面的距离（mh 隧道底部至地面的距离（m代入数据：e H 28 5 0.3 42kN / m2e2h 28 （5 11.921 0.3 142.1kN/m21

10、1 2 e -（e, 引 -（42 142.1） 92.05kN/m22可变荷载A顶板上可变荷载按公路隧道设计规范中第三条规定：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。2.3 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1.

11、35恒载+1.4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：-183.99Mpa底板： 设计恒载：-18.56 Mpa设计活载：-7 Mpa侧墙（顶部）：设计恒载：56.7 Mpa （x方向）-18.56 Mpa（ y方向）（底部）：设计恒载：191.84 Mpa （x方向）-18.56 Mpa （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：-136.29 Mpa底板：设计恒载：-13.75 Mpa设计活载：-5 Mpa侧墙（顶部）：设计恒载：42 Mpa（ x方向）；-13.75 Mpa （y方向）（底部

12、）：设计恒载：142.1 Mpa （x方向）；-13.75 Mpa （y方向）2.4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、承载能力极限状态肘直胛33»-4*1S5&2、正常使用极限状态11 V H 1¥“ V I V1175r丨u第三章 利用midas程序计算结构内力用通用有限元程序一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Visual C+,因此可以充分发挥32bit视窗环境

13、 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。3.1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。3.2定义截面形状和材料截面采用矩形截面，如图所示实腥长方形截面二截面号席用户 r数据库hB-VB茗椒：13S®戲面I閒055血F焊接组合哉面弹性期居结构采用C30混凝土 ,如图所示離*1料号：0名称：C303.3定义边界条件如下图所示：边畀组容称嗣宜二丄面弹性支重转撫为: r节巨弹性支獄席弹性连持XiMl<7卜7丄 切籃*NtN1EK=AmKs!

14、鼻MsAt i Eflfecliv* At-a p戦 Ntch Ks i Mod uius of Sub gmd电良电駅 uon单元奘型单氏类型二I杆荼73竟度_ 両血方向：|进向可刁地基弾性ss：1000000KJf/mA3弹性產接长度：lm厂只受拉 P冀竇鱼|> II*3.4添加荷载341定义荷载工况荷载工况如下表所示：a有名称类型1围看竖向压怛荷載(D)2围岩侧向压恒荷載(D)3结枸目重怛荷载(D)4等效汽车荷活荷戟口米342添加自重荷载3.5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：F=1.35 X恒载+1.4 X活载，来计算荷载设计值

15、。名称激活类型说明卜基本组激活相加2标准组激活相扣荷羲工况|系数荷裁工况系数围君竖同压1 3500围岩竖向压1C000结构自董(S1 3500围岩侧叵压1 0000围岩1侧向压13500结构自重(S1.0000等效汽车荷1.4000等敷汽车荷1 0000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1.41承载能力极限状态1.351.351.35正常使用极限状态111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4.1承载能力极限状态组合下结构内力图4.1.1 弯矩图iCifr*叫忑紳w-wrn 川nisOraOCJMd-L3&d! L

16、' -¥.!国丫聆乙LPHWDVia 斗71旧gQKgUl|戸0/的5卅4.2正常使用极限状态组合下结构内力图421 弯矩图PQ5T臣B5O153t*Oft14 Tg57Se.+G(JlU WUJULfe-KlP.-7J52iMi*<Cil1.H5274- 72畫口轴力图PCST4>RiX：E5S2fiBEAM DIAaEM*-1103 2031.55300? *0031-59013+003伸”在kiitvj5in>to«1.75?5*nO3Lz77C：3e*<03d-5j<56e*nO3工:你牠*0g423剪力图R05r-PROCE5

17、MRBtAM DIAti-W*?tQja27e-3Qll.?S449=-K）匚二L55551e-<Q2l-iXk+OC：D.MXte 旳DO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(JTG B01-2003)，混凝土结构设计规范(GB 50010-2002)。5.1基本条件已知某矩形截面简支梁，截面为bx h=1000m咏500mm计算跨度l=16.56m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11-2416.250.00-172.

18、460.00-73.410.001基本组合J2-2415.400.00-71.05 0.0023.390.002基本组合I2-2410.760.004.980.0024.670.002基本组合J3-2382.290.00106.53 0.00-20.37 0.003基本组合I3-2405.040.0034.030.00-26.63 0.003基本组合J4-2369.310.00135.19 0.00-94.70 0.004基本组合I4-2370.060.00-14.07 0.00-94.91 0.004基本组合J5-2327.980.0088.380.00-124.960.005基本组合I5-

19、2335.180.0044.670.00-126.940.005基本组合J6-2287.720.00150.78 0.00-205.370.006基本组合I6-2294.670.00-22.19 0.00-207.280.006基本组合J7-2243.440.0089.710.00-234.497基本组合17-2242.720.00-103.040.00-234.290.007基本组合J8-2189.880.0016.310.00-199.760.008基本组合18-2182.180.00-158.610.00-197.650.008基本组合J9-2130.320.00-30.75 0.00-

20、122.040.009基本组合19-2118.340.00-190.520.00-118.750.009基本组合J10-2070.190.00-53.81 0.00-21.12 0.0010基本组合I10-2056.430.00-200.480.00-17.340.0010基本组合J11-2014.700.00-55.35 0.0084.920.0011基本组合I11-2001.400.00-190.590.0088.580.0011基本组合J12-1968.510.00-38.19 0.00180.04 0.0012基本组合I12-1957.650.00-162.530.00183.020.

21、0012基本组合J13-1935.550.00-4.640.00249.86 0.0013基本组合I13-1929.000.00-116.350.00251.660.0013基本组合J14-1915.040.0044.460.00280.40 0.0014基本组合I14-1914.730.00-50.07 0.00280.49 0.0014基本组合J15-1917.180.00111.84 0.00255.79 0.0015基本组合I15-1929.130.006.360.00252.50 0.0015基本组合J16-1943.320.00166.60 0.00183.36 0.0016基本组

22、合I16-1949.950.00-8.950.00181.53 0.0016基本组合J17-1974.500.00147.50 0.00126.16 0.0017基本组合117-1986.130.0067.560.00122.96 0.0017基本组合J18-2019.060.00218.59 0.008.590.0018基本组合118-2036.800.00109.25 0.003.710.0018基本组合J19-2075.750.00253.89 0.00-141.410.0019基本组合119-2094.250.0088.060.00-146.500.0019基本组合J20-2136.6

23、50.00226.02 0.00-271.950.0020基本组合I20-2148.560.00-5.840.00-275.230.0020基本组合J21-2191.910.00125.86 0.00-323.040.0021基本组合I21-2192.700.00-111.380.00-323.260.0021基本组合J22-2234.750.0015.130.00-284.540.0022基本组合I22-2223.340.00-226.090.00-281.400.0022基本组合J23-2262.290.00-103.220.00-149.450.0023基本组合I23-2245.320.

24、00-210.370.00-144.780.0023基本组合J24-2279.910.00-89.24 0.00-24.64 0.0024基本组合I24-2267.300.00-239.540.00-21.170.0024基本组合J25-2296.920.00-118.110.00122.2425基本组合125-2278.100.00-212.800.00127.410.0025基本组合J26-2293.540.00-138.680.00212.130.0026基本组合I26-2280.900.00-107.290.00215.610.0026基本组合J27-2302.560.0018.050

25、.00251.77 0.0027基本组合I27-2308.520.0066.780.00250.13 0.0027基本组合J28-2305.840.00193.47 0.00146.63 0.0028基本组合I28-2336.890.0057.720.00138.09 0.0028基本组合J29-2351.970.00192.49 0.0038.590.0029基本组合I29-2358.770.00-88.84 0.00-36.72 0.0029基本组合J30-2376.880.00-170.110.0024.460.0030基本组合I30-2402.470.00-146.080.0031.4

26、90.0030基本组合J31-2441.620.00-243.910.00148.040.0031基本组合I31-2482.420.00-94.39 0.00159.26 0.0031基本组合J32-2540.210.00-173.950.00239.450.0032基本组合I32-2563.190.00-16.60 0.00245.77 0.0032基本组合J33-2625.120.00-66.20 0.00270.47 0.0033基本组合I33-2621.770.0093.980.00269.55 0.0033基本组合J34-2680.210.0073.480.00219.40 0.00

27、34基本组合I34-2643.360.00263.42 0.00209.27 0.0034基本组合J35-2679.790.00263.70 0.0072.620.0035基本组合I35-2661.950.00148.25 0.0067.710.0035基本组合J36-2706.460.00156.88 0.00-54.34 0.0036 基本组合 136-2728.590.00136.93 0.00-88.28 0.0036 基本组合J37-2766.430.00149.08 0.00-202.680.0037基本组合I37-2723.830.00-77.05 0.00-86.45 0.00

28、37基本组合J38-2727.470.00-57.02 0.00-32.83 0.0038基本组合I38-2729.380.00-26.36 0.00-22.810.0038基本组合J39-2732.110.00-6.140.00-9.810.0039基本组合I39-2732.650.00-17.810.00-9.660.0039基本组合J40-2747.880.001.340.00-3.070.0040基本组合I40-2748.150.00-13.210.00-3.000.0040基本组合J41-2755.460.006.940.00-0.490.0041基本组合I41-2755.510.0

29、0-9.230.00-0.480.0041基本组合J42-2755.890.0011.220.00-1.280.0042基本组合I42-2755.710.00-3.450.00-1.330.0042基本组合J43-2754.720.0016.970.00-6.730.0043基本组合I43-2754.180.006.570.00-6.880.0043基本组合J44-2738.020.0025.560.00-19.73 0.0044基本组合I44-2737.040.0017.620.00-20.01 0.0044基本组合J45-2713.450.0034.890.00-41.00 0.0045基

30、本组合I45-2712.220.0018.850.00-41.34 0.0045基本组合J46-2681.600.0033.810.00-62.40 0.0046基本组合I46-2679.090.0075.990.00-63.09 0.0046基本组合J47-2641.920.0088.080.00-128.700.0047基本组合I47-2637.730.0095.250.00-129.850.0047基本组合J48-2594.600.00104.010.00-209.5348 基本组合148-2592.110.005.240.00-210.220.0048基本组合J49-2543.670.

31、0(0.00)10.290.00-216.4149基本组合I49-2555.030.00-215.020.00-213.2849基本组合J50-2521.730.000.00-218.380.00 -118.0250基本组合I50-2558.830.000.00-137.030.00-107.8250基本组合J51-2504.200.000.00-164.000.00-17.6751基本组合I51-2536.070.000.00-100.290.00-8.9051基本组合J52-2480.080.000.00-150.800.0066.3652基本组合I52-2506.420.000.00-6

32、7.67 0.0073.600.0052基本组合J53-2460.230.00-137.960.00135.3253基本组合I53-2472.070.000.0046.610.00138.57 0.0053基本组合J54-2440.450.00-49.00 0.00139.75 0.0054基本组合I54-2458.920.00135.23 0.00144.83 0.0054基本组合J1-2443.890.0025.820.0081.01 0.00标准组合：轴向剪力y剪力z 扭矩弯矩y弯矩z1标准组合I1-1789.810.00-127.750.00-54.381标准组合J2-1789.190

33、.000.00-52.63 0.0017.320.002标准组合I2-1785.750.003.690.0018.270.002标准组合3标准组合3标准组合4标准组合4标准组合5标准组合5标准组合6标准组合6标准组合7标准组合7标准组合8标准组合8标准组合9标准组合9标准组合10标准组合10标准组合11标准组合11标准组合J3-1764.660.0078.910.00-15.10 0.0013-1781.510.0025.210.00-19.73 0.00J4-1755.040.00100.14 0.00-70.15 0.0014-1755.600.00-10.42 0.00-70.31 0.

34、00J5-1724.430.0065.470.00-92.57 0.00I5-1729.760.0033.090.00-94.04 0.00J6-1694.600.00111.69 0.00-152.120.00I6-1699.760.00-16.44 0.00-153.540.00J7-1661.81 0.0066.450.00-173.690.00I7-1661.270.00-76.33 0.00-173.550.00J8-1622.130.0012.08 0.00-147.970.00I8-1616.430.00-117.490.00-146.400.00J9-1578.010.00-2

35、2.78 0.00-90.40 0.00I9-1569.140.00-141.120.00-87.960.00J10-1533.470.00-39.86 0.00-15.64 0.00I10-1523.280.00-148.510.00-12.840.00J11-1492.370.00-41.00 0.0062.910.00I11-1482.510.00-141.180.0065.620.00J12-1458.160.00-28.29 0.00133.37 0.000.0012标准组合J13-1433.740.00-3.440.00185.09 0.0013标准组合I13-1428.890.0

36、0-86.18 0.00186.42 0.0013标准组合J14-1418.540.0032.930.00207.71 0.0014标准组合I14-1418.320.00-37.09 0.00207.77 0.0014标准组合J15-1420.130.0082.850.00189.48 0.0015标准组合I15-1428.980.004.710.00187.04 0.0015标准组合J16-1439.490.00123.410.00135.82 0.0016标准组合I16-1444.400.00-6.630.00134.47 0.0016标准组合J17-1462.590.00109.26 0

37、.0093.450.0017标准组合I17-1471.210.0050.050.0091.080.0017标准组合J18-1495.600.00161.92 0.006.360.0018标准组合I18-1508.740.0080.930.002.750.0018标准组合J19-1537.590.00188.07 0.00-104.740.0019标准组合I19-1551.290.0065.230.00-108.510.0019标准组合J20-1582.700.00167.42 0.00-201.440.0020标准组合I20-1591.530.00-4.330.00-203.870.0020标

38、准组合J21-1623.640.0093.230.00-239.290.0021标准组合I21-1624.220.00-82.50 0.00-239.450.0021标准组合J22-1655.370.0011.210.00-210.770.0022标准组合J23-1675.770.000.00-76.45 0.0()-110.7023标准组合I23-1663.200.00-155.830.00-107.250.0023标准组合J24-1688.820.00-66.10 0.00-18.25 0.0024标准组合I24-1679.480.00-177.430.00-15.680.0024标准组合

39、J25-1701.420.00-87.48 0.0090.540.0025标准组合I25-1687.480.00-157.630.0094.380.0025标准组合J26-1698.920.00-102.720.00157.130.0026标准组合I26-1689.550.00-79.47 0.00159.71 0.0026标准组合J27-1705.600.0013.370.00186.49 0.0027标准组合I27-1710.010.0049.470.00185.28 0.0027标准组合J28-1708.030.00143.31 0.00108.61 0.0028标准组合I28-1731

40、.030.0042.760.00102.28 0.0028标准组合J29-1742.200.00142.59 0.0028.580.0029标准组合I29-1747.240.00-65.81 0.00-27.19 0.0029标准组合J30-1760.650.00-126.010.0018.130.0030标准组合I30-1779.610.00-108.210.0023.340.0030标准组合J31-1808.610.00-180.680.00109.670.0031标准组合I31-1838.830.00-69.92 0.00117.98 0.000.0032标准组合I32-1898.660

41、.00-12.28 0.00182.07 0.0032标准组合J33-1944.530.00-49.03 0.00200.35 0.0033标准组合I33-1942.040.0069.670.00199.67 0.0033标准组合J34-1985.280.0054.410.00162.510.0034标准组合I34-1957.980.00195.17 0.00155.010.0034标准组合J35-1984.940.00195.29 0.0053.790.0035标准组合I35-1971.720.00109.87 0.0050.150.0035标准组合J36-2004.650.00116.13

42、 0.00-40.25 0.0036标准组合I36-2021.050.00101.50 0.00-65.39 0.0036标准组合J37-2049.040.00110.36 0.00-150.130.0037标准组合I37-2017.490.00-57.00 0.00-64.03 0.0037标准组合J38-2020.160.00-42.31 0.00-24.31 0.0038标准组合I38-2021.570.00-19.45 0.00-16.89 0.0038标准组合J39-2023.570.00-4.620.00-7.260.0039标准组合I39-2023.980.00-13.12 0.00-7.150.0039标准组合J40-2035.250.000.920.00-2.270.0040标准组合I40-2035.450.00-9.710.00-2.210.0040标准组合J41-2040.850.005.070.00-0.360.0041标准组合I41-2040.890.00-6.760.00-0.340.0041标准组合J42-2041.170.008.240.00-0.940