六盘水市康乐北路延伸工程
康乐北路隧道
结构计算书
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六盘水市规划设计研究院
二零一零年五月
康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 目 录
1 设计概况......................................................................................................................................1
1.1 工程概况............................................................................................................................1 1.2 技术指标............................................................................................................................1 1.3 衬砌主要材料....................................................................................................................2 2 计算采用的技术规范及软件......................................................................................................2 3 计算采用的基本资料及参数......................................................................................................2 4 结构验算内容和结果..................................................................................................................3
4.1 围岩压力计算采用的相关公式........................................................................................3 4.2 V级围岩二次衬砌结构验算...........................................................................................4
1. H≤hq........................................................................................................................5 2.hq - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 1 设计概况 1.1 工程概况 康乐北路延伸工程属规划中的城市道路。该道路西起始于康乐北路和人民路交汇处，东至六盘水汽车运输公司后交汪水路，道路长约2.6km。在K1+770～K2+230 设计隧道一座，即康乐北路隧道，隧道全长460m。 康乐北路隧道为上下行分离的小净距隧道，隧道进出口位于直线上，中部位于圆曲线上。隧道纵坡为单向坡，沿桩号前进方向为-2.312%的下坡。隧道最大埋深53.5m。隧道断面形式采用受力较好的五心圆曲墙拱，拱部圆半径R1=4.8m，边墙圆半径R2=8.8m，隧道内净空净宽9.6m，隧道衬砌内轮廓线净高6.98m。 隧道围岩级别按《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)第3.6节和附录A进行划分： 1)隧道进出口：洞身及洞顶主要位于泥岩中，偶夹石英砂岩，岩石风化严重，岩体力学强度低，稳定性差，围岩级别为Ⅴ级。 2)隧道洞身段：洞身主要处于中风化石英砂岩、泥岩和炭质泥岩中，受区域构造影响，石裂隙发育,岩体呈压碎结构或块(石)碎(石)状镶嵌结构，围岩稳定性较差，围岩级别为Ⅳ级。 主洞衬砌采用复合式衬砌结构。初期支护主要由工字钢拱架、径向锚杆(或注浆钢花管)、钢筋网及喷射混凝土组成，二次衬砌采用钢筋混凝土。初期支护与二次衬砌之间铺设复合防水板为防水层。 该隧道按照新奥法原理进行设计，进出口各设置了一定长度的明洞，Ⅴ级围岩段采用单侧壁导坑开挖法，Ⅳ级围岩段先行洞采用全断面开挖法，后行洞采用单侧壁导坑开挖法，在隧道进出口浅埋段设置了一定长度的加强段。初期支护及时落底封闭，以确保初期支护的承载力，初期支护落底后，及时施作二次衬砌仰拱和仰拱回填，然后施做二次衬砌，二次衬砌为主要承载力结构。 1.2 技术指标 计算行车速度：30 km/h； 隧道限界净宽：9.0m=0.5m(检修道)＋0.25(左侧侧向宽)＋3×3.5＋0.25(右侧侧向 宽)+1m(人行道)； 六盘水市规划设计研究院 -1- 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 隧道限界净高：5.0 m； 隧道设计荷载：公路－I级。 1.3 衬砌主要材料 表1-1 隧道各类复合式衬砌支护参数表 衬砌 围岩 类型 V级(加) V级 IV级 级别 V V IV 锚杆 间距：60(纵向)×80(环向)cm间距：80(纵向)×80(环向)cm间距：80(纵向)×80(环向)cm 初期支护 钢筋网 拱部及边墙 拱部及边墙 拱部及边墙 - 喷射砼 厚26cm 厚26cm 厚24cm 二次衬砌 钢拱架 C25钢筋砼间距60cm 间距80cm 间距80cm 仰拱50cm仰拱50cm拱部45cm 仰拱45cm 25中空注浆锚杆，L=4m, 6.5、20×20cm、25中空注浆锚杆，L=4m, 6.5、20×20cm、25中空注浆锚杆，L=3.5m, 6.5、20×20cm、 C20 I20a工字钢 拱部50cm C20 I20a工字钢 拱部50cm C20 I18工字钢 明洞 - - 拱部60cm - - 仰拱60cm 2 计算采用的技术规范及软件 1、《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)； 2、《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)； 3、《公路隧道施工技术规范》(JTG F60-2009)； 4、《公路工程地质勘察规范》(JTJ064-98)； 采用同济曙光二维对象有限元通用正分析模块(版本4.0)进行结构分析计算。 3 计算采用的基本资料及参数 (1)根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)9.1.1条规定，隧道结构按破损阶段法验算构件的强度，对钢筋混凝土构件验算其裂缝宽度。 (2)根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)9.2.1条规定，浅埋隧道中的复合式衬砌以及深埋隧道中复合式衬砌的二次衬砌采用荷载结构法计算。 (3)根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)条文说明9.2.6条规定,对于Ⅳ、Ⅴ级围岩下的二次衬砌采用荷载结构法。 (4)根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)9.2.2条规定，采用结构荷载法计算隧道衬砌的内力和变形时，考虑了弹性抗力来体现围岩对衬砌变形的约束作用。 六盘水市规划设计研究院 -2- 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 (5)在计算围岩荷载时，考虑初期支护中管棚、超前导管、喷锚支护、钢拱支护等的作用，根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)条文说明9.2.5条规定，使初期支护和二衬按较为合理的分担比例共同承受释放荷载的作用：Ⅳ级围岩中，围岩和初期支撑承担60％～80％，二次衬砌承担40％～20％，Ⅴ级围岩中，围岩和初期支撑承担20％～40％。二次衬砌承担80％～60％，围岩工程地质条件较好时，初期支护取大值，二衬取小值，围岩工程地质条件差时则相反。 (6)荷载组合说明：根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)6.1.3条规定，本次计算的承载力和正常使用阶段的组合只考虑：结构自重+围岩压力，组合系数为1.0。 (7)根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)9.2.4条规定，在按破损阶段法进行二次衬砌强度复核时，钢筋混凝土二次衬砌的强度安全系数取2.0，混凝土达到抗拉极限强度的安全系数取3.6，混凝土达到抗压极限强度的安全系数取2.4。 (8)主要材料的性能参数值： 根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)A.0.4-1条规定，根据围岩的级 别，取围岩的材料参数如下： Ⅴ级围岩： 重度γ：18kN/m3，弹性抗力数k：150MPa/m，计算摩擦角ϕc：40°； Ⅳ级围岩： 重度γ：21kN/m3，弹性抗力数k：350MPa/m，计算摩擦角ϕc：50°； 根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)5.2节规定： 对于C25混凝土：弹性模量取29.5GPa，抗压极限强度：19.5MPa，弯曲抗压的极限强度：24.2MPa，抗拉极限强度：2.0MPa，抗拉强度标准值：2.0MPa。 钢筋混凝土容重：25kN/m3； 钢筋的弹性模量：210GPa； HRB335(Ⅱ级钢)：抗拉、抗压计算强度标准值：335MPa。 4 结构验算内容和结果 4.1 围岩压力计算采用的相关公式 (1)根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)6.2.3条规定，该隧道在Ⅳ、 六盘水市规划设计研究院 -3- 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 Ⅴ级围岩中的深埋隧道的围岩压力按松散荷载计算，其垂直均布压力及水平均布压力按下式计算： q=γh (1) h=0.45×2S－1ω (2) 式中：q—垂直均布压力(KN/m2)； γ－围岩重度(KN/m3)； S－围岩级别； 1+（iB-5） ω－宽度影响系数，ω＝； B－隧道宽度(m)； i－B每增减1m时的围岩压力增减率，以B=5m的围岩垂直均布压力为准， 当B<5m时，取i＝0.2，；B>5m时，取i＝0.1。 而围岩的水平均布压力e取值： 对于Ⅳ级围岩：e＝0.225q； 对于Ⅴ级围岩：e＝0.4q。 (2)根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)附录E规定，对于浅埋隧道荷载计算时，浅埋和深埋隧道的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。按荷载等效高度的判定公式为： HP=(2~2.5)hq (3) 式中: HP—浅埋隧道分解深度； hq－荷载等效高度(m)，按下式计算： hq＝ q (4) γ4.2 V级围岩二次衬砌结构验算 V级围岩二次衬砌采用C25钢筋混凝土，拱部厚50cm，仰拱厚50cm，按施工图其所处围岩级别取Ⅴ级围岩计算，埋深7.1～31.5m，二次衬砌荷载分担比例取70％。 六盘水市规划设计研究院 -4- 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 按4.1节中的公式(1)和公式(2)中计算：围岩级别S=5, 围岩重度 γ=18kN/m3，隧道宽度B=11.32>5m,所以i＝0.1，ω=1+0.1×(11.32-5)=1.632。所 以有： q=γh=18×0.45×25−1×1.632=211.5kN/m2 荷载等效高度hq= q γ=211.5/18=11.75m，HP＝2.5hq=2.5×11.75=29.375m， 分三种情况分别计算：埋深H≤hq、hq 1. H≤hq (1)荷载计算 取埋深H=11.75m计算，隧道高度：Ht=10.01m，围岩压力确定如下： 垂直压力：q＝γH＝211.5kN/m2 二次衬砌承担的垂直均布压力：q′=211.5×70%=148.05kN/m2。 水平侧压力： e=r(H+ ϕ1 )tan2(45−c)=46.18kN/m2 2Ht2 二次衬砌承担的水平侧压力： e'=46.18×0.7=32.33N/m2 (2)计算模型和结果 1)计算模型如图1所示，按荷载结构法结构共划分63个单元，63个节点；弹簧边界条件45个，均为单向受力。单元厚度为0.5m，单元宽度取1m，相应单元截面面积A=0.5×1=0.5m2,抗弯惯性矩为I= 1 ×1×0.53 =0.0104m4。 12 六盘水市规划设计研究院 -5- 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 图1 V级围岩二次衬砌结构计算模型图（H≤11.75） 2)计算结果： 图2 V级围岩二次衬砌结构弯距图（H≤11.75） (单位：kN.m) 六盘水市规划设计研究院 -6- 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 图3 V级围岩二次衬砌结构轴力图（H≤11.75） (单位：kN) 图4 V级围岩二次衬砌结构位移矢量图（H≤11.75） 图4 对应的节点位移列表如下： 表4-1 V级围岩二次衬砌节点位移表 结点号 x坐标 y坐标 x位移 y位移 1 -5.0500 3.8400 -0.0012 -0.0036 2 -5.0359 3.3358 -0.0010 -0.0035 3 -5.0257 4.3350 -0.0014 -0.0036 4 -4.9938 2.8333 -0.0009 -0.0035 5 -4.9530 4.8252 -0.0017 -0.0036 6 -4.9238 2.3338 -0.0008 -0.0034 7 -4.8325 5.3059 -0.0018 -0.0036 8 -4.8260 1.8390 -0.0007 -0.0034 9 -4.7008 1.3505 -0.0006 -0.0033 10 -4.6656 5.7726 -0.0019 -0.0036 11 -4.5126 0.9628 -0.0005 -0.0032 六盘水市规划设计研究院 -7- 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 12 -4.4537 6.2206 -0.0019 -0.0036 13 -4.2040 0.6620 -0.0003 -0.0030 14 -4.1989 6.6456 -0.0018 -0.0037 15 -3.9037 7.0437 -0.0016 -0.0039 16 -3.8115 0.4840 -0.0001 -0.0026 17 -3.5709 7.4109 -0.0013 -0.0042 18 -3.3121 0.3640 -0.0001 -0.0021 19 -3.2037 7.7437 -0.0010 -0.0046 20 -2.8089 0.2609 0.0000 -0.0015 21 -2.8056 8.0389 -0.0007 -0.0050 22 -2.3806 8.2937 -0.0004 -0.0055 23 -2.3026 0.1748 0.0001 -0.0011 24 -1.9326 8.5056 -0.0002 -0.0060 25 -1.7936 0.1058 0.0001 -0.0008 26 -1.4659 8.6725 -0.0001 -0.0064 27 -1.2826 0.0540 0.0001 -0.0005 28 -0.9852 8.7930 -0.0000 -0.0068 29 -0.7701 0.0195 0.0000 -0.0004 30 -0.4950 8.8657 0.0000 -0.0070 31 -0.2568 0.0022 0.0000 -0.0003 32 -0.0000 8.8900 0.0000 -0.0071 33 0.2568 0.0022 -0.0000 -0.0003 34 0.4950 8.8657 -0.0000 -0.0070 35 0.7701 0.0195 -0.0000 -0.0004 36 0.9852 8.7930 0.0000 -0.0068 37 1.2826 0.0540 -0.0001 -0.0005 38 1.4659 8.6725 0.0001 -0.0064 39 1.7936 0.1058 -0.0001 -0.0008 40 1.9326 8.5056 0.0002 -0.0060 41 2.3026 0.1748 -0.0001 -0.0011 42 2.3806 8.2937 0.0004 -0.0055 43 2.8056 8.0389 0.0007 -0.0050 44 2.8089 0.2609 -0.0000 -0.0015 45 3.2037 7.7437 0.0010 -0.0046 46 3.3121 0.3640 0.0001 -0.0021 47 3.5709 7.4109 0.0013 -0.0042 48 3.8115 0.4840 0.0001 -0.0026 49 3.9037 7.0437 0.0016 -0.0039 50 4.1989 6.6456 0.0018 -0.0037 51 4.2040 0.6620 0.0003 -0.0030 52 4.4537 6.2206 0.0019 -0.0036 53 4.5126 0.9628 0.0005 -0.0032 54 4.6656 5.7726 0.0019 -0.0036 六盘水市规划设计研究院 -8- 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 55 4.7008 1.3505 0.0006 -0.0033 56 4.8260 1.8390 0.0007 -0.0034 57 4.8325 5.3059 0.0018 -0.0036 58 4.9238 2.3338 0.0008 -0.0034 59 4.9530 4.8252 0.0017 -0.0036 60 4.9938 2.8333 0.0009 -0.0035 61 5.0257 4.3350 0.0014 -0.0036 62 5.0359 3.3358 0.0010 -0.0035 63 5.0500 3.8400 0.0012 -0.0036 注：单位以m计，最大变形量在拱顶截面32(7.1mm)，满足隧道净空要求。 (3)二次衬砌配筋量计算和强度安全系数及裂缝验算 V级围岩二次衬砌是钢筋混凝土偏心受压构件，所以根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)9.2.14条规定，按附录K计算。由于截面较多，仅验算几个控制截面。 1) 材料和荷载参数 已知截面尺寸b×h=1000mm×500mm，a=55mm，a'=55mm，混凝土强度等级C25，其强度设计值fc=12.5MPa ，纵向钢筋采用HRB335，其抗拉和抗压计算强度设计值fy=f =335MPa，截面对称配筋，实际配筋量Ag=A=1900.5mm2,总配筋量为3801 mm2。 2)拱顶截面(32)配筋量计算过程 拱顶截面承受弯矩M=196kN.m，轴向压力N=508kN, ' −Ag)得到x =40.6mm，取 x =110mm 由N=fcbx+fy(Ag ' y 'g h=h-a=500 −55=445mm,由于x <0.55h=244.75mm，所以初步判断此截 0 0 面为大偏心受压。 偏心距： 20ei=e0+20=M/N+= 405.8mm e=ηei+h/2−a=600.8mm e'=600.8-(500-110)=210.8mm 六盘水市规划设计研究院 -9- 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 受压钢筋的面积： Ne'508×103×210.8 A='==819.6mm2 ' （445−55)fy(h0−a)335× ' s 所需的最小配筋量A= As+As=2As=1639.3mm。 拱顶截面的配筋安全系数： K= 3801/1639.3=2.32 其它截面的配筋量和配筋量安全系数的计算过程同上。各截面的配筋量和配筋量安全系数如下表所示。 表4-2 二次衬砌钢筋计算分析结果 节点号 2 11 14 23 32 41 50 53 62 弯矩 轴力 实际配筋量 最小配筋量（KN·m) (KN) (㎜2) (㎜2) 66 899 3801 1398 208 171 121 196 121 171 208 66 1010 825 929 508 927 792 988 894 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 478 408 636 1639 631 496 537 1385 配筋 安全系数 2.72 7.95 9.33 5.97 2.32 6.02 7.66 7.07 2.75 ’ ’ 2 3)二次衬砌强度安全系数计算 二次衬砌强度安全系数计算根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)对钢筋混凝土受弯和受压构件截面强度计算方法计算各截面的强度安全系数。二次衬砌各截面强度安全系数的计算分大偏心受压和小偏心受压两种情况。 以拱顶截面(32)为例计算大偏心受压截面的强度安全系数。计算公式如下 ' −Ag) KN≤Rwbx+Rg(Ag ' KNe≤Rwbx(h0−x/2)+RgAg(h0−a') 上式中，轴力N=508kN，弯矩M=196KN﹒m。C25混凝土弯曲抗压极限强度标准值Rw=24.2MPa，纵向钢筋采用HRB335，其抗拉和抗压计算强度设计值 六盘水市规划设计研究院 -10 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 '' Rg=Rg =335MPa，截面对称配筋，实际配筋量Ag=Ag=1900.5mm， 2 中性轴的位置按下式确定： '' e)=Rwbx(e−h0+x/2) Rg(AgemAg 偏心距： e=600.8mm，e'=210.8mm 则轴向力N作用于钢筋Ag和Ag的重心之外，上式中左边第二项取负号，求得受压区高度： x=55.8mm， K= ' −Ag)Rwbx+Rg(Ag ’ N = 24.2×1000×55.8 =2.66 508×1000 其它大偏心受压截面的强度安全系数的计算过程同上，计算结果如表4-3所示。 以边墙截面62为例计算小偏心受压截面的强度安全系数，小偏心受压截面强度安全系数计算公式如下： ' KNe≤0.5Ra×b×h02+Rg×Ag×(h0−as') 上式中， N=894kN， M=66KN﹒m。C25混凝土弯曲抗压极限强度标准值Rw=24.2MPa， b=1000mm, a=55mm，a'=55mm，h=h-a=500 0 '' −55=445mm,Rg=Rg =335MPa， Ag=Ag=1900.5mm， 2 偏心距： ei=e0+20=M/N+20= 93.8mm,e=ηei+h/2−a=288.8mm 得K= ' 0.5Rab×h02+Rg×Ag×(h0−as') N×e =8.25 其它截面的强度安全系数的计算过程同上，计算结果见下表 表4-3 二次衬砌强度安全系数计算结果 节点号 2 11 14 23 32 41 50 弯矩 轴力 （KN·m) (KN) 66 208 171 121 196 121 171 899 1010 825 929 508 927 792 偏心类型 小偏心受压大偏心受压大偏心受压小偏心受压大偏心受压小偏心受压大偏心受压 强度安全系数 8.21 4.06 4.92 6.64 2.66 6.65 4.83 - 六盘水市规划设计研究院 -11 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 53 62 208 66 988 894 大偏心受压小偏心受压 4.02 8.25 从上表可以看出，二次衬砌各个控制截面均满足设计规范要求。 4)最大裂缝宽度wmax验算 取拱顶截面(32)为例计算，由于e0=343>0.55h0=244.75，根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)K.0.11条规定需进行最大裂缝宽度wmax的验算,计算公式如下： wmax=αψγ(2.7Cs+0.1d/ρte)σs/Es (6) 式中：α－构件受力特征系数，取2.1； ψ－裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数，ψ=1.1−0.65fctk/(ρteσs)＝ 0.44；其中fctk为混凝土轴心抗拉强度标准值，取2.0MPa；ρte为按有效受拉混凝土面积计算的纵向受拉钢筋配筋率，ρte=As/Ace，其中As为受拉区纵向钢筋面积为3.801×10−3m2，有效受拉混凝土截面面积Ace=0.5bh=0.5×1×0.5=0.25，故ρte=0.008, 取ρte=0.01； γ－纵向受拉钢筋表面特征系数，取0.7； Cs－最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离43mm； d－钢筋直径22mm； σs－构件纵向受拉钢筋应力，σs=Ns(e−z)/(Asz)，其中Ns按荷载组合计 算的轴力值为508kN，e为0.601m，纵向受拉钢筋合力点至受压区合力之间的距离z=[0.87−0.12(h0/e)2]h0=0.36m，求得σs＝181.5MPa； Es－钢筋的弹性模量，取210×103MPa； 求得此截面最大裂缝宽度wmax=0.19mm，满足规范限值(0.2mm)。 其它满足e0>0.55h0的截面总共有5个，计算过程同上，计算结果见下表 表4-4 二次衬砌裂缝宽度计算结果 六盘水市规划设计研究院 -12 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 节点号 28 30 32 34 36 38 弯矩 轴力 偏心距e0 （KN·m)(KN) 167 189 196 189 167 133 534 517 508 508 517 534 312.7 365.6 385.8 372.0 323.0 249.1 裂缝宽度Wmax (mm) 0.14 0.16 0.19 0.18 0.15 0.11 从上表计算结果可以看出，各个截面裂缝宽度满足规范要求。 2. hq 取埋深H=29.375m计算，围岩压力确定如下： ϕc=40°，θ=0.6ϕc=0.6×40°=24° (tan2ϕc+1)tanϕctanβ=tanϕc+＝2.74 tanϕc−tanθλ= tanβ−tanϕc =0.28 tanβ[1+tanβ(tanϕc−tanθ)+tanϕctanθ] H λtanθ)＝356kN/m2 Bt 垂直压力：q浅＝γH(1− ′=356×70%=249.2N/m2。 二次衬砌承担的垂直均布压力：q浅 水平侧压力： H=29.375m，h＝29.375+10.01＝39.385m e1＝γHλ=18×29.375×0.28=149.6N/m2 e2＝γhλ=18×39.385×0.28=200.5N/m2 二次衬砌承担的水平侧压力： e1=149.6×0.7=104.7N/m2， e2=200.5×0.7=140.4kN/m2。 ' ' (2)计算模型和结果 1) 计算模型如图1所示，按荷载结构法结构共划分63个单元，63个节点；弹簧边界条件45个，均为单向受力。单元厚度为0.5m，单元宽度取1m，相应单 六盘水市规划设计研究院 -13 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 元截面面积A=0.5×1=0.5m2,抗弯惯性矩为I= 1 ×1×0.53 =0.0104m4。 12 图5 V级围岩二次衬砌结构计算模型图(H=29.375m) 2)计算结果： 图6 V级围岩二次衬砌结构弯距图(H=29.375m) (单位：kN.m) 六盘水市规划设计研究院 -14 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 图7 V级围岩二次衬砌结构轴力图(H=29.375m) (单位：kN) 图8 V级围岩二次衬砌结构位移矢量图(H=29.375m) 图8 对应的节点位移列表如下： 表4-5 V级围岩二次衬砌节点位移表 结点号 x坐标 y坐标 x位移 y位移 1 -5.0500 3.8400 -0.0015 -0.0053 2 -5.0359 3.3358 -0.0012 -0.0052 3 -5.0257 4.3350 -0.0017 -0.0053 4 -4.9938 2.8333 -0.0011 -0.0052 5 -4.9530 4.8252 -0.0020 -0.0053 6 -4.9238 2.3338 -0.0010 -0.0051 7 -4.8325 5.3059 -0.0023 -0.0053 8 -4.8260 1.8390 -0.0009 -0.0051 9 -4.7008 1.3505 -0.0008 -0.0050 10 -4.6656 5.7726 -0.0024 -0.0053 11 -4.5126 0.9628 -0.0006 -0.0048 12 -4.4537 6.2206 -0.0024 -0.0054 六盘水市规划设计研究院 -15 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 13 -4.2040 0.6620 -0.0004 -0.0045 14 -4.1989 6.6456 -0.0022 -0.0055 15 -3.9037 7.0437 -0.0020 -0.0058 16 -3.8115 0.4840 -0.0002 -0.0040 17 -3.5709 7.4109 -0.0016 -0.0062 18 -3.3121 0.3640 -0.0000 -0.0032 19 -3.2037 7.7437 -0.0012 -0.0067 20 -2.8089 0.2609 0.0001 -0.0024 21 -2.8056 8.0389 -0.0008 -0.0072 22 -2.3806 8.2937 -0.0005 -0.0079 23 -2.3026 0.1748 0.0001 -0.0017 24 -1.9326 8.5056 -0.0002 -0.0085 25 -1.7936 0.1058 0.0001 -0.0012 26 -1.4659 8.6725 -0.0001 -0.0091 27 -1.2826 0.0540 0.0001 -0.0008 28 -0.9852 8.7930 0.0000 -0.0095 29 -0.7701 0.0195 0.0001 -0.0006 30 -0.4950 8.8657 0.0000 -0.0098 31 -0.2568 0.0022 0.0000 -0.0005 32 -0.0000 8.8900 -0.0000 -0.0099 33 0.2568 0.0022 -0.0000 -0.0005 34 0.4950 8.8657 -0.0000 -0.0098 35 0.7701 0.0195 -0.0001 -0.0006 36 0.9852 8.7930 -0.0000 -0.0095 37 1.2826 0.0540 -0.0001 -0.0008 38 1.4659 8.6725 0.0001 -0.0091 39 1.7936 0.1058 -0.0001 -0.0012 40 1.9326 8.5056 0.0002 -0.0085 41 2.3026 0.1748 -0.0001 -0.0017 42 2.3806 8.2937 0.0005 -0.0079 43 2.8056 8.0389 0.0008 -0.0072 44 2.8089 0.2609 -0.0001 -0.0024 45 3.2037 7.7437 0.0012 -0.0067 46 3.3121 0.3640 0.0000 -0.0032 47 3.5709 7.4109 0.0016 -0.0062 48 3.8115 0.4840 0.0002 -0.0040 49 3.9037 7.0437 0.0020 -0.0058 50 4.1989 6.6456 0.0022 -0.0055 51 4.2040 0.6620 0.0004 -0.0045 52 4.4537 6.2206 0.0024 -0.0054 53 4.5126 0.9628 0.0006 -0.0048 54 4.6656 5.7726 0.0024 -0.0053 55 4.7008 1.3505 0.0008 -0.0050 六盘水市规划设计研究院 -16 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 56 4.8260 1.8390 0.0009 -0.0051 57 4.8325 5.3059 0.0023 -0.0053 58 4.9238 2.3338 0.0010 -0.0051 59 4.9530 4.8252 0.0020 -0.0053 60 4.9938 2.8333 0.0011 -0.0052 61 5.0257 4.3350 0.0017 -0.0053 62 5.0359 3.3358 0.0012 -0.0052 63 5.0500 3.8400 0.0015 -0.0053 表注：单位以m计，最大变形量在拱顶截面32(9.9mm)，满足隧道净空要求。 (3)二次衬砌配筋量计算和强度安全系数及裂缝验算 V级围岩二次衬砌是钢筋混凝土偏心受压构件，所以根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)9.2.14条规定，按附录K计算。由于截面较多，仅验算几个控制截面。 1) 材料和荷载参数 已知截面尺寸b×h=1000mm×500mm，a=55mm，a'=55mm，混凝土强度等级C25，其强度设计值fc=12.5MPa ，纵向钢筋采用HRB335，其抗拉和抗压计算强度设计值fy=f =335MPa，截面对称配筋，实际配筋量Ag=A=1900.5mm2,总配筋量为3801 mm2。 2)配筋量计算过程同第一种情况，各截面配筋计算结果见下表 表4-6 二次衬砌钢筋计算分析结果 节点号 2 11 14 23 32 41 50 53 62 弯矩 轴力 实际配筋量 （KN·m) (KN) (㎜2) 108 327 215 179 246 179 215 327 108 1399 1615 1328 1545 947 1534 1289 1557 1392 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 最小配筋量(㎜2) 2095 679 266 1399 1229 1369 162 835 2076 配筋 安全系数 1.81 5.60 14.27 2.72 3.09 2.78 23.48 4.55 1.83 'y 'g 六盘水市规划设计研究院 -17 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 3)二次衬砌强度安全系数计算 二次衬砌强度安全系数计算根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)对钢筋混凝土受弯和受压构件截面强度计算方法计算各截面的强度安全系数。二次衬砌各截面强度安全系数的计算分大偏心受压和小偏心受压两种情况，计算过程同第一种情况，各截面计算结果见下表 表4-7 二次衬砌强度安全系数计算结果 弯矩 轴力 节点号 （KN·m)(KN) 2 11 14 23 32 41 50 53 62 108 327 215 179 246 179 215 327 108 1399 1615 1328 1545 947 1534 1289 1557 1392 从上表可以看出，二次衬砌各个控制截面均满足设计规范要求。 4)最大裂缝宽度wmax验算 根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)K.0.11条规定，对满足e0>0.55h0 的截面进行裂缝宽度wmax验算。需要验算的截面共有3个，计算过程同第一种情况，计算结果如下 表4-8 二次衬砌裂缝宽度计算结果 节点号 30 32 34 弯矩 轴力 偏心距e0 （KN·m)(KN) 237 246 237 958 947 947 247.4 259.8 250.3 裂缝宽度Wmax (mm) 0.18 0.20 0.18 偏心类型 小偏心受压大偏心受压大偏心受压小偏心受压大偏心受压小偏心受压大偏心受压大偏心受压小偏心受压 强度安全系 数 5.21 2.60 4.13 4.17 2.98 4.19 4.13 2.56 5.23 从上表计算结果可以看出，各个截面裂缝宽度满足规范要求。 六盘水市规划设计研究院 -18 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 3. H>Hp (1)荷载计算 围岩压力确定如下： 垂直压力：q＝γh＝18×11.75=211.5kN/m2 二次衬砌承担的垂直均布压力：q=211.5×70%=148.05N/m2。 水平侧压力： e＝0.4q=0.4×211.5=84.6N/m2 二次衬砌承担的水平侧压力： e=59.22×0.7=59.2N/m2 (2)计算模型和结果 1)计算模型如图1所示，按荷载结构法结构共划分63个单元，63个节点；弹簧边界条件63个，均为单向受力。单元厚度为0.5m，单元宽度取1m，相应单元截面面积A=0.5×1=0.5m2,抗弯惯性矩为I= 1 ×1×0.53 =0.0104m4。 12 图9 V级二次衬砌结构计算模型图(H>29.375m) 2)计算结果： 六盘水市规划设计研究院 -19 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 图10 V级二次衬砌结构弯距图(H>29.375m) (单位：kN.m) 图11 V级二次衬砌结构轴力图(H>29.375m) (单位：kN) 图12 V级二次衬砌结构位移矢量图(H>29.375m) 图12 对应的节点位移列表如下： 表4-9 V级二次衬砌节点位移表 结点号 x坐标 y坐标 x位移 y位移 六盘水市规划设计研究院 -20 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 1 -5.0500 3.8400 -0.0010 -0.0034 2 -5.0359 3.3358 -0.0008 -0.0034 3 -5.0257 4.3350 -0.0012 -0.0034 4 -4.9938 2.8333 -0.0007 -0.0033 5 -4.9530 4.8252 -0.0014 -0.0034 6 -4.9238 2.3338 -0.0007 -0.0033 7 -4.8325 5.3059 -0.0016 -0.0034 8 -4.8260 1.8390 -0.0006 -0.0033 9 -4.7008 1.3505 -0.0006 -0.0032 10 -4.6656 5.7726 -0.0016 -0.0034 11 -4.5126 0.9628 -0.0004 -0.0031 12 -4.4537 6.2206 -0.0016 -0.0035 13 -4.2040 0.6620 -0.0003 -0.0029 14 -4.1989 6.6456 -0.0015 -0.0036 15 -3.9037 7.0437 -0.0013 -0.0037 16 -3.8115 0.4840 -0.0001 -0.0025 17 -3.5709 7.4109 -0.0011 -0.0040 18 -3.3121 0.3640 -0.0000 -0.0020 19 -3.2037 7.7437 -0.0008 -0.0043 20 -2.8089 0.2609 0.0000 -0.0015 21 -2.8056 8.0389 -0.0006 -0.0047 22 -2.3806 8.2937 -0.0003 -0.0051 23 -2.3026 0.1748 0.0001 -0.0011 24 -1.9326 8.5056 -0.0002 -0.0056 25 -1.7936 0.1058 0.0001 -0.0008 26 -1.4659 8.6725 -0.0000 -0.0059 27 -1.2826 0.0540 0.0001 -0.0005 28 -0.9852 8.7930 0.0000 -0.0062 29 -0.7701 0.0195 0.0000 -0.0004 30 -0.4950 8.8657 0.0000 -0.0064 31 -0.2568 0.0022 0.0000 -0.0003 32 -0.0000 8.8900 0.0000 -0.0065 33 0.2568 0.0022 -0.0000 -0.0003 34 0.4950 8.8657 -0.0000 -0.0064 35 0.7701 0.0195 -0.0000 -0.0004 36 0.9852 8.7930 -0.0000 -0.0062 37 1.2826 0.0540 -0.0001 -0.0005 38 1.4659 8.6725 0.0000 -0.0059 39 1.7936 0.1058 -0.0001 -0.0008 40 1.9326 8.5056 0.0002 -0.0056 41 2.3026 0.1748 -0.0001 -0.0011 42 2.3806 8.2937 0.0003 -0.0051 43 2.8056 8.0389 0.0006 -0.0047 六盘水市规划设计研究院 -21 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 44 2.8089 0.2609 -0.0000 -0.0015 45 3.2037 7.7437 0.0008 -0.0043 46 3.3121 0.3640 0.0000 -0.0020 47 3.5709 7.4109 0.0011 -0.0040 48 3.8115 0.4840 0.0001 -0.0025 49 3.9037 7.0437 0.0013 -0.0037 50 4.1989 6.6456 0.0015 -0.0036 51 4.2040 0.6620 0.0003 -0.0029 52 4.4537 6.2206 0.0016 -0.0035 53 4.5126 0.9628 0.0004 -0.0031 54 4.6656 5.7726 0.0016 -0.0034 55 4.7008 1.3505 0.0006 -0.0032 56 4.8260 1.8390 0.0006 -0.0033 57 4.8325 5.3059 0.0016 -0.0034 58 4.9238 2.3338 0.0007 -0.0033 59 4.9530 4.8252 0.0014 -0.0034 60 4.9938 2.8333 0.0007 -0.0033 61 5.0257 4.3350 0.0012 -0.0034 62 5.0359 3.3358 0.0008 -0.0034 63 5.0500 3.8400 0.0010 -0.0034 表注：单位以m计，最大变形量在拱顶截面32(6.5mm)，满足隧道净空要求。 (3)二次衬砌配筋量计算和强度安全系数及裂缝验算 V级围岩二次衬砌是钢筋混凝土偏心受压构件，所以根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)9.2.14条规定，按附录K计算。由于截面较多，仅验算几个控制截面。 1) 材料和荷载参数 已知截面尺寸b×h=1000mm×500mm，a=55mm，a'=55mm，混凝土强度等级C25，其强度设计值fc=12.5MPa ，纵向钢筋采用HRB335，其抗拉和抗压计算 2' 强度设计值fy=fy' =335MPa，截面对称配筋，实际配筋量Ag=Ag=1900.5mm, 总配筋量为3801 mm2。 2)配筋量计算过程同第一种情况，各截面配筋计算结果见下表 表4-10 二次衬砌钢筋计算分析结果 节点号 弯矩 轴力 实际配筋量 最小配筋量 （KN·m) (KN) (㎜2) (㎜2) 配筋 安全系数 六盘水市规划设计研究院 -22 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 2 11 14 23 32 41 50 53 62 68 208 146 115 166 115 146 208 68 881 1012 819 952 562 947 791 981 875 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 1319 473 41 790 1036 777 116 556 1303 2.88 8.04 92.82 4.81 3.67 4.90 32.78 6.84 2.92 3)二次衬砌强度安全系数计算 二次衬砌强度安全系数计算根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)对钢筋混凝土受弯和受压构件截面强度计算方法计算各截面的强度安全系数。二次衬砌各截面强度安全系数的计算分大偏心受压和小偏心受压两种情况，计算过程同第一种情况，各截面计算结果见下表 表4-11 二次衬砌强度安全系数计算结果 节点号 2 11 14 23 32 41 50 53 62 4)最大裂缝宽度wmax验算 根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)K.0.11条规定，对满足e0>0.55h0 的截面进行裂缝宽度wmax验算。需要验算的截面共有4个，计算过程同第一种 六盘水市规划设计研究院 -23 - 弯矩 轴力 （KN·m) (KN) 68 208 146 115 166 115 146 208 68 881 1012 819 952 562 947 791 981 875 偏心类型 小偏心受压大偏心受压大偏心受压小偏心受压大偏心受压小偏心受压大偏心受压大偏心受压小偏心受压 强度安全系数 8.27 4.06 6.03 6.66 3.97 6.68 5.99 4.00 8.31 从上表可以看出，二次衬砌各个控制截面均满足设计规范要求。 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 情况，计算结果如下表 表4-12 二次衬砌裂缝宽度计算结果 节点号 30 32 34 36 弯矩 轴力 偏心距e0 （KN·m) (KN) 160 166 160 142 569 562 562 569 281.2 295.4 284.7 249.6 裂缝宽度Wmax (mm) 0.12 0.13 0.13 0.11 从上表计算结果可以看出，各个截面裂缝宽度满足规范要求。 4.3 IV级围岩二次衬砌的结构验算 IV级围岩二次衬砌采用C25钢筋混凝土，拱部厚45cm，仰拱厚45cm，按施工图其所处围岩级别取IV级围岩计算，埋深31.5～53.5m，二次衬砌荷载分担比例取40％。 1.荷载确定 按4.1节中的公式(1)和公式(2)中计算：围岩级别S=4, 围岩重度 γ=21kN/m3，隧道宽度B=11.14>5m,所以i＝0.1，ω=1+0.1×(11.14-5)=1.614。所 以有： q=γh=21×0.45×24−1×1.614=122kN/m2 二次衬砌承担的垂直均布压力：q′=122×40％=48.8 kN/m2。 二衬承担的水平均布压力：e′=0.225q′=0.225×48.8=10.98 kN/m2 2．计算模型和结果: 1)计算模型如图9所示，按荷载结构法结构共划分63个单元，63个节点；弹簧边界条件63个，均为单向受力。单元厚度为0.45m，单元宽度取1m，相应单元截面面积A=0.40×1=0.45m2,抗弯惯性矩为I= 1 ×1×0.453=0.0076m4。 12 六盘水市规划设计研究院 -24 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 图13 IV围岩二次衬砌结构计算模型图 2)计算结果 图14 IV级围岩二次衬砌结构弯距图(单位：kN.m) 图15 IV二次衬砌结构轴力图(单位：kN) 六盘水市规划设计研究院 -25 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 图16 IV二次衬砌结构位移矢量图 图16 对应的节点位移列表如下： 表4-13 IV级围岩二次衬砌节点位移表 结点号 x坐标 y坐标 x位移 y位移 1 -5.0500 3.8400 -0.0005 -0.0016 2 -5.0359 3.3358 -0.0004 -0.0016 3 -5.0257 4.3350 -0.0006 -0.0016 4 -4.9938 2.8333 -0.0003 -0.0016 5 -4.9530 4.8252 -0.0007 -0.0016 6 -4.9238 2.3338 -0.0003 -0.0015 7 -4.8325 5.3059 -0.0008 -0.0016 8 -4.8260 1.8390 -0.0003 -0.0015 9 -4.7008 1.3505 -0.0003 -0.0015 10 -4.6656 5.7726 -0.0009 -0.0016 11 -4.5126 0.9628 -0.0002 -0.0015 12 -4.4537 6.2206 -0.0009 -0.0016 13 -4.2040 0.6620 -0.0001 -0.0013 14 -4.1989 6.6456 -0.0008 -0.0016 15 -3.9037 7.0437 -0.0007 -0.0017 16 -3.8115 0.4840 -0.0001 -0.0012 17 -3.5709 7.4109 -0.0006 -0.0018 18 -3.3121 0.3640 -0.0000 -0.0009 19 -3.2037 7.7437 -0.0005 -0.0020 20 -2.8089 0.2609 0.0000 -0.0007 21 -2.8056 8.0389 -0.0003 -0.0022 22 -2.3806 8.2937 -0.0002 -0.0024 23 -2.3026 0.1748 0.0000 -0.0005 24 -1.9326 8.5056 -0.0001 -0.0027 25 -1.7936 0.1058 0.0000 -0.0003 26 -1.4659 8.6725 -0.0000 -0.0029 27 -1.2826 0.0540 0.0000 -0.0002 六盘水市规划设计研究院 -26 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 28 -0.9852 8.7930 -0.0000 -0.0031 29 -0.7701 0.0195 0.0000 -0.0002 30 -0.4950 8.8657 0.0000 -0.0032 31 -0.2568 0.0022 0.0000 -0.0001 32 -0.0000 8.8900 0.0000 -0.0032 33 0.2568 0.0022 -0.0000 -0.0001 34 0.4950 8.8657 -0.0000 -0.0032 35 0.7701 0.0195 -0.0000 -0.0002 36 0.9852 8.7930 0.0000 -0.0031 37 1.2826 0.0540 -0.0000 -0.0002 38 1.4659 8.6725 0.0000 -0.0029 39 1.7936 0.1058 -0.0000 -0.0003 40 1.9326 8.5056 0.0001 -0.0027 41 2.3026 0.1748 -0.0000 -0.0005 42 2.3806 8.2937 0.0002 -0.0024 43 2.8056 8.0389 0.0003 -0.0022 44 2.8089 0.2609 -0.0000 -0.0007 45 3.2037 7.7437 0.0005 -0.0020 46 3.3121 0.3640 0.0000 -0.0009 47 3.5709 7.4109 0.0006 -0.0018 48 3.8115 0.4840 0.0001 -0.0012 49 3.9037 7.0437 0.0007 -0.0017 50 4.1989 6.6456 0.0008 -0.0016 51 4.2040 0.6620 0.0001 -0.0013 52 4.4537 6.2206 0.0009 -0.0016 53 4.5126 0.9628 0.0002 -0.0015 54 4.6656 5.7726 0.0009 -0.0016 55 4.7008 1.3505 0.0003 -0.0015 56 4.8260 1.8390 0.0003 -0.0015 57 4.8325 5.3059 0.0008 -0.0016 58 4.9238 2.3338 0.0003 -0.0015 59 4.9530 4.8252 0.0007 -0.0016 60 4.9938 2.8333 0.0003 -0.0016 61 5.0257 4.3350 0.0006 -0.0016 62 5.0359 3.3358 0.0004 -0.0016 63 5.0500 3.8400 0.0005 -0.0016 表注：单位以m计，最大变形量在拱顶截面32(3.2mm)，满足隧道净空要求。 (3)二次衬砌配筋量计算和强度安全系数及裂缝验算 IV级围岩二次衬砌是钢筋混凝土偏心受压构件，根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)9.2.14条规定，按附录K计算。由于截面较多，仅验算几个控制截面。 六盘水市规划设计研究院 -27 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 1) 材料和荷载参数 已知截面尺寸b×h=1000mm×450mm，a=55mm，a'=55mm，混凝土强度等级C25，其强度设计值fc=12.5MPa ，纵向钢筋采用HRB335，其抗拉和抗压计算强度设计值fy=f =335MPa，截面对称配筋，实际配筋量Ag=A=1900.5mm2,总配筋量为3801 mm2。 2)配筋量计算过程同V级围岩衬砌第一种情况，各截面配筋计算结果见下表 表4-14 二次衬砌钢筋计算分析结果 节点号 2 11 14 23 32 41 50 53 62 弯矩 轴力 实际配筋量 最小配筋量（KN·m) (KN) (㎜2) (㎜2) 29 80 61 45 69 45 61 80 29 364 421 318 392 195 391 304 410 358 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 450 296 234 242 698 240 270 325 434 配筋 安全系数 8.46 12.85 16.28 15.69 5.45 15.86 14.06 11.70 8.76 'y 'g 3)二次衬砌强度安全系数计算 二次衬砌强度安全系数计算根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)对钢筋混凝土受弯和受压构件截面强度计算方法计算各截面的强度安全系数。二次衬砌各截面强度安全系数的计算分大偏心受压和小偏心受压两种情况，计算过程同V及围岩衬砌第一种情况，各截面计算结果见下表 表4-15 二次衬砌强度安全系数计算结果 节点号 2 11 14 弯矩 轴力 （KN·m) (KN) 29 80 61 364 421 318 偏心类型 小偏心受压大偏心受压大偏心受压 强度安全系数 17.31 8.60 11.23 - 六盘水市规划设计研究院 -28 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 23 32 41 50 53 62 45 69 45 61 80 29 392 195 391 304 410 358 小偏心受压大偏心受压小偏心受压大偏心受压大偏心受压小偏心受压 14.22 6.36 14.24 11.00 8.50 17.51 从上表可以看出，二次衬砌各个控制截面均满足设计规范要求。 4)最大裂缝宽度wmax验算 根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)K.0.11条规定，对满足e0>0.55h0 的截面进行裂缝宽度wmax验算。需要验算的截面共有6个，计算过程同V级围岩衬砌第一种情况，计算结果如下表 表4-16 二次衬砌裂缝宽度计算结果 节点号 28 30 32 34 36 38 弯矩 轴力 偏心距e0 （KN·m)(KN) 58 66 69 66 58 46 205 198 195 195 198 205 282.9 333.3 353.8 338.5 292.9 224.4 裂缝宽度Wmax (mm) 0.05 0.06 0.07 0.06 0.05 0.04 从上表计算结果可以看出，各个截面裂缝宽度满足规范要求。 4.4 明洞衬砌衬砌的结构验算 明洞衬砌采用C25钢筋混凝土，拱部厚60cm，仰拱厚60cm，明洞顶回填土层按拱顶3.5m考虑，回填土层容重γ=18kN/m3，基底弹性抗力数k=150MPa/m，计算摩擦角ϕc：35°。 1.荷载确定 拱圈回填土石垂直压力： q1=rh1=19×3.5=66.5kN/m2 q2=rh2=19×8.9=169.1kN/m2 六盘水市规划设计研究院 -29 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 拱圈回填土石侧压力： 侧压力系数计算公式：λ1=cosα似），ϕ1=35°，求得λ1=0.271 cosα−cos2α−cos2ϕ1cosα+cosα−cosϕ1 2 2 ，式中α=0（近 e1=rhλ1=19×3.5×0.271=18N/m2 e2=rhλ1=19×8.9×0.271=45.8N/m2 边墙回填浆砌片石侧压力： 侧压力系数：λ2=tan2( π4 − ϕ2 2 )=0.132 h1'=h1\"+ γ1γ'\" h1=7.7m，h2=h2+1h2=11.4m γ2γ2 e1'=γ2h1'λ2=22×7.7×0.132=22.4N/m2 '' e2=γ2h2λ2=22×11.4×0.132=33.2N/m2 2．计算模型和结果: 1)计算模型如图17所示，按荷载结构法结构共划分66个单元，66个节点；在底部和边墙施加边界弹簧，均为单向受力。单元厚度为0.6m，单元宽度取1m，相应单元截面面积A=0.6×1=0.6m2,抗弯惯性矩为I= 1 ×1×0.63=0.018m4。 12 图17 明洞衬砌结构计算模型图 六盘水市规划设计研究院 -30 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 2)计算结果 图18 明洞衬砌结构弯距图(单位：kN.m) 图19 明洞衬砌结构轴力图(单位：kN) 图20 明洞衬砌结构位移矢量图 六盘水市规划设计研究院 -31 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 图20 对应的节点位移列表如下： 表4-17 明洞衬砌节点位移表 结点号 x坐标 y坐标 x位移 y位移 1 -5.1000 0.4951 -0.0002 -0.0034 2 -5.1000 0.9801 -0.0006 -0.0034 3 -5.1000 1.4651 -0.0008 -0.0035 4 -5.1000 1.9501 -0.0009 -0.0035 5 -5.1000 2.4350 -0.0010 -0.0035 6 -5.1000 2.9200 -0.0011 -0.0035 7 -5.1000 3.4050 -0.0012 -0.0035 8 -5.1000 3.8900 -0.0013 -0.0036 9 -5.0754 4.3899 -0.0014 -0.0036 10 -5.0020 4.8850 -0.0015 -0.0036 11 -4.8804 5.3705 -0.0016 -0.0036 12 -4.7118 5.8417 -0.0015 -0.0036 13 -4.4978 6.2941 -0.0014 -0.0037 14 -4.4803 0.4951 -0.0003 -0.0027 15 -4.2405 6.7234 -0.0012 -0.0038 16 -3.9424 7.1254 -0.0010 -0.0040 17 -3.8607 0.4951 -0.0003 -0.0020 18 -3.6062 7.4962 -0.0008 -0.0042 19 -3.3867 0.3795 -0.0001 -0.0015 20 -3.2354 7.8324 -0.0006 -0.0045 21 -2.9093 0.2792 -0.0001 -0.0010 22 -2.8334 8.1305 -0.0004 -0.0048 23 -2.4290 0.1940 -0.0000 -0.0007 24 -2.4041 8.3878 -0.0002 -0.0051 25 -1.9517 8.6018 -0.0001 -0.0053 26 -1.9461 0.1243 0.0000 -0.0004 27 -1.4805 8.7704 -0.0000 -0.0056 28 -1.4613 0.0699 0.0000 -0.0002 29 -0.9950 8.8920 0.0000 -0.0057 30 -0.9751 0.0311 0.0000 -0.0001 31 -0.4999 8.9654 0.0000 -0.0059 32 -0.4878 0.0078 0.0000 0.0000 33 0.0000 -0.0000 -0.0000 0.0000 34 0.0000 8.9900 0.0000 -0.0059 35 0.4878 0.0078 -0.0000 0.0000 36 0.4999 8.9654 -0.0000 -0.0059 37 0.9751 0.0311 -0.0000 -0.0001 38 0.9950 8.8920 -0.0000 -0.0057 39 1.4613 0.0699 -0.0000 -0.0002 六盘水市规划设计研究院 -32 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 40 1.4805 8.7704 0.0000 -0.0056 41 1.9461 0.1243 -0.0000 -0.0004 42 1.9517 8.6018 0.0001 -0.0053 43 2.4041 8.3878 0.0002 -0.0051 44 2.4290 0.1940 0.0000 -0.0007 45 2.8334 8.1305 0.0004 -0.0048 46 2.9093 0.2792 0.0001 -0.0010 47 3.2354 7.8324 0.0006 -0.0045 48 3.3867 0.3795 0.0001 -0.0015 49 3.6062 7.4962 0.0008 -0.0042 50 3.8607 0.4951 0.0003 -0.0020 51 3.9424 7.1254 0.0010 -0.0040 52 4.2405 6.7234 0.0012 -0.0038 53 4.4803 0.4951 0.0003 -0.0027 54 4.4978 6.2941 0.0014 -0.0037 55 4.7118 5.8417 0.0015 -0.0036 56 4.8804 5.3705 0.0016 -0.0036 57 5.0020 4.8850 0.0015 -0.0036 58 5.0754 4.3899 0.0014 -0.0036 59 5.1000 0.4951 0.0002 -0.0034 60 5.1000 0.9801 0.0006 -0.0034 61 5.1000 1.4651 0.0008 -0.0035 62 5.1000 1.9501 0.0009 -0.0035 63 5.1000 2.4350 0.0010 -0.0035 64 5.1000 2.9200 0.0011 -0.0035 65 5.1000 3.4050 0.0012 -0.0035 66 5.1000 3.8900 0.0013 -0.0036 表注：单位以m计，最大变形量在拱顶截面34(5.9mm)，满足隧道净空要求。 (3)明洞衬砌配筋量计算和强度安全系数及裂缝验算 明洞衬砌是钢筋混凝土偏心受压构件，根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)9.2.14条规定，按附录K计算。由于截面较多，仅验算几个控制截面。 1) 材料和荷载参数 已知截面尺寸b×h=1000mm×600～1400（边墙变截面处）mm，a=55mm， a'=55mm，混凝土强度等级C25，其强度设计值fc=12.5MPa ，纵向钢筋采用 HRB335，其抗拉和抗压计算强度设计值fy=fy' =335MPa，截面对称配筋，实 ' 际配筋量Ag=Ag=1900.5mm2,总配筋量为3801 mm2。 2)配筋量计算过程同V级围岩衬砌第一种情况，各截面配筋计算结果见下表 六盘水市规划设计研究院 -33 - 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 表4-18 二次衬砌钢筋计算分析结果 节点号 2 6 21 34 50 55 60 64 弯矩 轴力 实际配筋量 最小配筋量 配筋 （KN·m) (KN) (㎜2) (㎜2) 安全系数 306 54 210 160 137 174 306 54 768 739 428 336 370 659 761 732 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 3801 448 1368 1385 1028 655 313 428 1349 2.34 2.78 2.74 3.70 5.80 12.13 8.8 2.82 3)二次衬砌强度安全系数计算 二次衬砌强度安全系数计算根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)对钢筋混凝土受弯和受压构件截面强度计算方法计算各截面的强度安全系数。二次衬砌各截面强度安全系数的计算分大偏心受压和小偏心受压两种情况，计算过程同V及围岩衬砌第一种情况，各截面计算结果见下表 表4-19 二次衬砌强度安全系数计算结果 节点号 2 6 21 34 50 55 60 64 4)最大裂缝宽度wmax验算 根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)K.0.11条规定，对满足e0>0.55h0 六盘水市规划设计研究院 -34 - 弯矩 轴力 （KN·m) (KN) 306 54 210 160 137 174 306 54 768 739 428 336 370 659 761 732 偏心类型 大偏心受压小偏心受压小偏心受压大偏心受压大偏心受压大偏心受压大偏心受压小偏心受压 强度安全系数 13.2 12.54 9.69 4.13 6.14 6.51 13.1 12.64 从上表可以看出，二次衬砌各个控制截面均满足设计规范要求。 康乐北路延伸工程施工图设计 隧道结构计算书 的截面进行裂缝宽度wmax验算。需要验算的截面较多，仅选择几个控制截面验算，计算过程同V级围岩衬砌第一种情况，计算结果如下表 表4-20 二次衬砌裂缝宽度计算结果 节点号 2 21 27 34 41 50 59 60 弯矩 轴力 偏心距e0 （KN·m) (KN) 306 210 133 160 176 137 477 306 768 428 368 336 430 370 768 761 398.4 490.7 361.4 476.2 409.3 370.3 621.1 402.1 裂缝宽度Wmax (mm) 0.08 0.15 0.09 0.11 0.12 0.09 0.15 0.08 从上表计算结果可以看出，各个截面裂缝宽度满足规范要求。 六盘水市规划设计研究院 -35 - 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