隧道洞门设计计算书完整版

隧道洞门设计计算书 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】

附件三

（隧道工

程课程设计）

设计说明书

龙洞隧道洞门设计

龙洞隧道洞身支护设计

起止日期： 2012 年 12 月 17 日至 2012 年 12 月 21 日学生姓名豹哥

班级道桥1001

学号00

成绩

指导教师(签字)唐老师

包装土木教学部 2012年12月21日

目录

前言

隧道是一种修建在地下，两端有出口，供车辆、行人、水流及管线等通过的工程建筑物。随着科学技术和经济的发展，人们越来越强调人与自然的和谐，逐渐摒弃了以往那种大开挖的场面，隧道工程取而代之。

本设计是对拟建龙洞隧道结构进行设计。设计主要以《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）规范为依据。

通过本次设计，我系统地巩固了所学的专业知识，并对隧道工程进行了前所未有的探索。通过本次设计，掌握了直墙拱隧道的设计步骤和构造原理，以及计算理论和计算方法，对该直墙拱隧道各个方面知识有了比较全面、系统、深入的了解，锻炼了查阅相光资料和独立思考的能力。

本设计主要对本隧道进行了初期支护设计、二次衬砌设计、洞门设计，并对初期支护设计和二次衬砌设计做了较详细的阐述和较深的探讨。

在设计过程中，感谢唐文彪老师、祝老师给予了我精心指导和热心的帮助，班上同学也给予了我莫大的帮助和支持，使我的设计得以顺利完成，在此，我谨向各位老师和同学表示衷心的谢谢。

由于本人水平有限，设计中难免有不足和错误之处，敬请各位老师和同学批评指正，本人将虚心接受并加以更正。

设计依据以及总体原则

该隧道设计说明书及隧道纵剖面图。采用高速公路建设标准，设计速度

120km/h，全线按4车道设计，路基宽度。隧道横通道为隧道洞内发生紧急事故时避难设施，含车行横通道和人行横通道。

a、隧道路面横坡：单向坡-2%(直线段)。

b、隧道内最大纵坡：±3%；最小纵坡：±%。

c、设计荷载：公路－I级。

d、隧道防水等级：一级；二次衬砌砼抗渗等级不小于S6。

隧道设计参考规范和资料

执行的标准、规范、规程：

《公路工程技术标准》 (JTGBO1-2003)

《公路路线设计规范》 (JTG D20-2006)

《公路隧道设计规范》 (JTG D70-2004)

《公路隧道通风照明技术规范》

《公路水泥混凝士路面设计规范》 (JTG D40－2002)

《公路工程抗震设计规范》 (JTJ004－89)

《公路隧道施工技术规范》 (JTJ042－94)

《地下工程防水技术规范》 (GB 50108－2001)

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB 50086－2001)

《公路隧道设计细则》TB 10003-2001

《隧道》铁路工程技术手册

《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》TB 10108-2002

隧道建设规模

（1）、采用清浊分流的防排水措施：路面下设中央排水管，用于排除围岩集水；边水沟用于排除营运清洗污水、消防污水和其它废水，以便污水在洞外处理后再予以排放，实行清水和污水的分开排放，减轻排水系统的压力。

（2）、采用连续配筋水泥砼面层，路面纵横向均设置钢筋，延长路面的使用寿命。

（3）、防水卷材，采用热风双焊缝无钉铺设工艺，保证了防水层的完整性又便于施工。

（4）、采用双组份聚硫密封膏处理沉降缝的防水问题，解决沉降缝的渗漏水问题。

隧道工程地质条件

地理位置：拟建龙洞隧道位于长沙市岳麓区莲花乡，长沙端进口洞门位于华宝村龙洞组栈龙坝东侧通村公路边，交通条件较好，湘潭端出口洞门位于汗冲组西北侧，距机耕路约150m，交通条件较差。

气象：场地区属中亚热带季风性湿润气候区，四季分明，春末夏初多雨，年均气温，年降水量1358mm，无霜期260-276天。

地形地貌：隧道区属剥蚀丘陵地貌，山体形态不规则，其山脉走向大致呈东西向，洞身横穿山体鞍部，山坡植被茂密，坡面沟谷呈鸡爪状四面延伸，地形切割强烈，起伏变化较大，地面高程变化在95-235m之间，高差50～130m。最大埋深位于K144+580处，埋深。

隧道长沙端位于山坡坡脚，洞轴线与等高线大角度相交，洞门地形条件较好，山坡自然坡度35～40°，地面高程变化在104～110m；湘潭端位于山坡坡脚冲沟部位，洞轴线与等高线交角约40°，左线洞门右侧有偏压，山坡自然坡度约30～35°，地面高程变化在120～125m。

工程地质条件

据地质调查以及勘探成果，隧道区出露的地层有第四系粉质黏

土，板溪群五强溪组变质砂岩等，现由新至老分述如下：

）

1）第四系更新统（Q

p

①粉质黏土：黄色，褐黄色，稍湿，硬塑，含粒径2-4cm碎石10－20％，成分为强风化砂岩，表层约40cm植物根系发育，层厚1～2m，零星分布于隧道区山坡坡脚及沟谷部位。

②碎石土：褐黄色，密实，稍湿，粒径2-8cm，含量60-70%，棱角状，成分为变质砂岩，粉质黏土充填，层厚～1.0m，零星分布于隧道区山坡部位。

）

2）板溪群五强溪组（P

tbnw

①变质砂岩：中厚层状，变余砂质结构，广泛分布于隧道区。

其中：全风化，紫红色，原岩结构基本破坏，岩芯呈硬塑－坚硬土柱状，层厚约4m，主要分布于简家坳端山坡。

强风化，紫红色、灰黄色夹灰白色，变余砂质结构，局部夹微薄层凝灰质砂岩，节理裂隙发育，岩芯呈碎石状、碎块状，少量短柱状，从上至下岩石逐渐变硬， RQD值为0-10%，厚约，主要分布于简家坳端山坡。

中风化，紫红色夹灰白色，节理裂隙发育，岩芯呈短柱状、碎块状, RQD值为25-30%。

微风化，紫红色夹灰绿色，变余砂质结构，块状构造，节理裂隙较发育，主要有两组，一组倾角约65°，一组倾角近垂直，微张开－闭合状，有褐黄色铁质侵染，岩芯呈短柱状、长柱状、碎块状，RQD值70-76%，岩体较完整。

区域地质构造

据外业地质调查和勘探成果及1:20万长沙幅区域地质资料，拟建路段位于“洞庭凹陷”南缘外侧，属华夏系构造体系，构造线NNE向，形成于印支期。

龙洞次级背斜：主要由板溪群五强溪组变质砂岩组成，轴线走向北东向，核部与路线大致相交于K144+500-K144+600附近，交角约60°，两翼岩层倾角较陡，隧道长沙端洞门附近岩层产状312-333∠32-57°，湘潭端岩层产状185-190∠37-44°。两翼较为紧闭，核部多被第四系所覆盖，主要为碎石土、含碎石粉质黏土，厚度。

隧道区节理较发育，主要有258∠50°、205∠45°、70∠78°、312∠64°四组，以第二组最发育，多呈微张开-闭合状。隧道区断裂构造不发育，未见活动性断裂构造活动，拟建隧道区区域地质构造稳定。

地震

据国家质量技术监督局于2001年2月2日发布的1:400万《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2001），隧道区地震动峰值加速度为，地震动反应谱特征周期为，相应的地震基本烈度为Ⅵ度，设计地震分组为第一组。

水文地质条件

地表水：隧道横穿分水岭，地表水贫乏，在隧道两端山坡坡脚冲沟中，雨季有暂时性水流，旱季常干涸。

地下水：隧道区地下水按含水层特征及埋藏条件可划分为两类：

⑴孔隙水：主要赋存于山坡及沟谷地带碎石类土中，其地下水一般与地表水贯通、互补，水位、水量受季节影响明显，孔隙水以潜流及下降泉的形式排于溪沟及洼地中。

⑵基岩裂隙水：主要赋存于基岩风化节理裂隙、层面裂隙及构造裂隙中，以风化裂隙含水为主，含水岩组主要包括板溪群五强溪组变质砂岩等。隧道区位于分水岭部位，覆盖层较薄，无经常性水源，基岩裂隙水一般无稳定地下水位，水量随季节变化较大，水量一般不大，勘察期测得钻孔中水位埋深。基岩裂隙水补给以大气降水直接补给为主。由于以风化裂隙含水为主，地下水迳流多随地形变化，地下分水岭与地表分水岭基本一致，地下水流向为垂直或斜交附近冲沟，多以下降泉形式于冲沟或坡脚处排泄。地下水动态随季节变化较大，一般仅雨季有水，且水量不大，旱季常干涸。根据地质调查结合其它工程水文地质试验类比，隧道区基岩节理较发育、微张开状，渗透系数取K=，为弱透水。

不良地质

隧道区内出露基岩为板溪群五强溪组变质砂岩，不良地质不发育。

地下气体

拟建隧道穿过板溪群五强溪组变质砂岩地层中，隧道中存在有害气体的可能性不大。

工程地质评价

区域地质稳定性评价

根据地质调查和勘探成果，拟建龙洞隧道与次级背斜大角度相交通过，岩石出露稳定，断裂构造不发育，未见活动性断裂构造活动痕迹，拟建隧道区区域地质构造稳定。

隧道工程地质评价

隧道长沙端洞门及边、仰坡稳定性评价

长沙端位于山坡坡脚，洞轴线与等高线大角度相交，洞门地形条件较好，山坡自然坡度35～40°。围岩上部为含碎石粉质黏土厚，下部为板溪群五强溪组变质砂岩，全风化岩石呈硬塑土状，厚约4m；强风化岩芯呈碎石状、碎块状、短柱状，厚11-12m，为软岩；薄层状结构，岩体破碎；主要结构面为层面及节理裂隙面，结构面的不利组合对围岩有影响；地下水以基岩裂隙水为主，围岩为弱透水，可产生点滴状出水，局部可产生线状出水；围岩稳定性差。

隧道洞门附近岩层产状333∠32°，走向与路线较大角度相交，仰坡为顺向坡，调查未见不利的软弱结构面，隧道洞门边坡、仰坡较稳定，但上部松散粉质黏土及全－强风化变质砂岩，雨水冲刷易产生滑塌。根据上述特征，建议边坡及仰坡坡比采用1：，坡面采用混凝土框格内植草结合浆砌片石护面，边坡及仰坡坡顶设置截排水沟。

隧道湘潭端洞门及边、仰坡稳定性评价

湘潭端位于山坡坡脚冲沟部位，洞轴线与等高线交角约40°，左线洞门右侧有偏压，山坡自然坡度约30～35°。围岩上部为碎石土厚，下部为板溪群五强溪组变质砂岩，强－中风化，为软岩；薄层状结构，岩体破碎；主要结构面为层面及节理裂隙面，结构面的不利组合对围岩有影响；地下水以基岩裂隙水为主，围岩为弱透水，可产生点滴状出水，局部可产生线状出水；围岩稳定性差。其中左洞

zK144+820-zK144+915段右侧山体薄弱，右侧有偏压。

湘潭端岩层产状185-190∠37-44°，走向与路线大角度相交，倾向坡外，仰坡为顺向坡，调查未见不利的软弱结构面，上部覆盖层厚度很薄，隧道洞门边坡、仰坡较稳定。根据上述特征，建议边坡及仰坡坡比采用1：，坡面采用混凝土框格内浆砌片石护面，边坡及仰坡坡顶设置截排水沟。

隧道洞身段围岩稳定性评价

拟建龙洞隧道围岩为板溪群五强溪组变质砂岩，与次级背斜大角度相交通过，断裂构造不发育，结构面主要为节理、裂隙及层面，岩层走向与洞轴线大角度相交；节理主要有258∠50°、205∠45°、70∠78°、312∠64°四组，以第2组最发育，节理多呈微张开－闭合状，沿节理裂隙有少量泥质钙质物充填。第2、4组节理走向与洞轴线大角度相交，第1、3组节理走向与洞轴线小角度相交，第1、3组节理与层理的不利组合，将形成不稳定的“楔形体”块体，产生局部坍塌掉块，

对隧道围岩稳定有一定影响。

.6水文地质评价

隧道横穿分水岭，坡脚冲沟中在雨季有暂时性水流，隧道区地表水贫乏。

隧道区分布的两种类型的地下水，在隧道的不同部位产生的影响各不同:松散覆盖层中的孔隙水在隧道进出口部位，因覆盖层（持水层）厚度较薄，水量不大，对隧道影响较小，但在丰水季节地下水较丰富，其迳流、排泄较快，其作用降低了岩、土体力学强度，容易造成边、仰坡松散土层滑塌等现象，施工设计中应特别注意防护。

基岩裂隙水主要分布在洞身强-中风化地层中，与岩石节理、裂隙发育情况，层面与构造面的组合情况密切相关，隧道区主要为板溪群五强溪组变质砂岩等，均属弱含水层，岩石透水性差，一般无稳定地下水位，水量随季节变化较大，地下水迳流多随地形变化，而隧道区基岩裂隙较发育地段，主要分布于洞身分水岭部位，裂隙水不易富集，故该类型地下水水量贫乏。

根据《铁路工程水文地质勘察规程》（TB 10049—2004）预测隧道涌水量如下：

采用降水入渗法预测隧道正常涌水量

＝α·W·A

Q

s

隧道区为灰岩，岩溶弱发育，查表8.5.2选择的降水入渗系数α值为～，隧道集水面积A为，年降水量W为1358mm，计算隧道正常涌水量为190～340m3/d。

根据地质调查及简家坳端坡脚泉水中，所取水样分析结果，拟建隧道区地表水和地下水对混凝土结构无腐蚀性。

结论和建议

1、隧道区岩层主要为板溪群五强溪组变质砂岩，岩层出露稳定，场地区未发现断裂构造通过，未见活动性断裂构造痕迹，区域地质构造稳定。

2、隧道区地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为，建筑抗震设防烈度为Ⅵ度。

3、根据洞身围岩性质和特征，隧道洞身段围岩定为Ⅴ级－Ⅲ级，详见工程地质纵断面图。

4、隧道区地下水主要为孔隙水、基岩裂隙水，水量较小。隧道区未见污染源，据地质调查和取水样分析成果，地下水对砼无腐蚀性。

5、隧道长沙端第四系覆盖层薄，全－强风化层厚度较大，岩层倾向坡外。

6、隧道湘潭端第四系覆盖层很薄，岩层倾向坡外，建议边坡及仰坡坡比采用1：，坡面采用混凝土框格内浆砌片石护面，边、仰坡坡顶设置截排水沟。

7、隧道岩体开挖后，围岩应力平衡条件将遭到破坏，在开挖过程中可能会引发局部坍塌，建议根据两端山坡工程地质条件及偏压大小等确定洞门型式，根据围岩级别确定洞身的衬砌方式和支护方式，随挖随支。

8、隧道建设对环境的影响主要是弃渣的处治、两端洞门边坡的开挖、进场道路的修建等，在设计与施工时，采取合理的防护措施，避免对地质环境的破坏。

9、隧道内存在有害气体的可能性不大，建议隧道开挖后，在隧道内采空气样进行化验，根据测试结果，采取相应防护措施。

10、隧道区变质砂岩风化层起伏变化较大，有背斜通过，建议详勘中应加大勘探工作量，进一步查明风化层起伏变化情况，查明有无软弱夹层分布，为隧道设计提供更加详细和可靠的依据。

隧道平纵面设计

隧道平纵面设计遵循路线的总体走向进行设计，隧道平面上位于大半径圆曲线上，纵断面均为上坡段。平纵指标见表。

为了方便隧道检修和救援，在地形和位置允许的情况下，在隧道洞口布置联系道，以便左右线车辆在紧急情况下换道行驶。

按照《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）的要求,在隧道中部布置了一处人行横通道，以方便左右隧道洞内的联系和发生事故时的救援和逃生，当隧道发生火灾等事故时，左右洞互为救援和逃生通道。

2隧道洞门设计

洞门形式的选择

由已知条件可知，洞为Ⅴ级围岩，围岩容重M3，围岩弹性抗力系数

K=150MKPa，出口端地质条件较差，需要设置10m长的明洞。端墙式洞门适用于岩层稳定的Ⅰ—Ⅲ级围岩地区，其作用在于支护洞口仰坡，保持其稳定，并将水流汇集排出。环框式洞门适用于洞口岩层坚硬而稳定的Ⅰ级围岩，地形陡峻而又无排水要求。翼墙式洞门适用于洞口地质较差，山体水平推力较大的Ⅳ级及以下的围岩。综合围岩级别和各种洞门适用的条件，本隧道端洞门采用端墙式洞门，

土压力计算

洞门墙可视为墙背承受土石主动压力的挡土墙结构，墙背土石主动压力Ea 采用库仑公式计算，并假定挡土墙无论直立或仰力，墙背土石主动压力作用方向均按水平计算。由《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）中洞口及洞门的规定可知:洞口仰坡坡脚至洞门墙背的水平距离不宜小于1.5m ，取1.5m 。(洞门墙端与仰坡之间水沟的沟底至衬砌拱顶外缘的高度不小于1.0m),洞门墙顶高出仰坡脚不小于0.5m ，取1.0m 。基底埋入土质的深度不小于1.0m ，嵌入岩石地基的深度不小于0.5m ，取埋入深度h=0.9m ，截面宽度暂设m b 5.10=，洞门墙埋入段截面宽度取

m 8.1b 2.1b 01==。

查《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）表7.2.1可知：

本隧道设计取仰坡坡率为1：，高度取10m 。

由于隧道衬砌净高7.80H m =，拱顶截面厚度0D =，端墙高出隧道拱顶3.0m,则洞门高

m D H H 2.130.30.19.05.08.70.30.1h 01=++++=++++=。

则洞门挡土墙计算高度为：m H H 2.120.110=-=。

挡土墙采用水泥砂浆砌片石，混凝土采用C20，石材强度等级采用MU80，（查规范

p30-34）则有：3

22KN

m γ=墙，1140KPa σ=墙，350KPa τ=墙。

由所给条件可知隧道围岩级别为Ⅴ级围岩，其基本物理力学指标为：重度M 3，计算摩擦角︒︒=50~40ϕ，取计算摩擦角︒=45ϕ，查《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）表9.4.2可知基底摩擦系数f=，基底控制压应力a 27.0MP =σ.由于仰坡坡率为1：，墙面坡率为1：，则有：

1tan 435.632tan ,711.51.0tan =︒==︒==ϕεεαα 。其计算简图见图8所示：

图8 洞门土压力计算图

A =ϕtan +(a −btan α)b/(b+H)2= 则主动土压力系数： 取一延米计算，则b=1.0m ， 墙后主动土压力E 计算：

式中：E －土压力（kN ）;

s γ－地层重度（3/m kN ）； λ－侧压力系数；

ω－墙背土体破裂角（0）； b －洞门墙计算条带宽度（m ）；

ξ－土压力计算模式不确定性系数，可取ξ=

洞门稳定性验算

查《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）规范表9.4.1洞门墙主要验算规定

表9.4.1洞门墙主要验算规定

洞门墙可视为墙背承受土石主动土压力的挡土墙结构，见图9所示。因此，只需要分别验算下图中所示的A 、B 、C 、D 、E 各部分的稳定性和强度，就可以确定结构的尺寸和厚度。为了使计算简化和施工方便，可只验算结构最大受力部分A ，以此来确定整个洞门墙的厚度。

图9 端墙式洞门计算图

抗倾覆验算：

计算简图见图10所示，挡土墙在荷载作用下应不致绕墙底脚O 点产生倾覆时应满足下式：

式中： 0K －倾覆稳定系数，6.10≥K ；

∑y

M

－全部垂直力对墙趾的稳定力矩；

∑0M －全部水平力对墙趾的倾覆力矩。

图10 抗倾覆计算简图

墙体A 部分自重为：KN h H W 5.9400.13.125.1220.1)(b 101=⨯⨯⨯=⨯-= γ 墙体B 部分自重为：KN h W 64.350.19.08.1220.1b 12=⨯⨯⨯=⨯=墙γ 墙体自重为：KN W W W 1.544464.355.94021=+=+= 墙体A 部分重心至墙趾O 的水平距离：m b b h H 155.12)

(tan )(b c 01101=-+-+=

α

墙体B 部分重心至墙趾O 的水平距离：m b 9.02

c 1

2==

墙后岩体与墙背的摩擦角角可取：︒=︒︒==3567.4233.21)3

2

31(δϕδ，取～～。

则主动土压力水平向分力为：KN E E X 969.921)cos(=-=αδ 主动土压力竖直向分力为：KN E E y 544.050)sin(=-=αδ

主动土压力水平向分力作用点至墙趾O 的力臂为：m H x 067.43

b 0

== 主动土压力竖直向分力作用点至墙趾O 的力臂为：

m b h H y 97.115.0tan )3

(

b 00

=++-=α 则有：

∑=⨯+⨯+⨯=++=m

KN b E W M

y y y

.1718.79397.1544.0509.064.35155.15.940c W c 2211。

6.1302.21718.739

3499.669

>==

=

∑∑M

M K y （满足）。

抗滑移验算：

对于水平基底，按如下公式计算： 式中： C K －滑动稳定系数；

∑N －作用于基底上的垂直力之和；

∑E －墙后水平方向力之和；

f －基底摩擦系数。

则有：

3.16.3969.921

4

.0)544.05064.355.940()(f y 21≥=⨯++=

⨯++=

⨯=

∑∑X

C

E f

E W W E

N K （满

足）。

基底合力偏心矩验算 对于水平基底：

式中：e －水平基底偏心矩；

1b －水平基底宽度；

则有：m b m Z b e N 3.06

054.0846.028.1211=<=-=-=

（满足） 基底压应力验算：

KPa KPa b e b N 80012

.22307.321)8

.1054.061(8

.17697.489)61(1

1

max

min =<=⨯±⨯=±=

∑σσ（满

足）。

墙身

2

H 截面处偏心及强度验算： 墙身

2

H 截面处墙后主动土压力E ＇的计算： 墙身

2

H 截面处以上墙体自重为：KN W 95.2350.115.75.1220.1)0.12

H (

b 0

0=⨯⨯⨯=⨯+=墙＇γ 墙身

2

H 截面处以上墙体重心至其墙前的水平距离：m H b 1075.1tan 20

.122c 0

=++=α＇

则墙身

2

0H 截面处墙后主动土压力水平向分力为：KN E E x

271.21)cos('

=-=αδ＇ 墙身

2

0H 截面处墙后主动土压力竖直向分力为： KN E E y 9315.11)sin('

=-=αδ＇ 墙身

2

H 截面处墙后主动土压力水平向分力作用点至墙前的力臂为：m H x 05.26

b 0

==

＇ 墙身

2

H 截面处墙后主动土压力竖直向分力作用点至墙前的力臂为：m b H y 705.1tan 6

b 00

=+=

α＇ 则有：

m b m Z b e N 25.06

21.096.025

.120=<=-=-=

＇＇０（满足） 墙身

2

H 截面处压应力验算：

KPa KPa b e b N 11400

25.165)5

.125.061(5

.18815.247)61(max min =<=⨯±⨯=±=

∑

σσ（满

足）。 墙身

2

H 截面处剪应力验算： a 3502.145

.1271.210

KP KPa b T =<===∑墙

＇τ

τ（满足）

洞门排水设计图如下：

3洞身支护和二衬设计

一横向人行通道设计内轮廓图如下：

衬砌的支护设计

初期支护

初期支护采用喷锚支护，由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式组合使用，根据不同围岩级别区别组合。锚杆支护采用全长粘结锚杆。由工程类比法，结合《公路隧道设计规范》，初期支护喷射混凝土材料采用C20级混凝土，支护参数如下表：

二次衬砌

二次衬砌采用现浇模筑混凝土，利用荷载结构法进行衬砌内力计算和验算。 二次衬砌厚度设置如下表：

注：钢筋面积为纵向每1m 的钢筋面积。

围岩压力的计算

计算断面参数确定

隧道高度h=内轮廓线高度+衬砌厚度+预留变形量 隧道跨度b=内轮廓线宽度+衬砌厚度+预留变形量 荷载确定

（一）根据围岩压力计算公式：σz =⨯γω （二）计算围岩竖向均布压力：q=⨯γω 式中：

s ——围岩等级，此处s=5；

γ——围岩容重，此处γ=m3；

ω——跨度影响系数 毛洞跨度

m l =11+⨯+⨯=

其中为一侧平均超挖量

m l =>5m ，i =，此处ω=1+（）=。

所以有：

q =γh=⨯⨯⨯此处超挖回填层忽略不计。

表4.2 二次衬砌参数表

围岩级别拱墙混凝土仰拱混凝土

砼级别钢筋种类

钢筋直径钢筋面积

(cm) (cm)( mm )2

ⅢⅣ

级浅埋45

50,钢筋砼50,钢筋砼60,钢筋砼45

50,钢筋砼

50,钢筋砼60,钢筋砼

C20C20C20C25

-HRB335HRB335HRB335

-252525

-147319462945

ⅣⅤ

(三)围岩水平均布压力： e==×=

衬砌几何尺寸

内轮廓线半径 1r =，r 2= 。

内径1r 、2r 所画曲线的终点截面与竖直轴的夹角，φ1=90°φ2=103°24′57″ 拱顶截面厚度：d 0= 墙底截面厚度：d n =

因为此处因为断面尺寸不变，所以外轮廓断面尺寸可以直接计算出来。 外轮廓线半径：

R 1=1r +=+= R 2=2r +=+=

拱轴线半径：1r ′=1r +=+= 2r ′=2r +=+= 拱轴线各段圆弧中心角：

θ1=90°θ2=13°24′57″

半拱轴线长度S 及分段轴长 S 分段轴线长度：s 1=θ1π1r ′/180°= S 2=θ2π2r ′/180°= 半轴线长度为：S= s 1 + S 2=

将半拱轴线等分为8段，每段长度：?s =S/8=

相关参数说明

如图所示。将其分为8段进行计算。各接缝点中心点的坐标为: x i =rsin i i ，y i =r (1−cos i i )， 截面惯性矩为I =1

12ii 3=0.0104i 4

计算位移

单位位移

用Simpson 法近似计算，如表1所示。单位位移值计算如下： 单位位移值的计算如下：

i 11=∫i ̅̅̅1i i

ii ≈?i i ∑1=1.50022.8×107?865.3846=4.6366?10−5

i 12=∫i ̅̅̅1i ̅̅̅2i i i

ii ≈?i i i ∑i i =1.50022.8×107?2848.029=15.259?10−5

i 22=∫i ̅̅̅22i i i

ii ≈?i i i ∑i 2i =1.50022.8×107?16520.77=88.5159?10−5 计算精度校核：

i 11+2i 12+i 22=123.60705?10−5

i ii =

?i

i i

∑

(1+i )2

i

=

1.5002

2.8×10

7

?22082.22=123.6712?10−5

闭合差?y0

表1 单位位移计算表

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 =q i i ，其中：b i -衬砌外缘两截面之间的水平投影长度，可由图量出或直接计算，为简化起见且不失代表性，可按照轴线上作用的外载加以考虑。 i i =i (iiii i −iiii i −1)，因此可知：

为负数表示其处于竖直力的阴影区。竖直力不会直接加在衬砌上。 水平力：E i =q i i ，按上述方法计算

i i =i (iiii i −1−iiii i )，于是可知： 自重：i i =

i i +i i −1

2

×?s ×γ=0.5×1.5002×18.5=13.8769

作用在各楔块上的力均列入表2，各集中力均通过相应图形的形心。 （2）外载荷在基本结构上产生的内力

i ii 0=i i −1,i 0

−?i i ∑(i i +i i )i −1

i =0

−?i i ∑i i i −1

i =0

−ii i −ii i −ii i

轴力:

i ii 0=iii ?i ∑(i i +i i )i i =0−iii ?i ∑i i i i =0，计算结果如表3所

示。

表2 载位移i i 0计算表 表3 载位移i i 0计算表 （3）主动荷载位移 主动荷载位移：

?1p =∫M ̅

1M ̅p 0

E h I ds ≈?s E h s 0∑M ̅p 0

I =−1.5002

2.8×107×1702887.9642=912

3.830×10−5 ?2p =∫M ̅2M ̅p 0E h I ds ≈?s E h s 0

∑yM ̅p 0I =−1.50022.8×107×8528979.4507=45697.056×10−5 ?sp =

?s

E h

∑(1+y )M ̅p

0I

=−

1.5002

2.8×10

7

10−5

?1p +?2p =54820.883×10−5

闭合差?=0

载位移-单位弹性抗力引起的位移 （1）各接缝处的抗力强度