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隧道工程课程设计姓名:专业班级:学号:指导老师:目录第一章工程概况.........................................................................................................................11.1隧道概况..............................................................................................................................11.2工程地质及水文地质..........................................................................................................11.2.1工程地质........................................................................................................................11.2.2水文地质.......................................................................................................................1第二章隧道深浅埋判定及围岩压力的计算.............................................................................22.1深浅埋隧道的判定原则......................................................................................................22.2围岩压力的计算方法..........................................................................................................22.3Ⅳ级围岩计算......................................................................................................................32.3.1Ⅳ级围岩深浅埋的判定...............................................................................................32.3.2Ⅳ级围岩压力的计算...................................................................................................42.4Ⅴ级围岩的计算..................................................................................................................42.4.1Ⅴ级围岩深浅埋判定...................................................................................................42.4.2Ⅴ级围岩压力的计算...................................................................................................4第三章衬砌内力计算与检算.....................................................................................................53.1Ansys的加载求解过程........................................................................................................53.2衬砌结构强度检算原理......................................................................................................53.3IV级围岩衬砌内力计算与强度检算..................................................................................63.4V级围岩衬砌内力计算与强度检算...................................................................................9第四章衬砌截面配筋计算.......................................................................................................194.1截面配筋原理....................................................................................................................194.2IV级围岩配筋计算............................................................................................................194.3V级围岩配筋计算.............................................................................................................204.3.1断面1的配筋计算.....................................................................................................204.3.2断面2的配筋计算.....................................................................................................211第一章工程概况1.1隧道概况太中银铁路为客货共线的双线铁路。线路上一共建有22座隧道,其中王家庄2号隧道位于王家庄东侧,隧道进口地势较陡,此处岩石裸露,进口前方为一冲沟,冲沟内有水,地势狭窄。出口坡度陡,为黄土覆盖,并有大量植被,出口前方为一冲沟,沟内地势平缓,沟内经过开采,原有地形已改变。隧道进口里程DK194+082,出口里程DK194+450,全长368m。隧道位于半径为5000m曲线上,隧道内坡度为7.5‰的下坡,最大埋深61.08m。隧道进出线间距4.49m,DK194+340至出口线间距为4.40m。1.2工程地质及水文地质1.2.1工程地质(1)隧道洞身通过的地层为第四系中更新统洪积层老黄土,奥陶系下统灰白色石灰岩。地层描述如下:老黄土:稍湿、坚硬状态,具垂直节理;奥陶系下统灰白色石灰岩:强风化~弱风化,节理发育,岩层产状195°∠15°。(2)分布里程、围岩分级及岩土施工工程分级分布里程围岩分级DK194+082~DK194+299ⅤDK194+299~DK194+400ⅣDK194+400~DK194+450Ⅳ(3)土壤最大冻结深度:1.04m。(4)地震动峰值加速度0.05g,地震基本烈度VI度。1.2.2水文地质隧道洞体内土石界面有地下水。岩性岩土施工工程分级老黄土Ⅲ石灰岩W2Ⅴ2第二章隧道深浅埋判定及围岩压力的计算2.1深浅埋隧道的判定原则深、浅埋隧道分界深度至少应大于坍方的平均高度且有一定余量。根据经验,这个深度通常为2~2.5倍的坍方平均高度值,即:qphH5.2~2式中,pH—深浅埋隧道分界的深度;qh—等效荷载高度值系数2~2.5在松软的围岩中取高限,在较坚硬围岩中取低限。当隧道覆盖层厚度qhh时为超浅埋,pqHhh时为浅埋,pHh时为深埋。2.2围岩压力的计算方法(1)当隧道埋深h小于或等于等效荷载高度hq(即qhh)时,为超浅埋隧道,围岩压力按全土柱计算。围岩垂直均布压力为:rhq式中,r—围岩容重,见表2-1;h—隧道埋置深度。围岩水平均布压力e按朗金公式计算245tan21002trHqe表2-1围岩压力相关计算参数围岩级别容重r(kN/m3)弹性反力系数K(MPa/m)岩体两侧摩擦系角θ(°)计算摩擦角φ0(°)IV20~23200~500(0.7~0.9)φ050~60V17~20100~200(0.5~0.7)φ040~50(2)当隧道埋深h大于等效荷载高度hq且小于深浅埋分界深度(pqHhh)时,为一般浅埋隧道,围岩压力按谢家休公式计算:围岩垂直均布压力为:BhrhBQqtan1tantantantantan1tantantan000tantantan1tantantan00020式中,B—坑道跨度;r—围岩的容度;h—洞顶覆土厚度;3—岩体两侧摩擦角,见表2-1;—侧压力系数;0—围岩计算摩擦角,见表2-1;—产生最大推力时的破裂角;围岩水平压力按下式计算:隧道顶部水平压力:rhe1隧道底部水平压力:rHe2(3)当隧道埋深h大于或等于深浅埋分界深度Hp(即pHh)时,为深埋隧道,围岩压力按自然拱内岩体重量计算:单线铁路隧道按概率极限状态设计时的垂直压力为:rrhqsq79.141.0单线、双线及多线铁路隧道按破坏阶段设计时垂直压力为:rwrhqsq1245.0式中,hq—等效荷载高度值;s—围岩级别,如级围岩s=3;r—围岩的容重w—宽度影响系数,其值为:51Biw其中,B—坑道宽度;i—B每增加1m时,围岩压力的增减率(以B=5m为基准),当B5m时,取i=0.2,B5m时,取i=0.1。围岩的水平均布压力e按表2-2计算求得。表2-2围岩水平均布压力围岩级别I~IIIIIIVVVI水平均布压力00.15q(0.15~0.3)q(0.30~0.5)q(0.5~1.0)q2.3Ⅳ级围岩计算2.3.1Ⅳ级围岩深浅埋的判定偏于安全考虑,取隧道开挖最大轮廓尺寸进行围岩压力的计算。开挖轮廓:B=13.44m,tH=11.81m等效荷载高度:mwhsq64.6544.131.01245.0245.031深浅埋分界深度:m60.1628.135.22qphH由于围岩为Ⅳ级,极为软弱破碎且节理发育,故深浅埋分界深度取为mhHqp60.165.2。由隧道纵断面图可知,Ⅳ级围岩中,隧道的最小埋深mHmhp60.1618.30,故处于Ⅳ级围岩的隧道均为深埋隧道。42.3.2Ⅳ级围岩压力的计算根据《铁路隧道设计规范》推荐的方法:垂直均布松动压力:23/05.146544.131.01245.0
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