隧道工程施工计算书

-.课程设计计算书课程名称：隧道工程题目：隧道选线及构造计算学院：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-.可修编. -.起讫日期：2013.1.7—2013.1.18指导教师：岳峰、红英目录1设计依据-----------------------------------------------------------------------------22计原始资料--------------------------------------------------------------------------23设计步骤及过程--------------------------------------------------------------------23.1平面位置确定---------------------------------------------------------------------23.2纵断面设计------------------------------------------------------------------------23.3横断面设计------------------------------------------------------------------------34.二次衬砌构造计算-----------------------------------------------------------------34.1根本参数----------------------------------------------------------------------------34.2荷载确定----------------------------------------------------------------------------34.3计算位移----------------------------------------------------------------------------45解力法方程---------------------------------------------------------------------------126最大抗力值的推求------------------------------------------------------------------136.1最大抗力方向的位移---------------------------------------------------------136.2计算衬砌总力------------------------------------------------------------------147力图---------------------------------------------------------------------------------168参考资料------------------------------------------------------------------------------17-.可修编. -.1、设计依据本设计根据?公路工程技术标准?〔JTGB01-2003〕，?公路隧道设计规?〔JTGD70-2004〕进展设计和计算。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要求，洞口外各有不小于3s行车速度行程长度围的平、纵线性保持一致。隧道构造设计标准①设计使用期：100年；②设计平安等级：一级；③构造防水等级：二级；④区域地震根本烈度为VII度区，按IX度抗震烈度进展设防。⑤1:10000地形图3、设计步骤及过程3.1平面位置确定-.可修编. -.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条线路进展方案比选，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横断面设计隧道轮廓应该以建筑限界为根底，充分考虑衬砌构造受力特征、工程造价、装饰厚度及充裕空间、运营设施的安装空间等因素。洞身构造应根据隧道所处的工程地质条件，按新奥法原理进展设计，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轮廓设计图。3、二次衬砌构造计算选取IV级围岩复合式衬砌作为典型衬砌，做构造计算。4.1根本参数⑴围岩级别：IV级；⑵围岩容重：；⑶围岩弹性抗力系数：；⑷衬砌材料为C25混凝土，弹性模量，容重。-.可修编. -.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：〔公式4-1〕考虑到初期支护承当大局部围岩压力，而二次衬砌一般作为平安储藏，故对围岩压力进展折减，对本隧道按照45%折减，取为70。4.2.2围岩水平均布压力〔公式4-2〕4.3计算位移4.3.1单位位移：〔所有尺寸见图4-1〕-.可修编. -.图4-1二次衬砌构造计算图半拱线轴线长度，将半拱轴长度等分为8段，那么计算衬砌的几何要素，拱部各截面与垂直轴之间的夹角和截面中心垂直坐标见表1-1。单位位移值用新普生法近似计算，公式如下：〔公式4-3〕〔公式4-4〕〔公式4-5〕-.可修编. -.单位位移计算表4-1注：1.I—截面惯性矩，，b取单位长度。2.不考虑轴力作用。单位位移值用新普生法近似计算，计算如下：计算精度校核为：闭合差4.3.2载位移—主动荷载在根本构造中引起的位移〔1〕每一楔块上的作用力：竖向力：〔公式4-6〕侧向力：〔公式4-7〕-.可修编. -.侧向力：〔公式4-8〕式中——衬砌外缘相邻两截面之间水平投影长度，由图1-1中量得；——衬砌外缘相邻两截面之间竖直投影长度，由图1-1中量得；——接缝i的衬砌截面厚度。作用在各楔块上的力均列入表1-2中。载位移计算表表4-2（2）外荷载在根本构造中产生的力力按下式计算：弯矩：〔公式4-9〕轴力：〔公式4-10〕，的计算见表1-3，表1-4。载位移计算表表4-3-.可修编. -.载位移计算表表4-4（2）主动荷载位移计算结果见表1-5主动荷载位移计算表表1-5那么按以下公式计算：〔公式4-11〕〔公式4-12〕〔公式4-13〕计算结果：-.可修编. -.计算精度校核：4.3.3载位移-单位弹性抗力图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2处，:；最大抗力值假定在接缝4处，；最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算：〔公式4-14〕算的结果为：算出：，，；最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算：-.可修编. -.〔公式4-15〕式中：—所考察截面外缘点到h点的垂直距离；—墙脚外缘点到h点的垂直距离。由图1-1量得：，，，按比例将所求得的抗力绘在分块图上。（2）各楔块上抗力集中力按下式近似计算：〔公式4-16〕式中：—楔块i外缘长度。（3）抗力集中力于摩擦力的合成：〔公式4-17〕式中：—围岩与衬砌间的摩擦系数，此处取。，其作用方向与抗力集中力的夹角。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移的方向相反，其方向向上。将的方向延长，使之交于竖直轴，量取夹角-.可修编. -.〔自竖直轴反时针方向量度〕，将分解为水平和竖向两个分力：以上计算结果列入表4-6中。弹性抗力及摩擦力计算表表4-6（2）计算单位抗力及其相应的摩擦力在根本构造中产生的力。弯矩：〔公式4-18〕轴力：〔公式4-19〕式中：为力至接缝中心点K的力臂,计算结果见表1-7和表1-8。计算表表-7-.可修编. -.计算表表4-8（2）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算见表4-9单位抗力及相应摩擦力里产生的载位移计算表表4-9计算公式如下：-.可修编. -.〔公式4-20〕〔公式4-21〕计算结果如下：校核为：4.3.4墙底〔弹性地基上的刚性梁〕位移单位弯矩作用下的转角：主动荷载作用下的转角：单位抗力及相应摩擦力作用下的转角5、解力法方程〔1〕衬砌计算矢高计算力法方程的系数：-.可修编. -.以上将单位抗力图及相应摩擦力产生的位移乘以倍，即为被动荷载的载位移。求解方程为：式中：；式中：；〔2〕计算主动荷载和被动荷载分别产生的衬砌力计算公式为：〔公式5-1〕-.可修编. -.〔公式5-2〕计算过程见表1-10和1-11。主被动荷载作用下衬砌弯矩计算表表5-1主被动荷载作用下衬砌轴力计算表表5-26、最大抗力值的推求6.1最大抗力方向的位移考虑到接缝4的径向位移与水平方向有一定的偏移，因此修正后如下：〔公式6-1〕〔公式6-2〕计算过程见表1-12。-.可修编. -.最大抗力位移修正计算表表6-1位移值为：最大抗力值为6、2计算衬砌总力按下式计算衬砌总力：〔公式6-3〕计算过程见表6-2。-.可修编. -.衬砌总力计算表表1-13计算精度的校核：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6.2.1相对转角的校核按下式计算：〔公式6-4〕由表1-13得，闭合差6.2.2相对水平位移的校核按下式计算〔公式6-5〕闭合差6.2.3衬砌截面强度检算检算几个控制截面（1）拱顶〔截面0〕故偏心距符合规要求。-.可修编. -.又有：，符合规要求。，可得：式中：—混凝土极限抗压强度，取。符合规要求。（1）墙底〔截面8〕偏心检查符合规要求。其它截面偏心距均小于0.45d。7、力图将力计算结果按比例尺绘制弯矩图M及轴力图N,如图7-1所示。7-1二次衬砌力图-.可修编. -.8、参考资料1、中华人民国行业标准?公路隧道设计规?〔JTGD70-2004〕，：人民交通，2004年．2、?公路隧道施工技术规?〔JTGF60-2009〕：人民交通，2009年．3、中华人民国行业标准?公路工程技术标准?〔JTGB01—2003〕4、中华人民国行业标准?公路隧道勘测规程?〔JTJ—85〕5、夏永旭主编，?隧道构造力学计算?，：人民交通，2004年6、王毅才，?隧道工程?，：人民交通，2001.77、家驷等著，?公路勘测设计?，：大学，1995.58、雨化，?道路勘测设计?，：人民交通，2003.79、宁军，曹文贵，生等．?隧道设计与施工百问?[M]．．人民交通，2004．10、秋南主编，?隧道工程?，：机械工业，2008年11、相关图纸-.可修编.