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文档简介

1、隧道工程课程设计任务书一基本资料1、工程概况:大云隧道位于某低山丘陵区。设计行车速度:80km/h2、地形地质条件施工地段属亚热带湿润季风气候区,属于剥蚀山丘地区,年均降雨量约1300mm。3、设计标准设计等级:高速公路单向二车道;地震设防烈度:6级二内轮廓的设计1根据设计资料:设计等级:高速公路单向二车道,由公路隧道设计规范(JTG D70-2004)有:高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的独立双洞。对于级围岩,容重=23.5KN/m3,围岩的弹性抗力系数K=1000MPa,得出各断面内轮廊如下图:横向人行通道设计内轮廓图如下:三衬砌的支护设计1初期支护初期支护采用喷锚支护,由喷射

2、混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用,根据不同围岩级别区别组合。锚杆支护采用全长粘结锚杆。由工程类比法,结合公路隧道设计规范,初期支护喷射混凝土材料采用C20级混凝土,支护参数如下表:2二次衬砌二次衬砌采用现浇模筑混凝土,利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。二次衬砌厚度设置如下表:注:钢筋面积为纵向每1m的钢筋面积。四围岩压力的计算1计算断面参数确定隧道高度h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量隧道跨度b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量2荷载确定(一)根据围岩压力计算公式:计算围岩竖向均布压力:式中:s围岩类别,此处s=4;围岩容重,此处=23.5KN/m3;跨度影响系数毛洞跨度

3、=10.86+20.5+20.065=11.99m其中0.065m为一侧平均超挖量=11.99>5m,=0.1,此处=1+0.1(11.99-5)=1.699。所以有: 此处超挖回填层忽略不计。(二)围岩水平均布压力:e=0.12q=0.12×71.868=8.624KPa3衬砌的几何要素5衬砌几何尺寸内轮廓线半径 =5.43m, 。内径、所画曲线的终点截面与竖直轴的夹角,;拱顶截面厚度:墙底截面厚度:因为此处因为断面尺寸不变,所以外轮廓断面尺寸可以直接计算出来。外轮廓线半径:拱轴线半径:拱轴线各段圆弧中心角:6半拱轴线长度及分段轴长分段轴线长度:半轴线长度为:将半拱轴线等分为

4、8段,每段长度:8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:因墙底面水平,计算衬砌内力时用)(2)接缝中心点坐标计当然,也可以在附图2上直接量出、。以后计算中只取四位小数。五计算位移1、单位位移用辛普生法近似计算。按计算列表进行。单位位移的计算见表4.1。(说明本设计计算一律保留四位小数,表格采用保留三位有效数字)表4.1 单位位移计算表截面asin(a)cos(a)xydI1/Iy/Iy2/I(1+y)2/I系数1/30 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 0.5 0.01 96 0.000 0.000 96.000 1 1 13.

5、880 0.240 0.971 1.363 0.166 0.5 0.01 96 15.917 2.639 130.473 4 2 27.759 0.466 0.885 2.646 0.654 0.5 0.01 96 62.755 41.023 262.533 2 3 41.639 0.664 0.747 3.774 1.435 0.5 0.01 96 137.770 197.713 569.252 4 4 55.519 0.824 0.566 4.682 2.464 0.5 0.01 96 236.573 582.986 1152.132 2 5 69.399 0.936 0.352 5.31

6、7 3.681 0.5 0.01 96 353.414 1301.060 2103.889 4 6 83.278 0.993 0.117 5.641 5.015 0.5 0.01 96 481.459 2414.614 3473.533 2 7 94.970 0.996 -0.0875.650 6.389 0.5 0.01 96 613.315 3918.287 5240.917 4 8 90.000 1.000 0.000 5.416 7.743 0.5 0.01 96 743.328 5755.589 7338.245 1 768 2262.189 11170.544 16462.921

7、单位位移值计算如下计算精度校核为:闭合差 :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:衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度,又附图2量得:水平压力:式中:衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度,由附图2量得:自重力:式中:接缝的衬砌截面厚度注:计算时,应该第8个楔块的面积乘以。作用在各楔块上的力均列入表4.2,各集中力均通过相应图形的形心截 面集 中 力 力 臂Q(KN) G(KN) E(KN)aqagae00.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1102.232 15.816 1.493 0.651 0.680 0.346 2

8、96.260 15.816 4.392 0.553 0.627 0.471 384.668 15.816 7.035 0.423 0.541 0.595 468.138 15.816 9.267 0.268 0.422 0.679 547.620 15.816 10.958 0.097 0.279 0.723 624.320 15.816 12.007 -0.079 0.120 0.725 72.932 15.816 12.286 -0.260 -0.031 0.691 80.000 15.816 12.037 0.000 -0.145 0.671 (2)外荷载在基本结构中产生的内力楔块上各集

9、中力对下一接缝的力臂由图4.1中量得,分别记为、。内力图按下式计算。弯矩:轴力:式中:、相邻两接缝中心点的坐标增值,按下式计算: (4.9)的计算见下表4.3。表4.3 载位移计算表截面-Qaq-Gag-Eae(i-1)(Q+G)E(i-1)xy-x(Q+G)-yEMp00 0.000 0.000 0.000 000.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1 -66.553 -10.752-0.517 001.360 0.166 0.000 0.000 -77.822 2 -53.232 -9.912-2.069 118.0481.4931.283 0.488 -151.45

10、6 -0.729 -295.218 3 -35.815 -8.549-4.186 230.1245.8851.129 0.781 -259.810 -4.596 -608.174 4 -18.261 -6.677-6.292 330.60812.920.908 1.029 -300.192 -13.295 -952.891 5 -4.619 -4.413-7.923 414.56222.1870.635 1.217 -263.247 -27.002 -1260.094 6 1.921 -1.901-8.705 477.99833.1450.324 1.334 -154.871 -44.215

11、-1467.866 7 0.762 0.486 -8.490 518.13445.1520.008 1.374 -4.145 -62.039 -1541.291 8 0.000 2.298 -8.077 536.88257.438-0.2341.354 125.630 -77.771 -1499.210 表4.4 载位移计算表截面sinacosa(Q+G)Esina(Q+G)cosaENP00100000.000 00.240.971118.0481.49328.332 1.450 26.882 0.240.4660.885230.1245.885107.238 5.208 102.030 0

12、.4660.6640.747330.60812.92219.524 9.651 209.872 0.6640.8240.566414.56222.187341.599 12.558 329.041 0.8240.9360.352477.99833.145447.406 11.667 435.739 0.9360.9930.117518.13445.152514.507 5.283 509.224 0.9930.996-0.087536.88257.438534.734 -4.997 539.732 0.99610552.69869.475552.698 0.000 552.698 1基本结构中

13、,主动荷载产生弯矩的校核为:1045.835kN/m-8.624/2×7.98562=-274.975kN/m-179.1953kN/m另外,由上可知,因此得出闭合差(3)主动荷载位移计算过程见表4.5。表4.5 主动荷载位移计算表截面MP01/Iy/I(1+y)MP0/IMp0y/IMP0(1+y)/I系数1/30.000 960.000 1.000 0.000 0.000 0.000 1.000 0.000 -77.822 9615.917 1.166 -7470.875 -1238.687 -8711.040 4.000 -77.822 -295.218 9662.755 1.

14、654 -28340.946 -18526.418 -46875.925 2.000 -295.218 -608.174 96137.770 2.435 -58384.681 -83788.099 -142166.698 4.000 -608.174 -952.891 96236.573 3.464 -91477.515 -225428.231 -316878.112 2.000 -952.891 -1260.094 96353.414 4.681 -120969.024 -445334.862 -566256.003 4.000 -1260.094 -1467.866 96481.459 6

15、.015 -140915.096 -706717.095 -847604.301 2.000 -1467.866 -1541.291 96613.315 7.389 -147963.917 -945296.771 -1093305.386 4.000 -1541.291 -1499.210 96743.328 8.743 -143924.189 -1114404.992 -1258329.181 1.000 -1499.210 -668181.764 -2972794.052 -3640934.122 主动荷载位移:-3544.245×10-6-1.3753/(2.6×10

16、-6)×2972794.052=-157249.372×10-6-192591.412×10-610-6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与4的中线处,最大抗力值假定在接缝5与6的中线处,最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算:查表4-1,算得:最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算: (4.14)式中:所考察截面外缘点到点的垂直距离;墙脚外缘点到点的垂直距离。由图4-1中量得:则按比例将所求得的抗力绘于图4-1上。(2)各楔块上抗力集中力按下式近似计算: (4.15)式中:楔块外缘长度,可通过量取

17、夹角,用弧长公式求得,的方向垂直于衬砌外缘,并通过楔块上抗力圆形的形心。(3)抗力集中力与摩擦力的合力 按下式计算: (4.16) 式中:围岩与衬砌间的摩擦系数,此处取。则: (4.17)其作用方向与抗力集中力的夹角。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的交点。将的方向线延长,使之交于竖直轴,量取夹角,将分解为水平与竖直两个分力: (4.18)以上计算列入表4.6。表4.6 弹性抗力及摩擦力计算表截面(n(n)0.5(i-1+i)(n)S外R(n)k?7sinkcoskRH(n)RV(n)3 0.000

18、 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 4 0.326 0.163 0.718 0.119 64.557 0.903 0.430 0.108 0.051 5 0.824 0.575 1.437 0.843 74.796 0.965 0.262 0.813 0.221 6 0.961 0.946 1.437 1.386 87.817 0.999 0.038 1.385 0.053 7 0.636 0.799 1.427 1.162 101.041 0.981 -0.1921.141 -0.2238 0.000 0.318 1.418 0.

19、460 109.427 0.943 -0.3330.434 -0.153(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: (4.19)轴力: (4.20)式中:力至接缝中心点的力臂,由图4.1量得。计算见下表4.7。表4.7计算表截面R4=0.1193hR5=0.8426hR6=1.3863hR7=1.1621hR8=0.4600hM0(h)r4iR4r4i(h)r5iR5r5i(h)r6iR6r6i(h)r7iR7r7i(h)r8iR8r8i(h)4 0.233 0.028 -0.0285 1.646 0.196 0.633 0.533 -0.7296 2.988 0.356

20、2.004 1.689 0.713 0.989 -3.0347 4.229 0.504 3.332 2.808 2.087 2.893 0.777 0.902 -7.1088 5.347 0.638 4.578 3.857 3.431 4.756 2.151 2.499 0.969 0.446 -12.196计算见下表4.8。表4.8 计算表截面a sina cosaRV(h)sinaRV(h)RH(h)cosaRH(h)N0(h)4 55.519 0.824 0.566 0.051 0.042 0.108 0.061 -0.0195 69.399 0.936 0.352 0.272 0.25

21、5 0.921 0.324 -0.0696 83.278 0.993 0.117 0.325 0.323 2.306 0.270 0.053 7 94.970 0.996 -0.0870.103 0.102 3.447 -0.2990.401 8 90.000 1.000 0.000 -0.050-0.0503.881 0.000 -0.050(5)单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算见表4.9。表4.9 单位抗力及摩擦力产生的载位移计算表截面M0(h)1/Iy/I(1+y)M0/IM0y/IM(1+y)/I系数1/34 -0.02896 236.573 3.464 -2.665-6.568-

22、9.2332 5 -0.72996 353.414 4.681 -70.011-257.737-327.7474 6 -3.03496 481.459 6.015 -291.295-1460.904-1752.2002 7 -7.10896 613.315 7.389 -682.372-4359.469-5041.8414 8 -12.19696 743.328 8.743 -1170.824-9065.692-10236.5161 -1589.425-10156.486-11745.911校核为:闭合差 4、墙底(弹性地基上的刚性梁)位移单位弯矩作用下的转角:单位弯矩作用下的转角:主动荷载作

23、用下的转角:单位抗力及相应摩擦力作用下的转角:5、解力法方程衬砌矢高计算力法方程的系数为:以上将单位抗力产生的位移乘以即为弹性抗力引起的位移。求解方程:显然可知:,可将上述结果代入原方程,进行校核。6、计算主动荷载和被动荷载()分别产生的衬砌内力计算公式: (4.28) (4.29)计算过程列表4.10与表4.11。表4.10 主、被动荷载作用下衬砌弯矩计算表截面MPOX1PX2P*yMPM0(h)X1(h)X2*y(h)M(h)0 0.000 329.407 0.000 329.407 0.000 -2.636 0.000 -2.636 1 -77.822 329.407 25.827 27

24、7.412 0.000 -2.636 0.311 -2.325 2 -295.218 329.407 101.751 135.940 0.000 -2.636 1.224 -1.412 3 -608.174 329.407 223.262 -55.505 0.000 -2.636 2.685 0.049 4 -952.891 329.407 383.357 -240.127 -0.028 -2.636 4.610 1.946 5 -1260.094 329.407 572.701 -357.986 -0.729 -2.636 6.887 3.522 6 -1467.866 329.407 78

25、0.249 -358.210 -3.034 -2.636 9.383 3.713 7 -1541.291 329.407 994.020 -217.864 -7.108 -2.636 11.954 2.210 8 -1499.210 329.407 1204.679 34.876 -12.196 -2.636 14.487 -0.345 表4.11 主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表截面NP0X2PcosaNPN0(h)X2cosaN(h)00.000 155.583 155.583 01.871 1.871 126.882 151.071 177.953 01.817 1.817 2102.0

26、30 137.691 239.721 01.656 1.656 3209.872 116.221 326.093 01.398 1.398 4329.041 88.060 417.101 -0.0191.059 1.040 5435.739 54.765 490.504 -0.0690.659 0.590 6509.224 18.203 527.427 0.0530.219 0.272 7539.732 -13.536 526.196 0.401-0.163 0.238 8552.698 0.000 552.698 -0.050.000 -0.050 7、最大抗力值的求解首先求出最大抗力方向内

27、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: (4.30) (4.32)表4.12 最大抗力位移修正计算表截面MP/IM/I (h)(y5-yi)MP(y5-yi)/IM(y5-yi)/I系数1/30 31623.072 -253.056 3.681116404.528 -931.499 11 26631.568 -223.240 3.51693636.594 -784.911 42 13050.249 -135.587 3.02839516.153 -410.558 23 -5328.495 4.693 2.246-11967.800 10.540 44 -23052

28、.218 186.830 1.217-28054.549 227.372 25 -34366.654 338.126 00.000 0.000 4155334.304 -1465.118 把计算过程列入表4.12,位移值为最大抗力值为:8、计算衬砌总内力按下式计算衬砌总内力: (4.34)计算过程列入表4.13表4.13衬砌总内力计算表截面MPMMNPNNeM/IMy/I系数1/30329.407 -2.636 53.734 155.583 1.871 351.252 0.087 5158.476 0.000 11277.412 -2.325 34.220 177.953 1.817 367.948 0.093 3285.156 545.336 42135.940 -1.412 -11.765 239.721 1.656 412.888 -0.028 -1129.454 -728.498 23-55.505 0.049 -50.393 326.093 1.398 472.258 -0.089 -483

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