隧道工程課程設(shè)計

1、<p>　　隧道工程課程設(shè)計說明書</p><p>　　The structural design of the Tunnel</p><p>　　作 者 姓 名： </p><p>　　專業(yè)、班級 ： 道橋 班 </p><p>　　學 號 ： </p>

2、<p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　設(shè) 計 時 間： </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一．課程設(shè)計題目1</p><p>　　二．隧道的建筑限界1</p><p>　　三．隧道的襯砌斷面1

3、</p><p><b>　　四．荷載確定2</b></p><p>　　4.1圍巖壓力計算2</p><p>　　4.2圍巖水平壓力3</p><p>　　4.3深埋隧道荷載計算3</p><p>　　五．結(jié)構(gòu)設(shè)計計算4</p><p>　　5.1計算基本假定

4、4</p><p>　　5.2內(nèi)力計算結(jié)果5</p><p>　　5.3 V級圍巖配筋計算6</p><p>　　5.4偏心受壓對稱配筋7</p><p>　　5.5受彎構(gòu)件配筋8</p><p>　　5.6箍筋配筋計算8</p><p><b>　　5.7強度驗算8<

5、;/b></p><p>　　5.8最小配筋率驗算：10</p><p>　　六．輔助施工措施設(shè)計10</p><p>　　6.1雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工方法10</p><p>　　6.2開挖方法10</p><p>　　6.3施工工序11</p><p><b>　　隧道工程

6、課程設(shè)計</b></p><p><b>　　一．課程設(shè)計題目</b></p><p>　　某高速鐵路隧道V級圍巖段襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(設(shè)計時速350Km/h,隧道埋深127m，單洞雙線)</p><p><b>　　隧道的建筑限界</b></p><p>　　2.1 隧道的建筑限界</

7、p><p>　　根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》TB10003-2005有關(guān)條文規(guī)定，隧道的建筑限界高度H取6.55m，行車道寬度取4.25m，如圖所示</p><p><b>　　三．隧道的襯砌斷面</b></p><p>　　擬定隧道的襯砌，襯砌材料為C25混凝土，彈性模量Ec=2.95×107kPa，重度γh=23kN/m3，襯砌厚度取50

8、cm，如圖所示。</p><p><b>　　四．荷載確定</b></p><p><b>　　4.1圍巖壓力計算</b></p><p>　　計算圍巖豎向均布壓力：</p><p>　　式中：s——圍巖類別，此處s=5；</p><p>　　——圍巖容重，此處=22KN/m

9、3；</p><p><b>　　——跨度影響系數(shù)</b></p><p><b>　　毛洞跨度=8.5m</b></p><p><b>　　，此處</b></p><p>　　所以有： 因是松軟圍巖，故 </p><p>　　所以此隧道為深埋隧道。

10、</p><p>　　圍巖豎向均布壓力=0.45××22×1.35=213.84KN</p><p><b>　　4.2圍巖水平壓力</b></p><p><b>　　圍巖水平均布壓力：</b></p><p>　　取其平均值 </p><

11、p>　　4.3深埋隧道荷載計算 </p><p>　　(1)作用在支護結(jié)構(gòu)上的垂直壓力</p><p>　　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角的斜直線，如圖所示。EFGH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ABDC下沉時，又要受到未擾動巖土體的阻力；斜直線AC或BD是假定的破裂面，分析時考慮內(nèi)聚力c，并采用了計算摩擦角；另一滑面F

12、H或EG則并非破裂面，因此，滑面阻力要小于破裂面的阻力。</p><p>　　該滑面的摩擦系數(shù)為36.5度。查詢鐵路隧道設(shè)計相關(guān)規(guī)范，取計算摩擦角。</p><p>　　深埋隧道荷載計算簡圖</p><p>　　如上圖所示，隧道上覆巖體EFGH的重力為，兩側(cè)三棱巖體FDB或ECA的重力為，未擾動巖體整個滑動土體的阻力為F，當EFHG下沉，兩側(cè)受到阻力或，作用于HG面

13、上的垂直壓力總值為：</p><p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　其中，三棱體自重為：</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　式中：為坑道底部到地面的距離(m)；</p><p>　　為破裂面與水平的交角(°)。

14、</p><p><b>　　由圖據(jù)正弦定理可得</b></p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　由于GC、HD與EG、EF相比往往較小，而且襯砌與巖土體之間的摩擦角也不同，當中間土塊下滑時，由FH及EG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

15、中用H代替h，有：</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p><b>　　(2-8)</b></p><p><b>　　(2-9)</b></p><p>　　埋深為127m時，土壓力值為1384.3KN/m2。</p><p>

16、　　式中： ——側(cè)壓力系數(shù)；</p><p>　　——坑道寬度（m）；</p><p>　　——圍巖的計算摩擦角（°）；</p><p>　　——作用在支護結(jié)構(gòu)上的均布荷載（kN/m2）。</p><p>　　作用在支護結(jié)構(gòu)兩側(cè)的水平側(cè)壓力</p><p>　　Ⅴ級圍巖荷載分布如下圖所示。</p>

17、<p>　　作用在支護結(jié)構(gòu)上的均布荷載</p><p><b>　　五．結(jié)構(gòu)設(shè)計計算</b></p><p><b>　　5.1計算基本假定</b></p><p>　　因隧道是一個狹長的建筑物，縱向很長，橫向相對尺寸較小。隧道計算取每延米作為計算模型，此類問題可以看作平面應(yīng)變問題來近似處理。考慮圍巖與結(jié)構(gòu)的

18、共同作用，采用荷載結(jié)構(gòu)模型。隧道計算采用荷載結(jié)構(gòu)模式按有限桿單元，采用MIDAS/GTS進行計算分析。</p><p><b>　　基本假定：</b></p><p>　　假定所有襯砌均為小變形彈性梁，把襯砌為離散足夠多個等厚度梁單元。</p><p>　　用布置于各節(jié)點上的彈簧單元來模擬圍巖與初期支護、襯砌的相互約束；假定彈簧不承受拉力，即不

19、計圍巖與襯砌間的粘結(jié)力；彈簧受壓時的反力即為圍巖對襯砌的彈性抗力。</p><p>　　假定初期支護與主體結(jié)構(gòu)之間只傳遞徑向壓力。</p><p>　　考慮到在非均勻分布的徑向荷載作用下，襯砌結(jié)構(gòu)一部分將發(fā)生向著圍巖方向的變形，而地層具有一定的剛度，會對襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生被動的彈性抗力，設(shè)計計算時采用彈性地基梁單元模擬。</p><p><b>　　5.2內(nèi)力計

20、算結(jié)果</b></p><p>　　計算荷載基本組合：結(jié)構(gòu)自重＋圍巖壓力，為了計算保證計算的可靠性，采用MIDAS/GTS進行計算。Midas/GTS計算結(jié)果如下：</p><p>　　MIDAS/GTS計算彎矩圖</p><p>　　MIDAS/GTS計算軸力圖</p><p>　　MIDAS計算內(nèi)力表5.1</p>

21、<p>　　由內(nèi)力圖可知，結(jié)構(gòu)所受彎矩為293.843KN?m，對應(yīng)軸力為-1437.516KN。</p><p>　　5.3 V級圍巖配筋計算</p><p>　　整個斷面存在正負相反方向的彎矩，又彎矩較大，按偏心受壓對稱配筋和受彎構(gòu)件配筋分別進行計算。</p><p>　　5.4偏心受壓對稱配筋</p><p>　　根據(jù)Mi

22、das計算結(jié)果進行結(jié)構(gòu)配筋計算，取彎矩293.843KN?m，對應(yīng)軸力-1437.516KN為最不利截面控制內(nèi)力。襯砌混凝土采用C25，鋼筋采用HRB335，由混凝土和鋼筋等級查表知系數(shù)，，界限受壓區(qū)高度。按雙面對稱配筋進行計算。</p><p><b>　　有效高度：</b></p><p><b>　　偏心距：</b></p>

23、<p><b>　　附加偏心距：</b></p><p><b>　　初始偏心距：</b></p><p><b>　　修正系數(shù)：，取。</b></p><p><b>　　， 所以取</b></p><p><b>　　偏心距增大系數(shù)

24、： </b></p><p>　　，所以可先按大偏心受壓情況計算。</p><p>　　，故假定按照大偏心受壓是正確的。</p><p><b>　　鋼筋截面面積: </b></p><p>　　最小配筋截面面積：，故按最小配筋率配筋，選取320的Ⅱ級鋼筋，實際配筋面積為。</p><p&

25、gt;<b>　　5.5受彎構(gòu)件配筋</b></p><p><b>　　計算配筋過程</b></p><p><b>　　，滿足要求</b></p><p><b>　　故：</b></p><p>　　選用622的Ⅱ級鋼筋，實際配筋面積為。</p

26、><p><b>　　5.6箍筋配筋計算</b></p><p>　　對于箍筋，，因此只需按照構(gòu)造配箍，選用12@200（縱方向）和10@250（橫斷面）。</p><p><b>　　5.7強度驗算</b></p><p>　　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。目前我國

27、國內(nèi)公路隧道設(shè)計規(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)力相比較，計算出截面的抗壓（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：</p><p>　　式中：——截面的極限承載能力；</p><p>　　——截面的實際內(nèi)力（軸向力）；</p><p>　　——規(guī)范所

28、規(guī)定的強度安全系數(shù)。</p><p>　　當時，由抗壓強度控制，</p><p>　　當時，截面由抗拉強度控制，即：</p><p>　　其中：——構(gòu)件縱向系數(shù)，隧道襯砌取1；</p><p>　　——混凝土極限抗壓強度；</p><p>　　——混凝土極限抗拉強度；</p><p>　　——軸

29、力的偏心影響系數(shù)，按以下經(jīng)驗公式確定：</p><p>　　——截面寬度，取1m；</p><p><b>　　——截面厚度；</b></p><p>　　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2.0（受壓）或2.4（受拉）。</p><p>　　在計算安全系數(shù)時，彎矩和軸力只取大小，即全是正值。&

30、lt;/p><p>　　表5.2 V級圍巖大變形地段安全系數(shù)計算表</p><p>　　5.8最小配筋率驗算：</p><p>　　取，有滿足規(guī)范要求.</p><p>　　六．輔助施工措施設(shè)計</p><p><b>　　雙側(cè)壁導(dǎo)坑法</b></p><p>　　采用雙側(cè)

31、壁導(dǎo)坑法進行開挖，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。</p><p>　　6.1雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工方法</p><p>　　雙側(cè)壁導(dǎo)坑法又稱眼睛工法，在軟弱圍巖中，當隧道跨度更大或因環(huán)境要求，對地表沉陷需嚴格控制時，可考慮采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。現(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

32、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圍巖穩(wěn)定，錯開的距離根據(jù)后行導(dǎo)坑引起的圍巖應(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7-10m。</p><p><b>　　6.2開挖方法</b></p><p>　　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

33、對的，所以在施工期間變形幾乎不發(fā)展。該施工方法安全，但進度慢，成本高。</p><p>　　雙側(cè)壁導(dǎo)坑預(yù)留核心土法施工工序圖</p><p><b>　　6.3施工工序</b></p><p>　　①開挖一側(cè)導(dǎo)坑，及時將初期圍護閉合。</p><p>　?、谙喔粢欢尉嚯x后開挖另一側(cè)導(dǎo)坑，將初期圍護閉合。</p>

34、;<p>　　③開挖上部核心土，施做拱部初期支護，拱腳支承在兩側(cè)壁導(dǎo)坑的初期支護上。</p><p>　　④開挖下臺階，施做底部的初期支護，是初期支護全斷面閉合。</p><p>　?、莶鸪龑?dǎo)坑臨空部分的初期支護。</p><p>　?、薮淼乐苓呑冃位痉€(wěn)定后，施做二次模注混凝土襯砌。</p><p><b>　　6

35、.4裂縫寬度驗算</b></p><p>　　經(jīng)驗算所有的裂縫寬度均滿足《公路隧道設(shè)計規(guī)范》（JTG D70-2004）要求。</p><p><b>　　主要參考文獻：</b></p><p>　　JTG D70-2004. 公路隧道設(shè)計規(guī)范.北京: 人民交通出版社, 2004</p><p>　　錢東升.

36、公路隧道施工技術(shù). 北京：人民交通出版社，2003</p><p>　　黃成光.公路隧道施工. 北京：人民交通出版社，2001</p><p>　　朱漢華，尚岳全.公路隧道設(shè)計與施工新法. 北京：人民交通出版社，2002 </p><p>　　朱永權(quán)，宋玉香.隧道工程.北京：中國鐵道出版社，2007 </p><p>　　黃成光.隧道工程

37、.北京：人民交通出版社，2008</p><p>　　章元愛.TBM隧道圍巖穩(wěn)定和支護結(jié)構(gòu)受力特性研究.北京:鐵道科學研究院，2006</p><p>　　戴旭光.新奧法在軟弱圍巖隧道施工中的應(yīng)用. 浙江水利科技，2008</p><p>　　朱漢華 ，楊建輝 ，尚岳全.隧道新奧法原理與發(fā)展.隧道建設(shè)，2008</p><p>　　張洋.隧道