南湖站主体结构计算书

1、版本/修改：2013A/O表单编号： MD/0406上海市隧道工程轨道交通设计研究院设计计算书 项目编号 S201105-2-CZ26-SS 项目名称 重庆市轨道交通环线工程（二期）分项（子项）名称 南湖站 设计阶段 施 设 设计专业 车站主体结构（一） 审核者（签字） 校对者（签字） 设计者（签字） 完成日期： 2015 年 06 月 15日 上海市隧道工程轨道交通设计研究院设计计算书目 录序号分项编号计 算 书 名 称页码备注11、工程概况122、工程地质情况133、设计依据544、荷载确定655、主体结构计算71 工程概况 南湖站位于海峡路与大石路交叉的东南象限，沿海峡路呈东西向布置。其

2、中海峡路上跨大石头路，两条道路均为城市交通主干道。海峡路与大石路规划路宽分别为55m与44m。海峡路现状为立交桥，上跨大石路，双向六车道，两侧连接有下至大石路的匝道。大石路现状为双向六车道，车流繁忙。车站北面为金山路小学、时珍佳苑和桐君阁物流公司；车站南侧为麦德龙商场；车站西侧为聚丰花园及南岸医药行业协会；车站东侧主要为住宅小区。与环线南湖站换乘的10号线车站位于大石路下，交通繁忙。南湖站两侧区间均为矿山法区间隧道。车站和配线区间均采用矿山法施工，车站中心里程：YDK37+697.077，车站起讫里程为YDK37+584.237YDK37+776.917，其轨面设计高程为223.537223.

3、151m；配线区间起讫里程为YDK37+386.757YDK37+584.237，其轨面设计高程为223.952223.537m。车站及配线全长390.16m，其中车站192.68m，配线197.48m，站台宽13m。车站主体为单洞双线暗挖隧道，位于大公馆立交正下方，地下两层岛式，最大断面开挖宽度为25.09m，开挖高度为21.01m，拱顶覆土12.7923.75m，最薄覆岩约6.7m（中风化岩层厚度为6.721.28m），开挖断面为直墙圆拱形断面，为超浅埋或浅埋隧道。车站两端分别设置1号和2号两组活塞风井，其中2号风井兼作出渣竖井；3、4号活塞风井设置于配线区间小里程端部，作为中间风井独立设

4、置；车站共设有3个出入口，并预留两个换乘通道；两端区间隧道采用钻爆法施工。车站配线区有七种隧道断面型式，包括单洞四线隧道、单洞三线隧道、单洞双线隧道和单洞单线隧道，最大开挖跨度为25.02m，最大开挖高度为15.47m。配线区隧道拱顶岩土层厚度约28.9840.52m（中风化岩层厚度为27.5m37.21m），为马蹄形断面，配线全线断面均为深埋隧道。2 工程地质概况2.1 地形地貌勘察区原始地貌属构造剥蚀浅丘地貌，由于地处城市中心地带，人类工程活动对地形和地貌改造大。目前南湖站一带建有大石路立交（大石路下穿海峡路），车站主要沿海峡路展布。场地总体较平缓，海峡路地面高程260270m，下穿的大石

5、路地面高程250255m，场地内相对高差20m。2.2地质构造拟建场地在构造上位于重庆向斜东翼，岩层呈单斜状构造，岩层倾向280，倾角10，区内无区域性断层通过，构造条件简单。经调查，场地内岩层中主要发育两组构造裂隙，为共轭X裂隙：J1：倾向35020，以5为主，局部有翻转现象，倾角6080，以75为主，间距0.55m，裂隙部分张开12mm，局部有粘性土充填，延伸15m，主要出现于砂岩层中，为硬性结构面，结合差。J2：倾向80120，以100为主，倾角约5070，以65为主，间距0.53m，裂隙面平直，裂面张开约13mm，延伸510m，偶有泥膜或方解石充填，为硬性结构面，结合差。根据实地地质调

6、绘以及钻探揭露、声波测试成果资料，场地砂岩与泥岩之间的层面往往有泥化现象，尤其是上部砂岩下部泥岩的情况，层面结合很差，属软弱结构面。2.3地层岩性沿线出露的地层由上而下依次为第四系全新统填土层(Q4ml)、残坡积粉质粘土层(Q4el+dl)、侏罗系中统沙溪庙组(J2S)沉积岩层。现依据地层的新老关系对地层岩性特征介绍如下：（1）第四系覆盖层素填土(Q4ml)：杂色，主要由粘性土以及砂、泥岩块石碎石组成，块碎石含量2030%，粒径一般20300mm，大者达500mm，结构松散稍密，堆填方式多为自由抛填，道路路基区域做了碾压处理，堆积时间510年不等。厚度0.39.2m。施工通道明挖段一带土层厚度

7、较大，厚度一般6.09.0m不等，最大厚度10.4m（钻孔NFX25）。粉质粘土(Q4el+dl)：褐灰色为主，软塑状。无摇震反应，韧性中等，干强度中等，切面稍有光泽。厚度03.0m，零星分布于素填土层之下，个别钻孔中有揭露，主要分布于施工通道明挖段一带，饱和状态时强度低。（2）侏罗系中统沙溪庙组(J2s)砂岩与砂质泥岩呈不等厚互层状，岩体裂隙不发育较发育，呈整体块状结构，厚层状构造。砂质泥岩：主要呈灰色、灰褐色，起点里程段局部呈紫色、紫红、紫褐色，粉砂泥质结构，中厚层状构造，主要矿物成分为粘土矿物，含灰绿色团块及钙质、砂质。为场区内的主要岩石，为软岩极软岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为IV

8、V级。砂岩：灰色、灰白色，局部呈褐黄色，中细粒结构，层状构造，主要矿物成分为石英、长石，含少量云母及粘土矿物，多为钙质胶结，局部为泥砂质胶结。为场区内的次要岩石，为较软岩，多以夹层或透镜体的形式出露，岩体较完整，岩体基本质量等级以IV级为主。场地基岩强风化带厚度一般0.51.5m（砂质泥岩较砂岩风化厚度大），岩体破碎，风化裂隙发育，岩质软，岩体基本质量等级为V级。2.4 水文地质条件本次勘察场地经过地区原始地形主要是浅丘地貌，出露岩层为河湖相沉积岩，水文地质环境总体较简单，勘察期间地下水总体贫乏。场区地下水赋水性受地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制，为大气降雨和地面管网渗漏补给，水量大小与降水因

9、素关系密切，受气候和季节性变化较大，在雨季松散层孔隙水量相对较大。一般情况下，原始沟槽地带为地表水的汇集场所，地下水主要赋存于第四系松散层和强风化带岩层中；下卧基岩中，砂岩含孔隙、裂隙水（主要为裂隙水），砂质泥岩为相对隔水层，含水贫乏。根据地下水的赋存条件、水理性质及水力特征，场地地下水可划分为第四系松散层孔隙水、基岩裂隙水。（1）松散层孔隙水松散层孔隙水为潜水，分布于原始地形为沟、槽的人工填土层和残坡积层中，动态变化幅度大。水质成分由含水介质的性质决定，水量大小受地貌和覆盖层范围、厚度、透水性制约，主要由大气降水补给，受季节、气候影响大。根据勘察，车站1号风亭组及施工通道进口一带原始地形低洼

10、，最低点基岩面标高246m，其四周标高247250m，填土厚度一般58m（结构松散-稍密），就地形和含水介质而言，该处是地下水（孔隙水潜水）易于存蓄的场所，勘察期间地下水位250.0m左右，水位稳定。（2）基岩裂隙水包括风化裂隙水和构造裂隙水。风化裂隙水分布在浅表基岩强风化带中，多为局部性上层滞水或小区域潜水，水量较小，受季节性影响大，各含水层自成补给、径流、排泄系统；构造裂隙水赋存于砂岩裂隙中，接受大气降雨或松散层孔隙水的补给，但由于各含水岩层由不透水的泥岩相隔而自成系统，相互间基本无水力联系，导致砂岩含水层的赋水性极不均一。该类地下水以就近补给、就地排泄为其特征，随地形由高向低径流，多在陡

11、壁或隔水层接触带集中排泄。车站施工可使基岩裂隙水水量明显增大，当开挖遇穿贯通性好、延伸远的裂隙则涌水量大，开挖遇封闭性好、延伸短的裂隙则涌水量小，水量不均匀现象明显。2.5 工程地质评价拟建轨道交通环线南湖站及两端区间岩土工程条件中等复杂，构造部位地处重庆向斜东翼，岩层产状较缓，场地原始地貌为构造剥蚀浅丘地貌，经后期人类工程活动，地表多改造为城市道路，地形总体较平坦，岩土层序正常，场地未发现滑坡、危岩、泥石流、断层等不良地质现象，场地岩土体整体稳定，适宜本工程的建设。2.6 地震与地震效应评价 根据铁路工程抗震设计规范(GB50111-2006)、建筑抗震设计规范(GB50011 -2010)

12、，拟建场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g。 2.7 岩土力学参数 拟建车站岩土体物理力学参数推荐值一览表见下表： 岩土物理力学设计参数推荐值岩土名称填土粉质砂 岩砂质泥岩（稍密）粘土强风化中风化强风化中风化天然重度(KN/m3)20*19*23*24.9*23.5*25.6导热系数(W/mK)0.820.86比热容(kJ/kg)349.6岩石自然抗压强度(MP)33.49.2岩石饱和抗压强度(MP)24.65.5内聚力C（kPa）20*1806588内摩擦角()28(综合)*15*41.232.5抗拉强度(kP)476156弹性模量(MP)35901119变形模量(MP)

13、29568853泊松比0.4*0.3*0.160.5*0.4土的静止侧压力系数0.65*岩体完整性系数Kv0.720.73岩体弹性波速Vp(/s)34253257土体剪切波Vse(/s)15763210001000岩石地基承载力特征值（kPa）86101925地基承载力基本值(kP)2000800地基系数的比例系数m(kPa/m2)10000*地基基床系数 (MPa/m)Kh200*500*150*180*Kv200*500*170*220*围岩弹性反力系数(MPa/m)400*200*极限粘结强度标准值frbk(KPa)40*20*100*1100*80*450*挡墙基底摩擦系数0.30*0

14、.25*0.40*0.55*0.35*0.45*渗透系数（m/d）2.40.020.005注：带“*”的参数根据经验取值。3 设计依据1.重庆市轨道交通环线工程可行性研究报告（2013.8）专家组评审意见2.重庆市轨道交通环线二期工程（上浩重庆西）初步设计（2014.01）专家组审查意见3.重庆市轨道交通环线工程施工图设计技术要求（2013.10）4.重庆市轨道交通环线工程施工图设计技术接口管理文件（2013.9）5.重庆市轨道交通环线工程施工图设计文件组成与内容（2013.9） 6.重庆市轨道交通环线工程文件编制统一规定（2013.9）7. 重庆市轨道交通环线南湖站及两端钻爆区间岩土工程勘察

15、报告（详细勘察）（2015.04）8. 业主、总体组提供的各种技术联系单和会议纪要等基础资料。9.主要设计规范 (1) 地铁设计规范（GB50157-2013） (2) 城市轨道交通技术规范（GB 50490-2009） (3) 铁路隧道设计规范（TB10003-2005）； (4) 建筑抗震设计规范(GB50011-2010) (5) 建筑结构荷载规范（GB50009-2012） (6) 混凝土结构设计规范（GB5010-2010）； (7) 钢结构设计规范（GB50017-2003）； (8) 建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）； (9) 建筑地基基础设计规范重庆市（DBJ5

16、0-047-2006） (10) 锚杆喷射混凝土支护规范（GB50086-2001） (13) 岩土锚杆（索）技术规程（CECS22:2005）； (14) 地下工程防水技术规范（GB50108-2008） (15) 钢筋机械连接通用技术规程（JGJ 107-2010） (16) 铁路工程抗震设计规范(GB50111-2006)(17) 混凝土结构耐久性设计规范（GB/T50476-2008）(18) 爆破安全规程（GB6722-2014）；(19) 铁路隧道喷锚构筑法技术规范（TB10108-2002）；(20) 钢结构结构施工质量验收规范（GB50205-2001）；(21) 地下铁道工程

17、施工及验收规范（GB50299-99，2003年修订版）； (22) 国家及重庆市现行有关规范、规程、规则、规定和标准等。14. 设计标准结构安全等级和基础设计等级均为一级；结构抗震等级为三级；人防按6级抗力设防；正常使用极限状态下，二衬裂缝宽度允许值在迎土面裂缝宽度0.2mm，背水面裂缝宽度0.3mm。4荷载确定地下结构设计，应根据结构型式、受力条件、地下水情况等因素，就施工、使用阶段按下表所列荷载对结构整体可能出现的最不利组合进行计算。本次计算包括以下荷载：荷载分类荷载名称永久荷载结构自重地层压力隧道上部和破坏棱体范围的设施及建筑物压力地基下沉影响力侧向地层抗力及地基反力可变荷载基本可变荷

18、载地面车辆荷载地面车辆荷载引起的侧向土压力其它可变荷载施工荷载偶然荷载地震作用、人防荷载注：施工荷载指：设备运输及吊装荷载、施工机具及人群荷载，相邻工程施工等的影响等。 构自重：为沿衬砌横断面轴线分布的竖向荷载； 竖向地层压力：在道路下浅埋暗挖时，按全土柱计算荷载；在道路下深埋暗挖时，按铁路隧道设计规范（TB10003-2005）深埋隧道垂直均布压力计算；地面车辆荷载按20KPa的均布荷载计算； 水平地层压力：根据结构受力过程中结构位移与地层间的相互关系，可按铁路隧道设计规范（TB10003-2005）计算水平均布压力。 水压力：车站隧道全包防水后，考虑裂隙水或地表渗水可能汇集在结构外侧产生水

19、压力，为防治水压力对结构产生不利影响，防水层外侧采取在隧道环向设置排水盲管及拱脚设盲沟的排水处理措施，设计计算考虑车站结构的水压力折减。作用在结构上的静水压力荷载，设计计算时水头取至车站拱顶。 人防荷载：人防等效静荷载取值：顶板 60Kpa，侧墙30Kpa。计算中考虑的荷载组合如下:荷载分项系数表 序号荷载组合永久荷载分项系数可变荷载分项系数偶然荷载分项系数1基本组合构件强度计算1.351.42准永久组合构件裂缝宽度验算1.00.5-0.83构件变形计算1.00.5-0.84抗震偶然组合构件强度验算1.2(1.0)0.71.3注：括号数字内为当荷载对结构有利时的分项系数5 主体结构计算5.1

20、计算方案由于暗挖车站及配线区间跨度大、开挖横断面很大，因此结合工程的重要性程度综合考虑，分别采用地层结构法和荷载结构法对结构进行计算，并取两者结构内力大值作为设计依据。安全起见，在计算时均不考虑初期支护的贡献，把荷载全部作用在二衬上考虑。从结构受力的合理性出发，采用曲墙+仰拱的五心圆马蹄形断面。满足建筑限界、各种设备使用功能的要求、施工工艺的要求，建筑限界周边外预留120mm富裕量，考虑结构变形和位移等因素再预留不同区间断面的净空尺寸变形量。 隧道衬砌断面相应的支护参数详见下表： 车站隧道结构衬砌支护设计表 衬砌类型开挖断面尺寸（m）(宽*高)初期支护二次衬砌备注C25湿喷早强混凝土钢筋网锚杆

21、钢架C40、P12钢筋混凝土A1型A2型24.54*21.01300mm%1308200*200（双向双层）%13425砂浆锚杆,L=4.5m,1.0*0.75梅花型布置工22b0.75m850mm浅埋A3型A4型25.09*21.01300mm%1308200*200（双向双层）%13425砂浆锚杆,L=4.5m,1.0*0.75梅花型布置工22b0.75m850mm超浅埋浅埋B型24.9*15.41330mm%1308200*200（双向双层）%13425砂浆锚杆,L=4.5m,1.0*0.75梅花型布置工25b0.75m900mm深埋C1型C2型C3型23.6*14.55330mm%13

22、08200*200（双向双层）%13425砂浆锚杆,L=4.5m,1.0*0.75梅花型布置工25b0.75m850mm深埋D型7.22*9.01260mm%1308200*200（双向双层）%13425砂浆锚杆,L=3.0m,1.0*1.0梅花型布置工181.0m350mm深埋E型19.06*12.18280mm%1308200*200（双向双层）%13425砂浆锚杆,L=3.5m,1.0*1.0梅花型布置工20b1.0m800mm深埋F型14.76*10.38280mm%1308200*200（双向双层）%13425砂浆锚杆,L=3.5m,1.0*1.0梅花型布置工20b1.0m650mm

23、深埋G型17.86*11.78280mm%1308200*200（双向双层）%13425砂浆锚杆,L=3.5m,1.0*1.0梅花型布置工20b1.0m800mm深埋5.2 计算参数根据重庆市轨道交通环线南湖站岩土工程勘察报告（详细勘察）（2013.3）公路隧道设计规范（JTG D70-2004）表A.0.4-1提供的参数并结合地区经验对岩土体的计算参数进行取值。表1 岩土体计算参数取值 参数岩性自然重度(kN/m3)抗剪强度岩石单轴抗压强度标准值抗拉强度（MPa）变形模量（MPa）泊松比（KPa）()自然值（MPa）饱和值（MPa）饱和值（KPa）人工填土2028中风化砂质泥岩25.6588

24、32.59.233.415688530.4中风化砂岩24.9180641.240.224.647629560.16根据勘察报告，南湖站围岩级别为IV级。中风化砂质泥岩基床系数180 MPa/m。中风化砂岩基床系数500 MPa/m。地表活荷载取20 KN/m2。二次衬砌：车站二次衬砌采用钢筋混凝土结构，混凝土标号为C40，钢筋采用HRB400钢筋。C40材料重度=25；弹性模量=30000000 KN/，泊松比=0.2，fcuk=35000 KN/， HRB400钢筋抗拉强度设计值=360MPa。5.3 岩体弹塑性破坏准则理论分析与实际经验均表明，目前有限元分析中能较好地模拟岩体的力学特性的岩

25、体弹塑性破坏准则是Druker-Prager(简称D-P准则)，一方面它克服了库仑准则在角点处导数不连续的问题，另一方面也很容易与库仑准则结合起来确定计算参数。因此，计算中岩体弹塑性破坏准则采用的是D-P准则。Drucker-Prager弹塑性模型屈服面的表达式为：式中：为应力张量的第一不变量，为应力偏张量的第二不变量，、为材料常数。当为六边形外接圆时， 当为六边形内接圆时， 研究表明，当采用外接圆时，计算结果与实际有较大的误差，计算结果偏于不安全，而采用内接圆时，计算结果又偏于保守，会造成不必要的浪费。因此本报告计算采用摩尔-库仑等面积圆D-P屈服准则，用来代替传统摩尔-库仑准则，该准则要求

26、偏平面上的摩尔-库仑不等角六角形与D-P的圆面积相等，计算表明与摩尔-库仑准则十分接近。此时：， 在计算时，围岩体采用弹塑性模型，采用摩尔-库仑等面积圆D-P屈服准则准则，二次衬砌采用弹性模型。5.4 车站标准断面计算5.4.1 地层结构法计算地层模型计算采用MIDAS-GTS-4.2有限元分析软件建模分析，根据地质勘探车站范围的围岩的物理力学性质，在有限元计算当中采用了理想弹塑性材料，进行非线性计算。围岩材料的本构模型采用莫尔库伦考虑围岩的非线性变形。模型围岩采用弹塑性各向同性体材料模拟，锚杆采用全长粘结式杆材料模拟，衬砌采用全长粘结式直梁材料模拟。在隧道开挖过程中考虑应力释放，释放系数为0

27、.3、0.4、0.3.计算模型选用车站A1标准断面，并结合工程类比+施工中监控量测控制。计算模型的侧面边界分别受到X轴方向位移约束，模型的地层下部边界受到Y轴方向的位移约束。深埋边界范围的确定如下：通道左右两侧各取隧道开挖跨度的3倍，通道底部取开挖高度的3倍，通道上部取到自由地表，地表近似按水平地面考虑。初期支护采用喷射C25混凝土300mm，钢架采用工22b，拱顶采用砂浆锚杆进行加固。计算时路面荷载按20kPa均布荷载考虑。整个计算模型采用平面应变建模，进行了施工阶段的模拟。图1 划分网格后的计算模型1初期支护采用地层结构法进行计算，按照时序法进行有限元模拟，计算过程如下：步序1：初始工况，

28、模拟自重应力场下的围岩应力状态；步序25：左侧上、中导洞开挖及支护；步序69：右侧上、中导洞开挖及支护；步序1013：左、右下导洞的开挖及支护；步序1415：中部上导洞开挖及支护；步序1617：中部核心土开挖；步序18：仰拱二衬施做；步序19：拱圈二衬施做；车站标准断面最不利位置拱顶中风化岩层厚度为10.41m，强风化厚度为2m，地表填土厚度为12.76m。计算时把强风化和填土化为等效均布荷载作用在中风化岩层上。图1 计算模型（1）位移由于锚杆作用、地层卸荷拱效应等影响，隧道拱顶计算位移普遍较小。图2 水平方向的位移图3 竖直方向的位移（2）应力图4 水平方向的应力图图5 竖直方向的应力图（3

29、）锚杆单元图6 锚杆轴力图从整个计算结果来看，隧道施工阶段的二衬内力较运营阶段的大，主要是由于内部结构对衬砌结构的有利作用引起的。因此结构设计时应按最不利工况即施工阶段的内力来进行设计。上图分别是隧道开挖引起的竖向位移、水平位移及最大主应力等值线云图。从结果可以看出，隧道开挖引起的拱顶最大下沉为-13.9mm，最大水平收敛位移为2.76mm，均远小于规范的允许值。计算结果表明，隧道开挖后围岩未出现塑性区。因此从隧道开挖后围岩的位移、应力、塑性区分布来看，隧道开挖是安全的。5.4.2 荷载结构法计算1、标准段A1、A2型衬砌断面（1）深浅埋的判定根据铁路隧道设计规范，深埋隧道与浅埋隧道的划分原则

30、：对IVVI级围岩原则上按2.5倍洞顶岩石塌落高度为划分标准；对IIII级围岩原则上按2倍洞顶岩石塌落高度为划分标准。洞顶岩石塌落高度h按下式计算：-以B=5m的围岩垂直均布压力为准，B每增减1m时的围岩压力增减率，因B5m，取I=0.1；S-围岩级别-宽度影响系数,=1+i(B-5)B-隧道宽度(m)，=24.64m。选取埋深最深处断面进行计算，该断面拱顶岩层厚度为21.26m，地表填土厚度为2.01m。围岩级别为IV级。经计算，洞顶岩石塌落高度(h)如下：=1+i(B-5)=1+0.1（24.64-5）=2.964=0.4524-12.964=10.67m2.5h=26.68m（2）荷载计

31、算由于10.67H=21.26m26.68m，属于浅埋隧道，因此作用在支护结构上的围岩压力可以按上覆荷载的全部重量来计算。由于该断面跨度和高度均较大，考虑岩土体的复杂性和不确定性，本次计算不考虑初期支护的作用，把全部的荷载作用在二衬上进行考虑。土容重为21 KN/m3，岩容重为25.6 KN/m3，等效内摩擦角=55，=44。A、 施工工况作用在二衬上的荷载如下：围岩侧压力系数：=4.492=0.153二衬顶部围岩压力：=（25.621.26+212.01）（1-0.15323.27tan/24.64）+20=524.63KN/m二衬侧向土压力：拱顶：e1=0.153（25.621.26+21

32、2.01+20）=92.79KN/m底板：e2=0.153（25.6（21.26+21.06）+212.01+20）=175.28KN/mB、 使用工况水位取在隧道拱顶，作用在二衬上的荷载如下：围岩侧压力系数：=4.492=0.153二衬顶部围岩压力：=（25.621.26+212.01）（1-0.15323.27tan/24.64）+20=524.63KN/m二衬侧向土压力：拱顶：e1=0.153（25.621.26+212.01+20）=92.79KN/m底板：e2=0.153（25.621.26+（25.6-10）21.06+212.01+20）=143.06KN/m底板水荷载：q=10

33、21.06=210.6KN/m（3）计算方案和计算参数采用荷载结构法计算时，根据温克尔假定，把围岩和支护结构的弹性抗力简化成一系列的杆单元进行模拟。计算时，逐步把受拉的杆件去掉，仅保留受压的单元，经过多次叠代计算，直至模型中没有出现受拉杆件为止。弹簧系数K为180000 KN/m。二衬采用梁单元来模拟。模型取纵向长度 1m进行计算。荷载结构法计算模型见下图7。图7 车站标准断面荷载结构法计算模型（4）计算结果分析采用荷载结构法计算的二衬的弯矩、轴力和剪力图。A.施工工况图8 A1.A2型标准断面二衬弯矩图（荷载结构法）（KN.m）图9 A1.A2型标准断面二衬轴力图（荷载结构法）（KN）图10

34、 A1.A2型标准断面二衬剪力图（荷载结构法）（KN）B.使用工况图11 A1.A2型标准断面二衬弯矩图（荷载结构法）（KN.m）图12 A1.A2型标准断面二衬轴力图（荷载结构法）（KN）图13 A1.A2型标准断面二衬剪力图（荷载结构法）（KN）二衬各关键位置的内力包络标准值分别为：最不利荷载组合作用下级围岩隧道二次衬砌内力标准值 构件截面（mm）弯距（kNm）剪力（kN）轴力（kN）裂缝配筋内侧外侧拱顶8502011-4839 e0/h00.55D28150+ D28150拱肩850-18141052-6735 e0/h00.55D28150+ D28300直墙8501163 -7290

35、 e0/h00.55D28150拱脚850-13921796-7739e0/h00.55D28150+ D28300+仰拱8501243-7481e0/h00.55D28150（5）构件的承载力验算按偏心受压构件对隧道二次衬砌进行截面验算，车站隧道级围岩隧道二次衬砌内力设计值见上表，同一部位取两种工况的最大值进行验算。1）拱顶验算拱轴线的长度L24.64m，构件计算长度L00.36*L8.87m。1.1 基本资料 1.1.1 工程名称： 工程一 1.1.2 轴向压力设计值 N 6533kN，弯矩设计值 Mx 2715kNm， My 0kNm； 构件的计算长度 L0x 8870mm， L0y 8

36、870mm； 结构构件的重要性系数 0 1.1 1.1.3 矩形截面，截面宽度 b 1000mm，截面高度 h 850mm 1.1.4 采用对称配筋，即：As As 1.1.5 混凝土强度等级为 C40， fc 19.109N/mm2； 钢筋抗拉强度设计值 fy 360N/mm2， 钢筋抗压强度设计值 fy 360N/mm2，钢筋弹性模量 Es 200000N/mm2； 相对界限受压区高度 b 0.3718 1.1.6 纵筋的混凝土保护层厚度 c 30mm； 全部纵筋最小配筋率 min 0.55% 1.2 轴心受压构件验算 1.2.1 钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数 L0/i MaxL0x/

37、ix, L0y/iy Max8870/245, 8870/289 Max36.1, 30.7 36.1，取 0.9751 1.2.2 矩形截面面积 A bh 1000*850 850000mm2 轴压比 Uc N / (fcA) 6533000/(19.109*850000) 0.4 1.2.3 全部纵向钢筋的最小截面面积 As,min Amin 850000*0.55% 4675mm2 1.2.4 一侧纵向钢筋的最小截面面积 As1,min A0.20% 850000*0.20% 1700mm2 1.2.5 全部纵向钢筋的截面面积 As 按下式求得： N 0.9(fcA + fyAs) （混

38、凝土规范式 6.2.15） As 0N / 0.9 - fcA / (fy - fc) 1.1*6533000/(0.9*0.9751)-19.109*850000/(360-19.109) -23625mm2 As,min 4675mm2，取 As As,min 1.3 在 Mx 作用下正截面偏心受压承载力计算 1.3.1 初始偏心距 ei 附加偏心距 ea Max20, h/30 Max20, 28.3 28.3mm 轴向压力对截面重心的偏心距 e0 M / N 2715000000/6533000 415.6mm 初始偏心距 ei e0 + ea 415.6+28.3 443.9mm 1

39、.3.2 轴力作用点至受拉纵筋合力点的距离 e ei + h / 2 - a 443.9+850/2-40 828.9mm 1.3.3 混凝土受压区高度 x 由下列公式求得：N 1fcbx + fyAs - sAs （混凝土规范式 6.2.17-1） 当采用对称配筋时，可令 fyAs sAs，代入上式可得： x 0N / (1fcb) 1.1*6533000/(1*19.109*1000) 376.1mm bh0 301.2mm，属于小偏心受压构件，应重新计算受压区高度 x 经试算，取 x 393.2mm，此时 s 427.5N/mm2 1.3.4 当 x 2a 时，受压区纵筋面积 As 按混

40、凝土规范公式 6.2.17-2 求得： Ne 1fcbx(h0 - x / 2) + fyAs(h0 - as) Asx 0Ne - 1fcbx(h0 - x / 2) / fy(h0 - as) 1.1*6533000*828.9-1*19.109*1000*393.2*(810-393.2/2)/360*(810-40) 4862mm2实配D28150+ D28150，HRB400钢筋，满足要求。2）拱肩验算1.1 基本资料 1.1.1 工程名称： 工程一 1.1.2 轴向压力设计值 N 9092kN，弯矩设计值 Mx 2449kNm， My 0kNm； 构件的计算长度 L0x 8870m

41、m， L0y 8870mm； 结构构件的重要性系数 0 1.1 1.1.3 矩形截面，截面宽度 b 1000mm，截面高度 h 850mm 1.1.4 采用对称配筋，即：As As 1.1.5 混凝土强度等级为 C40， fc 19.109N/mm2； 钢筋抗拉强度设计值 fy 360N/mm2， 钢筋抗压强度设计值 fy 360N/mm2，钢筋弹性模量 Es 200000N/mm2； 相对界限受压区高度 b 0.3718 1.1.6 纵筋的混凝土保护层厚度 c 30mm； 全部纵筋最小配筋率 min 0.55% 1.2 轴心受压构件验算 1.2.1 钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数 L0/i

42、 MaxL0x/ix, L0y/iy Max8870/245, 8870/289 Max36.1, 30.7 36.1，取 0.9751 1.2.2 矩形截面面积 A bh 1000*850 850000mm2 轴压比 Uc N / (fcA) 9092000/(19.109*850000) 0.56 1.2.3 全部纵向钢筋的最小截面面积 As,min Amin 850000*0.55% 4675mm2 1.2.4 一侧纵向钢筋的最小截面面积 As1,min A0.20% 850000*0.20% 1700mm2 1.2.5 全部纵向钢筋的截面面积 As 按下式求得： N 0.9(fcA +

43、 fyAs) （混凝土规范式 6.2.15） As 0N / 0.9 - fcA / (fy - fc) 1.1*9092000/(0.9*0.9751)-19.109*850000/(360-19.109) -14215mm2 As,min 4675mm2，取 As As,min 1.3 在 Mx 作用下正截面偏心受压承载力计算 1.3.1 初始偏心距 ei 附加偏心距 ea Max20, h/30 Max20, 28.3 28.3mm 轴向压力对截面重心的偏心距 e0 M / N 2449000000/9092000 269.4mm 初始偏心距 ei e0 + ea 269.4+28.3

44、297.7mm 1.3.2 轴力作用点至受拉纵筋合力点的距离 e ei + h / 2 - a 297.7+850/2-40 682.7mm 1.3.3 混凝土受压区高度 x 由下列公式求得：N 1fcbx + fyAs - sAs （混凝土规范式 6.2.17-1） 当采用对称配筋时，可令 fyAs sAs，代入上式可得： x 0N / (1fcb) 1.1*9092000/(1*19.109*1000) 523.4mm bh0 301.2mm，属于小偏心受压构件，应重新计算受压区高度 x 经试算，取 x 483.2mm，此时 s 225.2N/mm2 1.3.4 当 x 2a 时，受压区纵

45、筋面积 As 按混凝土规范公式 6.2.17-2 求得： Ne 1fcbx(h0 - x / 2) + fyAs(h0 - as) Asx 0Ne - 1fcbx(h0 - x / 2) / fy(h0 - as) 1.1*9092000*682.7-1*19.109*1000*483.2*(810-483.2/2)/360*(810-40) 5699mm2实配D28150+ D28300，HRB400钢筋，满足要求。3）侧墙验算1.1 基本资料 1.1.1 工程名称： 工程一 1.1.2 轴向压力设计值 N 9842kN，弯矩设计值 Mx 1570kNm， My 0kNm； 构件的计算长度

46、L0x 8870mm， L0y 8870mm； 结构构件的重要性系数 0 1.1 1.1.3 矩形截面，截面宽度 b 1000mm，截面高度 h 850mm 1.1.4 采用对称配筋，即：As As 1.1.5 混凝土强度等级为 C40， fc 19.109N/mm2； 钢筋抗拉强度设计值 fy 360N/mm2， 钢筋抗压强度设计值 fy 360N/mm2，钢筋弹性模量 Es 200000N/mm2； 相对界限受压区高度 b 0.3718 1.1.6 纵筋的混凝土保护层厚度 c 30mm； 全部纵筋最小配筋率 min 0.55% 1.2 轴心受压构件验算 1.2.1 钢筋混凝土轴心受压构件的

47、稳定系数 L0/i MaxL0x/ix, L0y/iy Max8870/245, 8870/289 Max36.1, 30.7 36.1，取 0.9751 1.2.2 矩形截面面积 A bh 1000*850 850000mm2 轴压比 Uc N / (fcA) 9842000/(19.109*850000) 0.61 1.2.3 全部纵向钢筋的最小截面面积 As,min Amin 850000*0.55% 4675mm2 1.2.4 一侧纵向钢筋的最小截面面积 As1,min A0.20% 850000*0.20% 1700mm2 1.2.5 全部纵向钢筋的截面面积 As 按下式求得： N

48、0.9(fcA + fyAs) （混凝土规范式 6.2.15） As 0N / 0.9 - fcA / (fy - fc) 1.1*9842000/(0.9*0.9751)-19.109*850000/(360-19.109) -11457mm2 As,min 4675mm2，取 As As,min 1.3 在 Mx 作用下正截面偏心受压承载力计算 1.3.1 初始偏心距 ei 附加偏心距 ea Max20, h/30 Max20, 28.3 28.3mm 轴向压力对截面重心的偏心距 e0 M / N 1570000000/9842000 159.5mm 初始偏心距 ei e0 + ea 159.5+28.3 187.9mm 1.3.2 轴力作用点至受拉纵筋合力点的距离 e ei + h / 2 -