曲墙式衬砌计算 - 副本

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课 程 设 计

题 目 学 院 专 业 班 级 姓 名

指导教师

年

月

日

《隧道工程》课程设计任务书

学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位：

题 目: 某公路隧道隧道结构设计与计算

初始条件：

某高速公路隧道通过II 类围岩(即V级围岩)，埋深H=50m，隧道围岩天然容重γ=20

3o

KN/m，计算摩擦角ф=25, 变形模量E=1.5GPa，采用矿山法施工。 隧道洞身设计资料：衬砌材料采用C25喷射混凝土，材料容重量

h 22KN/m

3

，变形模

E

h

25GPa

要求完成的主要任务:

计算书部分：

1. 确定公路建筑界限 ；2.根据公路等级及围岩类别用工程类比法确定支护方法及衬砌

材料；

2. 拟定隧道结构的界面尺寸（包括轮廓线半径及厚度）； 4. 隧道围岩压力计算（包括竖向力及水平力）； 5. 隧道结构内力计算、并画出弯矩图和轴力图。

图纸部分：

1. 插图：隧道内轮廓限界图；结构抗力图；内利图（弯矩图和轴力图）。 2. 图纸（A3图纸）：衬砌结构图（比例1：100）；隧道开挖方案（比例1：100）

时间安排：

指导教师签名： 年 月 日

系主任（或责任教师）签名： 年 月 日

1 设计目的

通过课程设计，使学生掌握公路隧道支护结构的基本计算方法， 熟悉矿山法在公路隧道施工中的工艺，掌握公路隧道施工设计的基本方法。 2 设计计算书

隧道洞身设计

隧道建筑界限及内轮廓图的确定

行车道 7.5m 路缘带宽度 0.5m（每侧） 采用新奥法施工，衬砌厚度为0·5m 余宽 0.5m(每侧） 检修道宽度 0.75m 内轮廓半径为内径

r

1

7.00m,r2 5.5.m

2

r和r

1

2

所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角为

α 81.40 ，α

1

112.45

外轮廓线半径为

r

1

7.5m,r2 6.0m

采用等截面拱圈衬砌。设计行车速度100KM/h

3拱形曲墙式衬砌结构计算 基本资料：

公路等级 山岭重丘高速公路 围岩级别 Ⅴ级 围岩容重 γS=20KN/m3 弹性抗力系数 K=0.18×106 KN/m 变形模量 E=1.5GPa 衬砌材料 C25喷射混凝土 材料容重 γh=22 KN/m3 变形模量 Eh=25GPa 二衬厚度 d=0.50m

衬砌结构端断面图（单位：mm）

荷载确定：

围岩竖向压力

根据《公路隧道设计规范》的有关计算公式及已知的围岩参数，代入公式 q=0.45 × 2S-1 ×γ×ω 其中：

S——围岩的级别，取S=5； γ——围岩容重，取γ=20 KN/m3；

ω——宽度影响系数，由式ω=1+i (B-5)计算，

其中，B为隧道宽度，B=12.50+2×0.5+2×0.10=13.70m，式中0.10为一侧平均超

挖量;B>5时，取i =0.1，ω=1+0.1*(13.70-5)=1.870 所以围岩竖向荷载（考虑一衬后围岩释放变形取折减系数0.4）

q=0.45×16×20×1.870*0.4＝107.71kN/m

3

计算衬砌自重

g=1/2×(d0+dn ) ×γh=1/2×(0.5+0.5) ×22=11 kN/m3

根据我国复合式衬砌围岩压力现场量测数据和模型实验，并参考国内外有关资料，建议Ⅴ级围岩衬砌承受80%-60%的围岩压力，为安全储备这里取：72.70 kN/m3 全部垂直荷载

q= 72.70+11=83.70kN/m3

围岩水平均布压力

e=0.4×83.70=33.48kN/m3

衬砌几何要素 衬砌几何尺寸

内轮廓线半径： r1 =7.0 m , r2 = 5.5 m 内径r1，r2所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角：

α1=81.40°， α2 =112.45°

拱顶截面厚度d0 =0.5 m ,拱底截面厚度dn=0.5m。

半拱轴线长度S及分段轴长△S

S =12.07m

将半拱轴长度等分为8段，则

△S=S/8=12.07/8=1.51 m

△S/Eh =1.51/0.25×108 =6.03×10-8 m

各分块截面中心几何要素

各分块截面与竖直轴的夹角及截面中心点的坐标可以由图3直接量得，具体数值见表2-1。

计算位移 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。 单位位移计算表

截 面 0 1 2 3 4 5 6 7 8

α

sinα cosα

x

y

d

0.500 0.500 0.500 0.500 0.500 0.500 0.500 0.500 0.500 ∑

1/I y/I y/I

2

(1+y)/I

2

积分系 数1/3

1 4 2 4 2 4 2 4 1

0.000 0.000 1.000 0.000 0.000 96.000 96.000 96.000 96.000 96.000 96.000 96.000 96.000 96.000 766.000

0.000 19.300 73.930 162.240 277.441 410.880 510.720 651.840 787.200

0.000 3.840 56.918 274.186 801.802 1758.566 2717.030 4425.994 6455.040

96.100 138.241 300.757 694.666 1451.683 2676.326 3833.470 5826.674 8125.440

15.040 0.260 0.966 1.500 0.200 30.087 0.501 0.865 2.880 0.770 45.132 0.710 0.705 4.070 1.690 60.176 0.868 0.498 4.990 2.890 75.200 0.967 0.255

5570 4.280

89.137 1.000 0.015 5.750 5.320 100.793 0.982 -0.187 5.630 6.790 112.450 0.924 -0.382 5.200 8.200

2498.000 13152.304 18912.2987

注：1.I——截面惯性矩，I=bd3/12,b取单位长度

2.不考虑轴力的影响。 单位位移值计算如下：

δ11=△S/Eh×∑1/I=6.036×10×768=46.360×10 δ12=△S/ Eh×∑y/I=6.036×10-8×2495.99=150.660×10-6 δ22=△S/ Eh×∑y2/I=6.18×10-8×13152.90=793.910×10-6 计算精度校核：

δ11+2δ12+δ22=（46.360+2*150.660+793.910）×10-6

=1143.580×10-6

δSS=△S/ Eh×∑(1+y)2/I=6.036×10-8×18912.2987=1141.160×10-6 闭合差△=0.0001×10-6≈0

-8

-6

载位移——主动荷载在基本结构中引起的位移

1）每一块上的作用力(竖向力Q、水平力E、自重力G),分别由下面各式求得，

Qi =q×bi Ei =e×hi

Gi =( di-1+di)/2×△S× rh

其中：bi——衬砌外缘相邻两截面间的水平投影长度

hi——衬砌外缘相邻两截面间的竖直投影长度 di——接缝i的衬砌截面厚度

均由图3直接量得，其值见表。各集中力均通过相应图形的形心。 图3 衬砌结构计算图示（单位：cm）

载位移Mop计算表

截面

投影长度 b

h

Q

集中力 G

0.000

S

E

0.000

aq

0.000

ag

0.000 0.750 0.700 0.600 0.470 0.290 0.100

ae

0.000 0.100 0.290 0.460 0.600 0.700 0.520 0.730 0.710

-Qaq

0.000

-Gag

0.000

0 0.000 0.000 0.000

1 1.490 0.200 124.860 16.600 6.590 0.750 2 1.400 0.580 116.300 16.600 19.300 0.690 3 1.190 0.930 99.790 16.600 30.740 0.600 4 0.920 1.200 76.450 16.600 40.030 0.460 5 0.580 1.390 47.860 16.600 46.600 0.290 6 0.190 1.040 15.940 16.600 34.940 0.100 7 8

-0.130 -0.420

-93.130 -12.390 -80.810 -11.540 -59.490 -9.910 -34.910 -7.590 -13.680 -4.740 -1.520 -0.670 -7.370

-1.570 1.050 3.490

1.470 -10.570 16.600 49.100 -0.060 -0.060 1.410 -35.120 16.600 47.230 -0.220 -0.210

-Gae

0.000 -0.650

∑i-1（Q+G）

0.000 0.000

∑i-1E

0.000 0.000 6.590

x y Δx Δy

-Δx∑i-1（Q+G）

0.000 0.000

-Δy∑

i-1

E

Mip

0.000 -106.160 -404.466 -838.276 -1334.148 -1793.124 -2066.605

o

0.000 0.000 0.000 0.000 1.490 0.200 1.490 0.200

0.000 0.000 -3.756 -23.819 -67.944

-5.580 141.460 2.880 0.770 1.390 0.570 -196.629

-14.100 274.370 25.890 4.070 1.690 1.190 0.930 -326.500 -23.940 390.760 56.620 4.990 2.890 0.920 1.200 -359.499

-32.430 483.820 96.650 5.560 4.280 0.570 1.390 -275.772 -134.344 -18.230 548.270 143.250 5.750 5.320 0.190 1.040 -104.171 -148.980

-35.990 580.800 178.190 5.620 6.790 -0.130 1.480 75.504 -261.939 -320.466

-2289.650 -2400.845

-33.310 586.850 227.280 5.500 8.200 -0.420 1.410 246.474

2）外荷载在基本结构中产生的内力

块上各集中力对下一接缝的力臂由图直接量得，分别记以aq 、ae、ag。 内力按下式计算之： 弯矩： 轴力：

oMip Mio 1,p xi (Q G) yi E Q aq Gag Eae

i 1

i 1

ii

式中 Δxi、Δyi——相邻两接缝中心点的坐标增值。

oNip sin i (Q G) cos i E

Δxi=xi- xi-1 Δyi=yi- yi-1 Moip和Noip的计算见表

载位移Noip计算表

截 面 0 1 2 3 4 5 6 7 8

α

0.000

sinα cosα ∑i（Q+G）

0.000 1.000

0.000 141.460 274.370 390.760 483.810 548.271 580.800 586.841 568.320

∑iE

0.000 6.590 25.890 56.621 96.650 143.250 178.191 227.281 274.500

sinα* ∑i（Q+G）

0.000 36.7127 137.560 276.946 419.734 530.100 580.735 576.460 525.248

cosα*∑iE

0.000 6.364 22.400 39.945 48.067 36.594 2.683 -42.561 -104.830

Np

0.000 30.354 115.150 237.000 371.664 493.489 578.051 619.021 630.079

o

15.034 0.260 0.967 30.087 0.500 0.867 45.133

0.710 0.705

60.177 0.868 0.498 75.201 89.136 100.794

0.968 0.256 1.000 0.016 0.981 -0.188

112.450 0.925 -0.380

3）主动荷载位移

计算过程见表

主动荷载位移计算表

截面 0

积分系数1/3

1

Mp0

0.000

1/I

96.000

y/I

0.000

1+y

1.000

Mp0/I

0.000

yMp0/I

0.000

Mp0(1+y)/I

0.000

1 2 3 4 5 6 7 8

-106.160 -404.467 -838.285 -1332.150 -1793.123 -2067.610 -2289.660 -2400.840

96.000 96.000 96.000 96.000 96.000 96.000 96.000 96.000

19.200 73.920

1.200 1.760

-10191.360 -38828.707 -80474.379 -127886.208 -172139.827 -198490.000 -219806.380 -230480.811 -963779.500

-2038.272 -29898.106 -136001.705 -369591.140 -736758.460 -1055966.970 -1492485.325 -1889942.666 -4756663.380

-12229.630 -68726.810 -216476.085 -497477.350 -908898.289 -1254457.000 -1712291.707 -2120423.479 -5720442.880

4 2 4 2 4 2 4 1

162.250 2.700 277.450 3.900 410.880 5.280 510.710 6.310 651.830 7.800 787.100 9.200

∑

△1p=△S/Eh×∑Mp0/I=6.036×10-8×（-963779.500）= - 58170.813×10-6 △2p =△S/ Eh×∑Mp0y/I=6.036×10-8×(-4756663.380)= -287143.795×10-6 计算精度校核

△Sp=△1p+△2p

△Sp=△S/ Eh×∑Mp0(1+y)/I

因此，△Sp=6.036×10-8×（-5720442.880）= -345314.600×10-6

△1p+△2p= -（58170.813+287143.795）×10-6= -345314.600×10-6 闭合差△=0.000。

载位移——单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移

1）各接缝处的抗力强度

按假定拱部弹性抗力的上零点位于与垂直轴接近450的第3截面，

α3=42.13°=αb; 最大抗力位于第5截面,

α5=75.22°=αh;

拱部各截面抗力强度，按镰刀形分布，最大抗力值以上各截面抗力强度按下式计算：

σi=σh（coS2αb-coS2αi）/（coS2αb-coS2αh） 计算得，

σ3=0， σ4=0.58σh ， σ5=σh 。 边墙截面弹性抗力计算公式为：σ=σh[1-(yiˊ/ yhˊ)2]

式中yiˊ——所求抗力截面与外轮廓线交点到最大截面抗力截面的垂直距离；

yhˊ——墙底外边缘cˊ到最大抗力截面的垂直距离。(yiˊ和yhˊ在图3中可量得) y6ˊ=1.43m; y7ˊ=2.81m; y8ˊ=4.08m; 则有： σ6=σh [1-（1.43/4.08）2]= 0.8772σh σ7=σh [1-（2.81/4.08）2]= 0.5257σh

σ8=0;

按比例将所求得的抗力绘在图4上。 2）各楔块上抗力集中力Ri， 按下式近似计算：

Ri， i 1 1 Si外/2

式中， Si外——楔块i外缘长度，由图3量得。

Ri，的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上抗力图形的形心。 3）抗力集中力与摩擦力之合力Ri 按近似计算:

Ri Ri' 2

式中 μ——围岩与衬砌间的摩擦系数。取μ=0.2, 则

Ri Ri' 2

=1.0198Ri'

其作用方向与抗力集中力的夹角为β=arctgμ=11.301°。由于摩擦阻力的方向与衬砌位移方向相反，其方向朝上。Ri的作用点即为Ri，与衬砌外缘的交点。 将Ri的方向线延长，使之交于竖直轴。量取夹角ψk(自竖直轴反时针方向量度)。将Ri分解为水平与竖向两个分力：

RH= Ri Sinψk RV= Ri coSψk

以上计算例入表3-5中， 并参见图3。

表3-5 弹性抗力及摩擦力计算表

(σ

ii-1

截面 3 4 5 6 7 8

σi(σh)

0.0000 0.5810 1.0000 0.8900 0.5300 0.0000

+σ

)/2

△S外 (σh)

0.0000 1.5700 1.5700 1.5700 1.5700 1.5700

R(σh)

0.0000 0.4600 1.2600 1.5040 1.1209 0.4200

ψk

0.000 63.970 79.000 93.490 106.280 117.910

sinψk

0.000 0.899 0.980 1.000 0.960 0.885

0.000 0.300 0.800 0.950 0.700 0.270

续表3-5

截面 cosψk

RH (σ

h

)

RV (σh) v h Ri(σh)

3 4 5 6 7 8

1.000 0.440 0.190 -0.060 -0.281 -0.467

0.000 0.413 1.330 1.505 1.077 0.370

0.000 0.200 0.240 -0.090 -0.324 -0.198

0.202 0.442 0.351 0.038 -0.161

0.414 1.650 3.155 4.230 4.602

0.000 0.455 1.240 1.477 1.100 0.409

4）计算单位抗力图及其相应的摩擦力在基本结构中产生的内力 弯矩 轴力

Mo RirKi

i i

No sin i RV cos i RH

式中 rKi ----力Ri至接缝中心点K的力臂，由图3量得，计算见表3-6和表3-7。

表3-6 Mσ0计算表

截面号

R4=0.4632σh

R5=1.2784σh

R6=1.5409σh

R7=1.1754σh

R8=0.4497σh

Moσ

（

r4i -R4r4i r5i

-R5r5i

r6i

-R6r6i

r7i

-R7r7i

r8i

0.7000

-R8r8i

σh)

4 5 6 7 8

0.7500 -0.350 -0.350 -2.080 -5.480 -10.760

2.4500 -1.130 0.7500 -0.950

3.6000 -1.660 2.2000 -2.770 0.7000 -1.050

4.4000 -2.020 3.6500 -4.600 2.2000 -3.300 0.7500 -0.840 6.0000 -2.760 4.9500 -6.240 3.6500 -5.480 2.2000 -2.460

-0.290 -17.230

表3-7 Nσ0计算表

截 面 号 4 5 6 7 8

α

sinα

cosα

ΣRV (σh)

ΣRH (σh)

0.4133 1.6502 3.1552 4.2311

sinαΣRV(σh)

0.1751 0.4276 0.3510 0.0364 -0.1476

cosαΣRH(σh)

0.2057 0.4226 0.0500 -0.7886 -1.7532

Noσ(σh)

60.1760 0.8673 0.4978 0.2019 75.2000 0.9667 0.2561 0.4424 89.1370 0.9999 0.0159 0.3510 100.7930 0.9825 -0.1864 0.0370

-0.0306 0.0050 0.3009 0.8250 1.6056

112.4500 0.9246 -0.3810 -0.1597 4.6022

5）单位抗力及相应摩擦力产生的载位移 计算过程见表3-8。

表3-8 单位抗力及相应摩擦力产生的载位移计算表

截面号

Mσ （σh）

-0.350 -2.080 -5.480

1/I y/I (1+y)

Mσ1/I （σh）

-33.600 -199.680 -526.080

Mσy/I （σh）

-97.104 -854.630 -2798.746 -7013.798

Mσ(1+y)/I （σh）

-130.706 -1054.320 -3324.826 -8046.759

积分系数 1/3

2 4 2 4 1

4 5 6 7 8

96.0000 96.0000 96.0000

277.440 410.880 510.720 651.840 787.100

3.890 5.280 6.320

-10.760 96.0000 -17.230 96.0000

7.790 -1032.970

9.200 -1654.090 -13563.456 -15217.537 Σ

-2568.020 -16942.960 -19510.959

△1σ=△S/Eh×∑Mσ01/I=6.036×10-8×(-2568.020)= -154.9838×10-6 △2σ=△S/ Eh×∑Mσ0y/I=6.0.36×10-8×(-16942.960)= - 1022.4759×10-6 校核为：

△1σ+△2σ= -(154.9838+ 1022.4759) ×10-6=-1177.4597×10-6

△Sσ=△S/ Eh×∑Mσ(1+y)/I=6..036×10×(-19510.957)=-1177.4597×10 闭合差△=0.0006×10-6≈0。 综上计算得结构抗力图如图

-8

-6

图4 结构抗力图

墙底（弹性地基上的刚性梁）位移

1）单位弯矩作用下的转角：

β1=1/(KI8)= 96.00 /0.18×106=533.34×10-6 2）主动荷载作用下的转角：

βp=β1M8p0=-2402.41×533.34×10-6 = -1281278.34×10-6 3）单位抗力及相应摩擦力作用下的转角：

βσ=β1M8σ0=533.34×10-6×(-17.23) = - 9190.28×10-6

解力法方程

衬砌矢高 f=y8=8.2m 计算力法方程的系数：

a11=δ11+β1=（46.356+533.34）×10-6=579.696×10-6

a12=δ12+fβ1=（150.658+8.2×533.34）×10-6=4524.046×10-6 a22=δ22+f2β1=（793.909+8.2×8.2×533.33）×10-6=36655.01×10-6 a10=△1p+βp+(△1σ+βσ)×σh

=-(58170.814+1281277.33+154.9387σh+9189.28σh) ×10-6 = -(1339448.144+9344.219σh)×10-6 a20=△2p+fβp+(△2σ+fβσ)×σh

= -(287143.785+8.2×1281277.33+154.9387σh+8.2×9189.28σh) = - (10793617.89+76374.57σh) ×10-6

以上将单位抗力图及相应摩擦力产生的位移乘以σh倍，即被动荷载的载位移。 求解方程：

X1 = (a12a20 - a22a10)/( a11a22 - a122) =（342.082-3.840σh）

其中： X1p=342.082, X1σ= -3.840

X2 = (a12a10 - a11a20)/( a11a22 - a122) =（252.245+2.558σh）

其中： X2p=252.245, X2σ= 2.558

计算主动荷载和被动荷载（σh =1）分别产生的衬砌内力

计算公式为：

o

Mp X1p yX2p Mpo

Np X2p cos Np

和

o

M X1 yX2 M

o

N X2 cos N

计算过程列入表3-9和表3-10中。 表3-9 主、被动荷载作用下衬砌弯矩计算表

截面

Mp

0.000 -106.161 -404.466 -838.269

o

X1p y X2p*y

0.000 49.670 195.240

[Mp]

342.082 285.582 132.856 -69.990

Mσ (σh)

0.000 0.000 0.000 0.000

o

X1σ (σh)

-3.840 -3.840 -3.840 -3.840 -3.840 -3.840 -3.840 -3.840 -3.840

X2σ*y (σh)

0.000 0.500 1.980 4.330 7.400 10.950 13.600 17.416 20.990

[Mσ] (σh)

-3.841 -3.350 -1.860 0.490 3.200 5.030 4.300 2.770 -0.100

o

截面

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 1 2 3 4 5 6 7 8

341.082 0.000 342.082 0.200 342.082 0.771

342.082 1.700 426.800

-1332.150 342.082 2.900 728.400 -2402.400 342.082 8.200 2068.400

8.080

-259.410 -0.350

-1793.124 342.082 4.300 1079.470 -370.410 -2.080 -2067.610 342.082 5.320 1342.720 -382.360 -5.490 -2289.650 342.082 6.800 1712.600 -236.160 -10.750

-17.240

表3-10 主、被动荷载作用下衬砌轴力计算表

o

o

Np

0.000 30.354 115.148 237.001 371.665 493.488 578.051 620.000 630.079

cosa

1.000 0.967 0.865 0.710 0.498 0.255 0.016 -0.188

X2pcosφ

264.310 255.250 228.700 186.470 131.450 67.431 3.980 -49.500

［Np］

264.310 285.603 343.820 423.450 503.115 560.918 582.031 569.520 529.139

Nσ(σh)

0.000 0.000 0.000 0.000 -0.031 0.010 0.300 0.830 1.607

X2σcosφ (σh)

2.564 2.520 2.260 1.840 1.310 0.670 0.039 -0.490 -1.000

［Nσ］(σh)

2.565 2.510 2.260 1.830 1.270 0.680 0.350 0.341 0.606

计算最大抗力值

首先求出最大抗力方向内的位移。 由式：

s(yh y)Mp

hp

EI

-0.382 -100.940

h

s(yh y)M

EI

并考虑接缝5的径向位移与水平方向有一定的偏离，因此将其修正如下

hp 5p

s(y5 yi)Mp sin 5 EI s(y5 yi)M

sin 5 EI

h 5

计算过程列入表3-11。

表3-11最大抗力位移修正计算表

截

面号

Mp/I

32839.880 27417.000

Mσ/I

-368.640 -320.290

yi

0.000 0.200 0.780 1.700 2.900 4.290

y5-yi

3.670 3.480 2.900 1.990 0.780 -0.600 Σ

Mp/I (Y5-Yi)

120521.973 95134.040 36992.340 -13303.661 -19424.902 21691.470 245816.600

Mσ/I (Y5-Yi)

-1352.908 -1111.404 -517.853 92.721 239.740 -294.837 -2950.820

积分系数 1/3

4 2 4 2 4 1

位移值为：

δhp=6.036×10-8×245816.600×0.98=1454.07402×10-5 δ

σ

hσ

则可得最大抗力

h

计算衬砌总内力

按下式进行计算：

M=Mp+σh Mσ N=Np+σh Nσ

计算过程列入表3-12 表3-12衬砌总内力计算表

0 1 2 3 4 5

12755.9980 -178.570 -6719.010 -24903.710 -35560.780

46.830 307.360 483.340

=6.036×10-8×(-2950.820) ×0.98= -17.4559×10-5 = δhp /(1/K-δ=80.74N

)= 1454.07402×10-5/[1/(0.18×106)+17.4559×10-5]

hσ

积

截 面 号

Mp

Mσ

[M]

M/I

My/I

Np

Nσ

[N]

e

分系数 1/3

0 342.082 -3209.100 32.080 1 285.582 -269.350 16.250

3080.560 1558.790

0.000 306.890

264.290 210.620 474.930 0.0700 285.610 203.400 489.013 0.0300

1 4

2 132.856 -150.170 -17.400 -1660.840 -1284.740 342.820 181.240 526.060 -0.0300 2 3 -69.990 39.380 4 -259.420 258.480 5 -370.400 406.460 6 -382.350 347.020 7 -236.160 223.170 8 8.0830 -7.6200

-30.620 -2938.170 -4971.050 423.450 149.590 572.040 -0.0500 -0.950 36.030 35.350

-90.900 3460.130

-262.500

504.110 102.280 606.384

0.0000

4 2 4 2 4 1

14807.430 560.909 54.220 615.138 0.0700

-3393.060 -18061.620 581.030 27.640 610.680 -0.0600

-13.090 -1248.500 -8476.450 569.510 27.340 597.860 -0.0200 0.1510 Σ

44.2000

362.410

529.139 49.400 579.548 0.0000

-1278.260 -13729.360

计算精度校核：

根据拱顶切开点之相对转角和相对水平位移应为零的条件来检查。

sM a 0 EI

式中：

sM

=6.036×10-8×1278.260= 80.607×10-6 EI

βa=M8β1=-0.15×533.34×10-6=-80.00×10-6

闭合差：

△=(80.607- 80.00) /80.607= 0.7%

syM f a 0 EI

式中：

syM =6.036×10-8×13729.360=828.704×10-6 EI

fβa =8.2×（-9402.61）×10-6=-839.4614×10-6 闭合差：

△=（839.4614- 828.704）/839.4614=1.28%

检验截面强度

检算几个控制截面：

截面0

e=0.07< 0.2d=0.2*0.5=0.1m

K

N极限 Rabd

N

N

,

而 1-1.5e/d 1-1.5 0.07/0.5 0.85 3则 K

N极限 R bd

0.85 19 1 0.5 10N

N444.44

18.17＞2.0(满足)

截面1

e=0.03< 0.2d=0.2×0.5=0.1m

K

N极限 Rabd

N

N

,

而 1-1.5e/d 1-1.5 0.03/0.5 0.93 则 K

N极限N

R bd

0.93 19 1 0.5 103N457.83

19.40＞2.0（满足）截面7

e=0.02< 0.2d=0.2×0.5=0.1m

K

N极限abd

N

RN

,

而 1-1.5e/d 1-1.5 0.02/0.5 0.94 则 K

N极限R bd

0.94 19 1 0.5 103N

N594.73

15.02＞2.0

墙底(截面8)偏心检查

e=0.000m<d/6=0.075m(可) 其它各截面偏心均小于0.45d。 综上，验算满足强度要求。

内力图

将内力计算结果按比例尺绘制弯矩图M及轴力图N，如图3所示。

图5 衬砌结构内力图

隧道新奥法施工方案 1.前言

新奥法是应用岩体力学原理，以维护和利用岩体的自稳能力为基点，将锚杆和喷射混凝土集合在一起作为主要支护手段，及时进行支护，以控制围岩变形与松弛，使围岩成为支护体系的一部分，形成以锚杆、喷射混凝土和隧道围岩为三位一体的承载结构，共同支撑山体压力。通过对围岩与支护的现场测量，及时反馈围岩~支护复合体系的力学动态和变化情况，为二次衬砌支护提供合理的时机。本隧道为II 类围岩的高速公路山岭隧道，地质条件较差，采用新奥法进行施工。

2.施工工序

3.施工准备

修建路堑挡墙、天沟边沟等排水设备，这样可以减少塌方等事故的发生，使隧道开挖顺利进行。 监控测量

主要施工监测项目：

围岩及支护状态，开挖后立即进行，沉降监测，包括地表沉降、拱顶下沉周边净空收敛位移，钢拱架内立及外力、锚杆外力，隧道底部隆起

5.施工机具

.

规格型号 单数备注 Jan-90 24V,20KW

20m3/min,120KW G10 自制 js-1j EX300 ZL50 CA141 扬程50m 100m3/h GQ40-F GW40-1 BX-300 24025 TK-961 JZC350 25m3/h,LS

500

JGC5270GJ B HB60D

ZN35,ZN50 自制 拓普康301 J2 C40

GY-85

BL-1508

6施工安全与环境保护措施

位 量 台 1 台 1 台 1 台 10 台 2 台 5 台 1 台 1 台 4 台 4 台 2 台 1 台 1 台 3 台

1

台 1 台 1 台 1 台 2 台 1

台 10 台 1 台 1 台 1 台 1 台 2 台 2 台

1

通风 掌子面照明 高压供风 开挖 锚杆钻孔 出渣、进料 开挖 出渣 出渣 抽水 排污水 钢件加工 钢件加工 钢件加工 钢件加工 初期支护 初期支护 二衬混凝土施工

二衬混凝土施工

二衬混凝土施工

二衬混凝土施工

二衬混凝土施工

方向控制 方向控制 标高控制

收敛值 锚杆拉拔

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jp24.html