隧道课程设计(共23页).doc

1初始条件某高速公路隧道通过III 类围岩(即IV级围岩)，埋深H=30m，隧道围岩天然容重γ=23 KN/m3，计算摩擦角ф=35o ,变形模量E=6GPa,采用矿山法施工；衬砌材料采用C25喷射混凝土，材料容重，变形模量 2隧道洞身设计2.1隧道建筑界限及内轮廓图的确定该隧道横断面是根据两车道高速公路IV级围岩来设计的，根据《公路隧道设计规范》确定隧道的建筑限界如下：W—行车道宽度；取3.75×2mC—余宽；因设置检修道，故余宽取为0mJ—检修道宽度；双侧设置，取为1.0×2mH—建筑限界高度；取为5.0m2—左侧向宽度；取为1.0m—右侧向宽度；取为1.5m—建筑限界左顶角宽度；取1.0m—建筑限界右顶角宽度；取1.0mh—检修道高度；取为0.25m隧道净宽为1.0+1.0+7.50+1.50+1.0=12m设计行车速度为120km/h,建筑限界左右顶角高度均取1m；隧道轮廓线如下图：图1 隧道内轮廓限界图根据规范要求，隧道衬砌结构厚度为50cm（一次衬砌为15cm和二次衬砌35cm）通过作图得到隧道的尺寸如下：图2 隧道内轮廓图得到如下尺寸:3隧道衬砌结构设计3.1支护方法及衬砌材料根据《公路隧道设计规范》（JTG-2004），本设计为高速公路，采用复合式衬砌，复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间防水层组合而成的衬砌形式。

复合式衬砌应符合下列规定：1初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土，锚杆，钢筋网和钢筋支架等支护形式单独或组合使用，锚杆宜采用全长粘结锚杆2二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连结圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同由规范8.4.2-1，对于两车道IV级围岩：初期支护：拱部边墙的喷射混凝土厚度为12-15cm，拱墙的锚杆长度为2.5-3m，锚杆间距为1.0-1.2m；二次衬砌厚度：拱墙混凝土厚度为35cm因此确定衬砌尺寸及规格如下：深埋隧道外层初期支护，根据规范规定，采用锚喷支护，锚杆采用普通水泥砂浆锚杆，规格HRB20×2.5m，采用梅花型局部布设，采用C25喷射混凝土初次衬砌：采用C25喷射混凝土，厚度为14.8cm防水板：采用塑料防水板及无纱布，且无纺布密度为300g/m2,防水板应采用铺满的EVA板防水层，厚度为2.0mm，搭接长度为150mm二次衬砌：根据《公路隧道设计规范》，采用C25号模筑防水混凝土，厚度为35cm整个衬砌厚度为14.8+0.2+35=50cm3.2隧道深浅埋的确定及围岩压力的计算隧道的内轮廓尺寸为B=12.37m，H=13.69m因为IV级围岩需要预留变形量，查《公路隧道设计规范》8.4.1知IV级围岩需预留变形量为50-80mm，衬砌厚度为50cm，又每侧超挖量为10cm，故隧道的近似开挖尺寸为：由于是IV级围岩—深浅埋隧道的分界深度—等效荷载高度—跨度影响系数；i—围岩压力增减率，当取i=0.1埋深故为深埋隧道。

又可用公式计算均布垂直压力：因为该隧道围岩级别为IV围岩水平均不压力为：4衬砌结构内力计算4.1基本资料公里等级 高速公路围岩级别 IV级围岩容重 r=23KN/m3弹性抗力系数 K=0.18×106KN/m变形模量 材料容重 材料变形模量 衬砌厚度 d=0.5m图3 衬砌结构断面图4.2荷载的确定4.2.1围岩压力的确定隧道的内轮廓尺寸为B=12.37m，H=13.69m因为IV级围岩需要预留变形量，查《公路隧道设计规范》8.4.1知IV级围岩需预留变形量为50-80mm，衬砌厚度为50cm，又每侧超挖量为10cm，故隧道的近似开挖尺寸为：由于是IV级围岩—深浅埋隧道的分界深度—等效荷载高度—跨度影响系数；i—围岩压力增减率，当取i=0.1埋深故为深埋隧道又可用公式计算均布垂直压力：考虑一衬后的围岩释放变形折减系数0.44.2.2衬砌自重（1）全部垂直荷载q=61.768+11=72.768KN/m2（2） 围岩水平均布压力e=0.4×72.768=29.1KN/m24.3衬砌几何要素4.3.1衬砌的几何尺寸内轮廓线半径：内径所画圆曲线端点截面与竖直轴线的夹角：拱顶截面厚度，拱底截面厚度4.3.2半拱轴线长度S及分段轴长将半拱轴长度等分为8段，则4.4计算位移4.4.1单位位移用辛普生法近似计算，按计算列表进行，单位位移的计算列表见表4-1表4-1单位位移计算表 截面αsinαcosαxyd1/Iy/Iy2/I(1+y)2/I积分系数1/300.000 0.000 1.000 0.000 0.000 0.500 96.000 0.000 0.000 96.000 1 115.250 0.263 0.965 1.575 0.221 0.500 96.000 21.216 4.689 143.121 4 230.500 0.508 0.862 2.992 0.842 0.500 96.000 80.832 68.061 325.725 2 345.750 0.716 0.698 4.202 1.786 0.500 96.000 171.456 306.220 745.132 4 461.000 0.875 0.485 5.234 3.217 0.500 96.000 308.832 993.513 1707.177 2 576.250 0.971 0.238 6.168 5.610 0.500 96.000 538.560 3021.322 4194.442 4 691.500 1.000 -0.026 6.429 8.176 0.500 96.000 784.896 6417.310 8083.102 2 7106.75 0.958 -0.288 6.007 10.722 0.500 96.000 1029.312 11036.283 13190.907 4 8122.000.848 -0.530 4.972 13.020 0.500 96.000 1249.920 16273.958 18869.798 1 ∑768.003547.072 29568.593 37430.737 注：1 I—-截面的惯性矩，I=bd3/12,b取单位长度 2不考虑轴力影响单位位移值计算如下：计算精度校核：闭合差△=04.4.2载位移——主动荷载在基本结构中引起的位移1）每一块上的作用力(竖向力Q、水平力E、自重力G),分别由下面各式求得，Qi =q×biEi =e×hiGi =( di-1+di)/2×△S× rh其中：bi——衬砌外缘相邻两截面间的水平投影长度hi——衬砌外缘相邻两截面间的竖直投影长度di——接缝i的衬砌截面厚度均由图3直接量得，其值见表4-2。

各集中力均通过相应图形的形心表4-2载位移Mop计算表截面投影长度集中力S-Qaq-Gag-GagbhQGEaqagae00.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 11.575 0.224 114.610 23.100 7.401 0.788 0.788 0.112 0.112 -18.191 -0.829 21.424 0.612 103.622 23.100 20.220 0.712 0.712 0.306 -73.779 -16.447 -6.187 31.210 0.950 88.049 23.100 31.388 0.605 0.605 0.475 -53.270 -13.976 -14.909 41.020 0.979 74.223 23.100 32.346 0.510 0.510 0.490 -37.854 -11.781 -15.833 50.933 2.845 67.893 23.100 93.999 0.467 0.467 1.423 -31.672 -10.776 -133.713 60.267 2.566 19.429 23.100 84.781 0.134 0.134 1.283 -2.594 -3.084 -108.774 70.417 2.546 30.344 23.100 84.120 0.209 0.209 1.273 -6.327 -4.816 -107.085 80.785 2.298 57.123 23.100 75.926 0.393 0.393 1.149 -22.421 -9.067 -87.239 续表4-2∑i-1（Q+G）∑i-1ExyΔxΔy-Δx∑i-1（Q+G）-Δy∑i-1EMoip0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 1.531 0.194 1.531 0.194 0.000 0.000 -18.908 137.710 7.401 2.964 0.765 1.433 0.571 -197.338 -4.226 -316.885 264.431 27.621 4.210 1.676 1.246 0.911 -329.481 -25.163 -753.684 375.581 59.009 5.188 2.869 0.978 1.193 -367.318 -70.398 -1256.869 472.904 91.356 5.832 4.252 0.644 1.383 -304.550 -126.345 -1863.925 563.896 185.354 6.152 5.764 0.320 1.512 -180.447 -280.256 -2439.079 606.4。