隧道工程课程设计(铁路单洞双线)

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245tan21002trHqe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：BhrhBQqtan1tantantantantan1tantantan000tantantan1tantantan00020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：rhe1隧道底部水平压力：rHe2(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：rrhqsq79.141.0单线、双线及多线铁路隧道按破坏阶段设计时垂直压力为：rwrhqsq1245.0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：51Biw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：m60.1628.135.22qphH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