隧洞参数计算表

X2（y-C）
合计M
0
=0
1
-0.886
-8.66
4.55
1
=15
0.96592
-0.849
-8.29
3.72
2
=30
0.86603
-0.739
-7.22
1.48
3
=45
0.70711
-0.564
-5.51
-1.4
4
=60
0.50000
-0.336
-3.28
-3.89
5
=75
0.25882
-0.071
上述拉应力小于允许值，满足要求。
隧洞衬砌计算（不考虑岩石弹性抗力作用）
一）基本数据
1.洞身衬砌截面形式及尺寸
洞身为等厚度衬砌的圆拱直墙式衬砌断面，顶拱为半圆形，洞底采用与侧墙整体连接的平底板，各部位尺寸如下：
洞身净宽B=1.8m；洞身净高H=2.05m；顶拱内半径r′=0.9m；直墙高yh=1.15m；
则：
（3）弹性抗力。在弹性抗力作用下，各载常数值分别按下列公式计算：
其中： 为弹性抗力图中最大抗力值，其值为 ，根据m=2查表得
则：
（4）摩擦力作用。在摩擦力作用下，各载常数值分别按下列公式计算：
其中： 为摩擦系数，采用 =0.3，根据m=2查表得
则：
（5）载常数总和：
5.多余未知力X1及X2计算。不考虑拱座转角影像，X1及X2值分别按下式计算得：
-0.69
-4.95
6
y=r
0
0.214
0.214
2.09
-3.74
7
y=1.25r
0.489
4.78
-1.86
8
y=1.5rh
0.764
7.46
0.82
9
y=1.75r
1.039
10.15
2.95
10
y=2r
1.314
12.84
5.02
7.各截面轴向力计算
各轴向力按下式计算：
其中：Np为各种外荷载作用下的轴向力，其值根据查表分别计算后叠加求得，表中各乘数值按已知荷载值计算如下：
-6.63
-1.056
-0.062
-19.85
9
y=1.75r
-12.1
-6.63
-1.598
-0.085
-20.41
10
y=2r
-12.1
-6.63
-2.196
-0.106
-21.03
各截面Mp及M值计算分别列于下表；
各截面Mp计算表
各截面弯矩M计算表
截面编号
位置
cos
y-C（拱）
y-C（直墙）
X2（y-C）
计算特性流量
计算比值
根据比值查表得h/b=0.49
计算宽度b=h/0.49=0.98/0.49=2
2，按公式计算
已知h=0.98m，b=2m,则：
ω=bh=0.98x2=1.96(m2)
R=ω/x=bh/(b+2h)=0.49(m)
三各部位高程：
隧洞进口底部高程：1973.80
隧洞出口底部高程：1971.58
圆拱段各截面：
直墙段各截面：y-c=y-0.886
截面编号
位置
山岩垂直压力作用
(kN.m)
衬砌自重作用
(kN.m)
弹性抗力作用
(kN.m)
摩擦力作用
(kN.m)
合计
MP
(kN.m)
0
=0
0
0
0
1
=15
-0.81
-0.39
-1.20
2
=30
-3.025
-1.485
-4.51
3
=45
-6.05
-3.05
各截面Mp计算表
截面编号
位置
山岩垂直压力作用
内缘应力σ内
0
4.55
9.77
0.466
6.99
24.4
195.0
-146.2
1
3.72
11.63
0.282
4.23
29.1
152.2
-94.0
2
1.48
16.72
0.089
1.34
41.8
97.6
-14.0
3
-1.4
23.43
-0.060
-0.90
58.6
5.86
111.3
4
-3.89
30.94
-0.126
二）计算
1.计算基本结构
计算矢高：
f=H+d/2=2.05+0.5/2=2.3m
计算拱跨：
l=B+d=1.8+0.5=2.3m
顶拱计算半径：
r=r′+d/2=0.9+0.5/2=1.15m
计算矢高与顶拱计算半径的比值m=f/r=2.3/1.15=2
2刚臂长度c计算：
c=Acr
根据m=2查表得Ac=0.8055077，则
各截面Np及N值计算分别如下表：
各截面Np计算表
截面编号
位置
山岩垂直压力作用
衬砌自重作用
弹性抗力作用
摩擦力
合计NP
0
=0
0
0
0
1
=15
1.47
0.72
2.19
2
=30
5.5
2.76
8.26
3
=45
11
5.86
0
0
16.86
4
=60
16.5
9.58
0.011
-0.039
26.25
5
=75
20.52
13.35
c=0.8055077*1.15=0.926（m）
3形常数计算
4.载常数计算
各载常数按不同荷载分别作用叠加求得，因本计算的比值m=2与上节相同，因此除矩形侧向山岩压力的计算系数另查表取外，其余各系数均直接引用上节的各计算系数值。
（1）垂直山岩压力作用：
（2）衬砌自重作用。
(3)矩形水平山岩压力作用：
6
y=r
0
0
38.58
7
y=1.25r
41.08
8
y=1.5rh
43.60
9
y=1.75r
46.15
10
y=2r
48.75
8.内力计算校核
（1）拱顶截面转角总和应为零。即
上式积分可按辛普逊公式近似计算：
其中：M0，M1,M2…为各截面弯矩值，由弯矩值M计算表差得。 为圆拱段每相邻两截面间弧度长度，其值为：
一．山岩压力
（一）基本数据：根据资料围岩属于Ⅳ类围岩，查表得，围岩坚固系数f=1.5及相应的 =60。， 岩=23kN/m2
计算塌落拱高度：
计算均布的垂直山岩压力强度q为：
q=0.7 h=0.7*23*1.26=20.286kN/m2
由公式计算侧向水平山岩压力及强度为：
e1=0.7 htg2(45。- /2)=1.46kN/m2
均布的侧向水平山岩压力强度为：
e=0.062 H=0.062*23*2.6=3.71kN/m2
隧洞衬砌计算（考虑岩石弹性抗力作用）
一）基本数据
1.洞身衬砌截面形式及尺寸
洞身为等厚度衬砌的圆拱直墙式衬砌断面，顶拱为半圆形，洞底采用与侧墙整体连接的平底板，各部位尺寸如下：
洞身净宽B=1.8m；洞身净高H=2.0m；顶拱内半径r′=0.9m；直墙高yh=1.1m；
青海大学
公伯峡灌溉工程隧洞工程
专业：
班级：
学生姓名：
指导教师：
完成时间：
水力计算
一.基本资料：
设计流量Q=2.6m3/s，洞身纵坡i=1/1000，洞身长L=2214.42m，采用混凝土C15（采用C20），其粗糙系数取n=0.015(采用n=0.014)
二洞身断面尺寸计算
洞内水深
当为水力最佳断面时m=0,β=2计算得h=0.98m
最大抗力点h的变位值按下式计算得：
弹性抗礼图中最大 值为：
解得：
则：
6.各截面弯矩值计算
衬砌断面左半部分全部衬砌段分10个截面，圆拱短各截面按15°倾角均分，直墙段各截面按四等分划分。
各截面弯矩值按下式计算：
其中：y为各截面对以拱顶O为坐标原点的纵坐标；Mp为各种外荷载作用下的弯矩。其值根据各种荷载值查表数据分别计算后叠加求得，其乘数值按已知荷载值计算如下：
依据SL279-2002水工隧洞设计规范及施工的最小断面确定
其高度为2m，宽度为1.8m
应根据地质条件及隧洞规范选择隧洞衬砌断面型式（粘土岩为软岩，应采用马蹄型洞比较好，采用2*2m）
设计荷载
设计组合如下：
1.不考虑岩石弹性抗力：垂直山岩压力+侧向水平山岩压力+衬砌自重
2.考虑岩石弹性抗力：垂直山岩压力+岩石弹性抗力+岩石弹性抗力产生的摩擦力+衬砌自重
10.应力验算
由应力计算表结果知，各截面压应力值均远小于C15混凝土的允许压应力值；在拱顶内援及截面5，出现较大的拉应力值，而以拱顶内缘拉应力值为最大，其值为146.2，对于C15混凝土，边缘允许拉应力值为767，故原拟定的衬砌厚度要减薄。如将衬砌厚度改为0.2m，仍采用原计算的M及N值，计算拱顶內缘拉应力值为：
-9.10
4
=60
-9.075
-4.73
-0.013
-0.0025
-13.82
5
=75
-11.29
-6.08
-0.096
-0.0038
-17.47
6
y=r
-12.1
-6.63
-0.295
-0.018
-19.04
7
y=1.25r
-12.1
-6.63
-0.614
-0.040
-19.38
8
y=1.5r
-12.1
衬砌厚度初步拟定为d=0.4m，地板厚度采用与顶拱及侧墙相同
2设计荷载
均布垂直山岩压力强度为q=20kN/m2;不计侧向山岩压力及内水压力，考虑岩石弹性抗力及相应的摩擦力作用。抗力系数在侧面及拱座均采用k=5*105kN/m3。
3衬砌材料
采用C15混凝土衬砌，混凝土弹性模量为E=220*105kN/m2,混凝土单位容重 =24kN/m3
(4)载常数总和：
5.多余未知力X1及X2计算：
6.各截面弯矩值计算
各截面弯矩值按下式计算：
其中：y为各截面对以拱顶O为坐标原点的纵坐标；Mp为各种外荷载作用下的弯矩。其值根据各种荷载值查表数据分别计算后叠加求得，其乘数值按已知荷载值计算如下：
圆拱段各截面：
直墙段各截面：
y-c=y-0.926
各截面Mp及M值计算分别列于下表
-0.665
48.75
各截面轴向力N计算表
截面编号
位置
cos
(kN)
合计N
(kN)
0
=0
1
9.77
9.77
1
=15
0.96592
9.44
11.63
2
=30
0.86603
8.46
16.72
3
=45
0.70711
6.91
23.43
4
=60
0.50000
4.89
30.94
5
=75
0.25882
2.53
36.34
为直段每相邻两截面间长度，其值为：
则：
（2）按下式校核直墙顶点h的变位值 ：
上式积分也可按辛普逊公式近似计算：
其中 为各截面至最大拉力点的垂直距离，其值分别为：
其余符号意义同前。则：
愿计算的变位值为：
误差为：
9.各截面应力计算
衬砌截面边缘应力列于下表：
截面编号
弯矩M
轴向力N
偏心矩e
6e/d
N/F
外缘应力σ外
衬砌厚度初步拟定为d=0.5m，地板厚度采用与顶拱及侧墙相同
2设计荷载
均布垂直山岩压力强度为q=20kN/m2;均布侧向水平山岩压力强度e=5kN/m2，不考虑岩石弹性抗力、相应的摩擦力及内水压力作用。
3衬砌材料
采用C15混凝土衬砌，混凝土弹性模量为E=220*105kN/m2,混凝土单位容重 =24kN/m3
δ22=1.16*10-5(m/kN）
δh1=0.52*10-5(kN-1)
δh2=0.49*10-5(kN.m）-1
4载常数计算
(1)垂直山岩压力作用。在垂直山岩压力作用下，各载常数值分别按下列公式计算：
根据m=2查表得
则：
（2）衬砌自重作用。在衬砌自重作用下，各载常数值分别按下列公式计算：
其中 ，根据m=2查表得
c=0.8055077*1.1=0.886（m）
3形常数计算
根据m=2查表得：A11=2.5707963.A22=1.0214853,Ah1=0.5,Ah2=0.4305794
抗弯刚度：EJ=E*bd3/12=220*220*105*1*0.43/12=1.17*10-5(kN.m2)
计算得δ11=2.42*10-5(kN.m）-1
e2=(0.7h+H) tg2(45。- /2)=5.75kN/m2
则：e=（e1+e2)/2=3.60kN/m2
(2)按简化公式计算：
当f=1.5时，查表得相应的q及e系数分别为0.358及0.062，则：
均布的垂直山岩压力强度q为：
Q=0.358 B=0.358*23*2.4=19.76kN/m2
0.087
-0.143
33.81
6
y=r
22
16.59
0.269
-0.275
38.58
7
y=1.25r
22
19.23
0.269
-0.418
41.08
8
y=1.5r
22
21.87
0.269
-0.543
43.60
9
y=1.75r
22
24.51
0.269
-0.631
46.15
10
y=2r
22
27.15
0.269
140.1
77.9
9
2.95
46.15
0.064
0.96
115.4
226.2
4.6
10
5.02
48.75
0.103
1.56
121.9
310.2
-66.4
(1)弯矩符号以逆时针旋转为正，顺时针旋转为负。
(2)偏心距e为正时，表示轴向力偏向截面重心外侧，为负时，表示轴向力偏向截面重心内侧。
(3)轴向力N及边缘应力均以压力为正，拉力为负。
二）计算
1.计算基本结构
计算矢高：
f=H+d/2=2+0.4/2=2.2m
计算拱跨：
l=B+d=1.8+0.4=2.2m
顶拱计算半径：
r=r′+d/2=0.9+0.4/2=1.1m
计算矢高与顶拱计算半径的比值m=f/r=2.2/1.1=2
2刚臂长度c计算：
c=Acr
根据m=2查表得Ac=0.8055077，则
-1.89