隧道工程计算题.docx

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隧道工程计算题

计算题

【围岩等级确定】参见书本P.96-99

例题：

某公路隧道初步设计资料如下

（1）岩石饱和抗压极限强度为62MPa

（2）岩石弹性波速度为4.2km/s

（3）岩体弹性波速度为2.4km/s

（4）岩体所处地应力场中与工程主轴垂直的最大主应力σmax=9.5Mpa

（5）岩体中主要结构面倾角20°，岩体处于潮湿状态求该围岩类别为？

（来源：

隧道工程课件例题）

解：

1.岩体的完整性系数Kv

Kv=（Vpm/Vpr）2=（2.4/4.2）2=0.33

岩体为破碎。

2.岩体的基本质量指标BQ

（1）90Kv+30=90*0.33+30=59.7

Rc=62>59.7取Rc=59.7

（2）0.04Rc+0.4=2.79

Kv=0.33>2.79取Kv=0.33

（3）BQ=90+3Rc+250Kv=90+3*59.7+250*0.33=351.6

2.岩体的基本质量分级

由BQ=351.6可初步确定岩体基本质量分级为III级

4.基本质量指标的修正

（1）地下水影响修正系数K1

岩体处于潮湿状态，BQ=351.6，因此取K1=0.1

（2）主要软弱面结构面产状修正系数K2

因为主要软弱结构面倾角为20，故取K2=0.3

（3）初始应力状态影响修正系数K3Rc/σmax=62/9.5=6.53

岩体应力情况为高应力区

由BQ=351.6查得高应力初始状态修正系数K3=0.5

（4）基本质量指标的修正值[BQ]

[BQ]=BQ-100（K1+K2+K3）=351.6-100（0.1+0.3+0.5）=261.6

5.岩体的最终定级

因为修正后的基本质量指标[BQ]=261.6，所以该岩体的级别确定为IV级。

【围岩压力计算】参见书本P.103-109

3

某隧道内空净宽6.4m，净高8m，Ⅳ级围岩。

已知：

围岩容重γ＝20KN/m，围岩似摩擦角

00

φ＝53，摩擦角θ＝30，试求埋深为3m、7m、15m处的围岩压力。

（来源：

网络）

解：

10.1（6.45）1.14

坍塌高度：

h=0.45

2s1x

=0.458

1.14=4.104m

垂直均布压力：

q

0.45

241

0.458201.1482.08Kn/m2

hq

q

82.08

荷载等效高度：

4.104m

20

浅埋隧道分界深度：

Hq

（2~2.5）hq

（2~2.5）4.104

（8.208~10.26）m

1、当埋深H=15m时，H》Hq，属于深埋。

垂直均布压力：

qh=20x4.104=82.1Kn/m2；

水平均布压力：

e=（0.15～0.3）q=（0.15～0.3）x82.1=（12.3～24.6）Kn/m2

2、当埋深H=3m时，H《hq，属于浅埋。

垂直均布压力：

q=H=20x3=60Kn/m2，

侧向压力：

e=（H1）tan2（4500）=20x（3+1/2x8）tan2（45053）=6.86Kn/m2；

2Ht22

3、埋深H=7m时，hq

tan0=tan53=1.327，tan=tan30=0.577

tan

（tan2

0

tan0

tan

0

1）tan0=3.537

tan

tan

tan

0

=0.141

tan1tan（tan0

tan

tan0tan

qH（1Htan）=20x7x（17x0.141x0.577）=127.54Kn/m2

B6.4

e1H=20x7x0.141=19.74Kn/m2

e2h=20x4.104x0.141=11.68Kn/m2

e=（e1+e2）/2=（19.74+11.68）/2=15.71Kn/m2

3

4．某道路隧道，Ⅲ级围岩，开挖尺寸：

高7.6米，宽9.9米，矿山法施工，γ为22KN/m,埋深10米。

（1）判断该隧道属深埋还是浅埋；

（2）求作用在支护结构上的竖向和水平围岩压力。

答：

坑道高度与跨度之比为：

Ht/Bt=7.6/9.9=0.77<1.7

且为矿山法施工，先假设隧道为深埋隧道，则垂直围岩压力值可按如下公式计算：

q=0.45x2s-1γω

因Bt=9.9m故i=0.1

ω=1+i（Bt-5）=1+0.1（9.9-5）=1.49

将s=3,γ=22KN/m3，ω＝1.49代入上边的垂直围岩压力值计算公式，可得：

q＝59KN/m2（2分）

等效荷载高度：

hq=q/γ=59/22=2.68m

深、浅埋隧道的分界深度：

Hp=（2～2.5）hq=5.36～6.70m（2分）

因隧道埋深为10米，大于Hp，故本隧道为深埋隧道，垂直围岩压力即为以上计算值。

q＝59KN/m2（1分）

因围岩为Ⅲ级，则水平均布围岩压力e为：

e＝（0～1/6）q=0～9.8KN/m

2

3

5．某道路隧道，Ⅳ级围岩，开挖尺寸：

高7.7米，宽10.0米，矿山法施工，γ为21KN/m,埋深15米。

（1）判断该隧道属深埋还是浅埋；

（2）求作用在支护结构上的竖向和水平围岩压力。

答：

坑道高度与跨度之比为：

Ht/Bt=7.7/10.0=0.77<1.7

且为矿山法施工，先假设隧道为深埋隧道，则垂直围岩压力值可按如下公式计算：

q=0.45x2s-1γω（2分）

因Bt=10.0m故i=0.1

ω=1+i（Bt-5）=1+0.1（10.0-5）=1.50（2分）

将s=4,γ=21KN/m3，ω＝1.50代入上边的垂直围岩压力值计算公式，可得：

q＝113.4KN/m2（2分）

等效荷载高度：

hq=q/γ=113.4/21=5.40m（1分）

深、浅埋隧道的分界深度：

Hp=（2～2.5）hq=10.8～13.50m（2分）

因隧道埋深为15米，大于Hp，故本隧道为深埋隧道，垂直围岩压力即为以上计算值。

q＝113.4KN/m2（1分）

因围岩为Ⅳ级，则水平均布围岩压力e为：

e＝（1/6～1/3）q=18.9～37.8KN/m2（2分）

4．某道路隧道，Ⅲ级围岩，开挖尺寸：

高7.6米，宽9.9米，矿山法施工，γ为22KN/m3,

埋深10米。

（1）判断该隧道属深埋还是浅埋；

（2）求作用在支护结构上的竖向和水平围岩压力。

4.某道路隧道，Ⅳ级围岩，开挖尺寸：

高7.7米，宽10.0米，矿山法施工，γ为21KN/m3,

埋深15米。

（12分）

（1）判断该隧道属深埋还是浅埋；

（2）求作用在支护结构上的竖向和水平围岩压力。

计算题

1、某隧道位于半径R=800m的圆曲线上，通过三级围岩地段，设计为直墙式衬砌，曲线

加宽40cm，中线偏移值d=12.5cm，外轨超高值E=9.5cm，隧道竣工后，测得DK23+15、DK23+20、DK23+25各起拱线处内外侧宽值如表1所示，试按隧限—2A计算各点侵限情况。

表1

桩外侧内侧

号宽/m宽/m

DK22.532.77

3+15

DK22.542.76

3+20

DK22.542.75

3+255

1.解：

E9.5cm15cm，d（W1W2）/212.5cm，曲线加宽W3W1W240cm

则：

内侧加宽W1=32.5cm，外侧加宽W2=7.5cm。

由“隧限—2A”的图3-4-2（教材）所示：

隧道起拱线处曲线半径为2.44m。

则对该隧道，不侵限的条件为：

外侧：

2.44+7.5/100=2.515m；内侧：

2.44+32.5/100=2.765m

因此：

DK23+15、DK23+20、DK23+25外侧都不侵限；

DK23+15内侧不侵限，DK23+20、DK23+25内侧侵限。

2、某单线铁路隧道位于圆曲线半径R=1000m，缓和曲线长Lc=100m的曲线上，曲线全

长L=309.44m，隧道进口桩号DK27+844，出口DK28+344，ZH点桩号DK27+958，设计最高行车速度为120km/h。

试计算隧道加宽值W，中线偏移值d，并绘图说明隧道断面的变化位置、线路中线和隧道中线的关系。

2.解：

外轨超高值为：

E0.76

V2

0.761202

10.94cm15cm

R

1000

内侧加宽值为：

4050

E

4050

cm

W1

2.7

10.94

R

2.7

33.6

1000

外侧加宽值为：

4400

4400

cm

W2

R

1000

4.4

总加宽值为：

W3W1W233.64.438.0cm

中线偏移值为：

d（W1W2）/2（33.64.4）214.6cm

则分段里程：

d总与d偏断面：

ZH点DK27+948～＋993

d总/2与d偏/2断面：

DK27+993～出口DK28+344

示意图如下：

1.某公路隧道进口30米处围岩是IV级，容重25kN/m3，开挖断面宽度12米，净高为8m，

隧道上覆岩体厚度8米，试计算并判断该处隧道属深埋还是浅埋？

解：

10.1（125）1.7

q

0.45

24

1

0.45

8

25

1.7

153Kpa

hq

q

153

6.12m

25

Hq

（2~2.5）hq

（2~2.5）6.12

（12.24~15.3）m>8m

属于浅埋隧道。