附录七隧洞衬砌计算通用程序
水工隧洞设计规范(试行)SD134—84
说明第一章总则第二章基本资料第三章隧洞布置第四章横断面形状及尺寸第五章水力设计第六章混凝土和钢筋混凝土衬砌第七章不衬砌与喷锚隧洞第八章灌浆、防渗和排水第九章观测、运行和维修附录一* 围岩分类表附录二高流速防蚀设计问题附录三* 外水荷载折减系数值选用表附录四圆形有压隧洞衬砌静力计算方法附录五圆拱直墙式隧洞衬砌静力计算方法附录六马蹄形隧洞衬砌静力计算方法附录七隧洞衬砌计算通用程序附录八* 喷锚衬砌设计方法附录九混凝土衬砌裂缝及其防止措施打印刷新水工隧洞设计规（试行）SD134—84组织编写部门：水利电力部水利水电规划主编部门：水利电力部勘测批准部门：中华人民国水利电力部试行日期：1985年5月1日中华人民国水利电力部关于试行《水工隧洞设计规》SD134—84的通知(84)水电水规字第141号根据国家计委关于修订设计规的要求，我部委托水利电力部勘测会同有关设计、科研和高等院校等9个单位修编了《水工隧洞设计规》SD134—84，经审定现批准该规颁布试行。
于此同时停止使用1966年颁发的《水工隧洞设计暂行规》。
各单位在试行过程中，如有意见，请告水利电力部勘测和水利电力部水利水电规划。
1985年3月12日说明水利电力部规划设计管理局(79)水电规水字第7号文下达勘测主持对水利电力部1966年颁发的《水工隧洞设计暂行规》进行修订工作。
根据国家建委(80)建发设字第8号文颁发的“工程建设标准规的管理办法”的有关规定精神，以1966年暂行规为基础，结合我国近年水工隧洞建设经验，搜集并借鉴国外先进技术。
在广泛调查研究、专题总结的基础上，先后提出了规讨论稿、初稿以及送审稿，召开了多次讨论会，最后由水利水电规划审定，报水利电力部批准，现颁发试行。
参加本规编写的单位及各单位的主要人员为：主编单位：水电部勘测——段乐斋、黄孟良、俊芳参加编制单位：水电部西北勘测——欣先水电部东北勘测——长海水电部勘测——治水电部勘测——夏广逊省水电勘测——马耀堂水利水电科学研究院——有天清华大学水利系——受天陕西机械学院水利系——戴振霖在本规的编修过程中，得到了许多单位和专家的大力支持和帮助，提供了许多宝贵的资料、意见和具体建议，特致以意。
【精品】理正岩土隧道衬砌说明
理正岩土隧道衬砌说明理正岩土隧道衬砌说明第一章功能概述理正岩土隧道衬砌计算软件采用衬砌的边值问题及数值解法：将衬砌结构的计算化为非线性常微分方程组的边值问题，采用初参数数值解法，并结合水工隧洞的洞型和荷载特点，以计算水工隧洞衬砌在各主动荷载及其组合作用下的内力、位移及抗力分布。
无须假定衬砌上的抗力分布，程序经迭代计算自动得出。
一、衬砌断面类型：⑴圆形⑵拱形⑶圆拱直墙形⑷圆拱直墙形⑸圆拱直墙形⑹马蹄形⑺马蹄形⑻马蹄形⑼高壁拱⑽渐变段⑾矩形⑿圆拱直墙形⒀直墙三心圆拱形⒁三心圆拱形二、支座类型⑴固定⑵简支⑶弹性三、荷载情况⑴围岩压力⑵自重⑶灌浆压力⑷外水压力⑸内水压力四、输出的结果计算书及图形结果：⑴轴力图⑵剪力图⑶弯矩图⑷变形图⑸切向位移图⑹法向位移图⑺转角位移图⑻抗力分布图等第二章快速操作指南操作流程水工隧洞衬砌分析软件的操作流程如图，每一步骤都有相对应的菜单操作。
图操作流程快速操作指南选择工作路径设置工作路径，既可以调入已有的工作目录，也可在输入框中键入新的工作目录，后面操作中生成的所有文件均保存在设置的工作目录下。
图指定工作路径注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。
进入某一计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。
增加计算项目点击【工程操作】菜单中的【增加项目】菜单或“增”按钮来新增一个计算项目。
图工程操作界面编辑原始数据图数据交互对话框注意： 1. 集中的参数交互界面，即把几乎所有的参数置于一个界面上，操作简单，大大提高了人机交互的效率，这是理正岩土系列软件的一个共性特征。
2. 同时提供了有关参数的即时弹跳说明信息，方便用户理解参数的意义。
当前项目计算在数据交互对话框中设置好各项参数，点击【计算】按钮来进行当前题目的计算；或者单击[辅助功能]菜单的“计算”。
计算结果查询图计算结果查询界面计算结果查询界面分为左右两个窗口，左侧窗口用于查询图形结果，右侧窗口用于查询文字结果。
隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法)
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。
《隧道衬砌计算》课件
离散元分析软件3D-σ
离散元分析软件3D-σ 是一款专门用于岩土 工程分析的软件。
该软件基于离散元法 ，能够模拟岩土材料 的离散特性，适用于 隧道衬砌与围岩相互
作用的分析。
3D-σ提供了丰富的颗 粒模型和接触模型， 可以模拟衬砌结构的 变形和破坏过程。
通过3D-σ软件，用户 可以方便地进行隧道 衬砌的稳定性分析、 位移场和应力场计算
等。
隧道设计软件理正岩土系列
隧道设计软件理正岩土系列是一款专 门针对隧道设计开发的软件。
理正岩土系列提供了简便的操作界面 和丰富的设计工具，可以帮助设计师
快速完成隧道衬砌的计算和设计。
该软件集成了衬砌计算、围岩支护、 断面设计等功能，适用于隧道施工前 的设计阶段。
01 有限元法是将衬砌结构离散化为有限个小的单元 ，通过求解这些单元的力学行为来得到整体结构 的受力状态。
02 有限元法具有适应性强、计算精度高的优点，可 以处理复杂的形状和边界条件。
02 有限元法需要较大的计算资源和时间，对于大规 模的衬砌结构计算可能存在效率问题。
边界元法
边界元法是一种基于边界积分方程的数值方法， 用于求解衬砌结构的受力行为。
计算结果
根据实际施工条件， 对衬砌结构进行了优 化设计，提高了水工 隧道的稳定性和安全 性。
04
隧道衬砌计算软件介绍
有限元分析软件ANSYS
有限元分析软件ANSYS是一款功能强 大的工程分析软件，广泛应用于隧道
衬砌计算。
ANSYS提供了丰富的单元库和材料模 型，适用于各种类型的衬砌结构和材
料。
该软件基于有限元法，可以对复杂的 结构进行离散化，并利用数学方法求 解结构的内力和变形。
理正岩土隧道衬砌说明
理正岩土隧道衬砌说明第一章功能概述理正岩土隧道衬砌计算软件采用衬砌的边值问题及数值解法：将衬砌结构的计算化为非线性常微分方程组的边值问题，采用初参数数值解法，并结合水工隧洞的洞型和荷载特点，以计算水工隧洞衬砌在各主动荷载及其组合作用下的内力、位移及抗力分布。
无须假定衬砌上的抗力分布，程序经迭代计算自动得出。
一、衬砌断面类型：⑴圆形⑵拱形⑶圆拱直墙形⑷圆拱直墙形⑸圆拱直墙形⑹马蹄形⑺马蹄形⑻马蹄形⑼高壁拱⑽渐变段⑾矩形⑿圆拱直墙形⒀直墙三心圆拱形⒁三心圆拱形二、支座类型⑴固定⑵简支⑶弹性三、荷载情况⑴围岩压力⑵自重⑶灌浆压力⑷外水压力⑸内水压力四、输出的结果计算书及图形结果：⑴轴力图⑵剪力图⑶弯矩图⑷变形图⑸切向位移图⑹法向位移图⑺转角位移图⑻抗力分布图等第二章快速操作指南操作流程水工隧洞衬砌分析软件的操作流程如图，每一步骤都有相对应的菜单操作。
图操作流程快速操作指南选择工作路径设置工作路径，既可以调入已有的工作目录，也可在输入框中键入新的工作目录，后面操作中生成的所有文件均保存在设置的工作目录下。
图指定工作路径注意：此处指定的工作路径是所有岩土模块的工作路径。
进入某一计算模块后，还可以通过按钮【选工程】重新指定此模块的工作路径。
增加计算项目点击【工程操作】菜单中的【增加项目】菜单或“增”按钮来新增一个计算项目。
图工程操作界面编辑原始数据图数据交互对话框注意： 1. 集中的参数交互界面，即把几乎所有的参数置于一个界面上，操作简单，大大提高了人机交互的效率，这是理正岩土系列软件的一个共性特征。
2. 同时提供了有关参数的即时弹跳说明信息，方便用户理解参数的意义。
当前项目计算在数据交互对话框中设置好各项参数，点击【计算】按钮来进行当前题目的计算；或者单击[辅助功能]菜单的“计算”。
计算结果查询图计算结果查询界面计算结果查询界面分为左右两个窗口，左侧窗口用于查询图形结果，右侧窗口用于查询文字结果。
第三章操作说明关于计算例题的编辑增加例题与删除当前例题1．通过【工程操作】菜单的“增加项目”和“删除当前项目”来增加一个新的例题或删除当前的例题。
隧洞衬砌的结构计算
的
应力。可通过工程措施予以解决，如控制水灰比、加强保养、
结
配筋等。只在非常寒冷的地区才予考虑。
构 （8）地震荷载
计
埋深30米的隧洞在地震时所受地震力只有地面的1／10，所以
算
衬砌设计中地震影响可不考虑。
9度或8度（I级结构）：验算隧洞和围岩的抗震强度和稳定性
大于7度：隧洞进出口位置，验证抗震稳定性
（9）荷载组合
§5-5 隧洞衬砌的结构计算
目的：验算在设计规定的荷载组合下衬砌的强度，
隧
使之满足规范规定的要求。
洞 一、荷载及其组合
衬
内水压力
砌
自 重 可准确计算
的
外水压力
结
灌浆压力
构
可近似计算 温度荷载
计
地震荷载
算
围岩压力
弹性抗力 难以准确计算
（1）自重
自重应包括平均超挖回填部分，约 0.1 ~0.3 m。
隧
( ) G自＝g × pR2－pr2
洞 衬
衬砌厚度：
R－r
=
(1 8
-
1 12
)D洞
砌 （2）内水压力（有压隧洞主要荷载） 的 （1）发电引水隧洞：内水压力为全水头加 水击压力；
结 （2）有压洞：内水压力为均匀内水压力和 无水头洞内满水压力两部分； 构 （3）无压洞：内水压力为水面线以下的静水压力； 计
v基本荷载：
隧
衬砌自重、围岩压力、预应力、设计条件下的
洞
衬
内水压力及地下水压力；
砌
v特殊荷载：
的
校核水位下的内水压力及地下水压力、施工荷
结
载、温度荷载、灌浆压力、地震荷载
构
计
隧道衬砌计算
隧道衬砌计算隧道衬砌是隧道工程中的重要部分，它承担着保护隧道结构、增强隧道稳定性和延长使用寿命的重要任务。
隧道衬砌的计算是确定隧道衬砌结构所需材料和尺寸的过程，下面将介绍隧道衬砌计算的相关内容。
隧道衬砌计算需要确定衬砌的材料。
常用的隧道衬砌材料有混凝土、钢筋混凝土和预制板等。
根据隧道的使用环境、地质条件和设计要求等因素，选择合适的材料进行衬砌计算。
隧道衬砌计算需要确定衬砌的尺寸。
衬砌的尺寸包括衬砌厚度、衬砌宽度和衬砌高度等。
衬砌厚度的确定需要考虑隧道的使用要求和地质条件，以保证衬砌的强度和稳定性。
衬砌宽度的确定需要考虑隧道的截面形状和使用要求，以保证衬砌的稳定性和使用功能。
衬砌高度的确定需要考虑隧道的设计要求和地质条件，以保证衬砌的稳定性和使用寿命。
隧道衬砌计算还需要考虑衬砌的受力情况。
隧道衬砌在使用过程中会受到地压力、水压力、温度变化和地震等外力的作用。
衬砌的受力分析是衬砌计算的重要内容，它可以通过有限元分析或经验公式等方法进行。
隧道衬砌计算还需要考虑衬砌的稳定性。
隧道衬砌在使用过程中需要保持稳定，不受地下水、岩层移动和地震等因素的影响。
衬砌的稳定性分析是衬砌计算的重要内容，它可以通过有限元分析或经验公式等方法进行。
隧道衬砌计算需要进行结构设计。
隧道衬砌的结构设计包括衬砌的布置方式、连接方式和支撑方式等。
衬砌的结构设计需要考虑隧道的使用要求和地质条件，以保证衬砌的稳定性和使用寿命。
隧道衬砌计算是确定隧道衬砌结构所需材料和尺寸的过程，它涉及衬砌材料的选择、衬砌尺寸的确定、衬砌受力情况的分析、衬砌稳定性的考虑和衬砌结构的设计等内容。
隧道衬砌计算的准确性和科学性对于保证隧道工程的安全稳定和使用寿命具有重要意义。
隧洞计算
一）基本资料：洞身净宽B 5洞身净高H 5.275拱顶内半径r` 2.5直立墙高y h 0.5540（C15砼）弹性模量E 22000000砼容重γ砼24二）计算：计算矢高与顶拱计算半径的比值m=f/r25.55 5.55Ac0.805508C=Ac*r2.235284A 112.570796A 221.0214857.13396A 1q -0.8927A 2q-0.25696-763.05213.2A 1g-1-282.074A 1e-1.34476A 2e-0.92194-287.3664)载常数总和：-1332.49-1392.44186.781563.79026qr 2308.025gr 2101.6483er 277.00625y-C各截面M 计算表：各截面弯矩值：M=M P +X 1+X 2（y-C ）（利用表4-45及4-47）6.各截面弯矩值计算：圆顶段各截面：y-C=r-rcos α-C 直墙段各截面：△1p =数据/（EJ）△2p =数据/（EJ）5.多余未知力X 1及X 2计算：X 1=-△1p /δ11X 2=-△2p /δ223)矩形水平压力作用：（根据m=2，查表4-42得）△1p =A 1e er 3/（EJ)=数据/（EJ ）△2p =A 2e er 4/（EJ)=数据/（EJ ）2)衬砌自重作用：衬砌自重g=γ砼d△1p =A 1g gr 3/（EJ)=数据/（EJ ）△2p =A 2g gr 4/（EJ)=数据/（EJ ）均布侧向水平山岩压力强度e （m=q/e ）3.衬砌材料：2.设计荷载：均布垂直山岩压力强度为q 计算跨度L=B+d计算矢高f=H+d/2顶拱计算半径r=r+d/21）垂直山岩压力：隧 洞 衬 砌 计 算（不考虑岩石弹性抗力作用）一、查表法计算圆拱直墙式衬砌断面（不考虑岩石弹性抗力作用）1.洞身衬砌截面形式及尺寸：衬砌厚度初拟d （底板采用与顶拱及侧墙相同）1.计算基本结构：（根据m=2，查表4-40得）2.钢臂长度C ：（根据m=2，查表4-39得）3.形常数计算：（根据m=2，查表4-39得）△1p =A 1q qr 3/（EJ)=数据/（EJ ）△2p =A 2q qr 4/（EJ)=数据/（EJ ）δ11=A 11r/（EJ ）=数据/（EJ ）δ22=A 22r3/（EJ ）=数据/（EJ ）4.载常数计算：qr111gr36.63er27.75N=NP+X2cosα(利用表4-46及4-48）各截面N计算表：0.7264930.69375校核:0.007766结论:0.55终拟衬砌砼厚d △s 1=s 1/4=y h /4（0.007766/（EJ ）略为0）9.拱顶内缘出现拉应力值最大为760.556,而C15砼允许拉应力767,因此衬砌厚度刚好.拟订为0.55.拱顶截面转角总和应为0:△s 0=s 0/6=pi*r/122.775102.77521.82836-609.497A 2g-0.30179-236.23-546.71m=2，查表4-42得）（根据m=2，查表4-41得）半径r=r+d/2m=2，查表4-40得）6/（EJ）略为0）厚度刚好.拟订为0.55.。
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续表
附录七隧洞衬砌计算通用程序
数数值解法
它符合
利用本程序进行有压和无压水工隧洞衬砌结构的静力计算
本程序有及三种语言它们分别适用于及
特别是
作用较大
按附图
合并起来写成
附图拱形衬砌及微段计算图
乘以的矩阵如
下
式中
分别等于
衬砌断面的载面积及惯性矩
衬砌材料的弹性模量
围岩的弹性抗力系数
拱轴曲率
当有弹性抗力时
有以下几种情况
边界阵为
边界阵为
边界阵为
式中支端厚度
求
这样每次求解时为已知方程组变为线
即
求
即与解无关因而
入始点和终点的边界条件可解得方程组如下
的意义见下式
式中计算终点
的递推式为
始点及终点的边界阵为为的系数阵为
数值解的步骤
式递推算出
式解出
式递推算出各计算点之
阵和阵外在递推求及
在程序中已根据上述情况引入
强度和法向荷载强度
根据衬砌图形及荷载当无某项荷载
按所选用的机器根据其要求的操作命令
用
喷锚衬砌设计方法
并按抗裂原则考
式中
安全系数按规范第
喷混凝土层的内半径
为此需要控制围岩的
式中
系数
式中
围岩的内摩擦角
式中
式中剪切面与隧洞断面垂直中心线的夹角根据经验一般取为
建议采用
防止危石的掉落和
式中
当可能失稳的岩体规模较大
即
通常取锚杆直径为
式中
危
除上述计算外关于喷锚网衬砌在围岩中形成组合梁
在软弱岩体中围岩失稳按洞体两侧一定范围内形成的剪切楔形
附录九混凝土衬砌裂缝及其防止措施
不连续浇筑产生冷缝以及超欠挖相差过大而引起衬砌应力集中的影响等
以下措施
合理降低混凝土的塌落度
分段长度一般可为环向缝尽可能设在同一平面
在浇筑混凝土之前必须采取一定的排水或封堵措施以免影响混凝土浇
筑质量
如果采
以避免衬砌应力集中
当衬砌产生裂缝和渗漏时开裂和漏水的程度及其对工程的影响
都需要在今后的工程实践中进。