隧道工程课程设计

隧道工程课程设计说明书The structural design of the Tunnel

作者姓名：黄浩刘彦强

专业、班级：道桥1002班道桥1003班

学号： 311007020711 311007020815 指导教师：陈峰宾

设计时间： 2014/1/9

河南理工大学

Henan Polytechnic University

目录

目录 (2)

隧道工程课程设计 0

一．课程设计题目 0

二．隧道的建筑限界 0

三．隧道的衬砌断面 0

四．荷载确定 (1)

4.1围岩压力计算 (1)

4.2围岩水平压力 (2)

4.3浅埋隧道荷载计算 (2)

(1)作用在支护结构上的垂直压力 (2)

五．结构设计计算 (3)

5.1计算基本假定 (3)

5.2内力计算结果 (4)

5.3 V级围岩配筋计算 (5)

5.4偏心受压对称配筋 (6)

5.5受弯构件配筋 (7)

5.6箍筋配筋计算 (7)

5.7强度验算 (7)

5.8最小配筋率验算： (9)

取

50

s

a mm

=

，有

()()

942

0.02092%

100050050

s

s

A

b h a

ρ===>

⨯-⨯-

满足规范要求. (9)

六．辅助施工措施设计 (9)

6.1双侧壁导坑施工方法 (9)

6.2开挖方法 (9)

6.3施工工序 (10)

隧道工程课程设计

一．课程设计题目

某单车道时速350Km/h高速铁路隧道Ⅴ级围岩段结构及施工方法设计

二．隧道的建筑限界

根据《铁路隧道设计规范》有关条文规定，隧道的建筑限界高度H取6.55m，宽度取8.5m，如图所示。

三．隧道的衬砌断面

拟定隧道的衬砌，衬砌材料为C25混凝土，弹性模量Ec=2.95*107kPa，重度γh=23kN/m3，衬砌厚度取50cm，如图所示。

四．荷载确定

4.1围岩压力计算

根据围岩压力计算公式：10.452s z σγω

-=⨯

计算围岩竖向均布压力：10.452s q γω-=⨯ 式中：s ——围岩类别，此处s=5；

γ——围岩容重，此处γ=22KN/m3；

ω——跨度影响系数 1(5)i B ω=+-

毛洞跨度8.5B m =B =8.5m

5,0.1B m i >=B>5m ，i =0.1，此处1(5)10.1(8.55) 1.35i B ω=+-=+⨯-=

所以有：40.452 1.359.72h m =⨯⨯= 2.524.320p H h m m ==> 所以此隧道为浅埋隧道。

4.2围岩水平压力

围岩水平均布压力：0.250.259.722253.46e hq KMPa ==⨯⨯= 4.3浅埋隧道荷载计算 (1)作用在支护结构上的垂直压力

由于

q p

h H H <<，为便于计算，假定岩土体中形成的破裂面是一条与水平成β角的斜直线，

如图5.1所示。EFGH 岩土体下沉，带动两侧三棱体（图中FDB 和ECA ）下沉，整个岩土体ABDC 下沉时，又要受到未扰动岩土体的阻力；斜直线AC 或BD 是假定的破裂面，分析时考虑内聚力c ，并采用了计算摩擦角c

ϕ；另一滑面FH 或EG 则并非破裂面，因此，滑面阻力要小于破

裂面的阻力。

该滑面的摩擦系数θ为36.5度。查询铁路隧道设计相关规范，取计算摩擦角

40c ϕ=。

浅埋隧道荷载计算简图

如上图所示，隧道上覆岩体EFGH 的重力为W ，两侧三棱岩体FDB 或ECA 的重力为

1

W ，未

扰动岩体整个滑动土体的阻力为F ，当EFHG 下沉，两侧受到阻力T 或'

T ，作用于HG 面上的垂直压力总值

Q 浅

为：

'

22sin 2Q W T W T =-=-浅(2-4)

其中，三棱体自重为：

112

tan h W h

γβ

=

(2-5)

式中：h 为坑道底部到地面的距离(m)；

β为破裂面与水平的交角(°)。

由图据正弦定理可得

1sin()sin[90()]

T W βϕβϕθ-=

︒--+

(2-6)

由于GC、HD与EG、EF相比往往较小，而且衬砌与岩土体之间的摩擦角也不同，当中间土块下滑时，由FH及EG面传递，考虑压力稍大些对设计的结构也偏于安全，因此，摩阻力不计隧道部分而只计洞顶部分，在计算中用H代替h，有：

2

(tan1)tan

tan tan

tan tan

c c

c

c

ϕϕ

βϕ

ϕθ

+

=+

-

(2-7)

tan tan

0.397

tan[1tan(tan tan)tan tan]

c

c c

βϕ

ββϕθϕθ

λ-=

+-+

=(2-8)

2

(1tan)218.80/

t t

Q H

q H KN m

B B

γλθ

==-=

浅

浅

(2-9)

埋深为20m时，土压力值为218.80/m2。

式中：λ——侧压力系数；

t

B——坑道宽度（m）；

c

ϕ——围岩的计算摩擦角（°）；

q

浅——作用在支护结构上的均布荷载（kN/m2）。

(2)作用在支护结构两侧的水平侧压力

0.250.259.722253.46

e hq KMPa

==⨯⨯=

Ⅴ级围岩荷载分布如下图所示。

作用在支护结构上的均布荷载

五．结构设计计算

5.1计算基本假定

因隧道是一个狭长的建筑物，纵向很长，横向相对尺寸较小。隧道计算取每延米作为计算模型，此类问题可以看作平面应变问题来近似处理。考虑围岩与结构的共同作用，采用荷