隧洞衬砌的结构计算
水工建筑物第七章隧洞答案
第七章水工隧洞与坝下涵管答案 一、填空题 1.塔式；斜坡；塔式 2.有压隧洞；无压隧洞；无压隧洞；流态 3.衬砌；围岩；传力；渗漏 4.涵衣 5.圆拱直墙形 6.圆形 7.进出口高程；水力计算 8.出口；动水；静水 9.泄洪洞；引水洞 10.分级卧管式；塔式；斜拉闸门式 11.截水环 12.挑流消能；底流消能；榨缝式挑流坎消能；洞中突扩散消能
二、单项选择题 1.关于隧洞选线，不正确说法有（ B ）。 A、洞线要与岩层构造断裂向及主要软弱带走向有较大交角。 B、洞线应与最大水平地应力方向尽量垂直。 C、对有压隧洞，当考虑弹性抗力时，围岩的最小覆盖厚度不小于3倍洞 径。 D、对低流速的隧洞，弯道曲率半径不应小于5倍洞径或洞宽。 2.工作闸门布置在（ D ）的为有压隧洞。 A、进口 B、洞身 C、中 部 D、出口 3.隧洞洞身的（ C ）为不受力衬砌。 A、喷锚衬砌 B、预应力衬砌 C、平整衬砌 D、单层 衬砌 4.有压隧洞的出口断面面积应（ C ）洞身断面面积。 A、大于 B、等于 C、小
于 D、无法确定 5.水工隧洞的回填灌浆的目的是（ B ）。 A、加固围岩，提高围岩的整体性 B、充填衬砌与围岩之间的空隙，使之结合紧密 C、保证围岩的弹性抗力 D、减小渗漏，减小外水压力 6.弹性抗力的分布范围为（ B ）（考虑洞身的对称性）。 A、0～π B、π/4～π C、π/2～π D、3π/4～π 三、判断题 1.围岩地质条件比较均一的洞身段不设施工 缝。（×） 2.无压隧洞由于内水压力较大，从水流及受力条件考虑，一般用圆形断面。 （×） 3.隧洞中常需要临时性支护和永久性衬砌，以承受围岩压力。（√）
某工程A隧洞5类围岩衬砌及配筋计算书
某工程A隧洞5类 (桩号干0+156.00~干1+111.00) 衬砌内力和配筋计算书 2014年5月16日
目录 1 基本资料 (3) 1.1 等别 (3) 1.2 断面尺寸 (3) 1.3 荷载 (3) 1.4 计算工况和荷载组合 (3) 2 计算方法 (4) 2.1 参数取值 (4) 2.2 计算简图 (6) 3 理正计算结果 (6) 4 衬砌配筋计算 (9) 4.1 计算情况 (9) 4.2 偏心受压计算 (10) 4.2.1 取值 (10) 4.2.2 配筋计算 (11) 4.3 受弯计算 (13) 4.4 计算结果 (13) 5 抗裂验算 (14) 5.1 计算公式 (14) 5.2 计算情况 (15) 5.3 偏心受压计算 (15) 5.4 受弯计算 (15) 6 斜截面抗剪验算 (16) 6.1 计算公式 (16) 6.2 计算情况 (16) 6.3 偏心受压计算 (17) 6.4 受弯计算 (17) 7 配筋结果 (17)
1 基本资料 1.1 等别 根据SL252—2000《水利水电工程等级划分及洪水标准》和GB50288—99《灌溉与排水工程设计规范》的规定，该工程属Ⅲ等（中型）工程。渠系建筑物按5级设计。渠系建筑物设计洪水重现期为10年（P=10 %） 1.2 断面尺寸 净断面尺寸2.0m ×2.4m （宽×高），底板、侧墙及顶拱衬砌厚度均为0.3m 。 1.3 荷载 按5级建筑物设计，安全级别为Ⅲ级。结构重要性系数9.00=γ，设计状况系数0.1=持久ψ、95.0=短暂ψ、85.0=偶然ψ，永久荷载分项系数05.1=G γ（0.95），可变荷载分项系数20.1=Q γ，偶然作用分项系数0.1=A γ，结构系数2.1=d γ。 按承载能力极限状态计算时荷载分项系数： 衬砌自重作用分项系数1.05（有利）、0.95（不利） 围岩压力作用分项系数1.0 外水压力作用分项系数1.0 灌浆压力作用分项系数1.3 1.4 计算工况和荷载组合 检修期：围岩压力+衬砌自重+外水压力 施工期：围岩压力+衬砌自重+外水压力+灌浆压力 注：以检修期作为控制工况，施工期灌浆时采取必要的支护措施。
第三章 区间隧道衬砌结构设计分析
第3章区间隧道衬砌结构设计 3.1地下铁道线路上部建筑 钢轨、联接零件、道床、轨枕、防爬设备及道岔共同组成地下铁道线路上部建筑。地铁的特点有运量较大、快速迅捷、安全、准时、不污染环境，同时地铁可以修建在建筑物较多而且不便于发展地面交通的地方。 3.1.1 钢轨 选定钢轨类型的主要因素是年通过量、速度、选定的轴负载、延长检修周期、检修工作量和振动噪声。 （1）钢轨类型 综合国内外地铁钢轨类型和南昌轨道交通的实际情况，宜选用60kg/m的钢轨。 （2）钢轨铺设 中山西路站至子固路站区间为直线段，在地下铁道内由于阳光不受影响，温度变化相对较小，铺设无缝线路。对于无缝线路，采用换铺法进行施工，对于长轨条的焊接，采用基地焊接与工地焊接相结合的施工方式。基地焊选用接触焊，工地焊可以选用铝热焊或移动式气压焊。 3.1.2扣件 地下铁道的钢轨扣件有刚性扣件及弹性扣件两种，考虑到中子区间地段线路采用整体式道床，因此扣件采用全弹性分开式扣件。因为全弹性分开式扣件在垂直和横向均具有良好地弹性，相比而言更加适合整体式道床。 3.1.3道床 一般情况下有碎石道床和整体道床两种道床。整体道床的类型较多，随着轨枕方式的不同，有短轨枕式整体道床、长枕式整体道床、纵向浮置板式整体道床等。结合南昌铁路交通的实际情况，利用短轨枕整体道床设计区间，道床稳定、耐久性强、结构简单、造价低、施工简单。钢筋混凝土短轨枕的预制混凝土采用C50，嵌入在混凝土道床，采用C30混凝土道床，布设中心沟，在单层钢筋网的内，钢筋网作为一个杂散电流排水加固。 3.1.4道岔 道岔有单开道岔和双开道岔等形式。中山西路站至子固路站区间采用9号单开道岔。
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，以竖直和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级围岩段和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、浅埋段和深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。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 045?=o ，泊松比u=0.4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=，截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?，弹性模量29.5Pa E G =。轴心抗压强度：12.5cd a f MP =；弯曲抗压强度：13.5cmd a f MP =；轴心抗拉强度: 1.33cd a f MP =;泊松比u=0.2； (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度：37800/s kg m ρ=； 抗拉抗压强度：188std scd a f f MP ==； 弹性模量： 210s a E GP =； 5.4.2 结构内力图和变形图（Ⅴ级围岩深埋段） 5.4.3 结构安全系数 从上面的轴力图和弯矩图可知，需要对截面8、11、21、47、73进行检算， 而根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 （1）配筋前检算 混凝土和砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算： a KN R bh ?α≤ （式5-1）
衬砌结构配筋验算
标题:结构力学求解器 内力计算 杆端内力值( 乘子= 1) ----------------------------------------------------------------------------------------------- 杆端1 杆端2 ---------------------------------------- ------------------------------------------ 单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 1 -1032.97924 -693.306249 378.382553 -1032.97924 307.52648 2 -26.7091646 2 -1023.39674 -471.727302 -26.7091646 -1023.39674 525.661659 29.7302473 3 -1004.23207 -469.397538 29.7302473 -1004.23207 526.624262 89.5328590 4 -988.90257 5 -551.905487 89.5328590 -988.902575 449.426344 -18.1300044 5 -1000.69437 -565.896587 -18.1300044 -1000.69437 431.036862 -159.189022 6 -1013.9173 7 -399.089265 -159.189022 -1013.91737 599.86961 8 51.2475614 7 -1074.83393 -224.996864 51.2475614 -1074.83393 716.917676 537.385053 8 -1268.39253 -175.450301 537.385053 -1268.39253 -36.4010094 315.997899 9 -1235.10744 -162.840644 315.997899 -1235.10744 -24.3143844 121.154323 10 -1151.96132 -368.679449 121.154323 -1151.96132 229.604836 -24.2601391 11 -1124.92938 -256.221479 -24.2601391 -1124.92938 341.172858 64.4317042 12 -1095.23101 -307.347407 64.4317042 -1095.23101 289.841370 46.1611543 13 -1070.69410 -244.985973 46.1611543 -1070.69410 356.130483 162.922416 14 -1058.82235 -313.310131 162.922416 -1058.82235 283.933469 132.260019 15 -1024.49282 -342.606797 132.260019 -1024.49282 254.914215 40.6548442 16 -984.013372 -360.249386 40.6548442 -984.013372 238.274275 -86.9316473 17 -966.133938 -268.993685 -86.9316473 -966.133938 328.866329 -24.3740449 18 -1041.11845 8.87388684 -24.3740449 -1041.11845 147.400147 138.319908 19 -1081.00459 97.9440682 138.319908 -1081.00459 236.328067 485.966947 20 -1084.36780 -337.273751 485.966947 -1084.36780 228.459609 378.382553 ----------------------------------------------------------------------------------------------- （八）衬砌结构的配筋计算 根据结构计算的轴力、弯矩、剪力进行配筋计算与裂缝宽度的校核。详细规定请参看JTG D70－2004附录K，以及相应的钢筋混凝土设计规范。
理正岩土隧道衬砌说明
理正岩土隧道衬砌说明 第一章功能概述理正岩土隧道衬砌计算软件采用衬砌的边值问题及数值解法：将衬砌结构的计算化为非线性常微分方程组的边值问题，采用初参数数值解法，并结合水工隧洞的洞型和荷载特点，以计算水工隧洞衬砌在各主动荷载及其组合作用下的内力、位移及抗力分布。无须假定衬砌上的抗力分布，程序经迭代计算自动得出。一、衬砌断面类型：⑴圆形⑵拱形⑶圆拱直墙形⑷圆拱直墙形⑸圆拱直墙形⑹马蹄形⑺马蹄形⑻马蹄形⑼高壁拱⑽渐变段⑾矩形⑿圆拱直墙形⒀直墙三心圆拱形⒁三心圆拱形二、支座类型⑴固定⑵简支⑶弹性三、荷载情况⑴围岩压力⑵自重⑶灌浆压力⑷外水压力⑸内水压力四、输出的结果计算书
及图形结果：⑴轴力图⑵剪力图⑶弯矩图⑷变形图⑸切向位移图⑹法向位移图⑺转角位移图⑻抗力分布图等第二章快速操作指南操作流程水工隧洞衬砌分析软件的操作流程如图，每一步骤都有相对应的菜单操作。图操作流程快速操作指南选择工作路径设置工作路径，既可以调入已有的工作目录，也可在输入框中键入新的工作目录，后面操作中生成的所有文件均保存在设置的工作目录下。图指定工作路径注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。进入某一计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。增加计算项目点击【工程操作】菜单中的【增加项目】菜单或“增”按钮来新增一个计算项目。图工程操作界面编辑原始数据图数据交互对话框注意： 1. 集中的参数交互界面，即把几乎所有的
参数置于一个界面上，操作简单，大大提高了人机交互的效率，这是理正岩土系列软件的一个共性特征。 2. 同时提供了有关参数的即时弹跳说明信息，方便用户理解参数的意义。当前项目计算在数据交互对话框中设置好各项参数，点击【计算】按钮来进行当前题目的计算；或者单击[辅助功能]菜单的“计算”。计算结果查询图计算结果查询界面计算结果查询界面分为左右两个窗口，左侧窗口用于查询图形结果，右侧窗口用于查询文字结果。第三章操作说明关于计算例题的编辑增加例题与删除当前例题1．通过【工程操作】菜单的“增加项目”和“删除当前项目”来增加一个新的例题或删除当前的例题。2．“增”或“删”按钮增加一个新的例题或删除当前的例题。点击“算”按钮打开当前模块的交互界面。数据的读写通过【辅助功能】菜单的“读入数据文件”可以将原来保存好的数据
隧道设计衬砌计算实例讲解(结构力学方法)
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。
一般隧洞设计方法及思路02
一般隧洞设计方法及思路 一、概述 在水利枢纽中为满足泄洪、灌溉、发电等任务而设置的隧洞称为水工隧洞。 水工隧洞按洞内水流状态分为有压洞和无压洞。一般隧洞可设成有压，也可设成无压，或设成前段有压而后段无压。但在同一洞段内，应避免出现时而有压时而无压的明满流交替现象，以防止不利流态。 在设计水工隧洞时，应根据枢纽的规划任务，尽量一洞多用，以降低工程造价。如导流洞与永久隧洞相结合，泄洪、排沙、放空隧洞的结合等。 二、水工隧洞的线路选择 隧洞选线关系到工程造价、施工难易、工程进度、运行可靠性等。影响因素多，如地质、地形、施工条件等。因此，应综合考虑，进行技术比较后加以选定。 1.地质条件 隧洞路线应选在地质构造简单、岩体完整坚硬的地区，尽量避开不利地质构造，尽量避开地下水位高、渗水严重地段，以减少隧洞衬砌上的外水压力。洞线要与岩层、构造断裂面及主要软弱带走向有较大的交角。在高地应力地区，洞线应与最大水平地应力方向尽量一致，以减少隧洞的侧向围岩压力。隧洞应有足够的覆盖厚度，对于有压隧洞，当考虑弹性抗力时，围岩的最小覆盖厚度不小于3倍洞径。根据以往工程经验，对于围岩坚硬完整无不利构造的岩体，有压隧洞的最小覆盖厚度不小于0.4H（H为压力水头），如不加衬砌，则应不小于1.0H。 在隧洞进、出口处，围岩厚度往往较薄，应根据地质、施工、结构等因素综合分析确定，一般情况下，进、出口顶部的岩体厚度不宜小于1倍的洞径或洞宽。 2.地形条件 洞线应尽量短直，如因地形、地质、等原因需要转弯时，对于低流速的隧洞弯道曲率半径不应小于5倍洞径或洞宽，转弯转角不宜大于60°，弯道两端的直线段长度也不宜小于5倍的洞径或洞宽。高流速的隧洞设弯道时，最好通过试验确定。 3.水流条件 隧洞进口应力求水流顺畅，出口水流应与下游河道平顺衔接，与土石坝下游坝脚及其建筑物保持足够距离，防止出现冲刷。 4.施工条件 洞线选择应考虑施工出渣通道及施工场地布置问题。设置曲线时，其弯曲半径应考虑施工所要求的转弯半径。对于长洞，应利用地形、地质条件布置施工支洞、斜洞、竖井。以便进料、出渣和通风，改善施工条件，加快施工进度。 此外，洞线选择应满足总体布置和运行要求，避免对其它建筑物的干扰。 三、水工隧洞的布置 隧洞的布置主要包括：进口段、出口段和洞身段。
曲墙式衬砌结构计算步骤
曲墙式衬砌结构计算步骤 1. 确定断面形状；截面厚度； 2. 确定弹性抗力区的范围及分布规律： 1） 按照拱顶圆弧圆心确定b ?位置； 2） 按照ab 3 2 确定最大抗力h σ位置，以该点的法线与隧道断面的平分线的交点为基准点o ，连接ob ，此时ob 与隧道平分线的夹角作为抗力计算的实际b ?，h i b ???≤≤。 3. 计算主动荷载作用下的内力： 1） 由主动荷载的分布在去掉多余约束后，单独考虑主动荷载引起 的结构内力，画出内力图o ip ip N M 、0。计算模型为“悬臂曲梁”； 2） 计算墙底在单位力矩作用下的转角位移a kI 11= β 3） 按照内力图，可以知道墙底弯矩o ap M ，计算由此产生的墙底转角o ap β=1βo ap M 。轴力o ip N 引起竖向位移，由于结构对称，不影响结构内力计算（不考虑）； 4） 计算拱顶单位未知力引起的结构内力1M 、2M ，画出弯矩图； 5） 计算位移系数ik δ和自由项ip ?，其中 ds EI M M ? =1111δ≈∑?I E s 1 （1） ds EI M M ?==212112δδ≈∑?I y E s （2） ds EI M M ?=2222δ≈∑?I y E s 2 （3）
ds EI M M o ip p ? =?11≈∑?I M E s o ip （4） ds EI M M o ip p ? =?22≈∑?I yM E s o ip （5） 6） 按照基本方程的泛函形式 )()(0 )()(0 21222212110111221111=+?++++=+?++++ap p p p ap p p p f f X f X f X X ββδβδββδβδ （6） 计算出基本未知力p X 1、p X 2； 7） 主动荷载作用下内力计算 o ip i p ip o ip i p p ip N X N M y X X M +=++=φcos 221 （7） 4. 计算弹性抗力引起的结构内力 1） 计算最大弹性抗力公式 σ δδσh hp h k k -= 1 弹性抗力的大小与hp δ、σδh 有关，计算hp δ、σ δh 需要知道主动荷载作用下的ip M 、单位最大抗力作用下的σi M 和单位力单独作用下的ih M 。 2）σi M 的计算 如同ip M 的计算过程一样，需要计算单位最大抗力单独作用下的弯矩σ i o M ，墙底位移，自由项ds EI M M o i ?=?σ σ 11、 ds EI M M o i ?=?σσ 22，位移系数项与上述相同，未知力的计算公式
隧道衬砌计算
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，以竖直和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级围岩段和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、浅埋段和深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。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 M P a m =，计算摩擦角 045?= ，泊松比u=0.4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=，截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?，弹性模量29.5P a E G =。轴心抗压强度：12.5cd a f M P =；弯曲抗压强度：13.5cm d a f M P =；轴心抗拉强度: 1.33cd a f M P =;泊松比 u=0.2； (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度：37800/s kg m ρ=； 抗拉抗压强度：188std scd a f f M P ==； 弹性模量： 210s a E GP =； 5.4.2 结构内力图和变形图（Ⅴ级围岩深埋段） 5.4.3 结构安全系数 从上面的轴力图和弯矩图可知，需要对截面8、11、21、47、73进行检算， 而根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 （1）配筋前检算 混凝土和砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算： a K N R bh ?α≤ （式5-1）
压力隧洞衬砌计算方法
压力隧洞衬砌计算方法 李青麒 何其诚 (武汉水利电力大学水电学院 武汉 430072) 提 要 本文介绍一种压力隧洞的衬砌计算方法,并利用该方法对某水电站压力斜井进行了计算分析。该方法根据工程区域实测地应力资料回归拟合初始应力场,在此基础上模拟隧洞开挖、衬砌及衬砌与围岩间的初始缝隙,考虑在内水压力作用下衬砌与围岩联合作用,计算衬砌裂缝的分布,裂缝开展宽度及相应的配筋率等。 关键词 压力管道 钢衬钢筋混凝土结构 不衬砌隧洞 水力劈裂 围岩 本文于1998年3月2日收到。 一、前 言 通常引水式水电站在隧洞或调压室后面均接一压力管直达发电厂房,当此压力管道 布置在地下时,则成为埋藏式钢衬钢筋混凝土结构。在挪威、英、美等国,根据具体地质条件,有不少压力管道采用不作钢衬或完全不衬砌的压力隧洞结构形式。设计中多采用从工程实践中所总结出来的经验公式,如挪威的经验公式、澳大利亚的雪山公式。其理论依据主要是:对于地质条件好或较好的情况,当岩体中存在足够的初始应力,可以防止在内水压力作用下围岩发生水力劈裂,则可以单独由围岩承担内水压力作用。我国曾有过一些隧洞和洞段根据工程经验和类比采用了不衬砌隧洞形式;近年来国外不衬砌压力隧洞的成功经验在国内引起了广泛的重视,并在几个地质条件相对优越的水电站中根据上述经验公式成功地设计了不衬砌高压隧洞,如广州抽水蓄能电站、天荒坪抽水蓄能电站等。在地质条件好或比较好的情况下,采用不衬砌压力隧洞,可以节省压力管道投资、简化施工程序、缩短工期,无疑是比较先进的,会有广泛的前景。但设计所依据的经验公式则有其局限性:首先,严格说来,防止内压下围岩劈裂的是隧洞开挖后的二次应力,在隧洞断面尺寸不大时,用初始应力代替尚可,而以上覆岩体厚度作为判据则是粗略的,主要在于经验公式无法反映地质条件的影响和围岩各主应力间的差异。其次笼统地认为内水压力作用下,隧洞钢筋混凝土一旦开裂后,则衬砌成为完全的渗水结构,并丧失承载能力,仅起减糙作用也较粗略;工程实践证明,当衬砌裂缝开展宽度不大时(012～013mm 以下),将不会影响结构正常使用,不能等同于无衬砌隧洞。随着地应力测试技术的发展和数值计算手段的普及,目前在我国大、中型水电工程中地应力测试和数值计算分析已是设计中比较常见的手段。此时,不断探索一些新的设计计算方法,以补充经验公式的不足是可取的。 本文提出一种钢筋混凝土压力隧洞的三维有限元分析方法,能较全面地反映地应力、 1998年第3期 水 力 发 电 学 报 JOU RNAL O F H YDRO EL ECTR I C EN G I N EER I N G 总第62期
衬砌结构配筋程序
衬砌结构配筋程序 程序解释 本程序根据钢筋混凝土结构中的设计原理来编制，首先读入材料各特征系数，然后建立循环，读入各截面的厚度、轴力和弯矩，如果弯矩为负值，则要转为正值，但算出受拉区和受压区钢筋量后，要将它们互换，最终才得到衬砌内侧和外侧的钢筋量Ass（j）和Ass1（j）。算出各截面所需的配筋量，取衬砌内侧的钢筋最大值作为整体衬砌结构内侧每截面的配筋量即maxAs，取衬砌外侧的钢筋最大值作为整体衬砌结构外侧每截面的配筋量maxAs1，式中各主要符号的含义如下：Ak——安全系数； Rw——混凝土弯曲抗压极限强度标准值； Ra——混凝土弯曲抗压极限强度； N、NN（j）——轴力、轴力数组； M、MM（j）——弯矩、弯矩数组； b——截面宽度（沿隧道走向取单位长度1m）； x——混凝土受压区高度； Rg——钢筋的抗压计算强度标准值； As——受拉区钢筋的截面面积； As1——受压区钢筋的截面面积； y1——形心轴到受拉区边缘的距离； e——轴力作用点到到受拉钢筋重心的距离； e1——轴力作用点到受压钢筋重心的距离； h0——受压区边缘到受拉钢筋重心的距离； a——受拉钢筋重心到受拉区混凝土边缘的距离； a1——受压钢筋重心到受压区混凝土边缘的距离； e0——偏心距； h——截面高度（即衬砌厚度）； Ec——混凝土的受压弹性模量； Es——钢筋的弹性模量； Wmax——最大裂缝宽度； W——裂缝宽度允许值； afai——构件受力特征系数； csa——裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数； fctk——混凝土抗拉强度标准值； rte——纵向受力钢筋配筋率； Ace——有效受拉混凝土截面面积； R——纵向受拉钢筋表面特征系数； c——钢筋保护层厚度；
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045?=o ,泊松比u=0、4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=,截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?,弹性模量29.5Pa E G =。轴心抗压强度:12.5cd a f MP =;弯曲抗压强度:13.5cmd a f MP =;轴心抗拉强度: 1.33cd a f MP =;泊松比u=0、2; (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度:37800/s kg m ρ=; 抗拉抗压强度:188std scd a f f MP ==; 弹性模量:210s a E GP =; 5、4、2 结构内力图与变形图(Ⅴ级围岩深埋段) 5、4、3 结构安全系数 从上面的轴力图与弯矩图可知,需要对截面8、11、21、47、73进行检算,而 根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 (1)配筋前检算 混凝土与砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算: a KN R bh ?α≤ (式5-1)
谈高水压山岭隧道衬砌水压力的计算
谈高水压山岭隧道衬砌水压力的计算 仇文革高新强 （西南交通大学土木工程学院成都 610031） [摘要] 在高水压岩溶区修建隧道在国内外都是个技术难题，采用理论分析方法和等效连续介质模型用数值方法分析了隧道渗流场的分布，对地下水在围岩、注浆圈、衬砌上 水压力分布规律及其作用系数进行了分析。研究结果表明：衬砌背后水压力的大小 与围岩、注浆圈、衬砌的厚度、渗透系数和隧道的控制排水量关系密切。 [关键词] 山岭隧道；衬砌水压力；水压力作用系数；水压力计算 1 引言 山岭隧道地下水流是处于地下水流系统之中，隧道所处的水力单元不同隧道位置的渗流场也有所不同。在山体中开挖隧道后地下水的所有补给、排泄状态见图1。尽管隧道围岩裂隙发育，注浆堵水后仍可将围岩、注浆圈、衬砌看成是符合达西定律的串联水流网络；若围岩中存在大的岩溶管道，可以视为并联水流网络；若两种都存在可以视为混合水流网络。 图1 隧道区地下水补给与排泄的示意图 隧道开挖后根据地下水补给量（Q g）和 隧道最大排水量（Q p）的大小关系可以产生3 种演变模式（见图2）。
(b) Qg <
曲墙式衬砌计算 2
3拱形曲墙式衬砌结构计算 3.1基本资料： 公路等级山岭重丘高速公路 围岩级别Ⅴ级 围岩容重γ =20KN/m3 S 弹性抗力系数 K=0.18×106 KN/m 变形模量 E=1.5GPa 衬砌材料 C25喷射混凝土 =22 KN/m3 材料容重γ h =25GPa 变形模量 E h 二衬厚度 d=0.45m
图2 衬砌结构断面（单位：cm） 3.2荷载确定： 3.2.1围岩竖向压力 根据《公路隧道设计规范》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 其中： S——围岩的级别，取S=5； γ——围岩容重，取γ=20 KN/m3； ω——宽度影响系数，由式ω=1+i (B-5)计算， 其中，B为隧道宽度，B=11.93+2×0.45+2×0.10=13.03m，式中0.10为一侧平均超挖量;B>5时，取i =0.1，ω=1+0.1*(13.03-5)=1.803 所以围岩竖向荷载（考虑一衬后围岩释放变形取折减系数0.4）
q=0.45×16×20×1.803*0.4＝259.632*0.43k /m N =103.853k /m N 3.2.2计算衬砌自重 g=1/2*(d 0+d n ) *γh =1/2×(0.45+0.45) ×22=9.9 3k /m N 根据我国复合式衬砌围岩压力现场量测数据和模型实验，并参考国内外有关资料，建议Ⅴ级围岩衬砌承受80%-60%的围岩压力，为安全储备这里取：72.70 3k /m N 1）全部垂直荷载 q= 72.70+g=82.603k /m N 2）围岩水平均布压力 e=0.4×q=0.4×82.60=33.043k /m N 3.3衬砌几何要素 3.3.1衬砌几何尺寸 内轮廓线半径： r 1 =7.000 m , r 2 = 5.900 m 内径r 1，r 2所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角： α1=70.3432°， α2 =108.7493° 拱顶截面厚度d 0 =0.45 m ,拱底截面厚度d n =0.45m 。 3.3.1半拱轴线长度S 及分段轴长△S S =12.363 m 将半拱轴长度等分为8段，则 △S=S/8=12.363/8=1.545 m △S/E h =1.545/0.25×108 =6.18×10-8 m 3.3.3各分块截面中心几何要素 各分块截面与竖直轴的夹角及截面中心点的坐标可以由图3直接量得，具体数值见表2-1。
隧道衬砌钢筋加工与安装作业指导手册
隧道衬砌钢筋加工与安装作业指导书 一、适用范围 适用于贵广铁路贺州至广州段GGTJ-标第三项目部负责的隧道衬砌钢筋加工与 安装施工。 二、作业准备 1、内业准备 （1）、施工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核图纸， 熟悉施工规范。 （2）、制定施工安全保证措施，编制应急预案。 （3）、对施工人员进行技术交底，并进行岗前培训，培训合格后方可上岗。 2、外业方面 （1）、衬砌施工前，由测量站对隧道净空断面进行量测，对侵限部位进行处理，当隧道净空满足设计要求后方可进行衬砌施工。 （2）、用于隧道衬砌施工的原材料必须经检验合格方可使用。 （3）、用于隧道衬砌施工的模板台车必须经检验合格后方可使用。 三、技术要求 隧道衬砌施工应符合以下技术标准： 《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》铁建设〔2005〕160； 《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》TZ214—2005； 隧道施工设计图。 四、施工程序和工艺流程 4.1施工程序 隧道衬砌要遵循“仰拱超前、墙拱整体衬砌”的原则，初期支护完成后，为有效地控制其变形，仰拱尽量紧跟开挖面施工，仰拱填充采用栈桥平台以解决洞内运输问题，并进行全幅一次性施工。仰拱施作完成后，利用多功能作业平台人工铺设防水板，绑扎钢筋后，采用液压整体式衬砌台车进行二次衬砌，采用拱墙一次性整
体灌注施工。混凝土在洞外采用拌和站集中拌和，混凝土搅拌运输车运至洞内，混 凝土输送泵泵送入模。 4.2工艺流程
5.2钢筋加工及绑扎注意事项： 在防水板铺设完成并检查合格后，进行钢筋绑扎，先根据隧道轮廓绑扎外层环向定位钢筋（利用结构钢筋），在外侧环向钢筋上焊接竖向定位钢筋（根数应保证纵向定位钢筋顺直）和纵向定位钢筋，根据纵向定位钢筋安装外层环向钢筋和纵向分布钢筋，然后测量内层钢筋位置，焊接内层纵向定位钢筋（要求位置准确，保护层厚度满足设计，禁止露筋），根据内层定位钢筋安装内层环向钢筋和纵向分布钢筋，最后安装两层钢筋之间的联系筋。为保证钢筋保护层，内外层钢筋必须安装同标号砼垫块。同时为了防止钢筋在安装完成后产生变形（主要是拱顶下沉），定位钢筋必须加设砼垫块顶紧初期支护。纵向钢筋应将接地钢筋在浇筑砼前标识，同时 保证露出长度和露出位置。 5.2.1、所有需要安置的钢筋必须在加工场，现场加工成型后，方可使用。 5.2.2、钢筋调直及除锈。钢筋使用前应将表面油渍、漆皮、鳞锈等清除干净。 钢筋应平直，无局部弯折，成盘的钢筋和弯曲的钢筋均应调直。 5.2.3、钢筋的弯制和末端的弯钩应符合设计要求。 5.2.4、钢筋的焊接与绑扎接头 ⑴隧道衬砌受力钢筋接头宜设置在受力较小处，受拉钢筋宜采用套筒机械连接方式，其他钢筋可采用绑扎搭接；隧道衬砌拱部及边墙钢筋接头不得采用焊接。 ⑵钢筋的级别、直径、根数和间距均应符合设计要求。绑扎或焊接的钢筋网和钢筋骨架不得有变形、松脱和开焊，钢筋位置应该准确，偏差不得超过下列规定： 受力钢筋间距：拱部±10mm，边墙±20mm； 箍筋、螺旋筋、横向水平筋间距：±20mm；
隧道衬砌台车结构计算书
隧道衬砌台车结构计算 书 The manuscript was revised on the evening of 2021
XXXXXXXXXX引水隧道项目衬砌台车计算书 编制： 校核： 审核： 2017年10月
xxxxx项目衬砌台车计算书 1、《xxxxx施工图设计》 2、《衬砌台车结构设计图》 3、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003) 4、《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002) 2. 概况 xxxxx隧道衬砌模板系统及台车布置图如下图。隧道二衬模板由一顶模、两侧模组成，模板均由6mm钢板按照二衬外轮廓线卷制而成。顶模模板拱架环向主肋采用I10工字钢,加工成R=1447mm，L=3650mm的圆弧拱形，拱架环向肋板间距1m，拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢，间距30cm；侧模模板拱架环向肋板采用1524mm长的I14工字钢，侧模环向肋板在隧洞腰线以上部分加工成加工成R=1447mm，L=527mm的圆弧拱形，腰线以下加工成R=3327mm，L=997mm的圆弧拱形，拱架环向肋板间距1m，拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢，间距30cm。 衬砌台车由顶拱支撑、台车门架结构、走行系统、顶升系统及侧模支撑系统组成，纵向共9m长。顶拱支撑采用H200×200×立柱，纵向焊接通长的∠45*45*6的角钢组成钢桁架，焊接于台车门市框架主横梁上，支撑顶模。衬砌台车门式框架立柱采用H200×200×型钢、横梁、纵梁均采用I20a工字钢焊接组成，其节点处焊接1cm厚的三角连接钢板缀片进行加固。本衬砌台车与顶拱支撑焊接为一个整体。进行顶模的安装及拆除时，在轨道两侧支垫20*20*60cm的枕木，枕木上安放千斤顶进行台车和顶拱支撑系统的整体升