【正文】 道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 第 4 章 內(nèi)輪廓的確定 內(nèi)部?jī)艨盏拇_定 公路隧道凈空包括公路建筑限界如圖 41 通風(fēng)及其他所需的斷面積斷面形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)圍巖壓力求得最經(jīng)濟(jì)值。 1q 0. 45 2 sh ??? ? ? )5(1 ???? Bi? = ， 1q 0. 45 2 3. 02 4sh ??? ? ? ?m H 大于 qh ，因此隧道為深埋。 節(jié)點(diǎn)號(hào) 彎矩 軸力 高 h 偏心距 e 軸力偏心距影響系數(shù)α 抗壓抗裂強(qiáng)度驗(yàn) 算 1 +02 +05 +00 1 2 +02 +05 +00 1 3 +03 +05 +00 1 表 52 Ⅲ級(jí)圍巖彎矩圖 圖 53 Ⅲ級(jí)圍巖軸力圖 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 續(xù)表 節(jié)點(diǎn)號(hào) 彎矩 軸力 高 h 偏心距 e 軸力偏心距影響系數(shù)α 抗壓抗裂強(qiáng)度驗(yàn)算 4 +03 +05 1 5 +04 +05 3 6 +04 +05 3 7 +04 +05 3 8 +04 +05 3 9 +03 +05 +00 1 10 +04 +05 3 11 +04 +05 3 12 +03 +05 +00 1 13 +03 +05 +00 1 14 +03 +05 +00 1 15 +03 +05 +00 1 16 +03 +05 +00 1 17 +03 +05 +00 1 18 +03 +05 +00 1 19 +04 +05 1 20 +04 +05 3 21 +04 +05 4 22 +04 +05 4 23 +04 +05 3 24 +04 +05 1 25 +03 +05 +00 1 26 +04 +05 3 27 +04 +05 4 28 +04 +05 4 29 +04 +05 4 30 +04 +05 4 31 +04 +05 4 32 +04 +05 3 33 +03 +05 +00 1 34 +04 +05 1 35 +04 +05 3 36 +04 +05 4 37 +04 +05 4 38 +04 +05 3 39 +04 +05 1 40 +03 +05 +00 1 41 +03 +05 +00 1 42 +03 +05 +00 1 43 +03 +05 +00 1 44 +03 +05 +00 1 45 +03 +05 +00 1 46 +03 +05 +00 1 47 +04 +05 3 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 續(xù)表 48 +04 +05 3 49 +03 +05 1 50 +04 +05 3 51 +04 +05 3 52 +04 +05 3 53 +04 +05 3 54 +03 +05 1 55 +03 +05 +00 1 56 +02 +05 +00 1 強(qiáng)度檢算 1抗壓合格 2抗壓不合格 3抗拉合格 4抗拉不合格 Ⅴ級(jí)圍巖 襯砌內(nèi)力 計(jì)算 與強(qiáng)度檢算 選擇的混凝土和圍巖參數(shù)見表 54。 則矩形的截面對(duì)稱小偏心受壓構(gòu)件的鋼筋截面面積，可按下面公式計(jì)算： 2a 0 g g 00. 5 ( )KNe R bh R A h a??? ? ? (56) 當(dāng)軸向力 N 作用于鋼筋 gA 重心與鋼筋 gA? 的重心之間時(shí)，尚應(yīng)符合下列要求： 2a 0 g g 00. 5 ( )KNe R bh R A h a?? ? ? (57) Ⅲ級(jí)圍巖 配筋計(jì)算 單元 彎矩 軸力 高 h 偏心距 e 軸力偏心距影響系數(shù)α 強(qiáng)度驗(yàn)算 21 +04 +05 不合格 22 +04 +05 不合格 27 +04 +05 不合格 28 +04 +05 不合格 29 +04 +05 不合格 30 +04 +05 不合格 31 +04 +05 不合格 36 +04 +05 不合格 37 +04 +05 不合格 單元 37 配筋計(jì)算 bh??1000mm? 350mm，荷載產(chǎn)生的最大軸向力設(shè)計(jì)值為：N=? 535KN,M=? ，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35( aR =, wR =， 1R =)，縱向受力鋼筋選用 Q235 級(jí)( gR =380 2N/mm )；取 39。)gg gsk N eAA R h a??? ?， 0 1 0 3 3 5 0 / 2 4 0 3 2 m m2 she e a ?? ? ? ? ? ? ? ? 得： 39。2 80a??mm，取 239。39。 隧道截面抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算： aKN R bh??? (53)式中 ， K—— 安全系數(shù)， K 值見表 46； N —— 軸向力 ； aR —— 混凝土或襯砌的抗壓極限強(qiáng)度， aR 值見表 47； ?—— 構(gòu)件縱向彎曲系數(shù)，對(duì)于隧道襯砌可取 ?? ； b—— 截面寬度 ； h —— 截面厚度 ； ? —— 軸向力偏心影響系數(shù)，查《規(guī)范》可得，計(jì)算公式如下：230 0 01 .0 0 0 0 .6 4 8 ( / ) 1 2 .5 6 9 ( / ) 1 5 .4 4 4 ( / )e h e h e h? ? ? ? ?。 1q 0. 45 2 sh ??? ? ? (51) 1 ( 5)iB? ? ? ? (52) 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 式中， B—— 坑道的寬度； I—— B 每增加 1m，圍巖壓力的增減率 (以 B=5m 為基準(zhǔn) )， 當(dāng) B5m 時(shí)，取 i=米， B5m 時(shí)，取 i=； qh —— 等效荷載高度值； S—— 圍巖級(jí)別； γ —— 圍巖的容重； ω —— 寬度的影響系數(shù)； 1 ( 5 ) 1. 69 miB? ? ? ? ? 1q 0. 45 2 12 .1 68sh ??? ? ? ? 根據(jù)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范， Ⅵ ~Ⅴ圍巖取 qh ，Ⅰ ~Ⅲ圍巖取 2 qh 。公路隧道的凈空除包括公路建筑限界外，還包括通風(fēng)管道、照明設(shè)備、防災(zāi)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行管理設(shè)備等附屬設(shè)備所需的空間以及富于量和施工允許誤差等 公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范建筑限界 的規(guī)定： (1)建筑限界高度，高速公路、一級(jí)公路取 ，該隧道為高速 公路隧道故取 (2)當(dāng)設(shè)置檢修道或人行道時(shí)，不設(shè)余寬：當(dāng)不設(shè)置檢修道或人行道時(shí)，應(yīng)設(shè)不小于 25cm 的余寬 (3)隧道路面橫坡，當(dāng)隧道為單向交通時(shí)，應(yīng)取單面坡，該隧道為雙線單向故取單面坡。圍巖開挖后，拱部無(wú)支護(hù)時(shí)容易產(chǎn)生坍塌，側(cè)壁穩(wěn)定性較差，受斷層、褶皺影響可發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。其它地層以碎屑巖為主，僅局部夾有 灰?guī)r，呈非可溶巖夾可溶巖，有利于巖溶發(fā)育，其中在 ZK12 號(hào)孔就揭露到充填溶洞，但由于灰?guī)r夾層厚度薄，只能局部發(fā)育成小規(guī)模的溶洞 (隙 )。由于區(qū)內(nèi)地勢(shì)陡峻，溝谷密布，巖土層透水性不佳，大氣降水多順山坡流失，少量滲入風(fēng)化層的地下水多以分散滲流形式排入鄰近沖溝，不具備向較深部位滲透的構(gòu)造、巖性和地貌條件，因此區(qū)內(nèi)地下水總體不豐富，水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單。巖性有紫紅色厚層砂巖、泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)頁(yè)巖，下部有含礫砂巖，中部砂質(zhì)頁(yè)巖較多，巖石致密堅(jiān)硬，常形成陡坡地形。傾角20186。巖石中節(jié)理發(fā)育，被方解石及炭質(zhì)物充填，呈塊碎狀鑲嵌結(jié)構(gòu)。∠ 20176。 坡洪積層 (Qdl+pl)： 以亞粘土混碎石為主，局部為亞粘土或塊石土，紫紅色、棕黃色等，土層均勻性差，碎石含量 2050％不等，呈稍密 中密實(shí)狀，亞粘土呈硬～可塑狀，碎 (塊 )石成分主要為砂頁(yè)巖，次棱角狀為主，少量呈次圓狀。之間，傾向南東，傾角 60186。之間，傾向北西，傾角 55186。間，屬逆斷層，地段內(nèi)可見東盤蓮花山組 (D1l)砂巖逆沖于西盤榴江組 (D3l)灰?guī)r之上。斷層走向近南北向，與隧道軸向近垂直。地段內(nèi)以侵蝕地貌為主，溯源侵蝕強(qiáng)烈，故地形陡峻、溝谷密布，相對(duì)高差可達(dá)百佘米，其溝谷多呈樹枝狀，放射狀。 本隧道位于兩個(gè)標(biāo)段 9 標(biāo)、 10 標(biāo)范圍內(nèi)，標(biāo)段的劃分右線以 YK22+470、左線以ZK22+470為界，小于該樁號(hào)部分路段屬于 9 標(biāo)，大于該樁號(hào)部分路段屬于 10標(biāo)。利用商業(yè)有限元結(jié)構(gòu)計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算。目前最長(zhǎng)的鐵路隧道已達(dá) 。例如，二郎山隧道位于嚴(yán)寒的川藏線，設(shè)計(jì)中通風(fēng)方案選擇就十分困難，施工中又遇高地應(yīng)力和巖爆等，運(yùn)營(yíng)管理中將要解決低溫通風(fēng)、隧道滲漏結(jié)冰等工程問(wèn)題。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的公路隧道建設(shè)起步較晚。這種公路不僅等級(jí)低，繞行里程長(zhǎng)，占用可耕地多，而且能耗高，安全隱患多，生態(tài)環(huán)境破壞大等， 因而造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和人員大量傷亡。第一級(jí)階梯是青藏高原，平均海拔 4500～ 5000 米。 通過(guò) 對(duì)圍巖的力學(xué)形態(tài)以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)的監(jiān)控量測(cè)來(lái)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)施工水平并及時(shí)的改進(jìn)與調(diào)整。木沖隧道 左 線長(zhǎng) 1825m所經(jīng)地區(qū)為典型的喀斯特地貌，地層為以砂巖、頁(yè)巖、粉砂巖為主的寒武系地層。為了適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長(zhǎng)的需要，并促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。云貴高原海拔 2022～ 1000 米。由于高等級(jí)公路的線形技術(shù)指標(biāo)較高，當(dāng)其進(jìn)入山區(qū)或重丘區(qū)時(shí)，就不可避免的需要采用隧道來(lái)穿山越嶺。進(jìn)入90 年代，公路的迅速發(fā)展對(duì)公路隧道提出了越來(lái)越高的要求，隧道建設(shè)的意義與作用也不斷加大。為此前期進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究工作 國(guó)外公路隧道發(fā)展?fàn)顩r 近代隧道興起于運(yùn)河時(shí)代，從 17 世紀(jì)起，歐洲陸續(xù)修建了許多運(yùn)河隧道。較為完善的水底道路隧道建成于 1927 年位于紐約的哈德遜河底的荷蘭隧道。 2．樹立正確的工程設(shè)計(jì)思想，培養(yǎng)實(shí)事求是，謹(jǐn)慎，刻苦鉆研，勇于創(chuàng)新的科研態(tài)度和精神。隧道通過(guò)地段主要為淺切割的低山地形，地面起伏較大，橫坡坡度一般在 20186。 地質(zhì)構(gòu)造 測(cè)區(qū)主要地段位于望高至楓木山逆斷層、涼亭至雅珠頂逆斷層兩條較大區(qū)域性斷裂所圍限的地帶內(nèi)，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。為一西盤上升，東盤下降的逆斷層。 F F4斷層：推斷 F3從 ZK22+575一帶通過(guò)， F4從 ZK21+810一帶通過(guò)?！?90186。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 地層巖性 測(cè)區(qū)內(nèi)分布地層以泥盆系為主，東側(cè)有少量的侏羅系地層，巖石以砂頁(yè)巖為主，間夾少量的灰?guī)r夾層及透鏡體。下部為紫紅色厚層泥質(zhì)砂巖、頁(yè)巖，夾中厚層砂巖，原生巖石致密堅(jiān)硬，地表常風(fēng)化呈松散的三角形碎粒。 該層在 ZK10～ ZK13 鉆孔有揭露，巖性為砂巖、頁(yè)巖、泥質(zhì)砂巖，局部夾灰?guī)r，中～厚層狀，呈互層或夾層出現(xiàn)，按風(fēng)化程度可劃分為強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化和微風(fēng)化： 強(qiáng)風(fēng)化帶厚 ，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，組織結(jié)構(gòu)已破壞，巖石風(fēng)化成碎石角礫混粘土狀。 中泥盆統(tǒng)郁江組 (D2y)： 分布于木沖以東， F1 斷層以西地段。 下泥盆統(tǒng)那高嶺組 (D1n)： 分布于木沖山間谷地一帶，巖性有紫紅色厚層砂質(zhì)頁(yè)巖、鈣質(zhì)頁(yè)巖夾紫紅色厚層泥質(zhì)砂巖及中～厚層硅質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r透鏡體。傾角色 30186。弱、微風(fēng)化巖層為微透水層 (局部構(gòu)造破碎帶及巖溶發(fā)育帶為強(qiáng)透水層 )。 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 地震烈度 根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》 (GB183062022)，隧道區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為(地震基本烈度Ⅵ度 )，區(qū)域穩(wěn)定性較好。圍巖開挖后拱部無(wú)支護(hù)時(shí)可產(chǎn)生小的坍塌，爆破震動(dòng)過(guò)大易坍塌，側(cè)壁基本穩(wěn)定，巖石破碎段易產(chǎn)生小坍塌。 圍巖壓力計(jì)算相關(guān)參數(shù)參見表 51 表 51 圍巖壓力計(jì)算相關(guān)系數(shù) 圍巖級(jí)別 重度 ? 巖體相似摩擦角 ? 隧道水平系數(shù) 巖體兩側(cè)摩擦角 ? KN/m3 176。 ANSYS 加載求襯砌內(nèi)力過(guò)程 (1)進(jìn)入前處理，建立關(guān)鍵點(diǎn)； (2)合并線； (3)定義實(shí)常數(shù)； (4)劃分單元； (5)建立彈簧單元； (6)進(jìn)入處理階段； 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 (7)約束模型最下面點(diǎn)的位移，加重力，改變 力的合并； (8)加載，求解； (9)進(jìn)入后處理階段； (10)顯示位移表，看位移是否合理，顯示出彎矩，軸力的列表，顯示出彎矩圖，軸力圖。 襯砌截面配筋計(jì)算 截面配筋原理 參照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》受壓構(gòu)件對(duì)截面進(jìn)行對(duì)稱配筋。2 80a??mm，取 239。2 80a? mm，取 ? mm 0 3501 3 4 4 0 1 m m22she e a ?? ? ? ? ? ? ? ? w0gg0()2()xK N e R bx hA