隧道工程课程设计-公路隧道结构设计与计算
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隧道工程课程设计
课程名称：隧道工程课程设计
设计题目：公路隧道结构设计与计算
专业层次：城市地下空间工程
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目录
1. 设计说明 (3)
1.1 设计题目 (3)
1.2 设计内容总览 (3)
1.2.1 计算书部分 (3)
1.2.2 图纸部分 (3)
2. 隧道断面尺寸 (3)
2.1 隧道建筑限界 (3)
2.2 隧道的衬砌断面 (4)
3. 隧道衬砌结构计算 (5)
3.1 基本资料 (5)
3.2 荷载确定 (5)
3.2.1 围岩竖向均布压力 (5)
3.2.2 围岩水平均布压力 (5)
3.3 衬砌几何要素 (6)
3.3.1.衬砌几何尺寸 (6)
3.3.2 半拱线长度S及分段轴长△S (6)
3.3.3 各分块接缝中心几何要素 (6)
3.4 位移计算 (8)
3.4.1 单位位移 (8)
3.4.2 载位移—主动荷载在基本结构中引起的位移 (9)
3.4.3 载位移—单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移 (13)
3.4.4 墙底（弹性地基上的刚性梁）位移 (16)
4. 解力法方程 (16)
5. 计算主动荷载和被动荷载（σh=1）分别产生的衬砌内力 (17)
6. 最大抗力值的求解 (18)
7. 计算衬砌总内力 (19)
8. 衬砌截面强度验算 (20)
9. 内力图 (20)
10. 隧道施工方案 (21)
10.1 施工方法介绍 (21)
10.2 施工方案及施工工艺流程 (22)
10.2.1 施工工艺流程 (22)
10.2.2 施工方案 (23)
10.3 台阶法法注意事项 (23)
1. 设计说明
1.1 设计题目
某一级公路隧道（双向四车道、隧道长700m）通过IV类围岩，埋深H=20m，隧道围岩天然容重γ=26 kN/m3，计算摩擦角ф=35°，变形模量E=10GPa，采用矿山法施工。要求按高速公路设计速度80km/h。
(衬砌材料采用C25喷射混凝土，材料容重γh=22 kN/m3，变形模量Eh=25GPa)
1.2 设计内容总览
1.2.1 计算书部分
（1）确定公路建筑界限；
（2）根据公路等级及围岩类别用工程类比法确定支护方法及衬砌材料；
（3）拟定隧道结构的截面尺寸(包括轮廓线半径及厚度等)；
（4）隧道围岩压力计算（包括竖向压力及水平压力）；
（5）隧道结构内力计算，并画出弯矩图和轴力图。
1.2.2 图纸部分
（1）插图
①隧道内轮廓限界图；
②结构抗力图；
③内力图（弯矩图和轴力图）。
（2）图纸（A3）
①衬砌结构图；(比例1:100)
②隧道开挖方案图；(比例1:100)
2. 隧道断面尺寸
2.1 隧道建筑限界
根据《公路隧道设计规范》第一册土建工程(JTG 337 0.1—2018)有关条文规定，隧道的建筑限界高度H取5.00m，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，左侧检修道宽度J取0.75m，右侧检修道宽度J取0.75m检修道高度d取0.3m，左侧和右侧余宽C取0.25m，建筑限界
顶角宽度E L取0.5m,E R取0.75m，如图2-1所示。
图2-1 设计速度为80km/h的公路隧道建筑限界
2.2 隧道的衬砌断面
根据《公路隧道设计规范》第一册土建工程(JTG 3370.1—2018)有关条文规定，拟定隧道的衬砌，衬砌材料为C25混凝土，变形模量E h=2.5*107kPa，重度γh=22kN/m3，衬砌厚度取60cm，如图2-2所示。
图2-2 隧道结构衬砌图
3. 隧道衬砌结构计算
3.1 基本资料
某高速公路隧道（双向四车道、隧道长700m）通过Ⅳ类围岩，埋深H=20m，隧道围岩天然容重γ=26 kN/m3，计算摩擦角ф=35°，变形模量E=10GPa，采用矿山法施工。要求按高速公路设计速度80km/h。衬砌材料为C25混凝土，弹性模量E h=2.5*107kPa，重度γh=22kN/m3。
3.2 荷载确定
3.2.1 围岩竖向均布压力
h q=q/γ=0.45×2s-1×[1+i( B - 5 )]
式中：s—围岩级别，此处s=4；
γ—围岩重度，此处γ=22kN/m3
B—隧道宽度
i—B每增加1m时围岩压力的增减率，以B=5m的围岩垂直均布压力为准。
当B<5m时，取i=0.2;当B>5m时，取i=0.1。
B=12.50+2×0.1=12.70m，其中0.1为一侧平均超挖量，
所以有：
h q=q/γ=0.45×24-1×1.77=6.372m
H p=2.5ℎq=2.5×6.372=15.93m
H=20m>H p=15.93m
故该隧道属于深埋隧道，围岩竖向均布压力
q=0.45×2s−1[1+i( B − 5 )]=0.45×24−1×26×6.372=165.672kPa 此处超挖回填层重度忽略不计。
3.2.2 围岩水平均布压力
围岩等级为Ⅳ级，且满足条件H/B<1.7，不产生显著偏压力及膨胀力的一般隧道，其水平均布压力0.15q H/B=8.550/12.70=0.673<1.7，满足条件，e取0.2q=33.1344kpa 其中H为隧道开挖高度，B为隧道开挖宽度。 3.3 衬砌几何要素 3.3.1·衬砌几何尺寸 内轮廓线半径r1=5.65m，r2=8.78m； 内径r1、r2所画圆曲线与竖直轴的夹角φ1=900，φ2=1030； 采用等截面衬砌，衬砌厚度d=0.6m； 外轮廓半径 R1=r1+d=5.65+0.60=6.25m R2=r2+d=8.78+0.60=9.38m 拱轴线半径 r1′=r1+0.5d=5.65+0.3=5.95m r2′=r2+0.5d=8.78+0.3=9.08m 拱轴线各段圆弧中心角 θ1=900 θ2=130 3.3.2 半拱线长度S及分段轴长△S 分段轴线长度 S1=θ1 1800πr1′=900 1800 ×3.14×5.95=9.346m S2=θ2 1800πr2′=130 1800 ×3.14×9.08=2.060 m 半拱轴线长度为 S=S1+S2=9.346+2.060=11.406m 将半拱轴线等分为8段，每段轴线长为 △S=S 8=11.406 8 =1.42575m 3.3.3 各分块接缝中心几何要素（1）与竖直轴夹角αi α1=Δθ1=ΔS r1′×1800 π =1.42575 5.95 ×1800 π =13.729° α2=α1+ΔS r1′×1800 π =13.729°+1.42575 5.95 ×1800 π =27.4586° α3=α2+Δθ1=27.459°+13.729°=41.818° α4=α3+Δθ1=41.818°+13.729°=54.917° α5=α4+Δθ1=54.917°+13.729°=68.647° α6=α5+Δθ1=68.647°+13.729°=82.376°ΔS1=7ΔS−S1=7×1.42575−9.3462=0.63405m α7=θ1+ΔS1 r2′×1800 π =90°+0.63405 9.08 ×1800 π =94.0009° Δθ2=ΔS r2′×1800 π =1.42575 9.08 ×1800 π =8.9966° α8=α7+Δθ2=94.0009°+8.9966°=102.9975° 另一方面，α8=θ1+θ2=900+130=1030 角度闭合差Δ≈0 （2）接缝中心点坐标计算 a1=(r2′−r1′)cosθ1=(9.08−5.95)×cos90°=0m a2=(r2′−r1′)sinθ1=3.13m H1=a1+r1′=5.95m x1=r1′sinα1=5.95×sin13.729°=1.4121m x2=r1′sinα2=5.95×sin27.4586°=2.7436m x3=r1′sinα3=5.95×sin41.188°=3.9183m x4=r1′sinα4=5.95×sin54.917°=4.8690m x5=r1′sinα5=5.95×sin68.647°=5.5416m x6=r1′sinα6=5.95×sin82.376°=5.8974m x7=r2′sinα7−a2=9.08×sin94.0009°-3.13=5.9279m x8=r2′sinα8−a2=9.08×sin102.9975°-3.13=5.7174m y1=r1’(1−cosα1)=5.95×(1−cos13.7293°)=0.1700m y2=H1−r1′cosα2=5.95−5.95×cos27.4586°=0.6703m y3=H1−r1′cosα3=5.95−5.95×cos41.188°=1.4723m y4=H1−r1′cosα4=5.95−5.95×cos54.917°=2.5302m y5=H1−r1′cosα5=5.95−5.95×cos68.647°=3.7835m y6=H1−r1′cosα6=5.95−5.95×cos82.376°=5.1606m y7=H1−r2′cosα7=5.95−9.08×cos94.0009°=6.5835m y8=H1−r2′cosα8=5.95−9.08×cos102.9975°=7.9922m 图3-1 衬砌结构计算示意图 3.4 位移计算 3.4.1 单位位移 用辛普生发近似计算，按计算列表进行。单位位移的计算见表3-1。 δ11=∫M ̄1E ℎI dS ≈ΔS E ℎS 0∑1I =1.425752.5×107×500=28.515×10−6 δ12=δ21=∫M ̄1M ̄2E ℎI S 0 dS ≈Δs E ℎ∑y I =1.42575 2.5×107×1575.7003=89.8622×10−6 δ22=∫M ̄22E ℎI S 0 dS ≈ΔS E ℎ∑y 2I =1.425752.5×107×8734.01=498.1006×10−6 计算精度校核： δ11+2δ12+δ22=（28.515+2×89.8622+498.1006）×10−6 =706.34×10−6 表3-1单位位移计算表 注：1.I—截面惯性矩，I =bd 312,b 取单位长度。2.不考虑轴力影响。 δSS =ΔS E ℎ∑(1+y)2I =1.425752.5×107×12385.4101=706.3399×10−6 闭合差Δ≈0 3.4.2 载位移—主动荷载在基本结构中引起的位移 （1）每一楔块上的作用力 竖向力 Q i =qb i 式中：b i —衬砌外缘相邻截面之间的水平投影长度，由图3-1量得。 b 1=1.4833m,b 2=1.3986m,b 3=1.2339m,b 4=0.9987m, b 5=0.7065m,b 6=0.3738m,b 7=0.0400, b 8=0.0000m ∑b i =6.2348m ≈B 2 =6.25m (校核) 水平压力 E i =e ℎi ℎ1=0.17858m,ℎ2=0.52552m,ℎ3=0.84245m,ℎ4=1.11119m, ℎ5=1.31656m,ℎ6=1.44651m,ℎ7=1.46880, ℎ8=1.40279m ∑ℎi =8.54942m ≈H =8.550m (校核) 自重力 G i =d ×ΔS ×γℎ 式中：d—衬砌截面厚度。 (2) 作用在各楔块上的力均列入表3-2，各集中力均通过相应图形的形心。 表3-2 外荷载计算表 弯矩 M ip 0=M i−1，p 0−Δxi ∑(Q +G i−1)−Δyi ∑E −Qa q −Ga g −Ea e i−1 轴力 N ip 0=sin αi ∑(Q +G)−cos αi ∑E i i 式中：Δx i .Δy i —相邻两接缝中心点的坐标增值，按下式计算： Δxi=x i−x i−1 Δyi=y i−y i−1 M ip0.N ip0的计算见表3-3及表3-4。 表3-3 外荷载位移M ip0计算表 表3-4 载位移N ip0计算表 基本结构中，主动荷载产生的弯矩的校核为： M8p0=−q B 2(x8−B 4 )=−165.672×12.70 2 ×(5.7174−12.70 4 )=−2674.6485 M8e0=−e 2ℎ2=−33.1344 2 ×8.549=−1210.820 M8g0=−∑G i(x8−x1+a g1) =−G1(x8−x1+a g1)−G2(x8−x2+a g2)−G3(x8−x3+a g3)− G4(x8−x4+a g4) −G5(x8−x5+a g5)−G6(x8−x6+a g6)−G7(x8−x7+a g7)−G8a g8 =−18.8199×（7×5.71714−30.3099+2.80453） =−235.557961 M8p0=M8q0+M8e0+M8g0=−2674.649−1210.820−235.558=−4121.027另一方面，从表3-2中得到 M8p0=−4192.0940 闭合差 Δ=|4121.027−4192.0940| 4121.027 ×100%=1.72% （3）主动荷载位移 计算过程见下表 表3-5 主动荷载位移计算表 Δ1p=∫1P EℎI 0dS≈ Eℎ ∑P I = 2.5×107 ×(−1114079.827) =−63535×10−6 Δ2p=∫ M̄2M̄P0 EℎI S dS≈ ΔS Eℎ ∑ M P0y I = 1.42575 2.5×107 ×（−5598767.435）=−319297.706×10−6 计算精度校核 Δ1P+Δ2P=−(63535+319297.706)×10−6=−382833.678×10−6 ΔSP=ΔS Eℎ∑(1+y)M P0 I =1.42575 2.5×107 ×6712853.503=382834.035×10−6 闭合差 Δ≈0 3.4.3 载位移—单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移（1）各接缝处的抗力强度 抗力上零点假定在接缝3，α3=30.3150=αb; 最大抗力值假定在接缝5，α6=82.3760=αℎ； 最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算 σi=cos2αb−cos2αi cos2αb−cos2αℎ σℎ 查表3-1，算得 σ3=0 σ4=0.4301σℎ σ5=0.7911σℎ σ6=σℎ 最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算 σi=(1−y′ i 2 y′ ℎ 2 )σℎ 式中：y i′—所考察截面外缘点到h点的垂直距离； yℎ′—墙脚外缘点到h点的垂直距离 由图3-1量得 y7′=1.47036m y8′=2.87344m 则 σ6=σℎ σ7=(1−1.470362 2.873442 )σℎ=0.7382σℎ σ8=0 （2）各楔块上抗力集中力R i′按下式近似计算 R i′=(σi−1+σi 2 )ΔS i外 式中：ΔS i外 —楔块i外缘长度，可通过量取夹角，用弧长公式求得，R i′的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心、 （3）抗力集中力于摩擦力的合成R i 按下式计算 R i=R i′√1+μ2 式中：μ—围岩与衬砌间的摩擦系数，此处取μ=0.2。 则 R i=R i′√1+0.22=1.0198R i′ 其作用与抗力集中R i′的夹角β=arctanμ=11.30990。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移的方向相反，其方向向上。画图时，也可以取切向：径向=1:5的比例求出合力R i的方向。R i的作用点即为R i′与衬砌外缘点的交点。 将R i的方向延长，使之交于竖直轴，量取夹角ψk，将R i分解为水平和竖直两个分力 { R V=R i cosψk R H=R i sinψk 以上计算列入表3-6。 表3-6 弹性抗力及摩擦力计算表 （4）计算单位抗力及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力 弯矩： M ip−0=−∑R j r j i 轴力： N ip−0=sinαi∑R V−cosαi∑R H 式中：r j i—力R j至接缝中心点k i的力臂，由图3-1量得。 计算见表3-7及3-8。 表3-7 Mσ0计算表 表3-8 Nσ0计算表 （5）单位抗力及相应摩擦力产生的位移 计算见表3-9。 表3-9 单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算表 Δ1σ= ∫M 1M σ 0E ℎ I S 0dS ≈ΔS E ℎ ∑ M σ 0I =−1.42575 2.5×107×1505.146=−85.838×10−6 Δ2σ=∫M 2M σ0E ℎI dS ≈ΔS E ℎS ∑yM σ0 I =−1.425752.5×107×10440.619=−595.428×10−6 校核为 Δ1σ+Δ2σ=−(85.838+595.428)×10−6=−681.267×10−6 ΔSσ=ΔS E ℎ∑(1+y)M σ0I =−1.425752.5×10 7×11945.7743=−681.268×10−6 闭合差Δ≈0。 3.4.4 墙底（弹性地基上的刚性梁）位移 单位弯矩作用下的转角 β ̄α=1KI 8=10.35×106 ×55.5556=158.730×10−6 主动荷载作用下的转角 βap 0 =M 8p 0β̄α=−4192.094×158.730×10−6=−665412.278×10−6 单位抗力及相应摩擦力作用下的转角 βaσ0=M 8σ0β̄α=−13.586×158.730×10 −6 =−2156.506×10−6 4. 解力法方程 衬砌矢高 f =y 8=7.9922m 计算力法方程的系数为 a 11=δ11+β ̄α=(28.515+158.730)×10−6=187.245×10−6 a 12=δ12+fβ ̄α=(89.862+7.9922×158.730)×10−6=1358.464×10−6 a 22=δ22+f 2β ̄α=(498.101+7.99222×158.730)×10−6=10637.021×10−6 10a =h a ap p σββσσ)(0 101+∆++∆ =−(63535+665412.278+85.838σℎ+2156.506σℎ)×10−6 =-(728947.278+2242.344σℎ)×10−6 20a =h a ap p f f σββσσ)(0202+∆++∆ =−(319297.706+7.9922×665412.278+595.428σℎ +7.9922×2156.506σℎ) =−(5637405.714+17830.655σℎ)×10−6 以上将单位抗力及相应摩擦力产生的位移乘以σℎ，即为被动荷载的载位移。 求解方程为 X 1= a 22a 10−a 12a 20 a 122 −a 11a 22 = 10637.021×(−728947.278−2242.344σℎ)−1358.464×(−5637405.714−17830.655σℎ)1358.4642−187.245×10637.021 =653.533−2.532σℎ 式中：X 1p =653.533,X 1σ=−2.532 22 112 1210 1220112a a a a a a a X --= = 187.245×(−5637405.714−17830.655σℎ)−1358.464×(−728947.278−2242.344σℎ) 1358.4642−187.245×10637.021 =446.516+2.000σℎ 式中：X 2p =446.516,X 2σ=2.000 5. 计算主动荷载和被动荷载（σh =1）分别产生的衬砌内力 计算公式为 {N p =X 2p cos α+N p M P =X 1p +yX 2p +M P 0 {N σ =X 2σ cos α+N σ 0M σ=X 1σ+yX 2σ+M σ 计算过程列入表3-10 3-11 表3-10 主、被动荷载作用次下衬砌弯矩计算表 3-11 主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表 6. 最大抗力值的求解 首先求出最大抗力方向内的位移。 考虑到接缝5的径向位移与水平方向有一定的偏移，因此修正后有 {δℎσ=δ6σ=ΔS E ℎ∑M σI (y 6−y 1)sin α6 δℎp =δ6p = ΔS E ℎ∑M p I (y 6−y 1)sin α6 计算过程列入表3-12。 表3-12 最大抗力位移修正计算表 位移值为 δℎp=1.42575 2.5×107 ×201679.75×0.0.991=11398.28×10−6 δℎσ=−1.42575 2.5×107 ×892.22×0.991=−50.425×10−6 最大抗力值为 σℎ= δℎp 1 K−δℎσ = 11398.28×10−6 1 0.35×106+50.425×10−6 =213.923 7. 计算衬砌总内力 计算衬砌总内力 { N=N p+σℎN iσ M=M p+σℎM iσ 计算过程列入表3-13。 表3-13 衬砌总内力计算表 计算精度的校核为以下内容。 根据拱顶切开点的相对转角和相对水平位移应为零的条件来检查 ΔS E ℎ∑M I +βa =0 式中： ΔS E ℎ∑M I =−1.42575 2.5×107×417 3.07=−237.990×10−6 βa =M 8β̄α=1.54663×158.730×10−6=245.497×10−6 闭合差 Δ=|245.497−237.990 245.497 |×100%=3.06% 8. 衬砌截面强度验算 验算几个控制截面： 1.拱顶（截面0） e =0.11794<0.45d =0.27m 又有： e =0.11794<0.20d =0.12m,e d = 0.117940.6 =0.197，可得 α=1−1.5 e d =0.705 k =αR a bd N =0.705×1.67×104×1×0.6874.362 =8.081>2.4 式中：a R —混凝土极限抗压强度，取41.6710kPa 。 1.截面7 e =−0.0564<0.2d =0.12m e d =−0.0564 0.6 =−0.094 α=1+1.5e d =1.141 k =αR a bd N =1.141×1.67×104×1×0.61288.82=8.871>2.4 2.墙底（截面8）偏心检查 e =0.00108< d 4 =0.64 =0.15m （满足） 9. 内力图 将内力计算结果按比例绘制成弯矩M 与轴力图N,如图9-1所示： 目录 第1章设计目的 (1) 第2章设计原始资料 (1) 第3章隧道洞身设计 (1) 3.1隧道横断面设计 (1) 3.1.1隧道建筑限界的确定 (1) 3.1.2隧道内轮廓线的确定 (2) 3.2隧道衬砌设计 (3) 3.2.1隧道深浅埋的确定及围岩压力计算 (3) 3.2.2隧道衬砌方案的拟定 (4) 3.2.3隧道衬砌截面强度验算 (5) 3.3隧道洞室防排水设计 (5) 3.4隧道开挖及施工方案 (6) 3.4.1施工方案： (6) 3.4.2施工顺序： (7) 第4章隧道洞门设计 (8) 4.1洞门的尺寸设计 (8) 4.1.1洞门类型的确定 (8) 4.1.2 洞门尺寸的确定 (8) 4.2洞门检算 (9) 4.2.1条带“I”的检算 (9) 422条带“U”的检算 (11) 423条带“川”的检算 (13) 总结 (14) 参考文献 (15) 隧道工程课程设计 第1章设计目的 通过课程设计，使学生掌握公路隧道支护结构的基本计算设计方法，熟悉矿山法在公路隧道施工中的工艺，掌握公路隧道施工设计的基本方法，以及掌握隧道暗挖洞门的形式，洞门的结构要求，设计方法和洞门作为重力式挡土墙的各种验算。 第2章设计原始资料 原始资料取之于“”。 围岩级别：1级 围岩容重：26 KN / m3 隧道埋深：18m 隧道行车要求：三车道高速公路，时速100km/h 隧道衬砌截面强度校核：N=18.588t M=-1.523t m 隧道洞门验算：地基土摩擦系数f=0.8 p45 地基土容重卢19 KN / m3 地基容许承载力-J = 80(kPa 第3章隧道洞身设计 3.1隧道横断面设计 3.1.1隧道建筑限界的确定 1初始条件 某高速公路隧道通过III 类围岩(即IV 级围岩)，埋深H=30m ，隧道围岩天然容重γ=23 KN/m3，计算摩擦角ф=35o ,变形模量E=6GPa,采用矿山法施工；衬砌材料采用C25喷射混凝土，材料容重322/h KN m γ=，变形模量25h E GPa =。 2隧道洞身设计 2.1隧道建筑界限及内轮廓图的确定 该隧道横断面是根据两车道高速公路IV 级围岩来设计的，根据《公路隧道设计规范》确定隧道的建筑限界如下： W —行车道宽度；取3.75×2m C —余宽；因设置检修道，故余宽取为0m J —检修道宽度；双侧设置，取为1.0×2m H —建筑限界高度；取为5.0m2L L —左侧向宽度；取为1.0m R L —右侧向宽度；取为1.5m L E —建筑限界左顶角宽度；取1.0m R E —建筑限界右顶角宽度；取1.0m h —检修道高度；取为0.25m 隧道净宽为1.0+1.0+7.50+1.50+1.0=12m 设计行车速度为120km/h,建筑限界左右顶角高度均取1m ；隧道轮廓线如下图： 图1 隧道内轮廓限界图 根据规范要求，隧道衬砌结构厚度为50cm （一次衬砌为15cm 和二次衬砌35cm ）通过作图得到隧道的尺寸如下： 图2 隧道内轮廓图 得到如下尺寸:11.2m R 5.6m R 9.47m R 321===，， 3隧道衬砌结构设计 3.1支护方法及衬砌材料 根据《公路隧道设计规范》（JTG-2004），本设计为高速公路，采用复合式衬砌，复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间防水层组合而成的衬砌形式。 复合式衬砌应符合下列规定： 1初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土，锚杆，钢筋网和钢筋支架等支护形式单独或组合使用，锚杆宜采用全长粘结锚杆。 2二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连结圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。 由规范8.4.2-1，对于两车道IV 级围岩： 初期支护：拱部边墙的喷射混凝土厚度为12-15cm ，拱墙的锚杆长度为2.5-3m ，锚杆间距为1.0-1.2m ； 二次衬砌厚度：拱墙混凝土厚度为35cm 因此确定衬砌尺寸及规格如下： 深埋隧道外层初期支护，根据规范规定，采用锚喷支护，锚杆采用普通水泥砂浆锚杆，规格HRB Φ20×2.5m ，采用梅花型局部布设，采用C25喷射混凝土。 一、衬砌 1衬砌形式 整体式模筑混凝土衬砌—就地灌筑混凝土衬砌 装配式衬砌—将衬砌分成若干块构件，这些构件在现场或工厂预制，然后运到坑道内用机械将它们拼装成一环接着一环的衬砌。 喷锚支护—喷射混凝土和加设锚杆、金属网和钢架共同支护 复合式衬砌—外衬和内衬两层，所以也叫它为“双层衬砌” 2衬砌的适用条件 整体式模筑混凝土衬砌—对地质条件的适用性较强，易于按需要成型，整体性好，抗渗性强，并适用于多种施工条件，如可用木模板、钢模板或衬砌模板台车等 装配式衬砌—拼装成环后立即受力，便于机械化施工，改善劳动条件，节省劳力。目前多在使用盾构法施工的城市地下铁道中采用。 喷锚支护—喷锚支护是目前常用的一种围岩支护手段，适用于各种围岩地质条件，但是若作为永久衬砌，一般考虑在Ⅰ、Ⅱ级等围岩良好、完整、稳定的地段中采用。 复合式衬砌—是一种较为合理的结构形式，适用于多种围岩地质条件，有其广阔的发展前途。 3衬砌的一般结构要求 混凝土与钢筋混凝土 隧道工程所用的混凝土强度等级不应低于C15 洞门用混凝土整体灌筑，其强度不应低于C20 强度等级对于衬砌段不应低于C20，对于洞门不应低于C15 片石混凝土 在岩层较好地段的边墙衬砌，可采用片石混凝土（片石的掺量不应超过总体积的20%）。 当起拱线以上1m以外部位有超挖时，其超挖部分也可用片石混凝土进行回填。 选用的石料要坚硬，其强度等级不应低于MU40，有裂隙和易风化的石料不应采用。 石料和混凝土预制块 石料或混凝土预制块用强度等级不低于M10的水泥砂浆砌筑衬砌。石料的强度等级不应低于MU60，并且有裂隙和易风化的石料不应采用。混凝土预制块强度等级不应低于MU20。 喷射混凝土 喷射混凝土的强度等级采用C20，所用的水泥应优先采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥 喷射钢纤维混凝土中的钢纤维宜采用普通碳素钢制成，等效直径为0.3～0.5㎜的方形或圆形断面，长度宜为20～25㎜ 锚杆 锚杆的杆体宜用20 MnSi钢筋，也可采用Q235钢筋；缝管式锚杆宜采用16 MnSi钢管，亦可采用Q235钢管；锚杆直径宜为18～22㎜，垫板可采用Q235钢板。 装配式材料 对于衬砌材料，可采用一些装配式材料，如钢筋混凝土大型预制块、加筋肋铸铁预制块等 铁路隧道净空及要求 直线隧道净空 机车车辆限界—它是指机车车辆最外轮廓的限界尺寸 基本建筑限界—它是指线路上各种建筑物和设备均不得侵入的轮廓线 隧道建筑限界—它是指包围“基本建筑限界”外部的轮廓线 直线隧道净空—要比“隧道建筑限界”稍大一些，还考虑了在不同的围岩压力作用下，衬砌结构的合理受力形状（拱部采用三心圆，边墙采用直墙式或曲墙式）以及施工方便等因素。 1.1工程概况 川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全县与甘孜泸定县交界的二郎山地段, 东距成都约260km , 西至康定约97 km , 这里山势险峻雄伟, 地质条件复杂, 气候环境恶劣, 自然灾害频繁, 原有公路坡陡弯急, 交通事故不断, 使其成为千里川藏线上的第一个咽喉险道, 严重影响了川藏线的运输能力, 制约了川藏少数民族地区的经济发展。 二郎山隧道工程自天全县龙胆溪川藏公路K2734+ 560 (K256+ 560)处回头, 沿龙胆溪两侧缓坡展线进洞, 穿越二郎山北支山脉——干海子山, 于泸定县别托村和平沟左岸出洞, 跨和平沟经别托村展线至K2768+ 600 (K265+ 216) 与原川藏公路相接, 总长8166km , 其中二郎山隧道长4176 m , 别托隧道长104 m ,改建后可缩短运营里程2514 km , 使该路段公路达到三级公路标准, 满足了川藏线二郎山段的全天候行车。 1.2工程地质条件 1.2.1 地形地貌 二郎山段山高坡陡,地形险要,在地貌上位于四川盆地向青藏高原过渡的盆地边缘山区分水岭地带,隶属于龙门山深切割高中地区。隧道中部地势较高。隧址区地形地貌与地层岩性及构造条件密切相关。由于区内地层为软硬相间的层状地层,构造为西倾的单斜构造,故地形呈现东陡西缓的单面山特征。隧道轴线穿越部位,山体浑厚,东西两侧发育的沟谷多受构造裂隙展布方向的控制。主沟龙胆溪、和平沟与支沟构成羽状或树枝状,横断面呈对称状和非对称状的“v ”型沟谷,纵坡顺直比降大,局部受岩性构造影响,形成陡崖跌水。 1.2.2 水文气象 二郎山位于四川盆地亚热带季风湿润气候区与青藏高原大陆性干冷气候区的交接地带。由于山系屏障,二郎山东西两侧气候有显著差异。东坡潮湿多雨,西坡干燥多风,故有“康风雅雨”之称。全年分早季和雨季。夏、秋两季受东进的太平洋季风和南来的印度洋季风的控制,降雨量特别集中；冬春季节,则受青藏高原寒冷气候影响,多风少雨,气候严寒。 据沪定、天全两县21年（1960-1980年）气候资料,多年平均气温分别为16.6℃和15.1℃,沪定略高于天全，多年平均降雨量分别为636.8 mm和1730.0mm，多 隧道工程课程设计计算书 一、项目背景及意义 随着我国经济的快速发展，基础设施建设在国民经济中的地位日益突出，尤其是在交通运输领域。隧道作为一种重要的交通工程结构，具有缩短路线、降低地形影响、保护生态环境等优点，在高速公路、铁路、城市轨道交通等方面得到了广泛应用。因此，开展隧道工程课程设计，提高隧道工程设计水平，对培养隧道工程专业人才具有重要的现实意义。 二、设计任务及目标 本次隧道工程课程设计的主要任务是针对某隧道工程，进行隧道主体结构设计、支护设计、排水设计、通风设计等方面的工作。通过本次设计，使学生掌握隧道工程设计的基本原理和方法，培养实际工程问题的分析和解决能力。 三、设计内容与方法 1. 隧道主体结构设计 根据隧道工程的特点和地质条件，选择合适的隧道断面形式，进行隧道主体结构的设计。主要包括隧道净空尺寸、衬砌结构、路面结构等方面的设计。 2. 隧道支护设计 针对隧道工程的地质条件、围岩等级、施工方法等因素，进行隧道支护设计。主要包括锚杆、喷射混凝土、钢架、超前支护等方面的设计。 3. 隧道排水设计 根据隧道工程的地质条件、水文地质条件，进行隧道排水设计。主要包括排水系统、防水系统、降水措施等方面的设计。 4. 隧道通风设计 针对隧道工程的长度、交通量、地质条件等因素，进行隧道通风设计。主要包括通风方式、通风设备、通风控制系统等方面的设计。 5. 隧道附属设施设计 根据隧道工程的功能需求，进行隧道附属设施设计。主要包括隧道照明、标志、监控系统、紧急救援系统等方面的设计。 6. 隧道施工组织设计 根据隧道工程的特点、施工方法、施工技术等因素，进行隧道施工组织设计。主要包括施工进度、施工队伍、施工设备、施工质量控制、施工安全管理等方面的设计。 四、设计成果与分析 1. 隧道主体结构设计成果 隧道工程课程设计 题目：隧道工程课程设计 姓名： 班级： 学号： 指导老师： 2016年11月19日 目录 隧道工程课程设计任务书 ........................................................... 错误!未指定书签。 隧道工程课程设计计算书 ........................................................... 错误!未指定书签。 一、基本条件 ........................................................................... 错误!未指定书签。 二、确定隧道明暗交界、明洞洞门位置，确定洞门类型和隧道长度错误!未指定书签。 2.1 明暗交界......................................................................... 错误!未指定书签。 2.2 洞门位置......................................................................... 错误!未指定书签。 2.3 洞门类型......................................................................... 错误!未指定书签。 2.4 隧道长度确定 (6) 三、绘制隧道平面图，包括隧道平面位置、进出口洞门位置、边仰坡开挖 线、人行和车行横洞位置 ............................................... 错误!未指定书签。 3.1 隧道平面位置................................................................. 错误!未指定书签。 3.2 进出口洞门位置............................................................. 错误!未指定书签。 3.3 边仰坡开挖线................................................................. 错误!未指定书签。 隧道工程计算书 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 课程设计计算书 课程名称：隧道工程 题目：隧道选线及结构计算 学院：土木工程学院 课题组：交通土建 专业：土木工程专业 班级： 09级土木工程 9班 学号： 09300913 姓名：韦天柱 起讫日期： 2013.1.7—2013.1.18 指导教师：岳峰、张红英 目录 1 设计依据-----------------------------------------------------------------------------2 2 计原始资料--------------------------------------------------------------------------2 3 设计步骤及过程--------------------------------------------------------------------2 3.1平面位置确定---------------------------------------------------------------------2 3.2纵断面设计------------------------------------------------------------------------2 3.3横断面设计------------------------------------------------------------------------3 4.二次衬砌结构计算-----------------------------------------------------------------3 4.1基本参数----------------------------------------------------------------------------3 4.2荷载确定----------------------------------------------------------------------------3 4.3计算位移----------------------------------------------------------------------------4 5 解力法方程---------------------------------------------------------------------------12 6最大抗力值的推求------------------------------------------------------------------13 6.1最大抗力方向内的位移---------------------------------------------------------13 6.2计算衬砌总内力------------------------------------------------------------------14 7 内力图---------------------------------------------------------------------------------16 8 参考资料------------------------------------------------------------------------------17 隧道工程课程设计 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】 隧道工程课程设计说明书The structural design of the Tunnel 作者姓名： 专业、班级：道桥班 学号： 指导教师： 设计时间： 目录 一．课程设计题目 (1) 二．隧道的建筑限界 (1) 三．隧道的衬砌断面 (1) 四．荷载确定 (2) 围岩压力计算 (2) 围岩水平压力 (3) 深埋隧道荷载计算 (3) 五．结构设计计算 (4) 计算基本假定 (4) 内力计算结果 (5) V级围岩配筋计算 (6) 偏心受压对称配筋 (7) 受弯构件配筋 (8) 箍筋配筋计算 (8) 强度验算 (8) 最小配筋率验算： (10) 六．辅助施工措施设计 (10) 双侧壁导坑施工方法 (10) 开挖方法 (10) 施工工序 (11) 隧道工程课程设计 一．课程设计题目 某高速铁路隧道V 级围岩段衬砌结构设计(设计时速350Km/h,隧道埋深127m ，单洞双线) 二．隧道的建筑限界 隧道的建筑限界 根据《铁路隧道设计规范》TB10003-2005有关条文规定，隧道的建筑限界高度H 取，行车道宽度取2?，如图所示 三．隧道的衬砌断面 拟定隧道的衬砌，衬砌材料为C25混凝土，弹性模量Ec=×107kPa ，重度γh=23kN/m3，衬砌厚度取50cm ，如图所示。 四．荷载确定 围岩压力计算 计算围岩竖向均布压力：10.452s q γω-=? 式中：s ——围岩类别，此处s=5； γ——围岩容重，此处γ=22KN/m3； ω——跨度影响系数 毛洞跨度8.5B m =B = 5,0.1B m i >=，此处1(5)10.1(8.55) 1.35i B ω=+-=+?-= 所以有：40.452 1.359.72h m =??= 因是松软围岩，故m H 127m 3.24h 5.2p <== 所以此隧道为深埋隧道。 围岩竖向均布压力10.452s q γω-=?=×1-52×22×= 中南大学隧道工程课程设计 一、原始资料 （一）地质及水文条件 长坞岭隧道穿越地段岩层为石灰岩，地下水不发育。其地貌为一丘陵区，海拔约为450米。详细地质资料示于隧道地质纵断面图中。 （二）路线条件 隧道系一级公路隧道，设计行车速度为80公里/小时,洞门外路堑底宽度约为11米，洞口附近路面标高：进口，190.00～210.00米；出口，190.00～200.00米。 线路坡度及平、纵面见附图。 （三）施工条件 具有一般常用的施工机具及设备,交通方便,原材料供应正常,工期不受控制。附CAD电子图： 1. 洞口附近地形平面图； 2. 隧道地质纵断面图。 二、设计任务及要求 （一）确定隧道进、出口洞门位置，定出隧道长度；（二）在地形平面图上绘制隧道进口、出口边坡及仰坡开挖线； （三）确定洞身支护结构类型及相应长度，并绘制Ⅲ级围岩地段复合式衬砌横断面图一张； （四）按所给定的地质资料及技术条件选择适当的施工方法，并绘制施工方案横断面分块图及纵断面工序展开图；（五）将设计选定的有关数据分别填入隧道纵断面总布置图的相应栏中，并写出设计说明书一份。 二、设计步骤 （一）确定隧道内轮廓与建筑限界 2.1.1 确定内轮廓线 隧道系一级公路隧道，设计行车速度为80公里/小时,根据《公路隧道设计规范》4.4.3，选用v=80km/h的标准断面。 该标准断面拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。 几何尺寸如下表： V=80km/h标准断面示意图： 2.1.2 确定建筑限界 参考公路隧道设计规范（JTG D70-2004）4.4.1有以下规定 （1）建筑限界高度，高速公路、一级公路、二级公路取5 .0m，故这里取H=5.0m； （2）当设置检修道或人行道时，不设余宽； （3）隧道路面横坡，当隧道为单向交通时，应取单面坡，这里取横坡为1.5%； （4）当路面采用单面破时，建筑限界底边线与路面重合。 隧道工程课程设计概述 隧道工程是一门重要的工程学科，它涉及到隧道构筑时所需要的各种技术和知识，包括地质勘察、隧道设计、隧道施工等方面。为了使学生能够全面了解隧道工程的原理和实践，各大高校也纷纷开设了隧道工程课程。本文将就隧道工程课程设计的概述进行详细的介绍。 一、隧道工程课程设计的意义 隧道工程课程设计是隧道工程学科的重要组成部分，它的意义在于帮助学生全面了解隧道工程的技术和应用，培养对隧道工程的兴趣和热爱，提高学生的隧道工程实践能力，使他们在今后的工作中更好地应用所学知识。 二、隧道工程课程设计的内容 隧道工程课程设计的内容非常丰富，它通常包括以下方面： 1、隧道勘探设计：主要包括隧道建设前的勘察、地质调查、隧道环境分析等内容，以充分了解隧道工程建设的地质条件和环境情况。 2、隧道设计：主要包括隧道布置和断面形状设计、隧道照明与通风设计、隧道排水系统设计等内容，以保证隧道的安全、高效和舒适。 3、隧道施工管理：主要包括隧道施工的质量、安全、进 度控制、工期管理等方面的内容，以确保隧道施工的有效进行。 三、隧道工程课程设计的方法 隧道工程课程设计的方法主要有以下几种： 1、课堂讲授：通过课堂讲授，将隧道工程的理论知识、 技术方法和实践经验等内容传授给学生，使他们能够全面理解隧道工程的各个方面。 2、案例分析：通过分析一些隧道工程的典型案例，引导 学生掌握隧道工程设计、施工中的技术问题和处理方法，提高他们的实践能力和解决问题的能力。 3、论文写作：通过让学生进行隧道工程相关的实验和调 查研究，并要求他们撰写论文，有助于提高学生的学术能力、知识技能和创新能力。 四、隧道工程课程设计的评估方式 隧道工程课程设计的评估方式通常包括以下几个方面： 1、课堂表现：学生在课堂上的发言、提问和演示等表现，以及对作业和自习的完成情况等。 2、论文评分：对学生的论文进行评分，包括论文的主题、结构、内容、语言表达等方面的评估。 3、实践能力：对学生在实验和调研中的实践能力和独立 思考能力进行评估，以及对设计方案和解决方案的评估。 隧道工程计算书LT 1、设计依据 本设计根据《公路工程技术标准》（JTG B01-2003），《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）进行设计和计算。 2、设计原始资料 公路等级：二级公路； 设计车速：60km/h； 使用功能：道路双向两车道； 隧道平纵曲线半径和纵坡。 平纵曲线设计满足规范要求，洞口内外各有不小于3s行车速度行程长度范围内的平、纵线性保持一致。 隧道结构设计标准 ①设计使用期：100年； ②设计安全等级：一级； ③结构防水等级：二级； ④区域地震基本烈度为VII度区，按IX度抗震烈度进行设防。 ⑤1:10000地形图 3、设计步骤及过程 3.1平面位置确定 任务所给定的地形图，隧道平、纵设计既要服从路线的总体走向，又要综合考虑隧道位置的地形、地质、地物、水文、气象、地震情况和施工条件等因素，尽可能使隧址位于地质条件较好、不良地质影响最小的底层中。隧道平面线型以直线为主，有利于通风和施工，采用不设超高的平曲线。隧道纵坡设置充分考虑通风、排水、施工方案和两端接线的要求。 根据教师给定的起终点，本设计采用3条线路进行方案比选，并确定推荐线路。 做出3个方案的平面图，详见地形图。 3.2纵断面设计 作出推荐线路的纵断面图，读取隧道的地面高程点时，应每20m读一次，而后用平滑曲线连接。 3.3横断面设计 隧道内轮廓应该以建筑限界为基础，充分考虑衬砌结构受力特征、工程造价、装饰厚度及富余空间、运营设施的安装空间等因素。洞身结构应根据隧道所处的工程地质条件，按新奥法原理进行设计，采用复合式衬砌，其支护衬砌参数按工程类比，结合有限元分析确定。 ⑴根据设计原始资料要求，作出隧道的建筑限界及内轮廓设计图。 ⑵根据设计原始资料要求，作出隧道紧急停车带的建筑限界及内轮廓设计图。 4、二次衬砌结构计算 选取IV 级围岩复合式衬砌作为典型衬砌，做结构计算。 4.1基本参数 ⑴围岩级别：IV 级； ⑵围岩容重：3520kN/m .γ=； ⑶围岩弹性抗力系数：351003kN/m .K ⨯=； ⑷衬砌材料为C25混凝土，弹性模量kPa .E h 710852⨯=，容重323kN/m γh =。 4.2荷载确定 4.2.1围岩垂直均布荷载 按矿山法施工的隧道围岩荷载为： γω.q s-s 12450⨯= （公式4-1） []） （5124501s B-i γ.q s-+⨯= []） （5-11.91.015.20245.03⨯+⨯⨯⨯= 2722.124kN/m = 考虑到初期支护承担大部分围岩压力，而二次衬砌一般作为安全储备，故对围岩压力进行折减，对本隧道按照45%折减，取为702kN/m 。 4.2.2围岩水平均布压力 q .e 30= （公式4-2） 隧道结构力学计算第二版课程设计 一、设计背景 隧道建设是现代城市发展的重要组成部分，其安全性和稳定性对人们生活和财产安全有着重要的影响。在现代隧道工程中，使用计算机辅助设计和分析，已经成为不可或缺的工具。掌握隧道结构力学计算方法，是隧道工程师必备的基本技能之一。 二、设计目标 本课程设计主要目标是帮助学生掌握隧道结构力学计算的基本方法和技巧，了解隧道结构的受力机理和破坏机理，能够独立完成隧道结构的分析和设计计算。 三、设计内容 1. 隧道结构受力分析 1.1 隧道结构基本概念 1.2 隧道结构荷载分析 1.3 隧道结构受力计算方法 2. 隧道结构设计计算 2.1 隧道结构设计的基本原则 2.2 隧道结构设计计算的基本步骤 2.3 隧道结构设计中的重要问题 3. 隧道结构施工过程中的力学计算 3.1 隧道结构施工中的力学问题 3.2 隧道结构施工过程中的力学计算方法 3.3 隧道结构施工中需要注意的问题 四、设计实施 4.1 设计工具的选择 本课程设计将使用MATLAB和ANSYS两种工具进行隧道结构力学计算和分析。对于MATLAB，我们将使用其编程和计算功能进行力学计算；对于ANSYS，我们将使用其有限元分析功能进行结构分析。 4.2 设计步骤 本课程设计将按照以下步骤进行： 步骤一：选择隧道结构模型 根据课程要求，选择一个隧道结构模型进行力学分析和计算。 步骤二：进行荷载分析 根据隧道结构的实际情况，进行荷载分析，确定模型的受力情况。 步骤三：进行力学计算 利用MATLAB编程和ANSYS有限元分析功能，进行隧道结构力学计算。 步骤四：检验分析结果 对力学计算结果进行检验，判断分析结果是否合理。 步骤五：优化设计方案 对于分析结果存在问题的隧道结构，进行优化设计方案，提出更加合理的设计方案。 步骤六：上传报告 隧道结构力学计算课程设计 背景 隧道结构是建设工程中常用的一种工程。隧道结构的设计至关重要，需要考虑各种因素，其中包括：土壤类型，隧道深度，选材和预算等。因此，在隧道结构力学方面有着广泛的应用。本文将介绍隧道结构的力学计算方法，并进行一次课程设计，以帮助读者深入了解隧道结构力学。 隧道结构力学计算方法 地下水的力学特性 隧道工程中地下水的力学性质具有以下特点： •地下水压力是影响隧道结构的重要因素。地下水压力随着深度的增加而增加。 •地下水对隧道结构的作用可分为三类：轴向压力，径向力和耦合渗流作用。 隧道结构设计需要考虑地下水的力学特性，其中包括： •地下水贯通性； •地下水压力计算方法； •地下水承载力计算方法。 隧道结构的荷载分析 隧道结构需要承受荷载，荷载来源包括： •大气正压； •树木生长的根系作用； •隧道上方的建筑物或交通工具行驶所产生的附加荷载； •各种地震或爆炸的冲击荷载； •隧道自身重量和填土荷载。 通常，隧道结构的荷载分析需要考虑以下因素： •隧道截面设计； •岩石的力学性质； •地震、爆炸和其他荷载特点。 隧道结构的应力分析 隧道结构的应力分析需要考虑以下因素： •隧道结构内部的初始应力； •地层和基础的应力状态； •隧道挖掘和加固的影响； •地震、地面沉降和其他外力的影响。 隧道结构的应力分析需要以结构体的应变形态为基础，理解和计算隧道结构的受力约束。一般来说，隧道结构的应力分析需要考虑以下因素： •材料的本构关系； •材料的强度性质； •隧道结构的初始状态。 隧道结构的稳定性分析 隧道结构的稳定性是重要的设计考虑因素。稳定性分析的目标是确定隧道结构长期保持安全的最小要求，以确保隧道结构的寿命和可靠性。隧道结构的稳定性分析需要考虑以下因素： •地下水的影响； 隧道工程课程设计 一、工程概况 某地区一暗挖双线马蹄形隧道，埋深h=125m，围岩等级为v级，地层平均容重16.0 kN/m3。宽度B=13.08m，隧道采用复合式衬砌形式，衬砌厚度为0.42m，配筋采用Ф22@200mm，钢材采用HRB335，钢筋保护层厚度50mm。 二、计算 1、衬砌结构的计算模型 隧道工程建筑物是埋置于地层中的结构物，它的受力和变形与围岩密切相关，支护结构与围岩作为一个统一的受力体系相互约束，共同工作。这种共同作用正是地下结构与地面结构的主要区别。根据本工程浅埋及松散地层的特点，使用阶段结构安全性检算采用“荷载—结构”模式，即将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承。支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来实现的。 计算模型中，二衬结构采用弹性平面梁单元模拟，弹性抗力以及隧底地基均采用弹簧单元模拟。组合荷载根据不同作用方向分别转换成等效节点力施加在相应的单元结点上。具体计算模型见图1。 图1 计算模型 2、荷载计算 围岩压力计算参照课本中有关我国铁路隧道推荐的方法进行确定（双线隧道）或参照《铁路隧道设计规范》，深浅埋分别计算。 按破坏阶段设计计算垂直压力公式： q=r x h q = 0.45 x 2^(s-1) x r x w 式中：h q——等效荷载高度值 S——围岩级别 r——围岩的容重 w——宽度影响系数，其值为w=1+i（B-5） 计算得，q=0.45x2^(5-1)x16000x1.805=2.082816e6N/m 水平均布松动压力系数取0.3，则e=0.3q=0.0634e6N/m 3、ANSYS操作命令流 !荷载——结构方法计算(马蹄形断面） finish !退出当前处理程序 /clear !清除以前数据,重新开始一个新的分析 /COM,Structural !定义分析类型,结构分析(热分析、流体分析等) /prep7 !进入前处理器 *AFUN,deg !定义角度单位为度（缺省为弧度，RAD） ! 定义建模及材料参数的一些变量值 *set,Py,2.082816e5 !定义垂直围岩压力大小（若有地表荷载加地表荷载值） *set,px1,0.0634e6 *set,px2,0.0634e6 *set,cylxsh,0.3 !定义侧压力系数 *set,cyl,Py*cylxsh !水平侧压力 *set,CQHD,0.47 !定义初支或二衬厚度 *set,CQDYCD,0.17 !定义梁单元长度参数及弹簧单元面积（梁单元长度与弹簧单元面积相等） 隧道工程课程设计指导书 一、课程设计的目的 （1）、在学完隧道工程等相关课程和进行的生产实习的基础上，全面检查学生掌握这些课程的基本原理、方法、设计、施工和施工组织等有关知识的情况。 （2）、通过此次课程设计，训练学生灵活运用所学知识解决工程实际问题，提高学生分析问题和解决问题的能力。 （3）、进行隧道工程设计基本技能的训练：例如计算、绘图、查阅资料和手册、运用标准和规范进行计算机辅助设计和绘图的训练。 二、课程设计的基本要求 （1）、通过课程设计，要求学生掌握隧道设计的基本要领，并能对各类围岩做出相应的复合衬砌设计计算； （2）、掌握隧道工程的施工方法、进行施工总体布置的要点，了解有关隧道工程的新技术、新方法； （3）、写出设计说明书，说明书中要施工方案的比选分析及施工注意事项； （4）、所有图纸均应按工程制图要求绘制，应有图框和图标。 三、课程设计的内容 1、隧道横断面设计，包括隧道建筑限界、隧道净空、汽车横洞、行人横洞、有紧急停车带的横断面等。 2、隧道衬砌设计，确定复合式衬砌的尺寸及每延米工程量。 3、辅助施工方法设计 4、隧道的施工方案设计，根据给定的地质资料选定适当的施工方法，绘制施工方案横断面图及爆破方案设计图。 5、撰写设计说明书。 四、设计步骤及要点 （一）、隧道横断面设计 1、隧道建筑限界确定 根据公路等级进行隧道建筑限界设计，结合隧道设计规范确定各尺寸。隧道建筑限 界根据隧道长度等有四个： ①、主洞建筑限界 ②、有紧急停车带的建筑限界 ③、行车横洞建筑限界 ④、行人横洞建筑限界。 在绘制建筑限界时各部分尺寸都要标注清楚。 2、隧道衬砌内轮廓线确定 根据公路等级进行隧道衬砌内轮廓线设计，结合隧道设计规范确定各尺寸。隧道衬砌内轮廓线根据隧道长度等有两个： ①、主洞衬砌内轮廓线 ②、有紧急停车带的衬砌内轮廓线 隧道衬砌内轮廓线的确定方法： ①、按单心圆设计 根据确定的建筑限界和隧道设计规范要求富余10cm，确定圆心和半径画出单心圆衬砌内轮廓线。一般适用地铁、水工隧道或小断面隧道等。 ②、按三心圆设计 三心圆断面受力较好，在设计时常采用，设计时采用工程类比法确定三个圆心及半径画衬砌内轮廓线。 ③、按五心圆设计 五心圆断面受力也较好，但圆弧较多，较复杂。设计时采用工程类比法确定五个圆心及半径画出衬砌内轮廓线。 3、作图法确定隧道衬砌内轮廓线 ①、圆形断面的作图 确定隧道内轮廓线时，以公路建筑限界为基准，并附加上通风所需要的断面。如果有侧压力则需要设置仰拱，设仰拱时应考虑水压力。在膨胀性山体和受到大水压时，通常把圆形闭合断面作为基本形状。圆形断面内轮廓线作图如图1(a)，假定公路建筑限界已确定，其控制点为a，b，c，d四个点，分别作ab，ac，ad的垂直平分线，在断面对称轴上得到三个交点O1，O2，O3，取其中最高（至路面）者作为圆心O2。由于施工精度上要求a，b，c，d各点至少需要10cm以上的富余量，所以在oa连线的延长线上取 隧道工程课程设计 第一章 设计概况 《隧道工程》课程设计 一目的和任务 课程设计是专业课教学计划中的重要环节.通过该教学环节使学生对所学的理论知识有更深的认识与提高，并应用于实际工程设计，巩固本课程所学知识，提高学生分析问题和解决问题的能力。 二设计要求 ①必须按照设计任务书的要求完成全部规定内容，严格遵守国家颁布的有关技术规范和规程。 ②设计图件采用计算机或铅笔绘制，要求线条清晰，整洁美观，符合有关建筑制图规范。 ③说明书一律用碳素墨水抄写公正，文句通顺，简明扼要，文中计量单位一律采用国家标准。 三设计资料 船溪隧道进口位于新晃县杉木塘村,出口位于新晃县兴隆乡龙马田村。本隧道所处路段为双向四车道高速公路，隧道建筑限界按80km/h行车速度确定。为分离式单向行车双线隧道。隧道左线起汽桩号为2K69+840～2K71+770，全长1930m，右线汽桩号为YK69+870～YK71+835,全长1965m，按隧道分类左、右线均属长隧道；左线隧道位于R=3000m的圆曲线内，右线隧道位于R=35000m的圆曲线内。左右线均不设置超高。左线位于 1.1％的上坡与0.66％的下坡，竖曲线半径R=3500m竖曲线上，右线位于1.1％的上坡与0.66％的下坡，竖曲线半径R=35000m 的竖曲线上。 隧址位于湖南省新晃县波洲镇与兴隆乡境内，属于低山区地貌,地形起伏较大，隧道穿越二道冲沟，隧道最大埋深约188m，隧道进口及出口山体坡度较大，约40°~50°，隧道进口及洞身上坡上遍布杉树、灌木，出口山坡植被较少。 根据国家质量技术监督局于2001年2月2日发布的《中国地震动参数区划图》查得：隧道区地震动反应谱特征周期为0.35s；地震动峰值加速度小于0.05g，参照其附录 D.地震基本烈度小于Ⅵ度，由于勘察场地地形起伏较大，应考虑地形对地震动参数的放大作用。 该勘察区属亚热带季风气候区，气候温和湿润，雨量充沛.12月至翌年1月为枯水期，降水量最小,从2月份起见增。4～8月为雨水期，降水量最大，大气降水是本地区地下水及地表水主要补给来源。 根据当地水文工程经验，本区地表水及地下水对砼无侵蚀性,防护等级为常规。综上所述,隧道去水文地质条件较简单。 四设计任务 ①根据资材要求设计80km/h行车速度的公路隧道的建筑限界和设置紧急停车带的建筑限界并画出有关图。 ②试设计80km/h行车速度的标准断面并画出有关图. ③当隧道开挖通过的是Ⅲ级围岩时,试设计计算喷射混凝土的厚度和锚杆的布置并画出一个断面的有关图。 ④隧道出口洞门是端墙式洞门，端墙高出隧道拱顶2m,试设计该洞门并进行相关验算，并画出有关图。 五参考资料 隧道工程课程设计 1初始条件 某一级公路隧道通过IV 类围岩(即III 级围岩)，埋深H=20m ，隧道围岩天然容重γ=25 KN/m3，计算摩擦角ф=50o, 变形模量E=10GPa ，采用矿山法施工。；衬砌材料采用C25喷射混凝土，材料容重322/h KN m γ=，变形模量25h E GPa =。 2隧道洞身设计 2.1隧道建筑界限及内轮廓图的确定 该隧道横断面是根据两车道一级公路III 级围岩来设计的，根据《公路隧道设计规范》确定隧道的建筑限界如下： W —行车道宽度；取3.75×2m C —余宽；因设置检修道，故余宽取为0m J —检修道宽度；双侧设置，取为1.0×2m H —建筑限界高度；取为5.0m L L —左侧向宽度；取为1.0m R L —右侧向宽度；取为1.0m L E —建筑限界左顶角宽度；取1.0m R E —建筑限界右顶角宽度；取1.0m h —检修道高度；取为0.25m 隧道净宽为1.0+1.0+7.50+1.0+1.0=11.5m 设计行车速度为80km/h,建筑限界左右顶角高度均取1m ；隧道轮廓线如下图： 图1 隧道内轮廓限界图（单位cm ） 根据规范要求，隧道衬砌结构厚度为45cm （一次衬砌为10cm 和二次衬砌35cm ）通过作图得到隧道的尺寸如下： 图2 隧道内轮廓图 得到如下尺寸:123R 7.00m R 5.98m R 10.6m ===，， 3隧道衬砌结构设计 3.1支护方法及衬砌材料 根据《公路隧道设计规范》（JTG-2004），本设计为一级公路，采用复合式衬砌，复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间防水层组合而成的衬砌形式。 复合式衬砌应符合下列规定： 1初期支护宜采用锚喷支护，即由喷射混凝土，锚杆，钢筋网和钢筋支架等支护形式单独或组合使用，锚杆宜采用全长粘结锚杆。 2二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连结圆顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。 由规范，对于两车道Ⅲ级围岩： 初期支护：拱部边墙的喷射混凝土厚度为8-12cm ，拱墙的锚杆长度为2.5-3m ，锚杆间距为1.0-1.2m ； 二次衬砌厚度：拱墙混凝土厚度为35cm 因此确定衬砌尺寸及规格如下： 深埋隧道外层初期支护，根据规范规定，采用锚喷支护，锚杆采用普通水泥砂浆锚杆，规格HRB Φ20×2.5m ，采用梅花型局部布设，采用C25喷射混凝土。 初次衬砌：采用C25喷射混凝土，厚度为9.8cm 。 防水板：采用塑料防水板及无纱布，且无纺布密度为300g/m2,防水板应采用铺满的EVA 板防水层，厚度为2.0mm ，搭接长度为150mm 。 二次衬砌：根据《公路隧道设计规范》，采用C25号模筑防水混凝土，厚度为35cm 。 整个衬砌厚度为9.8+0.2+35=45cm 。 3.2隧道深浅埋的确定及围岩压力的计算 《隧道工程》课程设计 一、课程设计任务书 （一）设计题目 《成都至泸州高速公路二峨山隧道工程衬砌结构计算》 （二）提供资料 1、《成都至泸州高速公路二峨山隧道工程地质勘察报告》 2、成都至泸州高速公路二峨山隧道平面布置图 3、成都至泸州高速公路二峨山隧道剖面 （三）设计内容 ⑴隧道围岩地质分级 ⑵确定围岩物理力学参数 ⑶确定隧道建筑限界尺寸 ⑷确定隧道内轮廓尺寸 ⑸计算隧道围岩压力 ⑹衬砌结构的设计 ⑺计算衬砌结构的内力 ⑻衬砌结构的配筋计算 （四）设计要求 ⑴计算书要求书写工整、数字准确、图文并茂。 ⑵制图要求所有图线、图例尺寸和标注方法均应符合新的制图标准，图 纸上所有汉字和数字均应书写端正、排列整齐、笔画清晰，中文书写为仿宋字。 ⑶成果内容 ①详细的计算过程； ②必要的计算说明； ③计算成果图表（围岩分级表、围岩参数表、建筑限界尺寸图、隧道内 轮廓尺寸图、隧道围岩压力计算成果示意图、复合衬砌支护参数图、衬砌结 构计算成果图、配筋计算成果表） （五）个人任务 学号洞段车道设计时速40人 5 4 2 课程设计计算书 （一）隧道围岩地质分级划分 隧道围岩级别划分依据《公路隧道设计规范》（JTG D70－2004）中的3.6节《围岩分级》中各项规定进行划分。结合《隧道地质勘察报告》中的地层岩性的描述、岩石物理力学性质、结构面特征、洞室埋藏深度、水文地质条件、不良地质现象、施工方法等因素综合分析确定。 工作步骤 隧道围岩分级的综合评判方法采用两步分级，按以下顺序进行： ⑴根据岩石的坚硬程度和岩体完整程度两个基本因素的定性特征和定量的岩体基本质量指标BQ，综合进行初步分级。 围岩分级中岩石坚硬程度、岩体完整程度两个基本因素的定性划分和定量指标及其对应关系应符合下列规定： ⑴岩石坚硬程度可按JTG D70－2004表3.6.2-1定性划分。 通过阅读《二峨山隧道报告》，根据其分析发现岩体类型可分为以砂岩为主的软岩～较软岩和以泥岩为主的极软岩～软岩二类；再根据岩石物理力学实验发现岩石状态都为“弱风化”。按JTG D70－2004表3.6.2-1定性判断出岩石属于“级软岩~较软岩”。 ⑵岩石坚硬程度定量指标用岩石单轴饱和抗压强度Rc表达。 围岩基本质量指标BQ应根据分级因素的定量指标R C值和K V值按下式计算： BQ=90+3R C+250K V 式中：BQ——围岩基本质量指标； R C——岩石单轴饱和抗压强度； K V——岩体完整性系数，采用弹性波速探测值。 式中：p m v为岩体弹性纵波波速；p v为岩石弹性纵波波速； 使用以上公式时应遵守下列限制条件： ①当R C＞90 K V时，应以R C=90K V+30和K V代入计算BQ值；隧道工程课程设计计算书
隧道工程课程设计二(仅供参考)
隧道结构设计
隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法)
隧道工程课程设计计算书
隧道工程课程设计
隧道工程计算书
隧道工程课程设计
隧道工程课程设计计算书_优秀
隧道工程课程设计概述
隧道工程计算书
隧道结构力学计算第二版课程设计
隧道结构力学计算课程设计 (2)
隧道工程课程设计报告(完整)
隧道工程课程设计指导书
隧道工程课程设计
地铁是地下铁道的简称。它是一种独立的轨道交通系统，不受地面道路情况的 影响，能够按照设计的能力正常运行，从而快速、安全、舒适地运送乘客。地铁效 率高，无污染，能够实现大运量的要求，具有良好的社会效益。而地铁车站是地下 铁道的重要组成部分，它要解决客流的集散、换乘，同时也要解决整条线路行驶中 的就技术设备、信息控制、运行管理， 以保证交通的顺畅、快捷、准时、安全。车 站设计本着“以人为本”的观念，坚持适用性、安全性、识别性、舒适性、经济性 的原则。 本设计主要是针对城市地铁区间隧道的结构设计，主要内容为：对区间隧道进 行结构检算，求出内力，并进行配筋计算。 1.1 工程地质概况 线路垂直于永定河冲、洪积扇的轴部，第四纪地层沉积韵律明显，地层由上到 下依次为：杂填土、粉土、细砂、圆砾土、粉质粘土、卵石土。其主要物理力学指 标如表 1，本地区地震烈度为 7 度。 表1 土的类 型 杂填土 粉土 细砂 圆砾土 粉质粘 土 卵石土 基岩 厚度 （m） 重度γ （kN/m 3 ） 16 18 19 19.5 20.0 20.0 22 各层土的物理力学指标 弹性抗 变形模 力系数 量E (Mpa/m） （GPa） 50 90 100 120 150 200 300 0.8 0.9 1.2 1.5 1.8 2.0 2.5 泊松 比μ 内摩擦 粘聚 角ф（º） 力 C(Mpa ) 20 21 22 25 23 27 35 0.005 0.01 0.01 0.01 0.02 0.03 0.04
3.5 3.2 5.2 6.5 6.2 8.5
0.4 0.35 0.32 0.32 0.32 0.30 0.35隧道工程课程设计.(DOC)
隧道工程课程设计(00002)
隧道课设