土质偏压隧道衬砌模型试验分析

土质偏压隧道衬砌模型试验分析

钟新樵

(西南交通大学　地下工程及岩土工程系　成都　610031)

【摘　要】　以宝中线老头沟隧道为原型,通过对偏压条件下不同开挖方法的对比试验、了解了地

表、地中的应力2应变变化规律.试验结果对土质偏压隧道的施工、对〈隧规〉双线偏压

隧道t 值的确定有参考价值。

【关键词】　偏压隧道;模型试验;施工

【分类号】　U 451

1　模型试验[1]

1.1　模型材料试验原型为宝中线老头沟隧道进口段D K 155+90和D K 155+101两个断面,该处地形如图1,地层为黄土质砂粘土[1]。

围岩:选用重晶石粉、石英砂和凡士林加工拌制。这种材料模拟低强度围岩效果较好,成型后,其力学指标与时间无关且能反复使用。同时,材料受温度湿度影响也很小(见表1)。

表1　围岩相似材料的力学参数三轴快剪

内聚力 kPa

内摩擦角 (°)容重 (g c m 3)泊松比变形系数 M Pa 2.13242.00.307.925

喷混凝土:采用石膏加入一定量的碳酸铝粉与水拌合而成。该材料凝后即有一定强度,凝固过程中未出现开裂,且喷涂简便。但其力学性能随时间变化较大,凝固初期强度增长显著,10小时以后基本稳定,本试验取14小时的力学指标值。

锚杆:选用<0.5镀锌铁线,其力学指标为E m =6.8×10-4M Pa ,R L =132M Pa 。锚杆使用前用环氧树脂作胶结剂,并沿杆长粘一层细粒石英砂,安装时从洞壁表面按要求直接压入围岩内。

1.2　试验系列

试验系列如表2之六种情况。A 、C 、E 系列为无支护的情况,采用图2所示的全断面法、台阶法和单侧导坑法开挖。全断面法为开挖完成后一次性施设锚喷支护(B 系列),台阶法(D 系列)完成上台阶开挖后施作锚喷,然后开挖下部台阶和作下部锚喷,单侧导坑法(开挖一步后立即锚喷再作下一步开挖、锚喷。

本文于1996年6月25日收到。

施作锚喷,然后开挖下部台阶和作下部锚喷,单侧导坑法(F 系列)为每,再作下一步开挖、锚喷。 本文于1996年6月25日收到。第31卷　第6期西　南　交　通　大　学　学　报V o l .31　N o.6　1996年12月JOU RNAL O F SOU THW EST J I AO TON G U N I V ER S IT Y D ec .　1996 繞 a p ractica l p rog ram and g ive an exam p le .

【Keywords 】　b ia s tunnel ;structu ra l reliab ility ;li m it sta te

106第6期 谭忠盛等:偏压隧道衬砌结构可靠度分析　院主编.铁路隧道设计规范.北京:中国铁道出版社,1987:73-740

06西　南　交　通　大　学　学　报 第31卷

表2　试验系列

内容全断面开挖

无支护

全断面开挖

锚喷

正台阶开挖

无支护

正台阶开挖

锚喷

单侧导坑开挖

无支护

单侧导抗开挖

锚喷

+090A1B1C1D1E1F1

+101A2B2C2D2E2F

2

图1　断面地形情况

试验量测的主要内容有:开挖洞室引起的地表下沉、开挖影响区域内的位移场,洞室周边塑性区产生、破坏位置及破坏范围。测点布置如图3。

1.3　主要试验结果

全部有效试验结果均采用散点连线图表述(图4～7)

。图3　测点布置示意图图6　+101拱顶下沉对比曲线 图7　+101地表中线点下沉对比曲线306

第6期 钟新樵:土质偏压隧道衬砌模型试验分析

2　对比试验

对比试验按上述三种开挖方法和全环布锚及地表布锚两种锚杆布置方式,在埋深t =5～50c m 条件下进行的。试验结果用散点曲线按开挖方法分别示于图8～11之中。

　图10　正台阶法开挖有无地表锚杆变形速度对比　图11　双侧导坑法开挖有无地表锚杆变形速度对比3　试验结果分析

根据老头沟隧道模型试验(简称试验1)、对比试验(简称试验2)的结果分析如下:

图12　位移类型

3.1　无支护情况下的偏压特征及破坏形态

试验表明,隧道开挖后,不予支护让其自由变形,其

位移随时间以不同的速度增加。开始时处于弹性状态,各

点位移几乎相等,随时间的延续,产生塑性流变,洞周出

现破裂,位移急剧增大,最后呈现两种形态:一是位移达

一定值即趋于稳定,一是位移过大而坍塌(图12)。 洞室破坏过程如图13,首先在洞室周边的A 、B 两处形成不对称的塑性区。由于塑性区的发展,覆盖层较薄的坡谷侧地表出现裂缝,使得地表下沉加剧、破坏,导致坡侧土体向坡谷的移动形成偏压。因而在这些部位设置锚杆将会有效地控制围岩的变形、破坏,抑制偏压的发生,增加洞室的稳定性。

406西　南　交　通　大　学　学　报 第31卷

3.2　锚喷支护后的变形特征及破坏形态 在土质软弱围岩中开挖的洞室,在锚喷支护作用下,塑性区的开始和扩展与毛洞不同,洞室周边位移在塑性变形开始时,洞室表面出现纹理,属剪、切破坏,后有掉块,并且不断加剧,塑性区向深部延展,而锚杆加固区在锚杆作用下形成一个加固带。由图14可看出,洞顶山体下塌,主要是由A -C 截面处土层的抗压强度不足所致。由此可见,提高最小埋深截面区域内土体的承载能力对加固山体的整体和局部都有很大的作用。从洞顶及拱顶地表下沉变化可以看出,锚喷不仅减少了位移的绝对值,更重要的是减少了位移的发展速度,这也说明了锚喷的支护作用。本试验中,+101断面经锚喷处理后完全实现了自稳,+090断面在无支护时出现的少许剥落现象也消失了。当然,锚喷的作用也是有一定限度的,当t 值十分小且洞室跨度大、地表坡陡时,锚杆仅起抑制作用,此时应采取地表加固等措施。

图13　无支护时洞室变形及破坏特征 图14　锚喷后洞室变形及破坏特征

3.3　开挖方式及施工步骤对围岩稳定性的影响

本试验表明不同开挖方法对围岩稳定性均有不同的影响,有利的开挖方式依次为单、双侧导抗法(E 、F 系列),台阶法(C 、D 系列),全断面法(A 、B 系列)。由试验反算得到:双侧导坑法能自稳的最小埋深为t =7.5m ,台阶法为t =17.5m ,全断面法为t =25m 。

3.4　地表锚杆的加固效应

由图13知,无支护条件下山体变形趋势是由坡侧向坡谷滑动,随位移的逐渐增大,形成两条带状变形集中区域,洞顶部围岩受挤压且有向洞内掉落的趋势。而在垂直于地表的方向打入地表锚杆后,就有效地控制了开挖后地表及洞室的绝对位移值。因此,在特浅埋偏压的情况下,在地表打入一定量的锚杆作预加固,是一种行之有效的方法。

3.5　形成地形偏压的判定参数

现行《铁路隧道设计规范(JB T 3-85)》第3.2.2条[2]对偏压隧道形成条件考虑了地形(坡率n )、地质条件(围岩类别)以及外侧的围岩覆盖厚度(t )值三个因素,同时,该条文给出了在一5

06第6期 钟新樵:土质偏压隧道衬砌模型试验分析

定的坡率及围岩类别下形成偏压的上限t值,该t值主要是通过外覆土体的承载力检算决定的。本试验证实除了上述三个影响因素外,洞室大小、形状和施工步骤也是两个不同忽略的影响因素,它们的变化会从土体内部应力场的分布上改变外覆土体的承载力,从而影响t值的大小。

4　结论与建议

(1)土质隧道形成偏压有五个方面的因素,即围岩状况、地表坡率、覆盖厚度、洞室尺寸及形状、施工方法;

(2)土质偏压隧道的局部破坏为整体失稳的前兆,围岩压力在初期表现为坡侧水平向为主的形变压力,后期表现为坍落的松散压力。松散土体的范围与现行《隧规》建议的偏压隧道衬砌设计的荷载计算方法的结果接近;

(3)土质偏压隧道的断面形状以圆顺为佳,支护参数以同类围岩的支护参数为基础降一级选用,但在初期(或临时)支护中应对坡侧一方和坡谷上覆盖层部位予以加强;

(4)建议参照表3按t D之比选择施工方法、支护形式及锚杆布置方式。

表3　建议选择施工方法

t D>21～2<1开挖方式台阶法或全断面法台阶法台阶法或单、双侧导坑法

初期(临时)支护全环锚喷全环锚喷及重点

部位加强布锚

全环锚喷及重点部位加强

布锚(并考虑设钢支撑)

地表布锚 考虑设设

二次支护结构形式结构性封底或仰拱仰拱等厚全封闭性圆顺结构

注:此表以 类围岩,1∶1.5坡率为基准,其它情况可参考此表选择。

参　考　文　献

1　西南交通大学,铁道部第一勘测设计院.土质偏压隧道衬砌量测试验及分析报告之一:模型试验报告,1993.6.

2　铁道部第二勘测设计院.铁路工程设计技术手册:隧道.北京:中国铁道出版社.1995.

An Ana lysis of M odel Tests on Earth Tunnel

Under Un sy mm etr ica l L oad i ng

Z hong X inqiao

(D ep t.of U ndergroundEngineeringandGeo2Engineering,Sou thw estJ iao tongU n iversity,Chengdu610031,Ch ina)

【Abstract】　T ak ing the L ao tougou T unnel,an earth tunnel under un symm etri2

cal loading,as p ro to typ e,the au tho r conducted con trast tests of

m odels excavated w ith differen t m ethods.B y these tests the variat2

ing p attern s of stress2strain relati on on under earth su rface w ere

found ou t.T he resu lts are help fu l to the con structi on of such tun2

nels,and also to the determ inati on of the regu lated“t value”of

doub le2track rail w ay tunnel under un symm etrical loading in“T he

T unnel Sp ecificati on”.

【Keywords】　earth tunnel un symm etrical loading;m odel test;con structi on

606西　南　交　通　大　学　学　报 第31卷

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3.2.4 控制电路设计 (20) 3.3门控电路 (27) 3.3.1 门控及驱动电路 (27) 3.3.2 门控控制电路设计 (30) 3.4稳压电源电路的设计 (34) 第四章电梯模型的结构设计 (37) 4.1总体结构的设计 (37) 4.2曳引系统设计 (39) 4.3门控系统 (40) 第五章结论和展望 (41) 5.1本文工作总结 (41) 5.2展望 (42) 参考文献 (43) 附录硬件原理图 (45) A1呼叫系统电路原理图 (45) A2楼层检测电路原理图 (46) A3信息显示电路原理图 (47) A480C196KC单片机部分 (48) A5轿厢控制系统——主电路及驱动电路原理图 (49) A6门控系统控制电路原理图 (50) 谢辞 (52)

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（5.2） 式中： S —围岩的级别，取S=4； γ—围岩容重，根据基本参数γ=23 KN/m3；ω—宽度影响系数，由式ω=1+i(B-5)=1.76计算； B —隧道宽度，B=2?（5.7+0.5+0.5）=12.4m； i —以B=5.0m的垂直均布压力增减率。因B=12.6m>5m,所以i=0.1。所以围岩竖向荷载： q =0.45?24-1?20?1.74=125.28KN /m 2 2、围岩水平均布压力 5 e =0. 2q （5.3） 式中：Ⅳ类围岩压力的均布水平力e =(0.15~0.3)q ，这里取值0.25 代入数据得： 2 5125. =28K 3N 1. 3m 2 0. 2? / 5.2.3衬砌几何要素 计算图示如下 q 12 3 4 5 6 7 R 7 8 R 图5.1 衬砌结构计算图示 1、衬砌几何尺寸 内轮廓线半径:r 1=5. 70m , r 2=8. 20m ；拱轴线半径：r 1' =5.95m ，r 2' =8.45m ；

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北京交通大学 毕业论文 公路隧道仰拱及洞身衬砌施工 指导教师 学生姓名 专业名称 班级学号 2015年5月

毕业论文承诺书与版权使用授权书 本人所呈交的毕业论文是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果。除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本毕业论文是本人在读期间所完成的学业的组成部分，同意学校将本论文的部分或全部内容编入有关书籍、数据库保存，并向有关学术部门和国家相关教育主管部门呈交复印件、电子文档，允许采用复制、印刷等方式将论文文本提供给读者查阅和借阅。 论文作者签名：_________________ ______年_______月______日 指导教师签名：_________________ _______年_______月______日

目录 一、工程简介 二、公路隧道仰拱及洞身衬砌施工 1、施工组织管理及人员配置 2、施工机械设备 3、施工场地布置 4、施工工艺流程 4.1、隧道仰拱施工 4.2、隧道二次衬砌 5、工程质量管理体系及保证措施 6、安全生产管理体系及保证措施 7、环境保护、水土保持保证体系及保证措施 8、文明施工、文物保护措施 实习总结 参考文献 附录1 附录2

一、工程简介 1、工程概况 本工程位于浙江省温州市乐清市淡溪镇，双角尖隧道为分离式隧道，左洞进口桩号为ZK119+370，位于R=3670m的曲线上，出口桩号为ZK121+810，位于R=1400m 的曲线上，隧道纵坡进口为-0.9%（2390.506米），出口为-2.95%（49.494米），隧道全长2440米（进口明洞17米，出口明洞17米，S-Va196米，S-Vc20米, S-IVa55米, S-IVb650米, S-IVc315米,S-IIIa1170米）。右洞进口桩号为K119+430，位于R=3650m的曲线上，出口桩号为K121+805，位于R=1650m的曲线上，隧道纵坡进口为-0.9%（2320米），出口为-2.95%（55米），隧道全长2375米（进口明洞13米，出口明洞15米，S-Va95米，S-Vc82米, S-IVb605米, S-IVc300米,S-IIIa1265米）。 地质特点：隧道进口段为强风化泥岩，薄-中厚层状，节理裂隙极发育。出口段为强-中化灰岩，中厚层状，节理裂隙极发育，洞身发育中~微风化泥岩、灰岩，局部夹页岩，围岩级别为Ⅴ、IV、III级，灰岩段溶蚀现象发育。地下水位位于洞室以上，施工时洞室内会产生滴水及小股流水，遇裂隙密集段会产生涌水或突水、突泥。双角尖隧道进口段地质主要以强风化泥岩、薄-中厚层状，节理裂隙极发育。出口段为强-中风化灰岩，中厚层状，节理裂隙极发育。 2、自然特征 地形地貌 双角尖隧道穿越丘陵地貌，山体较矮，最大海拔高程493米。 地质条件 双角尖隧道（ZK119+370～ZK121+810、K119+430～K121+805），基岩地层主要由二叠系灰岩与志留系泥岩、泥灰岩构成，基岩地层为向斜构造，双角尖隧道横穿双角尖山向斜的东、西两翼，双角尖隧道出口处的隧道仰坡存在顺层滑动问题，双角尖隧道亦存在可溶岩与非可溶岩接触面，界面的可溶岩部位岩溶和地下径流十分发育，另外双角尖隧道存在含煤地层，可能有瓦斯气体。

隧道设计衬砌计算实例讲解(结构力学方法)

隧道设计衬砌计算范例(结构力学方法) 1.1工程概况 川藏公路二郎山隧道位于四川省雅安天全县与甘孜泸定县交界的二郎山地段, 东距成都约260km , 西至康定约97 km , 这里山势险峻雄伟, 地质条件复杂, 气候环境恶劣, 自然灾害频繁, 原有公路坡陡弯急, 交通事故不断, 使其成为千里川藏线上的第一个咽喉险道, 严重影响了川藏线的运输能力, 制约了川藏少数民族地区的经济发展。 二郎山隧道工程自天全县龙胆溪川藏公路K2734+ 560 (K256+ 560)处回头, 沿龙胆溪两侧缓坡展线进洞, 穿越二郎山北支山脉——干海子山, 于泸定县别托村和平沟左岸出洞, 跨和平沟经别托村展线至K2768+ 600 (K265+ 216) 与原川藏公路相接, 总长8166km , 其中二郎山隧道长4176 m , 别托隧道长104 m ,改建后可缩短运营里程2514 km , 使该路段公路达到三级公路标准, 满足了川藏线二郎山段的全天候行车。 1.2工程地质条件 1.2.1 地形地貌 二郎山段山高坡陡,地形险要,在地貌上位于四川盆地向青藏高原过渡的盆地边缘山区分水岭地带,隶属于龙门山深切割高中地区。隧道中部地势较高。隧址区地形地貌与地层岩性及构造条件密切相关。由于区内地层为软硬相间的层状地层,构造为西倾的单斜构造,故地形呈现东陡西缓的单面山特征。隧道轴线穿越部位,山体浑厚,东西两侧发育的沟谷多受构造裂隙展布方向的控制。主沟龙胆溪、和平沟与支沟构成羽状或树枝状,横断面呈对称状和非对称状的“v ”型沟谷,纵坡顺直比降大,局部受岩性构造影响,形成陡崖跌水。 1.2.2 水文气象 二郎山位于四川盆地亚热带季风湿润气候区与青藏高原大陆性干冷气候区的交接地带。由于山系屏障,二郎山东西两侧气候有显著差异。东坡潮湿多雨,西坡干燥多风,故有“康风雅雨”之称。全年分早季和雨季。夏、秋两季受东进的太平洋季风和南来的印度洋季风的控制,降雨量特别集中；冬春季节,则受青藏高原寒冷气候影响,多风少雨,气候严寒。

模型试验方案

[例7-1] 杭州钱江三桥静力模型试验 钱江三桥是一座特大型城市桥梁，主桥由两座相同布置而又相互独立的六孔一联的独塔预应力混凝土单索面斜拉桥和多跨预应力混凝土连续粱组成。其跨径布置：(72+so+168x2+80+72)x 2：1 280m，单箱五室等高度断面，桥面全宽29．5m。结构的立面和断面如图7-1。 本模型静力试验主要试图解决两个问题：①恒载(结构自重)作用下控制断面正应力分布受剪力滞影响后的变化规律；②纯扭转荷载作用下控制断面(由约束扭转或截面畸变引起)的正应力和剪应力分布情况。 1．模型没计 模型选用有机玻璃板材制作，设计主要考虑： 1)与原形结构基本相似。模型与原型的静应变比值(虎克数)cq=1，这样，在几何缩尺确定之后，其他力学参数须按相似关系确定。

2)几何缩尺的确定原则。①为尽可能缩小模型的制作误差和测量误差，应把模型做得大些；②因有机玻璃模型将放在恒温室内进行测试，故它的尺寸上限受恒温室大小的制约。 3)控制断面问题。斜拉桥塔根附近断面是计算剪力滞变化最大的，其他如斜拉桥跨中、协作跨支座附近等断面的受力特点也需要搞清楚。 最后确定取斜拉桥的半联和连续梁的一跨为原型，几何缩尺定为1／70。 设计模型的基本参数如表7—1所列(表中括弧内为原型值)。 第133页 按上述原则和比例常数等设计的有机玻璃模型全长362cm，宽42．1cm。具体尺寸如 图7-2。 2．加载试验 1)测点布置和测试方式 选斜拉桥塔根附近、跨中和连续梁内支座附近、跨中等4个断面为应力测试断面；还选上述两个跨中断面为位移测试断面。 按剪力滞测试要求，在4个测试断面上各布置18个单向(正应力方向)应变测点；按截面扭转应力测试要求，在(除斜拉桥跨中以外)3个断面上各布置10组(应变花)平面应变测点。 最后综合考虑断面相同、测点位置重复等因素，实际共布置了60组平面应变测点和32个单向应变测点。 在斜拉桥和连续梁两个跨中断面上各布置两个竖向位移测点，以测定模型的竖向变位。在连续梁内、外两个支座上各布置两个力传感器，以测定模型支座的反力。 顺便指出，布置位移和支座测点的目的，只是为了控制模型试验的加载、变位等整体状态，与本模型的主要测试项目投有直接关系。 2)荷载及其施加方式 ①恒载 有机玻璃模型本身的自重略去不计(测量前可利用仪器凋零方法去除)，只考虑原型按缩 比算得的那部分自重荷载。按表列值算得模型的线均布荷载集度Qm=5．1N／cm，全部模拟恒 载为模型全长乘qm，约为1830N。 实际施加模拟自重荷载时，把印刷厂废铅字装入40emx lOcm的布袋，沿模型长度方向布满整个桥面。 ②扭矩

隧道施工工序及步骤

高速公路隧道施工方案及步骤（原）

2、开挖上部土石方，对边坡进行支护，浇注拱部衬砌，施作拱部防水层，砌筑M7.5浆砌片石护拱, 夯填拱部回填碎石土。 3、暗挖下部土石方，跳槽马口施作内边墙衬砌。

4、开挖仰拱，浇注仰拱及仰拱回填。 S1（明洞）开挖施工顺序见下图。 S1 （明洞）开挖］奄工噸序图? 八、隧道洞身开挖： 左线围岩情况：山类围岩长145m，^类围岩长740m ;右线围岩情况：山类围岩长175m，W类围岩长580m。 1、钻爆设计： 根据开挖方法分别采用半断面及全断面两种爆破方式，网路采用非电毫秒雷管爆破网路。对山类围 岩采用半断面台阶方式爆破，W类围岩采用全断面方式爆破，为减轻爆破对围岩的扰动，开挖断面采用多 段位非电雷管进行网路设计。掏槽方式：采用直眼掏槽，眼深小于2m时可用斜眼掏槽。循环进尺控制在山 类围岩1.5?2.0m 类围岩不超过3.0?3.5m。 除非围岩破碎、节理发育等不良地质外，开挖断面周边爆破一律进行光面爆破。洞内均采用非电导 爆管起爆网路，严禁使用火花起爆系统。 2、炮孔布置： 布孔采用一台激光导向仪进行中线和水平控制，配合五寸台阶法”放样，用红油漆将炮孔标出。为了 节省时间，找顶后，画线、布眼两工序在碴堆上进行，边岀碴边画线、布眼，节约了该工序的耗时，缩短了爆破作业时间。

台阶法开挖示意图 采用钻爆作业台架，人工手持风钻钻眼，爆破设计采用低震速控制爆破技术，周边采用光面或预裂爆破。上半断面每个洞口安排6台YT28风钻钻眼，下半断面安排8台YT28风钻钻眼，上下断面放炮时间必须错开。山类围岩上半断面每循环进尺 1.5?2.0m，下半断面进尺取 3.0m左右。

二、隧道洞门及衬砌设计

《地下工程》课程设计报告二设计题目：隧道洞门及衬砌设计 院系：河海学院 专业：地质工程 年级：2011 级班 姓名： 指导教师：翁其能 重庆交通大学河海学院 2014年6月25 日

说明： 本次《地下工程》课程设计任务书，依据重庆交通大学的课程设计有关要求、地质工程专业的课程设计指导办法编制，主要用于河海学院学院地质工程专业《地下工程》课程设计的任务安排，是地质工程专业学生完成课程设计的依据文件之一。进行《地下工程》课程设计的学生应认真阅读、理解本设计任务书，完成本任务书所要求的课程设计任务。 本次《地下工程》课程设计任务书按照有关要求包括以下二个部分。 第一部分：课程设计的目的、内容、任务与工作准备 第二部分：课程设计成果及要求 第一部分课程设计的目的、内容、任务与工作准备一、课程设计的题目及意义 本次课程设计为《地下工程》课程设计。 课程设计的题目为：隧道洞门及衬砌设计。 课程设计的意义：结合学生课堂学习内容，根据地下工程的实际要求，加深对所学知识的认识，提高应用所学知识解决实际问题的能力。 二、课程设计的目的 本次课程设计要通过资料收集、方案选择、结构受力分析、结构设计等过程，达到加深对《地下工程》所学知识认识的目的，并对《地下工程》所学的知识进行总结和应用，学会理论联系实际，解决实际问题的能力。并通过课程设计环节，锻炼实际工作能力。 三、课程设计的内容 本次课程设计包括两个方面内容——隧道洞身的设计和隧道洞门的设计。课程设计内容应具备：隧道横断面设计，隧道衬砌的设计，隧道洞室防排水设计，隧道开挖及防排水方案，洞门的相关设计，相关图纸。 四、课程设计的任务 1.通过资料收集、整理，确定所选项目的设计依据、工程概况等。 2.洞身包括衬砌的计算。

隧道衬砌计算

第五章隧道衬砌结构检算 5.1结构检算一般规定 为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。5.2 隧道结构计算方法 本隧道结构计算采用荷载结构法。其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力，并进行结构截面设计。 5.3 隧道结构计算模型 本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算，计算软件为ANSYS10.0。 取单位长度（1m）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假定： ①衬砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3），梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。 ②围岩的约束采用弹簧单元（COMBIN14），弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上，该单元不能承受弯矩，只有在受压时承受轴力，受拉时失效。计算时通过多次迭代，逐步杀死受拉的COMBIN14单元，只保留受压的COMBIN14单元。

图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程 ③衬砌结构上的荷载通过等效换算，以竖直和水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。 ④衬砌结构自重通过施加加速度来实现，不再单独施加节点力。 ⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。 ⑥衬砌结构单元划分长度小于0.5m。 隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。

5.4 结构检算及配筋 本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段和Ⅳ级围岩段衬砌结构。根据隧道规范深、浅埋判定方法可知，Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段和深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。从得出的结果可知，Ⅴ级围岩深埋段，所受内力均较大，故对此工况进行结构检算。 5.4.1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩 围岩重度318.5/kN m γ=，弹性抗力系数300/k MPa m =，计算摩擦角 045?=o ，泊松比u=0.4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=，截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?，弹性模量29.5Pa E G =。轴心抗压强度：12.5cd a f MP =；弯曲抗压强度：13.5cmd a f MP =；轴心抗拉强度: 1.33cd a f MP =;泊松比u=0.2； (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度：37800/s kg m ρ=； 抗拉抗压强度：188std scd a f f MP ==； 弹性模量： 210s a E GP =； 5.4.2 结构内力图和变形图（Ⅴ级围岩深埋段） 5.4.3 结构安全系数 从上面的轴力图和弯矩图可知，需要对截面8、11、21、47、73进行检算， 而根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 （1）配筋前检算 混凝土和砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算： a KN R bh ?α≤ （式5-1）

实验六 复杂模型机的设计与实现

实验五 复杂模型机的设计与实现 一、实验目的 综合运用所学计算机原理知识，设计并实现较为完整的计算机。 二、实验设备 Dais-CMX16+计算机组成原理教学实验系统一台，实验用导线若干。 三、数据格式及指令系统 1. 数据格式 8 其中第7位为符号位，数值表示范围是：≤＜。2. 指令格式 模型机设计四大类指令共16条，其中包括算术逻辑指令、I/O 指令、访问及转移指令和停机指令。 ⑴ 算术逻辑指令 设计9条算术逻辑指令并用单字节表示，寻址方式采用寄存器直接寻址，其格式如下： 其中，OP-CODE 为操作码，Rs 为源寄存器， Rd 为目的寄存器，并规定： 其中9条算术逻辑指令的名称、功能和具体格式见表5-1。 ⑵ 访问指令及转移指令 模型机设计2条访问指令，即存数（STA ）、取数（LDA ），2条转移指令，即无条件转移（JMP ）、 结果为零或有进 位转移指令（BZC ），指令格式为： 其中“0 0 M ”为源码段，2OP-CODE 为目的码段（LDA 、STA 指令使用）。D 为十六位地址段（低八在前，高八随后），M ⑶ I/O 指令

输入（IN）和输出（OUT ⑷停机指令 指令格式如下： HALT指令，用于实现停机操作。 3.指令系统 本模型机共有16条基本指令，其中算术逻辑指令9条，访问内存指令和程序控制指令4条，输入输出指令2条，其它指令1条。下表列出了各条指令的格式、汇编符号、指令功能。 图5-1复杂模型机微程序流程图 按照系统建议的微指令格式，参照微指令流程图，将每条微指令代码化，译成二进制代码，并将二进制代码表转换成十六进制格式文件。 源编码目的编码

天恒山隧道毕业设计

天恒山隧道毕业设计 摘要 随着科技的不断进步，现代隧道无论是从结构计算，还是从施工方法都较以前有了较大的飞跃。本设计课题为公路隧道，注重的是结构计算，重点研究新奥法施工。 公路隧道近些年在高等级公路中应用广泛。因为其在山岭地区可用做克服地形或高程障碍，改善线形，提高车速，缩短里程，节约燃料，节省时间，减少对植被的破坏，保护生态环境；还可用做克服落石、坍方、雪崩、雪堆等危害。在城市可减少用地，构成立体交叉，解决交叉路口的拥挤阻塞，疏导交通，保护环境，提高社会综合效益。在江河、海峡、港湾地区，可不影响水路通航。 新奥法施工隧道的主要特点是：通过多种量测手段，对开挖后隧道围岩进行动态监测，并以此知道隧道支护结构的设计与施工。其核心目的是为了“保护围岩，调动和发挥围岩的自承能力”。 关键词隧道；新奥法；围岩压力 目录 摘要I Abstract II 第1章绪论 1 1.1 概述 1 隧道及其分类1

隧道的作用及其优点 1 隧道工程及其发展 1 新奥法施工 2 1.2 目的和意义 2 第2章设计要求 4 2.1 技术要求 4 主要技术标准4 材料 5 设计规范 5 2.2 设计基本资料 5 第3章初步设计 6 3.1 围岩分类 6 3.2 隧道平面布置 6 隧道平面布置方案比选 6 隧道平面线形7 隧道纵坡 7 3.3 隧道净空断面 7 第4章结构内力计算9 4.1 荷载确定9 计算垂直均布压力：9 划分浅埋和深埋隧道的分界：9 4.2 衬砌几何要素 11

衬砌几何尺寸11 半拱轴线长度及分段轴长 12 各分块接缝（截面）中心几何要素12 4.3 计算位移13 单位位移 13 主动荷载引起的位移15 单位弹性抗力及相应的摩擦力引起的位移 24 墙底（弹性地基上的刚性梁）位移33 4.4 解力法方程33 4.5 主动荷载及被动荷载（）产生的衬砌内力36 4.6 最大抗力值的求解38 4.7 计算衬砌总内力40 4.8 衬砌截面强度验、检算44 第5章衬砌结构及附属设施45 5.1 衬砌结构方案 45 明洞45 暗洞衬砌结构45 衬砌支护参数46 二次衬砌 48 5.2 洞门48 5.3 隧道防排水49 防水工程 49

模型试验案例

模型试验案例 盾构法与浅埋暗挖法结合建造地铁车站模型试验

第一章地铁车站三维物理模型试验的意义和内容 1.1 目的与意义 采用直径6m的区间盾构隧道拓展建造地铁车站的研究，是解决目前盾构区间施工和车站施工工期矛盾的重要手段。 采用相似材料进行大比尺三维物理模型试验能准确地模拟施工过程的影响，使得更容易从全局上把握车站结构的整体力学特征、变形趋势和稳定性特点。 1.2 试验内容 (1)剩余管片的收敛变形规律 (2)剩余管片内力变化规律 (3)隧道内临时支撑内力变化规律 (4)洞周土压力变化规律 (5)洞周地层变形规律 (6)地表沉降规律 (7)观察地层变形隔离桩方案对保护盾构管片的效果。 图1.1 塔柱式

第二章模型试验总体方案设计 2.1工程布置和洞室组成 两个盾构隧道的中心距离为23m，隧道内径为5.4m，开挖外径为6.0m，这样两洞开挖外边线间距为29m。考虑到边界条件的影响，盾构隧道外侧距离模型边界应满足3倍洞径的要求，即每侧需要 6.0m×3＝18.0m，模型在水平方向应该达到29m+18m×2=65m，因此模型宽度按1：10要求取为6.5m。 在垂直方向上，隧道上部按8.0m埋深考虑（其中顶部2.5m为杂填土），下部地层考虑一倍车站高度，这样需要模拟的高度为：8.0+10.364×2=28.728m，因此模型高度为2.88m。所以模型在车站隧道横断面的尺寸可取为6.5m×2.88m。结合试验台的实际情况，模型最终尺寸确定为6.5m × 1.8m × 2.88m (L×W×H)，见图2.1。 图 2.1 试验模型示意图 2.2相似条件设计 根据与试验条件，确定模型的几何比尺为1 /10。之所以确定这一比尺，主要是考虑到开挖模拟的可操作性，以及相似物理量之间的换算关系的简化。各种相关物理量的设计相似比尺如下： (1)几何比尺：K L＝L p / L m＝10 (2)容重比尺：Kγ＝γp/γm＝1 (3)应力比尺：Kσ＝σp/σm＝K L × Kγ＝10

隧道施工测量方法及步骤

隧道施工测量方法及步骤

一、洞口段施工：1、边仰坡开挖：全站仪测量放样，利用挖掘机自上而下逐段开挖，不得掏底开挖或上下重叠开挖，清除洞口与上方有可能滑塌的表土，灌木及山坡危石等，石质地层仰坡开挖需要爆破时，应以浅眼松动爆破为主。局部也可人工配合修整，开挖时应随时检查边坡和仰坡，如有滑动、开裂等现象，应适当放缓坡度。2、成洞面支护：仰坡刷坡完成后，及时用坡度板检查坡度，待坡度检查合格后，及时打设系统锚杆，并将锚杆头外露，挂设金属扩张网与锚杆头焊接成整体。挂网完成后立即喷射混凝土，并反复喷射，直到达到设计厚度为止。3、截水沟施工：在距仰坡坡口5米处开挖截水沟，截水沟开挖以机械为主，人工配合修整，修整完后，立即砌筑7.5#浆砌片石，并用砂浆抹面。 二、辅助施工：1、长管棚：套拱施工：施工放样，模板安装、钢筋绑扎、导向管放样，127导向管安装，砼浇注。管棚施工：钢管规格：热扎无缝钢管￠108㎜，壁厚6㎜，节长3米，6米；n 管距：环向间距50㎝；n 倾角：仰角1°（实际施工按2°施工），方向与线路中线平行；n 钢管施工误差：径向不大于20㎝；n 隧道纵向同一截面内接头数不大于50%，相邻钢管的接头至少错开1米。A 管棚施工方法：测量人员准确放样，标出洞中心线及拱顶标高，开挖预留核心土作为管棚施工的工作平台，开挖进尺为2.5米，开挖结束后，人工两边对称开挖（品字型）工作平台，台阶宽度1.5米，高度2.0米，作为施工套拱和管棚施钻的平台。管棚应按设计位置施工，应先打有孔钢花管，注浆

后在打无孔钢花管，无孔管可作为检查管，检查注浆质量，钻机立轴方向必须准确控制，以保证孔口的孔向正确，每钻完一孔便顶进一根钢管，钻进中应经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求，及时纠正。钢管接头采用丝扣连接，丝扣长15㎝，为使钢管接头错开，编号为奇数的第一节管采用3米钢管，编号为偶数的第一节管采用6米钢管，以后每节均采用6米长钢管.B 管棚施工机械：n 钻孔机械：配备XY-28-300电动钻机，钻进并顶进长管棚；n 注浆机械：BW-250/50型注浆泵2台；C 注浆参数：n 采用水泥-水玻璃浆液。水泥浆与水玻璃体积比1：0.5；水泥浆水灰比1：1；水玻璃浓度35波美度；水玻璃模数2.4；注浆压力初压0.5~1.0MPA；终压2.0MPA。2、小导管 A 超前小导管采用外径42㎜、壁厚3.5㎜的热扎无缝钢管，钢管前端呈尖锥状，尾部焊上￠6加劲箍，管壁四周钻8㎜压浆孔，但尾部有1米不设压浆孔，超前小导管施工时，钢管与衬砌中心线平行以10°~30°外插角打入拱部围岩，钢管环向间距20~50㎝。每打完一排钢管后，应立即喷浆封闭开挖面,然后注浆.注浆后，架设钢拱架，初期支护完成后，每隔（2~3米，试图纸而定）再另打一排钢管，超前小导管搭接长度一般为1.0米。B 注浆参数：n 水泥浆与水玻璃体积比：1：0.5；n 水泥浆水灰比1：1；n 水玻璃浓度35波美度；水玻璃模数2.4；n 注浆压力0.5~1.0MPA；必要时在孔口设置止浆塞。 3、超前锚杆：外插角必须大于14度，注浆饱满，搭接长度不小于1米。三、预

隧道衬砌计算

隧道衬砌结构检算 5.1结构检算一般规定 为了保证隧道衬砌结构的安全，需对衬砌进行检算。隧道结构应按破损阶段法对构件截面强度进行验算。结构抗裂有要求时，对混凝土应进行抗裂验算。5.2 隧道结构计算方法 本隧道结构计算采用荷载结构法。其基本原理为：隧道开挖后地层的作用主要是对衬砌结构产生荷载，衬砌结构应能安全可靠地承受地层压力等荷载的作用。计算时先按地层分类法或由实用公式确定地层压力，然后按照弹性地基上结构物的计算方法计算衬砌结构的内力，并进行结构截面设计。 5.3 隧道结构计算模型 本隧道衬砌结构验算采用荷载—结构法进行验算，计算软件为ANSYS10.0。 取单位长度（1m）的隧道结构进行分析，建模时进行了如下简化处理或假定： ①衬砌结构简化为二维弹性梁单元（beam3），梁的轴线为二次衬砌厚度中线位置。 ②围岩的约束采用弹簧单元（COMBIN14），弹簧单元以铰接的方式支撑在衬砌梁单元之间的节点上，该单元不能承受弯矩，只有在受压时承受轴力，受拉时失效。计算时通过多次迭代，逐步杀死受拉的COMBIN14单元，只保留受压的COMBIN14单元。

图5-1 受拉弹簧单元的迭代处理过程 ③衬砌结构上的荷载通过等效换算，以竖直和水平集中力的模式直接施加到梁单元节点上。 ④衬砌结构自重通过施加加速度来实现，不再单独施加节点力。 ⑤衬砌结构材料采用理想线弹性材料。 ⑥衬砌结构单元划分长度小于0.5m。 隧道结构计算模型及荷载施加后如图5-2所示。

5.4 结构检算及配筋 本隧道主要验算明洞段、Ⅴ级围岩段和Ⅳ级围岩段衬砌结构。根据隧道规范深、浅埋判定方法可知，Ⅴ级围岩段分为超浅埋段、浅埋段和深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数和修改后的程序，得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图和弯矩图。从得出的结果可知，Ⅴ级围岩深埋段，所受内力均较大，故对此工况进行结构检算。 5.4.1 材料基本参数 (1)Ⅴ级围岩 围岩重度318.5/kN m γ=，弹性抗力系数300/k M P a m =，计算摩擦角 045?= ，泊松比u=0.4。 (2) C25钢筋混凝土 容重325/kN m γ=，截面尺寸 1.00.6b h m m ?=?，弹性模量29.5P a E G =。轴心抗压强度：12.5cd a f M P =；弯曲抗压强度：13.5cm d a f M P =；轴心抗拉强度: 1.33cd a f M P =;泊松比 u=0.2； (3) HPB235钢筋物理力学参数 密度：37800/s kg m ρ=； 抗拉抗压强度：188std scd a f f M P ==； 弹性模量： 210s a E GP =； 5.4.2 结构内力图和变形图（Ⅴ级围岩深埋段） 5.4.3 结构安全系数 从上面的轴力图和弯矩图可知，需要对截面8、11、21、47、73进行检算， 而根据对称性可知只需要对截面8、11、47进行检算。 （1）配筋前检算 混凝土和砌体矩形截面轴心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算： a K N R bh ?α≤ （式5-1）