软土地区地铁盾构隧道课程设计计算书

1、精品文档12欢在下载同除去学TONGJ1 UNIVERSI 软土地区地铁盾构隧道课程设计说明书（共00页）姓 名杨 均学 号070849导 师丁文琪土木工程学院地下建筑与工程系2010年7月1 .设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图q=20kN/m口 I I " I I M I 口 I I I I 上0,人工填土531kN/m0''褐黄色粘土1. kN/m3灰色砂质粉土kN/m3灰色淤泥质粉质粘土3kN/m3c=12.2kPa灰色淤泥质粘土kN/m3c=12.l kPa图1-1结构尺寸及地层示意图如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整:h 灰 135

2、0 +849* 50 43800mm。按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。1.2隧道外围荷载标准值计算(1)自重2g h 25 0.35 8.75kN/m2(2)竖向土压若按一般公式：q ihi18 0.5 8 1.0 9.1 1.0i 1_ 28.7 3.5 48.8 8 446.95KN /m由于 h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m氏公式计算竖向土压：a太沙基公式：,属深埋隧道。应按照太沙基公式或普PlBo(c/B。)tan1h( tan )B0h_ tan ) B°其中:B0Rc/tan(22.50/4)3.1/tan(22.

3、507.7 0/4)6.83m(加权平均值8.901.645 7.20 4.2055.857.7°)则:Pii6.83(8 12.2/6.83)tan8.9148.8tan 8.9)6.83(20 e48.8, tan8.9).6.83189.02KN /m2b普氏公式:2 B0p12 二 3 tan7.92tan 8.90_2269.73KN /m取竖向土压为太沙基公式计算值,即:pe1 189.02KN /m2(3)拱背土压G 2(1 -)Rc(1一)2.9252 7.6 28.72kN /m4。其中:1.645 8.0 1.287.11.645 1.287.6KN /m3。(4

4、)侧向主动土压2 , _0qe (Pe1 h) tan (452) 2ctan(450 ) 2其中:2Pe1189.02KN /m8 1.645 7.1 4.2057.4KN/m35.858.90 1.645 7.20 4.2057.705.8512.2 1.645 12.1 4.205 c 12.1 kPa5.85 则：qe1189.02 tan2(450亭)2 12.1 tan(450)121.00KN/m22qe2(189.02 7.4 5.85) tan2 (4507 70)2 12.1 tan(4502立)154.06KN/m2 2(5 ) 水压力按静水压考虑：a竖向水压：2Pwi

5、= w Hw1 = 9.8 X48.8 = 478.24KN / mb侧向水压： 一一 _ 2qw1 = wHwi = 9.8 X48.8 = 478.24KN / m.-,_ _ 2qw2 = wHw2 = 9.8 X(48.8 5.5) = 532.14KN /m(6 )侧向土壤抗力衬砌圆环侧向地层(弹性)压缩量：二2(Pe1 Pw1)-(qe1 qw1)-(qe2 qw2)R：- 24( EI 0.0454k R4)其中：衬砌圆环抗弯刚度取 EI 3.45 107 1.0 X0.35123265.6KN m212衬砌圆环抗弯刚度折减系数取0.7 ;则：_2 (189.02 478.24)

6、-(139.19 478.24)-(154.06 532.14) 2.9254- 24 (0.7 123265.6 0.0454 20000 2.9254)2261.113666008.570.617 10 3m一 一212.35KN /m-3qr = k y = 20000 0.617 10(7 )拱底反力_ _ 冗_Pr = Pe1 + 兀欧 0.2146Rc - Rc w其中：Pe1 189.02KN /m2 2g 8.75kN/m1.645 8.0 1.28 7.11.645 1.28则：7.6KN /m3 ,与拱背土压对应Pr语一荷鼠的抗力也（=凡什足）I H重抗力）（上与水分离并算

7、）= 189.02+ 兀 8.75+0.2146 2.955 7.6- 2.955 10 174.91KN /m22（8） 荷载示意图图1-2圆环外围荷载示意图2 .内力计算2.1 用荷载-结构法按均质圆环计算衬砌内力取一米长度圆环进行计算，其中荷载采用设计值，即考虑荷载组合系数。计算结果如下 表（已考虑荷载组合系数）：表2-1隧道圆环内力计算结果截面/度内力垂直荷载水平荷载水平三角荷载地基抗力律每米内力Pe1 + Pw1qe1+qw1qe2+qw2-q e1-q w1qk=k Sg800.71719.09104.3514.8210.500M/KNm1712.65-1538.06-93.00-

8、15.0930.9797.470N/KN0.002103.3395.3815.33-5.122208.930Q/KN0.000.000.000.000.000.008M/KNm1646.30-1478.48-90.28-14.6529.9592.848N/KN45.362062.5994.4515.18-4.472213.118Q/KN-322.78289.8813.272.134.96-12.5440.5M/KNm267.92-240.61-27.18-4.357.673.4640.5N/KN987.851216.1869.2011.6610.212295.1040.5Q/KN-1156.6

9、21038.7259.109.9519.83-29.0273M/KNm-1419.851275.1178.0714.51-25.51-77.6773N/KN2141.88179.8016.722.9435.922377.2573Q/KN-654.84588.0854.689.6116.3413.8790M/KNm-1712.651538.06111.6019.18-35.28-79.0890N/KN2342.080.000.000.0048.242390.3390Q/KN0.000.0019.080.005.1224.20105.5M/KNm-1468.031318.38109.1514.09

10、-33.74-60.16105.5N/KN2174.82150.217.263.6852.482388.45105.5Q/KN603.13-541.65-26.17-13.2719.1141.15138M/KNm179.02-160.77-0.73-3.571.2415.18138N/KN1048.631161.60101.4211.3931.942354.98138Q/KN1164.63-1045.91-91.3210.2634.6772.33159M/KNm1272.75-1143.00-91.38-12.1128.2954.54159N/KN300.791833.21177.3014.3

11、113.142338.74159Q/KN783.58-703.70-68.065.4923.6140.92180M/KNm1712.65-1538.06-130.20-15.0939.5868.88180N/KN0.002103.33209.8515.335.122333.62180Q/KN0.000.000.000.000.000.00内力（红色线条）分布图如下:-77.67-79.08-60.163.4692.8497.4715.1854.5468.88图2-1弯矩分布图（KNmI 2213.112208.932295.102377.252390.332388.452338.742333.

12、622354.98图2-2轴力分布图（受压 KND-12.54 0.00-29.0213.8724.2041.1572.33图2-3剪力分布图（KN）3 .标准管片（B）配筋计算3.1 截面及内力确定由上述内力计算，取 80截面处内力进行内力计算。根据修正惯用法中的刀 纵缝接头的存在而导致结构整体刚度降低，取圆环整体刚度为： 286285.92KN m7 1.0X0.35312EI 0.7 3.45 10而管片的内力:M s (1 )M (1 0.3) 92.84120.69KN mNs N 2213.11KN3.2 环向钢筋计算eoMsN7假设为大偏心构件。120.6957mm2213.11

13、取:1.1 aa/ 50mmhe ke0 - a 1.1 57 175 50 187.7mm 2采用对称配筋：NbxRwx /Ne bxRw(ho ) AgRg(ho a ) 其中：b = 1000mm2RW = 23.1N/mm钢筋选用HRB33+W,贝URg = 300N/mm 2 g由此：2390.33 103 1000 x 23.13x /2390.33 10187.7 1000 x 23.1 (300 -) Ag 300 (300 50)得：(2a/ 100mm) (x 103.48mm) (0.55h0 165mm)确为大偏心。 由此算出：Ag 0取：Ag A 0.2% 1000

14、300 600mm2选配 4B14 (Ag=615.75 mm2)。3.3 环向弯矩平面承载力验算(按偏心受压验算)Ns N 2390.33 KNbh3i .A12bh3502101mm12k/i (65650Rc)/i (-01801802925)/101 32.8查混凝土结构基本原理表4-1得轴心受压稳定系数:0.98Ag 2 615.75 1231.50mm2/1231.5000/ 3 %1000 350精品文档取 A 1000 350 350000mm2Ncu (ARw Ag Rg) 0.98 (350000 23.1 1231.50 300) 8285.36KN N满足要求。3.4

15、箍筋计算根据混凝土结构基本原理，按照偏心受压构件进行计算。V 72.33KN剪跨比：2925180065011.1 3.0300lh。故取 3.0。矩形截面钢筋混凝土偏心受压构件斜截面抗剪承载力：Vu ”但 fyvAvh00.07Nc1 s其中：ft混凝土抗拉强度（1.89N/mm2）fyv 钢筋抗剪承载力（HPB235级，210N/mnm）N轴向压力（要求0.3iA）c检验轴压力上限：0.3 fcA 0.3 23.1 1000 350 2425.5KN Nc 2390.33KN cc又由：1.753Vcu 1.89 1000 300 0.07 2390.33 10415.38KN V 72.

16、33KN3 1既不需要计算配箍，按构造要求即可。根据混凝土结构基本原理中所述构造要求，选配四肢箍A82004 .基本使用阶段验算4.1 抗浮验算盾构隧道位于含地下水的土层中时受到地下水的浮力作用，故需验算隧道的抗浮稳定 性，用抗浮系数：G/ G P RjK jQ其中：G隧道自重G-拱背土压力P垂直荷载R井壁与土壤间摩擦力Q水浮力则：K g 2 RcG (Pei Pwi) 2RcK Rc w8.75 22.925 28.72 667.26 2 2.925 , 八2 15.22.9252 10（注：上述计算中由于相对于垂直荷载摩擦力非常小，为计算简便，将摩擦力忽略不计）满足要求。4.2 管片局部抗

17、压验算由于管片连接时在螺栓上施加预应力，故需验算螺栓与混凝土连接部位的局部抗压强度。在于应力作用下，混凝土所受到的局部压应力：其中：N-螺栓预应力（同上，取 280KNDAn螺帽（或垫片）与混凝土接触净面积，取:_ 2_ 2An(13031 ) 12518.46mm24则:28000012518.4622.4N / mm2即需在螺帽下设置一定厚度的内径为Rw 23.1N /mm231mm外彳至为130mmB勺钢圆环垫片。1欺速下载4.3 管片裂缝验算取最大弯矩处进行裂缝验算（即0°截面），此处满足要求，则其他位置亦可满足。根据桥涵规范6.4.4条:lo/h(bf b)hfbh。650

18、18000.350,2.9259.48 14,取产1.0 ,se0h350一 as 50 125mm,221.3 X97.47ys 1 xX1000 + 125 = 182.36mm ,2208.93/ 卜0 23002z 0.87 0.12(1 f)() h00.87 0.12() 300 163.57mmes182.36s,精品文档Ns(es z) 2390.33X103 X(182.36-163.57)2ss615.75 X163.57s- = 445.88N / mm2再根据桥涵规范6.4.3条: 裂缝宽度：ss 30 dWtk C1C2c3,（）Es 0.28 10其中：o钢筋表面形

19、状系数（对带肋钢筋取1.0 ）G作用长期影响系数（取1+0.5N1/Ns=1.5 ）G与构件受力性质有关的系数（取0.9 ）配筋率（0.0060.02）则：445.8830 14Wtk1.0 1.5 0.9 5() 0.39mm 0.2mm2.0 10 0.28 10 0.006不满足要求，需增加钢筋。经计算，钢筋改配为 6B16即可满足要求，验算过程如下:18欠0迎下载ssNs(esz)AsZ2390.33X103 X(182.36-163.57)1206.37X163.572= 227.59N/mm2则:227.5930 16Wtk1.0 1.5 0.9 5() 0.20mm 0.2mm2

20、.0 105 0.28 10 0.006满足要求。同理，对标准管片进行验算，也需增加配筋为6B16。综上所述，衬砌管片的配筋量由裂缝要求控制。弯矩越小，裂缝越大?4.4 管片接缝张开验算管片拼装之际由于受到螺栓（8.8级），在接缝上产生预应力：N1 Ni e0c1F W其中：N螺栓预应力引起的轴向力（由钢结构基本原理取280KNe0螺栓与重心轴偏心距（取 25mmF、W-衬砌截面面积和截面距当接缝受到外荷载，由外荷载引起的应力：N2M2c2其中：N2、M2 外荷载，由外荷载引起的内力F、W-衬砌截面面积和截面距选取最不利接缝截面（80）,计算如下:cic2Ni Ni e028000028000

21、0 X25350 1000 1/6 X1000 X35020.457N/mm2n2 m2F W2213.11 1030.7 92.84 106350 10001/6 X1000X3502一 ， 一， 23.14N/mm均为压力，接缝不会张开。由此可得接缝变形量:c1其中：E防水涂料抗拉弹性模量（取3MPal 涂料厚度（取 5mm则：c1 c2 E0.457 2.69X53.72mm l 3mm3若用两只螺栓:l 2 c1 c2E0.457 2 2.69 X5 32.96mm l 3mm即环向每米宽度内选用两只螺栓即可满足要求。4.5 纵向接缝强度验算近似地把螺栓看作受拉钢筋，由此进行强度验算。

22、a负弯矩接头（73二截面）：M = -77.67 0.754.37kN mN = 2377.25kNe0由:54.372377.250.023mmN + Ng =Rwbx精品文档2377.25 X103 + 2 X280000 = 23.1 X1000 xx 127.1mm 0.55h0 165mm为大偏心受压，则:Ag Rg (h0) N (- -)Ke 222e0Ne07.25 1.552 X280000 X(300-127.1/2) + 2377.25X103 X(350/2-127.1/2)2377.25X103 X23满足要求。b正弯矩接头(8'截面处)：20欠°迎下载M = 92.84kN mM 92.84 e0N 2213.11 由：N = 2213.11kN 0.042mmN + Ng = Rw bx2213.11 X103 + 2 X280000 = 23.1 X1000 xx 120.05mm 0.55h0 165mm为大偏心受压，则:AgRg(h°-) N(h -)Ke22-e0Ne02.06 1.552 X280000 X(300-127.1/2) + 2377.25X103 X(350/2-127.1/2)2377.25X103 X81满足要求。5 .构造说明(1