某城市过街明挖隧道结构与施工组织设计指导书.docx

某城市过街明挖隧道结构与施工组织课程设计指导书武夷学院土木工程与建筑学院二零一四年一月目录1隧道结构设计.11.1衬砌结构断面拟定.11.2荷载计算.11.2.1竖向荷载计算.11.2.2水平荷载计算.21.3内力计算.21.4截面验算，确定截面尺寸与钢筋配置.51.4.1正截面抗弯承载力验算.51.4.2斜截面抗剪承载力验算.71.4.3正截面抗压承载力验算.72基坑支挡结构设计.81.2板桩入土深度计算.81.2顶撑计算与选择.101.2板桩厚度计算.103施工方案确定.114施工过程.114.1施工准备.114.2施工场地布置.124.3土体开挖.124.4隧道基础处理.124.5隧道构筑施工.124.6隧道防水及基坑回填.124.7恢复交通.134.8隧道内装饰施工.135隧道辅助施工.135.1定位测量，供水，供电，施工场地布置图.135.2施工组织与管理.135.3施工主要工序及循环.135.4主要工种与劳动力组织.135.5施工进度安排.135.6其他施工措施及说明.14II1隧道结构设计1.1衬砌结构断面拟定参考公路箱涵图集拟定衬砌结构断面，如图1所示。图1衬砌断面尺寸示意图取=t=400mm，c1=c2=50mm，h0=3500mm，l0=5100mm。则l=5500mm，h=3900mm，L=5900mm，H=4300mm。衬砌采用钢筋混凝土结构。混凝土用C30级，自重0=25KN/m3，立方体抗压强度设计值fc=14.3N/mm2，抗拉强度设计值ft=1.43N/mm2。受力钢筋采用HRB400级，抗拉强度设计值fy=360N/mm2，抗压强度设计值fy=360N/mm2，构造筋采用HPB300级。1.2荷载计算1.2.1竖向荷载计算地面超载取第1页q0=20KPa垂直土压力q1=gihi=17.51.5+18.52+20.52.1=106.3KPa顶板自重q2=g0d=250.4=10KPa顶板压力qt=q0+q1+q2=136.3KPa底板压力qs=qt+gl0S=136.3+25(0.43.52+0.45.9+41/20.050.05)5.5=159.8KPa1.2.2水平荷载计算根据朗肯土压力公式计算水平荷载，顶板处水平压力es1=(q0+q1)tan2(45-j/2)-2ctan(45-j/2)=(20+106.3)tan2(45-32/2)-245tan(45-32/2)=-11.08KPa底板处水平压力es1=(q0+q1+q3)tan2(45-j/2)-2ctan(45-j/2)=(20+106.3+20.54.3)tan2(45-32/2)-245tan(45-32/2)=16.0KPa1.3内力计算衬砌结构采用对称配筋，使顶板与底板配筋对称，左右墙配筋对称。用结构力学求解器进行内力计算，计算简图如图2所示。第2页计算程序如下：结点,1,0,0结点,2,-2.75,0结点,3,-2.75,3.9结点,4,0,3.9单元,1,2,1,1,1,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1结点支承,4,5,90,0,0结点支承,1,6,90,0,0,0单元荷载,1,3,1.598e5,0,1,90单元荷载,3,3,1.363e5,0,1,90单元荷载,2,5,1.6e4,0,0,0.6,90单元材料性质,1,3,-1,-1,0,0,-1第3页图2衬砌结构计算简图弯矩图、剪力图、轴力图分别见图3、4、5。图3衬砌结构弯矩图图4衬砌结构剪力图第4页图5衬砌结构轴力图1.4截面验算，确定截面尺寸与钢筋配置1.4.1正截面抗弯承载力验算顶板与底板跨中设计弯矩为309.46KNm，支座处设计弯矩为：-205.93+9.610.2=204KNm。侧墙设计弯矩为-204KNm。混凝土保护层厚度取as=50mm，则h0=350mm。查表得，a1=1.0，xb=0.518。最小配筋率ft360=max0.2%，.18%=0.2%1.430.rmin=max0.2%，450.=max0.2%，45fy0rminhh0=0.2%400/350=0.23%正截面抗弯设计计算见表1。第5页表1正截面抗弯设计计算表位置顶板跨中顶板支座侧墙外侧设计弯矩M（KNm）309.462042042as=M/(a1fcbh0)gs=(1+1-2as)/2x=1-1-2as计算配筋面积As=M/(fygsh0)（mm20.1770.1160.1160.9020.9380.9380.1960.5180.1240.5180.1240.23%0.56%0.23%0.56%0.23%侧墙内侧竖向受力钢筋及水平分布钢筋按构造要求配，选用14钢筋。根据混凝土结构设计规范（GB500102010）9.4.4条规定，墙水平和竖向分布钢筋配筋率不宜小于0.20%，则：竖向分布筋间距sh153.9/(0.2%400)=192mm，取sh=190mm。水平分布钢筋间距sv153.9/(0.2%400)=192mm，取sv=190mm。板纵向分布钢筋根据构造配，选用14钢筋。根据混凝土结构设计规范（GB500102010）9.1.6条规定，单位宽度内配筋面积不第6页宜小于受力方向跨中板底钢筋截面面积的1/3，则板纵向分布钢筋间距s153.93160/490.9=150.4mm，取s=150mm。1.4.2斜截面抗剪承载力验算根据剪力图，板的剪力设计值为342.8KN。根据混凝土结构设计规范（GB500102010）6.3.3条规定，bh=800h01/4=1.0（h0V=342.8KN，故抗剪承载力满足要求。1.4.3正截面抗压承载力验算从轴力图上可以看出，顶板与底板轴力非常小，故仅对侧墙进行抗压验算即可。侧墙所受轴力设计值为374.8KN。e0=M/N=204/374.8=0.544m=544mmea=20mme1=e0+ea=564mmz1=0.2+2.7e1/h0=0.2+2.7564/350=4.61，取z1=1l0/h=3.9/0.4=9.7515，取z2=1.0l0z1z2=1+3.9h=1+11400e1hh0211400211=1.045640.4350e=he1+h/2-as=1.04564+400/2-50=737mma1fcbhas=ssNe-fyA(h0-a)20=3748000.737-270810(0.35-0.05)1.014.313502=0.120第7页x=1-1-2as=1-1-20.120=0.128xb=0.518（满足要求）sx=xh0=0.128350=45mm2a=100mmsx=(N+fyAs-fyA)/(a1fcb)=(374800+3601964-270810)/(1.014.31000)s=60.4mm2a=100mm故不考虑墙内侧钢筋的受压承载力进行验算。a1fcbh0as=Ne2=3748000.7371.014.313502=0.157x=1-1-2as=1-1-20.157=0.172xb=0.518（满足要求）x=(N+fyAs)/(a1fcb)=(374800+3601964)/(1.014.31000)=75.7mm0第10页满足要求，故钢板桩入土深度取3m。1.2顶撑计算与选择根据1.2.1的计算可知，每延米作用在顶撑上的轴力为19.86KN。顶撑选择为9mm厚500的钢管，间距取5m。则顶撑的正应力为s=19.86510003.14(2502-245.52)=14.2N/mm2远远小于钢材的屈服应力，故顶撑满足要求。1.2板桩厚度计算由板桩弯矩图可以看出，最大正弯矩出现在Eac2的作用点，则支护结构所受最大弯矩为Mc=Tk1(hT+hd-h2)=19.86(9.7+3-3.95)=173.78KNm板桩设计弯矩M=1.25g0Mc=1.251.0173.78=217.23KNm钢板桩选择400125的热轧U型钢板桩，钢材牌号为Q235级，强度设计值为215N/mm2，每延米板面抗弯刚度为1340cm3。则M/W=217.231000/1340=162N/mm2215N/mm2故钢板桩强度满足要求。3施工方案确定采用明挖法施工，将整个隧道分为两部分进行先后施工，以减少对交通的妨碍。第11页基坑围护结构采用400125的U型热轧型钢，实行小锁口打入。打桩时采用机械打入，施工完毕钢板桩进行回收。施工工艺流程：根据施工图及高程放设沉桩定位线按定位线控设沉桩导向槽整修平整施工机械行走线沉设围护钢板桩将围护钢板桩送至指定标高挖土浇筑水泥砂浆垫层铺防水层主体结构施工填土拔除钢板桩路面恢复4施工过程4.1施工准备对施工场地进行围挡，设置警告标志、交通导向标志。设计施工期间临时交通路线。对施工场地进行清理，管线移位，场地内的树木、绿化带、建筑物、构筑物进行清理、拆除或搬迁，在施工完成以后按要求恢复。查找施工场地附近可用的水源、电源、通信网络等，实现通水、通电、通信。组织施工设备、人员、材料进入施工场地，为施工做好准备。4.2施工场地布置施工场地布置充分考虑施工作业的空间要求，材料堆放要求，材料加工车间的空间需要，以及临时生产、生活设施的需要。施工场地布置见施工场地布置图。4.3土体开挖基坑支护结构施工之后方可进行土体开挖。在基坑的一端进行第12页放坡，以利于施工机械出入。用反铲式挖掘机挖土、装土，渣土车运土至弃渣场。运土过程应注意对环境的保护。土体开挖到一定高度设置顶撑。4.4隧道基础处理土体开挖至设计标高时，浇筑300厚的水泥砂浆垫层。垫层上设置两毡两油防水层。再进行主体结构施工。4.5隧道构筑施工隧道构筑施工过程，应控制测量精度，使隧道尺寸达到设计要求。在隧道中央设置一道变形缝，将隧道分为两部分施工。每段内浇筑混凝土应连续浇筑，变形缝处做好防水处理。混凝土接缝处设置施工缝，做好防水。绑扎钢筋时，应注意勿使钢筋穿透防水层，破坏防水效果。4.6隧道防水及基坑回填防水层施工时要严格按照相关标准，特别注意防水卷材间的搭接宽度。避免施工过程对防水层的破坏。基坑回填时应按照相关要求恢复管线等。最终恢复路面。4.7恢复交通施工完毕，路面恢复以后即可恢复交通。撤除标识语、警告牌等。4.8隧道内装饰施工隧道内部墙、顶进行涂料粉刷，底板采用料石铺面。第13页5隧道辅助施工5.1定位测量，供水，供电，施工场地布置图见施工场地布置图5.2施工组织与管理成立项目部，确定相关管理人员、劳务人员。确定施工工期，对人员、机械、材料进行管理。5.3施工主要工序及循环钢板桩施工基坑开挖与架设顶撑浇筑基础垫层隧道外防水层施工主体结构施工5.4主要工种与劳动力组织钢筋工、木工、脚手架工、混凝土工5.5施工进度安排保