隧道结构设计检算.doc

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1、第3章隧道结构设计检算3.1隧道结构设计检算方法隧道结构的设计检算包括对初期支护和二次衬砌的设计检算，本章只介绍对二次衬砌的设计检算，初期支护由工程类比法确定，不对其进行检算。二次衬砌的设计检算采用荷载-结构模型，将全部荷载施加到衬砌结构上，根据求得的衬砌内力对已拟定配筋的衬砌进行检算，并对检算未通过的衬砌调整截面配筋，直到检算通过为止。整个设计检算过程如下：(1)由隧道的纵断面图，确定隧道的围岩级别及相应埋深；(2)根据围岩级别和衬砌内轮廓尺寸，由工程类比法初步拟定隧道的支护和衬砌参数，绘制复合式衬砌断面图；(3)由《铁路隧道设计规范》，计算围岩压力并确定典型计算断面；(4

2、)采用荷载-结构模型，利用ANSYS建模进行衬砌内力的计算；(5)由计算求得的弯矩、轴力进行衬砌结构配筋的检算。3.2隧道衬砌荷载计算3.2.1各级围岩段基本情况根据大瑶山隧道的纵断面图，可得该隧道的围岩级别及长度、隧道埋深等数据，见表3-1所示：表3-1大瑶山隧道各围岩段情况围岩级别长度（m）隧道埋深（m）Ⅱ320281.60～363.74Ⅲ742526.06～650.00Ⅳ18807.24～554.28Ⅴ7030～27.63大瑶山隧道为时速250km/h的客专双线铁路隧道，设计所给的建筑限界及衬砌内轮廓是相同的，但由于隧道所处围岩级别的不同，其采用的复合式衬砌的形式和厚度

3、也会有所不同，从而导致各围岩段隧道开挖轮廓线的不同。各级围岩段隧道的开挖净高和净宽初步拟定见表3-2所示。表3-2隧道开挖净高和净宽围岩级别开挖净高(m)开挖净宽(m)Ⅳ12.1314.42Ⅴ12.4814.623.2.2荷载计算方法(1)隧道深浅埋的判定原则深、浅埋隧道分界深度至少应大于坍方的平均高度且有一定余量。根据经验，这个深度通常为2~2.5倍的坍方平均高度值，即：(3-1)式中，――深浅埋隧道分界的深度(m)；――等效荷载高度值(m)；系数2~2.5在松软的围岩中取高限，在较坚硬围岩中取低限。当隧道覆盖层厚度时为超浅埋，时为浅埋，时为深埋。(2)当隧道埋深h小于或等

4、于等效荷载高度hq（）时，为超浅埋隧道，围岩压力按隧道顶部全土柱重量计算。围岩垂直均布松动压力为：(3-2)式中，――围岩容重(kN/m3)，见表3-3；――隧道埋置深度(m)；围岩水平压力e按朗金公式计算：隧道顶部水平压力：(3-3a)隧道底部水平压力：(3-3b)表3-3围岩压力相关计算参数取值围岩级别容重(kN/m3)弹性反力系数K(MPa/m)岩体两侧摩擦系角(°)计算摩擦角(°)IV21.53500.855V18.51500.645(3)当隧道埋深h大于等效荷载高度hq且小于深浅埋分界深度（）时，为一般浅埋隧道，围岩压力按谢家烋公式计算：围岩垂直均布松动压力为：(3

5、-4)(3-5)(3-6)式中，――坑道跨度(m)；――围岩的容度(kN/m3)；――洞顶覆土厚度(m)；――岩体两侧摩擦角(°)，见表3；――侧压力系数；――围岩计算摩擦角(°)，见表3；――产生最大推力时的破裂角(°)；――隧道开挖高度(m)。围岩水平压力按梯形分布，由下式确定：隧道顶部水平压力：(3-7a)隧道底部水平压力：(3-7b)(4)当隧道埋深h大于或等于深浅埋分界深度Hp（）时，为深埋隧道，围岩压力按自然拱内岩体重量计算：单线、双线及多线铁路隧道按破坏阶段设计，垂直均布压力为：(3-8)式中，――等效荷载高度值(m)；――围岩级别，如III级围岩；――围岩的容

6、重(kN/m3)；――宽度影响系数，其值为：(3-9)式中，――坑道宽度(m)；――每增加1m时，围岩压力的增减率(以m为基准)，当<5m时，取，>5m时，取。围岩的水平均布松动压力按表3-4计算求得。表3-4围岩水平均布压力围岩级别IVV水平均布压力0.2q0.2q3.2.3各围岩段荷载计算3.2.3.1Ⅳ级围岩压力的计算(1)隧道深浅埋的判定Ⅳ级围岩的开挖轮廓尺寸：B=14.42m，=12.13m等效荷载高度：深浅埋分界深度：由于围岩为Ⅳ级，极为软弱破碎且节理发育，故深浅埋分界深度取为。由隧道纵断面图可知，Ⅳ级围岩中，隧道的最小埋深h=7.24m，故处于Ⅳ级围岩的隧道当时

7、为浅埋，当时为深埋。。(2)Ⅳ级围岩压力的计算①对于埋深的一般浅埋隧道，选取里程DK1908+060～DK1908+120，取里程为DK1908+94.8处，即一般浅埋段隧道最大埋深处的围岩压力进行计算。一般浅埋隧道围岩压力按谢家烋公式计算：对于Ⅳ级围岩，计算摩擦角，垂直均布松动压力：水平松动压力：隧道顶部：隧道底部：②当隧道埋深h大于或等于深浅埋分界深度Hp（）时，为深埋隧道，根据《铁路隧道设计规范》所推荐的方法：垂直均布松动压力：水平均布松动压力：3.2.3.2Ⅴ级围岩压力的计算(1)隧道深浅埋判定