隧道二次衬砌计算书

主体结构计算书

赵东平

2010-2-10

目录

1 参考规范............................................................................................................... - 1 -

2 计算模型............................................................................................................... - 1 -

3 计算参数............................................................................................................... - 2 -

4 荷载计算............................................................................................................... - 3 - 4.1 结构自重............................................................................................................ - 3 -

4.2 围岩压力............................................................................................................ - 3 -

5 结构内力及安全系数........................................................................................... - 3 -

6 衬砌配筋及裂缝验算........................................................................................... - 8 -

7 结论....................................................................................................................... - 9 -

隧道二次衬砌结构检算

1 参考规范

本次计算主要依据如下设计规范：

（1）《公路隧道设计规范》(JTG D70—2004)

（2）《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)

（3）《城市桥梁荷载设计标准》(CJJ77—98)

（4）《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)

（5）《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T 50476—2008)

（6）《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330－2002）

2 计算模型

衬砌结构计算采用荷载—结构法，荷载结构法原理认为，隧道开挖后地层的主要作用是对衬砌结构产生荷载，衬砌应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。本次计算采用荷载—结构模型，计算程序采用ANSYS10.0。在ANSYS程序中，用二维梁单元（Beam3）模拟衬砌和中墙，用二维杆单元(Link10)模拟围岩对衬砌的约束效果，隧道衬砌和中墙共划分为100个单元，数值模型如图1所示，单元编号及节点编号与衬砌的对应位置关系如图2及图3所示。

图1 衬砌计算模型

图2 衬砌单元编号

图3 衬砌节点编号

3 计算参数

根据《公路隧道设计规范》(TB10003-2005)及成灌线地质资料，计算参数如表1和表2所示。

表1 衬砌力学参数表

参数衬砌材料

衬砌力学指标

衬砌重度

γ（kN/m3）

弹性模型

E c（GPa）

极限抗压强度

R a（MPa）

极限抗压强度

R l（MPa）

泊松比

μ

C25混凝土25 29.5 19 2.0 0.2

表2 土层力学参数表

参数围岩级别

围岩力学指标

弹性抗力系数

K（MPa/m）

重度

γ（kN/m3）

泊松比

μ

侧压力系数

λ

V级（浅埋）150 17 0.25 0.21

4 荷载计算

隧道衬砌荷载模式见图4。

图4 衬砌荷载组合示意图

图4中各分项荷载的计算方法如下。

4.1 结构自重

衬砌混凝土重度为3/25m KN ＝γ，结构自重由ANSYS 程序自动计算。

4.2 围岩压力

衬砌隧道埋深7.8m ，根据公路隧道设计规范，浅埋隧道围岩压力采用计算如下（。

隧道顶部上覆土重力：''2q (106.08kN /m i i i i h h γγ∑n

i=1＝+)＝

土层侧压力：

顶部：21e 22.28kN /m q λ＝＝ 底部：n1

1i i=1e (+)49.53kN /m i q h λγ∑＝＝

5 结构内力及安全系数

衬砌内力计算结果见图6~图8，结构最大应力计算结果如图9和图10所示，结构变形见图11。

图6 衬砌结构轴力(N) 图7 衬砌结构弯矩(N·m)