隧道毕业设计之明洞计算示例

第4章 明洞设计

4.1明洞长度确定

进口端围岩等级为Ⅳ级，坡度比较平缓，因此有很长的超浅埋段。为了施工上的方便，考虑把超浅埋段设为明洞。

坍落拱高度按下式计算

()[]()[] 6.36m 5-12.60.1120.4551245.0h 1-41=⨯+⨯⨯=-+⨯⨯=-B i s m h q 336.6h ==

当埋深q h H ≤时,即为超浅埋隧道。洞口段Xm 处埋深为q h ；斜坡坡度为010～025，路面纵坡为1.2%。 则有

336.6%220tan x 0=-x 得m x 0.18=在考虑岩石岩性考虑取明洞长度为50m 。

4.2明洞设置

由于明洞围岩级别很差，垂直压力和侧向压力较大，故采用拱式明洞，并假设仰拱，明洞内轮廓线与暗洞内轮廓线一致。衬砌厚度为60m 。衬砌材料采用钢筋混凝土结构，C25级混凝土，直径25mmHRB335级钢筋。明洞边墙用5#浆砌石片回填，拱部用挖土回填，最低回填土不小于1.5m ，填土坡度设为07，以利于排水。明洞配筋图如下：

4.3衬砌内力计算

4.3.1基本资料

回填土γ=18kN/m3，重度3'/22r m KN =，计算内摩擦角0250=ϕ，混凝土弹性模量a c kP E 71095.2⨯=，63310531.0,018.06.0112

1

121⨯==⨯⨯==c E bh I 。 4.3.2荷载确定

()[]()[]56.121.01245.051245.0h 141P -⨯+⨯⨯=-+⨯⨯=--B i s

=6.336

p h H ≤时属于浅埋。

m h 639.75.17tan 500=+= 2/502.137639.718m KN rh q =⨯==

λ'rh e i = 36.02504tan 24tan 222=⎪⎭⎫

⎝⎛-=⎪⎭

⎫ ⎝⎛-=πϕπλ

m h r r h h 091.187686.102218

2803.91

''''=⨯+=+

=

m kN e /452.12436.0091.1822=⨯⨯= 4.3.3衬砌几何要素 计算图示如下

图4.1Ⅳ级围岩内力计算图示

1、衬砌几何尺寸

内轮廓线半径：r1=5.70m ，r2=8.20m

内径所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角：φ1=90°，φ2=101.5725° 截面厚度：d=0.60m

外轮廓线半径 R1=6.3m ，R2=8.80m 拱轴线半径 r1’=6.00m ，r2’=8.50m 拱轴线各段圆弧中心角 θ1=90°，θ2=11.5725° 2、半拱轴线长度S 及分段轴长△S 分段轴线长度

m

r S m

r S 716814906.150.814.31805725.111804247778.900.614.318090180'222'11

1=⨯⨯︒︒=︒==⨯⨯︒︒

=

︒=

πθπθ 半拱轴线长度

m S S S 14159271.11716814906.14247778.921=+=+= 将半拱轴线等分为8段，每段轴长为

m S S 392699.181415927.118===

∆

3、各分块接缝（截面）中心几何要素 与竖直轴夹角i α

︒

=︒+︒=∆+=︒=︒+︒=∆+=︒=︒+︒=∆+=︒=︒+︒=∆+=︒=︒+︒=∆+=︒=︒⨯÷=︒⨯∆=∆=7958.792993.134965.664965.662993.131972.531972.532993.138979.398979.392993.135986.265986.262993.132993.132993.1314.318000.6392699.1180156

145134123112

'

1

11θααθααθααθααθααπθαr S

︒

=︒+︒=∆+=︒=︒⨯=︒⨯∆=

∆︒=︒⨯+︒=︒⨯∆+

==-⨯=-∆=∆5725.1013877.91848.923877.914.318050.8392699.11801848.9214.318050.83241152.0901803241152

.04247778.9392699.177278'

2

2'

2

11711θααπθπθαr S r S S S S

另一方面

︒=︒+︒=+=5725.1015725.1190218θθα

角度闭合差：0≈∆

接缝中心点坐标计算

m r r a 50.270.520.812=-=-=

m a r x m a r x m

r x m r x m r x m r x m r x m r x 8272.550.29797.050.8sin 9938.550.29993.050.8sin 9051.59842.000.6sin 5022.59170.000.6sin 8042.48007.000.6sin 8485.36414.000.6sin 6864.24477.000.6sin 3802.12300.000.6sin 8'287'276'165'154'143'132'121'11=-⨯=-==-⨯=-==⨯===⨯===⨯===⨯===⨯===⨯==αααααααα ()()()()()()()()()()()()()()m r r y m r r y m r y m r y m r y m r y m r y m r y 7052.72006.050.800.6cos 3240.60381.050.800.6cos 9371.41772.0100.6cos 16072.33988.0100.6cos 14056.25991.0100.6cos 13969.17672.0100.6cos 16350.08942.0100.6cos 11609.09732.0100.6cos 18'2'187'2'176'165'154'143'132'121'11=-⨯-=-==-⨯-=-==-⨯=-==-⨯=-==-⨯=-==-⨯=-==-⨯=-==-⨯=-=αααααααα

4.3.4计算位移

1、单位位移 单位位移值计算如下

∑⎰-⨯=⨯⨯=∆≈

=--6

7011109823.204448.4441095.2392699

.112

1I E S ds h

S

I

E M h δ

∑⎰-⨯=⨯⨯=

∆≈

==-

---6

7

211210

8632.601973.12891095.2392699.12

1I

y

E S

ds h

S

I E M M h δδ

∑⎰-⨯=⨯⨯=∆≈=--67

2022106240.2972391.63041095.2392699.12

2I y E S ds h S

I

E M h δ

计算精度校核为：

()6

6221211103327.440106240.2978632.6029823.202--⨯=⨯+⨯+=++δδδ

()∑-⨯=⨯⨯=+∆=67

2

103326.4400785.93271095.2392699.11I y E S

h SS

δ

闭合差 0≈∆

用辛普生近似计算，按计算列表4.1进行。