隧道工程课程设计过程.docx

04州次座隧道工程课程设计学院：土木建筑工程学院专业桥梁与隧道工程班级：桥隧091指导教师：刘远明设计时间：2012年6月1日一6月15日贵州大学本科课程设计任务书学生信息学号0908110305学院土建学院专业桥梁与隧道姓名覃仁昊班级桥隧091教师信息姓名刘远明职称副教授学历博士任务书发出时间2012年6月10题目公路隧道结构计算起止时间2012年6月1日一2012年6月15日共需周数2主要内容：隧道围岩为IV级，埋深H=30m,围岩天然容重=22KNm）计算摩擦角（1）=30,弹性抗力系数K=0.6×10主要要求:1、根据题目要求，按照隧道设计章节的做法拟定隧道结构的截面尺寸，包括轮廓线半径和厚度等；2、按照比例（例如11oO）绘制横断面图；3、按照公路隧道设计规范JTGD70-2004确定隧道围岩竖向压力和水平压力；4、隧道结构内力计算（可按参考资料（3）附录的计算步骤进行），要求写出计算过程，并画出弯矩图和轴力图；5、隧道结构配筋验算和强度验算；6、每位学生提交的课程设计成果（计算书）：kNm3,衬砌材料为C20混凝土，弹性模量Eh=2.5×106kPa,钻爆法施工。要求按高速公路设计速度80kmh或IoOkmh120kmh考虑公路隧道建筑限界的横断面：D按公路隧道要求对隧道衬砌进行结构设计（拟定结构尺寸）；2）按规范确定该隧道的竖向均布压力和侧向分布压力；3）计算衬砌结构的内力（画出弯矩图和轴力图）；4）对衬砌结构进行配筋验算。（1）按比例绘制的隧道结构设计图纸一张；（2）按上述要求进行的计算过程和计算结果。预期目标:通过本课程设计，对隧道的受力和变形有初步的认识，掌握隧道结构计算的基本方法，提高分析和解决工程问题的能力，培养独立工作能力和组织能力以及认真负责的工作态度。计划进程：1、第一周，完成隧道截面设计，绘制图纸，计算围岩压力。2、第二周，完成结构内力计算，形成课程设计报告。主要参考文献:（1）中华人民共和国行业标准公路隧道设计规范JTGD70-2004,人民交通出版社，2004年9月；（2）中华人民共和国行业标准公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62-2004,人民交通出版社，2004年；（3）王成，隧道工程，人民交通出版社；（4）有关隧道设计图纸；注：各项栏目空格不够，可自行扩大。目录一：隧道断面拟定-7-二：荷载确定-7-三、衬砌几何要素-8-四、计算位移-11-五、解力法方程-19-六、计算主动荷载和被动荷载（巧=1）分别产生的衬砌内力-20-七、最大抗力值的求解-21-八、计算衬砌总内力-22-九、衬砌截面强度检算-24-十、内力图-25-:隧道断面拟定已知条件：车速：1OOkm/h；围岩等级：IV类；隧道埋深H=30m;根据公路等级设定建筑限界Ij隧道内轮廓采用标准面，如下图所示:五,20图3.3OOki隧道V=1OOkm/h时7w/A=18o58,5歆B=14o07,01,z×C=I1o34,t2z一问尹2对称二_0二_仃车衬砌中心线行车道中线图3.3隧道V=IOokm/h时内轮廓标准断面（单位：mm）二：荷载确定1、根据围岩压力计算公式：q=0.45x2s1Y(o(4.1)计算围岩竖向均布压力：q=0.45x21r(o(4.2)式中：s围岩类别，此处s=4；/围岩容重，此处7=22KN3;。一一跨度影响系数=+i(1m-5)2、毛洞跨度m=11.40+2×0.5+2×0.065=12.53m其中0.065m为一侧平均超挖量Zm=12.53>5m,/=0.1,此处©=1+0.1(12.53-5)=1.753o41所以有：q=0.45x2x22x1.753=138.84kpa此处超挖回填层忽略不计。3、围岩水平均布压力：e=0.25q=0.25x138.84=34.71kpa三、衬砌几何要素y图4.1衬砌轮廓断面（单位：cm）1衬砌几何尺寸内轮廓线半径=5.7m,r2=8.2m。内径彳、弓所画曲线的终点截面与竖直轴的夹角，例=90。，2=104o0701拱顶截面厚度：4=0.50见墙底截面厚度：dn=0.50/n因为此处因为断面尺寸不变，所以外轮廓断面尺寸可以直接计算出来。外轮廓线半径：R1=r1+do=5.7+0.50=6.20mR2=r2+do=8.2+0.50=8.70m拱轴线半径：r,1=r1+0.5do=5.70+0.25=5.95mr,2=r2+0.5do=8.20+0.25=8.45m拱轴线各段圆弧中心角：4=90。92=14o07,012半拱轴线长度S及分段轴长AS分段轴线长度：01S1=-r,1=-×3.14×5.95=9.34w,180o,2O14o07,0'S2=r=×3.14×8.45=2.08m2 180°2180°半轴线长度为：5 =51+52=9.34÷2.08=11.42m将半拱轴线等分为8段，每段长度：180。13.78°3各分块接缝(截面)中心几何要素(1)与竖直轴夹角S180°1.43X=×r5.95a2=a1+/91=13.78o+13.78°=27.56°3=2+<91=27.56°+13.78°=41.33°4=3+<91=41.33o+13.78o=55.11o5=a4+6>1=55.11o+13.78o=68.89oa6=5÷(91=68.89o+13.78o=82.67oS1=7S-S,=1.43×7-9.34=0.67w=94.55°=+强X幽=9。+也、幽r'28.453.146>2=S180°=9.70°8=7÷<92=94.55o+9.70o=104.25°另一方面，%=仇+。2=90o÷14o07'0,=104o07,0,角度闭合差：A00(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4=(尸2-尸。CoSa=(845-595)cos900=0"2a2=atanx=(r,2-r,1)cos90o×tan90o=2.500H1=ai+r=0+5.95w=5.95nx1=r'sina1=5.95×sin13.78o=1.42nx2=r,1sina2=5.95×sin27.56°=2.75mx3=rsina3=5.95×sin41.33o=3.93mx4=rSina4=5.95×sin55.11o=4.88mx5=r,1Sina$=5.95×sin68.89o=5.55mx6=r'1Sina$=5.95sin82.67°=5.90Zx7=r'2Sina7-a1=8.45×sin94.55o-2.5=5.92mx8=r'2Sina&-。2=8.45XSin1o4.25°-2.5=5.69Zy1=r'1(1-cos1)=5.95×(1-cos13.78o)=0.17ny2=r,1(1-cos2)=5.95×(1-cos27.56o)=0.68wy3=r,1(1-cos3)=5.95×(1-cos41.33o)=1.48/?y4=r'1(1-cos4)=5.95x(1-cos55.11o)=2.55my5=r,1(1-cos0f5)=5.95×(1-cos68.89o)=3.80wy6=r'1(1-cos6)=5.95×(1-cos82.67o)=5.19my7=H1-r'2cos7=5.95-8.45×cos94.55o=6.62/ny8=-r'2COSa8=5.95-8.45×cos104.25o=8.03w当然，也可以在附图2上直接量出x,、.0以后计算中只取两位小数。四、计算位移1、单位位移用辛普生法近似计算。按计算列表进行。单位位移的计算见表4.1。（说明本设计计算一律保留两位小数，表格采用保留两位有效数字）表4.1单位位移计算表asin(a)cos(a)XydI1/1y/iy2(-)7系数1/3O0.0000.0001.0000.0000.0000.50.01960.0000.00096.0001113.780.240.971.420.170.50.019617.002.89136.894227.560.460.882.750.680.50.019668.0046.24282.242341.330.660.753.931.480.50.0196148.00219.01615.044455.110.820.574.882.550.50.0196255.00650.251260.252568.890.930.365.553.800.50.0196380.001444.002301004682.670.990.135.905.190.50.0196519.002693.613831.612794.550.99-0.085.926.620.50.0196662.004382.445806.444890.001.000.005.698.030.50.0196803.00644&098.0917682438.3312473.9218149.26单位位移值计算如下=o-<1JU>-1JEj1.43Sv.1Z-=EhI2.5×IO6×768=43.93×10r计算精度校核为：aI+2击2+22=43.93×105+2×139.47×105+713.51×1O-5=1036.38X10-5=-1(1+?)=1436×18149.26=1038.14×105SSEhI2.5×IO6闭合差：0o2、载位移一一主动荷载在基本结构中引起的位移(1)每一楔块上的作用力竖向力：Qi=物(4.4)式中：bi衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度，又附图2量得：4=1.49/77b2-1.40wbi=1.23mb4=0.99zb5=0.69机=0.35/nb1=0.04mbi=6.19/nB/2