参考——山岭隧道结构设计计算书

第一章总则

对某区间隧道进行结构检算，求出内力，并进行配筋计算。具体设计基本资料如下：

1.1设计条件

隧道拱顶埋深为5 m；隧道围岩等级为III级，围岩重度为28kN/m3，围岩的内摩擦角φ=60º，似摩擦角φ*=68º，围岩侧压力系数取为0.3。；采用暗挖法施工，隧道断面型式为6心圆马蹄形结构。

结构尺寸如图所示：

图 1 隧道尺寸示意图

1.2设计原则

山岭地区的地下工程是包括铁路、公路、水工隧道和地下储库等位于山岭内部的地下建筑物。

对于公路隧道而言，主体规划设计主要考虑4个方面的问题：

（1）隧道（里面、平面）线型的选择，需要考虑地表条件、地层条件、地下水条件和既有临近建筑及设施；

（2）隧道施工对地层的影响，需要分析地层的变形、荷载和稳定性特征，还需要考虑地下水和地层的渗透性；

（3）隧道断面、主体及附属结构形式的选择，需要考虑地层的变形和刚度、衬砌的变形和刚度，以及两者之间的相互作用；

（4）隧道防水方案，选择全封闭方案、部分封闭部分排水方案或其他防排水方案。

隧道施工方法的规划设计主要涉及3个方面的问题：

（1）地层的开挖与出渣，需要考虑地层结构和岩石硬度的变化，还要计入地下水的作用；

（2）地层稳定性的维持，需要考虑地层的自稳特征和站立时间，对注浆或冻结等地层处理方法的适应性；

（3）地下水，包括流量与流向，流砂或管涌的可能性，以及处理方法。

公路隧道结构设计应按照相关的行业规范执行。如《建筑结构荷载规范》（GBJ 50009-2001）、《人民防空工程设计规范》（GB 50225-95）、《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086-2001）、《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）、《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ 138-2001）、《钢结构设计规范》（GBJ 50017-2003）、《地下工程防水设计规范》（GB 50108-2001）、《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）等。

图 2 隧道位置示意图1.3设计标准

隧道内部尺寸设计：

结构净宽16.56m

结构净高11.92m

结构底板厚度550mm

结构顶板厚度550mm

结构侧板厚度550mm 1.4 设计依据

《建筑结构荷载规范》（GBJ 50009-2001）

《人民防空工程设计规范》（GB 50225-95）

《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB 50086-2001）

《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）

《型钢混凝土组合结构技术规程》（JGJ 138-2001）

《钢结构设计规范》（GBJ 50017-2003）

《地下工程防水设计规范》（GB 50108-2001）

《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）

1.5环保措施

在本次设计中，我们采取了以下环境保护措施：

选用无毒无害的防水板，避免对地下水的影响。

严格控制降低地下水位，以免地下水位降低引起地面沉降、地下管道断

裂、建筑物开裂、草木枯萎。

施工场地规划尽量减少对绿化的破坏及对交通的影响。

采用有利于环境保护、符合可持续发展战略的绿色建筑技术，选用有利

于环境保护和人群健康的建筑材料及建筑装修材料，选用的建筑材料、

涂料等要符合国家的有关部门标准。

各专业应积极采用不产生或少产生污染的新技术、新工艺、新材料、新

设备，节约能源，循环（重复）利用资源。引进设备其污染物的排放

必须达到国家工广州市制定的标准和符合环境管理法规的有关规定。

第二章结构设计

2.1 根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋；

根据《公路隧道设计规范》，在判定隧道深浅埋时有如下规定：

在矿山法施工的条件下，Ⅳ~Ⅵ级围岩取*2.5p H h =，Ⅰ~Ⅲ级围岩取

*2p H h =。根据设计的条件，*2p H h =。

采用《公路隧道设计规范》推荐的方法，即有

*10.4521(5)

s h i B ωω-=⨯=+- (2.1) 上式中：

s 为围岩的级别；

B 为洞室的跨度；

i 为B 每增加1m 时的围岩压力增减率，以B=5m 的围岩垂直均布压力为准，当B<5m 时，取i =0.2；当B>5m 时，取i =0.1。

由于隧道拱顶埋深5m ，位于III 级的围岩中，根据《公路隧道设计规范》公式，则有

311*110.1(16.565) 3.880.4520.4521(5)0.452s s m

h i B ω---⎡⎤⨯⎣⎦⎡⎤⎣⎦⨯+⨯-==⨯=⨯+-=⨯ 因为埋深**27.765 3.88c h m h m h m =>=>=，可知该隧道为浅埋隧道。

2.2 计算作用在结构上的荷载；

1 永久荷载

A 顶板上永久荷载

a. 顶板自重（可只考虑二衬）

2325/0.5513.75/q d kN m kN m γ=⨯=⨯=

b. 地层竖向土压力

由于拱顶埋深5m ，根据《公路隧道设计规范》的浅埋隧道荷载的计算方法，将地层的竖向土压力换算成作用在支护结构上的均布荷载，即：

=(1tan )t t

Q H q H B B γλθ=-浅浅 （2.2） 式中：

λ——侧压力系数，本设计取0.3

γ——围岩自重（kN/m 3）

H ——隧道埋深，指坑顶至地面的距离（m ）

B t ——坑道宽度（m ）

θ——埋深在浅埋范围内时，为便于计算，假定土体中形成的破裂面是一条与水平成β的斜直线。当隧道正上方土体下沉时，带动两侧三棱锥土体下沉，，整个土体下沉，又要受到未扰动岩土体的阻力，对于无实测资料时，θ可按表1采用。

表1各级围岩的θ值

代入数据： 25=(1tan )285[10.3tan(0.960)]16.56

122.54/t t Q H q H B B kN m γλθ=-=⨯⨯-⨯⨯⨯︒=浅浅 122850.342/e H kN m γλ==⨯⨯=

2228(511.921)0.3142.1/e h kN m γλ==⨯+⨯=

31211()(42142.1)92.05/22

kN m e e e +=+== B 底板上可变荷载

底板自重（可只考虑二衬）

2325/0.5513.75/q d kN m kN m γ=⨯=⨯=

C 侧墙上永久荷载

a. 侧墙自重