土木工程畢業(yè)設計（論文）-杭州地鐵1號線濱和路站-濱江站區(qū)間隧道設計與施工.doc

全套圖紙加扣 3012250582編號：（ ）字 號本科生畢業(yè)設計設計題目：杭州地鐵1號線濱和路站濱江站區(qū)間隧道設計與施工專 題：不同漿液擴散規(guī)律及機理綜述姓 名：學 號：班 級：土木工程地下2011-2班二一五年六月全套圖紙加扣 3012250582中 國 礦 業(yè) 大 學本科生畢業(yè)設計姓 名：學 號：學 院：力學與建筑工程學院專 業(yè)：土木工程專業(yè)（城市地下工程方向）設計題目：杭州地鐵1號線濱和路站濱江站區(qū)間隧道設計與施工專 題：不同漿液擴散規(guī)律及機理綜述指導教師：職 稱：二一五年六月 徐州中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計任務書學院 力學與建筑工程 專業(yè)年級 土木工程專業(yè)地下2011 學生姓名 任務下達日期： 2015年 1 月 19 日畢業(yè)設計日期： 2015 年 1 月 19 日至 2015 年 6 月 8 日畢業(yè)設計題目：杭州地鐵1號線濱河路濱江站區(qū)間隧道設計與施工畢業(yè)設計專題題目：不同漿液擴散規(guī)律及機理綜述畢業(yè)設計主要內容和要求：設計要求：根據杭州地鐵一號線濱河路濱江區(qū)間隧道工程的實際資料，進行該區(qū)間隧道的結構設計和施工組織設計。結構設計內容應包括隧道正線施工方案、隧道襯砌結構設計，并編制設計計算書。施工組織設計內容應包括隧道施工準備、施工方法及輔助施工技術、施工總平面布置、施工進度計劃和施工管理等內容。繪制圖紙：濱和路濱江區(qū)間隧道平面圖，濱河路濱江區(qū)間隧道縱斷面與地質關系圖，隧道施工總平面布置圖。專題要求：注漿法越來越普遍地運用到圍巖加固和防滲漏工程中，根據注漿法的發(fā)展情況，對不同注漿材料擴散規(guī)律及機理進行總結綜述。繪制圖紙：1張。其它要求：繪制的圖紙中，要求手工繪制1張。翻譯一篇與設計或專題內容相關的外文參考文獻，其中文字數不少于3千字，并且附原文。院長簽字： 指導教師簽字：中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計指導教師評閱書指導教師評語（基礎理論及基本技能的掌握；獨立解決實際問題的能力；研究內容的理論依據和技術方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點；工作態(tài)度及工作量；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 指導教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎理論及基本技能的掌握；綜合運用所學知識解決實際問題的能力；工作量的大小；取得的主要成果及創(chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎理論及基本技能的掌握；綜合運用所學知識解決實際問題的能力；工作量的大?。蝗〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計答辯及綜合成績答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤沒有回答答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字： 年 月 日學院領導小組綜合評定成績：學院領導小組負責人： 年 月 日摘 要本畢業(yè)設計主要包括三個部分，第一部分是濱和路濱江區(qū)間隧道結構設計；第二部分是濱和路濱江區(qū)間隧道施工組織設計；第三部分是專題部分，不同漿液擴散規(guī)律及機理綜述。在第一部分區(qū)間隧道結構設計中，根據隧道穿越地層的工程地質、水文地質條件和周邊環(huán)境情況，通過施工方案的比選，確定采用盾構法施工，隧道襯砌結構采用復合襯砌，并對其進行相應的強度和抗浮驗算。第二部分是區(qū)間隧道施工組織設計，根據隧道施工方法和隧道周邊的環(huán)境情況，對施工前準備工作，施工場地布置，隧道開挖與襯砌結構施工等進行設計，并編制了工程進度計劃，編寫了相應的質量、安全、環(huán)境保護等措施。第三部分是專題部分，內容是不同漿液擴散規(guī)律及機理。結合相關的參考資料，綜述不同漿液擴散規(guī)律及機理。關鍵詞：隧道； 復合襯砌； 施工組織； 漿液擴散規(guī)律ABSTRACTThis graduation design mainly includes three part，the first part is the structure design of the Binhe Road to Binjiang subway tunnel in Hangzhou； The second part is the design of the Binhe Road to Binjiang subway tunnel construction organization，The third part is special subject part which is subway tunnel level freezing construction technique studied.In the first part，according to the engineering geology，the hydrology geology conditions and environment circumstances of the tunnel located，through comparing the Construction schemes，confirm that the tunnel was constructed in accordance with the shallow-buried excavation method and compound linings as support structure. Its carry on strengths check computation and floating resistance computation.The second part is the tunnel construction organization design，according to the excavation pattern and the environment circumstance of the tunnel round，designing the construction preparative，the construction place arrange，tunnel face advance sequences and tunnel linings construction. Estimating the work project，weaving to write the homologous quantity、safety、civilization management measure.The third part is the special subject part. Its contents are subway tunnel level freezing construction technique parameter studied. According to some examples and related reference，summarize some common rule of the tunnel level freezing construction technique parameter.Keyword： tunnel； compound linings； construction organizing； shallow-buried excavation method； spread regularity of grout目 錄第一部分 杭州地鐵1號線濱和路濱江站區(qū)間隧道結構設計1 工程概況1 1.1 工程位置1 1.2 工程范圍11.3 工程規(guī)模12 設計依據1 2.1 自然條件1 2.2 氣象3 2.3 現(xiàn)場條件43 隧道施工方案與襯砌選型設計4 3.1 隧道施工方案4 3.2 襯砌選型54 隧道計算6 4.1計算原則及采用規(guī)范6 4.2計算斷面的選擇及計算6 4.3 斷面設計12 4.4 千斤頂作用下局部承壓計算15 4.5 抗浮驗算165 隧道主要技術經濟指標17 5.1 開挖土方量17 5.2 管片用量17 5.3 鋼筋用量17 5.4人工費用181 工程概況192 隧道施工準備19 2.1技術準備19 2.2施工現(xiàn)場準備21 2.3施工物資的準備21 2.4勞動力準備233 施工現(xiàn)場總平面布置24 3.1施工平面總體布置原則24 3.2施工現(xiàn)場區(qū)域劃分244 界定關鍵過程25 4.1 施工測量控制要點25 4.2 管片拼裝控制要點25 4.3 襯砌防水控制要點26 4.4 地面沉降控制要點26 4.5 抗震驗算26 4.6 關鍵過程控制人員落實275 施工方案及主要施工工序27 5.1 施工方案的確定27 5.2盾構掘進的施工準備28 5.3出洞方案29 5.4進洞方案30 5.5 掘進施工參數30 5.6 管片拼裝31 5.7 壁后注漿31 5.8 洞門施工31 5.9 隧道內運輸32 5.10 棄土處理326 施工主要技術措施31 6.1 砂土層施工技術措施32 6.2 穿越地下管線的保護措施33 6.3 鄰近施工和既有建筑物的保護措施33 6.4 減少地面變形控制措施33 6.5 緊急預案措施337 施工進度計劃338 質量、安全和環(huán)境保護措施管理35 8.1 質量管理35 8.2 施工質量控制37 8.3 安全生產施工控制38 8.4 文明施工措施39 8.5 消防安全措施40 8.6 防汛、防臺風施工措施401 引言412 注漿技術簡介413 注漿材料41 3.1 水泥注漿材料41 3.2 化學類424 注漿擴散理論44 4.1 巖體結構理論44 4.2 漿體理論44 4.3 漿液擴散理論455 注漿方法476 文獻綜述國內外研究現(xiàn)狀49 6.1 理論推導國內外研究現(xiàn)狀分析50 6.2 模擬實驗研究現(xiàn)狀517 不同漿液的擴散規(guī)律研究51 7.1 水泥水玻璃漿液的擴散規(guī)律研究51 7.2 GT-1高聚物改性漿液裂隙擴散機制54 7.3 herschelBulkley漿液在裂隙中的擴散規(guī)律研究558 綜述56參考文獻58翻譯部分60致 謝70第一部分杭州地鐵1號線濱和路站濱江站區(qū)間隧道結構設計全套圖紙加扣 3012250582 第 17 頁 1 工程概況 杭州地鐵一號線是杭州市規(guī)劃建設的首條地鐵線路，從湖湘站到文澤路站為分布區(qū)間，從市區(qū)的南部穿越主城區(qū)，到達城市東部，為連接上城區(qū)、下城區(qū)、江干區(qū)、濱江區(qū)、下沙區(qū)的主要線路。規(guī)劃的杭州地鐵1號線全線共長約49km，穿越整個杭州城區(qū)一期工程建設48km，線路上共設置有29個車站，并設有輔助停車場出入場線。濱和路站到濱江站是杭州地鐵一號線地鐵隧道的一段，全長1051m，全部為地下隧道。1.1 工程位置杭州地鐵一號線濱和路站濱江站區(qū)間隧道呈南北走向，沿江陵路在其下敷設，沿線屬于杭州濱江區(qū)居民住宅區(qū)；隧道區(qū)間濱和路站處在濱和路與江陵路路口，旁邊地面建筑較多，與瑞立中央花城、東方郡東區(qū)和迎春北苑相鄰，人流量較大；濱江站處在杭州市江南大道與江陵路的十字路口，近旁有武警醫(yī)院，地面人流量和車流量較大。1.2 工程范圍 本段區(qū)間隧道屬于杭州地鐵一號線工程的重要組成部分，總共設有一個盾構區(qū)間，其中區(qū)間內共有上、下行兩條隧道，一個聯(lián)絡通道，盾構起止里程為：SK4+430.478SK5+480.735，下行線長1051.463m，上行線長1050.257m；在區(qū)間里程SK4+920.356處設立一個聯(lián)絡通道。隧道施工時濱河路站作為盾構施工始發(fā)井，濱江站作為盾構施工的接收井。1.3 工程規(guī)模本段隧道總長度為2101.72m，其中隧道正線最大坡度4.486，最小曲率半徑1000m；隧道擬設計為圓形隧道，隧道的外徑為6200mm，內徑為5500mm，隧道頂的覆土厚度在7.410.2m的范圍。 2 設計依據2.1 自然條件2.1.1 工程地質 依據提供的本段區(qū)間的勘察報告，本段區(qū)間場地位于蕭紹沖積平原，構成本段區(qū)間隧道斷面的地層主要是以砂質粉土和粉砂夾砂質粉土為主。 （1）地形、地貌濱和路站濱江站處于浙江省杭州市錢塘江南岸的蕭紹沖積平原，區(qū)內地形平坦，按照85國家高程本地面標高在5.05.9m范圍內。（2）地基土的構成與特征 按照本區(qū)間巖土工程勘察報告，本盾構區(qū)間隧道斷面地層主要以砂質粉土，粉砂夾砂質粉土為主。區(qū)間沿線受影響地層由上至下土層主要工程地質特征有： 2填土層 2素填土層，褐灰灰色，局部灰黃色，軟，稍濕至濕，少量碎石夾雜在粘性土中 錢塘江沖積沉積層 2粉質砂土層：灰色灰黃色，灰褐色，很濕，含云母碎屑，搖振反應迅速且在刀切面沒有光澤，干強度低韌性低。 3砂質粉土夾粉砂：灰色，局部灰黃色，稍密，很濕，含云母夾層，局部夾粉砂，振反應迅速且在刀切面沒有光澤，干強度低韌性低。 4 砂質粉土：稍灰，緊密，較濕，無云母碎屑，局部含粘土夾層。振反應中等且在刀切面沒有光澤，干強度低韌性低。 5 粉砂夾砂質粉土：灰色，密，較濕，部分探層夾砂質粉土。 7 砂質粉土：灰色，稍密，很濕，含云母碎屑。搖振反應迅速，刀切面無光澤，干強度、韌性低。 第一軟土層 3淤泥質粘土：灰色，濕度飽和，狀態(tài)流塑，夾有少量有機腐殖質及薄層粉狀土。沒有搖振反應，切面光滑，高壓縮性和干強度。 第二軟土層 1 淤泥質粉質粘土：灰色，飽和流塑狀，含少量有機質，夾薄層粉狀土。沒有搖振反應且切面光滑，中等干強度和壓縮性。 湖沼相沉積 2淤泥質粉質粘土夾粉砂：灰褐色，飽和，流塑，薄層狀，含有機質、腐殖質，局部以粉細砂為主，含少量貝殼碎屑，無搖振反應且切面稍光滑。 （3）土的物理力學性質區(qū)間隧道內土層主要物理力學特性詳見表2.1。表2.1 區(qū)間隧道主要土層物理力學指標表層號土層名稱土層標高（m）土層厚度（m）濕重度（KNm3）含水率w（%）孔隙比e粘聚力c（kpa）內摩擦角（0）2素填土1.003.040.802.9018.002砂質粉土1.201.455.2019.2028.30.8697.429.5 3 砂質粉土夾粉砂0.702.201.709.6519.3226.80.7786.930.14 砂質粉土2.704.702.006.0019.4128.40.7799.034.55 粉砂夾砂質粉土6.9010.101.718.0019.5025.000.7137.034.07 砂質粉土4.008.401.146.7519.5627.100.7977.230.33淤泥質粘土5.809.304.5011.0117.445.91.2999.38.11 淤泥質粉質粘土10.0013.302.2010.0016.828.41.0677.319.12淤泥質粉質粘土夾粉砂2.204.7017.02.1.2 地下水場區(qū)在淺層粉性土層土中存在孔隙性潛水，會對施工過程產生一定的影響。淺部土層中的潛水位埋深情況，通常為離上部地表面距離為1.82.5m，標高為3.474.43m，地下水位的年度變化幅度在0.41.6m之間。 依據已獲得的本地區(qū)水質分析資料，并結合收集到的附近工程相關資料，可知本場地的地下潛水和承壓水不會對混凝土有強腐蝕性，不會對混凝土中鋼筋腐蝕，但是對對鋼結構的鋼存在一些弱腐蝕。地下水的補充源主要是來自大氣降水和地表徑流，同時以蒸發(fā)和向場地東邊的一條建設河徑流的方式排泄地下水。2.1.3 地震液化判別杭州地區(qū)的抗震設防烈度為6度，設計的基本加速度為0.05。打算建設的場地土為中軟場地土。剪切波速為127-164m/s之間，本區(qū)間隧道工程抗震設計按地震設防烈度7度考慮，不必擔心震陷的影響。依據巖土勘察資料，場地土基本上為不液化土。2.2 氣象（1）氣溫杭州在地理上處在中國東南長三角地區(qū)，亞熱帶季風氣候，冬無酷寒，四季分明，雨熱同期，全年的降雨量豐沛。多年記錄的平均氣溫17.8，極端最高氣溫42.1（1930年8月10號），極端最低氣溫-20.2（1967年1月16日）。（2）降水常年年平均降水量約為1454mm，降雨較多，且集中在雨季，在7月份降水量及降水日最多，冬季降水少，平均為28天。全年無霜期約216天。（3）輻射和日照 日照時數的季節(jié)分布是：春季(35月)4624.7小時，夏季(68月)633.7小時，秋季(9l1月)459.0小時，冬季(122月)388.2小時。日照時數的月 ，總量2月份最少，僅 l18.9小時，8月份最多，達252小時。2.3 現(xiàn)場條件2.3.1 沿線建（構）筑物、地下管線及障礙物（1）沿線建（構）筑物江陵路為杭州市次干道，左側分布機關及居民區(qū)、商業(yè)大廈等，沿線居民區(qū)主要為瑞立中央花城、東方郡東區(qū)和迎春北苑，政府機關主要為江陵區(qū)政府。經勘查，隧道沿線沒有發(fā)現(xiàn)歷史文物古跡，區(qū)間線路相對簡單。（2）地下管線依據本區(qū)間地質勘察報告，對區(qū)間隧道沿線的構筑物和管線進行統(tǒng)計分析調查。一號線濱和路站至濱江站盾構穿越城市次干道（江陵路），區(qū)間隧道沿線處存在較多重要管線，主要有：DN150的熱水管，埋深1.22m，管道材料為鋼；YS1200的雨水管，埋深1.3m，管道材料為鋼筋混凝土；DN80的中水管，埋深0.8m，材料為PE；400的上水管，埋深為0.83m，鐵質管道；DN400的輸配水管，埋深1.5，材料為鑄鐵；埋深1.2m，900的天然氣管；埋深0.9m的280照明電力電纜和埋深0.8m的66孔的電話電纜及埋深2.0m的36孔的信息電纜等，而且施工的時候須要做些保護管線的工作，并做好遷改后管線的記錄。2.3.2 交通狀況 本段區(qū)間隧道穿越區(qū)域的地表的主要是已有的柏油路面，其區(qū)間范圍的地面交通在施工前要做簡單的疏導，但要滿足江陵路車輛的雙向通行。3 隧道施工方案與襯砌選型設計3.1 隧道施工方案隧道施工方案的選擇影響著施工進度計劃、施工質量、施工成本。做施工方案選擇時，需要綜合考慮工程的實際地質條件和施工單位的施工能力?？紤]到本工程的實際工程地質條件和施工水平，查閱地鐵設計規(guī)范可知，我們這個工程能選擇的方案也只有明挖法、礦山法還有盾構法了。以下是是幾種方案的特點。3.1.1 明挖法 明挖法是是直接從地面向下開挖一定的空間，自下向上順作或者自上向下逆作施工隧道結構， 結構施工完畢后填土恢復正常地面的施工方法。明挖法一般適合埋深比較淺的地下結構的施工。放坡開挖明挖法對周邊環(huán)境影響大，影響正常的衣食住行。于是明挖法衍生出了蓋挖法，即從地面向下挖到一定深度后封閉上部空然后在封閉頂蓋下進行順作或者逆作施工，最后拆除頂蓋恢復地面。 蓋挖法的優(yōu)點是施工方法適用性廣，適用于任意不規(guī)則形狀平面;施工方法簡單，經驗豐富;結果自身作為支撐，對周邊環(huán)境、建筑影響小，且自身不受外界氣候現(xiàn)象的影響；適用于埋深較小的隧道施工。缺點是施工工程中需要設置立柱，增加工程成本;地下結構在頂蓋下構筑，施工空間小，不利于大型機械進出，施工不方便;結構澆筑有先后之分，接頭處理不好會漏水，影響工程質量和工程計劃。3.1.2 礦山法 礦山法優(yōu)缺點分析地鐵區(qū)間隧道采用礦山法施工，是為適應城市淺埋隧道的需要而發(fā)展起來的施工方法，也稱淺埋暗挖法。在我國地鐵區(qū)間隧道建設中已廣泛采用。它是采用信息化設計和施工，可以根據施工監(jiān)測的信息反饋來驗證或修改設計和施工工藝，具有適應城市地下工程周圍環(huán)境復雜、地質條件較差、埋深淺、地面沉降控制嚴格及結構防水要求高等特點。礦山法施工除在施工豎井或洞口位置需占有一定的施工場地外，對地面交通、管線等干擾較少，對周邊環(huán)境影響較小；廢棄土石方量少；對不同的地質情況及周邊環(huán)境采用不同的工程措施及施工方法，針對性強；對軟硬不均地層，可以采用不同的開挖方式進行處理，處理方便容易。礦山法也有自身的弱點：在施工中容易引起地下水流失，從而引起地面沉降或隆起，在重要管線和房屋周邊需采取切實可行的保護措施；在施工中處理不當，容易引起地面坍塌，從而造成對周邊環(huán)境的影響和引發(fā)事故。在施工過程中需嚴格按施工工藝和要求進行施工，并加強施工中的監(jiān)控量測工作。跨度大時，需分多步進行開挖施工，工序之間干擾大，施工組織麻煩，施工中存在一定的風險。在設計及施工過程中，需要充分論證和考慮隧道周邊的環(huán)境和工程及水文地質條件，采用合理的工程措施和施工工藝之后，以上弱點才可以弱化并避免的。因此采用礦山法設計和施工時，必須從隧道施工方法、施工程序、輔助工法的采用等方面進行認真研究。3.1.3 盾構法 盾構法是利用先進的機械盾構機施工的一種開挖方法，適應于土層隧道開挖。盾構法是利用盾構機刀盤旋轉削土開挖出土，內部千斤頂頂進推進，在盾構機殼保護下進行管片拼裝支護的自動化機械施工方法。 盾構法施工適用于各種各樣的工程地質條件；施工機械化程度高，相比其他大深度、大水壓下施工工法，施工成本低。但是盾構法施工需要較多的時間和成本來制造使用機械設備，同時盾構法對施工技術方案和施工小細節(jié)部分要求高。3.1.4 方案確定明挖法影響居民衣食住行，不適合在城市中施工隧道；礦山法適用于巖性隧道，爆破影響破壞大，不適合杭州的地層；周邊建筑沉降要求高，工程工期緊，只有盾構法符合條件，能克服各種困難。結合以上分析和畢業(yè)設計要求，本工程采用盾構法施工。3.2 襯砌選型盾構隧道管片可以按按材料和形狀分成很多種，要是按照材料分，可以分成鋼筋混凝土、鑄鐵、鋼和復合管片等許許多多種管片，現(xiàn)在發(fā)展的最好的就是混凝土管片了，質量和適用性都非常好；要是按照形狀區(qū)分開呢，我們又可以 把管片分為平板形、箱形、特殊的異形結構等許許多多的不同種形式。一般考慮來說箱形管片省材料省，質量還比較低，但是平板兒形管片卻擁有著更大的抗彎和抗壓剛度?，F(xiàn)在國內、外在建設盾構隧道時大多數會優(yōu)先選擇混凝土平板式管片，因為它還具有更大的抗浮能力和更高的結構剛度。對比過后在考慮本工程情況，我們會選擇平板型混凝土管片。4 隧道計算4.1計算原則及采用規(guī)范4.1.1 計算原則（1）隧道結構工程的設計使用年限為100年；（2）隧道的結構安全等級為一級；（3）襯砌結構變形驗算：隧道直徑變形2D（D為隧道外徑）（4）盾構隧道管片最大計算裂縫寬度允許值為0.2 mm；（5）接縫防水要能限制住接縫變形量處在合理的區(qū)間；（6）按最最不利地下水位進行抗浮驗算，即結構抗浮安全系數1.05；（7）結構防水等級設計為二級；（8）設計抗震設防烈度按7度設計。4.1.2 設計采用規(guī)范 地鐵設計規(guī)范（GB 50157-2013）；建筑結構荷載規(guī)范（DB 50009-2012）；混凝土結構設計規(guī)范（GB 50010-2010）；建筑抗震設計規(guī)范（GB 50011-2010）； 混凝土結構耐久性設計規(guī)范（GB/T50476-2008）；地下工程防水技術規(guī)范（GB 50108-2008）；4.2計算斷面的選擇及計算4.2.1 計算斷面的選擇（1）隧道的上覆蓋土層厚度最大；（2）最低地下水位；（3）結構受偏壓；（4）超載最大；（5）表面有突變；（6）附近現(xiàn)有或將來擬建新的隧道。4.2.2 設計原理 關于隧道斷面的設計計算，須選取如下的關鍵部分計算，橫斷面所在位置上面土層厚度最大；土層厚度最小的橫斷面；具有最高或最深地下水位的橫斷面；以及具有最大超載量的橫斷面需進行驗算；此外，還有其他情況，如具有較大偏壓的的面也須進行計算。在此選取隧道上覆地層厚度最大的橫斷面進行荷載、內力及配筋計算。區(qū)間隧道埋深為14.717m，隧道的外徑是6200mm，隧道的內徑是5500mm，管片的厚度=350mm，地下水位常年維持在地表以下2m處。襯砌采用預制平板形管片?；炷翉姸鹊燃墳镃55。荷載計算取b=1m的單位寬度進行計算，同時最大覆土深度橫斷面所在地層為砂質粉土層，而且水土分算比水土合算更安全，所以選用水土分算的計算方式計算水土壓力。圖4.1 隧道埋深地質剖面圖（一）基本使用階段的荷載計算（1）襯砌自重： (4.1)式中 g襯砌自重，單位為kPa； 鋼筋混凝土重度，取25 kN /m； 管片厚度（m）。 代入數值計算可得：g=250.35=8.75kPa（2）襯砌拱頂豎向地層壓力： (4.2)式中 襯砌拱頂豎向地層壓力，單位為kPa； 襯砌頂部以上各個土層的容重，在地下水位以下的土層容重取其浮重度，kN /m； 襯砌頂部以上各個土層的厚度，單位為m。代入數值計算可得：（3）拱背土壓： (4.3)式中 襯砌拱背豎向地層壓力，單位為kPa； G襯砌拱背均布荷載，單位為kN /m； 襯砌拱背覆土層土的加權平均容重，單位為kN/m。 襯砌圓環(huán)計算半徑，單位為m。 代入數值計算可得：（4）地面超載：因為本隧道埋深淺，須在計算豎向土壓時考慮到地面超載，取地面超載的影響為18kPa。因此可得豎向土壓。（5）側向均勻主動土壓力： (4.4)式中 側向均勻土壓力，單位為kPa； 豎向土壓，單位為kPa； 襯砌圓環(huán)側向拱頂以上各土層的土的重度(kN/m)、內聚力(kPa)、內摩擦角()的加權平均值。 ； ； 代入數值計算可得： （6）側向三角形主動土壓： (4.5)式中 側向三角形主動土壓力，單位為kPa；同公式(3)。襯砌圓環(huán)直徑高度范圍內側向各土層土的加權平均重度(kN/m)和內摩擦角（），計算方法參考公式(4)中說明；代入數值計算可得：（7）側向土壤抗力：本工程采用按自由變形勻質圓環(huán)進行內力計算，由于相鄰環(huán)間接錯縫拼裝，可將管片圓環(huán)等效地為一個勻質剛性圓環(huán)。設計計算便不考慮側向土壤抗力帶來的影響。（8）靜水壓力：地下水位至拱頂的高度為8.90m。（9）拱底反力： (4.6)式中 襯砌結構拱底反力，單位為kPa； 水的重度，單位為kN/m。其他符號意義同前。 代入數值計算可得： （二）考慮特殊荷載作用 本設計中特殊荷載指人防、地震荷載等。在本設計中豎向特殊荷載取，側向特殊荷載取。依據規(guī)范中建議的工法進行內力計算，分別對特殊荷載階段、基本使用階段進行最不利荷載組合。對襯砌環(huán)的左半部分分析分類，平均地劃分為九個部分，各部分分別為0、22.5、45、67.5、90、112.5、135、157.5、180，其中0表示襯砌圓環(huán)垂直直徑處，22.5為0處向左量取22.5處，以此類推。以下表4.1表示各內力系數。表4.1 斷面內力系數表荷載截面位置截面內力M（KNm）N（KN）自重0上部荷載0/2/2底部反力0/2/2水壓0均布測壓0測壓0表4.2是依據表4-1計算得出的結果，如下。 表4.2 管片內力計算一覽表截面位置基本使用階段特殊荷載階段M（kNm）N（kN）M（kNm）N（kN）0-7.4380 811.8154 204.3083 103.1940 22.5-9.9131 819.5970 150.9184 136.8678 45-12.6038 837.9981 18.4322 219.3914 67.5-5.7554 855.9403 -125.7693 305.9202 9015.7249 864.3781 -212.5217 351.0000 112.545.1461 862.4550 -209.0623 334.3965 13564.9118 857.5216 -135.4732 272.0086 157.5-10.3638 832.4255 145.4538 288.5346 180-168.7249 877.3019 499.9907 177.6060 由于本工程所采用的管片設計寬度為b=1.2m，而荷載計算是按管片寬度b=1m計算所得，所以最終荷載應在b=1m計算基礎上乘以1.2的系數。將內力組合匯總如表4.3。 表4.3 管片內力組合一覽表截面位置內力組合1.2m管片內力組合M（kNm）N（kN）M（kNm）N（kN）0196.8704 915.0094 236.24444721098.01124322.5141.0053 956.4648 169.20638631147.757806455.8284 1057.3895 6.9940749941268.8673567.5-131.5247 1161.8605 -157.82966121394.23259290-196.7968 1215.3781 -236453739112.5-163.9162 1196.8515 -196.69942361436.221754135-70.5614 1129.5302 -84.673677571355.43623157.5135.0900 1120.9601 162.10800651345.152164180331.2658 1054.9079 397.51899141265.889517由內力組合值可知，彎矩在拱底處取得正的最大值（管片內側受拉，M=397.52kNm），在的時候取得負的最大值（管片外側受拉，M= -336.16kNm）；軸力在時取得最大值N=1458.45kN。4.3 斷面設計4.3.1 管片斷面管片配筋取襯砌結構承受彎矩最大值作為設計依據，在內力組合中得出的結果，在=180時截面內側受拉彎矩最大，=90時截面外側受拉彎矩最大。故按=180時的截面進行內排鋼筋設計，按=90時的截面進行外排鋼筋設計。依據混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2010），按偏心受壓構件配筋設計。（1） =180時（內排配筋）： 彎矩M=397.52 軸力N=1265.89kN 管片鋼筋選定為HRB400（20MnSiV）型熱軋鋼筋，選用混凝土等級為C55混凝土。h=350mm，h0= h as=h-50=300mm e0=M/N=314mm （4.7）ea=20mm（ea取20和h/30=350/30=11.7mm較大者） ei=e0+ea=314+20=334mm0.3h0=0.3300=90mm （4.8）所以，屬大偏心受壓情況式中 e0截面的初始偏心距，單位為mm； ea軸向力在偏心方向上的附加偏心距，單位為mm； ei修正截面初始偏心距，單位為mm ；s混凝土的保護層厚度，單位為mm；h管片的厚度，單位為mm。 e=ei +h/2- as （4.9）代入數值計算可得： e =334+175-50=459mm式中 e軸向力到受拉鋼筋合力點的距離，單位為mm；截面的偏心距增大系數；這里取=1.0。對受壓面配筋： （4.10）式中 1矩形應力圖強度與受壓區(qū)混凝土最大應力fc的比值；fc混凝土的抗壓強度設計值，單位為N/mm2；b管片寬度，單位為mm；b界限相對受壓區(qū)高度；fy鋼筋屈服強度設計值，單位為N/mm2；h0截面的有效高度，單位為mm。選擇級HRB400鋼筋和C55混凝土，查表可得：1=1.0； fc =25.3N/mm2； b =1.2m；b =0.508；=360N/mm2； h0=300mm。將已知數值帶入計算可得： = -9478mm20，為大偏壓。設已知，=1029mm2。由于受壓區(qū)采用最小配筋，則要重新計算受壓區(qū)高度 （4.12）代入數值計算可得： 計算得：=58.07mm2as=100mm對受拉面配筋： （4.13）式中 h0截面的有效高度，mm；截面承受的最大軸力，單位為kN。其余符號的解釋與式4.11一致。依據配筋所使用的鋼筋和混凝土的型號，查表可得：1=1.0； fc =25.3N/mm2； b =1.2m；b =0.508；=360N/mm2； h0=300mm。 =834.8mm20.3h0=0.3300=90mm e=ei +h/2- as =182+175-50=307mm對受壓面配筋：將已知數值帶入式4.13計算可得： = 6531mm20按最小配筋率計算。=0.00245bh=0.0022451200360=1029mm2由于受壓區(qū)采用最小配筋，則要重新計算受壓區(qū)高度帶入已知數值至式4.15可計算得：1458.45103307=1.025.31200x(300-x/2)+360840(300-50) 計算得：=44mm1029mm2；外筋：選用925的鋼筋進行布置，As =4418mm23994mm2。驗算總的配筋率： =1.56%min=0.245% （4.14）式中 As內部配筋