軟土地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道課程設(shè)計計算書

1、軟土地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道課程設(shè)計說明書（共00頁）姓 名 楊 均學(xué) 號 070849 導(dǎo) 師 丁 文 琪土木工程學(xué)院地下建筑與工程系2010年7月1 設(shè)計荷載計算1.1 結(jié)構(gòu)尺寸及地層示意圖圖1-1 結(jié)構(gòu)尺寸及地層示意圖如圖，按照要求，對灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土上層厚度進(jìn)行調(diào)整：。按照課程設(shè)計題目，以下只進(jìn)行基本使用階段的荷載計算。1.2 隧道外圍荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算（1） 自重 （2）豎向土壓若按一般公式： 由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8mD=6.55m，屬深埋隧道。應(yīng)按照太沙基公式或普氏公式計算豎向土壓：a太沙基公式：其中： （加權(quán)平均值）則：b普氏公式：取豎向土壓為太沙基公式計算值，

2、即：。（3） 拱背土壓。其中：。（4） 側(cè)向主動土壓其中：，則：（5） 水壓力按靜水壓考慮：a豎向水壓：b側(cè)向水壓：（6） 側(cè)向土壤抗力襯砌圓環(huán)側(cè)向地層（彈性）壓縮量：其中：襯砌圓環(huán)抗彎剛度取襯砌圓環(huán)抗彎剛度折減系數(shù)??；則：（7） 拱底反力其中：，與拱背土壓對應(yīng)則：。（8） 荷載示意圖圖1-2 圓環(huán)外圍荷載示意圖2 內(nèi)力計算2.1 用荷載-結(jié)構(gòu)法按均質(zhì)圓環(huán)計算襯砌內(nèi)力取一米長度圓環(huán)進(jìn)行計算，其中荷載采用設(shè)計值，即考慮荷載組合系數(shù)。計算結(jié)果如下表（已考慮荷載組合系數(shù)）：表2-1 隧道圓環(huán)內(nèi)力計算結(jié)果截面/度內(nèi)力垂直荷載水平荷載水平三角荷載地基抗力自重每米內(nèi)力pe1+pw1qe1+qw1qe2+q

3、w2-qe1-qw1qk=kg800.71 719.09 104.35 14.82 10.50 0M/KNm1712.65 -1538.06 -93.00 -15.09 30.97 97.47 0N/KN0.00 2103.33 95.38 15.33 -5.12 2208.93 0Q/KN0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 8M/KNm1646.30 -1478.48 -90.28 -14.65 29.95 92.84 8N/KN45.36 2062.59 94.45 15.18 -4.47 2213.11 8Q/KN-322.78 289.88 13.27 2.13

4、 4.96 -12.54 40.5M/KNm267.92 -240.61 -27.18 -4.35 7.67 3.46 40.5N/KN987.85 1216.18 69.20 11.66 10.21 2295.10 40.5Q/KN-1156.62 1038.72 59.10 9.95 19.83 -29.02 73M/KNm-1419.85 1275.11 78.07 14.51 -25.51 -77.67 73N/KN2141.88 179.80 16.72 2.94 35.92 2377.25 73Q/KN-654.84 588.08 54.68 9.61 16.34 13.87 90

5、M/KNm-1712.65 1538.06 111.60 19.18 -35.28 -79.08 90N/KN2342.08 0.00 0.00 0.00 48.24 2390.33 90Q/KN0.00 0.00 19.08 0.00 5.12 24.20 105.5M/KNm-1468.03 1318.38 109.15 14.09 -33.74 -60.16 105.5N/KN2174.82 150.21 7.26 3.68 52.48 2388.45 105.5Q/KN603.13 -541.65 -26.17 -13.27 19.11 41.15 138M/KNm179.02 -16

6、0.77 -0.73 -3.57 1.24 15.18 138N/KN1048.63 1161.60 101.42 11.39 31.94 2354.98 138Q/KN1164.63 -1045.91 -91.32 10.26 34.67 72.33 159M/KNm1272.75 -1143.00 -91.38 -12.11 28.29 54.54 159N/KN300.79 1833.21 177.30 14.31 13.14 2338.74 159Q/KN783.58 -703.70 -68.06 5.49 23.61 40.92 180M/KNm1712.65 -1538.06 -1

7、30.20 -15.09 39.58 68.88 180N/KN0.00 2103.33 209.85 15.33 5.12 2333.62 180Q/KN0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 內(nèi)力（紅色線條）分布圖如下：圖2-1 彎矩分布圖（KNm）圖2-2 軸力分布圖（受壓KN）圖2-3 剪力分布圖（KN）3 標(biāo)準(zhǔn)管片(B)配筋計算3.1 截面及內(nèi)力確定由上述內(nèi)力計算，取80截面處內(nèi)力進(jìn)行內(nèi)力計算。根據(jù)修正慣用法中的-法，由于縱縫接頭的存在而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體剛度降低，取圓環(huán)整體剛度為：而管片的內(nèi)力：3.2 環(huán)向鋼筋計算假設(shè)為大偏心構(gòu)件。?。?采用對稱配筋：其中：鋼筋選用H

8、RB335鋼，則由此：得：確為大偏心。由此算出：?。哼x配4B14（A/g=615.75 mm2）。3.3環(huán)向彎矩平面承載力驗算（按偏心受壓驗算）查混凝土結(jié)構(gòu)基本原理表4-1，得軸心受壓穩(wěn)定系數(shù)： 取滿足要求。3.4 箍筋計算根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)基本原理，按照偏心受壓構(gòu)件進(jìn)行計算。剪跨比：故取。矩形截面鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件斜截面抗剪承載力：其中：ft混凝土抗拉強度（1.89N/mm2）fyv鋼筋抗剪承載力（HPB235級，210N/mm2）Nc軸向壓力（要求）檢驗軸壓力上限：又由：既不需要計算配箍，按構(gòu)造要求即可。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)基本原理中所述構(gòu)造要求，選配四肢箍A8200。4 基本使用階段驗算4.1

9、 抗浮驗算盾構(gòu)隧道位于含地下水的土層中時受到地下水的浮力作用，故需驗算隧道的抗浮穩(wěn)定性，用抗浮系數(shù)：其中：G/隧道自重G拱背土壓力P垂直荷載Rj井壁與土壤間摩擦力Q水浮力則：（注：上述計算中由于相對于垂直荷載摩擦力非常小，為計算簡便，將摩擦力忽略不計）滿足要求。4.2 管片局部抗壓驗算由于管片連接時在螺栓上施加預(yù)應(yīng)力，故需驗算螺栓與混凝土連接部位的局部抗壓強度。在于應(yīng)力作用下，混凝土所受到的局部壓應(yīng)力：其中：N螺栓預(yù)應(yīng)力（同上，取280KN）An螺帽（或墊片）與混凝土接觸凈面積，?。簞t：即需在螺帽下設(shè)置一定厚度的內(nèi)徑為31mm、外徑為130mm的鋼圓環(huán)墊片。4.3 管片裂縫驗算取最大彎矩處進(jìn)行

10、裂縫驗算（即00截面），此處滿足要求，則其他位置亦可滿足。根據(jù)橋涵規(guī)范條：，取s=1.0 ，；再根據(jù)橋涵規(guī)范條：裂縫寬度：，其中：C1鋼筋表面形狀系數(shù)（對帶肋鋼筋取1.0 ）C2作用長期影響系數(shù)（取1+0.5N1/Ns=1.5 ）C3與構(gòu)件受力性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)（取0.9 ）配筋率（）則：；不滿足要求，需增加鋼筋。經(jīng)計算，鋼筋改配為6B16即可滿足要求，驗算過程如下：，則：；滿足要求。同理，對標(biāo)準(zhǔn)管片進(jìn)行驗算，也需增加配筋為6B16 。綜上所述，襯砌管片的配筋量由裂縫要求控制。彎矩越小，裂縫越大？4.4 管片接縫張開驗算管片拼裝之際由于受到螺栓（8.8級），在接縫上產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力：其中：N1螺栓預(yù)應(yīng)力

11、引起的軸向力（由鋼結(jié)構(gòu)基本原理取280KN）e0螺栓與重心軸偏心距（取25mm）F、W襯砌截面面積和截面距當(dāng)接縫受到外荷載，由外荷載引起的應(yīng)力：其中：N2、M2外荷載，由外荷載引起的內(nèi)力F、W襯砌截面面積和截面距選取最不利接縫截面（80），計算如下：均為壓力，接縫不會張開。由此可得接縫變形量：其中：E防水涂料抗拉彈性模量（取3MPa）l涂料厚度（取5mm）則：若用兩只螺栓：即環(huán)向每米寬度內(nèi)選用兩只螺栓即可滿足要求。4.5 縱向接縫強度驗算近似地把螺栓看作受拉鋼筋，由此進(jìn)行強度驗算。a負(fù)彎矩接頭（73截面）： 由：為大偏心受壓,則：滿足要求。b正彎矩接頭（8截面處）： 由：為大偏心受壓,則：滿足

12、要求。5 構(gòu)造說明（1） 混凝土保護(hù)層厚度地下結(jié)構(gòu)的特點是外側(cè)與土、水相接觸，內(nèi)測相對濕度較高。故受力鋼筋保護(hù)層厚度最小厚度比地面機構(gòu)增加510mm。本設(shè)計中c=40mm。（2） 橫向受力鋼筋為便于施工，將橫向鋼筋與縱向分布鋼筋制成焊網(wǎng)。外側(cè)橫向鋼筋為一閉合鋼筋圈，內(nèi)側(cè)鋼筋則沿橫向通常配置。（3） 分布鋼筋由于考慮混凝土的收縮、溫差影響、不均勻沉降等因素的作用，必須配置一定數(shù)量的縱向分布鋼筋?？v向分布鋼筋的配筋率：頂、底板應(yīng)大于0.15%，對側(cè)墻應(yīng)大于0.20%，則本設(shè)計的縱向分布鋼筋：頂、底板（一側(cè)）：，配B12250(As=452mm2)；側(cè) 墻（一側(cè)）：，配B14250(As=616mm2)；中 墻（一側(cè)）：，配B12250(As=452mm2)。（4） 箍筋斷面厚度足夠，不用配置箍筋。（5） 剛性節(jié)點構(gòu)造框架轉(zhuǎn)角處的節(jié)點構(gòu)造應(yīng)保證整體性，根據(jù)此處鋼筋的布置原則，此點構(gòu)造說明如下：a 沿斜托單獨配置直線鋼筋B12200；b 沿著框架轉(zhuǎn)角處外側(cè)的鋼筋，其鋼筋彎曲半徑R=200mm1810=180mm ；c 為避免在轉(zhuǎn)角部分的