1围岩压力计算

1围岩压力计算

深埋和浅埋情况下围岩压力的计算方式不同，深埋和浅埋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断。按等效荷载高度计算公式

如下：H

P =（2~2.5）

q

h

式中: H

p

——隧道深浅埋的分界高度；

h

q ——等效荷载高度，

q

h=

q

γ

；

q——垂直均布压力(kN/m2)；

γ——围岩垂直重度（kN/m3)。

二次衬砌承受围岩压力的百分比按下表取值：

表4.1 复合式衬砌初期支护与二次衬砌的支护承载比例

1.1 浅埋隧道围岩压力的计算方法

隧道的埋深H大于hq而小于Hp时，垂直压力

Q

B B

t t

q

H

==γH(1-λθ)

浅

浅

tan。

表4.3 各级围岩的θ值及

φ值

2(tan 1)tan tan tan c c

c ϕ+ϕβϕ+ϕ-θ

c tan =tan

侧压力系数()tan tan tan tan tan tan tan tan c

c c β-ϕλ=

β1+βϕ-θ+ϕθ

⎡⎤⎣⎦

作用在支护结构两侧的水平侧压力为：e 1=γh λ ； e 2=γ(h+Ht)λ 侧压力视为均布压力时：

Ⅴ级围岩的等效荷载高度hq=0.45×24

×[1+0.1×(10-5)]=10.8m Hp=2.5hq=27m,H

取φ0=45°，θ=0.6φ0=27°，h=20m ，tan β=3.02,λ=0.224,tan θ=0.51, 计算简图：

()21

2

+1e =

e e

垂直压力q=19×20(1-0.224×20×0.51/10)=293.18KN/m Pg=πdγ=π×0.4×25=31.4KN/m

地基反力P=324.58KN/m

e1=γhλ=19×20×0.224=85.12

e2=γ(h+Ht)λ=19×(20+8.17)×0.224=119.89

水平均布松动压力e=(e1+e2)/2=102.51KN/m

Ⅴ级围岩二衬按承受50%围岩压力进行计算，则

垂直压力为q×50%=146.59KN/m

地基反力为P×50%=162.29KN/m

水平压力为e×50%=51.255KN/m

2衬砌结构内力计算

表4.7 等效节点荷载

表4.8 轴力、剪力、弯矩详细数据

52 -8.90E+ 9

53 -8.98E+05 9154.2 21159

54 -8.99E+05 -3292.6 17015

内力图分析

（1）轴力：由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出轴力图如图，最大轴力出现在仰拱段，其值为626.383kN。

轴力图

（2）弯矩：由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出弯矩图如图，最大正弯矩出现在变截面段，其值为169.101kN·m，最大负弯矩出现在拱顶，其值为

-92.913kN·m。

弯矩图

（3）剪力：由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出剪力图如图，最大剪力出现在仰拱段，其值为320.088kN。

剪力图

变形图

3.Ⅴ级围岩需要进行配筋计算

（1）截面设计

计算轴力：KN=2×626380=1252.76KN 计算弯矩：KM=2×92913=185.826KN/m ξb =0.55,

C25混凝土，轴心受压强度设计值为：f cd =11.9Mpa ； HRB335级钢筋，抗拉强度设计值为：f sd =f sd ＇=300Mpa ； e=m/n=0.148

长细比l 0/h=1.5,按短柱计算，偏心距增大系数η取1， h 0=h-a s =400-50=350mm ① 判别大小偏心受压

,1053.016820148,

148000mm h mm e e e mm e a i =≥=+=+==

属于大偏心受压，

202

011510)

'(')

5.01('mm a h f bh f Ne A A s y c s s =-⨯--==ξξα

选取5φ20，As=15702

mm

垂直弯矩作用平面内的受压承载力： Nu=0.9φ(f cd As+fsd ＇As ＇) =0.9x(11.9x400000+300x1572) =4708.44KN>N(=1252.76KN) 满足要求

4. 截面强度验算

按荷载-结构模型进行设计时，最后要作截面验算。现行《铁路隧道设计规范》规定隧道结构计算分为“概率极限状态法设计”和“破损阶段法和容许应力法设计”两种形式。对一般地区单线隧道整体式衬砌及洞门、单线隧道偏压衬砌及洞门、单线拱形明洞及洞门结构可采用概率极限状态法设计，也可以采用破损阶段法设计。其他隧道结构则要求采用破损阶段法或容许应力法。

对混凝土矩形构件，当e>0.2h 时，由抗压强度控制承载能力，不必检算抗裂；当e ≤0.2h 时，由抗拉强度控制承载能力，不必检算抗压。

隧道结构截面抗压强度按下式计算：

bd R KN a ϕα≤

式中 K-安全系数 N-轴向力（MN ）

Ra-混凝土或砌体的抗压极限强度（MPa ） α-轴心偏心影响系数 ϕ-构件纵向弯曲系数

b-结构的纵向计算宽度（取1m ） d-截面厚度

从抗裂要求出发，混凝土矩形截面偏心受压构件的抗拉强度按下式计算： KN(6e-d)≤1.75φR 1bd 2 式中 R1-混凝土的抗拉极限强度