Ⅴ级围岩断面计算书高桥隧道.docx
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Ⅴ级围岩断面计算书高桥隧道
郑西客运专线
高桥隧道Ⅴ级围岩衬砌断面
计算书
1、计算条件
（1）计算模型：
采用荷载-结构模型。
（2）计算程序：
采用SAP2000计算程序。
（3）混凝土裂缝宽度按不大于0.2mm控制。
2、荷载计算
（1）计算参数
①土层计算参数
计算用土层参数表
重度
（kN/m3）
凝聚力
C（KPa）
内摩擦角
（º）
土柱两侧摩擦角θ（度）
侧向弹性抗力系数K（MPa/m）
基底弹性抗力系数K（MPa/m）
侧压力系数λ
j
地震
角θ
（º）
地震综合影响系数
ηc
水平地震系数
Kh
15.5
14.65
16.2
0.25φ
100
100
0.72
2
3
0.25
0.25
②衬砌材料参数
C35钢筋混凝土的重度为25kN/m3，弹性模量为31.5103MPa。
（2）荷载确定
主要荷载有：
围岩压力、结构自重；特殊荷载有：
地震作用引起的惯性力（衬砌自重水平地震力F1、洞顶土柱水平地震力F2、侧向土压力增量△e）。
隧道埋深选取H=50m。
根据《铁路工程设计技术手册》（隧道）中16-1-10、16-1-13和17-3-11、17-3-14公式进行计算，竖直压力按马鞍形分布考虑。
荷载计算结果表
结构
自重
（KN/m）
q1
（kPa）
q2
（kPa）
F1（kN/m）
F2
（kN）
e（kPa）
△e（kPa）
15
406
813
1.72
587
440
39
17.5
572
50
3）荷载计算图式
荷载分布示意图
节点编号图
节点弹簧分布图
4）结构内力图
弯矩图
轴力图
剪力图
节点位移
JOINT
UX
UY
RZ
JOINT
UX
UY
RZ
1
0.000
-0.002
0.000
31
0.003
-0.012
0.000
2
0.000
-0.002
0.000
32
0.003
-0.012
0.001
3
0.000
-0.003
-0.001
33
0.003
-0.013
0.001
4
0.000
-0.003
-0.001
34
0.004
-0.014
0.001
5
0.000
-0.004
-0.002
35
0.004
-0.014
0.001
6
0.000
-0.006
-0.002
36
0.005
-0.015
0.001
7
0.001
-0.007
-0.002
37
0.005
-0.016
0.001
8
0.001
-0.009
-0.002
38
0.006
-0.016
0.000
9
0.002
-0.010
-0.002
39
0.006
-0.016
0.000
10
0.003
-0.012
-0.002
40
0.005
-0.016
-0.001
11
0.003
-0.012
-0.001
41
0.005
-0.015
-0.001
12
0.004
-0.012
0.000
42
0.004
-0.015
-0.002
13
0.003
-0.013
0.000
43
0.003
-0.014
-0.002
14
0.003
-0.013
0.001
44
0.002
-0.013
-0.002
15
0.003
-0.013
0.001
45
0.001
-0.013
-0.002
16
0.002
-0.013
0.001
46
0.000
-0.013
-0.001
17
0.002
-0.013
0.001
47
-0.001
-0.013
-0.001
18
0.001
-0.013
0.001
48
-0.002
-0.013
-0.001
19
0.001
-0.014
0.001
49
-0.002
-0.012
0.000
20
0.001
-0.014
0.001
50
-0.003
-0.012
0.000
21
0.000
-0.014
0.000
51
-0.002
-0.012
0.001
22
0.000
-0.015
0.000
52
-0.002
-0.011
0.002
23
0.000
-0.015
0.000
53
-0.001
-0.010
0.002
24
0.001
-0.015
0.000
54
0.000
-0.009
0.002
25
0.001
-0.014
-0.001
55
0.000
-0.007
0.002
26
0.001
-0.014
-0.001
56
0.000
-0.006
0.002
27
0.002
-0.013
-0.001
57
0.001
-0.004
0.002
28
0.002
-0.012
-0.001
58
0.001
-0.003
0.001
29
0.003
-0.012
-0.001
59
0.001
-0.003
0.001
30
0.003
-0.012
0.000
60
0.001
-0.002
0.000
5）结构检算
本次计算按二衬承担荷载的70％计算，二衬内力分析见下表。
衬砌内力验算
单元
轴力
剪力
弯矩
e0
h
α
I
安全系数K
配筋计算
剪应力
备注（KPa）
e0/h≤0.2
e0/h＞0.2
面积
根数
N（KN）
Q（KN）
M（KN·M）
M/N
（m）
1-1.5*e0/h
e0/h
mm2
根
（KPa）
1
3568.22
30.57
473.31
0.133
0.7
0.716
0.19
3.44
《===
1400
5
51.38
Ra=
24500
2
3545.21
68.49
518.89
0.146
0.7
0.686
0.21
===》
3.190
1400
5
115.10
Rl=
2350
3
3513.12
74.58
570.13
0.162
0.7
0.652
0.23
===》
2.096
1400
5
125.34
[τ]
1.22
4
3480.56
26.37
588.69
0.169
0.7
0.638
0.24
===》
1.839
1400
5
44.31
Ka
2.4
5
3538.20
90.87
588.69
0.166
0.7
0.643
0.24
===》
1.909
1400
5
152.72
Kl
3.6
6
3558.44
299.65
521.38
0.147
0.7
0.686
0.21
===》
3.162
1400
5
503.61
结论：
1、裂缝宽度验算值为0；
2、结构配筋均为构造配筋；
3、剪应力均小于混凝土的容许剪应力。
7
3618.63
614.92
301.34
0.083
0.7
0.822
0.12
3.89
《===
1400
5
1033.48
8
3671.66
604.25
508.90
0.139
0.65
0.680
0.21
===》
2.606
1300
5
1093.67
9
3861.14
383.14
711.83
0.184
0.65
0.575
0.28
===》
0.987
1300
5
693.47
10
4024.50
132.64
737.94
0.183
0.6
0.542
0.31
===》
0.735
1200
4
260.07
11
4240.44
399.37
737.94
0.174
0.6
0.565
0.29
===》
0.786
1200
4
783.08
12
4255.79
517.14
561.38
0.132
0.6
0.670
0.22
===》
1.817
1200
4
1013.99
13
4270.99
377.06
303.50
0.071
0.6
0.822
0.12
2.83
《===
1200
4
739.34
14
4272.62
272.89
146.37
0.034
0.6
0.914
0.06
3.15
《===
1200
4
535.08
15
4225.89
204.51
62.90
0.015
0.6
0.963
0.02
3.35
《===
1200
4
400.99
16
4218.50
168.37
26.09
0.006
0.6
0.985
0.01
3.43
《===
1200
4
330.14
17
4168.23
13.84
17.54
0.004
0.6
0.989
0.01
3.49
《===
1200
4
27.14
18
4117.34
31.62
33.98
0.008
0.6
0.979
0.01
3.50
《===
1200
4
62.00
19
4015.18
19.07
71.24
0.018
0.6
0.956
0.03
3.50
《===
1200
4
37.39
20
3909.00
4.78
129.92
0.033
0.6
0.917
0.06
3.45
《===
1200
4
9.37
21
3781.78
13.49
201.02
0.053
0.6
0.867
0.09
3.37
《===
1200
4
26.45
22
3642.93
6.92
267.20
0.073
0.6
0.817
0.12
3.30
《===
1200
4
13.58
23
3542.19
36.67
306.03
0.086
0.6
0.784
0.14
3.25
《===
1200
4
71.90
24
3456.73
50.69
301.34
0.087
0.6
0.782
0.15
3.33
《===
1200
4
99.39
25
3395.59
36.61
242.26
0.071
0.6
0.822
0.12
3.56
《===
1200
4
71.78
26
3334.20
121.04
106.88
0.032
0.6
0.920
0.05
4.06
《===
1200
4
237.33
27
3382.15
349.92
219.17
0.065
0.6
0.838
0.11
3.64
《===
1200
4
686.12
28
3437.40
297.30
330.19
0.096
0.6
0.760
0.16
3.25
《===
1200
4
582.95
29
3479.50
233.70
396.70
0.114
0.6
0.715
0.19
3.02
《===
1200
4
458.23
30
3504.42
112.96
396.70
0.113
0.6
0.717
0.19
3.01
《===
1200
4
221.48
31
3501.41
186.67
414.13
0.118
0.6
0.704
0.20
2.96
《===
1200
4
366.01
32
3489.95
259.00
380.53
0.109
0.6
0.727
0.18
3.06
《===
1200
4
507.85
33
3465.52
328.69
297.22
0.086
0.6
0.786
0.14
3.33
《===
1200
4
644.49
34
3428.98
391.96
166.47
0.049
0.6
0.879
0.08
3.77
《===
1200
4
768.54
35
3357.34
158.25
216.82
0.065
0.6
0.839
0.11
3.67
《===
1200
4
310.29
36
3415.57
3.13
388.49
0.114
0.6
0.716
0.19
3.08
《===
1200
4
6.14
37
3471.53
10.01
475.20
0.137
0.6
0.658
0.23
===》
1.927
1200
4
19.62
38
3541.62
5.16
500.70
0.141
0.6
0.647
0.24
===》
1.684
1200
4
10.12
39
3622.09
18.77
472.34
0.130
0.6
0.674
0.22
===》
2.240
1200
4
36.81
40
3732.85
41.42
399.21
0.107
0.6
0.733
0.18
2.89
《===
1200
4
81.22
41
3820.49
26.71
296.23
0.078
0.6
0.806
0.13
3.10
《===
1200
4
52.36
42
3925.18
15.46
175.38
0.045
0.6
0.888
0.07
3.33
《===
1200
4
30.32
43
4079.96
351.32
61.05
0.015
0.6
0.963
0.02
3.47
《===
1200
4
688.86
44
4141.27
315.24
150.69
0.036
0.6
0.909
0.06
3.23
《===
1200
4
618.13
45
4182.35
269.25
209.65
0.050
0.6
0.875
0.08
3.07
《===
1200
4
527.95
46
4201.71
234.65
244.59
0.058
0.6
0.854
0.10
2.99
《===
1200
4
460.10
47
4248.41
263.99
299.26
0.070
0.6
0.824
0.12
2.85
《===
1200
4
517.62
48
4244.00
352.38
416.95
0.098
0.6
0.754
0.16
2.61
《===
1200
4
690.94
49
4226.84
490.70
634.88
0.150
0.6
0.624
0.25
===》
1.163
1200
4
962.16
50
4208.79
376.13
780.95
0.186
0.6
0.536
0.31
===》
0.685
1200
4
737.51
51
3961.57
187.37
780.95
0.197
0.6
0.507
0.33
===》
0.641
1200
4
367.39
52
3796.86
418.10
732.94
0.193
0.65
0.555
0.30
===》
0.900
1300
5
756.74
53
3611.34
621.70
516.46
0.143
0.65
0.670
0.22
===》
2.312
1300
5
1125.25
54
3585.85
614.36
302.52
0.084
0.7
0.819
0.12
3.92
《===
1400
5
1032.53
55
3500.37
304.14
470.09
0.134
0.7
0.712
0.19
3.49
《===
1400
5
511.16
56
3516.90
89.34
591.70
0.168
0.7
0.639
0.24
===》
1.852
1400
5
150.16
57
3455.80
26.22
591.70
0.171
0.7
0.633
0.24
===》
1.781
1400
5
44.07
58
3499.11
75.36
572.43
0.164
0.7
0.649
0.23
===》
2.045
1400
5
126.65
59
3538.86
69.38
520.22
0.147
0.7
0.685
0.21
===》
3.129
1400
5
116.60
60
3566.33
31.29
473.85
0.133
0.7
0.715
0.19
3.44
《===
1400
5
52.59
1、计算条件
（1）计算模型：
采用荷载-结构模型。
（2）计算程序：
采用SAP2000计算程序。
（3）混凝土裂缝宽度按不大于0.2mm控制。
2、荷载计算
（1）计算参数
①土层计算参数
计算用土层参数表
重度
（kN/m3）
凝聚力
C（KPa）
内摩擦角
（º）
土柱两侧摩擦角θ（度）
侧向弹性抗力系数K（MPa/m）
基底弹性抗力系数K（MPa/m）
侧压力系数λ
j
地震
角θ
（º）
地震综合影响系数
ηc
水平地震系数
Kh
15.5
14.65
16.2
0.25φ
100
100
0.72
2
3
0.25
0.25
②衬砌材料参数
C35钢筋混凝土的重度为25kN/m3，弹性模量为31.5103MPa。
（2）荷载确定
主要荷载有：
围岩压力、结构自重；特殊荷载有：
地震作用引起的惯性力（衬砌自重水平地震力F1、洞顶土柱水平地震力F2、侧向土压力增量△e）。
隧道埋深选取H=50m。
根据《铁路工程设计技术手册》（隧道）中16-1-10、16-1-13和17-3-11、17-3-14公式进行计算，竖直压力按马鞍形分布考虑。
荷载计算结果表
结构
自重
（KN/m）
q1
（kPa）
q2
（kPa）
F1（kN/m）
F2
（kN）
e（kPa）
△e（kPa）
15
406
813
1.72
587
440
39
17.5
572
50
隧道内拱部施加向下的22kN的力，以模拟接触网架对隧道衬砌的影响。
节点划分图
弯矩图（kN.m）
轴力图（kN.m）
剪力图（kN）
衬砌内力验算
单元
轴力
剪力
弯矩
e0
h
α
I
安全系数K
配筋计算
剪应力
备注（KPa）
e0/h≤0.2
e0/h＞0.2
面积
根数
N（KN）
Q（KN）
M（KN·M）
M/N
（m）
1-1.5*e0/h
e0/h
mm2
根
（KPa）
1
2746.33
118.17
173.38
0.063
0.7
0.865
0.09
5.40
《===
1400
5
198.60
Ra=
24500
2
2732.60
152.84
84.48
0.031
0.7
0.934
0.04
5.86
《===
1400
5
256.87
Rl=
2350
3
2661.19
151.65
135.13
0.051
0.7
0.891
0.07
5.74
《===
1400
5
254.88
[τ]
1220.00
4
2608.86
104.23
209.53
0.080
0.7
0.828
0.11
5.44
《===
1400
5
175.17
Ka
2.4
5
2552.38
23.30
228.39
0.089
0.7
0.808
0.13
5.43
《===
1400
5
39.15
Kl
3.6
6
2568.27
85.20
213.44
0.083
0.7
0.822
0.12
5.49
《===
1400
5
143.20
7
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