隧道衬砌结构计算图文共73页文档
隧道衬砌工程量计算书
xxx隧道工程数量计算书承包单位：起止桩号：表号：监理单位：合同段号：编号：1 / 24计算：复核：驻地办合同专业监理工程师：总监办合同专业监理工程师：xxx隧道工程数量计算书承包单位：起止桩号：表号：监理单位：合同段号：编号：3 / 24计算：复核：驻地办合同专业监理工程师：总监办合同专业监理工程师：xxx隧道工程数量计算书承包单位：起止桩号：表号：监理单位：合同段号：编号：5 / 24计算：复核：驻地办合同专业监理工程师：总监办合同专业监理工程师：xxx隧道工程数量计算书承包单位：起止桩号：表号：监理单位：合同段号：编号：7 / 24计算：复核：驻地办合同专业监理工程师：总监办合同专业监理工程师：xxx隧道工程数量计算书承包单位：起止桩号：表号：监理单位：合同段号：编号：9 / 24xxx隧道工程数量计算书承包单位：起止桩号：表号：监理单位：合同段号：编号：11 / 24xxx隧道工程数量计算书承包单位：起止桩号：表号：监理单位：合同段号：编号：13 / 24xxx隧道工程数量计算书承包单位：起止桩号：表号：监理单位：合同段号：编号：15 / 24xxx隧道工程数量计算书承包单位：起止桩号：表号：监理单位：合同段号：编号：17 / 24xxx隧道工程数量计算书承包单位：起止桩号：表号：监理单位：合同段号：编号：19 / 24xxx隧道工程数量计算书承包单位：起止桩号：表号：监理单位：合同段号：8 编号：xxx隧道工程数量计算书承包单位：起止桩号：表号：监理单位：合同段号：编号：计算：复核：驻地办合同专业监理工程师：总监办合同专业监理工程师：。
隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法)
1.1工程概况川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全县与甘孜泸定县交界的二郎山地段, 东距成都约260km , 西至康定约97 km , 这里山势险峻雄伟, 地质条件复杂, 气候环境恶劣, 自然灾害频繁, 原有公路坡陡弯急, 交通事故不断, 使其成为千里川藏线上的第一个咽喉险道, 严重影响了川藏线的运输能力, 制约了川藏少数民族地区的经济发展。
二郎山隧道工程自天全县龙胆溪川藏公路K2734+ 560 (K256+ 560)处回头, 沿龙胆溪两侧缓坡展线进洞, 穿越二郎山北支山脉——干海子山, 于泸定县别托村和平沟左岸出洞, 跨和平沟经别托村展线至K2768+ 600 (K265+ 216) 与原川藏公路相接, 总长8166km , 其中二郎山隧道长4176 m , 别托隧道长104 m ,改建后可缩短运营里程2514 km , 使该路段公路达到三级公路标准, 满足了川藏线二郎山段的全天候行车。
1.2工程地质条件1.2.1 地形地貌二郎山段山高坡陡,地形险要,在地貌上位于四川盆地向青藏高原过渡的盆地边缘山区分水岭地带,隶属于龙门山深切割高中地区。
隧道中部地势较高。
隧址区地形地貌与地层岩性及构造条件密切相关。
由于区内地层为软硬相间的层状地层,构造为西倾的单斜构造,故地形呈现东陡西缓的单面山特征。
隧道轴线穿越部位,山体浑厚,东西两侧发育的沟谷多受构造裂隙展布方向的控制。
主沟龙胆溪、和平沟与支沟构成羽状或树枝状,横断面呈对称状和非对称状的“v ”型沟谷,纵坡顺直比降大,局部受岩性构造影响,形成陡崖跌水。
1.2.2 水文气象二郎山位于四川盆地亚热带季风湿润气候区与青藏高原大陆性干冷气候区的交接地带。
由于山系屏障,二郎山东西两侧气候有显著差异。
东坡潮湿多雨,西坡干燥多风,故有“康风雅雨”之称。
全年分早季和雨季。
夏、秋两季受东进的太平洋季风和南来的印度洋季风的控制,降雨量特别集中；冬春季节,则受青藏高原寒冷气候影响,多风少雨,气候严寒。
毕业设计之隧道衬砌
毕业设计之隧道衬砌翠峰山隧道衬砌设计5.1 概述隧道洞身的衬砌结构根据隧道围岩地质条件、施工条件和使用要求大致可以分为以下几种类型：喷锚衬砌、整体式衬砌和复合式衬砌。
规范规定，高速公路的隧道应采用复合式衬砌。
隧道衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、支护结构、施工条件等，并应充分利用围岩的自承能力。
衬砌应有足够的强度和稳定性，保证隧道长期安全使用。
注：1、隧道高度h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量；2、隧道跨度b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量。
5.2深埋衬砌内力计算5.2.1深、浅埋的判断隧道进、出口段埋深较浅，需按浅埋隧道进行设计。
由明洞计算可知：h q =0. 45⨯2S -1[1+i (B -5)]（5.1）式中：s —围岩的级别，取s =4；B —隧道宽度i —以B =5.0m的垂直均布压力增减率，因B =11.8m>5m，所以i =0.1。
带入数据得：h q =6.264对于Ⅳ级围岩: H p =2.5h q =2.5⨯6.264=15.66 深埋：h ＞H p ；浅埋：h q ＜h ≤H p ；超浅埋：h ≤h q 。
5.2.2围岩压力计算基本参数：围岩为Ⅳ级，容重γ=20kN /m 3，围岩的弹性抗力系数K =0.5⨯106kN /m 3，衬砌材料为C25钢筋混凝土，弹性模量E h =2.95⨯107KPa 。
1、围岩垂直均布压力根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2019) 的有关计算公式及已知的围岩参数，代入公式：q =0.45⨯2S -1⨯γ⨯ω（5.2）式中： S —围岩的级别，取S=4；γ—围岩容重，根据基本参数γ=23 KN/m3；ω—宽度影响系数，由式ω=1+i(B-5)=1.76计算； B —隧道宽度，B=2⨯（5.7+0.5+0.5）=12.4m；i —以B=5.0m的垂直均布压力增减率。
因B=12.6m>5m,所以i=0.1。
所以围岩竖向荷载： q =0.45⨯24-1⨯20⨯1.74=125.28KN /m 2 2、围岩水平均布压力5 e =0. 2q （5.3）式中：Ⅳ类围岩压力的均布水平力e =(0.15~0.3)q ，这里取值0.25 代入数据得：25125. =28K 3N 1. 3m 2 0. 2⨯/5.2.3衬砌几何要素计算图示如下q1234567R 78R 图5.1 衬砌结构计算图示1、衬砌几何尺寸内轮廓线半径:r 1=5. 70m , r 2=8. 20m ；拱轴线半径：r 1' =5.95m ，r 2' =8.45m ；拱顶截面厚度d 0=0.5m ,拱底截面厚度d n =0.5m。
隧洞衬砌的结构计算
的
应力。可通过工程措施予以解决，如控制水灰比、加强保养、
结
配筋等。只在非常寒冷的地区才予考虑。
构 （8）地震荷载
计
埋深30米的隧洞在地震时所受地震力只有地面的1／10，所以
算
衬砌设计中地震影响可不考虑。
9度或8度（I级结构）：验算隧洞和围岩的抗震强度和稳定性
大于7度：隧洞进出口位置，验证抗震稳定性
（9）荷载组合
§5-5 隧洞衬砌的结构计算
目的：验算在设计规定的荷载组合下衬砌的强度，
隧
使之满足规范规定的要求。
洞 一、荷载及其组合
衬
内水压力
砌
自 重 可准确计算
的
外水压力
结
灌浆压力
构
可近似计算 温度荷载
计
地震荷载
算
围岩压力
弹性抗力 难以准确计算
（1）自重
自重应包括平均超挖回填部分，约 0.1 ~0.3 m。
隧
( ) G自＝g × pR2－pr2
洞 衬
衬砌厚度：
R－r
=
(1 8
-
1 12
)D洞
砌 （2）内水压力（有压隧洞主要荷载） 的 （1）发电引水隧洞：内水压力为全水头加 水击压力；
结 （2）有压洞：内水压力为均匀内水压力和 无水头洞内满水压力两部分； 构 （3）无压洞：内水压力为水面线以下的静水压力； 计
v基本荷载：
隧
衬砌自重、围岩压力、预应力、设计条件下的
洞
衬
内水压力及地下水压力；
砌
v特殊荷载：
的
校核水位下的内水压力及地下水压力、施工荷
结
载、温度荷载、灌浆压力、地震荷载
构
计
衬砌结构计算
衬砌结构计算一、基本资料某公路隧道，结构断面尺寸如下图，内轮廓半径为5.4m，二衬厚度为0.45m。
围岩为V 级，重度为19kN/m3，围岩弹性抗力系数为1.6×510kN/m3，二衬材料为C25 混凝土，弹性模量为28.5GPa，重度为23 kN/m3x0y二、荷载确定1.根据式（1-21），围岩竖向均布压力：q=0.45*1-s2*γ*ω式中：s---围岩级别，此处s=5；γ---围岩重度，此处γ=19KN/m ³ω---跨度影响系数，ω=1+i(m l -5),毛洞跨度m l =(5.4+0.45)*2+2*0.06=11.82m,其中0.06m 为一侧平均超挖量，m l =5—15m 时，i=0.1，此处ω=1+0.1*(11.82-5)=1.682所以，有：q=0.45*1-52*19*1.682*0.5=115.04875(kPa) 此处超挖回填层重忽略不计2.围岩水平均布压力：e=0.4q=0.4*115.04875=46.0195(kPa)三．衬砌几何要素 1.衬砌几何尺寸 内轮廓线半径1r =5.4m 外轮廓线半径1R =5.85m 拱轴线半径'1r =5.625m2.半拱轴线长度S 及分段轴长△S半拱轴线长度S=°180θπ'1r =°180°104* *5.625=10.210(m) 将半拱轴线等分为8段，每段轴长为：△S=8S =8210.10=1.27625（m)3.各分块接缝（截面）中心几何要素i α=8104ii 1y ='1r (1-cos i α) i 1x ='1r sin i αE1Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7E2E3E4E5E6E7E8G3G4G1G5G6G2G7G8R4R5R6R7R8qb1b2b3b4b5b6b7b8h1h2h3h4h5h6h7h8附图 衬砌结构计算图示四．计算位移 1.单位位移用辛普生法近似计算，按计算列表进行。
隧道衬砌计算
第五章隧道衬砌结构检算5、1结构检算一般规定为了保证隧道衬砌结构的安全,需对衬砌进行检算。
隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。
结构抗裂有要求时,对混凝土应进行抗裂验算。
5、2 隧道结构计算方法本隧道结构计算采用荷载结构法。
其基本原理为:隧道开挖后地层的作用主要就是对衬砌结构产生荷载,衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。
计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力,然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力,并进行结构截面设计。
5、3 隧道结构计算模型本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算,计算软件为ANSYS10、0。
取单位长度(1m)的隧道结构进行分析,建模时进行了如下简化处理或假定:①衬砌结构简化为二维弹性梁单元(beam3),梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。
②围岩的约束采用弹簧单元(COMBIN14),弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上,该单元不能承受弯矩,只有在受压时承受轴力,受拉时失效。
计算时通过多次迭代,逐步杀死受拉的COMBIN14单元,只保留受压的COMBIN14单元。
图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程③衬砌结构上的荷载通过等效换算,以竖直与水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。
④衬砌结构自重通过施加加速度来实现,不再单独施加节点力。
⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。
⑥衬砌结构单元划分长度小于0、5m。
隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。
5、4 结构检算及配筋本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段与Ⅳ级围岩段衬砌结构。
根据隧道规范深、浅埋判定方法可知,Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段与深埋段。
Ⅳ级围岩段为深埋段。
根据所给的材料基本参数与修改后的程序,得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图与弯矩图。
从得出的结果可知,Ⅴ级围岩深埋段,所受内力均较大,故对此工况进行结构检算。
5、4、1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩围岩重度318.5/kN m γ=,弹性抗力系数300/k MPa m =,计算摩擦角045ϕ=o ,泊松比u=0、4。
盾构衬砌设计计算书
盾构隧道衬砌设计计算书060987李博一、设计资料如图所示，为一软土地区地铁盾构隧道横断面，有一块封顶块K，两块邻接块L，两块标准块B 以及一块封底块D 六块管片组成。
q=20kN/m 2j=7.2j=8.9部分数据地面超载 2/20m kN q =超地层基床系数 2/20000m kN k =衬砌外径 m D 2.60= 衬砌内径 m D 5.5= 管片厚度mm t 350=管片宽度m b 2.1=管片裂缝宽度 允许值 []mm 2.0=v接缝张开允许值 []mm 3=D混凝土抗压强度设计值 MPa f c 1.23= 混凝土抗压强度设计值 MPa f t 89.1= 钢筋抗拉强度 设计值（II 级钢） MPa f y 300=钢筋抗拉强度 设计值（II 级钢） MPa f y 300'= 管片混凝土 保护层厚度 mm a a s s 50'==钢筋抗拉强度 设计值（I 级钢）MPa f y 210= 混凝土弹性模量 27/1045.3m kN E ´=钢筋弹性模量 （II 级钢） 28/100.2m kN E ´=钢M30螺栓有效面积 26.560mm A g = M30螺栓设计强度 MPa R g 210= M30螺栓弹性模量28/101.2m kN E ´=螺栓M30螺栓长度cm l 5.18=螺栓二、荷载计算1、 自重kN R D D g Hh81.1602)(41220=×-=p g p2、 竖向土压力由于隧道上覆土层为灰色淤泥质粉质粘土，地层基床系数2/20000m kN k =，推测应为硬黏性土，且隧道埋深超过隧道半径很多倍，故竖向土压力应按照太沙基公式计算。
衬砌圆环顶部的松弛宽度m D B 73.6)48cot(200=+=jp 地面超载2/20m kN q =超，且H q <g /超，H 为覆土厚度，即56.7m。
隧道衬砌结构计算图文PPT教案
q d0
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另一部分近似按对称分布的三角
Δq
形荷载计算，即
q
q
dn
cosfn
d0
或者再简化为：
q dn d0
d0
φn
图6-4 拱圈自重化为均布荷载和三角形荷载
式中 q——三角形荷载边缘处最大荷载强度（kN/m2）；
f n ——拱脚截面与竖直线间夹角。
当拱圈为半圆拱时，该种计算方法并不适用，因为当f n=90°时， cos fn =0，则q趋于无穷大。
取较低值； 4）洞口、浅埋、傍山隧道地段取较低值 3．表列数值适用于洞径15m以下的隧道。不适用于黄土、
冻土及其他特殊土（膨胀土）隧道
在Ⅰ~Ⅴ级围岩中，复合式衬砌的初期支护应主要按工程类比法设 计。其中Ⅳ、Ⅴ级围岩的支护参数应通过计算确定。复合式衬砌中的二
次衬砌，Ⅰ~Ⅲ级围岩中为安全储备，并按构造要求设计；Ⅳ、Ⅴ级围 岩中为承载结构，可采用地层结构法来计算内力和变形。
隧道衬砌结构计算图文
会计学
1
第06章 隧道衬砌结构计算
6.1 概述
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6.1 概述
隧道结构工程特性、设计原则和方法与地面结构完全不同，隧道结 构是由周边围岩和支护结构两者组成共同的并相互作用的结构体系。各 种围岩都是具有不同程度自稳能力的介质，周边围岩在很大程度上是隧 道结构承载的主体，其承载能力必须加以充分利用。隧道衬砌的设计计 算必须结合围岩自承能力进行，对隧道衬砌的要求除必须保证有足够的 净空外，还要求有足够的强度，以保证在使用年限内结构物有可靠的安 全度。
200~500 100~200
<100
1．表中数值系根据部分水利工程现场试验资料和部份铁路 工程承载力试验资料的结果，经分析、归纳统计得出
隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法)
1.1工程概况川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全县与甘孜泸定县交界的二郎山地段, 东距成都约260km , 西至康定约97 km , 这里山势险峻雄伟, 地质条件复杂, 气候环境恶劣, 自然灾害频繁, 原有公路坡陡弯急, 交通事故不断, 使其成为千里川藏线上的第一个咽喉险道, 严重影响了川藏线的运输能力, 制约了川藏少数民族地区的经济发展。
二郎山隧道工程自天全县龙胆溪川藏公路K2734+ 560 (K256+ 560)处回头, 沿龙胆溪两侧缓坡展线进洞, 穿越二郎山北支山脉——干海子山, 于泸定县别托村和平沟左岸出洞, 跨和平沟经别托村展线至K2768+ 600 (K265+ 216) 与原川藏公路相接, 总长8166km , 其中二郎山隧道长4176 m , 别托隧道长104 m ,改建后可缩短运营里程2514 km , 使该路段公路达到三级公路标准, 满足了川藏线二郎山段的全天候行车。
1.2工程地质条件1.2.1 地形地貌二郎山段山高坡陡,地形险要,在地貌上位于四川盆地向青藏高原过渡的盆地边缘山区分水岭地带,隶属于龙门山深切割高中地区。
隧道中部地势较高。
隧址区地形地貌与地层岩性及构造条件密切相关。
由于区内地层为软硬相间的层状地层,构造为西倾的单斜构造,故地形呈现东陡西缓的单面山特征。
隧道轴线穿越部位,山体浑厚,东西两侧发育的沟谷多受构造裂隙展布方向的控制。
主沟龙胆溪、和平沟与支沟构成羽状或树枝状,横断面呈对称状和非对称状的“v ”型沟谷,纵坡顺直比降大,局部受岩性构造影响,形成陡崖跌水。
1.2.2 水文气象二郎山位于四川盆地亚热带季风湿润气候区与青藏高原大陆性干冷气候区的交接地带。
由于山系屏障,二郎山东西两侧气候有显著差异。
东坡潮湿多雨,西坡干燥多风,故有“康风雅雨”之称。
全年分早季和雨季。
夏、秋两季受东进的太平洋季风和南来的印度洋季风的控制,降雨量特别集中；冬春季节,则受青藏高原寒冷气候影响,多风少雨,气候严寒。
006第六章隧道衬砌结构计算
主。
(二)直接荷载确定法
直接荷载确定法，即为我国铁道部《铁路工程技术规范》 (以下简称《规范》)于1975年推荐的计算隧道围岩压力 的方法。《规范》将围岩分成六类，它是根据一百余座 铁路隧道的400多个坍方调查资料，以工程类比为基础， 提出了直接荷载确定法。 1)围岩垂直压力的计算：P206公式(9-3)
二、荷载简化——只包括垂直围岩压力和自重
作用在半被覆结构上的荷载有：围岩压力、结构自重及弹性抗力。
由于半被覆结构一般都修建在比较坚埂的岩层中，因此可不考虑侧向
围岩压力。又因一般半被覆结构矢跨比较小（约在
），说明拱
圈两侧弹性抗力作用范围很小，故不予考虑。所以结构上的只包括垂直围 岩压力和自重。
三、结构形状及支座简化
为了便于分析结构内力，根据对结构受力与变形产生影 响的主要因素，得出能反映结构实际工作状态的并便于从事 计算的简化模型(图形)，这种图形称为结构计算简图。
一、结构体系简化 二、荷载简化 三、结构形状及支座简化
一、结构体系简化——平面应变问题
半被覆结构是一个空间问题的拱完结构，严格说来，应 按空间问题来计算，但如果这个空间拱壳结构满足： 1)结构纵长方向大于跨度两倍； 2)结构的形状、承受的荷载大小及分布沿纵长方向不变， 则该空间拱壳结构可简化为平面应变问题。
以几何轴线代替结构形状， 支座简化从两个方面来考虑：
①是半被覆结构拱脚直接座 落在地层上且施工时整体浇灌， 故拱脚与地层问摩擦力很大， 认为不可能沿径向移动，可以 刚性链杆表示；
②是混凝土结构具有较强的抗 剪能力，故忽略拱脚截面的剪 切变位，因面拱脚截面只有轴 向应力引起的线变形和弯短引 起的角变形，以弹性固定支座 来表示，如图9-6。
隧道的衬砌计算
Sx
2 fk 2 3
B H
m 0.5 m
2
B 洞室开室Leabharlann 挖，S y 铅直山岩压力系数，H 洞室开室开挖，
一、荷载及荷载组合
S x 、 S y系数随围岩情况不同而异，应用时查表。
山岩压力系数并不是实测成果，而是结合已建成的工 程，对普氏理论中坚固系数 f k分析整理得出的经验数据， 粗略地反映了节理、裂隙或风化程度的影响，但并未克服 普氏法的根本弱点。 ②我国1983年《水工隧洞设计规范》 根据全面分析，综合考虑的原则，采用从工程实际出 发用经验估计的方法，即提出首先坝功臣所在的围岩进行 分类，然后按围岩的类别采用经验公式计算围岩压力。
一、荷载及荷载组合
特殊荷载：校核水位时内、外水压力、灌浆压力、温度荷 载、地震力、施工荷载等。 衬砌计算时常采用下列荷载组合： 基本组合：1、正常运行情况：山岩压力+衬砌自重+宣泄设 计洪水时内水压力+外水压力。 不同地段岩 计弹性抗力 北方 考虑温度荷载 石情况不同 不考虑弹性抗力 非寒冷地区 不考虑温度荷载 特殊组合：2、施工、检修情况：山岩压力+衬砌自重+可能出 现的最大外水压力。 3、非常运用情况：山岩压力+衬砌自重+宣泄校核 洪水时的内水压力+外水压力。 正常运用情况，用以设计衬砌的尺寸和进行配筋，其它情 况用来校核。
一、荷载及荷载组合
力 增值。
有压引水发电隧洞：内水压力=全水头+水击引起的压
一、荷载及荷载组合
★ 外水压力（地下水压力）
外水压力是地下水头引起的，规范规定：外水压力是作用 在衬砌外表的边界力。 外水压力 对无压隧洞经常引起控制作用； 对有压隧洞径则对内水压力有抵消的作用。 地下渗流的情况十分复杂，影响因素也多，准确值无法 确定，常用的方法： 1、规范：将地下水面以上的水柱高乘以折减系数β 作为 外水压力值。 β值 视地质、水文地质及防渗、排水等情况而言。 本方法简单方便，在工程上一直广泛应用（虽然近似粗 略）。
隧道衬砌结构计算
03
弹性模量表示材料抵抗弹性变形的能力，泊松比则表示横向变
形的程度。
衬砌结构材料的耐久性和可靠性
环境因素
衬砌结构材料应能耐受地下水、土壤中的化学物质、侵蚀性气体 等环境因素的侵蚀，保持长期性能稳定。
耐久性设计
衬砌结构材料的耐久性应通过合理的耐久性设计和施工质量控制来 保证，包括选择合适的材料、采取有效的防排水措施等。
计算内容
防水层的厚度、材料性能、抗渗压力等。
计算方法
采用理论分析和实验验证相结合的方法，综合考虑水压、地质条件 和施工工艺等因素进行计算。
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抗震加固措施
根据抗震设计结果，采取相应的加固措施提 高衬砌结构的抗震性能。
03 隧道衬砌结构材料与性能
衬砌结构材料的种类和特性
混凝土
混凝土是隧道衬砌结构中最常用 的材料之一，具有抗压强度高、 耐久性好、成本低等优点。根据 需要可加入添加剂，如防水剂、
膨胀剂等。
钢材
钢材用于隧道衬砌结构中的受力 构件，如型钢、钢板等。具有强 度高、塑性好、耐腐蚀等特点。
可靠性评估
衬砌结构材料的可靠性应通过科学的方法进行评估，以便及时发现 和处理潜在的安全隐患，确保隧道运营安全。
04
计算目的
确保隧道衬砌结构的安全性和稳定性，满足公路行车 要求。
计算内容
衬砌厚度、混凝土抗压强度、抗剪强度、抗弯强度等。
计算方法
采用有限元分析法，结合实际地质资料和荷载条件进 行计算。
衬砌结构设计的基本原则
安全可靠
衬砌结构设计应满足安全可靠 的要求，能够承受围岩压力、 水压力等作用，保证隧道结构
的稳定性。
经济合理
衬砌结构设计应考虑工程成本 ，选择合适的材料和结构形式 ，以达到经济合理的目标。
隧道衬砌计算
0 0 0 0 ap M ap 1 H ap 2 M ap 1
0 0 0 0 u ap M ap u1 H ap u 2 N ap
cos a k a bha
βα0P
Vα0P Mα0 P
0 Hα P
α
（4-7）
hα
uα0 P
φα
图4-8 外荷载下拱脚截面的变位关系
表4-1 作用在隧道结构上的荷载 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 可 变 荷 载 基本 可变 荷载 其它 可变 荷载 偶然 荷载 荷载类型 永久荷载 （恒载） 围岩压力 结构自重力 填土压力 水压力 混凝土收缩和徐变影响力 公路车辆荷载，人群荷载 立交公路车辆荷载及其所产生的冲击力和土压力 立交铁路列车活载及其所产生的冲击力和土压力 立交渡槽流水压力 温度变化的影响力 冻胀力 施工荷载 落石冲击力 荷 载 名 称
12
地震力
荷载组合： 结构自重＋围岩压力＋附加恒载（基本） 结构自重＋围岩压力＋公路荷载＋附加恒载
结构自重＋围岩压力＋附加恒载＋施工荷载 ＋温度作用力 结构自重＋土压力＋附加恒载＋地震作用
附加恒载：伴随隧道运营的各种设备设施的荷载 等。
作用在隧道结构上的荷载，按其性质 也可以区分为主动荷载和被动荷载。 主动荷载是主动作用于结构、并引起结构 变形的荷载； 被动荷载是因结构变形压缩围岩而引起的 围岩被动抵抗力，即弹性抗力，它对结构 变形起限制作用。
从各国的地下结构设计实践看，主要采用 上述后两类计算模型，荷载-结构计算模型 主要适用于围岩因过分变形而发生松弛和 崩塌，支护结构主动承担围岩“松动”压 力的情况。利用这类模型进行隧道支护结 构设计的关键问题，是如何确定作用在支 护结构上的主动荷载，其中最主要的是围 岩所产生的松动压力，以及弹性支承给支 护结构的弹性抗力。一旦这两个问题解决 了，剩下的就只是运用普通结构力学方法 求出超静定结构的内力和位移了。
隧洞衬砌结构计算书
隧洞衬砌结构计算书项目名称_____________日期_____________设计者_____________校对者_____________一、示意图：二、基本资料：1．依据规范及参考书目：《水工隧洞设计规范》（DL/T 5195-2004，以下简称《规范》）《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008)，以下简称《砼规》《隧洞》（中国水利水电出版社，熊启钧编著）《水工隧洞和调压室水工隧洞部分》（水利电力出版社，潘家铮编著）2．几何参数：半跨宽度L1＝2.000 m；顶拱半中心角α＝60.00°拱顶厚度D1＝0.400 m；拱脚厚度D2＝0.600 m侧墙厚度D3＝0.600 m；侧墙高度H2＝4.000 m隧洞衬砌断面形式：圆拱直墙形底板厚度D4＝0.600 m3．荷载信息：内水压力水头H i＝0.00 m外水压力水头Ho ＝6.00 m；外水压力折减系数β＝0.40顶部山岩压力端部值Q1＝70.00kN/m；顶部山岩压力中间值Q2＝70.00kN/m侧向山岩压力上侧值Q3＝40.00kN/m；侧向山岩压力下侧值Q4＝50.00kN/m底部山岩压力端部值Q5＝0.00kN/m；底部山岩压力中间值Q6＝0.00kN/m顶拱围岩弹抗系数K1＝500.0 MN/m3侧墙围岩弹抗系数K2＝500.0 MN/m3底板围岩弹抗系数K3＝500.0 MN/m3顶拱灌浆压力P d＝0.00 kPa；P d作用半中心角αp＝0.00°其他部位灌浆压力P e＝0.00 kPa4．分项系数：建筑物级别：1级；荷载效应组合：基本组合；钢筋混凝土构件的承载力安全系数K ＝1.35衬砌自重分项系数γQ1＝1.10；山岩压力分项系数γQ2＝1.00内水压力分项系数γQ4＝1.00；外水压力分项系数γQ5＝1.00灌浆压力分项系数γQ3＝1.005．材料信息：混凝土强度等级：C25轴心抗压强度标准值f ck＝16.70 N/mm2；轴心抗拉强度标准值f tk＝1.78 N/mm2轴心抗压强度设计值f c＝11.90 N/mm2；轴心抗拉强度设计值f t＝1.27 N/mm2混凝土弹性模量E c＝2.80×104 N/mm2纵向受力钢筋种类：Ⅱ级钢筋强度设计值f y＝300 N/mm2；弹性模量E s＝2.00×105 N/mm2钢筋合力点到衬砌内、外边缘的距离a ＝0.050 m三、内力计算：N --衬砌计算截面的轴向力，kN，以拉为正；Q --衬砌计算截面的剪力，kN，以逆时针转动为正；M --衬砌计算截面的弯矩，kN·m，以内边受拉为正u --衬砌计算截面的切向位移，mm；v --衬砌计算截面的法向位移，mm；ψ--衬砌计算截面的转角位移，度；k --衬砌计算截面的围岩抗力，kPa计算节点编号顺序为：底板或底拱、底圆按照从左到右编号；顶板板或顶拱、顶圆按照从右到左编号；其余部位按照从下到上编号；1．承载能力极限状态下的内力计算：经过3次迭代运算后,各点设定抗力条件和法向位移一致。
006第六章隧道衬砌结构计算
普氏公式适用于深埋洞室。 浅埋或明挖洞室上方岩层形 不成压力拱，不能采用普氏 公式。此外，凡、淤泥及饱和松散粘 土层也不能采用普氏公式计 算。
5、结构自重计算
1.将衬砌结构自重简化为垂直均布荷载 当拱圈截面为等截面拱时，结构自重
荷载为
式中：d0为拱圈截面厚度。
2.将结构自重简化为垂直均布载和三角 形分布载
如图9-3所示，当拱圈为变截面拱时， 结构自重荷载可选用左边三个近似公式：
6、弹性抗力的计算
衬砌结构在地层压力和自重荷载作用下发生变形， 使结构一部分区域脱离岩层，而另一部分外凸挤压 岩层，在挤压面上形成相互作用力．该作用力称之 为弹性抗力。
为了便于分析结构内力，根据对结构受力与变形产生影 响的主要因素，得出能反映结构实际工作状态的并便于从事 计算的简化模型(图形)，这种图形称为结构计算简图。
一、结构体系简化 二、荷载简化 三、结构形状及支座简化
一、结构体系简化——平面应变问题
半被覆结构是一个空间问题的拱完结构，严格说来，应 按空间问题来计算，但如果这个空间拱壳结构满足： 1)结构纵长方向大于跨度两倍； 2)结构的形状、承受的荷载大小及分布沿纵长方向不变， 则该空间拱壳结构可简化为平面应变问题。
隧道结构是地下建筑结构的重要组成部分，它的 结构形式可根据地层的类别、使用功能和施工水 平等选择。
按结构形式的不同，隧道结构可分为： 1、半衬砌结构； 2、厚拱薄墙衬砌结构； 3、直墙拱形衬砌结构； 4、曲墙结构； 5、复合衬砌结构； 6、连拱隧道结构。
按断面形状分类
(1)圆形或椭圆形。 (2)直墙拱顶形。 (3)曲墙拱顶形。 (4)据洞室底板情况
2)围岩水平压力的计算： P207按表9-1经验公式计算， 适用条件同式(9—3)
隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法)
1.1 工程概况川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全县与甘孜泸定县交界的二郎山地段, 东距成都约 260km , 西至康定约 97 km , 这里山势险峻雄伟, 地质条件复杂, 气候环境恶劣, 自然灾害频繁, 原有公路坡陡弯急, 交通事故不断, 使其成为千里川藏线上的第一个咽喉险道, 严重影响了川藏线的运输能力, 制约了川藏少数民族地区的经济发展。
二郎山隧道工程自天全县龙胆溪川藏公路K2734+ 560 (K256+ 560)处回头, 沿龙胆溪两侧缓坡展线进洞, 穿越二郎山北支山脉——干海子山, 于泸定县别托村和平沟左岸出洞, 跨和平沟经别托村展线至K2768+ 600 (K265+ 216) 与原川藏公路相接, 总长 8166km , 其中二郎山隧道长4176 m , 别托隧道长104 m ,改建后可缩短运营里程2514 km , 使该路段公路达到三级公路标准, 满足了川藏线二郎山段的全天候行车。
1.2 工程地质条件1.2.1 地形地貌二郎山段山高坡陡,地形险要,在地貌上位于四川盆地向青藏高原过渡的盆地边缘山区分水岭地带,隶属于龙门山深切割高中地区。
隧道中部地势较高。
隧址区地形地貌与地层岩性及构造条件密切相关。
由于区内地层为软硬相间的层状地层,构造为西倾的单斜构造,故地形呈现东陡西缓的单面山特征。
隧道轴线穿越部位,山体浑厚,东西两侧发育的沟谷多受构造裂隙展布方向的控制。
主沟龙胆溪、和平沟与支沟构成羽状或树枝状,横断面呈对称状和非对称状的“ v ”型沟谷,纵坡顺直比降大,局部受岩性构造影响,形成陡崖跌水。
1.2.2 水文气象二郎山位于四川盆地亚热带季风湿润气候区与青藏高原大陆性干冷气候区的交接地带。
由于山系屏障,二郎山东西两侧气候有显著差异。
东坡潮湿多雨,西坡干燥多风,故有“康风雅雨”之称。
全年分早季和雨季。
夏、秋两季受东进的太平洋季风和南来的印度洋季风的控制,降雨量特别集中；冬春季节,则受青藏高原寒冷气候影响,多风少雨,气候严寒。
隧道的衬砌计算87页PPT
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。ห้องสมุดไป่ตู้—苏联
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
006第六章隧道衬砌结构计算
拱部bh段抗力，按二次抛物线分布，任一点的抗力
与最大抗力 h的关系为：
i
cos2b —cos2i
h
cos2b —cos2h
6 -15
边轴ha段抗力 为：
1
-
yyh′ ′2
h
6 -16
为了便于分析结构内力，根据对结构受力与变形产生影 响的主要因素，得出能反映结构实际工作状态的并便于从事 计算的简化模型(图形)，这种图形称为结构计算简图。
一、结构体系简化 二、荷载简化 三、结构形状及支座简化
一、结构体系简化——平面应变问题
半被覆结构是一个空间问题的拱完结构，严格说来，应 按空间问题来计算，但如果这个空间拱壳结构满足： 1)结构纵长方向大于跨度两倍； 2)结构的形状、承受的荷载大小及分布沿纵长方向不变， 则该空间拱壳结构可简化为平面应变问题。
这种结构适用于洞库跨度比较大的情况，一般修建在地层岩石比较 稳定、完整性较好的岩层中。
第一节 作用在被覆结构上的荷载 第二节 半被覆结构的计算简图 第三节 半被覆结构的内力计算
半衬砌拱示意图
§6.3.1 半被覆结构的计算简图
地下结构的实际工作情况极其复杂，它不但与结构形式、 尺寸和材料有关，而且与所处的工程地质和水文地质条件及 施工方法有关，故要完全按照结构的实际情况进行严格计算 是非常困难的。
二、荷载简化——只包括垂直围岩压力和自重
作用在半被覆结构上的荷载有：围岩压力、结构自重及弹性抗力。
由于半被覆结构一般都修建在比较坚埂的岩层中，因此可不考虑侧向
围岩压力。又因一般半被覆结构矢跨比较小（约在
），说明拱