27 燕塘站～梅花园站盾构管片计算书.doc

燕塘梅花园站区间盾构管片配筋施工图设计计算书广州市轨道交通三号线北延段燕塘站梅花园站盾构区间施工图设计管片计算书计算：叶雅图 校核：丁红军 项目负责人：罗俊成 审核：罗俊成 韩广禄 广州市地下铁道设计研究院2007.5一、设计依据3二、工程概况4三、工程地质与水文地质51.工程地质概述52.水文地质状况7四、构造设计91.结构尺寸92.工程材料93.保护层9五、计算模型101.荷载计算模型102.有限元模型113.螺栓刚度114.土弹簧刚度125.匀质圆环法12六、计算荷载151.永久荷载152.可变荷载153.偶然荷载15七、内力计算161.计算控制条件161)计算断面选取162)岩土参数293)水土荷载计算292.里程YDK-1-007.200断面内力计算301)荷载设置302)里程YDK-1-007.200水土分算直梁弹簧元法工况一计算结果313)里程YDK-1-007.200水土合算直梁弹簧元法工况一计算结果324)里程YDK-1-007.200水土分算匀质圆环法工况一计算结果343.里程YDK-0-727.999断面内力计算351)荷载设置352)里程YDK-0-727.999水土分算直梁弹簧元法工况一计算结果353)里程YDK-0-727.999水土合算直梁弹簧元法工况一计算结果374)里程YDK-0-727.999水土分算匀质圆环法工况一计算结果384.里程YDK-2-284.115断面内力计算391)荷载设置392)计算结果40八、截面承载能力验算421.各断面内力计算结果比较及分析422.验算过程421)水土分算YDK-1-007.200422)水土分算 YDK-0-727.999433)水土合算 YDK-1-007.200434)水土合算 YDK-0-727.999445)匀质圆环法 YDK-1-007.200446)匀质圆环法 YDK-0-727.999457)SAP84 YDK-2-284.115463.结果分析46九、桩基础处理验算47一、设计依据3二、工程概况4三、工程地质与水文地质51.工程地质概述52.水文地质状况7四、构造设计91.结构尺寸92.工程材料93.保护层9五、计算模型101.荷载计算模型102.有限元模型113.螺栓刚度114.土弹簧刚度125.匀质圆环法12六、计算荷载151.永久荷载152.可变荷载153.偶然荷载15七、内力计算161.计算控制条件161)计算断面选取162)岩土参数293)水土荷载计算292.里程YDK-1-007.200断面内力计算291)荷载设置292)里程YDK-1-007.200水土分算直梁弹簧元法工况一计算结果303)里程YDK-1-007.200水土合算直梁弹簧元法工况一计算结果314)里程YDK-1-007.200水土分算匀质圆环法工况一计算结果333.里程YDK-0-727.999断面内力计算331)荷载设置332)里程YDK-0-727.999水土分算直梁弹簧元法工况一计算结果343)里程YDK-0-727.999水土合算直梁弹簧元法工况一计算结果354)里程YDK-0-727.999水土分算匀质圆环法工况一计算结果364.里程YDK-2-284.115断面内力计算371)荷载设置372)计算结果37八、截面承载能力验算401.各断面内力计算结果比较及分析402.验算过程401)水土分算YDK-1-007.200402)水土分算 YDK-0-727.999413)水土合算 YDK-1-007.200414)水土合算 YDK-0-727.999425)匀质圆环法 YDK-1-007.200426)匀质圆环法 YDK-0-727.999437)SAP84 YDK-2-284.11543九、截面承载能力验算45一、 设计依据1. 广州市轨道交通三号线北延段（新机场线）工程燕塘至梅花园区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告2. 广州市轨道交通三号线北延段（新机场线）燕塘站至梅花园站区间招标设计及投标设计文件3. 广州市轨道交通三号线北延段第七版线路图4. 广州市轨道交通三号线北延段施工区间1标土建工程承包合同（合同编号：J3NJZOO4）5. 广州市轨道交通三号线北延段工程技术要求6. 广州市地铁三号线总包总体部下发的工作联系单7. 采用规范：1) 地铁设计规范（GB50157-2003）2) 建筑结构荷载规范（GB50009-2001）2006年版3) 混凝土结构设计规范（GB50010-2002）4) 地下工程防水技术规范（GB50108-2001）5) 铁路隧道设计规范（TB10003-2001）6) 建筑抗震设计规范（GB50011-2001）7) 锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001）8) 建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）9) 建筑基坑支护工程技术规程（DBJ/T15-20-97）10) 铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）11) 地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-1999）2003年版12) 地下防水工程质量验收规范（GB50208-2002）13) 其它相关规范、规程二、 工程概况燕塘站梅花园站区间为盾构法隧道区间，线路出燕塘站后，向北行约500m过北环高速公路、沙太路，再折向西北过南华工商学院、银河村、广州电梯厂，然后转向正北过省工贸职业技术学院，最后到达梅花园站。沿线地面条件复杂，经过的地面设施主要有城市交通主干道、河涌、高架桥、建筑物等，车流量大，人员密集，建筑物稠密。地形有起伏，地面高程19.1035.22m，高差16.12m。本区间设计里程范围：Y（Z）DK-0-633.035Y（Z）CK-2-404.769，右线隧道长1770.365m；左线隧道长1778.556m（长链8.191m），全长3548.921单线延米。由于线路条件目前尚未最终落实，本计算书按照第七版线路图进行设计。由于可预见的第八版线路调整只会对隧道部分区段增加约23的埋深，对整个线路平面不作调整，因此改善了隧道洞身的围岩条件。埋深增加的隧道段承受水压力虽然有所增加，但较因土压力减少、围岩基床系数增加所带来的助益为小，故按本版线路图进行的配筋验算从经验上判断可满足下一版线路的要求。由详勘报告显示，本区间隧道左线在里程ZCK-0-821.7ZCK-1-021.6、ZCK-1-117ZCK-1-131.2、右线在里程YCK-0-851.7YCK-1-261.6处通过相对完整的花岗岩微风化带，隧道洞身微风化带岩石天然极限抗压强度较大，最大值为126MPa，盾构在这样的地层条件下掘进时刀具磨损严重，掘进速度慢，且在控制不当的情况下易造成刀具非正常损坏，甚至可能对刀盘造成磨损或损坏，因此在里程YCK-1-124.286处设置施工竖井及横通道，采用传统的矿山法掘进硬岩段，形成初衬隧道，然后盾构机在隧道中推进，并拼装管片。矿山法隧道施工竖井位于北环高速公路与沙河涌之间的兴华街道综合楼门前绿化空地上，靠近沙河涌的一侧。本区间隧道下穿多栋建筑物，侵入广州电梯工业公司机械联合厂房、省工贸职业技术学院实训中心楼桩基，在隧道施工之前需要对其进行地基加固处理。盾构隧道建筑限界为5200mm，结合已有盾构机选型要求，采用内径5400mm、外径6000mm、宽1500mm的盾构管片。三、 工程地质与水文地质1. 工程地质概述1) 岩土分层情况根据广州市轨道交通三号线北延段（新机场线）工程燕塘至梅花园区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告，场地岩土层分为：人工填土层（Q4ml）、冲积-洪积砂层（Q3+4al+pl）、冲积-洪积土层（Q3al+pl）、河湖相淤泥质土层（Q3al）、坡积土层（Q3dl）、残积土层（Qel）、岩石全风化带、岩石强风化带、岩石中等风化带（53-1）、岩石微风化带。（1） 人工填土层（Q4ml）场地分布人工填土层以素填土为主，局部为杂填土，呈棕红、灰黄、灰等杂色，稍压实，为人工堆填的粘性土、中粗砂、碎石、砼块等，局部夹少量砖块，层厚0.307.50m，平均层厚2.41m，图表代号为“”。（2） 冲积-洪积砂层（Q3+4al+pl）a) 冲积-洪积粉细砂层（Q3+4al+pl）呈灰、灰黄、浅灰等色，土性为粉细砂，饱和，松散稍密，局部中密，分选较好，颗粒成份为石英质，含少量粘粒，顶面标高12.7323.64m，在场地内呈透镜体状分布，顶面埋深2.70810.50m，层厚0.405.80m，平均层厚2.82m，图表代号为“”。b) 冲积-洪积中粗砂层（Q3+4al+pl）呈浅灰、灰白、灰黄等色，土性为中粗砂，局部砾砂，饱和，稍密中密状，局部松散，级配较好，颗粒成份为石英质，含少量粘粒及少量砾，顶面标高14.1228.50m，在场地内呈透镜体状分布，顶面埋深3.007.95m，层厚0.703.80m，平均层厚2.23m，图表代号为“”。（3） 冲积-洪积土层（Q3al+pl）呈呈褐红、灰黄、黄褐等色，土性为粉质粘土，局部为粘土，可塑状，粘性一般较好，含少量石英砂，主要物理力学性质指标：含水量W=30.6%，天然密度=1.89g/cm3，孔隙比e=0.757，塑性指数Ip=14.1，液性指数IL=0.47，压缩系数a1-2=0.398MPa-1，压缩模量建议值Es1-2=4.5MPa，凝聚力C=19.6kPa，内摩擦角=16.00，顶面标高15.3332.51m，顶面埋深0.0011.20m，层厚1.0011.10m，平均层厚3.83m，图表代号为“”。（4） 河湖相淤泥质土层（Q3al）呈灰黑、深灰色，土性以淤泥质土为主，饱和，软塑流塑状，含腐木质及有机质，具腥臭味，在场地内呈透镜体状分布，顶面标高15.2027.50m，顶面埋深4.2010.30m，层厚0.503.45m，平均层厚1.62m，图表代号为“”。（5） 坡积土层（Q3dl）呈棕红、棕黄色等，土性为粉质粘土，呈可塑硬塑状，粘性差，含少量砂质及砾，主要物理力学性质指标：含水量W=28.9%，天然密度=1.86g/cm3，孔隙比e=0.891，塑性指数Ip=18.8，液性指数IL=0.15，压缩系数a1-2=0.383MPa-1，压缩模量Es1-2=5.01MPa，凝聚力建议值C=20.0kPa，内摩擦角=20.30，在场地内呈透镜体状分布，顶面标高22.4832.49m，顶面埋深0.507.70m，层厚2.107.65m，平均层厚3.68m，图表代号为“”。（6） 残积土层（Qel）根据残积土层的塑性状态和密实度分二个亚层，将残积土层进行分类，现将各类残积土层分述如下：可塑状花岗岩残积土：土性为砂质粘性土，呈褐红、褐黄色，可塑状，粘性差，含石英砂粒，具遇水软化、崩解特点，主要物理力学性质指标：含水量W=23.7%，天然密度=1.87g/cm3，孔隙比e=0.777，塑性指数Ip=12.9，液性指数IL=0.30，压缩系数a1-2=0.510MPa-1，压缩模量Es1-2=3.50MPa，凝聚力C=20.0kPa，内摩擦角=22.30，顶面标高14.5930.65m，顶面埋深0.3010.00m，层厚1.508.90m，平均层厚5.47m，图表代号为“”。可塑状混合花岗岩残积土：土性为砂质粘性土，呈褐红、褐黄色，可塑状，粘性差，含石英砂，具遇水软化、崩解特点，主要物理力学性质指标：含水量W=33.4%，天然密度=1.83g/cm3，孔隙比e=0.739，塑性指数Ip=14.4，液性指数IL=0.35，压缩系数a1-2=0.515MPa-1，压缩模量Es1-2=3.5MPa，凝聚力C=20.0kPa，内摩擦角=20.00，顶面标高11.8525.46m，顶面埋深4.5010.40m，层厚1.609.50m，平均层厚4.18m，图表代号为“”。硬塑状花岗岩残积土：土性为砂质粘性土，呈褐黄、灰褐、褐红、灰白色等，硬塑状，粘性差，含石英砂粒，具遇水软化、崩解特点，主要物理力学性质指标：含水量W=30.0%，天然密度=1.83g/cm3，孔隙比e=0.849，塑性指数Ip=14.1，液性指数IL=0.18，压缩系数a1-2=0.450MPa-1，压缩模量Es1-2=4.18MPa，凝聚力C=25.0kPa，内摩擦角=21.70，顶面标高4.3528.75m，顶面埋深0.4017.00m，层厚0.9015.60m，平均层厚7.19m，图表代号为“”。硬塑状混合花岗岩残积土：土性为砂质粘性土，呈褐黄、红褐、灰褐色等，硬塑状，粘性差，含石英砂，具遇水软化、崩解特点，主要物理力学性质指标：含水量W=29.7%，天然密度=1.85g/cm3，孔隙比e=0.820，塑性指数Ip=13.9，液性指数IL=0.19，压缩系数a1-2=0.436MPa-1，压缩模量Es1-2=4.16MPa，凝聚力C=25.0kPa，内摩擦角=21.80，顶面标高10.7335.84m，顶面埋深0.0015.50m，层厚1.1020.00m，平均层厚8.47m，图表代号为“”。（7） 岩石全风化带燕山期（53-1）花岗岩：呈褐黄、灰褐色等，岩石风化剧烈，原岩组织结构已基本破坏，但结构尚可辨，岩芯呈坚硬土柱状，以砂质粘性土特性为主，遇水易软化、崩解，主要物理力学性质指标：含水量W=25.9%，天然密度=1.86g/cm3，孔隙比e=0.800，塑性指数Ip=13.1，液性指数IL=0.07，压缩系数a1-2=0.410MPa-1，压缩模量Es1-2=4.33MPa，凝聚力建议值C=28.0kPa，内摩擦角=23.90，顶面标高-0.6736.99m，顶面埋深0.0023.00m，层厚2.0015.50m，平均层厚6.88m。在图表上代号为“”。震旦系（Z）混合花岗岩：呈褐黄、褐红、灰褐色等，岩石风化剧烈，原岩组织结构已基本破坏，但结构尚可辨，岩芯呈坚硬土柱状，以砂质粘性土特性为主，遇水易软化、崩解，主要物理力学性质指标：含水量W=22.6%，天然密度=1.91g/cm3，孔隙比e=0.717，塑性指数Ip=11.4，液性指数IL=0.07，压缩系数a1-2=0.347MPa-1，压缩模量Es1-2=5.24MPa，凝聚力C=28.0kPa，内摩擦角=24.90，顶面标高-3.2734.68m，顶面埋深1.6029.50m，层厚1.7016.30m，平均层厚7.25m，图表代号为“”。（8） 岩石强风化带燕山期（53-1）花岗岩：呈灰褐、褐黄色夹浅灰色，风化强烈，原岩组织结构大部分风化破坏，但原岩结构清晰可辨，岩石风化裂隙十分发育，风化不均，岩芯呈半岩半土状，局部夹碎块状，岩质极软，岩块用手易折断，具遇水易软化、崩解特点，主要物理力学性质指标：含水量W=25.0%，天然密度=1.89g/cm3，孔隙比e=0.739，塑性指数Ip=12.3，液性指数IL=0.04，压缩系数a1-2=0.30MPa-1，压缩模量Es1-2=6.0MPa，凝聚力C=35.0kPa，内摩擦角=27.00，顶面标高-5.0526.99m，顶面埋深2.3036.60m，层厚0.7019.10m，平均层厚7.41m。在图表上代号为“”。震旦系（Z）混合花岗岩：呈褐黄、灰褐、浅黄、浅灰色等，风化强烈，原岩组织结构大部分风化破坏，但原岩结构清晰可辨，岩石风化裂隙发育，风化不均，岩芯呈半岩半土状、碎块状，局部夹中风化岩块，岩质极软，岩块用手易折断，具遇水易软化、崩解特点，主要物理力学性质指标：含水量W=18.4%，天然密度=1.96g/cm3，孔隙比e=0.618，塑性指数Ip=10.4，液性指数IL=0.00，压缩系数a1-2=0.331MPa-1，压缩模量Es1-2=6.0MPa，凝聚力C=35.0kPa，内摩擦角=280，顶面标高-5.2425.28m，顶面埋深9.5034.00m，层厚0.9020.20m，平均层厚8.91m，图表代号为“”。a) 岩石中等风化带（53-1）燕山期（53-1）花岗岩：呈浅灰、灰黄、灰等色，中细粒结构，块状构造，组织结构部分破坏，裂隙较发育，岩石硬，较破碎，裂面伴有铁染，岩芯多呈碎块状或短柱状，风化不均匀，岩石质量指标RQD值为1530%，岩石天然抗压强度范围值fc=10.530.6MPa，平均值fc=21.3MPa，顶面标高-7.0015.19m，顶面埋深10.6031.60m，层厚0.7012.67m，平均层厚3.80m，图表代号为“”。震旦系（Z）混合花岗岩：呈深灰、灰白、浅黄等色，中细粒结构，块状构造，组织结构部分破坏，裂隙较发育，岩石硬，较破碎，裂面伴有铁染，岩芯多呈碎块状，少量长、短柱状，风化不均匀，岩石质量指标RQD值为1560%，取岩样12组，岩石天然抗压强度范围值fc=16.428.8MPa，平均值fc=22.0MPa，顶面标高-11.7416.29m，顶面埋深17.6037.80m，层厚0.7015.30m，平均层厚4.61m，图表代号为“”。（9） 岩石微风化带燕山期（53-1）花岗岩：呈深灰、灰白色，中细粒结构，块状构造，裂隙较发育，岩石坚硬，较完整，岩芯多呈短柱状、长柱状，少量块状，锤击声脆，岩石质量指标RQD值为6090%，取岩样36组，岩石天然抗压强度范围值fc=46.4110.5MPa，平均值fc=75.3MPa，标准值fc=67.7MPa，顶面标高-10.4710.49m，顶面埋深13.6037.10m，揭露层厚4.0021.80m，平均层厚10.72m，图表代号为“”。震旦系（Z）混合花岗岩：呈灰、灰白等色，中细粒结构，块状构造，裂隙稍发育发育，岩石坚硬，较完整，岩芯多呈短柱状、长柱状，少量块状，锤击声脆，岩石质量指标RQD值为6595%，岩石天然抗压强度范围值fc=31.7115.6MPa，平均值fc=58.6MPa，标准值fc=41.4MPa，顶面标高-12.7412.09m，顶面埋深19.5039.00m，揭露层厚1.7016.20m，平均层厚6.90m，图表代号为“”。2) 地质构造及地震烈度根据广州市轨道交通三号线北延段（新机场线）工程燕塘至梅花园区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告，燕塘站梅花园站区间在大地构造上属于华南准地台（级构造单元），桂湘赣粤褶皱系（级构造单元），粤中拗褶束（级构造单元）之内，燕塘至梅花园区间位于东西向增城凸起萝岗花岗岩体边缘。本区间地貌形态为剥蚀残丘，间或发育冲沟和冲积洼地，下伏基岩为稳定分布的燕山四期侵入岩和震旦系变质岩。燕塘站梅花园站区间处于瘦狗岭断裂以北约700米，位于景泰坑梅花园断裂以南，与此断裂较近，但详勘报告中未揭示到断裂构造。本区间位于花岗岩侵入体西侧，从广花复式向斜中的新市嘉禾向斜东翼穿过。根据国家标准建筑物抗震设计规范（GB50011-2001）附录A，广州地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，地震特征周期值为0.35s。3) 隧道穿越的工程地质燕塘站梅花园站区间地层物理力学指标见附表1、附表2，隧道穿越的岩层主要为岩石全风化带6、岩石强风化带、岩石中风化带及岩石微风化带，围岩类别划分按现行铁路隧道设计规范（TB10003-2001）进行：级围岩：包括花岗岩、混合花岗岩微风化带，即：、层；级围岩：包括花岗岩、混合花岗岩中等风化带，即：、层；级围岩：包括已风化成半岩半土状强风化带，即：、层；级围岩：包括冲洪积、残积砂质粘性土，即：、和、层；级围岩：包括素填土、淤泥质土、冲洪积砂层、河湖相淤泥质土层，即：、层。两区间隧道穿越的地层围岩类别为类级，以级和级为主，其间没有明显的不良地质现象，但根据广州市轨道交通三号线北延段（新机场线）工程燕塘至梅花园区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告，下列特点值得关注：（1） 本区间软土层为第四系冲积淤泥质土层，呈零星分布，层厚0.503.45m，根据当地工程经验，淤泥质土具含水量高，孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低，灵敏度高的特点。软土地层易引发地面建筑物沉降变形，对施工竖井及横通道的施工有一定的影响。（2） 本区间地表下20m深度范围内堆积有冲洪积粉细砂层、中粗砂层，沿线呈零星点状分布，为潜在的不良地质。按国家标准建筑抗震设计规范（GB50011-2001）的有关规定，综合判定场地液化等级为轻微液化。（3） 本区间花岗岩类残积土及风化层主要有以下二个特性:a) 崩解性：残积土及全风化和强风化岩遇水浸泡后，其中风化形成的亲水矿物质迅速吸水膨胀，岩土发生崩解导致岩土强度降低，影响地基土的均匀性和稳定性。b) 球状风化和风化深槽：由于球状风化现象，在残积土或全强风化岩中可形成中微风化岩孤石现象，同时由于风化不均匀，稳定岩层岩面埋深在纵横向上变化大，很不稳定，部分地段风化深度剧增，形成风化深槽现象。2. 水文地质状况地下水类型按其赋存方式可分为：第四系松散层孔隙潜水（Q3+4al+pl）和基岩风化裂隙水，其主要特征分述如下：1) 场地第四系孔隙水（Q3+4al+pl）主要赋存于第四系冲洪积沉积的细砂层和中粗砂层，其赋存条件直接与砂土的粒度成份有关，一般砂质颗粒粗、分选好、较为纯净的层位，径流通畅，渗透性好，含水较丰富；砂质颗粒细、含粉粘粒成份的层位，相对径流差，渗透性低，水量偏小，本场地砂层具中等强透水性。对于冲洪积土层、河湖相淤泥质土，则由于其含水性贫乏，透水较差，多属弱、微透水层。2) 基岩风化裂隙水主要赋存于强风化层和中风化岩层中，由于风化基岩深度及裂隙发育程度的差异，基岩风化裂隙水赋存不均一、不稳定，其富水程度与渗透性也不尽相同，在裂隙或构造发育地段，有一定富水性。由于强风化带上部全风化岩和残坡积土以土性为主，透水性差，在一定程度上起到相对隔水作用，因此本层基岩风化裂隙水具承压水特征。3) 各岩层的渗透性系数:人工填土：0.2m/d，弱透水；粉细砂：5m/d，中等透水；中粗沙：10m/d，强透水；粉质粘土：0.03m/d，弱透水；淤泥质土：0.003m/d，微透水；粉质粘土：0.01m/d，弱透水；、残积土：0.5m/d，弱透水；、全风化岩：0.1m/d，弱透水；、强风化岩：0.4m/d，弱透水；、中风化岩：0.4m/d，弱透水；、微风化岩：0.01m/d，弱透水。根据广州市轨道交通三号线北延段（新机场线）工程燕塘至梅花园区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告，地下水对地铁构筑物中的砼结构无腐蚀性，对钢筋砼结构中的钢筋无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。四、 构造设计1. 结构尺寸盾构隧道衬砌外径6000mm，内径5400mm，建筑限界为一直径5200mm的圆。衬砌环宽度1500，厚度300，楔形量38mm，楔形角1.4512，采用左、右转弯楔形环，通过与标准环的各种组合来拟合不同的曲线。衬砌环由一块封顶块F、两块邻接块L、三块标准块B组成，封顶块、邻接块及标准块均采用钢筋砼制作。封顶块、邻接块与标准块环向面上设M24接头螺栓2只，邻接块与标准块纵向面上设M24接头螺栓2只，螺栓均为6.8级高强弯螺栓。管片环采用错缝拼装形式，管片可以出现通缝，但通缝环最多两环。拼装时，衬砌环拼装时封顶块先以不超过管片宽度4/5的位置径向推上，然后再纵向插入。图4.1-1 管片布置示意图（本图为标准环管片布置图，左转弯与右转弯环与此相若）2. 工程材料1) 砼：C50、S12防水砼；2) 钢筋：HPB235、HRB335钢筋；3) 螺栓：6.8级高强弯螺栓，直径24mm。3. 保护层1) 迎水面：40mm；2) 背水面：30mm。五、 计算模型本盾构区间隧道内力计算采用同济曙光岩土及地下工程设计与施工分析软件盾构隧道内力分析模块，版本号见图5-1，以直梁弹簧元法错缝拼装模型对在水土分算状态下的管片内力进行计算，并给出按匀质圆环法根据水土分算的计算结果以作比较。图5-1 同济曙光岩土及地下工程设计与施工分析软件版本号1. 荷载计算模型按照一般匀质圆环法的荷载计算模型，荷载主要分为垂直荷载、水平荷载、水平三角荷载、地基抗力及自重抗力五部分，相应的列出各荷载之组成，如图5.1-1。使用同济曙光盾构设计模块，按照直梁弹簧元法错缝拼装模型进行计算时的荷载模型与此类似，但其中地基抗力则通过位于隧道两侧的土弹簧提供，如图5.5-1。图5.1-1中各参数计算方式如下：上式中为钢筋砼容重，为管片厚度，按铁路隧道设计规范及管片实际尺寸取值，因此及对于特定形状管片为常数。与分别为隧道在荷载作用下的横向变形及隧道围岩基床系数。图5.1-1 匀质圆环法加载模型2. 有限元模型按实际情况建立的有限元模型见图5-2，单元划分按约8为一个单元，自封顶块左侧起沿管片逆时针顺序排列。图5.2-1 模型的单元划分(图中实心圆点为环向连接螺栓位置，十字圆环为纵向连接螺栓位置)3. 螺栓刚度由同济曙光盾构隧道设计模块用户手册提供的环向螺栓旋转刚度计算方法为：内侧受拉时外侧受拉时图5.3-1 接头刚度计算简图图5.3-1 同济曙光盾构模块中对管片纵环向螺栓的模拟计算得到的结果乘以2.03.0的系数，并与10000KNm/rad比较，取较大者。本分析中，环向螺栓的接头旋转刚度根据有关文献提供的实测数据，同时结合同济曙光盾构隧道设计模块用户手册提供的计算方法，外侧抗拉时抗弯刚度K取30000KNm/rad，内侧抗拉时取50000KNm/rad。4. 土弹簧刚度土弹簧采用单一地层法，按全周弹簧作用模式进行。土弹簧受压状态之刚度按隧道周边主导岩层之基床系数确定，偏安全的不考虑注浆对地层的加固作用，因此不设置注浆后土弹簧之刚度。图5.5-1 全周弹簧作用模式示意图5. 匀质圆环法匀质圆环法采用的计算公式如下：（1） 由垂直荷载引起的内力（2） 由水平荷载引起的内力（3） 由水平三角形荷载引起的内力（4） 由水平地基反力引起的内力（5） 由自重引起的内力上述各式中符号的含义为：管片环水平位移，；：管片轴线半径，；：内力计算截面所在角度；：地层抗力系数，按岩土参数建议值表取值；：管片抗弯刚度；：刚度折减系数；考虑管片间弯矩乃通过管片纵向螺栓向两侧管片进行传递，故对其弯矩进行放大，那么管片在距竖直中轴线（）上的内力标准值为：上述各式中与按照经验取值，本设计按日本土木协会盾构用标准管片的建议，取和。六、 计算荷载1. 永久荷载1) 结构自重：结构构件的容重均按相关规范规定数值取用；2) 覆土重：根据燕梅区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告计算；3) 侧向土压力：根据燕梅区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告计算；4) 水压力：取地下水位与地面平齐计算；5) 侧向地层抗力：根据燕梅区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告计算；6) 地基垂直抗力：根据燕梅区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告计算；7) 砼收缩内力；8) 上部建筑物的附加荷载。2. 可变荷载1) 地面超载：根据地面建（构）筑物的实际情况考虑；2) 列车荷载：按列车自重及其载重折算成均布荷载作用于隧道底板上，考虑该作用力较小，且在硬质土中常见的，隧道顶部土压力大于侧压力的情况下为有利荷载，在分析中不考虑；3) 灌浆压力：按0.1MPa均布考虑；4) 温度影响力。3. 偶然荷载1) 地震力：仅考虑水平惯性力影响，左右侧不同时发生，按度设防计算；2) 人防荷载：按六级人防计算。七、 内力计算1. 计算控制条件1) 计算断面选取根据广州市轨道交通三号线北延段施工区间1标土建工程承包合同（合同编号：J3NJZOO4）本区间盾构管片标准配筋量为150kg/m3。由过往工程经验判断，该配筋量可满足燕梅区间一般线路条件下管片的受力要求。对靠近建筑物桩基础及联络通道附近的隧道采用配筋量220kg/m3的特殊管片，确保荷载作用下的结构安全。表7.1.1-1建（构）筑物基础与盾构隧道的关系表编号建筑物名称所在里程地下基础情况备注A009金燕塘广场1栋宿舍楼YDK-0-652.5184层天然基础可不进行管片配筋加强。A010金燕塘广场2栋宿舍楼YDK-0-677.1904层天然基础可不进行管片配筋加强。A012金燕塘广场3栋宿舍楼YDK-0-700.0004层天然基础可不进行管片配筋加强。A013金燕塘广场4栋宿舍楼ZDK-0-727.9994层天然基础可不进行管片配筋加强。A016金燕塘广场商住楼D栋ZDK-0-789.0009层天然基础可不进行管片配筋加强。A017金燕塘广场商住楼C栋宿舍YDK-0-807.5299层天然基础可不进行管片配筋加强。A018燕塘企业总公司29栋职工宿舍YDK-0-850.7709层天然基础可不进行管片配筋加强。A019燕塘企业总公司30栋职工宿舍YDK-0-885.72810层天然基础可不进行管片配筋加强。A021广东省燕塘企业总公司35、36栋职工宿舍YDK-0-952.407地上21层，地下1层，人工挖孔桩及静压桩基础，桩长621.7m，桩底标高7.1m（最深处），隧道拱顶标高0.517m。拱顶大部分为地层，里程较小处，小部分为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为2.351m，小于隧道拱顶至建筑物桩底距离，可不进行管片配筋加强。A066南华工商学院教工宿舍YDK-1-288.422地上7层，锤击灌注桩基础，桩长7m，桩底标高13.6，隧道拱顶标高-2.1m。拱顶为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为7.534m，小于隧道拱顶至建筑物桩底距离，可不进行管片配筋加强。A068银河村银河工业区二期厂房YDK-1-367.749地上5层，根据访问所得基础为钻孔桩，桩长约20m，地面标高20.34m，隧道拱顶标高-1.654。拱顶为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为7.534m，大于隧道拱顶至建筑物桩底距离，需进行管片配筋加强。A070银河村银河工业区二期厂房YDK-1-415.749地上6层，锤击灌注桩基础，桩长约13m，地面标高21.35m，隧道拱顶标高-1.591m。拱顶为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为7.534m，小于隧道拱顶至建筑物桩底距离，可不进行管片配筋加强。A072银河村银河工业区二期厂房I栋ZDK-1-464.305地上5层，锤击灌注桩基础，桩长约15m，地面标高21.35m，隧道拱顶标高-1.397m。拱顶为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为7.534m，大于隧道拱顶至建筑物桩底距离，需进行管片配筋加强。A073银河村银河工业区二期厂房H栋YDK-1-469.536地上5层，锤击灌注桩基础，桩长约18m，地面标高21.97m，隧道拱顶标高-1.376m。拱顶为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为7.534m，大于隧道拱顶至建筑物桩底距离，需进行管片配筋加强。A074银河村银河工业区二期厂房G栋YDK-1-510.374地上6层，锤击灌注桩基础，桩长约18m，地面标高22.16m，隧道拱顶标高-1.213m。拱顶为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为7.534m，大于隧道拱顶至建筑物桩底距离，需进行管片配筋加强。A077银河村社员住宅楼B座YDK-1-627.387地上9层，锤击灌注桩基础，桩长8.515.3m，桩底标高9.2m（最深处），隧道拱顶标高-0.745m。拱顶为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为7.534m，小于隧道拱顶至建筑物桩底距离，可不进行管片配筋加强。A079银河村社员住宅楼A座YDK-1-670.000地上9层，锤击灌注桩基础，桩长1117.7m，桩底标高6.8m（最深处），隧道拱顶标高-0.574m。拱顶为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为7.534m，大于隧道拱顶至建筑物桩底距离，需进行管片配筋加强。A079-1白云公路工程公司银利村民住宅楼B栋YDK-1-700.000地上6层，锤击灌注桩基础，桩长19.67.6m，桩底标高3.5m（最深处），隧道拱顶标高-4.950m。拱顶为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为7.534m，小于隧道拱顶至建筑物桩底距离，可不进行管片配筋加强。A080白云公路工程公司银利村民住宅楼A栋YDK-1-719.158地上6层，锤击灌注桩基础，桩长19.07.6m，桩底标高4.1m（最深处），隧道拱顶标高-4.950m。拱顶为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为4.209m，小于隧道拱顶至建筑物桩底距离，可不进行管片配筋加强。B001-029广州电梯工业公司汽车运输与用户服务楼YDK-1-803.568地上3层，锤击灌注桩及人工挖孔桩基础，桩长13.723.6m，地面标高25.91m，隧道拱顶标高0.602m。建筑物基础资料正在进一步收集中。B001-030广州电梯厂钣金车间YDK-1-900.000地上3层，锤击灌注桩基础，桩长1213m，桩顶标高25.2m，隧道拱顶标高6.4m。B001-031广州电梯工业公司备料车间及金属材料库YDK-1-954.000地上1层，锤击灌注桩基础，桩长15m，地面标高26.23m，隧道拱顶标高6.832m。A091广东省工贸职业技术学校实训中心楼YDK-2-284.115地上8层，人工挖孔桩基础，桩长9.0218m，桩底标高14m（ZG1，最接近隧道处），隧道拱顶标高13.396m。拱顶为（右线）或（左线），建筑物部分桩基桩底至隧道拱顶距离小于塌落拱高度，需要进行管片配筋加强。A093同和镇银河村胡宅ZDK-2-358.337地上7层，钻孔桩基础，桩长10.2m，桩底标高20m，隧道拱顶标高10.5m。拱顶为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为7.534m，大于隧道拱顶至建筑物桩底距离，可不进行管片配筋加强。A093-1梅花园胡先生五层住宅楼ZDK-2-358.3375层天然基础。可不进行管片配筋加强。A093-3梅花园胡先生六层住宅楼ZDK-2-358.337地上6层，人工挖孔桩基础，桩长8m，地面标高31.74m，隧道拱顶标高10.5m。拱顶为地层，按级围岩计算，塌落拱高度为7.534m，大于隧道拱顶至建筑物桩底距离，可不进行管片配筋加强。说明：1、高程采用广州城建高程，广州城建高程珠江高程基准5m，轨面至拱顶高4.78m；2、部分建筑物岩土勘察报告显示地下水对混凝土具分解性侵蚀作用；3、调查资料显示A093-1旁有一70m深水井侵入隧道，施工前必须进行处理；4、B001-031施工记录表明有一根桩可能伸入隧道桩基资料尚未明确，正待进一步资料收集正待桩基调查深入进行。对A091省工贸职业技术学校试训中心楼，经多次现场调查、调取图纸资料、调整车站建筑方案及线路方案后隧道已基本避开该建筑物桩基，但距桩底较近。该建筑物基础与隧道之间的相对关系如表7.1.1-2。表7.1.1-2 A091建筑物桩基与隧道关系表桩号侵入线路里程桩长(m)桩底标高轨面标高拱顶标高拱顶至桩底(m)ZK7左线ZDK-2-288.68415.516.58.744 13.524 2.976ZG5左线ZDK-2-282.19718148.563 13.343 0.657ZK6左线ZDK-2-289.46116168.766 13.546 2.454ZG4左线ZDK-2-283.00718148.585 13.365 0.635Z3左线ZDK-2-279.63214188.491 13.271 4.729Z4左线ZDK-2-276.5839.0222.988.405 13.185 9.795ZK3右线YDK-2-290.57816168.797 13.577 2.423ZK4右线YDK-2-289.82516168.776 13.556 2.444ZG1右线YDK-2-284.11518148.616 13.396 0.604ZG2右线YDK-2-283.32418148.594 13.374 0.626对桩ZK3、ZK4、ZK6、ZK7、ZG1、ZG2、ZG4、ZG5分别进行桩承载力验算。由于盾构通过时将会对围岩造成扰动，在洞周塌落拱高度内的围岩将无法为桩提供摩擦力。桩荷载按13KPa/层、每桩控制面积4.35m7.2m8进行计算，桩容重按25KN/m3，并按相对围岩较差的MCZ3-YM-51钻孔，分别考虑围岩等级级和级计算塌落拱高度，列于表7.1.1-3、7.1.1-4、7.1.1-5、7.1.1-6中以资比较。为确保施工安全，对ZG1、ZG2、ZG4、ZG5四根桩底到隧道拱顶约0.6m的桩进行地面桩基加固，采用8m3.6m1m的刚性基础将部分建筑物荷载传递至建筑物下卧土层中，减少桩对隧道的影响。这一部分的设计、验算过程见本计算书第九节：桩基础处理验算。对ZK3、ZK4、ZK6、ZK7四根桩底到隧道拱顶约2.4m的桩进行注浆加固处理。表7.1.1-3 ZK3、ZK4、ZK6、ZK7桩承载能力验算（围岩等级按级计算，桩径1600mm）桩底标高拱顶标高拱顶至桩底围岩等级坍塌高度桩长有效桩长承载力桩荷载富裕量ZK316.0013.582.42m4.21m16m14.21m2857.86KN3284.40KN-426.54KNZK416.0013.562.44m4.21m16m14.23m2862.08KN3284.40KN-422.32KNZK616.0013.552.45m4.21m16m14.24m2864.09KN3284.40KN-420.30KNZK716.5013.522.98m4.21m16m15.27m3069.58KN3318.33KN-248.75KN表7.1.1-4 ZK3、ZK4、ZK6、ZK7桩承载能力验算（围岩等级按级计算，桩径1600mm）桩底标高拱顶标高拱顶至桩底围岩等级坍塌高度桩长有效桩长承载力桩荷载富裕量ZK316.0013.582.42m7.53m16m10.89m2189.28KN3284.40KN-1095.12KNZK416.0013.