公路隧道结构设计与计算

《地下建筑风水电工程》

本科课程设计

题目：公路隧道结构设计与计算

目录

第一章课程设计任务书--------------------------------------------------1 第二章拟定隧道的断面尺寸--------------------------------------------3 第一节隧道的建筑限界-----------------------------------------------3 第二节隧道的衬砌断面-----------------------------------------------4 第三章隧道的衬砌结构计算--------------------------------------------5 第一节基本资料--------------------------------------------------------5 第二节荷载确定--------------------------------------------------------5 第三节衬砌几何要素--------------------------------------------------5 第四节计算衬砌总内力----------------------------------------------6 第四章衬砌截面强度验算-------------------------------------------7

第一章课程设计任务书

一、目的和要求

课程设计是《地下建筑风水电工程》课程教学的重要实践性环节，是使学生熟练掌握隧道设计计算原理和计算方法的重要内容，为进一步的毕业论文和以后的工作打下坚实的基础。要求每个学生高度重视，必须认真按时完成。

二、课程设计题目及资料

1、课程设计题目：公路隧道结构设计与计算

某隧道通过Ⅳ级围岩，埋深H=20m，隧道围岩天然容重γ=25KN/m3，计算摩擦角ф=50 ,采用钻爆法施工。

要求按高速公路设计速度60km/h 或80km/h或100km/h 考虑公路隧道建筑限界的横断面：

1) 按公路隧道要求对隧道衬砌进行结构设计（拟定结构尺寸）；

2) 按规范确定该隧道的竖向均布压力和侧向分布压力；

3) 计算衬砌结构的内力（画出弯矩图和轴力图）；

4) 对衬砌结构进行配筋验算。

2、参考资料：

（1）中华人民共和国行业标准《公路隧道设计规范》JTG D70-2004,人民交通出版社，2004年9月；

（2）中华人民共和国行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004,人民交通出版社，2004年；

（3）夏永旭编著《隧道结构力学计算》，人民交通出版社，2004年；

（4）本课程教材《地下建筑风水电工程》，人民交通出版社；

（5）有关隧道设计图纸；

三、课程设计做法指导

1、根据题目要求，按照隧道设计章节的做法拟定隧道结构的截面尺寸，包括轮廓线半径和厚度等；

2、按照比例（例如1：100）绘制横断面图；

3、按照04年发布的《公路隧道设计规范》JTG D70-2004确定隧道围岩竖向压力和水平压力；

4、隧道结构内力计算（可按参考资料（3）中的计算步骤进行），要求写出计算过程，并画出弯矩图和轴力图；

5、每位学生提交的课程设计成果（计算书）：

（1）按比例绘制的隧道结构设计图纸一张；

（2）按上述要求进行的计算过程和计算结果。

11.xls

附：计算表。

第二章拟定隧道的断面尺寸

第一节隧道的建筑限界

以80km/h考虑公路隧道建筑限界的横断面。根据《公路隧道设计规范》(JTG D-2004)有关条文规定，隧道的建筑限界高度H取5m，行车道宽度取3.75*2m，左侧向宽度L L取0.5m，右侧向宽度L R取0.75m，检修道宽度J取0.75m，检修道高度d取0.5m，建筑限界顶角宽度EL取0.5m，ER取0.75m,如图1所示。

图1 隧道建筑限界图（单位：CM）

第二节隧道的衬砌断面

根据《公路隧道设计规范》(JTG D-2004)有关条文规定，拟定隧道的衬砌，衬砌材料为C20混凝土，弹性模量E h=2.8*107kPa，重度γh=23kN/m3，衬砌厚度取60cm，如图所示。

第三章隧道衬砌结构计算

第一节基本资料

某一级公路隧道，结构断面如图2-1所示。围岩级别为Ⅳ级，埋深H=20m，隧道围岩天然容重γ=25kN/m3，计算摩擦角φ=500，衬砌材料为C20混凝土，弹性模量E h=2.8*107kPa，重度γh=23kN/m3。

第二节荷载确定

1·围岩竖向均布压力

h q=q/γ=0.45×2s-1ω

式中：s—围岩级别，此处s=4；

γ—围岩重度，此处γ=25kN/m3

ω=ω—跨度影响系数，ω=1+i（B-5），标准断面B=12.22m所以有 1.722

h q=q/γ=0.45×24-1×1.722=6.199m

2.5 2.5 6.19915.498p q p H h m

H H ==⨯=>

故该隧道属于深埋隧道，围岩竖向均布压力

1410.4520.45225 1.722154.98s q kPa γω--=⨯=⨯⨯⨯=

此处超挖回填层重度忽略不计。

2·围岩水平均布压力

侧向压力e ，按均布考虑是，γ其值为

e= 0.25q=0.25⨯154.98=38.745kPa

第三节 衬砌几何要素

1·衬砌几何尺寸

内轮廓线半径r 1=5.43m ，r 2=7.93m ；3r =15m;

采用等截面衬砌，衬砌厚度d=0.6m ；

外轮廓半径

R 1=r 1+d=5.43+0.60=6.03m

R 2=r 2+d=7.93+0.60=8.53m

3R =3r +d=15+0.6=15.6m

第四节 计算衬砌总内力