土木工程毕业设计（论文）-广州地铁3号线市桥站～番禹广场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：广州地铁3号线市桥站番禹广场站区间隧道设计与施工专 题：地下混凝土结构分解性侵蚀及对策姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-2班 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（城市地下工程方向）设计题目：广州地铁3号线市桥站-番禺广场站区间隧道设计与施工区间隧道设计与施工专 题：地下混凝土结构分解性侵蚀及对策指导教师：职 称：二一五年六月 徐州全套图纸加扣3012250582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：广州地铁3号线市桥站-番禺广场站区间隧道设计与施工毕业设计专题题目：地下混凝土结构分解性侵蚀及对策毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据广州地铁3号线光明路站北-番禺广场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：光明路站北-番禺广场站区间隧道平面图，光明路站北-番禺广场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：本文将对国内外工程上出现的常见分解性侵蚀现象进行原理分析，并在此基础上研究地下混凝土结构分解性侵蚀的处理对策，最后通过一个工程实例，对地下工程有效应对分解性侵蚀危害提出基本建议。绘制图纸：1张。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：全套图纸加扣3012250582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 日全套图纸加扣3012250582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 日全套图纸加扣3012250582摘 要本毕业设计主要包括三个部分，第一部分是市桥站-番禺广场站区间隧道结构设计；第二部分是市桥站-番禺广场站区间隧道施工组织设计；第三部分是专题部分，地下混凝土结构分解性侵蚀及对策。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，隧道衬砌结构采用复合衬砌，并对其进行相应的强度和抗浮验算。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，内容是地下混凝土结构分解性侵蚀及对策。本文将对国内外工程上出现的常见分解性侵蚀现象进行原理分析，并在此基础上研究地下混凝土结构分解性侵蚀的处理对策，最后通过一个工程实例，对地下工程有效应对分解性侵蚀危害提出基本建议。关键词：地下环境；混凝土；分解性侵蚀；耐久性；结构强度 ABSTRACTThis graduation design mainly includes four parts: the first part is Shiqiao station of Guangzhou metro line 3 between Fanyu square station tunnel lining structure calculation; The second part is Shiqiao station of Guangzhou metro line 3 between Fanyu square station construction organization design; The third part is the projects section, decomposition erosion of underground concrete structures and its countermeasures;The fourth part is the translation part.In the second part, according to the characteristics of the palisade solutions and support, the preparation work before construction, concrete construction plan, construction general layout and construction schedule and management measures for design, and write the corresponding quality, safety and civilized management measures.In the third part, from the first pile static load test, This paper will analyze the common decomposition erosion phenomena at home and abroad.Based on this, the Countermeasures of the decomposition erosion of underground concrete structures are studied. Finally, a practical engineering example is proposed to deal with the damage of the underground concrete structures. The fourth part is the translation segment: Complete Model of Corrosion-Degraded Cyclic BondPerformance in Reinforced Concrete.Keyword: underground environment; concrete; decomposition erosion; durability; structural strength目 录第一部分 广州地铁市桥站番禹广场站区间隧道结构设计1 工程概况1 1.1 隧道工程位置1 1.2 隧道工程范围1 1.3 隧道工程规模12设计依据2 2.1 自然条件2 2.2 现场条件33 隧道施工方案与衬砌选型设计4 3.1 隧道施工方案4 3.2 施工方法选择6 3.3 衬砌形式选择64 隧道计算7 4.1 计算依据及规范7 4.2 计算断面的选择7 4.3 隧道截面计算8 4.4 接缝张开量计算19 4.5 千斤顶作用下局部承压计算20 4.6 抗浮验算215 隧道主要技术经济指标22 5.1 开挖土方量22 5.2 管片用量22 5.3 钢筋用量22 5.4 人工费用22第二部分 广州地铁市桥站番禹广场站区间隧道施工组织设计1 工程概况232 隧道施工准备23 2.1 技术准备23 2.2 施工现场准备24 2.3 施工物资的准备25 2.4 劳动力准备263 施工现场总平面布置27 3.1 施工总平面布置原则27 3.2 施工平面总体布置27 3.3 施工现场区域划分284 界定关键过程29 4.1 施工测量控制要点29 4.2 管片拼装控制要点29 4.3 衬砌防水控制要点30 4.4 地表沉降控制要点30 4.5 关键过程控制人员落实305 施工方案及主要施工工序30 5.1 施工方案选择30 5.2 掘进的施工准备32 5.3 出洞方案33 5.4 进洞方案33 5.5 盾构掘进参数34 5.6 管片拼装34 5.7 同步注浆及壁后补压浆35 5.8 纠偏35 5.9 洞门施工35 5.10 隧道内运输和施工设施36 5.11 工况监测36 5.12 弃土处理366 施工主要技术措施37 6.1 砂性土层施工技术措施37 6.2 穿越地下管线的保护措施37 6.3 邻近施工和既有建筑物的保护措施38 6.4 紧急预案措施387 施工进度计划38 7.1 工程进度流程图39 7.2 工程进度横道图398 质量、安全和环境保护措施管理41 8.1 工程质量管理体系41 8.2 工程质量控制措施43 8.3 工程安全措施管理44 8.4 工程环境保护措施管理44第三部分 地下混凝土结构分解性侵蚀及对策1 绪论46 1.1 概述46 1.2 地下混凝土结构侵蚀现状47 1.3 地下混凝土结构侵蚀原因综述48 1.4 地下混凝土结构分解性侵蚀研究现状49 1.5 主要研究内容502 分解性侵蚀原理研究50 2.1 溶出性侵蚀50 2.2 碳酸性侵蚀50 2.3 普通酸性侵蚀51 2.4 氯离子侵蚀53 2.5 杂散电流侵蚀543 分解性侵蚀防治措施研究55 3.1 材料准备55 3.2 配合比设计56 3.3 构造措施57 3.4 混凝土养护57 3.5 混凝土结构表面防腐处理574 应用实例分析57 4.1 工程概况57 4.2 地下环境侵蚀性情况调查57 4.3 水、土侵蚀性分析58 4.4 杂散电流侵蚀性分析59 4.5 侵蚀防治措施615 结论与展望61参考文献62翻译部分64致 谢73第一部分市桥站番禺广场站区间隧道结构设计全套图纸加扣30122505821 工程概况1.1 隧道工程位置广州市轨道交通三号线是广州市新城区连接番禹老城区的重点交通线路，该区域人口较为密集，人流量大。其中，市桥站番禺广场隧道区间是三号线最后两站的区间隧道，其走向呈“”型，既从市桥出发，沿光明北路向东南方向穿过禺山大道和康乐路到达清河西路，再过东涌路、工业路、环城东路等主要干道后转入清河东路，再沿着清河东路向东穿行到达番禹广场，其中，在清河西路路口开挖中间风井。本工程穿越多个建（构）筑物相当密集的居民小区、商业性楼群和道路等，交通较为复杂。市桥站番禹广场站区间隧道的最小曲线半径为1200米，最大纵坡为15。1.2 隧道工程范围市桥站番禹广场站区间隧道土建工程包括两个区段的隧道工程及相应辅助工程：（1）市桥清河西路区间，右线里程YCK23+282.5YCK24+576.8，右线长度为1294.3m；左线里程ZCK23+282.5ZCK24+581.7，左线长度为1299.2m；（2）清河西路番禺广场区间，右线里程YCK24+769.5YCK26+663.3，右线长度为1893.8m；左线里程ZCK24+769.5ZCK26+668.9，左线长度为1899.4m。1.3 隧道工程规模市桥站番禹广场站区间隧道工程分为盾构区间（包括联络通道）和明挖区间（包括盾构始发井以及中间风井）：（1）盾构区间，右线里程YCK23+362.5YCK24+576.8、YCK24+769.5YCK26+663.3，右线长度为3188.1m；左线里程ZCK23+362.5ZCK24+576.8、ZCK24+769.5ZCK26+668.9，左线长度为3198.6m。联络通道：共设置3座联络通道，分别设置在YCK23+830、YCK25+330、YCK26+040，其中YCK23+830、YCK26+040兼做泵房。（2）明挖区间，中间风井扩大段隧道区间土建工程（包括风道及风机房），右线里程YCK24+576.8YCK24+636.8，左右线隧道总长度60m。盾构始发井，右线里程YCK23+282.5YCK23+362.5，总长度80m。2设计依据2.1 自然条件 隧道本身所在的工程地质与水文地质情况以及该区域气象条件等都是影响隧道施工的重要因素。从前期地质勘察资料来看，本区间隧道主要穿越的土层为变质岩硬塑残积土、硬质全风化层粘土，部分穿过花岗岩可塑、硬塑残积土，冲洪积砂层、土层及坡积土层，极小部分穿过细沙岩，另外本隧道的顶部局部有较厚的砂层，含水丰富，地下水位较浅。本区间隧道沿线土层及该区域气象条件主要情况介绍如下。2.1.1 工程地质与水文地质情况（1） 地形、地貌 本隧道工程所经路线上有较多的居民小区和商业性楼群等，区域内建（构）筑物较多较密集，人流量大，地面高程为5.848.23米，相对高差为3.23米。本隧道线路设计的平均轨面埋深大约是30米。（2）地基土的构成与特征表2.1土层性质表分 层层序岩土名称压缩模量Es1-2（Mpa）弹性模量E（GPa）泊松比抗剪强度指标C（Kpa）（0）填土层1杂填土10-1210-15淤泥质层2-1淤泥质土2.180.437.5-7.752.16-3.32-2淤泥质粉细砂土1.820.47.2-7.516.5-17砂层3-2细、中、粗砂1.830.34-0.357.516.5冲洪积层4-1粘性土粉质粘土5.44-5.90.32-0.3324.8-25.812.4-14.9残积层5-1粘性土4.4-4.70.3332.3-3515-16.65-2粉土5.3-6.30.3335.2-51.315-20.1全风化6粉质粘土7.4-80.3246.2-55.519-19.3强风化7含砾粗砂岩粉细砂岩1.2-2.30.31-0.321420-160022.8-25中风化8粉细砂岩含砾粗砂岩6.3-7.70.303000-420030-32.3微风化9粉细砂岩含砾粗砂岩7.8-90.272600-400029-37（3）地下水 地下水位0.106.00m，标高1.657.48m。2.1.2 气象(1) 气温广州市处于我国南方亚热带季风气候区，气温高、日照较多，年平均气温为21.9。(2) 降水广州市平均每年测得的降雨量为1 623.5-1 899.7毫米，雨量分布不集中，一般南边稍多于北边。 (3) 雾况广州市年平均雾日为35天，年雾日最多58天，最少23天。(4) 风况广州市春、夏季节一般多刮东南风，秋、冬季节多偏北风，受太平洋热带气旋影响，热带风暴、台风较多。(5) 日照广州市每年日照大约平均为1936.8小时。(6) 湿度广州市相对湿度为65%-90%，平均相对湿度为77%。2.2 现场条件2.2.1 沿线建筑物、地下管线及障碍物情况隧道线路自市桥站开始，向东南方向沿光明路掘进，经过多个居民区、商业区及主干道路，建筑物多，人口密集，建筑物多数为47层商住楼、稀疏建筑物以及少数密集高层建筑物。经前期地勘得知该线路的地表高程为6.929.10m，其相对高差为2.18m，地表起伏不明显，地貌为三角洲冲积平原地貌。由于线路主要穿过番禹区旧城区，地下的管线及地下原有结构较多且较密集，在设计线路时适当绕开这些复杂的地下原有管线及结构。考虑到原有的电线管道、通讯电缆、给排水管道、燃气管道及光纤等埋深相对地铁设计埋深较浅，而且大多埋置在街巷小路及人行道下面，极少有在主干道路下面，其中部分管线穿过小区房屋，在复杂路段交错呈网状，另外，本工程设计线路主要沿主干道路，埋深较大，因此本工程除部分城市给排水管道埋深较深，在施工时需要加以加固保护外，其它管线不需要详加改迁和加固处理。经详细的勘察统计，本区间隧道主要穿越的道路占60%，建筑物占40%，建筑物中一部分为13层陈旧、密集民房和46层商住楼，对地表沉降比较敏感；另一部分为多层框架结构以及部分如供电局桩基、市桥桥墩等特殊结构，需要技术性保护。两个区段的大致情况如下：市桥清河西路：沿光明北路向东南方向掘进，路面两侧为低层稀疏建筑物，过禺山大道和康乐路时，会穿过部分商住楼；清河西路番禹广场：先后穿越大东路、工业路、环城路、德胜路，沿线有较多低层稀疏建筑物及部分高层建筑群，后沿清河东路过沙圩涌往东到达番禹广场，该段隧道基本沿道路施工，影响范围内无建筑；其中，在隧道影响范围（隧道两侧各10m）内共有103栋建筑物和2个构筑物。其中有26栋7层及以上高层房屋，39栋46层商住楼，38栋3层及以下低层平房，1个桥墩以及1个供电局桩基。2.2.2 交通状况本区间隧道沿线多为建筑物密集的居民区、商业区，交通比较繁忙，车辆和人流众多，穿过建筑物、主干道路较多，对施工要求较高。3 隧道施工方案与衬砌选型设计3.1隧道施工方案目前，国内外隧道施工技术在不断发展，为应对不同的工程地质条件及工程需求，在实践中逐渐形成了许多工法完备的隧道施工工法。大致如下：3.1.1 岩体隧道施工方法表3.1 岩体隧道施工方法比较传统矿山法 矿山法，是一种使用最普遍的岩体隧道开挖方法，又称为钻爆法，即使用爆破技术破开岩层，逐级进行支护并清理碎石渣。按开挖顺序可以分为全断面开挖法和分部开挖法。该方法开挖面大，作业集中，易于管理，辅以大型机械形成机械化作业线，施工进度快，成本低。缺点是施工对环境影响很大，常常用于山岭隧道挖掘，极少用于城市地下隧道施工。新奥法 新奥法，即新奥地利隧道施工法（New Austrian Tunneling Method），新奥法的主要特点是充分利用围岩自身的承载能力，通过监测，实时掌握围岩动态和支护效果，运用围岩-支护共同作用原理，将隧道压力分担给围岩本身，保持隧道的稳定，做到施工、监测、设计相结合。新奥法要求施工机械化程度高，施工管理强度大，各机械设备、人员与其作业部分相匹配，各个环节相配合，施工才不会彼此影响。TBM法TBM（Tunnel Boring Machine）工法，即掘进机施工法，利用隧道掘进机在岩层中进行连续掘进。掘进机由开挖部、反力支持靴部、推进部和排土部等构成，施工时，由千斤顶作用于反力支持靴上，给掘进机前进提供推力，同时刀盘开始连续旋转破碎岩石，由皮带运输机或螺旋式输送机等将碎石渣运送到掘进机后方，再由电瓶车拖走，掘进过程中利用掘进机自身壳体作为支护，以此形成一个边开挖边向前推进的连续过程。TBM法掘进效率高，施工质量好，超挖量少，对岩石扰动少，安全性好。但是，掘进机对复杂地质情况适应性差，如岩石断层、挤压带、破碎带及涌水等，对刀盘及掘进机自身的损坏非常大。而且由于掘进机的自身直径不可再在施工时更改，其掘进的隧道的断面大小、形状也因此不可改变。此外，掘进机本身结构复杂，制作材料要求高，造价较大，因此施工成本较大。3.1.2 土质隧道施工方法表3.2 土质隧道施工方法比较明挖法明挖法，一般为放坡开挖或支护开挖，既直接从地面向下进行机械化开挖，按开挖场地大小选择是否进行支护，开挖好后，修筑地下结构，最后填土并回复地面原貌。明挖法适用于埋深较浅的地下结构施工，对场地要求比较大，对周边交通的影响很大，但是开挖速度快，安全性好，质量较高，且施工成本较低，在城市地铁隧道施工中一般作为端头井及中间风井的施工方法。浅埋暗挖法 浅埋暗挖法，当拟建地下结构覆土厚度与隧道直径的比为0.61.5时，属于浅埋结构，可使用浅埋暗挖法施工。常见的开挖方法有全断面法、正台阶法、中隔墙法等等，施工中必须要严格坚持“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的18字方针。该工法适用于多种地质条件较差、周边环境复杂、施工影响要求小的环境，但在施工中必须严格监测围岩变形和地表沉降情况等，做好相应的支护预案。盖挖法盖挖法，分为盖挖顺作法和盖挖逆作法，在基坑开挖一定深度后，利用支撑结构进行封顶，并填土铺设临时路面恢复路面交通，再继续在基坑内进行开挖。盖挖顺作法是先将基坑开挖至设计深度后，从坑底向上逐级修筑地下结构；盖挖逆作法则与其相反，自上而下逐级修建地下结构。盖挖法在地下进行施工，基本不受气候影响，对地面交通影响小，安全性好，但是施工速度慢，工期长，出土不方便，且成本高。顶管法顶管法，先修建两端工作井，将工具管或掘进机与预制管道拼装在一起，施工时借助千斤顶的推力，以工具管或掘进机械开路，从一头的工作井顶到另一头工作井，随之将预制的管道敷设在两工作井之间，如此循环施工，直至顶完全程。顶管法多用于地下管线管道施工，隧道直径较小，土质条件较好，在施工时注意方向控制、顶力问题、承压壁的后靠结构及土体的稳定问题，穿墙孔与止水、测量与纠偏、管段接口处理、中继间等。盾构法 盾构法，利用盾构机作为主要掘进工具进行隧道施工。盾构机是一种既能作为挖掘机械进行掘进施工又能作为支护支撑覆土压力的施工工具。在施工前，需要先修建盾构始发井，在井内进行盾构机拼装，布置反力架，拼装负环管片，加固洞口地层，作好出洞准备。利用盾构千斤顶的推力向前推进，同时盾构头部刀盘开始旋转切削土体，盾尾也随之拼装管片并进行同步注浆，以此逐环进行隧道掘进。盾构法隧道施工不受地形、地貌、江河水域以及气候条件的影响，施工场地占地面积小，出土量小，对环境影响较小，且施工速度快，适应各种大深度、大地下水压施工，在软土、砂卵土、软岩及岩层地质都能使用，是一种应用相对广泛的隧道掘进工法。目前，盾构法作为城市地铁隧道施工的主要工法得到国内外地铁修建的广泛使用。3.1.3 水下隧道施工方法表3.2 水下隧道施工方法比较沉管法 沉管法，分为敞开段、暗埋段和沉埋段，先按照设计线路在水下预定位置挖好沉管槽，再将在地面上预制的管段用船载至沉管槽上方，注水进行沉放，在水下将各个管段对接，在沉管上回填覆土，最后进行沉管内部的安装和维护，完成水下隧道的施工。沉管隧道的施工方式可分为，不修建船坞，直接利用钢壳箱体作为模板制造管段的“钢壳方式”；修建船坞，在船坞内预制管段，再拖运沉放的“干船坞方式”。其中，“钢壳方式”可用于10米以内的小型管段，以圆形为主，自身钢壳用于防水，而“干船坞方式”多用于多车道大宽度的公路、铁路隧道施工，模板为矩形，需要设置防水层，对混凝土质量要求较高，两者在水下进行管段连接时均需要做好接口防水处理，一般使用橡胶密封垫水压连接。盾构法利用盾构法进行水底隧道施工时，需要保证盾构隧道覆土的稳定性，必要时使用冻结法辅助施工，管片拼装后要及时注浆，注意防水处理。3.2 施工方法选择本工程位于城市内部，而明挖法施工不仅噪音大，而且粉尘也很严重，施工会对城市居民的生活产生很大的影响，同时本隧道埋深比较深，使用明挖法施工也不经济。本区间隧道的土层较软，而且地下水也很丰富，而矿山法一般适合中坚硬的岩层，所以不能选择矿山法进行施工。顶管法一般适用于一些小管径的隧道，然而本隧道外径为6.1m，使用顶管法施工将相当困难，考虑到工期和经济的影响不使用顶管法。相比较之下，盾构法有很多优点，除工作井施工外，其他工程都在地下进行，施工过程基本不影响地面上交通，而且噪音小，震动也小，对周围居民影响很小。其施工机械化程度高，参与施工的人员较少，所以容易管理。另外各工序之间按照顺序进行，一般不容易混乱，也不受气候变化的影响。因此在埋深大、地质条件较差、地下水位高的条件下修筑地铁隧道采用盾构法比较经济。结合市桥站番禹广场站区间隧道的地质情况，使用盾构法能很好的发挥盾构法的优点，同时借鉴广州市地铁其他线路修建经验，本工程采用盾构法进行隧道掘进。3.3 衬砌形式选择盾构管片一般分为300mm和350mm厚度，结合实际经验，埋深小于6m的隧道一般使用300mm厚度的管片，超过8m一般使用350mm厚度的管片，管片皆由钢筋混凝土制作而成，拼装时采用通缝或错缝方式进行连接。本区间隧道设计埋深超过8m，覆土压力较大，结合隧道周边环境以及广州地铁工程成熟的设计、施工经验，经最终结构计算，本工程钢筋混凝土衬砌管片厚度采用350 mm，环宽设计为1500 mm，结合隧道直径要求，衬砌圆环的设计直径为5400 mm，采用错缝拼装。4 隧道计算4.1 计算依据及规范地下铁道设计规范（GB50157-92）建筑结构荷载规范（GB50009-2001）混凝土结构设计规范（GB50010-2002）地下工程防水技术规范（GB50108-2001）铁路隧道设计规范（TB10003-2001）建筑抗震设计规范（GB50011-2001）铁路工程抗震设计规范（GBJ111-87）建筑地基基础设计规范（GBJ7-89）人民防空工程设计规范（GB50225-95）广州地区建筑基坑支护技术规范（GBJ15-3-91）钢结构设计规范（GBJ17-88）地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范（GB50307-1999）4.2 计算断面的选择本工程考虑的断面为上部覆土深-21.705m，为最大覆土深度，该断面土层情况见表4.1。采用盾构法施工的圆形隧道段，隧道设计外径为6.1m，内径为5.4m。隧道管片安装采用通缝拼装方式。表4.1 隧道最深处覆土情况岩土名称深度粘聚力C内摩擦角重度有效重度地下水110杂填土11111217.317.3杂填土20.84111217.37.3淤泥质土2.047.52.5166淤泥质粉细砂土2.567.31718.58.5细、中、粗砂2.347.516.519.79.7粘性土粉质粘土2.6625.313.5199粘性土2.153.517.97.9粉土8.993315.518.88.8粉质粘土6.5740171994.3 隧道截面计算4.3.1 荷载计算隧道计算时考虑结构自重，竖向土压、拱背土压、地面超载、侧向均匀主动土压、侧向三角形主动土压、侧向土壤弹性抗力、水压、千斤顶的顶力以及特殊荷载等。荷载计算取b=1m的单位宽度进行计算，地下水位深度取地下0.8m，隧道外径D=6.1m，内径d=5.4m，衬砌厚度350mm，隧道计算半径Rh=2.875m，顶部覆土21.705m。 图 4.1隧道断面土层分布图（一）基本使用阶段荷载计算：(1) 自重 （4.1）式中: g自重 钢筋混凝土容重，一般取25.0kN/m3； 管片厚度，取0.35 m。代入参数算得：= 250.35=8.75 kN/m2(2) 竖向土压： 当隧道埋设在土壤本身具有较大的抗剪强度的地层内且隧道埋设深度又超过隧道衬砌的外径时，按“松动高度”理论进行计算，采用泰沙基竖向土压公式，顶部土压就小于全土压h值。本盾构区间经过土层的抗剪强度较大，隧道埋深约30m，大于隧道衬砌外径6.1m，因此采用泰沙基竖向土压公式计算。 （4.2） 式中： P1竖向土压； h隧道覆土厚度； q隧道覆土压力； B0土条宽度，RH衬砌圆环计算半径；衬砌顶部以上各个土层的土壤重度（地下水位以下取浮重度）、内摩擦角、黏聚力的加权平均值。 （4.3） （4.4） （4.5） 代入参数算得： (3) 拱背土压 （4.6）式中： 衬砌圆环拱背围土加权平均重度；衬砌圆环计算半径；代入式（4.6）得：化为均布荷载为：(4) 地面超载： 由于本隧道盾构区间平均埋深约30m，埋深比较大，地面超载对隧道的影响不大，但在偏安全前提下考虑，可取地面超载20 kPa。综上得出竖向总压力为：(5) 侧向水平均匀土压力：=tan（45-）-2tan（45-） （4.7）式中Ph1侧向水平均匀土压力，kPa；衬砌环直径高度内各土层内摩擦角加权平均值，（）c 衬砌环直径高度内各土层内聚力加权平均值，kPa；代入数值可得：(6) 侧向三角形水平土压力 （4.8) 式中 Ph2 侧向三角形水平土压力，kPa；RH 衬砌圆环计算半径，m；0 衬砌环直径高度内各土层重度的加权平均值，kN/m3；代入参数得：(7) 侧向土壤抗力土壤抗力分布在水平直径上下各45o范围内，在水平直径处： (4.9) 圆环水平直径处受荷后最终半径变形值为： (4.10) 式中 k衬砌圆环侧向地层（弹性）压缩（kN/m3），取20000kN/m3 EJ衬砌圆环抗弯刚度（kNm2）,kN/m2 衬砌圆环抗弯刚度的折减系数，取0.4由Pk引起的圆环内力表4.2如下：表4.2 Pk引起的圆环内力表内力MN代入参数得：因此可得，将其代入表4-1计算圆环内力，取左半衬砌圆环进行分析，将其均分为13个部分，各部分分别为0、15、30、45、60、75、90、105、120、135o、150o、165o、180o，其中0表示衬砌圆环垂直直径处，15为0处向左量取15处，以此类推。使用Excel表格计算结果如下表4.3所示：表4.3 Pk引起的圆环内力位置0153045607590M-70.55-63.41-42.46-9.15-115.16-184.45-206.73N72.9770.4363.1551.5633.3311.290位置105120135150165180M-184.45-115.16-9.15-42.26-63.41-70.55N11.2933.3351.5663.1570.4372.97(8) 水压：按静水压力考虑(kN/m） H=21.705-1=20.705m(9) 衬砌拱底反力： （4.11）式中 PR 衬砌拱底反力， kPa；Pv 衬砌拱顶受到的总竖向压力，kPa； 衬砌自重，kPa；衬砌圆环侧向围土重度；w 水的容重，取为10kN/。代入参数得：本工程内力计算按相关规范对基本使用阶段和特殊荷载阶段得出的最不利荷载进行组合取值，取点位置与计算侧向弹性抗力Pk引起的圆环内力相叠加。各断面内力系数表如下表4.4。荷重截面位置截面内力PM（kNm）N（kN）自重0g垂直荷载0/2q/2底部反力0/2/2水压0均布测压0测压0表4.4 各断面内力系数表根据表4.4中内力计算公式，基本使用阶段计算结果见表4.5和表4.6：表4.5 基本荷载断面内力M位置自重竖向荷重底部反力水压均布荷重三角形测压内力总和0.0036.16399.77-60.59-59.41-64.74-24.63226.5615.0032.49350.16-56.13-53.38-56.07-22.12194.9630.0022.07213.66-43.03-36.26-32.37-14.81109.2545.006.5924.00-22.20-10.820.00-3.57-6.0060.00-11.35-172.484.9518.6432.379.70-118.1675.00-28.48-329.0036.5646.7956.0721.90-196.1790.00-41.28-410.4770.4867.8264.7429.32-219.39105.00-46.34-401.59103.6976.1356.0728.88-183.16120.00-40.78-302.20124.9266.9932.3719.61-99.08135.00-22.60-119.08110.1337.130.003.579.15150.008.97135.3129.43-14.74-32.37-14.51112.09165.0053.35443.62-142.56-87.64-56.07-28.66182.03180.00108.49784.84-416.72-178.23-64.74-34.01199.62表4.6 基本荷载断面内力N位置自重竖向荷重底部反力水压均布荷重三角形测压内力总和0.00-12.58-49.3045.59657.2690.0725.54756.5915.00-10.44-16.4644.04655.1684.0424.64780.9830.00-4.3173.5739.48649.2167.5521.80847.3145.005.08197.6732.24640.3645.0416.82937.2060.0016.53324.1422.80630.1122.5210.221026.3175.0028.55421.1411.80620.326.033.711091.5690.0039.52465.050.00613.010.000.001117.58105.0047.79461.97-25.96610.126.031.761101.70120.0051.92427.40-72.70613.3022.5210.181052.61135.0050.81363.70-121.32623.6845.0423.97985.88150.0043.82275.22-147.01641.7267.5539.39920.70165.0030.90167.98-126.55667.0884.0451.48874.93180.0012.5849.30-45.59698.5990.0756.05860.99 基本荷载内力为上述几种荷载产生的内力与侧向弹性抗力Pk引起的圆环内力（表4-3）叠加。（二）考虑特殊荷载作用本设计为偏安全着想，设计时考虑地震等特殊荷载影响。取竖向特殊荷载Pv=100kPa，侧向特殊荷载Ph=40 kPa。根据表4-4中内力计算公式，得出特殊荷载断面内力情况，见表4.7。最终荷载为基本荷载与特殊荷载内力的组合，但是由于本工程所采用的管片设计宽度为b=1.5m，而基本荷载（因计算Pk引起的圆环内力是按照管片宽度1.5m计算的，故不必修正此部分）和特殊荷载计算是按管片宽度b=1m计算所得，所以最终荷载应在b=1m计算基础上乘以1.5的系数。将内力组合汇总如下表4.8。表4.7 特殊荷载断面内力MN角度竖向荷重均布荷重内力总和M角度竖向荷重均布荷重内力总和N0.00247.14-82.66164.490.00-3