望京～东湖渠区间主体计算书

1 工程概述1.1 工程概况望京东湖渠站区间沿广顺北大街敷设，区间沿线均为建成区域，多为高层建筑群。望京东湖渠站区间穿越北小河及桥桩，区间沿线敷设有雨水、污水及电力管沟，含一级风险源9个，为下穿雨、污水管沟。1.3 工程地质、水文地质及地震1.3.1 工程地质拟建场地各地基土分布及土性特征简述如下：表 土层物理力学特性指标地层编号岩性名称天然重度静三轴（固结不排水剪）垂直基床系数水平基床系数静止侧压力系数粘聚力c（kPa）摩擦角（）粘聚力ccu（kPa）摩擦角cu（）Kv (MPa/m)Kx (MPa/m)K0粉土填土17.0810881杂填土16.501008粉土20.12225222428300.351粉质粘土19.83018261625280.40粉质粘土20.13018281626300.432粉土20.72525302240430.413粉细砂20.538400.38粉质粘土19.93520301542450.401粘土18.44018351030350.452粉土20.52030243355600.38圆砾21.270750.301中粗砂 21.040450.352粉细砂20.835400.351.3.2 水文地质1、场区地下水概况本次勘察共观测到4层地下水，分别为：上层滞水（一）：水位埋深4.4m，水位标高31.56m，观测时间为2009年11月，含水层岩性为粉土层，本次勘察其分布范围主要是在北小河一带，主要补给来源为北小河河水渗漏，以蒸发、向下越流补给的方式排泄。潜水（二）：水位埋深为7.3810.75m，水位标高为29.1025.95m，观测时间为：2009年11月，含水层为粉土2层、粉细砂3层，该层地下水分布较为连续，局部具弱承压性。主要接受侧向径流及越流补给，以蒸发、侧向径流、向下越流补给的方式排泄。层间水（三）：水位埋深11.2418.20m，水位标高23.7319.40m，观测时间为2009年11月，含水层主要为粉细砂3层、粉土2层，水位标高随含水层的起伏而变化，局部具弱承压性，主要接受侧向径流补给及越流补给，以蒸发、侧向径流、向下越流补给的方式排泄。承压水（四）：水头埋深22.428.5m，水头标高8.6313.70m，观测时间为2009年11月，含水层主要为圆砾层、中粗砂1层、粉细砂2层，水头高普遍4-6m，局部含水层顶板高的地段没有承压性。主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流、人工开方式排泄。2、抗浮设防水位抗浮设防水位按32.00m考虑；1.3.3 场地地震效应（1）场地地震设计基本条件根据铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）（2009年版）及建筑抗震设计规范（GB50011-2001）（2008版），建筑场地类别为类，场地土类型属中硬。根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001）（50年超越概率10），拟建场地位于抗震设防烈度8度区内；根据北京地区建筑地基基础勘察设计规范（DBJ11-501-2009）附录P：北京地区设计基本地震加速度分区示意图，地震动峰值加速度值为0.20g；设计地震分组为第一组，场地类别为类，特征周期为0.45s。（2）液化判别根据铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）（2009年版）计算判别，地震烈度按8度考虑时，地下水位按自然地面下2m考虑，本场地自地面下20m深度范围内的饱和粉土及砂土不液化。2 设计依据2.1 依据性文件及基础资料1）工程勘察设计任务单10）各专业提供的条件图2.2 设计采用的规范、标准1）地铁设计规范（GB50157-2003）2）建筑结构荷载规范（GB500092001）（2006年版）3）混凝土结构设计规范（GB50010-2002） 4）铁路隧道设计规范（TB10003-2005）5）地铁暗挖隧道注浆施工技术规程（试行）（DBJ01-96-2004）6）锚杆喷射混凝土支护技术规范（GB50086-2001） 7）钢结构设计规范（GB50017-2003） 8）建筑抗震设计规范（GB50011-2001）（2008年版）9）铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）（2009年版）10）轨道交通工程人民防空设计规范（RFT02-2009）11）地下工程防水技术规范（GB50108-2008） 12）地铁工程监控量测技术规程（北京市地方标准 DB11/4902007） 3 设计原则及技术标准3.1 设计原则1）结构设计采用基于结构可靠度理论的极限状态法。计算中应考虑衬砌与地层的共同作用或考虑地层抗力对地层的约束作用。2）结构设计及设计参数应以工程类比法结合必要的理论计算确定，并通过现场监控量测手段及时调整设计参数。3）结构计算模拟施工过程，对于承载力可直接采用荷载-结构模型进行计算，对考虑地面及环境变形影响的结构宜采用地层-结构模型按弹塑性有限元法进行模拟计算。4）施工阶段，初期支护计算荷载可考虑地层压力拱作用；使用阶段，考虑到上部土层因道路改造、埋管等多变性，永久结构按截面以上全部土柱重量计入荷载。4 工程材料及保护层厚度（1） 混凝土：初期支护：C20早强喷射混凝土；二次衬砌：C40，P10；细石混凝土保护层为C20素混凝土。（2） 钢筋：HPB235钢筋，；HRB335钢筋，；HRB400钢筋，；钢材采用Q235B钢。（3） 焊条： HPB235钢筋和Q235钢采用E43xx型HRB335钢筋采用E50xx型。（4）受力钢筋保护层厚度：初衬格栅钢架主筋：迎土面40mm，背土面40mm；二衬结构主筋：迎土面45mm，背土面35mm；5 荷载及组合1、荷载分类区间隧道荷载分类表 表5-1荷载类型荷载名称荷载取值永久荷载结构自重按实际考虑地层压力竖向压力按计算截面以上全部土柱重量计算水平压力施工阶段取主动土压力，使用阶段取静止土压力，水土压力采用水土分算结构上部影响范围内设施及建筑物压力按实际考虑水压力及浮力按最不利地下水位计算静水压力及全部浮力混凝土收缩及徐变作用混凝土收缩的影响按降低温度的方法计算，对于整体浇注的钢筋混凝土结构相当于降低温度15对于分段浇注的钢筋混凝土结构相当于降低10混凝土徐变的影响按提高温度的方法计算侧向地层抗力及地基反力侧向地层抗力及地基反力按结构形式及其在荷载作用下的变形、结构与地层刚度、施工方法等情况及土层性质、根据所采用的结构计算简图和计算方法加以确定可变荷载基本可变荷载地面车辆荷载及冲击力按20kN/m2超载考虑地面车辆荷载引起的侧向土压力按土压力侧向系数确定地铁车辆荷载及其冲击力地铁列车荷载按所采用的车辆轴重、排列和制动力计算，并按通过的重型设备车辆考虑其他可变荷载（施工荷载）施工机具、地面堆载、材料堆载按20kN/m2考虑偶然荷载人防荷载五级人防等效静载地震作用按设防烈度8度考虑2、荷载组合表5-2 荷载组合及分项系数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1.351.4（1.3）2标准组合构件裂缝变形验算1.01.03抗震偶然组合构件强度验算1.2（1.0） 1.34人防偶然组合构件强度验算1.2（1.0）1.05基本组合抗浮稳定验算 1.06 计算方法及计算程序6.1 计算模型（1）采用荷载-结构模型平面杆系有限元法。（2）隧道围岩竖向弹簧刚度取所在土层垂直基床系数，侧向弹簧刚度取所在土层水平基床系数。（3）主要构件按荷载效应基本组合进行使用阶段承载能力计算时，相应的结构构件重要性系数0 取1.1；进行施工阶段承载能力计算时，构件重要性系数0取1.0。临时构件相应的结构构件重要性系数0 取0.9；在人防荷载或地震荷载组合下，相应的结构构件重要性系数0 取1.0。（4）本工程隧道初衬结构均按临时结构考虑。初期支护不考虑水压力，仅考虑土压力及地面超载。（5）二衬结构计算时不考虑初衬参与受力，承受全部荷载。6.2 计算程序（1）ANSYS 8.1网络版（2）理正软件结构系列5.2网络版（3）钢筋混凝土配筋计算程序CRC V2.026.3 计算断面表 望京站东湖渠站区间衬砌表衬砌类型AB1CDEF/F1GHJK跨度/m6.27.48.19.410.611.612.212.814.215.7初支厚度250300300350350350350350350350衬砌厚度3004004005005505506006507007507 区间结构抗浮计算7.1 望京东湖渠区间单线标准断面单线断面抗浮验算选取区间隧道覆土最浅处，抗浮水位32.00m（埋深2.0m），隧道顶覆土为10.0m。上覆土重：10*18180，水浮力：（10-2+6.5）*10145，抗浮系数Fs / Fw =1.241.05，满足要求。7.2 望京东湖渠区间停车线段大断面停车线断面抗浮验算选取区间隧道覆土最浅处，抗浮水位32.00m（埋深5.0m），隧道顶覆土为15.0m。上覆土重：15*18270，水浮力：（15-5+9.77）*10197.7抗浮系数Fs / Fw =1.361.05，满足要求。8 区间主体结构计算8.1 A型衬砌（区间标准断面）1）初支内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3由程序自行加载；竖向土压力：覆土大于2倍洞径，取2倍洞径土柱13m，20*13260侧土压力：顶荷载：0.4*260104 底荷载：104+0.4*（20*6.5）156活荷载：竖向20kN/m。侧压力分量0.4*208图8.1.1 初期支护计算简图（2）荷载基本组合计算内力图8.1.2 初期支护内力图2）二衬内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3计算。竖向水、土压力：取全部土柱18.2m，（4*20+14.2*10）+14.2*10222+142364侧土压力：顶荷载：0.4*（4*20+14.2*10）88.8 底荷载：88.8+0.4*（5.93*10）112.5侧水压力：顶部：（18.2-4）*10142 底部：142+5.93*10201底板水反力：201活荷载：地面超载竖向20，侧压力增量：20*0.48无水工况计算简图 有水工况计算简图图8.1.3 二衬计算简图（2）荷载标准组合计算内力图8.1.4 二次衬砌内力图3）配筋计算表8-1 配筋计算表截面位置标准组合内力基本组合内力强度配筋(mm2)裂缝配筋(mm2)实际配筋(mm2)配筋率初支C20250厚仰拱M-1651556/422（每50cm一榀）1520N-1866V286构造二衬C40300厚拱顶M4059.460011172015020940.70%N-1242-1844V-57.6-85.5构造拱腰M-82.7-122.8173518392015020940.70%N-1218-1808V-129-191.6构造墙底M-189.9-282236717482215025340.84%N-1610-2391V377.9561构造仰拱中部M198.9295178715562015020940.70%N-2026-3008V00构造8.2 B1型衬砌1）初支内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3由程序自行加载；竖向土压力：覆土大于2倍洞径，取2倍洞径土柱14.8m，20*14.8296侧土压力：顶荷载：0.4*296118.4 底荷载：118.4+0.4*（20*8.6）187.2活荷载：竖向20kN/m。侧压力分量0.4*208（2）荷载基本组合计算内力图8.2 初期支护内力图2）二衬内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3计算。竖向水、土压力：取全部土柱17.1m，（5.9*20+11.2*10）+11.2*10230+112342侧土压力：顶荷载：0.4*（5.9*20+11.2*10）92 底荷载：92+0.4*（7.93*10）123.7侧水压力：顶部：（17.1-5.9）*10112 底部：112+7.93*10191.3底板水反力：191.3活荷载：地面超载竖向20，侧压力增量：20*0.48（2）荷载标准组合计算内力图8.4 二次衬砌内力图3）配筋计算表8-4 配筋计算表截面位置标准组合内力基本组合内力强度配筋(mm2)裂缝配筋(mm2)实际配筋(mm2)配筋率初支C20300厚仰拱M-2581099/422（每50cm一榀）1520N-2800V470构造二衬C40400厚拱顶M-122-181.2946不控制2015020940.52%N-1388-2059V96.6143构造拱腰M159236800不控制2015020940.52%N-1400-2064V-133.3-198构造墙底M-436.8-648.64189358620150+2015041881.04%N-2300-3403.6V599.9890.9构造仰拱中部M473.9703.73928372320150+2015041881.04%N-2701-4011V00构造8.3.3 C型衬砌1）初支内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3由程序自行加载；竖向土压力：覆土大于2倍洞径，取2倍洞径土柱15.6m，20*15.6312侧土压力：顶荷载：0.4*312124.8 底荷载：124.8+0.4*（20*7.8）187.2活荷载：竖向20kN/m。侧压力分量0.4*208（2）荷载基本组合计算内力图8.2 初期支护内力图2）二衬内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3计算。竖向水、土压力：取全部土柱17.4m，（5.2*20+12.2*10）+12.2*10226+122348侧土压力：顶荷载：0.4*（5.2*20+12.2*10）90.4 底荷载：90.4+0.4*（7.1*10）118.8侧水压力：顶部：（17.4-5.2）*10122 底部：122+7.1*10193底板水反力：193活荷载：地面超载竖向20，侧压力增量：20*0.48（2）荷载标准组合计算内力图8.4 二次衬砌内力图3）配筋计算表8-4 配筋计算表截面位置标准组合内力基本组合内力强度配筋(mm2)裂缝配筋(mm2)实际配筋(mm2)配筋率初支C20300厚仰拱M-278.31436/422（每50cm一榀）1520N-2800V-442构造二衬C40400厚拱顶M147.6219876不控制2015020940.52%N-1543-2291V-54.3-80.6构造拱腰M-209.2-310.6800不控制2015020940.52%N-1595-2368V-206.9-307.2构造墙底M-273.9-406.7131716532015020940.52%N-2073-3078.4V475.8706.6构造仰拱中部M386.8574.42708269120150+2015041881.04%N-2594-3852V00构造8.3.4 D型衬砌断面1）初支内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3由程序自行加载；竖向土压力：覆土小于2倍洞径，取全土柱17.5m，20*17.5350侧土压力：顶荷载：0.4*350140 底荷载：140+0.4*（20*8.5）208活荷载：竖向20kN/m。侧压力分量0.4*208（2）荷载基本组合计算内力图8.2 初期支护内力图2）二衬内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3计算。竖向水、土压力：取全部土柱17.5m，（6.0*20+11.5*10）+11.5*10235+115350侧土压力：顶荷载：0.4*23594 底荷载：94+0.4*（7.73*10）124.9侧水压力：顶部：11.5*10115 底部：115+7.73*10192.3底板水反力：192.3活荷载：地面超载竖向20，侧压力增量：20*0.48（2）荷载标准组合计算内力图8.4 二次衬砌内力图3）配筋计算表8-4 配筋计算表截面位置标准组合内力基本组合内力强度配筋(mm2)裂缝配筋(mm2)实际配筋(mm2)配筋率初支C20350厚仰拱M-295.81015/425（每50cm一榀）1964N-2700V453.6构造二衬C40500厚拱顶M286424.71000不控制2215025340.51%N-1693-2514V49.473.4构造拱腰M-397.7-590.6169823912215025340.51%N-1681-2496.3V-308.5-458.1构造墙底M-443.4-658.4172523272215025340.51%N-2302-3418.5V605.4899构造仰拱中部M588.5873.93559343722150+2015046280.92%N-2964-4401.5V00构造8.3.4 E型衬砌断面1）初支内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3由程序自行加载；竖向土压力：覆土小于2倍洞径，取全土柱17.0m，20*17.0340侧土压力：顶荷载：0.4*340136 底荷载：136+0.4*（20*9.2）209.6活荷载：竖向20kN/m。侧压力分量0.4*208（2）荷载基本组合计算内力图8.2 初期支护内力图2）二衬内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3计算。竖向水、土压力：取全部土柱17.0m，（6.0*20+11.0*10）+11.0*10230+110340侧土压力：顶荷载：0.4*23092 底荷载：92+0.4*（8.43*10）125.7侧水压力：顶部：11.0*10110 底部：110+8.43*10194.3底板水反力：194.3活荷载：地面超载竖向20，侧压力增量：20*0.48（2）荷载标准组合计算内力图8.4 二次衬砌内力图3）配筋计算表8-4 配筋计算表截面位置标准组合内力基本组合内力强度配筋(mm2)裂缝配筋(mm2)实际配筋(mm2)配筋率初支C20350厚仰拱M-3951680/425（每50cm一榀）1964N-3170V541.7构造二衬C40550厚拱顶M240356.41100不控制2215025340.46%N-2535-3764.5V-80.7-119.8构造拱腰M-393.7-584.61100不控制2215025340.46%N-2617-3886.2V-371-550.9构造墙底M-621.2-922.53205304222150+2015046280.84%N-3050-4529.2V7901173构造仰拱中部M604.8898.1110025932215025340.46%N-4033-5989V00构造8.3.5 F型衬砌断面1）初支内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3由程序自行加载；竖向土压力：覆土小于2倍洞径，取全土柱16.5m，20*16.5330侧土压力：顶荷载：0.4*330132 底荷载：132+0.4*（20*9.5）208活荷载：竖向20kN/m。侧压力分量0.4*208（2）荷载基本组合计算内力图8.2 初期支护内力图2）二衬内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3计算。竖向水、土压力：取全部土柱16.5m，（6.0*20+10.5*10）+10.5*10225+105330侧土压力：顶荷载：0.4*22590 底荷载：90+0.4*（8.73*10）124.9侧水压力：顶部：10.5*10105 底部：105+8.73*10192.3底板水反力：192.3活荷载：地面超载竖向20，侧压力增量：20*0.48（2）荷载标准组合计算内力图8.4 二次衬砌内力图3）配筋计算表8-4 配筋计算表截面位置标准组合内力基本组合内力强度配筋(mm2)裂缝配筋(mm2)实际配筋(mm2)配筋率初支C20350厚仰拱M-4301824/425（每50cm一榀）1964N-3400V591构造二衬C40550厚拱顶M356.8529.81100不控制2515032720.59%N-2218-3293.7V51.576.5构造拱腰M-516.8-767.4174725772515032720.59%N-2250-3341.2V-349-518.3构造墙底M-703.3-1044.44576397425150+2015053660.97%N-2910-4321.3V8071198.4构造仰拱中部M646.5960327929002515032720.59%N-3812-5660.8V00构造8.3.6 暗挖通道F1断面1）初支内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3由程序自行加载；竖向土压力：覆土小于2倍洞径，取全土柱15.0m，20*15.0300侧土压力：顶荷载：0.4*300120 底荷载：120+0.4*（20*10.8）206.4活荷载：竖向20kN/m。侧压力分量0.4*208（2）荷载基本组合计算内力图8.2 初期支护内力图2）二衬内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3计算。竖向水、土压力：取全部土柱15.0m，（6.0*20+9.0*10）+9.0*10210+90300侧土压力：顶荷载：0.4*21084 底荷载：84+0.4*（10.03*10）124.0侧水压力：顶部：9.0*1090 底部：90+10.03*10190.0底板水反力：190.0活荷载：地面超载竖向20，侧压力增量：20*0.48（2）荷载标准组合计算内力图8.4 二次衬砌内力图3）配筋计算表8-4 配筋计算表截面位置标准组合内力基本组合内力强度配筋(mm2)裂缝配筋(mm2)实际配筋(mm2)配筋率初支C20350厚仰拱M-513.91963/425（每50cm一榀）1964N-4100V672构造二衬C40550厚拱顶M49.573.511002515032720.59%N-2050-3044V00构造拱腰M-369-548110017612515032720.59%N-3350-4974.7V-267-396.5构造墙底M-886-1315.75825542025150+2515065441.18%N-3260-4841V9351388构造仰拱中部M748.51111239328652515032720.59%N-4099-6087V00构造8.3.7 G型衬砌断面1）初支内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3由程序自行加载；竖向土压力：覆土小于2倍洞径，取全土柱15.5m，20*15.5310侧土压力：顶荷载：0.4*310124 底荷载：124+0.4*（20*9.9）203.2活荷载：竖向20kN/m。侧压力分量0.4*208（2）荷载基本组合计算内力图8.2 初期支护内力图2）二衬内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3计算。竖向水、土压力：取全部土柱16.0m，（4.5*20+11.5*10）+11.5*10205+115300侧土压力：顶荷载：0.4*20582 底荷载：82+0.4*（9.13*10）118.5侧水压力：顶部：11.5*10115 底部：115+9.13*10206.3底板水反力：206.3活荷载：地面超载竖向20，侧压力增量：20*0.48（2）荷载标准组合计算内力图8.4 二次衬砌内力图3）配筋计算表8-4 配筋计算表截面位置标准组合内力基本组合内力强度配筋(mm2)裂缝配筋(mm2)实际配筋(mm2)配筋率初支C20350厚仰拱M-427.71934/425（每50cm一榀）1964N-3300V110.9构造二衬C40600厚拱顶M480712.8120017282515032720.55%N-2262-3359V49.573.5构造拱腰M-695-1032312337312515032720.55%N-2320-3445V-369-547.9构造墙底M-779-1156.84106389125150+2515065441.10%N-3060-4544V11001633构造仰拱中部M7251076.6192129272515032720.55%N-4020-5969.7V00构造8.3.8 H型衬砌断面1）初支内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3由程序自行加载；竖向土压力：覆土小于2倍洞径，取全土柱16.5m，20*16.5330侧土压力：顶荷载：0.4*330132 底荷载：132+0.4*（20*10.25）214活荷载：竖向20kN/m。侧压力分量0.4*208（2）荷载基本组合计算内力图8.2 初期支护内力图2）二衬内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3计算。竖向水、土压力：取全部土柱16.5m，（6.0*20+10.5*10）+10.5*10225+105330侧土压力：顶荷载：0.4*22590 底荷载：90+0.4*（9.48*10）127.9侧水压力：顶部：10.5*10105 底部：105+9.48*10199.8底板水反力：199.8活荷载：地面超载竖向20，侧压力增量：20*0.48（2）荷载标准组合计算内力图8.4 二次衬砌内力图3）配筋计算表8-4 配筋计算表截面位置标准组合内力基本组合内力强度配筋(mm2)裂缝配筋(mm2)实际配筋(mm2)配筋率初支C20350厚仰拱M-396.81662/425（每50cm一榀）1964N-3200V616.4构造二衬C40650厚拱顶M555824.2130019142515032720.50%N-2240-3326.4V4566.8构造拱腰M-819-1216.2302937072515032720.50%N-2900-4306.5V-421625.2构造墙底M-894-1327.64071426125150+2515065441.00%N-3055-4536.7V7671139构造仰拱中部M8051195.4256625752515032720.50%N-4010-5954.8V00构造8.3.9 J型衬砌断面1）初支内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3由程序自行加载；竖向土压力：覆土小于2倍洞径，取全土柱16.0m，20*16.0320侧土压力：顶荷载：0.4*320128 底荷载：128+0.4*（20*10.85）214.8活荷载：竖向20kN/m。侧压力分量0.4*208（2）荷载基本组合计算内力图8.2 初期支护内力图2）二衬内力计算（1）计算荷载自重荷载：混凝土按照25kN/m3计算。竖向水、土压力：取全部土柱16.0m，（6.0*20+10.0*10）+10.0*10220+100320侧土压力：顶荷载：0.4*22088 底荷载：88+0.4*（10.08*10）128.3侧水压力：顶部：10.0*10100 底部：100+