隧道工程計(jì)算題

計(jì)算題【圍巖等級(jí)確定】參見(jiàn)書(shū)本例題：某公路隧道初步設(shè)計(jì)資料如下

（1）巖石飽和抗壓極限強(qiáng)度為62MPa

（2）巖石彈性波速度為s

（3）巖體彈性波速度為s

（4）巖體所處地應(yīng)力場(chǎng)中與工程主軸垂直的最大主應(yīng)力σmax=

（5）巖體中主要結(jié)構(gòu)面傾角20°，巖體處于潮濕狀態(tài)

求該圍巖類(lèi)別為(來(lái)源：隧道工程課件例題)解：1.巖體的完整性系數(shù)Kv

Kv=(Vpm/Vpr)2=2=

巖體為破碎。

2.巖體的基本質(zhì)量指標(biāo)BQ

（1）90Kv+30=90*+30=

Rc=62>取Rc=

（2）+=

Kv=>取Kv=

（3）BQ=90+3Rc+250Kv=90+3*+250*=3.巖體的基本質(zhì)量分級(jí)

由BQ=可初步確定巖體基本質(zhì)量分級(jí)為III級(jí)

4.基本質(zhì)量指標(biāo)的修正

（1）地下水影響修正系數(shù)K1

巖體處于潮濕狀態(tài)，BQ=，因此取K1=

（2）主要軟弱面結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀修正系數(shù)K2

因?yàn)橹饕浫踅Y(jié)構(gòu)面傾角為20，故取K2=

（3）初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)K3

Rc/σmax=62/=

巖體應(yīng)力情況為高應(yīng)力區(qū)

由BQ=查得高應(yīng)力初始狀態(tài)修正系數(shù)K3=

（4）基本質(zhì)量指標(biāo)的修正值[BQ]

[BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)=++=

5.巖體的最終定級(jí)

因?yàn)樾拚蟮幕举|(zhì)量指標(biāo)[BQ]=，所以該巖體的級(jí)別確定為IV級(jí)。

【圍巖壓力計(jì)算】參見(jiàn)書(shū)本某隧道內(nèi)空凈寬，凈高8m，Ⅳ級(jí)圍巖。已知：圍巖容重γ＝20KN/m3，圍巖似摩擦角φ＝530，摩擦角θ＝300，試求埋深為3m、7m、15m處的圍巖壓力。（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）解：坍塌高度：h=x==垂直均布?jí)毫Γ篕n/m2荷載等效高度：淺埋隧道分界深度：當(dāng)埋深H=15m時(shí)，》，屬于深埋。垂直均布?jí)毫Γ?=Kn/m2；水平均布?jí)毫Γ篹=（～）q=（～）=～Kn/m22、當(dāng)埋深H=3m時(shí)，H《，屬于淺埋。垂直均布?jí)毫Γ簈==20x3=60Kn/m2，側(cè)向壓力：e==20x(3+1/2x8)=m2；埋深H=7m時(shí)，<H<,屬于淺埋。==，======Kn/m2==Kn/m2=Kn/m2e=（+）/2=+/2=Kn/m24．某道路隧道，Ⅲ級(jí)圍巖，開(kāi)挖尺寸：高米，寬米，礦山法施工，γ為22KN/m3,埋深10米。（1）判斷該隧道屬深埋還是淺埋；（2）求作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的豎向和水平圍巖壓力。答：坑道高度與跨度之比為：Ht/Bt==<且為礦山法施工，先假設(shè)隧道為深埋隧道，則垂直圍巖壓力值可按如下公式計(jì)算：q=x2s-1γω因Bt=故i=ω=1+i(Bt-5)=1+-5)=將s=3,γ=22KN/m3，ω＝代入上邊的垂直圍巖壓力值計(jì)算公式，可得：q＝59KN/m2（2分）等效荷載高度：hq=q/γ=59/22=深、淺埋隧道的分界深度：Hp=(2～hq=～（2分）因隧道埋深為10米，大于Hp，故本隧道為深埋隧道，垂直圍巖壓力即為以上計(jì)算值。q＝59KN/m2（1分）因圍巖為Ⅲ級(jí)，則水平均布圍巖壓力e為：e＝(0～1/6)q=0～KN/m25．某道路隧道，Ⅳ級(jí)圍巖，開(kāi)挖尺寸：高米，寬米，礦山法施工，γ為21KN/m3,埋深15米。（1）判斷該隧道屬深埋還是淺埋；（2）求作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的豎向和水平圍巖壓力。答：坑道高度與跨度之比為：Ht/Bt==<且為礦山法施工，先假設(shè)隧道為深埋隧道，則垂直圍巖壓力值可按如下公式計(jì)算：q=x2s-1γω（2分）因Bt=故i=ω=1+i(Bt-5)=1+-5)=（2分）將s=4,γ=21KN/m3，ω＝代入上邊的垂直圍巖壓力值計(jì)算公式，可得：q＝KN/m2（2分）等效荷載高度：hq=q/γ=21=（1分）深、淺埋隧道的分界深度：Hp=(2～hq=～（2分）因隧道埋深為15米，大于Hp，故本隧道為深埋隧道，垂直圍巖壓力即為以上計(jì)算值。q＝KN/m2（1分）因圍巖為Ⅳ級(jí)，則水平均布圍巖壓力e為：e＝(1/6～1/3)q=～KN/m2（2分）4．某道路隧道，Ⅲ級(jí)圍巖，開(kāi)挖尺寸：高米，寬米，礦山法施工，γ為22KN/m3,埋深10米。（1）判斷該隧道屬深埋還是淺埋；（2）求作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的豎向和水平圍巖壓力。5.某道路隧道，Ⅳ級(jí)圍巖，開(kāi)挖尺寸：高米，寬米，礦山法施工，γ為21KN/m3,埋深15米。（12分）（1）判斷該隧道屬深埋還是淺埋；（2）求作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的豎向和水平圍巖壓力。計(jì)算題1、某隧道位于半徑R=800m的圓曲線上，通過(guò)三級(jí)圍巖地段，設(shè)計(jì)為直墻式襯砌，曲線加寬40cm，中線偏移值d=，外軌超高值E=，隧道竣工后，測(cè)得DK23+15、DK23+20、DK23+25各起拱線處內(nèi)外側(cè)寬值如表1所示，試按隧限—2A計(jì)算各點(diǎn)侵限情況。表1樁號(hào)外側(cè)寬/m內(nèi)側(cè)寬/mDK23+15DK23+20DK23+251.解：，，曲線加寬則：內(nèi)側(cè)加寬=，外側(cè)加寬=。由“隧限—2A”的圖3-4-2（教材）所示：隧道起拱線處曲線半徑為。則對(duì)該隧道，不侵限的條件為：外側(cè)：+100=；內(nèi)側(cè)：+100=因此：DK23+15、DK23+20、DK23+25外側(cè)都不侵限；DK23+15內(nèi)側(cè)不侵限，DK23+20、DK23+25內(nèi)側(cè)侵限。2、某單線鐵路隧道位于圓曲線半徑R=1000m，緩和曲線長(zhǎng)Lc=100m的曲線上，曲線全長(zhǎng)L=，隧道進(jìn)口樁號(hào)DK27+844，出口DK28+344，ZH點(diǎn)樁號(hào)DK27+958，設(shè)計(jì)最高行車(chē)速度為120km/h。試計(jì)算隧道加寬值W，中線偏移值d，并繪圖說(shuō)明隧道斷面的變化位置、線路中線和隧道中線的關(guān)系。2.解：外軌超高值為：內(nèi)側(cè)加寬值為：外側(cè)加寬值為：總加寬值為：中線偏移值為：則分段里程：

與斷面：ZH點(diǎn)DK27+948～＋993

與斷面：DK27+993～出口DK28+344示意圖如下：

1.某公路隧道進(jìn)口30米處圍巖是IV級(jí)，容重25kN/m3，開(kāi)挖斷面寬度12米，凈高為8m，隧道上覆巖體厚度8米，試計(jì)算并判斷該處隧道屬深埋還是淺埋解：Kpa>8m屬于淺埋隧道。2.Ⅲ級(jí)圍巖中的一直墻型隧道，埋深26m，圍巖容重γ＝22KN/m3，計(jì)算內(nèi)摩擦角φ＝320，隧道寬6m，高8m，試確定隧道圍巖壓力。解：Kpa<26m屬于深埋隧道。Kpa=Kpa3.某隧道埋深為30m，圍巖為Ⅴ級(jí)，凈寬為12m，凈高為10m，圍巖天然容重20KN/m3，試計(jì)算該隧道圍巖壓力。解：Kpa屬于深埋隧道。Kpa=~Kpa4.沙性土質(zhì)隧道，埋深h=40m，圍巖容重γ＝20KN/m3，內(nèi)摩擦角φ＝280，隧道寬6m，高8m，試確定圍巖壓力。解：此時(shí)令側(cè)壓力系數(shù)，上覆土體產(chǎn)生圍巖壓力，則隧道頂部垂直壓力：=812KPa水平壓力：=294KPa=351KPa5.某隧道內(nèi)空凈寬，凈高8m，Ⅳ級(jí)圍巖。已知：圍巖容重γ＝20KN/m3，圍巖似摩擦角φ＝530，摩擦角θ＝300，試求埋深為3m、7m、15m處的圍巖壓力。解：①求自然拱高度；②判斷深淺埋分界；③分別按淺或深埋隧道求圍巖壓力。

結(jié)果(小數(shù)點(diǎn)后四舍五入)：KPa埋深3m時(shí)，屬于淺埋。q==60KPa，e==；

埋深7m時(shí)，屬于淺埋。===KPa==KPa埋深15m時(shí)，屬于深埋。=，e=～KPa6.一直墻型隧道建于軟弱破碎巖體中，埋深40m，圍巖巖石容重γ＝23KN/m3，內(nèi)摩擦角φ＝360，巖石抗壓強(qiáng)度Rb=8Mpa，隧道寬6m，高8m，使用泰沙基理論和普氏理論確定圍巖壓力。解：（1）泰沙基理論計(jì)算：確定自然平衡拱的半跨：確定自然平衡拱的寬度：隧道的垂直壓力為：KPa水平側(cè)壓力為：=KPa（2）普氏理論計(jì)算：確定自然平衡拱的跨度：平衡拱高度為：隧道的垂直壓力為：Kpa水平壓力=Kpa=Kpa7.一直墻形隧道建于軟弱破碎巖體中，埋深50m，圍巖容重γ＝24KN/m3，φ＝360，巖體抗壓強(qiáng)度Rb=12Mpa，隧道寬6m，高8m，試確定圍巖壓力。解：巖石堅(jiān)固性系數(shù)=12/10=，壓力拱高h(yuǎn)為=隧道頂部垂直壓力=24×=Kpa=Kpa=Kpa5.一對(duì)稱(chēng)等厚平拱，襯砌厚度為50cm，已知內(nèi)力如下圖示，墻底抗力系數(shù)Kd=350MPa/m,請(qǐng)求出墻底中心水平位移、垂直位移以及墻底截面轉(zhuǎn)角(注：圖中1、2、3為截面編號(hào))。5.解：求墻底中心水平位移：在軸力N作用下：

墻底中心應(yīng)力由溫氏假定：則：墻底中心水平位移＝

墻底中心垂直位移＝

在彎矩M作用下：墻底邊緣應(yīng)力由溫氏假定：邊緣垂直于墻底面的位移墻底截面轉(zhuǎn)角4.已知作用在襯砌基底面上的軸力N=870KN，彎矩M=墻底厚度h=，圍巖抗力系數(shù)為150MPa/m。試求墻底中心的下沉量及墻底發(fā)生的轉(zhuǎn)角。4.解：運(yùn)用溫氏假定解之。

①，

②,=3\*GB3③墻底中心下沉量=+=墻底轉(zhuǎn)角1．某隧道在開(kāi)挖過(guò)程中用多點(diǎn)位移計(jì)對(duì)拱頂圍巖內(nèi)部位移進(jìn)行了量測(cè)，不同時(shí)刻各點(diǎn)的位移值不同，結(jié)果繪于右圖。試據(jù)此圖判斷拱頂圍巖的松動(dòng)范圍；如用錨桿加固，其長(zhǎng)度如何確定1.解：由圖可見(jiàn)，在距巖面3m處，位移隨時(shí)間變化不大，圍巖的松動(dòng)范圍應(yīng)該在該處附近。如用錨桿加固，錨桿長(zhǎng)度應(yīng)該超過(guò)圍巖松動(dòng)范圍，錨桿長(zhǎng)度應(yīng)采用～4m為宜。2．某隧道在鋼支撐架設(shè)時(shí)，在同一架鋼支撐上安裝了三支液壓測(cè)力計(jì)（圖a），測(cè)得各測(cè)力計(jì)的壓力——時(shí)間關(guān)系曲線，如圖b。試據(jù)此分析該斷面的壓力特征，并說(shuō)明加強(qiáng)初期支護(hù)時(shí)應(yīng)采取的措施。圖a圖b2.解：該段地層斷面=1\*ROMANI和斷面=3\*ROMANIII明顯壓力不對(duì)稱(chēng)，存在偏壓現(xiàn)象；應(yīng)在隧道斷面=3\*ROMANIII所在側(cè)加強(qiáng)支護(hù)，以防止偏壓造成的隧道受力不均，使隧道穩(wěn)定性變差。3.已知一座深埋圓形隧道，開(kāi)挖直徑10m，拱頂以上巖層覆蓋厚度495m，圍巖容重γ＝20KN/m3，彈性模量E=104MPa，粘結(jié)力C=，圍巖內(nèi)摩擦角φ＝300，側(cè)壓力系數(shù)λ=1，泊松比μ=。試問(wèn)：①開(kāi)挖后不支護(hù)狀態(tài)下，圍巖是否出現(xiàn)塑性區(qū)②如果出現(xiàn)，問(wèn)塑性區(qū)半徑是多少③假定支護(hù)阻力Pi=，問(wèn)洞室周邊位移是多少3.解：①，計(jì)算出；

由，求得

，洞周出現(xiàn)塑性區(qū)。

②由，，或(教材5-4-13式)，得

③由，，或（教材5-4-16式）得

某公路隧道，對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析后，知位移時(shí)態(tài)曲線方程為。已知隧道極限相對(duì)位移值為144mm，開(kāi)挖6天后洞周實(shí)測(cè)相對(duì)位移值為64mm。試從位移值、位移速度、位移加速度三方面判斷開(kāi)挖