隧道區(qū)間荷載計(jì)算

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1、一、荷載計(jì)算1.1地層壓力對(duì)比不利因素，選取如下斷面進(jìn)行分析:隧道YK22+284.057處，由縱斷面圖知埋深為h=16.07m，V級(jí)圍巖，橫斷面襯砌類(lèi)型為D型，巖土力學(xué)參數(shù)表1-1如下：表1-1巖土力學(xué)參數(shù)地層代號(hào)巖土名稱(chēng)天然密度(g/cm3)天然含水量（%）黏聚力（kpa）內(nèi)摩擦角(°)厚度（m）<1>素填土2.03///2.7<11-0>粉質(zhì)粘土2.0122.7629.815.36.1<16-上>強(qiáng)風(fēng)化粗粒花崗巖2.30/60.030.02.24<16-下>強(qiáng)風(fēng)化粗?；◢弾r2.32/80.032.05.03<17-0>中等風(fēng)化粗粒花崗巖2.44/2000.035.06.5

2、1.1.1圍巖深淺埋的判定偏于安全考慮，取隧道開(kāi)挖最大輪廓尺寸進(jìn)行圍巖壓力的計(jì)算，即B=6.2m，Ht=6.5m。等效荷載高度：,式中s—圍巖級(jí)別，如級(jí)圍巖s=5；w—寬度影響系數(shù)，其值為：其中，B—坑道寬度；i—B每增加1m時(shí)，圍巖壓力的增減率（以B=5m為基準(zhǔn)），當(dāng)B<5m時(shí)，取i=0.2，B>5m時(shí)，取i=0.1。深淺埋分界深度：由于圍巖為V級(jí)，圍巖軟弱破碎且節(jié)理發(fā)育，故深淺埋分界深度取，，故隧道為一般淺埋隧道。1.1.2圍巖壓力的計(jì)算對(duì)于埋深的一般淺埋隧道，襯砌統(tǒng)一按照一般淺埋段隧道的最大埋深處的圍巖壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)和檢算。一般淺埋隧道圍巖壓力按謝家休公式計(jì)算：對(duì)于V級(jí)圍巖

3、，,此處取，查規(guī)范可得V級(jí)圍巖似摩擦角為，,則,,,,又因?yàn)樗痪€在素填土和粉質(zhì)粘土交界處，故粉質(zhì)粘土的有效容重為，，豎向均布?jí)毫Γ汗绊斔綁毫Γ汗暗姿綁毫Γ?.2水壓力拱頂水壓力：拱底水壓力：1.3地面車(chē)輛荷載及其沖擊力1.3.1豎向荷載在道路下方的地下結(jié)構(gòu)，地面車(chē)輛及施工荷載可按20kPa的均布荷載取值，并不計(jì)沖擊壓力的影響，即poz=20kPa。1.3.2車(chē)輛荷載的側(cè)向壓力地面車(chē)輛荷載傳遞到地下結(jié)構(gòu)上的側(cè)壓力pox,可按下式計(jì)算：石質(zhì)地層查規(guī)范表，V級(jí)圍巖的側(cè)向壓力系數(shù)，。1.4地震荷載在襯砌結(jié)構(gòu)橫截面的抗震設(shè)計(jì)和抗震穩(wěn)定性檢算中采用地震系數(shù)法（慣性力法），即靜力法；驗(yàn)

4、算襯砌結(jié)構(gòu)沿縱向方向的應(yīng)力和變形則用地層位移法，即擬靜力法。等代的靜地震荷載包括：結(jié)構(gòu)本身和洞頂上方土柱的水平、垂直慣性力以及主動(dòng)土壓力增值。由于地震垂直加速度峰值一般為水平加速度的1/2~2/3,因此對(duì)震級(jí)較小和對(duì)垂直地震振動(dòng)不敏感的結(jié)構(gòu)，可不考慮垂直地震荷載的作用。只有在驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的抗浮能力時(shí)才計(jì)及垂直慣性力。水平地震荷載計(jì)算可按照垂直和沿著隧道縱軸兩個(gè)方向進(jìn)行：1.4.1隧道橫截面上的地震荷載（垂直隧道縱軸）1.4.1.1結(jié)構(gòu)的水平慣性力作用在構(gòu)件或結(jié)構(gòu)重心處的地震慣性力一般可表示為式中τ——作用于結(jié)構(gòu)的地震加速度；g——標(biāo)準(zhǔn)自由落體加速度；Q——構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的重力；Kc——

5、與地震加速度有關(guān)的地震系數(shù)。對(duì)于馬蹄形曲墻式襯砌，可以簡(jiǎn)化其均布的水平慣性力為：式中?c——綜合影響系數(shù)，規(guī)范中建議對(duì)于巖石地基?c=0.2，對(duì)非巖石地基?c=0.25；Kh——水平地震系數(shù)，7度地區(qū)Kh=0.1；8度地區(qū)Kh=0.2；9度地區(qū)Kh=0.4；m1——上部襯砌質(zhì)量；H——上部襯砌的高度；m2——仰拱質(zhì)量；f——仰拱的矢高。根據(jù)設(shè)計(jì)說(shuō)明，取?c=0.2，Kh=0.1；由橫斷面圖知：二次襯砌為C45模筑鋼筋混凝土，密度取2500kg/m3，H=5.285m，f=1.215m。由計(jì)算可得（取沿隧道縱軸1m長(zhǎng)的襯砌研究）：m1=9120kg，m2=4462kg。，1.4.

6、1.2洞頂上方土柱的水平慣性力式中m上——上方土柱的質(zhì)量。由巖土力學(xué)參數(shù)表1-1可知（取沿隧道縱軸1m長(zhǎng)的襯砌研究）：，1.4.1.3主動(dòng)側(cè)向土壓力的增值地震時(shí)地層的內(nèi)摩擦角要發(fā)生變化，由原來(lái)的值減少為，其中為地震角，在在7度地震區(qū)，;8度地震區(qū)，；9度地震區(qū)，。因此，結(jié)構(gòu)一側(cè)的主動(dòng)側(cè)向土壓力增量為式中qi——計(jì)算截面i處的豎向土壓力；。而結(jié)構(gòu)另一側(cè)的主動(dòng)側(cè)向土壓力增量可按上述值反對(duì)稱(chēng)布置。即，，，1.4.1.4結(jié)構(gòu)和隧道上方土柱的垂直慣性力。其一般計(jì)算公式為式中Kv——垂直地震系數(shù)，一般取Kv=Kh/2~2Kh/3;Q、P——襯砌和隧道上方土柱的重力。由于垂直慣性力僅在驗(yàn)算結(jié)

7、構(gòu)抗浮能力時(shí)需要考慮，因此，不需考慮此垂直慣性力。1.4.2沿隧道縱軸方向的地震荷載地震中的橫波與隧道縱軸斜交或正交，或地震中的縱波與隧道縱軸平行或斜交，都會(huì)沿隧道縱向產(chǎn)生水平慣性力，使結(jié)構(gòu)發(fā)生縱向拉壓變形，其中以橫波產(chǎn)生的縱向水平慣性力為主。地震波在沖積層中的橫波波長(zhǎng)約為160m左右。因此，孫鈞院士在其《地下結(jié)構(gòu)》一書(shū)中建議：計(jì)算縱向水平慣性力時(shí)，對(duì)區(qū)間隧道可按半個(gè)波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)重力考慮，即式中——縱向80m長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的重力。即1.4.3結(jié)構(gòu)上部和受影響范圍內(nèi)的設(shè)施及建筑物壓力在計(jì)算這部分荷載時(shí)，