地下工程课程设计

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地下工程课程设计 | 11231042
1．设计概况
设计任务
对某区间隧道进行结构检算，求出内力，并进行配筋计算。 课设要求是地下结构设计任务书-5+CAD 中的图 1、 具体设计基本资料如下：
隧道截面图
设计基本资料
1.工程地质条件
线路垂直于永定河冲、洪积扇的轴部，第四纪地层沉积韵律明显，地层由 上到下依次为：杂填土、粉土、细砂、圆砾土、粉质粘土、卵石土。其主要 物理力学指标如表 1，本地区地震烈度为 6 度。
地下工程课程设计
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地铁区间隧道结构设计
姓 学 班
名：兰施琪 号：10231042 级：土木 1103
任课教师：贺少辉，孙晓静 单 时 位：北京交通大学土建学院 间： 2014 年 05 月 26 日
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目录
1 设计概况.................................................................................................................................. - 2 1.1 设计任务....................................................................................................................... - 2 1.2 设计基本资料................................................................................................................ - 2 2 设计过程.................................................................................................................................. - 4 2.1 根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋 ........................................................ - 4 2.2 计算作用在结构上的荷载（仅按使用阶段考虑） .................................................... - 4 2.3 荷载组合........................................................................................................................ - 4 2.3.1 荷载列表............................................................................................................. - 4 2.3.2 荷载组合............................................................................................................. - 4 2.4 结构受力图.................................................................................................................... - 4 3 结构内力分析.......................................................................................................................... - 4 3.1 结构模型的建立............................................................................................................ - 4 3.2 定义材料和截面............................................................................................................ - 4 3.3 添加边界条件.............................................................................................................. - 11 3.4 定义荷载...................................................................................................................... - 12 3.5 运行及查看结果.......................................................................................................... - 13 4 结构配筋计算及界面配筋图的绘制 ..................................................................................... - 17 5 结语及参考文献..................................................................................................................... - 17 -
式中 s 为围岩的级别；B 为洞室的跨度；i 为 B 每增加 1m 时的围岩压力增减率
由于隧道拱顶埋深 10m， 位于细沙层和圆砾土中， 根据 《地铁设计规范》 10.1.2 可知暗挖结构的围岩级别按现行《铁路隧道设计规范》确定。查表得围岩级 别为Ⅵ级。
B 8.2
则有：
i=0.1 S=6
h 0.45 2 s 1 [1 i ( B 5)] 0.45 26 1 [1 0.1 (8.2 5)] 19.008m
埋深 hc 10m h 19.008m ，可知洞室为浅埋，洞室的埋置深度不足 以形成天然拱。

2.2 计算作用在结构上的荷载（仅按使用阶段考虑）
由于该结构为极浅埋，所以其土压力为上覆土层的重量。 A. 顶板永久荷载 1．顶板结构自重（只考虑二衬）
q顶 d 25 0.4 10kPa
隧道位于圆砾土层中的厚度： h2 3.97 m ；
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侧向围岩压力系数可按其深度取加权平均，以简便计算，故:
K
Ki hi 0.455 3.2 0.406 3.97 0.428 hi 7.17
（1）
对于隧道侧墙上部土压力，用朗肯主动土压力方法计算：
3．地层竖向水压力
q水顶 w h 10 10 6 40kPa
B. 底板永久荷载 1. 底板自重
q底 d 25 0.4 10kPa
2. 水压力（向上） ：
q水底 w h 10 10 6 7.17 111.7 KPa
C. 侧墙永久荷载 地层侧向压力按主动土压力的方法计算，由于埋深在地下水位以下，需考虑 地下水的影响(水土分算)。对于隧道侧墙上部土压力，用朗肯主动土压力方 法计算。 先计算侧向压力系数:
厚度 天然重度 饱和重度 3 3 （m） γ （kN/m ） γ（kN/m ） 1.7 5.0 6.5 5.6 8.0 13.0 16 18 19.3 19.5 20.0 20.0 22 26 26.2 26.6 27.0 27.5 27.8
杂填土 粉土 细砂 圆砾土 粉质粘土 卵石土 基岩
2.其他条件
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表1
土的类型
各层土的物理力学指标
弹性抗 变形模量 E 力系数 （GPa） (Mpa/m） 50 90 100 120 150 200 300 0.8 0.9 1.2 1.5 1.8 2.0 2.5 泊松比 μ 0.4 0.35 0.32 0.32 0.32 0.30 0.35 内摩擦 角ф （º） 20 21 22 25 23 27 35 粘聚力 C(Mpa) 0.005 0.01 0.01 0.01 0.02 0.03 0.04
i i 2
0.406 118.28 kpa
D. 可变荷载 1. 地面超载： 按《地铁设计规范》(GB50157—2003)10.2.1 中第三条规定：在道路下面的 潜埋暗挖隧道，地面的车辆荷载按 20KPa 的均布荷载作用于地层上，并不计动 力作用影响。人群荷载按 4KPa 均布荷载标准值计算。 即： P 超 24kPa 。 2. 底板上可变荷载： 主要为列车车辆运行的可变荷载，一般取: 3. 侧向上可变荷载
地下水位在地面以下 6m 处；隧道顶板埋深 10m；采用暗挖法施工，隧道 断面型式为马蹄形。
地层中隧道位置示意图
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2 设计过程
2.1 根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋
可以采用《铁路隧道设计规范》(TB10003—2005)的方法。，即有
h* 0.45 2s 1 [1 i ( B 5)]
q侧顶 i hi K1 170.72 0.455 77.68kpa
（2） 对于隧道侧墙土层分界处土压力
（26.2 10） 6.5 （26.6 10） 0.455 h K 1.7 16 4.3 18 0.7
i i 1
q上
细砂的侧向围岩压力系数为：
22 K1 tan 2 (45 ) tan 2 (45 ) 0.455 2 2
圆砾土的侧向围岩压力系数为：
25 K tan 2 (45 ) tan 2 (45 ) 0.406 2 2 2
隧道位于细砂层中的厚度： h1
3.2m ；
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4 1 9 2 5K P5a. 7 1 4 0 . 6
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由于到隧道上部地面有车辆荷载和人群荷载，会导致侧向压力的增大：
q超 K平均P 超 0.428 20 8.56kPa
E.
偶然荷载
在本次设计中，仅考虑比较简单的情况，偶然荷载可以不用考虑。
2．地层竖向土压力 由于拱顶埋深 10m，则顶上土层有杂填土、粉土、细砂，且地下水埋深 6m， 所以应考虑土层压力和地下水压力的影响。
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q 顶 i hi 1.7 16 (6 1.7) 18 0.7 (26.2 10) 3.3 （26.6 10） =170.72kpa
101.85kpa
q下 i hi K 2 1.7 16 4.3 18 0.7 （26.2 10） 6.5 （26.6 10） 0.406 90.88kpa
（3） 对于隧道侧墙底部土压力
q 侧底
h K 1.7 16 4.3 18 0.7 (26.