隧道工程課程設計包含內(nèi)力圖和襯砌及內(nèi)輪廓設計圖

17-目錄題目：隧道工程課程設計 -2-一、設計依據(jù) -2-二、設計資料 -2-三、隧道方案比選說明 -2-1. 平面位置的確定 -2-2. 縱斷面設計 -3-3. 橫斷面設計 -3-四、二次襯砌結構計算 -3-1. 基本參數(shù) -3-2. 荷載確定 -4-3. 計算襯砌幾何要素 -4-4. 載位移—主動荷載在基本結構中引起的位移 -6-5. 外荷載在基本結構中產(chǎn)生的內(nèi)力 -7-6. 主動荷載位移 -9-7. 載位移—單位彈性抗力及相應的摩擦力引起的位移 -10-四、墻底（彈性地基梁上的剛性梁）位移 -13-五、解力法方程 -14-六、計算主動荷載和被動荷載分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力 -15-七、最大抗力值的求解 -16-八、計算襯砌總內(nèi)力 -17-1. 相對轉角的校核 -18-2. 相對水平位移的校核按下式計算 -18-九、襯砌截面強度檢算 -19-1. 拱頂 -19-2. 墻底偏心檢查 -19-十、內(nèi)力圖 -20-參考文獻 -21-

隧道工程課程設計一、設計依據(jù)本設計根據(jù)《公路工程技術標準》（JTGB01-2003）,《公路隧道設計規(guī)范》（JTGD70-2004）進行設計和計算。二、設計資料1.設計等級：高速公路；2.設計車速：80km/h；3.圍巖級別：Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級；4.折減系數(shù)：50%；5.使用功能：雙向二車道；6.隧道平縱曲線半徑和縱坡：平縱曲線設計滿足規(guī)范要求，洞口內(nèi)外各有不小于3s行車速度行程長度范圍內(nèi)的平縱線形保持一致；7.隧道結構設計標準(1).設計使用期：100年；(2).設計安全等級：一級；(3).結構防水等級：二級；8.1:10000地形圖見《隧道平設計圖》（圖S1-1）。三、隧道方案比選說明平面位置的確定任務所給定的地形圖為陜西省西安市藍田縣灞源鄉(xiāng)地形圖，灞源鄉(xiāng)距藍田縣22公里，位于秦嶺北麓，關中平原東南部，在北緯33°50’－34°19’、東經(jīng)109°07’-109°49’之間，是藍田縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)之一。鄉(xiāng)境東連洛南、華縣，西接灞橋、長安，南毗柞水、商縣，北鄰臨潼、渭南。全縣總面積969平方公里，地形大致為南山北嶺中河川，總體上為秦嶺北麓丘陵區(qū)。該隧道平縱設計既要服從路線的總體走向，又要綜合考慮隧道位置的地形、地質(zhì)、地物、水文、氣象、地震情況和施工條件等因素，盡可能使隧址位于地質(zhì)條件良好、不良地質(zhì)影響最小的地層中，隧道平面線形以直線為主，有利于通風和施工，采用不設超高的平曲線。隧道縱坡設置要充分考慮通風、排水、施工方案和兩端接線的要求。根據(jù)老師畫出的起終點，選擇兩條線路進行方案比選，并確定推薦線路。做出兩個線路方案的平面圖，見《隧道平面設計圖》（圖S1-1）所示。由于路線起點距隧道進口不是很遠，故隧道進口位置受其影響選擇的余地不是很大，只能在小范圍內(nèi)微調(diào)，經(jīng)反復比選，將推薦線與比選線的進口位置選擇在中心河以北200米處，出洞口選擇在燕子臺以西250米處，該方案成洞條件好，總體走向與等高線垂直。經(jīng)綜合比選（方案必選見附件），推薦3線方案，做出推薦線路的平面圖，見《隧道平面設計圖》（圖S1-1）?？v斷面設計做出推薦線路的縱斷面圖，見《隧道線路的縱斷面圖》（圖S1-2）所示；每20m一樁讀取地面高程，標在米格紙上，用平滑曲線連接，繪出縱斷面。橫斷面設計隧道內(nèi)輪廓以建筑限界為基礎，充分考慮襯砌結構受力特性、工程造價、裝飾厚度及富裕空間、運營設施的安裝及空間等因素。洞身結構根據(jù)隧道所處的工程地質(zhì)條件，按新奧法原理進行設計，采用復合式襯砌，其支護襯砌按工程類比，結合隧道結構力學原理計算確定。1.根據(jù)任務要求，做出隧道建筑限界及內(nèi)輪廓設計圖見圖S1-3、圖S1-5所示。2.做出圍巖襯砌結構圖見圖S1-4、圖S1-6所示。四、二次襯砌結構計算選?、跫墖鷰r復合式襯砌的二次襯砌作為典型襯砌，做結構計算。基本參數(shù)圍巖級別：Ⅴ級；圍巖容重：；圍巖彈性抗力系數(shù)：；襯砌材料為C25混凝土，彈性模量，容重。荷載確定深埋圍巖垂直均布壓力按礦山法施工的隧道圍巖荷載為：式中：s—圍巖類別，此處取圍巖級別為Ⅴ級；γ—圍巖容重，此處γ=18kN/m3；ω—跨度影響系數(shù)，ω=1+i(B-5),隧道跨度B=11.7m,B=5~15m時，i取0.1?？紤]到初期支護承擔大部分圍巖壓力，而二次襯砌一般作為安全儲備，故對圍巖壓力進行折減，本隧道按50%折減，取為120。圍巖水平均布壓力：e=0.4q=0.4×120=48kN/m2。計算襯砌幾何要素見圖4-1.圖4-1二次襯砌結構計算圖內(nèi)輪廓半徑r=5.54m,拱截面厚度d=0.5m，則外輪廓半徑R=r+d=5.54+0.5=6.04m,拱軸線半徑r′=r+0.5×d=5.54+0.5×0.5=5.79m，半拱軸線長度s=10.31795m。1.半拱軸線長度S等分為8段，則ΔS：計算襯砌的幾何要素，拱部各截面與垂直軸之間的夾角和截面中心垂直坐標見表4-1。單位位移計算表表4-1截面x（m）y（m）d（m）積分系數(shù)1/30001000.5600961113.3750.23130.97281.33930.15700.59615.0762.3675128.514226.7500.45000.89292.60600.61960.59659.48636.860251.832340.1250.64440.76463.73141.36270.596130.82178.27535.924453.5000.80380.59484.65432.34590.596225.21528.341074.72566.8750.91960.39275.32473.51600.596337.541186.81957.84680.2500.98550.16935.70634.80940.596461.702220.53239.92793.6250.9979-0.06325.77846.15600.596590.983638.14916.14890.000105.53707.48280.596718.355375.36908.0113166.6819109.044——注：1.-截面慣性矩，，b取單位長度；2.不考慮軸力的影響。單位位移值用新普生法近似計算，計算如下：計算精度校核為：閉合差Δ=0。載位移—主動荷載在基本結構中引起的位移(1).每一楔塊上的作用力：豎向力：Qi=qbi側向力：Ei=ehi自重力：式中：bi——襯砌外緣相鄰兩截面之間的水平投影長度，由圖1-1中量得；hi——襯砌外緣相鄰兩截面之間的豎直投影長度，由圖1-1中量得；di——接縫i的襯砌截面厚度。作用在各楔塊上的力計算如表4-2所示；

載位移計算表表4-2截面集中力力臂Q·aqG·agQGEaqagae0000000001168.20014.74417.91520.6430.6670.326108.17839.83432159.00014.744123.3280.550.6040.46687.458.90543141.20014.744137.4400.4270.5420.58160.309487.99134115.60014.744149.5360.280.4330.66432.39046.3842583.76014.744158.8960.1190.30.7119.967444.4232647.2814.744165.04-0.0490.1420.719-2.316722.093678.2814.744167.680-0.0070.6880-0.1038014.744166.5760-0.1640.6190-2.418外荷載在基本結構中產(chǎn)生的內(nèi)力內(nèi)力按下式計算：彎矩：軸力：、的計算見表4-3，表4-4；

載位移計算表Mi,p0表4-3E·ae∑Q+G∑EΔxΔyΔx∑Q+GΔy∑E000000002.58035001.3393630.1570400-120.59310.8708182.9847.91521.266700.46260231.7873.66164-227.8121.7526356.72831.24321.125330.74308401.43923.2162-317.8732.8919512.71268.68320.922920.98324473.19467.5322-389.5341.8750643.136118.2190.670441.17006431.186138.324-445.8046.7637741.640177.1150.381591.29342283.006229.084-492.3446.5638803.664242.1550.072041.3466157.9008326.089-538.8041.2105826.689309.835-0.24141.32675-199.57411.075-577.59載位移計算表Ni,p0表4-4截面∑Q+G∑E∑Q+G∑E0010000010.23130.9728182.98427.915242.32857.700534.62820.45000.8929356.728331.243160.56227.899132.6630.64440.7646512.712568.683330.42152.517277.9040.80380.5948643.1366118.219516.98970.319446.6750.91960.3927741.6408177.115682.05069.559612.4960.98550.1693803.6649242.15792.05641.008751.0470.9979-0.063826.6891309.83825.035-19.58844.6280.9563-0.292849.7132377.51812.584-110.3922.95主動荷載位移計算結果見表4-5所示主動荷載位移計算表表4-5截面Mpy/I(m4)Mp0/IMp0y/IMp0(1+y)/I積分系數(shù)1/30096000011-120.5939615.076-11576.-1818.0726-13395.00242-227.8199659.486-21870.-13552.194-35422.85023-317.87396130.82-30515.-41584.864-72100.65244-389.53996225.21-37395.-87729.589-125125.3625-445.80596337.54-42797.-150477.15-193274.4446-492.34696461.70-47265.-227320.35-274585.5427-538.80696590.98-51725.-318425.70-370151.1148-577.59996718.35-55449.-414919.25-470368.742-29859-1255827.1-1554423.71則：計算精度校核：閉合差Δ=0.00008。載位移—單位彈性抗力及相應的摩擦力引起的位移各接縫處的彈性抗力強度抗力上零點假定在接縫3處，最大抗力值假定在接縫5處，最大抗力值以上各截面抗力強度按下式計算：算出：σ3=0，σ4=0.697σh，σ5=0.876σh,；最大抗力值以下各截面抗力強度按下式計算：式中：—所考察截面外緣點到到h點的垂直距離；—墻角外緣點到到h點的垂直距離；由圖1中量得：，。按比例將所求的抗力會在分塊圖上(2).各楔塊上抗力集中力Ri’按下式近似計算：式中：Δ—Si外—楔塊外緣長度。(3).抗力集中力與摩擦力的合力Ri按下式計算：式中：—圍巖與襯砌間的摩擦系數(shù)，此處取=0.2。則：其作用方向與抗力集中力Ri的夾角β=arctanμ=11.3099°。由于摩擦阻力的方向與襯砌位移的方向相反，其方向向上。將Ri的方向線延長，使之交與豎直軸，量取夾角，將Ri分解為水平與豎直兩個分力：；以上計算列于表4-6彈性抗力及摩擦力計算表表4-6截面σ(σh)(σi-1+σi)/2ΔSi外R(σh)RH(σh)RV(σh)40.6970.34851.30830.5024290.8503520.5262140.4272420.26438530.85035250.8760.78651.30831.133890.9492610.314491.0763580.35659660.949261610.9381.30831.3523060.9963150.0857651.3473240.11598020.99631570.74580.87291.30831.2584520.989016-0.147811.244629-0.1860110.989016800.37291.30830.5376070.927771-0.373150.498776-0.2006080.927771(4).計算單位抗力及其相應的摩擦力在基本結構中產(chǎn)生的內(nèi)力彎矩：軸力：式中：—力Ri至接縫中心點K的力臂，由圖1量得。計算見表4-7及表4-8Miσ0計算表表4-7面R4=0.5024R5=1.134R6=1.1352R7=1.258R8=0.538(σh)r4iR4r4i(σh)r5iR5r5i(σh)r6iR6r6i(σh)r7iR7r7i(σh)r8iR8r8i(σh)40.7250.36424________________________-0.3642452.0781.04398720.720.81648__________________-1.8604763.3931.70464322.0722.3496480.720.817344____________-4.8716474.5972.30953283.3763.8283842.0722.35213440.720.90576______-9.3958185.6262.82650244.565.171043.3763.83243522.0722.6065760.720.38736-14.8239計算表表4-8截面αsinαcosα∑RV(σh)sinα∑RV(σh)∑RH(σh)cosα∑RH(σh)(σh)453.50.80380.59480.26430.21250.42720.2541-0.0416566.8750.91960.39270.62090.57101.50350.5905-0.0194680.250.98550.169350.73690.72632.85090.48280.24351793.6250.9979-0.06320.55090.54984.0955-0.25890.8087981070.9563-0.29230.35030.33504.5943-1.34321.67828(5).單位抗力及相應摩擦力產(chǎn)生的載位移計算見表4-9單位抗力及相應摩擦力產(chǎn)生的載位移計算表表4-9截面積分系數(shù)1/34-0.3642496225.213-34.96-82.03183-116.998825-1.8604796337.540-178.605332.288467-806.587446-4.8716496461.708-467.6772278.35163-2716.953627-9.3958196590.983-901.9988475.001738-6454.767548-14.823996718.351-1423.121095.8477-12071.8821∑-3006.3432099.4577-22167.189___計算精度校核：閉合差Δ=0。五、墻底（彈性地基梁上的剛性梁）位移單位彎矩作用下的轉角：主動荷載作用下的轉角：單位抗力及相應摩擦力作用下的轉角：六、解力法方程襯砌計算矢高：計算力法方程的系數(shù)以上將單位抗力圖及相應摩擦力產(chǎn)生的位移乘以倍，即被動荷載的載位移。求解方程：式中式中七、計算主動荷載和被動荷載分別產(chǎn)生的襯砌內(nèi)力計算公式為：,,計算過程見表7-1和表7-2。主被動荷載作用下襯砌彎矩計算表表7-1截面[][]001600160___-7.2390-7.2391-120.5931608.74680848.15379___-7.2390.465789-6.773212-227.81916034.51275-33.3066___-7.2391.837888-5.401113-317.87316075.90013-81.9727___-7.2394.041865-3.197134-389.539160130.6638-98.8755-0.36424-7.2396.958165-0.645085-445.805160195.8331-89.9719-1.860467-7.23910.428591.3291216-492.346160267.8728-64.4729-4.871635-7.23914.264882.1542427-538.806160342.8751-35.9313-9.395811-7.23918.258931.6241178-577.599160416.7713-0.82759-14.82391-7.23922.194080.131167主被動荷載作用下襯砌軸力計算表表7-2截面[][]0055.69755.697___2.9662.966134.6280154.1863249688.81433___2.88555292.88555292132.663349.73624822182.3996___2.6485755472.6485755473277.903442.58816949320.4915___2.2679230612.2679230614446.670333.1298448479.8001-0.0416052781.7642443881.722639115612.490121.87435224634.3645-0.0194351731.1648621781.1454270056751.04799.432259404760.48020.2435150110.5022906330.7458056447844.6247-3.521497574841.10320.808794032-0.1875282660.6212657678922.9595-16.28422672906.67531.678286576-0.867174470.811112106八、最大抗力值的求解首先求出最大抗力方向內(nèi)的位移?？紤]到接縫6處的徑向位移與水平方向有一定的偏離，因此修正后有：,計算過程見表8-1最大抗力位移修正計算表表8-1截面積分系數(shù)1/3015360-7.2394.8094673873.3056-34.81568094114622.763-6.7732112884.65241721507.02422-31.5118052342-3197.43-5.4011124164.189808-13396.62714-22.6296244623-7869.38-3.1971345213.446727-27123.58962-11.0196505244-9492.05-0.6450750072.463484-23383.50296-1.5891319225-8637.31.3291207871.293415-11171.623111.71910542746-6189.42.1542420340001∑20304.987-99.84678765—位移值為：最大抗力值為：九、計算襯砌總內(nèi)力按下式計算襯砌總內(nèi)力：,計算過程見表9-1襯砌總內(nèi)力計算表表9-1截面[MP]σhMσ[M]NPσhNσ[N]eM/IMy/I積分系數(shù)1/30160-4732.351-4572.35155.6971938.9631994.660-2.292295-438945.701148.1537-4427.851-4379.69788.814331886.3721975.186-2.217358-420450.9-66028.842-33.3066-3530.869-3564.175182.39951731.4531913