地下工程课程设计上传.docx
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地下工程课程设计上传
课程设计
题目:
某2车道时速120km/h高速公路隧道V级围岩段结
构及施工方法设计
学生姓名学院土木工程学院
专业地下工程学号
班级地下1202班指导教师朱昌星
河南理工大学
课程设计(论文)任务书
专业班级地下工程12-02班学生姓名
一、题目某2车道时速120km/h高速公路隧道V级围岩段结构及施工方法设计
二、起止日期2015年6月22日至2015年7月9日
三、主要任务与要求
公路隧道参数:
时速120km/h,两车道,围岩等级
级,上覆土层平均重度18.5
埋深60m,地下水距拱顶20m,平均内摩擦角42°,配筋设计按容许状应力法。
设计要求如下:
(1)隧道横断面设计,根据设计数据确定建筑限界和净空断面(建筑界限按最小宽度);
(2)查阅相关文献资料,选择隧道断面参数;
(3)隧道结构设计,采用荷载结构法计算衬砌内力;根据相关规范,利用工程类比法确定初次支护参数;
(4)施工方法与工艺流程。
评阅人
年月日
河南理工大学
课程设计(论文)评阅人评语
题目某2车道时速120km/h高速公路隧道V级围岩段结构及施工方法设计
评阅人
年月日
目录
一、初始条件……………………………………………………………………2
二、隧道洞身设计……………………………………………………………2
2.1隧道建筑界限及内轮廓图的确定………………………………………2
三、隧道衬砌结构设计……………………………………………………3
3.1支护方法及衬砌材料………………………………………………………3
3.2隧道深浅埋的确定及围岩压力的计算……………………………………4
四、衬砌结构内力计算……………………………………………………6
4.1基本资料……………………………………………………………………6
4.2在同济曙光软件中步骤……………………………………………………7
4.3配筋……………………………………………………………………13
五、隧道开挖施工…………………………………………………………15
5.1隧道开挖施工方案……………………………………………………15
5.2施工顺序…………………………………………………………………15
5.3施工要点…………………………………………………………………15
5.4施工方法优缺点………………………………………………………16
六、附录…………………………………………………………………………17
摘要
本设计为公路隧道设计,该隧道为两车道隧道,根据任务书的要求车速120km/h、围岩等级Ⅴ级、隧道埋深60m。
本设计的主要任务是隧道的支护结构和施工设计。
本设计主要内容包括:
各级围岩荷载计算、利用有限元软件进行衬砌的内力计算、复合式衬砌设计、施工工艺设计等。
关键词:
公路隧道限界结构计算配筋环形开挖留核心土法
一、初始条件
某高速公路隧道通过Ⅲ级围岩,埋深H=60m,隧道围岩天然容重γ=23KN/m3,计算摩擦角
=
;衬砌材料采用C25喷射混凝土,材料容重
,变形模量
。
二、隧道洞身设计
2.1隧道建筑界限及内轮廓图的确定
该隧道横断面是根据两车道高速公路Ⅴ级围岩来设计的,根据《公路隧道设计规范》确定隧道的建筑限界如下:
表2.1公路隧道建筑限界横断面醉成最小宽度
公路
等级
设计速度
(km/h)
车道宽度
(W)
侧向宽度
余宽C
人行道R
检修道J
隧道建筑净宽
左侧LL
右侧LR
左侧
右侧
设检修道
设人行道
不设人行道、检修道
高速公路一级公路
120
3.75×2
0.75
1.25
0.75
0.75
11
100
3.75×2
0.5
1
0.75
0.75
10.5
80
3.75×2
0.5
0.75
0.75
0.75
10.25
60
3.50×2
0.5
0.75
0.75
0.75
9.75
二级公路三级公路四级公路
80
3.75×2
0.75
0.75
1
11
60
3.50×2
0.5
0.5
1
10
40
3.50×2
0.25
0.25
0.75
9
30
3.25×2
0.25
0.25
0.25
7.5
20
3.00×2
0.25
0.25
0.25
7
W—行车道宽度;取3.75×2m
C—余宽;因设置检修道,故余宽取为0m
J—检修道宽度;双侧设置,取为1.0m
H—建筑限界高度;取为5.0m
—建筑限界左顶角宽度;取0.75m
h—检修道高度;取为0.25m
设计行车速度为120km/h,建筑限界左右顶角高度均取1m;隧道轮廓线如下图:
图2.1隧道内轮廓限界图单位:
m
根据规范要求,隧道衬砌结构厚度为65cm(一次衬砌为20cm和二次衬砌45cm)通过作图得到隧道的尺寸如下:
图2.2隧道内轮廓图
得到如下尺寸:
R=6.2682m。
三、隧道衬砌结构设计
3.1支护方法及衬砌材料
根据《公路隧道设计规范》(JTG-2004),本设计为高速公路,采用复合式衬砌,复合式衬砌是由初期支护和二次衬砌及中间防水层组合而成的衬砌形式。
复合式衬砌应符合下列规定:
1初期支护宜采用锚喷支护,即由喷射混凝土,锚杆,钢筋网和钢筋支架等支护形式单独或组合使用,锚杆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,衬砌截面宜采用连结圆顺的等厚衬砌断面,仰拱厚度宜与拱墙厚度相同。
由规范8.4.2-1,对于两车道Ⅴ级围岩:
初期支护:
拱部边墙的喷射混凝土厚度为15-20cm,拱墙的锚杆长度为3-4m,锚杆间距为0.8-1.2m;
二次衬砌厚度:
拱墙混凝土厚度为45cm。
因此确定衬砌尺寸及规格如下:
深埋隧道外层初期支护,根据规范规定,采用锚喷支护,锚杆采用普通水泥砂浆锚杆,规格HRB
20×2.5m,采用梅花型局部布设,采用C25喷射混凝土。
初次衬砌:
采用C25喷射混凝土,厚度为19.8cm。
防水板:
采用塑料防水板及无纱布,且无纺布密度为300g/m2,防水板应采用铺满的EVA板防水层,厚度为2.0mm,搭接长度为150mm。
二次衬砌:
根据《公路隧道设计规范》,采用C25号模筑防水混凝土,厚度为45cm。
整个衬砌厚度为19.8+0.2+45=65cm。
图2.3衬砌示意图
3.2隧道深浅埋的确定及围岩压力的计算
隧道的内轮廓尺寸为B12.24m,H=9.3m
因为Ⅴ级围岩需要预留变形量,查《公路隧道设计规范》8.4.1知Ⅴ级围岩需预留变形量为80-100mm,衬砌厚度为65cm,又每侧超挖量为10cm,故隧道的近似开挖尺寸为:
深浅埋的判别
(3.1)
—深浅埋隧道的分界深度;
(3.2)
h—等效荷载高度
—跨度影响系数;
(3.3)
i—围岩压力增减率,当
时取
=0.1
埋深
故为深埋隧道。
又
可用公式(3.4)计算均布垂直压力:
(3.4)
表3.1水平均布压力e的取值
围岩级别
Ⅰ、Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
水平均布压力e
0
<0.15q
(0.15~0.3)q
(0.3~0.5)q
(0.5~1.0)q
因为该隧道围岩级别为Ⅴ围岩水平均布压力为:
取e=120
。
图3.1荷载示意图
四、衬砌结构内力计算
4.1基本资料
表4.1隧道衬砌基本资料
公里等级
高速公路
围岩级别
Ⅴ级
围岩容重
r=18.5KN/m3
材料容重
材料变形模量
衬砌厚度
d=0.65m
图4.1衬砌结构断面图
4.2在同济曙光软件中步骤如下
1、隧道建筑限界设计
图4.2
图4.3
2、隧道衬砌横断面设计
图4.4
3、荷载计算
表4.2荷载计算取值
py1
py2
py3
py4
315.2362kN/m
315.2362kN/m
315.2362kN/m
315.2362kN/m
Px1
Px2
Px3
Px4
315.2362kN/m
315.2362kN/m
315.2362kN/m
315.2362kN/m
在菜单中选择
,程序将计算出作用在结构上的围岩压力,并且在屏幕上衬砌断面图的旁边生成结构计算简图。
该围岩压力将自动填写在“分布荷载“对话框中,若不作修改将直接用于后面的计算,若要修改则选择菜单中的
,将弹出如下对话框
图4.5
在菜单中选择
,用以添加材料,将弹出如下对话框:
图4.6
单击
,该对话框将变为:
图4.7
双击
,将弹出如下对话框:
图4.8
4、计算结果显示:
表4.3软件计算结果
节点号
坐标(x,y)
N(kN)
V(kN)
M(kN
m)
1
(49.540000,0.302000)
1859.8
-1576.3
-659.2956
2
(50.652000,0.302000)
1859.8
-1226
-225.2687
3
(51.764000,0.302000)
1859.8
-875.7
112.3078
4
(52.876000,0.302000)
1859.8
-525.4
353.4339
5
(53.988000,0.302000)
1859.8
-175.1
498.1095
6
(55.100000,0.302000)
1859.8
175.1
546.3347
7
(56.212000,0.302000)
1859.8
525.4
498.1095
8
(57.324000,0.302000)
1859.8
875.7
353.4339
9
(58.436000,0.302000)
1859.8
1226
112.3078
10
(59.548000,0.302000)
1859.8
1576.3
-225.2687
11
(60.660000,0.302000)
2403.8
-873.4
-659.2956
12
(61.947224,3.799199)
2130.5
200.5
158.3887
13
(61.217897,7.454019)
2072.9
-10.1
-39.3266
14
(58.687079,10.189816)
1717.4
-102.9
-25.9945
15
(55.100000,11.201000)
1717.4
102.9
66.0776
16
(51.512921,10.189816)
2072.9
10.1
-25.9945
17
(48.982103,7.454019)
2130.5
-200.5
-39.3266
18
(48.252776,3.799199)
2403.8
873.4
158.3887
19
(49.540000,0.302000)
1859.8
-1576.3
-659.2956
20
(50.652000,0.302000)
1859.8
-1226
-225.2687
21
(51.764000,0.302000)
1859.8
-875.7
112.3078
22
(52.876000,0.302000)
1859.8
-525.4
353.4339
23
(53.988000,0.302000)
1859.8
-175.1
498.1095
24
(55.100000,0.302000)
1859.8
175.1
546.3347
25
(56.212000,0.302000)
1859.8
525.4
498.1095
26
(57.324000,0.302000)
1859.8
875.7
353.4339
27
(58.436000,0.302000)
1859.8
1226
112.3078
28
(59.548000,0.302000)
1859.8
1576.3
-225.2687
29
(60.660000,0.302000)
2403.8
-873.4
-659.2956
30
(61.947224,3.799199)
2130.5
200.5
158.3887
31
(61.217897,7.454019)
2072.9
-10.1
-39.3266
32
(58.687079,10.189816)
1717.4
-102.9
-25.9945
33
(55.100000,11.201000)
1717.4
102.9
66.0776
34
(51.512921,10.189816)
2072.9
10.1
-25.9945
35
(48.982103,7.454019)
2130.5
-200.5
-39.3266
36
(48.252776,3.799199)
2403.8
873.4
158.3887
37
(49.540000,0.302000)
1859.8
-1576.3
-659.2956
38
(50.652000,0.302000)
1859.8
-1226
-225.2687
39
(51.764000,0.302000)
1859.8
-875.7
112.3078
40
(52.876000,0.302000)
1859.8
-525.4
353.4339
41
(53.988000,0.302000)
1859.8
-175.1
498.1095
42
(55.100000,0.302000)
1859.8
175.1
546.3347
43
(56.212000,0.302000)
1859.8
525.4
498.1095
44
(57.324000,0.302000)
1859.8
875.7
353.4339
45
(58.436000,0.302000)
1859.8
1226
112.3078
46
(59.548000,0.302000)
1859.8
1576.3
-225.2687
47
(60.660000,0.302000)
2403.8
-873.4
-659.2956
48
(61.947224,3.799199)
2130.5
200.5
158.3887
49
(61.217897,7.454019)
2072.9
-10.1
-39.3266
50
(58.687079,10.189816)
1717.4
-102.9
-25.9945
51
(55.100000,11.201000)
1717.4
102.9
66.0776
52
(51.512921,10.189816)
2072.9
10.1
-25.9945
53
(48.982103,7.454019)
2130.5
-200.5
-39.3266
54
(48.252776,3.799199)
2403.8
873.4
158.3887
55
(49.540000,0.302000)
1859.8
-1576.3
-659.2956
56
(50.652000,0.302000)
1859.8
-1226
-225.2687
57
(51.764000,0.302000)
1859.8
-875.7
112.3078
58
(52.876000,0.302000)
1859.8
-525.4
353.4339
59
(53.988000,0.302000)
1859.8
-175.1
498.1095
60
(55.100000,0.302000)
1859.8
175.1
546.3347
61
(56.212000,0.302000)
1859.8
525.4
498.1095
62
(57.324000,0.302000)
1859.8
875.7
353.4339
63
(58.436000,0.302000)
1859.8
1226
112.3078
64
(59.548000,0.302000)
1859.8
1576.3
-225.2687
65
(60.660000,0.302000)
2403.8
-873.4
-659.2956
66
(61.947224,3.799199)
2130.5
200.5
158.3887
67
(61.217897,7.454019)
2072.9
-10.1
-39.3266
68
(58.687079,10.189816)
1717.4
-102.9
-25.9945
69
(55.100000,11.201000)
1717.4
102.9
66.0776
70
(51.512921,10.189816)
2072.9
10.1
-25.9945
71
(48.982103,7.454019)
2130.5
-200.5
-39.3266
72
(48.252776,3.799199)
2403.8
873.4
158.3887
73
(49.540000,0.302000)
1859.8
-1576.3
-659.2956
74
(50.652000,0.302000)
1859.8
-1226
-225.2687
75
(51.764000,0.302000)
1859.8
-875.7
112.3078
76
(52.876000,0.302000)
1859.8
-525.4
353.4339
77
(53.988000,0.302000)
1859.8
-175.1
498.1095
78
(55.100000,0.302000)
1859.8
175.1
546.3347
79
(56.212000,0.302000)
1859.8
525.4
498.1095
80
(57.324000,0.302000)
1859.8
875.7
353.4339
81
(58.436000,0.302000)
1859.8
1226
112.3078
82
(59.548000,0.302000)
1859.8
1576.3
-225.2687
83
(60.660000,0.302000)
2403.8
-873.4
-659.2956
84
(61.947224,3.799199)
2130.5
200.5
158.3887
85
(61.217897,7.454019)
2072.9
-10.1
-39.3266
86
(58.687079,10.189816)
1717.4
-102.9
-25.9945
87
(55.100000,11.201000)
1717.4
102.9
66.0776
88
(51.512921,10.189816)
2072.9
10.1
-25.9945
89
(48.982103,7.454019)
2130.5
-200.5
-39.3266
90
(48.252776,3.799199)
2403.8
873.4
158.3887
91
(49.540000,0.302000)
1859.8
-1576.3
-659.2956
92
(50.652000,0.302000)
1859.8
-1226
-225.2687
93
(51.764000,0.302000)
1859.8
-875.7
112.3078
94
(52.876000,0.302000)
1859.8
-525.4
353.4339
95
(53.988000,0.302000)
1859.8
-175.1
498.1095
96
(55.100000,0.302000)
1859.8
175.1
546.3347
97
(56.212000,0.302000)
1859.8
525.4
498.1095
98
(57.324000,0.302000)
1859.8
875.7
353.4339
99
(58.436000,0.302000)
1859.8
1226
112.3078
100
(59.548000,0.302000)
1859.8
1576.3
-225.2687
101
(60.660000,0.302000)
2403.8
-873.4
-659.2956
102
(61.947224,3.799199)
2130.5
200.5
158.3887
103
(61.217897,7.454019)
2072.9
-10.1
-39.3266
104
(58.687079,10.189816)
1717.4
-102.9
-25.9945
105
(55.100000,11.201000)
1717.4
102.9
66.0776
106
(51.512921,10.189816)
2072.9
10.1
-25.9945
107
(48.982103,7.454019)
2130.5
-200.5
-39.3266
108
(48.252776,3.799199)
2403.8
873.4
158.3887
结果内力图显示如下
图4.9轴力图
图4.10剪力图
图4.11弯矩图
4.3配筋
在衬砌结构中最大弯矩截面为拱顶截面,轴力N=1859
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