北京地铁矿山法区间隧道结构设计指南-0717.doc

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袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈膇蒇袃袇艿莀蝿袆莁薆蚅袅肁莈薁袅膃薄衿袄芆莇螅羃莈薂蚁羂肈莅薇羁芀薀薃羀莂蒃袂罿肂虿螈罿膄蒂蚄羈芇蚇薀肇荿蒀衿肆聿芃螄肅膁蒈蚀肄莃芁蚆肃肃薆薂肃膅荿袁肂芇薅螇肁莀莈蚃膀聿薃蕿腿膂莆袈膈芄薁螄膇蒆莄螀膇膆蚀蚆螃芈蒂薂螂莁蚈袀螁肀蒁螆螁膃蚆蚂袀芅葿薈衿莇节袇袈 北京地铁矿山法区间隧道结构设计指南 (草稿) 石家庄铁道学院二六年七月目 录1 设计原则12 有关结构设计技术指标23 矿山法区间隧道构造34 设计荷载55 初期支护设计计算方法186 二次衬砌设计计算方法221 设计原则1.1 地下铁道车站和区间主要构件设计使用年限为100年。根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，采取有效措施，保证结构强度、刚度，满足结构耐久性要求。1.2 根据工程地质和水文地质条件及城市规划要求，结合周围地面建筑物、地下构筑物、管线和公交状况，通过对技术、经济、环保及使用功能的综合比较，合理选择结构形式。1.3结构设计应满足施工、运营、城市规划、环境保护、防水、防火、防迷流、防腐蚀和人民防空的要求。1.4 结构的净空尺寸除应满足建筑限界要求外，尚应考虑施工误差、测量误差、结构变形和沉陷等因素。1.5 断面形状和衬砌形式应根据工程地质及水文地质、埋深、施工方法等条件，从地层稳定、结构受力合理和环境保护等方面综合确定。1.6 施工引起的地层沉降应控制在环境条件允许的范围内。根据周围环境、地面建筑物和地下管线对施工变形的敏感程度，采取稳妥可靠的预测预报措施。区间隧道暗挖施工地面沉降控制标准应根据环境条件认真分析确定，一般路面宜控制在30mm以内，当穿越重要地面建筑物或地下管线时，上述数值应按照允许的条件确定。1.7 隧道建设应尽量考虑减少施工中和建成后对环境造成的不利影响，并考虑市政规划建设引起周围环境的改变对地铁结构的影响。- 23 -2 有关结构设计技术指标2.1 地下铁道区间主体工程等级为一级、防水等级为二级，耐火等级为一级。2.2 隧道结构的抗震等级按二级考虑，按抗震烈度8度设防。2.3 人防等级按5级设防，结构设计按5级人防的抗力标准进行验算。2.4 结构设计在满足强度、刚度和稳定性的基础上，应根据地下水水位和地下水腐蚀性等情况，满足防水和防腐蚀设计的要求。当结构处于有腐蚀性地下水时应采取抗侵蚀措施，混凝土抗侵蚀系数不低于0.8。2.5 在永久荷载基本荷载组合作用下，应按荷载效应标准组合并考虑长期作用影响进行结构构件裂缝验算。二类环境混凝土构件的裂缝宽度(迎土面)应不大于0.2mm，一类环境(非迎土面及内部混凝土构件)混凝土构件的裂缝宽度均应不大于0.3mm。当计及地震、人防或其它偶然荷载作用时，可不验算结构的裂缝宽度。3 矿山法区间隧道构造3.1 区间直线段隧道建筑限界(1)区间隧道的建筑限界是根据已定的车辆类型、行车速度、受电方式、施工方法及地质条件等按不同结构形式进行确定的。(2)马蹄形隧道建筑限界。马蹄形隧道断面需根据地层条件来确定其形式，根据北京的地层条件，一律设置仰拱。仰拱曲率，可根据地层条件、隧道埋深及其宽度、轨道构造高度、排水沟深度等条件确定。r5=5390图3-1 马蹄形隧道建筑界限图r151602604255634670048203230795200200o2o2o1o3yr2=2610795xoxy车辆轮廓线车辆限界设备限界线路中心线隧道中心线r1=2210r4=6840r4o1建筑限界采取a型车接触轨下部受流方式的矿山法隧道，其建筑限界最大宽度为4820mm，最大高度为5160mm，见图3-1。3.2 隧道内轮廓尺寸与断面形式直线段隧道根据隧道建筑限界和隧道结构受力合理性要求，逐渐定型如图3-2和图3-3所示。曲线段隧道内外侧按曲线半径分别给予加宽。根据浅埋、松散地层的受力特征，为使结构受力合理和施工方便，多年施工实践逐渐形成了图3-2和图3-3所示的五心圆墙脚圆角型和墙脚直角型两种曲墙带仰拱结构型式。墙脚圆角型受力合理，但施工工艺相对复杂，墙脚直角型施工工艺简单，但二衬直角处需通过局部布筋方式提高其受力能力。图3-2 墙脚圆角型断面图3-3 墙脚直角型断面3.3 隧道衬砌形式一般采用复合式衬砌，初期支护由型钢格栅、钢筋网与喷射混凝土组成，二次衬砌采用现浇钢筋混凝土结构。初期支护与二次衬砌间铺设全包防水层。辅助性措施有：注浆小导管等超前支护，锁脚锚杆、加固注浆、回填注浆等。4 设计荷载4.1 荷载分类和荷载组合(1)隧道结构设计荷载类型及名称应按表4-1采用。(2)隧道结构设计荷载组合系数按表4-2采用。(3)结构设计时应按结构可能出现的最不利工况进行组合，确定组合系数并进行计算。决定荷载的数值时，应考虑施工和使用过程中发生的变化。表4-1 地下结构荷载分类表荷载类型荷载名称永久荷载结构自重地层压力结构上部和受影响范围内的设施及建筑物压力水压力及浮力混凝土收缩及徐变影响预加应力设备重量地基下沉影响可变荷载基本可变荷载地面车辆荷载及其动力作用地面车辆荷载引起的侧向土压力地铁车辆荷载及其动力作用人群荷载其它可变荷载温度变化影响施工荷载偶然荷载地震荷载沉船、抛锚或河道疏浚产生的撞击力等灾害性荷载注：1设计中要求考虑的其他荷载，可根据其性质分别列入上述三类荷载中；2表中所列荷载未加说明者，可根据国家有关规范或根据实际情况确定；3施工荷载包括：设备运输及吊装荷载，施工机具及人群荷载，施工堆载，相邻施工的影响，盾构法或顶进法施工的千斤顶顶力及压浆荷载，沉管拖运、沉放和水力压接等荷载。4.2 地层压力(1)地铁隧道竖向土压力计算公式为： (4-1) 4-2 荷载组合系数表序号 荷载组合永久荷载可变荷载偶然荷载地震荷载人防荷载1基本组合构件强度计算1.35（1.0）1.42短期效应组合构件抗裂验算1.01.03长期效应组合构件变形验算1.00.50.84抗震偶然组合构件强度验算1.35（1.0）1.35人防偶然组合构件强度验算1.35（1.0）1.06基本组合抗浮稳定验算1.0式(4-1)中，为围岩容重；隧道上覆土层厚度；断面宽度；围岩内摩擦角；围岩内聚力；断面高度；其中，； ; ；。d埋深h竖向荷载d1图4-1 推荐公式竖向荷载与隧道埋深的关系如图4-1所示曲线。(2)地层侧向压力： (4-12)式中，洞顶地层中任意点的垂直压力； 隧道高度内各地层内摩擦角的层厚加权平均值；其它符号同前。4.3 地面荷载和施工机械等引起的附加压力4.3.1 竖向压力在道路下方的地下结构，地面车辆及施工荷载可按20kpa的均布荷载取值，并不计冲击压力的影响。覆土埋深低于1.0m时按实际情况考虑公路车辆或施工机械荷载，并考虑冲击压力的影响。一般情况下，车辆荷载可按下述方法简化为匀布荷载：单个轮压传递的竖向压力(图4-2) (4-3)0.7z0.7z0.7z0.7z0.70.70.70.71111zzbapozpoz地面地面p0p0图4-2 车辆荷载单轮压力计算图式图4-3 车辆荷载多轮压力计算图式0.7zbzp0apoz0.7z0.7z0.7zpozp0p0p0zbd1d2b两个以上轮压传递的竖向压力(图4-3) (4-4)式中，地面车辆传递到计算深度z处的竖向压力； 车辆单个轮压，按通行的汽车等级采用； 隧道覆土厚度； a，b地面单个轮压力的分布长和宽度； di 地面相邻两个轮压的净距； 轮压的数量； 车辆荷载的动力系数，可参照表4-1选用。表4-1 地面车辆荷载的动力系数覆盖层厚度(m)0.250.300.400.500.600.70动力系数01.301.251.201.151.051.00注：本表取自给水排水工程结构设计规范(bgj69-84)当覆盖层厚度较小时，即两个轮压的扩散线不相交时，可按局部匀布压力计算。当无覆盖层时，地面车辆荷载则按集中力考虑，并用影响线加载的方法求出最不利荷载位置。4.3.2车辆荷载的侧向压力地面车辆荷载传递到地下结构上的侧压力，可按下式计算： (4-5)式中符号意义同前。4.4地层被动压力隧道结构底层被动土压力为其向地层方向产生的位移与地层弹性抗力系数的乘积，即： (4-6)式中，k地层的弹性抗力系数(pa/m)，可用地质勘察基床系数代替。在随机性计算中，k值变异系数可参考表4-2和表4-3采用。表4-2 垂直基床系数(mpa/m)统计结果表层号累计深度/m岩层名称垂直基床系数(mpa/m)平均值变异系数子样数子样组数2.7689 填土5.1007 粉土、粘土、粉质粘土20.15000.4858202037.1927 粉细砂29.16670.15396611.6213 粉土、粉质粘土40.26460.3494173148313.4584 粉细砂30.96430.3264565617.0801 粘土、粉质粘土35.85990.24849483119.1153 粉土38.85660.37285353321.9225 粉细砂31.38420.22975757423.7347 中粗砂35.45040.1836252528.1497 卵石、圆砾68.48300.19664746129.8067 中粗砂38.62500.12614040231.6000 粉细砂33.63890.1250363635.4953 粘土、粉质粘土42.94990.2030210135137.9174 粉土48.62130.207115079239.3299 粉细砂42.75000.379388340.7534 细中砂40.15680.2863343446.1734 卵石、圆砾80.425405596 粉细砂38.80600.30355858348.9280 中粗砂46.06250.27454848450.6280 粉土51.18900.22232121552.0940 粘土、粉质粘土41.65630.1733191954.2485 粉土52.62420.22723333157.2941 粉质粘土43.06330.19747372258.8197 细中砂37.00000.4060111164.3708 卵石、圆砾84.33330.25373030166.8165 粉细砂29.33330.380033268.9122 中粗砂39.00000.13324471.4518 粘土、粉质粘土41.30280.21451818173.4587 粉土50.62500.077188475.9645 粉细砂75.00000.000033178.2733 粉细砂482.0429 卵石圆砾30.00000.00001184.1929 粉质粘土50.00000.000044表4-3 水平基床系数(mpa/m)统计结果表层号累计深度/m岩层名称水平基床系数(mpa/m)平均值变异系数子样数子样组数2.7689 填土5.1007 粉土、粘土、粉质粘土20.15000.4858202037.1927 粉细砂29.16670.15396611.6213 粉土、粉质粘土40.26460.3494173148313.4584 粉细砂30.96430.3264565617.0801 粘土、粉质粘土35.85990.24849483119.1153 粉土38.85660.37285353321.9225 粉细砂31.38420.22975757423.7347 中粗砂35.45040.1836252528.1497 卵石、圆砾68.48300.19664746129.8067 中粗砂38.62500.12614040231.6000 粉细砂33.63890.1250363635.4953 粘土、粉质粘土42.94990.2030210135137.9174 粉土48.62130.207115079239.3299 粉细砂42.75000.379388340.7534 细中砂40.15680.2863343446.1734 卵石、圆砾80.425405596 粉细砂38.80600.30355858348.9280 中粗砂46.06250.27454848450.6280 粉土51.18900.22232121552.0940 粘土、粉质粘土41.65630.1733191954.2485 粉土52.62420.22723333157.2941 粉质粘土43.06330.19747372258.8197 细中砂37.00000.4060111164.3708 卵石、圆砾84.33330.25373030166.8165 粉细砂29.33330.380033268.9122 中粗砂39.00000.13324471.4518 粘土、粉质粘土41.30280.21451818173.4587 粉土50.62500.077188475.9645 粉细砂75.00000.000033178.2733 粉细砂482.0429 卵石圆砾30.00000.00001184.1929 粉质粘土50.00000.0000444.5地震荷载在衬砌结构横截面的抗震设计和抗震稳定性检算中采用地震系数法(惯性力法)，即静力法；验算衬砌结构沿纵向方向的应力和变形则用地层位移法，即拟静力法。等代的静地震荷载包括：结构本身和洞顶上方土柱的水平、垂直惯性力以及主动土压力增量。由于地震垂直加速度峰值一般为水平加速度的1/22/3，而且也缺乏足够的地震记录，因此对震级较小和对垂直地震振动不敏感的结构，可不考虑垂直地震荷载的作用。只有在验算结构的抗浮能力时才计及垂直惯性力。水平地震荷载可分为垂直和沿着隧道纵轴两个方向进行计算。4.5.1 隧道横截面上的地震荷载(垂直隧道纵轴)(1) 结构的水平惯性力 作用在构件或结构重心处的地震惯性力一般可表示为： (4-7)式中，作用于结构的地震加速度；g重力加速度；q构件或结构的重量；kc与地震加速度有关的地震系数。对于隧道结构，我们可以将其具体化并简化如下：(a)马蹄形曲墙式衬砌，见图4-4，其匀布的水平惯性力为： (4-8)式中，综合影响系数，与工程重要性、隧道埋深、地层特性等有关，规范中建议，对于岩石地基，=0.2，非岩石地基，=0.25；水平地震系数，7度地区，=0.1；8度地区，=0.2；9度地区，=0.4；m1 拱墙部分衬砌质量；h 拱墙部分衬砌的高度；m2 仰拱质量；f 仰拱的矢高。(b)圆形衬砌，见图4-5，其匀布的水平惯性力为： (4-9)式中，m衬砌质量； d衬砌外直径。图4-5 圆形衬砌的地震荷载图式f2h1d图4-4 马蹄形衬砌的地震荷载图式f2h1h(c)矩形衬砌，见图4-6，其水平惯性力分三部分： (4-10)式中，、顶、底的水平惯性力，作为集中力考虑，作用在顶、底板的轴线处；图4-6 矩形框架的地震荷载图式f2h1h边墙的水平惯性力，按作用在边墙上的匀布力考虑；mt、mb 顶和底板质量；mw 边、中墙质量；h 边墙净高。(2) 洞顶上方土柱的水平惯性力 (4-11)式中，m上上方土柱的重量。(3) 主动侧向土压力的增量地震时地层的内摩擦角要发生变化，由原来的值减少为(-),其中为地震角，在7度地震区=130；8度处=3；9度处=6。因此，结构一侧的主动侧向土压力增量为： (4-12)其中，；。而结构另一侧的主动土侧向土压力增量可按上述值反对称布置。(4)隧道上方土柱的垂直惯性力，其一般公式为： (4-13)式中，垂直地震系数，一般取； q隧道上方土柱的重量。由于垂直惯性力仅在验算结构抗浮能力时需要考虑，因此，即可按集中力考虑。4.5.2 沿隧道纵轴方向的地震荷载地震动的横波与隧道纵轴斜交或正交，或地震动的纵波与隧道纵轴平行或斜交，都会沿隧道纵向产生水平惯性力，使结构发生纵向拉压变形，其中以横波产生的纵向水平惯性力为主。地震波在冲积层中的横波波长约为160m左右。因此，孙钧院士在其地下结构一书中建议：计算纵向水平惯性力时，对区间隧道可按半个波长的结构重量考虑，即 (4-14)式中，w隧道结构每延米的重量，其它符号意义同前。4.6 水压力及浮力静水压力可使隧道结构的轴力加大，对抗弯性能差的混凝土结构来说，相当于改善了它的受力状态，因此，计算静水压力时，则须按可能出现的最低水位考虑。而验算隧道结构的抗浮能力时，则须按可能出现的最高水位考虑。计算静水压力时，两种方法可供选择，一种是和土压力分开计算；另一种是将其视为土压力的一部分和土压力一起计算。对于砂性土可采用第一种方法。粘土地层(含粉质粘土)中施工阶段按水土合算，使用阶段按水土分算。水土分算时，地下水位以上的土采用天然重度，水位以下的土采用有效重度计算土压力，另外再计算静水压力的作用。水土合算时，地下水位以上的土与前者相同，水位以下的土采用饱和重度计算土压力，不计算静水压力。其中土的有效重度为： (4-15)式中水的重度，一般。h2h10h10h2h20h10h2(b)水土合算(a)水土分算图4-7 两种计算静水压力方法两种计算静水压力的方法的差异示于图4-7中。4.7 人防荷载地下结构在规定需要考虑战时防护的部位，作用在结构上的等效荷载按人防规范的有关规定计算。5级人防地面空气冲击波峰值pm=10kpa。4.8 邻近地面设施及建筑物压力荷载隧道穿越或邻近地面高大建筑物，应考虑邻近地面建筑物地基应力荷载所引起的附加荷载。按土力学理论，假定地基为各向同性半无限体，在不同地面荷载作用下，地基中任一点所引起的附加应力，布内斯克（boussinesq）解为基础推导求解。（1）地面带状均布荷载地面带状均布荷载作用下，如图4-8所示，隧道拱顶任一点地层所引起的附加应力为： （4-6） 式中： 和过n点的垂线与n点至荷载两侧点连线的夹角； p建筑物地基应力：图48 带状均布荷载地基附加应力计算图示n（x，z）zpx z覆土埋深。 (2)矩形均布荷载目前对矩形面积均布荷载作用下，土中任一点n的已有解，但公式计算比较复杂，计算时常用图表来进行。下面来讨论如何用表计算矩形面积角点下的 。矩形均布荷载角点下深度z处的 ，可用下式表示：其中，a和b为面积荷载的长和宽，见图4-9（a），根据 和 ，从表34中可直接查到矩形面积荷载角点下的应力系数k，从而算出 。有了角点下的应力计算公式，其它任一点下的应力，可用叠加原理求得。如图4-9（b）所示，为求矩形（ab）面积荷载中心点下的 ，可把矩形面积分成四等分，先由表3-4找四分之一面积角点下的应力系数，则中心点下为 。又如图4-9所示，为求矩形面积外任意点m下的 ，可按图上虚线过m点分成若干面积，则m点下的 可由几个矩形面积角点下的 相叠加而成，即图4-9 矩形均布荷载角点下和任一点下的应力（a） 角点下应力；（b） 中点下应力；（c）任一点下应力（a）（b）（c）上式中k的脚标表示所代表的面积，如 表示矩形面积13m6的角