【正文】 動(dòng)荷載。被動(dòng)荷載是指圍巖的彈性抗力，它只產(chǎn)生被襯砌壓縮的圍巖周邊上。結(jié)構(gòu)自重按混凝土容重乘以體積來計(jì)算。從狹義來理解，圍巖壓力是圍巖作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力，分為以下四類：1）松動(dòng)壓力：由于開挖而松動(dòng)或坍塌的巖體以重力形式直接作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力2）形變壓力：由于圍巖變形受到與之緊貼的支護(hù)結(jié)構(gòu)的抑制，而使圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)共同變形過程中，圍巖對支護(hù)結(jié)構(gòu)施加的接觸壓力。3）膨脹壓力：當(dāng)巖體具有吸水崩解的特征時(shí)，由于圍巖吸水膨脹崩解所引起的壓力。通常由“巖爆”引起的。統(tǒng)計(jì)法是目前常用的方法，本設(shè)計(jì)采用的統(tǒng)計(jì)法。深埋、淺埋和明洞的結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算采取不同的計(jì)算方法。根據(jù)公路使用要求，隧道圍巖地質(zhì)條件和施工條件，按照《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70—2004）中襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定，按新奧法原理設(shè)計(jì)，該公路隧道應(yīng)采用復(fù)合式襯砌，即由初期支護(hù)和二次襯砌及中間夾防水層組合而成的襯砌形式，其中初期支護(hù)采用噴、錨、網(wǎng)、鋼架支護(hù)。、淺埋1) Ⅴ級圍巖深埋和淺埋得分界，按荷載等效高度值，并結(jié)合地質(zhì)條件、施工方法等因素綜合判定。 在礦山法施工的條件下，Ⅳ～Ⅵ級圍巖取HP=；Ⅰ～Ⅲ級圍巖取HP=2hq；所以取HP=。 將數(shù)據(jù)帶入式得： =25120[1+（）] = Ⅴ級圍巖DK108+310～DK108+332段 H==Ⅴ級圍巖DK108+453～DK108+475段 H==從以上數(shù)據(jù)分析可知：隧道Ⅴ級圍巖均屬埋深（H）小于或等于等效荷載高度hq的淺埋情況。 側(cè)向壓力e按均布荷載考慮時(shí)， （） 式中： e=側(cè)向均布壓力（KN/m2）； =圍巖計(jì)算摩擦角（176。 2）隧道深埋大于hq小于HP，見《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D70—2004），隧道上覆巖體EFHG的重力為W，兩側(cè)三棱體FDB或ECA的重力為W1，未擾動(dòng)巖體整個(gè)滑動(dòng)土體的阻力為F，當(dāng) EFHG下沉，兩側(cè)受阻力T或T＇，作用于HG面上的垂直壓力總值Q淺為： Q淺=W—2 T＇=W—2Tsinθ （） 三棱體自重為： （）式中： h—隧道底部到地面的距離（m）； β—破裂面與水平面的夾角（176。 據(jù)正弦定理可得： （） 將式（）代入式（）可得： 式中： λ—側(cè)壓力系數(shù)；其他符號(hào)意義同前。得T值后，代入式（）可求得作用在HG面上的總垂直力Q淺： Q淺=W—2Tsinθ=W—γh2λtanθ （） 由于GC、HD與EG、EF相比往往較小，而且襯砌與土之間的摩擦角也不同，前面分析時(shí)按θ計(jì)，當(dāng)中間土塊下滑時(shí)，由HF及EG面轉(zhuǎn)遞，考慮壓力稍大些對設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)也偏于安全，因此，摩阻力不計(jì)隧道部分而只計(jì)洞頂部分，即在計(jì)算中用H代替h，這樣式（）為：Q淺= W—γH2λtanθ。 換算為作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的均布荷載為： q淺 =Q淺/Bt=γH（1） （） 作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)的水平側(cè)壓力為： e1=γHλ， e2=γhλ （） 側(cè)壓力視為均布壓力時(shí)： e=1/2（e1+e2） （）1) Ⅴ級圍巖淺埋段圍巖壓力計(jì)算 顯然Ⅴ級圍巖淺埋段屬于埋深小于hq的情況，按此種方法計(jì)算。50176。50176。 =24122[1+（）] = Ⅳ級圍巖DK108+332～DK108+342段 h=Ⅳ級圍巖DK108+444～DK108+453段 h=Ⅳ級圍巖壓力計(jì)算1）Ⅳ級圍巖深埋段垂直均布壓力計(jì)算 根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D702004)中規(guī)定，深埋隧道圍巖壓力由（）得： =24122[1+（）] =2 ）Ⅳ級圍巖淺埋段圍巖壓力計(jì)算顯然Ⅳ級圍巖淺埋段埋深可分為兩部分，一部分埋深小于hq，另一部分介于hq與Hq之間，符合上述第一、二種情況，下面我們分別按第一、二種情況計(jì)算。得： q=γH=22= e=22（+1/2）tan2(45176。/2) =埋深大于hq小于Hq按上述第二種情況，依據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D702004）：，c=，γ=22KN/m3。 淺埋隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載Ⅳ類圍巖結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算與分析Ⅳ類圍巖計(jì)算說明 計(jì)算程序計(jì)算所采用的軟件是：“同濟(jì)曙光－公路隧道設(shè)計(jì)系統(tǒng)”。 計(jì)算方法桿系有限元法。側(cè)墻結(jié)構(gòu)圓弧段夾角θ2 176。I總。3） 圍巖基本參數(shù)圍巖級別變形模量E(kN/m2)重度(容重)γ(kN/m3)泊松比內(nèi)摩擦角堅(jiān)固系數(shù)Ⅳ級+0034 ）地層彈簧參數(shù)單位彈性抗力： kN/m5 ）荷載㈠、圍巖壓力圍巖壓力計(jì)算方法：泰沙基法。計(jì)算方法可查閱《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 00489)。分列如下：工況 1：二襯工況組合圍巖壓力 ＋ 外水壓力 ＋ 襯砌自重 ＋ 地層彈簧工況 2：初襯工況組合圍巖壓力 ＋ 襯砌自重 ＋ 地層彈簧其中參與計(jì)算的當(dāng)前工況為：二襯工況組合7） 圍巖壓力分擔(dān)比例二襯分擔(dān)比例：初襯分擔(dān)比例：1）內(nèi)力計(jì)算成果㈠、內(nèi)力圖 彎矩圖 軸力圖、 剪力圖2 ）當(dāng)前工況的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如下： 內(nèi)力計(jì)算結(jié)果單元節(jié)點(diǎn)號(hào)軸力N(kN)彎矩M(kN該處的彎矩為： kN軸力最小值發(fā)生在單元號(hào)為 13 的單元處，其值為： kN。m。m。彎矩最小值發(fā)生在單元號(hào)為 30 的單元處，其值為： kN該處的軸力為： kN。受拉區(qū)保護(hù)層厚度： mm。鋼筋直經(jīng)： mm。配筋方式：對稱配筋。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度安全系數(shù)K：2）正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算的相關(guān)參數(shù)計(jì)算方法依據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D70—2004）》鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件最大裂縫寬度允許值δfmax： mm。㈡、極值點(diǎn)處配筋情況極值點(diǎn)指軸力、彎矩的最大最小值處。軸力最小值發(fā)生在單元號(hào)為 13 的單元處，該處所配受拉鋼筋的面積為： mm2；所配受壓鋼筋的面積為： mm2。彎矩最小值發(fā)生在單元號(hào)為 30 的單元處，該處所配受拉鋼筋的面積為： mm2；所配受壓鋼筋的面積為： mm2。 —：表示“無須驗(yàn)算”。3. 安全系數(shù)K1：；安全系數(shù)K2：系由驗(yàn)算公式計(jì)算所得。5. Nmax表示軸力最大值；Nmin表示軸力最小值；Mmax表示彎距最大值；Mmin表示彎距最小值。規(guī)范依據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D702004，由上海同巖土木工程科技有限公司和同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系聯(lián)合編制。 計(jì)算參數(shù)1） 斷面參數(shù)隧道斷面類型：三心圓襯砌斷面設(shè)仰拱(二襯)__分離式隧道 隧道斷面參數(shù)表參數(shù)名參數(shù)值隧道結(jié)構(gòu)中心線與R1的夾角θ1 176。拱部圓弧半徑R1 m側(cè)墻圓弧半徑R2 m側(cè)墻與仰拱連接段圓弧半徑R3 m仰拱圓弧半徑R4 m拱頂厚度D1 m側(cè)墻結(jié)構(gòu)頂部厚度D2 m側(cè)墻結(jié)構(gòu)底部厚度D3 m仰拱頂部厚度D4 m仰拱底部厚度D5 m2） 材料參數(shù) 隧洞斷面襯砌材料參數(shù)表材料名稱彈性模量E(kPa)重度γ(kN/m3)面積A(m2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I(m4)二襯：拱頂襯砌材料+007二襯：側(cè)墻襯砌材料+007二襯：仰拱襯砌材料+007初襯：襯砌材料3e+007說明: 1. 初襯材料總E＝(E砼I砼+E鋼I鋼）247。2. 混凝土慣性矩程序中已經(jīng)自動(dòng)計(jì)算了。計(jì)算參數(shù)：水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力之比：上覆層厚度： m( 其他圍巖信息請參考“圍巖基本信息參數(shù)表”)圍巖壓力折減系數(shù)：頂部：左側(cè)：底部：右側(cè)：圍巖壓力：垂直均布壓力： kN/m2左側(cè)水平側(cè)壓力： kN/m2右側(cè)水平側(cè)壓力： kN/m2㈡、外水壓力地下水位線深度（從隧道底部中心線算起） m外水壓力折減系數(shù)：㈢、地震荷載計(jì)算方法：地震荷載僅考慮水平作用。第五章第二節(jié)計(jì)算參數(shù)：基本烈度：7度重要性修正系數(shù)：綜合影響系數(shù)：水平地震系數(shù)：地震作用方向：水平向右單元塊體寬度(網(wǎng)格劃分的長度)： m右部：墻、拱結(jié)構(gòu)單元塊體平均厚度： m右部：仰拱結(jié)構(gòu)單元塊體平均厚度： m左部：墻、拱結(jié)構(gòu)單元塊體平均厚度： m左部：仰拱結(jié)構(gòu)單元塊體平均厚度： m襯砌材料重度： kN/m3地震荷載設(shè)計(jì)值：墻，拱結(jié)構(gòu)水平地震荷載設(shè)計(jì)值： kN/m2仰拱結(jié)構(gòu)水平地震荷載設(shè)計(jì)值： kN/m26）工況和荷載組合本次計(jì)算中，共定義了 2種 工況。m)剪力Q(kN)123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657其中軸力、彎矩的最大最小值為: 軸力最大值發(fā)生在單元號(hào)為 26 的單元處，其值為： kN。m。該處的彎矩為： kN彎矩最大值發(fā)生在單元號(hào)為 7 的單元處，其值為： kN該處的軸力為： kN。m。1） 配筋的相關(guān)參數(shù)㈠、混凝土參數(shù)混凝土等級：C40受壓區(qū)保護(hù)層厚度： mm。㈡、鋼筋參數(shù)鋼筋種類：HPB235鋼筋類型：螺紋鋼筋。㈢、計(jì)算方法：按單一安全系數(shù)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法計(jì)算。荷載組合：永久＋基本可變荷載。3） 配筋及正常極限狀態(tài)驗(yàn)算結(jié)果㈠、各節(jié)點(diǎn)配筋及驗(yàn)算結(jié)果詳細(xì)的配筋及正常極限狀態(tài)驗(yàn)算結(jié)果從略。軸力最大值發(fā)生在單元號(hào)為 26 的單元處，該處所配受拉鋼筋的面積為： mm2；所配受壓鋼筋的面積為： mm2。彎矩最大值發(fā)生在單元號(hào)為 7 的單元處，該處所配受拉鋼筋的面積為： mm2；所配受壓鋼筋的面積為： mm2。 混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算1） 混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果表 混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果表單元編號(hào)軸力N(kN)彎距M()左值(kN)右值(kN)k1k2抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算抗拉強(qiáng)度驗(yàn)算極值類型1—Y—2Y——3Y——4—Y—5—Y—6—Y—7—YNmin8—