隧道工程课程设计(铁路单洞双线)

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第一章工程概况 (1)

1.1 隧道概况 (1)

1.2 工程地质及水文地质 (1)

1.2.1工程地质 (1)

1.2.2 水文地质 (1)

第二章隧道深浅埋判定及围岩压力的计算 (2)

2.1 深浅埋隧道的判定原则 (2)

2.2 围岩压力的计算方法 (2)

2.3 Ⅳ级围岩计算 (3)

2.3.1 Ⅳ级围岩深浅埋的判定 (3)

2.3.2 Ⅳ级围岩压力的计算 (4)

2.4 Ⅴ级围岩的计算 (4)

2.4.1 Ⅴ级围岩深浅埋判定 (4)

2.4.2 Ⅴ级围岩压力的计算 (4)

第三章衬砌内力计算与检算 (5)

3.1 Ansys的加载求解过程 (5)

3.2 衬砌结构强度检算原理 (5)

3.3 IV级围岩衬砌内力计算与强度检算 (6)

3.4 V级围岩衬砌内力计算与强度检算 (9)

第四章衬砌截面配筋计算 (19)

4.1 截面配筋原理 (19)

4.2 IV级围岩配筋计算 (19)

4.3 V级围岩配筋计算 (20)

4.3.1 断面1的配筋计算 (20)

4.3.2 断面2的配筋计算 (21)

第一章 工程概况

1.1 隧道概况

太中银铁路为客货共线的双线铁路。线路上一共建有22座隧道，其中王家庄2号隧道位于王家庄东侧，隧道进口地势较陡，此处岩石裸露，进口前方为一冲沟，冲沟内有水，地势狭窄。出口坡度陡，为黄土覆盖，并有大量植被，出口前方为一冲沟，沟内地势平缓，沟内经过开采，原有地形已改变。隧道进口里程DK194+082，出口里程DK194+450，全长368m 。隧道位于半径为5000m 曲线上，隧道内坡度为7.5‰的下坡，最大埋深61.08m 。隧道进出线间距4.49m ，DK194+340至出口线间距为4.40m 。

1.2 工程地质及水文地质

1.2.1工程地质

(1) 隧道洞身通过的地层为第四系中更新统洪积层老黄土，奥陶系下统灰白色石灰岩。 地层描述如下：

老黄土：稍湿、坚硬状态，具垂直节理;

奥陶系下统灰白色石灰岩：强风化～弱风化，节理发育，岩层产状195°∠15°。

(3) 土壤最大冻结深度：1.04m 。

(4) 地震动峰值加速度0.05g ，地震基本烈度VI 度。 1.2.2

水文地质

隧道洞体内土石界面有地下水。

第二章 隧道深浅埋判定及围岩压力的计算

2.1 深浅埋隧道的判定原则

深、浅埋隧道分界深度至少应大于坍方的平均高度且有一定余量。根据经验，这个深度通常为2~2.5倍的坍方平均高度值，即：

()q p h H 5.2~2= 式中，p H —深浅埋隧道分界的深度；

q h —等效荷载高度值

系数2~2.5在松软的围岩中取高限，在较坚硬围岩中取低限。

当隧道覆盖层厚度q h h ≤时为超浅埋，p q H h h <<时为浅埋，p H h ≥时为深埋。

2.2 围岩压力的计算方法

(1) 当隧道埋深h 小于或等于等效荷载高度h q （即q h h ≤）时，为超浅埋隧道，围岩压力按全土柱计算。

围岩垂直均布压力为：

rh q =

式中，r —围岩容重，见表2-1；

h —隧道埋置深度。

围岩水平均布压力e 按朗金公式计算

⎪⎭⎫ ⎝

⎛-⎪⎭⎫

⎝⎛+=245tan 21002φt rH q e

q p q 般浅埋隧道，围岩压力按谢家休公式计算：

围岩垂直均布压力为：

⎪⎭⎫ ⎝⎛-==

B h rh B Q q θλtan 1 ()[]

θφθφββφβλtan tan tan tan tan 1tan tan tan 000

+-+-=

()θ

φφφφβtan tan tan 1tan

tan tan 00

02

0-++

=

式中，B —坑道跨度；

r —围岩的容度； h —洞顶覆土厚度；

θ—岩体两侧摩擦角，见表2-1； λ—侧压力系数；

0φ—围岩计算摩擦角，见表2-1；

β—产生最大推力时的破裂角； 围岩水平压力按下式计算： 隧道顶部水平压力： λrh e =1 隧道底部水平压力： λrH e =2

(3) 当隧道埋深h 大于或等于深浅埋分界深度H p （即p H h ≥）时，为深埋隧道，围岩压力按自然拱内岩体重量计算：

单线铁路隧道按概率极限状态设计时的垂直压力为：

r rh q s q ⨯⨯==79.141.0

单线、双线及多线铁路隧道按破坏阶段设计时垂直压力为：

rw rh q s q ⨯⨯==-1245.0

式中，h q —等效荷载高度值；

s —围岩级别，如级围岩s =3； r —围岩的容重

w —宽度影响系数，其值为：

()51-+=B i w

其中，B —坑道宽度；

i —B 每增加1m 时，围岩压力的增减率（以B =5m 为基准），当B <5m 时，取i =0.2，

B >5m 时，取i =0.1。

围岩的水平均布压力e 按表2-2计算求得。

2.3 Ⅳ级围岩计算

2.3.1 Ⅳ级围岩深浅埋的判定

偏于安全考虑，取隧道开挖最大轮廓尺寸进行围岩压力的计算。 开挖轮廓：B =13.44m ，t H =11.81m

等效荷载高度：()[]m w h s q 64.6544.131.01245.0245.031=-⨯+⨯⨯=⨯⨯=- 深浅埋分界深度：()()m 60.1628.135.22-=-=q p h H

由于围岩为Ⅳ级，极为软弱破碎且节理发育，故深浅埋分界深度取为m h H q p 60.165.2==。

由隧道纵断面图可知，Ⅳ级围岩中，隧道的最小埋深m H m h p 60.1618.30=>=，故处于Ⅳ级围岩的隧道均为深埋隧道。