某工程A隧洞5类围岩衬砌内力及配筋计算书
隧道(衬砌工程量)计算书
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《隧道衬砌详尽计算》课件
软件应用案例及效果展示
某高速公路隧道施工过程中，采用有 限元分析软件对衬砌结构进行了详尽 的计算和分析，确保了隧道的施工安 全和质量。
此外，该软件还应用于其他多个隧道 工程中，均取得了良好的效果和效益 ，证明了其在隧道衬砌计算中的重要 性和优势。
CHAPTER
有限元分析软件介绍
1
有限元分析软件是一种广泛应用于工程领域的计 算工具，它能够模拟复杂的结构和现象，提供详 尽的分析结果。
2
在隧道衬砌计算中，有限元分析软件能够模拟衬 砌结构的受力状态、变形情况以及稳定性等，为 设计提供重要的参考依据。
3
常见的有限元分析软件包括ANSYS、ABAQUS、 SAP等，这些软件具有强大的计算能力和广泛的 应用领域。
3
有限元法
通过有限元分析软件，模拟衬砌结构的稳定性。
04 隧道衬砌计算的实例分析
CHAPTER
某隧道工程概况
隧道长度：10km
隧道名称：某高速公路隧道
01
隧道断面：矩形断面，宽度
20m，高度5m
02
03
工程地质：隧道穿越山岭地 区，地质条件复杂，包括岩
石、土壤和地下水等
04
05
施工环境：隧道施工难度较 大，需考虑通风、water supply and drainage等
面限制等。
计算结果的分析与评价
受力分析
分析衬砌结构在施工过程中的受力状态，包括衬砌内力、外力和 变形等。
安全评价
根据计算结果，评价衬砌结构的安全性，判断衬砌是否满足设计 要求和施工安全。
优化建议
根据计算和分析结果，提出衬砌结构的优化建议，提高隧道施工 的安全性和可靠性。
某水电站引水隧洞衬砌结构计算书
某水电站引水隧洞衬砌结构计算书目录1 计算总说明 (1)1.1 计算目的及要求 (1)1.2 基本资料 (1)1.3 计算原则和假定 (1)1.4 材料参数 (2)1.5 参考书目及资料 (2)2 计算过程 (3)2.1 围岩分担内压 (3)2.2 按初拟配筋计算钢筋应力 (8)2.3 按限裂标准复核钢筋应力 (9)2.4 抗外压计算 (11)3 计算成果及分析 (13)4 附图........................................... 错误！未定义书签。
引水隧洞衬砌结构计算书1 计算总说明1.1 计算目的及要求本算稿采用高压隧洞的透水衬砌方法（公式法）对某水电站引水隧洞进行内力和配筋计算，为施工详图设计阶段引水隧洞衬砌的施工图绘制提供合理的数据依据。
1.2 基本资料引水隧洞布置于XX河左岸，进水口至调压室引水隧洞长全长15541.226 m，为有压隧洞。
引水隧洞建筑物为3级，结构安全级别为Ⅱ级。
沿线山体雄厚，设计洞轴线与主要结构面呈较大角度相交，具备基本的地形地质条件，围岩类别以Ⅲ类为主，局部稳定性差，应及时采取支护措施；少部分洞段属Ⅱ类围岩，基本稳定，Ⅳ~Ⅴ类围岩不稳定。
Ⅱ、Ⅲ1类围岩段，采用马蹄形断面(喷锚支护方式)，Ⅲ2、Ⅳ、Ⅴ类围岩段采用马蹄形或圆形断面（钢筋混凝土衬砌支护方式），本算稿仅针对钢筋混凝土衬砌支护段进行结构计算。
围岩分类及参数详见附页互提资料单。
1.3 计算原则和假定高压隧洞的结构设计采用了透水衬砌方法进行计算，本工程采用公式法进行计算。
公式法：考虑变形协调，计算圆形断面在内水压力作用下围岩、混凝土、钢筋的应力和变形，以及混凝土裂缝开展宽度。
充水过程：初次充水，内水压力达到一定程度后，高压隧洞衬砌体开裂，内水压力以渗透压力，即体积力的形式作用在混凝土衬体和围岩上，使混凝土衬体内、外水压的压差逐渐降低或趋于平衡，从而在钢筋混凝土上产生的应力都较小。
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1.31.4 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。
《隧洞衬砌内力及配筋计算通用程序G—12》应用中的几个问题
1006-8139(2000)06-0033-02《隧洞衬砌内力及配筋计算通用程序G—12》应用中的几个问题侯建强1 孛永平2(1山西省水利厅 2水利部山西水利水电勘测设计研究院)文摘:本文讨论了隧洞衬砌内力及配筋计算G-12程序应用中的几个问题。
关键词:隧洞衬砌; 程序; 应用引言随着计算机应用的日益普及,在水工隧洞设计中,繁锁的隧洞衬砌内力和配筋计算,使用程序计算取代手工计算已是顺理成章的事情。
计算隧洞衬砌内力及配筋的程序很多,我们常用到的有通用程序G—12、分洞形的隧洞衬砌静力计算程序、结构力学方法计算程序、平面有限元计算程序等多种,其中通用程序G—12以适应面广、计算方法合理、程序简单、容易掌握和运用等特点成为我们设计工作中最适用的方法。
本文就该程序在使用中的几个问题从程序原理、山岩压力的计算、灌浆压力的计算、围岩弹抗系数的确定、荷载组合方式等几个方面作一剖析,望得到同行和有识之士的批评和帮助。
1. 程序说明通用程序G—12采用屠规彰等提出的衬砌结构的非线性常微分方程组及其初参数值法,结合水工隧洞的洞型和荷载特点,解处隧洞衬砌在水压力、山岩压力、灌浆压力、外水压力及衬砌自重等荷载作用下的弹性抗力分布,算出衬砌的变位和内力,并按水工钢筋混凝土设计规范进行配筋计算。
该程序应用面广,可对圆形、城门洞形、马蹄形、方形、拱形和渐变段等十三种对称结构和对称荷载的隧洞断面衬砌进行静力计算。
应用该程序进行计算所需要的原始数据,依断面的不同形式可分为四部分:(1)衬砌断面的几何尺寸;(2)作用于衬砌上的主动荷载,包括内水压力、山岩压力、灌浆压力、外水压力;(3)围岩的弹性抗力;(4)衬砌自身的荷载,包括衬砌材料的容重、弹性模量等参数。
在以上四部分数据中,第一、四部分为计算中已知的,只有二、三部分的数据是需要分析和计算确定的。
2 程序应用中几个原始数据的确定2.1 山岩压力山岩压力的大小是隧洞临时性支护和长期衬砌的主要依据,因而正确估计山岩压力值是一项很重要的工作。
衬砌计算书 算例演示
课程设计计算书课程名称：隧道工程题目：隧道选线及结构计算学院：土木工程学院系：土木工程系课题组：岩土与地下工程专业：土木工程专业岩土与地下工程方向班级：土木工程十一班组员学号：09301126组员姓名: 陈祥起讫日期：2013。
1.7—2013.1。
18指导教师：岳峰目录第一部分设计任务 (1)一、设计依据 (1)二、设计资料 (1)1。
设计等级 (1)2.设计车速 (1)3。
围岩级别 (1)4。
折减系数 (1)5.使用功能 (1)6。
隧道平纵曲线半径和纵坡 (1)7.隧道结构设计标准 (1)8。
1：10000地形图. (1)第二部分隧道方案比选说明 0一、平面位置的确定 0二、纵断面设计 (4)三、横断面设计 (4)第三部分二次衬砌结构计算 (5)一、基本参数 (5)二、荷载确定 (6)三、计算衬砌几何要素 (7)四、位移计算 (7)1.单位位移 (9)2.载位移—主动荷载在基本结构中引起的位移 (9)3.载位移—单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移 (12)4.墙底（弹性地基梁上的刚性梁）位移 (16)五、解力法方程 (17)六、计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌内力 (18)七、最大抗力值的求解 (20)八、计算衬砌总内力 (20)九、衬砌截面强度检算 (23)十、内力图 (24)第一部分设计任务一、设计依据本设计根据《公路工程技术标准》(JTG B01—2003）,《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004）进行设计和计算。
二、设计资料1.设计等级:高速公路;2.设计车速：80km/h;3.围岩级别：V级4.折减系数：50％5.使用功能：道路双向四车道，隧道左、右线单向各两车道；6。
隧道平纵曲线半径和纵坡平纵曲线设计满足规范要求，洞口内外各有不小于3s行车速度行程长度范围内的平纵线形保持一致。
7。
隧道结构设计标准(1).设计使用期：100年；（2).设计安全等级:一级；（3)。
结构防水等级:二级;8。
某铁路隧道五级围岩开挖施工方案-(2)
兰州交通大学地下施工课程设计题目＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿班级＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿姓名＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿学号＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿指导老师＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿兰州交通大学土木工程学院2012年6月目录一、工程概况 21.1地质概况 31.2设计参数 31.3支护参数错误!未定义书签。
二、开挖施工方案 32.1开挖方法 32.2施工工序流程 42.3运输作业 42.4开挖作业 4三、主要技术措施错误!未定义书签。
3.1超欠挖控制措施 63.2开挖中的测量控制 6四、施工方法74.1开挖断面施工74.2、爆破设计94.3、洞身初期支护94.4、防排水设计144.5、防坍技术措施154.6、监控量测154.7、供风、供水、供电和照明15五、施工注意事项错误!未定义书签。
5.1施工注意原则错误!未定义书签。
六、质量管理166.1质量目标176.2 质量管理机构及保证体系176.3质量检查程序错误!未定义书签。
6.4工程质量保证措施 17七、安全、环保及文明施工177.1安全方针及目标187.2 安全施工保证措施19一、工程概况1.1施工概况双线铁路隧道V级围岩段施工。
V级围岩复合式衬砌（双侧沟加中心沟，断面加宽）。
1.2设计参数1.平纵断面：隧道洞身设计为双线铁路隧道，全隧线间距为2722m。
隧道出口段纵向坡度为-10‰。
1.3支护参数按照Ⅴ级围岩支护参数施工。
初期支护以网喷混凝土+锚杆+型钢钢架组成，拱部锚杆采用φ22组合中空注浆锚杆，长4.0m，环纵间距1.5×1.5m；边墙采用φ22砂浆锚杆，长4.0m，环纵间距1.2×1.0m；锚杆呈梅花状布置。
拱部140°范围内布设φ42超前注浆小导管，长度L=4.5米，环向间距0.4m；I18临时钢架拱、墙、仰拱架设；纵向连接筋环向间距1.0米，采用φ22钢筋制作；拱部、边墙喷射C20混凝土，喷射混凝土厚度为20cm。
隧道结构计算书
地 面
H1=25m
q1 qm e1
h'=4.1m H2=17m
q2 qz e 3 e4
e3 e4
e' 1
h=11.58m
e2
B=32.22m
e' 2
图 3-1 浅埋连拱隧道荷载计算示意图 图 3-1 所示为连拱隧道 V 级围岩浅埋段最大埋深处隧道二次衬砌结构荷载计 算示意图。从图中看出，左侧洞室埋深大于右侧洞室，存在偏压现象。隧道结构
-3-
隧道结构计算书
H q1 H1 1 1 tan B H q2 H 2 1 2 tan B
中隔墙顶部三角形块体自重荷载为：
qz h
作用在衬砌上的隧道两侧水平围岩压力为：
e1 H1 e2 ( H1 h) H 2 e1 ( H 2 h) e2
得：
tan =tanc
(tan 2 c 1)tanc ＝2.52 tanc tan
tan tan c ＝0.35 tan 1 tan (tan c tan ) tan c tan
25 H q1 H1 1 1 tan 25 25 1 0.35 0.384 ＝560kPa B 32.22
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 ：
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045ϕ=，泊松比u=0.4。
五级围岩专项方案
一、编制依据根据《公路隧道施工技术规范》（JTG F60-2009）及国家相关法律法规，结合本项目实际情况，特制定本五级围岩专项施工方案。
二、编制范围本方案适用于本项目隧道施工中遇到的五级围岩段，包括隧道洞身、洞口及辅助坑道等。
三、编制原则1. 安全第一：确保施工安全，预防事故发生。
2. 质量优先：保证施工质量，满足设计要求。
3. 经济合理：合理选择施工方法，降低施工成本。
4. 环保节能：注重环境保护，节能减排。
四、工程概况五级围岩属于软岩，具有强度低、变形大、自稳性差等特点。
本工程隧道全长X米，五级围岩段长度为Y米，占隧道总长度的比例约为Z%。
五、施工总体布署及重要施工措施1. 施工顺序：先开挖，后支护，再衬砌。
2. 开挖方法：采用台阶法开挖，台阶高度控制在1.5米以内。
3. 支护措施：- 喷射混凝土：厚度不小于15厘米，强度等级不小于C20。
- 钢筋网：直径不小于6毫米，间距不大于20厘米。
- 钢拱架：采用I20型钢拱架，间距不大于1米。
- 塑性混凝土锚杆：长度不小于2米，间距不大于1米。
4. 衬砌措施：- 模板：采用钢模板，确保衬砌质量。
- 混凝土：强度等级不小于C25，坍落度控制在18-22厘米之间。
- 混凝土浇筑：采用泵送施工，确保混凝土密实。
六、不安全原因（危险源）分析1. 围岩稳定性差，易发生坍塌。
2. 施工过程中，存在高空坠落、机械伤害等风险。
3. 施工现场存在火灾、触电等安全隐患。
七、技术组织措施1. 加强围岩监测，及时发现异常情况。
2. 严格执行施工方案，确保施工质量。
3. 加强安全教育培训，提高施工人员安全意识。
4. 严格执行安全生产责任制，落实安全措施。
八、临时用电方案1. 临时用电设备：发电机、电缆、配电箱等。
2. 供电线路：采用电缆线路，并做好接地保护。
3. 电气设备：定期检查、维护，确保设备安全运行。
九、工程质量保证体系1. 建立健全质量保证体系，明确质量责任。
2. 加强原材料、半成品、成品的质量检验。
050隧道衬砌结构计算
第一节 概述
1、隧道结构设计应注意的问题 1）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 ,围岩具有自稳能力,在 很大程度上是隧道结构承载的主体。 2）净空断面的要求（总体设计），强度要求（结 构设计与计算） 3）对不同型式的衬砌结构物应用不同方法进行强 度计算
第一节 概述
＋温度作用力 ● 结构自重＋土压力＋附加恒载＋地震作用
附加恒载：伴随隧道运营的各种设备设施的荷载 等。
第二节 半衬砌的计算
半衬砌：拱圈直接支承 在坑道围岩侧壁
常用于坚硬、较完整的 围岩（Ⅱ、Ⅲ级）。
用先拱后墙法施工时， 在拱圈已做好，但马口 尚未开挖前，拱圈也处 于半衬砌工作状态
第二节 半衬砌的计算
S
ip E
MiMp0 EJ
5、拱脚位移计算
⑴ 单位力矩作用时
1
Ma Wa
6
b ha2
1
1
ka
6 kabha2
ha
a
a
a a
ha
1
1
ha
ka1b2ha3
1 kaJa
2
ua 0
ha 为拱脚截面厚度；Wa 为拱脚截面的截面模量； ka 是拱脚围岩基底弹性抗力系数； J a 为拱脚
截面惯性矩； b 为拱脚截面纵向单位宽度，取 1 米。
a10
1p
0 ap
a20 2p fa0p ua0p
则任意截面处的内力为
Mi X1 X2yi Mi0p
Ni X2 cosi Ni0p
x
第三节 曲墙式衬砌计算
● 常用于Ⅳ～Ⅵ级围岩；
● 拱圈和曲边墙作为一个整体按无铰 拱计算；
● 施工时仰拱是在无铰拱业已受力之 后修建的，不考虑仰拱对衬砌内力的 影响 ；
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省天全县与甘孜泸定县交界的二郎山地段, 东距约 260km , 西至约 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开展。
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 , 使该路段公路到达三级公路标准, 满足了川藏线二郎山段的全天候行车。
1.2 工程地质条件地形地貌二郎山段山高坡陡,地形险要,在地貌上位于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。
水文气象二郎山位于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,二郎西两侧气候有显著差异。
东坡潮湿多雨,西坡枯燥多风,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。
某隧道主体结构内力计算及配筋设计
交通与土木工程河南科技Henan Science and Technology总第872期第1期2024年1月某隧道主体结构内力计算及配筋设计孙建波1 李登寿1 史金录1 刘 渊2 徐大桥2（1.中信建设有限责任公司，北京 100027；2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430000）摘 要：【目的】为完成隧道衬砌结构设计，需要对隧道围岩压力和隧道主体结构内力进行计算。
根据隧道受力特点进行合理的计算假定。
【方法】基于国道321线，采用SAP84软件对最不利断面的不同工况进行设计计算和模型分析并进行验证。
【结果】结果表明，此隧道主体结构在三种最不利断面的工况下，配筋内力计算结果和验证情况均符合规范要求。
【结论】该项目配筋设计时在正常使用状态下的计算结果，结合承载能力极限状态下的计算结果进行验证，能够快速有效地确定最终配筋结果，为配筋提供了理论依据，为今后隧道衬砌结构设计提供参考。
关键词：隧道结构设计；结构内力计算；SAP84；配筋设计中图分类号：U455.43 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2024）01-0061-06DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2024.01.012Structural Internal Force Calculation and Reinforcement Design of theMain Structure of a TunnelSUN Jianbo 1 LI Dengshou 1 SHI Jinlu 1 LIU Yuan 2 XU Daqiao 2（1. CITIC Construction Co., Ltd., Beijing 100027,China;2. China Central and South Municipal Engineering Design and Research Institute Co., Ltd., Wuhan 430000,China ）Abstract: [Purposes ] To complete the design of tunnel lining structure, it is necessary to calculate thepressure of tunnel surrounding rock and the internal force of the main structure of the tunnel. Reasonablecalculation assumptions should be made based on the stress characteristics of the tunnel. [Methods ] Based on the national highway 321, this paper used SAP84 software to conduct design calculation, model analysis, and results verification in three different working conditions of the most unfavorable section.[Findings ] The results indicate that the calculation results and verification results of the reinforcement internal force of the main structure of this tunnel meet the requirements of the specifications under the three most unfavorable cross-sectional conditions.[Conclusions ] The calculation results of the rein⁃forcement design of the project in the normal use state are verified by the calculation results of the bearing capacity limit state, which can quickly and effectively determine the final reinforcement re⁃sults and provide a theoretical basis for the reinforcement and a reference for the design of tunnel lin⁃ing structure in the future.Keywords: tunnel structure design; structural internal force calculation; SAP84; reinforcement design收稿日期：2023-06-29作者简介：孙建波（1982—），男，硕士，工程师，研究方向：建筑与市政施工技术。
隧洞衬砌的结构计算
( ) G自＝g × pR2－pr2
洞 衬
衬砌厚度：
R－r
=
(1 8
-
1 12
)D洞
砌 （2）内水压力（有压隧洞主要荷载） 的 （1）发电引水隧洞：内水压力为全水头加 水击压力；
结 （2）有压洞：内水压力为均匀内水压力和 无水头洞内满水压力两部分； 构 （3）无压洞：内水压力为水面线以下的静水压力； 计
衬
v弹塑性力学模型
砌
v黏弹塑性力学模型
的
结
v模拟隧洞形成和承受过程
构
v渗流应力耦合分析
计动面
v隧洞埋深大于3倍洞径
（6）灌浆压力弹性抗力
v回填灌浆：小范围、低压力、浅孔灌浆。 临时荷载，可不考
虑 v固。结灌浆：大范围、高压力、深孔灌浆。 相当于外水压力，位
隧
置较深，大部分 作用于围岩上，小部分使衬砌受压， 临时荷载，
洞
可不考虑。
衬 （7）温度荷载
砌
混凝土的水化热和运行时水温、气温的变化引起的衬砌的温度
室开挖后，上部的部分岩石失去支承，而形成塌落拱，拱外岩体
洞
未受影响，拱内岩体自重即为山岩压力。
衬
砌
以顶拱上任意截面弯矩为零，得出顶拱抛物线方程，计算抛物线
的
以下的岩体自重。
结
平衡拱理论：
构
h = b / fk, fk为围岩牢固系数
洞顶以上覆盖
计
铅直围岩压力：
岩层厚度大于
算
平衡拱高度2倍
平顶：q = g 1h，g 1为岩石重度
v基本荷载：
隧
衬砌自重、围岩压力、预应力、设计条件下的
洞
衬
内水压力及地下水压力；
某公路隧道衬砌结构计算书word精品文档27页
目录一基本资料 (1)二荷载确定 (1)2.1围岩竖向均布压力 (1)2.2围岩水平均布力 (1)三衬砌几何要素 (2)3.1衬砌几何尺寸 (2)3.2半拱轴线长度S及分段轴长△S (2)3.3割分块接缝重心几何要素 (2)四计算位移 (2)4.1单位位移 (3)4.2载位移——主动荷载在基本结构中引起的位移 (3)4.3载位移——单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移 (9)4.4墙低（弹性地基上的刚性梁）位移 (12)五解力法方程 (13)六计算主动荷载和被动荷载（1σ=）分别产生的衬砌内力 (13)h七最大抗力值的求解 (15)八计算衬砌总内力 (16)九衬砌截面强度检算（检算几个控制截面） (17)9.1拱顶（截面0） (17)9.2截面（7） (18)9.3墙低（截面8）偏心检查 (18)十内力图18一 基本资料高速公路隧道，结构断面如图1所示，围岩级别为V 级，容重318kN /m ϒ=，围岩的弹性抗力系数630.1510kN /K m =⨯，衬砌材料C20混凝土，弹性模量72.9510kPa h E =⨯，容重323kN /m ϒ=。
图1 衬砌结构断面二 荷载确定2.1 围岩竖向均布压力： 10.452s q ωγ-=⨯式中：s ——围岩级别，此处s=5；ϒ——围岩容重，此处ϒ=18kN/㎡；ω——跨度影响系数，ω=1+i(B m -5)，毛洞跨度B m =12.02m ，B m =5~15时，i=0.1，此处: ω=1+0.1×（12.02-5）=1.702所以，有：510.45218 1.702220.5792q kPa -=⨯⨯⨯=考虑到初期之处承担大部分围岩压力，而二次衬砌一般作为安全储备，故对围岩压力进行折减，对于本隧道按照45%折减，即q 45%0.45220.579299.2606q kPa =⨯=⨯=2.2 围岩水平均布力：e =0.4×q=0.4×99.2606=39.7043kPa三 衬砌几何要素3.1衬砌几何尺寸内轮廓半径 r 1=5.56m ；内径r 1 所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角1ϕ=100°； 截面厚度d=0.45m 。
隧洞衬砌计算
一、荷载及荷载组合
寒冷地区： ①有压圆形隧洞，根据弹性理论折算为等效内水压力。
例：有压圆形隧洞，内直径4米，花岗岩γ=2.5T/m3，衬
砌厚0.40米，岩石原始温度T=12℃,冬季平均最低温度0.2℃, 混凝土浇筑温度T1=12℃，混凝土在水中的膨胀值相当于T/=5℃, 求衬砌温度应力相当于多少内水压力？
如果视钢板衬砌，外水压力才是边界力。
一、荷载及荷载组合
（四）衬砌自重 衬砌自重是指沿隧洞轴线1m长的衬砌的自重，均匀作
用于衬砌厚度的平均线上，计算的厚度应考虑平均超挖回 填部分，其平均厚度可取0.1～0.3m。
单位面积上的自重强度g为：
g c h KPa
式中： c —衬砌材料的容重（KN/m3）， h —包括超挖在内的衬砌厚度。
载、地震力、施工荷载等。
衬砌计算时常采用下列荷载组合：
基本组合：1、正常运行情况：山岩压力+衬砌自重+宣泄设
计洪水时内水压力+外水压力。
不同地段岩 计弹性抗力
北方 考虑温度荷载
石情况不同 不考虑弹性抗力 非寒冷地区 不考虑温度荷载
特殊组合：2、施工、检修情况：山岩压力+衬砌自重+可能出
现的最大外水压力。
影响因素很多且错综复杂，难精确计算。
一、荷载及荷载组合
目前，确定围岩压力的方法：
★ 松散介质理论（塌落拱法）
此方法视岩体为具有一定的凝聚力的松散介质，在 洞室开挖后，由于岩体失去平衡形成“塔落拱”，拱处 的围岩仍保持平衡，拱内岩块重量就是作用再衬砌上的 荷载——山岩压力。
普氏用“坚固系数f”k （亦称拟摩擦系数），代替岩
tg 2
45o
2
一、荷载及荷载组合
隧洞衬砌结构计算书
隧洞衬砌结构计算书项目名称_____________日期_____________设计者_____________校对者_____________一、示意图：二、基本资料：1．依据规范及参考书目：《水工隧洞设计规范》（DL/T 5195-2004，以下简称《规范》）《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008)，以下简称《砼规》《隧洞》（中国水利水电出版社，熊启钧编著）《水工隧洞和调压室水工隧洞部分》（水利电力出版社，潘家铮编著）2．几何参数：半跨宽度L1＝2.000 m；顶拱半中心角α＝60.00°拱顶厚度D1＝0.400 m；拱脚厚度D2＝0.600 m侧墙厚度D3＝0.600 m；侧墙高度H2＝4.000 m隧洞衬砌断面形式：圆拱直墙形底板厚度D4＝0.600 m3．荷载信息：内水压力水头H i＝0.00 m外水压力水头Ho ＝6.00 m；外水压力折减系数β＝0.40顶部山岩压力端部值Q1＝70.00kN/m；顶部山岩压力中间值Q2＝70.00kN/m侧向山岩压力上侧值Q3＝40.00kN/m；侧向山岩压力下侧值Q4＝50.00kN/m底部山岩压力端部值Q5＝0.00kN/m；底部山岩压力中间值Q6＝0.00kN/m顶拱围岩弹抗系数K1＝500.0 MN/m3侧墙围岩弹抗系数K2＝500.0 MN/m3底板围岩弹抗系数K3＝500.0 MN/m3顶拱灌浆压力P d＝0.00 kPa；P d作用半中心角αp＝0.00°其他部位灌浆压力P e＝0.00 kPa4．分项系数：建筑物级别：1级；荷载效应组合：基本组合；钢筋混凝土构件的承载力安全系数K ＝1.35衬砌自重分项系数γQ1＝1.10；山岩压力分项系数γQ2＝1.00内水压力分项系数γQ4＝1.00；外水压力分项系数γQ5＝1.00灌浆压力分项系数γQ3＝1.005．材料信息：混凝土强度等级：C25轴心抗压强度标准值f ck＝16.70 N/mm2；轴心抗拉强度标准值f tk＝1.78 N/mm2轴心抗压强度设计值f c＝11.90 N/mm2；轴心抗拉强度设计值f t＝1.27 N/mm2混凝土弹性模量E c＝2.80×104 N/mm2纵向受力钢筋种类：Ⅱ级钢筋强度设计值f y＝300 N/mm2；弹性模量E s＝2.00×105 N/mm2钢筋合力点到衬砌内、外边缘的距离a ＝0.050 m三、内力计算：N --衬砌计算截面的轴向力，kN，以拉为正；Q --衬砌计算截面的剪力，kN，以逆时针转动为正；M --衬砌计算截面的弯矩，kN·m，以内边受拉为正u --衬砌计算截面的切向位移，mm；v --衬砌计算截面的法向位移，mm；ψ--衬砌计算截面的转角位移，度；k --衬砌计算截面的围岩抗力，kPa计算节点编号顺序为：底板或底拱、底圆按照从左到右编号；顶板板或顶拱、顶圆按照从右到左编号；其余部位按照从下到上编号；1．承载能力极限状态下的内力计算：经过3次迭代运算后,各点设定抗力条件和法向位移一致。
五级围岩隧道二次衬砌计算书
毕业设计（论文）报告纸第二章Ⅴ级围岩二级衬砌计算书┊2.1 基本资料┊┊┊建子沟二级公路隧道的衬砌结构断面如下图，围岩级别为Ⅴ级，围岩容重γ = 19.5kN / m3 ,围岩的弹性抗力系数K = 0.2 ⨯106 kN / m3 ,衬砌材料为C25 混凝┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线1.9 ⨯104 kPa。
土┊┊┊┊┊2.2 荷载确定附图1：衬砌结构断面图（单位：米）┊┊┊┊┊┊┊┊2.2.1 围岩竖向荷载压力围岩松散压力: q '=0.45⨯2s-1γω式中：q ' = 0.45⨯ 2s-1γω = 0.45⨯ 25-1 ⨯19.5⨯ (1+ 0.1⨯ (11.4459 - 5)) = 230.9004kPa 围岩竖向均布压力q 按松散压力的40%计：q = 0.4q ' = 92.3602kPa2.2.2 围岩水平压力:e = 0.4q = 0.4 ⨯ 92.3602 = 36.9441kPa2.3 衬砌几何要素共 2 页第13 页截面 α i r 0x y 0 0 5.675 0 0 1 14.138 5.675 1.3196661 0.1555701 2 28.2714 5.675 2.5669796 0.6137511 3 42.4003 5.675 3.6735546 1.3494224 4 56.5255 5.675 4.5787216 2.3222499 5 70.6206 5.675 5.2514418 3.5237251 6 84.7613 5.675 5.6000865 4.7559483 7 98.9052 5.675 5.6602866 6.0833882 8 905.6755.41015317.3884376表中α 为各分块接缝中心与竖直轴的夹角，x 和 y 为接缝中心点的横、纵坐标。
内轮廓半径 r 1 = 5.273m ， 外轮廓半径 r 2 = 5.723m ，┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 拱轴线半径 r 0 = 5.498m 。
隧道5级围岩课程设计
隧道5级围岩课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解隧道5级围岩的概念、分类及特点；2. 掌握隧道5级围岩的力学性质及影响参数；3. 了解隧道5级围岩的稳定性分析方法及其在工程中的应用。
技能目标：1. 能够运用专业知识对隧道5级围岩进行分类和性质判断；2. 学会使用相关软件对隧道5级围岩的稳定性进行分析；3. 能够结合实际工程案例，提出合理的隧道5级围岩支护方案。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对隧道工程及岩土工程的兴趣，激发学习热情；2. 增强学生的团队合作意识，提高沟通协调能力；3. 培养学生严谨的科学态度和良好的工程伦理观念。
课程性质：本课程为专业核心课程，以理论教学与实践操作相结合，注重培养学生的专业素养和实际工程能力。
学生特点：五年级学生，具有一定的专业知识基础，具备初步的独立思考和分析问题的能力。
教学要求：结合课程性质、学生特点，将课程目标分解为具体的学习成果，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，充分调动学生的学习积极性，培养其独立思考和解决问题的能力。
同时，注重培养学生的团队协作精神和工程伦理观念，为后续的工程实践打下坚实基础。
二、教学内容1. 隧道5级围岩基本概念与分类- 围岩分级标准及5级围岩定义- 5级围岩的物理与力学性质2. 隧道5级围岩稳定性分析- 岩体稳定性影响因素- 常用稳定性分析方法介绍- 5级围岩稳定性分析案例3. 隧道5级围岩支护设计- 支护原理及常用支护方式- 5级围岩支护设计原则- 支护结构计算与设计方法4. 隧道5级围岩施工技术- 施工准备与工艺流程- 5级围岩施工关键技术- 施工质量控制与安全管理5. 隧道5级围岩监测与评估- 监测目的与内容- 监测方法及仪器设备- 5级围岩稳定性评估方法教学大纲安排：第一周：隧道5级围岩基本概念与分类第二周：隧道5级围岩稳定性分析第三周：隧道5级围岩支护设计第四周：隧道5级围岩施工技术第五周：隧道5级围岩监测与评估教学内容根据课程目标，结合教材章节进行选择和组织，确保内容的科学性和系统性。
五级围岩衬砌类型的工程造价
五级围岩衬砌类型的工程造价
1、围岩分级
隧道围岩分为Ⅰ级～Ⅵ级，数字越小，围岩性质越好。
Ⅰ级围岩最好,基本上是整块坚硬的石头；Ⅵ级围岩最差,基本上是碎散的松软土体；
2、围岩等级与土石关系
隧道围岩分为Ⅰ级～Ⅵ级，而在路基土石方中自卸汽车运输定额只分土方和石方。
结合公路隧道围岩或土体主要定性特征分析，公路隧道不同围岩等级与土、石方类别的对应关系如下。
围岩分为六级，1-4为石，4为软石（考试中）；5-6为土。
3、不同围岩等级的造价比选
隧道工程造价主要由洞门及明洞工程、洞身开挖、初期支护、二次衬砌、防排水、洞内装饰及路面等构成，围岩级别分类主要影响洞身开挖、初期支护和二次衬砌的工程量及造价。
围岩等级虽然不同围堰的开挖、支护区别较大，但我们可以从估算指标中找到相应的关系如下：
估算指标是以Ⅲ、Ⅳ级围岩为基础进行编制，因Ⅲ、Ⅳ级围岩指标不做调整。
那么其他围岩呢？
(1)Ⅰ级围岩，指标乘以系数0.68。
(2)Ⅱ;级围岩，指标乘以系数0.75。
(3)Ⅲ、Ⅳ级围岩，指标不做调整。
(4)V级围岩，指标乘以系数l.35。
(5)Ⅵ级围岩，指标乘以系数1.65。
因此，我们可以得出围岩等级从Ⅰ级～Ⅵ级，随着围岩强度越来越低，造价越来越高。
当然，在方案分析和比选中，我们尤其需要注意，如果有设计方案，可以提供设计数量时，建议按设计数量套用概预算定额进行比较分析。
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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 γ 0 = 0.9 ，设计状况
系数ψ 持久 = 1.0 、ψ 短暂 = 0.95 、ψ 偶然 = 0.85 ，永久荷载分项系数 γ G = 1.05 （0.95） ， 可变荷载分项系数 γ Q = 1.20 ，偶然作用分项系数 γ A = 1.0 ，结构系数 γ d = 1.2 。 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
计算表格如下表： 围岩压力计算表
表 2.1-2 序 围岩 号 类别 1 2 3 Ⅴ Ⅳ Ⅲ 计算结果 均布垂直 均布水平 断面尺寸 开挖宽度 开挖高度 重度 γ 山岩压力 山岩压力 qv qh （m×m） B（m） H（m） （kN/m3） （kN/m2） （kN/m2） 2.0×2.4 2.6 3 25 19.5 7.5 2.0×2.4 2.6 3 25 19.5 7.5 2.0×2.4 2.6 3 25 19.5 7.5 已知参数
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。
3
某工程 A 隧洞 5 类衬砌内力和配筋计算书
2 计算方法
首先采用理正岩土计算软件进行受力分析计算， 然后在软件计算结果的基础 上进行配筋计算。
2.1
参数取值
⑴基本参数
衬砌断面类型： 底板半宽： 底板厚度： 侧墙高度： 侧墙厚度： 顶拱半中心角： 顶拱拱脚厚度： 顶拱拱顶厚度： 底板围岩弹抗系数： 侧墙围岩弹抗系数： 顶拱围岩弹抗系数： 衬砌的弹性模量： 外水压力折减系数(β)： 混凝土等级： 纵筋等级： 圆拱直墙形 1.150(m) 0.300(m) 1.550(m) 0.300(m) 90.000(度) 0.300(m) 0.300(m) 100.000(MN/m3) 100.000(MN/m3) 100.000(MN/m3) 25500.000(MPa) 0.400 C20 Ⅲ级
根据《水工隧洞设计规范 SL279-2002》6.2.4 规定和表 2.1-1 计算围岩压力： 垂直方向 qv = (0.2 ~ 0.3)γ r B
4
某工程 A 隧洞 5 类衬砌内力和配筋计算书
Hale Waihona Puke 水平方向 式中qh = (0.05 ~ 0.1)γ r H
qv ——垂直均布围岩压力，kN/m2； qh ——水平均布围岩压力，kN/m2； γ r ——岩体重度，kN/m3； B——隧洞开挖宽度，m； H——隧洞开挖高度，m。
某工程 A 隧洞 5 类衬砌内力和配筋计算书
某工程 A 隧洞 5 类
(桩号 0+000.00~0+955.00)
衬砌内力和配筋计算书
2014 年 5 月 16 日
1
某工程 A 隧洞 5 类衬砌内力和配筋计算书
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 η 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