【十房高速六里坪隧道二次衬砌计算过程案例3400字】

十房高速六里坪隧道二次衬砌计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u13717十房高速六里坪隧道二次衬砌计算过程案例 1139791.1隧道深浅埋确定 177181.2隧道围岩压力确定 3281291.3V级围岩浅埋段二次衬砌内力计算 71.1隧道深浅埋确定1.1.1计算断面参数确定隧道宽度内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量；隧道高度内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量。（1）V级围岩（2）IV级围岩（3）III级围岩1.1.2深浅埋判定计算结合隧道所处的工程地质条件、隧道挖掘手段与施工方法，按照围岩环境与自身材料参数，计算出隧道各级围岩的荷载等效高度值。其中荷载等效高度的计算公式为：(1.1)式中：——；——。在浅埋暗挖法施工条件下，Ⅳ～Ⅵ级围岩取：(1.2)Ⅰ～Ⅲ级围岩取：(1.3)荷载等效高度的计算公式为：(1.4)式中：——；——；——每增减1m时围岩压力的增减率，以B=5m的围岩垂直均布压力为准，按表1.1取值。其中，隧道右线各里程段围岩情况见表1.2。表1.1围岩压力增减率取值表隧道宽度（m）围岩压力增减率0.20.1考虑施工过程分导洞开挖0.07上下台阶法或一次性开挖0.12表1.2隧道右线各里程段围岩情况里程围岩级别长度（m）埋深（m）洞口YK79+360～YK79+363段Ⅴ32～6洞身YK79+363～YK79+430段Ⅳ676～53洞身YK79+430～YK79+810段Ⅲ38053～151洞身YK79+810～YK79+830段Ⅳ20151～159洞身YK79+830～YK79+850段Ⅴ20159～163洞身YK79+850～YK79+870段Ⅳ20153～160洞身YK79+870～YK80+100段Ⅲ23055～153洞身YK80+100～YK80+285段Ⅳ18519～63洞口YK80+285～YK80+314段Ⅴ294～19（1）Ⅴ级围岩当Ⅴ级围岩埋深时，该深度以下隧道为深埋；反之，为浅埋。（2）Ⅳ级围岩当Ⅳ级围岩埋深时，该深度以下隧道为深埋；反之，为浅埋。（3）Ⅲ级围岩Ⅲ级围岩埋深H均大于，所以均为深埋。1.2隧道围岩压力确定1.2.1Ⅴ级围岩压力计算在Ⅴ级围岩覆盖层中隧道埋深既有小于荷载等效高度段又有处于等效荷载高度和分界深度之间段，也有大于分界深度段。（1）埋深的浅埋段此时隧道最大埋深H=12.46m，将隧道受到垂直压力视为均布压力：(1.5)式中：——；——（）;——。侧向压力按均布考虑时，其值为：(1.6)式中：——（）；——；——（），其取值参考表1.3。表1.3隧道各级围岩物理力学指标岩石类别片岩，碎、块石围岩级别ⅢⅣⅤ推荐物理力学参数密度（g/cm3）2.52.31.8变形模量E（GPa）1131.3泊松比0.260.340.43弹性抗力系数K（MPa/m）800320130计算摩擦角（°）625240垂直方向的均布压力：水平方向的侧向压力：（2）埋深的浅埋段此时最大埋深，如图1.1所示。图1.1浅埋隧道围岩压力计算作用在支护结构上的均布荷载：(1.7)(1.8)(1.9)式中：——；——；——；——（）；——（°）；——（°），其值见表1.4；——。表1.4各级围岩的值围岩级别I、II、IIIIVV值0.9（0.7~0.9）（0.5~0.7）作用在支护结构两侧的水平压力为：(1.9)(1.10)侧压力视为均布压力时，为：(1.11)式中：——；——；——，。（3）埋深的深埋段此时最大埋深，垂直均布压力为：水平均布压力为：，取1.2.2Ⅳ级围岩压力计算在Ⅳ级围岩覆盖层中隧道埋深既有小于荷载等效高度段又有处于等效荷载高度和分界深度之间段，也有大于分界深度段。（1）埋深的浅埋段此时最大埋深，垂直均布压力：侧向压力：（2）埋深的浅埋段此时最大埋深，有：作用在支护结构上的均布荷载：作用在支护结构两侧的水平压力为：侧压力视为均布压力时，为：（3）埋深的深埋段此时最大埋深，垂直均布压力为：水平均布压力为：，取1.2.3Ⅲ级围岩压力计算Ⅲ级围岩全段均为深埋，垂直均布压力为：水平均布压力为：，取1.3V级围岩浅埋段二次衬砌内力计算1.3.1衬砌几何要素（1）衬砌几何尺寸：；：；：；；：。（2）半拱轴线长度及分段轴长：；：：8：（3）各分块接缝截面中心几何要素：，，，，，，，。另一方面，，角度闭合差。。（4）接缝中心点坐标计算；；；；由图1.2上直接量出。1.3.2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1.5。衬砌材料为C25混凝土，弹性模量为，容重。：表1.5单位位移计算截面xydI1/Iy/Iy2/I(1+y)2/I00.00000.00001.00000.00000.00000.50000.010496.00000.00000.000096.0000113.21670.22860.97351.34000.15000.50000.010496.000011.40002.1600126.9600226.43340.44520.89552.60000.61000.50000.010496.000058.560035.7216248.8416339.65010.63810.77003.73001.35000.50000.010496.0000129.6000171.9600530.1600452.86680.79720.60371.66002.32000.50000.010496.0000222.7200516.71041058.1504566.08350.91410.40545.35003.48000.50000.010496.0000331.08001162.59841926.7584679.30020.98260.18575.75001.76000.50000.010496.0000456.96002175.12963185.0496791.76670.9995-0.03085.85006.11000.50000.010496.0000586.56003583.88164853.0016890.00001.00000.00005.70007.45000.50000.010496.0000715.20005328.24006851.6400总和861.00002518.080012979.401618879.5616注：（1）I——截面惯性矩，，b取单位长度；（2）不考虑轴力影响。

图1.2衬砌计算图图1.3内力，计算图：闭合差计算结果正确。（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：(1.12)式中：bi——：：(1.13)式中：hi——。：：(1.14)式中：——。注：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中量得，分别记为，内力按下式计算(见图1.3)。弯矩：(1.15)轴力：(1.16)式中：、——，，。、计算过程见表1.6及表1.7。

表1.6载位移计算（一）截面00.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00000.00001381.571316.195219.25760.64030.66440.3242-246.2410-10.7601-6.24332365.204416.195257.77280.54920.62020.4620-200.5703-10.0443-26.69103326.470616.195292.67720.42900.54320.5753-140.0559-8.7972-53.31724268.369916.1952121.56360.28610.43740.6582-76.7806-7.0838-80.01325196.435716.1952145.63560.12800.30840.7061-25.1438-1.9946-102.83336116.201416.1952161.2824-0.03690.16310.71671.2878-2.6414-115.5911727.667016.1952168.5040-0.19760.01080.69675.4670-0.1749-117.396780.000016.1928160.0788-0.3270-0.10220.66600.00001.6549-106.6125表1.6载位移计算（二）截面00.00000.00000.00000.00000.00000.00000.000010.00000.00001.34000.15000.00000.0000-263.24442400.766519.25761.26000.4600-501.9658-8.8585-1011.37423782.166177.03041.13000.7400-883.8477-57.0025-2157.394741121.8319169.70760.93000.9700-1046.0937-161.6164-3531.982451409.3970291.27120.69001.1600-972.4839-337.8746-4975.312561622.0279436.90680.40001.2800-648.8112-559.2407-6297.309171751.4245598.18920.10001.3500-175.4424-807.5554-7392.411681798.2867766.6932-0.15001.3400269.7430-1027.3689-8251.9951表1.7载位移计算截面00.00001.00000.00000.00000.00000.00000.000010.22860.9735400.766519.257618.747591.629172.881620.44520.8955782.166177.030468.9771348.1869279.209930.63810.77001121.8319169.7076130.6673717.7524587.085140.79720.60371409.3970291.2712175.83171123.6196947.787950.91410.40541622.0279436.9068177.12411482.75611305.632060.98260.18571751.4245598.1892111.06171723.92111612.859470.9995-0.03081798.2867766.6932-23.63701797.43191821.068981.00000.00001811.4795926.77200.00001811.47951811.4795从上表1.8中可知。：3）主动荷载位移检验：可知闭合差。表1.8主动荷载位移计算截面1/Iy/I(1+y)00.000096.00000.00001.00000001-263.244496.000011.40001.1500-25271.4632-3790.7195-29062.18272-1011.374296.000058.56001.6100-97379.9277-59401.7559-156781.68373-2157.394796.0000129.60002.3500-207109.8960-279598.3595-486708.25554-3531.982496.0000222.72003.3200-339070.3065-786643.1110-1125713.41745-4975.312596.0000331.08001.4800-4776304158-2139782.42046-6297.309196.0000456.96005.7600-604541.6748-2877618.3722-3482160.04717-7392.411696.0000586.56007.1100-709671.5163-4336092.9649-5045761.48128-8251.995196.0000715.20008.4500-792479.5285-5903972.4871-66964523175-15909270.1860-19162421.5035（3）载位移—弹性抗力和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，。：(1.17)查表1.5，算得：、、：(1.18)式中：——；——。由图1.2中量得：=1.3407m，=2.7380m，=1.0700m则：，，上。2）各楔块上抗力集中力按下式近似计算：(1.19)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）抗力集中力与摩擦力的合力按下式计算：(1.20)式中：——，此处取＝0.2。则：其作用方向与抗力集中力的夹角β=arctan0.2=11.3099°。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：(1.21)以上计算列入表1.9。表1.9弹性抗力及摩擦力计算截面30.00000.00001.40730.000000.00001.00000.00000.000040.53310.26661.40730.3825600.86600.50000.33130.191351.00000.76661.40731.1001720.95110.30901.04630.340060.89630.94821.40731.3608840.99450.10451.35330.142270.54740.72191.40731.0360970.9925-0.12191.0283-0.126380.00000.27371.40730.39281060.9613-0.27560.3776-0.10834）计算单位抗力及其相应摩擦力在基本结构中产生的抗力弯矩：(1.22)轴力：(1.23)式中：是到接缝的中心点的力臂，由图1.2量得。计算见表1.10及表1.11。表1.10计算截面40.494-0.1890-0.189051.8406-0.70410.7251-0.7977-1.501863.155-1.20692.0715-2.27890.8403-1.1434-1.629371.3686-1.67123.3767-3.71482.1862-2.97490.8658-0.8969-9.257885.4557-2.08701.6004-5.06103.5022-1.76562.2139-2.29351.0189-0.4002-11.6075表1.11计算截面452.86680.79720.60370.19130.15250.33130.2000-0.0475566.08350.91410.40540.53120.48561.37760.5585-0.0729679.30020.98260.18570.67350.66172.73090.50710.1546791.76670.9995-0.03080.54720.54693.7591-0.11580.6627890.00001.00000.00000.43890.43891.13670.00000.43895）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算见表1.12。校核为：。（4）墙底（弹性地基上的刚性梁）位移：：：表1.12单位抗力及摩擦力产生的载位移计算截面1/Iy/I(1+y)4-0.189096.0000222.72003.3200-18.1440-42.0941-60.23815-1.501896.0000331.08001.4800-141.1728-501.7213-645.89416-1.629396.0000456.96005.7600-441.4128-2115.4049-2559.81777-9.257896.0000586.56007.1100-888.7488-5430.2552-6319.00408-11.607596.0000715.20008.4500-1402.3200-10447.2840-11849.6040-2897.7984-18536.7595-21431.55791.3.3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。解得：式中：其中：1.3.4计算主动荷载和被动荷载（）分别产生的衬砌内力(1.24)(1.25)计算见表1.13和表1.14。表1.13主、被动荷载作用下衬砌弯矩计算截面00.0000609.14430.0000609.14430.0000-2.62480.0000-2.62481-263.2444609.1443151.1244500.02430.0000-2.62480.3461-2.27872-1011.3742609.1443626.7725221.54260.0000-2.62481.4075-1.21733-2157.3947609.14431387.1195-161.13090.0000-2.62483.11500.49024-3531.9824609.14432383.7905-539.0476-0.1890-2.62485.35322.53945-4975.3125609.14433575.6857-790.4825-1.5018-2.62488.02983.90326-6297.3091609.14434890.8805-797.2843-1.6293-2.624810.98323.72917-7392.4116609.14436277.9999-505.2674-9.2578-2.624811.09822.21568-8251.9951609.14437651.84458.9937-11.6075-2.624817.1901-0.0422表1.14主、被动荷载作用下衬砌轴力计算截面00.00001027.49591027.49590.00002.30742.3074172.88161000.27991073.16150.00002.24632.24632279.2099920.07371199.28350.00002.06622.06623587.0851791.12621378.21130.00001.77661.77664947.7879620.26851568.0564-0.04751.39291.345451305.6320416.55181722.1838-0.07290.93540.862661612.8594190.76821803.62760.15460.42840.583071821.0689-31.67751789.39140.6627-0.07110.591681811.47950.00001811.47950.43890.00000.43891.3.5最大抗力值的求解。考虑到接缝5的径向位移与水平方向有一定的偏离，因此修正后有：(1.26)计算过程列入表1.15，位移值为：：表1.15最大抗力位移修正计算截面058477.8528-251.98083.4800203502.9277-876.8932148002.3314-218.75423.3300159847.7634-728.4516221268.0895-116.85952.870061039.4169-335.38663-15468.569847.05822.1300-32948.0536100.23414-51