隧道工程課程設(shè)計

1、隧道工程課程設(shè)計說明書The structural design of the Tunnel作者姓名：黃浩 劉彥強專業(yè)、班級：道橋1002班道橋100$班學(xué)號：SI1007010711111007020815指導(dǎo)設(shè)計教師：時間：陳峰賓2014/1/9河南理工大學(xué)llenan Polytechnic Univer/ity2目錄目錄J隧道工程課程設(shè)計0一. 課程設(shè)計題目0二. 隧道的建筑限界0三. 隧道的襯砌斷面0四. 荷載確定I4.1圍巖壓力計算I兒2圍巖水平壓力I幾$淺埋隧道荷載計算2(I )作用在支護結(jié)構(gòu)上的垂直壓力2五. 結(jié)構(gòu)設(shè)計計算J5.1計算基本假定I52內(nèi)力計算結(jié)果 AS.JV級國巖

2、配筋計算55.1偏心受壓對稱配筋655受彎構(gòu)件配筋7S6箍筋配筋計算7S.7強度驗算7S8最小配筋率驗算:9取有嚴(yán) =0.0209 2%滿足規(guī)范要求9bx(h uj 1000x(500-50)六. 輔助施工措施設(shè)計96.1雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工方法962開挖方法96$施工工序10隧道工程課程設(shè)計一. 課程設(shè)計題目某單車道時速35OKm/h高速鐵路隧道V級用巖段結(jié)構(gòu)及施工方法設(shè)計二. 隧道的建筑限界根據(jù)鐵路隧道設(shè)計規(guī)范有關(guān)條文規(guī)定，隧道的建筑限界高度H取6.55m,寬度取85tn, 如圖所示。三. 隧道的襯砌斷面擬定隧道的襯砌，襯砌材料為C25混凝土，彈性模量Ec=2.95*IO7kPa,重度Y h=2

3、Ikn/m5,襯砌厚度取50cm,如圖所示。四. 荷載確定嗎|圍巖壓力計算根據(jù)圉巖壓力計算公式：叮曲X： 丫3計算圍巖豎向均布壓力：q = 45x2$溝式中：/圍巖類別，此處*5；Y圍巖容重，此處z=22Kn/mJ；3跨度影響系數(shù)e=l + i(B 5)毛洞跨度3 = &5=851B5m,i = 0.1 A5m, =0.1, 0上處血=1+ 7(B-5) = l + 0.1x(&55) = 1.35所以有：11 = 0.45x24xl.35 = 9.72加 Hp = 2.5/z = 24.3/n 20m 所以此隧道為淺埋隧道。嗎上圍巖水平壓力 圉巖水平均布壓力：e = 0.25何=0.25x9

4、.72x22 = 53A6KMPa事淺埋隧道荷載計算（I）作用在支護結(jié)構(gòu)上的垂直壓力由于為便于計算，假定巖土體中形成的破裂面是一條與水平成0角的斜直線, 如圖5.1所示。EfGII巖土體下沉，帶動兩側(cè)三棱體（圖中FDB和ECA）下沉，整個巖土體 HBDC下沉?xí)r，乂要受到未擾動巖土體的阻力；斜直線或BD是假定的破裂面，分析時考 慮內(nèi)聚力c,并釆用了計算摩擦角代；另一滑面HI或EG則并非破裂面，因此，滑面阻力要 小于破裂面的阻力。該滑面的摩擦系數(shù)&為56.5度。查詢鐵路隧道設(shè)計相關(guān)規(guī)范，取計算摩擦角=4。才月I沁淺埋隧道荷載計算簡圖如上圖所示，隧道上覆巖體EfGH的重力為用，兩側(cè)三棱巖體FDB或E

5、CR的重力為叫， 未擾動巖體整個滑動土體的阻力為了，當(dāng)EHIG下沉，兩側(cè)受到阻力丁或丁，作用于HG面上 的垂直壓力總值久為：(M)Q, = W 一 2T =W-2T sin 02其中，三棱體自重為：1 h(2-5)W =-/2 tan P式中：為坑道底部到地面的距離（!）；Q為破裂面與水平的交角（ ）。由圖據(jù)正弦定理可得(24)7 =迎心甲sin90。一（0-0 + &）由于GC、HD與EG、缶相比往往較小，而且襯砌與巖土體之間的摩擦角也不同，當(dāng)中 間土塊下滑時，山/7/及面?zhèn)鬟f，考慮壓力稍大些對設(shè)計的結(jié)構(gòu)也偏于安全，因此，摩阻 力不計隧道部分而只計洞頂部分，在計算中用代替力，有：/(tan*

6、 (p + l)lan0(27)tan 0 = tan + I:V tan -tan0tan p _ tail tan p 1 + tan y?(tan 845K（l*m,對應(yīng)軸力為M$75 2KIL10. 28113. 70S,-1.421400614 2須 1.536怒“062.9%i S9577ift4-nnfi2.g%-1 .uQ 1 1 七UUO1 70G65tD062 7第1 丁 64事0062.6%1 82342s 4-DOfi2.6%丿 $空-1.0CLC*CfUUU1 AnfOTrtDOfi:1.1.9茨734063 7%-2.05310061-2.11CC63fD06 1/

7、1-2.1670067 2%7.S%沖“2.2624汀006EEAM FORCEFX .N2 , Stati c Result ,0. 0003. 42f級圍巖配筋計算整個斷面存在正負(fù)相反方向的彎矩，乂彎矩較大，按偏心受壓對稱配筋和受彎構(gòu)件配筋 分別進行計算。$嗎偏心受壓對稱配筋根據(jù)mida/計算結(jié)果進行結(jié)構(gòu)配筋計算，取彎矩295.845Kn-m,對應(yīng)軸-MI7.5l6Kn 為最不利截面控制內(nèi)力。襯砌混凝土采用C25,鋼筋采用HRBJ55,山混凝土和鋼筋等級查 表知系數(shù)色=1.0, 0 = 0.8,界限受壓區(qū)高度=0.55o按雙面對稱配筋進行計算。 = 102 / mnr, /； = 1.13

8、N / nun2 J = 335MP。有效高度：幾= 500-50 = 450”偏心距：勺=M 293.843*1000 一一:=204.4/?/?N1437.516附加偏心距：ea = 20mm初始偏心距：ei = e0 +ea = 22A.4mm修正系數(shù)：齊呼=空罟符嚴(yán)“.7沖.0,取齊卩 = 2.0O.3/;o = 1,所以可先按大偏心受壓情況計算。%+；=225.679 + 250-50 = 425.679呦N1437.516rx =ab=1437”1x10x1琦二需詠鋅0.55 故假定按照大偏心受壓是正確的。鋼筋截面面積:人=& =Ne_aJ(bxf；(D=55035?最小配筋截面面

9、積：min *間処=0002%：00（450 = 900滬，故按最小配筋率配筋, 選取的II級鋼筋，實際配筋面積為人嬌=942加匚5.5受彎構(gòu)件配筋計算配筋過程M293.843X106 八a = 0 145ajbh 1.0xl0xl000x4502 = 1-廠瓦= 0.157 2,因此只需按照構(gòu)造配箍,選用4l2200 （縱方向）和塵10250 （橫斷面）。5-7強度驗算為了保證襯砌結(jié)構(gòu)強度的安全性，需要在算出結(jié)構(gòu)內(nèi)力之后進行強度驗算。訂前我國國 內(nèi)公路隧道設(shè)訃規(guī)范規(guī)定，隧道襯砌和明洞按破壞階段驗算構(gòu)件截面強度。即根據(jù)混凝土和 石砌材料的極限強度，計算出偏心受壓構(gòu)件的極限承載力，與構(gòu)件實際內(nèi)力

10、相比較，訃算出 截面的抗壓（或抗拉）強度安全系數(shù)K，檢查是否滿足規(guī)范所要求的數(shù)值，即：N M式中：Nj=一一截面的極限承載能力；N 截面的實際內(nèi)力（軸向力）；K如規(guī)范所規(guī)定的強度安全系數(shù)。當(dāng)e = M/N0.2hf截面由抗拉強度控制，即:“L75R（bhN = m:/?其中：卩一一構(gòu)件縱向系數(shù)，隧道襯砌取I：Ra混凝土極限抗壓強度；Rl混凝土極限抗拉強度：a軸力的偏心影響系數(shù)，按以下經(jīng)驗公式確定：a 1-1.5 e/hb截面寬度，取Im；力一一截面厚度；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的強度安全系數(shù)在計算永久荷載加基本可變荷載時取20 （受壓）或2/ （受拉）。在計算安全系數(shù)時，彎矩和軸力只取大小，即全是正值。

11、表5.1 IV級國巖大變形地段安全系數(shù)汁算表名彎矩軸力偏心距極限承載力安全系是否稱(KA m)(A)()(A)數(shù)安全151.9810.0587555636S9.58701是251.9812110.2630/782464462167是-14.4 It162 軋 809OeOlI17.744I是A1580398017552畑1$02661是5291.813-M57.5I60J457.157A5是&29J.84S0.0535S0516546S22I1是58最小配筋率驗算：取宀，有P =忌J = lOOOx眾-5。）=。噸 2%滿足規(guī)范要求.六. 輔助施工措施設(shè)計雙側(cè)壁導(dǎo)坑法釆用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進行開挖，

12、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是將隧道斷面分成左右兩個側(cè)壁導(dǎo)坑和上下 臺階四大部分開挖。6.1雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工方法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法乂稱眼睛工法，在軟弱圉巖中，當(dāng)隧道跨度更大或因環(huán)境要求，對地表沉 陷需嚴(yán)格控制時，可考慮采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法?，F(xiàn)場實測表明，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法所引起的地表沉 陷僅為斷臺階法的1|2。導(dǎo)坑尺寸擬定的原則同前，但原則不宜超過斷面最大寬度的三分之 一。左右側(cè)壁導(dǎo)坑應(yīng)錯開開挖，以避免在同一斷面上同時開挖而不利于圉巖穩(wěn)定，錯開的距 離根據(jù)后行導(dǎo)坑引起的圉巖應(yīng)力重分布不影響已成導(dǎo)坑的原則確定，亦可工程類比之，一般 去 7-IOmo 6.t開挖方法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法雖然開挖斷面分塊多一點，對圍巖的擾動次數(shù)增加，且初期支護全斷面閉 合的時間延長，但每個分塊都是在開挖之后立即閉合對的，所以在施工期間變形兒乎