合川区南城白鹿山路网建设工程
施工图设计
白鹿山隧道结构计算书
中国中铁二院工程集团有限责任公司工程设计证书甲级编号 220011-sj
2008 年 10 月
合川区南城白鹿山路网建设工程
施工图设计
白鹿山隧道结构计算书
计算：
复核：
审核：
中国中铁二院工程集团有限责任公司
2008 年 10 月
目录
1、工程概况及地质条件 (1)
1.1地形地貌 (1)
1.2地层岩性 (1)
1.3地质构造与地震烈度 (2)
1.4水文地质条件 (2)
2、计算依据 (2)
3、计算采用的标准 (3)
4、衬砌结构验算 (3)
4.1典型断面类型 (3)
4.2计算方法 (5)
4.3计算参数 (5)
4.4计算结果 (6)
4.4.1 明洞A型衬砌 (6)
4.4.2 明洞B型衬砌 (7)
4.4.3 明洞C型衬砌 (9)
5、结论 (11)
白鹿山隧道结构计算说明书
1、工程概况及地质条件
白鹿山隧道位于合川区西南侧，处在涪江南岸、小安溪河东岸、渝武高速公路北侧和国道212线西侧。
白鹿山隧道全长216m，为双向四车道双连拱隧道，单方向限界净宽10.50m，双方向限界净宽24.00m，限界净高5.00m。
1.1地形地貌
本项目位于涪江下游合川段，涪江右岸一级阶地及河谷岸坡的中下部，属构造剥蚀浅丘河谷地貌。
阶地地形平缓，局部为缓坡，高程约212.5m，有大量民房。
河谷岸坡总体呈平台、陡坎、斜坡相结合的较复杂地形。
平台及斜坡地段覆盖第四系土层，上有大量植被生长；陡坎地段岩石裸露。
1.2地层岩性
项目所处区域的地层有第四系全新统和侏罗系中统上沙溪庙组基岩，简述如下：
me）
（1）第四系全新统人工素填土（Q
4
系邻近工地倾倒的弃土，主要成分为粉质黏土，褐黄色，可塑～硬塑状，含砂、泥岩碎块石和卵砾石，粒径15～300mm，含量10～25%，厚2~12m。
al+pl）
（2）第四系全新统冲洪积层（Q
4
系洪水作用形成的堆积物，具二元结构，上为粉质黏土，下为卵砾石。
①粉质黏土：褐黄、褐红色，可塑状，土质均一，断面光泽暗淡，干强度中等，韧性中等，摇震无反应。
厚0~26m。
②卵石层：骨架颗粒为卵、砾石，母岩岩性为砂岩及石灰岩，灰褐、灰白色，亚圆形～圆形，粒径0.5～100mm，分选性差,排列混乱，含量50～65%；充填物为粉质黏土，褐黄色，可塑，含量35～50%。
厚0~12m。
）
（3）侏罗系中统上沙溪庙组基岩（J
2s
场地内岩石建造类型为内陆河湖碎屑岩相，岩性主要为泥岩及砂岩，二者呈不等厚互层产出。
泥岩：紫红色，泥质结构，中厚层状构造，偶含灰绿色钙质团块。
砂岩：灰褐色，细粒结构，中厚层状构造，主要成分为石英、长石、云母等，钙质胶结。
1.3地质构造与地震烈度
拟建项目位于新华夏构造体系中合川向斜北西翼近轴部地段，岩石呈单斜产出，产状为180°∠7°。
岩体中主要发育层面裂隙及构造裂隙：
①层面裂隙L1 180°∠7°，裂面平直，闭合，延伸4～6m，结合一般，属硬性结构面，间距0.3～0.8m，平均间距0.6m。
②构造裂隙L2 142°∠85°，裂面粗糙，张开1～3mm，内有方解石晶体充填，充填物厚度＜裂面起伏差，结合一般，属硬性结构面，延伸2～3m，间距1.0～
1.8m，平均间距0.9m。
③构造裂隙L3 46°∠65°，裂面较平直，闭合，无充填物，结合一般，属硬性结构面，延伸3～5m，间距1.5～2.2m，平均间距1.85m。
据《中国地震烈度区划图》、《中国地震动参数区划图》和《建筑抗震设计规范》规范确定，拟建场地抗震设防烈度为6度，地震动峰值加速度0.05g。
1.4水文地质条件
项目所在区域属浅丘河谷地貌，总体呈南高北低的斜坡地形，利于地表、地下水的排泄。
大气降雨形成的地表水多顺坡面向冲沟汇集，汇入涪江；涪江为本区最低侵蚀基准面和地表、地下水的排泄基准面，也是本区最大的地表水体，勘察期间江水位为186.20m。
部分向下渗透，赋存于卵石层中形成孔隙水。
坡面上钻孔多为干孔，一级阶地一带的钻孔可见大量地下水，类型为第四系松散层孔隙潜水，埋藏深度14.73～25.45m，水位和水量都受控于季节变换。
地勘单位所作水质简分析表明，地下水和江水对对混凝土结构无腐蚀性；地表污水对混凝土结构有中等腐蚀性。
2、计算依据
(1)《白鹿山隧道总体设计》
(2)《白鹿山隧道详细勘察报告》
(3)白鹿山隧道《初步设计审查意见》
(4)白鹿山隧道《施工图审查意见》
3、计算采用的标准
(1)《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002（2006年修订版））
(2)《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）
(3)《铁路隧道设计规范》（TB10003－2005）
4、衬砌结构验算
4.1典型断面类型
隧道设计遵循安全、经济、合理的原则，在遵守交通部颁发《公路隧道设计规范》的同时，以工程类比法为主进行设计，设计结果由大型有限元程序进行分析验算。
根据白鹿山施工图设计：隧道衬砌结构按荷载-结构模型进行设计，采用整体式C30钢筋混凝土明洞衬砌结构，全隧采用如图1～3所示的典型断面形式，该隧道不同断面类型的设计衬砌厚度和配筋，可参考表1中的内容。
图1 明洞A型衬砌设计图（cm）
图2 明洞B型衬砌设计图（cm）
图3 明洞C型衬砌设计图（cm）表1 计算截面形式
4.2计算方法
计算使用荷载—结构计算模型，通过MIDAS —GTS 进行受力分析。
计算采用径向弹簧模拟围岩对隧道衬砌的弹性支撑。
由于该隧道明挖，所以径向弹簧的作用范围：仰拱及边墙，保证所有弹簧处于受压状态，计算模型如图3所示。
最后根据《公路隧道设计规范》（JTG D70－2004），按照容许应力法计算二次衬砌在基本组合荷载状态下的安全系数，并对正常使用状态下的裂缝宽度进行验算。
图4 明洞荷载结构计算模型图示
4.3计算参数
隧道二次衬砌采用钢筋混凝土结构，混凝土标号为C30，钢筋为HRB335。
根据《公路隧道设计规范》可以得到，C30混凝土弯曲抗压强度极限值Rw=28.1MPa ；弹性模量c E =31GPa ；钢筋混凝土材料重度γ=253/kg m ；HRB335钢筋抗拉、压强度标准值Rg=335MPa ；回填土容重γ=173/kg m ，弹性反力系数：明洞A 型衬砌的弹性反力系数为200MPa ；明洞B 型衬砌的弹性反力系数为500MPa ；明洞C 型衬砌的弹性反力系数为1500MPa 。
本隧道衬砌类型分为明洞A 型衬砌、明洞B 型衬砌、明洞C 型衬砌三种，按照《公路隧道设计规范》中的明洞设计荷载的计算方法，可以得到作用在隧道上的
围岩荷载。
根据计算可以得到作用在隧道结构上的荷载，列于表2中。
根据表2中所提供的荷载，并按照表3中的组合系数进行组合计算，就可以对二次衬砌的容许应力和正常使用状态进行验算。
表2 永久荷载
表3 荷载组合系数
4.4计算结果
4.4.1 明洞A型衬砌
图5 弯矩图
图6 轴力图
图7 剪力图
图8 位移图4.4.2 明洞B型衬砌
图9 弯矩图
图10 轴力图
图11 剪力图
图12 位移图
4.4.3 明洞C型衬砌
图13 弯矩图
图14 轴力图
图15 剪力图
图16 位移图
表4 破损阶段法和容许应力法基本组合荷载强度计算（明洞A型衬砌）
表5 破损阶段法和容许应力法基本组合荷载强度计算（明洞B型衬砌）
表6 破损阶段法和容许应力法基本组合荷载强度计算（明洞C型衬砌）
5、结论
通过对白鹿山隧道典型断面内力计算分析可知，白鹿山隧道的结构形式和配筋设计满足结构容许应力要求和抗裂要求。
因此白鹿山隧道的设计方案是合理的。