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1、《地下工程》课程设计——新奥法隧道二次衬砌结构设计姓名：班级：学号：指导老师：华中科技大学土木工程与力学学院2015年12月目录1、设计任务书32.1基本设计资料32.2设计要求42.3参考资料42、计算工况52.1参数52.2围岩压力52.3拟定二次衬砌截面尺寸53、衬砌结构内力64、衬砌结构配筋121、设计任务书1.1基本设计资料（1）工程概况某三心圆带仰拱隧道，隧道内净空的高度为8.8m，内净空宽度为11m，建筑限界和内净空的横断面形状和尺寸如图2-1所示，地表至隧道内净空顶部H=20~60m。拟采用新奥法复合式支护结构，二次衬砌采用C25钢筋混凝土，混凝土弹性模量Ec=29.5
2、GPa，泊松比μc=0.2，钢筋采用HRB335，钢筋抗拉强度标准值为340MPa。（2）围岩性质假设隧道所在土体为黏性土，围岩级别为Ⅴ级，平均γ=18~20kN/m3，平均黏聚力c=30~60kPa，内摩擦角φ=20~30°，泊松比为0.33~0.37，变形模量E为15~30MPa。图1-10衬砌横断面尺寸（单位：cm）1.2设计要求（1）确定具体计算工况，包括选定隧道埋深、土体黏聚力、内摩擦角、变形模量等指标。（各位同学之间不得雷同）。（2）根据经验，初步拟定二次衬砌截面尺寸。（3）确定隧道埋深条件（深埋或浅埋），并计算围岩压力。深埋隧道采用普氏理论进行计算，浅埋隧道采用岩柱理论或
3、太沙基松动理论进行计算，超浅埋隧道采用土柱理论进行计算。（4）采用荷载-结构模型(假定抗力计算模型或弹性地基梁计算模式)计算二次衬砌内力，计算中只考虑围岩压力和二次衬砌结构自重，直接按照标准值进行组合，无需考虑荷载组合分项系数。（5）验算截面承载力，优化截面尺寸，并进行配筋设计。验算中，只需进行正截面抗拉、抗压、抗弯验算，无需进行正截面和斜截面抗剪验算、裂缝验算、变形验算等。（6）编写设计计算书。1.3参考资料（1）公路隧道设计规范(JTGD70-2004)；（2）《公路隧道设计细则》JTGTD70—2010。2、计算工况2.1参数围岩性质：围岩级别V级，平均重度γ=18kN/m3，平
4、均粘聚力c=50kPa，内摩擦角ϕ=20°，泊松比μ=0.35，变形模量E=25Mpa，地表至隧道内净空顶部H=50m。宽度影响系数：w=1+i×(B-5)=1+0.1×(11-5)=1.6坍落拱高度：hq=0.45×2s-1w=0.45×25-1×1.6=11.52mHp=2.5hq=2.5×11.52m=28.8mH=50m>Hp=28.8m故隧道为深埋，采用普氏理论计算围岩压力。2.2围岩压力洞顶竖向压力：q=γhq=18kN/m3×11.52m=207.36kN/m2侧向压力：e1=qtan2(45°-ϕ2)=207.36kN/m2×tan2(45°-20°2)=101.67k
5、N/m2e2=(q+γH')tan2(45°-ϕ2)=(207.36kN/m2+18kN/m3×(5.5m+2.034m))×tan2(45°-20°2)=168.16kN/m22.3拟定二次衬砌截面尺寸参考《公路隧道设计细则》JTGTD70—2010的表13.2.3整体式衬砌设计参数，初步拟定二次衬砌截面厚度为50cm。二次衬砌采用C25钢筋混凝土，弹性模量Ec=29.5Gpa，泊松比μc=0.2，钢筋采用HRB335，钢筋抗拉强度标准值为340MPa。3、衬砌结构内力利用ANSYS软件，采用弹性地基梁模型计算衬砌结构的内力，计算流程如图3.1所示。图3.1衬砌结构内力计算流程图编程
6、命令流：!(1)创建物理环境fini/clear/TITLE,TunnelSupportStructuralAnalysis!进入前处理器/PREP7!定义单元ET,1,BEAM3!定义梁单元ET,2,COMBIN14!定义弹簧单元!定义材料属性MP,EX,1,2.95E10!混凝土衬砌弹性模量MP,PRXY,1,0.2!凝土衬砌泊松比MP,DENS,1,2500!混凝土衬砌密度!定义实常数R,1,0.50,0.50*0.50*0.50/12,0.50,!衬砌面积,惯性矩,厚度!(2)建立几何模型!创建隧道衬砌支护关键点!定义曲率中心点K,1,0,11.7,!L1曲率中心K,2,4.1
7、824,-1.6607,!L2曲率中心K,3,0,0,!L3/L4曲率中心K,4,-4.1824,-1.6607,!L5曲率中心K,5,-4.4811,-2.615,!由节点坐标生成关键点K,6,4.4811,-2.615,K,7,5.1118,-2.0297,K,8,0,5.5,K,9,-5.1118,-2.0297,!创建隧道衬砌支护线LARC,5,6,1,15!由2个端点及曲率中心加半径生成弧线LARC,6,7,2,1LARC,7,8,3
