【正文】 混凝土結(jié)構(gòu)中用混凝土的極限強度應按表 31 采用。 表 31 混凝土的極限強度 (MPa) 強度種類 符號 混凝土強度等級 C15 C20 C25 C30 C40 C50 抗壓 Ra 彎曲抗壓 Rw 抗拉 Rl 混凝土的彈性模量應按表 32 采用。混凝土的剪切彈性模量可按表 32 數(shù)值乘以 采用?；炷恋牟此杀瓤刹捎?(v=)。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 10 表 32 混凝土的彈性模量 Ec(GPa) 混凝土強度等級 C15 C20 C25 C30 C40 C50 彈性模量 Ec 26 28 31 鋼筋強度和彈性模量按表 33 采用 。 表 33 鋼筋的 強度和彈性模量 鋼筋種類 屈服強度 (MPa) 抗拉極限強 度 (MPa) 抗拉或抗壓計算強度(MPa) 彈性模量(GPa) 延伸率 (%) HPB235(Q235) 240 380 260 210 25 HRB335(20MnSi) 340 520 360 200 16 噴射混凝土的強度等級不得小于 C20。噴射混凝土的 彈性模量見表 34。 表 34 噴射混凝土的彈性模量 (GPa) 噴射混凝土強度等級 C20 C25 C30 彈性模量 21 23 25 隧道襯砌橫截面形狀及尺寸擬定 襯砌 類型采用復合式襯砌，其為由初期支護和二次襯砌及中間夾防水層組合而成的襯砌形式。復合襯砌設計符合下列規(guī)定： (1)初期支護宜采用錨噴支護，即由噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等支護形式單獨或組合使用。 (2)二次襯砌宜采用模筑混凝土或模筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，襯砌界面宜采用連接園順的等厚襯砌斷面，仰拱厚度宜與拱墻厚度相同。 (3)在確定開挖斷面 輪廓 時，還應考慮初期支護并預留適當?shù)淖冃瘟?。預留變形量的大小可根據(jù)圍巖級別、斷面大小、埋置深度、施工方法和支護情況等，采用工程類比法預測。當無預測值時 預留變形量可 參考表 35 選 用 。 表 35 預留變形量 （ mm） 圍巖級別 單線隧道 雙線隧道 Ⅱ — 10～ 50 Ⅲ 20～ 50 50～ 80 Ⅳ 50～ 80 80～ 120 Ⅴ 80～ 120 100～ 150 注：圍巖破碎取大值；圍巖完整取小值。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 11 荷載設計 荷載計算原理 采用荷載結(jié)構(gòu)法原理進行隧道結(jié)構(gòu)檢算時，所需計算的荷載為由巖體松動、崩塌而產(chǎn)生的豎向和水平均布壓力。豎向和水平均布壓力的計算，根據(jù)隧道的埋深不同，選擇不同的計算公式 。 (1)隧道深、淺埋的判定原則 一般，深、淺埋隧道分界深度至少應大于坍方 的平均高度且有一定余量，根據(jù)經(jīng)驗，這個深度通常為 2～ 倍的坍方平均高度值，即： HP =(2~)hq （ 31） 式中， Hp—— 深淺埋隧道分界的深度 (m)； hq—— 等效荷載高度值 (m)。 系數(shù) 2～ 在松軟的圍巖中取高限，而在較堅硬圍巖中取低限。當隧道覆蓋層厚度 h? Hp 時為深埋， h? Hp 時即為淺埋。等效高度值按式 (32)和式 (33)計算： hq = 179。 2s1 179。 ω （ 32） ω =1+i（ B5） （ 33） 式中， hq—— 等效荷載高度值 (m)； S—— 圍巖級別； ω—— 寬度影響系數(shù)； B—— 隧道 寬度 (m)； i—— B 每增加 1m 時，圍巖壓力的增減率 (以 B=5m 為基準 )，當 B5m 時，取i=， B5m 時，取 i=。 (2)深埋隧道圍巖松動壓力的計算方法 (h≥ Hp) 雙線鐵路隧道豎直均布松動壓力按式 （ 34)計算： q=γ h （ 34） 式中， q—— 豎直均布松動壓力 (kN/m)； γ —— 圍巖容重 (kN/m3)。 水平均布松動壓力 e 可根據(jù)豎直均布松動壓力由經(jīng)驗公式求得。水平均布壓力的經(jīng)驗公式 見表 36。 表 36 水平均布松動壓力經(jīng)驗公式 圍巖級別 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 水平勻布壓力 e 0 ＜ (～ )q (～ )q 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 12 )tan/ (t a n)1(t a ntantantan 00200 ?????? ????]}tantan)tan( t a ntan1[/ { t a n)tan( t a n 000 ????????? ?????pq Hhh ??)t a n/ (t a n)1(t a nt a nt a nt a n 00200 ?????? ??????he ?1?? )(2 tHhe ??]}tantan)tan( t a ntan1[/ { t a n)tan( t a n 000 ????????? ?????)/ta n( 2 Bhhq ??? ????he ?1?? )(2 tHhe ??(3)淺埋隧道圍巖松動壓力的計算方法 : ①超 淺埋隧道 (h≤ hq) 圍巖豎直均布松動壓力按公式 (35)計算： q=γ h (35) 式中， q—— 豎直均布松動壓 力 (kN/m) γ —— 圍巖容重 (kN/m3)。 圍巖水平均布松動壓力按 下列公式 計算 ： (36) (37) (38) (39) 式中， β—— 產(chǎn)生最大推力時的 破裂角 （176。） ； φ0—— 圍巖計算摩擦角 （176。） ； θ—— 圍巖兩側(cè)摩擦角 ，超淺埋時取 0； λ—— 側(cè)壓力系數(shù)； h—— 洞頂 至 地面高度 (m)； Ht—— 隧道凈高 (m)； B—— 隧道跨度 (m)。 ② 淺埋隧道 ( ) (310) (311) 圍巖豎直均布松動壓力按式 (312)計算 ： (312) 圍巖水平均布松動壓力按公式 (313)和公式 (314)計算： (313) (314) 式中， β—— 產(chǎn)生最大推力時的 破裂角 (176。 )； 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 13 bhRKN a???30200 )/(4 4 )/(5 6 )/(6 4 hehehe ?????)1/6/( 0 ?? hebhRKN i?Ht—— 隧道凈高 (m)； φ0—— 圍巖計算摩擦角 (176。 )； B—— 隧道跨度 (m)； θ—— 圍巖兩側(cè)摩擦角 (176。 )； λ—— 側(cè)壓力系數(shù)； h—— 洞頂?shù)孛娓叨?(m)。 結(jié)構(gòu)配筋計算 采用破損階段法進行配筋計算，步驟如下： 檢驗是否配筋 由截面內(nèi)力計算偏心距 e0=M/N，比較 e0/h 與 大小 若 e0/h≤ ，系抗壓強度控制承載能力，按 315 式計算： (315) 式中， Ra—— 混凝土的抗壓極限強度， C35 混凝土取 K—— 安全系數(shù)，對于由抗壓強度控制承載能力時， K=；抗拉強度控制承載能力時， K=。 N—— 軸向力 (N) b—— 截面的寬度 (m)?h—— 截面的厚度 (m) φ—— 構(gòu)件的縱向彎曲系數(shù)，取 φ= α—— 軸心力的偏心影響系數(shù) ， (316) 若 e0/h，系抗裂強度控制承載能力，按下式計算 : (317) 式中， e0—— 截面偏心距 (m)； Ri—— 混凝土的抗拉極限強度， C35 混凝土取 ； 其他符號意義同前。 若在不同的情況下，上面兩式滿足，則不需配筋，直接采用素混凝土；若不滿足，則需配筋。 利用 Excel 將公式編輯，對各級圍巖進行驗算看是否需要配筋。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 14 Ⅲ級圍巖結(jié)襯砌構(gòu)內(nèi)力計算和強度驗算 區(qū)段里程： DK69+230~DK69+400 圍巖級別：Ⅲ 級 圍巖容重： 24kN/m3 圍巖彈性抗力系數(shù)： 850MPa/m 圍巖似摩擦角： 70176。 太行山隧道該區(qū)段洞身位于的巖層為竹葉狀灰?guī)r、泥質(zhì)條帶灰?guī)r，薄至中厚層狀，弱風化，巖體較完整。呈塊狀結(jié)構(gòu)，巖層平緩，拱頂易坍塌落石。初步假設洞身的初期支護為 10cm，二次襯砌為 35cm，初支與二襯見預留變形量為 4cm。拱墻、仰拱襯砌選用 C25 混凝土，仰拱填充選用 C20 混凝土。 隧道所受圍巖壓力計算 由于所選區(qū)段埋深由深埋向淺埋過渡，所以埋深選用深、淺埋分界值 (h=),隧道寬度： B=，隧道高度 Ht=。 根據(jù)荷載計算公式 (31)~(314)，結(jié)合隧道所處地理環(huán)境情況得出荷載計算結(jié)果見表 37。 表 37 荷載計算結(jié)果 隧道斷面所處區(qū)段里程 計算 埋深 (m) 深 /淺 埋情況 垂直荷載 (kN/m） 水平 均布 荷載 (kN/m) DK69+230~DK69+400 淺埋 襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi) 力計算 C25 混 凝土 的容重 γ =25kN/m3 ， Ra=19MPa ， Rw= ， Rl= Ec=， ν =，鋼筋采用 HRB335。 隧道工程建筑物是埋置于地層中的結(jié)構(gòu)物，它的受力和變形與圍巖密切相關(guān)，支護結(jié)構(gòu)與圍巖作為一個統(tǒng)一的受力體系相互約束，共同工作。這種共同作用正是地下結(jié)構(gòu)與地面結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別。根據(jù)本工程的特點，使用階段結(jié)構(gòu)安全性檢算采用“荷載－結(jié)構(gòu)”模式，即將支護和圍巖分開考慮，支護結(jié)構(gòu)是承載主體，圍巖作為荷載的來源和支護結(jié)構(gòu)彈性支承。支護結(jié)構(gòu)與圍巖的相互作用是 通過彈性支承對支護結(jié)構(gòu)施加約束來實現(xiàn)的。 在 ANSYS 計算模型中，二次襯砌采用彈性平面梁單元模擬，彈性抗力以及隧道底部地基均采用彈簧單元模擬。組合荷載根據(jù)不同作用方向分別轉(zhuǎn)換成等效節(jié)點力施加在相應的單元結(jié)點上。 由 ANSYS 建模生成的變形圖見圖 32。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 15 圖 32 變形圖 二次襯砌計算采用采用荷載 —— 結(jié)構(gòu)模型，襯砌采用彈性梁單元模擬，初期支護與二次襯砌的約束采用無拉彈簧單元模擬，采用《 有限元結(jié)構(gòu)分析程序》進行隧道襯砌結(jié)構(gòu) 的分析，將隧道襯砌模擬為置于彈性地基梁上的有限單元桿系進行分析。Ⅲ 級 圍巖截面計算的內(nèi)力 圖如圖 3 34。 圖 33 ANSYS計算 彎矩圖 圖 34 ANSYS計算軸力圖 利用 ANSYS 進行計算，得到的結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值如 38 表 。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 16 表 38 結(jié)構(gòu)內(nèi)力數(shù)值表 節(jié)點號 彎矩 (N178。 m) 軸力 (N) e0 (m) 抗壓驗算 抗裂驗算 1 58123 +05 不驗算抗壓 不合格 2 53625 +05 不驗算抗壓 不合格 3 40729 +05 不驗算抗壓 合格 4 21165 +05 合格 不驗算抗裂 5 +05 合格 不驗算抗裂 6 25865 +05 合格 不驗算抗裂 7 45170 +05 合格 不驗算抗裂 8 55231 +05 不驗算抗壓 合格 9 50841 +05 合格 不驗算抗裂 10 26812 +05 合格 不驗算抗裂 11 21747 +05 合格 不驗算抗裂 12 25642 +05 合格 不驗算抗裂 13 13590 +05 合格 不驗算抗裂 14 +05 合格 不驗算抗裂 15 +05 合格 不驗算抗裂 16 +05 合格 不驗算抗裂 17 1157 +05 合格 不驗算抗裂 18 +05 合格 不驗算抗裂 19 +05 合格 不驗算抗裂 20 +05 合格 不驗算抗裂 21 +05 合格 不驗算抗裂 22 +05 合格 不驗算抗裂 23 +05 合格 不驗算抗裂 24 +05 合格 不驗算抗裂 25 +05 合格 不驗算抗裂 26 +