隧道直墙拱结构计算书(终结)
隧道爆破设计计算书
隧道爆破设计计算书学校：************系别：土木工程系班级：土木工程（*）班姓名：***学号：********时间：2014年*月隧道爆破设计工程概况某铁路隧道的服务隧道处于花岗岩地层，硬质岩，受地质构造影响严重，接力发育，有层状软弱面（或夹层），但其产状及组合关系不止产生滑动，无地下水，属Ⅲ级围岩，隧道为直墙式隧道断面。
截面几何参数如下，月掘进计划为180m每月施工28天，采用三班三循环作业，炮眼利用率为0.9，采用2号岩石铵梯炸药，药卷直径Φ32mm。
- --------------- 面域----------------面积: 520222.4284周长: 2661.9716边界框: X: -400.0487 -- 400.0488Y: -345.3801 -- 419.6199计算书1.炮眼直径的确定按一般情况，炮眼直径在32mm~50mm 之间，药卷与眼壁之间的间隙为炮眼直径的10%~15%。
若按15%计算则有炮眼直径=32×（1+15%）=36.8mm 所以取炮眼直径为36mm 。
2.炮眼数量的计算 有公式αγqSN =查表可知q=1.3kg/m 3、α=0.50、γ=0.78,即33.17378.050.0523.1=⨯⨯=N 取173（个）。
有上述计算可知计炮眼为173个。
3.计算炮眼的深度和长度 每一循环炮眼的深度：38.29.0328180=⨯⨯=l ；实施施工中取2.50m ；每一循环进尺为：2.5×0.9=2.25m ；2号岩石铵梯炸药每米质量值4.装药量的计算根据炸药供应及围岩情况，使用2号岩石铵梯炸药，其药卷直径为32mm ，长度为200mm 每卷药卷为0.15kg 。
总药量：kg qlS qv Q 1.15225.2523.1=⨯⨯=== 则总共需要2号岩石铵梯炸药：101415.01.152=（卷）。
5.炮眼的布置及眼深度的确定（1）炮眼的掏槽眼采用服饰掏槽布置在中心偏下到地面300cm 出为中心点取H/4为半径的圆内布置成对的掏槽眼，其掏槽眼的直径为36mm 。
直墙拱形衬砌结构计算说明书(浙理地下建筑结构课程设计)
直墙拱形衬砌结构设计计算说明书设计资料： 1. 围岩特征某隧道埋深85 m ，围岩为Ⅲ级围岩，RQD=85%，R c =57.4MPa ，容重γ0=25 kN/m 3，侧向和基底弹性抗力系数均为51.410K =⨯kPa/m 。
2. 衬砌材料采用整体式直墙拱混凝土衬砌，混凝土标号为C20，弹性模量E=26GPa ，容重γ=25 kN/m 3，混凝土轴心抗压强度设计值f c ＝10MPa ，弯曲抗压强度设计值f cm ＝11MPa ，抗拉强度设计值f t ＝1.1MPa 。
钢筋采用25MnSi 钢，强度设计值f y ＝340MPa ，弹性模量E=200GPa 。
3. 结构尺寸顶拱是变厚度的单心圆拱，拱的净矢高f 0＝3.7m ，净跨l 0＝11.3m 。
开挖宽度11.5m ，开挖高度7.7m 。
初步拟定拱顶厚度0400d =mm ，拱脚厚度n 516d =mm ，边墙的厚度为c 716d =mm ，墙底厚度增加d 200d =mm 。
目录（一）结构几何尺寸计算 (1)（二）计算拱圈的单位变位 (2)（四）计算拱圈的弹性抗力位移 (5)（五）计算墙顶（拱脚）位移 (5)（六）计算墙顶竖向力、水平力和力矩 (7)（七）计算多余未知力 (7)（八）计算拱圈截面力 (9)（九）计算边墙截面力 (10)（十）验算拱圈和侧墙的截面强度 (13)（十一）计算配筋量 (14)参考文献 (16)（一）结构几何尺寸计算（1）拱圈圆几何尺寸（2）拱圈轴线圆的几何尺寸 拱脚截面和拱顶截面厚度之差轴线圆与圆的圆心距：轴线圆半径0.4131=（3）拱圈外圆几何尺寸（4）侧墙的几何尺寸侧墙的计算长度（从拱脚中心算起）直墙拱形结构尺寸图如图1所示。
图 1 直墙拱结构尺寸图（二）计算拱圈的单位变位拱圈结构单位变位的计算公式：（三）计算拱圈的荷载变位1.计算荷载（1）围岩压力围岩竖直均布压力计算：围岩水平均布压力：（2）超挖回填引起的荷载按拱部平均超挖0.1m ，（3）衬砌拱圈自重引起的荷载综合以后各项，作用在结构上的荷载有垂直均布荷载和水平均布荷载：2.计算载变位（1拱圈结构荷载变位的计算公式：（2拱圈结构荷载变位的计算公式：将以上两种荷载引起的位移相叠加，则得：（四）计算拱圈的弹性抗力位移拱圈结构弹性抗力位移的计算公式：（五）计算墙顶（拱脚）位移则侧墙属于短梁。
隧道衬砌结构及拱脚地基荷载计算
土质地基不大于1/6倍墙底厚度。
第4讲 结构力学方法—隧道拱脚地基荷载的计算
二、隧道拱脚地基荷载的计算
目前我国隧道的相关规范只对明洞地基提出了承载力的要求， 对暗洞地基的承载力没有明确规定。
第4讲 结构力学方法—矩阵位移法
（5）建立结构刚度方程
PP101对）结结KK构构10100每刚个KK度101节11 方点K建程122 立的静形力成平衡方程式，将所有节点的平
0 1
PPiPPP衡nn321方Sii程式S集ii1合SSKiiRii在2211ix一KKK起K32K3i22iii,就,iiii,1i11是KK323结ii33i11构K 的K34K4Kii刚i,iii,ii1,i1K度nn K方i1i1,ini1,i程12 。KKninn,1nR,n11i
Ni Qi Mi Nj
EA
l
0
0
EA
l
Q
j
0
M j
0
0
12EI l3 6EI l2
0
12EI
l3 6EI l2
0
6EI l2 4EI l
0
6EI
l2 2EI
l
EA l 0
0 EA l 0
0
0
12EI l3
6EI l2
0
12EI l3
6EI l2
第4讲 结构力学方法—矩阵位移法
（2)计算过程
（1）进行单元分析，确定单元节点力和单元节点位移的关 系——单元刚度矩阵 （2）进行整体分析，将每一个节点上有共同位移的各单元刚 度矩阵元素简单的叠加起来，建立以节点静力平衡为条件的结 构刚度方程 （3）利用边界条件，由结构刚度方程中解出未知的结构各节 点的位移，也就是解结构刚度方程 （4）根据变形协调条件，求得汇交于该节点各单元的单元节 点位移，进而求出单元节点力——衬砌内力
隧道结构计算
隧道结构计算结构计算⼀．设计基本资料结构断⾯如附图所⽰。
岩体为Ⅳ级围岩，重度326.9/KN m γ=，围岩的弹性抗⼒系数630.510/K KN m =?，基底围岩弹性抗⼒系数为 1.25a K K =。
初砌材料为20C 混凝⼟，弹性模量为弹性模量为72.610E KPa =?，重度为320/h KN m γ=,混泥⼟衬砌轴⼼抗压强度标准值为13.5ck f MPa =,混凝⼟轴⼼抗拉强度标准值 1.7tck f MPa =。
图衬砌结构断⾯（尺⼨单位：cm ）⼆．荷载确定①围岩竖向均布压⼒20.452s q γω-=?式中：S ―围岩级别，此处4S =;γ―围岩重度，此处326.9/KN m γ=；ω—跨度影响系数，1(5)m w i l =+-，⽑洞跨度1220.0612.12m l m =+?=，其中0。
06m 为⼀侧的平均超挖量，~155m l m =时，0.1i =,此处10.1(12.125) 1.712m l m =+-=。
所以，有420.45226.9 1.71282.895q KPa -==此处，超挖回填层重忽略不计急。
②围岩⽔平均布压⼒kp ?e=0.25q=0.2582.895=20.724a三．初砌⼏何要素1.结构⼏何尺⼨内轮廓半径为1 5.14R m =，27.64R m =;内径1R ﹑2R 所画圆曲线的终点截⾯和竖直轴的夹⾓?=311φ，?=832φ；拱顶截⾯厚度为00.35d m =；1 5.14R m =， 1549r cm = 27.64R m =，2799r cm =拱轴线半径'1100.5 5.140.50.35 5.315r R d m =+=+?= '2200.57.640.50.357.815r R d m =+=+?=2.半拱轴线长度S 及分段轴长S ? 分段轴线长度'11131= 3.14 5.315 2.8742180102S r mθπ?=='22283 3.147.81511.3152180180S r m θπ?==??=?半拱轴线长度12 2.874211.315214.1894S S S m =+=+=将半拱轴线长度等分为8块，每段长度为14.18941.773788S S m ?===3.各分块接缝（截⾯）中⼼⼏何要素①与竖直轴夹⾓i α11'1180 1.773718019.1305.315S r αθππ?=?=?=?=?m S S S 6732.08742.27737.12211=-?=-?=?=+=+=938.35180815.76732.031180'2112ππθαr S ?=??==0105.13180815.77737.1180'22ππθr S 32235.93813.01048.948ααθ=+?=?+?=?43248.94813.01061.958ααθ=+?=?+?=? 54261.95813.01074.968ααθ=+?=?+?=? 65274.96813.01087.978ααθ=+?=?+?=? 77287.97813.010100.988ααθ=+?=?+?=? 872100.98813.010113.998ααθ=+?=?+?=?另⼀⽅⾯，?=+=+=??1148331218θθα⾓度闭合差0≈?。
隧道(衬砌工程量)计算书
x x x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：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：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：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：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：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：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：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：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：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：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：8 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：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：。
隧道工程结构力学计算方法
第3讲 结构力学方法—拱形半衬砌隧道
2、衬砌内力计算 (1)对称问题
8
第3讲 结构力学方法—拱形半衬砌隧道
2、衬砌内力计算 (2)非对称问题
9
第3讲 结构力学方法—拱形半衬砌隧道
2、衬砌内力计算 (3)拱圈上任一截面内力的计算
10
第3讲 结构力学方法—拱形半衬砌隧道
3、拱脚及拱圈柔度系数的计算 (1)单位弯矩作用时
30
第3讲 结构力学方法—圆形隧道衬砌的假定抗力法
2、镰刀形抗力假定
该方法认为除隧道顶部的90度范围内不产生弹性抗力外， 其余部分的变形均会产生弹性抗力。并假定其分布函数为：
31
第3讲 结构力学方法—圆形隧道衬砌的假定抗力法
2、镰刀形抗力假定
同样取半结构，其计算图示如图。为求得弹性抗力， 需 要建立两个补充方程：
隧道力学
1
隧道工程结构力学计算方法
本讲主要内容： 1、拱形半衬砌隧道的结构计算 2、拱形曲墙隧道的假定抗力法 3、圆形隧道衬砌的自由变形法 4、圆形隧道衬砌的假定抗力法 5、矩形框架结构的计算
2
第3讲 结构力学方法
结构力学方法的计算过程
（1）确定围岩压力及其它荷载 （2）计算隧道衬砌结构在围岩压力及其它荷载作用下的内力 分布 （3）根据内力分布进行隧道衬砌结构的断面检算
18
第3讲 结构力学方法—拱形曲墙隧道
1、计算模型
拱圈
曲边墙
内轨顶面
仰拱
曲墙式衬砌
19
第3讲 结构力学方法—拱形曲墙隧道
2、衬砌内力计算
20
第3讲 结构力学方法—拱形曲墙隧道
2、衬砌内力计算
21
第3讲 结构力学方法—拱形曲墙隧道
直墙拱计算书
精心整理中国矿业大学力学与建筑工程学院《地下建筑结构》课程设计任务书《地下建筑结构》课程设计是教学计划要求中的一个重要教学环节,是在通过学习地下建筑结构相关知识、相关理论的基础上，结合地下工程专业方向的具体特点而进行的一次教学实践活动。
系数K =0250d =d 200d =mm 核。
)，min(,)x ab bc =。
例如：abc=123，则23y =，12x =。
三、课程设计要求本课程设计目的在于培养学生独立阅读资料、掌握技术信息、分析问题和解决问题的能力。
每个同学必须认真设计、独立完成，主要内容包括： 1、结合设计资料，编写设计计算书；2、根据计算结果绘制直墙拱的内力图和设计截面图。
衬砌结构示意图中国矿业大学力学与建筑工程学院《地下建筑结构》课程设计计算书1几何尺寸计算2计算主动荷载2.1围岩压力洞室采用光面爆破开挖，平均超挖值拱部取0.10m，边墙取0.12m，则毛洞跨度为：根据围岩垂直压力的综合经验公式计算，以及对围岩分级表的查询，取N0=1.5m，则围岩垂直均布压力为围岩水平均布压力取0.1q，为:12.22.333.13.1.1根据参考资料的附表，可得系数为3.1.2边墙换算高度为且,可见，衬砌边墙属弹性地基短梁。
墙顶的单位变位按公式计算，有:3.1.3基本结构的单位变位按公式计算，有3.2基本结构载变位3.2.1主动荷载的载变位①基本结构拱脚刚性固定时拱圈的载变位，系数的确定，通过查阅参考资料的附表得：由水平均布荷载e引起墙顶的变位，按公式计算，为基本结构墙顶的载变位为③主动荷载作用下基本结构载变位3.33.4弹性抗力3.4.1基本结构拱脚刚性固定时拱圈弹性抗力的载变位3.4.2墙顶的载变位：这时墙顶的载变位，仅由拱圈弹性抗力传来的力矩、竖向力及水平力所引起，其中系数n1-n3通过查阅参考资料的附表得：则由公式得，取3.4.3拱圈弹性抗力时，基本结构变位：按公式计算，得3.5弹性抗力作用下多余未知力计算由多余未知力计算公式，得弹性抗力作用下多余未知力为3.6计算弹性抗力拱脚弹性抗力计算公式为3.73.8为拱圈弹性抗力使基本结构拱圈抗力区内任一截面产生的轴力及弯矩，仅才存在表1拱圈内力计算结果表3.10.1拱圈的强度校核：选取拱顶截面可得偏心距：精心整理判断为大偏心受压。
隧道设计计算书.docx
《地下结构课程设计》任务书——地铁区间隧道结构设计学校：北京交通大学学院：土木建筑工程学院姓名：李俊学号：11231214班级：土木1108班指导教师：贺少辉、孙晓静目录一.设计任务 (3)1.1 工程地质条件 (3)1.2 其他条件 (3)二.设计过程 (5)2.1 根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋 (5)2.2 计算作用在结构上的荷载 (5)2.2.1永久荷载 (5)2.2.2可变荷载 (7)2.3 进行荷载组合 ........................................................................ 错误!未定义书签。
2.3.1承载能力极限状态 ................................................................... 错误!未定义书签。
2.3.2正常使用极限状态 (7)2.4 绘出结构受力图 (8)2.5 利用midas程序计算结构内力 (8)2.5.1 midas程序建模过程 92.5.2 绘制内力分析图 11三. 结构配筋计算 ..................................................................................... 错误!未定义书签。
3.1 基本条件 11 3.1 顶板配筋计算 (15)3.2 侧板配筋计算 (18)3.3 底板配筋计算 (20)四.最终配筋： (23)五.参考资料22六、设计总结 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
一、设计任务对某区间隧道进行结构检算，求出内力，并进行配筋计算。
具体设计基本资料如下：1．1 工程地质条件线路垂直于永定河冲、洪积扇的轴部，第四纪地层沉积韵律明显，地层由上到下依次为：杂填土、粉土、细砂、圆砾土、粉质粘土、卵石土。
隧道结构力学分析计算书
有限元基础理论与ANSYS应用—隧道结构力学分析专业：姓名：学号：指导教师：2014年12月隧道结构力学分析目录目录 (2)1. 问题的描述........................................................... 错误!未定义书签。
2. 建模....................................................................... 错误!未定义书签。
2.1 定义材料......................................................................... 错误!未定义书签。
2.2 建立几何模型................................................................. 错误!未定义书签。
2.3 单元网格划分 (5)3. 加载与求解 (6)3.1 施加重力加速度 (6)3.2 施加集中力、荷载位移边界条件 (6)4. 后处理 (8)4.1 初次查看变形结果 (8)4. 2 除去受拉弹簧网格.............. (9)4.3 除去弹簧单元网格 (10)4. 4 查看内力和变形结果 (11)4. 5 绘制变形图 (12)5. 计算结果对比分析 (14)6. 结语 (14)7. 在做题过程中遇到的问题及解决方法 (16)8. 附录 (16)山岭隧道结构力学分析1.问题的描述已知双线铁路隧道总宽为13.3米，高为11.08米，以III级围岩深埋段为例，隧道而衬厚度为35cm，带仰拱，采用钢筋混凝土C30，其重度为=25kN/m3，弹性模量为31GPa，泊松比为0.2，。
该段该隧道的埋深为5米，围岩平均重度为23kN/m3,侧压力系数为0.3，计算围岩高度为6.588m，地层弹性抗力系数为500MPa/m。
直墙拱结构的设计计算步骤及实例-原稿讲解
中国矿业大学力学与建筑工程学院2014~2015学年度第二学期《地下建筑结构》课程设计学号02120714班级12级土木8班姓名肖浩汉力学与建筑工程学院教学管理办公室中国矿业大学力学与建筑工程学院《地下建筑结构》课程设计任务书《地下建筑结构》课程设计是教学计划要求中的一个重要教学环节,是在通过学习地下建筑结构相关知识、相关理论的基础上，结合地下工程专业方向的具体特点而进行的一次教学实践活动。
通过课程设计，结合相关的设计要求，掌握地下建筑结构设计中的部分设计内容，使学生所学到的基础理论和专业技术知识系统、巩固、延伸和拓展，培养学生自身独立思考和解决工程实际问题的能力，学会使用各种相关的工具书及查找资料。
完成地下建筑结构设计书一份，内容包括设计计算书、内力图和设计截面图。
一、设计题目某整体式直墙拱形衬砌的计算。
二、设计资料某隧道埋深85m，围岩为Ⅲ级围岩，RQD=85%，R c=57.4MPa，容重γ0=25 kN/m3，弹性抗力系数51.410K=⨯kPa。
采用整体式直墙拱混凝土衬砌，混凝土标号为C30。
顶拱是变厚度的单心圆拱，拱的净矢高f0＝3.7m，净跨l0＝11.3m。
墙净高按 3.5米算。
初步拟定拱顶厚度0250d x=+mm，拱脚厚度n 300d y=+mm，边墙的厚度为c n 200d d=+mm，墙底厚度增加d 200d=mm。
试进行衬砌内力计算与截面校核。
若截面校核不通过，请重新设计衬砌厚度并进行计算与校核。
变量x和y根据个人学号确定，具体方法为：设学号后三位为abc，则max(,)y ab bc=，min(,)x ab bc=。
例如：abc=123，则23y=，12x=。
三、课程设计要求本课程设计目的在于培养学生独立阅读资料、掌握技术信息、分析问题和解决问题的能力。
每个同学必须认真设计、独立完成，主要内容包括：1、结合设计资料，编写设计计算书；2、根据计算结果绘制直墙拱的内力图和设计截面图。
隧道的结构计算
X3。结构对称、荷载对称时X3=0，变成二次超静定结构，而且只
需计算一半。按拱顶切开处的截面相对变位为零的条件，可建 立如下正则方程：
图4-4
X 111 X 212 1 p 0 X 1 21 X 2 22 2 p f u 0
上所产生的变位；
二、单位变位及荷载变位的计算
由结构力学求变位的方法(轴向力与剪力影响不计)
知道：
ik
ip
MiMk ds EJ 0 M iM p ds EJ
(4 2)
式中： i ——基本结构在 M i 1作用下所产生的弯矩； M
M k ——基本结构在M k 1作用下所产生的弯矩；
其承载时压力线位置，检算结构强度。
在十九世纪末，混凝土已经是广泛使用的建筑材料，它具
有整体性好，可以在现场根据需要进行模注等特点。这时，隧
道衬砌结构是作为超静定弹性拱计算的，但仅考虑作用在衬砌 上的围岩压力，而未将围岩的弹性抗力计算在内，忽视了围岩 对衬砌的约束作用。由于把衬砌视为自由变形的弹性结构，因 而，通过计算得到的衬砌结构厚度很大，过于安全。大量的隧
(4 1)
式中： ik ——单位变位，即在基本结构上，因 M k 1作用时，在Xi方向
ip——荷载变位，即基本结构因外荷载作用，在Xi方向的变位；
f ——拱圈的矢高；
， ——拱脚截面的最终转角和水平位移。 u
如果式(4-1)中变位都能求出，则可用结构力学的力法 知识解算出多余未知力X1和X2，那时，拱圈内力即可求出。
M 1 1 2 bh W
6
6 2 bh
式中：h ——拱脚截面厚度； b ——拱脚截面纵向单位宽度，
隧道计算书精选全文
可编辑修改精选全文完整版一、设计资料 1、工程概况：安徽省铜汤高速公路要穿越黄山的焦家山，在该山建一隧道。
隧道址区属构造剥蚀低山区，海拔105.2m —231.1m ，相对高差125.9m 。
山脊走向35度左右，隧道轴线与山脊走向基本垂直。
2、地形地质等条件工作区属亚热带湿润季风气候区，梅雨区40天左右，年平均气温为15.2—17.3度，最高日平均气温为42度，最低日平均气温为－20度。
七、八月气温最高，一月气温最低。
区内雨量充沛，多年平均年降雨量为1673.5mm ，最大为2525.7mm ，最小为627.9mm ，多锋面雨及地形雨，山区冬季风速较大，一般为4～5级。
地层岩性主要为志留系畈村组粉砂岩（fn S 2）和第四系全新统崩坡积成因碎石土（14d e Q ）。
3、设计标准设计等级：高速公路双向四车道； 地震设防烈度：7级 4、计算断面资料：桩号：K151+900.00； 地面高程：205.76m ； 设计高程：138.673m ； 围岩类别：Ⅲ类；复合式衬砌类型：Ⅲ类；工程地质条件及评价：该段隧道通过微风化粉砂岩地段，节理裂隙不发育，埋置较深，围岩稳定性较好。
5、设计计算内容（1）确定隧道开挖方式及隧道断面布置图； （2）围岩压力计算； （3）隧道支护设计图； （4）隧道衬砌设计图。
6、设计依据 （1）《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）； （2）《公路隧道施工技术规范》（JTJ042-94）； （3）《隧道工程》王毅才 主编 人民交通出版社； （4）《地下结构静力计算》 天津大学建筑工程系地下建筑工程教研室 编 中国建筑工业出版社。
二、隧道断面布置本公路设计等级为高速公路双向四车道，由《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）4.3.2有：高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分离的独立双洞。
对于Ⅲ类围岩，分离式独立双洞间的最小净距为2.0B ，B 为隧道开挖断面的宽度。
隧道结构计算(6)
6.2 隧道衬砌上的荷载类型及其组合
1、基本荷载 围岩压力与结构自重力是隧道结构计算的基本荷载
2、隧道结构上的荷载及其类型 作用在衬砌上的荷载，按其性质也可以区分为主动荷载
与被动荷载。 ● 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。
M i
X 1
X 2 yi
M
0 i
N i
X 2
c os i
N
0 i
5、衬砌最终内力计算及校核计算结果的正确性
衬砌任一截面最终内力值可利用叠加原理求得：
M i M ip h M i
Ni Nip h Ni
校核计算结果正确性时，可以利用拱顶截面转角和水平位移为零
⑵ 单位水平力作用时
单位水平力可以分解为轴向分力 (1 cosa )和切向分
力 (1 sina ) ，计算时只需考虑轴向分力的影响，作用在
围岩表面的均布应力
2
和拱脚产生的均匀沉陷
为：
2
2
cos a
bha
2
2
ka
cos a
k a bha
的 2 水平投影即为点a的水平位移
X1 (11 1 ) X 2 (12 f1 ) 1 a 0 X1 ( 21 f1 ) X 2 ( 22 f 2 1 ) 2 f a 0
解出 X 1 及 X 2 后，即可求出衬砌在单位抗力图为荷载单独作用下 任一截面内力：
⑵ 隧道结构计算的简化问题
● 在十九世纪末，隧道衬砌结构是作为超静定弹性拱计算 的，但仅考虑作用在衬砌上的围岩压力，忽视了围岩对衬 砌的约束作用
隧道结构计算(6)
3、拱脚位移计算 ⑴ 单位力矩作用时
1
Ma 6 2 Wa bha
a
a
a
1
1
1
ka
6 2 k a bha
ha
ua 0
a
ha
1
ha 2
12 1 k a bha k a J a
ha 为拱脚截面厚度； Wa 为拱脚截面的截面模量； k a 是拱脚围岩基底弹性抗力系数； J a 为拱脚
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
a
cos a k a bha
ha
(4) 拱脚位移
和水平位移 X , X 可分别考虑 和外荷载的影响，按叠加原理求得，可表示为：
1 2
● 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；；
● 周边围岩在很大程度上是隧道结构承载的主体； ● 隧道衬砌的设计计算必须结合围岩自承能力进行；
● 对不同型式衬砌结构物应该用不同方法进行强度计算。
⑵ 隧道结构计算的简化问题 在十九世纪末，隧道衬砌结构是作为超静定弹性拱计算 的，但仅考虑作用在衬砌上的围岩压力，忽视了围岩对衬 砌的约束作用
4、在单位抗力作用下的内力
将抗力图 h 1视为外荷载单独作用时，未知力X 1及 X 2 可以参照 X 1 p 及 X 2 p 的求法得出
X 1 ( 11 1 ) X 2 ( 12 f1 ) 1 a 0 X 1 ( 21 f1 ) X 2 ( 22 f 2 1 ) 2 f a 0
⑹ 忽略衬砌与围岩之间的摩擦力 ⑺ 墙脚支承在弹性岩体上，可发 生转动和垂直位移(无水平位移)
（完整word版）拱式结构计算
（完整word版）拱式结构计算⼆次衬砌内⼒计算书⼆次衬砌内⼒计算书⼀基本资料：围岩级别Ⅳ级，γ=20kN/m3，弹性抗⼒系数 K=0.4×106kN/m3 ,⼆次衬砌类型C20混凝⼟45cm，γ=23KN/m3，弹性模量E h=2.7×107kPa,设计时速100km/m,结构断⾯如图1所⽰。
图1 衬砌结构断⾯（尺⼨单位：cm）⼆荷载确定：1.竖向围岩压⼒：q=0.45×2s-1γω式中：s——围岩类别，此处s=4;γ——围岩容重，此处γ=20kN/m3;ω——跨度影响系数，ω=1+i(l m-5)ω=1+0.1×(13.044575-5)=1.8044575mq=0.45×24-1×20×1.8044575=129.92094kPa考虑到初期⽀护承担⼤部分荷载，⼆次衬砌作为安全储备，故对围岩压⼒进⾏折减，对本隧道按42%进⾏折减，取为54.5668kPa2.⽔平围岩压⼒：e=0.35×q=0.25×54.5668=13.6417 kPa三衬砌⼏何要素1.衬砌⼏何尺⼨内轮廓半径r1= 5.7074m,r2= 8.2m ,内径r1 , r2所画圆曲线终点截⾯与竖直轴的夹⾓φ1=90o，φ2=98.421132o,拱顶截⾯厚度d0=0.4m,墙底截⾯厚度d n=0.8m此处墙底截⾯为⾃内轮廓半径为r2的圆⼼向内轮廓墙底做连线并延长⾄与外轮廓相交，其交点到内轮廓墙底间的连线。
内轮廓线与外轮廓线相应圆⼼的垂直距离为：m=代⼊数值计算得: m=0.35490916m外轮廓线半径:R1=m+r1+d0=6.46230916mR2=m+r2+d0=8.95490916m拱轴线与内轮廓线相应的垂直距离为m＇=0.1759934m拱轴线半径： r1＇=m＇+r1+0.5d0=6.0833934mr2＇ =m＇+r2+0.5d0= 8.5759934m拱轴线各段圆弧中⼼⾓θ1=90o，θ2=7.259732o2.半拱轴线长度S及分段周长ΔS分段轴线长度:S1==90/180×3.14159265×6.0833934=9.555772mS2==7.259732/180×3.14159265×8.5759934=1.08663176m半拱轴线长度：S= S1+ S2 =9.555772+1.08663176=10.64240376m将半拱轴线等分为8段，每段长为：ΔS ==10.64240376/8=1.33030047m3.各分块接缝中⼼⼏何要素：（1）与竖直轴夹⾓αiα1=Δθ1=×=12.52929038α2=Δθ1+α1=12.52929038+12.52929038=25.05858076oα3=Δθ1+α2=12.52929038+25.05858076o=37.58787114oα4=Δθ1+α3=12.52929038+37.58787114=50.11716152oα5=Δθ1+α4=12.52929038+50.11716152o=62.6464519oα6=Δθ1+α5=12.52929038+62.6464519=75.17574228oΔS1=7ΔS-S1=7*1.33030047-9.555772=-0.24366871mα7=θ1 +×=88.3720616249oα8=α7 +×=97.259732o另⼀⽅⾯α8=90o+7.259732o=97.259732o⾓度闭合差Δ≈0（2）接缝中⼼点坐标计算x1=r1ˊsinα1=6.0833934×sin12.52929038=1.31972334mx2=r1ˊsinα2=6.0833934×sin25.05858076o=2.57658888mx3=r1ˊsinα3=6.0833934×sin37.58787114o=3.71073268mx4=r1ˊsinα4=6.0833934×sin50.11716152o=4.66813602mx5=r1ˊsinα5=6.0833934×sin62.6464519o=5.4031982mx6=r1ˊsinα6=6.0833934×sin75.17574228o=5.880908576ma2=（8.5759934-6.0833934）×sin90o=2.4926x7=r2ˊsinα7–a2=8.5759934×sin88.3720616249o-a2 =6.07963197m x8=r2ˊsinα8 –a2=8.5759934×sin97.259732-a2=6.01434395my1=r1ˊ(1-cosα1)= 6.0833934×（1-cos12.52929038= 0.154007my2=r1ˊ(1-cosα2)= 6.0833934×(1-cos25.05858076o)= 0.606834my3=r1ˊ (1-cosα3)= 6.0833934×(1-cos37.58787114o)=1.331456my4=r1ˊ(1-cosα4)= 6.0833934×(1-cos50.11716152o)=2.284608my5=r1ˊ(1-cosα5)= 6.0833934×(1-cos62.6464519o)=3.409395my6=r1ˊ(1-cosα6)= 6.0833934×(1-cos75.17574228o)=4.638674m a1=(r2ˊ-r1ˊ)cosθ1=（8.5759934-6.0833934）× cos90o=0 y7=r1ˊ- r2ˊcosα7=5.15985-10.473×cos94.0804 o=5.90507my8=r1ˊ- r2ˊcosα8=5.15985-10.473×cos100.995 o=7.1573m当然也可以直接从图2中量出x i,y i，以后计算中只取四位有效数字。
隧道结构计算书
隧道结构计算书
式连拱隧道的中墙是初期支护和二次衬砌受力的支撑点， 初期支护和二次衬砌的 力通过中墙传递至中墙下的围岩基础。而复合式中墙连拱隧道，中墙只是初期支 护受力的支撑点，二次衬砌与中墙通过防水板分割，只能传递压力，不能传递拉 力、弯矩和剪力。迄今为止，对复合式连拱隧道的荷载和结构受力的计算方法还 没有较为统一的方法。 本计算书主要参考《公路隧道设计规范》 （JTG D70-2004）对单洞隧道的荷 载计算方法以及其他相关的文献，对复合式中墙连拱隧道的荷载和受力进行计 算。 本工程中 V 级围岩段最大埋深处为连拱隧道结构受力最不利的位置，因此 本计算书针对 V 级围岩段隧道二次衬砌进行计算分析。 首先计算 V 级围岩段隧道所受的最大荷载。 根据 V 级围岩浅埋隧道的荷载计算方法： 浅埋和深埋隧道的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等 因素综合判定。按荷载等效高度的判定公式为
H p 2.5hq
式中：Hp—浅埋隧道分界深度(m)； hq—荷载等效高度(m)，按下式计算：
hq
式中， 为围岩重度(kN/m3)；
q
q 为 V 级围岩深埋隧道围岩垂直均布压力(kN/m2)，
q h 0.45 2s 1
式中，s 为围岩级别， 为宽度影响系数， 1 i(0.5B 5) ，B 为连拱隧道宽度 (m)；i 为 B 每增减 1m 时的围岩压力增减率，以 B>5m 时，取 i=0.1。 由上述计算过程计算 V 级围岩浅埋和深埋隧道的分界高度 H p ：
3 基于荷载-结构法的隧道结构静力计算分析 .............................................. - 1 3.1 荷载取值和计算模型 ........................................................................................... - 1 3.2 二次衬砌受力分析 ............................................................................................... - 6 3.3 二次衬砌配筋量及强度安全系数计算 ............................................................... - 9 3.3.1 二次衬砌配筋量安全系数计算 ........................................................................ - 9 3.3.2 二次衬砌强度安全系数计算 .......................................................................... - 11 3.4 中隔墙受力分析 ................................................................................................. - 12 -
隧道结构计算(6)
u
β
L/2
f
2、单位变位及荷载变位的计算 由结构力学求变位的方法（轴向力与剪力影响忽略不 计）知道： 0
ik
MiMk ds EJ
ip MiM p EJ ds
u
u u
在很多情况下，拱圈可用抛物线近似积分法代替
ik
MiMk S J E
0 MiM p S ip EJ E
截面惯性矩； b 为拱脚截面纵向单位宽度，取 1 米。
⑵ 单位水平力作用时 单位水平力可以分解为轴向分力 (1 cos a )和切向分 力 (1 sin a ) ，计算时只需考虑轴向分力的影响，作用在 围岩表面的均布应力 2 和拱脚产生的均匀沉陷 2 为：
2
cos a bha
⑶ 下零点a在墙脚 ⑷ 最大抗力点h假定发生在最大跨度处附近，计算时一般 取 ah 2 ab 为简化计算可假定在分段的接缝上。
3
⑸ 抗力图形的分布假定为二次抛物线
bh段： ha段：
cos2 b cos2 i i h 2 2 cos b cos h
y ' 2 i 1 'i h yh
隧道设计计算书终稿
（5）当隧道与相邻建筑物互有影响是，应在设计与施工中采取必要的措施。
黄泥垭隧道位置选择包括洞身位置和洞口位置的选择两项，主要以地形、地质为主等进行综合考虑，宜首先排除显著不良地质地段，按地形条件拟定隧道及接线方案，在进行深入的地址调查，综合各方面因素，选定隧道位置。
设计纵坡
主洞
AK1+990
1011.53
AK5+520
1063.98
3530
-0.60%、+2.328%、
-1.00%
避难通道
ABNK0+060
1012.36
ABNK3+630
1071.058
3570
+0.528%、
+2.332%、-1.00%、+0.576%
1.3工程地质概况
（1）隧道所穿越的山体稳定，构造简单，新构造运动以间歇性抬升为主要特征地震活动微弱，地震基本烈度小于Ⅵ度，隧道位于龙骨溪背斜两翼，岩倾角小。隧道区山体稳定，适宜黄泥垭隧道建设。
隧道洞门设计成翼墙式洞门；隧道采用新奥法施工，隧道衬砌采用复合式衬砌；隧道开挖Ⅲ级围岩使用全断面开挖法，Ⅳ，Ⅴ级围岩使用台阶分部开挖法，采用钻爆法开挖；隧道的辅助施工方法有超前小导管注浆和超前锚杆；隧道通风方式为射流式纵向通风。
隧道经过多次计算和验算后，洞门、衬砌、和通风合格，可以正常施工。
关键词：隧道；新奥法；围岩；复合式衬砌
前言
毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结，毕业设计包括文献综述，外文文献翻译，设计计算书编写以及CAD制图和手绘图等几个方面。
直墙拱计算书
中国矿业大学力学与建筑工程学院《地下建筑结构》课程设计任务书《地下建筑结构》课程设计是教学计划要求中的一个重要教学环节,是在通过学习地下建筑结构相关知识、相关理论的基础上，结合地下工程专业方向的具体特点而进行的一次教学实践活动。
通过课程设计，结合相关的设计要求，掌握地下建筑结构设计中的部分设计内容，使学生所学到的基础理论和专业技术知识系统、巩固、延伸和拓展，培养学生自身独立思考和解决工程实际问题的能力，学会使用各种相关的工具书及查找资料。
完成地下建筑结构设计书一份，内容包括设计计算书、内力图和设计截面图。
一、设计题目某整体式直墙拱形衬砌的计算。
二、设计资料某隧道埋深85m，围岩为Ⅲ级围岩，RQD=85%，R c=57.4MPa，容重γ0=25kN/m3，弹性抗力系数51.410K=⨯kPa。
采用整体式直墙拱混凝土衬砌，混凝土标号为C30。
顶拱是变厚度的单心圆拱，拱的净矢高f0＝3.7m，净跨l0＝11.3m。
开挖宽度11.5m，开挖高度7.7m。
初步拟定拱顶厚度0250d x=+mm，拱脚厚度n 300d y=+mm，边墙的厚度为c n 200d d=+mm，墙底厚度增加d 200d=mm。
试进行衬砌内力计算与截面校核。
若截面校核不通过，请重新设计衬砌厚度并进行计算与校核。
变量x和y根据个人学号确定，具体方法为：设学号后三位为abc，则max(,)y ab bc=，min(,)x ab bc=。
例如：abc=123，则23y=，12x=。
三、课程设计要求本课程设计目的在于培养学生独立阅读资料、掌握技术信息、分析问题和解决问题的能力。
每个同学必须认真设计、独立完成，主要内容包括：1、结合设计资料，编写设计计算书；2、根据计算结果绘制直墙拱的内力图和设计截面图。
衬砌结构示意图中国矿业大学力学与建筑工程学院《地下建筑结构》课程设计计算书1几何尺寸计算2计算主动荷载2.1围岩压力洞室采用光面爆破开挖，平均超挖值拱部取0.10m，边墙取0.12m，则毛洞跨度为：根据围岩垂直压力的综合经验公式计算，以及对围岩分级表的查询，取N0=1.5m，则围岩垂直均布压力为，为:围岩水平均布压力取0.1q12.2超挖回填层重按拱部平均超挖0.10m考虑，则超挖回填荷载为:2.3衬砌拱圈自重：近似按平均厚度自重计算，则拱圈自重为:综合以上各项，作用在结构上的主动荷载，有垂直均布荷载及均布水平荷载:3衬砌内力分析3.1基本结构的单位变位3.1.1基本结构拱脚刚性固定时拱圈的单位变位：根据参考资料的附表，可得系数为拱圈单位变位为：3.1.2墙顶单位变位取纵向计算宽度b=1m，则：边墙换算高度为且,可见，衬砌边墙属弹性地基短梁。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
E I0
2q 2 q R4 a2 A2
E I0 1q 3.90109202 10 3 2q 6.8143751 10 3
1e 2 e R3 a3 A3
E I0
2e 2 e R4 a4 A4
E I0 1e 5.78323338 10 5 2e 1.32685106 10 4
3 1.63919382 10 8 墙顶载变位
不考虑三角形荷载
4 3 A
e
e
Kc 9 10 A
e 3.17203382 10 6
1 14 15 A
e Kc
9 10 A
e
e 2.07748266 10 5
5.左半拱上的荷载引起墙顶处的竖向力 水平力和力矩
由于拱上的竖向荷载和水平荷载引起的
n (R0 f0 m1)
c1 R 0.5dn
cosn
c1 0.35196371
acos(c1) 1.21112809
n asin(s1)
n 1.21112809 定义n
f R 1 cosn
f 3.37251316
l l0 dn sinn
l 9.74241228
0.5 dc dn sinn
e 0.1 q1 e 4.625 2.硚挖回填层重 平均硚挖0.1m q2 0.1 25 q2 2.5 不需更换 3.衬砌拱圈自重
(d0 dn) q3
2 q3 18 不需更换 作用在衬砌上的主动荷载 有垂直均布荷载
q q1 q2 q3 q 66.75 水平荷载
e 4.625
B改成K
A0 d0 1
A0 0.6
An dn 1
An 0.9
取拱长一米计算
A0 n 1
An
n 0.33333333 I0
m 1 In
m 0.7037037 公式4 20 不抄
B改成K
2R n m B0
11 E I0
11 1.6100305 10 5
2 R2
12
a22 6.99661807 10 5
a1p 1p 1 2 Mp M 1 2 Qp Q 2 2 Vp V Vc 3 2 e
a1p simplify 5.7266855476986908539 10-3 5.0431070625498472450 10-6 n
a2p 2p 2 2 Mp M 1 2 Qp Q 2 2 Vp V Vc 3 2 e 2 f
1p 1q 1e 1p 3.95892435 10 3 不考虑三角形荷载 故没有1e项 2p 2q 2e 2p 6.94706021 10 3
3.拱的弹性抗力变位
附表57中的a11 a12 A11 A12
不需更换 a9 0.0036 a10 0.0020 A9 0.0034 A10 0.0020
一、 基本几何参数计算
f0 R0 R02 l02 4
f0 3.23089683
d03 I0
12
I0 0.018
d dn d0 dn3
In 12
In 0.06075 I0
1 In
0.7037037
m1
d
2 f0 0.5 d
R0 0.25 d
m1 0.2242042
1 2 R3 a9 A9n
E I0
2 2 R4 a10 A10 n
E I0 1 simplify 7.2727886057590731793 10-7 n 2 simplify 1.8576234104012758875 10-6 n
4.墙顶（拱脚）单位变位与载变位
边墙弹性特征值 取衬砌计算宽度b 1m
b 1 单位m
dc3 I1
12
I1 0.08333333 不需更换
4 Kc
4 E I1
0.43133757 d0
h H0 f 2
h 4.72748684 边墙高度 不需更换
h
2.0391427
2.75 边墙属于短梁
B 1.2 边墙墙底宽度
Kc A 6
3 B3 Kd
(b1 m B1)
E I0
12 1.3571144 10 5
B改成K
21 12
21 1.3571144 10 5
2 R3
2R
22
(b2 m B2)
(b20 n B20)
E I0
E A0
22 2.52760925 10 5
2.拱的载变位
天津大学建筑工程系地下建筑工程教研室编
V .56797908576167573805 n
Q simplify 1.0274148491304622832 n
Q 1.0274148491304622832 n
M simplify .92958990149544233800 n
M .92958990149544233800 n 边墙自重不包括下端加宽的一段
2
2
b2 0.10938627
B改成K
1 cosn3 B2 3 sinn
B2 0.09691579
B改成K
b20 0.5 n sinn cosn
b20 0.77028547
b20中的0为撇
B20 n sinn cosn 2 cosn sinn3 8 sinn2
B20 0.20815451
中国建筑工业出版社
直墙圆拱的载变位系数
根据n查附表54（《地下结构静力计算》）
n
180
69.3925294
3.1415926
a1 0.2213
a2 0.0845
a3 0.0551
a4 0.0259 近似取69度30分查表
A1 0.1766
A2 0.0738
A3 0.0488
A4 0.0238 不需更换
1 2
1 1.17455419 10 6
10 13 A
2
2 Kc
9 10 A
2 2.8653706 10 6
e0 0.1 不需更换
边墙中线对墙基底中线的偏心距
e0 3
1 A
3 2 Kc 9 10 A
3 1.15814087 10 8
e0 2 2 A
3 Kc 9 10 A
V
R
2 1 sinn 2 sinn cosn2 n
1 2 cosn2 3 3
3
Q
R (1)
2
cos n
2
cos
n
3
n
1 2 cosn2 3
3
M
R2 (1)
cosn2 sinn2
3 1 2 cosn2
不需更换
代入数据得
2 sinn
V simplify .56797908576167573805 n
不需更换
0.07879386 f
0.34616818 l
1
4
二 、计算主动荷载
1.围岩压力：洞室采用光面眫破开挖 平均硚挖值为0.1m
毛洞跨度为
lm l0 2 dc 2 0.1 lm 11.1
围岩压力 围岩垂直均匀压力为
需要更换N ！！！！
lm kB
6 取
N 1.0 N 围岩压力基本值大家取的不一样 一般取1 1.4 直接更改1.16即可 q1 0 kB N q1 46.25 水平压力
不需更换
d R0 0.5d
m2 f0 d
m2 0.4636806
R R0 0.5d0 m1
R 5.2042042
R1 R0 d0 m2
R1 5.7436806 不需更换
l0 s1 0.5
R 0.5 dn
sinn
s1 0.93601365
asin(s1) 1.21112809
三、衬砌内力分析
1.基本结构拱脚刚性固定时拱圈的单位变位按下列公式计算
1 cosn B0 sinn
改成K
B0 0.69233637
b1 n sinn
b1 0.27511445
B改成K
1 cosn2 B1 2 sinn
B1 0.22432954
B改成K
b2 3 n 2 sinn sinn cosn
l Vp q
2
Vp 325.15300986 单位 不需更换
Qp 1 e f
Qp 15.59787335 单位
Mp 1 1 q l2 1 f 2 e Vp
8
2
Mp 843.86574629
(单位kN m) 2 是Vp与墙轴线的偏心距 由于弹性抗力所引起的 不需更换
a2p simplify 1.5008219884936667581 10-2 2.4465746282179036039 10-5 n
6.求解多余未知力
a11 x1 a12 x2 a1p simplify 1.8132559618713788116 10-5 x1 2.2774057870823574451 10-5 a12 x1 a22 x2 a2p simplify 2.2774057870823574451 10-5 x1 6.9966180703721995172 10-5
8 0.1231
9 7.1637
10 7.0116
11 6.6333
12 6.6637
13 6.9906
14 8.7295
15 9.4770
3 11 12 A
1
4 Kc
9 10 A
1 1.01612732 10 6
2 13 11 A
2
2 Kc
9 10 A
2 1.17455419 10 6
A 32.45016464