地下结构课程设计

《地下结构课程设计》计算书

——地铁区间隧道结构设计

1 设计任务

本次地下结构课程设计是进行城市地铁区间隧道的结构设计，涉及“地下工程”这门课的主要理论，通过设计，使学生更深入地掌握所学理论。

其余详细设计任务资料见附录。

1.1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。

表1 各层土的物理力学指标

1.2 其他条件

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。

1.3 暗挖区间断面

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》推荐的方法，即有

上式中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，B>5m时，i取0.1，B<5m时，i取0.2。

由于隧道顶板埋深10m，所以该隧位于细砂层和圆砾土中，根据《地铁设计规范》10.1.2可知“暗挖结构的围岩分级按现行《铁路隧道设计规范》确定”，查表得围岩为Ⅳ级围岩，则有

则

可知该隧道埋深为浅埋。

2.2 计算作用在结构上的荷载

2.2.1 永久荷载

1.结构自重（只考虑二衬）

顶板自重：

侧墙自重：

底板自重：

2.地层压力

a. 地层竖向压力

由于拱顶埋深10m，则拱顶上方土层有杂填土、粉土、细砂，且地下水埋深6m，应考虑土层压力和地下水压力的影响，对于浅埋洞室，本设计按照极浅埋的形式进行竖向土压力计算，即。

b. 地层水平压力

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，采用朗肯主动土压力方法计算：

地下结构处于细沙土层与圆砾土土层中，所以在土层交界面出会有土压力突变。

细沙：

圆砾土：

拱顶处：

=77.68KPa

土层交界面以上：

土层交界面以下：

洞底处：

3.水压力

水压力随着深度线性增加，在拱顶处为水压力，在洞底处为浮力，在侧墙上为垂直于侧墙的侧压力。

拱顶处：

水

洞底处：

水

2.2.2 可变荷载

1.地面车辆荷载

按20KPa均布荷载作用于地层上考虑

2.地铁车辆荷载及其冲击力

轴重140KN，轮重70KN，标准轨距为1435mm，不计入冲击力的影响。则地铁车辆均布荷载为。

3.人群荷载

按4KPa的均布荷载标准值计算。

4.地面超载引起的可变荷载

由于隧道上部地面车辆的运行，会导致侧向压力的增大。

拱顶处：

土层交界面以上：

土层交界面以下：

洞底处：

2.2.3 偶然荷载

在本设计中，仅考虑比较简单的情况，偶然荷载可以不用计算。

2.3 进行荷载组合

2.3.1承载能力极限状态

荷载组合采用基本组合，即为1.35恒载+1.4活载，根据以上各种计算，作用在隧道上的设计荷载有：

拱顶：设计恒载：-299.66KPa

设计活载：-33.6KPa

侧墙（顶部）：设计恒载：158.87KPa（x方向）；-253KPa（y方向）

设计活载：12.74KPa（x方向）

（底部）：设计恒载：331.63KPa（x方向）；-253KPa（y方向）

设计活载：11.37KPa（x方向）

底板：设计恒载：163.3KPa

设计活载：-9.03KPa

2.3.2正常使用极限状态

荷载组合采用标准组合，即为1.0恒载+1.0活载，根据以上各计算，作用在隧道上的设计荷载有：

拱顶：设计恒载：-221.97KPa

设计活载：-24KPa

侧墙（顶部）：设计恒载：117.68KPa（x方向）；-187.43KPa（y方向）

设计活载：9.1KPa（x方向）

（底部）：设计恒载：245.65KPa（x方向）；-187.43KPa（y方向）

设计活载：8.12KPa（x方向）

底板：设计恒载：120.97KPa

设计活载：-6.45KPa

2.4 绘出结构受力图

结构受力图如下图所示：

2.5 利用midas程序计算结构内力

首先应进行单元划分，然后定义荷载和截面，加入边界条件，在midas程序中施加各类荷载，然后运行后就可得到单元内力，弯矩图和轴力图。

2.5.1 承载能力极限状态

隧道断面的弯矩图

隧道断面的轴力图

2.5.2 正常使用极限状态

隧道断面的弯矩图

隧道断面的轴力图

2.6 结构配筋计算和截面配筋图绘制（隧道结构取最不利截面配筋）2.6.1主筋配筋计算

经过结果分析，可知侧墙与底板的拐角处（拱脚处）为最不利位置，沿隧道纵向取1m的计算单元，弯矩最大为467.93kN.m，轴力为1549.54kN，以此截面为控制截面进行配筋，为简便计算，采用对称配筋。

由于截面宽度b=1.0m，高度h=0.45m，计算长度L=0.7m，由于长细比为L/h<5，长细比较小时，偏心受压构件的纵向弯曲变形很小，附加弯矩的影响可忽略。

材料采用：钢筋HRB335，，

混凝土C25，，，，

保护层厚度为40mm，则=50mm，相对界限受压区高度，。

(1)判别大小偏压

则为大偏压结构。

(2)配筋

，取为