某城市过街明挖隧道结构与施工组织设计指导书

某城市过街明挖隧道结构与施工组织某城市过街明挖隧道结构与施工组织 课程设计指导书课程设计指导书 武夷学院武夷学院 土木工程与建筑学院土木工程与建筑学院 二二 零零 一一四四 年年 一一 月月 II 目录目录 1 隧道结构设计 1 1 1 衬砌结构断面拟定 1 1 2 荷载计算 1 1 2 1 竖向荷载计算 1 1 2 2 水平荷载计算 2 1 3 内力计算 2 1 4 截面验算 确定截面尺寸与钢筋配置 5 1 4 1 正截面抗弯承载力验算 5 1 4 2 斜截面抗剪承载力验算 7 1 4 3 正截面抗压承载力验算 7 2 基坑支挡结构设计 8 1 2 板桩入土深度计算 8 1 2 顶撑计算与选择 10 1 2 板桩厚度计算 10 3 施工方案确定 11 4 施工过程 11 4 1 施工准备 11 4 2 施工场地布置 12 4 3 土体开挖 12 4 4 隧道基础处理 12 4 5 隧道构筑施工 12 4 6 隧道防水及基坑回填 12 4 7 恢复交通 13 4 8 隧道内装饰施工 13 5 隧道辅助施工 13 5 1 定位测量 供水 供电 施工场地布置图 13 5 2 施工组织与管理 13 5 3 施工主要工序及循环 13 5 4 主要工种与劳动力组织 13 5 5 施工进度安排 13 5 6 其他施工措施及说明 14 第 1 页 1 隧道结构设计隧道结构设计 1 1 衬砌结构断面拟定衬砌结构断面拟定 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 荷载计算荷载计算 1 2 1 竖向荷载计算竖向荷载计算 地面超载取 第 2 页 KPa20 0 q 垂直土压力 KPa 3 1061 2 5 202 5 185 1 5 17 1 iih q 顶板自重 KPa104 025 02 q 顶板压力 KPa3 136 210 qqqqt 底板压力 8 159 5 5 05 0 05 0 2 149 54 025 34 025 3 136 0 l S qq ts KPa 1 2 2 水平荷载计算水平荷载计算 根据朗肯土压力公式计算水平荷载 顶板处水平压力 3 10620 2 45tan 2 2 45 tan 2 101 cqqes KPa08 11 2 3245tan 452 2 3245 tan 2 底板处水平压力 3 4 5 20 3 10620 2 45tan 2 2 45 tan 2 3101 cqqqes KPa 0 16 2 3245tan 452 2 3245 tan 2 1 3 内力计算内力计算 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 3 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 4 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 5 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正截面抗弯承载力验算 顶板与底板跨中设计弯矩为 309 46KN m 支座处设计弯矩为 KN m 2042 061 9 93 205 侧墙设计弯矩为 204KN m 混凝土保护层厚度取mm 则mm 查表得 50 s a350 0 h 最小配筋率0 1 1 518 0 b 2 0 18 0 2 0max 360 43 1 45 0 2 0max45 0 2 0max min y t f f 23 0 350 400 2 0 0 min h h 正截面抗弯设计计算见表 1 第 6 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 KN m 309 46204204 2 01 bhfM cs 0 1770 1160 116 2 211 ss 0 9020 9380 938 s 211 0 196 0 5180 124 0 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 GB50010 2010 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 mm 取mm 192 400 2 0 9 153 h s190 h s 水平分布钢筋间距 mm 取mm 192 400 2 0 9 153 v s190 v s 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 GB50010 2010 9 1 6 条规定 单位宽度内配筋面积不 第 7 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 mm 取mm 4 150 9 490 1603 9 153 s150 s 1 4 2 斜截面抗剪承载力验算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 GB50010 2010 6 3 3 条规定 V 342 8KN 4 350350143 1 0 17 07 0 0 bhft h 故抗剪承载力满足要求 1 4 3 正截面抗压承载力验算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 m 544mm544 0 8 374 204 0 NMe mm20 a e mm564 01 a eee 取16 4350 5647 22 0 7 22 0 011 he 1 1 取1575 9 4 0 9 3 0 hl0 1 2 04 1 11 4 0 9 3 350 564 1400 1 1 1400 1 1 2 21 2 0 0 1 h l h e mm737502 40056404 1 2 1 s ahee 120 0 3501 3 140 1 05 0 35 0 810270737 0 374800 22 01 0 bhf ahAfNe c ssy s 第 8 页 满足要求 128 0 120 0 211211 s 518 0 b mm mm45350128 0 0 hx 1002 s 1000 3 140 1 8102701964360374800 1 bfAfAfNx csysy mm mm 4 60 1002 s 故不考虑墙内侧钢筋的受压承载力进行验算 157 0 3501 3 140 1 737 0 374800 22 01 bhf Ne c s 满足要求 172 0 157 0 211211 s 518 0 b mm 1000 3 140 1 1964360374800 1 bfAfNx csy 7 75 0 第 11 页 满足要求 故钢板桩入土深度取 3m 1 2 顶撑计算与选择顶撑计算与选择 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 N mm2 2 14 5 245250 14 3 1000586 19 22 远远小于钢材的屈服应力 故顶撑满足要求 1 2 板桩厚度计算板桩厚度计算 由板桩弯矩图可以看出 最大正弯矩出现在的作用点 则支 2ac E 护结构所受最大弯矩为 KN m78 173 95 3 37 9 86 19 21 hhhTM dTkc 板桩设计弯矩 KN m23 21778 1730 125 1 25 1 0 c MM 钢板桩选择 400 125 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 N mm2 215N mm21621340 100023 217 WM 故钢板桩强度满足要求 3 施工方案确定施工方案确定 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 12 页 基坑围护结构采用 400 125 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 施工过程施工过程 4 1 施工准备施工准备 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 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 13 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 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 14 页 5 隧道辅助施工隧道辅助施工 5 1 定位测量 供水 供电 施工场地布置图定位测量 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 施工进度安排施工进