中医大-青羊宫区间矿山法隧道主体结构计算书

中医大省医院青羊宫区间矿山法隧道配筋计算书计 算 书 工程项目 ： 成都地铁5号线一、二期工程 PROJECT TITLE子项名称 ： 中医大省医院青羊宫区间矿山法隧道计算 SUBTITLE专 业 ： 结 构 SPECIALITY设计阶段 ： 施工图 DESIGN PHASE 计 算 人： CALCULATED BY校 对 人： PROOFREADED BY 专业负责人： SUBJ ENGNEER审 核： AUDITED BY审 定： APPROVED BY 中铁第一勘察设计院集团有限公司The First Railway Survey And Design Institute2016年10月 工程设计证书：综合甲级 A161000160161. 工程概况中医大省医院青羊宫区间为地下区间，区间由中医大省医院站出站后，继续沿一环路下方铺设，下穿省农业管理干部学院门前人行天桥后进入青羊宫站。区间采用矿山法施工，线路最大纵坡31.30，主要穿越2-9-3中密卵石土地层，最小曲线半径1200m，底板埋深12.8521.28m，底板高程482.039m490.898m，地面高程介于503.16m504.35m，地形相对较为平坦。本册段设计范围为中医大省医院青羊宫暗挖区间，设计里程：YDK22+750.000YDK23+032.488，长282.826m，长链0.338m，ZDK22+729.500ZDK23+032.489，长302.981m，短链0.008m，在里程YDK22+810.710/ZDK22+810.565处设置一处竖井及横通道。2. 主要设计依据及设计原则2.1 主要设计依据 主要规范1）地铁设计规范（GB 50157-2013）2）建筑结构荷载规范（GB50009-2012）3）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）2015版5）混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2015）6）铁路隧道喷锚构筑法技术规范（TB10108-2002、J159-2002）7）铁路隧道设计规范（TB10003-2005，J449-2005）8）混凝土结构耐久性设计规范（GB/T50476-2008）9）轨道交通工程人民防空设计规范（RFJ02-2009）10）地下工程防水技术规范（GB501082008）11）地下防水工程质量验收规范（GBJ50208-2011）12）城市轨道交通工程项目建设标准（建标104-2008）13）城市轨道交通工程监测技术规范（GB50911-2013）2.2 设计原则1）区间结构采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量结构构件的可靠度。采用以分项系数的设计表达进行结构计算分析。2）结构构件应根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别按下列规定进行计算和验算。 （1）承载力及稳定：所有结构构件均应进行承载力（包括压曲失稳）计算；需考虑地震、人防、施工等特殊荷载的作用，进行结构构件承载力计算。 （2）变形：对使用上需控制变形值的结构构件，进行变形验算。 （3）抗裂及裂缝宽度：对使用上要求不出现裂缝的构件，进行混凝土拉应力验算；对使用上允许出现裂缝的构件，按荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响求出最大裂缝宽度进行裂缝宽度验算。地震力、人防等偶然荷载作用时，不验算结构的裂缝宽度。 3）结构计算简化模型的确定，根据结构的实际工作条件，并反映结构与周围地层的相互作用。4）区间结构一般按平面受力进行分析，本次只进行横断面方向的受力计算。5）浅埋结构在地下水位以下，整体结构还要考虑水浮力，进行整体抗浮验算。3. 工程地质及水文地质概况3.1 工程地质概况本区间地处岷江水系一级阶地，地形平坦，地势开阔，无影响工程建设的不良地质作用，地质构造不发育，无强震源，区域场地稳定性较好。本段上部为人工填土，其下为粉质黏土，砂土、下部为砂卵石，局部夹中砂透镜体，下伏白垩系泥岩。隧道洞身主要位于稍密密实卵石中，结构底板位于中密密实卵石中，地层稳定性较好，岩性较为单一，地基土稳定性整体较好。3.2 水文地质概况本区间范围内无地表水分布。本区间地处岷江水系一级阶地，地下水主要为赋存于黏性土层之上填土层中的上层滞水和第四系砂、卵石层的孔隙潜水。上层滞水呈透镜体状分布于地表，赋存于卵石层之上填土层中，大气降水和附近居民的生活用水为其主要补给源。水量变化大，且不稳定。场地卵石层较厚，且成层状分布，局部夹薄层砂，其间赋存有大量的孔隙潜水，其水量较大、水位较高，大气降水和区域地表水为其主要补给源。卵石层中孔隙水形成贯通的自由水面。区间隧道主要穿越地层岩性为卵石层。地下水埋深5.307.50m，高程495.95497.88m。水量较丰富，地下水和场地土对混凝土及钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。4. 计算标准及模型选定4.1 设计计算标准要求1）防水等级为二级，钢筋混凝土结构的最大裂缝宽度允许值为在荷载的短期效应组合并考虑长期效应组合的影响下求得，设计中采用外部全包防水，迎水面其允许值为0.2mm，背水面其允许值为0.3mm，并不得有贯穿裂缝。2）区间结构按7度地震烈度设防。3）区间结构按六级人防设防。4）结构抗浮安全系数不计摩阻力时1.05，计摩阻力时可采用1.051.15。5）区间结构安全等级为一级4.2 计算模型区间结构采用“荷载-结构”模型。在区间纵向截取一基本计算单元，将区间三维空间结构简化成二维平面框架结构，按结构内力分析模型，进行各阶段不同荷载组合内力分析。区间结构采用圆形支护形式，初支与模筑砼内墙间铺设防水板，内力分析时按模筑砼承受全部荷载考虑各种组合。4.3 计算基本假定1）假定构件为小变形弹性梁，离散为足够多个等厚度直杆梁单元。2）用布置于各节点上的弹簧单元来模拟围岩与墙的相互约束；假定弹簧不承受拉力，即不计围岩墙间的粘结力；弹簧受压时的反力即为围岩对墙的弹性抗力。4.4 计算荷载1）计算荷载 （1）土压力粘性土层水土合算，砂性土层水土分算。本次计算采用水土分算。垂直土压力：对于地下结构上覆土层厚度大于塌落拱高度时采用松弛土压力，土层厚度取塌落拱高度；小于塌落拱高度时，土层厚度取全土柱高度。水平土压力：水平土压力作用在桩墙上，大概呈梯形分布。其值根据主、被动或静止土压力公式计算。侧向水土压力：施工阶段不考虑水压，使用阶段取静水压力（水压力取全水头）。 （2）自重荷载自重荷载按下式计算： f=bh 式中砼重度；h厚度；b计算单元纵向宽度； （3）地面超载地面超载取20kPa。 （4）地层抗力在链杆法中，地层抗力是用地层弹簧来模拟的。地层抗力系数根据土层条件确定，按温克假定计算。在计算中，消除受拉的弹簧。 （5）地震荷载采用惯性力法计算，把随时间变化的地震荷载等效为静地震荷载，然后再用静力计算模型分析地震荷载作用下的结构内力。等效的静地震荷载包括：结构本身和洞顶上方土柱的水平惯性力以及主动侧向土压力增量。 （6）人防荷载将动荷载转化为静荷载，然后再用静力计算模型分析地震荷载作用下的结构内力。2）荷载组合荷载组合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1.351.42短期效应组合构件抗裂验算1.00.83长期效应组合构件变形验算1.00.84抗震荷载组合构件强度验算1.20（1.0）0.51.35人防荷载组合构件强度验算1.20（1.0）1.06基本组合抗浮稳定验算1.03）荷载参数选择 （1）土层参数根据该区间岩土工程详细勘察报告土层分层及参数如下： 土层号土层名称重度(kN/m3)粘聚力C(kPa)内摩擦角(度)侧压力系数垂直基床系数K(MPa/m)水平基床系数K(MPa/m)1-1杂填土18810-2-2粉质黏土19.52016.50.422252-9-2稍密卵石21.00350.3040352-9-3中密卵石22.00400.2565602-9-4密实卵石23.00 450.208075（2）计算参数选用 C40钢筋混凝土的重度为25kN/m3，弹性模量为3.25104Mpa，泊松比按0.2采用。5. 矿山法隧道断面计算5.1 YDK22+750.000处断面5.1.1施工期间无水工况1）荷载的选用选取YDK22+750.000处断面进行计算，其荷载标准值的计算过程及结果如下：拱顶土压力由于隧道拱顶覆土H0=6.1m2D，隧道拱顶土压力按全土柱进行计算，即竖向土压力：=135.59 kPa侧向土压力侧向土压力根据静止侧压力系数确定。顶部侧向土压力：=36.49 kPa底部侧向土压力：=68.67 kPa水压力施工阶段降水条件下为最不利工况，故不考虑水压力。地面超载地面超载按20 kPa考虑。拱底竖向反力 P1=159.15 kPa2）计算结果及分析（1）基本组合 基本组合弯矩图 基本组合轴力图 基本组合剪力图位置弯 距（kN.m）轴力（kN）As(mm2)配筋(mm2)拱顶213.9-394.513001025（4909）拱肩-129.9-626.89001025（4909）仰拱302.3-407.520331025（4909）（2）准永久组合 准永久组合弯矩图 准永久组合轴力图 准永久组合剪力图位置弯 距（KN.m）轴力（KN）配筋面积（mm2）裂缝宽度(mm)拱顶107.0-246.41025（4909）0.013拱肩-69.6-370.81025（4909）满足仰拱154.2-252.71025（4909）0.021通过内力分析，经过综合考虑结构的特点，二衬厚度采用450mm，单延米配筋为1025（配筋面积4909mm2），裂缝宽度满足要求。3）结构强度检算 （1）斜截面受剪承载力验算:hw/b=400/10000.404；当hw/b0.404时，应有V0.25cfcbh0=0.251.019.110004001910 kN根据计算结果，满足要求。 （2）不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件，其斜截面的受剪承载力应满足以下规定： V0.7hftbh0=0.7(800/800)1/41.711000400 =478.80 kN根据计算结果，不需要配置箍筋。4）地震及人防设计由于抗震设计时结构安全系数降低，不考虑裂缝控制，人防设计时材料的强度系数提高，以及不考虑裂缝的控制。通过试算，在地震荷载和人防荷载作用下的结构产生的内力对结构断面配筋不起控制作用。这样地震与人防设计的重点是采取满足规范要求的一些构造措施。5.1.2正常使用有水工况1）荷载的选用选取矿山法隧道YDK22+750.000处断面进行计算，其荷载标准值的计算过程及结果如下：由于隧道拱顶覆土H0=6.1m2D，隧道上方土压力按全土柱进行计算，侧向压力根据太沙基松弛土压力和静止侧压力系数确定，采用水土分算，水位标高495.95m。竖向土压力135.59 kPa地面超载20 kPa考虑侧向土压力 6.47m（隧道上方塌落土体半宽）=6.19 kPa25.25=101.63kPa顶部侧向土压力： 36.49 kPa底部侧向土压力：68.67 kPa顶部水压力：0 kPa拱底水压力：51 kPa拱底竖向反力：P1=108.15 kPa 2）计算结果及分析（1）基本组合 基本组合弯矩图 基本组合轴力图 基本组合剪力图 位置弯 距（kN.m）轴力（kN）As(mm2)配筋(mm2)拱顶194.1-391.711351020（3142）拱肩-125.7-612.39001020（3142）仰拱265.5-475.616321020（3142）（2）准永久组合 准永久组合弯矩图 准永久组合轴力图 准永久组合剪力图 位置弯 距（KN.m）轴力（KN）配筋面积（mm2）裂缝宽度(mm)拱顶144.7-286.61020（3142）0.033拱肩-94.3-451.11020（3142）满足仰拱190.5-339.71020（3142）0.052通过内力分析，经过综合考虑结构的特点，二衬厚度采用450mm，单延米配筋为1020（配筋面积3142mm2），裂缝宽度满足要求。3）结构强度检算 （1）斜截面受剪承载力验算:hw/b=255/10000.2554；当hw/b0.2554时，应有V0.25cfcbh0=0.25119.110002551217.63 kN根据计算结果，满足要求。 （2）不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件，其斜截面的受剪承载力应满足以下规定： V0.7hftbh0=0.7(800/800)1/41.711000255 =305.24 kN根据计算结果，需要配置箍筋。4）地震及人防设计由于抗震设计时结构安全系数降低，不考虑裂缝控制，人防设计时材料的强度系数提高，以及不考虑裂缝的控制。通过试算，在地震荷载和人防荷载作用下的结构产生的内力对结构断面配筋不起控制作用。这样地震与人防设计的重点是采取满足规范要求的一些构造措施。综上所述，二衬厚度采用450mm，单延米配筋为1025（配筋面积4909mm2），满足结构要求。5.2 ZDK23+032.489处断面5.2.1施工期间无水工况1）荷载的选用选取ZDK23+032.489处断面进行计算，其荷载标准值的计算过程及结果如下：由于隧道拱顶覆土H0=13.85m2D，隧道拱顶土压力按全土柱进行计算，即竖向土压力：=303.55 kPa侧向土压力侧向土压力根据静止侧压力系数确定。顶部侧向土压力：=39.65 kPa底部侧向土压力：=79.63 kPa水压力施工阶段降水条件下为最不利工况，故不考虑水压力。地面超载地面超载按20 kPa考虑。拱底竖向反力 P1=327.11 kPa2）计算结果及分析（1）基本组合 基本组合弯矩图 基本组合轴力图 基本组合剪力图位置弯 距（kN.m）轴力（kN）As(mm2)配筋(mm2)拱顶352.1-741.920181025（4909）拱肩-173.3-1275.29001025（4909）仰拱500.2-715.533101025（4909）（2）准永久组合 准永久组合弯矩图 准永久组合轴力图 准永久组合剪力图位置弯 距（KN.m）轴力（KN）配筋面积（mm2）裂缝宽度(mm)拱顶321.7-534.41025（4909）0.129拱肩-158.9-914.51025（4909）满足仰拱479.6-528.91025（4909）0.277通过内力分析，经过综合考虑结构的特点，二衬厚度采用450mm，单延米配筋为1025（配筋面积4909mm2），裂缝宽度满足要求。3）结构强度检算 （1）斜截面受剪承载力验算:hw/b=400/10000.404；当hw/b0.404时，应有V0.25cfcbh0=0.25119.110004001910 kN根据计算结果，满足要求。 （2）不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件，其斜截面的受剪承载力应满足以下规定： V0.7hftbh0=0.7(800/800)1/41.711000400 =478.8 kN根据计算结果，不需要配置箍筋。4）地震及人防设计由于抗震设计时结构安全系数降低，不考虑裂缝控制，人防设计时材料的强度系数提高，以及不考虑裂缝的控制。通过试算，在地震荷载和人防荷载作用下的结构产生的内力对结构断面配筋不起控制作用。这样地震与人防设计的重点是采取满足规范要求的一些构造措施。5.2.2正常使用有水工况1）荷载的选用选取矿山法隧道ZDK23+032.489处断面进行计算，其荷载标准值的计算过程及结果如下：由于隧道拱顶覆土H0=13.85m2D，隧道上方土压力按全土柱进行计算，侧向压力根据太沙基松弛土压力和静止侧压力系数确定，采用水土分算，水位标高496.36m。竖向土压力303.55 kPa地面超载20 kPa考虑侧向土压力 5.98m（隧道上方塌落土体半宽）=4.59 kPa35.15=138.59kPa顶部侧向土压力： 39.65 kPa底部侧向土压力：79.63 kPa顶部水压力：70.52 kPa拱底水压力：143.22 kPa拱底竖向反力：P1=230.85 kPa 2）计算结果及分析（1）基本组合 基本组合弯矩图 基本组合轴力图 基本组合剪力图 位置弯 距（kN.m）轴力（kN）As(mm2)配筋(mm2)拱顶392.1-1062.619381020（3142）拱肩-219.6-1581.79001020（3142）仰拱606.1-1109.636931020（3142）（2）准永久组合 准永久组合弯矩图 准永久组合轴力图 准永久组合剪力图位置弯 距（KN.m）轴力（KN）配筋面积（mm2）裂缝宽度(mm)拱顶280.4-759.61020（3142）0.122拱肩-157.2-1131.11020（3142）满足仰拱4