衬砌计算
9．2．1 深埋隧道中的整体式衬砌通常用于自成拱能力差的Ⅵ级围岩，浅埋隧道中的衬砌及明洞衬砌上方的覆盖层通常不能形成卸载拱，故均应按荷载结构模型设计。程序软件方面，国内自行研制的专用软件有“GeoFBA”、“2D-σ”、“3D-σ”等。
复合式衬砌的二次衬砌理论上应按地层结构法计算，然而由于以往有对其采用荷载结构法计算的经验，因而本条提出也可采用荷载结构法计算。
9．2．2 模型试验及理论分析表明，隧道衬砌承载后的变形受到围岩的约束，从而改善了衬砌的工作状态，提高了衬砌的承载能力，故在计算衬砌时，应考虑围岩对衬砌变形的约束作用。
采用荷载结构模型设计时，规定通过设置弹性抗力考虑围岩对衬砌变形的约束作用。
弹性抗力、粘结力均属围岩对衬砌的约束力。鉴于迄今对粘结力作用的研究不多，故通常仅按弹性抗力计算，而将粘结力对衬砌结构的有利作用视为安全储备。
为简化计算，弹性抗力的摩擦力对衬砌内力的影响也不考虑，即也视为衬砌结构的安全储备。
9．2．3 基底围岩过于松软时，有先做仰拱稳定坑道底部，然后再建边墙的施工方法，这时应考虑仰拱对隧道衬砌结构内力的影响。如果仰拱在边墙之后修建，一般不需计算仰拱的作用。但若遇到在隧道竣工后，围岩压力增长仍较显著的地层，则亦需考虑仰拱对结构内力的影响。
模筑衬砌考虑仰拱对结构内力的影响时，仰拱按弹性地基上的曲梁计-箅。
9．2．4 表9．2．4—l和表9．2．4-2所列数值主要参照《铁路隧道没计规范》(TBJ 10003)，这些安全系数是以我国41条已建及新建的近400座铁路隧道的调查及实践经验为基础提出的，且结构基本上是安全的。因此，可以认为，在结构计算理论和材料指标没有较大变动的情况下，这些安全系数值基本上是合适的。特别是根据地下建筑的特点(如衬砌施工条件差、质量不易保证、作用变异大、结构计算简图与实际受力状态有出入等)，结构强度安全系数的取值应较地面结构略有提高，以保证隧道建筑物在正常设计施工条件下具有必要的安全储备。
检算施工阶段强度时，因隧道衬砌和明洞结构处于施工阶段的时间比使用阶段短得多，围岩压力等荷载一般不会立即达到使用阶段的最大值，且在检算施工阶段强度的计算假定中，受力较好的空间结构常被简化为内力较大的平面结构，一些对衬砌受力有利的因素，如工作缝的粘结强度、围岩的阻抗及衬砌与围岩的粘结作用等常忽略或取很小的数值，故本规范规定对施工阶段安全系数可按使用阶段的值乘以折减系数0．9后采用。
9．2．5 由于岩土体介质的性质通常具有明显的不确定特征，岩土工程问题分析中经验常起主导作用，因而本规范规定I～Ⅴ级围岩中复合式衬砌的初期支护主要按工程类比法设计，即参照已往工程实例确定支护参数。
经验表明，I-Ⅲ级围岩具有较强的自支承能力，对其施作薄层喷射混凝土和少量锚杆后即可保持稳定，因而不必计算；IV、Ⅴ级围岩则在根据经验选定支护参数后仍需进行检验计算。
对Ⅳ、Ⅴ级围岩中的初期支护，采用连续介质力学的有限元方法，按地层结构设计模型
计算内力和变形的理论与方法已较成熟，且这类方法可较好模拟开挖施工步骤的影响，因而本规范规定采用这类方法计算。国内自行研制的程序软件参见9．2．1的条文说明。同济大学对宜兴抽水蓄能电站的岩屑砂岩进行的试验表明，经锚杆支护加固后围岩结构面的内聚力c值可提高l0倍以上。鉴于目前进行的试验尚少，以及岩体的参数值低于岩样，计算时可令内摩擦角φ值保持不变，并参照已往经验将c值提高20％-30％，体现锚杆支护的作用。确定具体比例时，对Ⅳ级围岩取较小的值，Ⅴ级围岩取较大的值。采用地层结构法计算时，可通过对释放荷载设置释放系数控制初期支护的受力，以使初期支护和二次衬砌能按较为合理的分担比例共同承受释放荷载的作用。具体分担比例可参考表9-1选定。
9．2．6 复合式衬砌的二次衬砌用于；I—Ⅲ级围岩时，由于初期支护作为永久结构巳可使围岩保持稳定，因而二次衬砌可按构造要求选定厚度，不必进行验算。对于Ⅳ、Ⅴ级围岩，二次衬砌应按承载结构进行力学分析，计算原理和方法与同类围岩中的初期支护相同。然而，由于已往有对其采用荷载结构法计算的经验，因而对其也可采用荷载结构法计算。
9．2．7 由于岩层性质具有明显的随机性特征，工程设计中按地质资料选用或按规范查取的围岩地层特性参数值仍与工程实际有差异，因而本规范规定在隧道开挖后，应根据在施工现场进行的监控量测对其作修正。
9．2．8 表9．2．8参照国标《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB 50086)拟定。该表主要依据国内一些地下工程的测试实例制定，具有—定的实用性。但因受实际工程的时间和数量的限制，特别是岩层性质具有多变性和复杂性，表内所列数据不可能很准确，因此需要在施工实测中根据资料进行适当修正和补充。
9．2．9 鉴于本规范规定对隧道衬砌须按满足正常使用要求计算，因而列入本条规定。其余参见9．1．1条的说明。
9．2．10 对隧道衬砌和明洞混凝土偏心受压构件偏心距的要求规定的用词为“不宜”，其理由是：
1 当检算衬砌截面强度时，应同时满足安全系数和偏心距的要求。但在一般情况下，安全系数易于满足，偏心距则往往超出限值，这时如拱轴线不易调整，为了满足偏心要求，
必须加厚衬砌截面，而这常是不合理的。
2 隧道衬砌刚度大，且衬砌背后一般均密实回填，衬砌结构通常不会因偏心大而失去稳定。
3 已往计算衬砌时，实际算得的偏心距略超出容许偏心距亦未出问题，这主要是衬砌使用阶段与破坏阶段有距离，故在衬砌使用阶段不容许出现裂缝的前提下，对偏心距设有必要作过严的限制。
目前国内地下建筑设计混凝土衬砌时，很多部门和单位均不计偏心。本规范对衬砌截面的偏心距仍作出规定，目的是使衬砌结构形式选择合理，以充分发挥混凝土的抗压能力。因为当偏心距超过一定数值后，衬砌截面系抗拉强度控制，而混凝土的抗拉强度远远低于其抗压强度，随着偏心距的增加，衬砌截面的承载能力将显著降低，故除满足强度要求外，对偏心距也应适当加以控制。当衬砌截面强度符合要求，而偏心距超出规定较多时，宜适当调整拱轴，使衬砌结构形式趋于合理。如拱轴不能调整，则可放宽偏心要求，而不宜加厚衬砌截面。
9．2．11 构件偏心受压时，由于合力作用点偏离截面核心，承压面积减少，部分截面还可能受拉等原因，承载能力将比轴心受压有所减小。偏心影响系数α的意义是混凝土构件偏心受压时的极限承载能力与同强度同截面尺寸混凝土构件轴心受压时的极限
承载能力的比值，用于体现由于偏心受压使构件极限承载能力比轴心受压降低的程度。由于实际情况复杂，影响因素较多，α与相对偏心距e。/h的关系实际上是一个随机过程，用简化
假定和理论计算难以全面概括和反映，较好的办法是通过大量试验找出其统计特征。本规范采用的表9．2．11—2的数值和α的计算公式是各种强度等级的混凝土、6种偏心距、300多根偏压和轴心受压试件的试验结果的统计特征。表9．2．11-1中所列纵向弯曲系数F值系参照《钢筋混凝土结构设计规范》拟定。
9．2．12 为与《钢筋混凝土结构设计规范》取得一致，式(9．2．12)中的系数采用1．75。为计算方便，本条对混凝土矩形截面偏心受压构件按本规范给出的混凝土抗压、抗拉极限强度(R a、R1)，安全系数及偏心影响系数值，导出抗压强度控制与抗拉强度控制的分界偏心e0取0．2h，此控制分界偏心的意义不是受拉区或受压区先破坏的实际分界偏心，而是判别抗拉或抗压控制的分界偏心。它不是依据试验得到，而是通过计算求得的，它的数值随N压—e0/h及N拉—e0/h曲线不同而不同，也随拉、压安全系数的比值R a／R1不同而变化。在此控制分界偏心处，抗拉和抗压承载力相等；在此分界偏心的两侧分别为抗压控制承载能力或抗拉控制承载能力，见图9—1。
9．2．13 混凝土间歇灌筑或边墙用砌体、拱圈用混凝土的拱脚截面的特性与砌体构件截面相似，可按砌体截面考虑，仅需检算其抗压强度。理由是：对砌体构件，如果也像混凝土构件那样，按9．2．12条的规定进行抗裂检算，则其承载能力很低，将很不经济。事实上砌体灰缝开裂并不影响结构的使用，如果砌筑质量不好，灰缝处早已存在裂缝，故本规范规定，砌体偏压构件只检算抗压强度，并按9．2．10条控制偏心距
(eo≤O．3h)，使裂缝开展不致过大。
9．2．14 本规范附录K中，K．0．1～K．0．10条所列的公式为按破损阶段设计时配筋量的计算公式，K．0．11、K．0．12条为按控制裂缝开展宽度设计时配筋量的计算公式。
9．2．15 本条与《铁路隧道设计规范》(TB l0003)10．3．2条相同。
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Kn pp＝ 拉 额 8 .72 .1110008.9－ ＝：其中浮力系数下深每米重量＝浮力系数钢拉ppmρ??? 36.20383
.0791.7＝＝ 抗挤系数＝抗拉 额 mpa pp p抗挤力＝〔（）〕50＝ p抗挤力＝〔ρ固井时的泥浆密度－（1-掏空系数）ρ下次泥浆密度〕 32588.0823.18＝＝抗内压系数＝抗内压额内 mpa
mpa pp 井底最大内压力＝50＝ p内压力＝（ρ下次最大泥浆－ρ地层水）套管下深23.31000 8.9202053.5985.09.3233＝抗拉系数＝? ??Kn ()[]38.12020 2.165.012.100981.0305.21＝抗挤系数＝
??--?mpa 67.12020 2.100981.0645 .139＝抗内压系数＝?? 油套φn80 38.41000 8.9175076.2985.08.1903＝抗拉系数＝???Kn
()[]21.23600 2.165.012.100981.0881.60＝抗挤系数＝ ??--?mpa50.13600 2.100981.036 3.63＝抗内压系数＝?? 〔s抗挤〕＝～ 〔s抗内压〕＝～ 〔s抗拉〕＝～ 说明： ①本井在计算最大内压力时忽略了地层水产生液柱压力；②泥浆密度均采用1.2g/cm；
第3章区间隧道衬砌结构设计 3.1地下铁道线路上部建筑 钢轨、联接零件、道床、轨枕、防爬设备及道岔共同组成地下铁道线路上部建筑。地铁的特点有运量较大、快速迅捷、安全、准时、不污染环境，同时地铁可以修建在建筑物较多而且不便于发展地面交通的地方。 3.1.1 钢轨 选定钢轨类型的主要因素是年通过量、速度、选定的轴负载、延长检修周期、检修工作量和振动噪声。 （1）钢轨类型 综合国内外地铁钢轨类型和南昌轨道交通的实际情况，宜选用60kg/m的钢轨。 （2）钢轨铺设 中山西路站至子固路站区间为直线段，在地下铁道内由于阳光不受影响，温度变化相对较小，铺设无缝线路。对于无缝线路，采用换铺法进行施工，对于长轨条的焊接，采用基地焊接与工地焊接相结合的施工方式。基地焊选用接触焊，工地焊可以选用铝热焊或移动式气压焊。 3.1.2扣件 地下铁道的钢轨扣件有刚性扣件及弹性扣件两种，考虑到中子区间地段线路采用整体式道床，因此扣件采用全弹性分开式扣件。因为全弹性分开式扣件在垂直和横向均具有良好地弹性，相比而言更加适合整体式道床。 3.1.3道床 一般情况下有碎石道床和整体道床两种道床。整体道床的类型较多，随着轨枕方式的不同，有短轨枕式整体道床、长枕式整体道床、纵向浮置板式整体道床等。结合南昌铁路交通的实际情况，利用短轨枕整体道床设计区间，道床稳定、耐久性强、结构简单、造价低、施工简单。钢筋混凝土短轨枕的预制混凝土采用C50，嵌入在混凝土道床，采用C30混凝土道床，布设中心沟，在单层钢筋网的内，钢筋网作为一个杂散电流排水加固。 3.1.4道岔 道岔有单开道岔和双开道岔等形式。中山西路站至子固路站区间采用9号单开道岔。
套管安全系数计算如下表： 抗拉安全系数＝68.6710008.95011.8185.02286=? ??KN KN P P ＝ 拉 额 8 .72 .1110008.9－ ＝： 其中浮力系数下深每米重量＝浮力系数钢 拉P P m ρ??? 36.20383 .0791.7＝＝ 抗挤系数＝抗拉 额 MPa P P P 抗挤力＝0.00981×〔1.2-（1-0.65）×1.2〕×50＝0.383 P 抗挤力＝0.00981×〔×ρ固井时的泥浆密度－（1-掏空系数0.65）×ρ下次泥浆密度〕 32588.0823.18＝＝抗内压系数＝抗内压额内 MPa MPa P P 井底最大内压力＝0.00981×1.20×50＝0.588MPa P 内压力＝0.00981×（ρ下次最大泥浆－ρ地层水）×套管下深 23.31000 8.9202053.5985.09.3233＝抗拉系数＝? ??KN ()[]38.12020 2.165.012.100981.0305.21＝抗挤系数＝ ??--?MPa 67.12020 2.100981.0645 .139＝抗内压系数＝?? 油套φ139.7 N80×9.17
38.41000 8.9175076.2985.08.1903＝抗拉系数＝? ??KN ()[]21.23600 2.165.012.100981.0881.60＝抗挤系数＝ ??--?MPa 50.13600 2.100981.0363 .63＝抗内压系数＝?? 〔S 抗挤〕＝1.0～1.125 〔S 抗内压〕＝1.05～1.15 〔S 抗拉〕＝1.60～2.00 说明： ①本井在计算最大内压力时忽略了地层水产生液柱压力； ②泥浆密度均采用1.2g/cm ； ③各额定压力查钻井手册表3-8（第160～180页）。
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。
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）
标题:结构力学求解器 内力计算 杆端内力值( 乘子= 1) ----------------------------------------------------------------------------------------------- 杆端1 杆端2 ---------------------------------------- ------------------------------------------ 单元码轴力剪力弯矩轴力剪力弯矩 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 1 -1032.97924 -693.306249 378.382553 -1032.97924 307.52648 2 -26.7091646 2 -1023.39674 -471.727302 -26.7091646 -1023.39674 525.661659 29.7302473 3 -1004.23207 -469.397538 29.7302473 -1004.23207 526.624262 89.5328590 4 -988.90257 5 -551.905487 89.5328590 -988.902575 449.426344 -18.1300044 5 -1000.69437 -565.896587 -18.1300044 -1000.69437 431.036862 -159.189022 6 -1013.9173 7 -399.089265 -159.189022 -1013.91737 599.86961 8 51.2475614 7 -1074.83393 -224.996864 51.2475614 -1074.83393 716.917676 537.385053 8 -1268.39253 -175.450301 537.385053 -1268.39253 -36.4010094 315.997899 9 -1235.10744 -162.840644 315.997899 -1235.10744 -24.3143844 121.154323 10 -1151.96132 -368.679449 121.154323 -1151.96132 229.604836 -24.2601391 11 -1124.92938 -256.221479 -24.2601391 -1124.92938 341.172858 64.4317042 12 -1095.23101 -307.347407 64.4317042 -1095.23101 289.841370 46.1611543 13 -1070.69410 -244.985973 46.1611543 -1070.69410 356.130483 162.922416 14 -1058.82235 -313.310131 162.922416 -1058.82235 283.933469 132.260019 15 -1024.49282 -342.606797 132.260019 -1024.49282 254.914215 40.6548442 16 -984.013372 -360.249386 40.6548442 -984.013372 238.274275 -86.9316473 17 -966.133938 -268.993685 -86.9316473 -966.133938 328.866329 -24.3740449 18 -1041.11845 8.87388684 -24.3740449 -1041.11845 147.400147 138.319908 19 -1081.00459 97.9440682 138.319908 -1081.00459 236.328067 485.966947 20 -1084.36780 -337.273751 485.966947 -1084.36780 228.459609 378.382553 ----------------------------------------------------------------------------------------------- （八）衬砌结构的配筋计算 根据结构计算的轴力、弯矩、剪力进行配筋计算与裂缝宽度的校核。详细规定请参看JTG D70－2004附录K，以及相应的钢筋混凝土设计规范。
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）
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就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,以竖直与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级围岩段与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、浅埋段与深埋段。Ⅳ级围岩段为深埋段。根据所给的材料基本参数与修改后的程序,得出各工况下的结构变形图、轴力图、建立图与弯矩图。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 结构内力图与变形图(Ⅴ级围岩深埋段) 5、4、3 结构安全系数 从上面的轴力图与弯矩图可知,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 混凝土与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)
曲墙式衬砌结构计算步骤 1. 确定断面形状；截面厚度； 2. 确定弹性抗力区的范围及分布规律： 1） 按照拱顶圆弧圆心确定b ?位置； 2） 按照ab 3 2 确定最大抗力h σ位置，以该点的法线与隧道断面的平分线的交点为基准点o ，连接ob ，此时ob 与隧道平分线的夹角作为抗力计算的实际b ?，h i b ???≤≤。 3. 计算主动荷载作用下的内力： 1） 由主动荷载的分布在去掉多余约束后，单独考虑主动荷载引起 的结构内力，画出内力图o ip ip N M 、0。计算模型为“悬臂曲梁”； 2） 计算墙底在单位力矩作用下的转角位移a kI 11= β 3） 按照内力图，可以知道墙底弯矩o ap M ，计算由此产生的墙底转角o ap β=1βo ap M 。轴力o ip N 引起竖向位移，由于结构对称，不影响结构内力计算（不考虑）； 4） 计算拱顶单位未知力引起的结构内力1M 、2M ，画出弯矩图； 5） 计算位移系数ik δ和自由项ip ?，其中 ds EI M M ? =1111δ≈∑?I E s 1 （1） ds EI M M ?==212112δδ≈∑?I y E s （2） ds EI M M ?=2222δ≈∑?I y E s 2 （3）
ds EI M M o ip p ? =?11≈∑?I M E s o ip （4） ds EI M M o ip p ? =?22≈∑?I yM E s o ip （5） 6） 按照基本方程的泛函形式 )()(0 )()(0 21222212110111221111=+?++++=+?++++ap p p p ap p p p f f X f X f X X ββδβδββδβδ （6） 计算出基本未知力p X 1、p X 2； 7） 主动荷载作用下内力计算 o ip i p ip o ip i p p ip N X N M y X X M +=++=φcos 221 （7） 4. 计算弹性抗力引起的结构内力 1） 计算最大弹性抗力公式 σ δδσh hp h k k -= 1 弹性抗力的大小与hp δ、σδh 有关，计算hp δ、σ δh 需要知道主动荷载作用下的ip M 、单位最大抗力作用下的σi M 和单位力单独作用下的ih M 。 2）σi M 的计算 如同ip M 的计算过程一样，需要计算单位最大抗力单独作用下的弯矩σ i o M ，墙底位移，自由项ds EI M M o i ?=?σ σ 11、 ds EI M M o i ?=?σσ 22，位移系数项与上述相同，未知力的计算公式
第四节 许用应力·安全系数·强度条件. 强度计算。三角函数 由脆性材料制成的构件，在拉力作用下，当变形很小时就会突然断裂，脆性材料断裂时的应力即强度极限σb ；塑性材料制成的构件，在拉断之前已出现塑性变形，在不考虑塑性变形力学设计方法的情况下，考虑到构件不能保持原有的形状和尺寸，故认为它已不能正常工作，塑性材料到达屈服时的应力即屈服极限σs 。脆性材料的强度极限σb 、塑性材料屈服极限σs 称为构件失效的极限应力。为保证构件具有足够的强度，构件在外力作用下的最大工作应力必须小于材料的极限应力。在强度计算中，把材料的极限应力除以一个大于1的系数n （称为安全系数），作为构件工作时所允许的最大应力，称为材料的许用应力，以[σ]表示。对于脆性材料，许用应力 （5-8） 对于塑性材料，许用应力 （5-9） 其中、分别为脆性材料、塑性材料对应的安全系数。 安全系数的确定除了要考虑载荷变化，构件加工精度不同，计算差异，工作环境的变化等因素外，还要考虑材料的性能差异（塑性材料或脆性材料）及材质的均匀性，以及构件在设备中的重要性，损坏后造成后果的严重程度。 安全系数的选取，必须体现既安全又经济的设计思想，通常由国家有关部门制订，公布在有关的规范中供设计时参考，一般在静载下，对塑性材料可取；脆性材料均匀性差，且断裂突然发生，有更大的危险性，所以取，甚至取到5~9。 为了保证构件在外力作用下安全可靠地工作，必须使构件的最大工作应力小于材料的许用应力，即 （5-10） 上式就是杆件受轴向拉伸或压缩时的强度条件。根据这一强度条件，可以进行杆件如下三方 面的计算。 1．强度校核 已知杆件的尺寸、所受载荷和材料的许用应力，直接应用（5-10）式，验算杆件是否满足强度条件。 2．截面设计 已知杆件所受载荷和材料的许用应力，将公式（5-10）改成 ， 由强度条件确定杆件所需的横截面面积。 3．许用载荷的确定 已知杆件的横截面尺寸和材料的许用应力，由强度条件 确定杆件所能承受的最大轴力，最后通过静力学平衡方程算出杆件所能承担的 最大许可载荷。 例5-4 一结构包括钢杆1和铜杆2，如图5-21a 所示，A 、B 、C 处为铰链连接。在 b b n σσ= ][s s n σσ= ][b n s n 0.2~5.1=s n 0.5~0.2=b n ][max max σσ≤= A N ][σN A ≥ ][max σA N ≤
3拱形曲墙式衬砌结构计算 3.1基本资料： 公路等级山岭重丘高速公路 围岩级别Ⅴ级 围岩容重γ =20KN/m3 S 弹性抗力系数 K=0.18×106 KN/m 变形模量 E=1.5GPa 衬砌材料 C25喷射混凝土 =22 KN/m3 材料容重γ h =25GPa 变形模量 E h 二衬厚度 d=0.45m
图2 衬砌结构断面（单位：cm） 3.2荷载确定： 3.2.1围岩竖向压力 根据《公路隧道设计规范》的有关计算公式及已知的围岩参数，代入公式 q=0.45 × 2S-1 ×γ×ω 其中： S——围岩的级别，取S=5； γ——围岩容重，取γ=20 KN/m3； ω——宽度影响系数，由式ω=1+i (B-5)计算， 其中，B为隧道宽度，B=11.93+2×0.45+2×0.10=13.03m，式中0.10为一侧平均超挖量;B>5时，取i =0.1，ω=1+0.1*(13.03-5)=1.803 所以围岩竖向荷载（考虑一衬后围岩释放变形取折减系数0.4）
q=0.45×16×20×1.803*0.4＝259.632*0.43k /m N =103.853k /m N 3.2.2计算衬砌自重 g=1/2*(d 0+d n ) *γh =1/2×(0.45+0.45) ×22=9.9 3k /m N 根据我国复合式衬砌围岩压力现场量测数据和模型实验，并参考国内外有关资料，建议Ⅴ级围岩衬砌承受80%-60%的围岩压力，为安全储备这里取：72.70 3k /m N 1）全部垂直荷载 q= 72.70+g=82.603k /m N 2）围岩水平均布压力 e=0.4×q=0.4×82.60=33.043k /m N 3.3衬砌几何要素 3.3.1衬砌几何尺寸 内轮廓线半径： r 1 =7.000 m , r 2 = 5.900 m 内径r 1，r 2所画圆曲线的终点截面与竖直轴的夹角： α1=70.3432°， α2 =108.7493° 拱顶截面厚度d 0 =0.45 m ,拱底截面厚度d n =0.45m 。 3.3.1半拱轴线长度S 及分段轴长△S S =12.363 m 将半拱轴长度等分为8段，则 △S=S/8=12.363/8=1.545 m △S/E h =1.545/0.25×108 =6.18×10-8 m 3.3.3各分块截面中心几何要素 各分块截面与竖直轴的夹角及截面中心点的坐标可以由图3直接量得，具体数值见表2-1。
XXXXXXXXXX引水隧道项目衬砌台车计算书 编制： 校核： 审核： 2017年10月
xxxxx项目衬砌台车计算书 1、《xxxxx施工图设计》 2、《衬砌台车结构设计图》 3、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003) 4、《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002) 2. 概况 xxxxx隧道衬砌模板系统及台车布置图如下图。隧道二衬模板由一顶模、两侧模组成，模板均由6mm钢板按照二衬外轮廓线卷制而成。顶模模板拱架环向主肋采用I10工字钢,加工成R=1447mm，L=3650mm的圆弧拱形，拱架环向肋板间距1m，拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢，间距30cm；侧模模板拱架环向肋板采用1524mm长的I14工字钢，侧模环向肋板在隧洞腰线以上部分加工成加工成R=1447mm，L=527mm的圆弧拱形，腰线以下加工成R=3327mm，L=997mm的圆弧拱形，拱架环向肋板间距1m，拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢，间距30cm。 衬砌台车由顶拱支撑、台车门架结构、走行系统、顶升系统及侧模支撑系统组成，纵向共9m长。顶拱支撑采用H200×200×立柱，纵向焊接通长的∠45*45*6的角钢组成钢桁架，焊接于台车门市框架主横梁上，支撑顶模。衬砌台车门式框架立柱采用H200×200×型钢、横梁、纵梁均采用I20a工字钢焊接组成，其节点处焊接1cm厚的三角连接钢板缀片进行加固。本衬砌台车与顶拱支撑焊接为一个整体。进行顶模的安装及拆除时，在轨道两侧支垫20*20*60cm的枕木，枕木上安放千斤顶进行台车和顶拱支撑系统的整体升降。侧模支撑系统的螺旋丝杆，每断面设置4个。下部螺旋丝杆水平支承于台车的I20a纵梁上，上部螺旋丝杆水平支撑于台车的I20a立柱上。三角板与构件之间焊接为满焊,焊脚高度10mm；焊缝不允许出现咬边、未焊透、裂纹等缺陷。模板系统及台车构件均采用Q235普通型刚。
隧道衬砌台车结构计算 书 The manuscript was revised on the evening of 2021
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xxxxx项目衬砌台车计算书 1、《xxxxx施工图设计》 2、《衬砌台车结构设计图》 3、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003) 4、《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2002) 2. 概况 xxxxx隧道衬砌模板系统及台车布置图如下图。隧道二衬模板由一顶模、两侧模组成，模板均由6mm钢板按照二衬外轮廓线卷制而成。顶模模板拱架环向主肋采用I10工字钢,加工成R=1447mm，L=3650mm的圆弧拱形，拱架环向肋板间距1m，拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢，间距30cm；侧模模板拱架环向肋板采用1524mm长的I14工字钢，侧模环向肋板在隧洞腰线以上部分加工成加工成R=1447mm，L=527mm的圆弧拱形，腰线以下加工成R=3327mm，L=997mm的圆弧拱形，拱架环向肋板间距1m，拱架纵肋采用∠45*45*6的角钢，间距30cm。 衬砌台车由顶拱支撑、台车门架结构、走行系统、顶升系统及侧模支撑系统组成，纵向共9m长。顶拱支撑采用H200×200×立柱，纵向焊接通长的∠45*45*6的角钢组成钢桁架，焊接于台车门市框架主横梁上，支撑顶模。衬砌台车门式框架立柱采用H200×200×型钢、横梁、纵梁均采用I20a工字钢焊接组成，其节点处焊接1cm厚的三角连接钢板缀片进行加固。本衬砌台车与顶拱支撑焊接为一个整体。进行顶模的安装及拆除时，在轨道两侧支垫20*20*60cm的枕木，枕木上安放千斤顶进行台车和顶拱支撑系统的整体升
重庆交通大学教案 第6章隧道结构计算 6.1 概述 6.1.1 引言 隧道结构工程特性、设计原则和方法与地面结构完全不同，隧道结构是由周边围岩和支护结构两者组成共同的并相互作用的结构体系。各种围岩都是具有不同程度自稳能力的介质，即周边围岩在很大程度上是隧道结构承载的主体，其承载能力必须加以充分利用。隧道衬砌的设计计算必须结合围岩自承能力进行，隧道衬砌除必须保证有足够的净空外，还要求有足够的强度，以保证在使用寿限内结构物有可靠的安全度。显然，对不同型式的衬砌结构物应该用不同的方法进行强度计算。 隧道建筑虽然是一门古老的建筑结构，但其结构计算理论的形成却较晚。从现有资料看，最初的计算理论形成于十九世纪。其后随着建筑材料、施工技术、量测技术的发展，促进了计算理论的逐步前进。最初的隧道衬砌使用砖石材料，其结构型式通常为拱形。由于砖石以及砂浆材料的抗拉强度远低于抗压强度，采用的截面厚度常常很大，所以结构变形很小，可以忽略不计。因为构件的刚度很大，故将其视为刚性体。计算时按静力学原理确定其承载时压力线位置，检算结构强度。 在十九世纪末，混凝土已经是广泛使用的建筑材料，它具有整体性好，可以在现场根据需要进行模注等特点。这时，隧道衬砌结构是作为超静定弹性拱计算的，但仅考虑作用在衬砌上的围岩压力，而未将围岩的弹性抗力计算在内，忽视了围岩对衬砌的约束作用。由于把衬砌视为自由变形的弹性结构，因而，通过计算得到的衬砌结构厚度很大，过于安全。大量的隧道工程实践表明，衬砌厚度可以减小，所以，后来上述两种计算方法已经不再使用了。进入本世纪后，通过长期观测，发现围岩不仅对衬砌施加压力，同时还约束着衬砌的变形。围岩对衬砌变形的约束，对改善衬砌结构的受力状态有利，不容忽视。衬砌在受力过程中的变形，一部分结构有离开围岩形成“脱离区”的趋势，另一部分压紧围岩形成所谓“抗力区”，如图6-1所示。在抗力区内，约束着衬砌变形的围岩，相应地产生被动抵抗力，即“弹性 94
3 安全度分析 根据标准图的设计说明，隧道按照喷锚构筑法原理，衬砌结构由初支和二次衬砌组成，支护参数主要以工程类比为主，并辅以结构数值分析检算。计算时，初期支护为主要承载结构。Ⅱ~Ⅲ级围岩二次衬砌作为安全储备，按承受围岩荷载的30% 检算；Ⅳ~Ⅴ级围岩二次衬砌作为承载结构，分别按承受围岩荷载的50%~70% 检算，得出荷载与结构安全系数。 3.1 围岩压力计算 衬砌荷载根据隧道的地形和地质条件、埋置深度、结构特征和施工方法等因素，按有关公式计算或按工程类比确定，主要考虑围岩压力、结构自重、围岩约束衬砌变形的弹性反力等，不考虑列车活载、冻胀力、地下水压等附加荷载。当施工发现其与设计不符时，应及时修正。对复杂地质条件的隧道，必要时应通过实地量测确定荷载的计算值及其分布规律，本图考虑在浅埋地段的隧道视具体情况采用加强衬砌。 3.1.1 深埋隧道围岩压力计算 计算深埋隧道衬砌时，围岩压力按松散压力考虑，其垂直及水平匀布压力可按下列规定确定。 （1）竖直压力 10.452S q h γγω-=?=??? （3-1） 式中： q ——围岩垂直匀布压力（kPa ）； γ——围岩重度（kN/m3）； h ——围岩压力计算高度（m ）； S ——围岩级别； ω——宽度影响系数，1(5)i B ω=+-； B ——坑道宽度（m ）； i ——坑道宽度每增减1m 时的围岩压力增减率。当B<5m 时，取i ＝0.2， B>5m 时，可取i =0.1。 （2）侧压力 水平匀布压力可按下式计算确定。
e q λ=? （3-2） 式中：λ——侧压力系数，其取值参照围岩级别分别取值。 3.1.2 浅埋隧道围岩压力计算 地面基本水平的浅埋隧道，所受的荷载具有对称性。其计算为： （1）竖直压力 tan 1h q h B γθγ?? =- ?? ? （3-3） [] θ?θ?ββ?βλtan tan )tan (tan tan 1tan tan tan c c c +-+-= （3-4） θ ????βtan tan ) tan()1(tan tan tan 2-++=c c c c （3-5） a h h 5.2= （3-6） 10.452S a h ω-=?? （3-7） ()10.10.5B ω=+?- （3-8） （2）侧压力 λγi i h e = （3-9） 式中: q ——垂直压力（N/m 2）； γ——围岩重度（N/m3）； h ——洞顶地面高度(m)； θ——洞顶土柱两侧摩擦角（°）； λ——侧压力系数，按照围岩级别分别取值； h i ——内外侧任意点至地面的距离(m)； c ?——围岩计算摩擦角（°）； β——产生最大推力时的破裂角（°）； a h ——深埋隧道垂直荷载计算高度（m ）； S ——围岩级别； ω——深埋隧道的宽度影响系数； B ——隧道开挖跨度（m ）。
衬砌结构计算 一、基本资料 某公路隧道，结构断面尺寸如下图，内轮廓半径为5.4m，二衬 厚度为0.45m。围岩为V 级，重度为19kN/m3，围岩弹性抗力系数为1.6×5 10kN/m3，二衬材料为C25 混凝土，弹性模量为28.5GPa，重度为23 kN/m3 x0 y 二、荷载确定 1.根据式（1-21），围岩竖向均布压力： q=0.45*1-s2*γ*ω 式中：s---围岩级别，此处s=5；
γ---围岩重度，此处γ=19KN/m 3 ω---跨度影响系数，ω=1+i(m l -5),毛洞跨度 m l =(5.4+0.45)*2+2*0.06=11.82m,其中0.06m 为一侧平均超挖量，m l =5—15m 时，i=0.1，此处ω=1+0.1*(11.82-5)=1.682 所以，有：q=0.45*1-52*19*1.682*0.5=115.04875(kPa) 此处超挖回填层重忽略不计 2.围岩水平均布压力： e=0.4q=0.4*115.04875=46.0195(kPa) 三．衬砌几何要素 1.衬砌几何尺寸 内轮廓线半径1r =5.4m 外轮廓线半径1R =5.85m 拱轴线半径'1r =5.625m 2.半拱轴线长度S 及分段轴长△S 半拱轴线长度S= °180θπ'1r =° 180°104* *5.625=10.210(m) 将半拱轴线等分为8段，每段轴长为：△S=8 S =8210 .10=1.27625（m) 3.各分块接缝（截面）中心几何要素 i α=8 104 i
i 1y ='1r (1-cos i α) i 1x ='1r sin i α E1Q1 Q2Q3Q4Q5 Q6Q7E2E3E4 E5 E6 E7E8 G3G4 G1 G5 G6G2 G7 G8 R4 R5 R6 R7R8 q b1 b2b3b4b5b6b7b8h1h2h3h4h5h6 h7h8 附图 衬砌结构计算图示 四．计算位移 1.单位位移 用辛普生法近似计算，按计算列表进行。单位位移的计算见附表1-1 单位位移值计算如下： 11δ=≈? ds M s 01I E h h ΔS E I 1∑6 -7 10*1764.474979.1053*10*85.227625.1==
衬砌计算 9．2．1 深埋隧道中的整体式衬砌通常用于自成拱能力差的Ⅵ级围岩，浅埋隧道中的衬砌及明洞衬砌上方的覆盖层通常不能形成卸载拱，故均应按荷载结构模型设计。程序软件方面，国内自行研制的专用软件有“GeoFBA”、“2D-σ”、“3D-σ”等。 复合式衬砌的二次衬砌理论上应按地层结构法计算，然而由于以往有对其采用荷载结构法计算的经验，因而本条提出也可采用荷载结构法计算。 9．2．2 模型试验及理论分析表明，隧道衬砌承载后的变形受到围岩的约束，从而改善了衬砌的工作状态，提高了衬砌的承载能力，故在计算衬砌时，应考虑围岩对衬砌变形的约束作用。 采用荷载结构模型设计时，规定通过设置弹性抗力考虑围岩对衬砌变形的约束作用。 弹性抗力、粘结力均属围岩对衬砌的约束力。鉴于迄今对粘结力作用的研究不多，故通常仅按弹性抗力计算，而将粘结力对衬砌结构的有利作用视为安全储备。 为简化计算，弹性抗力的摩擦力对衬砌内力的影响也不考虑，即也视为衬砌结构的安全储备。 9．2．3 基底围岩过于松软时，有先做仰拱稳定坑道底部，然后再建边墙的施工方法，这时应考虑仰拱对隧道衬砌结构内力的影响。如果仰拱在边墙之后修建，一般不需计算仰拱的作用。但若遇到在隧道竣工后，围岩压力增长仍较显著的地层，则亦需考虑仰拱对结构内力的影响。 模筑衬砌考虑仰拱对结构内力的影响时，仰拱按弹性地基上的曲梁计-箅。 9．2．4 表9．2．4—l和表9．2．4-2所列数值主要参照《铁路隧道没计规范》(TBJ 10003)，这些安全系数是以我国41条已建及新建的近400座铁路隧道的调查及实践经验为基础提出的，且结构基本上是安全的。因此，可以认为，在结构计算理论和材料指标没有较大变动的情况下，这些安全系数值基本上是合适的。特别是根据地下建筑的特点(如衬砌施工条件差、质量不易保证、作用变异大、结构计算简图与实际受力状态有出入等)，结构强度安全系数的取值应较地面结构略有提高，以保证隧道建筑物在正常设计施工条件下具有必要的安全储备。 检算施工阶段强度时，因隧道衬砌和明洞结构处于施工阶段的时间比使用阶段短得多，围岩压力等荷载一般不会立即达到使用阶段的最大值，且在检算施工阶段强度的计算假定中，受力较好的空间结构常被简化为内力较大的平面结构，一些对衬砌受力有利的因素，如工作缝的粘结强度、围岩的阻抗及衬砌与围岩的粘结作用等常忽略或取很小的数值，故本规范规定对施工阶段安全系数可按使用阶段的值乘以折减系数0．9后采用。 9．2．5 由于岩土体介质的性质通常具有明显的不确定特征，岩土工程问题分析中经验常起主导作用，因而本规范规定I～Ⅴ级围岩中复合式衬砌的初期支护主要按工程类比法设计，即参照已往工程实例确定支护参数。 经验表明，I-Ⅲ级围岩具有较强的自支承能力，对其施作薄层喷射混凝土和少量锚杆后即可保持稳定，因而不必计算；IV、Ⅴ级围岩则在根据经验选定支护参数后仍需进行检验计算。 对Ⅳ、Ⅴ级围岩中的初期支护，采用连续介质力学的有限元方法，按地层结构设计模型
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。 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。 据沪定、天全两县21年（1960-1980年）气候资料,多年平均气温分别为16.6℃和15.1℃,沪定略高于天全，多年平均降雨量分别为636.8 mm和