成都至泸州高速公路二峨山隧道工程衬砌结构计算

《成都至泸州高速公路二峨山隧道工程衬砌结构计算》

学 院：交通学院

班 级：地下1001 学 号：04 姓 名：刘甜 指导老师：张鹏

目录

第一章 基本资料

1.1设计依据和标准..................................................1 1.1.1设计依据......................................................1 1.1.2技术标准......................................................1 1.1.3设计内容......................................................1 1.2工程概况........................................................2 1.2.1隧道概况......................................................2 1.2.2工程地质条件..................................................2 1.2.3隧道洞室围岩级别划分..........................................3 1.2.4确定围岩物理力学参数..........................................4 1.2.5地震等级......................................................4 1.3隧道纵断面及平面方案设计........................................5 1.3.1隧道纵断面....................................................5 1.3.2确定隧道建筑限界尺寸..........................................5 1.3.3确定隧道内轮廓尺寸............................................5 1.3.4拟定衬砌方案..................................................7

第二章 结构内力计算

2.1荷载结构法原理..................................................8 2.2荷载确定........................................................8 2.2.1深、浅埋隧道分界深度判定......................................8 2.2.2围岩压力计算..................................................8 2.2.3衬砌结构设计..................................................9 2.2.4计算衬砌结构内力..............................................9

第三章 结构配筋计算

3.1配筋形式及截面尺寸.............................................15 3.2配筋计算 ......................................................16 3.2.1拱顶段配筋...................................................16 3.2.2拱顶段裂缝宽度检算...........................................16 3.2.3拱顶段抗剪验算...............................................16 3.2.4拱脚段配筋...................................................17 3.2.5拱脚段裂缝宽度检算...........................................17 3.2.6拱脚段抗剪验算...............................................17 3.2.7直墙段配筋...................................................18 3.2.8直墙段裂缝宽度检算...........................................18 3.2.9直墙段抗剪验算...............................................18 3.2.10仰拱段配筋..................................................19 3.2.11仰拱段裂缝宽度检算..........................................19 3.2.12仰拱段抗剪验算..............................................19

第一章 基本资料

1.1设计依据和标准

1.1.1设计依据

1) 《公路隧道设计规范》 （JTG D70－2004） 2) 《公路工程技术标准》 （JTG B01-2003） 3) 《公路工程抗震设计规范》 (JTJ 004-89) 4) 《工程岩体分级标准》 （GB 50218-94) 5) 《混凝土结构规范》 （ZBBZH/GJ 2）

6) 《成都至泸州高速公路二峨山隧道工程地质勘察报告》 7) 成都至泸州高速公路二峨山隧道平面布置图 8) 成都至泸州高速公路二峨山隧道剖面

1.1.2技术标准

隧道按高速公路标准设计，为分离式双洞单向行驶隧道，采用的主要技术标准如下：

1. 设计行车速度

隧道几何尺寸净空断面标准按100Km/h设计 2. 隧道建筑限界 建筑限界基本宽度：

行车道： W——3?3.75m 侧向宽度： L左——0.5m L右——1m 检修道： J——2?1m 总基本宽度为：14.75m

隧道建筑限界净高：5.0m (检修道净高2.5m)

1.1.3设计内容

1) 隧道围岩地质分级

2) 确定围岩物理力学参数 3) 确定隧道建筑限界尺寸 4) 确定隧道内轮廓尺寸 5) 计算隧道围岩压力 6) 衬砌结构的设计 7) 计算衬砌结构的内力 8) 衬砌结构的配筋计算

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1.2工程概况

1.2.1隧道概况

成都至自贡至泸州高速公路工程可行性研究阶段二峨山隧道位于双流县大林镇水池乡和仁寿县敖林区正华村，为K线隧道，由四川省交通厅公路规划勘察设计研究院设计，为分离式隧道，隧道净宽14.75m，净高5.0m，轴线起止桩号为K37+350～K39+710，中心桩号K38+530，长2360m，属长隧道，洞轴线为曲线型，隧道轴向146°～134°，轴线地面标高507.76m～751.63m，设计路面标高507.82m～545.71m，进洞口设计高程545.71m，出洞口设计高程507.82m，进出洞口设计高程高差37.89m，路面纵坡坡度为-1.9％。本工程计算的为上述工程的第三段：K38+820～K38+990，长170m。

1.2.2工程地质条件 1.2.2.1水文条件

隧址区隧道进、出口各发育一条常年流水冲沟，分别名为邓家沟和麻柳沟，水量较小，呈“V”字形，呈宽约5～10m，切割深度3～5m ，纵坡5 ～15°，沟内堆积有少量的砂岩块石，沟底及沟侧可见基岩出露。隧址区还发育多处堰塘，对隧址区无影响。地表水主要为堰塘容水。 1.2.2.2地形地貌

隧址区为构造剥蚀低山地貌区，地表植被发育，隧道进洞口位于双流县大林镇水池乡柏杨坡，邓家沟南东二峨山山脚，出洞口位于仁寿县敖林区正华村麻柳沟北西二峨山山脚，隧道轴向146°～134°，长2360m，洞身地形中部高，两出口地段地形较低，地形起伏较大，海拔高程520.0～751.7m，相对高差约231.7m，坡角20～40°，局部成陡崖状，隧道最大埋深约210m。 1.2.2.3地层岩性

经工程地质测绘及钻探揭露，隧址区出露和揭露地层为耕植土（Q4pd），第四系松散堆积层（Q）及侏罗系上统遂宁组（J3s）及中统上沙溪庙组（（J2s）地层。 1.2.2.4地质构造

二峨山隧道地质构造属大林场背斜南东翼，岩层产状132～166°∠8～23°，岩层产状总体较为平缓，受构造和地层结构控制，区内基岩节理裂隙主要为砂岩中的构造裂隙以及沿层面发育的节理。风化裂隙多不规则，密度较大，呈网格状；构造节理裂隙主要发育二组节理，产状分别为308°∠80°，26°∠67°，裂隙较发育，倾角较陡，裂隙面多平直，裂缝一般宽0.1～2.5cm，大者可达20cm以上，间距1.2～3m，延伸长度一般为0.5～5m不等，大者可达15m以上，贯通性差异性较大，多呈闭合～微张状态，结合程度差～一般，多为泥质充填，少量岩屑充填。 1.2.2.5地下水条件

隧址区地下水以基岩裂隙水为主，富水性较差，地下水贫乏，开挖后隧道出水形式以线状和滴状渗水为主，围岩富水性弱，产生突水的可能性小，隧址区地下水对砼无侵蚀性。枯季地下水较贫乏，雨季含少量裂隙水，地下水呈点滴状或线状渗出。

1.2.2.6不良地质现象

隧址区无滑坡、崩塌、泥石流等影响场地稳定的不良地质现象。

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1.2.3隧道洞室围岩级别的划分

隧道围岩级别划分依据《公路隧道设计规范》（JTG D70－2004）中的《围岩分级》中各项规定进行划分。结合《隧道地质勘察报告》中的地层岩性的描述、岩石物理力学性质、结构面特征、洞室埋藏深度、水文地质条件、不良地质现象、施工方法等因素综合分析确定。

围岩基本质量指标BQ应根据分级因素的定量指标RC值和KV值按下式计算：BQ=90+3RC+250KV

式中：BQ——围岩基本质量指标； RC——岩石单轴饱和抗压强度；

KV——岩体完整性系数，采用弹性波速探测值。 使用以上公式时应遵守下列限制条件：

①当RC＞90 KV时，应以RC=90KV+30和KV代入计算BQ值；

②当KV＞0.04RC+0.4时，应以KV=0.04RC+0.4和RC代入计算BQ值。

围岩详细定级时，如遇下列情况之一，应对岩体基本质量指标BQ进行修正： ①有地下水；

②围岩稳定性受软弱结构面影响，且由一组起控制作用； ③存在高应力。

围岩基本质量指标修正值［BQ］可按下式计算：［BQ］= BQ –100（K1+ K2+ K2）式中：［BQ］——围岩基本质量指标修正值； K1——地下水影响修正系数。

K2——主要软弱结构面产状影响修正系数。 K3——初始应力状态影响修正系数。 K1、K2、K3按JTG D70－2004附录A中表A.0.2-1、表A.0.2-2、表A.0.2-3确定，围岩极高及高初始应力状态的评估，可按附录A中表A.0.3规定进行。

由《成都至泸州高速公路二峨山隧道工程地质勘察报告》可知：

表1-1岩体基本质量分级表

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计算过程：

地下水以沿裂隙线状渗水或滴水为主，地下水影响修正系数K1=0.26，洞段岩层产状为132°<8°，隧道轴线走向146°，结构面走向与洞轴线夹角为76°，结构面倾角8°，主要软弱结构面产状影响修正系数K2=0.2，围岩初始应力状态为低应力，K3=0。

砂岩段：BQ=90+3RC+250KV =90+3×12.1+250×0.73=308.8 查表修正后得：

［BQ］= BQ –100（K1+ K2+ K2）=308.8-100×（0.26+0.2+0）=262.8<350

泥岩段：当KV＞0.04RC+0.4时，KV=0.04RC+0.4=0.47，BQ=90+3RC+250KV = 90+3×1.8+250×0.472=213.4 查表修正后得：

［BQ］= BQ –100（K1+ K2+ K2）=213.4-100×（0.26+0.2+0）=167.4<250 根据计算后查隧道围岩分级表：

里程桩号K38+820m～K38+990m，长度170m，洞顶埋深42.7m～57.4m。围岩岩性为泥岩、砂岩，中厚～厚层状，呈弱风化～未风化状态，节理裂隙发育，岩体较破碎～较完整，层状块状镶嵌结构，为极软岩～较软岩，围岩级别Ⅴ级；地下水以沿裂隙线状渗水或滴水为主，岩质较软，无支护时易发生洞顶掉块、侧壁坍塌，成洞条件较好，施工时应及时支衬洞壁。

1.2.4确定围岩物理力学参数

表1-2围岩物理力学参数

1.2.5地震等级

根据国家地震局《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）国家标准第1号修改单及相应附件《中国地震动峰值加速度区划图》（1:40万），隧址区地震动峰值加速度值在0.05～0.1g间，对应的地震基本烈度为6～7度。资料记载，自1958年以来，龙泉山断褶带已发生过震级≥2.5级地震不下数十次，其中1976年1月24日仁寿大林场（距测区约12公里）地震震级5.5级，震中烈度达7度。另据地震部门鉴定，龙泉山断褶带的中南段具备中强地震的地震地质条件和毗邻测区的张家岩水库的设计地震烈度为7度。设计时，建议二峨山隧道按7度设防为宜，动反应谱特征周期为0.45s，地震动峰值加速度为0.10g，并应按《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）的规定进行设防。

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1.3隧道纵断面及平面方案设计

1.3.2隧道纵断面

路线的选择是整个设计的基础，关系着施工的难易，工期长短，造价的大小，运营安全和运输效率。本段路线方案是在工可基础上，依据工可审批意见进行优化确定。其中隧道平面布置主要服从总体走向，在综合考虑线形指标及工程造价的前提下，主要考虑隧道进、出口条件、隧址区工程地质条件、营运管理设施场地因素；隧道纵断面设计综合考虑了隧道长度、主要施工方向、通风、排水、洞口位置及隧道进出口接线等因素。

1.3.2确定隧道建筑限界尺寸

由给定的隧道长度、公路等级、行车道、设计车速、人行道与检修道的设置等设计基础信息，根据JTG D70－2004中的《隧道横断面设计》与JTG B01－2003公路工程技术标准中公路建筑界限中对隧道工程的规定以及各项规定进行划定。

图1-1隧道建筑界限（单位m）

1.3.3确定隧道内轮廓尺寸

按照已经确定的公路隧道建筑限界尺寸，根据JTG D70－2004中关于三车道（标准断面与紧急停车带断面）的内轮廓尺寸规定。

两车道、三车道的隧道内轮廓标准断面形式由：拱部为单心半圆，侧墙为大半径圆弧，仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接。

最终，要保障隧道内轮廓尺寸应将隧道建筑限界尺寸包括在隧道内轮廓中。

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图1-2三车道隧道标准内轮廓断面图（单位cm）

隧道净空断面除应符合建筑限界的规定以外，还应考虑通风设备及排水、照明、消防、监控、管线电缆等设施所需的空间，并考虑土压影响，施工方法等必要的富裕量。经综合考虑该隧道采用曲墙式断面构造。 1.3.3.1净空

经过断面优化分析后确定隧道净空断面为三心圆：拱部为单心半圆，半径为8.07m；侧墙为大半径圆弧，半径为8.2m；仰拱与侧墙间用小半径圆弧连接，半径为1.5m。

1.3.3.2横断面构造

（1）隧道横断面采用锚喷支护复合模筑混凝土衬砌，内夹防排水层。

（2）路面采用单面横坡，坡度2%，路面单侧设排水沟，路基中心设中心排水沟。 （3）横断面右侧沟槽设电缆及消防配水管，左侧沟槽设强电电缆。 1.3.3.3净空断面尺寸拟订

拱圈：R=8.07ｍ，相应角度为2×59°21’11” 侧墙：R=8.2 m ，相应角度为2×14°20’45” 仰拱：R=18 ｍ，相应角度为2×21°24’29”

侧墙与仰拱连接段：R=1.5 ｍ，相应角度为54°28’29” 拱部与侧墙连接段：R=5.6 ｍ，相应角度为30°38’49”。 详细见图：

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图1-3净空断面尺寸拟定图

1.3.4拟定衬砌方案

根据本隧道地形、地质条件，参考以往类似条件下的成功工程，其具体尺寸如图所示：

图1-4拟订衬砌方案图

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第二章结构内力计算

2.1 荷载结构法原理

深埋隧道中复合式衬砌的二次衬砌应采用荷载结构法计算。荷载结构法的设计原理认为，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，然后按弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌的内力，并进行结构截面设计。采用荷载结构法计算隧道衬砌的内力和变形时，应通过考虑弹性抗力等体现围岩对衬砌变形的约束作用。弹性抗力的大小及分布，可根据衬砌在荷载作用下的变形、回填情况和围岩的变形性质等因素，采用局部变形理论。 按下式确定： σ = k δ

2.2荷载确定

2.2.1 深、浅埋隧道的分界深度判定 判定公式为：错误！未找到引用源。

式中：错误！未找到引用源。—浅埋隧道分界深度；错误！未找到引用源。—荷载等效高度；

，

S—围岩类别，Ⅴ级围岩s = 5；为围岩重度，=17；B为无支护条件下隧道毛洞宽度，B=16.813m；i：B>5时取i =0.1，B<5时取i =0.2；ω—宽度影响系数，ω=1+i(B-5)；ω=1+0.1×(16.813-5)=2.181

错误！未找到引用源。=0.45×24 ×17×2.181=266.95kpa

=266.95/17=15.7m ；Ⅴ级围岩取Hp= 2.5 hq= 39.25m

可判断埋深H=（42.7+57.4）/2= 50.05m >Hp

2.2.2围岩压力计算 按照普氏方法进行计算。

普氏系数：错误！未找到引用源。=tan40°=0.839

塌落拱高度：错误！未找到引用源。=[0.5×16.813+12.484tan（45-20）]/0.839=16.958m

垂直均布压力：错误！未找到引用源。=17×16.958=288.286kN/m2

侧向梯形分布压力：错误！未找到引用源。=17×16.958tan225=62.686kN/m2

=17×29.442tan225=108.833kN/m2

2.2.3衬砌结构的设计

衬砌结构设计按照复合式衬砌结构设计,先按照工程类比方法进行初步设

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计，然后根据结构计算进行验算，再作出适当调整。

复合衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间加防水层组合而成的衬砌形式，复合衬砌设计应符合下列规定：

1) 初期支护宜采用喷锚支护，即由喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形

式单独或组合使用，锚杆支护宜采用全长粘结锚杆。

2) 二次衬砌宜采用模筑混凝土或模筑钢筋混凝土结构，衬砌截面宜采用连接圆

顺的等厚衬砌断面，仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。

3) 在确定开挖断面时，除应满足隧道净空和结构尺寸外，还应考虑初期支护并

预留适当的变形量，预留变形量的大小可根据围岩级别、断面大小、埋置深度、施工方法、和支护情况等，采用工程类比法预测。

具体参看衬砌方案图

围初期支护（喷射混凝土） 岩级厚度强度 部位 位置 别 （cm） Ⅴ C20 拱部、边墙 20 拱、墙 锚杆 间距长度（m） （m） 1.0 3.5 二次衬砌（钢筋混凝土） 部位 拱、墙、仰拱 厚度（cm) 60 钢筋网 刚架 拱、墙（双层） 拱、墙、@20×20 仰拱

2.2.4计算衬砌结构的内力

衬砌结构的内力计算按照荷载结构法进行计算，运用结构力学求解器（工程版）Vs2.0。深埋围岩的弹性抗力系数K=100Gpa，衬砌材料采用C40混凝土，弹性模量分别为33.5Gpa，容重分别为25 KN·m-3。

衬砌结构上的荷载图如下图：

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竖向围岩土压力弹性抗力水平压力地层反力

图2-1衬砌结构荷载图

荷载只考虑三种荷载：①围岩压力；②衬砌自重；③弹性抗力 衬砌结构的结构力学建模简图如下图：

( 28 )29( 27 )2827( 26 )26( 25 )25( 24 )24( 23 )23( 22 )22( 21 )21( 20 )20( 19 )19( 18 )( 29 )30( 30 )1( 1 )2( 2 )3( 3 )4( 4 )5( 5 )6( 6 )7( 7 )8( 8 )9( 9 )10( 10 )( 11 )11( 12 )1218( 17 )17( 16 )16( 15 )15( 14 )14( 13 )13

图2-2衬砌结构建模简图

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内力计算：

杆端内力值 ( 乘子 = 1)

杆端 1 杆端 2

----------------------------- ----------------------------

单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩

1 -1852.91532 161.091659 644.263799 -1879.94443 -267.179726 565.014878 2 -1903.46465 48.6917698 565.014878 -1980.80174 -361.168943 331.377845 3 -2032.82632 -42.7677187 331.377845 -2150.79333 -416.861876 -11.9415411 4 -2198.60501 -157.530807 -11.9415411 -2347.46378 -525.192670 -561.584506 5 -2421.46599 18.9159488 -561.584506 -2571.91589 -251.976105 -734.920990 6 -2599.93103 101.463674 -734.920990 -2714.88545 -83.4558220 -724.107679 7 -2681.53961 475.787823 -724.107679 -2777.12983 298.189787 -49.6307087 8 -2759.68391 230.548994 -49.6307087 -2788.51319 99.1620686 197.625001 9 -2793.08602 -95.1430225 197.625001 -2803.60165 -228.084579 -54.4694243 10 -2774.34774 -460.865830 -54.4694243 -2808.94563 -562.872753 -733.350147 11 -2685.31226 635.142444 -733.350147 -2735.32815 614.936926 316.249500 12 -2860.06632 53.4855438 316.249500 -2894.63170 42.4756396 383.122001 13 -2941.18495 -71.6458093 383.122001 -2966.78175 -76.5958277 264.445334 14 -2986.16631 -115.466585 264.445334 -3001.74257 -117.386083 90.2443798 15 -3021.27186 -41.5055013 90.2443798 -3026.49887 -41.7187773 27.9824674 16 -3026.51302 41.3720198 27.9824674 -3021.28601 41.1587438 89.7255458 17 -3001.70552 112.369294 89.7255458 -2986.12927 110.449796 256.420214 18 -2967.08832 72.2004619 256.420214 -2941.49151 67.2504436 368.059352 19 -2895.50627 -44.4156880 368.059352 -2860.94090 -55.4255922 298.482926 20 -2736.81922 -613.444142 298.482926 -2686.80334 -633.649660 -748.609959 21 -2801.24790 578.431566 -748.609959 -2766.65001 476.424643 -49.0939325 22 -2794.19789 234.493409 -49.0939325 -2783.68226 101.551853 212.997352 23 -2778.56716 -98.2491238 212.997352 -2749.73787 -229.636050 -32.8890930 24 -2767.02084 -296.965015 -32.8890930 -2671.43062 -474.563050 -705.231426 25 -2705.52516 76.7849372 -705.231426 -2590.57074 -108.134559 -724.056169 26 -2563.59363 244.047937 -724.056169 -2413.14373 -26.8441165 -562.512698 27 -2341.21038 515.548454 -562.512698 -2192.35162 147.886591 -28.3983493 28 -2145.82295 406.497941 -28.3983493 -2027.85594 32.4037841 299.438397 29 -1983.68844 371.680612 299.438397 -1906.35135 -38.1801011 548.794435 30 -1880.92213 278.036627 548.794435 -1853.89303 -150.234758 644.263799

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位移计算：

杆端位移值 ( 乘子 = 1)

杆端 1 杆端 2

----------------------------- ------------------------------ 单元码 u -水平位移 v -竖直位移 θ-转角 u -水平位移 v -竖直位移 θ-转角

1 0.00026456 -0.02538379 -0.00009158 0.00027115 -0.02427451 0.00153862 2 0.00027115 -0.02427451 0.00153862 0.00105140 -0.02106787 0.00277676 3 0.00105140 -0.02106787 0.00277676 0.00296216 -0.01684286 0.00328783 4 0.00296216 -0.01684286 0.00328783 0.00556942 -0.01259767 0.00265384 5 0.00556942 -0.01259767 0.00265384 0.00756410 -0.01052652 0.00113756 6 0.00756410 -0.01052652 0.00113756 0.00792070 -0.01014179 -0.00027851 7 0.00792070 -0.01014179 -0.00027851 0.00626619 -0.01046341 -0.00132214 8 0.00626619 -0.01046341 -0.00132214 0.00437038 -0.01050571 -0.00109724 9 0.00437038 -0.01050571 -0.00109724 0.00293886 -0.01024656 -0.00086738 10 0.00293886 -0.01024656 -0.00086738 0.00151682 -0.00963397 -0.00170898 11 0.00151682 -0.00963397 -0.00170898 0.00024911 -0.00609102 -0.00228188 12 0.00024911 -0.00609102 -0.00228188 -0.00042268 -0.00354166 -0.00147068 13 -0.00042268 -0.00354166 -0.00147068 -0.00057609 -0.00191823 -0.00060919 14 -0.00057609 -0.00191823 -0.00060919 -0.00049251 -0.00137599 -0.00016855 15 -0.00049251 -0.00137599 -0.00016855 -0.00034689 -0.00124680 -0.00002181 16 -0.00034689 -0.00124680 -0.00002181 -0.00019859 -0.00131047 0.00012430 17 -0.00019859 -0.00131047 0.00012430 -0.00010623 -0.00178143 0.00055434 18 -0.00010623 -0.00178143 0.00055434 -0.00023876 -0.00329698 0.00138517 19 -0.00023876 -0.00329698 0.00138517 -0.00086654 -0.00570830 0.00215843 20 -0.00086654 -0.00570830 0.00215843 -0.00204169 -0.00902236 0.00153954 21 -0.00204169 -0.00902236 0.00153954 -0.00323946 -0.00955853 0.00068708 22 -0.00323946 -0.00955853 0.00068708 -0.00440816 -0.00979639 0.00094378 23 -0.00440816 -0.00979639 0.00094378 -0.00610418 -0.00977273 0.00120861 24 -0.00610418 -0.00977273 0.00120861 -0.00761088 -0.00949399 0.00021645 25 -0.00761088 -0.00949399 0.00021645 -0.00720915 -0.00991043 -0.00117000 26 -0.00720915 -0.00991043 -0.00117000 -0.00518846 -0.01200579 -0.00267402 27 -0.00518846 -0.01200579 -0.00267402 -0.00255609 -0.01628907 -0.00333123 28 -0.00255609 -0.01628907 -0.00333123 -0.00059978 -0.02060850 -0.00288011 29 -0.00059978 -0.02060850 -0.00288011 0.00023436 -0.02401194 -0.00170168 30 0.00023436 -0.02401194 -0.00170168 0.00026456 -0.02538379 -0.00009158

12

内力计算图：

-562.51-562.51-560.53-724.06-724.06-705.23-686.11-705.23-28.40299.44299.44331.38331.38548.79551.44565.01548.79569.23565.01644.26644.26682.86689.35-11.94-561.58-561.58-560.79-734.92-734.92-701.75-724.11-724.11-32.89213.00213.00-49.09298.48298.48368.06368.06256.42256.42-748.61y-748.6189.7327.9890.24264.45264.45316.25383.12316.25383.12-49.63197.63197.63-54.47-733.35-733.35x

图2-3结构弯矩图（单位KN·m）

-1852.92-1853.89-1903.46-1906.35-1880.92-1879.94-2032.83-1980.80-1983.69-2027.86-2198.61-2150.79-2145.82-2192.35-2341.21-2413.14-2563.59-2590.57-2671.43-2705.53-2749.74-2767.02-2783.68-2778.57-2421.47-2347.46-2599.93-2571.92-2681.54-2714.89-2759.68-2777.13-2788.51-2793.09-2766.65-2686.80-2774.35-2803.60-2860.94-2735.33-2685.31-2794.20-2941.49-2894.63-2860.07-2736.82-2986.13-2808.95-2966.78-3021.29-3001.74-2941.18-3026.50-2895.51-2986.17-2801.25-2967.09-3021.27-3001.71-3026.51yx图2-4结构轴力图（单位KN）

13

371.68406.50515.55147.8932.40278.04-38.18161.0948.69-150.23-267.18-42.7718.92101.46475.79-83.46298.19230.55244.0576.78-26.84-361.17-157.53-416.86-108.13-474.56-229.64-296.97101.55-98.25-633.65234.49476.42578.43y-613.44-525.19-251.9899.16-95.14-460.87-228.08-562.87-55.43-44.4267.25-115.47-71.6553.49-117.39-76.6042.48-41.72-41.5172.2041.1641.37110.45112.37614.94635.14x

图2-5结构剪力图（单位KN）

yx

图2-6结构位移变形图

14

第三章结构配筋计算

3.1配筋形式及截面尺寸

配筋形式:采用非对称配筋

截面尺寸:计算截面高度取h=600mm，宽度取b=1000mm 设计参数:混凝土强度等级C40，fc=19.1N/mm2；ft=1.71N/mm2；受力钢筋种类为HRB335，fy=fy′=300N/mm2，a=a′=50mm。

根据以上内力计算弯矩图，将衬砌划分为如图所示计算单元：

拱顶段拱脚段拱脚段直墙段直墙段仰拱段图3-1 配筋计算单元分段图

将单元视为杆件进行配筋计算，对每段杆件按偏心受压构件进行配筋计算。因假设构件两端为刚性连接。所以对于每段杆件，当弯矩最大，轴力最小时为偏心受压的最不利情况，计算时取最大弯矩的最小轴力进行偏心受压计算，取最大轴力验算截面的抗压强度。

计算单元 杆件长度（m) 拱顶段 拱脚段 直墙段 仰拱段

8.98 5.994 6.006 11.972

最大弯矩(KN·m) 644.26 734.92 748.16 383.12

最小轴力(KN） 1852.92 2341.21 2685.31 2736.82 最大轴力

最大剪力（KN）

（KN） 2198.61 406.5 2767.02 515.55 2860.07 635.14 3026.51 383.12

15

3.2配筋计算

3.2.1拱顶段配筋 偏心距计算：

e0=M/N=644.26/1852.92=0.3

根据规范,当结构为隧道衬砌时偏心距增大系数取错误！未找到引用源。 修正后偏心距：

根据规范安全系数取K=2

正截面强度应满足：

为使钢筋总用量错误！未找到引用源。最少，可取x=§h=0.55×

0.55=0.3 b0e=h/2-a+e0=600/2-50+300=550mm

=[2×2198.61×0.55-36.9×10×1×0.3×

3

（0.55-0.3/2）]/335×103×(0.55-0.05)= -11.9×10-3m2 <0

所以，受压钢筋Ag′应按最小配筋率配筋。 取

=p1minbh=0.20/0×1×0.6=1200mm2

=1256mm2

选择受压钢筋：Ф20@280，中性轴位置确定：

最大轴力作用于Ag与Ag′两重心以外

e′=e0-(h/2-a′)=300-(600/2-50)=50mm 中性轴位置：x=123mm>2a′=100mm

受力钢筋面积：Ag=1397mm2>p1minbh=0.20/0×1×0.6=1200mm2满足最小配筋率 选择受拉钢筋：Ф22@280，

=1520mm2

3.2.2拱顶段裂缝宽度检算

e0/h0=0.3/0.55=0.545<0.55,所以不需进行宽度裂缝检算。

3.2.3拱顶段抗剪验算

选取剪力最大的截面进行抗剪配筋，根据规范，可知当满足KQ0.07Rabh0时可不用进行剪力验算：2×406.5×10000.07×29.5×1000×550 按构造配筋：箍筋选用双肢Φ8@180 3.2.4拱脚段配筋

16

偏心距计算：

e0=M/N=734.92/2341.21=0.3

根据规范,当结构为隧道衬砌时偏心距增大系数取错误！未找到引用源。 修正后偏心距：正截面强度应满足：

为使钢筋总用量错误！未找到引用源。最少，可取x=§h=0.55×

0.55=0.3 b0e=h/2-a+e0=600/2-50+300=550mm

=[2×2767.02×0.55-36.9×10×1×0.3×（0.55-0.3/2）]/

3

（335×103×(0.55-0.05)）= -8.3×10-3m2 <0

所以，受压钢筋Ag′应按最小配筋率配筋。 取

=p1minbh=0.20/0×1×0.6=1200mm2

=1256mm2

选择受压钢筋：Ф20@280，中性轴位置确定：

最大轴力作用于Ag与Ag′两重心以外

e′=e0-(h/2-a′)=300-(600/2-50)=50mm 中性轴位置：x=123mm>100mm

受力钢筋面积：Ag=1397mm2>p1minbh=0.20/0×1×0.6=1200mm2满足最小配筋率 选择受拉钢筋：Ф22@280，

=1520mm2

3.2.5拱脚段裂缝宽度检算

e0/h0=0.3/0.55=0.545<0.55,所以不需进行宽度裂缝检算。

3.2.6拱顶段抗剪验算

选取剪力最大的截面进行抗剪配筋，根据规范，可知当满足KQ0.07Rabh0时可不用进行剪力验算：2×515.55×10000.07×29.5×1000×550 按构造配筋：箍筋选用双肢Φ8@180

3.2.7直墙段配筋 偏心距计算：

17

e0=M/N=748.16/2685.31=0.3

根据规范,当结构为隧道衬砌时偏心距增大系数取错误！未找到引用源。 修正后偏心距：正截面强度应满足：

为使钢筋总用量错误！未找到引用源。最少，可取x=§h=0.55×

0.55=0.3 b0e=h/2-a+e0=600/2-50+300=550mm

=[2×2860.07×0.55-36.9×10×1×0.3×（0.55-0.3/2）]/

3

（335×103×(0.55-0.05)）= -7.65×10-3m2 <0

所以，受压钢筋Ag′应按最小配筋率配筋。 取

=p1minbh=0.20/0×1×0.6=1200mm2

=1256mm2

选择受压钢筋：Ф20@280，中性轴位置确定：

最大轴力作用于Ag与Ag′两重心以外

e′=e0-(h/2-a′)=300-(600/2-50)=50mm 中性轴位置：x=123mm>100mm

受力钢筋面积：Ag=1397mm2>p1minbh=0.20/0×1×0.6=1200mm2满足最小配筋率 选择受拉钢筋：Ф22@280，

=1520mm2

3.2.8直墙段裂缝宽度检算

e0/h0=0.3/0.55=0.545<0.55,所以不需进行宽度裂缝检算。 3.2.9拱顶段抗剪验算

选取剪力最大的截面进行抗剪配筋，根据规范，可知矩形截面，当仅配有箍筋时，其斜截面的抗剪强度应按下列公式计算：KQ≦Qkh

Qkh=0.07Ra·bh0+αkhRgAkh0/S KQ/( bh0)=2×635.14×1000/（1000×550）=2.31MPa<0.2Ra=0.2×29.5=5.9 MPa，抗剪强度影响系数αkh=2.0。

2×635.14×1000=0.07×29.5×1000×550+2×335×550×Ak/S可得：Ak/S=0.365 选用双肢（n=2）Φ6.5箍筋（查得Ak=2×33.2=66.4mm）,则箍筋间距为

S= Ak/0.365=66.4/0.365=182mm,取S=180mm

18

2

满足最大箍筋间距和最小箍筋直径要 3.2.10仰拱段配筋 偏心距计算：

e0=M/N=383.12/2736.82=0.14

根据规范,当结构为隧道衬砌时偏心距增大系数取错误！未找到引用源。 修正后偏心距：e=1×

0.14=0.14m 0正截面强度应满足：

为使钢筋总用量错误！未找到引用源。最少，可取x=§h=0.55×

0.55=0.3 b0e=h/2-a+e0=600/2-50+140=390mm

=[2×3026.51×0.39-36.9×10×1×0.3×（0.55-0.3/2）]/

3

（335×103×(0.55-0.05)）= -12.34m2 <0

所以，受压钢筋Ag′应按最小配筋率配筋。 取

=p1minbh=0.20/0×1×0.6=1200mm2

=1256mm2

选择受压钢筋：Ф20@280，中性轴位置确定：

最大轴力作用于Ag与Ag′两重心以外

e′=e0-(h/2-a′)=300-(600/2-50)=50mm 中性轴位置：x=123mm>100mm

受力钢筋面积：Ag=1397mm2>p1minbh=0.20/0×1×0.6=1200mm2满足最小配筋率 选择受拉钢筋：Ф22@280，

=1520mm2

3.2.11仰拱段裂缝宽度检算

e0/h0=0.14/0.55=0.25<0.55,所以不需进行宽度裂缝检算。 3.2.12拱顶段抗剪验算

选取剪力最大的截面进行抗剪配筋，根据规范，可知当满足KQ0.07Rabh0时可不用进行剪力验算：2×383.12×10000.07×29.5×1000×550 按构造配筋：箍筋选用双肢Φ8@180

19

满足最大箍筋间距和最小箍筋直径要 3.2.10仰拱段配筋 偏心距计算：

e0=M/N=383.12/2736.82=0.14

根据规范,当结构为隧道衬砌时偏心距增大系数取错误！未找到引用源。 修正后偏心距：e=1×

0.14=0.14m 0正截面强度应满足：

为使钢筋总用量错误！未找到引用源。最少，可取x=§h=0.55×

0.55=0.3 b0e=h/2-a+e0=600/2-50+140=390mm

=[2×3026.51×0.39-36.9×10×1×0.3×（0.55-0.3/2）]/

3

（335×103×(0.55-0.05)）= -12.34m2 <0

所以，受压钢筋Ag′应按最小配筋率配筋。 取

=p1minbh=0.20/0×1×0.6=1200mm2

=1256mm2

选择受压钢筋：Ф20@280，中性轴位置确定：

最大轴力作用于Ag与Ag′两重心以外

e′=e0-(h/2-a′)=300-(600/2-50)=50mm 中性轴位置：x=123mm>100mm

受力钢筋面积：Ag=1397mm2>p1minbh=0.20/0×1×0.6=1200mm2满足最小配筋率 选择受拉钢筋：Ф22@280，

=1520mm2

3.2.11仰拱段裂缝宽度检算

e0/h0=0.14/0.55=0.25<0.55,所以不需进行宽度裂缝检算。 3.2.12拱顶段抗剪验算

选取剪力最大的截面进行抗剪配筋，根据规范，可知当满足KQ0.07Rabh0时可不用进行剪力验算：2×383.12×10000.07×29.5×1000×550 按构造配筋：箍筋选用双肢Φ8@180

19

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