3拱形曲墙式衬砌结构计算
3.1基本资料：
公路等级山岭重丘高速公路
围岩级别Ⅴ级
围岩容重γ
=20KN/m3
S
弹性抗力系数 K=0.18×106 KN/m
变形模量 E=1.5GPa
衬砌材料 C25喷射混凝土
=22 KN/m3
材料容重γ
h
=25GPa
变形模量 E
h
二衬厚度 d=0.45m
图2 衬砌结构断面（单位：cm）
3.2荷载确定：
3.2.1围岩竖向压力
根据《公路隧道设计规范》的有关计算公式及已知的围岩参数，代入公式
q=0.45 × 2S-1 ×γ×ω
其中：
S——围岩的级别，取S=5；
γ——围岩容重，取γ=20 KN/m3；
ω——宽度影响系数，由式ω=1+i (B-5)计算，
其中，B为隧道宽度，B=11.93+2×0.45+2×0.10=13.03m，式中0.10为一侧平均超挖量;B>5时，取i =0.1，ω=1+0.1*(13.03-5)=1.803
所以围岩竖向荷载（考虑一衬后围岩释放变形取折减系数0.4）
q=0.45×16×20×1.803*0.4＝259.632*0.43k /m N =103.853k /m N
3.2.2计算衬砌自重
g=1/2*(d 0+d n ) *γh =1/2×(0.45+0.45) ×22=9.9 3k /m N
根据我国复合式衬砌围岩压力现场量测数据和模型实验，并参考国内外有关资料，建议Ⅴ级围岩衬砌承受80%-60%的围岩压力，为安全储备这里取：72.70 3k /m N
1）全部垂直荷载
q= 72.70+g=82.603k /m N 2）围岩水平均布压力
e=0.4×q=0.4×82.60=33.043k /m N
3.3衬砌几何要素
3.3.1衬砌几何尺寸
内轮廓线半径： r 1 =7.000 m , r 2 = 5.900 m 内径r 1，r 2所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角：
α1=70.3432°， α2 =108.7493°
拱顶截面厚度d 0 =0.45 m ,拱底截面厚度d n =0.45m 。
3.3.1半拱轴线长度S 及分段轴长△S
S =12.363 m
将半拱轴长度等分为8段，则
△S=S/8=12.363/8=1.545 m
△S/E h =1.545/0.25×108 =6.18×10-8 m
3.3.3各分块截面中心几何要素
各分块截面与竖直轴的夹角及截面中心点的坐标可以由图3直接量得，具体数值见表2-1。
3.4计算位移
3.4.1单位位移：
用辛普生法近似计算，按计算列表进行，单位位移的计算见表3-1。
表表3-1 单位位移计算表
截面αsinαcosαx y d 1/I y/I y2/I (1+y)2/I
积分系
数1/3
0 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 0.45 131.687 0.000 0.000 131.687 1
1 14.47
2 0.250 0.968 1.531 0.194 0.45 131.687 25.547 4.956 187.738 4
2 28.94
3 0.48
4 0.87
5 2.964 0.765 0.45 131.687 100.741 77.067 410.235 2
3 43.415 0.687 0.72 4.210 1.676 0.45 131.687 220.708 369.906 943.009 4
4 57.887 0.847 0.532 5.188 2.869 0.4
5 131.687 377.811 1083.939 1971.248 2
5 71.91
6 0.951 0.310 5.832 4.252 0.45 131.68
7 559.934 2380.840 3632.396 4
6 84.194 0.995 0.101 6.152 5.764 0.45 131.68
7 759.045 4375.137 6024.915 2
7 96.472 0.994 -0.113 6.143 7.309 0.45 131.687 962.502 7034.928 9091.619 4
8 108.749 0.947 -0.321 5.806 8.817 0.45 131.687 1161.086 10237.299 12691.159 1
∑1053.498 3570.348 20157.368 28351.563
注：1.I——截面惯性矩，I=bd3/12,b取单位长度
2.不考虑轴力的影响。
单位位移值计算如下：
δ11=△S/E h×∑1/I=6.18×10-8×1053.498=65.1062×10-6
δ12=△S/ E h×∑y/I=6.18×10-8×3570.348=220.6475×10-6
δ22=△S/ E h×∑y2/I=6.18×10-8×20157.368=1245.7253×10-6
计算精度校核：
δ11+2δ12+δ22=（65.1062+2*220.6475+1245.7253）×10-6
=1752.1265×10-6
δSS=△S/ E h×∑(1+y)2/I=6.18×10-8×28351.563=1752.1266×10-6
闭合差△=0.0001×10-6≈0
3.4.2载位移——主动荷载在基本结构中引起的位移
1）每一块上的作用力(竖向力Q、水平力E、自重力G),分别由下面各式求得，
Q i =q*b
i
E i =e*h
i
G i =( d
i-1
+d
i
)/2*△S* r
h
其中：b
i
——衬砌外缘相邻两截面间的水平投影长度
h
i
——衬砌外缘相邻两截面间的竖直投影长度
d
i
——接缝i的衬砌截面厚度
均由图3直接量得，其值见表3-2。各集中力均通过相应图形的形心。
图3 衬砌结构计算图示（单位：cm）
表3-2 载位移M o p 计算表
截面
投影长度 集中力 S -Qa q
-Ga g b
h
Q
G
E
a q
a g
a e
0 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
0.000
1 1.531 0.194 126.461 15.296 6.410 0.765 0.759 0.097 -96.74
2 -11.609 2 1.434 0.571 118.448 15.296 18.866 0.717 0.699 0.285 -84.928 -10.692
3 1.245 0.911 102.837 15.296 30.099 0.623 0.59
4 0.45
5 -64.067 -9.08
6 4 0.978 1.193 80.783 15.296 39.41
7 0.489 0.451 0.597 -39.503 -6.89
8 5 0.644 1.383 53.194 15.296 45.694 0.322 0.27
9 0.692 -17.129 -4.267 6 0.311 1.512 25.689 15.296 49.956 -0.155 0.119 0.756 3.982 -1.820 7 0.009 1.545 0.743 15.296 51.047 -0.004 -0.046 0.773 0.003 0.704 8 0.000 1.508 0.000 15.296 49.824 0.000 -0.209 0.754 0.000
3.197
续表3-2
-Ga e ∑i-1（Q+G ） ∑i-1E
x
y
Δx
Δy
-Δx ∑i-1（Q+G ）
-Δy ∑
i-1
E
M o
ip 0.000
0.000
0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 -0.622 0.000
0.000 1.531 0.194 1.531 0.194 0.000
0.000
-108.973 -5.377 141.756 6.410 2.964 0.765 1.433 0.571 -203.136 -3.660
-416.766
-13.695 275.500 25.276 4.210 1.676 1.246 0.911 -343.273 -23.026 -869.913 -23.532 393.633 55.375 5.188 2.869 0.978 1.193 -384.973 -66.062 -1390.881 -31.620 489.711 94.792 5.832 4.252 0.644 1.383 -315.374 -131.097 -1890.368 -37.767 558.201 140.486 6.152 5.764 0.320 1.512 -178.624 -212.415 -2317.013 -39.459 599.185 190.443 6.143 7.309 -0.009 1.545 5.393 -294.234 -2644.606 -37.568 615.224 241.489 5.806 8.817 -0.337 1.508 207.330 -364.166 -2835.813
2）外荷载在基本结构中产生的内力
块上各集中力对下一接缝的力臂由图直接量得，分别记以a q 、a e 、a g 。 内力按下式计算之： 弯矩： e
g q i i i i o p i o ip Ea Ga a Q E y G Q x M M --?-?-+?-=∑∑---1
1
,1)(
轴力：
∑∑-+=i
i i
i o ip E
G Q N ααcos )(sin
式中Δx
i 、Δy
i
——相邻两接缝中心点的坐标增值。
Δx
i
=x
i
- x
i-1
Δy
i
=y
i
- y
i-1
M o
ip 和N o
ip
的计算见表3-2及表3-3。
表3-3载位移N o
ip
计算表
截面αsinαcosα∑i（Q+G）∑i E
sinα* ∑i
（Q+G）
cosα*∑
iE
N o p
0 0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
1 14.47
2 0.250 0.968 141.756 6.410 35.425 6.206 29.219
2 28.94
3 0.48
4 0.87
5 275.500 25.27
6 133.32
7 22.119 111.208
3 43.415 0.687 0.726 393.633 55.375 270.535 40.22
4 230.311
4 57.887 0.847 0.532 489.711 94.792 414.784 50.391 364.393
5 71.91
6 0.951 0.310 558.201 140.486 530.62
7 43.609 487.018
6 84.194 0.995 0.101 599.185 190.443 596.111 19.266 576.844
7 96.472 0.994 -0.113 615.224 241.489 611.304 -27.218 638.522
8 108.749 0.947 -0.321 630.519 291.314 597.060 -93.636 690.696
3）主动荷载位移
计算过程见表3-4。
表3-4 主动荷载位移计算表
截面Mp0 1/I y/I 1+y Mp0/I yMp0/I Mp0(1+y)/I
积分系
数1/3
0 0.000 131.687 0.000 1.000 0.000 0.000 0.000 1
1 -108.973 131.687 25.547 1.194 -14350.405 -2783.979 -17134.384 4
2 -416.766 131.687 100.741 1.765 -54882.72
3 -41985.283 -96868.006 2
3 -869.913 131.687 220.708 2.676 -114556.441 -191996.59
4 -306553.03
5 4
4 -1390.881 131.687 377.811 3.869 -183161.260 -525489.656 -708650.916 2
5 -1890.368 131.687 559.934 5.252 -248937.362 -1058481.662 -1307419.024 4
6 -2317.013 131.68
7 759.045 6.764 -305121.027 -1758717.599 -2063838.626 2
7 -2644.606 131.687 962.502 8.309 -348260.938 -2545439.197 -2893700.135 4
8 -2835.813 131.687 1161.086 9.817 -373440.375 -3292623.783 -3666064.158 1
∑-1454730.326 -7713271.529 -9168001.855
△
1p =△S/E
h
×∑M
p
0/I=6.18×10-8×（-1454730.326）= - 89902.334×10-6
△2p =△S/ E h ×∑M p 0y/I=6.18×10-8×(-7713271.529)= -476680.181×10-6 计算精度校核
△Sp =△1p+△2p
△Sp =△S/ E h ×∑M p 0(1+y)/I
因此，△Sp =6.18×10-8
×（-9168001.855）= -566582.515.515×10-6
△1p+△2p = -（89902.334+476680.181）×10-6= -566582.515×10-6 闭合差△=0.000。
3.4.3载位移——单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移
1）各接缝处的抗力强度
按假定拱部弹性抗力的上零点位于与垂直轴接近450的第3截面，
α3=43.4150°=αb ; 最大抗力位于第5截面,
α5=71.9159°=αh ;
拱部各截面抗力强度，按镰刀形分布，最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算：
σi =σh （coS 2αb -coS 2αi ）/（coS 2αb -coS 2αh ） 计算得，
σ3=0， σ4=0.5682σh ， σ5=σh 。 边墙截面弹性抗力计算公式为：σ=σh [1-(y i ˊ/ y h ˊ)2]
式中y i ˊ——所求抗力截面与外轮廓线交点到最大截面抗力截面的垂直距离；
y h ˊ——墙底外边缘c ˊ到最大抗力截面的垂直距离。(y i ˊ和y h ˊ在图3中可量得) y 6ˊ=1.559m; y 7ˊ=3.152m; y 8ˊ=4.707m; 则有： σ6=σh [1-（1.559/4.707）2]= 0.8903σh σ7=σh [1-（3.152/4.707）2]= 0.5516σh σ8=0;
按比例将所求得的抗力绘在图4上。 2）各楔块上抗力集中力i R ， 按下式近似计算：
()i i 11i /2R S σσ-=+??，外
式中，i S ?外——楔块i 外缘长度，由图3量得。
i R ，的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心。 3）抗力集中力与摩擦力之合力i R
按近似计算:
2
'1μ+=i i R R
式中 μ——围岩与衬砌间的摩擦系数。取μ=0.2, 则
2
'1μ+=i i R R =1.0198'i R
其作用方向与抗力集中力的夹角为β=arctg μ=11.301°。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移方向相反，其方向朝上。i R 的作用点即为i R ，与衬砌外缘的交点。 将i R 的方向线延长，使之交于竖直轴。量取夹角ψk (自竖直轴反时针方向量度)。将i R 分解为水平与竖向两个分力：
R H = R i Sin ψk R V = R i coS ψk
以上计算例入表3-5中， 并参见图3。
表3-5 弹性抗力及摩擦力计算表
截面 σi (σh ) (σ
i-1
+σ
i )/2
△S 外 (σh ) R(σh ) ψk sin ψk 3 0.0000 0.000 0.0000 0.0000 0.000 0.000 4 0.5682 0.284 1.5987 0.4632 64.439 0.902 5 1.0000 0.784 1.5987 1.2784 77.109 0.975 6 0.8903 0.945 1.5987 1.5409 89.212 1.000 7 0.5516 0.721 1.5987 1.1754 101.080 0.981 8
0.0000
0.276
1.5987
0.4497
111.888
0.928
续表3-5
截面 cos ψk
R H (σ
h
)
R V (σh ) v h R i (σh )
3 1.000 0.000 0.000 0.000
4 0.431 0.418 0.200 0.200 0.418 0.454
5 0.223 1.24
6 0.285 0.485 1.664 1.254 6
0.014
1.541
0.021
0.506
3.205
1.511
7 -0.192 1.153 -0.226 0.280 4.358 1.153 8
-0.373
0.417
-0.168
0.113
4.776
0.441
4）计算单位抗力图及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力 弯矩 Ki
i o i r R M ∑-=-σ
轴力
H
i V i o i R R N ∑-∑=-??σ
cos sin
式中 r Ki ----力R i 至接缝中心点K 的力臂，由图3量得，计算见表3-6和表3-7。
表3-6 M σ0计算表
截面号
R 4=0.4632σh R 5=1.2784σh R 6=1.5409σh R 7=1.1754σh R 8=0.4497σh
M o σ
（
σh)
r 4i
-R 4r 4i
r 5i
-R 5r 5i
r 6i
-R 6r6i
r 7i
-R 7r7i r 8i -R 8r8i
4 0.545
5 -0.253
-0.253
5 2.0714 -0.959 0.7200 -0.920 -1.880
6 3.5733 -1.655 2.2703 -2.902 0.8280 -1.276 -5.833
7 4.9634 -2.299 3.7694 -4.819 2.3729 -3.656 0.8792 -1.033 -11.808 8 6.1756
-2.861
5.1585
-6.595
3.8727
-5.967
2.4239
-2.849
1.052
-0.473
-18.745
表3-7 N σ0计算表
截 面 号 α sin α cos α ΣR V (σh )
ΣRH (σh)
sin αΣR V (σh )
cos αΣR H (σh) No σ(σh)
4 57.8867 0.8467 0.5320 0.1999 0.4178 0.1692 0.2223 -0.0531
5 71.9159 0.9504 0.3110 0.4850 1.6640 0.4610 0.5175 -0.0565
6 84.193
7 0.994
8 0.101
9 0.5062 3.2048 0.5036
0.3266
0.1770 7
96.4715 0.9937 -0.1119 0.2804 4.3583 0.2786 -0.4875
0.7661 8 108.7493 0.9472 -0.3205 0.1127 4.7755 0.1068 -1.5306
1.6374
5）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移
计算过程见表3-8。
表3-8 单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算表
截面号
Mσ0
（σh）
1/I y/I (1+y)
Mσ01/I
（σh）
Mσ0y/I
（σh）
Mσ0(1+y)/I
（σh）
积分系数
1/3
4 -0.253 131.6872 377.811 3.869 -33.271 -95.45
5 -128.72
6 2
5 -1.880 131.6872 559.934 5.252 -247.564 -1052.641 -1300.205 4
6 -5.833 131.6872 759.045 6.764 -768.160 -4427.678 -5195.838 2
7 -11.808 131.6872 962.502 8.309 -1554.912 -11364.855 -12919.763 4
8 -18.745 131.6872 1161.086 9.817 -2468.447 -21764.304 -24232.744 1
Σ-3760.404 -26826.852 -30587.248
△
1σ=△S/E
h
×∑M
σ
01/I=6.18×10-8×(-3760.404)= -232.3930×10-6
△
2σ=△S/ E
h
×∑M
σ
0y/I=6.18×10-8×(-26826.852)= - 1657.8995×10-6
校核为：
△
1σ+△
2σ
= -(232.3930+ 1657.8995) ×10-6=-1890.2925×10-6
△S
σ=△S/ E h×∑Mσ
0(1+y)/I=6.18×10-8×(-30587.248)=-1890.2919×10-6闭合差△=0.0006×10-6≈0。
综上计算得结构抗力图如图4
图4 结构抗力图
3.4.4墙底（弹性地基上的刚性梁）位移
1）单位弯矩作用下的转角：
β1=1/(KI8)= 131.6872 /0.18×106=731.5956×10-6
2）主动荷载作用下的转角：
βp=β1M8p0=-2835.813×731.5956×10-6 = -2074668.313×10-6 3）单位抗力及相应摩擦力作用下的转角：
βσ=β1M8σ0=731.5956×10-6×(-18.745) = - 13713.7595×10-6
3.5解力法方程
衬砌矢高 f=y 8=8.817m 计算力法方程的系数：
a 11=δ11+β1=（65.1062+731.5956）×10-6=796.7018×10-6
a 12=δ12+f β1=（220.6475+8.817*731.5956）×10-6=6671.1259×10-6
a 22=δ22+f 2β1=（1245.7253+8.817*8.817*731.5956）×10-6=58119.5934×10-6 a 10=△1p +βp +(△1σ+βσ)×σh
=-(89902.334+2074668.313+232.3930σh +13713.7595σh ) ×10-6 = -(2164570.647+13946.1525σh )×10-6 a 20=△2p +f βp +(△2σ+f βσ)×σh
= -(476680.181+8.817*2074668.313+1657.8995σh +8.817*13713.7595σh ) = - (18769030.7+122572.117σh ) ×10-6
以上将单位抗力图及相应摩擦力产生的位移乘以σh 倍，即被动荷载的载位移。 求解方程：
X 1 = (a 12a 20 - a 22a 10)/( a 11a 22 - a 122) =（329.6545-3.972σh ）
其中： X 1p =329.65446, X 1σ= -3.972
X 2 = (a 12a 10 - a 11a 20)/( a 11a 22 - a 122) =（285.0995+2.2059σh ）
其中： X 2p =285.0995, X 2σ= 2.5648
3.6计算主动荷载和被动荷载（σh =1）分别产生的衬砌内力
计算公式为：
o
p p p p M yX X M ++=21
o
p
p p N X N +?=?cos 2
和
o
M yX X M σ
σσσ++=21 o
N X N σ
σσ?+?=cos 2
计算过程列入表3-9和表3-10中。
表3-9 主、被动荷载作用下衬砌弯矩计算表
截面M o p X1p y X2p*y [M p]
M oσ
(σh)
X1σ
(σh)
X2σ*y
(σh)
[M oσ]
(σh)
0 0.000 329.654 0.000 0.000 329.654 0.000 -3.972 0.000 -3.972
1 -108.973 329.654 0.194 55.309 275.990 0.000 -3.97
2 0.498 -3.474
2 -416.766 329.654 0.765 218.101 130.990 0.000 -3.972 1.962 -2.010
3 -869.913 329.65
4 1.676 477.827 -62.432 0.000 -3.972 4.299 0.327
4 -1390.881 329.654 2.869 817.950 -243.276 -0.253 -3.972 7.359 3.134
5 -1890.368 329.654 4.252 1212.243 -348.471 -1.880 -3.972 10.90
6 5.054
6 -2317.013 329.654 5.764 1643.314 -344.045 -5.833 -3.972 14.784 4.979
7 -2644.606 329.654 7.309 2083.792 -231.160 -11.808 -3.972 18.746 2.967
8 -2835.813 329.654 8.817 2513.722 7.564 -18.745 -3.972 22.614 -0.102
表3-10 主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表
截面N o p cosa X2p cosφ［N p］N oσ(σh)
X2σcosφ
(σh)
［Nσ］(σh)
0 0.000 1.000 285.099 285.099 0.000 2.565 2.565
1 29.219 0.968 276.054 305.27
2 0.000 2.48
3 2.483
2 111.208 0.875 249.490 360.698 0.000 2.244 2.244
3 230.311 0.726 207.095 437.405 0.000 1.863 1.863
4 364.393 0.532 151.558 515.951 -0.053 1.363 1.310
5 487.018 0.310 88.498 575.51
6 -0.05
7 0.796 0.740
6 576.844 0.101 28.842 605.68
7 0.177 0.259 0.436
7 638.522 -0.113 -32.133 606.388 0.766 -0.289 0.477
8 690.696 -0.321 -91.639 599.058 1.637 -0.824 0.813
首先求出最大抗力方向内的位移。 由式：
()h p
hp y y M s E I
δ-??∑
I
M y y E s h h σ
σδ)(-∑??
并考虑接缝5的径向位移与水平方向有一定的偏离，因此将其修正如下
555sin )(?δδI M y y E s p i p
hp -∑?== 555sin )(?δδσ
σσI
M y y E s i h -∑?=
=
计算过程列入表3-11。
表3-11最大抗力位移修正计算表
截
面号
M p /I
M σ/I
y i
y 5-y i
M p /I (Y 5-Y i )
M σ/I (Y 5-Y i ) 积分系数 1/3 0 43411.273 -523.022 0.000 4.252 184584.732 -2223.890 4 1 36344.399 -457.497 0.194 4.058 147485.573 -1856.523 2 2 17249.693 -264.637 0.765 3.487 60149.681 -922.790 4 3 -8221.462 43.060
1.676
2.576 -21178.487
110.923 2 4 -32036.321 412.734 2.869 1.383 -44306.233 570.812 4 5 -45889.112 665.561 4.252 0.000
0.000 0.000 1
Σ
351442.298
-4598.224
位移值为：
δhp =6.18×10-8×351442.298×0.9506=2064.6209×10-5 δ
h σ
=6.18×10-8×(-4598.224) ×0.9506= -27.0132×10-5 则可得最大抗力
σ
h
= δhp /(1/K-δh σ
)= 2064.6209×10-5/[1/(0.18×106)+27.0132×10-5]
=74.88988
按下式进行计算：
M=M
p +σ
h
M
σ
N=N
p +σ
h
N
σ
计算过程列入表3-12
表3-12衬砌总内力计算表截
面号M p Mσ[M] M/I My/I N p Nσ[N] e
积
分
系
数
1/
3
0 329.65
4
-297.4
40
32.21
4
4242.21
4
0.000
285.0
99
221.6
83
506.7
83
0.063
6
1
1 275.99
-260.1
76
15.81
4
2082.50
3
404.006
305.2
72
214.6
50
519.9
22
0.030
4
4
2 130.99
-150.4
98
-19.5
08
-2568.9
58
-1965.2
54
360.6
98
193.9
95
554.6
93
-0.03
52
2
3 -62.43
2
24.488
-37.9
44
-4996.6
88
-8374.4
52
437.4
05
161.0
30
598.4
35
-0.06
34
4
4 -243.2
76
234.72
-8.55
6
-1126.6
98
-3232.4
98
515.9
51
113.2
57
629.2
08
-0.01
36
2
5 -348.4
71
378.50
1
30.03
1
3954.66
16815.2
19
575.5
16
63.92
6
639.4
43
0.047
4
6
-344.045 372.867 28.823 3795.557 21877.597 605.687 37.727 643.414 0.0448 2
7 -231.160
222.211 -8.949 -1178.418 -8613.060 606.388 41.232 647.620 -0.0138 4
8 7.5639 -7.6757 -0.1118 -14.7188 -129.775 599.058 70.271 669.328 -0.0002 1
Σ
1291.841
11385.589
计算精度校核：
根据拱顶切开点之相对转角和相对水平位移应为零的条件来检查。
0=+∑?a I
M E s β 式中：
I
M
E s ∑?=6.18×10-8×1291.841= 79.8358×10-6 βa =M 8β1=-0.1118×731.5956×10-6=-81.7924×10-6
闭合差：
△=(81.7924- 79.8358) /81.7924= 2.39%
0=+∑?a f I
yM E s β 式中：
I
yM E s ∑?=6.18×10-8×11385.589=703.6294×10-6 f βa =8.817×（-81.7924）×10-6=-721.1636×10-6 闭合差：
△=（721.1636- 703.6294）/721.1636=2.431%
3.9检验截面强度
检算几个控制截面：
3.9.1截面0
e=0.0636< 0.2d=0.2*0.45=0.09m
N
bd
R N
N K a α=
=
极限 ,
而 0.06361 1.5
1 1.50.7880.45
e d α=-=-?= 则 30.78819 1.00.4510/506.78313.294 2.0()a N R bd
K N
N
α=
=
=????=>极限满足
3.9.2截面1
e=0.0304< 0.2d=0.2*0.45=0.09m
N
bd
R N
N K a α=
=
极限 ,
而0.03041 1.5
1 1.50.89870.45
e d α=-=-?= 则 30.898719 1.00.4510/519.92214.779 2.0()a N R bd
K N
N
α=
=
=????=>极限满足
3.9.3截面7
e=0.0138< 0.2d=0.2*0.45=0.09m
N
bd
R N
N K a α=
=
极限 ,
而0.01381 1.5
1 1.50.9540.45
e d α=-=-?= 则 30.95419 1.00.4510/647.62012.595 2.0()a N R bd
K N
N
α=
=
=????=>极限满足
3.9.4墙底(截面8)偏心检查
e=0.000m 3.10内力图 将内力计算结果按比例尺绘制弯矩图M 及轴力图N ，如图3所示。 图5 衬砌结构内力图 CB01施工技术方案申报表 （承包［2014］技案001号） 说明：本表一式4份，由承包人填写。监理机构审签后，随同审批意见，承包人、监理机构、发包人、设代机构各1份。 乌江彭水水电站库区新田乡内涝处理工程Ⅱ标段 隧洞洞身衬砌 施工方案 重庆市天地人实业有限公司 乌江彭水水电站库区新田乡内涝处理工程项目部 二〇一四年二月 目录 一．工程概况 (1) 1.1概述 (1) 1.2隧洞衬砌工程量 (1) 1.3砼施工总布置 (1) 二.砼施工工艺 (2) 三．砼施工方案 (2) 3.1洞身段砼分序、分段、分块 (2) 3.2洞身衬砌混凝土施工工艺 (3) 四．工期安排 (6) 五.砼施工质量控制 (6) 六.施工安全措施 (7) 一．工程概况 1.1概述 隧洞原设计长1184m，设计变更后隧洞增长至1198m，其中全断面衬砌段660m，底板衬砌段538m。洞身衬砌成型后底宽6m，高6.3m的城门洞型。全断面衬砌段采用40cm厚钢筋混凝土衬砌，底板衬砌段底板采用15cm厚C25素混凝土衬砌，其中K2+1015～K2+1180底板衬砌段采用40cm厚钢筋砼衬砌。隧洞全洞段底板前期已浇筑，现剩660m全断面衬砌段边墙顶拱衬砌。 1.2隧洞衬砌工程量 隧洞衬砌工程的主要工程量：设计C25混凝土浇筑约4485m3，钢筋制安约405t，橡胶止水约661m。 1.3砼施工总布置 1.3.1施工道路布置 施工道路：根据前期已衬砌隧洞底板作为洞身衬砌施工道路。 1.3.2施工用电线路布置 采用开挖、混凝土浇筑所形成的系统。从变压器的低压端接至工作面。洞内动力线与照明线分开布置。 洞内照明采用36V低压灯泡，每20米安装100W灯泡一只，照明线挂在距底板2.0m位置。 输电线路采用95mm2四芯电缆，电源分别由洞外系统变压器接入。 1.3.3混凝土浇筑施工机械布置 洞内混凝土衬砌采用1台HBT60混凝土泵，配合2台4m3砼罐车，由砼罐车运输至工作面，再由混凝土泵输送至仓内。 第3章区间隧道衬砌结构设计 3.1地下铁道线路上部建筑 钢轨、联接零件、道床、轨枕、防爬设备及道岔共同组成地下铁道线路上部建筑。地铁的特点有运量较大、快速迅捷、安全、准时、不污染环境，同时地铁可以修建在建筑物较多而且不便于发展地面交通的地方。 3.1.1 钢轨 选定钢轨类型的主要因素是年通过量、速度、选定的轴负载、延长检修周期、检修工作量和振动噪声。 （1）钢轨类型 综合国内外地铁钢轨类型和南昌轨道交通的实际情况，宜选用60kg/m的钢轨。 （2）钢轨铺设 中山西路站至子固路站区间为直线段，在地下铁道内由于阳光不受影响，温度变化相对较小，铺设无缝线路。对于无缝线路，采用换铺法进行施工，对于长轨条的焊接，采用基地焊接与工地焊接相结合的施工方式。基地焊选用接触焊，工地焊可以选用铝热焊或移动式气压焊。 3.1.2扣件 地下铁道的钢轨扣件有刚性扣件及弹性扣件两种，考虑到中子区间地段线路采用整体式道床，因此扣件采用全弹性分开式扣件。因为全弹性分开式扣件在垂直和横向均具有良好地弹性，相比而言更加适合整体式道床。 3.1.3道床 一般情况下有碎石道床和整体道床两种道床。整体道床的类型较多，随着轨枕方式的不同，有短轨枕式整体道床、长枕式整体道床、纵向浮置板式整体道床等。结合南昌铁路交通的实际情况，利用短轨枕整体道床设计区间，道床稳定、耐久性强、结构简单、造价低、施工简单。钢筋混凝土短轨枕的预制混凝土采用C50，嵌入在混凝土道床，采用C30混凝土道床，布设中心沟，在单层钢筋网的内，钢筋网作为一个杂散电流排水加固。 3.1.4道岔 道岔有单开道岔和双开道岔等形式。中山西路站至子固路站区间采用9号单开道岔。 目录 1 编制依据.................................................................................................................................................... 2编制目的 ................................................................................................................................................... 3适用范围 ................................................................................................................................................... 4作业准备 ................................................................................................................................................... 5检测出的问题与原因分析........................................................................................................................ 5.1 问题 ...................................................................................................................................................... 5.2 原因分析 .............................................................................................................................................. 5.3 处理方案 .............................................................................................................................................. 6 衬砌厚度的预防与保证措施................................................................................................................... 7安全及环保 ............................................................................................................................................... 7.1安全要求 ............................................................................................................................................... 7.2环保要求 ............................................................................................................................................... 第五章隧道衬砌结构检算 5.1结构检算一般规定 为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。5.2 隧道结构计算方法 本隧道结构计算采用荷载结构法。其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力，并进行结构截面设计。 5.3 隧道结构计算模型 本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算，计算软件为ANSYS10.0。 取单位长度（1m）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假定： ①衬砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3），梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。 ②围岩的约束采用弹簧单元（COMBIN14），弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上，该单元不能承受弯矩，只有在受压时承受轴力，受拉时失效。计算时通过多次迭代，逐步杀死受拉的COMBIN14单元，只保留受压的COMBIN14单元。 图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程 ③衬砌结构上的荷载通过等效换算，以竖直和水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。 ④衬砌结构自重通过施加加速度来实现，不再单独施加节点力。 ⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。 ⑥衬砌结构单元划分长度小于0.5m。 隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。 5.4 结构检算及配筋 本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段和Ⅳ级围岩段衬砌结构。根据隧道规范深、浅埋判定方法可知，Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段和深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。从得出的结果可知，Ⅴ级围岩深埋段，所受内力均较大，故对此工况进行结构检算。 5.4.1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩 围岩重度318.5/kN m γ=，弹性抗力系数300/k MPa m =，计算摩擦角 045?=o ，泊松比u=0.4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=，截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?，弹性模量29.5Pa E G =。轴心抗压强度：12.5cd a f MP =；弯曲抗压强度：13.5cmd a f MP =；轴心抗拉强度: 1.33cd a f MP =;泊松比u=0.2； (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度：37800/s kg m ρ=； 抗拉抗压强度：188std scd a f f MP ==； 弹性模量： 210s a E GP =； 5.4.2 结构内力图和变形图（Ⅴ级围岩深埋段） 5.4.3 结构安全系数 从上面的轴力图和弯矩图可知，需要对截面8、11、21、47、73进行检算， 而根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 （1）配筋前检算 混凝土和砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算： a KN R bh ?α≤ （式5-1） 变形段边墙及顶拱永久砼衬砌施工方案 一、概述 为加快变形段永久砼衬砌，决定开始进行变形段边墙及顶拱永久砼衬砌工作，由于该段临时支护采取了八字型钢加强支护的措施，从施工安全性方面考虑，该段不采取先拆除八字型钢支撑再进行边顶拱永久砼衬砌的方案施工，准备采取先进行边顶拱永久砼衬砌后，钢筋砼达到一定的强度后再拆除八字型钢支撑的施工方案。 二、方案编制依据 1、国家现行的有关技术标准和规程规范。 2 、现场实际情况。 三、施工布置 ㈠、风、水、电供应及通讯 1、施工供风、水、电：利用目前开挖与支护已形成的风、水、电路。 2、施工通讯：使用目前已安装好的电信手机。 ㈡、综合加工厂：钢筋、模板加工利用当前已形成的综合加工厂。 ㈢、砼拌合系统 利用目前已形成的砼拌系统，用6m3砼搅拌运输车对工作面进行运输供料。 四、砼衬砌施工方案 （一）、砼施工工艺 1、施工工艺流程 砼衬砌施工采用先安装钢筋后立模的方式。钢筋在钢筋加工厂严格按设计和规范要求制作，人工现场架立、绑扎、套丝、焊接成型，隧洞衬砌施工工艺流程如下： （1）施工放样：检查开挖断面。确保衬砌厚度达到设计要求。绑扎钢筋前将隧洞边顶拱墙面用清水清洗干净。 （2）钢筋均在加工厂制作成型，由于运输条件限制部分钢筋运至洞内钢筋台车上后再安装成型，现场人工制安。 （3）钢模脚手架就位后用测量仪器进行校核，确保位置准确。 （4）砼采用分层、左右交替对称连续浇筑，每层浇筑厚度控制在40～50cm，输送管口至浇筑面垂直距离控制在1.5m以内，防止砼离析。砼浇筑过程中，保持连续施工，避免停歇造成“冷缝”，如因意外必须间断则间歇时间不超过1h，否则按施工缝处理。 （5）混凝土浇筑完成后12～18h内开始进行养护，养护采用喷水养护，使表面保持湿润。设专人进行养护，养护时间不少于14天。 （6）砼浇筑完成后3d后方可拆模，待砼强度达至设计强度的75%后方可进行八字支撑型钢的拆除工作。 （二）、施工方法 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。 隧道衬砌结构检算 5.1结构检算一般规定 为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。5.2 隧道结构计算方法 本隧道结构计算采用荷载结构法。其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力，并进行结构截面设计。 5.3 隧道结构计算模型 本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算，计算软件为ANSYS10.0。 取单位长度（1m）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假定： ①衬砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3），梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。 ②围岩的约束采用弹簧单元（COMBIN14），弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上，该单元不能承受弯矩，只有在受压时承受轴力，受拉时失效。计算时通过多次迭代，逐步杀死受拉的COMBIN14单元，只保留受压的COMBIN14单元。 图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程 ③衬砌结构上的荷载通过等效换算，以竖直和水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。 ④衬砌结构自重通过施加加速度来实现，不再单独施加节点力。 ⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。 ⑥衬砌结构单元划分长度小于0.5m。 隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。 5.4 结构检算及配筋 本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段和Ⅳ级围岩段衬砌结构。根据隧道规范深、浅埋判定方法可知，Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段和深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。从得出的结果可知，Ⅴ级围岩深埋段，所受内力均较大，故对此工况进行结构检算。 5.4.1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩 围岩重度318.5/kN m γ=，弹性抗力系数300/k M P a m =，计算摩擦角 045?= ，泊松比u=0.4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=，截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?，弹性模量29.5P a E G =。轴心抗压强度：12.5cd a f M P =；弯曲抗压强度：13.5cm d a f M P =；轴心抗拉强度: 1.33cd a f M P =;泊松比 u=0.2； (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度：37800/s kg m ρ=； 抗拉抗压强度：188std scd a f f M P ==； 弹性模量： 210s a E GP =； 5.4.2 结构内力图和变形图（Ⅴ级围岩深埋段） 5.4.3 结构安全系数 从上面的轴力图和弯矩图可知，需要对截面8、11、21、47、73进行检算， 而根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 （1）配筋前检算 混凝土和砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算： a K N R bh ?α≤ （式5-1） 安徽省池州市长九（神山）灰岩矿项目 工程名称：物流廊道（K0+000～K2+500）土建工 程 1#、2#隧洞二次衬砌混凝土施工方案 批准： 审核： 编制： 中国水利水电第八工程局有限公司 长九新材料工程项目部 二〇一七年五月二十日 目录 一、工程概况 (1) 二、施工准备 (1) 三、施工资源配置 (1) 3.1施工人员安排 (1) 3.2主要施工机械设备配置 (2) 四、施工进度计划 (3) 五、施工工序 (4) 六、施工方法 (5) 6.1钢模台车安装 (6) 6.1.1基本技术参数 (6) 6.1.2安装 (6) 6.2隧洞二次混凝土衬砌 (9) 6.2.1测量放样及施工准备 (9) 6.2.2施工用电、用水及原材料供应 (11) 6.2.3钢筋制作安装 (11) 6.2.4二衬台车就位 (12) 6.2.5施工缝、变形缝处理 (13) 6.2.6二衬混凝土施工 (13) 6.2.7洞内排水 (15) 七、质量安全保证措施 (15) 7.1质量保证措施 (15) 7.2施工安全保障措施 (16) 八、文明施工保证措施 (18) 一、工程概况 根据设计蓝图，1#隧洞洞身全长1197m（K0+298~K1+495），2#隧洞洞身全长149m（K2+140~K2+289）。其中，1#隧洞进口267m （K0+298~K0+565）、出口180m（K1+315~K1+495），以及2#隧洞全洞身，均为Ⅳ、Ⅴ类围岩，在进行一次支护后，采用二次混凝土衬砌加强支护。 根据2017-007号设计修改通知单要求，10m塌方段（K1+452~K1+442）顶拱中心线衬砌厚度调整为60cm，拱肩部位衬砌厚度保持原设计40cm不变。除塌方段，其余洞身衬砌混凝土厚度均按设计40cm进行施工。衬砌混凝土均采用C25钢筋混凝土。 根据设计文件，实际揭露围岩为Ⅴ类或者土质洞段时，混凝土衬砌段长度不小于30m，并延伸至稳定围岩洞段。 二、施工准备 （1）施工测量控制点已布设并复测完毕，洞顶监控量测点已布设并监测，一次支护稳定。 （2）施工衬砌混凝土配合比完成试验及审批工作。 （3）二次衬砌所需要的材料、钢模台车等准备、检验、进场完成。 （4）一次支护表面平整度满足衬砌要求。 （5）施工人员、机械设备均已进场准备就绪。 三、施工资源配置 3.1施工人员安排 衬砌作业队细分为钢筋班组、安装班组、混凝土施工班组，各班组人员配置见表1。 第五章隧道衬砌结构检算 5、1结构检算一般规定 为了保证隧道衬砌结构的安全,需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时,对混凝土应进行抗裂验算。 5、2 隧道结构计算方法 本隧道结构计算采用荷载结构法。其基本原理为:隧道开挖后地层的作用主要就是对衬砌结构产生荷载,衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力,然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力,并进行结构截面设计。 5、3 隧道结构计算模型 本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算,计算软件为ANSYS10、0。 取单位长度(1m)的隧道结构进行分析,建模时进行了如下简化处理或假定: ①衬砌结构简化为二维弹性梁单元(beam3),梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。 ②围岩的约束采用弹簧单元(COMBIN14),弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上,该单元不能承受弯矩,只有在受压时承受轴力,受拉时失效。计算时通过多次迭代,逐步杀死受拉的COMBIN14单元,只保留受压的COMBIN14单元。 图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程 ③衬砌结构上的荷载通过等效换算,以竖直与水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。 ④衬砌结构自重通过施加加速度来实现,不再单独施加节点力。 ⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。 ⑥衬砌结构单元划分长度小于0、5m。 隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。 5、4 结构检算及配筋 本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段与Ⅳ级围岩段衬砌结构。根据隧道规范深、浅埋判定方法可知,Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段与深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数与修改后的程序,得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图与弯矩图。从得出的结果可知,Ⅴ级围岩深埋段,所受内力均较大,故对此工况进行结构检算。 5、4、1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩 围岩重度318.5/kN m γ=,弹性抗力系数300/k MPa m =,计算摩擦角045?=o ,泊松比u=0、4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=,截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?,弹性模量29.5Pa E G =。轴心抗压强度:12.5cd a f MP =;弯曲抗压强度:13.5cmd a f MP =;轴心抗拉强度: 1.33cd a f MP =;泊松比u=0、2; (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度:37800/s kg m ρ=; 抗拉抗压强度:188std scd a f f MP ==; 弹性模量:210s a E GP =; 5、4、2 结构内力图与变形图(Ⅴ级围岩深埋段) 5、4、3 结构安全系数 从上面的轴力图与弯矩图可知,需要对截面8、11、21、47、73进行检算,而 根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 (1)配筋前检算 混凝土与砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算: a KN R bh ?α≤ (式5-1) 施工组织设计 一、概况 2010年4月20日安宁渡水电站川标洞挖贯通完成后，进行底部清理，2010 年5月份隧洞全部清理结束，2010年5月30日开始第一台钢模台车进行安装，2#、3#引水隧洞段砼拟采用2台针梁式钢模台车衬砌完成。截至2010年6月15日第一台钢模台车已安装就绪，在衬砌还未开始前进行施工技术指导，组织好全面施工工序衔接。确保隧洞衬砌顺利完成，特编写本施工组织设计。 二、洞内施工设备布置 2#、3# 引水隧洞长度1776.432m （2+298.5 ?4+074.932 ），开挖直径为5.6m，衬砌后直径为5m，混凝土衬砌厚度为0.3m。根据施工总进度的安排，引水隧洞衬砌时段为2010年6月20日?2011年4月30日，衬砌施工工期为10个月，隧洞平均衬砌月进尺为150m/月。在2#和3#引水隧洞 共采用2套针梁式钢模台车进行衬砌施工 3 3 （L=9m，:?：』=5m, G=65t ）。采用3.0m 、6.0m 混凝土罐车运输，每套台车配1台 HB60泵泵送入仓，100型或HZ6X-50 型软轴振捣器振捣。 三、引水洞衬砌施工 （1）浇筑分层、分段 引水洞混凝土衬砌施工主要采用针梁式钢模台车施工，针梁式钢模台车衬砌混凝土施工采用全断面、一次成形的浇筑方式。钢模台车衬砌分段长度为9.0m 或12m，相邻浇筑段间采用止水片连接。洞内衬砌混凝土施工采用循环作业方式，混凝土衬砌作业循环时间见表1-1。 引水洞混凝土衬砌作业循环时间表表1-1 钢模台车衬砌一段混凝土直线工期为3天，每月安排10个循环，月进尺每台可达90m/月。2#引水隧洞钢模台车衬砌施工方向从2+298.5m处向下游段进行衬砌；3# 引水洞钢模台车衬砌施工方向从3+983.56m处向上游进行衬砌，引水隧洞衬砌断面较大，钢筋架立困难。为了缩短钢筋架设时间，同时确保钢筋施工的质量，洞内钢筋绑扎和焊接通过钢筋台车架设。钢筋架设领先于混凝土浇筑3?4个浇筑段，以确保混凝土浇筑顺利进行。 （2）浇筑方法 1）台车就位 根据施工进度，钢模台车在2010年6月安装，所有部件采用汽车经2#支洞进引水主洞到达桩号2+983.5处，通过在顶拱上打的锚杆，使用20t汽车、手动葫芦辅助，组装完成。其安装顺序为底模，行走门架，顶、侧模。钢模台车按使用说明书在厂家指导下进行安装和使用，组织专业班组按操作规程将台车就位，并固定牢固。安装偏差应符合GB50204-92的规定。模板在使用之前应清理干净，并涂刷符合监理工程师要求的脱模剂。模板与已浇混凝土面的接触必须平整严密，以保证混凝土表面的平整度和混凝土的密实性，避免产生错台、挂帘等缺陷。 两端侧模模板安装：安装两端侧模模板是钢模台车施工方法的关键工序之一。为了使两端侧模模板安装牢靠，在钢模板周边设计一些安装两端侧模模板专用的工件、卡具和支撑传力梁等。 2）仓号准备 混凝土浇筑前将开挖面大致清理平整，发现有尖角石块要及时处理，避免衬砌应力集中，进行钢筋及埋件安装。仓号准备完毕待监理工程师验收合格后，再进行混凝土浇筑。混凝土浇筑前应润湿基岩面和混凝土施工缝。 3）混凝土入仓 混凝土入仓采用2台HB60混凝土泵泵送入仓。混凝土入仓后采用振捣器辅以人工摊铺，铺料厚度不得大于振捣棒长度的1.25 倍。引水洞两侧混凝土应均衡上升，两侧混凝土高差不大于50cm。同一浇筑块，在浇筑时左右对称均匀连续进行，加强振捣，在斜面（约3.3% ）上浇筑混凝土从低处开始，浇筑面保持水平。 4）混凝土运输： 砼运输主要利用2#支洞，因洞身进口断面较小，尽量减小砼罐车的运输距离，采用砼泵泵送入仓。5）平仓振捣 混凝土振捣根据衬砌厚度及不同部位（侧拱、顶拱）选用100、七0插入式振捣器振捣。振捣时均匀移动振捣器，移动间距不得大于振捣器影响半径，振捣上一层混凝土时应将振捣棒插入下一层混凝土15cm，以免漏振和过振。为使所浇筑混凝土内实外光，除软轴插入式振捣器振捣外，还在模板侧的一定位置布置一定数量的附着式平板振捣器进行振捣。 隧道衬砌裂缝及渗水处理方案 针对目前隧道衬砌表面存在裂缝和渗水的质量缺陷，特制订本处理方案，要求施工现场参照方案内容做好衬砌裂缝及渗水的治理工作。 一、衬砌裂缝原因及处理措施 1、裂缝成因分析 裂缝的类型主要分为：干缩裂缝、温度裂缝、外荷载作用产生的变形裂缝及施工缝处理不当引起的接茬缝等。 （1）干裂裂缝 混凝土在硬化过程中水分逐渐蒸发散失，使水泥石中的凝结胶体干燥收缩产生变形，由于受到围岩和模板的约束，变形产生应力，当应力值超过混凝土的抗拉强度时，就会出现干燥裂缝。干燥裂缝多为表面性的，走向没有规律。影响混凝土干燥裂缝的原因主要有：水泥品种、用量及水灰比，骨料的大小和级配，外加剂品种和掺量。 （2）温度裂缝 水泥水化过程中产生大量的热量，在混凝土内部和表面间形成温度梯度面产生应力，当温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生温度裂缝。裂缝宽度冬季较宽，夏季较窄。温度裂缝的产生与二次衬砌混凝土的厚度及水泥品种、用量有关。 （3）变形裂缝 仰拱和拱墙基础的虚碴未清理干净，混凝土浇筑后，基底产生不均匀沉降；过早脱模，在外力荷载的作用下发生变形进而产生裂缝；脱模时混凝土受到较大外力撞击（大型施工机械、爆破产生的冲击波或大块石等）产生变形裂缝。 （4）接茬缝 施工过程中由于停电、机械故障等原因迫使混凝土浇注中断时间超过混凝土的初凝时间，继续浇筑混凝土时，原有的混凝土基础表面没有进行凿毛处理，或者凿毛后没有用水冲洗干净，也没有铺水泥砂浆垫层，就在原混凝土表面浇筑混凝土，致使新旧混凝土接茬间出现裂缝。 2、裂缝调查及观测 （1）对排查出的裂缝进行统计，根据裂缝的里程位置、长度、宽度建立观测记录，在裂缝未稳定前指派专人按一定频率进行观测，记录裂缝是否有新的发展。 （2）结合裂缝分布及工程实际情况，采用仪器检测裂缝发展的深度和宽度，同时采用定位钢筋的仪器测定裂缝段的钢筋位置并检测对应位置的钢筋保护层厚度和衬砌厚度，在此基础上判定裂缝是否穿透钢筋保护层厚度或贯穿隧道衬砌。 （3）观测裂缝的宽度变化和错台情况，在裂缝最宽处两侧粘贴两个薄铁片并垂直拼缝处刻画标记线。定期用卡尺量测裂缝宽度变化数值并做好记录。 （4）观测裂缝的长度变化，在裂缝两端刻画标记，定期用钢卷尺量测裂缝长度变化数值并做好记录。 3、裂缝处理 （1）裂缝处理的必要性 隧道衬砌混凝土裂缝是隧道衬砌施工中常见的质量通病，混凝土结构的破坏都是从裂缝扩展开始的。隧道衬砌开裂后降低衬砌承载力，损坏外观形象，出现渗水现象，对通风、照明设备的保养，运营期间的安 压力隧洞衬砌计算方法 李青麒 何其诚 (武汉水利电力大学水电学院 武汉 430072) 提 要 本文介绍一种压力隧洞的衬砌计算方法,并利用该方法对某水电站压力斜井进行了计算分析。该方法根据工程区域实测地应力资料回归拟合初始应力场,在此基础上模拟隧洞开挖、衬砌及衬砌与围岩间的初始缝隙,考虑在内水压力作用下衬砌与围岩联合作用,计算衬砌裂缝的分布,裂缝开展宽度及相应的配筋率等。 关键词 压力管道 钢衬钢筋混凝土结构 不衬砌隧洞 水力劈裂 围岩 本文于1998年3月2日收到。 一、前 言 通常引水式水电站在隧洞或调压室后面均接一压力管直达发电厂房,当此压力管道 布置在地下时,则成为埋藏式钢衬钢筋混凝土结构。在挪威、英、美等国,根据具体地质条件,有不少压力管道采用不作钢衬或完全不衬砌的压力隧洞结构形式。设计中多采用从工程实践中所总结出来的经验公式,如挪威的经验公式、澳大利亚的雪山公式。其理论依据主要是:对于地质条件好或较好的情况,当岩体中存在足够的初始应力,可以防止在内水压力作用下围岩发生水力劈裂,则可以单独由围岩承担内水压力作用。我国曾有过一些隧洞和洞段根据工程经验和类比采用了不衬砌隧洞形式;近年来国外不衬砌压力隧洞的成功经验在国内引起了广泛的重视,并在几个地质条件相对优越的水电站中根据上述经验公式成功地设计了不衬砌高压隧洞,如广州抽水蓄能电站、天荒坪抽水蓄能电站等。在地质条件好或比较好的情况下,采用不衬砌压力隧洞,可以节省压力管道投资、简化施工程序、缩短工期,无疑是比较先进的,会有广泛的前景。但设计所依据的经验公式则有其局限性:首先,严格说来,防止内压下围岩劈裂的是隧洞开挖后的二次应力,在隧洞断面尺寸不大时,用初始应力代替尚可,而以上覆岩体厚度作为判据则是粗略的,主要在于经验公式无法反映地质条件的影响和围岩各主应力间的差异。其次笼统地认为内水压力作用下,隧洞钢筋混凝土一旦开裂后,则衬砌成为完全的渗水结构,并丧失承载能力,仅起减糙作用也较粗略;工程实践证明,当衬砌裂缝开展宽度不大时(012～013mm 以下),将不会影响结构正常使用,不能等同于无衬砌隧洞。随着地应力测试技术的发展和数值计算手段的普及,目前在我国大、中型水电工程中地应力测试和数值计算分析已是设计中比较常见的手段。此时,不断探索一些新的设计计算方法,以补充经验公式的不足是可取的。 本文提出一种钢筋混凝土压力隧洞的三维有限元分析方法,能较全面地反映地应力、 1998年第3期 水 力 发 电 学 报 JOU RNAL O F H YDRO EL ECTR I C EN G I N EER I N G 总第62期 XXXXXXXXXX引水隧道项目衬砌台车计算书 编制： 校核： 审核： 2017年10月 xxxxx项目衬砌台车计算书 1、《xxxxx施工图设计》 2、《衬砌台车结构设计图》 3、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003) 4、《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002) 2. 概况 xxxxx隧道衬砌模板系统及台车布置图如下图。隧道二衬模板由一顶模、两侧模组成，模板均由6mm钢板按照二衬外轮廓线卷制而成。顶模模板拱架环向主肋采用I10工字钢,加工成R=1447mm，L=3650mm的圆弧拱形，拱架环向肋板间距1m，拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢，间距30cm；侧模模板拱架环向肋板采用1524mm长的I14工字钢，侧模环向肋板在隧洞腰线以上部分加工成加工成R=1447mm，L=527mm的圆弧拱形，腰线以下加工成R=3327mm，L=997mm的圆弧拱形，拱架环向肋板间距1m，拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢，间距30cm。 衬砌台车由顶拱支撑、台车门架结构、走行系统、顶升系统及侧模支撑系统组成，纵向共9m长。顶拱支撑采用H200×200×立柱，纵向焊接通长的∠45*45*6的角钢组成钢桁架，焊接于台车门市框架主横梁上，支撑顶模。衬砌台车门式框架立柱采用H200×200×型钢、横梁、纵梁均采用I20a工字钢焊接组成，其节点处焊接1cm厚的三角连接钢板缀片进行加固。本衬砌台车与顶拱支撑焊接为一个整体。进行顶模的安装及拆除时，在轨道两侧支垫20*20*60cm的枕木，枕木上安放千斤顶进行台车和顶拱支撑系统的整体升降。侧模支撑系统的螺旋丝杆，每断面设置4个。下部螺旋丝杆水平支承于台车的I20a纵梁上，上部螺旋丝杆水平支撑于台车的I20a立柱上。三角板与构件之间焊接为满焊,焊脚高度10mm；焊缝不允许出现咬边、未焊透、裂纹等缺陷。模板系统及台车构件均采用Q235普通型刚。 重庆交通大学教案 第6章隧道结构计算 6.1 概述 6.1.1 引言 隧道结构工程特性、设计原则和方法与地面结构完全不同，隧道结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同的并相互作用的结构体系。各种围岩都是具有不同程度自稳能力的介质，即周边围岩在很大程度上是隧道结构承载的主体，其承载能力必须加以充分利用。隧道衬砌的设计计算必须结合围岩自承能力进行，隧道衬砌除必须保证有足够的净空外，还要求有足够的强度，以保证在使用寿限内结构物有可靠的安全度。显然，对不同型式的衬砌结构物应该用不同的方法进行强度计算。 隧道建筑虽然是一门古老的建筑结构，但其结构计算理论的形成却较晚。从现有资料看，最初的计算理论形成于十九世纪。其后随着建筑材料、施工技术、量测技术的发展，促进了计算理论的逐步前进。最初的隧道衬砌使用砖石材料，其结构型式通常为拱形。由于砖石以及砂浆材料的抗拉强度远低于抗压强度，采用的截面厚度常常很大，所以结构变形很小，可以忽略不计。因为构件的刚度很大，故将其视为刚性体。计算时按静力学原理确定其承载时压力线位置，检算结构强度。 在十九世纪末，混凝土已经是广泛使用的建筑材料，它具有整体性好，可以在现场根据需要进行模注等特点。这时，隧道衬砌结构是作为超静定弹性拱计算的，但仅考虑作用在衬砌上的围岩压力，而未将围岩的弹性抗力计算在内，忽视了围岩对衬砌的约束作用。由于把衬砌视为自由变形的弹性结构，因而，通过计算得到的衬砌结构厚度很大，过于安全。大量的隧道工程实践表明，衬砌厚度可以减小，所以，后来上述两种计算方法已经不再使用了。进入本世纪后，通过长期观测，发现围岩不仅对衬砌施加压力，同时还约束着衬砌的变形。围岩对衬砌变形的约束，对改善衬砌结构的受力状态有利，不容忽视。衬砌在受力过程中的变形，一部分结构有离开围岩形成“脱离区”的趋势，另一部分压紧围岩形成所谓“抗力区”，如图6-1所示。在抗力区内，约束着衬砌变形的围岩，相应地产生被动抵抗力，即“弹性 94 木里河立洲水电站引水隧洞1#、2#施工支洞及 其控制主洞段工程 混凝土衬砌施工方案 木里河立洲电站引水隧洞1＃、2＃施工支洞控制主洞段 混凝土衬砌施工方案 1.概述 1.1工程概况 立洲水电站引水隧洞工程C4-1标引水隧洞引0+100～引5+500，全长5.4km，目前已完成上半洞一期开挖支护，正在进行衬砌混凝土筹备工作。衬砌采用C25钢筋混凝土，衬砌后直径为8.2m，洞身纵坡为0.30196％。衬砌型式根 、C四种，其中A型衬砌断面761m；B型衬砌据围岩类别分为A、B、B 1 型衬砌断面2088.043m；C型衬砌断面1038.217m。 断面1514.5m； B 1 1.2 主要工程量 引水隧洞（0+100～5+500）混凝土衬砌施工主要工程量： 2施工布置 2.1施工道路 2.1.1 1#施工支洞控制主洞段 1#施工支洞控制主洞段衬砌混凝土为商品混凝土，由坝区混凝土系统提供，距1#施工支洞洞口约150m。路面为泥结碎石，宽4.5m，施工支洞内道路为碾压混凝土路面，满足混凝土运输要求。 2.1.2 2#施工支洞控制主洞段 2#施工支洞控制主洞段衬砌混凝土为自制混凝土，由我部自行建设拌和站拌制。拌和站布置于8#公路K0+260处2#临时渣场内，距2#施工支洞洞口约350m。路面为泥结碎石，宽 4.5m，施工支洞内道路为碾压混凝土路面，满足混凝土运输要求。 2.2风、水、电的布置 混凝土衬砌风、水、电系统拟在原一期开挖支护风、水、电布置的线路基础上进行加大、延伸布置，满足施工要求。 2.3混凝土的拌制、运输 2#施工支洞控制主洞段衬砌混凝土由位于2#渣场的拌和站供应，1#施工支洞控制主洞段衬砌混凝土由坝区混凝土系统供应（初步确认由我部自制），采用6m3混凝土搅拌运输车运输，60m3/h混凝土输送泵入仓。 3施工进度安排和强度分析 3.1施工进度安排 3.1.1 1#施工支洞控制主洞段上游面（引0+100～引1+362.435）： 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。 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。 据沪定、天全两县21年（1960-1980年）气候资料,多年平均气温分别为16.6℃和15.1℃,沪定略高于天全，多年平均降雨量分别为636.8 mm和 隧道斜井与正洞交叉口处衬砌施工方案 根据哈牡客专公司工期要求，结合我标段隧道斜井与正洞交叉口处实际断面形式和尺寸，为了确保现场施工的安全和质量、加快施工进度，顺利完成斜井与正洞交叉口处衬砌施工特编制本方案。 一、工程概况 标段内红池隧道斜井和转心湖隧道斜井与正洞交叉口处衬砌均未施工，原设计交叉口处正洞40米范围按Ⅳ支护类型衬砌、斜井洞身30米范围按Ⅴ级支护类型衬砌；变更设计后斜井作为防灾救援通道使用，交叉口处洞身30米范围按Ⅴ级双车道断面进行衬砌。 二、总体施工方案 在交叉口处正洞衬砌施工完成后，斜井洞身在保证衬砌厚度的前提下，根据既有断面结构尺寸，适当调整设计断面净空大小施作2米的临时衬砌。三、人员机械组织情况 1、主要人员组织 现场技术员：1人；现场领工员：1人；钢筋工： 8人；混凝土工：10人；木工：8人。 2、主要机械组织 衬砌台车：1台；衬砌简易台架：1台；混凝土运输车：3台；振捣棒：4台。 四、施工方法 1、正洞衬砌施工方法 交叉口处正洞衬砌施工工艺流程图 ①、根据“牡绥防灾初隧变01-08防灾救援疏散管线过轨预埋设计图”要求，交叉口处需预埋10根过轨钢管（4根φ100的热浸塑钢管和6根φ150的热浸塑钢管）。由于该段仰拱施工已完成，在衬砌和水沟电缆槽施工前，可采取开槽后埋入的方式进行施工，施工前要进行准确的施工放线，确认好埋设位置后进行开槽施工。过轨管埋设后以M10水泥砂浆封填，并保证过轨管周边水泥砂浆厚度不小于5cm。 ②、衬砌施工前，对该段净空断面进行检查，是否存在欠挖等造成衬砌厚度不足的部位，尤其要注意交叉口处斜井洞顶的部位，按照设计要求该处设置一环向暗梁（详见设计联系单“关于牡绥线作为防灾救援通道的斜井与正洞交叉口处设计预留要求（哈指-牡绥线-隧道-2013-06号）”），该部位必须要保证断面净空尺寸，确保衬砌及暗梁的厚度。 ③、防水板的铺挂与正洞一般地段形式相同，在斜井洞身与正洞交叉口处预留出斜井洞身衬砌防水板的搭接长度，以便施工斜井洞身衬砌防水板时进行连接，要求预留长度不少于1米。由于正洞与斜井交叉口处构成三维立体结构，铺挂防水板时要预留出足够的松弛度，确保下一步封端堵头模板的顺隧洞衬砌技术方案
第三章 区间隧道衬砌结构设计分析
隧道衬砌厚度不足处理方案
隧道衬砌计算
【隧道方案】隧道变形段边墙及顶拱永久混凝土衬砌施工方案
隧道设计衬砌计算实例讲解(结构力学方法)
隧道衬砌计算
隧洞衬砌混凝土施工方案
隧道衬砌计算
引水隧洞衬砌施工方案
隧道衬砌裂缝及渗水处理方案
压力隧洞衬砌计算方法
隧道衬砌台车结构计算书
隧道结构计算
引水隧洞混凝土衬砌施工方案
隧道设计衬砌计算范例
隧道斜井与正洞交叉口处衬砌施工方案
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