基于强度安全系数概念的隧道衬砌结构优选设计
隧道衬砌结构形式的选择与设计
隧道衬砌结构形式的选择与设计隧道是现代交通建设的重要组成部分，为了确保隧道的安全和持久性，衬砌结构的选择和设计显得尤为重要。
衬砌结构的形式因地质条件、隧道用途和材料等多种因素而异，合理的选择和设计能够提高隧道的承载能力、防护能力和使用寿命。
在隧道衬砌结构设计中，常见的形式包括刚性衬砌和柔性衬砌两种。
刚性衬砌一般使用混凝土或钢筋混凝土作为材料，具有较高的强度和刚度，能够有效支撑土体和承受外部荷载。
刚性衬砌结构适用于地质条件较为稳定的地区，如岩石地层，能够为隧道提供良好的垂直支撑和水平限制。
另一种常见的衬砌结构形式是柔性衬砌，它使用聚合物材料或钢筋网格等柔性材料构成。
柔性衬砌能够适应地质条件的变化，具有较好的变形能力和适应性，能够有效缓解隧道结构因地质条件变化引起的应力和变形。
柔性衬砌结构适用于地质条件较为复杂且不稳定的地区，如软土地层或断层带等，能够降低地层位移对隧道的影响。
在实际工程中，根据不同的地质条件和隧道用途，通常会选择刚性衬砌和柔性衬砌的组合形式。
即在隧道的底部和侧面选择刚性衬砌，而在隧道顶部选择柔性衬砌。
这样的设计既能够提供足够的支撑和保护，又能够适应地质条件的变化。
除了衬砌的形式，衬砌的厚度也是设计过程中需要考虑的重要因素。
衬砌的厚度直接关系到隧道的强度和稳定性。
一般来说，较为稳定的地质条件下，衬砌的厚度可以适当减小；而在地质条件较为复杂或不稳定的地区，衬砌的厚度则需要增加以提高隧道的抗变形能力和稳定性。
此外，隧道衬砌结构还需要考虑防水和排水等工程要求。
隧道作为地下工程，常常受到地下水的浸泡和渗透，因此设计中必须采取相应的措施来保证隧道的防水性能。
同时，隧道衬砌结构还需要设置适当的排水系统，快速排除积水，确保隧道的安全使用。
综上所述，隧道衬砌结构形式的选择与设计在地下工程中具有重要作用。
通过合理的选择和设计，能够提高隧道的承载能力、防护能力和使用寿命，确保隧道的安全和可靠性。
而混合采用刚性衬砌和柔性衬砌的组合形式，能够更好地适应地质条件的变化。
隧道工程的衬砌结构设计与施工
隧道工程的衬砌结构设计与施工隧道是现代交通建设中重要的基础设施之一，通过地下开挖形成的通道，通常用于道路、铁路和地铁等的交通运输方式。
而隧道的衬砌结构设计与施工是隧道工程的重要环节之一，它直接关系到隧道的使用寿命和安全性能。
一、衬砌结构设计隧道衬砌结构是指将隧道内部的固定土层覆盖以保持其形状和稳定性的一种结构。
它起到保护隧道免受岩石坠落、土方塌方以及地下水侵蚀等问题的影响。
隧道衬砌结构的设计需要根据具体的地质条件、交通要求和工程预算等因素进行综合考虑。
1. 衬砌材料选择隧道衬砌结构的材料选择是设计的重要一环。
常见的隧道衬砌材料有混凝土、预制混凝土块、钢质和纤维增强复合材料等。
不同的材料有着不同的优势和适应性，需要根据具体情况进行综合比较选择，同时还需要考虑到施工的可行性和经济性。
2. 结构形式设计隧道衬砌结构的形式设计是根据具体的隧道类型和地质条件等因素决定的。
常见的衬砌结构形式有方形衬砌、圆形衬砌以及不规则形状的衬砌等。
在设计中需要考虑到隧道的通行能力和安全性能，并进行合理的优化设计。
3. 衬砌厚度设计隧道衬砌结构的厚度设计是保证隧道稳定性和安全性能的关键因素。
根据地质条件和设计要求，需要确定适当的衬砌厚度来满足工程要求。
同时，还需要考虑到隧道的使用寿命和施工成本等因素。
二、衬砌施工隧道衬砌结构的施工是整个隧道工程的重要环节。
衬砌施工的质量直接影响隧道的使用寿命和安全性能，因此需要高度重视。
1. 施工材料准备在进行衬砌施工前，需要对施工材料进行准备。
包括混凝土、预制构件、钢材以及其他施工所需材料的准备和配送。
确保施工材料的质量和供应能够满足施工需求。
2. 衬砌施工方法隧道衬砌的施工方法有多种选择，常见的有预制块施工、浇筑施工等。
不同的施工方法有着不同的适应性和经济性，需要根据具体情况进行选择。
在施工过程中，要注意施工工艺的合理性和施工作业的安全性。
3. 质量控制隧道衬砌施工的质量控制是确保施工质量的关键因素之一。
隧道构造设计衬砌形式
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隧道构造设计
---洞身支护结构的构造
- 装配式衬砌
- 优点
一经装配成环，不需养生时间，即可承受围岩压力； 预制的构件可以在工厂成批生产、在洞内可以机械化拼装，从而改 善了劳动条件； 拼装时，不需要临时支撑如拱架、模板等，从而节省大量的支撑材 料和劳力； 拼装速度因机械化而提高，缩短了工期，还有可能降低造价。
隧道构造设计
---衬砌的一般构造要求
- 隧道衬砌的其它构造要求
一般单线隧道洞口应设置不小于5m长的模筑混凝土衬砌，双线和多线隧 道应适当加长；
围岩较差段的衬砌应向围岩较好地段延伸5～10m； 偏压衬砌段应延伸至一般衬砌段内5m以上； 不设仰拱的隧道应做底板，单线隧道其厚度不得小于20㎝，双线隧道其 厚度不得小于25㎝； 对衬砌有不良影响的硬软地层分界处，应设置变形缝； 电力牵引的隧道，其长度大于2000m及位于隧道群地段和车站两端时， 为了使接触网有良好的工作和维修条件，应根据需要设置接触网补偿下锚 的衬砌段。 运营通风洞、联络通道等与主隧道连接处的衬砌设计应做加强处理。
公路隧道建筑限界
H—净高，一条公路应用一个净高，高速公路和一级、二级公路为5.0m； 三、四级公路为4.5m； E—建筑限界顶角宽度，当L≤1m时，E=L；当L＞1m时，E=1m； L—侧向宽度，高速公路、一级公路的侧向宽度为硬路肩宽度（L1或L2）， 其它各级公路的侧向宽度为路肩宽度减去0.25m；
喷层的厚度一般最薄不应小于5cm,最厚应不大于25cm， 在比较松散软弱的岩层中，可以加金属网或钢支撑，使之结合成一体， 变为钢筋混凝土层
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隧道构造设计
---洞身支护结构的构造
- 锚杆
基于安全系数的隧道二次衬砌支护设计新方法
图2模型加载示意图以隧道拱顶(〇,4)为特征点，表1列出了各个载荷步下特征 点的变形量。
表1特征点的变形量r r 第f阶段图1收敏一约束原理图图1中，S 点和c 点分别表示支护时间过早和过晚，围岩压力 较大，相应的支护费用较高，不合理;4点支护承受的围岩压力最 小，是二次衬砌的最佳施作时间。
图中下半部分曲线反映洞壁径 向位移的变形速率。
从图中可以看出,f 点为开始支护时间，随着 支护强度不断发展，洞壁径向位移变形速率基本达到稳定时支护为了确定施作支护前围岩的变形量，Vlachopoulos 和Died -erichs 提出了经验公式[8]，该公式对应在坐标系中的曲线如图3所示。
图3中，横坐标表示支护断面离掌子面距离与隧道半径之 比，纵坐标为变形量与最大变形量之比，曲线变量为塑性区半径 与隧道半径之比。
对模型进行分步计算，得到特征点的最大变形 量为0.065 m ,塑性区半径为9.5 m ,已知支护断面距离掌子面156第42卷第34期2 0 1 6牟1 2月山西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol . 42 No . 34D ec . 2016•桥梁•随道•文章编号：1009-6825 (2016) 34-0156-03基于安全系数的隧道二次衬砌支护设计新方法张伟(太原理工大学矿业工程学院，山西太原030024)摘要:通过PhaS e 2软件，对圆形隧道开挖过程中围岩的变形和衬砌结构内力进行了分析，确定了满足收敛约束法原理的二衬支 护时机和满足安全系数为1.4的支护方案，并给出了其具体的应用步骤,该分析方法为定量设计和改进隧道二衬支护方案提供了 新思路。
关键词：隧道，收敛约束法，开挖模拟，安全系数，支护方案中图分类号:11451.4在进行岩石隧道开挖过程中，原岩应力重新分布，为控制和 防止应力诱导下围岩的变形和破坏，需要进行合理的衬砌支护。
文献[1] ~ [7]分别从经验类比、现场监测和数值模拟等方面提出 了隧道开挖过程中支护的设计方法，总体来说，采用工程类比方 法时，主观经验占据主导地位，采用数值计算方法对支护方案进 行验证和对比选择时，只考虑了支护方案的安全性，而忽略了方 案的经济性。
《隧道衬砌设计》课件
采用了新奥法施工，即以喷射混凝土作为初期支护，钢筋混凝土作为二次支护，同时设置排水系统，确保隧道运营安全。
设计要点
根据地质勘察资料，该隧道穿越了多条断层破碎带和软弱围岩地层，因此衬砌设计需考虑围岩稳定性、防水和排水等因素。
案例概述：某铁路隧道位于山区，隧道全长3公里，设计时速为180公里/小时。
03
通过喷射混凝土的方式进行衬砌施工，具有施工速度快、衬砌强度高的特点。
总结词
喷射混凝土衬砌施工是一种常见的隧道衬砌方法，通过将混凝土混合料与压缩空气混合，然后通过喷嘴喷射到隧道岩壁上，形成一层混凝土衬砌。该方法具有施工速度快、衬砌强度高的优点，适用于不同地质条件的隧道施工。
详细描述
总结词
通过模板支撑浇筑混凝土的方式进行衬砌施工，具有结构稳定性好、耐久性高的特点。
案例概述
某水工隧道位于河流峡谷地带，隧道全长1.2公里，设计流量为20立方米/秒。
设计要点
该隧道主要用于引水灌溉和水力发电，衬砌设计需考虑水压力、防渗漏和结构稳定性等因素。
衬砌类型
根据设计要求和结构形式，采用了钢筋混凝土和模注混凝土两种衬砌类型。钢筋混凝土衬砌适用于承受水压力较大的地段，模注混凝土衬砌适用于承受水压力较小的地段。
排水孔
在隧道侧壁设置排水管，将侧壁渗水引出隧道外。
排水管
定期检查
定期对防排水系统进行检查，确保系统正常运行。
隧道衬砌设计案例分析
05
案例概述
某高速公路隧道位于山区，隧道全长2.5公里，设计时速为100公里/小时。
衬砌类型
根据围岩条件和隧道断面形状，采用了钢筋混凝土和喷射混凝土两种衬砌类型。钢筋混凝土衬砌适用于围岩稳定性较好的地段，喷射混凝土衬砌适用于围岩稳定性较差的地段。
新型混凝土隧道衬砌设计与施工实例
新型混凝土隧道衬砌设计与施工实例一、前言混凝土隧道衬砌是隧道工程中非常重要的一部分，它直接关系到隧道的使用寿命和安全性。
近年来，随着隧道工程的不断发展，新型混凝土隧道衬砌的设计和施工也得到了很大的改进和提升。
本文将从设计和施工两个方面进行介绍和分析，为读者提供一个全面的具体的详细的应用。
二、新型混凝土隧道衬砌设计1. 材料选择在新型混凝土隧道衬砌设计中，材料选择是非常关键的一个环节。
目前常用的混凝土材料有高性能混凝土、高性能纤维混凝土和超高性能混凝土。
高性能混凝土具有强度高、耐久性好、抗渗性强等优点，适用于一般的隧道衬砌设计。
高性能纤维混凝土相对于高性能混凝土来说，增加了纤维材料的掺入，可以提高混凝土的韧性和抗裂性。
超高性能混凝土则更加强调高强度和高耐久性，适用于特殊的隧道工程。
2. 结构设计在结构设计中，应根据隧道的使用条件和技术要求，确定衬砌的结构类型和厚度。
一般来说，隧道衬砌结构可以分为单层圆形结构、双层圆形结构、椭圆形结构和扁平圆形结构等多种类型。
在选择结构类型时，需要综合考虑隧道的地质条件、施工难度和经济性等因素。
例如，在地质条件比较复杂的地区，可以选择双层圆形结构或椭圆形结构，以提高隧道的稳定性和安全性。
3. 防水设计防水设计是新型混凝土隧道衬砌设计中非常重要的一个环节。
在防水设计中，应采用合适的防水材料和工艺，以保证隧道的防水性能。
目前常用的防水材料有聚氨酯涂层、沥青防水材料、聚合物水泥防水材料等，其中聚氨酯涂层是较为常用的一种。
在施工中，应根据防水材料的特性和隧道的使用条件，选择合适的施工工艺。
三、新型混凝土隧道衬砌施工实例1. 施工准备在进行新型混凝土隧道衬砌施工前，需要进行充分的准备工作。
首先，要对施工现场进行清理和整理。
其次，要对施工用的混凝土材料进行检查和质量控制。
最后，要对施工机具和设备进行检修和维护，确保施工的顺利进行。
2. 模板制作在进行混凝土浇筑前，需要先制作好模板。
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。
隧道衬砌结构分析及优化研究
隧 道 衬 砌 结 构 设 计 必 须 考 虑 衬 砌 的 承 载 力 、耐 久 性 、适 用 性 以 及 经 济 性 等 多 方 面 的 因 素 。 由 于 隧 道 工 程复杂性的特点和地质条件的多变 性，隧 道 衬 砌 结 构 设 计 或 者 过 于 保 守，造 成 材 料 和 资 金 的 浪 费［１ ２］；或 者 因 过 分 追 求 经 济 效 益 ，工 程 结 构 的 安 全 性 就 得 不 到 保 证 。 因 此 在 保 证 隧 道 自 身 强 度 、稳 定 性 和 耐 久 性 的 前 提 下 ，对 隧 道 衬 砌 结 构 的 分 析 和 优 化 设 计 是 十 分 必 要 的 。
犃狀犪犾狔狊犻狊犪狀犱犗狆狋犻犿犻狕犪狋犻狅狀狅犳犜狌狀狀犲犾犔犻狀犻狀犵犛狋狉狌犮狋狌狉犲
ＳＵＮ Ｐｉｎｇ，ＸＩＥ Ｙｕａｎ，ＭＡＯ Ｋｕｎｍｉｎｇ （ＪｉｎｌｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１１１６９，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｔａｋｉｎｇａｔｕｎｎｅｌｐｒｏｊｅｃｔａｓｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｕｎｎｅｌｌｉｎｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｍｍｏｎｔｈｒｅｅｃｅｎｔｅｒｃｉｒｃｕｌａｒａｎｄｃｉｒ ｃｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｔｕｎｎｅｌｌｉｎｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｓｔｒｅｓｓｖａｌｕｅｏｆｃｉｒｃｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｌｉｎｉｎｇｉｓｃｌｏｓｅｔｏｔｈａｔｏｆｔｈｒｅｅｃｅｎｔｅｒｃｉｒｃｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ ｌｉｎｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｖａｕｌｔｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅａｎｄｉｎｖｅｒｔｅｄａｒｃｈｕｐｌｉｆｔｖａｌｕｅｏｆｃｉｒｃｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｌｉｎｉｎｇａｒｅ ｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｒｅｅｃｅｎｔｅｒｃｉｒｃｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｌｉｎｉｎｇ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｑｕａｎｔｉｔｙｏｆｅａｒｔｈ ｗｏｒｋａｎｄｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｌｉｎｉｎｇ，ｔｈｅｔｈｒｅｅｃｅｎｔｅｒｃｉｒｃｕｌａｒｓｅｃｔｉｏｎｉｓａｔｕｎｎｅｌｌｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｇｏｏｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ． 犓犲狔 狑狅狉犱狊：ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｉｎｇ；ｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ； ｔｈｒｅｅｃｅｎｔｅｒｃｉｒｃｕｌａｒｌｉｎｉｎｇ
简述铁路隧道衬砌结构类型的选择及计算
简述铁路隧道衬砌结构类型的选择及计算摘要：隧道衬砌种类多样，本文以Ⅴ级围岩下一段标准铁路隧道为依托，根据围岩的等级及地质特点，对隧道洞身衬砌类型的确定进行简要论述并检算。
关键词：隧道、衬砌1、工程概况1.1设计概况杜家沟隧道长51m，位于低山丘陵区，为一段标准单线铁路隧道。
地形陡竣，沟梁相间，山间沟谷多呈U型，沟谷中现已开恳为稻田，多呈阶梯状分布，海拔高程为200～230m，相对高差20～40m。
1.2工程地质情况工点范围内地层为第四系全新统洪积的粉质黏土，下伏白垩系砾岩夹砂岩，无断裂构造。
1.3工程水文情况工点内沿山体坡面处据调查未发现地下水出露。
山间沟谷中为季节性流水沟，勘测期间沟谷中地表径流较小，主要是稻田灌溉水。
沟谷中地下水水位埋深0～2m，属第四系松散层中的孔隙水，水量丰富，水质较好，其补给来源主要为稻田灌溉水及大气降水，无侵蚀性。
2、隧道衬砌结构类型的选择2.1隧道衬砌结构类型从衬砌施工工艺方面将隧道衬砌的形式分为以下4类：⑴整体式模筑混凝土衬砌就地灌筑混凝土衬砌，工艺流程为：立模—灌筑—养护—拆模。
特点是对地质条件的实用性较强，易于按需成形，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌模板台车等。
⑵拼装式衬砌拼装式衬砌是将衬砌分成若干块构件，这些构件在现场或工厂预制，然后运到坑道内用机械将它们拼装成一环接一环的衬砌。
特点是拼装成环后立即受力，便于机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。
目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中采用。
⑶锚喷衬砌当岩壁不够稳定时，可加设锚杆、金属网和钢架，这样的喷锚支护形式叫锚喷衬砌，为目前常用的一种围岩支护手段，适用于各种围岩地质条件，常作为初期支护衬砌，若作为永久衬砌，一般考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、完整、稳定的地段中采用。
⑷复合式衬砌复合式衬砌把衬砌分成两层或两层以上，可以是一种形式、方法和材料施工而成的，也可以是不同形式、方法、时间和材料施工而成的。
隧道衬砌说明
γ sc N k ≤ ϕαbhf ck / γ Rc
（二）抗裂验算（10.3.1）
γ sc N k (6e 0 − h ) ≤ 1.75ϕbh 2 f ctk / γ Rc
参数说明：
1、混凝土衬砌构件抗压验算时作用效应分项系数 γ sc 和抗力分项系数 γ Rc （表 10.2.1-1） （附表 3） 2、轴向力N k 从模型中读取 3、 ϕ、α、b、h 同上 4、 fck 抗压强度标准值， fctk 抗拉强度标准值（表 5.2.1） （附表 4）
（一）抗压强度验算
KN ≤ ϕαR αbh
参数说明：
1、安全系数 K 值得选取（9.2.4-1） （附表 1） 2、轴向力 N 从计算结果中读取 3、纵向弯曲系数 ϕ 对于隧道衬砌取 1 4、 α 与e 0 /h有关系（表 9.2.11-2）
（1-1）
α = 1 + 0.648(e 0 / h ) − 12.569(e 0 / h ) 2 + 15.444(e 0 / h ) 3
表-附 3 混凝土衬砌构件抗压验算各分项系数 结构类型 作用效应分项系数 γ sc 抗力分项系数 γ Rc 单线深埋隧道衬砌 3.95 1.85 单线偏压隧道衬砌 1.6 1.83 单线明洞混凝土衬砌 2.67 1.35
表-附 4 混凝土强度标准值（MPa） 强度种类 符号 强度等级 C15 10 11 1.4 C20 13.5 15 1.7 C25 17 18.5 2 C30 20 22 2.2 C40 37 29.5 2.7 C50 33.5 36 3.1
ρ te = A S / A ce
6、有效受拉混凝土截面面积 A ce
= 0.5bh / u （u 为纵向受拉钢筋截面周长的总和）
《隧道衬砌设计》课件
介绍一些衬砌设计的实际应用案例，展示其效果和改进。
六、结论
1
隧道衬砌设计重要性的再强调
强调合理设计对隧道工程的安全和可持
未来的发展方向
2
续发展的重要作用。
探讨隧道衬砌设计在新材料和技术的进 步中的应用前景。
参考资料
1. 隧道工程设计手册 3. 隧道衬砌设计标准
2. 隧道工程实用指南 4. 隧道工程案例分析
四、隧道衬砌设计材料
普通混凝土
常用的衬砌材料，适用于一般隧道工程。
玻璃钢
具有良好的耐腐蚀性和机械性能，适用于特殊地质条件。
土工合成材料
可抗渗透和增强隧道衬砌的土工材料，提高结构的稳定性。
五、隧道衬砌设计的改进和应用
玻璃钢衬砌设计
利用玻璃钢的特性，提高衬砌的抗腐蚀和耐久性。
土工合成材料衬砌设计
结合土工合成材料的优势，增强衬砌结构的地质适应性。
《隧道衬砌设计》PPT课 件
欢迎来到《隧道衬砌设计》PPT课件。本课程将介绍隧道衬砌的设计原则、流 程、材料及改进应用，帮助您全面了解隧道工程中衬砌设计的重要性与挑战。
一、背景介绍
隧道衬砌定义及其设计的重要性。
二、隧道衬砌设计原则
安全性原则
确保隧道结构的安全性，抵御地质和水文条件的挑战。
经济性原则
优化设计，节省成本并提高工程效益。
实用性原则
考虑施工和维护的可行性，确保衬砌能够实际应用。
三、隧道衬砌设计流程1施工方案设计2集成地质、水文等信息，确定最终的衬
砌结构和施工方式。
3
初步设计
根据隧道的功能和要求，确定初始的衬 砌设计方案。
施工图设计
详细制定衬砌工程的施工图纸，包括尺 寸、材料和施工工艺。
隧道衬砌结构计算原理公式及强度验算
4、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：
ik
M i M k ds EJ
ip
M
i
M
0 p
ds
EJ
u
uu
4、单位变位及荷载变位的计算
在很多情况下，衬砌厚度是改变的， 给积分带来不便，这时可将拱圈分成偶数 段，用抛物线近似积分法代替。
ik
S E
解出 及 X1 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：
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条件和 最大抗力点a的位移条件：
M p ( yh y) ds s
EJ
E
Mp J
( yh
y)
h
M (( yh y)) ds s
EJ
E
M J
( yh
y)
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 X1 及 X 2 可以参照 及 X 1p X 2 p的求法得出
X1 (11 1 ) X 2 (12 f1 ) 1 a 0 X1 ( 21 f1 ) X 2 ( 22 f 2 1 ) 2 f a 0
X1
a22a10 a12a20 a122 a11a22
X2
a11a20 a12a10 a122 a11a22
隧道衬砌结构的设计优化
隧道衬砌结构的设计优化在现代城市和交通建设中，隧道作为一种重要的交通工程设施，被广泛应用于地铁、公路、铁路等领域。
而隧道衬砌结构作为隧道的内壁保护材料，不仅需要具备良好的支护功能，还要考虑到经济、环保、施工等多方面因素。
因此，设计优化成为隧道衬砌结构设计的重要内容。
本文将从减振效果、节约材料、环保性能以及施工方便性四个方面，探讨隧道衬砌结构的设计优化。
一、减振效果隧道衬砌结构的设计优化首先应考虑减振效果。
合理的减振设计可以降低隧道衬砌结构因运营车辆及地震荷载产生的振动对周围环境的影响。
通常采用的减振手段有两种：减振材料和减振结构。
减振材料可以通过吸收、隔离与转化等方式将振动能量转化为其他形式，从而降低振动幅度。
减振结构则通过设计符合不同环境要求的结构形式，减缓振动传播的速度和振幅。
设计优化应根据实际情况选择合适的减振手段，以提高隧道衬砌结构的减振效果。
二、节约材料隧道衬砌结构的设计优化还应考虑节约材料的问题。
传统的隧道衬砌结构设计通常采用单一材料进行施工，导致大量材料浪费。
而设计优化可以通过改变材料的组合方式，减少材料的使用量，从而达到节约材料的目的。
例如，在特定区域选择较高机械强度的材料以增加隧道的抗压能力，而在其他区域选择低密度材料以减少整体重量。
合理的材料选择和组合不仅能节约材料，还能提高整体性能。
三、环保性能随着环保意识的提高，隧道衬砌结构的设计优化也要考虑环保性能。
合理的设计可以减少对环境的污染和破坏。
例如，采用可再生材料替代传统材料，减少对自然资源的消耗。
同时，优化设计可以考虑隧道衬砌结构的排水和通风系统，减少因排水问题引起的环境污染，改善通风条件，提高施工和运营过程中的环境质量。
四、施工方便性设计优化还应考虑隧道衬砌结构的施工方便性。
隧道作为一项工期紧迫、施工条件复杂的工程，合理的设计可以降低施工难度和风险。
例如，可采用模块化设计，将隧道衬砌结构划分为多个相对独立的模块，提高施工的灵活性和可控性。
隧道施工数值模拟及衬砌强度安全系数分析
文章编号:1007Ο2993(2004)05Ο0258Ο05隧道施工数值模拟及衬砌强度安全系数分析王 勇(北京交通大学土建学院,北京100044) 【摘 要】 以某隧道为背景,采用二维弹塑性有限元分析方法,模拟隧道开挖和支护过程,计算衬砌和围岩内力及衬砌的强度安全系数,研究衬砌厚度变化对其安全系数和结构稳定性的影响,探讨最小衬砌安全厚度,为类似隧道设计施工提供科学依据。
【关键词】 隧道;有限元方法;数值模拟;强度安全系数【中图分类号】 TU94Numerical Simulation on Tunnel Construction andSecurity Analysis of the Lining Structure StrengthWang Y ong(College of Civil and Architecture Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044China)【Abstract】 By using the2DΟFEM of elasticΟplasticity,simulation of tunnel excavation is carried out,and the internal force and safety coefficient of the lining is calculated to ins pect structure security.Then the thesis discusses the effect of thickness chan ging on lining safety coef2 ficient and structure stability,thus offers guidance and reference for the design and construction of similar highway tunnel.【K ey w ords】 tunnel;FEM;numerical simulation;safety coefficient0 引 言隧道衬砌的投资约为隧道全部投资的1/4～1/3。
隧道施工方案与衬砌选型设计
隧道施工方案与衬砌选型设计摘要：隧道的建设是一个长期的过程，根据城市的经济情况和交通能力分期建设，随着科技的发展，不同时代有不同的施工方法。
目前在世界上主要有传统矿山法、新奥法、盾构法等三大施工方法以及各种辅助工法。
关键词：矿山法新奥法支护一、传统矿山法（一）传统矿山法的概念矿山法指的是用开挖地下坑道的作业方式修建隧道的施工方法。
矿山法是一种传统的施工方法。
它的基本原理是，隧道开挖后受爆破影响，造成岩体破裂形成松弛状态，随时都有可能坍落。
基于这种松弛荷载理论依据，其施工方法是按分部顺序采取分割式一块一块的开挖，并要求边挖边撑以求安全，所以支撑复杂，木料耗用多。
随着喷锚支护的出现，使分部数目得以减少，并进而发展成新奥法。
用矿山法施工时，将整个断面分部开挖至设计轮廓，并随之修筑衬砌。
当地层松软时，则可采用简便挖掘机具进行，并根据围岩稳定程度，在需要时应边开挖边支护。
分部开挖时，断面上最先开挖导坑，再由导坑向断面设计轮廓进行扩大开挖。
分部开挖主要是为了减少对围岩的扰动，分部的大小和多少视地质条件、隧道断面尺寸、支护类型而定。
在坚实、整体的岩层中，对中、小断面的隧道，可不分部而将全断面一次开挖。
如遇松软、破碎地层，须分部开挖，并配合开挖及时设置。
传统矿山法中有代表性的有上下导坑先拱后墙法和下导坑先拱后墙法。
（二）传统矿山法的优缺点上下导坑法的优点是：在拱圈的保护下进行拱下各工序作业，施工比较安全；工作面多，便于拉开工序和安排较多的劳力，加快施工进度；当地质发生变化时，改变施工方法容易。
其缺点是：开挖两个导坑增加了工程造价；开挖马口时施工干扰大；衬砌整体性差；工序多，不便于施工管理。
下导坑法有出渣方便、施工安全的优点。
其缺点是：消耗的木材钢轨多；棚架易因爆破受损；挖马口还影响施工进度；衬砌的整体性也差。
二、新奥法（一）新奥法的概念新奥法是充分利用围岩的自承能力和开挖面的空间约束作用,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,对围岩进行加固,约束围岩的松弛和变形,并通过对围岩和支护的量测、监控,指导地下工程的设计施工。
隧道衬砌方案
隧道衬砌方案简介隧道衬砌是指在隧道内部将现有的土层或岩层进行加固或保护的一种工程措施。
它的主要目的是支撑和保护隧道结构，确保隧道的安全运行。
本文将介绍隧道衬砌的常用方案，包括材料选择、施工工艺和质量控制等方面。
1. 材料选择隧道衬砌的材料选择对于隧道的安全性和耐久性具有重要影响。
常见的隧道衬砌材料包括混凝土、钢筋混凝土、聚合物材料等。
选择合适的材料要考虑以下几个方面：•抗压强度：材料需要具备足够的抗压强度，能够承受来自地层和交通荷载的力量。
•耐腐蚀性：隧道施工过程中可能会接触到地下水、酸碱等腐蚀性介质，材料要能在此环境下具备良好的耐腐蚀性。
•施工便利性：选择施工便利性好的材料可以提高施工效率，缩短工期。
钢筋混凝土是目前应用最广泛的隧道衬砌材料，它具备优良的抗压强度和耐久性。
2. 施工工艺隧道衬砌的施工工艺包括施工方法和施工顺序。
常见的施工方法包括喷射施工、预制块砌筑和帷幕灌浆等，具体选择方法要根据隧道的地质条件和要求来确定。
施工顺序一般包括主体结构和辅助结构的施工序列。
主体结构施工包括基础处理、墙体施工和顶板施工等，辅助结构施工包括排水和通风系统的安装等。
在施工过程中要注意以下几个方面：•环保措施：合理安排施工工艺，控制噪音、粉尘等污染物的排放，保护环境。
•安全管理：制定详细的施工方案，确保施工过程中的安全。
•质量控制：严格按照设计和规范要求进行施工，确保隧道衬砌结构的质量。
3. 质量控制隧道衬砌的质量控制是确保工程质量的重要环节。
质量控制要从施工前、施工中和施工后三个阶段进行。
施工前的质量控制包括材料的质量检查、设备的调试和组织人力资源等。
施工中的质量控制主要包括施工过程的监督、工艺的调整和材料的验收等。
施工后的质量控制主要包括隧道衬砌结构的检测和评估等。
质量控制要注意以下几个方面：•检测手段：采用合适的检测手段和设备进行质量检测，包括超声波检测、渗透性试验等。
•随机抽样：对材料和结构进行随机抽样检测，确保检测结果的可靠性。
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第 ４ 卷 第 ４期 ２ ２１ ０ ０年 ８月
西 建 科 技 大 学 安 筑 学 报（然 学版 自科 ）
Ｊ Ｘｉ ｌ Ｕｎ ｖ ｆＡｒｈ ． ｌ ｉ．ｏ ｃ ．＆ Ｔｅ ｈ （ ａｕａ Ｓ ｉ ｃ ｄｔ ｎ ａ ｃ ． Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｅ ｉ
中 图分 类 号 ： Ｕ４ ３ Ｔ ４ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ６ ７ ３ （ ０ Ｏ ０ — ４ ９０ １ ０ —９ ０ ２ １ ） ４ ０ ９ — ５
在 隧道 工程建 设 中 ， 隧道线 路选 定 以后 ， 道围岩 介质 和初始 地应力 场等 边界条 件就 客观存 在且不 隧 能改 变． 因此 ， 隧道 的结构 设计 只有 是在满 足 限界 要求 条件下 ， 过调整 隧道 断面几何 形状 、 通 尺寸 等满足 围岩 的应力需 求 ， 使衬 砌结构 受力 合理 ， 并 确保 隧道施 工和运 营期 的安全 和耐 久性要 求［ ］我 国 目前 的 １． 。 隧道结 构设计 一般 均采用 复合式 衬砌 ， 对于 复合式 衬砌 的设 计 ， 较坚 固的地 层 中， 在 衬砌 仅作 为 安全 储 备， 因此要 求其 厚度 达到施 工允许 的最 小厚度 ． 但就 钻 爆法 施 工 的山岭 隧 道 而言 ， 受各 种 施工 因素等 的 影响， 隧道 衬砌 厚度变 异性很 大． 据有关 资料 显示 ， 二次 衬砌 各截 面的厚 度 能全 部 满足 设 计要 求 的仅 占 隧道总 量 的 ５ 左 右 ． 道衬 砌厚 度 的欠 缺造 成 了隧 道结 构 安全 储备 能力 的降低 ， 响隧 道 的使用 寿 Ｏ 隧 影 命， 危及 通行 车辆和人 员 的安全． 因此 ， 探讨 隧道衬 砌厚度 对 隧道结 构可靠 性和 安全性 的影 响 ， 评价衬 砌
算 衬 砌 偏 ， ｌ ｆ受压 极 限承 载 力 极 限 ， 隧道 衬 砌 数 值 计 算 同《 路 隧 道 设 计 规 范 》 结 合 ， 将 公 相 以衬 砌 极 限 承 载 力 与 衬 砌数 值 计 算 内力 进 行 对 比 ， 析 隧道 衬 砌 不 同截 面 上 （ 衬 砌 单 元 ） 抗 压 （ 抗 拉 ） 度 安 全 系数 ， 制 隧 分 各 的 或 强 绘
修 改稿 日期 ： ０ ００ ０ ２ １—６１
基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目（０ ７ １ ４ ； ５ ６ ８ ４ ） 陕西省 自然科学基础研究基金青 年人才项 目（ｏ ９ Ｑ７Ｏ ） 陕西 省教育厅基础 ２ｏＪ Ｏ４ ；
研 究 项 目（９ Ｋ５８ ＯＪ ３ ）
作 者 简 介 ： 战 平 （９ ４） 男 ， 宋 １７ 一 ， 陕西 蒲 城 人 ， 安 建 筑科 技 大 学 、 西 中铁 十 三 局 集 团有 限公 司 在 站 博 士后 ， 教 授 ， 要从 事 隧道 与 地 下 副 主
道衬 砌 单 元 安 全 系 数 图 ， 行 衬 砌 结 构 厚 度 优 选 ． 安 岭 隧 道 典 型 断 面衬 砌 结 构 厚 度 优 选 算 例 验 证 了论 文 方 进 长
法 的 可 行 性 和有 效 性 ．
关 键 词 ： 道 工 程 ； 砌 厚 度 ； 选 设 计 ； 值 试 验 ； 度 安 全 系 数 隧 衬 优 数 强
结 构 的安 全性成 为 隧道工程 领域 当前 的研究 热点 问题 【６ 文 献 Ｅ ］ ５］ ＿． ５ 针对 衬 砌结 构 厚度 对结 构 强 度 的影
响 ， 究 了衬砌 厚度变 化与 隧道强 度安全 系数 的相 关关 系 ， 应 用其 确 定 隧道 衬砌 最 小安 全 厚度 ； 献 研 并 文 ［ ］ 析 了衬 砌厚 度变化 引起 的 围岩和支 护结构 力学 状态 的变化 ， ６分 探讨 了衬砌 厚度 变化对 衬砌 内力 和衬 砌强 度安全 系数 的影响 ． 以上问题 的研究 ， 无论 是定性 的描 述或 是定量 的评价 都需要 结合 工程 实际进一
全厚 度 ， 指导 了长安 岭隧道 衬砌 的设计 ．
１ 隧道 衬 砌 优 选 设 计 原理 及 设 计 原 理 ．
一
般 意义上 的结构 优化设 计 是指设 计者根 据设 计要求 ， 设计 出满 足安全 要求 的设计 方案 ， 利用数 学
收稿 日期 ： ０ ９０ — ２ ２ ０ —９ ２
摘
要 ： 爆 法 施 工 的 山岭 隧 道 因 受施 工 等 各种 因 素 的影 响 ， 钻 隧道 衬 砌 厚 度 变 异 性 大 ， 造成 隧道 结 构 安 全 储 备
能 力 降 低 ， 响 隧 道 的 使 用 安 全 和 耐久 性． 于 衬 砌 强 度 安 全 系数 的概 念 ， 隧 道 衬砌 混 凝 土材 料 极 限 强 度 计 影 基 以
步 的探 讨 和研究 ．
论 文 以长安岭 隧道 衬砌设计 为应 用背 景 ， 过数值 模拟 试验 ， 通 研究 了长安 岭隧道 典型 断面衬 砌结构 厚 度变 化对 隧道稳定 性 的影响 ， 探讨 了衬砌 厚度 与 隧道结 构 变形 、 内力 的相关 关 系 ； 以上 研究 基础 上 在 基 于衬砌 强度 安全 系数 的概念 ， 对长 安岭 隧道衬砌 结构 的安 全性进 行 了评价 ， 化并 确定 了隧道衬 砌安 优
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ４ １４ ．
Ａｕ ｇ． ２ ０ ０１
基 于强度 安 全 系数 概 念 的 隧道 衬 砌 结 构优 选设 计
宋 战 平 ， 荆 敏 韩 日关。 吴焕 通。 ， ，
（．西 安 建 筑 科 技 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 西 西 安 ７０ ５ ； １ 陕 １０ ５ ２ ．中铁 十三 局 集 团有 限公 司 ， 林 长 春 １ ０ ３ ；． 安 大 学 公 路 学 院 ， 西 西 安 ７０ ５ ） 吉 ３０ ３ ３ 长 陕 １０ ４