隧道衬砌类型参数计算
01马腰岭隧道衬砌结构计算书(初支、二衬、工序)
二次衬砌 C30 砼 C30 砼 拱部 仰拱
80cm 钢砼
80cm 钢砼
60cm 钢砼
60cm 钢砼
Ⅴ级 深埋
φ50 小导管
拱部、仰 拱：28cm
φ8 20×20cm，
单层
I22a 间距 80cm
φ25 注浆锚杆，L-4m， 100×80cm;其余锁脚小
导管
55cm 钢砼
55cm 砼
Ⅳ级 深埋
φ42 小导管
按照无限土体法计算侧压力系数：
2
按照有限土体法计算侧压力系数： n=-+ 2 1 ＝n1 n n
③边墙回填土石侧压力计算：
ei＝ 2hi
；
hi =h
1 2
h1
墙背回填土石侧压力系数：
＝t a（n2 4 5 c ） 2
-5-
中山市古神公路二期工程 初步设计
马腰岭隧道结构计算书
表 3.3 围岩压力计算数据表（单位：kN/m2）
本次计算主要依据如下设计规范： （1）《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004) （2）《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002) （3）《城市桥梁荷载设计标准》(CJJ77-98) （4）《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004) （5）《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T 50476-2008) （6）《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2002） 参考《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004），对于复合式衬砌，“根据我国
6 Ⅴ级浅埋工况施工过程模拟 ............................................................................ - 21 -
衬砌计算(精选.)
衬砌计算9．2．1 深埋隧道中的整体式衬砌通常用于自成拱能力差的Ⅵ级围岩，浅埋隧道中的衬砌及明洞衬砌上方的覆盖层通常不能形成卸载拱，故均应按荷载结构模型设计。
程序软件方面，国内自行研制的专用软件有“GeoFBA”、“2D-σ”、“3D-σ”等。
复合式衬砌的二次衬砌理论上应按地层结构法计算，然而由于以往有对其采用荷载结构法计算的经验，因而本条提出也可采用荷载结构法计算。
9．2．2 模型试验及理论分析表明，隧道衬砌承载后的变形受到围岩的约束，从而改善了衬砌的工作状态，提高了衬砌的承载能力，故在计算衬砌时，应考虑围岩对衬砌变形的约束作用。
采用荷载结构模型设计时，规定通过设置弹性抗力考虑围岩对衬砌变形的约束作用。
弹性抗力、粘结力均属围岩对衬砌的约束力。
鉴于迄今对粘结力作用的研究不多，故通常仅按弹性抗力计算，而将粘结力对衬砌结构的有利作用视为安全储备。
为简化计算，弹性抗力的摩擦力对衬砌内力的影响也不考虑，即也视为衬砌结构的安全储备。
9．2．3 基底围岩过于松软时，有先做仰拱稳定坑道底部，然后再建边墙的施工方法，这时应考虑仰拱对隧道衬砌结构内力的影响。
如果仰拱在边墙之后修建，一般不需计算仰拱的作用。
但若遇到在隧道竣工后，围岩压力增长仍较显著的地层，则亦需考虑仰拱对结构内力的影响。
模筑衬砌考虑仰拱对结构内力的影响时，仰拱按弹性地基上的曲梁计-箅。
9．2．4 表9．2．4—l和表9．2．4-2所列数值主要参照《铁路隧道没计规范》(TBJ 10003)，这些安全系数是以我国41条已建及新建的近400座铁路隧道的调查及实践经验为基础提出的，且结构基本上是安全的。
因此，可以认为，在结构计算理论和材料指标没有较大变动的情况下，这些安全系数值基本上是合适的。
特别是根据地下建筑的特点(如衬砌施工条件差、质量不易保证、作用变异大、结构计算简图与实际受力状态有出入等)，结构强度安全系数的取值应较地面结构略有提高，以保证隧道建筑物在正常设计施工条件下具有必要的安全储备。
《隧道衬砌详尽计算》课件
软件应用案例及效果展示
某高速公路隧道施工过程中，采用有 限元分析软件对衬砌结构进行了详尽 的计算和分析，确保了隧道的施工安 全和质量。
此外，该软件还应用于其他多个隧道 工程中，均取得了良好的效果和效益 ，证明了其在隧道衬砌计算中的重要 性和优势。
CHAPTER
有限元分析软件介绍
1
有限元分析软件是一种广泛应用于工程领域的计 算工具，它能够模拟复杂的结构和现象，提供详 尽的分析结果。
2
在隧道衬砌计算中，有限元分析软件能够模拟衬 砌结构的受力状态、变形情况以及稳定性等，为 设计提供重要的参考依据。
3
常见的有限元分析软件包括ANSYS、ABAQUS、 SAP等，这些软件具有强大的计算能力和广泛的 应用领域。
3
有限元法
通过有限元分析软件，模拟衬砌结构的稳定性。
04 隧道衬砌计算的实例分析
CHAPTER
某隧道工程概况
隧道长度：10km
隧道名称：某高速公路隧道
01
隧道断面：矩形断面，宽度
20m，高度5m
02
03
工程地质：隧道穿越山岭地 区，地质条件复杂，包括岩
石、土壤和地下水等
04
05
施工环境：隧道施工难度较 大，需考虑通风、water supply and drainage等
面限制等。
计算结果的分析与评价
受力分析
分析衬砌结构在施工过程中的受力状态，包括衬砌内力、外力和 变形等。
安全评价
根据计算结果，评价衬砌结构的安全性，判断衬砌是否满足设计 要求和施工安全。
优化建议
根据计算和分析结果，提出衬砌结构的优化建议，提高隧道施工 的安全性和可靠性。
盾构隧道衬砌结构及计算
2021年3月第9章盾构隧道衬砌结构1.基本概念1.1隧道衬砌隧道衬砌，英文为Tunnel Lining 。
盾构隧道的衬砌一般为预制管片，预制管片英文为Segment 。
1.2衬砌结构分类（1）按施工方法分类衬砌分为：预制管片、二次浇筑衬砌即拼装管片的内部，做了现浇的二次衬砌、压注混凝土衬砌（ECL 工法）。
是否需要内部做二次衬砌，取决于隧道的用途及结构计算，例如南水北调工程穿越黄河的盾构隧洞及珠江三角洲水资源配置工程盾构隧洞，就做了内部二衬。
（2）按材料分类，管片可分为：钢筋混凝土管片（RC ）（如图9.1所示）、铸铁管片、钢管片、钢纤维混凝土管片、合成材料。
图9.1盾构管片试拼装（佛山地铁）（错缝拼装，5+1块）1.3管片外形与尺寸管片外形可分为四边形的，六角蜂窝形的。
四边形的，例如：深圳地铁快线长隧道，例如11号线、14号线等。
管片外径6700mm ，内径6000mm ，厚度350mm ，宽度1.5m ，纵向螺栓16个，管片分度22.5°，采用左右转弯环+标准环的形式。
管片统一采用1+2+3形式（即：1块封顶块（F ），2块邻接块（L1）、（L2）、3块标准块（B1）、（B2）、（B3））。
止水条采用三元乙丙橡胶及遇水膨胀橡胶条，如图9.2所示。
K 块图9.2用于深圳地铁的Փ6700盾构管片（14号线，2020年）日本的一个六角形管片的案例，并采用插销式接头的案例：隧道直径为Ф6600mm，单线隧道衬砌主要采用6等分的RC平板型管片，环宽1600mm，厚320mm，管片连结采用新研制的FAKT插销式接头。
部分段采用环宽1250mm、厚250mm的蜂窝形RC管片。
如图9.3、图9.4所示。
图9.3日本的六角蜂窝状管片示意图图9.4在盾构隧道中待拼装的六角形管片（傅德明2012）中国在引水隧道中也用过六角形管片（山西万家寨引水工程）。
1.4管环类型：为了满足盾构隧道在曲线上偏转及蛇行纠偏的需要，应设计楔形衬砌环。
隧道半衬砌结构计算例题
例2-1 拱形半衬砌结构算例一、基本资料隧道及衬砌结构断面如图所示，围岩类别为V类，仅有围岩垂直均不压力作用于拱圈上。
围岩弹性抗力系数K=1.25×kN/m3，围岩容重γ=26kN/m3。
拱圈用C20的混凝土，弹性模量E=2.6×107kPa,Rl=1.3×103kPa,混凝土容重γh =24 kN/m3。
l2二、计算衬砌几何尺寸当l0=11.00m时，除拟矢高f=2.75m，拱顶厚度d=0.50m，拱脚局部加厚dn=0.80m.拱圈内缘半径为R=+=6.8750m.拱轴半径为R=R+=7.1250m.拱脚截面与竖直线间的夹角：n ==0.6000,故有ψn=53.1301°ψ==0.8000 拱轴跨度l=2Rψ=11.4000.共轴矢高f= f0+-n=2.8500m.此处拱脚截面厚度应为未加大时的厚度。
三、荷载计算围岩垂直均布压力q1=0.45×γw.式中 s—围岩类别，s=5.γ—围岩容重，γ=26 kN/m3.W—跨度影响系数，w=1+i(lm -5),毛洞跨度lm=11.000+2(dn+0.10)n =12.0800m,其中0.10m是一侧平均超挖量。
lm=5~15m时，i=0.1,此处w=1.708.所以，有q1=39.967 kPa.衬砌自重为q2=γhd=12.0000kPa.回填材料自重（考虑超挖0.1m，用浆砌块石回填，浆砌块石容重γk=23 kN/m3）为q3=γkd=2.3000kPa.则全部垂直均布荷载为q= q1+q2+q3=54.267kPa.四、计算单位荷载（不考虑拱脚截面加大的影响）用辛普生法近似计算，可不计轴力影响。
ψn=53.1301°=53.1301=0.9273rad. =半拱轴线弧长为s=ψnR=6.6070.将轴线分成8段，每段长为=0.8259m. 单位位移计算表：由下列近似公式计算得= 6.3889=利用误差校核公式，有30.4090相对误差为计算结果可靠。
衬砌计算1——精选推荐
衬砌计算1⽬录⼀、⼆次衬砌结构计算 (1)(⼀)基本参数 (2)(⼆)荷载确定 (2)(三)计算衬砌⼏何要素 (3)(四)位移计算 (4)1.单位位移 (5)2.载位移—主动荷载在基本结构中引起的位移 (6)3.载位移—单位弹性抗⼒及相应的摩擦⼒引起的位移 (8)4.墙底（弹性地基梁上的刚性梁）位移 (12)(五)解⼒法⽅程 (12)(六)计算主动荷载和被动荷载分别产⽣的衬砌内⼒ (13)(七)最⼤抗⼒值的求解 (14)(⼋)计算衬砌总内⼒ (16)(九)衬砌截⾯强度检算 (17)(⼗)内⼒图 (18)参考资料 (19)⼆次衬砌结构计算⼀、⼆次衬砌结构计算选取五级级围岩复合式衬砌的⼆次衬砌作为典型衬砌，做结构计算。
（⼀）基本参数1. 围岩级别：Ⅴ2. 围岩容重：318.5/kN m γ=；3. 围岩弹性抗⼒系数：531.510/K kN m =?；4. 衬砌材料为C25混凝⼟，弹性模量72.8510h E kP a =?，容重323/h kN m γ=。
5. 抗压极限强度：23109.11m kN f cu ?=，321.2710td f kN m =?；6. 衬砌拱厚度：50d cm =；（⼆）荷载确定1. 围岩垂直均布压⼒按矿⼭法施⼯的隧道围岩荷载为：()()s-15-15-120.4520.45218.5150.45218.510.112.735236.03/s q i B kN mγω=?=+-?=+?-?=式中：s —围岩类别，此处s=5;γ—围岩容重，此处γ=18.5kN/m 3;ω—跨度影响系数，ω=1+i(B-5),隧道跨度B=12.72m,B=5~15m 时，i 取0.1。
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，本隧道按25%折减，取为177.02kN/m 2。
围岩⽔平均布压⼒e=0.4q s=70.808kN/m 2。
浅埋隧道围岩垂直均布压⼒按矿⼭法施⼯的隧道围岩荷载为:mh m H m B m H t t 03.15,8,72.12,03.7====-??+?+=-++=32tan 40tan 40tan )140(tan40tan tan tan tan )1(tan tan tan 22θβg gg g=3.27]32tan 40tan )32tan 40(tan 27.31[27.340tan 27.3]tan tan )tan (tan tan 1[tan tan tan ??+?-?+?-=+-+-=θ?θ?ββ?βλg g g=0.3032184.4485.18303.0mkN H e =??==λγ2225.8403.15303.05.18mkN h e =??==γλmkN e e e 5.64)(2121=+=2e (1/2)t a n (45-/2)iH H γ?=+。
盾构隧道管片衬砌内力计算方法比较
盾构隧道管片衬砌内力计算方法比较
盾构隧道是现代城市化进程中最常见的地下隧道形式，随着城市的不断发展，越来越多的城市需要建设地下交通隧道。
盾构隧道的管片衬砌内力计算是盾构隧道建设过程中的重要环节。
本文将从几个方面来比较目前常用的盾构隧道管片衬砌内力计算方法。
第一、有限元法
有限元法是目前使用最广泛、应用最为成熟的计算方法之一，它通过离散化相应区域，建立微分方程，利用有限元分析软件来计算应力和应变分布，从而得到管片衬砌的内力。
这种方法的优点是计算结果精确可靠，具有较高的可重复性和可调节性，适合计算各种复杂条件下管片衬砌的内力。
第二、解析法
解析法是一种经典的数学分析方法，通过对管片衬砌的简化模型建立数学解析模型，从而得到内力的解析解。
这种方法的优点是计算速度快，计算结果精度高，适用于简单条件下的管片衬砌内力计算。
缺点是只适用于简单的几何形状，无法应用于复杂的情况。
第三、实验法
实验法是通过对管片衬砌进行特定实验，测量相应的数据，利用数学模型来计算管片衬砌的内力。
这种方法的优点是可以考虑到复杂条件下的多种因素，得到较为真实的内力值，缺点是实验成本较高、操作复杂，而且实验过程有一定的风险。
综上所述，以上三种计算方法各自有其优缺点，应针对不同情况进行选用，最终得到的结果需要结合实际情况进行分析和比较。
在实践中，工程师们应采用不同的计算方法来计算管片衬砌内力，最终得到最为精确、可靠的结果，从而保障盾构隧道建设的安全与可靠。
第三篇 隧道二次衬砌结构计算
第三章隧道二次衬砌结构计算3.1基本参数围岩级别：Ⅴ级围岩容重：γs =18.53/mkN围岩弹性抗力系数：K=1.5×1053/mkN衬砌材料为C25混凝土，弹性模量Eh =2.95×107kPa,容重γh=233/mkN.3.2荷载确定3.2.1围岩垂直均布压力按矿山法施工的隧道围岩荷载为：qs=0.45×21-sγω=0.45×21-sγ[1+i(B-5)]=0.45×24×18.5×[1+0.1×(13.24-5)]=242.96(2/mkN)考虑到初期支护承担大部分围岩压力，而对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30%折减，取为1702/mkN .3.2.2 围岩水平均布压力e=0.4q=0.4×170=68 2/mkN3.3计算位移3.3.1单位位移所有尺寸见下图1：半拱轴线长度s=11.4947(m)将半拱轴线长度等分为8段，则∆s=s/8=1.4368(m)∆s/ Eh =0.4871×107-（1-⋅kPam）计算衬砌的几何要素，详见下表3.1.单位位移计算表表3.1注：1.I —截面惯性矩，I=3bd /12,b 取单位长度。
2.不考虑轴力影响。
单位位移值用新普生法近似计算，计算如下： 11δ=⎰sh ds IE M 01≈∑∆I E s 1=0.4871×107-×864.0000=4.2085×105-12δ=21δ=⎰sh ds IE M M 021.≈∑I yE s ∆=0.4871×107-×2643.1776=1.2875×104-22δ=⎰sh ds I E M 022≈∑∆I y Es 2=0.4871×107-×14338.9160=6.9845×104-计算精度校核为：11δ+212δ+22δ=(0.42085+2×1.2875+6.9845) ×104-=9.9803×104-ss δ=∑+∆Iy E s2)1(=0.4871×107-×20489.2712=9.9803×104-闭合差∆=03.3.2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 =i qb 侧向力：E i =eh i 自重力：G i =h ii s d d γ⨯∆⨯+-21 算式中:b i 和h i 由图1中量得 d i 为接缝i 的衬砌截面厚度 作用在各楔块上的力均列入下表3.2：载位移计算表 表3.2（2） 外荷载在基本结构中产生的内力 内力按下算式计算弯矩：0ip M =0,1p i M --e g q i i i i Ea Ga Qa E y G Q x ---∆-+∆∑∑--11)(轴力：0ip N =sin iϕ∑∑-+iiiE G Q ϕcos )(0ip M ，0ip N 的计算结果见下表3.3.表3.4：载位移计算表p i M ,0表3.3载位移计算表ip N 0 表3.4（3）主动荷载位移 计算结果见表3.5：主动荷载位移计算表 表3.5则：p 1∆=⎰sh pds IE M M 01.≈∑∆IM E sp 0= -0.4871×710-×2300881.6426 = -0.1121 p 2∆=⎰sh pds IE M M 02.≈∑∆IyM E sp 0= -0.4871×710-×11795777.616 = -0.5746 计算精度校核：p 1∆+p 2∆= -0.1121-0.5746=-0.6867 sp∆=∑+∆I M y Esp 0)1(=-0.4871×710-×14096659.259=-0.6867闭合差：∆=03.3.3载位移—单位弹性抗力图及相应的摩擦力引起的位移 （1）各接缝处的弹性抗力强度抗力上零点假设在接缝3处，3ϕ=38.7715=b ϕ； 最大抗力值假定在接缝6处，6ϕ=77.5430=h ϕ； 最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算：i σ=h hb ib σϕϕϕϕ]cos cos cos cos [2222-- =h iσϕ]5430.77cos 7715.38cos cos 7715.38cos [2222--=h iσϕ]5614.0cos 6079.0[2- 算出: 3σ=0, 4σ=0.3985h σ, 5σ=0.7556h σ, 6σ=h σ; 最大抗力值以下各截面抗力强度按下式计算： i σ=h hi yy σ]1[2'2'-式中：'i y —所考察截面外缘点到h 点的垂直距离；'h y —墙脚外缘点到h 点的垂直距离。
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左线
初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 -5.375 -11.525 -11.216 0.775 0.466 -5.375 -11.495 -11.187 0.745 0.437 -5.375 -11.625 -11.311 0.875 0.561 -5.375 -11.445 -11.140 0.695 0.390 -5.375 -11.375 -11.073 0.625 0.323 -5.375 -11.305 -10.717 0.555 -0.033 -5.375 -11.285 -10.699 0.535 -0.051 -5.375 -11.255 -10.672 0.505 -0.078 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 -5.375 -10.925 -10.646 0.175 -0.104 -5.375 -10.925 -10.646 0.175 -0.104 -5.375 -10.925 -10.646 0.175 -0.104 -5.375 -10.925 -10.646 0.175 -0.104 -5.375 -10.925 -10.646 0.175 -0.104 -5.375 -10.925 -10.768 0.175 0.018 -5.375 -10.925 -10.768 0.175 0.018 -5.375 -10.925 -10.713 0.175 -0.037
右线
初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 初支1 初支2 初支3 初支4 初支5 5.375 -0.775 -0.466 11.525 11.216 5.375 -0.745 -0.437 11.495 11.187 5.375 -0.875 -0.561 11.625 11.311 5.375 -0.695 -0.390 11.445 11.140 5.375 -0.625 -0.323 11.375 11.073 5.375 -0.555 0.033 11.305 10.717 5.375 -0.535 0.051 11.285 10.699 5.375 -0.505 0.078 11.255 10.672 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 二衬1 二衬2 二衬3 二衬4 二衬5 5.375 -0.175 0.104 10.925 10.646 5.375 -0.175 0.104 10.925 10.646 5.375 -0.175 0.104 10.925 10.646 5.375 -0.175 0.104 10.925 10.646 5.375 -0.175 0.104 10.925 10.646 5.375 -0.175 -0.018 10.925 10.768 5.375 -0.175 -0.018 10.925 10.768 5.375 -0.175 0.037 10.925 10.713
隧道初支、开挖、仰拱、二衬参数
衬砌ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ类型
开挖1 开挖2 -5.375 -11.775 -11.597 1.025 0.847 -5.375 -11.745 -11.567 0.995 0.817 -5.375 -11.895 -11.712 1.145 0.962 -5.375 -11.665 -11.493 0.915 0.743 -5.375 -11.595 -11.261 0.845 0.511 -5.375 -11.455 -11.106 0.705 0.356 -5.375 -11.405 -11.056 0.655 0.306 -5.375 -11.355 -11.006 0.605 0.256
衬砌 类型
开挖1 开挖2 SF5a 开挖3 开挖4 开挖5 开挖1 开挖2 SF5b 开挖3 开挖4 开挖5 开挖1 开挖2 SF5c 开挖3 开挖4 开挖5 开挖1 开挖2 SF4a 开挖3 开挖4 开挖5 开挖1 开挖2 SF4b 开挖3 开挖4 开挖5 开挖1 开挖2 SF4c 开挖3 开挖4 开挖5 开挖1 开挖2 SF3a 开挖3 开挖4 开挖5 开挖1 开挖2 SF3b 开挖3 开挖4 开挖5 5.375 -1.025 -0.847 11.775 11.597 5.375 -0.995 -0.817 11.745 11.567 5.375 -1.145 -0.962 11.895 11.712 5.375 -0.915 -0.743 11.665 11.493 5.375 -0.845 -0.511 11.595 11.261 5.375 -0.705 -0.356 11.455 11.106 5.375 -0.655 -0.306 11.405 11.056 5.375 -0.605 -0.256 11.355 11.006