隧道工程的課程設(shè)計

1、石家莊鐵道大學(xué)20XX-20XX學(xué)年201X級隧道工程課程設(shè)計專 業(yè)：土木工程學(xué)院方 向：地下工程班 級：姓 名：學(xué) 號：任課老師：201X年12月30日1工程概況1.1隧道概況中苛隧道進(jìn)口里程DK135+080,出口里程DK135+580,全長500m。隧道位于R=7000的曲線上，隧道內(nèi)坡度為4%。下坡隧道所處地形為圓形沙丘，丘頂局部石灰?guī)r裸露，大部被土覆蓋，植被較發(fā)育， 山丘山坡較平緩，四周較平坦，地表多辟為耕地。1.2工程地質(zhì)及水文地質(zhì)（一）工程地質(zhì)表覆第四系上更新統(tǒng)坡洪積新黃土及第四系中更新統(tǒng)坡洪積，下伏奧陶系中統(tǒng) 上馬家溝三段組，石灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r。新黃土：黃褐色，硬塑堅硬

2、，含少量姜石，具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，厚5.0-20.0m。老黃土：棕紅色、硬塑堅硬，含大量姜石，厚大于40m。石灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r：深灰色，灰色，薄層厚層狀，弱風(fēng)化-微風(fēng)化， 節(jié)理發(fā)育，塊狀砌體結(jié)構(gòu)，具弱溶蝕現(xiàn)象。（二）水文地質(zhì)條件：隧道處地下水類型主要為第四系孔隙潛水，主要受大氣降水補(bǔ)給，地下水較發(fā) 育，隧道內(nèi)含少量地下水，雨季水量豐富，滲透系數(shù)K=1.6m/d。2隧道深淺埋判定及圍巖壓力的計算2.1深淺埋隧道的判定原則深、淺埋隧道分界深度至少應(yīng)大于坍方的平均高度且有一定余量。根據(jù)經(jīng)驗，這個深度通常為22.5倍的坍方平均高度值，即：H 二（2 2.5）h式中，h 深淺埋隧道分界的深度

3、;勺七等效荷載高度值系數(shù)22.5在松軟的圍巖中取高限，在較堅硬圍巖中取低限。當(dāng)隧道覆蓋層厚度h h時為超淺埋，h h H時為深埋。qp2.2圍巖壓力的計算方法（1）當(dāng)隧道埋深h小于或等于等效荷載高度h（即h h時，為超淺埋隧道，圍巖壓力按全土柱計算。圍巖垂直均布壓力為:q = rh式中，r圍巖容重，見表2-1；h隧道埋置深度。圍巖水平均布壓力。按朗金公式計算q + 2 rH | tan2 450 一表2-1圍巖壓力相關(guān)計算參數(shù)圍巖級別容重r(kN/m3)彈性反力系數(shù)K (MPa/m)巖體兩側(cè)摩擦系角0( )計算摩擦角 0 0()IV2023200500(0.70.9 )(p 05060當(dāng)隧道埋

4、深龍大于等效荷載高度hq且小于深淺埋分界深度(hqh H )時，為深埋隧道，圍巖壓力按自然拱內(nèi)巖體重量計算：單線鐵路隧道按概率極限狀態(tài)設(shè)計時的垂直壓力為：q = rh = 0.41x1.79$ x rq單線、雙線及多線鐵路隧道按破壞階段設(shè)計時垂直壓力為:q = rh = 0.45 x 2s-1 x rw式中，hq一等效荷載高度值；qs一圍巖級別，如級圍巖s=3；r一圍巖的容重w 一寬度影響系數(shù)，其值為：w = 1 + i(B - 5)其中，B一坑道寬度；iB每增加1m時，圍巖壓力的增減率(以B=5m為基準(zhǔn))，當(dāng)B5m時，取i=0.1。圍巖的水平均布壓力。按表2-2計算求得。表2-2圍巖水平均布

5、壓力圍巖級別IIIIIIIVVVI水平均布壓力0 H = 18.425m，一 一 P故處于W級圍巖的隧道均為深埋隧道。V級圍巖壓力的計算根據(jù)鐵路隧道設(shè)計規(guī)范推薦的方法：垂直均布松動壓力：q = rh = 22 x 0.45 x 23 x1 + 0.1x (15.46 - 5)= 162.143 / m2q水平均布松動壓力：e = 0.2q = 0.2 x 132.14 = 26.43kN / m 23襯砌內(nèi)力計算與檢算3.1 Ansys的加載求解過程在襯砌內(nèi)力計算中，首先擬定襯砌結(jié)構(gòu)厚度及參數(shù)值，然后再Ansys程序中 建立模型并添加約束，進(jìn)行加載，最后求得各單元內(nèi)力值。Ansys加載求襯砌內(nèi)

6、力過程：（1）進(jìn)入前處理，定義單元類型、材料屬性、實常數(shù)。（2）建模：建立關(guān)鍵點，連接關(guān)鍵點生成二襯軸線（3）設(shè)置線單元屬性，劃分單元（4）施加水平、豎向彈簧支撐（5）施加邊界條件（6）施加圍巖壓力，與重力加速度（7）求解（8）進(jìn)入后處理，定義軸力、彎矩單元表，顯示軸力、彎矩圖3.2襯砌結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢算原理隧道襯砌為雙線復(fù)合襯砌，參照鐵路隧道設(shè)計規(guī)范按破損階段法及容許 應(yīng)力法檢算隧道結(jié)構(gòu)截面。隧道結(jié)構(gòu)截面抗壓強(qiáng)度按下式計算：KN 5 R bh式中，K一安全系數(shù)，見表3-1；aN一軸向力（MN）；Ra一混凝土或砌體的抗壓極限強(qiáng)度（Mpa），見表3-2；甲一構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)，對于隧道襯砌，可取甲=1.

7、0b截面寬度；h一截面厚度；a一軸向力偏心影響系數(shù)，查規(guī)范可得，計算公式如下：a = 1.000+0.648（e / h）- 12.569（e / h+ 15.444（e / h）且 a 0.2h時，由抗拉強(qiáng)度控制承載能力，不必檢算抗壓。3.3 IV級圍巖襯砌內(nèi)力計算與強(qiáng)度檢算IV級圍巖中的隧道都為深埋隧道，取如下斷面襯砌進(jìn)行強(qiáng)度的檢算。(Mpa/m)（Gpa）C25混凝土2329.50.2IV級圍巖22350利用ansys求解，得到襯砌的變形圖、彎矩圖及軸力圖如下:圍巖軸力圖圍巖彎矩圖1節(jié)點軸力彎矩偏心距高h(yuǎn)軸力偏心影響系數(shù)a抗拉抗裂 強(qiáng)度檢算1_637F+05-377F+03592F030

8、 5991F0112_637F+05-117F+03184F030 5997F0113-637F+05-672F+03106F020 5101F+0014-638F+05-201F+04314F020 5995F0115-641F+05-382F+04595F020 5925F0116-648F+05_583F+04901F020 5799F0137-662F+05-742F+04112F010 5687F0138-689F+05-743F+04108F010 5710F0139-739F+05-411F+04556F020 5938F01110-819F+05-796F+03972F030

9、4977F01111-913F+05-517F+04567F020 4612F01112-100F+06-850F+04848F020 4151F01113-107F+06-967F+04904F020 4340F02114-111F+06-742F+04666F020 4473F01115-115F+06-326F+04284F020 4885F01116-117F+06-341F+03293F030 4995F01117-116F+06-201F+04172F020 4100F+00118-116F+06-423F+04366F020 4966F01119-115F+06-624F+045

10、43F020 4895F01120-115F+06-741F+04643F020 4843F01121-1 17F+06-6 49F+045 53F020 48 90F01122-1 23F+06-1 73F+041 41F020 41 00F+00123-120F+06-874F+04728F020 4373F01124-117F+06-150F+05129F010 4100F+00125-1 12F+06-1 77F+051 58F010 41 00F+00126-108F+06-174F+05161F010 4100F+00427-103F+06-147F+05143F010 4534F

11、01428-9 80F+05-1 03F+051 05F010 43 08F01429-933F+05-481F+04516F020 4674F01130-8 90F+05-1 02F+041 15F020 41 00F+00131-8 53F+05-6 68F+047 83F020 47 61F01132-8 24F+05-1 16F+051 41F010 43 42F01133-8 04F+05-1 55F+051 93F010 41 22F01434-7 94F+05-1 79F+052 26F010 41 39F01435-793F+05-188F+05237F010 4182F014

12、36-8 03F+05-1 79F+052 23F010 41 32F01437-8 23F+05-1 55F+051 88F010 41 31F01438-851F+05-116F+05137F010 4370F01439-8 87F+05-6 68F+047 53F-020 47 80F-01440-9 29F+05-1 02F+041 10F020 41 00F+00141-9 76F+05-4 82F+044 93F020 47 00F01142-1 02F+06-1 03F+051 00F010 41 92F01143-1 07F+06-1 47F+051 37F010 41 00F

13、+00144-1 02F+06-1 74F+051 55F010 41 00F+00445-1 16F+06-1 77F+051 53F010 47 66F01446-1 20F+06-1 51F+051 26F010 49 31F01447-122F+06-874F+04716F020 4392F01148-117F+06-173F+04148F020 4101F+00149-1 15F+06-6 49F+045 67F020 48 83F01150-1 14F+06-7 41F+046 49F-020 59 06F-01151-1 15F+06-6 24F+045 43F020 59 42

14、F01152-1 16F+06-4 23F+043 65F-020 59 86F-01153-1 16F+06-2 01F+041 74F020 51 01F+00154-1 14F+06-3 37F+032 95F-030 59 96F-01155-1 11F+06-3 25F+042 94F020 59 15F01156-1 06F+06-7 41F+046 96F-020 56 24F-01157-9 98F+05-9 67F+049 69F-020 52 91F-01158-9 09F+05-8 50F+049 36F-020 53 38F-01159-8 16F+05-5 18F+0

15、46 35F-020 56 83F-01160-7 37F+05-8 02F+031 09F-020 59 80F-01161-6 87F+05-4 10F+045 97F-020 59 24F-01162-6 61F+05-7 43F+041 12F-010 56 86F-01163-6 47F+05-7 42F+041 15F-010 56 73F-01164-6 40F+05-5 83F+049 11F-020 57 94F-01365-6 38F+05-3 81F+045 98F-020 59 24F-01366-6 37F+05-2 00F+043 15F-020 59 95F-01

16、367-6.37F+05-6.71F+031. 05F-020 . 51. 01F+001強(qiáng)度驗算：1抗壓合格2抗壓不合格 3抗拉合格4抗拉不合格4襯砌截面配筋計算4.1截面配筋原理參見鐵路隧道設(shè)計規(guī)范中對鋼筋混凝土矩形截面強(qiáng)度的計算公式，對檢 . 一一、. 一.kN 算未通過截面進(jìn)行對稱配筋設(shè)計。對稱配筋時，氣=A：, a = a，x =苔w（1）當(dāng)受壓區(qū)高度x 2a，則按下式計算：（KN R bx + R 杼-A）七/一 ：、:或KNe R bxVz0 x/2）+ R A 00 a）若x 2a，則按下式計算：KNe 0.55匕時，為小偏心受壓構(gòu)件，遠(yuǎn)離縱向力一邊的鋼筋不屈服。 則矩形截面小

17、偏心受壓構(gòu)件的鋼筋截面面積，可按下式計算：KNe 0.5R bh2 + R A （h a） a 0： ：0當(dāng)軸向力作用于鋼筋A(yù)與A的重心之間時，尚應(yīng)符合下列要求： KNe 0.5R bh 2 + R A （h a）a 0： ：04.2 IV級圍巖配筋計算單元彎矩軸力高h(yuǎn)偏心距e0軸力偏心距 影響系數(shù)a強(qiáng)度檢算44-1.02E+06-1.74E+050.41.55E-011.00E-00不合格45-1.16E+06-1.77E+050.41.53E-017.66E-01不合格46-1.10E+06-1.51E+050.41.26E-019.31E-01不合格單元46配筋計算：矩形截面：b x h = 1200mm x 400mm,荷載產(chǎn)生的最