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至西峡高速公路尧山至栾川段 YLTJ-1 标
东沟隧道仰拱栈桥设计方案与计算书
编制：
审核：
审批：
公路桥梁建设有限公司
西高速尧栾段 YLTJ-1 项目经理部
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二 0 一七年五月
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东沟隧道仰拱栈桥设计方案与验算书
一、 工程概况
、东沟隧道在位于柳树沟村东沟组附近，为左右分离式隧道。左洞起讫桩号：
长度
围岩级别 (m)
工程名称
里
程
(m)
Ⅲ级
Ⅳ级
Ⅴ级明洞
163
387/
538/33
671/41
左洞
ZK4+306
～K5+937
35
东沟
1
23%
%
%
隧道
163
700/42
669/41
右洞
K4+319
～ K5+955
230/14%
37
6
%
%
ZK4+306 ～K5+937；右洞起讫桩号： K4+319 ～ K5+955 。详细情况见下表
2 、东沟隧道地属伏牛山系，海拔高程 320-450m, 山势陡峭，河沟纵横，进口交通
条件较差，出口交通条件较好 ,小里程至大里程为 2.2% 上坡。
、东沟隧道设计为双向四车道隧道，采用的主要技术标准如下：（1 ）道路等级：山岭区高速公路；
（2 ）设计行车速度： 100Km/h ；
（3 ）地震：隧址区地震动峰值加速度为 0.05g ，地震基本烈度Ⅵ度。
（4 ）隧道建筑限界： 隧道净宽： 0.75+0.75+2 ×3.75+1+1=11m ；隧道净高： 5m 。
、该段隧道地质条件较复杂，受断层破碎带影响，隧道中可能出现涌水、突泥、
塌方、滑坡等危险。
隧道围岩等级主要为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级， 初期支护为网喷混凝土、锚杆、
型钢钢架组成，Ⅳ、Ⅴ级围岩地段型钢钢架、墙、仰拱全环安设，每 0.6 ～1m 一榀。二次衬砌采用 C30 防水混凝土，防水等级为 P8。
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二、仰拱栈桥设计方案
东沟隧道洞口、浅埋段及Ⅴ级围岩段采用环形开挖预留核心土法施工，Ⅳ级围岩采
用上下台阶法施工， Ⅲ级围岩采用全断面开挖施工。
出渣采用无轨运输， 仰拱超前衬砌，
二衬施工采用一次全幅灌注方式，一次灌注长度 12 m ，距开挖掌子面 40 ～100 m 。为
解决仰拱施工与开挖运输作业面的干扰， 采用仰拱栈桥来保证仰拱施工时运输道路的通
畅。
1 、 仰拱栈桥设计
（ 1）行走车辆的情况
在衬砌前，通过仰拱栈桥的主要施工机械、车辆为 ZL50 装载机、红岩金刚自卸汽
车、砼运输车，小松 PC240 挖掘机等，其自重、宽度等基本参数见表 1。
表 1 主要施工机械车辆状况
空载重量
重载重量
行走宽度
轮胎宽度
轮距净宽
设备名称
（t ）
（t）
（ mm ）
（cm ）
（mm ）
ZL50 装载机
16.36
21.36
2780
59.69
2160
红岩自卸车
12.5
40
2500
28.32
1860
砼运输车
13.35
25
2498
28.32
1860
PC240 挖掘
23.1
25
2980
机
（ 2）荷载的确定
根据表 1 ，以红岩金刚自卸汽车重载时作为仰拱栈桥的验算荷载， 其前桥重量 12t ，
后桥重量为 28 t 。
（ 3）宽度及每片梁的工字钢数量
仰拱栈桥的单片宽度 1.25m ，中心距离 2.15 m, 为达到仰拱栈桥的宽度，考虑每片
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梁采用 5 组 I40a 工字钢组成，工字钢的间距为 13.5cm, 总宽为 1.25m 。
（ 4）仰拱栈桥长度
根据每次二初浇筑长度，确定仰拱栈桥的长度为 18m ，计划每次捡底 12m ，每段
的搭接长度 2m 。
5） 最不利荷载布置
当红岩金刚自卸汽车的第一个后轮位于过轨梁中间时，为弯距最不利荷载，前轮与
后轮的间距为 3500mm, 两个后轮的间距为 1300mm ，前轮重 6T,两后轮分别重 7t 的荷
载作用在单片梁上，梁的长度为 9m 。其受力简图为：
当红岩金刚自卸汽车的第二个后轮位于过轨梁梁端时，为剪力最不利荷载，前
轮与后轮的间距为 3500mm, 两个后轮的间距为 1300mm ，前轮重 6T,两后轮分别重 7t
的荷载作用在单片梁上，梁的长度为 9m 。其受力简图为：
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、受力验算
（ 1）单片梁的最大弯矩
单片梁由 5 根 I40a 工字钢拼成 ,由 5 根工字钢共同承受汽车荷载 ,则：
P1=6000x9.8=58.8KN
P2=7000x9.8=68.6KN
查《公路桥涵计算手册》 I40a 工字钢 ,其每延米重量为 67.6kg/m, 即 q=0.662KN/m ，
由工字钢自重产生的弯距示意图为：
由汽车荷载产生的弯矩包络图为：
可以看出由由工字钢自重产生的最大弯矩为：
M 重=ql 2 /8=0.662 ×14 2 /8=16.22KN.m
汽车荷载产生的跨中最大弯矩为：
M 汽 =538.51KN.m
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单片梁跨中最大弯矩为 :
Mmax= M 重+ M 汽=16.22+538.51=554.73 KN.m
2）单片梁的最大剪力
由工字钢自重产生的剪力为：
Q 重=ql/2=0.662 ×14/2=4.634KN
由汽车荷载产生的梁端最大剪力为：
Q 汽=P1(14-3.5-1.3)/14+P2(14-1.3)/14+P2=58.8 ×
9.2/14+68.6 ×12.7/14+68.6=169.47KN
单根工字钢承受的最大剪力为 :
Q= Q 重+ Q 汽/5=4.634+169.47/5=38.528 KN
（ 2）工字钢的强度验算
根据最大弯矩得出工字钢最大应力，即： σ =Mmax／Wx ，Wx 为工钢截面抵抗矩，
查《公路桥涵计算手册》知单根 I40a 工字钢的载面抵抗矩为： Wx=1085.7cm 3 ，5 根
工字钢的最大应力为：
=Mmax/Wx=(554.73x10 6 )/(5x1085.7x10 3)=102MPa<215 MPa
工字钢的材料为 Q235 ，其抗拉强度为 215MPa, 可知工字钢的最大应力小于其抗拉
强度，安全系数为 2.1 ，符合要求。
3）工字钢的剪应力验算
查《公路桥涵计算手册》可知 I40a 工字钢
Ix=21714cm 4 Sx=631.2cm 3
Ix/ Sx=34.4cm d=10.5mm
故根据栈桥纵梁最大剪应力，并据此校核剪应力强度
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Q
Sx max
38. 528
631. 2
10. 7
125满足要求。
max
d
21714
10. 5
MPa
MPa
x
（ 4）栈桥挠度验算
将两后轮合并成简化成一个集中荷载，则后轮产生的最大挠度为：
f
Pl 3
68.6
2
105
143
34mm
f
L
14
1000
[
]
56
max
<
48EI
48
2.1
105
21714
250
5
250
前轮引起的最大挠度为：
f max
Pl 3
58. 8
105
143
15mm
[ f
L
14
1000
48EI
48
2. 1
105
21714
5
<
250
mm
250
挠度满足要求。
（ 5）工字钢的确定
由计算可知，使用 5 片 I40a 工字钢，满足施工要求。
三、仰拱栈桥加工
每幅仰拱栈桥由两片梁板组成， 每片梁板由 5 根 I40a 工字钢焊接而成，梁长 18 m ，
工字钢间距 13.5 cm ，每两根 I40a 工字钢中间每隔 100cm 用 I20a 工字钢焊接联接成
一个整体。
I40a 工字钢顶面满焊间距为 10cm 的 C22 钢筋。具体设计图见图 1、图 2 。
图 1 仰拱栈桥梁板断面图
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图 2 仰拱栈桥梁侧面图
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