曲墙式衬砌计算 2

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曲墙式衬砌计算

拱形曲墙式衬砌结构计算一、基本资料某一级公路隧道，结构断面如下图，围岩级别为Ⅴ级，围岩容重γ=20KN/m3，围岩的弹性抗力系数K=0.2×106 kN/m，衬砌材料C20混凝土，弹形模量E h =2.6×107kPa，重度γh=23 KN/m3。

衬砌结构断面（尺寸单位：cm）二、荷载确定1、根据《公路隧道设计规范》的有关计算公式，围岩竖向均布压力：q=0.45 × 2S-1 γω式中：S——围岩级别，此处S=5；γ——围岩容重，此处γ=20 kN/m3；ω——跨度影响系数，ω=1+i (B-5)，毛洞跨度lm=11.81+2×0.1=12.01m，式中0.1为一侧平均超挖量;lm=5～15m时，i=0.1,此处ω=1+0.1×（12.01-5）=1.701所以，有：q=0.45×25-1×20×1.701=244.944(kPa) 此处超挖回填层重忽略不计。

2、围岩水平均布压力：e=0.25q=0.25×244.944=61.236（kPa）三、衬砌几何要素1、衬砌几何尺寸内轮廓线半径： r=5.4039m内径r所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角：φ=113⁰拱顶截面厚度d=0.5 m ；拱底截面厚度dn=0.5m。

外轮廓线半径： R=r+d=5.9039m拱轴线半径： r′=r+0.5d=5.6539m拱轴线各段圆弧中心角：θ=113⁰2、半拱轴线长度S及分段轴长△SS =θ r′/180⁰=113⁰×3.14×5.6539/180⁰=11.1451（m）将半拱轴长度等分为8段，每段轴长为：△S=S/8=11.1451/8=1.3931（m）3、各分块接缝（截面）中心几何要素（1）与竖直轴夹角ɑiɑ1=Δθ=θ/8=113⁰/8=14.125⁰ɑ2=ɑ1+Δθ=14.125⁰+14.125⁰=28.25⁰ɑ3=ɑ2+Δθ=28.25⁰+14.125⁰=42.375⁰ɑ4=ɑ3+Δθ=42.375⁰+14.125⁰=56.5⁰ɑ5=ɑ4+Δθ=56.5⁰+14.125⁰=70.625⁰ɑ6=ɑ5+Δθ=70.625⁰+14.125⁰=84.75⁰ɑ7=ɑ6+Δθ=84.75⁰+14.125⁰=98.875⁰ɑ8=ɑ7+Δθ=98.875⁰+14.125⁰=113⁰（2）接缝中心点坐标计算X 1=r′sinɑ1=5.6539×sin14.125⁰=1.3798(m)X 2=r′sinɑ2=5.6539×sin28.25⁰=2.6761(m)X 3=r′sinɑ3=5.6539×sin42.375⁰=3.8106(m)X 4=r′sinɑ4=5.6539×sin56.5⁰=4.7147(m)X 5=r′sinɑ5=5.6539×sin70.625⁰=5.3337(m)X 6=r′sinɑ6=5.6539×sin84.75⁰=5.6302(m)X 7=r′sinɑ7=5.6539×sin98.875⁰=5.5862(m)X 8=r′sinɑ8=5.6539×sin113⁰=5.2044(m)y 1=r′(1-cosɑ1)=5.6539×(1-cos14.125⁰)=0.1709(m)y 2=r′(1-cosɑ2)=5.6539×(1-cos28.25⁰)=0.6734(m)y 3=r′(1-cosɑ3)=5.6539×(1-cos42.375⁰)=1.4771(m)y 4=r′(1-cosɑ4)=5.6539×(1-cos56.5⁰)=2.5333(m)y 5=r′(1-cosɑ5)=5.6539×(1-cos70.625⁰)=3.7782(m)y 6=r′(1-cosɑ6)=5.6539×(1-cos84.75⁰)=5.1366(m)y 7=r′(1-cosɑ7)=5.6539×(1-cos98.875⁰)=6.5262(m)y 8=r′(1-cosɑ8)=5.6539×(1-cos113⁰)=7.8631(m)当然也可以在下图中直接量出xi 、yi衬砌结构计算图示四、计算位移1、单位位移用辛普生法近似计算，按计算列表进行，单位位移的计算见表1。

(整理)第三章隧道二次衬砌结构计算

第三章隧道二次衬砌结构计算3.1基本参数围岩级别：Ⅴ级围岩容重：γs =18.53/m kN围岩弹性抗力系数：K=1.5×1053/m kN衬砌材料为C25混凝土，弹性模量E h =2.95×107kPa ,容重γh =233/m kN . 3.2荷载确定3.2.1围岩垂直均布压力按矿山法施工的隧道围岩荷载为： q s =0.45×21-s γω=0.45×21-s γ[1+i(B-5)]=0.45×24×18.5×[1+0.1×(13.24-5)] =242.96(2/m kN )考虑到初期支护承担大部分围岩压力，而对二次衬砌一般作为安全储备，故对围岩压力进行折减，对本隧道按30%折减，取为1702/m kN .3.2.2 围岩水平均布压力e=0.4q=0.4×170=68 2/m kN 3.3计算位移3.3.1单位位移所有尺寸见下图1：半拱轴线长度s=11.4947(m)将半拱轴线长度等分为8段，则∆s=s/8=1.4368(m)∆s/ Eh =0.4871×107-（1-⋅kPam）计算衬砌的几何要素，详见下表3.1.单位位移计算表表3.1注：1.I —截面惯性矩，I=3bd /12,b 取单位长度。

2.不考虑轴力影响。

单位位移值用新普生法近似计算，计算如下： 11δ=⎰sh ds IE M 01≈∑∆I E s 1=0.4871×107-×864.0000=4.2085×105-12δ=21δ=⎰sh ds IE M M 021.≈∑I yE s ∆=0.4871×107-×2643.1776=1.2875×104-22δ=⎰sh ds IE M 022≈∑∆I y E s 2=0.4871×107-×14338.9160=6.9845×104-计算精度校核为：11δ+212δ+22δ=(0.42085+2×1.2875+6.9845) ×104-=9.9803×104-ss δ=∑+∆Iy E s2)1(=0.4871×107-×20489.2712=9.9803×104-闭合差∆=03.3.2载位移—主动荷载在基本结构中引起的位移（1）每一楔块上的作用力竖向力：Q i =i qb 侧向力：E i =eh i 自重力：G i =h ii s d d γ⨯∆⨯+-21 算式中:b i 和h i 由图1中量得 d i 为接缝i 的衬砌截面厚度作用在各楔块上的力均列入下表3.2：载位移计算表表3.2（2）外荷载在基本结构中产生的内力内力按下算式计算弯矩：0ip M =0,1p i M --e g q i i i i Ea Ga Qa E y G Q x ---∆-+∆∑∑--11)(轴力：0ip N =sin iϕ∑∑-+iiiE G Q ϕcos )(0ip M ，0ip N 的计算结果见下表3.3.表3.4：载位移计算表p i M ,0表3.3载位移计算表ip N 0 表3.4（3）主动荷载位移计算结果见表3.5：主动荷载位移计算表表3.5则：p 1∆=⎰sh pds IE M M 01.≈∑∆IM E sp 0= -0.4871×710-×2300881.6426 = -0.1121 p 2∆=⎰sh pds IE M M 02.≈∑∆IyM E sp 0= -0.4871×710-×11795777.616 = -0.5746 计算精度校核：p 1∆+p 2∆= -0.1121-0.5746=-0.6867 sp∆=∑+∆I M y Esp 0)1(=-0.4871×710-×14096659.259=-0.6867闭合差：∆=03.3.3载位移—单位弹性抗力图及相应的摩擦力引起的位移（1）各接缝处的弹性抗力强度抗力上零点假设在接缝3处，3ϕ=38.7715=b ϕ；最大抗力值假定在接缝6处，6ϕ=77.5430=h ϕ；最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算：i σ=h hb ib σϕϕϕϕ]cos cos cos cos [2222--=h iσϕ]5430.77cos 7715.38cos cos 7715.38cos [2222-- =h iσϕ]5614.0cos 6079.0[2- 算出: 3σ=0, 4σ=0.3985h σ, 5σ=0.7556h σ, 6σ=h σ; 最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算： i σ=h hi yy σ]1[2'2'-式中：'i y —所考察截面外缘点到h 点的垂直距离；'h y —墙脚外缘点到h 点的垂直距离。

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/m3S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γh=25GPa变形模量 Eh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 N3.2.2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 N1）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 N3.3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 。

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 ϕ位置；2）按照ab 32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 ϕ，h i b ϕϕϕ≤≤。

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 ipip 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akI 11=β 3）按照内力图，可以知道墙底弯矩oap M ，计算由此产生的墙底转角o ap β=1βo ap M 。

轴力oipN 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≈∑∆IE s 1（1） ds EI M M ⎰==212112δδ≈∑∆IyE s （2） ds EI M M ⎰=2222δ≈∑∆Iy E s 2（3）ds EI M M oipp ⎰=∆11≈∑∆IM E s oip（4） ds EIM M o ipp ⎰=∆22≈∑∆IyM E s oip（5）6）按照基本方程的泛函形式)()(0)()(021222212110111221111=+∆++++=+∆++++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 ipi p ip oipi 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 σδδσh hp h k k -=1 弹性抗力的大小与hp δ、σδh 有关，计算hp δ、σδh 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 。

衬砌结构计算

衬砌结构计算一、基本资料某公路隧道，结构断面尺寸如下图，内轮廓半径为5.4m，二衬厚度为0.45m。

围岩为V 级，重度为19kN/m3，围岩弹性抗力系数为1.6×510kN/m3，二衬材料为C25 混凝土，弹性模量为28.5GPa，重度为23 kN/m3x0y二、荷载确定1.根据式（1-21），围岩竖向均布压力：q=0.45*1-s2*γ*ω式中：s---围岩级别，此处s=5；γ---围岩重度，此处γ=19KN/m ³ω---跨度影响系数，ω=1+i(m l -5),毛洞跨度m l =(5.4+0.45)*2+2*0.06=11.82m,其中0.06m 为一侧平均超挖量，m l =5—15m 时，i=0.1，此处ω=1+0.1*(11.82-5)=1.682所以，有：q=0.45*1-52*19*1.682*0.5=115.04875(kPa) 此处超挖回填层重忽略不计2.围岩水平均布压力：e=0.4q=0.4*115.04875=46.0195(kPa)三．衬砌几何要素 1.衬砌几何尺寸内轮廓线半径1r =5.4m 外轮廓线半径1R =5.85m 拱轴线半径'1r =5.625m2.半拱轴线长度S 及分段轴长△S半拱轴线长度S=°180θπ'1r =°180°104* *5.625=10.210(m) 将半拱轴线等分为8段，每段轴长为：△S=8S =8210.10=1.27625（m)3.各分块接缝（截面）中心几何要素i α=8104ii 1y ='1r (1-cos i α) i 1x ='1r sin i αE1Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7E2E3E4E5E6E7E8G3G4G1G5G6G2G7G8R4R5R6R7R8qb1b2b3b4b5b6b7b8h1h2h3h4h5h6h7h8附图衬砌结构计算图示四．计算位移 1.单位位移用辛普生法近似计算，按计算列表进行。

隧道衬砌设计与计算

式中： ik
---单位变位，即在基本结构上，因 X k 1 作用时，在
X
方向上所产
i
生的变位ip ---荷载变，即基本结构因外荷载作用，在 Xi方向的变位；
f-----拱圈的矢高；
a , ua ----拱脚截面的最终转角和水平位移。
4、单位变位及荷载变位的计算
由结构力学求变位的方法（轴向力与剪力影响忽略不计）得知：
1
Ma Wa
6 bha2
图5-6
根据温克尔假定，拱脚内（外）边缘的最大沉降��1为：由于拱脚截面绕中心点转过一个角度��1 ，中心点不产生水平位移，因此有:
式中： �� ----拱脚截面惯性矩��=bℎ��3/12
⑵ 单位水平力作用时
均匀沉陷时拱脚截面不发生转动，则有：
u2
2
c os a

cos2 a
kabha
2 0
图5-7
（3）外荷载作用时
在外荷载作用下，基本结构中拱脚点处产生弯矩
M
0 和轴向
ap
力
N
0 ap
，如图5-8所示，拱脚截面的转角
0 ap
和水平位移ua0p
为：
0 ap

M
0 ap
1

H
0 ap
(1) 以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法;
(2) 以现场量测和试验为主的实用设计方法;
(3) 荷载一结构模型。将围岩对结构的作用简化为荷载作用于结构上进行计算;
(4) 连续介质模型，将围岩和结构作为整体进行计算。包括解析法和数值法，数值计算法前主要是有限单元法，也可利用各种有限元软件来计算。

隧道衬砌结构计算

03
弹性模量表示材料抵抗弹性变形的能力，泊松比则表示横向变
形的程度。
衬砌结构材料的耐久性和可靠性
环境因素
衬砌结构材料应能耐受地下水、土壤中的化学物质、侵蚀性气体等环境因素的侵蚀，保持长期性能稳定。
耐久性设计
衬砌结构材料的耐久性应通过合理的耐久性设计和施工质量控制来保证，包括选择合适的材料、采取有效的防排水措施等。
计算内容
防水层的厚度、材料性能、抗渗压力等。
计算方法
采用理论分析和实验验证相结合的方法，综合考虑水压、地质条件和施工工艺等因素进行计算。
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抗震加固措施
根据抗震设计结果，采取相应的加固措施提高衬砌结构的抗震性能。
03 隧道衬砌结构材料与性能
衬砌结构材料的种类和特性
混凝土
混凝土是隧道衬砌结构中最常用的材料之一，具有抗压强度高、耐久性好、成本低等优点。根据需要可加入添加剂，如防水剂、
膨胀剂等。
钢材
钢材用于隧道衬砌结构中的受力构件，如型钢、钢板等。具有强度高、塑性好、耐腐蚀等特点。
可靠性评估
衬砌结构材料的可靠性应通过科学的方法进行评估，以便及时发现和处理潜在的安全隐患，确保隧道运营安全。
04
计算目的
确保隧道衬砌结构的安全性和稳定性，满足公路行车要求。
计算内容
衬砌厚度、混凝土抗压强度、抗剪强度、抗弯强度等。
计算方法
采用有限元分析法，结合实际地质资料和荷载条件进行计算。
衬砌结构设计的基本原则
安全可靠
衬砌结构设计应满足安全可靠的要求，能够承受围岩压力、水压力等作用，保证隧道结构
的稳定性。
经济合理
衬砌结构设计应考虑工程成本，选择合适的材料和结构形式，以达到经济合理的目标。

隧道二次衬砌施工方案

XX隧道二衬施工方案编制人： _________________ 复核人： _________________ 审核人： _________________XX隧道二次衬砌施工方案一、施工准备经过前期的洞身开挖以及初期支护，现拱顶和拱脚以及隧道的周边收敛沉降均已趋于稳定，已具备进行二次衬砌的施工条件，用于二次衬砌施工的机械设备已全部到位。

二、施工方案2.1防排水施工2.1.1防水层施工隧道喷砼与模筑砼之间设隧道专用防水卷材，铺设防水层前在喷射砼表面铺设缓冲层，缓冲层采用300g/m2 土工布，而后铺设隧道专用防水卷材。

铺设方法如下：基面检查：利用工作平台将支护裸露的锚杆、钢筋头等铁件割除，并用砂浆抹成圆曲面，以防其刺破防水板。

土工布衬层铺设及凹槽垫片设置：将土工布衬层铺设在初期支护喷射砼表面上，同时设置土工布固定条带与凹槽垫片，两者用射钉紧固，通过射钉使土工布衬层和土工布固定条带及凹槽垫片牢靠固定在喷射砼上，其中射钉与凹槽垫片之间应加设金属垫片，射钉间距按设计要求设置。

防水卷材铺设：将防水卷材吊运到作业平台上，从上到下对称地将防水卷材焊接到固定垫圈上，粘合牢固。

示意图：铺设质量检查：防水层施工完成后，对施工质量进行检查，自检合格经监理工程师检验认可后，方可进行下道工序的施工。

若检查出质量问题应进行补焊，使之达到验收标准。

防水层铺设操作要点：固定点的布置，在满足固定间距的前提下，尽量固定在喷砼面较凹处，使得防水层尽量密贴砼喷射面。

固定点间的防水层长度视施工支护面的平整情况留一定的富余量，本着宁松勿紧的原则，以防止模筑衬砌时被挤破。

每一循环的防水层铺设长度比相应衬砌段多出1.1.1目的是便于循环间的搭接，并使防水卷材接缝与衬砌工作缝错开2.0m,以确保防水效果。

防水层铺设后，应尽快进行衬砌，以确保防水层不受损伤，保证防水效果。

1.1.2本隧沉降缝处采用遇水膨胀橡胶止水带防水。

在档头板上沿二次衬砌轴线每0.5米钻一“ 12mm的孔，穿进“10的钢筋卡，并卡紧夹在档头板中的止水带的一半，另一半折成90°角，贴靠在挡头板上。

曲墙式衬砌计算

衬砌结构断面（尺寸单位：cm）二、荷载确定1、根据《公路隧道设计规范》的有关计算公式，围岩竖向均布压力：q=0.45 × 2S-1 γω式中：S——围岩级别，此处S=5；γ——围岩容重，此处γ=20 kN/m3；ω——跨度影响系数，ω=1+i (B-5)，毛洞跨度l m=11.81+2×0.1=12.01m，式中0.1为一侧平均超挖量;l m=5～15m时，i=0.1,此处ω=1+0.1×（12.01-5）=1.701所以，有：q=0.45×25-1×20×1.701=244.944(kPa)此处超挖回填层重忽略不计。

2、围岩水平均布压力：e=0.25q=0.25×244.944=61.236（kPa）三、衬砌几何要素1、衬砌几何尺寸内轮廓线半径： r=5.4039m内径r所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角：φ=113⁰拱顶截面厚度d0 =0.5 m ；拱底截面厚度d n=0.5m。

外轮廓线半径： R=r+d0=5.9039m拱轴线半径： r′=r+0.5d0=5.6539m拱轴线各段圆弧中心角：θ=113⁰2、半拱轴线长度S及分段轴长△SS =θp r′/180⁰=113⁰×3.14×5.6539/180⁰=11.1451（m）将半拱轴长度等分为8段，每段轴长为：△S=S/8=11.1451/8=1.3931（m）3、各分块接缝（截面）中心几何要素（1）与竖直轴夹角ɑiɑ1=Δθ=θ/8=113⁰/8=14.125⁰ɑ2=ɑ1+Δθ=14.125⁰+14.125⁰=28.25⁰ɑ3=ɑ2+Δθ=28.25⁰+14.125⁰=42.375⁰ɑ4=ɑ3+Δθ=42.375⁰+14.125⁰=56.5⁰ɑ5=ɑ4+Δθ=56.5⁰+14.125⁰=70.625⁰ɑ6=ɑ5+Δθ=70.625⁰+14.125⁰=84.75⁰ɑ7=ɑ6+Δθ=84.75⁰+14.125⁰=98.875⁰ɑ8=ɑ7+Δθ=98.875⁰+14.125⁰=113⁰（2）接缝中心点坐标计算X1=r′sinɑ1=5.6539×sin14.125⁰=1.3798(m)X2=r′sinɑ2=5.6539×sin28.25⁰=2.6761(m)X3=r′sinɑ3=5.6539×sin42.375⁰=3.8106(m)X4=r′sinɑ4=5.6539×sin56.5⁰=4.7147(m)X5=r′sinɑ5=5.6539×sin70.625⁰=5.3337(m)X6=r′sinɑ6=5.6539×sin84.75⁰=5.6302(m)X7=r′sinɑ7=5.6539×sin98.875⁰=5.5862(m)X8=r′sinɑ8=5.6539×sin113⁰=5.2044(m)y1=r′(1-cosɑ1)=5.6539×(1-cos14.125⁰)=0.1709(m)y2=r′(1-cosɑ2)=5.6539×(1-cos28.25⁰)=0.6734(m) y3=r′(1-cosɑ3)=5.6539×(1-cos42.375⁰)=1.4771(m) y4=r′(1-cosɑ4)=5.6539×(1-cos56.5⁰)=2.5333(m)y5=r′(1-cosɑ5)=5.6539×(1-cos70.625⁰)=3.7782(m) y6=r′(1-cosɑ6)=5.6539×(1-cos84.75⁰)=5.1366(m) y7=r′(1-cosɑ7)=5.6539×(1-cos98.875⁰)=6.5262(m) y8=r′(1-cosɑ8)=5.6539×(1-cos113⁰)=7.8631(m)当然也可以在下图中直接量出x i、y i衬砌结构计算图示四、计算位移1、单位位移用辛普生法近似计算，按计算列表进行，单位位移的计算见表1。

(完整版)填空题

填空题：1.我国现行公路（铁路）隧道围岩分类的依据：结构特征和完整状态为表征的围岩稳定性2.新奥法运用锚喷作为初期支护的理论依据：充分发挥与加强围岩的自承效能3.洞口地质一般不稳定，选定洞门位置（确定隧道长度）的原则早进晚出4. 拱形明洞的主要形式有：路堑对称型，路堑偏压型，半路堑偏压型，半路堑单压型判断题：1、影响喷射混凝土强度的因素是原材料的质量，而与喷射施工作业质量无关。

（╳）2、为使坑道轮廓平整、减少超欠挖、降低围岩的扰动以及锚喷支护的需要，可采用光面爆破和预裂爆破技术。

（√ ）3、施工准备阶段，应积极抓紧创造隧道开工的条件，临时工程施工可在开工令下达后再着手进行。

（╳）4、汽车专用公路隧道防排水工程质量要求达到拱部、墙部、路面、设备箱洞、车行与人行横道均不渗水（√）5、隧道衬砌外观鉴定要求混凝土表面密实，任一延米面积内蜂窝麻面面积不超过5%，深度不超过20mm（╳）6、无论哪类围岩选择支护方式时，应优先采用构件支撑作为坑道开挖的初期（临时）支护（╳）7、由于锚喷支护具有主动加固围岩、可及时施工和比较经济等特点，故广为应用。

但使用也是有一定条件的，当围岩自持能力差、有涌水及大面积淋水地段及地层特别松软处，就很难成型。

（√ ）8、洞口各项工程相互关联，故应全面考虑、妥善安排、减少干扰，进洞前尽快完成，以便为洞身施工创造条件。

（√ ）9、导坑爆破开挖时，炮眼起爆顺序为：掏槽眼—-顶眼—-侧邦眼---底眼---辅助眼。

( ╳ )10、洞内施工的特点是空间有限、工作面狭窄、光线暗、空气污浊、潮湿、噪声大，故要有良好的照明与通风条件，落实安全措施，精心组织各项作业。

同时还必须关注工人的劳动保护。

（√）11.判别深埋与浅埋隧道的分界,可按荷载等效高度值,并结合地质条件、施工方法等因素综合判定（√ ）12.隧道现场监控量测,包括隧道施工阶段与营运阶段控制测量和监控测量。

(√ )13.隧道遇到溶洞处理措施,分别以引、堵、越、绕等措施进行处理。

隧道衬砌结构计算原理公式及强度验算

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

隧道课程设计--双线电力牵引铁路曲线隧道曲墙式衬砌设计

隧道课程设计(双线电力牵引铁路曲线隧道曲墙式衬砌设计)目录一、课程设计题目及资料··3 二、隧道净空加宽··3（一）加宽原因··3（二）加宽值的计算 (4)三、衬砌内轮廓线的确定 (4)四、隧道的初期支护及二次衬砌的支护参数设计 (5)（一）初期支护的支护参数 (5)（二）二次支护 (5)（三）预留变形量 (6)五、围岩压力 (6)六、检算支护强度 (6)（一）衬砌结构理想化 (6)（二）荷载理想化 (7)（三）取半结构用弹性链杆法编程计算 (7)七、双线曲墙式衬砌的内轮廓图一、课程设计题目及资料计算以下条件的曲线隧道净空加宽值，并画出双线曲墙式衬砌的内轮廓线，标注详细尺寸。

设计该隧道的初期支护及二次衬砌的支护参数，并采用弹性链杆法检算支护强度是否满足隧道设计规范的要求。

①双线隧道；②电力牵引；③行车速度V=150km/h；④曲线半径为3530m；⑤围岩级别为Ⅴ级；⑥隧道埋深为100m；⑦隧道围岩天然容重r=20KN/M3；⑧车辆转向架中心距l=18m；⑨标准车辆长度，我国为L=26m。

二、隧道净空加宽（一）加宽原因1·由于车辆通过曲线时转向架中心线沿线路运行，而车辆本身不能随线路弯曲仍保持矩形形状，故其两端向曲线外侧偏移有（ｄ外），中间向曲线内侧偏移有（ｄ内１）。

2·由于曲线外轨超高，车体向曲线内侧倾斜，车辆限界上的控制点在水平方向上也会向内产生一个偏移距离（ｄ内２）。

（二）加宽值的计算①车辆中间部分向曲线内侧的偏移ｄ内１为ｄ内１=l²/8R=4050/R②车辆两端向曲线外侧的偏移ｄ外为ｄ外= (L²-l²) /R=4400/R③外轨超高式车体响曲线内侧倾移ｄ内２为ｄ内２=HE/150=2.7E式中E=0.76V²/R则加宽值为：内侧加宽W1=ｄ内１+ｄ内２=4050/R+2.7E=14.2(cm)外侧加宽W2=ｄ外=4400/R=1.2(cm)内外侧线路中线间的加宽值W3为W3=8450/R=2.4(cm)总加宽W=W1+W2+W3=17.8(cm)，实取20cm。

曲墙式隧道衬砌内轮廓求法

铁路隧道曲墙式复合式衬砌内轮廓求法一、引言在现代隧道设计中，曲墙式复合式衬砌以其受力状态良好得到了广泛应用，双线隧道其内轮廓大多为六心圆（图1），六段圆弧分别是：拱顶圆弧R1，侧墙圆弧2·R2，仰拱圆弧R4，以及仰拱和侧墙连接圆弧2·R3。

当隧道断面采用不同的加宽值W时，其断面尺寸亦随之变化，一般设计都会给出一个断面尺寸参数表（表1），随之而来的问题是，W值与01、02、03、04、R1、R2、R3、R4等参数的函数关系是什么？能不能从铁路隧道建筑限界出发求出不同断面下的参数呢？还有一个值得注意的问题是，表1各参数并不是独立的，也就是说，在CAD环境下，你将有多种作图方法，如何作图，会使误差最小呢？本文将尝试着解决以上问题，并力求在Excel中将表1参数化。

图1表1二、衬砌内轮廓设计参数的分析在铁路隧道的衬砌通用图中，一般会在一开始就给出衬砌内轮廓的设计原则和关键控制点的坐标（图2，表2）。

图2表2如果仔细地研读图纸你会发现以下规律：（1）坐标系是以近期内轨顶面为横轴，以隧中为纵轴建立的，但是设计参数却以远期内轨顶面考虑，近期与远期轨面高差为1.6cm，这是因为隧道属于永久工程，以远期内轨顶面进行设计可以为列车后期提速留有余地。

而坐标系的横轴取近期内轨顶面便于目前阶段的施工放样。

（2）1、2、3点的纵坐标分别为轨面以上1.6、191.6、501.6，如果对它们统一减去近远期轨面高差1.6，则它们刚好等于0、190、500，这是一组设计保守取整后的数值，这也反映出了设计是以远期运输条件进行断面设计的。

（3）衬砌内轮廓的设计并未考虑到仰拱。

这是因为仰拱的半径和厚度需要考虑到洞室整体结构受力，列车荷载的有效传递，更与围岩状况紧密联系。

对于跨度一定的隧道从对仰拱的结构力学分析来看，仰拱半径与隧道上部衬砌结构半径越接近其所受轴力最大值就越小，即隧道衬砌结构的断面以接近圆形为益，仰拱半径越小即仰拱越扁平其轴力越大受力越不合理，因此隧道衬砌结构最好选用圆形结构，如此衬砌上部结构与仰拱就能形成一个封闭的厚壁圆筒，将极大的改善衬砌结构的受力情况并提升支护结构的承载能力进而维护隧道的稳定性。

隧道二衬结构计算书全文

3 蓁山隧道二衬结构计算3.1 基本参数1.二衬参数表二次衬砌采用现浇模筑混凝土，利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。

二次衬砌厚度设置见表3.1。

表3.1 二次衬砌参数表2.计算断面参数确定隧道高度h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量隧道跨度b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量各围岩级别计算断面参数见表3.2。

表3.2 计算断面参数（单位：m）3.设计基本资料围岩容重：3/5.20m kN s =γ 二衬材料：C30、C35混凝土弹性抗力系数：3/250000m kN K = 材料容重：3/25m kN h =γ 弹性模量：kPa E h 7103⨯=二衬厚度：35/40/45/50/55/60/65/70cm 铁路等级：客运专线行车速度：200km/h隧道建筑限界：双线，按200km/h 及以上的客运专线要求设计线间距：4.4m曲线半径：1800m ，4000m 牵引种类：电力列车类型：动车组列车运行控制方式：自动控制运输调度方式：综合调度集中3.2 各级围岩的围岩压力计算按深埋隧道，《规范》公式垂直围岩压力 w q s 1245.0-⨯=γ)]5(1-+=B i w水平围岩压力有垂直围岩压力乘以水平围岩压力系数可得，水平围岩压力系数见表3.3。

各部位垂直围岩压力和水平围岩压力计算结果见表3.4。

表3.3 水平围岩压力系数表3.4 垂直围岩压力及水平围岩压力计算表注：二衬按承担70％的围岩压力进行计算。

3.3 衬砌内力计算衬砌内力计算的原理采用荷载结构法。

该方法用有限元软件MIDAS/GTS实现。

3.3.1 计算简图蓁山隧道衬砌结构为复合式衬砌，二衬结构为带仰拱的三心圆曲墙式衬砌。

典型的计算图式如图3.1所示。

荷载结构模型计算图式如图3.2所示。

围岩用弹簧代替，用弹簧单元模拟，结构用梁单元模拟。

图3.1 三心圆曲墙式衬砌结构图3.2 荷载结构模型计算图式3.3.2 计算过程下面以Ⅱ级围岩为例进行说明。

006第六章隧道衬砌结构计算

拱部bh段抗力，按二次抛物线分布，任一点的抗力
与最大抗力 h的关系为：
i

cos2b —cos2i

h
cos2b —cos2h
6 -15
边轴ha段抗力为：

1
-

yyh′ ′2

h
6 -16
为了便于分析结构内力，根据对结构受力与变形产生影响的主要因素，得出能反映结构实际工作状态的并便于从事计算的简化模型(图形)，这种图形称为结构计算简图。
一、结构体系简化二、荷载简化三、结构形状及支座简化
一、结构体系简化——平面应变问题
半被覆结构是一个空间问题的拱完结构，严格说来，应按空间问题来计算，但如果这个空间拱壳结构满足： 1)结构纵长方向大于跨度两倍； 2)结构的形状、承受的荷载大小及分布沿纵长方向不变，则该空间拱壳结构可简化为平面应变问题。
这种结构适用于洞库跨度比较大的情况，一般修建在地层岩石比较稳定、完整性较好的岩层中。
第一节作用在被覆结构上的荷载第二节半被覆结构的计算简图第三节半被覆结构的内力计算
半衬砌拱示意图
§6.3.1 半被覆结构的计算简图
地下结构的实际工作情况极其复杂，它不但与结构形式、尺寸和材料有关，而且与所处的工程地质和水文地质条件及施工方法有关，故要完全按照结构的实际情况进行严格计算是非常困难的。
二、荷载简化——只包括垂直围岩压力和自重
作用在半被覆结构上的荷载有：围岩压力、结构自重及弹性抗力。
由于半被覆结构一般都修建在比较坚埂的岩层中，因此可不考虑侧向
围岩压力。又因一般半被覆结构矢跨比较小（约在
），说明拱

隧道衬砌设计与计算

M ids EJ
a
s E
Mi J
a
0
M i yids EJ
f a
s E
M i yi J
f a
0
M i yih ds EJ
yah a
s E
M i yih J
yah a
h
k
式中 a 是墙底截面最终转角， a ap h a
s E
M pMh J
yah ap
h
M M EJ
h
ds
yah a
s E
M Mh J
yah a
● h点所对应的 h 90 ，则该点的径向位移约等于水平位移
● 拱顶截面的垂直位移对h点径向位移的影响可以忽略不计
按照结构力学方法，在h点加一单位力 p 1，可以求得 hp和 h
hp
（6）墙脚支承在弹性岩体上，可发生转动和垂直位移(无水平位移)
bh段： i
cos2 b cos2 b
cos2 i cos2 h
h
ha段： i
1
y
' i
y
' h
2
h
2 、主动荷载作用下的力法方程和衬砌内力
力法方程：
X 1p11 X 2 p12 1p ap 0 X 1p 21 X 2 p 22 2 p f ap uap 0
1）拱脚与围岩支承面间的应力与变形关系，符合局部变形理论，支承面变形后仍为平面; 2）拱脚与围岩支承面存在着足够大的摩擦力，足以平衡该面上的剪力，从而可认为不产生沿该面方向的变位。
1
Ma Wa
6 bha2
图5-6
⑵ 单位水平力作用时
单位水平力可以分解为轴向分力 (1• cos a )和切向分力 (1• sin a ) ，计算时只需考虑轴向分力的影响，（见图5-7）作

隧道衬砌通风照明计算

曲墙式隧道洞身衬砌计算1 基本计算数据公路等级：高速一级公路围岩类型：Ⅳ类围岩容重：γ=2.3吨/立方米弹性抗力系数：k=0.5510⨯吨/立方米衬砌材料：C 25混凝土容重：γh =2.3吨/立方米二次衬砌厚度：d 0=0.4米2衬砌几何要素2.1围岩竖向压力根据《隧道设计规范》有关计算公式，根据已知围岩参数带入公式ωγ⨯⨯⨯=-s s q 6245.0式中 S —围岩类别，此处S=4γ—围岩容重，此处γ=2.3吨/立方米ω—宽度影响系数，ω=1+i （B-5）其中i=0.1 B —隧道开挖宽度11.3mω=1+0.163.1)53.11(=-⨯75.663.13.2245.046=⨯⨯⨯=-s q 吨/立方米2.2计算衬砌自重7710.13.2)14.14.0(5.0)(210=⨯+⨯=⨯+⨯=h n d d g γ吨/立方米2.3围岩水平均布压力01.175.615.015.0=⨯==s q e 吨/立方米内轮廓曲线半径r 1=5.14 m r 2=7.64 m r 3=1.00 m2.4绘分块图——用试凑法将半个拱圈分成等长的八个契块，标出坐标轴，绘出荷载图如图1。

图2.1荷载图3 计算位移3.1单位位移轴线各段圆弧中心角： 0190=θ 0211=θ 0357=θ拱轴线长度S ：S=18011θπr +18022θπr +18033θπr =8.0698+1.4660+0.9943=10.5301 将拱轴线长度等分8段，则==∆8s s 1.3163总和号外面的乘数56100462.01085.23163.1-⨯=⨯=∆E S 计算列表进行，单位位移的计算见表3.1、表3.2。

表3.1单位位移计算表表3.2单位位移计算表单位位移计算如下：5511104251.674168.1459100462.01--⨯=⨯⨯=∑∆=JE S δ 552112102699.1652715.3577100462.0--⨯=⨯⨯=∑∆==JyE S δδ 55222102161.7341241.158********.0--⨯=⨯⨯=∑∆=Jy E S δ 3.2载位移——主动荷载在基本结构中引起的位移3.2.1每一碶块上的作用力竖向力Q i =qb i其中b i ——衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度b 1=1.404m b 2=1.3125m b 3=1.135m b 4=0.8835m b 5=0.5745m b 6=0.228m侧向力i i eh E =其中h i ——衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度h 1=0.181 h 2=0.5305 h 3=0.846 h 4=1.106 h 5=1.294 h 6=1.397 h 7=1.386h 8=0.975自重力 h ii i S d d G γ∆+=-21其中 d i ——接缝i 的衬砌截面厚度每个集中力均通过相应图形的形心。

隧道衬砌计算

半衬砌、曲墙式和直墙式衬砌计算的主要区别和联系考虑的方向：模型建立（拱脚的位移——支座的位移：半衬砌由于拱圈直接支撑在土体上而土有弹性的所以拱脚有位移（位移由拱圈内力引起，由于隧道颈向摩擦大所以只有切向位移，而由于结构对称荷载对称竖向位移不考虑），曲墙式拱脚由于摩擦大没有位移，直墙式由于拱脚与侧墙直接连接所以拱脚的位移和侧墙的位移有直接的关系。

超静定结构的简化三者都是单跨结构对称荷载对称的超静定结构，所以当从跨中分为两部分时跨中没有剪力）所受的围岩压力（有无围岩抗力，半衬砌拱圈矢跨比小所以没有围岩抗力，曲墙式不仅有围岩抗力而且按抗力最大点分为两段，曲墙式的拱圈矢跨比相对不大但是也有抗力区，而他的抗力曲的计算和曲墙式上零点到最大抗力点的计算公式相近）计算方法（都可以用力法解决，故都用到了正则方程，计算时都把拱圈分为有限段，先得出内力、外力所引起的跨中位移，再计算由支座位移或由围岩抗力引起的跨中位移，综合围岩跨中相对无位移来得出跨中内力方程，从而由此得出拱圈的内力图）解答：半衬砌、曲墙式和直墙式衬砌计算的主要区别和联系（按力法来做）联系：1）从解决方法上三者都可以用力法解决，所以三者在计算拱圈的内力的时候都会用到正则方程，即1122111=+∆++aPXXβξξ和2222211=++∆++aaP UfXXβξξ两个方程。

2）三者都是单跨结构对称荷载对称的结构，所以在计算内力时跨中都可以不考虑剪力，而在计算支座的线位移时由于竖向位移不产生结构内力都可以忽略。

3）三者在计算支座的位移时都会由于隧道轴线方向摩擦力太大而只要考虑支座切向位移。

4）在计算由内力和围岩外力引起的位移时，由于拱圈的厚度变化要对拱圈进行分段区别：1）在计算支座的位移时，由于衬砌由于拱圈直接支撑在土体上而土有弹性的所以拱脚有位移（位移由拱圈内力引起，由于隧道颈向摩擦大所以只有切向位移，而由于结构对称荷载对称竖向位移不考虑），曲墙式拱脚由于摩擦大没有线位移只有角位移，直墙式由于拱脚与侧墙直接连接所以拱脚的位移和侧墙的位移有直接的关系。