围岩压力计算

1围岩压力计算

深埋和浅埋情况下围岩压力的计算方式不同，深埋和浅埋的分界按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。按等效荷载高度计算

公式如下：H

P =（~）

q

h

式中: H

p

——隧道深浅埋的分界高度；

h

q ——等效荷载高度，

q

h=

q

γ

；

q——垂直均布压力(kN/m2)；

γ——围岩垂直重度（kN/m3)。

二次衬砌承受围岩压力的百分比按下表取值：

表复合式衬砌初期支护与二次衬砌的支护承载比例

浅埋隧道围岩压力的计算方法

隧道的埋深H大于hq而小于Hp时，垂直压力

Q

B B

t t

q

H

==γH(1-λθ)

浅

浅

tan。

表各级围岩的θ值及

φ值

2(tan 1)tan tan tan c c

c ϕ+ϕβϕ+ϕ-θ

c tan =tan

侧压力系数()tan tan tan tan tan tan tan tan c

c c β-ϕλ=

β1+βϕ-θ+ϕθ

⎡⎤⎣⎦

作用在支护结构两侧的水平侧压力为：e 1=γh λ ； e 2=γ(h+Ht)λ 侧压力视为均布压力时：

Ⅴ级围岩的等效荷载高度hq=×24

×[1+×(10-5)]= Hp==27m,H

取φ0=45°，θ=φ0=27°，h=20m ，tan β=,λ=,tan θ=, 计算简图：

()21

2

+1e =

e e

垂直压力q=19×20×20×10)=m

Pg=πdγ=π××25=m

地基反力P=m

e1=γhλ=19×20×=

e2=γ(h+Ht)λ=19×(20+×=

水平均布松动压力e=(e1+e2)/2=m

Ⅴ级围岩二衬按承受50%围岩压力进行计算，则垂直压力为q×50%=m

地基反力为P×50%=m

水平压力为e×50%=m

2衬砌结构内力计算

表等效节点荷载

表轴力、剪力、弯矩详细数据

50+0557********

51+054099729306

52+052405025569

53+0521159

54+0517015

内力图分析

（1）轴力：由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出轴力图如图，最大轴力出现在仰拱段，其值为。

轴力图

（2）弯矩：由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出弯矩图如图，最大正弯矩出现在变截面段，其值为·m，最大负弯矩出现在拱顶，其值为·m。

弯矩图

（3）剪力：由ANSYS建模分析围岩衬砌内力得出剪力图如图，最大剪力出

现在仰拱段，其值为。

剪力图

变形图

3.Ⅴ级围岩需要进行配筋计算

（1）截面设计

计算轴力：KN=2×626380= 计算弯矩：KM=2×92913=m ξb =,

C25混凝土，轴心受压强度设计值为：f cd =；

HRB335级钢筋，抗拉强度设计值为：f sd =f sd ＇=300Mpa ； e=m/n=

长细比l 0/h=,按短柱计算，偏心距增大系数η取1， h 0=h-a s =400-50=350mm ① 判别大小偏心受压

,

1053.016820148,

148000mm h mm e e e mm e a i =≥=+=+==

属于大偏心受压，

202

011510)

'(')

5.01('mm a h f bh f Ne A A s y c s s =-⨯--==ξξα

选取5φ20，As=15702

mm

垂直弯矩作用平面内的受压承载力： Nu=φ(f cd As+fsd ＇As ＇) =+300x1572) =>N(= 满足要求

4. 截面强度验算

按荷载-结构模型进行设计时，最后要作截面验算。现行《铁路隧道设计规范》规定隧道结构计算分为“概率极限状态法设计”和“破损阶段法和容许应力法设计”两种形式。对一般地区单线隧道整体式衬砌及洞门、单线隧道偏压衬砌及洞门、单线拱形明洞及洞门结构可采用概率极限状态法设计，也可以采用破损阶段法设计。其他隧道结构则要求采用破损阶段法或容许应力法。

对混凝土矩形构件，当e>时，由抗压强度控制承载能力，不必检算抗裂；当e ≤时，由抗拉强度控制承载能力，不必检算抗压。

隧道结构截面抗压强度按下式计算：

bd R KN a ϕα≤

式中 K-安全系数 N-轴向力（MN ）

Ra-混凝土或砌体的抗压极限强度（MPa ） α-轴心偏心影响系数 ϕ-构件纵向弯曲系数

b-结构的纵向计算宽度（取1m ） d-截面厚度

从抗裂要求出发，混凝土矩形截面偏心受压构件的抗拉强度按下式计算： KN(6e-d)≤φR 1bd 2

式中 R1-混凝土的抗拉极限强度

表混凝土和砌体结构的强度安全系数

强度验算：

M/Nmax=2081400=

M/Nmin=92913/626380=

=

1，选取第①种情况：e<=进行抗压强度控制验算

KN≤φαR a bd

α=（e/d）=

KN=2×2081400=4162800N

φαR a bd=1×××10^6×1×=6619880N

得KN≤φαR a bd，满足要求

2，选第②种情况：e>=

进行抗拉强度控制验算

KN(6e-d)≤φR1bd2

KN(6e-d)=3×626380×（6×）=920402N