地铁隧道的断面选择及内力计算

某地铁区间盾构管片计算2017-04-15目录1 设计信息1.1 软件说明1.2 隧道信息1.3 荷载信息1.4 控制参数2 分析结果2.1 荷载计算结果2.2 抗浮验算2.3 内力位移计算结果2.4 管片验算1设计信息1.1软件说明计算采用的软件是 sap 系列1.2隧道信息1.2.1断面信息说明：角度按逆时针旋转，0°表示水平直径右端点处。

以下除特别说明外均相同，不再赘 述。

隧道断面基本几何参数：管片总数：6片 衬砌外直径D1: 6.200m 衬砌内直径D2: 5.500m第一管片块的右侧与 Y 轴的夹角0 s ： 7.500 螺栓总数：10相邻螺栓(组)间夹角：36.000 ° 顶部螺栓偏角3 : 18.000 °断面圆心坐标：(0.000,0.000,0.000)具体几何参数:管片环接头几何参数编号角度 (° )X 坐标 (m) 丫坐标(m) 编号 角度 (° ) X 坐标 (m) 丫坐标(m) 172.000.902.786252.00-0.90-2.787创.原」氐断面示意團管片几何参数隧道位置：地表至隧道顶部的距离H(m): 16.93地下水面至隧道顶部的距离Hw(m): 10.00 1.2.2 土层参数1.2.3材料参数管片材料:管片混凝土标号：C50管片实际宽度：1.000 m管片容重:25.000 kN/m A3管片接头：管片环接头1.3荷载信息设计工况数目：1工况1自重+水土压力+地基抗力--弹簧,共3种荷载。

荷载图荷载组合系数：永久荷载： 1.35可变何载： 1.40偶然荷载： 1.001.3.1 水土压力计算参数表：1.3.2地层弹簧地层弹簧数值种类：单一地层弹簧地层弹簧的剪切刚度ks: 1.000 kN/m A2弹性抗力系数法向kn: 20000.000 kN/mA2地层弹黄1.4设计参数计算模型：梁弹簧模型管片拼装模式：通缝拼装网格大小：0.201.5管片验算参数2分析结果2.1荷载计算结果2.1.1 水土压力水土压力计算结果2.2抗浮验算计算结果浮力：295.869kN抗浮力：1776.530kN满足2.3内力位移计算结果说明：(1)弯矩、接头张开角均以内侧张开为正，反之则为负;(2) 内力值为管片实际宽度的内力值，而非单位延米。

软土地区地铁盾构隧道课程设计说明书（共00页）姓名杨均学号 070849导师丁文琪土木工程学院地下建筑与工程系2010年7月1． 设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图ϕ=7.2ϕ=8.92q=20kN/m图1-1 结构尺寸及地层示意图如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：mm 43800 50*849+1350h ==灰。

按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。

1.2 隧道外围荷载标准值计算 （1） 自重2/75.835.025m kN g h =⨯==δγ（2）竖向土压若按一般公式：21/95.44688.485.37.80.11.90.185.018q m KN h ni i i =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑=γ 由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m ，属深埋隧道。

应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：a 太沙基公式：)tan ()tan (0010]1[tan )/(p ϕϕϕγB hB he q e B c B --⋅+--= 其中：m R B c 83.6)4/7.75.22tan(/1.3)4/5.22tan(/0000=+=+=ϕ（加权平均值0007.785.5205.42.7645.19.8=⨯+⨯=ϕ） 则：2)9.8tan 83.68.48()9.8tan 83.68.48(11/02.18920]1[9.8tan )83.6/2.128(83.6p m KN e e =⋅+--=-- b 普氏公式：2012/73.2699.8tan 92.7832tan 32p mKN B =⨯⨯==ϕγ 取竖向土压为太沙基公式计算值，即：21/02.189p m KN e =。

（3） 拱背土压mkN R c /72.286.7925.2)41(2)41(2G 22=⨯⨯-⨯=⋅-=πγπ。

其中：3/6.728.1645.11.728.10.8645.1m KN =+⨯+⨯=γ。

明挖法地铁区间隧道结构计算一、横断面几何尺寸及力学模型几何尺寸力学模型二、单元类型衬砌结构：beam3地层弹簧：Link10侧向约束：link11、beam3单元输入参数：（1）实常数（Real Constants）AREA –横截面积IZZ –横截面惯性矩HEIGHT –梁高由于衬砌中不同位置的厚度不一样，故需定义多个实常数。

（2）材料参数（Material Properties）EX——弹模DENS——密度PRXY——泊松比其它选项采用默认即可2、Link10单元（1）Real ConstantsAREA –横截面积，取单位面积1。

（2）Material PropertiesEX——弹模，需满足E*A=地层抗力刚度其它选项采用默认即可3、link1单元（1）Real ConstantsAREA –横截面积，取单位面积1。

（2）Material PropertiesEX——弹模，为了不影响计算结果取足够小，如1。

三、结点力计算1、均布荷载时中间结点：2/)(11-+-=n n x x p Fn两端结点：2/)(121x x p F -= 2/)(1--=N N N x x p F2、梯形荷载时中间结点：[]))(2())(2(611111n n n n n n n n y y p p y y p p Fn -++-+=++--两端结点：[]))(2(6112211y y p p F -+= []))(2(6111---+=N N N N N y y p p F三、建立ANSYS 模型/prep7et,1,beam3et,2,link10et,3,link1keyopt,2,3,1 !*****只受压******R,1,0.9,0.06075,0.9, , , ,R,2,1,0.0833,1, , , ,R,3,0.8,0.04267,0.8, , , ,R,4,0.4,0.00533,0.4, , , ,R,5,1, ,R,6,1, ,!定义混凝土衬砌材料mp,ex,1,3.45e10 mp,prxy,1,0.2 mp,dens,1,2500 mp,ex,2,5e7 mp,prxy,2,0.01 mp,ex,3,1mp,prxy,3,0.01!建立几何模型K,1,0,0K,2,0,6.06K,3,5.05,6.06K,4,10.1,6.06K,5,10.1,0K,6,5.05,0L,1,2L,2,3L,3,4L,4,5L,5,6L,3,6L,6,1!设置划分单元大小为0.5m/个Lsel,allLESIZE,all,0.5, , , , , , ,1 Type,1Mat,1Real,1Lmesh,2Lmesh,3Real,2Lmesh,5Lmesh,7Real,3Lmesh,1Lmesh,4Real,4Lmesh,6!复制建立地层弹簧nsel,s,loc,y,-0.1,0.1 NGEN,2,500,all, , , ,-1, ,1, NGEN,2,1000,24, , , 1, , ,1, allsel,all*do,i,24,46type,2real,5mat,2e,i,i+500*enddotype,3real,6mat,3e,24,1024nsel,s,loc,y,-1.1,-0.9nsel,a,,,1024d,all,allallsel,all四、计算结点荷载假定：p=2.2e5kN/m；q1=1e5kN/m；q2=1.7e5kN/m。

1 工程概况 (1)1.1工程场地地层特征 (1)2.2 工程水文特征 (1)2 结构设计 (2)2.1城市轨道交通地下工程类型 (2)2.2 选定施工方法 (2)2.3 隧道断面设计 (3)3 结构计算 (3)3.1荷载计算模式 (3)3.2 荷载计算方法 (4)3.3 围岩压力的计算 (6)3.4 衬砌内力计算 (7)3.5 衬砌强度检算及配筋 (9)3.5.1 强度检算原理 (9)3.5.2 强度检算及配筋 (11)3.5.3 配筋结果 (13)3.6 区间隧道复合式衬砌设计参数 (13)4 小结 (14)1 工程概况1.1工程场地地层特征场地的地层上而下划分为6层，各层特征及描述如表1-1，强度参数如表1-2。

2.2 工程水文特征地下水主要赋存于卵石层中，属兰州断陷盆地松散岩类孔隙性潜水，是兰州市的主要水源地。

水位埋深10.0m，水位具有由北西向南东缓慢降低的趋势，水位变化幅度一般2.0m-3.0m。

表1-1 地层特征表表1-2 岩土抗剪强度指标建议值表2 结构设计2.1城市轨道交通地下工程类型根据设计任务书要求，本次设计城市轨道交通地下工程的结构类型选取地下区间隧道。

2.2 选定施工方法在隧道施工中，开挖方法是影响围岩稳定的重要因素。

因此，在选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护条件、工期要求、机械配备能力、经济性等相关因素进行综合分析，在保证围岩稳定或减少对围岩扰动的前提下，采用恰当的开挖方法。

在本地下区间隧道的施工方法选取过程中，按照“安全、可靠、经济、适用”的原则，根据本工程的实际地质情况确定使用暗挖法施工。

由于地层中主要是黄土，细砂、中砂、卵石，而且地下水较发育，岩体松散，透水，工程地质条件较差，确定该工程所处地质条件为V级围岩，故开挖时架立临时支撑，设置临时仰拱，采用暗挖法中较为安全的交叉中隔壁法(CRD法)。

交叉中隔壁法(CRD法)水平方向分两部，上下分三部开挖。

1． 设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图ϕ=7.2ϕ=8.92q=20kN/m图1-1 结构尺寸及地层示意图如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：mm 43800 50*849+1350h ==灰。

按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。

1.2 隧道外围荷载标准值计算（1） 自重 2/75.835.025m kN g h =⨯==δγ（2）竖向土压 若按一般公式：21/95.44688.485.37.80.11.90.185.018q m KN h ni i i =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑=γ由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m ，属深埋隧道。

应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：a 太沙基公式：)tan ()tan (0010]1[tan )/(p ϕϕϕγB hB he q e B c B --⋅+--= 其中：m R B c 83.6)4/7.75.22tan(/1.3)4/5.22tan(/0000=+=+=ϕ（加权平均值0007.785.5205.42.7645.19.8=⨯+⨯=ϕ） 则：2)9.8tan 83.68.48()9.8tan 83.68.48(11/02.18920]1[9.8tan )83.6/2.128(83.6p m KN e e =⋅+--=-- b 普氏公式：2012/73.2699.8tan 92.7832tan 32p mKN B =⨯⨯==ϕγ 取竖向土压为太沙基公式计算值，即：21/02.189p m KN e =。

（3） 拱背土压 mkN R c /72.286.7925.2)41(2)41(2G 22=⨯⨯-⨯=⋅-=πγπ。

其中：3/6.728.1645.11.728.10.8645.1m KN =+⨯+⨯=γ。

（4） 侧向主动土压 )245tan(2)245(tan )(q 0021ϕϕγ-⋅--⋅+=c h p e e其中：21/02.189p m KN e =，3/4.785.5205.41.7645.18m KN =⨯+⨯=γ0007.785.5205.42.7645.19.8=⨯+⨯=ϕkPa c 1.1285.5205.41.12645.12.12=⨯+⨯=则：2000021/00.121)27.745tan(1.122)27.745(tan 02.189q m KN e =-⨯⨯--⨯= 2000022/06.154)27.745tan(1.122)27.745(tan )85.54.702.189(q m KN e =-⨯⨯--⨯⨯+=（5） 水压力按静水压考虑：a 竖向水压：2w1w w1/478.24=48.8×9.8=H =p m KN γ b 侧向水压：2w1w w1/478.24=48.8×9.8=H =q m KN γ2w2w w2/532.14=5.5)(48.8×9.8=H =q m KN +γ（6） 侧向土壤抗力 衬砌圆环侧向地层（弹性） 压缩量：)R 0.0454k EI 24()]R q (q -)q (q -)p [2(p =4c 4cw2e2w1e1w1e1⋅+⋅+++ηδ 其中：衬砌圆环抗弯刚度取2376.123265120.35×0.1103.45EI m KN ⋅=⨯⨯= 衬砌圆环抗弯刚度折减系数取7.0=η；则：m 34410617.057.366600811.2261)925.2200000.04546.232651.70(24925.2)]14.325(154.06-)24.784(139.19-)24.78402.189([2=-⨯==⨯⨯+⨯⨯⨯+++⨯δ2-3r /35.1210617.000002=y k =q m KN =⨯⨯⋅（7） 拱底反力 w c c 1R R 2π -0.2146R +πg +p =P γγe其中：21/02.189p mKN e =2/75.8m kN g = 3/6.728.1645.11.728.10.8645.1m KN =+⨯+⨯=γ，与拱背土压对应 则：2R /91.17410 955.2 2π-6.7955.20.2146+75.8π+189.02=P m KN =⨯⨯⨯⨯⨯。

一、 结构尺寸隧道内径：5400;隧道外径：6000;管片厚度：300mm 管片宽度：1500mm 二、 计算原则选择区间隧道地质条件较差、隧道埋深较大、地面有特殊活载（地面建筑物 桩基、铁路线等）等不同地段进行结构计算。

三、 计算模型计算模型采用修正惯用设计法。

考虑管片接头影响，进行刚度折减后按均质圆 环进行计算；水平地层抗力按三角形抗力考虑；计算结果考虑管片环间错缝拼装 效应的影响进行内力调整。

弯曲刚度有效率 n =0.8，弯矩增大系数E =0.3。

计算 简图如下图所示。

使用ANSYS?序软件进行结构计算。

四、 计算荷载荷载分为永久荷载、活载、附加荷载和特殊荷载等四种。

1） 永久荷载：管片自重、水土压力、上部建筑物基础产生的荷载。

考虑地层特征 采取水土合算或水土分算。

2） 活载：地面超载一般按20KN/m 计；有列车通过地段按40KN/m 计。

3） 附加荷载：施工荷载一一盾构千斤顶推力，不均匀注浆压力，相邻隧道施工影 响等。

4） 特殊荷载：地震力一一按抗震基本烈度为7度计算，人防荷载按六级人防计算， 按动载化为静载计算。

五、 内力计算1、一般地段：地质条件较差、埋深较大地段（地面超载 20KN/m ）:里程YCK5+990地面超载压力基底竖向反力修正惯用设计法计算模型计算模型节点划分选取地质钻孔为MEZ2-A073隧道埋深约33.9m,地下水位在地面下5.0m。

地层由上至下分别为<1>-7.3m； <5-1>-39.2m ; <5-2>-20m。

隧道所穿过地层为<5-2>。

隧道横断面与地层关系如下图所示：<!> [<5- 1 >O<5 —2>隧道横断面与地层关系2、列车通过地段：地面超载 40KN/m，里程YCK6+050选取地质钻孔为 MEZ2-A166隧道埋深约35.5m,地下水位在地面下12.5m。

隧道断面计算公式隧道断面计算是确定隧道横截面积和形状的过程。

隧道断面的形状和尺寸对隧道的稳定性和使用条件有重要影响。

在进行隧道设计时，需要依据工程要求和地质条件来确定合适的断面形状和尺寸。

以下是常见的隧道断面计算公式和相关参考内容。

1. 地质勘探和地质参数：在进行隧道断面计算之前，需要进行地质勘探，获取地质参数，包括地质岩性、地应力、地下水等。

这些地质参数对隧道断面计算具有重要影响。

地质参数的获取可依据国家规范或工程师的经验进行判断。

2. 地层压力计算公式：根据地层压力的计算公式可估算隧道断面所受的地层压力。

常用的地层压力计算公式包括：- Terzaghi地压公式：P = k_h * γ_h * h- 吉环地压公式：P = k_n * γ_v * h其中，P为地层压力，k_h和k_n为地压系数，γ_h和γ_v为地层重度，h为覆土深度。

地压系数可根据地质条件和经验取值。

3. 支护结构计算公式：隧道施工过程中需要进行支护，支护结构的设计也需要进行断面计算。

常用的支护结构计算公式包括：- 钢支撑计算公式：N = (σ_1 + σ_3)/2- 混凝土衬砌计算公式：h = N * m其中，N为地层压力，σ_1和σ_3为地应力，h为衬砌厚度，m为混凝土抗压强度。

这些公式可依据设计要求和工程经验进行合理取值。

4. 断面形状计算：隧道断面的形状决定了隧道的稳定性和使用条件。

常见的隧道断面形状有圆形、马蹄形、矩形等。

断面形状计算的主要目标是确定隧道拱顶高度、宽度和截面积。

常用的断面形状计算公式包括：- 圆形断面计算：A = π * r^2, P = 2 * π * r + h- 马蹄形断面计算：A = (b1 + b2) * h/2, P = b1 + b2 + 2 * h其中，A为断面面积，P为断面周长，r为拱顶半径，h为拱高。

b1和b2为马蹄形断面的底宽和顶宽。

参考内容：- 《公路隧道设计规范》（JTJ 042-96）- 《铁路隧道设计规范》（TB 10002.1-2005）- 《城市轨道交通隧道设计规范》（GB 50486-2010）- 相关学术论文和专业书籍。

1． 设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图ϕ=7.2ϕ=8.92q=20kN/m图1-1 结构尺寸及地层示意图如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：mm 43800 50*849+1350h ==灰。

按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。

1.2 隧道外围荷载标准值计算（1） 自重 2/75.835.025m kN g h =⨯==δγ（2）竖向土压 若按一般公式：21/95.44688.485.37.80.11.90.185.018q m KN h ni i i =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑=γ由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m ，属深埋隧道。

应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：a 太沙基公式：)tan ()tan (0010]1[tan )/(p ϕϕϕγB hB he q e B c B --⋅+--= 其中：m R B c 83.6)4/7.75.22tan(/1.3)4/5.22tan(/0000=+=+=ϕ（加权平均值0007.785.5205.42.7645.19.8=⨯+⨯=ϕ） 则：2)9.8tan 83.68.48()9.8tan 83.68.48(11/02.18920]1[9.8tan )83.6/2.128(83.6p m KN e e =⋅+--=-- b 普氏公式：20012/73.2699.8tan 92.7832tan 32p m KN B =⨯⨯==ϕγ 取竖向土压为太沙基公式计算值，即：21/02.189p m KN e =。

（3） 拱背土压 mkN R c /72.286.7925.2)41(2)41(2G 22=⨯⨯-⨯=⋅-=πγπ。

其中：3/6.728.1645.11.728.10.8645.1m KN =+⨯+⨯=γ。

（4） 侧向主动土压 )245tan(2)245(tan )(q 0021ϕϕγ-⋅--⋅+=c h p e e其中：21/02.189p m KN e =，3/4.785.5205.41.7645.18m KN =⨯+⨯=γ0007.785.5205.42.7645.19.8=⨯+⨯=ϕkPa c 1.1285.5205.41.12645.12.12=⨯+⨯=则：2000021/00.121)27.745tan(1.122)27.745(tan 02.189q m KN e =-⨯⨯--⨯= 2000022/06.154)27.745tan(1.122)27.745(tan )85.54.702.189(q m KN e =-⨯⨯--⨯⨯+=（5） 水压力按静水压考虑：a 竖向水压：2w1w w1/478.24=48.8×9.8=H =p m KN γ b 侧向水压：2w1w w1/478.24=48.8×9.8=H =q m KN γ2w2w w2/532.14=5.5)(48.8×9.8=H =q m KN +γ（6） 侧向土壤抗力 衬砌圆环侧向地层（弹性） 压缩量：)R 0.0454k EI 24()]R q (q -)q (q -)p [2(p =4c 4cw2e2w1e1w1e1⋅+⋅+++ηδ 其中：衬砌圆环抗弯刚度取2376.123265120.35×0.1103.45EI m KN ⋅=⨯⨯= 衬砌圆环抗弯刚度折减系数取7.0=η；则：m34410617.057.366600811.2261)925.2200000.04546.232651.70(24925.2)]14.325(154.06-)24.784(139.19-)24.78402.189([2=-⨯==⨯⨯+⨯⨯⨯+++⨯δ2-3r /35.1210617.000002=y k =q m KN =⨯⨯⋅（7） 拱底反力 w c c 1R R 2π -0.2146R +πg +p =P γγe其中：21/02.189p mKN e =2/75.8m kN g = 3/6.728.1645.11.728.10.8645.1m KN =+⨯+⨯=γ，与拱背土压对应 则：2R /91.17410 955.2 2π-6.7955.20.2146+75.8π+189.02=P m KN =⨯⨯⨯⨯⨯。

隧道断面计算公式隧道的断面计算是指根据设计要求和地质条件，确定隧道断面的大小和形状，以满足通行要求和施工要求的过程。

隧道断面计算的相关参考内容主要包括以下几个方面：1. 隧道断面形状选择原则：隧道断面形状的选择需要考虑以下因素：地质条件、交通需求、承载力要求、施工条件等。

常见的隧道断面形状有圆形、马蹄形、矩形等。

圆形断面一般用于地质条件较好、作用力分布均匀的隧道；马蹄形断面适用于地质条件较差、需要增加支护措施的隧道；矩形断面适用于需搭设设备或管线的隧道。

在实际设计中，根据具体情况还可以选择其他形状的断面。

2. 隧道断面计算公式：(1) 圆形断面计算公式：隧道断面的面积和周长可以根据圆形的面积和周长公式计算。

圆形断面的面积公式为：A = πr^2，其中A表示面积，r表示半径。

圆形断面的周长公式为：C = 2πr，其中C表示周长。

(2) 矩形断面计算公式：隧道断面的面积和周长可以根据矩形的面积和周长公式计算。

矩形断面的面积公式为：A = L·H，其中A表示面积，L和H分别表示矩形的长度和高度。

矩形断面的周长公式为：C =2(L + H)，其中C表示周长。

(3) 马蹄形断面计算公式：马蹄形断面的面积和周长计算相对复杂，需要根据具体的断面曲线方程进行计算。

一般情况下，可以将马蹄形断面简化为多个矩形和圆弧组合而成，然后分别计算各个部分的面积和周长，最后求和得到总的面积和周长。

3. 断面计算的相关参数和限制：隧道断面计算需要考虑一些相关参数和限制。

其中，常见的参数包括隧道的设计速度、设计荷载、地质条件、水文条件等；常见的限制包括最小净高、最小净宽、最小覆土厚度、最大纵横比等。

这些参数和限制一般由标准和规范进行规定，设计时需要满足相应的要求。

4. 实际工程案例：隧道断面计算的相关参考内容还可以通过实际工程案例进行学习和参考。

实际工程案例可以通过相关文献、专业书籍和报告等获取。

通过分析和比较实际工程案例，可以了解不同地质条件和交通需求下的隧道断面设计方法和效果。

隧道断面计算公式
【原创实用版】
目录
1.隧道断面计算公式的意义和背景
2.隧道断面计算公式的推导和原理
3.隧道断面计算公式的应用举例
4.结论
正文
1.隧道断面计算公式的意义和背景
隧道是地下工程中的一种重要形式，它广泛应用于交通、水利、能源等领域。

隧道的设计和施工需要考虑许多因素，其中隧道断面的计算是一个关键环节。

隧道断面计算公式就是为了确定隧道的尺寸和形状，以保证隧道的安全、稳定和通行能力。

2.隧道断面计算公式的推导和原理
隧道断面计算公式是基于几何学和力学原理推导得出的。

其计算公式为：
断面面积 = 高×宽
其中，高指的是隧道顶部到地面的垂直距离，宽指的是隧道两侧壁之间的水平距离。

根据这个公式，我们可以计算出隧道的断面面积，从而确定隧道的尺寸。

3.隧道断面计算公式的应用举例
假设某隧道的高为 4 米，宽为 3.5 米，我们可以通过隧道断面计算公式计算出隧道的断面面积：
断面面积 = 4 × 3.5 = 14 平方米
根据计算结果，这个隧道的断面面积为 14 平方米。

这个面积可以作为设计和施工的依据，以确保隧道的稳定性和通行能力。

4.结论
隧道断面计算公式是隧道设计和施工中非常重要的工具，它可以帮助我们确定隧道的尺寸和形状，以保证隧道的安全、稳定和通行能力。

隧道断面计算公式隧道断面计算原理与方法隧道是一种地下建筑结构，广泛应用于交通和水利工程领域。

在隧道设计和施工过程中，断面计算是其中关键的一步，它能够帮助工程师确定隧道的合理尺寸和形状，确保其满足设计要求。

隧道断面计算的目标是确定隧道的横截面积和形状，以满足下列要求：1. 安全性：隧道的断面必须足够稳定，能够承受来自地下水、土壤压力以及地震等外力的影响。

2. 结构性：隧道断面应该能够容纳所需的交通或水流要求，并且对应的结构材料能够满足预期的载荷。

3. 经济性：隧道断面的大小和形状应该尽量减少施工成本，减少材料和人力资源的使用。

隧道断面计算是一项复杂的工程任务，通常需要进行以下步骤：1. 收集地质资料：对于隧道工程来说，了解地质条件是非常重要的。

收集并分析地质数据，包括地层类型、土壤特性、地下水位等。

2. 确定设计要求：根据工程的需求，确定隧道的设计要求，包括通行能力、水流要求等。

3. 选择断面形状：根据地质资料和设计要求，选取合适的隧道断面形状。

隧道断面形状有多种选择，如圆形、马鞍形、椭圆形等。

4. 计算断面面积：基于所选断面形状，计算隧道的横截面积。

这可以通过基本几何公式来实现，如矩形隧道断面面积计算公式为A = W × H，其中W为宽度，H 为高度。

5. 进行结构分析：根据设计要求和地质条件，进行结构分析。

这包括计算材料的强度和稳定性，以确保隧道能够承受设计载荷。

6. 优化设计：根据结构分析结果，对断面尺寸进行优化调整，以满足设计要求和经济性。

7. 编制设计报告：将断面计算结果整理成设计报告，记录下隧道的断面尺寸、形状和结构分析结果。

以上是隧道断面计算的一般步骤和原理，实际工程中可能会有更多的考虑因素和复杂情况，需要结合具体项目进行详细分析和计算。

隧道断面计算对于隧道工程的设计和施工具有重要的指导作用，合理的断面设计可以提高隧道的安全性和经济性，为后续的施工和使用提供保障。

盾构隧道衬砌设计计算书060987李博一、设计资料如图所示，为一软土地区地铁盾构隧道横断面，有一块封顶块K，两块邻接块L，两块标准块B 以及一块封底块D 六块管片组成。

q=20kN/m 2j=7.2j=8.9部分数据地面超载 2/20m kN q =超地层基床系数 2/20000m kN k =衬砌外径 m D 2.60= 衬砌内径 m D 5.5= 管片厚度mm t 350=管片宽度m b 2.1=管片裂缝宽度 允许值 []mm 2.0=v接缝张开允许值 []mm 3=D混凝土抗压强度设计值 MPa f c 1.23= 混凝土抗压强度设计值 MPa f t 89.1= 钢筋抗拉强度 设计值（II 级钢） MPa f y 300=钢筋抗拉强度 设计值（II 级钢） MPa f y 300'= 管片混凝土 保护层厚度 mm a a s s 50'==钢筋抗拉强度 设计值（I 级钢）MPa f y 210= 混凝土弹性模量 27/1045.3m kN E ´=钢筋弹性模量 （II 级钢） 28/100.2m kN E ´=钢M30螺栓有效面积 26.560mm A g = M30螺栓设计强度 MPa R g 210= M30螺栓弹性模量28/101.2m kN E ´=螺栓M30螺栓长度cm l 5.18=螺栓二、荷载计算1、 自重kN R D D g Hh81.1602)(41220=×-=p g p2、 竖向土压力由于隧道上覆土层为灰色淤泥质粉质粘土，地层基床系数2/20000m kN k =，推测应为硬黏性土，且隧道埋深超过隧道半径很多倍，故竖向土压力应按照太沙基公式计算。

衬砌圆环顶部的松弛宽度m D B 73.6)48cot(200=+=jp 地面超载2/20m kN q =超，且H q <g /超，H 为覆土厚度，即56.7m。

地下工程课程设计地铁区间隧道结构设计计算书》目录一、设计任务 (3)1、1 工程地质条件 (3)1、2 其他条件 (3)二、设计过程 (5)2.1 根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋； (5)2.2 计算作用在结构上的荷载； (5)2.3 进行荷载组合 (8)2.4 绘出结构受力图 (10)2.5 利用midas gts 程序计算结构内力 (10)附录： (15)地铁区间隧道结构设计计算书一、设计任务对某区间隧道进行结构检算，求出荷载大小及分布，画出荷载分布图，同时利用软内力。

具体设计基本资料如下：1、1工程地质条件工程地质条件线路垂直于永定河冲、洪积扇的轴部，第四纪地层沉积韵律明显，地层由上到下依次为：杂填土、粉土、细砂、圆砾土、粉质粘土、卵石土。

其主要物理力学指标如表1。

各层土的物理力学指标表其他条件地下水位在地面以下5m处；隧道顶部埋深6m；采用暗挖法施工。

隧道段面为圆形盾构断面。

断面图如下：二、设计过程2.1根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋;可以采用《铁路隧道设计规范》推荐的方法，即有上式中s为围岩的级别；B为洞室的跨度；i为B每增加1m时的围岩压力增减率。

由于隧道拱顶埋深6m，位于杂填土、粉土层、细砂层中，根据《地铁设计规范》10.1.2可知“暗挖结构的围岩分级按现行《铁路隧道设计规范》确定”。

围岩为W级围岩。

则有=15.84m因为埋深,可知该隧道为极浅埋2.2计算作用在结构上的荷载;1永久荷载A顶板上永久荷载a. 顶板（盾构上部管片）自重q=y.d =25X0,3 = 7.5KPab. 地层竖向土压力由于拱顶埋深6 m,则顶上土层有杂填土、粉土，且地下水埋深5m,应考虑土层压力和地下水压力的影响。

（粉土使用水土合算）= 2X16 + 3X18 + 1X26二112A?aB底板上永久荷载a. 底板自重q = Y，d = 25 X 0.3 = 7*5KPab. 水压力（向上）：C侧墙上永久荷载地层侧向压力按主动土压力的方法计算，由于埋深在地下水位以下，需考虑地下水的影响。