地下建筑结构课程设计-盾构隧道的断面选择及内力计算22222

《地下建筑结构课程设计》

----软土地区地铁盾构隧道

一、设计资料

如图1所示，为一软土地区地铁盾构隧道的横断面，衬砌外径为6200mm，厚度为350mm，混凝土强度为C55，环向螺栓为5.8级。管片裂缝宽度允许值为0.2mm，接缝张开允许值为3mm。地面超载为20KPa。

图1 隧道计算断面土层分布图

二、设计要求

盾构隧道衬砌的结构计算采用自由变形的弹性均质圆环法并考虑土壤介质侧向弹性抗力来计算圆环内力。试计算衬砌内力，画出内力图，并进行管片配筋计算、隧道抗浮、管片局部抗压、裂缝、接缝张开等验算。

三、计算原则及采用规范

计算原则：

（1）设计服务年限100年；

（2）工程结构的安全等级按一级考虑；

（3）取上覆土层厚度最大的横断面计算；

（4）满足施工阶段，正常运营阶段和特殊情况下强度计算要求；

（5）接缝变形在接缝防水措施所能适应的范围内；

（6）成型管片裂缝宽度不大于0.2mm；

（7）隧道最小埋深处需满足抗浮要求；

采用规范：

（1）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）；

（2）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）；

（3）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999）；

（4）《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2001）；

（5）《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308-1999）；

（6）《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）；

（7）《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）。

《地下建筑结构课程设计》----软土地区地铁盾构隧道

计算书

姓名：

班级：

学号：

指导教师：

北方工业大学土木工程学院

地空系

2015年5月

目录

1 荷载计算-------------------------------------3

1.1 结构尺寸及地层示意图-----------------------3

1.2 隧道外围荷载标准值-------------------------3

1.2.1 自重--------------------------------3

1.2.2 均布竖向地层荷载----------------------4

1.2.3 水平地层均布荷载----------------------4

1.2.4 按三角形分布的水平地层压力--------------5

1.2.5 底部反力-----------------------------5

1.2.6 侧向地层抗力--------------------------5

1.2.7 荷载示意图----------------------------6

2 内力计算---------------------------------------6

3 标准管片配筋计算--------------------------------8

3.1 截面及内力确定-----------------------------8

3.2 环向钢筋计算--------------------------------8

3.3 环向弯矩平面承载力验算-----------------------11

4 抗浮验算-------------------------------------10

5 纵向接缝验算--------------------------------12

5.1 接缝强度计算------------------------------12

5.2 接缝张开验算------------------------------14

6 裂缝张开验算------------------------------15

7 环向接缝验算----------------------------16

8 管片局部抗压验算-----------------------------17

9 参考文献-------------------------------18

（一）基本使用阶段的荷载计算 （1）衬砌自重：

δγ=h g （4.1） 式中 g —衬砌自重，kPa ；

γh —钢筋混凝土容重，取为25kN/m 3 δ—管片厚度，m 。

将已知数值带入上式计算可得：g =25⨯0.35=8.75kN/m 3。

（2）衬砌拱顶竖向地层压力：

∑=γ=n

1

i i i v1h P （4.2）

式中 P v1 —衬砌拱顶竖向地层压力，kPa ；

γi —衬砌顶部以上各个土层的容重，在地下水位以下的土层容重取其浮重度，kN/m 3； h i —衬砌顶部以上各个土层的厚度，m 。

（3）拱背土压：

H v22/R Q P = （4.3）

式中 P v2—衬砌拱背竖向地层压力，kPa ；

Q —拱背均布荷载，kN/m ；Q γπ-=2

H )4/1(2R （4.4） γ—衬砌拱背覆土的加权平均容重，kN/m 3；

R H —衬砌圆环计算半径，m 。

（4）地面超载：由于本隧道埋深不是很深，故须考虑到地面超载的影响，取地面超载为20kPa ，并将它叠加到竖向土压上去，故总的竖向土压力为kPa 。

（5）侧向水平均匀土压力：

1h P =1v P tan 2(45°-2/ϕ)-2c tan(45°-2/ϕ) （4.5） 式中 P h1—侧向水平均匀土压力，kPa ；

φ—衬砌环直径高度内各土层内摩擦角加权平均值，（º）； c '—衬砌环直径高度内各土层内聚力加权平均值，kPa ； （6）侧向三角形水平土压力：

)2/45(tan 2020H h2ϕ-γ=R P （4.6） 式中 P h2—侧向三角形水平土压力，kPa ；

R H —衬砌圆环计算半径，m ；

γ0—衬砌环直径高度内各土层重度的加权平均值，kN/m 3； （7）静水压力：水位高为m 。

（8）衬砌拱底反力：

w H 2v 1v R )2/(γπ-π++=R g P P P （4.7） 式中 P R —衬砌拱底反力，kPa ；

P v1—衬砌拱顶竖向地层压力，kPa ；

P v2—衬砌拱背部荷载，kPa ；

g —衬砌自重，kPa ；

γw —水的容重，取为10kN/m 3。 （9）地层侧向弹性抗力

衬砌结构由于外荷作用，在水平方向产生向外的横向变形的同时，衬砌外围土体也相应会对衬砌结构产生一抵抗压力，以阻止衬砌结构进一步变形。目前，在设计实用计算中应用较为普遍的是温克尔局