隧道工程课程设计

隧道工程课程设计说明书The structural design of the Tunnel

作者姓名：黄浩刘彦强

专业、班级：道桥1002班道桥1003班

学号： 311007020711 311007020815 指导教师：陈峰宾

设计时间： 2014/1/9

河南理工大学

Henan Polytechnic University

目录

一．课程设计题目 (1)

二．隧道的建筑限界 (1)

三．隧道的衬砌断面 (1)

四．荷载确定 (2)

4.1围岩压力计算 (2)

4.2围岩水平压力 (3)

4.3浅埋隧道荷载计算 (3)

五．结构设计计算 (4)

5.1计算基本假定 (4)

5.2内力计算结果 (5)

5.3 V级围岩配筋计算 (6)

5.4偏心受压对称配筋 (7)

5.5受弯构件配筋 (8)

5.6箍筋配筋计算 (8)

5.7强度验算 (8)

5.8最小配筋率验算： (10)

六．辅助施工措施设计 (10)

6.1双侧壁导坑施工方法 (10)

6.2开挖方法 (10)

6.3施工工序 (11)

隧道工程课程设计

一．课程设计题目

某单车道时速350Km/h高速铁路隧道Ⅴ级围岩段结构及施工方法设计

二．隧道的建筑限界

根据《铁路隧道设计规范》有关条文规定，隧道的建筑限界高度H取6.55m，宽度取8.5m，如图所示。

三．隧道的衬砌断面

拟定隧道的衬砌，衬砌材料为C25混凝土，弹性模量Ec=2.95*107kPa，重度γh=23kN/m3，衬砌厚度取50cm，如图所示。

四．荷载确定

4.1围岩压力计算

根据围岩压力计算公式：10.452s z σγω

-=⨯

计算围岩竖向均布压力：10.452s q γω-=⨯ 式中：s ——围岩类别，此处s=5；

γ——围岩容重，此处γ=22KN/m3；

ω——跨度影响系数 1(5)i B ω=+-

毛洞跨度8.5B m =B =8.5m

5,0.1B m i >=B>5m ，i =0.1，此处1(5)10.1(8.55) 1.35i B ω=+-=+⨯-=

所以有：40.452 1.359.72h m =⨯⨯= 2.524.320p H h m m ==> 所以此隧道为浅埋隧道。

4.2围岩水平压力

围岩水平均布压力：0.250.259.722253.46e hq KMPa ==⨯⨯= 4.3浅埋隧道荷载计算

(1)作用在支护结构上的垂直压力

由于

q p

h H H <<，为便于计算，假定岩土体中形成的破裂面是一条与水平成β角的斜直线，

如图5.1所示。EFGH 岩土体下沉，带动两侧三棱体（图中FDB 和ECA ）下沉，整个岩土体ABDC 下沉时，又要受到未扰动岩土体的阻力；斜直线AC 或BD 是假定的破裂面，分析时考虑内聚力c ，并采用了计算摩擦角c

ϕ；另一滑面FH 或EG 则并非破裂面，因此，滑面阻力要小于破

裂面的阻力。

该滑面的摩擦系数θ为36.5度。查询铁路隧道设计相关规范，取计算摩擦角

40c ϕ=。

浅埋隧道荷载计算简图

如上图所示，隧道上覆岩体EFGH 的重力为W ，两侧三棱岩体FDB 或ECA 的重力为

1

W ，未

扰动岩体整个滑动土体的阻力为F ，当EFHG 下沉，两侧受到阻力T 或'

T ，作用于HG 面上的垂直压力总值

Q 浅

为：

'

22sin 2Q W T W T =-=-浅(2-4)

其中，三棱体自重为：

112

tan h W h

γβ

=

(2-5)

式中：h 为坑道底部到地面的距离(m)；

β为破裂面与水平的交角(°)。

由图据正弦定理可得

1sin()sin[90()]

T W βϕβϕθ-=

︒--+

(2-6)

由于GC 、HD 与EG 、EF 相比往往较小，而且衬砌与岩土体之间的摩擦角也不同，当中间土块下滑时，由FH 及EG 面传递，考虑压力稍大些对设计的结构也偏于安全，因此，摩阻力不计隧道部分而只计洞顶部分，在计算中用H 代替h ，有：

2

(tan 1)tan tan tan tan tan c c

c c ϕϕβϕϕθ

+=+

- (2-7)

tan tan 0.397tan [1tan (tan tan )tan tan ]

c

c c βϕββϕθϕθλ-=+-+=

(2-8)

2

(1tan )218.80/t

t

Q H q H KN m B B γλθ=

=-

=浅浅

(2-9)

埋深为20m 时，土压力值为218.80/m2。 式中： λ——侧压力系数；

t

B ——坑道宽度（m ）；

c

ϕ——围岩的计算摩擦角（°）；

q 浅

——作用在支护结构上的均布荷载（kN/m2）。

(2)作用在支护结构两侧的水平侧压力

0.250.259.722253.46e hq KMPa ==⨯⨯=

Ⅴ级围岩荷载分布如下图所示。

作用在支护结构上的均布荷载