土木工程毕业设计（论文）-广州地铁5号线车陂南站-东圃站区间隧道设计.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5号线车陂南站东圃站区间隧道设计专 题：动水条件下注浆材料的研究进展姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-2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（城市地下工程方向）设计题目：广州地铁5号线车陂南站东圃站区间隧道设计专 题：动水条件下注浆材料的研究进展指导教师：职 称：副教授二一五年六月 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：广州地铁5号线车陂南站东圃站区间隧道设计毕业设计专题题目：动水条件下注浆材料的研究进展毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据广州地铁车陂南东圃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：车陂南东圃区间隧道平面图，车陂南东圃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：对目前常用的注浆技术和注浆材料进行论述，分析动水条件下注浆材料必备的性能，对动水条件下注浆进行论述和总结。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，并且附英文原文。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： 指导教师签字： 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： 指导教师签字： 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，第一部分是车陂南站东圃站区间隧道结构设计；第二部分是车陂南站东圃站区间隧道施工组织设计；第三部分是专题部分，动水条件下注浆材料的研究进展。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，分析断面所受荷载并计算，对断面管片做内力计算并配筋，接着对其做接缝张开量计算和抗浮验算。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，内容是动水条件下注浆材料的研究。结合工程实例和相关的参考资料，对动水注浆材料进行论述和总结。关键词：盾构；隧道； 复合衬砌； 施工组织； 注浆材料ABSTRACTThis graduation design mainly includes three part, the first part is the structure design of the Chebeinan to Dongpu subway tunnel in Guangzhou; The second part is the construction organization design of the Chebeinan to Dongpu subway tunnel ，The third part is special subject part which is under the condition of dynamic water grouting materials research and development.In the first part, according to the engineering geology, the hydrology geology conditions and environment circumstances of the tunnel located, through comparing the Construction schemes, confirm that the tunnel was constructed in accordance with Shield Construction method and compound linings as support structure. Its carry on strengths check computation and floating resistance computation.The second part is the tunnel construction organization design, according to the excavation pattern and the environment circumstance of the tunnel round, designing the construction preparative, the construction place arrange, tunnel face advance sequences and tunnel linings construction. Estimating the work project, weaving to write the homologous quantity、safety、civilization management measure.The third part is the special subject part. which are tunder the condition of dynamic water grouting materials research. According to some examples and related reference, this paper discuss and summarize dynamic water grouting material.Keyword: shield; tunnel; compound linings; construction organization ; grouting material目 录第一部分 广州地铁5号线车陂南站东圃站地铁隧道设计1 工程概况11.1工程位置11.2工程范围和工程规模12 设计依据12.1工程地质和水文地质12.2气象22.3现场条件33 隧道施工方案与衬砌选型设计33.1隧道施工方案33.2衬砌选型54 隧道计算54.1计算原则及采用规范54.2断面的选择与内力计算64.3接缝张开量计算154.4千斤顶作用下局部承压计算164.5抗震验算174.6抗浮验算175 隧道主要技术经济指标185.1开挖土方量185.2管片用量185.3钢筋用量185.4人工费用19第二部分 广州地铁5号线车陂南站东圃站区间隧道施工组织设计1 工程概况202 隧道施工准备202.1技术准备202.1.1 技术管理体系202.2施工现场准备212.3施工物资准备222.4劳动力准备233 施工现场总平面布置253.1施工总平面布置原则253.2施工现场区域划分264 界定关键过程274.1施工测量控制要点274.2管片拼装控制要点284.3衬砌防水控制要点284.4地表沉降控制要点284.5关键过程控制人员落实295 施工方案及主要施工工序295.1方案的确定295.2盾构掘进的施工准备315.3 出洞方案325.4进洞方案335.5掘进施工参数335.6管片拼装345.7同步注浆及壁后补压浆345.8纠偏355.9隧道内运输355.10弃土处理356 施工主要技术措施366.1砂土层施工技术措施366.2穿越地下管线的保护措施366.3邻近施工和既有建筑物的保护措施376.4紧急预案措施387 施工进度计划388 质量、安全和环境保护措施管理408.1工程质量标准408.2质量管理体系418.3隧道衬砌质量控制418.4隧道轴线控制428.5管片拼装质量控制428.6地表沉降控制428.7测量控制428.8安全生产施工措施438.9文明施工措施438.10消防安全措施43第三部分 动水条件下注浆材料的研究进展1 引言452 注浆技术和注浆材料的研究现状462.1注浆技术研究现状462.2注浆材料研究现状473 常用动水注浆材料研究进展483.1水泥注浆材料493.2水泥-水玻璃双液493.3化学注浆材料503.4新型注浆材料534 动水注浆材料的试验研究544.1水泥浆-聚氨酯复合材料的试验544.2聚合水泥基复合材料的试验565 结论与展望59参考文献60翻译部分62致谢74第一部分广州地铁5号线车陂南东圃区间隧道结构设计全套图纸加扣 30122505821 工程概况1.1 工程位置 广州地铁五号线是一条东西向干线，贯通广州整个城市的东西，显宽口的“n”字型，西起芳村滘口，东至文冲，全长约为31.9公里,共设24座车站,有12座车站与其他轨道交通线换乘。 本隧道工程是车陂南站东圃区间隧道，是广州地铁5号线其中的一个区间。车陂南站位于广州车陂路-黄埔大道的交叉口，东圃站位于黄埔大道东的广州环城公路西侧。盾构在车陂南站下井然后沿着黄河大道东一直推进，最后抵达东圃站。1.2 工程范围和工程规模 本隧道工程由广州市轨道交通5号线6标车陂南东圃区间，共1个区间隧道组成。盾构机外层半径为6340mm，每环衬砌由6块管片拼装而成。管片环宽为1200m，外径为6200mm，厚度为350mm，隧道内径为5500mm。其中，车陂南东圃区间的上行线里程为SK15+469.647SK16+800.455，长1330.808m；下行线里程为XK15+099.545XK16+430.535，长1330.990m，区间全长2661.798m。区间共设1个联络通道（SK16+150）和1个通风井（SK16+000），以满足通风、消防和疏散要求。2 设计依据2.1 工程地质和水文地质2.1.1 地形、地貌本区间位于珠江三角洲平原区，线路所在地区的地形的起伏不大，地面标高4.55.8米之间，地形比较平整。2.1.2 地基土的构成和特征（1）构成与特征填土层：灰褐灰色，压实性差，压缩性较大，比较湿，上部以杂填土为主，含有部分碎渣、碎砖、碎石等；下半部主要是粘性土，里面含有少量杂物。-1粘土层：呈褐黄-灰黄色，含水量高，压缩性较大，孔隙较大，含有氧化铁斑点与铁锰质结核，没有摇震反应，土面光滑，韧性与干强度高。-2粉质粘土层：灰色，含水量较高，压缩性大，孔隙比较大，局部夹有粉土、粉砂。淤泥质粉质粘土层：呈灰色，流塑、饱和，压缩性大，含有云母、有机质及贝壳碎片，在57m夹较多的薄层的粉性土，土面粗糙，摇震反应极慢，韧性中等，干强度中等。-1泥质粉细砂层：灰色-灰黄色，含泥量大，结构松散，压缩性较大，强度较低。-2粉砂层：灰色-黄色，含有砾石、云母等，颗粒成分以石英为主，土质较密。-1粉土层：非常湿，含水量大，局部含有少量粉质粘土，没有光泽，干强度、韧性很低，摇振反应快。-2粉质粘土层：褐黄色，局部灰色，可塑，粉粒含量高，含有少量有机质、腐植质、云母。粘土层：褐色-褐黄色，含水量很高，压缩性大，没有摇震反应，土面光滑，韧性与干强度高。（2） 地基土物理力学性质表2.1 各土层物理力学特性层号土层名称含水量W （）密度孔隙比 粘聚力（kN/m2）内摩擦角 （。） 人工填土19.4 21.51.06-1粘土40.519.61.4615.8 16.7-2粉质粘土34.418.91.1416.6 21.8淤泥质粉质粘土51.017.80.7120.4 16.1-1泥质粉细砂44.118.50.9019.0 20.1-2 粉砂32.719.51.050.5 30.5-1粉土30.018.80.822.1 24.2-2粉质粘土36.519.01.1014.0 20.2粘土42.219.41.3712.5 17.0本段工程的地下水主要是浅部土层的滞水、潜水和深部粘粉土层中的承压水。根据勘察资料，浅土层的潜水稳定水位标高大约为0.51.6m；在-1和-2承压水位埋深为1325。本段地下水丰富，透水性较强。经过抽水试验的验证，数据显示的渗透系数(K)为0.04m/d。经过分析，地下水对混凝土结构和里面的钢筋没有侵蚀性。2.2 气象 广州市属南亚热带季风气候区，横跨在北回归线上。全年雨热同期，雨水充足，适合植物的生长。（1）气温 广州年年平均气温21.9，最低气温0.0，绝对最高气温38.7。7、8月份的气温最高，1月份气温最低。（2）降水 常年年平均降水量1700mm左右，5-6月份的降水量最大，降水量多集中在4-9月份的汛期，占全年的80%左右，10月至第二年的3月是少雨时节。（3）风况 因为季风的影响，春季风向较为凌乱，以东南风居多；夏季因为受副热带高压和南海低压的影响，偏南风为主；秋季以偏北风为主，由夏季风转冬季风；冬季受冷高压影响比较大，风向主要是偏北风和东北风。（4）台风 广州属于台风侵袭区，7月9月是台风多发的季节。根据统计，本地区的台风登陆平均次数为1.7次/年，最多5次/年。（5）日照 年平均日照时1830-1950h，一年日照的百分率为42%-45%。（6）湿度 常年平均相对湿度为77%83%。2.3 现场条件2.3.1 沿线建（构）筑物、地下管线及障碍物（1）沿线建（构）筑物 本段隧道工程都是黄埔大道东之内，黄埔大道是广州的一条东西主干道，黄埔大道东是在车陂路至蟹山西路之间，沿线两侧密布商铺，有机关、学校和居民区等。（2）地下管线 本隧道工程穿越主干道，工程范围内的地下管线较为复杂。主要有：500天然气管道，埋深1.8m；600的污水管 埋深2.5m，800的污水管，埋深4m，污水管材质为砼；1000的雨水管，多条电信的管线。不过由于采用暗挖法施工，只需临时改移天然气管线，照明管线，其他的只需做一些简单的维护。（3）河流本隧道区间经过两段都是60m左右宽的河流。2.3.2 交通状况 车陂南站东圃站地表为黄埔大道东路，交通繁忙，施工可能会对地面交通有一定影响，需要的情况下封闭一定的交通段。3 隧道施工方案与衬砌选型设计3.1 隧道施工方案 选择隧道施工方法主要是依据水文地质与工程地质条件，并结合隧道断面的长度、要求规范、大小、施工单位的技术水平等多种因素综合研究确定的。方案也应考虑经济适用、安全可靠和环境友好。在现有的施工条件下，本隧道工程可选的施工方案有：明挖法、盾构法、矿山法、顶管法。下面对四种方法进行相关的介绍和列出优缺点，选择最佳的施工方案。3.1.1 明挖法 在埋深较浅的情况下，地下工程施工广泛采用明挖法。明挖法是指先挖开地面的土，从上往下开挖基坑直到设计高度，再在开挖好的地方修筑地下结构，最终复原地面状况的一种施工方法。 明挖法的优点有：施工方法简单、方便；工程进度快，可提供多个作业面，工期短；技术成熟，工程质量安全可靠；浅深较浅时工程造价低。缺点有：施工时对周边环境影响较大，易造成粉尘、噪音及废弃泥浆等的污染；引起大量拆迁，要拆除和保护的施工时会影响到的建筑物与地下管线；对居民的正常生活影响较大，影响交通；在软土地层中开挖深基坑，控制地面沉降难度较高。3.1.2 盾构法 盾构法施工是用先进的机械盾构机在地下开挖隧道的一种施工方法。盾构的前段开挖土体，通过出土机械将挖出的土运出洞外，每推进一环的距离，在盾尾的掩护下拼装一环衬砌，把类水泥砂浆注入衬砌环与盾尾的空隙中，防止地表沉降。不断推进开挖，不断拼装，循环交替，直至隧道建成。 盾构法施工的优点主要有：（1）施工作业可在盾构的掩护下安全地进行地下工程开挖与衬砌支护工作；（2）对周围环境影响小，噪声小，不影响居民的生活，不影响地面的交通与设施；（3）盾构的推进、出土、拼装衬砌等全过程可实现自动化、智能化，施工的劳动强度较低，掘进速度较快；（4）施工工程不受地面交通、河道、气候、季节等条件的影响；（5）施工机械程度很高，易于施工管理；（6）在软土中开挖埋深大、长距离、大直径的隧道具有经济、技术、安全等方面的优越性。 盾构法施工的缺点主要有：（1）在断面尺寸多变的区段适应能力差；（2）盾构机械设备昂贵，对距离短的施工区段工程来说不经济；（3）施工工艺复杂，施工队伍专业化；（4）覆土较浅时，稳定开挖面较难；（5）在饱和含水层中，整体机构防水技术要求很高；（6）隧道曲线半径小的施工段施工比较困难。3.1.3 矿山法矿山法是常用在城市深部地下工程施工一种暗挖施工方法，适用于各类岩层断面施工。对地面几乎没有干扰，因为没有地面施工不影响正常的车辆出行，需要的投资较少。但是矿山法工期长，需要的劳动力大，工作环境差且较危险。3.1.4 顶管法 顶管法无需开挖地面，直接在地面以下作业，是暗挖法的一种。目前多用在市政管道铺设隧道的开挖上，能够在各种环境中使用，但是一般只在开挖小尺寸隧道中使用。它的工作原理是借助主顶油缸和千斤顶等的推力，把管道从工作井顶进，推到接收井接收的方法。顶管法适用的地层条件范围较广，不收气候和地表条件等的影响，工艺简单且施工速度快，需要的投资少，也不影响地面交通与市民的出行，但是在大断面隧道中使用顶管法需要的投资大，不够经济；曲率半径小的路线难以控制方向，难以施工。3.1.5 方案比选 明挖法施工要求较大的施工场地（本工程不能够满足），且会很大程度城市地面交通和居民的正常生活，易造成粉尘、噪音等污染，因此不适合选明挖法施工。矿山法适用在岩性隧道中，爆破对周围的影响较大，不适合在城市中使用。广州地下水丰富多是软性土，矿山法不适合使用。顶管法多用在地下管道铺设工程中，在大断面隧道中使用不经济。本隧道工程所处的地质条件较复杂，地面为交通要道，周围商店较多，人流量和车流量较大，为了不影响交通和市民的出行，最终决定采用盾构法施工。盾构法能适用多种软土层中推进施工，自动化程度高，施工速度快，满足本工程的工期要求。盾构法在地铁隧道中施工在国内已有非常多的成功案例，在盾构法施工方面已有丰富的经验。综合考虑，本隧道工程用盾构法施工。3.2 衬砌选型 用于盾构隧道管片衬砌的材料有钢、钢筋混凝土、铸铁、复合材料这四种。钢管片质量好、强度大，但是因为消耗的金属较多导致成本过高，刚度也较小；铸铁管片质量轻，便于安装运输，制造出来的管片较精确，防水效果更好，但是容易受到地下水腐蚀，消耗金属过多导致价格高，而且这种管片有脆性，不能承受冲击荷载；复合管片外壳为钢材板，内部为钢筋混凝土，性能居中，但是加工工序过多且复杂；钢筋混凝土管片消耗金属材料少，制造工艺简单，所以整体的成本相比其他材料管片要低许多，强度较大，耐腐蚀性强，但是质量较大导致运输不过方便，运输时也容易磕碰遭到破坏。管片成本在整个隧道工程成本的比例很高，综合考虑工程需求与经济性，最终选用了钢。筋混凝土管片。4 隧道计算4.1 计算原则及采用规范4.1.1 计算原则（1）设计服务年限达到100年； （2）工程结构安全等级为一级； （3）结构按抗震设防烈度为6度； （4）进行满足施工，正常运营等各个时间段和某些不一般情况下的强度要求的计算；（5）土层埋深最大的横截面所在处进行计算；（6）结构最大裂缝宽度的允许范围：外层为0.2毫米，内部为0.3毫米；（7）最小埋深处隧道应满足抗浮要求；4.1.2 设计采用规范（1）地铁设计规范（GB 501572003）（2）地下工程防水技术规范（GB50108-2001）（3）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）（4）盾构法隧道施工与验收规范（GB50446-2008）（5）地下铁道、轻轨交通工程测量规范（GB50308-1999）（6）铁路隧道设计规范(TB10003-2005)4.2 断面的选择与内力计算4.2.1 计算断面的选择 在进行设计隧道断面的计算时，对其重要部分就行相应的计算： （1）上边的土体厚度最大的横断面 （2）最深地下水位的横断面 （3）有最大超载量的横断面 （4）有较大偏压的的横断面 （5）附近现有或以后拟建其他构筑物的横断面 （6）表面有些突变的横断面 这里选取隧道上覆土体厚度最大的横断面进行荷载、内力及配筋计算。4.2.2 土层情况 根据工程地质剖面图，得出工程的土层地质的分布情况，如图4-1隧道断面土层分布图所示。 图 4.1隧道断面土层分布图4.2.3 荷载计算 区间隧道外径为6200mm，内径为5500mm。盾构隧道衬砌采用预制平板型管片，管片厚度为350mm，混凝土的强度为C55。取单位宽度b=1m进行荷载计算，根据管片所处地层的特征及地基土的物理力学性质，考虑到水土分算较水土合算安全，采用水土分算去计算水土压力。（一）基本使用阶段的荷载计算（1）衬砌自重： （4.1） 式中： g 衬砌自重，kN/m3； h 钢筋混凝土容重，一般取25kN/m3； 管片厚度，m； 将已知数据代入计算可得：g =250.35=8.75kN/m2。 将已知数值带入计算可得：g =250.35=8.75kN/m2。 （2）竖向土层压力： （4.2） 式中：衬砌拱顶竖向土层压力，kN/m2； 衬砌上部各层土体的厚度，m； 衬砌上面的各个土层的容重，假如在地下水位以下。取其浮重度，kN/m。=2.219.4+0.2519.6+3.39.6+4.458.9+5.77.8=163.33kN/m2 （3）拱背土压力： (4.3) 式中：Q衬砌拱背均布荷载，kN /m2； 衬砌拱背竖向地层压力，kN/m2； （4.4） RH衬砌圆环计算半径，m； 衬砌背部土层的加权平均重度；将已知的数值带入公式里计算得： =8.5kN/m3kN/m2 （4） 地面超载：因为本隧道埋深较浅，设计隧道时需考虑地面超载对隧道的影响，地面超载取值为20kPa。并要加算在竖向土压上去，总竖向土压力： （5)侧向均匀主动土压力： （4.5） 式中：侧向均匀主动土压力，kN/m2； 各个土层（衬砌环直径高度内）内聚力加权平均值，kN/m2； 各个土层（衬砌环直径高度内）的内摩擦角的加权平均值，（）； 查公式得知，, 将已知数据带入计算可得： c=(19.03.00.53.2)/6.2=9.5 =(20.13.030.53.2)/6.2=25.5 =65.73kN/m2（6） 侧向三角形主动土压力： （4.6） 式中：Ph2侧向三角形主动土压力，kN/m2； 0各个土层的加权平均重度（衬砌环直径高度内），kN/m； 各个土层（衬砌环直径高度内）的内摩擦角的加权平均值，（）； RH衬砌环计算半径，m；=（8.53.09.43.2）/6.2=8.97kN/m将各已知数据带入公式（4.6）计算可得：=44.49kN/m2（7） 静水压力：水位高为H=2.2+3.55+4.45+5.7-2.45=13.45m（8）地层侧向抗力： 外荷作用在衬砌上使之发生水平方向的横向变形（向外），同时，衬砌外围的土体也会对衬砌产生抵抗压力，用来阻止衬砌的进一步变形。各环块的错缝拼装使整环可以近似的看做一个匀质刚性的圆环。为了方便计算与计算的准确性，一般采用温克尔局部变形理论来计算。 （4.7）式中：地层基床系数（水平），取=19000kN/m3； 衬砌在水平直径方向最终变形值；查看相关数据取值代入计算可知，地层侧向抗力在90的位置的地方时为最小值，并且非常小，对衬砌内力几乎没有影响，所以在以下计算中不考虑地层侧向抗力对衬砌变形的影响。（9）拱底反力： （4.8） 式中： 衬砌结构拱底反力； q衬砌拱顶竖向总土压力； w水的重度，取值10kN/m3； 其他符号意义同前 把已知数据代入计算可得： （二）考虑特殊荷载作用 本设计的内力计算采取隧道工程和地下建筑结构中的计算工法，对于基本使用阶段和特殊荷载阶段这两种情况下可能会出现的最不利荷载进行组合。取衬砌圆环的左半部分分析，将其均分为个部分，各部分的方位角分别是0、22.5、45、67.5、90、112.5、135、157.5、180，其中表示衬砌圆环的垂直直径处，为0处向左边取22.5处，以此类推，直到取值180。计算弯矩用M（i）表示，轴力用N（i）表示，结构在各种荷载的作用下得到的内力叠加得到终值。各断面内力系数表如下表4.2所示。表4.2 断面内力系数表荷载截面位置截面内力M（kNm）N（kN）自重0上部荷载0/2/2底部反力0/2/2水压0均布侧压0侧压0 根据表4.2中内力计算公式，并应用Excel的公式引用功能进行汇总计算，计算结果见表4.3：表4.3 管片内力计算一览表截面内力自重竖向荷载均布侧压水压三角形测压底部反力总内力0M44.92562.78-168.71-75.08-47.96-85.78230.17N-15.36-68.2230.71549.148.8863.44808.5622.5M34.84409.77-119.29-58.23-37.06-71.66158.37N-9.5731.22196.96543.3344.9558.61865.4745M8.1833.790-13.68-6.94-31.43-10.08N6.2273.51115.36528.132.1944.861000.2367.5M-25.13-363.66119.2942.0131.4928.77-167.24N27.55523.1433.79509.0713.0124.281130.8590M-51.28-577.84168.7185.7157.199.78-217.81N48.24643.498.65E-31494.126.02E-163.88E-151185.86112.5M-55.94-516.37119.2993.549.26170.8-139.45N61.59575.3533.79491.469.86-24.281147.77135M-28.08-248.36046.936.94231.018.44N62.02369.98115.36507.3945.89-44.861055.77157.5M36.83399.75-119.29-61.56-43.68-62.34149.71N46.5309.27196.93544.4788.34-200.01985.5180M134.751104.85-168.71-225.23-66.23-589.98189.46N15.3668.21230.71600.43107.28-63.44958.55 设计本区间隧道中的特殊荷载主要有人防、地震荷载等。隧道结构的竖向特殊荷载取100kN，侧向特殊荷载取40kN。计算结果见表4.4：表4.4 管片在基本使用阶段和特殊荷载阶段下的内力计算表截面位置基本使用阶段特殊荷载阶段M（kNm）N（kN）M（kNm）N（kN）0230.1676 808.5636 204.3083 103.1940 22.5158.3658 865.4702 150.9184 136.8678 45-10.0770 1000.2265 18.4322 219.3914 67.5-167.2366 1130.8453 -125.7693 305.9202 90-217.8141 1185.8590 -212.5217 351.0000 112.5-139.4467 1147.7739 -209.0623 334.3965 1358.4408 1055.7701 -135.4732 272.0086 157.5149.7054 985.4998 145.4538 288.5346 180189.4566 958.5459 499.9907 177.6060 将两个阶段的内力叠加，得到衬砌内力组合值。由于本隧道工程设计是把管片宽度设计为b=1.2m，而上述荷载计算是以管片宽度1m计算所得，故最终荷载应在此基础上乘以1.2的系数。内力组合汇总如下表4.5：表4.5 衬砌内力组合汇总表截面位置两种荷载作用下的内力组合1.2m管片的内力组合MNMN0434.48911.76521.371094.1122.5309.281002.34371.141202.81458.361219.6210.031463.5467.5-293.011436.77-351.611724.1290-430.341536.86-516.401844.23112.5-348.511482.17-418.211778.60135-127.031327.78-152.441593.33157.5295.161274.03354.191528.84180689.451136.15827.341363.38根据计算所得的内力（见表4.5）绘出衬砌的内力组合图，如图4.2：图4.2 衬砌内力组合图 由表4.5（衬砌内力组合汇总表）可知，在=90的时候弯矩取得负的最大值（管片外侧受拉，M= -516.40kNm），在=180时弯矩取得正的最大值（管片内侧受拉，M=827.34kNm）,轴力在=90时取得最大值N=1844.23kN。4.2.4 配筋计算以衬砌管片结构承受弯矩的最大值作为配筋的设计依据，由图4.2可知，管片在=90时截面弯矩最大（外侧受拉），在=180时截面弯矩也最大（内侧受拉）。所以考虑到安全性，在管片截面=90时要外排配筋，=180时要内排配筋。参考规范混凝土结构设计规范，按偏心受压构件进行配筋计算。考虑到管片的受力情况和地层对管片的约束作用使其稳定，所以不考虑二阶效应。（1）=180处（内排配筋）：衬砌管片配筋选用HRB400型钢筋，选用混凝土等级为C55混凝土，混凝土保护层厚取50mm。管片厚度h=350mm，h0= h as=h-50=300mm （4.9） e0=M/N=827.34/1363.38=607mm ea=20mm（根据规范，ea） 由公式 （4.9）， ei=e0+ea=607+20=627mm0.3h0=0.3350=105mm 因此按大偏压情况计算： （4.10）将已知数值代入4.10式计算可得： e =617+350/2-50=742mm式中：e轴向力到受拉钢筋合力点的距离，mm； h管片的厚度，mm，h=350mm； s混凝土的保护层厚度，mm，对受压面配筋： （4.11）式中：1等效矩形应力强度与受压区混凝土最大应力fc的比值； fc混凝土的抗压强度设计值，N/mm2； b管片宽度，mm； fy钢筋抗压强度设计值，N/mm2； h0截面的有效高度，mm； b界限相对受压区高度，根据选用的材料：HRB400钢筋和 混凝土强度等级C55 ，查表得知， 根据选定HRB400钢筋和C55混凝土，fc、查表可得： 1=0.99； fc =25.3N/mm2； b =1200mm；b =0.508； fy=360N/mm2； h0=350mm。将已知数值代入4.11式计算可得：=0，为大偏压。由于受压区采用最小配筋，则要重新计算受压区高度由平衡条件 得： （4.13）将已知数值代入上式计算可得：计