地铁与轻轨交通的结构设计铁四院资料

1、会计学1地铁与轻轨交通的结构设计铁四院资料地铁与轻轨交通的结构设计铁四院资料结构类型允许值(mm)附注钢筋混凝土管片0.2其他结构水中环境、土中缺氧环境0.3洞内干燥环境或洞内潮湿环境0.4环境相对湿度为45%80%迎土面地表附近干湿交替环境0.5最大计算裂缝宽度允许值 表4-1明挖法整体式钢筋混凝土结构C30装配式钢筋混凝土结构C30作为永久结构的地下连续墙和钻孔灌注桩C30盾构法装配式钢筋混凝土管计C50整体式钢筋混凝土衬砌C30矿山法喷射混凝土衬砌C20现浇混凝土或钢筋混凝土衬砌C30沉管法钢筋混凝土结构C30预应力混凝土结构C40顶进法钢筋混凝土结构C30地下结构混凝土的最低设计强度等

2、级 表4-2结构类型地地下下连续墙灌注桩明挖结构钢筋混凝土矿山法施工的结构顶板楼板底板初期支护或喷锚衬砌二次衬砌外侧内侧外侧内侧外侧内侧外侧内侧外侧内侧保护层厚度70707050403050404030404035受力钢筋的混凝土保护层最小厚度 表4-3跨度挠度容许值L30mL/2 000L30mL/1 500梁式桥跨结构竖向饶度容许值 表4-4跨度L(m)最小水平刚度(kN/m)附注L20240不设钢轨伸缩调节器20L30m320不设钢轨伸缩调节器30L40m400不设钢轨伸缩调节器 桥墩墩顶纵向水平线刚度 表4-5图4-1 上海地铁徐家汇(与下立交隧道合建，尺寸单位mm)图4-2 北京地铁

3、永安里站(尺寸单位：mm)图4-3 日本横滨地铁三泽下街车站2)双拱车站隧道基本形式：双拱塔柱式和双拱立柱式(图4-4)；图4-4 双拱立柱式车站实例图4-5 三拱立柱式车站实例图4-6 东京永田町车站图47 基辅地铁三拱塔柱式车站图4-8 莫斯科地铁三拱立柱式车站(尺寸单位：mm)图4-8 圣彼得堡地铁三拱立柱式车站(尺寸单位：mm)ZbZappz4 . 14 . 1000ZdnbZapnpniiz4 . 14 . 111000单个轮压传递的竖向压力：两个以上轮压传递的竖向压力：(4-1)(4-2)zaxpp00地面车辆荷载传递到地下结构上的侧压力，可按下式计算：(4-3)eIIGiLhis

4、cw防止管涌的验算一般采用动水坡度小于极限动水坡度的方法，即(4-4)图4-9 矿山法修建的衬砌结构形式图4-10 复合式衬砌构造图4-11 单层装配式衬砌圆环的构造图图4-12双层衬砌圆环构造图图4-13 箱形管片图4-14 平板形管片围岩类别单线隧道双线隧道355757710特殊设计特殊设计 预留变形量(cm) 表46围岩类别单线双线喷射混凝土厚度510cm设置锚杆，长度2.0m，间距11.2m ，必要时局部设置钢筋网喷射混凝土厚度1015cm设置锚杆，长度2 .5m，间距11.2m ，必要时配置钢筋网喷射混凝土厚度1015cm设置锚杆，长度2.02 .5m，间距1m，必要时配置钢筋网喷射

5、混凝土厚度15cm设置锚杆，长度2 .53.0m，间距1m，设置钢筋网喷射混凝土厚度15cm设置锚杆，长度2 .5m，间距0 . 81m，配置钢筋网，应施作仰拱喷射混凝土厚度20cm设置锚杆，长度33 .5m，间距0 . 81m，配置钢筋网，必要时设置钢支撑，仰拱喷射混凝土厚度20cm设置锚杆，长度3.0m，间距0 . 6 0 . 8 m，配置钢筋网，必要时设置钢支撑，应施作仰拱通过实验或计算确定 复合衬砌初期支护的参数设计 表4-7图4-15区间直线地段圆形隧道限界(尺寸单位：mm)图4-16管片分块方法国家盾构开挖的软土隧道锚喷、钢拱支护的软土隧道中硬石质深埋隧道明挖施工的框架结构澳大利亚

6、弹性介质中全支承圆环(全周弹簧模型)；Muir Wood法、Curtis法或假定隧道变形法初期支护；Proctor-white法；二次支护；弹性介质中全支承圆环；Muir Wood法、Curtis法或假定隧道变形法初期支护：Proctor-white法；二次支护；弹性介质中全支承圆环；Muir Wood法、Curtis法或假定隧道变形法箱形框架弯矩分配奥地利弹性地基圆环弹性地基圆环；FEM；收敛约束法经验方法弹性地基框架德国覆盖2D，顶部无支承的弹性地基圆环(部分弹簧模型)；覆盖3D，全支承的弹性地基圆环(全周弹簧模型)；FEM覆盖2D，顶部无支承的弹性地基圆环；覆盖3D，全支承的弹性地基圆环

7、；FEM全支承的弹性地基圆环；FEM；连续介质或收敛约束法弹性地基框架(底压力颁布简化) 国内外隧道结构设计模型 表4-8国家盾构开挖的软土隧道锚喷、钢拱支护的软土隧道中硬石质深埋隧道明挖施工的框架结构中国弹性地基圆环；经验法初期支护：FEM；收敛约束法；二次支护：弹性地基圆环初期支护：经验法永久支护：作用反作用模型；大型洞室：FEM箱形框架弯矩分配瑞士作用反作用模型FEM；经验法；收敛约束法矫形框架弯矩分配英国弹性地基圆环；Muir Wood法收敛约束法；经验法FEM；经验法；收敛约束法弹性地基连续框架美国弹性地基模型弹性地基圆环；Proctor-white法；FEM；锚杆法；经验法续上表国

8、家盾构开挖的软土隧道锚喷、钢拱支护的软土隧道中硬石质深埋隧道明挖施工的框架结构瑞典通常为经验法，有时用作用反作用模型、连续介质模型、收敛约束法比利时Schulze-Duddek法刚架法国随意性地基圆环；FEMFEM；作用反作用模型；经验法连续介质模型；收敛约束法；经验法日本局部支承圆环；梁弹簧模型局部支承的弹性地基圆环；经验法加量测；FEM弹性地基框架；FEM；特征曲线法弹性地基框架；FEM续上表序号施工方法断面形式衬砌支护形式结构设计计算方法1明挖法矩形和直墙拱形现浇钢筋混凝土、预制钢筋混凝土砌块软弱土层中弹性连续矩形、拱形框架，结构力学方法或假定抗力结构力学方法2矿山法(钻爆法、凿岩机掘进

9、法)拱形、直墙拱形和圆形钢拱架、喷射混凝土锚杆支护、现浇钢筋混凝土复合衬砌、预制钢筋混凝土砌块局部变形理论的弹性地基梁方法、反分析法、新奥法、数值分析方法3盾构法圆形钢、铸铁、钢筋混凝土(或钢纤维)管片地层衬砌位移协调弹塑性解析解，数值分析法、弹性无铰自由变形圆环、弹性多铰局部抗力约束圆环 隧道施工、设计方法分类 表4-9序号施工方法断面形式衬砌支护形式结构设计计算方法4顶管法圆形或矩形钢筋混凝土预制管段同35沉管法矩形预制钢筋混凝土箱段同16配合上述施工方法的辅助工法：注浆加固；降低水位；冻结法；管棚法圆形、直墙拱形、矩形钢拱架临时支护，现浇钢筋混凝土的衬砌支护同2续上表国家计算模型计算土压

10、力、水压力地基反力系数澳大利亚全周弹簧模型v全覆土荷载Hv + 静水压力由平板荷载试验或量测结果的逆分析得到，切线方向或地层完全结合或把摩擦力作为上限结合日本梁弹簧模型v全覆土荷载Hv(砂质土按水土分解，粘性土按水土合算考虑)根据土的工程性质确定k值大小比利时Schulze-Duddeck模型，由FEM校核Schulze-Duddeck法确定无 国外盾构法隧道设计比较表 表4-10国家计算模型计算土压力、水压力地基反力系数德国覆土深2D，部分地层弹簧模型；覆土深2D，全周地层弹簧模型v全覆土荷载Hv (=0.5)k=Ev/R,Es为地层模量，R为隧道半径部分地层弹簧模型：Schulze-Dud

11、deck法，不考虑切线方向的荷载v全覆土荷载Hv (=0.5)无法国全周地层弹簧模型或FEMv全覆土荷载(覆土深D)Terzaghi公式(覆土深D) Hv西班牙考虑地层与结构相互作用的Buqera法忽视粘结力的Terzaghi公式1.0只考虑半径方向续上表国家计算模型计算土压力、水压力地基反力系数英国全周地层弹簧模型；Muir Wood法根据类似条件下的量测结果初期垂直荷载及初期水平荷载，初期荷载是全土荷载由三轴试验或应力计测得的应力应变关系得出，不考虑摩擦力美国弹性地基圆环v全覆土荷载Hv +水压0.40.5无v全覆土荷载Hv +水压由室内实验求出，不考虑摩擦力续上表 图4-17作用在盾构隧

12、道上的设计荷载cRWg2对矩形截面tgc地面超载P0一般取10kN/m2;结构自重作用在隧道横断面形心上的竖向荷载为(4-5)(4-6)100010110/tanexptan/tanexp11BHKpKBHKBcBh48cos01RB(4-7)(4-8)土体种类k(MN/m3)N极密类的砂非常坚硬的粘性土0.350.453050N 30密实砂性土硬粘性土中硬粘性土0.450.55103015 N 308 N 255104 N 8松砂性土软粘性土非常软粘性土0.500.600.550.650.650.75010050N 152 N 4N 2 根据标准惯入实验N值而定的和k值 表4-11ccccc

13、wwwcwwcwRtpqtpqHD，HHHhpDHHHHpp，H22/2/220121100101适合于适合于则若(4-9)(4-10)(4-11)(4-12)wcwcccccccwHRtHpqtpqDHhpDHHppRH22/2/222012110101适合于适合于若(4-13)(4-14)(4-15)(4-16)cccccccwcRtpqtpqDHhpDHHppHR22/2/22212110101适合于适合于若(4-17)(4-18)(4-19)(4-20)对黏性土对砂性土为泊松比85. 080. 0sin11(4-21)cos12cwwwRtHp2cwwRF(4-22)(4-23)图4-

14、18静水压力cwwwwwwwwcwwwwwwRtHqtHqRHRtHpHp2222221021(4-24)(4-25)cwcccwwwwcwRFgppRRppRRF24212012kqk式中：k地基基床反力系数（MN/m3）； 衬砌圆环在水平直径处变形量(m)； qk地基的抗力（MN/m2）。(4-26)图420 车站基坑纵剖面图图421 车站标准段剖面图图422 车站纵剖面与地质剖面 土的物理力学性能指标 表412 土层名称天然含水量(%)渗透系数固结快剪天然密度静止侧压力系数KhKvC(Pa)(0)(10-7cm/s)杂填土2素填土1褐黄色粉质粘土30.914.92.082121.518.

15、60.513b灰色砂质粉土28.33416.27538.518.90.36灰色淤泥质粘土49.52.334.271111.016.80.581b灰色粘土42.82.053.161413.517.30.521b灰色粉质粘土51518.518.00.45暗绿草黄色粉质粘土23.94020.019.81a草黄色粉质粘土25.5331.519.41b草黄色粉砂27.2336.518.92灰色粉砂27.6039.519.01灰色粘土37.42516.517.82灰色粉质粘土夹砂质粉土29.51724.518.9灰色粉细砂26.9535.519.0图423 计算简图基坑强度变形计算式

16、中：hi各层土的厚度； 在地下水位以上取各层土的天然容重，以下取为各层土的浮容重； w水的容重； 土的内摩擦角； q地面超载。274245tan2hqhEwia深层h处土压力强度: 图424 标准段工况图（12种不同开挖、支撑、内框架浇注工况）图425 弯矩和剪力图图426 地下连续墙的配筋图（单位：mm)图426 地下连续墙的配筋图（单位：mm)图427 使用阶段弯矩图(kN)图428 使用阶段剪力图(kN)图429 框架配筋图（单位:mm)车站主体结构和地面结构主要截面尺寸 表413序号名称截面尺寸或厚度(mm)混凝土标号主体段端头井换乘段1顶纵梁8001 6008001 8008001

17、600C302站厅层纵梁6501 0007001 1006501 0003底纵梁8002 1908002 4008001 8904顶板8005站厅层顶板4006站台板2007底板9001 0001 2008内衬6004009柱600900800800800C40若底板不设倒滤层，应在底板设置泄水孔 ；增加结构自重或在底板下设置土锚和抗拔桩是使用阶段主要的抗浮措施。图430 人防计算简图战时荷载下，只验算结构承载力。人防抗力按6级进行结构强度验算。人防计算简图如图430，平时配筋率能满足战时要求。十人防验算图431 列车荷载布置图式（尺寸单位：m)图432 车站结构横剖图图4-33 轨道梁截面简图荷载分类荷载名称主力恒载梁体结构自重设备自重二期恒载预加应力混凝土收缩或徐变影响活载列车活载离心力冲击力其它墩台沉降附加力横向风力列车横向摇摆力温度变化影响特殊荷载地震力施工荷载轨道梁荷载分类表 表414项次荷载类别荷载标准值（kN/m3)备注1车站站厅、站台、楼梯活载4.02高低压配电室活载5.03生产办公用房活载2.04其它设备用房3.0按实际重量确定5屋面均布活载0.7