土木工程毕业设计（论文）-上海地铁一号副线延长中路-交通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：上海地铁一号副线延长中路交通路站区间隧道设计与施工专 题：考虑土岩接触的隧道围岩变形特征姓 名：学 号：班 级：土木工程地下2011-2班二一五年六月全套图纸加扣 3012250582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：上海地铁一号副线延长中路交通路站区间隧道设计与施工专 题：考虑土岩接触的隧道围岩变形特征指导教师：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：上海地铁一号副线延长中路交通路站区间隧道设计与施工毕业设计专题题目：考虑土岩接触的隧道围岩变形特征研究毕业设计主要内容和要求：设计要求：根据上海地铁一号副线延长中路交通路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：延长中路交通路区间隧道平面图，延长中路交通路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：土、岩接触带条件下，如何对软弱围岩隧道进行稳定性评价，如何确定其合理的衬砌形式和参数，如何选择有效的开挖方式以及如何进行确定监控量测技术。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：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： 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，第一部分是延长中路站交通路站区间隧道结构设计；第二部分是延长中路站交通路站区间隧道施工组织设计；第三部分是专题部分，考虑土岩接触的隧道围岩变形特征研究。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，确定盾构法施工，隧道衬砌结构平板型钢筋混泥土管片，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，内容是考虑土岩接触的隧道围岩变形特征。通过对土岩接触面的特点进行分析，研究土岩接触带施工的合理的施工方案和支护类型。关键词：盾构； 施工方案；衬砌；土岩接触全套图纸加扣 3012250582ABSTRACTThis graduation project consists of three parts, the first part is to extend Road Station Road Station - Transportation Design Tunnel; the second part is to extend Road Station Road Station - Traffic Tunnel construction design; The third part is the thematic segment, considering the soil tunnel surrounding rock deformation characteristic rock contact.In the first part of the structural design of tunnel construction, according to tunnel through the formation of engineering geological, hydrogeological conditions and the surrounding environmental conditions, through comparison and selection of construction scheme, identified shield construction, tunnel lining reinforced concrete plate-type segment, and its strength and resistance to the corresponding float checking.The second part is running tunnel construction organization design, according to the environmental conditions surrounding the tunnel and tunnel construction methods, and for pre-construction preparation work, construction site layout, tunnel excavation and lining construction and other structures designed and prepared the project schedule, write the corresponding quality, safety, environmental protection and other measures.The third part is the thematic section, the content is considered the contact of soil and rock tunnel surrounding rock deformation characteristic. The characteristics of soil and rock by analyzing the contact surface, reasonable construction scheme of soil and rock contact zone construction and support type.Keywords ：shield; Construction program; lining; soil and rock contacts目 录第一部分 上海地铁延长中路站交通路站区间隧道结构设计1 工程概况11.1 工程位置11.2 工程规模12 设计依据12.1 工程地质与水文地质概况12.2 周边环境概况33 隧道施工方案与衬砌选型设计43.1 隧道施工方案43.2 衬砌选型53.3管片初步设计64 隧道计算64.1 计算原则及采用规范64.2 断面的选择及内力计算74.3 断面设计124.4 千斤顶作用下局部承压计算174.5 抗浮验算185 隧道主要技术经济指标195.1 开挖土方量195.2 管片用量195.3 钢筋用量195.4 人工费用19第二部分 上海地铁延长中路站交通路站区间隧道施工组织设计1. 工程概况212 隧道施工准备212.1 技术准备212.2 施工现场准备222.3 施工物资的准备222.4 劳动力准备233 施工现场总平面布置243.1 施工总平面布置原则243.2 施工平面总体布置254 施工控制要点254.1 施工测量控制要点254.2 管片拼装控制要点264.3 衬砌防水控制要点264.4 地表沉降控制要点265 施工方案及主要施工工序265.1 施工方案的确定265.2 盾构掘进的施工准备285.3 进洞方案285.4 出洞方案295.5 掘进施工参数305.6 管片拼装305.7 同步注浆及壁后补压浆315.8 纠偏325.9 洞门施工325.10隧道内运输325.11 弃土处理336 施工主要技术措施336.1 砂性土层施工技术措施336.2 穿越地下管线的保护措施346.3 邻近施工和既有建筑物的保护措施356.4 减少地面变形控制措施356.5 紧急预案措施357 施工进度计划368 质量、安全和环境保护措施管理388.1 质量管理388.2 施工质量控制388.3 安全生产施工控制408.4 文明施工措施408.5 防汛、防台风施工措施418.6 消防安全措施41第三部分 考虑土岩接触的隧道围岩变形特征研究1 问题的提出432 文献综述442.1 理论方面的研究442.2 数值模拟研究482.3 试验方面的研究513 总结和展望54参考文献：55翻译部分57致谢65第一部分上海地铁延长中路站交通路站区间隧道结构设计 中国矿业大学2015届本科生毕业设计 第 2 页全套图纸加扣 30122505821 工程概况1.1 工程位置本次隧道工程的设计范围是上海地铁一号副线延长中路站交通路站区间隧道。盾构从延长中路站西南端头井下井，沿延长西路往西推进1.3公里，再往西南方向推进穿过汪家井小区到达交通路站东北端头井。隧道总体位于延长西路下方。延长中路站站址沿延长中路布置，西起沪太路东侧，位于延长中路北侧的道路及绿化带下。交通路站站址沿交通路布置，东起志丹路西侧，位于交通路道路及北侧下方。 图1 隧道平面布置图1.2 工程规模隧道断面设计成圆形隧道，隧道内径为5500mm，外径6200mm。本区间隧道分为上行右线和下行左线两条近似平行隧道。上、下行隧道相隔5.0m。延长中路站交通路站区间隧道推进里程为：CK6+132.200CK7+632.200，单线长1.5km。在CK7+552.200设旁通道及泵站一处。工程最大坡度27.86，最小曲率半径R400.760m，隧道顶覆土8.319.4m左右。2设计依据2.1 工程地质与水文地质概况2.1.1 工程地质（1）地形、地貌延长中路交通路所处位置地形较平坦，场地地形地貌较为单一，地面标高一般在4.155.15m之间。（2）地基土的构成与特征延长中路站交通路站区间沿线地层由上至下土层主要有：表2.1 地层土构成与特征土层名称土层颜色土层特性1填土层杂黄褐色土质松散、不均匀，以杂填土为主，含碎石、砖块等杂质较多，该层位于地表，分布广泛1 粉质粘土层褐黄灰黄色含氧化铁斑点及铁锰质结核，可塑为主，中压缩性，摇震反应无，光泽反应稍光滑，干强度高等，韧性高等，填土较厚地段该层缺失。2 灰色砂质粉土层灰色草黄夹薄层粘土，含云母，松散，中压缩性。摇振反应迅速、干强度低、韧性低，分布不均匀，局部较厚1 灰色淤泥质粉质粘土层灰色夹薄层粉砂，局部较多，流塑，高压缩性，摇震反应无，干强度中等，韧性中等，大部分地段均有分布2 灰色砂质粉土灰色草黄夹薄层粘土，含云母，松散，中压缩性。摇振反应迅速、干强度低、韧性低，大部分地段均有分布3灰色淤泥质粉质粘土灰色夹薄层粉砂，局部较多，流塑，高压缩性，摇震反应无，干强度中等，韧性中等 灰色淤泥质粘土灰色夹薄层粉砂，含有机质，流塑，高压缩性，摇震反应无，干强度高，韧性高1灰色粘土褐灰色含有机质、腐植物、钙结核，软塑为主，高压缩性，摇振反应无、干强度高、韧性高2灰色粉砂草黄灰色夹薄层粘土，局部较多，含云母，中密，中压缩性灰色粉质粘土暗绿草黄夹薄层粉砂，含有机质、钙结核，软塑，中压缩性，摇振反应无、干强度中等、韧性中等（3）地基土物理力学性质表2.2 地基土物理力学性质土层编号土层名称层底标高（m）含水量W（）重度g（KN/m3）孔隙比粘聚力C（Kpa）内摩擦角（0）1填土181粉质粘土1.960.2832.018.40.921714.72灰色砂质粉土-1.82-15.2230.418.60.87329.81灰色淤泥质粉质粘土0.43-1.2838.817.61.101215.32灰色砂质粉土-0.97-3.1840.618.51.17330.33灰色淤泥质粉质粘土-4.09-6.0944.517.11.421112灰色淤泥质粘土-12.07-16.1750.416.71.441110.81灰色粘土-14.0727.9240.617.61.171312.62灰色粉砂-20.57-27.4931.418.30.90330.6灰色粉质粘土-32.82-48.4737.819.31.091515（4）地下水根据上海区域资料显示，施工拟建场地的地下水主要包括浅部土层中的潜水和深部粉质土层中的承压水。一般承压水位相对于潜水位都会较低，浅部土层中的潜水位埋深一般在0.31.5m之间，年平均地下水位埋深一般在0.50.7m之间，低水位埋深为1.50m；深部粉质土层承压水位埋深为311m。潜水水位和深部承压水水位随气候、季节等因素的变化而有所变化。江、河边一定范围内，尤其是有浅层粉性土层分布的区域，该区域潜水水位受潮汐影响显著。据有关资料，地下水的埋深在4m内水温受气温影响较大，埋深4m以下水温较稳定，一般为1517。根据上海市标岩土工程勘察规范（DGJ 08-37-2002）可知，该区域地下水对混凝土无腐蚀性。由于拟建施工场地的地下水水位较高，根据上海地区施工经验，当地下水对混凝土无腐蚀性时，该区域土对混凝土也无腐蚀性，故判定拟建场地范围内地下水和土对混凝土均无腐蚀性。2.1.2 气象（1）气温上海市年平均气温为18.4，最高为40，最低-3。（2）降水上海市年平均降雨量1200毫米左右，一年中大约60的降雨量集中在5至9月。（3）日照上海市全年日照时间平均为1640小时。2.2 周边环境概况2.2.1 沿线建筑物、地下管线（1）沿线建筑物本段区间隧道主要沿延长西路路面下推进，沿线经过较少建筑物，主要建筑物是经过靠近交通路站的汪家井小区。（2）地下管线沿线经过的主要地下管线有电话12孔/1.5缆、污水/2000/7.0砼、电话12孔/1.0缆、雨水/1000/1.9砼等。2.2.2 交通状况本标段隧道工程主要沿延长西路布置，因该路段车辆较多，交通繁忙，在隧道开挖掘进至该路段时，要加强路面监控，做好防范措施，确保车辆安全、顺利的通过。在开挖交通路站和延长中路站地铁车站基坑时，应确保地面交通顺畅，基坑可采用盖挖法施工。3 隧道施工方案与衬砌选型设计3.1 隧道施工方案隧道施工方法的选择主要依据工程地质和水文地质条件，并结合隧道断面尺寸、长度、衬砌类型、隧道的使用功能和施工技术水平等因素综合考虑研究确定。所选择的施工方法也应体现出技术先进、经济合理及安全适用。在现有的施工条件下，根据地下工程的施工方法，本工程可选用的施工方案有：明挖法、矿山法、顶管法、盾构法。以下对四种施工法进行优劣比较，并确定施工方案。3.1.1 明挖法明挖法是指挖开地面，由上向下开挖土石方至设计标高后，自基底由下向上顺作施工，完成隧道主体结构，最后回境基坑或恢复地面的施工方法。地下工程施工时，在埋深较浅的情况下，广泛采用明挖法，放坡开挖是明挖法的首选方案。明挖法的优点有：施工方法简单，技术成熟；工程进度快，根据需要可以分段同时作业；浅埋时工程造价和运营费用均较低，且能耗较少。缺点有：外界气象条件对施工影响较大；施工对城市地面交通和居民的正常生活有较大影响，且易造成噪音、粉尘及废弃泥浆等的污染；需要拆除工程影响范围内的建筑物和地下管线；在饱和的软土地层中，深基坑开挖引起的地面沉降较难控制，且境内边坡稳定常常会成为威胁工程安全的重大问题。3.1.2 矿山法矿山法是城市深部地下工程常用的暗挖施工方法，具有不影响地面正常交通与生产，地表下沉量小，适用于硬、软岩层中各类地下工程，特别是对于中硬岩中。然而矿山法隧道施工的工作环境恶劣，超挖、欠挖量大，无用功多，对围岩的破坏性大，而且施工进度慢。3.1.3 顶管法顶管法是直接在松散土层或富水松软地层中敷设中、小型管道的一种施工方法。顶管法一般用于修建排水管、敷设煤气罐、输油管、动力电缆和通讯电缆的管道、地下交通隧道及桥梁的墩台等，这些管道的内径一般都在23m。内径太大和太小的管道顶进都较困难，口径超过3m的较长距离顶管综合经济效益不如盾构法施工。3.1.4 盾构法盾构法盾构法是在地表以下土层或松软岩层中暗挖隧道的一种施工方法。盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶，如此不断开挖，不断拼装，并不断推进，借助盾构这种施工机械可用较快的速度完成隧道施工基本作业循环，直至隧道建成。盾构法施工隧道的优点表现在施工作业可在盾构设备的掩护下，安全的进行地下开挖与衬砌支护工作；施工时振动和噪声小，对周围居民几乎没有干扰；施工时不影响地面交通；不受气候条件影响；施工机械化程度高，施工管理容易。在土质差、水位高、埋深大的隧道施工中、有较高的技术优越性。该施工技术目前存在的主要问题是当覆土较浅时，开挖面稳定较为困难；曲率半径小的曲线段施工比较困难；在饱和含水层中，防水技术要求高。自1818年法国工程师布鲁诺尔发明盾构法以来，经过一百多年的应用与发展，盾构机已经能适用于任何水文地质条件下的施工，无论是松软的，坚硬的，有地下水的，无地下水的暗挖隧道工程都可用盾构法。3.1.5 方案确定明挖法施工对城市地面交通和居民的正常生活有较大影响，易造成噪音、粉尘及废弃泥浆等的污染，且工期较长。由于本工程位处上海较繁华地区附近有很多居民居住，地面交通复杂且隧道埋深较深，故不适合选择明挖法施工。矿山法适用于硬、软岩层中各类地下工程，特别是对于中硬岩中。本工程工期要求工期较短，且地下水丰富，土层较软，因此不选用矿山法施工。本工程设计隧道内径为5.5m，内径较大，且隧道区间较长，管道顶进困难，考虑到场地以及经济效益的影响不选用顶管法施工。盾构法施工施工时振动和噪声小，对周围居民几乎没有干扰；施工时不影响地面交通；不受气候条件影响；施工机械化程度高，施工管理容易，施工过程安全性高。在土质差、水位高、埋深大的隧道施工中、有较高的技术优越性。本区间工程地质条件较为复杂，地下水丰富，工程的工期要求较紧，附近也有大量居民走动，地面交通复杂。采用盾构法施工可以很好的发挥它的优点，充分满足工程的要求，考虑到上海地铁隧道施工的一般方法，最终确定本隧道区间采用盾构法进行施工。3.2 衬砌选型盾构隧道衬砌用管片按材料可分为钢筋混凝土管片和铸铁管片、钢管片，复合管片。钢筋混凝土管片有一定的强度，加工制作比较容易，耐腐蚀，造价低，是最为常用的管片形式，但是较为笨重，在运输、安装施工过程中易损坏。铸铁管片强度高，易铸成薄壁结构，管片质量轻，搬运安装方便，管片精度高，外形准确，防水性能好。但是管片金属消耗量大，机械加工量也大，价格昂贵。由于铸铁管片具有脆性破坏的特性，不宜用作承受冲击荷载的隧道衬砌结构。钢管片的优点是重量轻，强度高。缺点是刚度小，耐修饰性差，需要进行机械加工以满足防水要求。成本昂贵，金属消耗大，国外在使用钢管片的同时，再在其内浇注混凝土或钢筋混凝土内衬。复合管片外壳采用钢板制成，在壳内设钢筋，浇注混凝土，组成一个复合结构，这样其重量比钢筋混凝土管片轻，刚度比钢管片大，金属消耗量比钢管片小，缺点是钢板耐腐蚀性差，加工复杂冗繁。由于隧道直径较小，埋深浅，并考虑到经济性以及国内目前的使用情况，本区间采用钢筋混凝土管片。钢筋混凝土管片一般有箱型管片和平板型管片两种形式。钢筋混凝土管片型式中，有箱型管片（或称中子型）和平板型管片。箱型管片常用于大直径的隧道。在等量材料的条件下，与平板型管片相比，箱型管片能做到抗弯刚度大、管片之间便于连接等。因而，可有效地降低造价。当然，当管片的背板厚度较小、腔格偏大时，在盾构千斤项作用下混凝土将会发生剥落、压碎等情况。平板管片是目前最常用的管片型式，常用于中小直径的隧道，在相等厚度条件下，其抗弯刚度及强度均大于箱型管片，单块管片重量较重，对盾构顶力具有较大抵抗能力，正常运营时对隧道通风阻力较小。有时，在大直径隧道内也采用该型式的管片，但主要用于地面荷载大，或者穿越地面建筑群时的隧道区段，用来抵抗较大的外荷载。通过比较，平板管片安全性较高，所以，本区间采用平板型钢筋混凝土管片。3.3管片初步设计圆环的拼装形式有通缝、错缝两种。错缝拼装的优点在于能加强圆环接缝刚度，约束接缝变形，圆环近似地可按均质刚度考虑。但当管片制作精度不够好时，采用错缝拼装形式容易使管片在盾构推进过程中顶碎。通缝拼装的优点是管片拼装简单，施工速度快。由于此工程接缝刚度要求易满足，为使管片安装方便快捷，施工进度快，采用通缝拼装的形式。根据盾构隧道覆土深度，周围环境，工程地质条件，综合上海地铁工程成熟的设计、施工经验，本工程盾构隧道衬砌的选择为：初步确定衬砌厚度为350mm，外径为6200mm，环宽1200mm。参考上海盾构法隧道的衬砌施工的实践经验，此隧道采用单层衬砌，衬砌采用预制平板型钢筋混凝土管片。混凝土强度为C55。隧道衬砌由六块预制钢筋混凝土管片拼装而成，成环形式为小封顶纵向全插入式。每环管片由一块封顶块，两块邻接块，两块标准块，一块封底块组成。接缝分别设置在内力较小的8、73、138处。4 隧道计算4.1 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（GB50010-2002）；（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）。4.2 断面的选择及内力计算根据设计规范，选用自由变形的弹性均质圆环法进行隧道盾构施工衬砌的结构计算。选取区间隧道埋深最深的工况进行分析，根据延长中路站交通路站区间隧道剖面图，埋深最深工况里程为CK7+552.000，盾构隧道中心标高-12.418m、地面标高4.642m。结构设计时，考虑基本使用阶段荷载和特殊荷载组合阶段可能出现的最不利荷载组合进行结构强度、刚度和裂缝张开量等验算。4.2.1 土层情况根据该标段隧道工程地质剖面图，可得该标段土层地质的分布情况，见下图隧道计算断面土层分布图。 图 4.1 隧道计算断面土层分布图（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，kPa；h钢筋混凝土容重，取为25； 管片厚度，m。将已知数值带入计算可得：g =250.35=8.75。（2）衬砌拱顶竖向地层压力：拱顶部： （4.2）式中 Pv1 衬砌拱顶竖向地层压力，kPa；i 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，；hi衬砌顶部以上各个土层的厚度，m 。=116.216 kPa拱背部： （4.3）式中 Pv2衬砌拱背竖向地层压力，kPa；Q背均布荷载，kN/m； （4.4）衬砌拱背覆土的加权平均容重，； RH衬砌圆环计算半径，m。将已知数值带入计算可得： = kN/m kPa。（3）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116.216+20=136.216kPa。（4）侧向水平均匀土压力：=tan（45-）-2tan（45-） （4.5）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，（）；=19.54c衬砌环直径高度内各土层内聚力加权平均值，kPa；=9.93 kPa将已知数值带入计算可得： kPa（5）侧向三角形水平土压力： （4.6）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，； 将已知数值带入计算可得：=24.111 kPa。（6）静水压力：水位高为13.235m。（7）衬砌拱底反力： （4.7）式中 PR衬砌拱底反力， kPa；Pv1衬砌拱顶竖向地层压力，kPa； Pv2衬砌拱背部荷载，kPa；g衬砌自重，kPa；w水的容重，取为10kN/。将已知数值带入计算可得： kPa（二）考虑特殊荷载作用本设计中特殊荷载指人防、地震荷载等。在设计中竖向特殊荷载取Pv1=100 kPa，侧向特殊荷载取Ph1=40 kPa。本设计内力计算采用土层地下建筑结构和隧道工程中的计算方法法。对基本使用阶段和特殊荷载阶段两种情况下可能出现的最不利荷载进行组合。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、135、150、165、180，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。计算中弯矩用M（i）表示，轴力用N（i）表示，终值由结构在各种荷载作用下得到的内力经过叠加得到。各断面内力系数表如下表4.1。表4.1 断面内力系数表荷载截面截面内力位置M（kNm）N（kN）自重0上部荷载0/2/2底部反力0/2/2水压0均布测压0测压0根据表4.1中内力计算公式，并运用Excel表格进行汇总计算，计算结果见表4.2：表4.2 管片内力计算一览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）0220.871067.06170.26 86.0015198.621082.70149.9798.8130137.431125.78 93.94134.02 4552.60 1185.53 15.36182.8360-34.82 1246.86-67.59233.1275-103.70 1293.97 -136.44272.72 90-139.001314.69 -177.10 292.50105-116.171308.15 -182.88298.40120-63.551282.40 -150.60298.071354.091246.50-76.20287.2515069.261211.0043.81260.85165115.851185.39209.78214.82180132.701176.10416.66148.00由于本工程所采用的管片设计宽度为b=1.2m，而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1.2的系数。将内力组合汇总如下表4.3：表4.3 管片内力组合一览表截面位置内力组合1.2m管片内力组合M（kNm）N（kN）M（kNm）N（kN）0391.131153.06 469.361383.6715348.591181.51418.311417.8130231.371259.80277.641511.764567.961368.3681.551642.0360-102.411479.98-122.891775.9875-240.141566.69-288.171880.0390-316.101607.19-379.321928.63105-299.051606.55-358.86 1927.86120-214.151580.47-256.981896.56135-72.111533.75-86.531840.50150113.071471.85135.681766.22165325.631400.21390.761680.25180549.361324.10659.231588.92根据计算所得的内力图绘出衬砌的内力组合图如下图4.2： 图4.2 衬砌内力组合图由上表内力组合值可知，弯矩在拱底处=180取得正的最大值（管片内侧受拉，M=659.23kN.m），在=90的时候取得负的最大值（管片外侧受拉，M= -379.32kN.m）；轴力在=90时取得最大值N=1928.63kN。4.3 断面设计4.3.1 管片断面管片配筋设计依据取衬砌结构承受最大弯矩，由上表内力组合值中得出的结果可知，在=180时截面内侧受拉弯矩最大，故按=180时的截面进行内排钢筋设计；在=90时弯矩截面外侧受拉弯矩最大，故按=90时的截面进行外排钢筋设计。查阅混凝土结构设计规范可知，按截面按偏心受压构件进行配筋。（1） =180时（内排配筋）： 弯矩M=659.23kN.m 轴力N=1588.92kN 管片钢筋设计为HRB400（20MnSiV）型热轧钢筋，混凝土等级选用C55混凝土。h=350mm，h0= h as=h-50=300mme0=M/N=415mm （4.8）ea=20mm（ea取20和h/30=350/30=11.7mm较大者） ei=e0+ea=415+20=435mm0.3=0.3300=90mm （4.9）所以，属大偏心受压情况式中 e0截面的初始偏心距，mm； ea轴向力在偏心方向上的附加偏心距，mm； ei修正截面初始偏心距，mm ；s混凝土的保护层厚度，mm；h管片的厚度，mm。 e=ei +h/2- as （4.10）将已知数值带入计算可得： e =415+175-50=540mm式中 e轴向力到受拉钢筋合力点的距离，mm；截面的偏心距增大系数；这里取=1.0。对受压面配筋： （4.11）式中 1矩形应力图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，；b管片宽度，mm；b界限相对受压区高度；fy钢筋屈服强度设计值，；h0截面的有效高度，mm。根据选定的级HRB400钢筋和C55混凝土，查表可得：1=1.0； fc =25.3； b =1.2m；b =0.508；=360； h0=300mm。将已知数值带入