土木工程毕业设计（论文）-上海地铁1号线副线杨北路站～湄星路站区间隧道设计与施工.doc

全套图纸加扣3012250582编号：（ ）字 号本科生毕业设计设计题目：上海地铁1号线副线杨北路站湄星路站区间隧道设计与施工专 题：标准化的土力学实验考核实践研究姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-3班二一五年六月中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名：学 号：学 院：力学与建筑工程学院专 业：土木工程专业（地下工程方向）设计题目：上海地铁1号线副线杨北路站湄星路站区间隧道设计与施工专 题：标准化的土力学实验考核实践研究指导教师：职 称：二一五年六月 徐州中国矿业大学毕业设计任务书学院 力学与建筑工程 专业年级 土木工程专业地下2011 学生姓名 任务下达日期： 2015年 1月 19 日毕业设计日期： 2015 年 1 月 19 日至 2015 年 6 月 8 日毕业设计题目：上海地铁1号副线杨北路站湄星路站区间隧道设计与施工毕业设计专题题目：标准化的土力学实验考核实践研究毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据上海地铁1号副线杨北路站湄星路站区间隧道工程的实际资料，进行该区间隧道的结构设计和施工组织设计。结构设计内容应包括隧道正线施工方案、隧道衬砌结构设计，并编制设计计算书。施工组织设计内容应包括隧道施工准备、施工方法及辅助施工技术、施工总平面布置、施工进度计划和施工管理等内容。绘制图纸：杨北路站湄星路站区间隧道平面图，杨北路站湄星路站区间隧道纵断面与地质关系图，隧道施工总平面布置图。专题要求：根据标准化土力学实验考核实践研究的成果，设计一套土力学实验自主选题及标准化考核的系统。该系统包括一套学生自主选题系统、实验试卷以及根据土力学实验标准化考核的研究成果所做出的实验注意事项的视频。其它要求：绘制的图纸中，要求手工绘制1张。翻译一篇与设计或专题内容相关的外文参考文献，其中文字数不少于3千字，并且附原文。 院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日全套图纸加扣3012250582中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要本毕业设计主要包括三个部分，第一部分是杨北路站湄星路站区间隧道结构设计；第二部分是杨北路站湄星路站区间隧道施工组织设计；第三部分是专题部分，标准化的土力学实验考核实践研究。在第一部分区间隧道结构设计中，根据隧道穿越地层的工程地质、水文地质条件和周边环境情况，通过施工方案的比选，确定采用盾构法施工及平板型钢筋混泥土的衬砌结构，确定了计算断面及断面所受的载荷，并进行了断面管片内力计算和接缝张开量计算，然后对其进行相应的抗浮验算和裂缝宽度计算。第二部分是区间隧道施工组织设计，根据隧道施工方法和隧道周边的环境情况，对施工前准备工作，施工场地布置，隧道开挖与衬砌结构施工等进行设计，并编制了工程进度计划，编写了相应的质量、安全、环境保护等措施。第三部分是专题部分。根据前人土工实验标准化研究的结果，做出标准化的土力学实验考核实践研究。编写出了一套学生可以自主进行土力学实验选题、操作、以及结果分析的系统。并且对学生实验的考核进行了标准化，以便老师对学生实验进行评估。关键词：盾构； 结构计算； 施工组织； 地表沉降； 土工实验标准化ABSTRACT This graduation design mainly includes three parts, the first part is between Yang Bei road station Mei Xing road station tunnel structure design;The second part is between Yang Bei road station Mei Xing road station tunnel construction organization design;The third part is the projects section, standardization of the soil mechanics experiment examination practice research. In the first part of the tunnel structure design, according to the tunnel engineering geological and hydrogeological conditions of formation and the surrounding environment, through the construction scheme comparison, determine the construction by shield method and plate type concrete lining structure, determine the calculation section and cross section of the load, and the segment of the section of the internal force calculation and seam open quantity calculation, and then carries on the corresponding anti-floating calculation and crack width calculation. The second part is the tunnel construction organization design, according to the situation of tunnel construction methods and tunnel surrounding environment, the preparation work before construction, construction site layout, construction, tunnel excavation and lining structure design, and compiled the project schedule, write the corresponding quality, safety and environmental protection measures. The third part is the projects section.According to the result of previous geotechnical experiment standardization research, make a standardization of the soil mechanics experiment examination practice research.Students can independently write a set of the soil mechanicsexperiment topic selection, operation and results analysis of the system.And the achievement of student experiment standardized, so that the teacher to evaluate students experiment.Keyword: shield; structural calculation; Construction organization; The surface subsidence; Geotechnical experiment standardization目录ABSTRACT9第一部分111 工程概况11.1 工程位置11.2 工程规模12.1.2 气象22.2 现场条件22.2.1 沿线建（构）筑物、地下管线和障碍物22.2.2 交通状况23 隧道施工方案与衬砌选型设计33.1 隧道施工方案3根据本工程的施工条件，以及地下工程的施工方法，下面对上述四种施工方法进行比选分析，并确定出适合本工程的最佳施工方案。33.1.1 明挖法33.1.2 矿山法33.1.3 顶管法33.1.4 盾构法43.1.5 方案确定43.2 管片的初步设计44 隧道计算44.1 计算原则及采用规范44.2.1 土层情况54.2.2 荷载计算及组合54.4 千斤顶作用下局部承压计算184.4.1 局部承压184.4.2 预埋件设计184.5 抗浮验算195 隧道主要技术经济指标205.1 开挖土方量205.2 管片用量205.3 钢筋用量21第二部分1上海地铁1号线副线杨北路站湄星路站1区间隧道施工组织设计11 工程概况222 隧道施工准备222.1 技术准备222.1.1 质量技术管理体系222.1.3 施工管理22项目管理的定义很多，人们可以从组多角度对他进行描述。按照现代医学与遗传学研究结果证明，一个人寿命和健康情况在很大程度上是由他的遗传因素和孕育期情况决的。22供水系统采用4英寸总水管，共接二道水源，一道沿施工和生活场地四周布置。222.2 施工现场准备222.2.1 施工道路2223图2.1 质量管理体系232.2.2 施工道路23管片纵向端面以及缓冲薄片上也要均匀涂刷一遍三九氯丁，初干后准确的将软木粘贴上，并用木锤敲击表面确保粘贴平整牢靠。232.2.3 施工给水232.2.4 排水232.2.5 施工用电232.3 施工物资的准备242.4 劳动力准备252.4.2 基础建设阶段252.4.3 盾构推进阶段253 施工现场总平面布置263.1 施工现场总平面布置原则263.2 施工现场平面总体布置273.2.1 施工场地总体布置273.2.2 施工场地布置图274 界定关键过程284.1 施工测量控制要点284.2 管片拼装控制要点28施工技术人员、质量管理员应对管片的拼装、衬砌防水作业进行质量把关。泥水平衡盾构的原理，土压平衡盾构的原理也被适合洪积层砂性土层泥浆：284.3 衬砌防水控制要点294.4 关键过程控制人员落实295 施工方案及主要施工工序295.1 施工方案的确定305.1.1 泥水平衡盾构的原理305.1.2 土压平衡盾构的原理305.1.3 泥水平衡盾构、土压平衡盾构的特性对比305.1.4 盾构施工方案确定315.2 盾构掘进的施工准备315.2.1 技术交底315.2.2 地面准备工作315.2.3 井下准备工作315.3 出洞方案315.3.1 出洞土体加固325.3.2 凿除混凝土洞门325.3.3 洞口止水帘布安装325.4 进洞方案325.4.1 进洞土体加固325.4.2 盾构接收井准备325.4.3 盾构姿态的复核测量325.4.4 盾构靠上槽壁前的推进325.4.5 盾构进洞325.5 掘进施工参数335.6 管片拼装335.7 同步注浆及壁后二次补压浆345.8 纠偏345.9 洞门施工345.11 隧道内运输356 施工主要技术措施356.1 砂性土层的施工技术措施356.2 穿越地下管线、河道时的保护措施366.3 邻近施工和既有建筑物的保护措施377 施工进度计划377.1 工程总体施工进度计划378 质量、安全与环境保护措施398.1 质量管理398.1.1 工程质量标准39表8.1 工程主要质量标准398.1.2 隧道衬砌质量的控制398.1.3 隧道轴线的控制398.1.4 地表沉降的控制408.1.5 测量控制408.2 安全生产施工的控制40（1）进场前应制订好安全管理目标40 创建局级以上安全生产标兵化工地。408.3 文明施工措施408.4 防汛、防台风施工措施418.5 消防安全措施41第三部分223.1 固结实验介绍45参考文献66翻译部分67第一部分上海地铁1号线副线杨北路站湄星路站区间隧道结构设计第 22 页 全套图纸加扣3012250582 1 工程概况1.1 工程位置 上海轨道交通一号线副线杨北路站湄星路站盾构区间由杨北路与杨宗支路的交汇处开始，盾构从杨北路站端头井下井，沿杨宗支路向南推进，到达湄星路站端头井。湄星路站站址沿杨宗支路布置，位于杨宗支路西侧的丹缘物流有限公司内部。距离杨宗支路73m，距离湄星路67m。1.2 工程规模设计的隧道断面形状为圆形隧道，隧道断面的外径是6200mm，内径是5500mm。上行线与下行线的距离是13.2m。杨北路站湄星路站区间隧道推进里程为：K1+167.25K2+367.25，单线长1200m。在K1+767.25设旁通道及泵站一处。隧道顶覆土6.913.6m左右。2设计依据2.1 自然条件2.1.1 工程地质 （1）地形、地貌杨北路站湄星路站所处的位置地形较为平坦，该区间的地面高程为1.63.2m之间。拟建的施工场地地貌形态较为单一，地貌类型属于滨海平原地区标注。 （2）地基土的构成与特征1填土层:呈杂黄褐色，比较松散，且比较湿润。上部土层主要有混凝土地坪、碎石、煤渣等构成，下部土层主要由粘性土等组成。该层位于地表，分布广泛。1 砂质粉土层:呈褐灰色，比较湿润，具有较高的压缩性，含氧化铁斑点及铁锰质结核。并且随着深度的不断增加土性逐渐变软。 粘土层:呈灰色，饱和，软塑性。且具有中等程度的压缩性。含有云母，有机质等。土质不是很均匀。摇震反应较慢，土面不是很光滑，韧性中等，干强度中等。粘土层:呈暗绿色，饱和，软塑，且具有高压缩性。含有云母，有机质且含少量贝壳的碎屑，夹杂有少量的薄层粉砂，土质较为均匀。1砂质粉土:呈草黄色，饱和，中密，压缩性为中等。含有云母以及少量的氧化铁条纹，夹杂有粉砂。2 粉细砂:呈草黄色，饱和，中密密实，压缩性中等低等。含有云母，夹杂有粉性土。1 粘土:呈灰色，可塑软塑，土体很湿。压缩性为中等。含有云母，有机质等，且夹杂有少量薄层粉砂。一般上部土体夹杂有较多量的薄层粉性土。 由本盾构区间掘进地层分布图可知，施工区域内土层的物理力学性质见下表2.1：表2.1 施工地区土层的物理力学性质土层编号土层名称层厚(m)含水量（）重度（KN/m3）孔隙比粘聚力C（kPa）内摩擦角（。）1杂填土1.82181砂质粉土2.3933.618.40.935.526灰色粘土5.753717.61.0919.015.5暗绿色粘土4.6721.816.60.6532.017.31砂质粉土2.2531.217.40.924.030.02粉细砂3.6825.719.30.783.032.01粘土3.8337.817.71.092219.5 （3）地下水年平均地下水位离地表的距离为0.40.6m，低水位的埋深一般为1.45m，承压水位一般情况下低于潜水位；第1层承压水位埋深为3.510.5m。2.1.2 气象（1）气温上海市的年平均气温为18.2，最高温度为39.5，最低为-4.5。（2）降水上海地区的全年无霜期约为225天，年平均的降雨量在1195mm左右。（3）日照上海地区全年的平均日照时数约为1638.2小时标注。2.2 现场条件2.2.1 沿线建（构）筑物、地下管线和障碍物 （1）沿线建（构）筑物盾构从杨北路站出洞不久，就将穿越璟岩建筑材料有限公司；接着穿越居民住宅区、湄浦河、美依多服装超市，到达位于原上海中畅弹性件有限公司内的施工车站。各工业民用建筑物为框架或砖石结构，无高层建筑，受施工的影响非常小。 （2）地下管线杨北路站湄星路区间地段采用暗挖法施工。在施工中，应对一些重要管线进行沉降和位移的监测，根据监测信息来对施工组织进行及时的调整，对地下管线的沉降和位移加以控制，确保地下管线可以正常使用。2.2.2 交通状况本标段盾构施工工程主要沿杨宗支路布置，由于周围都是居民住宅和厂房，交通状况比较复杂。为了使施工造成的生活影响降到最低，本区间隧道的施工一律采用暗挖法施工。在施工时，我们应该遵循交通部门的安排，将交通线路进行临时的改道，以保证市民的正常出行。3 隧道施工方案与衬砌选型设计3.1 隧道施工方案根据本工程的施工条件，以及地下工程的施工方法，下面对上述四种施工方法进行比选分析，并确定出适合本工程的最佳施工方案。3.1.1 明挖法明挖法：挖开地面后，按照由上向下的施工顺序对土石方进行开挖。目前达成共识时的海拔时，再从基底处正确的顺序是顺作品施工。隧道的主体结构也已经完成，填次或坑基础之上，在恢复的一种隧道工程的方法。地下施工中，施工对象银行的深浅的情况下，广泛使用的是明挖法施工。明挖法中最常使用的执行方案广播坡着手中。明挖法的优点是：施工方法较为简单；技术较为成熟；工程的施工进度较快，还可以按照施工需要进行分段且同时的施工作业；浅埋施工时，工程的造价以及工程运营的成本会比较低，能耗相对会比较少。缺点是：施工时的天气情况对施工进度的影响稍大；施工过程中施工机械会产生一定的工业噪音，渣土的运输堆放会导致粉尘的产生，井底降水会产生一定的泥浆；所以，工程的施工作业会对城市交通以及城市居民日常生活产生一定的影响；为了能够正常进行施工作业，需要将影响到隧道正常施工的地下市政管线以及一些地下建筑物拆除掉。3.1.2 矿山法矿山法的优点是：多掌子面能够并行作业，施工机械和施工工艺比较简单；工程造价较低。不会对地面的正常交通与生活产生影响，地表下沉量较小，适用于硬、软岩层的各类地下工程。矿山法的缺点是：工程后的洞身体表面平整度不佳，超挖洞、挖量度高。超挖会使混凝土的使用量加大，致使工程造价增加；隧道的施工过程比较危险，隧道的施工作业环境相对较差；施工作业会对围岩产生较大程度的破坏扰动，使施工的危险性加大；施工速度较慢；对周围环境的影响较大。3.1.3 顶管法顶管法进行管道铺设的地层较为特殊，可以在软弱的土层中进行。顶管法的优点是：进行管道铺设的土层为，在一定的深度下；施工的部分只存在工作坑，施工过程相对安全，对地面的交通影响较小，不会对地面上的建筑物造成破坏；施工时，仅仅对管道断面部分的土进行开挖，所以出土量较少。顶管法的缺点是：对于曲率半径较小且隧道选线存在多种不同曲线的情况，顶管法就不再适用；推进时，如果遇到阻碍推进的大块岩石等情况，对这些岩石的处理也会比较困难；在上部覆土较浅时，使用此种方法不是很经济。3.1.4 盾构法盾构法是一种暗挖隧道工法。这是在地下失误和不到位的表面工作。使用盾牌盾牌的果实和机器内部盾牌的千斤顶前进的动力。正逐渐趋于成熟盾牌，管拼装片。利用盾构机，可以使隧道盾构施工速度加快，从而提高施工效率，缩短工期。盾构法施工的优点是：由于盾构机械内部存在可以提供保护作用的设备，因此盾构的掘进和衬砌的施工较为安全；隧道的施工工程对地面原有的交通影响较小；不受气候条件的限制；施工的主要工作由盾构机械完成，容易进行管理。盾构法施工的主要缺点是：当覆土较浅时，难以确保开挖面的稳定性；在盾构曲率半径小的情况下难以进行盾构施工。3.1.5 方案确定本工程隧道施工区间的地质情况比较复杂，地下水的含量较为丰富，计划的施工工期比较紧，施工场地附近为居民住宅区和厂房，地面交通复杂，平时的人流量和车流量较大。采用了人体盾牌法执行符合总工程的需求在比较良好的力量能发挥盾牌构工程的优点。本标段隧道工程区间工程的特征，上海地区地下隧道工程的一般方法进行综合分析之后，最终确定个隧道区间的标段采用盾牌构法动工兴建。3.2 管片的初步设计由于本工程对接缝刚度的要求容易满足，为了更加方便且快捷的进行管片的拼装，加快工程的施工进度，因此，本工程的衬砌使用通缝拼装进行施工。4 隧道计算4.1 计算原则及采用规范计算原则：（1）工程设计的服务年限为100年； （2）本工程的结构安全等级为一级； （3）取三个横断面计算隧道顶部覆土的竖向应力值，取最大值的断面进行计算； （4）能够符合施工阶段、正常使用阶段以及特殊条件下的强度要求；（5）接缝的变形量要在所使用的接缝防水措施能够保障的范围内；（6）成型后管片的裂缝宽度小于0.2mm。采用规范：（1）混凝土结构设计规范（GB50010-2002）；（2）地下工程防水技术规范（GB50108-2001）； （3）道路隧道设计规范(DG-TJ08-2033-2008) ；（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）； （8）城市桥梁设计荷载标准（CJJ-77-1998）； （9）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）。4.2 断面的选择及内力计算根据道路隧道设计规范(DG-TJ08-2033-2008)(上海)，本工程盾构隧道区间为二级隧道。自由的变形，灵活均等质量戒指法为由构隧道衬砌构造计算。根据杨北路站湄星路站区间隧道的盾构选线可知，本工程的隧道盾构需穿过一条河流。查阅相关资料后可以了解到：该河流工程位置为：K1+660.00，河宽为6.6米，最深处为3.3米。河道底部的土层依次往下为：灰色粘土；暗绿色粘土；砂质粉土。根据杨北路站湄星路站区间隧道纵剖面图，选取3个截面分别计算隧道的上部覆土深度和隧道拱顶处的竖向荷载。这三个截面分别为：隧道顶部覆土最深处；盾构穿越河道处；随机选取的一处。下表为三个截面处的覆土以及拱顶竖向荷载情况。表4.1 隧道三处截面情况截面位置覆土深度（m）拱顶竖向荷载（kPa）K1+827.5510.428q=108.57K1+660.006.24q=K2+157.259.0q= 由表中计算结果可知，应选取隧道内埋深最深的断面进行受力分析，根据杨北路站湄星路站区间隧道剖面图，工况里程为K1+827.55，盾构隧道的中心标高为-11.628m、地面的标高为1.9m。4.2.1 土层情况根据本工程的工程地质纵剖面图，可以得到施工区域的土层地质情况。具体请见图4.1。4.2.2 荷载计算及组合区间隧道外径为6200mm，内径为5500mm。混凝土的强度c55。负荷计算在b=1米的计算单位，管片幅度地表的物理力学的性质，在计算时的压力发生变化，就像分计算方法。 （一）基本使用阶段的荷载计算（1）衬砌自重： (4.1) 式中： 衬砌自重，kPa； 钢筋混凝土容重，取为25； 管片厚度，m。 把已知数值带入公式，计算后可得：=250.35=8.75 。 （2）衬砌拱顶竖向地层压力： 拱顶部： (4.2)式中： q 衬砌拱顶竖向地层压力，kPa； hi衬砌顶部以上各个土层的厚度，m。 q=108.5698kPa 拱背部： (4.3) 式中： 衬砌拱背处覆土的加权平均容重（）； 衬砌圆环计算半径（m）。 24.236kPa （3）地面超载：因为本工程的隧道埋深并不是很大，因此须对地面超载对计算的影响进行考虑。一般取地面超载值为20，且将其叠加到竖向土压上，因此总的竖向土压力为：+20=108.5698+24.236+20=152.8058kPa （4）车辆荷载：由于本工程隧道盾构区间基本是沿着杨宗支路进行布置，盾构隧道基本位于道路下方。（5）侧向水平均匀土压力： (4.4) 式中 侧向水平均匀土压力，(kPa)；21.28。c衬砌环直径高度内各土层内聚力的加权平均值，（kPa）；=（23.4kPa。把各已知数值带入公式计算可得： kPa（6）侧向三角形水平土压力： (4.5) 式中 侧向三角形水平土压力，kPa；RH衬砌圆环计算半径，m；衬砌环直径高度内的各土层重度加权平均值，； 把已知数值带入计算可得： kPa。 (7) 静水压力：水位高为11.928m。 (8) 侧向土壤抗力 (4.6) (4.7)式中： 衬砌圆环侧向地层（弹性）压缩（）； 衬砌圆环在水平直径处的变形量（m）； 衬砌圆环抗弯刚度（）； 衬砌圆环抗弯刚度折减系数，。C55混凝土强度为；根据以往实验研究和工程实测资料核算，对取0.650.75折减系数，；取。所以， 将已知数值带入上式计算可得：m可以看到得到数值太小，因此可忽略不计。 (9)水压 按静力水压考虑。 (10)衬砌拱底反力： （4.8）式中： 衬砌拱底反力， kPa； 衬砌拱顶竖向地层压力，kPa； 衬砌计算半径，m； G 衬砌自重，kPa； 衬砌环直径高度内各土层重度的加权平均值，； 水的容重，取为10。把已知数值带入计算可得： kPa（二）考虑特殊荷载作用取左半衬砌圆环进行分析，将其均分为十二个部分，各部分分别为0、15、30、45、60、75、90、105、120、135、150、165、180。各断面内力系数表如表4.1。表4.1 各截面内力公式荷载截面位置截面内力PM（kNm）N（kN）自重0g荷载0/2q/2底部反力0/2/2水压0均布荷载0侧压0表4.2 各截面内力值截面内力自重垂直荷载底部反力水压均布侧压侧压 0M(kNm)37.43277.74-39.58-6.260.00-16.81N(kN)-12.80-33.6629.2746.8654.6817.1415M33.63243.27-36.66-5.622.68-15.108N-10.63-11.2428.2846.6551.0116.5430M22.85148.43-28.11-3.829.99-10.11N-4.3850.2425.3546.0341.0014.6345M6.8216.68-14.50-1.1419.99-2.43N5.16134.9820.7045.1127.3411.2960M-11.75-119.833.231.9629.986.63N16.81221.3414.6444.0513.676.8675M-29.48-228.5723.884.9337.3014.95N29.05287.587.5843.043.662.4990M-42.73-285.1746.047.1439.9820.02N40.20317.571.7942.292.052.11105M-47.97-278.9967.738.0237.3019.71N48.62315.46-16.6741.983.661.18120M-42.21-209.9581.607.0529.9813.39N52.82291.85-46.6842.3113.676.83135M-23.40-82.7371.943.9119.992.43N51.69248.36-77.8943.3927.3416.09150M9.2894.0019.22-1.551.00-9.90N44.58187.93-94.3945.2641.0026.43165M55.22308.20-93.12-9.232.68-19.57N31.44114.71-81.2547.8851.0134.54180M112.29545.25-272.21-18.760.00-23.22N12.8033.66-29.2751.1454.6737.61将内力组合汇总如下表4.4。表4.3 各阶段荷截面载值截面位置基本使用阶段特殊荷载阶段M（kNm）N（kN）M（kNm）N（kN）0252.52101.4825.2510.1515222.19120.6022.2212.0630139.24172.8713.9217.294525.41244.5825.4124.4660-89.77317.37-89.7731.7475-176.99373.401-17.7037.3490-214.72400.05-21.4840.06105-194.20394.23-19.4239.42120-120.12360.80-12.0136.08135-7.85308.96-7.8530.90150121.05250.8212.1125.08165244.17198.3224.4219.83180343.34160.6134.3316.06表4.4 修正前后内力组合值截面位置内力组合1.2m管片内力组合M（kNm）N（kN）M（kNm）N（kN）0277.77111.63333.32133.9615244.41132.66293.29159.1930153.16190.16183.79228.194550.82269.0460.98322.8560-179.54349.11-215.45418.9375-194.69410.74-233.63492.8990-236.20440.11-283.44528.13105-213.62433.65-256.34520.38120-132.13396.88-158.56476.26135-15.70339.86-18.84407.83150133.16275.90159.79331.08165268.59218.15322.31261.78180377.67176.67453.20212.00根据计算所得的内力绘出衬砌的内力组合图，见图4.2。图4.2 内力组合图4.3 断面设计4.3.1 管片断面设计管片时，管片的配筋要满足于最不利荷载条件下的使用要求。所以管片的配筋应该满足最大外侧受拉以及最大内侧受拉这两种情况下的使用需求。即外排钢筋按照90进行设计，内排钢筋按照180进行设计。根据混凝土结构设计规范（GB50010-2010），并参考盾构法隧道施工技术及应用等相关书籍，按照偏心受压构件来进行截面配筋的设计。 (1) 衬砌管片外排配筋的设计 由之前所算的结果可知，在=90时弯矩值最大： 弯矩：M=-283.44kNm 轴力：N=528.13kN 本设计中，管片的钢筋选用的是HRB400型热轧钢筋，混凝土选用C55等级的混凝土。 通过查表可得： 1=1.0； fc =25.3N/mm2； =0.508；=360N/mm2； 由于衬砌厚度为350mm，即h=350mm，取50mm。 所以， 。 0.3式中： 截面的初始偏心距，mm； 轴向力在偏心方向上的附加偏心距，mm； 修正截面初始偏心距，mm； 混凝土的保护层厚度，mm； 衬砌即管片的厚度，mm。初判为大偏心受压构件。 式中： 混凝土抗压强度设计值，N/； 截面曲率修正系数； A截面面积，； N截面轴力最大值，kN。因此，该构件属于大偏心受压，应按大偏心受压构件进行计算。取因为，所以取按照水工规范： （4.9）式中： 截面曲率修正系数； 构件长细比对截面曲率的修正系数； 截面的偏心距增大系数。将以上数值代入公式，得： ，直接取。 （4.10）式中： 轴向力到受拉钢筋合力点的距离，mm。将以上数值代入公式，得： mm对于受压面的配筋计算： （4.11） 式中： 矩形应力图强度与受压区混凝土最大应力的比值； 混凝土的抗压强度设计值，N/； 管片宽度，mm； 界限相对受压区高度； 钢筋抗压强度设计值，N/； 截面的有效高度，mm。将查表得到的数据代入上式，则可以得到： 由于小于0，说明衬砌的混凝土受压强度满足条件，因此，管片的配筋按照最小配筋率来计算。查表得： ft =1.96；=360； =0.245% 式中： 最小配筋率； 混凝土的抗拉强度设计值，N/； 钢筋的抗拉强度设计值，N/。 （4.12）式中，意义与上面相同。将已知的数据代入上式，求得：由于受压区是采用最小配筋来进行计算的，所以需要重新进行受压区高度的计算。式中，为有效保护层厚度，。其余各符号的解释与前面一