《兰州交通大学土木工程毕业设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《兰州交通大学土木工程毕业设计.doc（14页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、一 基本资料计算以下条件的曲线隧道净空加宽值，并画出双线曲墙式衬砌的内轮廓线，标注详细尺寸。设计该隧道的初期支护及二次衬砌的支护参数，并采用弹性链杆法检算支护强度是否满足隧道设计规范的要求。双线隧道；电力牵引；行车速度V=150km/h；曲线半径为学号最后三位数的100倍，即R=3900m。围岩级别为级二 曲线隧道净加宽值2.1加宽原因 车辆通过曲线时，转向架中心点沿线路运行，而车辆本身却不能随线路弯曲仍保持其矩形形状。故其两端向曲线外侧偏移（d外），中间向曲线内侧偏移（d内1）。由于曲线外轨超高，车辆向曲线内侧倾斜，使车辆限界上的控制点在水平方向上向内移动了一个距离（d内2）。 2.2加宽值
2、的计算取R=3900m车辆中间部分向曲线内测的偏移值 d内1=4050/R=4050/3900=4.385cm曲线外侧的加宽值 d外=4400/R=4400/3900=1.128cm曲线外轨超高值 E=0.75V2/R=0.75*1502/3900=4.385cm 外轨超高使车体向曲线内侧的倾斜值 d内2=2.7E=2.7*4.385=11.840cm 曲线内侧的加宽值 W1=d内1+d内2=12.878cm 曲线外侧的加宽值 W2=d外=1.128cm假定外侧线路外轨超高大于内侧线路外轨超高，则内外侧线路中间加宽值 8450R.7.429cm内测线路中线至隧道中线的距离 d1=200-0.5
3、（W1-W2- W3）=200-0.5*（12.878-1.128-7.429）=197.840cm 外侧线路中线至隧道中线的距离 d2=200+0.5（W1-W2+W3） =200+0.5（12.878-1.128+7.429） =209.590cm则:总加宽值W=W1+W2+W3=12.878+1.128+7.429=21.435cm为施工方便，实取总加宽30.000cm 图2.31.双线曲线隧道加宽示意图 三 双线曲墙式衬砌的内轮廓线见附录四. 衬砌结构的设计及检算4.1 衬砌结构的设计隧道在一般情况下应做衬砌，其结构的型式及尺寸，可根据围岩级别、水文地质条件、埋置深度、结构工作特点，结
4、合施工条件等，通过工程类比和结构计算确定，必要时，还应经过试验论证。隧道衬砌类型主要有以下几种：整体式模筑混凝土衬砌、装配式衬砌、喷锚支护及复合式衬砌。4.1.1 一般规定(1)隧道一般可采用整体式衬砌或复合式衬砌；在III级围岩短隧道中，可采用喷锚衬砌。(2)不设仰拱的隧道应做底板，单线隧道其厚度不应小于20cm。1(3)位于曲线地段的隧道其断面要加宽。(4)衬砌拱圈可设计为等截面或边截面形式；IVVI级围岩地段，应采用曲墙有仰拱衬砌。(5)最冷月平均气温低于-15的地区，应根据情况设置变缝。4.1.2 衬砌设计由于隧道围岩级别为V级，根据铁路工程设计技术手册隧道的相关规定，拟采用喷锚支护，
5、复合式衬砌。初期支护时，对于V级围岩打入3.0m长的锚杆，在围岩破碎段铺设钢筋网，然后喷混凝土；二次衬砌采用全液压衬砌台车浇筑而成，厚度35cm。详细衬砌支护参数如表4.1所示。V级围岩隧道衬砌结构横断面细部尺寸参照复合式衬砌断面标准图来拟定，衬砌结构横断面图分别见附录一。4.2 衬砌结构的检算4.2.1 衬砌结构的设计隧道衬砌结构根据结构力学方法(荷载-结构模型)，假设衬砌结构与围岩全面、紧密地接触，采用主动荷载加被动荷载(弹性抗力)模式，按照弹性链杆法原理来计算衬砌结构的内力。表4.1 双线隧道复合式衬砌支护参数1围岩级别预留变形量(cm)初期支护二次衬砌厚度(cm)喷混凝土锚杆位置厚度(
6、cm)位置长度(m)间距(m)拱墙仰拱V7拱、墙、仰拱16拱、墙3.01.035404.2.2 围岩压力的确定(1)围岩压力确定公式采用容许应力法，计算单线深埋隧道衬砌时，围岩压力按松散压力考虑，其水平均布压力的作用标准值可按垂直均布压力公式及表4.2确定。1)垂直匀布压力 式(4.1) 式(4.2)式中 围岩垂直均布压力()； 围岩重度()； 围岩压力计算高度()； 围岩级别； 宽度影响系数，； 坑道宽度。2)水平匀布压力表4.2 围岩水平匀布压力8围岩级别IIIIIIIVVVI水平匀布压力00.15q（0.150.30）q（0.300.50）q（0.501.00）q(2)衬砌围岩压力确定V
7、级围岩宽度影响系数w=1+0.1*(10.1-5）=1.51有效宽度h=0.45*2（5-1）*1.51=10.872m竖直方向均布荷载q=rh=20*10.872=217.44KN/m水平方向均布荷载q=0.3*q=65.232 KN/m4.2.2 结构的理想化(1)衬砌结构的理想化隧道衬砌是实体拱式结构，轴力和弯矩是主要内力，可将其离散化为一些同时承受弯矩、剪力和轴力的偏心受压等直杆单元所组成的折线形组合体。由铁路隧道设计规范可知，双线电气化铁路在进行节点化分时，要不少于16个单元，在本设计中，把衬砌划分为28个单元，节点数为29，隧道衬砌单元划分如图4.2所示。图4.2 隧道衬砌单元划分
8、示意图(2)围岩的理想化将弹性抗力作用范围内的连续围岩，离散为若干条彼此互不相关的矩形岩柱，岩柱具有弹性地基的性质，采用局部变形理论的温克尔假定，把每个岩柱理想化为一个刚性支座上的弹性链杆支承于衬砌单元的节点上，它可以轴力的方式把岩柱的作用体现出来。弹性支承的设置方向应按照衬砌与围岩的接触状态来确定，本文为了简化计算，将弹性支承水平设置。围岩的理想化如图4.3所示。图4.3 围岩的理想化4.2.3 衬砌内力的计算按照弹性链杆法的基本原理进行衬砌结构的内力计算。本文利用给定的杆系有限元分析程序计算衬砌结构的内力。对V级围岩衬砌进行内力检算，在检算中，将初衬和二衬合并考虑，共同承受荷载的100%。
9、程序检算输入 INPUT为：15,20,2.5e7,65.232,217.44,1.5e5,1.5e5,0.585.02,8.15,0,1,1,1,0.585.09,7.91,1,1,1,1,0.585.15,7.56,1,1,1,1,0.585.21,7.05,1,1,1,1,0.585.28,6.29,1,1,1,1,0.585.29,5.53,1,1,1,1,0.585.11,4.55,1,1,1,1,0.584.78,3.29,1,1,1,1,0.584.48,2.61,1,1,1,1,0.583.95,1.99,1,1,1,1,0.583.41,1.44,0,1,1,1,0.582.
10、81,0.96,0,1,1,1,0.582.15,0.57,0,1,1,1,0.581.44,0.34,0,1,1,1,0.580.00,0.00,0,0,1,0,0.58程序运行后输出结果为： NO NI QI MI NJ QJ MJ 1 -171.176 47.227 0.361 171.176 -47.227 11.446 2 -158.866 19.751 -11.448 158.866 -19.751 18.463 3 -142.198 5.382 -18.462 142.198 -5.382 21.226 4 -120.828 -0.164 -21.226 120.828 0.16
11、4 21.100 5 -102.822 -2.361 -21.100 102.822 2.361 19.305 6 -91.761 -6.997 -19.305 91.761 6.997 12.333 7 -82.883 7.876 -12.333 82.883 -7.876 22.592 8 -76.422 8.911 -22.591 76.422 -8.911 29.214 9 -69.728 -6.594 -29.214 69.728 6.594 23.837 10 -58.187 -9.371 -23.836 58.187 9.371 16.613 11 -40.765 -17.537
12、 -16.612 40.765 17.537 3.136 12 -18.052 -24.480 -3.136 18.052 24.480 -15.630 13 6.251 -24.613 15.631 -6.251 24.613 -34.000 14 27.910 -15.407 34.000 -27.910 15.407 -56.7974.2.4 衬砌截面的强度检算(1)强度检算方法衬砌结构内力算出后，需进行隧道衬砌截面强度检算，其强度检算按破损阶段法或容许应力法进行。隧道和明洞衬砌按破损阶段检算构件截面强度时，根据结构所受的不同荷载组合，在计算中应分别选用不同的安全系数，并不应小于表4.3
13、所列数值。表4.3 钢筋混凝土结构的强度安全系数13荷载组合主要荷载主要荷载+附加荷载破坏原因钢筋达到计算强度混凝土达到抗压或抗剪极限强度2.01.7混凝土达到抗拉极限强度2.42.0 拱形隧道衬砌属偏心受压构件，其截面强度检算根据轴力偏心距的大小可分为两种情况：1)抗压强度控制()混凝土和砌体结构的抗压强度应按下式计算： 式(4.3)式中 铁路隧道设计规范所规定的强度安全系数；截面的实际轴力；构件纵向弯曲系数，对于隧道衬砌，可取1；混凝土或砌体结构的极限抗压强度，对于混凝土，取19.0；截面宽度(计算长度)，取1m；截面厚度(衬砌厚度)；轴力偏心影响系数，可按下式计算：截面轴力偏心距。2)抗
14、拉强度控制()混凝土构件的抗拉强度应按下式计算： 式（(4.4) 或 式(4.5)式中 铁路隧道设计规范所规定的强度安全系数；混凝土的极限抗拉强度，对于混凝土，取2.0 。(2)强度检算按照上述衬砌截面强度检算方法，利用Excel软件进行检算，衬砌强度安全系数按照铁路隧道设计规范取K2.4。作出隧道V级围岩衬砌的截面强度检算结果如表4.4所示。表4.4 V级围岩衬砌截面强度检算表节点轴力（kN）弯矩 （kNm）偏心距（m）截面厚度（m）偏心影响 系数e0/ 0.2d大小偏心安全系数K检算 结果117.1760.3610.0210176990.581.0077117650.181187061小偏
15、心63.5474904安全2158.86611.4480.072060730.580.9161103090.621213193小偏心53.35475207安全3142.19818.4620.129833050.580.6884699671.119250428大偏心41.60841583安全4120.82821.2260.1756712020.580.4723419131.514406914大偏心43.07948389安全5102.82221.10.2052090020.580.3398878231.76904312大偏心36.42764979安全691.76119.3050.210383496
16、0.580.3183794651.81365083大偏心38.23565249安全782.88312.3330.1488001160.580.5997548321.282759619大偏心79.74250747安全876.42222.5910.2956085940.580.109986422.548349952大偏心12.90708173安全969.22829.2140.421996880.580.7662184433.637904137大偏心8.712977615安全1058.18723.8360.4096447660.580.6290293273.531420397大偏心10.77538673安全1140.76516.6120.4075064390.580.6071613943.512986546大偏心15.48633864安全1218.0523.3160.1836915580.580.4351126891.583547911大偏心124.9119442安全136.25115.6312.500559910.581007.78956921.55655095大偏心13.05894538安全1427.916341.2179395330.5889.9425293610.49947873大偏心6.269144478安全14