公路隧道围岩压力计算方法对比分析
公路隧道围岩压力计算方法对比分析
摘要：已有的公路隧道围岩压力理论，或多或少存在各自的局限性。本文结合某工程实例，对比分析各计算结果，得：普氏理论和岩柱法适用于围岩稳定性较差的隧道；比尔鲍曼理论和?公路规范?深埋法所确定的围岩压力与隧道埋深没有直接关系；而太沙基理论计算围岩压力时过于保守，适用于计算浅埋隧道的围岩压力；在实际计算围岩压力时鼓励运用更多的技术手段，增加客观性，减少主观性。
关键词：围岩压力；对比分析；隧道深浅埋界定
中图分类号：u452.1+2 文献标识号：a 文章编号：2306-1499（2013）11-（页码）-页数
1.引言
大量隧道及地下工程的建设，特别是“长、大、深”隧道的日益增多，对隧道围岩压力的确定提出了更高的要求。围岩压力的确定是隧道设计的前提，也是隧道工程领域的基础性研究课题。
围岩压力是指隧道开挖引起的应力重分布过程中在初期支护与围岩接触面上产生的压力[1]。隧道工程发展至今已形成了较多的隧道围岩计算理论，但由于影响围岩压力的因素众多，试图建立一种全面、完善、适合客观实际情况的围岩压力理论及计算方法非常困难[2]。
已形成的诸多围岩压力计算理论，都有各自特定的使用条件，若能较为准确的运用已有理论并加以完善，则可对隧道围岩压力的确
隧道通风计算书
隧道通风计算书 一、基本资料 公路等级：二级公路 车道数及交通条件：双车道，双向交通 设计行车速度：V=60km/h=16.67m/s 隧道长度：3900m 隧道纵坡：1.1% 平均海拔高度：1352.56m，（入口：1331.13m，出口：1374.03m）通风断面积：Ar=59.155m2 ）隧道断面当量直径：Dr=7.871m（计算方法为 断面净空周长设计气温：T=297k（22℃） 设计气压：p=85.425kpa 空气参数：容重密度，运动粘滞系数二、交通量预测及组成（交通量预测10年） 大型车辆：280辆柴油车 小型车辆：1850辆汽油车 大型车比例：r=13.15% 上下行比例：1:1 设计交通量：N=280×2＋1850＝2410 辆/h 三、需风量计算 L×N=3900×2410=9.399×106＞2×106 m●辆/h（使用错误，
查规范P22 式 4.1.1-1双向交通应为 ，单向交通为）,故需采用机械式通风方式。 设计CO浓度：非阻滞状态 250ppm，阻滞状态：300ppm（使用错误。查规范P34 交通阻滞时，CO设计浓度 ，正常交通时，）设计烟雾浓度：K=0.0075m-1（使用错误，查P31 表5.2.1-1使用钠光源时，） 四、计算CO排放量 计算公式Q CO= 式中/辆km（新规定，P42,6.3.1正常交通CO 基准排放量0.007,交通阻滞 ）,,,各种车型的，和根据相应的工况车速查表确定（P43） 1.工况车速时，， Q CO= 2.工况车速时，， Q CO= 3.工况车速时，上坡，下坡
Q CO= 4.交通阻滞时时，，， Q CO= 五、按稀释CO计算需风量（P43） 计算公式 其中为标准大气压，取101.325kpa 为隧址设计气压， kpa 为标准气温273k T为隧道设计夏季气温295k 1.非交通阻滞状态时，CO设计浓度（查规范P34 交 通阻滞时，CO设计浓度，正常交通时， ），时，CO排放量最大，此时需风量为 2.交通阻滞状态时，CO设计浓度时， 此时需风量为
隧道通风课程设计
通风计算 1基本资料 1.公路等级：一级公路 2.车道数、交通条件：2车道、单向 =80km/h 3.设计行车速度：u r 4.隧道长度：1340m；隧道纵坡：1.5% 5.平均海拔高度：1240m；隧道气压：101.325－10×1.24=88.925 6.通风断面面积：62.982 m,周长为30.9m 7.洞内平均温度：12℃，285K 2通风方式 根据设计任务书中的交通量预测，近期（2013 年）年平均日交通量为7465辆/每日，远期（2030年）10963辆/每日，隧道为单洞单向交通，设计小时交通量按年平均日交通量的10％计算，故近期设计高峰小时交通量为747辆/h，远期为1096辆/h。 根据设计任务书所给的车辆组成和汽柴比，将其换算成实际交通量，小客车：20%,大客车：27.2%，小货车：7.8%，中货车：20.6%，大货车：20.1%，拖挂车：4.3%，汽柴比：小客车、小货车全为汽油车；中货 0.39：0.61；大客 0.37：0.63；大货、拖挂全为柴油车，结果如表6.1所示 表6.1车辆组成及汽柴比 可按下列方法初步判定是否设置机械通风。 由于本隧道为单向交通隧道，则可用公式（6.1） L*N≤2×105式（1） 式中：L——隧道长度（m）；
N ——设计交通量（辆/h ）。 其中L 、N 为设计资料给定，取值远期为N=1096辆/h ，L=1340m 由上式，得 1340×1096=1.46×106 >2×105 以上只是隧道是否需要机械通风的经验公式，只能作为初步判定，是否设置风机还应考虑公路等级、隧道断面、长度、纵坡、交通条件及自然条件进行综合分析，由初步设计可知知本设计需要机械通风。 3 需风量计算 CO 设计浓度可按《公路隧道通风照明设计规范》查表按中插值法的再加上50ppm 。设计隧道长度为1340m ，查表知ppm =ppm δ（）292。交通阻滞时取 =300ppm δ。烟雾设计应按规范查表，设计车速为80km/h ，k （m 2）=0.0070m -1 。同时，根据规范规定，在确定需风量时，应对计算行车速度以下各工况车速按20km/h 为一档分别进行计算，并考虑交通阻滞时的状态（平均车速为10 km/h ），鹊起较大者为设计需风量。 CO ： n m m m-1f =?∑ （N ）219×1.0+110×7+85×2.5+88×5+188+138+220+48=2235.5 烟雾：n m m m-1 f =?∑ （N ）188×1.5+138×1.0+220×1.5+48×1.5=822 3.1 CO 排放量计算 CO 排放量应按式（6.2）计算 61 1()3.610n CO co a d h iv m m m Q q f f f f L N f ==????????∑ 式（2） 式中：CO Q ——隧道全长CO 排放量（m 3/s ）； co q ——CO 基准排放量（m 3/辆·km ），可取为0.01 m 3/辆·km ； a f ——考虑CO 车况系数查表取1.0； d f ——车密度系数，查表取0.75； h f ——考虑CO 的海拔高度系数，海拔高度取1240m 查表取1.52； m f ——考虑CO 的车型系数，查表； iv f ——考虑CO 的纵坡—车速系数，查表取1.0； n ——车型类别数； m N ——相应车型的设计交通量（辆/h ）查表。 稀释CO 的需风量应按式（6.3）计算
1围岩压力计算
1围岩压力计算 深埋和浅埋情况下围岩压力的计算方式不同，深埋和浅埋的分界按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判断。按等效荷载高度计算公式 如下：H P =（2~2.5） q h 式中: H p ——隧道深浅埋的分界高度； h q ——等效荷载高度， q h= q γ ； q——垂直均布压力(kN/m2)； γ——围岩垂直重度（kN/m3)。 二次衬砌承受围岩压力的百分比按下表取值： 表4.1 复合式衬砌初期支护与二次衬砌的支护承载比例 1.1 浅埋隧道围岩压力的计算方法 隧道的埋深H大于hq而小于Hp时，垂直压力 Q B B t t q H ==γH(1-λθ) 浅 浅 tan。 表4.3 各级围岩的θ值及 φ值
2(tan 1)tan tan tan c c c ?+?β?+?-θ c tan =tan 侧压力系数()tan tan tan tan tan tan tan tan c c c β-?λ= β1+β?-θ+?θ ???? 作用在支护结构两侧的水平侧压力为：e 1=γh λ ； e 2=γ(h+Ht)λ 侧压力视为均布压力时： Ⅴ级围岩的等效荷载高度hq=0.45×24 ×[1+0.1×(10-5)]=10.8m Hp=2.5hq=27m,H 垂直压力q=19×20(1-0.224×20×0.51/10)=293.18KN/m Pg=πdγ=π×0.4×25=31.4KN/m 地基反力P=324.58KN/m e1=γhλ=19×20×0.224=85.12 e2=γ(h+Ht)λ=19×(20+8.17)×0.224=119.89 水平均布松动压力e=(e1+e2)/2=102.51KN/m Ⅴ级围岩二衬按承受50%围岩压力进行计算，则 垂直压力为q×50%=146.59KN/m 地基反力为P×50%=162.29KN/m 水平压力为e×50%=51.255KN/m 2衬砌结构内力计算 表4.7 等效节点荷载 第五章隧道衬砌结构检算 5.1结构检算一般规定 为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。5.2 隧道结构计算方法 本隧道结构计算采用荷载结构法。其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力，并进行结构截面设计。 5.3 隧道结构计算模型 本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算，计算软件为ANSYS10.0。 取单位长度（1m）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假定： ①衬砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3），梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。 ②围岩的约束采用弹簧单元（COMBIN14），弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上，该单元不能承受弯矩，只有在受压时承受轴力，受拉时失效。计算时通过多次迭代，逐步杀死受拉的COMBIN14单元，只保留受压的COMBIN14单元。 图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程 ③衬砌结构上的荷载通过等效换算，以竖直和水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。 ④衬砌结构自重通过施加加速度来实现，不再单独施加节点力。 ⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。 ⑥衬砌结构单元划分长度小于0.5m。 隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。 5.4 结构检算及配筋 本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段和Ⅳ级围岩段衬砌结构。根据隧道规范深、浅埋判定方法可知，Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段和深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。从得出的结果可知，Ⅴ级围岩深埋段，所受内力均较大，故对此工况进行结构检算。 5.4.1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩 围岩重度318.5/kN m γ=，弹性抗力系数300/k MPa m =，计算摩擦角 045?=o ，泊松比u=0.4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=，截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?，弹性模量29.5Pa E G =。轴心抗压强度：12.5cd a f MP =；弯曲抗压强度：13.5cmd a f MP =；轴心抗拉强度: 1.33cd a f MP =;泊松比u=0.2； (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度：37800/s kg m ρ=； 抗拉抗压强度：188std scd a f f MP ==； 弹性模量： 210s a E GP =； 5.4.2 结构内力图和变形图（Ⅴ级围岩深埋段） 5.4.3 结构安全系数 从上面的轴力图和弯矩图可知，需要对截面8、11、21、47、73进行检算， 而根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 （1）配筋前检算 混凝土和砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算： a KN R bh ?α≤ （式5-1） ５ 通风设计及计算 在隧道运营期间，隧道内保持良好的空气和行车安全的必要条件。为了有效降低隧道内有害气体与烟雾的浓度，保证司乘人员及洞内工作人员的身体健康，提高行车的安全性和舒适性,公路隧道应做好通风设计保证隧道良好通风。 5.１通风方式的确定 隧道长度:长度为84０m,设计交通量N ＝ 11２7.４辆/小时,双向交 通隧道。 单向交通隧道,当符合式(5．２．1）的条件时,应采用纵向机械通风。 6210L N ?≥? (5.1) 该隧道：远期, 61127.4248400.10 2.2710L N ?=???=?＞6210? 故应采用纵向机械通风。 5.2需风量的计算 虎山公路隧道通风设计基本参数: 道路等级 山岭重丘三级公路 车道数、交通条件 双向、两车道、 设计行车速度 ｖ ＝ 40 km/h ＝11.１1m/s 隧道纵坡 i 1 =2% L 1 = 240 m ｉ2 = -2% L 2=60０ m 平均海拔高度 H = （179.65+１8４.１1)/2 = 181.8８ m 隧道断面周长 L r = 30.84 隧道断面 A ｒ = ６7.26 m 2 当量直径 D ｒ ＝ 9．２5 ｍ 自然风引起的洞内风速 V ｎ= 2．5 m ／s 空气密度:31.20/kg m ρ= 隧道起止桩号、纵坡和设计标高： 隧道进口里程桩号为Ｋ0+1６０，设计高程181.３６米。出口里程桩号 为K1,设计高程180．58米。隧道总长度L 为８40m 。 设计交通量：11２７.４辆／h 交通组成:小客 大客 小货 中货 大货 拖挂 1９.3％ 3０.１% 7.8％ 17．3% ２2．6% 2.9% 汽 柴 比： 小货、小客全为汽油车 中货为0．６8：0.32 大客为0.７１:0.２9 大货、拖挂全为柴油车 隧道内平均温度：取20o C ５．2.1 ＣO 排放量 据《JTJ ０２６．1—1９9９公路隧道通风照明设计规范》中关于隧道内的CO 排放量及需风量的计算公式，行车速度分别按40ｋｍ/h 、20km/h 、1０km/h 的工况计算。 取CO 基准排放量为：30.01/co q m km =?辆 考虑CO 的车况系数为: 1.0a f = 据《J ＴJ026.1—1９９9公路隧道通风照明设计规范》中,分别考虑工况车速40km/h 、20ｋm/h 、10ｋm ／h,不同工况下的速度修正系数fiv 和车密度修正系数fd 如表5.1所示： 表5.1 不同工况下的速度修正系数和车密度修正系数取值 考虑CO 的海拔高度修正系数: 平均海拔高度:181.36180.58 180.972 m += 取 1.45h f = 考虑ＣO 的车型系数如表５．2: 表５.２考虑CO 的车型系数 交通量分解： 汽油车:小型客车２1８,小型货车８8,中型货车133,大型客车241 柴油车：中型客车６2, 大型客车9８，大型货车255，拖挂3３ 计算各工况下全隧道CO 排放量： 按公式（5.3.1)计算， 计算题 【围岩等级确定】参见书本P.96-99 例题：某公路隧道初步设计资料如下 （1）岩石饱和抗压极限强度为62MPa （2）岩石弹性波速度为4.2km/s （3）岩体弹性波速度为2.4km/s （4）岩体所处地应力场中与工程主轴垂直的最大主应力σmax=9.5Mpa （5）岩体中主要结构面倾角20°，岩体处于潮湿状态 求该围岩类别为？(来源：隧道工程课件例题) 解：1.岩体的完整性系数Kv Kv=(Vpm/Vpr)2=(2.4/4.2) 2=0.33 岩体为破碎。 2.岩体的基本质量指标BQ （1）90 Kv+30=90*0.33+30=59.7 Rc=62>59.7 取Rc=59.7 （2）0.04Rc+0.4=2.79 Kv =0.33>2.79 取Kv =0.33 （3）BQ=90+3Rc+250 Kv=90+3*59.7+250*0.33=351.6 3.岩体的基本质量分级 由BQ=351.6可初步确定岩体基本质量分级为III级 4.基本质量指标的修正 （1）地下水影响修正系数K1 岩体处于潮湿状态，BQ=351.6，因此取K1=0.1 （2）主要软弱面结构面产状修正系数K2 因为主要软弱结构面倾角为20，故取K2=0.3 （3）初始应力状态影响修正系数K3 Rc/σmax=62/9.5=6.53 岩体应力情况为高应力区 由BQ=351.6查得高应力初始状态修正系数K3=0.5 （4）基本质量指标的修正值[BQ] [BQ]=BQ-100(K1+K2+K3)=351.6-100(0.1+0.3+0.5)=261.6 5.岩体的最终定级 因为修正后的基本质量指标[BQ]=261.6，所以该岩体的级别确定为IV 级。 【围岩压力计算】参见书本P.103-109 某隧道内空净宽6.4m ，净高8m ，Ⅳ级围岩。已知：围岩容重γ＝20KN/m 3 ，围岩似摩擦角 φ＝530，摩擦角θ＝300 ，试求埋深为3m 、7m 、15m 处的围岩压力。（ 来源：网络） 解： 14.1)54.6(1.01=-+=ω 坍塌高度：h=1 s 2 45.0-?x ω=14.1845.0??=m 104.4 垂直均布压力：08.8214.120845.0245.01 4=???=???=-ωγq Kn/m2 荷载等效高度：m q h q 104.420 08 .82== = γ 浅埋隧道分界深度：m h H q q ）（） 26.10~208.8104.45.2~2()5.2~2(=?== 1、 当埋深H=15m 时，H 》q H ，属于深埋。 垂直均布压力：h q γ==20x4.104=82.1 Kn/m2 ； 水平均布压力：e=（0.15～0.3）q =（0.15～0.3）x82.1=(12.3～24.6) Kn/m2 2、当埋深H=3m 时，H 《q h ，属于浅埋。 垂直均布压力：q=γ H = 20x3= 60 Kn/m2， 西南交大隧道通风第三次作业——公路隧道运营通风设计计算 《隧道通风与灾害控制》课程作业3- 公路隧道运营通风设计计算 姓名： *** 学号： *** 学院：土木工程学院 专业：桥梁与隧道工程 任课教师：蒋雅君副教授 王峰副教授 二〇一五年六月五日 目录 1隧道通风设计基本资料 (1) 2隧道需风量计算 (1) 2.1该隧道通风需风量计算相关基本资料 (1) 2.2隧道中CO排放量 (2) 2.3稀释CO需风量 (5) 2.4稀释烟雾需风量 (6) 2.5稀释空气内异味需风量 (8) 2.6考虑火灾时的排烟量 (8) 3射流风机纵向通风计算 (8) 3.1有关参数 (8) 3.2自然风阻力 (9) 3.3交通风压 (9) 3.4通风阻抗力 (9) 3.5隧道所需升压 (10) 3.6射流机需求量 (10) 参考文献 (11) 公路隧道通风设计 1隧道通风设计基本资料 ?道路等级：高速公路，分离式单向双车道（计算单洞）； ?行车速度：V t=80 km/h； ?空气密度：ρ=1.2 kg/m3； ?隧道长度、纵坡和平均海拔高度如图1-1所。 图1-1 隧道上行线示意图 2隧道需风量计算 2.1该隧道通风需风量计算相关基本资料 ?隧道断面面积：A r=68.05 m2； ?隧道当量直径：D r=8.41 m； ?设计交通量：15000辆中型车/日（双向），高峰小时交通量按日交通量的12%计算，上下行交通量不均衡系数1.1。 ?交通组成： 汽油车：小型客车15%，小型货车18%，中型货车24%； 柴油车：中型货车24%，大型客车13%，大型货车6%。 公路隧道通风设计中若干问题 1交通量预测 交通量的大小是确定道路是否需要建设以及建成什么等级的控制因素。交通量的确定应该是一个严谨的科学推导过程。但由于主观或客观原因往往造成交通量预测不准确。一方面，在工程可行性研究阶段，为了工程立项，往往夸大交通量，导致通风土建、设备、运营费用的浪费。另一方面，在一些经济发达地区，由于近些年经济发展较快，也出现了交通量的增长远远超出了原先的预测，导致通风设备不够或通风方式已不适宜。后面这种情况已在很多隧道显现出来，例如成渝高速公路中梁山隧道，原设计远景交通量22000veh/d，现在实际交通量已超过30000veh/d；浙江甬台温高速公路大溪岭隧道，原设计远景交通量大约30000veh/d，现在实际交通量已接近50000veh/d；并且二者的交通量还有很大的上升趋势。如何准确地预测交通量，是一个有待深入研究的课题。另外，如何处理交通量逐年增长与汽车排污量的下降之间的关系也是一个必须考虑的较为困难的问题。 2 交通量与行车速度的关系 《公路隧道通风照明设计规范》[1] 规定设计交通量为混合车高峰小时交通量，计算行车速度为洞内线形行车速度。在很多隧道的通风计算中，就直接按给出的交通量和行车速度取值，实际上这种做法是不对的。根据交通工程学有关知识，车流密度、交通量和实际行车速度有一个对应关系：当车流密度与交通量较小时，车速可以达到最大值，即洞内线形行车速度；当车流密度、交通量逐渐增大，车速就随之逐渐减小，直至达到一个合理速度，这时交通量最大；当车流密 度继续增大，交通量反而减小，车速也减小，直至形成阻塞。因此在通风计算中必须根据交通量科学地计算实际行车车速。表1是按照交通工程学计算得到的某山岭地区高速公路双洞四车道隧道的实际通行能力（混合交通量）及平均行程速度。从表中可以看到前期预测交通量796veh/h 要比二级服务水平的实际通行能力1165veh/h 小得多，平均行程速度可以达到计算行车速度80 km/h ；后期预测交通量1448veh/h 与三级服务水平的实际通行能力1434veh/h 接近，平均行程速度就只能达到62 km/h 左右。因此，在通风计算中，前期车速可以取到80 km/h ，后期车速只能取到60 km/h 。 表1 某隧道80 km/h 时实际通行能力与平均行程速度计算表 服务水平等级 基本通行 能 力 （pcu/h ） 通行能力修正系数 实际通行能力（veh/h ） 平 均行程速 度 （km/h ） 预测交 通量 fw fHV fp 一级 — — — — — — 前期： 796 veh/h 后期： 1448 veh/h 二级 260 0.9 2 0.4 87 1.0 1165 ≥69 三级 320 0.9 0.4 1.0 1434 ≥62 隧道衬砌结构检算 5.1结构检算一般规定 为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。5.2 隧道结构计算方法 本隧道结构计算采用荷载结构法。其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力，并进行结构截面设计。 5.3 隧道结构计算模型 本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算，计算软件为ANSYS10.0。 取单位长度（1m）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假定： ①衬砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3），梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。 ②围岩的约束采用弹簧单元（COMBIN14），弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上，该单元不能承受弯矩，只有在受压时承受轴力，受拉时失效。计算时通过多次迭代，逐步杀死受拉的COMBIN14单元，只保留受压的COMBIN14单元。 图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程 ③衬砌结构上的荷载通过等效换算，以竖直和水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。 ④衬砌结构自重通过施加加速度来实现，不再单独施加节点力。 ⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。 ⑥衬砌结构单元划分长度小于0.5m。 隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。 5.4 结构检算及配筋 本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段和Ⅳ级围岩段衬砌结构。根据隧道规范深、浅埋判定方法可知，Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段和深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。从得出的结果可知，Ⅴ级围岩深埋段，所受内力均较大，故对此工况进行结构检算。 5.4.1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩 围岩重度318.5/kN m γ=，弹性抗力系数300/k M P a m =，计算摩擦角 045?= ，泊松比u=0.4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=，截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?，弹性模量29.5P a E G =。轴心抗压强度：12.5cd a f M P =；弯曲抗压强度：13.5cm d a f M P =；轴心抗拉强度: 1.33cd a f M P =;泊松比 u=0.2； (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度：37800/s kg m ρ=； 抗拉抗压强度：188std scd a f f M P ==； 弹性模量： 210s a E GP =； 5.4.2 结构内力图和变形图（Ⅴ级围岩深埋段） 5.4.3 结构安全系数 从上面的轴力图和弯矩图可知，需要对截面8、11、21、47、73进行检算， 而根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 （1）配筋前检算 混凝土和砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算： a K N R bh ?α≤ （式5-1） 《隧道通风与灾害控制》课程作业3- 公路隧道运营通风设计计算 姓名：*** 学号：*** 学院：土木工程学院 专业：桥梁与隧道工程 任课教师：蒋雅君副教授 王峰副教授 二〇一五年六月五日 目录 1隧道通风设计基本资料 (1) 2隧道需风量计算 (1) 2.1该隧道通风需风量计算相关基本资料 (1) 2.2隧道中CO排放量 (2) 2.3稀释CO需风量 (4) 2.4稀释烟雾需风量 (5) 2.5稀释空气内异味需风量 (7) 2.6考虑火灾时的排烟量 (7) 3射流风机纵向通风计算 (7) 3.1有关参数 (7) 3.2自然风阻力 (7) 3.3交通风压 (8) 3.4通风阻抗力 (8) 3.5隧道所需升压 (8) 3.6射流机需求量 (9) 参考文献 (9) 公路隧道通风设计 1隧道通风设计基本资料 ?道路等级：高速公路，分离式单向双车道（计算单洞）； ?行车速度：V t=80 km/h； ?空气密度：ρ=1.2 kg/m3； ?隧道长度、纵坡和平均海拔高度如图1-1所。 图1-1 隧道上行线示意图 2隧道需风量计算 2.1该隧道通风需风量计算相关基本资料 ?隧道断面面积：A r=68.05 m2； ?隧道当量直径：D r=8.41 m； ?设计交通量：15000辆中型车/日（双向），高峰小时交通量按日交通量的12%计算，上下行交通量不均衡系数1.1。 ?交通组成： 汽油车：小型客车15%，小型货车18%，中型货车24%； 柴油车：中型货车24%，大型客车13%，大型货车6%。 ?隧道内平均温度：t m=20°C； ?拟设计通风方式：纵向通风； ?火灾时排烟风速：3m/s。 第五章隧道衬砌结构检算 5、1结构检算一般规定 为了保证隧道衬砌结构的安全,需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时,对混凝土应进行抗裂验算。 5、2 隧道结构计算方法 本隧道结构计算采用荷载结构法。其基本原理为:隧道开挖后地层的作用主要就是对衬砌结构产生荷载,衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力,然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力,并进行结构截面设计。 5、3 隧道结构计算模型 本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算,计算软件为ANSYS10、0。 取单位长度(1m)的隧道结构进行分析,建模时进行了如下简化处理或假定: ①衬砌结构简化为二维弹性梁单元(beam3),梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。 ②围岩的约束采用弹簧单元(COMBIN14),弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上,该单元不能承受弯矩,只有在受压时承受轴力,受拉时失效。计算时通过多次迭代,逐步杀死受拉的COMBIN14单元,只保留受压的COMBIN14单元。 图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程 ③衬砌结构上的荷载通过等效换算,以竖直与水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。 ④衬砌结构自重通过施加加速度来实现,不再单独施加节点力。 ⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。 ⑥衬砌结构单元划分长度小于0、5m。 隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。 5、4 结构检算及配筋 本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段与Ⅳ级围岩段衬砌结构。根据隧道规范深、浅埋判定方法可知,Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段与深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数与修改后的程序,得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图与弯矩图。从得出的结果可知,Ⅴ级围岩深埋段,所受内力均较大,故对此工况进行结构检算。 5、4、1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩 围岩重度318.5/kN m γ=,弹性抗力系数300/k MPa m =,计算摩擦角045?=o ,泊松比u=0、4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=,截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?,弹性模量29.5Pa E G =。轴心抗压强度:12.5cd a f MP =;弯曲抗压强度:13.5cmd a f MP =;轴心抗拉强度: 1.33cd a f MP =;泊松比u=0、2; (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度:37800/s kg m ρ=; 抗拉抗压强度:188std scd a f f MP ==; 弹性模量:210s a E GP =; 5、4、2 结构内力图与变形图(Ⅴ级围岩深埋段) 5、4、3 结构安全系数 从上面的轴力图与弯矩图可知,需要对截面8、11、21、47、73进行检算,而 根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 (1)配筋前检算 混凝土与砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算: a KN R bh ?α≤ (式5-1) 隧道工程理论知识 绪论 思考题 1.什么是隧道？ 2.隧道的种类有哪些？ 3.隧道设计包括的内容有哪些? 4.和地面结构相比，隧道工程有哪些特点？ 5.试从隧道的广泛用途上论述学习、研究与发展隧道技术的重要意义。 6.你认为隧道工程需要解决的难题有哪些？ 第二章 思考题 1、隧道工程地质调查与勘测的内容有哪些？ 2、施工地质超前预报的内容有哪些？ 3、简述岩石与岩体的区别。 4、岩体的工程性质有哪些？ 5、围岩的定义，围岩分级的目的？ 6、围岩分级的基本因素有哪些？ 7、影响围岩稳定性的主要因素有哪些？ 8、简述我国铁路隧道设计规范的围岩分级方法。 第三章 思考题： 1、影响隧道位置选择的因素有哪些？ 2、越岭隧道与河谷隧道有何区别？它们在位置的选择上采取什么原则？ 3、地质条件对隧道位置选择有哪些影响？ 4、隧道洞口位置的选择遵循哪些原则？确定洞口位置考虑哪些因素？ 5、什么是隧道净空？ 6、铁路隧道的横断面是根据什么设计的？ 7、简述曲线铁路隧道加宽的原因和方法。 8、曲线铁路隧道和直线隧道衔接的方法是什么？向直线方向延长13m和22m的理由是 什么？ 9、公路隧道建筑限界包含哪些内容？ 10、隧道衬砌断面设计的原则是什么？ 计算题 1、某隧道位于半径R=800m的圆曲线上，通过三级围岩地段，设计为直墙式衬砌，曲线加宽 40cm，中线偏移值d=12.5cm，外轨超高值E=9.5cm，隧道竣工后，测得DK23+15、DK23+20、DK23+25各起拱线处内外侧宽值如表1所示，试按隧限—2A计算各点侵限情况。 表1 桩号 外侧宽/m 内侧宽/m DK23+15 2.53 2.77 DK23+20 2.54 2.76 DK23+25 2.545 2.75 2、某单线铁路隧道位于圆曲线半径R=1000m ，缓和曲线长Lc=100m 的曲线上，曲线全长L=309.44m ，隧道进口桩号DK27+844，出口DK28+344，ZH 点桩号DK27+958，设计最高行车速度为120km/h 。 试计算隧道加宽值W ，中线偏移值d ，并绘图说明隧道断面的变化位置、线路中线和隧道中线的关系。 1.解： cm cm E 155.9<=，cm W W d 5.122/)(21=-=，曲线加宽cm W W W 40213=+= 则：内侧加宽1W =32.5cm ，外侧加宽2W =7.5cm 。 由“隧限—2A ”的图3-4-2（教材）所示：隧道起拱线处曲线半径为2.44m 。 则对该隧道，不侵限的条件为： 外侧：2.44+7.5/100=2.515m ；内侧：2.44+32.5/100=2.765m 因此：DK23+15、DK23+20、DK23+25外侧都不侵限； DK23+15内侧不侵限，DK23+20、DK23+25内侧侵限。 2.解： 外轨超高值为：cm cm R V E 1594.10100012076.076.02 2<=?=?= 内侧加宽值为： cm E R W 6.3394.107.2100040507.240501=?+=+= 外侧加宽值为：cm R W 4.41000440044002=== 总加宽值为： cm W W W 0.384.46.33213=+=+= 中线偏移值为：cm W W d 6.142)4.46.33(2/)(21=-=-= 则分段里程： 总 d 与 偏 d 断面：ZH 点DK27+948～＋993 2 /总d 与 2 /偏d 断面： DK27+993～出口DK28+344 示意图如下： 压力隧洞衬砌计算方法 李青麒 何其诚 (武汉水利电力大学水电学院 武汉 430072) 提 要 本文介绍一种压力隧洞的衬砌计算方法,并利用该方法对某水电站压力斜井进行了计算分析。该方法根据工程区域实测地应力资料回归拟合初始应力场,在此基础上模拟隧洞开挖、衬砌及衬砌与围岩间的初始缝隙,考虑在内水压力作用下衬砌与围岩联合作用,计算衬砌裂缝的分布,裂缝开展宽度及相应的配筋率等。 关键词 压力管道 钢衬钢筋混凝土结构 不衬砌隧洞 水力劈裂 围岩 本文于1998年3月2日收到。 一、前 言 通常引水式水电站在隧洞或调压室后面均接一压力管直达发电厂房,当此压力管道 布置在地下时,则成为埋藏式钢衬钢筋混凝土结构。在挪威、英、美等国,根据具体地质条件,有不少压力管道采用不作钢衬或完全不衬砌的压力隧洞结构形式。设计中多采用从工程实践中所总结出来的经验公式,如挪威的经验公式、澳大利亚的雪山公式。其理论依据主要是:对于地质条件好或较好的情况,当岩体中存在足够的初始应力,可以防止在内水压力作用下围岩发生水力劈裂,则可以单独由围岩承担内水压力作用。我国曾有过一些隧洞和洞段根据工程经验和类比采用了不衬砌隧洞形式;近年来国外不衬砌压力隧洞的成功经验在国内引起了广泛的重视,并在几个地质条件相对优越的水电站中根据上述经验公式成功地设计了不衬砌高压隧洞,如广州抽水蓄能电站、天荒坪抽水蓄能电站等。在地质条件好或比较好的情况下,采用不衬砌压力隧洞,可以节省压力管道投资、简化施工程序、缩短工期,无疑是比较先进的,会有广泛的前景。但设计所依据的经验公式则有其局限性:首先,严格说来,防止内压下围岩劈裂的是隧洞开挖后的二次应力,在隧洞断面尺寸不大时,用初始应力代替尚可,而以上覆岩体厚度作为判据则是粗略的,主要在于经验公式无法反映地质条件的影响和围岩各主应力间的差异。其次笼统地认为内水压力作用下,隧洞钢筋混凝土一旦开裂后,则衬砌成为完全的渗水结构,并丧失承载能力,仅起减糙作用也较粗略;工程实践证明,当衬砌裂缝开展宽度不大时(012～013mm 以下),将不会影响结构正常使用,不能等同于无衬砌隧洞。随着地应力测试技术的发展和数值计算手段的普及,目前在我国大、中型水电工程中地应力测试和数值计算分析已是设计中比较常见的手段。此时,不断探索一些新的设计计算方法,以补充经验公式的不足是可取的。 本文提出一种钢筋混凝土压力隧洞的三维有限元分析方法,能较全面地反映地应力、 1998年第3期 水 力 发 电 学 报 JOU RNAL O F H YDRO EL ECTR I C EN G I N EER I N G 总第62期 XXXXXXXXXX引水隧道项目衬砌台车计算书 编制： 校核： 审核： 2017年10月 xxxxx项目衬砌台车计算书 1、《xxxxx施工图设计》 2、《衬砌台车结构设计图》 3、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003) 4、《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002) 2. 概况 xxxxx隧道衬砌模板系统及台车布置图如下图。隧道二衬模板由一顶模、两侧模组成，模板均由6mm钢板按照二衬外轮廓线卷制而成。顶模模板拱架环向主肋采用I10工字钢,加工成R=1447mm，L=3650mm的圆弧拱形，拱架环向肋板间距1m，拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢，间距30cm；侧模模板拱架环向肋板采用1524mm长的I14工字钢，侧模环向肋板在隧洞腰线以上部分加工成加工成R=1447mm，L=527mm的圆弧拱形，腰线以下加工成R=3327mm，L=997mm的圆弧拱形，拱架环向肋板间距1m，拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢，间距30cm。 衬砌台车由顶拱支撑、台车门架结构、走行系统、顶升系统及侧模支撑系统组成，纵向共9m长。顶拱支撑采用H200×200×立柱，纵向焊接通长的∠45*45*6的角钢组成钢桁架，焊接于台车门市框架主横梁上，支撑顶模。衬砌台车门式框架立柱采用H200×200×型钢、横梁、纵梁均采用I20a工字钢焊接组成，其节点处焊接1cm厚的三角连接钢板缀片进行加固。本衬砌台车与顶拱支撑焊接为一个整体。进行顶模的安装及拆除时，在轨道两侧支垫20*20*60cm的枕木，枕木上安放千斤顶进行台车和顶拱支撑系统的整体升降。侧模支撑系统的螺旋丝杆，每断面设置4个。下部螺旋丝杆水平支承于台车的I20a纵梁上，上部螺旋丝杆水平支撑于台车的I20a立柱上。三角板与构件之间焊接为满焊,焊脚高度10mm；焊缝不允许出现咬边、未焊透、裂纹等缺陷。模板系统及台车构件均采用Q235普通型刚。 附件2 武汉工业学院毕业设计（论文）任务书及指导书 二、指导书（撰写参考内容，字数不限，可自拟标题） （1）可行方案的筛选方法提要（设计类）；研究方法的思路（论文类）可行方案： 从开发信息系统的一般规律出发，采用结构化的开发方法，自顶向下，逐步求精的设计和实现系统。 首先完成需求分析，主要是对系统应该完成哪些功能进行调研。 接着完成系统总体方案设计，包括确定系统设计思想，制定系统设计原则，制定系统总体规划，确定分阶段的实施目标等等。 然后选取具体的系统技术路线和平台方案，掌握相关的开发技术；接下来按照细化的系统设计方案和技术路线完成系统的具体开发工作，在一定范围内进行系统测试，找出存在的问题和不足并对系统加以功能上的改进和完善。 （2）已学过的相关知识提要以及与本课题有关的新知识 毕业生在校期间已学过管理信息系统、数据库应用系统设计、数据结构、操作系统、软件工程和数据库系统概论等课程，在各门课程的实验和实践性环节中接触和使用过Visual https://www.sodocs.net/doc/8f15739624.html,或C#.net、Access、SQL Sever等软件开发环境和工具，以上这些都是完成本设计题目的理论和实践基础。本设计题目主要是应用具体的编程工具C#.NET等进行系统开发，毕业生可以通过设计，掌握这些软件工具的用法，并加深对已学过的理论知识的理解。 （3）毕业设计（论文）进度安排 1－4周：对设计课题进行详细需求分析，并完成开题报告和英文翻译； 5—6周：完成系统分析报告； 7—8周：进行系统设计，完成系统设计报告； 9—13周：编程调试； 14周：系统总测试。 15—16周：完成毕业论文。 （4）本题目的重点和难点 课题的重点： ●充分了解系统的各项功能； ●系统的总体方案设计，将系统划分为合理的功能模块； ●后台数据库的规范化设计，前台与后台数据库的连接和访问； ●前台界面设计的实用性、美观性和方便性。 本课题的难点：建立C/S架构的应用程序整体框架；系统需求分析和数据库编程。（5）若有同组其它学生参加同一课题应指明所做题目之间的关系 （6）列出主要参考文献和研究与设计内容的检索关键词（中英文） 主要参考文献： Visual https://www.sodocs.net/doc/8f15739624.html,宝典Bill Evjen/Jason Beres著电子工业出版社 Visual https://www.sodocs.net/doc/8f15739624.html,程序设计案例教程廖望等著冶金工业出版社 Visual https://www.sodocs.net/doc/8f15739624.html,实用数据库编程廖疆星著冶金工业出版社 Visual https://www.sodocs.net/doc/8f15739624.html,程序设计教程郑阿奇著机械工业出版社 隧道围岩压力的监测与分析 1.监控量测的重要性 自从奥地利的拉布西维兹（V.Rabcewicz）于1948年提出新奥法以来，新奥法已在我国各山岭公路隧道中得到了广泛应用。众所周知，监控量测作为新奥法的三要素之一，对于隧道施工安全和施工过程控制都起着至关重要的作用。浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法，继1984年王梦恕院士在军都山隧道黄土段试验成功的基础上，又于1986年在具有开拓性，风险性，复杂性的复兴门地铁折返线工程中应用，在拆迁少、不扰民、不破坏环境的条件下获得成功。之后，又经过工程实践，提出了“管超前，严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的“18字方针”，突出时空效应对防塌的重要作用，提出在软弱地层快速施工的理念，由此形成了浅埋暗挖法。监控量测工作也在这一工法中起到了很大的作用。盾构法是用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。对于庞大的盾构机，其中顶推力，泥浆压力，盾尾注浆压力，衬砌沉降等均需要进行监控量测。由此可以看出，目前无论是在山岭隧道还是在城市地铁的修建中，监控量测已经是施工中一项重要，不可缺少的工作。 2.监控量测的目的 监控量测的目的主要有三种，包括优化施工顺序、施工安全和科学研究。通常在隧道施工过程中，相关四方包括建设方、设计方、施工方和监理方最关心的就是隧道施工安全，而优化施工顺序也是必不可少的，如果需要为相似工程提供更多的经验和数据，以进一步指导隧道设计和施工，则需进一步进行相关的科学研究。本文主要以山岭隧道的监控量测为主来介绍监控量测的目的。 2.1 优化施工顺序 如果单从优化施工顺序来说，我们最关心的是隧道围岩变形的情况。所以从这个角度出发，监测项目中的变形监测项目是需要重点选择的。从施工经验出发，一般选用的监测项目是周边收敛和拱顶下沉，可以说这两个项目在一般隧道监测中都是必不可少的。因为根据《公路隧道施工技术规》（JTJ042-94）规定[2]，判定围岩变形是否稳定主要靠这两项数据，通过其决定下一步采取何种施工方案。如规规定：①当位移-时间曲线出现反弯点时，则表明围岩和支护已呈不稳定状态，此时应密切监视围岩动态，并加强支护，必要时暂停开挖。②二次衬砌的施工应满足周边收敛速率小于0.1~0.2mm/d，或拱顶下沉速率小于0.07~0.15mm/d。 通过以上分析表明，只要有通过围岩位移的测量就可以判定下一步所采取的施工措施了，从优化施工顺序角度出发，通常选择周边收敛和拱顶下沉就可以满足要求了，如果是隧道浅埋处则还需增加地表下沉量测项目，如洞口位置。 2.2 施工安全 1 谈高水压山岭隧道衬砌水压力的计算 仇文革高新强 （西南交通大学土木工程学院成都 610031） [摘要] 在高水压岩溶区修建隧道在国内外都是个技术难题，采用理论分析方法和等效连续介质模型用数值方法分析了隧道渗流场的分布，对地下水在围岩、注浆圈、衬砌上 水压力分布规律及其作用系数进行了分析。研究结果表明：衬砌背后水压力的大小 与围岩、注浆圈、衬砌的厚度、渗透系数和隧道的控制排水量关系密切。 [关键词] 山岭隧道；衬砌水压力；水压力作用系数；水压力计算 1 引言 山岭隧道地下水流是处于地下水流系统之中，隧道所处的水力单元不同隧道位置的渗流场也有所不同。在山体中开挖隧道后地下水的所有补给、排泄状态见图1。尽管隧道围岩裂隙发育，注浆堵水后仍可将围岩、注浆圈、衬砌看成是符合达西定律的串联水流网络；若围岩中存在大的岩溶管道，可以视为并联水流网络；若两种都存在可以视为混合水流网络。 图1 隧道区地下水补给与排泄的示意图 隧道开挖后根据地下水补给量（Q g）和 隧道最大排水量（Q p）的大小关系可以产生3 种演变模式（见图2）。 (b) Qg <隧道衬砌计算
隧道标准通风设计与计算
隧道工程计算题
西南交大隧道通风第三次作业——公路隧道运营通风设计计算教学提纲
公路隧道通风设计中若干问题
隧道衬砌计算
西南交大隧道通风第三次作业——公路隧道运营通风设计计算
隧道衬砌计算
隧道工程理论知识
压力隧洞衬砌计算方法
隧道衬砌台车结构计算书
公路隧道通风需风量计算软件的设计与实现
隧道围岩压力的监测与分析
谈高水压山岭隧道衬砌水压力的计算