隧道工程课程设计

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 0

二．隧道的建筑限界 0

三．隧道的衬砌断面 0

四．荷载确定 0

4.1围岩压力计算 0

4.2围岩水平压力 (1)

4.3深埋隧道荷载计算 (1)

五．结构设计计算 (2)

5.1计算基本假定 (2)

5.2内力计算结果 (2)

5.3 V级围岩配筋计算 (3)

5.4偏心受压对称配筋 (3)

5.5受弯构件配筋 (4)

5.6箍筋配筋计算 (4)

5.7强度验算 (4)

5.8最小配筋率验算： (6)

六．辅助施工措施设计 (6)

6.1双侧壁导坑施工方法 (6)

6.2开挖方法 (7)

6.3施工工序 (7)

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

2.1 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6.55m ，行车道宽度取4.252⨯m ，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=2.95×107kPa ，重度γh=23kN/m3，衬砌厚度取50cm ，如图所示。

四．荷载确定

4.1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 =8.5m

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-=⨯=0.45×1-52×22×1.35=213.84KN

4.2围岩水平压力

围岩水平均布压力：()m 106.92)KN/~(64.1550.0~30.0e ==q 取其平均值 m KN q e /54.85=⋅=λ 4.3深埋隧道荷载计算 (1)作用在支护结构上的垂直压力

由于

q p

h H H <<，为便于计算，假定岩土体中形成的破裂面是一条与水平成β角的斜直线，

如图所示。EFGH 岩土体下沉，带动两侧三棱体（图中FDB 和ECA ）下沉，整个岩土体ABDC 下沉时，又要受到未扰动岩土体的阻力；斜直线AC 或BD 是假定的破裂面，分析时考虑内聚力

c ，并采用了计算摩擦角c ϕ；另一滑面FH 或EG 则并非破裂面，因此，滑面阻力要小于破裂面的阻力。

该滑面的摩擦系数θ为36.5度。查询铁路隧道设计相关规范，取计算摩擦角0

40c ϕ=。

深埋隧道荷载计算简图

如上图所示，隧道上覆岩体EFGH 的重力为W ，两侧三棱岩体FDB 或ECA 的重力为1W ，未扰动岩体整个滑动土体的阻力为F ，当EFHG 下沉，两侧受到阻力T 或'

T ，作用于HG 面上的垂直压力总值

Q 浅

为：

'

22sin Q W T W T =-=-浅(2-4)

其中，三棱体自重为：

112

tan h W h

γβ

=

(2-5)

式中：h 为坑道底部到地面的距离(m)；

β为破裂面与水平的交角(°)。

由图据正弦定理可得

1sin()sin[90()]

T W βϕβϕθ-=

︒--+

(2-6)

由于GC 、HD 与EG 、EF 相比往往较小，而且衬砌与岩土体之间的摩擦角也不同，当中间土块下滑时，由FH 及EG 面传递，考虑压力稍大些对设计的结构也偏于安全，因此，摩阻力不计隧道部分而只计洞顶部分，在计算中用H 代替h ，有：

tan tan c βϕ=+

(2-7)

tan tan 0.397tan [1tan (tan tan )tan tan ]

c

c c βϕββϕθϕθλ-=+-+=

(2-8)

2

(1tan )218.80/t

t

Q H q H KN m

B B γλθ=

=-

=浅浅 (2-9)

埋深为127m 时，土压力值为1384.3KN/m2。 式中： λ——侧压力系数；

t

B ——坑道宽度（m ）；

c ϕ——围岩的计算摩擦角（°）；

q 浅

——作用在支护结构上的均布荷载（kN/m2）。

(2)作用在支护结构两侧的水平侧压力

Ⅴ级围岩荷载分布如下图所示。

作用在支护结构上的均布荷载

五．结构设计计算

5.1计算基本假定

因隧道是一个狭长的建筑物，纵向很长，横向相对尺寸较小。隧道计算取每延米作为计算模型，此类问题可以看作平面应变问题来近似处理。考虑围岩与结构的共同作用，采用荷载结构模型。隧道计算采用荷载结构模式按有限杆单元，采用MIDAS/GTS 进行计算分析。

基本假定：

假定所有衬砌均为小变形弹性梁，把衬砌为离散足够多个等厚度梁单元。

用布置于各节点上的弹簧单元来模拟围岩与初期支护、衬砌的相互约束；假定弹簧不承受拉力，即不计围岩与衬砌间的粘结力；弹簧受压时的反力即为围岩对衬砌的弹性抗力。

假定初期支护与主体结构之间只传递径向压力。

考虑到在非均匀分布的径向荷载作用下，衬砌结构一部分将发生向着围岩方向的变形，而地层具有一定的刚度，会对衬砌结构产生被动的弹性抗力，设计计算时采用弹性地基梁单元模拟。 5.2内力计算结果

计算荷载基本组合：结构自重＋围岩压力，为了计算保证计算的可靠性，采用MIDAS/GTS