隧道二次衬砌结构设计方案

轴力 - 弯矩曲线 (轴力弯矩包络线) ,曲线根据法国 土能满足要求 ,则用“O K”表示 ,不能满足要求 ,则用
BAEL91 mod. 99 标准绘制。如果轴力、弯矩落在曲线 “截面不足”表示 (下同) 。
表 1 相同混凝土强度不同衬砌厚度截面比较
单元
位置
计算内力
设计极限内 力
3 . 1 截面厚度
为了更进一步分析衬砌厚度对结构安全性的影
衬砌厚度不同 ,其所承受的内力相差很大 。图 响 ,表 1 给 出了该 项目 T2 隧道的 截面复 核结果 。
1 给出了 C40 混凝土在衬砌厚度分别为 45、50 、55 、 隧道内力是通过荷载结构法计算得到 ,是 V 级深埋
60cm ,长度为 100cm 的薄板 ,在极限承载能力下的 地段的衬砌内力 ,混凝土强度为 C40。如果素混凝
1 问题提出
隧道二次衬砌是在初期支护完成后才施做的内 层衬砌 ,是工程永久性承载结构的一部分 ,对提高隧 道使用寿命和外观质量具有重要的作用 。对于隧道 衬砌混凝土是否设置钢筋 ,国内外设计一般都是根 据计算并参照以往的工程经验综合确定 。对于国内 设计 ,由于二次衬砌混凝土设计强度一般较低 ,所以 隧道内大量设置了全断面配筋 ,甚至整个隧道都是 全断面配筋 。在欧洲 ,其设计理念则是通过提高混 凝土强度或衬砌厚度 ,从而限制或者避免洞内大面 积采用钢筋混凝土 ,而全断面设置钢筋主要是在洞 口 ,洞内主要在拱脚 ,全断面设置钢筋区段通常都很 短。
公路隧道
2010 年第 2 期 (总第 70 期)
隧道 二次衬砌结构设计方案
史彦文
(中交第一公路勘察设计研究院有限公司 西安 710075)
摘 要 隧道 二次衬砌是工程永久性承载结构的一 部分 ,对提高 隧道使 用寿命 和外观 质量具 有重要的 作用 。在 二次衬砌钢筋用量上 ,目前国内设计和欧洲存在着一定差别 。论文以在建的阿尔及 利亚东西高 速公路隧道 为研究 对象 ,分析 了造 成钢筋用量差别的原因 ,并系统介绍了欧洲规 范中 二次衬砌是否采用素 混凝土的判 断方法 ,然后按 照不同衬砌厚度和混凝土强度进行了设计 比选 。通 过分析计 算 ,提出适 当增强混 凝土厚 度和混 凝土设 计强度 ,能 够有效减少二次衬砌钢筋用量 ,这对于降低工程造价 、加 快施工进度具有重要意义 。 关键词 隧道 二次衬砌 钢筋混凝土 设计
得到 N Rd 和 NRd0 后 ,然后和 Nu 进行比较 ,比较
结果如下 :
①如果满足式 (5)
N u > N Rd
( 5)
则截面需要加强或者需要重新设计 。
②如果截面极限设计 轴力满足 (6 ) , 同时满 足
(7) , 则衬砌断面设计是满意的 ,不需要加强 ;
史彦文 隧道二次衬砌结构设计方案
·20 ·
2. 1 截面强度复核
隧道二 次 衬 砌 主要 计 算 承 载能 力 极 限 状 态
(UL S) 和正常使用极限状态 (SL S) 两种状态 。荷载
组合按照基本荷载组合和偶然荷载状态组合两种情
况。
下面简单介绍承载能力极限状态下截面强度的
复核方法 。
(1) 计算设计极限轴力 、弯矩和剪力
如果用 ( N , M ,V) 表示计算所得到的轴力 、弯矩
N Rdo < N u < N Rd
(6)
e < 0. 3hw
(7)
③如果同时满足 (6) 和 (8) , 则截面设计不足 ,需
要采取配筋加强措施 。
e > 0. 3hw
(8)
④如果截面极限设计轴力满足 (9) ,
N u < N Rdo
(9)
则截来自百度文库不再需要检查 , 截面设计是满意的 。
2 . 2 截面剪力复核
2 计算方法
目前 ,对于隧道二次衬砌内力的计算理论与方法 都比较成熟 ,国内外计算方法基本一致 ,即采用荷载 结构法 ( The statically undetermined reaction met hod) 或地层结构法 ( The composite soli d method) 。在计算 得到衬砌内力后 ,就可以通过钢筋混凝土结构理论 计算是否设置钢筋。
;f ctd = 0. 7fctm = 0 . 7 ×0 . 3
×f 2/ 3 cj
;f c dt
= fct 0. 05 / γc ;γc 为安全系数 。
图 1 不同衬砌厚度下混凝土内力包络图 从图 1 看出 ,随着衬砌混凝土厚度的增加 ,其极
3 二次衬砌结构设计
限承载力和在偏心距作用下的极限抗弯能力进一步 增强 。
( 2)
在基本荷载组合下 :
N Rd = 0 . 74 bhw f cj (1 - 2 e/ hw )
( 3)
在偶然荷载组合下 :
N Rd = 0 . 57 bhw f cj (1 - 2 e/ hw )
( 4)
式中 :e 偏心距 , e = Mu ; Nu
b 为截面宽度 (一般取 1m) ;
h w 为截面高度 ; fcj为混凝土极限抗压强度 。 (3) 强度复核
隧道二次衬砌内全断面设置钢筋 ,不仅增加隧 道造价 ,更主要的是增加了施工工序 ,施工中还容易 出现钢筋刺破防水板导致隧道渗水漏水的现象 。因 此 ,减少或者避免隧道内衬砌大面积配筋 ,对于节约 工程造价 、加快施工进度具有重要意义 。下面以在 建的阿尔及利亚东西高速中标段隧道为例 ,该隧道 按照欧洲标准设计建造 。现介绍其隧道二次衬砌的 设计方法。
和剪力 ,则乘以分项安全系数 (这里取 1 . 35 ) 得到设
计极限轴力、弯矩和剪力 ( N u , Mu ,V u ) ,即 :
N u = 1 . 35 N ; M u = 1 . 35 M; V u = 1 . 35V
( 1)
(2) 计算截面在偏心距下的极限承载力
N Rdo = 0 . 027 bhw f cj
截面剪力按如下方法复核 :
之内 ,则说明混凝土足以抵抗外力荷载 ,不需要配置 受力钢筋 ,落在曲线之外 ,则需要设计钢筋 ,钢筋承 受部分内力。
τ ≤ +σ Sd
f2 ct d
f cm cdt
(10 )
式中 :τS d 截面设计剪应力 ,τSd =
τu Yub
; Yu 为截
面受压区高度;σcm =
τu Yub