第4章山岭隧道衬砌计算共60页
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第1页 共24页施工单合同号:XMTJ-监理单工程名一、Sma 型明二衬内轮1、Sma 型明2、Sma 型明3、4、Sma 型明编号规格单根长(mm)总长(m)单位重(Kg/m)总重(Kg)小计(Kg)N1Φ2228114140.57 2.98418.9N2Φ2223915119.58 2.98356.35N3Φ221164858.24 2.98173.56N4Φ221233161.66 2.98183.75N5Φ161000346 1.58546.68546.68N6φ8633462.090.396182.99N7φ8906126.840.39650.233461679.24730233.22140隧道设计数量计算书二衬外轮廓面积S2=π×(5.5+0.6)²/2+5.5×sin(108°14′33″-90°)×[5.5+0.6-5.5×cos(108°14′33″-90°)+1/2×5.5×cos(108°14′33″-90°)]×2=70.4609m ²仰拱内轮廓面积S3=π×1.2²/360°×57°41′19″×2+π×18²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=19.9537m ²仰拱外轮廓面积S4=π×(5.5+0.6)²/2+(5.5+0.6)×2×[(1.6+1.45+0.6)-(18+0.6)×(1-cos14°4′8″)] +π×(18+0.6)²/360°×14°4′8″×2-(18+0.6)²×sin14°4′8″×cos14°4′8″-S2=29.0858m ²Sma型明洞仰拱填充C15混凝土每延米数量:[1.45-0.34-18×(1-cos(ASIN(7.75/2/18)))]×7.75+18²×ASIN(7.75/2/18)-18²×(7.75/2/18)×cos(ASIN(7.75/2/18))=7.52m ³根数合计(Kg)51132.56光圆钢筋:5233.2255带肋钢筋:施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书施工单合同号:XMTJ-监理名隧道设计数量计算书二、Smb 型明二衬内轮1、Smb 型明2、Smb 型明3、4、5、Smb 型明Smb型明洞仰拱填充C15混凝土每延米数量:[1.45-0.34-18×(1-cos(ASIN(7.75/2/18)))]×7.75+18²×ASIN(7.75/2/18)-18²×(7.75/2/18)×cos(ASIN(7.75/2/18))=7.52m ³Smb型明洞外边墙C20混凝土每延米数量:(0.6×2+9.7×0.3)×9.7/2+(1.55×2+0.524)×5.245/2+(1.55+0.524)²×tan(14°4′8″)+ π×(18+0.6)²/360°×(14°4′8″)-(18-1.45)²/cos(14°4′8″)×sin(14°4′8″)/2 +[1.6×2+(5.5+0.6+0.6)×cos60°]×(5.5+0.6+0.6)×sin60°/2-π×(5.5+0.6)²/360°×(108°14′33″-60°)-π×(1.2+0.6)²/360°×(57°41′19″)-[π×(18+0.6)²/360°×(14°4′8″)-(18-1.2)×(18-1.45-1.6)×sin(14°4′8″)]=27.89m ³二衬外轮廓面积S2=π×(5.5+0.6)²/360°×(108°14′33″+90°)+5.5×sin(108°14′33″-90°)× [5.5+0.6-5.5×cos(108°14′33″-90°)+1/2×5.5×cos(108°14′33″-90°)]=70.3789m ²仰拱内轮廓面积S3=π×1.2²/360°×57°41′19″×2+π×18²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=19.9537m ²仰拱外轮廓面积S4=π×(5.5+0.6)²/360°×(108°14′33″+90°)+π×(1.2+0.6)²/360°×57°41′19″ +π×(18+0.6)²/360°×14°4′8″-1/2×(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″+(5.5+0.6)×[(1.6+1.45+0.6)-(18+0.6)×(1-cos14°4′8″)]+π×(18+0.6)²/360°×14°4′8″ -1/2×(18+0.6)²×sin14°4′8″×cos14°4′8″-S2=28.122m ²施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书施工单合同号:XMTJ-监理名隧道设计数量计算书三、Smc 型明二衬内轮1、Smc 型明2、Smc 型明3、二衬外轮廓面积S2=π×(5.5+0.6)²/360°×108°14′33″×2=70.2969m ²仰拱内轮廓面积S3=π×1.2²/360°×57°41′19″×2+π×18²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=19.9537m ²仰拱外轮廓面积S4=π×(1.2+0.6)²/360°×57°41′19″×2+π×(18+0.6)²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=27.1583m ²Smc型明洞仰拱填充C15混凝土每延米数量:[1.45-0.34-18×(1-cos(ASIN(7.75/2/18)))]×7.75+18²×ASIN(7.75/2/18)-18²×(7.75/2/18)×cos(ASIN(7.75/2/18))=7.52m ³施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书施工单合同号:XMTJ-监理名隧道设计数量计算书四、S5a 型复二衬内轮1、S5a 型洞2、S5a 型洞3、S5a 型洞4、S5a 型洞奇数排每偶数排每5、洞身开挖轮廓面积S5=π×(5.5+0.5+0.25)²/2+π×(3.5+5.5+0.5+0.25)²/360°×(10°53′32″)×2-3.5²×tan10°53′32″+π×1.7²/360°×(64°8′7″)×2+π×(18+0.5+0.25)²/360°×(14°58′21″)×2 -(18.75-1.7)×(18-1.45-1.6+3.5×tan10°53′32″)×sin14°58′21″=103.3585m ²S5a型洞身初支钢筋网每延米数量:[π×(6+0.23)+π×(3.5+6+0.23)/180°×(10°53′32″)×2]/0.15×0.396 +取整([π×(6+0.23)+π×(3.5+6+0.23)/180°×(10°53′32″)×2-0.15]/0.15+1)×0.396=122.81Kg二衬外轮廓面积S2=π×(5.5+0.5)²/360°×108°14′33″×2=68.0109m ²仰拱内轮廓面积S3=π×1.2²/360°×57°41′19″×2+π×18²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=19.9537m ²仰拱外轮廓面积S4=π×(1.2+0.5)²/360°×57°41′19″×2+π×(18+0.5)²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=25.8949m ²施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书施工单合同号:XMTJ-监理名隧道设计数量计算书五、S5b 型复二衬内轮1、S5b 型洞2、S5b 型洞3、S5b 型洞4、S5b 型洞奇数排每偶数排每5、仰拱外轮廓面积S4=π×(1.2+0.5)²/360°×57°41′19″×2+π×(18+0.5)²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=25.8949m ²洞身开挖轮廓面积S5=π×(5.5+0.5+0.25)²/2+π×(3.5+5.5+0.5+0.25)²/360°×(10°53′32″)×2-3.5²×tan10°53′32″+π×1.7²/360°×(64°8′7″)×2+π×(18+0.5+0.25)²/360°×(14°58′21″)×2 -(18.75-1.7)×(18-1.45-1.6+3.5×tan10°53′32″)×sin14°58′21″=103.3585m ²S5b型洞身初支钢筋网每延米数量:[π×(6+0.23)+π×(3.5+6+0.23)/180°×(10°53′32″)×2]/0.2×0.396 +取整([π×(6+0.23)+π×(3.5+6+0.23)/180°×(10°53′32″)×2-0.2]/0.2+1)×0.396=92.01Kg二衬外轮廓面积S2=π×(5.5+0.5)²/360°×108°14′33″×2=68.0109m ²仰拱内轮廓面积S3=π×1.2²/360°×57°41′19″×2+π×18²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=19.9537m ²施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书施工单合同号:XMTJ-监理名隧道设计数量计算书六、S5c 型复二衬内轮1、S5c 型洞2、S5c 型洞3、S5c 型洞4、S5c 型洞奇数排每偶数排每5、二衬外轮廓面积S2=π×(5.5+0.6)²/360°×108°14′33″×2=70.2969m ²仰拱内轮廓面积S3=π×1.2²/360°×57°41′19″×2+π×18²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=19.9537m ²仰拱外轮廓面积S4=π×(1.2+0.6)²/360°×57°41′19″×2+π×(18+0.6)²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=27.1583m ²洞身开挖轮廓面积S5=π×(5.5+0.6+0.27)²/2+π×(3.5+5.5+0.6+0.27)²/360°×(10°58′52″)×2-3.5²×tan10°58′52″+π×1.8²/360°×(64°0′16″)×2+π×(18+0.6+0.27)²/360°×(15°0′52″)×2 -(18.87-1.8)×(18-1.45-1.6+3.5×tan10°58′52″)×sin15°0′52″=107.8486m ²S5c型洞身初支钢筋网每延米数量:[π×(6.1+0.25)+π×(3.5+6.1+0.25)/180°×10°58′52″×2]/0.15×0.396 +取整([π×(6.1+0.25)+π×(3.5+6.1+0.25)/180°×10°58′52″×2-0.15]/0.15+1)×0.396=125.19Kg施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书施工单合同号:XMTJ-监理名隧道设计数量计算书七、S4a 型复二衬内轮1、S4a 型洞2、S4a 型洞3、S4a 型洞4、S4a 型洞5、S4a 型洞奇数排每偶数排每二衬外轮廓面积S2=π×(5.5+0.45)²/360°×108°14′33″×2=66.8821m ²仰拱内轮廓面积S3=π×1.2²/360°×57°41′19″×2+π×18²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=19.9537m ²仰拱外轮廓面积S4=π×(1.2+0.45)²/360°×57°41′19″×2+π×(18+0.45)²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=25.2726m ²洞身开挖轮廓面积S5=π×(5.5+0.45+0.24)²/2+π×(3.5+5.5+0.45+0.24)²/360°×(10°45′29″)×2 -3.5²×tan10°45′29″+π×1.67²/360°×(64°19′58″)×2+π×(18+0.45+0.24)²/360°×(14°54′33″)×2-(18.69-1.67)×(18-1.45-1.6+3.5×tan10°45′29″)×sin14°54′33″=101.1397m ²施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书施工单合同号:XMTJ-监理名隧道设计数量计算书八、S4b 型复二衬内轮1、S4b 型洞2、S4b 型洞3、S4b 型洞4、S4b 型洞5、S4b 型洞奇数排每偶数排每二衬外轮廓面积S2=π×(5.5+0.4)²/360°×108°14′33″×2=65.7628m ²仰拱内轮廓面积S3=π×1.2²/360°×57°41′19″×2+π×18²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=19.9537m ²仰拱外轮廓面积S4=π×(1.2+0.4)²/360°×57°41′19″×2+π×(18+0.4)²/360°×14°4′8″×2 -(18-1.2)×(18-1.6-1.45)×sin14°4′8″=24.6566m ²洞身开挖轮廓面积S5=π×(5.5+0.4+0.22)²/2+π×(3.5+5.5+0.4+0.22)²/360°×(15°3′46″)×2-3.5²×tan15°3′46″+(3.5+5.5+0.4+0.22-3.5/cos15°3′46″)²×cos15°3′46″×sin15°3′46″+π×(1.2+0.4)²/360°×【ACOS{[0.9+1.6-(5.5-1.2)×sin(108°14′33″-90°)]/(1.2+0.4)}-14°4′8″】×2-[0.9+1.6-(5.5-1.2)×sin(108°14′33″-90°)]²×【tanACOS{[0.9+1.6-(5.5-1.2)×sin(108°14′33″-90°)]/(1.2+0.4)}-tan14°4′8″】+π×(18+0.4)²/360°×(14°4′8″)×2-(18-1.45+0.9)²×tan14°4′8″=96.0949m ²施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书施工单合同号:XMTJ-监理名隧道设计数量计算书九、S4c 型复1、S4c 型洞2、S4c 型洞3、S4c 型洞4、S4c 型洞奇数排每偶数排每5、6、S4c 型洞洞身开挖轮廓面积S3=π×(5.5+0.35+0.15)²/2+π×(3.5+5.5+0.35+0.15)²/360°×(15°30′28″)×2-3.5²×tan15°30′28″+(1.6+0.94-3.5×tan15°30′28″)×(9.5-3.5/cos15°30′28″)×sin(90-15°30′28″)-7.75×(0.94-0.1-0.24-0.15)=82.9601m ²二衬内轮廓面积S1=π×5.5²/360°×207°36′44″+(1.6-0.3)×√[5.5²-(1.6-0.3)²]/2+(1.6+0.94-0.415-0.7-0.1)×√[5.5²-(1.6+0.94-0.415-0.7-0.1)²]/2+(0.07+0.6+0.15+0.5+7.75/2)×0.1+(0.07+0.65+0.15+0.5+7.75/2)×0.1+(0.6+0.15+0.5+7.75/2)×0.7+(0.65+0.15+0.5+7.75/2)×0.5+[(1.6+0.94)/tan(25°44′1″)-0.415]×(0.415+0.64)-7.75×(0.94-0.1-0.24-0.15)=70.6693m ²二衬外轮廓面积S2=π×(5.5+0.35)²/360°×(180°+25°44′1″×2)+(1.6+0.94)×(5.5+0.35)×sin(90°-25°44′1″)-7.75×(0.94-0.1-0.24-0.15)=79.0251m ²S4c型洞身初支钢筋网每延米数量:取整{[π×(5.85+0.13)/180°×120°]/0.25+1}×1×0.888+[π×(5.85+0.13)/180°×120°]×4×0.888=89.76Kg(钢筋网仅布设拱顶120°范围内)施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书施工单合同号:XMTJ-监理名隧道设计数量计算书十、S3a型复1、S3a型洞2、S3a型洞3、S3a型洞奇数排每偶数排每4、S3a型洞5、6、7、S3a二衬内轮廓面积S1=π×5.5²/360°×207°36′44″+(1.6-0.3)×√[5.5²-(1.6-0.3)²]/2+(1.6+0.94-0.415-0.7-0.1)×√[5.5²-(1.6+0.94-0.415-0.7-0.1)²]/2+(0.07+0.6+0.15+0.5+7.75/2)×0.1+(0.07+0.65+0.15+0.5+7.75/2)×0.1+(0.6+0.15+0.5+7.75/2)×0.7+(0.65+0.15+0.5+7.75/2)×0.5+[(1.6+0.94)/tan(25°44′1″)-0.415]×(0.415+0.64)-7.75×(0.94-0.1-0.24-0.15)=70.6693m ²二衬外轮廓面积S2=π×(5.5+0.35)²/360°×(180°+25°44′1″×2)+(1.6+0.94)×(5.5+0.35)×sin(90°-25°44′1″)-7.75×(0.94-0.1-0.24-0.15)=79.0251m ²洞身开挖轮廓面积S3=π×(5.5+0.35+0.12)²/2+π×(3.5+5.5+0.35+0.12)²/360°×(15°33′29″)×2-3.5²×tan15°33′29″+(1.6+0.94-3.5×tan15°33′29″)×(9.47-3.5/cos15°33′29″)×sin(90-15°33′29″)-7.75×(0.94-0.1-0.24-0.15)=82.2416m ²S3a型洞身防水层土工布每延米数量:π×(5.5+0.35)/180°×(180°+25°44′1″×2)=24.35m ²S3a型洞身PVC防水板每延米数量:π×(5.5+0.35)/180°×(180°+25°44′1″×2)=24.35m ²施工单合同号:XMTJ-监理名隧道设计数量计算书十一、1、S3b 型洞2、S3b 型洞3、S3b 型洞奇数排每偶数排每4、S3b 型洞5、6、7、S3bS3b型洞身防水层土工布每延米数量:π×(5.5+0.35)/180°×(180°+25°44′1″×2)=24.35m²S3b型洞身PVC防水板每延米数量:π×(5.5+0.35)/180°×(180°+25°44′1″×2)=24.35m²二衬内轮廓面积S1=π×5.5²/360°×207°36′44″+(1.6-0.3)×√[5.5²-(1.6-0.3)²]/2+(1.6+0.94-0.415-0.7-0.1)×√[5.5²-(1.6+0.94-0.415-0.7-0.1)²]/2 +(0.07+0.6+0.15+0.5+7.75/2)×0.1+(0.07+0.65+0.15+0.5+7.75/2)×0.1+(0.6+0.15+0.5+7.75/2)×0.7+(0.65+0.15+0.5+7.75/2)×0.5+[(1.6+0.94)/tan(25°44′1″)-0.415]×(0.415+0.64)-7.75×(0.94-0.1-0.24-0.15)=70.6693m²二衬外轮廓面积S2=π×(5.5+0.35)²/360°×(180°+25°44′1″×2)+(1.6+0.94)×(5.5+0.35)×sin(90°-25°44′1″)-7.75×(0.94-0.1-0.24-0.15)=79.0251m²洞身开挖轮廓面积S3=π×(5.5+0.35+0.1)²/2+π×(3.5+5.5+0.35+0.1)²/360°×(15°35′31″)×2-3.5²×tan15°35′31″+(1.6+0.94-3.5×tan15°35′31″)×(9.45-3.5/cos15°35′31″)×sin(90-15°35′31″)-7.75×(0.94-0.1-0.24-0.15)=81.7644m²施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书施工单合同号:XMTJ-监理隧道设计数量计算书。
3 蓁山隧道二衬结构计算3.1 基本参数1.二衬参数表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。
二次衬砌厚度设置见表3.1。
表3.1 二次衬砌参数表2.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+预留变形量各围岩级别计算断面参数见表3.2。
表3.2 计算断面参数(单位:m)3.设计基本资料围岩容重:3/5.20m kN s =γ 二衬材料:C30、C35混凝土 弹性抗力系数:3/250000m kN K = 材料容重:3/25m kN h =γ 弹性模量:kPa E h 7103⨯=二衬厚度:35/40/45/50/55/60/65/70cm 铁路等级:客运专线 行车速度:200km/h隧道建筑限界:双线,按200km/h 及以上的客运专线要求设计 线间距:4.4m曲线半径:1800m ,4000m 牵引种类:电力列车类型:动车组列车运行控制方式:自动控制 运输调度方式:综合调度集中3.2 各级围岩的围岩压力计算按深埋隧道,《规范》公式垂直围岩压力 w q s 1245.0-⨯=γ)]5(1-+=B i w水平围岩压力有垂直围岩压力乘以水平围岩压力系数可得,水平围岩压力系数见表3.3。
各部位垂直围岩压力和水平围岩压力计算结果见表3.4。
表3.3 水平围岩压力系数表3.4 垂直围岩压力及水平围岩压力计算表注:二衬按承担70%的围岩压力进行计算。
3.3 衬砌内力计算衬砌内力计算的原理采用荷载结构法。
该方法用有限元软件MIDAS/GTS实现。
3.3.1 计算简图蓁山隧道衬砌结构为复合式衬砌,二衬结构为带仰拱的三心圆曲墙式衬砌。
典型的计算图式如图3.1所示。
荷载结构模型计算图式如图3.2所示。
围岩用弹簧代替,用弹簧单元模拟,结构用梁单元模拟。
图3.1 三心圆曲墙式衬砌结构图3.2 荷载结构模型计算图式3.3.2 计算过程下面以Ⅱ级围岩为例进行说明。
隧道衬砌结构知识、原理和衬砌计算及设
计公式
简介
隧道衬砌结构是用于支撑和保护隧道壁面的一种结构。
衬砌的设计和计算是确保隧道的安全和稳定性的重要步骤。
衬砌结构类型
隧道衬砌结构通常包括以下几种类型:
1. 塑料管衬砌:使用塑料管来加固和保护隧道壁面。
2. 预制混凝土片衬砌:使用预制混凝土片来支撑和保护隧道壁面。
3. 钢筋混凝土衬砌:使用钢筋混凝土结构来加固和保护隧道壁面。
衬砌计算及设计公式
在进行隧道衬砌的计算和设计时,需要考虑以下因素:
1. 隧道直径:隧道的直径是确定衬砌结构尺寸和类型的关键因素。
2. 地层情况:地层的稳定性和承载能力将影响衬砌的安全性和设计方法。
3. 水压情况:如果隧道处于水下或水土压力较大的地区,需要考虑水压对衬砌的影响。
根据以上因素,可以使用以下公式进行衬砌计算和设计:
1. 隧道衬砌尺寸计算公式:根据隧道直径和地层参数计算衬砌的合适尺寸。
2. 衬砌材料选择公式:根据地层情况和环境条件选择合适的衬砌材料。
3. 衬砌厚度计算公式:根据地层情况和水压情况计算衬砌的合适厚度。
结论
隧道衬砌结构的知识、原理和衬砌计算及设计公式对于确保隧道的安全和稳定性至关重要。
根据隧道的直径、地层情况和水压情况等因素,可以选择合适的衬砌结构类型,并使用相应的公式进行计算和设计。
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045ϕ=,泊松比u=0.4。
铁路隧道衬砌受力计算公式隧道是铁路线路中重要的组成部分,它可以穿越山脉、河流等地形障碍,使铁路线路更加通畅。
而隧道的衬砌是保证隧道结构安全稳定的重要组成部分。
在设计和施工隧道衬砌时,需要对其受力情况进行合理的计算,以保证其安全可靠。
在铁路隧道衬砌的受力计算中,需要考虑到多种因素,包括隧道的地质情况、地表荷载、车辆荷载等。
为了准确计算隧道衬砌的受力情况,需要使用一定的公式和方法。
首先,我们来看一下隧道衬砌的受力计算公式:1. 地表荷载的计算公式:地表荷载是指地表以上的荷载,包括建筑物、交通载荷等。
在铁路隧道衬砌的设计中,需要考虑地表荷载对衬砌的影响。
地表荷载的计算公式为:P = qA。
其中,P为地表荷载,q为单位面积的地表荷载值,A为地表面积。
2. 车辆荷载的计算公式:铁路隧道是铁路线路的一部分,车辆荷载是指通过隧道的列车对隧道衬砌的荷载。
车辆荷载的计算公式为:P = qL。
其中,P为车辆荷载,q为单位长度的车辆荷载值,L为车辆长度。
3. 地质荷载的计算公式:地质荷载是指地下岩层对隧道衬砌的荷载。
地质荷载的计算公式为:P = γh。
其中,P为地质荷载,γ为岩层的密度,h为岩层的厚度。
在实际的隧道衬砌设计中,需要综合考虑地表荷载、车辆荷载和地质荷载对隧道衬砌的影响,进行合理的受力计算,以保证隧道衬砌的安全可靠。
除了上述的受力计算公式外,还需要考虑到隧道衬砌的材料和结构形式对受力的影响。
隧道衬砌的材料通常为混凝土、钢筋混凝土等,其受力性能需要通过实验和理论分析进行评定。
而隧道衬砌的结构形式包括单壁式、双壁式、拱形等,不同结构形式对受力的分布和传递方式有所不同,需要进行详细的计算和分析。
在进行隧道衬砌受力计算时,还需要考虑到温度变化、地震荷载等外部因素对隧道衬砌的影响。
温度变化会导致隧道衬砌的膨胀和收缩,地震荷载会对隧道衬砌产生冲击和振动,这些外部因素需要进行合理的考虑和计算。
总之,铁路隧道衬砌受力计算是一个复杂的工程问题,需要考虑多种因素的综合影响。
第一章总则对某区间隧道进行结构检算,求出内力,并进行配筋计算。
具体设计基本资料如下:1.1设计条件隧道拱顶埋深为5 m;隧道围岩等级为III级,围岩重度为28kN/m3,围岩的内摩擦角©=60o,似摩擦角©*=68o,围岩侧压力系数取为0.3。
;采用暗挖法施工,隧道断面型式为6心圆马蹄形结构。
结构尺寸如图所示:囲卜倾图1隧道尺寸示意图1.2设计原则山岭地区的地下工程是包括铁路、公路、水工隧道和地下储库等位于山岭内部的地下建筑物。
对于公路隧道而言,主体规划设计主要考虑4个方面的问题:(1)隧道(里面、平面)线型的选择,需要考虑地表条件、地层条件、地下水条件和既有临近建筑及设施;(2)隧道施工对地层的影响,需要分析地层的变形、荷载和稳定性特征,还需要考虑地下水和地层的渗透性;(3)隧道断面、主体及附属结构形式的选择,需要考虑地层的变形和刚度、衬砌的变形和刚度,以及两者之间的相互作用;(4)隧道防水方案,选择全圭寸闭方案、部分圭寸闭部分排水方案或其他防排水方案。
隧道施工方法的规划设计主要涉及3个方面的问题:(1)地层的开挖与出渣,需要考虑地层结构和岩石硬度的变化,还要计入地下水的作用;(2)地层稳定性的维持,需要考虑地层的自稳特征和站立时间,对注浆或冻结等地层处理方法的适应性;(3)地下水,包括流量与流向,流砂或管涌的可能性,以及处理方法。
公路隧道结构设计应按照相关的行业规范执行。
如《建筑结构荷载规范》(GBJ 50009-2001 )、《人民防空工程设计规范》(GB 50225-95)、《公路隧道设计规范》(JTGD70-2004)、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》 (GB50086-2001)、《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002 )、《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ 138-2001 )、《钢结构设计规范》(GBJ 50017-2003)、《地下工程防水设计规范》(GB 50108-2001)、《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)等。
第18卷第6期2020年12月水利与建筑工程学报JournalofWaterResourcesandArchitecturalEngineeringVol.18No.6Dec.,2020DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2020.06.009收稿日期:2020 07 18 修稿日期:2020 08 13基金项目:国家自然科学基金项目(51678155)作者简介:关振长(1980—),男,福建福州人,教授,博士生导师,主要从事隧道与地下工程方面的教学与研究工作。
E mail:gaussto@hotmail.com山岭隧道渗流及衬砌等效渗透系数的实用计算关振长1,任璐瑶1,何亚军1,胡宏林2(1.福州大学土木工程学院,福建福州350116;2.中建六局水利水电建设集团有限公司,天津300202)摘 要:衬砌渗漏水是山岭隧道最常见的病害表现,对衬砌的服役性能有重要影响。
基于平板裂隙渗流理论,提出了山岭隧道渗流量及等效渗透系数估算的实用计算公式;以典型两车道公路隧道二次衬砌为例,展开了细致的算例分析,并与3DEC三维渗流数值模拟的计算结果相互验证。
结合前人关于山岭隧道衬砌渗流裂缝的分布统计,利用上述实用计算公式开展了80种不同工况下的渗流计算。
计算结果表明,隧道渗流量随裂缝开度近似呈指数型增长,随衬砌外水压呈线性增长;衬砌等效渗透系数随裂缝开度的增大呈指数型增长,随围岩等级呈先增大后减小的趋势。
上述研究成果可为山岭隧道渗流量的估算、衬砌防水设计、衬砌役性能评价等问题,提供定性和定量的参考。
关键词:山岭隧道渗流;等效渗透系数;三维渗流数值模拟中图分类号:U45 文献标识码:A 文章编号:1672—1144(2020)06—0052—05APracticalCalculationMethodforTunnelSeepageandLiningEquivalentPermeabilityCoefficientGUANZhenchang1,RENLuyao1,HEYajun1,HUHonglin2(1.CollegeofCivilEngineering,FuzhouUniversity,Fuzhou,Fujian350116,China;2.HydropowerConstructionGroupofChinaConstructionSixthEngineeringDivisionCorporation,Tianjin300202,China)Abstract:Liningseepageisoneofthemostcommondiseasesofmountaintunnels,whichcouldsignificantlyinfluencetheserviceperformanceoftunnellining.Basedontheseepagetheoryofplatefracture,apracticalcalculationmethodfortunnelseepagedischargeandliningequivalentpermeabilitycoefficientwasproposedinthispaper.Bytakingthesecondliningoftwo laneroadtunnelasanexample,thecalculationresultsareverifiedbya3Dseepagesimulationbasedonthenumericalplatformof3DEC.Consideringthestatisticsofliningfractureformountaintunnels,another80casesarefurtheranalyzedbyusingthepracticalcalculationmethod.Thecalculationresultsshowthatthetunnelseep agedischargeincreaseswiththefractureopeningexponentially,andincreaseswiththewaterheadlinearly.Theliningequivalentpermeabilitycoefficientalsoincreaseswiththefractureopeningexponentially,buttendstoincreaseandthendecreasewiththeclassificationofsurroundingground.Theseresultscouldprovidesomequalitativeandquantitativereferencefortheestimationoftunnelseepagedischarge,thewaterproofdesignofliningandtheserviceperformancees timationoflining.Keywords:mountaintunnelseepage;equivalentpermeability;3Dnumericalsimulationforseepage 衬砌渗漏水是山岭隧道最常见的病害表现,渗漏水会导致衬砌结构钢筋锈蚀、潜在裂缝扩展,严重影响衬砌结构的服役性能。
理正岩土60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,由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(无底板)⑸圆拱直墙形(底圆角)⑹马蹄形⑺马蹄形(平底)⑻马蹄形(开口)⑼高壁拱⑽渐变段⑾矩形⑿圆拱直墙形(底拱)⒀直墙三心圆拱形⒁三心圆拱形(地铁)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2.1操作流程水工隧洞衬砌分析软件的操作流程如图2.1-1,每一步骤都有相对应的菜单操作。
图2.1-1操作流程2.2快速操作指南2.2.1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(包括工程数据及计算书等)均保存在设置的工作目录下。
图2.2-1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。
2.2.2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2.2-2工程操作界面2.2.3编辑原始数据图2.2-3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。
2.2.4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”。