隧道设计书

式中: ????—隧道深浅埋的分界高度; ???—等效荷载高度;

判断:设隧道埋深为H=15m(坑顶至路面的距离,m) H

1、隧道的埋深H大于h??而小于H??

图6.1 浅埋隧道围岩压力的计算简图

表6.2各级围岩的θ和??0值

围岩级别 θ ??0 Ⅰ 0.9??0 >78° Ⅱ 0.9??0 70°~80° Ⅲ 0.9??0 60°~70° Ⅳ Ⅴ Ⅵ (0.7~0.9)??0 (0.5~0.7)??0 (0.3~0.5)??0 50°~60° 40°~50° 30°~40° 根据表6.2所示,Ⅴ级围岩取值为??0=43°,θ=23° tanβ=tan????+

(??????2????+1)??????????

???????????????????

(6-6)

=2.8159

=tan43°+

λ = ???????? 1+???????? ???????? =

??????243°+1 ×??????43°

??????43°???????23°

???????????

???????????????????

+?????????? ????????

(6-7)

2.8159???????43°2.8159× 1+2.8159×(??????43°???????23°)+??????43° ×??????23°=0.4685

至此,极限最大阻力T值可求得。得T值后,代入(6-8)可求得作用在HG面上的总垂直力??浅=???2??????????=??????2??????????(6-8)

由于GC、HD与EF、EG相比较小,而且衬砌与土的摩擦角也不同,前面分析时按?计,当中间土块下滑时,由于HF及EG面传递,考虑压力稍大些对设计的结构也偏于安全,因此,摩阻力不及隧道部分而只计洞顶部分,即在计算时用H代替h:

W=????????(6-9)

Q浅=???????2????????=????(?????????????????)(6-10)

=20×20× 14.62?20×0.4685tan23° =4257.0684 KPa 换算为作用在支护结构上的均布荷载为; ??浅=

??浅????

=

4257.064814.62

=291.223 ????/?? (6-11)

作用在支护结构两侧的水平侧压力为;

??1=??????=20×20×0.4685=187.4????/??(6-12) ??2=γ?λ=20×27.61×0.4685=258.7057????/??(6-13) 侧压力视为均布压力时:

e=2 ??1+??2 =2× 187.4+258.7057 =223.05285(KN/m)(6-14)

1

1

图6.2 浅埋隧道支护结构上的荷载

6.2衬砌结构计算

6.2.1基本设计参数

①围岩参数

围岩等级:Ⅴ级围岩容重:??20kg/m3

弹性抗力系数:k?180MPa/m变形模量:E?1.5GPa ② 衬砌材料参数

衬砌材料:C30钢筋混凝土材料容重:?h?23.5kg/m3 弹性模量:Eh?3.00?107kPa衬砌拱墙厚度:d?0.50m 6.2.2衬砌几何尺寸

内轮廓线半径:r?6.41m

内径r所画圆曲线的重点截面与竖直轴的夹角??107?53'55\?107.898889? 采用等截面衬砌,拱顶截面厚度d0?0.45m,拱顶截面厚度dn?0.5m 拱轴线半径:r'?r?d02?6.41?0.45?6.635m 2拱轴线圆弧段中心角:????107.898889? 6.2.3半拱轴线长度

由上可知半拱轴线长度

107.898889?S?πr??3.14?6.635?12.494939m(6-15) ??180180?'1将半拱轴等分为8段,每段的长度为:

?S?S8?12.542?1.561867m(6-16) 86.2.4各分块接缝(截面)中心几何要素

① 与竖直轴夹角?i

180?1.561867180??1????????13.487361?(6-17)

rπ6.635π?S?2?3?4?5????2??3??4??5??????26.974722?40.462083?53.949444?67.436806?

?6?6???80.924167??7?7???94.411528? ?8?8???8?13.487?

?????107.8986?,角度闭合差??0。

注:因墙底面水平,计算衬砌 内力时用?8?90?

② 接缝中心点坐标计算图6.3衬砌结构图

xi?r'sin?iyi(6-18)

?r'(1?cos?i)衬砌计算结构图如图6.3所示

6.3计算位移

6.3.1单位位移

衬砌几何要素、拱部各截面与垂直轴之间的夹角和截面中心垂直坐标汇总于表

表6.3单位位移计算表

截面 0 1 2 3 4 5 6 7 8 截面 0 1 2 3 4 5 6 ?(?) 0 13.487361 26.974722 40.462083 53.949444 67.436806 80.924167 94.411528 90 sin? 0 0.233 0.454 0.649 0.808 0.923 0.987 0.997 1 cos? 1 0.972 0.891 0.761 0.589 0.384 0.158 -0.077 0 x(m) 0 1.545 3.012 4.306 5.361 6.124 6.549 6.615 6.635 y(m) 0 0.185 0.723 1.586 2.727 4.087 5.587 7.149 6.635 d(m) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 积分系数 1 4 2 4 2 4 2 I 0.0104 0.0104 0.0104 0.0104 0.0104 0.0104 0.0104 1/I 96 96 96 96 96 96 96 y/I 0 17.760 69.408 152.256 261.792 392.352 536.352 y2/I 0 3.286 50.182 (1?y)2/I 99.286 146.182 337.478 241.478 809.907 713.907 1699.543 1603.543 3092.599 2996.599 5002.387

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