安全系數(shù)算法

1、3安全度分析根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖的設(shè)計說明，隧道按照噴錨構(gòu)筑法原理，襯砌結(jié)構(gòu)由初支和二次 襯砌組成，支護(hù)參數(shù)主要以工程類比為主，并輔以結(jié)構(gòu)數(shù)值分析檢算。計算時， 初期支護(hù)為主要承載結(jié)構(gòu)。n in級圍巖二次襯砌作為安全儲備，按承受圍巖荷 載的30%檢算；iv v級圍巖二次襯砌作為承載結(jié)構(gòu)，分別按承受圍巖荷載的 50%70%檢算，得出荷載與結(jié)構(gòu)安全系數(shù)。3.1 圍巖壓力計算襯砌荷載根據(jù)隧道的地形和地質(zhì)條件、埋置深度、結(jié)構(gòu)特征和施工方法等因 素，按有關(guān)公式計算或按工程類比確定，主要考慮圍巖壓力、結(jié)構(gòu)自重、圍巖約 束襯砌變形的彈性反力等，不考慮列車活載、凍脹力、地下水壓等附加荷載。當(dāng) 施工發(fā)現(xiàn)其與設(shè)計不符時，應(yīng)

2、及時修正。對復(fù)雜地質(zhì)條件的隧道，必要時應(yīng)通過 實地量測確定荷載的計算值及其分布規(guī)律，本圖考慮在淺埋地段的隧道視具體情 況米用加強(qiáng)襯砌。3.1.1 深埋隧道圍巖壓力計算計算深埋隧道襯砌時，圍巖壓力按松散壓力考慮，其垂直及水平勻布壓力可 按下歹0規(guī)定確定。(1) 豎直壓力q =" = 丫又0"2$4心(3-1)式中：q圍巖垂直勻布壓力(kPa);Y- 巖重度(kN/m3);h圍巖壓力計算高度(m)；S圍巖級別；3寬度影響系數(shù)，切=1+i(B 5);B坑道寬度(m);i坑道寬度每增減1m時的圍巖壓力增減率。當(dāng) B<5m時，取i = 0.2,B>5m 時，可取 i=0.

3、1。(2) 側(cè)壓力水平勻布壓力可按下式計算確定。(3-2)式中：九一一側(cè)壓力系數(shù)，其取值參照圍巖級別分別取值3.1.2 淺埋隧道圍巖壓力計算地面基本水平的淺埋隧道，所受的荷載具有對稱性。其計算為:（1）豎直壓力(3-3)(3-4)(3-5)(3-6)(3-7)v （htanH ）q =" 1-fI B Jtan - -tan ctan ： 1 tan : (tan c -taw) tan c tarn Ita"=tan%+j(tan箜匚加吧)tan c - tan 口h =2.5ha也=0.45 2"-仍=1+0（B-0.5）（3-8）（2）側(cè)壓力e i = h

4、i 人（3-9）2 式中:q垂直壓力（N/m ）;Y-巖重度（N/m3）;h洞頂?shù)孛娓叨龋╩）；9-一洞頂土柱兩側(cè)摩擦角（°）;X-一側(cè)壓力系數(shù)，按照圍巖級別分別取值；hi內(nèi)外側(cè)任意點(diǎn)至地面的距離（m）；%圍巖計算摩擦角（°）;0產(chǎn)生最大推力時的破裂角（°）;ha深埋隧道垂直荷載計算高度（m）；S圍巖級別；3深埋隧道的寬度影響系數(shù)；B隧道開挖跨度（m）。3.2安全度計算方法3.2.1 混凝土安全系數(shù)計算按照隧道設(shè)計規(guī)范(TB10003-2005)中混凝土安全系數(shù)計算。按抗壓強(qiáng)度計算的安全系數(shù)為：KRabWN(3-10)按抗拉強(qiáng)度計算的安全系數(shù)為：，,1. 75R

5、bhK=-(3-11)(6, 一 1Nh式中：K安全系數(shù)；中一一穩(wěn)定系數(shù)，對襯砌結(jié)構(gòu)取 中=1.0;N荷載設(shè)計值產(chǎn)生的軸向力；b截面寬度(m);h截面高度(m)；Ra混凝土抗壓極限強(qiáng)度，按鐵隧規(guī)范取值，在鐵路隧道設(shè)計規(guī)范31頁;e0軸向力偏心距M/N;R1混凝土抗拉極限強(qiáng)度，按鐵隧規(guī)范取值；a軸向力偏心影響系數(shù)，偏心影響系數(shù)的計算公式如下：a =1.000 + 0.6480 / h) 12.5690 / h)2 +15.444(e。/ h)3(3-12)3.2.2 鋼筋混凝土安全系數(shù)計算鋼筋混凝土隧道襯砌偏心受壓構(gòu)件，按照偏心距大小及鋼筋配筋率等因素的 不同，可以分為大偏心受壓破壞和小偏心受壓

6、破壞。首先按照隧道規(guī)范和混凝土 規(guī)范區(qū)別大小偏心，然后代入各自的極限狀態(tài)方程，經(jīng)過整合將大小偏心的極限 狀態(tài)表達(dá)式合為一個。因此依據(jù)鋼筋混凝土襯砌截面破壞形態(tài)建立其相應(yīng)的極限 狀態(tài)表達(dá)式。鋼筋混凝土安全系數(shù)的計算公式為：xFcbxm - ) fyAs(h -as)K =2 (3-13)(e0 ea h-as)N2式中：氣為系數(shù)，在這里口取1.0;as、aS為受拉區(qū)的鋼筋合力點(diǎn)至截面近邊的距離(m)；ea為附加偏心距，大小為 金=max(20,h/30)，單位是mm；h0為截面有效高度，h°=ha，h為截面高度(m)；fy為鋼筋強(qiáng)度設(shè)計值；A為受壓區(qū)鋼筋面積。3.3基本參數(shù)各級圍巖的物

7、理力學(xué)指標(biāo)見表 3-1,圍巖水平均布壓力見表 3-2,圍巖的計 算摩擦角和內(nèi)摩擦角見表 3-3,混凝土的極限強(qiáng)度見表 3-4,鋼筋的強(qiáng)度和彈性 模量見表3-5。表3-1各級圍巖的物理力學(xué)指標(biāo)圍巖級別重度(kN/m3)彈性反力系數(shù)(MPa/m)變形模量(GPa)泊松比n26150026.50.225m24850130.275w21.53503.70.325V18.51501.50.4表3-2圍巖水平勻布壓力圍巖級別I nmWVVI水平勻布壓力0<0.15q(0.150.30) q(0.300.50) q(0.501.00) q表3-3圍巖的計算摩擦角和內(nèi)摩擦角圍巖級別InmWVVI60.9

8、%0.9%0.9*0(0.70.9) 乳(0.50.7)平 0(0.30.5)甲0%>78C70 -78C60-7050 -6040-5030-40表3-4混凝土的極限強(qiáng)度(MPa)強(qiáng)度等級C15C20C25C30C35C40C50抗壓12.015.519.022.52629.536.5彎曲抗壓15.019.424.228.132.536.945.6抗 拉1.41.72.02.22.452.73.1表3-5鋼筋的強(qiáng)度和彈性模量鋼筋種類屈服強(qiáng)度（MPa）抗拉極限強(qiáng)度（MPa）抗拉或抗壓計算 強(qiáng)度（MPa）彈性模量（GPa）延伸率（%）HPB235 (Q235)24038021021025H

9、RB335 (20MnSi)340520300200163.4各標(biāo)準(zhǔn)圖安全系數(shù)計算結(jié)果按照以上的計算方法及相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行各標(biāo)準(zhǔn)圖的安全度檢算，計算出每個 斷面的每個截面單元的安全系數(shù)，根據(jù)控制截面的安全系數(shù)的大小檢算襯砌結(jié)構(gòu) 的安全性能。3.4.1 時速200公里客貨共線鐵路單線隧道復(fù)合式襯砌時速200公里單線鐵路隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)各級圍巖的控制截面安全系數(shù)見表 3-6-表 3-11。表3-6 II級圍巖無仰拱控制截面安全系數(shù)表位置拱頂拱腰拱腳邊墻墻腳節(jié)點(diǎn)號302318114彎矩（kN-m）4.563.860.410.328.72軸力（kN）44.5760.5079.15103127安全系數(shù)56

10、.0668.8885.2865.58109.85破壞類型抗裂抗壓抗壓抗壓抗壓表3-7 III級深埋控制截面安全系數(shù)表位置拱頂拱腰拱腳邊墻墻腳仰拱節(jié)點(diǎn)號35282316115彎矩（kN-m）12.9912.540.683.8631.885.5軸力（kN）64.3498.15129.08158176.82177.53安全系數(shù)13.7311.5361.0154.5472.0650.54破壞類型抗裂抗裂抗壓抗壓抗裂抗壓表3-8 IV級深埋控制截面安全系數(shù)表位置拱頂拱腰拱腳邊墻墻腳仰拱節(jié)點(diǎn)號37292418125彎矩（kN-m）37.7029.803.7814.4778.2815.02軸力（kN）162

11、.26240.13296.51330.10352.38373.04安全系數(shù)9.017.4430.3526.1618.4723.01破壞類型抗裂抗裂抗壓抗壓抗裂抗裂圖3-9 IV圍巖淺埋控制截面安全系數(shù)表位置拱頂拱腰拱腳邊墻墻腳仰拱節(jié)點(diǎn)號37292518125彎矩(kN-m)63.15441.2712.9625.24132.1224.45軸力(kN)313.3249.80514.47570.56594.37630.8安全系數(shù)3.795.0417.4015.1411.4013.68破壞類型抗裂抗裂抗壓抗壓抗裂抗壓表3-10 V級圍巖深埋控制截面安全系數(shù)表位置拱頂拱腰拱腳邊墻墻腳仰拱節(jié)點(diǎn)號37282418121彎矩(kN-m)95.2868.8534.543.57182.2959.73軸力(kN)382.04555.52630.24672.88711.48754.5安全系數(shù)7.711.6716.0913.2519.6810.95破壞類型大偏心大偏心小偏心小偏心大偏心小偏心