隧道课程设计
(双线电力牵引铁路曲线隧道曲墙式衬砌设计)
目录
一、课程设计题目及资料··3 二、隧道净空加宽··3
（一）加宽原因··3
（二）加宽值的计算··················4 三、衬砌内轮廓线的确定··················4
四、隧道的初期支护及二次衬砌的支护参数设计········5 （一）初期支护的支护参数················5 （二）二次支护·····················5 （三）预留变形量····················6 五、围岩压力·······················6 六、检算支护强度·····················6 （一）衬砌结构理想化···················6 （二）荷载理想化·····················7
（三）取半结构用弹性链杆法编程计算············7 七、双线曲墙式衬砌的内轮廓图
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一、课程设计题目及资料
计算以下条件的曲线隧道净空加宽值，并画出双线曲墙式衬砌的内轮廓线，标注详细尺寸。设计该隧道的初期支护及二次衬砌的支护参数，并采用弹性链杆法检算支护强度是否满足隧道设计规范的要求。
①双线隧道； ②电力牵引；
③行车速度V=150km/h； ④曲线半径为3530m； ⑤围岩级别为Ⅴ级； ⑥隧道埋深为100m；
⑦隧道围岩天然容重r=20KN/M3； ⑧车辆转向架中心距l=18m； ⑨标准车辆长度，我国为L=26m。 二、隧道净空加宽 （一） 加宽原因
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1·由于车辆通过曲线时转向架中心线沿线路运行，而车辆本身不能随线路弯曲仍保持矩形形状，故其两端向曲线外侧偏移有（ｄ外），中间向曲线内侧偏移有（ｄ内１）。
2·由于曲线外轨超高，车体向曲线内侧倾斜，车辆限界上的控制点在水平方向上也会向内产生一个偏移距离（ｄ内２）。 （二） 加宽值的计算
①车辆中间部分向曲线内侧的偏移ｄ内１为 ｄ内１=l²/8R=4050/R ②车辆两端向曲线外侧的偏移ｄ外为 ｄ外= (L²-l²) /R=4400/R ③外轨超高式车体响曲线内侧倾移ｄ内２为 ｄ内２=HE/150=2.7E 式中 E=0.76V²/R 则加宽值为：
内侧加宽 W1=ｄ内１+ｄ内２ =4050/R+2.7E=14.2(cm) 外侧加宽 W2=ｄ外=4400/R=1.2(cm) 内外侧线路中线间的加宽值W3为 W3=8450/R=2.4(cm)
总加宽 W=W1+W2+W3=17.8(cm)，实取20cm。 三、衬砌内轮廓线的确定
本隧道为双线电气化铁路V级围岩，岩体较差，需要设置仰拱。根据《标准轨距铁路建筑限界》（GB146.2-83）、铁道部（76）铁
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基字893号文、铁道部（79）铁基字1394号文及（84）专设标字第0067号文批准的“局部修改的双线电气化铁路隧道衬砌内轮廓”要求等进行绘制。绘制图见（专隧（01）0034-05）。 四、隧道的初期支护及二次衬砌的支护参数设计
由于该隧道围岩等级为V级，围岩稳定性差。因而先用超前锚杆和小导管注浆来稳定围岩和加强掌子面开挖稳定性，外加喷混凝土、钢筋网、钢架来进行初期支护。用模筑混凝土来进行二次支护。 （一） 初期支护的支护参数 1、 超前锚杆：
①锚杆长度为3.0m，锚杆直径d=20.0mm ②锚杆间距 环向1.2m，纵向1.0m。 2、 小导管注浆
①小导管直径d=45mm，热轧无缝钢管； ②小导管长度为4.0m;
③环向间距1.0m，纵向搭接长度1.5m； ④外插角取10º。 3、 喷混凝土
选用C20，厚度25cm。 4、 钢筋网
选用直径为d=8mm，规格为20×20cm。 5、 钢架
采用WH150型钢，用d=22mm纵向连接筋。刚间距0.8m。
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（二） 二次支护 1、
拱部、边墙
采用C20模筑混凝土来支护，厚度40cm。 2、
仰拱
采用C20模筑混凝土，厚度30cm。 （三） 预留变形量 取预留变形量为10cm 五、围岩压力
根据我国《铁路隧道设计规范》中推荐的计算围岩竖向匀布松动压力的公式： q=rh
h=0.45×（2）s-1.w （（2）s-1为2的s-1次方）
其中w=1+i（B-5），B为坑道宽度，此题中B取90cm，大于50cm，取i=0.1。
计算得 q=20×0.45×16×（1+0.1×4）=201.6Kpa 围岩水平均布压力：根据经验公式ⅴ级围岩取0.5q 即：e=0.5×201.6=100.8Kpa 六、检算支护强度 （一）衬砌结构理想化
隧道衬砌是实体拱式结构，轴力和弯矩是主要内力，可将其离散化为一些同时承受轴力弯矩和剪力的偏心受压等直杆单元所组成的折线组合体。隧道衬砌单元划分如下图：
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隧道衬砌单元划分示意图
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（二）荷载理想化（如下图所示）
（三） 取半结构用弹性链杆法编程计算
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程序计算结果如下: 输入数据：
10,20,2.5e7,100.8,201.6,1.5e5,1.5e5,0.4 0.0000,0.0000,0,1,0,1,0.4 1.1353,0.1405,0,1,1,1,0.4 2.2281,0.5680,0,1,1,1,0.4 3.2051,1.2552,1,1,1,1,0.4 4.0209,2.1418,1,1,1,1,0.4 4.6294,3.2122,1,1,1,1,0.4 4.9714,4.3875,1,1,1,1,0.4 5.6080,5.6080,1,1,1,1,0.4 4.9547,6.2869,1,1,1,1,0.4 4.5500,7.9800,0,1,0,1,0.4 输出结果： 1STEP
NO. X-DISP Y-DISP X-SPRING R-DISP 1 0.423E-03 0.000E+00 0 0.423E-03 2 0.119E-02 -0.627E-02 0 0.638E-02 3 0.251E-02 -0.965E-02 0 0.997E-02 4 0.263E-02 -0.982E-02 1 0.102E-01 5 0.152E-02 -0.874E-02 1 0.887E-02 6 0.394E-04 -0.782E-02 1 0.782E-02
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7 -0.125E-02 -0.736E-02 1 0.747E-02 8 -0.526E-03 -0.766E-02 1 0.767E-02 9 0.317E-02 -0.399E-02 1 0.510E-02 10 0.193E-01 0.000E+00 0 0.193E-01 2STEP
NO. X-DISP Y-DISP X-SPRING R-DISP 1 0.210E-01 0.000E+00 0 0.210E-01 2 0.225E-01 -0.125E-01 0 0.258E-01 3 0.255E-01 -0.201E-01 0 0.325E-01 4 0.260E-01 -0.208E-01 0 0.333E-01 5 0.213E-01 -0.166E-01 0 0.270E-01 6 0.122E-01 -0.113E-01 0 0.166E-01 7 0.322E-02 -0.868E-02 1 0.926E-02 8 0.158E-02 -0.774E-02 1 0.790E-02 9 0.546E-02 -0.396E-02 0 0.675E-02 10 0.216E-01 0.000E+00 0 0.216E-01 3STEP
NO. X-DISP Y-DISP X-SPRING R-DISP 1 0.117E+04 0.000E+00 0 0.117E+04 2 0.117E+04 0.184E-01 0 0.117E+04 3 0.117E+04 0.271E-01 0 0.117E+04 4 0.117E+04 0.198E-01 0 0.117E+04
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5 0.117E+04 -0.323E-02 0 0.117E+04 6 0.117E+04 -0.339E-01 0 0.117E+04 7 0.117E+04 -0.580E-01 0 0.117E+04 8 0.117E+04 -0.115E+00 0 0.117E+04 9 0.117E+04 -0.459E-01 0 0.117E+04 10 0.117E+04 0.000E+00 0 0.117E+04
NO NI QI MI NJ MJ
1 -1433.037 -838.033 72.943 1433.037 -1018.541
2 -1198.026 -579.563 969.711 1198.026 -1690.169
3 -2418.584 -410.757 1900.766 2418.584 -2334.758
4 -962.757 -87.860 2368.592 962.757 -2460.995
5 -2715.951 295.147 2563.476 2715.951 -2227.469
6 -1634.849 516.970 2338.375 1634.849 -1678.039
7 -2134.576 -276.357 1706.915 2134.576 -2005.526
QJ 838.033 579.563 410.757 87.860 -295.147 -516.970 276.357 11
8 -1449.914 1350.673 2042.005 1449.914 -1350.673 -772.126
9 -1740.859 430.504 796.364 1740.859 -430.504 -25.744
（四）衬砌设计检算
破损阶段法及容许应力法设计 ⒈ 抗压检算
混凝土及砌体矩形截面中心及偏心受压构件的抗压强度应按下式计算：ＫＮ≤ φαＲｂｄ
式中 Ｒ＝ 为混凝土的抗压极限强度； Ｋ＝ 为安全系数；
Ｎ＝ 为截面的实际轴向力； ｂ＝ 为结构的纵向计算宽度； ｄ＝ 为截面厚度；
φ ＝１ 为构件的纵向弯曲系数
⒉ 抗裂检算
从抗裂要求出发，混凝土矩形截面偏心受压构 件抗拉强度按下式计算：
ＫＮ（６ｅ－ｄ）≤１.75φαＲｂｄ^2
式中：R= 为混凝土的抗拉极限强度 e= 为截面偏心矩
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截面1：
e=(72.943-1018.541)/1433.037=-0.660<0.2d=0.08m 抗压强度检算： ɑ=1-1.5e/d=3.475
K=ɑＲbd/N=3.475×14000×0.4/1433.037=13.580>2.4(满足) 截面3：
e=（1900.766-1690.169)/2418.584=-0.179<0.2d=0.08m 抗压强度检算： ɑ=1-1.5e/d=1.671
K=ɑＲbd/N=1.671×14000×1×0.4/2418.584=3.870>2.4 （满足） 截面7：
e=（1706.915-2005.526）/2134.576=-0.140<0.2d=0.08m 抗压强度检算： ɑ=1-1.5e/d=1.525
K=ɑＲbd/N=1.525×14000×1×0.4/2134.576=4.001>2.4 (满足)
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