东沟隧道18米仰拱栈桥设计方案

至西峡高速公路尧山至栾川段Y LTJ-1标

5RBG

东沟隧道仰拱栈桥设计方案与计算书

编制：

审核：

审批：

公路桥梁建设有限公司

西高速尧栾段YLTJ-1项目经理部

二0 一七年五月

东沟隧道仰拱栈桥设计方案与验算书工程概况

1、东沟隧道在位于柳树沟村东沟组附近，为左右分离式隧道。左洞起讫桩号:

ZK4+306〜K5+937 ;右洞起讫桩号：K4+319〜K5+955。详细情况见下表

2、东沟隧道地属伏牛山系，海拔高程320-450m,山势陡峭，河沟纵横，进口交通条件较差，出口交通条件较好，小里程至大里程为2.2%上坡。

3、东沟隧道设计为双向四车道隧道，采用的主要技术标准如下：

(1 )道路等级：山岭区高速公路；

(2 )设计行车速度：100Km/h ;

(3)地震：隧址区地震动峰值加速度为0.05g，地震基本烈度切度。

(4)隧道建筑限界：隧道净宽：0.75+0.75+2 X3.75+1+1=11m ;隧道净高：5m

4、该段隧道地质条件较复杂，受断层破碎带影响，隧道中可能出现涌水、突泥、

塌方、滑坡等危险。隧道围岩等级主要为级，初期支护为网喷混凝土、锚杆、型钢钢架组成，W、V级围岩地段型钢钢架、墙、仰拱全环安设，每0.6〜1m 一榀。二次衬砌采用C30防水混凝土，防水等级为P8。

二、仰拱栈桥设计方案

东沟隧道洞口、浅埋段及V级围岩段采用环形开挖预留核心土法施工，W级围岩采

用上下台阶法施工，川级围岩采用全断面开挖施工。出渣采用无轨运输，仰拱超前衬砌，二衬施工采用

一次全幅灌注方式，一次灌注长度12 m，距开挖掌子面40〜100 m。为

解决仰拱施工与开挖运输作业面的干扰，采用仰拱栈桥来保证仰拱施工时运输道路的通畅。

1、仰拱栈桥设计

(1 )行走车辆的情况

在衬砌前，通过仰拱栈桥的主要施工机械、车辆为ZL50装载机、红岩金刚自卸汽

车、砼运输车，小松PC240挖掘机等，其自重、宽度等基本参数见表1。

表1主要施工机械车辆状况

(2)荷载的确定

根据表1，以红岩金刚自卸汽车重载时作为仰拱栈桥的验算荷载，其前桥重量12t，后桥重量为28 t。

(3)宽度及每片梁的工字钢数量

仰拱栈桥的单片宽度1.25m，中心距离2.15 m,为达到仰拱栈桥的宽度，考虑每片

梁采用5组140a工字钢组成，工字钢的间距为13.5cm,总宽为1.25m。

(4)仰拱栈桥长度

根据每次二初浇筑长度，确定仰拱栈桥的长度为18m，计划每次捡底12m，每段的搭接长度2m。

(5)最不利荷载布置

当红岩金刚自卸汽车的第一个后轮位于过轨梁中间时，为弯距最不利荷载，前轮与后轮的间距为3500mm,两个后轮的间距为1300mm，前轮重6T,两后轮分别重7t的荷

当红岩金刚自卸汽车的第二个后轮位于过轨梁梁端时，为剪力最不利荷载，前

轮与后轮的间距为3500mm,两个后轮的间距为1300mm ，前轮重6T,两后轮分别重7t

的荷载作用在单片梁上，梁的长度为9m。其受力简图为：

2、受力验算

(1)单片梁的最大弯矩

单片梁由5根140a工字钢拼成，由5根工字钢共同承受汽车荷载，则:

P1=6000x9.8=58.8KN

P2=7000x9.8=68.6KN

查《公路桥涵计算手册》140a工字钢，其每延米重量为67.6kg/m,即q=0.662KN/m ，由工字钢自重产生的弯距示意图为：

q=0.662KN/m

16.22KN.m

由汽车荷载产生的弯矩包络图为:

可以看出由由工字钢自重产生的最大弯矩为：

M 重=ql 2/8=0.662 x l42/8=16.22KN.m

汽车荷载产生的跨中最大弯矩为：

M 汽=538.51KN.m

单片梁跨中最大弯矩为

Mmax= M 重+ M 汽=16.22+538.51=554.73 KN.m

(2)单片梁的最大剪力

由工字钢自重产生的剪力为：

Q 重=ql/2=0.662 X14/2=4.634KN

由汽车荷载产生的梁端最大剪力为：

Q 汽=P1(14-3.5-1.3)/14+P2(14-1.3)/14+P2=58.8 X

9.2/14+68.6 X12.7/14+68.6=169.47KN

单根工字钢承受的最大剪力为：

Q= Q 重+ Q 汽/5=4.634+169.47/5=38.528 KN

(2) 工字钢的强度验算

根据最大弯矩得出工字钢最大应力，即：(T =Mmax/Wx , Wx为工钢截面抵抗矩，

查《公路桥涵计算手册》知单根140a工字钢的载面抵抗矩为：Wx=1085.7cm 3, 5根工字钢的最大应力为：

(T =Mmax/Wx=(554.73x10 6)/(5x1085.7x10 3)=102MPa<215 MPa 工字钢的材料为Q235，其抗拉强度为215MPa,可知工字钢的最大应力小于其抗拉强度，安全系数为2.1，符合要求。

(3) 工字钢的剪应力验算

查《公路桥涵计算手册》可知140a工字钢

Ix=21714cm 4Sx=631.2cm 3

Ix/ Sx=34.4cm d=10.5mm

故根据栈桥纵梁最大剪应力，并据此校核剪应力强度

(4) 栈桥挠度验算

将两后轮合并成简化成一个集中荷载，则后轮产生的最大挠度为:

前轮引起的最大挠度为:

挠度满足要求。

(5) 工字钢的确定

由计算可知，使用5片I40a 工字钢，满足施工要求

三、仰拱栈桥加工

每幅仰拱栈桥由两片梁板组成，每片梁板由5根I40a 工字钢焊接而成，梁长18 m ， 工字钢间距13.5 cm ，每两根I40a 工字钢中间每隔100cm 用I20a 工字钢焊接联接成

图1仰拱栈桥梁板断面图

max

S

x max

38.528 631.2 21714 10. 5

10. 7MPa 125MPN 满足要求

max

Pl 3 48EI

68.6 2 105

143

48 2.1

105

21714 5

34mn < [f ]

L 14 1000 56mm

250

250

f max

Pl 3

48EI

58. 8 105 143

48__271 __105__21714__5

15mn< [f ]

L 14 1000 56m m

250

250