衬砌结构配筋验算
盾构隧道衬砌配筋率要求
盾构隧道衬砌配筋率要求1.引言1.1 概述概述盾构隧道衬砌配筋率是指在盾构隧道的衬砌结构中，钢筋的数量和密度与混凝土的比例。
它是衡量衬砌结构抗压能力和变形能力的重要参数。
在隧道施工中，正确的配筋率可以保证衬砌结构在承受荷载时能够保持稳定，提高隧道的整体安全性和稳定性。
盾构隧道衬砌配筋率的选取是一个复杂的工程问题，需要综合考虑多个因素，包括地质条件、设计要求、施工工艺等。
一般来说，配筋率过低会导致衬砌结构的抗压能力不足，易发生开裂和破坏；而配筋率过高则会增加工程成本，浪费资源，并且可能引起施工困难。
本文将针对盾构隧道衬砌配筋率的要求进行深入研究。
首先，将介绍盾构隧道衬砌配筋率的定义，包括钢筋的数量和密度的计算方法。
接着，将探讨盾构隧道衬砌配筋率的重要性，分析其对隧道结构的影响和作用。
最后，将总结出盾构隧道衬砌配筋率的合理要求，并讨论影响盾构隧道衬砌配筋率的因素，从而为盾构隧道的设计和施工提供参考依据。
通过对盾构隧道衬砌配筋率的研究，我们可以更好地了解和掌握盾构隧道衬砌结构的设计原则和施工技术，提高隧道的稳定性和安全性，为城市发展和交通建设做出贡献。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文共分为引言、正文和结论三个部分，其具体内容如下：1. 引言部分包括概述、文章结构和目的。
1.1 概述：介绍盾构隧道衬砌配筋率要求的背景和意义，以及该话题的重要性。
1.2 文章结构：概括了本文的整体结构，引导读者了解各部分的内容和逻辑关系。
1.3 目的：明确本文的目标和意图，为读者提供清晰的导向。
2. 正文部分主要探讨盾构隧道衬砌配筋率的定义和重要性。
2.1 盾构隧道衬砌配筋率的定义：解释了盾构隧道衬砌配筋率的概念、计算方法和相关标准规定，介绍了其工程应用和实际意义。
2.2 盾构隧道衬砌配筋率的重要性：详细阐述了盾构隧道衬砌配筋率对隧道工程的影响和作用，包括结构的稳定性、安全性，以及承载能力等方面。
3. 结论部分总结了盾构隧道衬砌配筋率的合理要求和影响因素。
盾构隧道衬砌配筋率要求
盾构隧道衬砌配筋率要求第一章：引言1.1 背景盾构隧道作为一种重要的地下交通工程，被广泛应用于城市的地铁、高铁以及道路等建设中。
随着城市化进程的加快以及交通需求的增长，对盾构隧道的建设需求也越来越迫切。
在盾构隧道的施工中，衬砌配筋率是一个非常重要的参数，对隧道的安全性和稳定性起着至关重要的作用。
1.2 目的和意义本文旨在探讨的问题，明确其在隧道工程中的重要性和必要性，从而为规范盾构隧道施工提供参考。
第二章：盾构隧道衬砌配筋率的定义2.1 衬砌配筋率的概念盾构隧道衬砌配筋率是指在隧道衬砌结构中轴向钢筋和环向钢筋的总和与衬砌面积的比值。
它反映了衬砌结构的钢筋含量，是衡量衬砌结构强度和稳定性的重要指标。
2.2 衬砌配筋率的计算方法衬砌配筋率的计算方法通常分为两种，一种是按照衬砌结构的截面面积计算，另一种是按照衬砌结构的周长计算。
具体计算方法应根据工程实际情况进行选择。
第三章：盾构隧道衬砌配筋率的要求3.1 安全性要求盾构隧道作为地下工程，其安全性是最重要的考虑因素之一。
衬砌配筋率的要求应能够保证隧道在施工和使用过程中的安全性，能够承受各种荷载和地质力学条件的作用。
3.2 稳定性要求盾构隧道在施工过程中会受到地下水压力、地震等外界因素的影响，而衬砌配筋率的要求应能够确保结构的稳定性，防止因外力作用导致结构破坏和倒塌。
3.3 经济性要求盾构隧道衬砌配筋率的要求还应考虑到工程的经济性，即满足安全和稳定性的前提下，尽可能减少材料和人力的使用量，降低隧道的建设成本。
第四章：影响盾构隧道衬砌配筋率的因素4.1 地质条件盾构隧道施工过程中，地质条件是决定衬砌配筋率要求的重要因素之一。
当地质条件复杂、地层变化大时，需要增加衬砌的保护层厚度和衬砌配筋率以确保隧道的稳定性。
4.2 荷载要求盾构隧道在使用阶段会承受各种荷载，如人车荷载、地震荷载等。
衬砌配筋率的要求应根据不同的荷载要求进行确定，以确保隧道在荷载下的安全性。
4.3 工程设计工程设计中的隧道形状、断面尺寸、衬砌材料等均会对衬砌配筋率要求产生影响。
01马腰岭隧道衬砌结构计算书(初支、二衬、工序)
二次衬砌 C30 砼 C30 砼 拱部 仰拱
80cm 钢砼
80cm 钢砼
60cm 钢砼
60cm 钢砼
Ⅴ级 深埋
φ50 小导管
拱部、仰 拱：28cm
φ8 20×20cm，
单层
I22a 间距 80cm
φ25 注浆锚杆，L-4m， 100×80cm;其余锁脚小
导管
55cm 钢砼
55cm 砼
Ⅳ级 深埋
φ42 小导管
按照无限土体法计算侧压力系数：
2
按照有限土体法计算侧压力系数： n=-+ 2 1 ＝n1 n n
③边墙回填土石侧压力计算：
ei＝ 2hi
；
hi =h
1 2
h1
墙背回填土石侧压力系数：
＝t a（n2 4 5 c ） 2
-5-
中山市古神公路二期工程 初步设计
马腰岭隧道结构计算书
表 3.3 围岩压力计算数据表（单位：kN/m2）
本次计算主要依据如下设计规范： （1）《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004) （2）《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002) （3）《城市桥梁荷载设计标准》(CJJ77-98) （4）《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004) （5）《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T 50476-2008) （6）《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2002） 参考《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004），对于复合式衬砌，“根据我国
6 Ⅴ级浅埋工况施工过程模拟 ............................................................................ - 21 -
堰头隧洞衬砌结构计算书(IV类围岩)
堰头隧洞衬砌结构计算书（IV类围岩）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＝0.850 m；顶拱半中心角α＝90.00°拱顶厚度D1＝0.200 m；拱脚厚度D2＝0.200 m侧墙厚度D3＝0.200 m；侧墙高度H2＝1.150 m隧洞衬砌断面形式：圆拱直墙形底板厚度D4＝0.200 m3．荷载信息：内水压力水头H i＝0.00 m外水压力水头Ho ＝3.00 m；外水压力折减系数β＝1.00顶部山岩压力端部值Q1＝5.82kN/m；顶部山岩压力中间值Q2＝5.82kN/m侧向山岩压力上侧值Q3＝0.77kN/m；侧向山岩压力下侧值Q4＝9.08kN/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＝280.0 MN/m3侧墙围岩弹抗系数K2＝280.0 MN/m3底板围岩弹抗系数K3＝280.0 MN/m3顶拱灌浆压力P d＝100.00 kPa；P d作用半中心角αp＝60.00°其他部位灌浆压力P e＝0.00 kPa4．分项系数：建筑物级别：4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 ＝1.15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：C20轴心抗压强度标准值f ck＝13.40 N/mm2；轴心抗拉强度标准值f tk＝1.54 N/mm2轴心抗压强度设计值f c＝9.60 N/mm2；轴心抗拉强度设计值f t＝1.10 N/mm2混凝土弹性模量E c＝2.55×104 N/mm2纵向受力钢筋种类：Ⅲ级钢筋强度设计值f y＝360 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 ＝0.030 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5次迭代运算后,各点设定抗力条件和法向位移一致。
道路工程隧道主体结构二次衬砌计算书
道路工程隧道主体结构二次衬砌计算书目录1 参考规范............................................................................................................... - 1 -2 计算模型............................................................................................................... - 1 -3 计算参数............................................................................................................... - 2 -4 荷载计算............................................................................................................... - 3 - 4.1 结构自重............................................................................................................ - 3 -4.2 围岩压力............................................................................................................ - 3 -5 结构内力及安全系数........................................................................................... - 3 -6 衬砌配筋及裂缝验算........................................................................................... - 8 -7 结论....................................................................................................................... - 9 -隧道二次衬砌结构检算1 参考规范本次计算主要依据如下设计规范：（1）《公路隧道设计规范》(JTG D70—2004)（2）《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)（3）《城市桥梁荷载设计标准》(CJJ77—98)（4）《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)（5）《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T 50476—2008)（6）《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330－2002）2 计算模型衬砌结构计算采用荷载—结构法，荷载结构法原理认为，隧道开挖后地层的主要作用是对衬砌结构产生荷载，衬砌应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。
《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。
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。
隧道衬砌结构强度检算
隧道衬砌结构强度检算
课程设计任务书
一、课程设计的主要目的
通过本次课程设计，掌握隧道衬砌结构强度检算的过程，熟悉围岩压力的计算方法，了解荷载－结构模式的计算原理和计算方法，复习巩固钢筋混凝土结构的配筋计算方法，学习了解大型有限元程序ANSYS的建模、求解以及结果处理的过程，为毕业设计以及今后工作奠定基础。
二、主要任务内容
本次课程设计对象为交通隧道，具体设计内容包括：
1、荷载结构模式中围岩压力（荷载）的计算
2、利用ANSYS有限元程序建立模型，并进行求解计算
3、利用有限元计算结果对衬砌结构的强度进行检算，必要时，应进行配筋计算。
三、具体要求
1、课程设计分组进行，每人单独完成相关隧道衬砌结构的计算，隧道图纸由指导教师提供，要求每人至少完成3种断面型式的检算工作。
2、计算过程中所涉及的计算参数应参照现行相关隧道设计规范执行，但要求同一隧道小组成员之间计算参数应不同。
3、设计结束后应提交完整的检算报告，报告封面按网上学校要求的统一格式制作，一律采用A4纸书写或打印，要求页边距为2cm。
4、报告要求明确的计算分析过程和计算结果，所有工作必须独立完成。
5、报告中应附有工程概况、计算对象的横断面图、计算参数取值、计算模型图示、内力图和关键部位内力计算结果汇总表。
6、报告上交时间为2013年3月25日。
指导教师：李文江、孙星亮、韩现民。
直墙拱形衬砌结构计算说明书(浙理地下建筑结构课程设计)
直墙拱形衬砌结构设计计算说明书设计资料： 1. 围岩特征某隧道埋深85 m ，围岩为Ⅲ级围岩，RQD=85%，R c =57.4MPa ，容重γ0=25 kN/m 3，侧向和基底弹性抗力系数均为51.410K =⨯kPa/m 。
2. 衬砌材料采用整体式直墙拱混凝土衬砌，混凝土标号为C20，弹性模量E=26GPa ，容重γ=25 kN/m 3，混凝土轴心抗压强度设计值f c ＝10MPa ，弯曲抗压强度设计值f cm ＝11MPa ，抗拉强度设计值f t ＝1.1MPa 。
钢筋采用25MnSi 钢，强度设计值f y ＝340MPa ，弹性模量E=200GPa 。
3. 结构尺寸顶拱是变厚度的单心圆拱，拱的净矢高f 0＝3.7m ，净跨l 0＝11.3m 。
开挖宽度11.5m ，开挖高度7.7m 。
初步拟定拱顶厚度0400d =mm ，拱脚厚度n 516d =mm ，边墙的厚度为c 716d =mm ，墙底厚度增加d 200d =mm 。
目录（一）结构几何尺寸计算 (1)（二）计算拱圈的单位变位 (2)（四）计算拱圈的弹性抗力位移 (5)（五）计算墙顶（拱脚）位移 (5)（六）计算墙顶竖向力、水平力和力矩 (6)（七）计算多余未知力 (7)（八）计算拱圈截面内力 (8)（九）计算边墙截面内力 (10)（十）验算拱圈和侧墙的截面强度 (13)（十一）计算配筋量 (14)参考文献 (16)（一）结构几何尺寸计算（1）拱圈内圆几何尺寸 内圆跨径011.3l m =，内圆矢高0 3.7f m =内圆半径计算：2220000()()2l R f R -+=，从而有2200024 6.1648l f R m f +== （2）拱圈轴线圆的几何尺寸 拱脚截面和拱顶截面厚度之差 00.5160.4000.116n d d m ∆=-=-=轴线圆与内圆的圆心距：22220000(0.5) 6.164(6.1640.50.116)0.0982(0.5)2(3.70.50.116)R R m m f --∆--⨯===-∆-⨯轴线圆半径 0000.46.1640.098 6.46222d R R m m =++=++= 拱圈截面与竖直面的夹角n ϕ：0/211.3/2sin 0.9107/2 6.6420.516/2n l R d ϕ===--65368 1.14498n ϕ'''==ocos 0.4131n ϕ=sin 0.4699h n n d d m ϕ== cos 0.2132v n n d d m ϕ==计算跨度：011.30.469911.7699h ll d m =+=+=计算矢高：000.40.21323.7 3.79342222v d d f f m =+-=+-= （3）拱圈外圆几何尺寸外圆跨度：10211.320.469912.2398h l l d m =+=+⨯=外圆矢高：100 3.70.40.2132 3.9934v f f d d m =+-=+-=外圆半径：22221111412.23984 3.9934 6.686188 3.9934l f R m f ++⨯===⨯外圆和轴线圆的圆心距：01100.46.6861 6.1640.024622d m R R m =--=--= （4）侧墙的几何尺寸拱脚中心到侧墙中心线的垂直距离：()0.7160.46990.12322c h hd de m --=== 侧墙的计算长度（从拱脚中心算起）：17.7 3.9934 3.7066h H f m =-=-=直墙拱形结构尺寸图如图1所示。
132-教学案例-衬砌结构安全性检算
工程案例：隧道结构设计检算——以兰武二线乌鞘岭隧道F4断层区段为例1. 工程概况F4断层破碎带(YDK170+290~YDK170+740)位于乌鞘岭岭南地段，长450m，其中YDK170+440~YDK170+640，为断层主带，断层主带两侧为影响带，本段埋深约440m。
YDK170+610试验断面位于F4断层主带，采用复合式衬砌,初期支护喷混凝土厚20cm，拱墙设锚杆，锚杆长4.0m，间距0.8×0.8m；拱墙设φ8mm钢筋网，网格间距20cm×20cm；全断面设3榀/2m，I18型钢钢架，预留变形量25cm，二次衬砌为钢筋混凝土厚50cm。
F4断层影响带试验断面，初期支护喷混凝土厚15cm，拱墙设φ8钢筋网，网格间距20×20cm；拱墙设Φ22锚杆，锚杆长3.0m，间距1.0×1.0m，全断面设1榀/1米的格栅钢架，预留变形量15cm，二次衬砌模筑混凝土厚40cm。
超前支护采用拱部Φ42小导管注水泥液浆加固地层，小导管长3.5m，环向间距40cm，搭接长度不小于1m，每2m设一环，外插角5~10°。
检算荷载可按Ⅴ级围岩计算（规范荷载），本次报告未含该部分内容，详见上阶段成果报告。
2 计算模型计算采用荷载—结构模型，二衬采用二维梁单元模拟，梁单元宽度为单位宽度，梁高按结构实际厚度考虑。
结构计算参数如表1所示。
围岩抗力采用弹簧单元模拟，弹簧施加范围及数量根据试算中结构的变形情况进行调整和优化，仅当结构产生指向围岩方向的位移时添加弹簧单元，围岩弹性抗力系数按规范选值，具体见表2。
2.1 计算荷载选值(1)规范荷载取值围岩竖向均布压力按规范公式计算：⎩⎨⎧⨯=⋅=-wh h q S 1245.0γ (1)式中，q —围岩垂直均布压力(kP a )；γ—围岩重度(kN/m 3)；h —围岩坍落拱计算高度(m)；S —围岩级别；w —宽度影响系数，)5(1-⋅+=B i w ；B 为坑道开挖宽度(m)；i 为B 每增加一米的围岩压力增减率，当B ＜5m时，取i ＝0.2，B ≥5m 时，取i ＝0.1。
隧道衬砌设计检算
隧道衬砌设计检算
隧道衬砌设计检算是一种专门用于计算隧道衬砌的工作。
它包含对衬砌结构的检查、分析和计算，以确保衬砌的安全性能，确保衬砌的机械特性，以及确保衬砌的维护和维修方面的要求。
隧道衬砌设计检算的基本方法是通过给定衬砌材料的力学参数，根据衬砌结构的外形和尺寸，采用适当的数学方法，来计算和分析衬砌结构的承载能力。
衬砌设计检算的目的一般有2个：第一，确保衬砌结构能够抵御外界荷载；第二，确保衬砌结构的维护和维修要求。
衬砌设计检算的基本步骤主要包括：
1. 设计荷载的确定：衬砌设计的第一步就是确定设计荷载，即需要考虑的最大外部荷载，如：重力荷载、水位荷载、地震荷载等。
2. 基础模型和计算模型的确定：根据设计荷载的确定，再确定基础模型和计算模型，如线性、非线性、稳定性分析等。
3. 衬砌材料的力学参数的确定：根据衬砌材料的性能，确定衬砌材料的力学参数，如抗弯刚度、抗压强度、抗拉强度、屈服强度等。
4. 衬砌结构受力的分析：根据设计荷载和衬砌材料的力学参数，采用适当的计算模型，对衬砌结构受力情况进行分析，以及衬砌结构受力的最大值。
5. 衬砌结构的安全性能分析：根据衬砌结构受力的分析，采用适当的安全系数，确定衬砌结构的安全性能，并确定衬砌结构能够抵御外部荷载的能力。
6. 维护和维修要求的分析：根据衬砌结构的安全性能分析结果，确定衬砌的维护和维修要求，如衬砌的检测要求、衬砌的修理要求等。
隧道衬砌设计检算是隧道施工中必不可少的一个工作，其目的是确保衬砌的安全性能和维护维修要求。
在进行衬砌设计检算时，必须正确确定设计荷载、衬砌材料的力学参数及衬砌结构受力的分析，以便确保衬砌能够抵御外部荷载，保证衬砌的安全性能和维护维修要求。
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。
水工隧洞复杂体型衬砌结构配筋计算研究
的配筋 计 算 方 法—— 有 限 元 法 ” 。有 限 元 法 能 模
拟 复杂 的结 构体 型 ，并求 得其 各部 位应 力应 变 ，是
一
种更 为精 确 的求解 方法 。对 于 复杂体 型 的衬 砌结
构 配筋计 算 ，其 具体 做法 如下 ：首 先计 算获 得衬 砌
结 构 的应力 分布 ，然 后求 解 获得结 构 不 同截面 处 的
然在 一 定程 度上 能解 决衬砌 结 构 的配筋 问题 ，但 其
存在 的两个 问题不 容 忽视 ：第 一是 复 杂体 型的 简化
方 向 ，即复 杂体 型应 简化 为何 种标 准体 型 ；例 如某 衬砌 体 型 ，衬 砌 外侧 为标 准 马蹄型 ，内侧 为平 底马
蹄 型 ，其 简 化方 向为 平底 马蹄 型和 标准 马蹄 型 ，但
为标 准 体型 ，采 用边 值法 求得 内力 的基 础上 结 合工 程 经验 进行 衬砌 结构 的配 筋 。该种 配筋 计算 方 法虽
３ 工 程 实 例
３ ． １ 工 程 概 况
某 水 工 引水隧 洞长 １ ０ ． ６ ｋ ｍ，平 均 埋 深 １ ６ ５ １ １ ＂ １ ，
衬 砌 内应 力分 布 。根据 参考 文献 ［ ２ ］ 中第 １ ２ ． ２ ． １ 条 ，当截 面应 力 图形接 近线 性分 布时 可换 算为 内力
图１ 衬 砌 有 限 元 网格 及 外 轮 廓 弹 簧
赵 茜瑶 等 ・ 水 工 隧 洞 复 杂 体 型 衬 砌 结 构 配 筋 计 算 研 究
内力从 而进 行 配筋 计算 。 ２ 计 算 方 法
按照 隧洞 衬砌 结构 的实 际体 型建 立有 限元 计算
模 型 ，通 过在模 型 外侧 节点 处施 加弹 簧来 模拟 围 岩 对衬砌 的弹性抗 力 作用 。输 入计算 参 数及 施加 荷载
隧道衬砌说明
γ sc N k ≤ ϕαbhf ck / γ Rc
（二）抗裂验算（10.3.1）
γ sc N k (6e 0 − h ) ≤ 1.75ϕbh 2 f ctk / γ Rc
参数说明：
1、混凝土衬砌构件抗压验算时作用效应分项系数 γ sc 和抗力分项系数 γ Rc （表 10.2.1-1） （附表 3） 2、轴向力N k 从模型中读取 3、 ϕ、α、b、h 同上 4、 fck 抗压强度标准值， fctk 抗拉强度标准值（表 5.2.1） （附表 4）
（一）抗压强度验算
KN ≤ ϕαR αbh
参数说明：
1、安全系数 K 值得选取（9.2.4-1） （附表 1） 2、轴向力 N 从计算结果中读取 3、纵向弯曲系数 ϕ 对于隧道衬砌取 1 4、 α 与e 0 /h有关系（表 9.2.11-2）
（1-1）
α = 1 + 0.648(e 0 / h ) − 12.569(e 0 / h ) 2 + 15.444(e 0 / h ) 3
表-附 3 混凝土衬砌构件抗压验算各分项系数 结构类型 作用效应分项系数 γ sc 抗力分项系数 γ Rc 单线深埋隧道衬砌 3.95 1.85 单线偏压隧道衬砌 1.6 1.83 单线明洞混凝土衬砌 2.67 1.35
表-附 4 混凝土强度标准值（MPa） 强度种类 符号 强度等级 C15 10 11 1.4 C20 13.5 15 1.7 C25 17 18.5 2 C30 20 22 2.2 C40 37 29.5 2.7 C50 33.5 36 3.1
ρ te = A S / A ce
6、有效受拉混凝土截面面积 A ce
= 0.5bh / u （u 为纵向受拉钢筋截面周长的总和）
衬砌结构配筋验算
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 307.526482 -26.70916462 -1023.39674 -471.727302 -26.7091646 -1023.39674 525.661659 29.73024733 -1004.23207 -469.397538 29.7302473 -1004.23207 526.624262 89.53285904 -988.902575 -551.905487 89.5328590 -988.902575 449.426344 -18.13000445 -1000.69437 -565.896587 -18.1300044 -1000.69437 431.036862 -159.1890226 -1013.91737 -399.089265 -159.189022 -1013.91737 599.869618 51.24756147 -1074.83393 -224.996864 51.2475614 -1074.83393 716.917676 537.3850538 -1268.39253 -175.450301 537.385053 -1268.39253 -36.4010094 315.9978999 -1235.10744 -162.840644 315.997899 -1235.10744 -24.3143844 121.15432310 -1151.96132 -368.679449 121.154323 -1151.96132 229.604836 -24.260139111 -1124.92938 -256.221479 -24.2601391 -1124.92938 341.172858 64.431704212 -1095.23101 -307.347407 64.4317042 -1095.23101 289.841370 46.161154313 -1070.69410 -244.985973 46.1611543 -1070.69410 356.130483 162.92241614 -1058.82235 -313.310131 162.922416 -1058.82235 283.933469 132.26001915 -1024.49282 -342.606797 132.260019 -1024.49282 254.914215 40.654844216 -984.013372 -360.249386 40.6548442 -984.013372 238.274275 -86.931647317 -966.133938 -268.993685 -86.9316473 -966.133938 328.866329 -24.374044918 -1041.11845 8.87388684 -24.3740449 -1041.11845 147.400147 138.31990819 -1081.00459 97.9440682 138.319908 -1081.00459 236.328067 485.96694720 -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。
隧道二次衬砌计算书
主体结构计算书赵东平2010-2-10目录1 参考规范............................................................................................................... - 1 -2 计算模型............................................................................................................... - 1 -3 计算参数............................................................................................................... - 2 -4 荷载计算............................................................................................................... - 3 - 4.1 结构自重............................................................................................................ - 3 -4.2 围岩压力............................................................................................................ - 3 -5 结构内力及安全系数........................................................................................... - 3 -6 衬砌配筋及裂缝验算........................................................................................... - 8 -7 结论....................................................................................................................... - 9 -隧道二次衬砌结构检算1 参考规范本次计算主要依据如下设计规范：（1）《公路隧道设计规范》(JTG D70—2004)（2）《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)（3）《城市桥梁荷载设计标准》(CJJ77—98)（4）《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)（5）《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T 50476—2008)（6）《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330－2002）2 计算模型衬砌结构计算采用荷载—结构法，荷载结构法原理认为，隧道开挖后地层的主要作用是对衬砌结构产生荷载，衬砌应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。
隧道衬砌结构计算原理公式及强度验算
1、概述 2、半衬砌的计算 3、曲墙式衬砌计算 4、弹性地基上直梁的计算公式 5、直墙式衬砌计算 6、衬砌截面强度验算 7、衬砌计算中存在的问题
第一节 概述
1、隧道结构设计应注意的问题 2、隧道结构设计理论的发展历史 3、弹性抗力的确定 4、衬砌计算的一般规定（隧道设计规范） 5、隧道衬砌上的荷载类型及其组合
（4）复合式衬砌中二次衬砌，Ⅰ～Ⅲ级围岩中为 安全储备，并按构造要求设计； Ⅳ、Ⅴ级围岩中 为承载结构，可采用地层结构法计算内力和变形
第一节 概述
（5）地层结构法 设计原理：将衬砌和地层视为整体共同受力的统 一体系，在满足变形协调的前提下分别计算衬砌 与地层的内力，据以验算地层的稳定性和进行结 构截面设计。
第一节 概述
《公路隧道设计规范》JTG D70-2004将隧 道结构上荷载仿照桥规分为：
● 永久荷载 ● 可变荷载 ● 偶然荷载
隧规P28：表6 7
8 9 10 11 12
荷载类型
永久荷载 （恒载）
可
基本
变
可变
荷
荷载
载
其它 可变 荷载
偶然 荷载
第一节 概述
5、隧道衬砌上的荷载类型及其组合 （1）隧道结构上的基本荷载 （2）隧道结构上的荷载及其类型
第一节 概述
（1）隧道结构上的基本荷载
围岩压力、结构自重 （2）隧道结构上的荷载及其类型
作用在衬砌上的荷载，按其性质可以区分为主动 荷载与被动荷载两大类。 ● 主动荷载是主动作用于结构、并引起结构变形 的荷载； ● 被动荷载是因结构变形压缩围岩而引起的围岩 被动抵抗力，即弹性抗力，它对结构变形起限制 作用。
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
铁路隧道衬砌结构强度检算-指导书
铁路隧道衬砌结构强度检算课程设计指导书一、衬砌结构的计算模型隧道工程建筑物是埋置于地层中的结构物，它的受力和变形与围岩密切相关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同工作。
这种共同作用正是地下结构与地面结构的主要区别。
根据本工程浅埋及松散地层的特点，使用阶段结构安全性检算采用“荷载—结构”模式，即将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承。
支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来实现的。
计算模型中，二衬结构采用弹性平面梁单元模拟，弹性抗力以及隧底地基均采用弹簧单元模拟。
组合荷载根据不同作用方向分别转换成等效节点力施加在相应的单元结点上。
具体计算模型见图1。
图1 计算模型二、荷载计算围岩压力计算参照课本中有关我国铁路隧道推荐的方法进行确定（双线隧道）或参照《铁路隧道设计规范》，深浅埋分别计算。
三、配筋计算结构强度检算和配筋计算应按照现行《铁路隧道设计规范》的方法进行。
四、ANSYS操作过程1、更改路径和工作名2、进入前处理模块（preprocessor）(1)定义单元类型element type(2)定义实常数real constant(3)定义材料参数material props(4)定义梁的截面特性sections(5)进入modeling进行建模，生成几何模型(6)进行网格划分meshinga)给几何模型赋属性meshing>mesh attribute>picked lines(7)施加弹性约束Model>Creat>piping models>spring support定义弹性抗力系数K和距离所选结构节点的相对距离DX, DY, DZ。
3、进入求解器solution(1)定义分析类型analysis type>new analysis>static(2)定义荷载define loads(3)设置荷载添加形式setting>replace vs add>force，按如下图示设置(4)施加等效节点力define loads>apply>force(编程实现)(5)施加重力define loads>apply>inertia>gravity>global(6)求解计算Solve>current LS4、后处理（general postproc）(1)读入结果Read results>last set(2)查看变形图，（plot results>deformed shape）检查弹簧约束范围是否正确（所有弹簧均应受压，即处于抗力区）否则添加或删除弹簧单元，重新计算。
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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 307.526482 -26.70916462 -1023.39674 -471.727302 -26.7091646 -1023.39674 525.661659 29.73024733 -1004.23207 -469.397538 29.7302473 -1004.23207 526.624262 89.53285904 -988.902575 -551.905487 89.5328590 -988.902575 449.426344 -18.13000445 -1000.69437 -565.896587 -18.1300044 -1000.69437 431.036862 -159.1890226 -1013.91737 -399.089265 -159.189022 -1013.91737 599.869618 51.24756147 -1074.83393 -224.996864 51.2475614 -1074.83393 716.917676 537.3850538 -1268.39253 -175.450301 537.385053 -1268.39253 -36.4010094 315.9978999 -1235.10744 -162.840644 315.997899 -1235.10744 -24.3143844 121.15432310 -1151.96132 -368.679449 121.154323 -1151.96132 229.604836 -24.260139111 -1124.92938 -256.221479 -24.2601391 -1124.92938 341.172858 64.431704212 -1095.23101 -307.347407 64.4317042 -1095.23101 289.841370 46.161154313 -1070.69410 -244.985973 46.1611543 -1070.69410 356.130483 162.92241614 -1058.82235 -313.310131 162.922416 -1058.82235 283.933469 132.26001915 -1024.49282 -342.606797 132.260019 -1024.49282 254.914215 40.654844216 -984.013372 -360.249386 40.6548442 -984.013372 238.274275 -86.931647317 -966.133938 -268.993685 -86.9316473 -966.133938 328.866329 -24.374044918 -1041.11845 8.87388684 -24.3740449 -1041.11845 147.400147 138.31990819 -1081.00459 97.9440682 138.319908 -1081.00459 236.328067 485.96694720 -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。
配筋计算的流程应包括：① 配筋形式与截面尺寸的说明:② 偏心距的计算与大、小偏心的判定； ③ 大或小偏心情况下结构配筋计算；（应考虑弯矩作用平面内的挠度对偏心距的影响） ④ 裂缝宽度验算（1）配筋形式采用对称配筋。
材料：C40混凝土，最小保护层厚度c=35mm,二衬厚度45cm,h 0=600-35-15=550mm取单位长度b=1000mm 。
C40混凝土,α=1.0，Ra=29.5MPa,Rw=36.9MPa,f c =19.1N/mm 2；HRB335(d=28~40mm)钢筋，f y =300 N/mm 2Rg=315MPa 。
截面尺寸：b=1000mm ；h=600mm钢筋：HRB335(d=28~40mm)；取d=32mm ，0.550b ξ=，,max 0.399s α=（2）配筋：截面6：①截面为矩形截面：b=100cm,h=60cm ；配筋形式采用对称配筋。
06003515550h mm =--=由计算结果知截面6： M=-159.18.；N=-1013.92. 偏心距计算：Ei=e0+ea=(159.18/1013.92)*1000+20=176.99mm参看JTG D70－2004中的附录K 中的内容，对于隧道衬砌、明洞拱圈和墙背紧密回填的明洞边墙，以及当构件高度与弯矩作用平面内的截面边长之比H /h 8≤时，取η=1 设计的基本计算公式如下：()w g g g KN R bx R A A '≤+-① 或 00(/2)()w g g KNe R bx h x R A h a ''≤-+-②X=KN/Rwb=2.4*1013.92*1000/(36.9*1000)=65.94mm<0.55h0=302.5mm为大偏心受压 求g A '：176.99+0.5*600-50=426.99mm176.99-0.5*600+50=73.1mm将. X=KN/Rwb=2.4*1013.92*1000/(36.9*1000)=65.94mm 代入②得=2.4*1013.92*1000*426.99-36.9*1000*65.94*(550-65.94/2) 315*(550-50)786.56mm=786.56/(1000*600)=0.0013故按最小配筋率配筋，配置6Φ25（22463g A mm '=）22463g g A A mm '==截面8：①截面为矩形截面：b=100cm,h=60cm ；配筋形式采用对称配筋。
06003515550h mm =--=由计算结果知截面11： M=537.38.；N=-175.45.偏心距计算：=(53.38/175.45)*1000+20=324mm参看JTG D70－2004中的附录K 中的内容，对于隧道衬砌、明洞拱圈和墙背紧密回填的明洞边墙，以及当构件高度与弯矩作用平面内的截面边长之比H /h 8≤时，取η=1 设计的基本计算公式如下：X=KN/Rwb=2.4*1268.39*1000/(36.9*1000)=82.5mm，为大偏心受压。
求g A '：176.99+0.5*600-50=426.99mm176.99-0.5*600+50=73.1mm将. X=KN/Rwb=2.4*1013.92*1000/(36.9*1000)=65.94mm 代入②得=2.4*1013.92*1000*426.99-36.9*1000*65.94*(550-65.94/2) 315*(550-50)786.56mm=786.56/(1000*600)=0.0013故按最小配筋率配筋，配置4Φ28（22463g A mm '=）22463g g A A mm '==截面17①截面为矩形截面：b=100cm,h=60cm ；配筋形式采用对称配筋。
06003515550h mm =--=由计算结果知截面11：M=86.93.；N=328.86.偏心距计算：==（86.93/328.86）*1000+20=284.33mm参看JTG D70－2004中的附录K 中的内容，对于隧道衬砌、明洞拱圈和墙背紧密回填的明洞边墙，以及当构件高度与弯矩作用平面内的截面边长之比H /h 8≤时，取η=1 设计的基本计算公式如下：284.33mm为大偏心受压。
()w g g g KN R bx R A A '≤+-① 或 00(/2)()w g g KNe R bx h x R A h a ''≤-+-②X=KN/Rwb=2.4*966.13*1000/(36.9*1000)=62.84mm<0.55h0=302.5mm求g A '：176.99+0.5*600-50=426.99mm将X=KN/Rwb=2.4*1013.92*1000/(36.9*1000)=65.94mm 代入②得=2.4*1013.92*1000*426.99-36.9*1000*65.94*(550-65.94/2) 315*(550-50)786.56mm=786.56/(1000*600)=0.0013故按最小配筋率配筋，配置4Φ28（22463g A mm '=）22463g g A A mm '== .（3）垂直于弯矩作用平面内强度的验算根据长细比H/h 查JTG D70－2004《公路隧道设计规范》中表9.2.11-1，其中H 为构件的高度，L 为半拱轴线长度为25.03m ，H=0.5L=12.515m ，h 为截面短边的边长（当轴心受压时）或弯矩作用平面内的截面边长（当偏心受压时），H/h=21可得纵向弯曲系数ψ=0.61,则;根据0/0.45e h =，查表9.2.11-2，得0.156∂=：KN=2.4*1268.39=3044.3=16843.3KN所以强度满足要求。
（4）斜截面抗剪验算验算公式为：00.07KQ Rabh ≤KQ=2.4*599.86=1130.64满足公式，所以不需要进行斜截面抗剪强度验算，按构造要求配置箍筋。