隧道区间荷载计算

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1、一、荷载计算1.1地层压力对比不利因素，选取如下断面进行分析:隧道YK22+284.057处，由纵断面图知埋深为h=16.07m，V级围岩，横断面衬砌类型为D型，岩土力学参数表1-1如下：表1-1岩土力学参数地层代号岩土名称天然密度(g/cm3)天然含水量（%）黏聚力（kpa）内摩擦角(°)厚度（m）<1>素填土2.03///2.7<11-0>粉质粘土2.0122.7629.815.36.1<16-上>强风化粗粒花岗岩2.30/60.030.02.24<16-下>强风化粗粒花岗岩2.32/80.032.05.03<17-0>中等风化粗粒花岗岩2.44/2000.035.06

2、.51.1.1围岩深浅埋的判定偏于安全考虑，取隧道开挖最大轮廓尺寸进行围岩压力的计算，即B=6.2m，Ht=6.5m。等效荷载高度：,式中s—围岩级别，如级围岩s=5；w—宽度影响系数，其值为：其中，B—坑道宽度；i—B每增加1m时，围岩压力的增减率（以B=5m为基准），当B<5m时，取i=0.2，B>5m时，取i=0.1。深浅埋分界深度：由于围岩为V级，围岩软弱破碎且节理发育，故深浅埋分界深度取，，故隧道为一般浅埋隧道。1.1.2围岩压力的计算对于埋深的一般浅埋隧道，衬砌统一按照一般浅埋段隧道的最大埋深处的围岩压力进行设计和检算。一般浅埋隧道围岩压力按谢家休公式计算：对于

3、V级围岩，,此处取，查规范可得V级围岩似摩擦角为，,则,,,,又因为水位线在素填土和粉质粘土交界处，故粉质粘土的有效容重为，，竖向均布压力：拱顶水平压力：拱底水平压力：1.2水压力拱顶水压力：拱底水压力：1.3地面车辆荷载及其冲击力1.3.1竖向荷载在道路下方的地下结构，地面车辆及施工荷载可按20kPa的均布荷载取值，并不计冲击压力的影响，即poz=20kPa。1.3.2车辆荷载的侧向压力地面车辆荷载传递到地下结构上的侧压力pox,可按下式计算：石质地层查规范表，V级围岩的侧向压力系数，。1.4地震荷载在衬砌结构横截面的抗震设计和抗震稳定性检算中采用地震系数法（惯性力法），

4、即静力法；验算衬砌结构沿纵向方向的应力和变形则用地层位移法，即拟静力法。等代的静地震荷载包括：结构本身和洞顶上方土柱的水平、垂直惯性力以及主动土压力增值。由于地震垂直加速度峰值一般为水平加速度的1/2~2/3,因此对震级较小和对垂直地震振动不敏感的结构，可不考虑垂直地震荷载的作用。只有在验算结构的抗浮能力时才计及垂直惯性力。水平地震荷载计算可按照垂直和沿着隧道纵轴两个方向进行：1.4.1隧道横截面上的地震荷载（垂直隧道纵轴）1.4.1.1结构的水平惯性力作用在构件或结构重心处的地震惯性力一般可表示为式中τ——作用于结构的地震加速度；g——标准自由落体加速度；Q——构件或结构

5、的重力；Kc——与地震加速度有关的地震系数。对于马蹄形曲墙式衬砌，可以简化其均布的水平惯性力为：式中ŋc——综合影响系数，规范中建议对于岩石地基ŋc=0.2，对非岩石地基ŋc=0.25；Kh——水平地震系数，7度地区Kh=0.1；8度地区Kh=0.2；9度地区Kh=0.4；m1——上部衬砌质量；H——上部衬砌的高度；m2——仰拱质量；f——仰拱的矢高。根据设计说明，取ŋc=0.2，Kh=0.1；由横断面图知：二次衬砌为C45模筑钢筋混凝土，密度取2500kg/m3，H=5.285m，f=1.215m。由计算可得（取沿隧道纵轴1m长的衬砌研究）：m1=9120kg，m2=44

6、62kg。，1.4.1.2洞顶上方土柱的水平惯性力式中m上——上方土柱的质量。由岩土力学参数表1-1可知（取沿隧道纵轴1m长的衬砌研究）：，1.4.1.3主动侧向土压力的增值地震时地层的内摩擦角要发生变化，由原来的值减少为，其中为地震角，在在7度地震区，;8度地震区，；9度地震区，。因此，结构一侧的主动侧向土压力增量为式中qi——计算截面i处的竖向土压力；。而结构另一侧的主动侧向土压力增量可按上述值反对称布置。即，，，1.4.1.4结构和隧道上方土柱的垂直惯性力。其一般计算公式为式中Kv——垂直地震系数，一般取Kv=Kh/2~2Kh/3;Q、P——衬砌和隧道上方土柱的重力。

7、由于垂直惯性力仅在验算结构抗浮能力时需要考虑，因此，不需考虑此垂直惯性力。1.4.2沿隧道纵轴方向的地震荷载地震中的横波与隧道纵轴斜交或正交，或地震中的纵波与隧道纵轴平行或斜交，都会沿隧道纵向产生水平惯性力，使结构发生纵向拉压变形，其中以横波产生的纵向水平惯性力为主。地震波在冲积层中的横波波长约为160m左右。因此，孙钧院士在其《地下结构》一书中建议：计算纵向水平惯性力时，对区间隧道可按半个波长的结构重力考虑，即式中——纵向80m长结构的重力。即1.4.3结构上部和受影响范围内的设施及建筑物压力在计算这部分荷载时，