暗挖马蹄形断面隧道结构计算书

暗挖隧道断面A结构计算书一、工程概况暗挖隧道断面A适用于里程：右CRK0+385.715〜K0+876.000,左CRK0+385.715〜K0+906.500。施工采用暗挖台阶法，覆土高度从3.7m至U10.8m。选取覆土最深的右线CRK0+488.000处断面进行结构内力计算。计算程序采用Midas有限元软件（6.1.1版），荷载组合按《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）执行，断面尺寸配筋计算及相关验算按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）相关规定执行。二、工程地质与水文地质情况结构所处地质属于第四系地质，土层基本上以填土、粉土、粉质粘土、砂土和圆砾卵石为主，含有一定的粘土；结构所处土层为卵石圆砾（5）,中粗砂（5--1）,粉土（6--2）,中粗砂（7--1）,结构上主要覆土为填土、粉土、粉质粘土、粉细砂、中粗砂。根据提供的地质资料，计算采用地质资料提供的地层参数，其地质情况及参数选取见表1。计算水位采用地质报告提供的抗浮水位（标高30m）。表1：土层参数表编号土层名称厚度（m）容重(kN/m3)C(kPa)0(°)静侧压系数1--1杂填土1.816.52粉土1.119.229292--1粉质粘土0.519.536190.482粉土1.719.229292--3粉细砂1.019.50250.402--4中粗砂2.519.80320.405卵石圆砾2.721.00500.255--1中粗砂1.220.50400.336--2粉土3.019.118280.417--1中粗砂2.220.80320.2覆土加权容重丫= W，"勺7=19.4kN/m3；0 /h^n＞匕断面所在土层加权容重父=乙”,hi）yi=20.3kN/m3,1 h\&h）'.断面土层加权侧压系数为K「乙"hh=0.33,水平与竖直基床系数按地质报告资料取平均值为55MPa/m3。

三、结构尺寸的拟定结构高6.28m,宽5.9m,初衬厚0.25m,二衬厚0.3m,具体结构断面尺寸如图1所示。—图1：暗挖隧道单线马蹄形断面图四、模型及荷载组合.计算模型本次计算按照平面应变模型进行，采用结构一荷载模式。根据地下结构的埋深以及穿越土层的地质特点，将结构覆土换算成上覆土荷载和侧土压力荷载，施加在结构上进行结构内力分析。二衬结构计算时考虑水压力的作用，采用水土分算及水土合算分别进行内力分析。计算时假定初衬承担全部土荷载，不承担水荷载。二衬承担70%的土荷载及全部的水荷载。.荷载组合：

基本组合

准永久组合1.35X永久荷载标准值+1.4X0.7X活载标准值

永久荷载标准值+0.7X活载标准值基本组合

准永久组合施工阶段荷载组合基本组合X0.9抗震偶然组合1.2X永久荷载标准值+1.4X0.7X活载标准值+地震荷载标准值人防偶然组合1.2X永久荷载十人防荷载对于暗挖地下区间及附属结构计算，初衬由施工阶段荷载组合控制，二衬由正常使用极限状态（最大裂缝）或承载能力极限状态控制，本区间暗挖隧道断面小，埋深大，偶然组合不控制二衬结构的配筋。五、荷载计算及计算简图.荷载计算地面超载：20kN/m3,由于结构覆土比较高，计算中地面超载可忽略不计;1）初衬荷载标准值：覆土加权容重y=19.4kN/m3,断面土层加权容重厂=20.30kN/m3。土层含水量1w>20%,考虑施工降水作用含水量w减少10%,则：覆土计算容重y0=%[0D=17.6kN/m3；断面土层计算容重y]=[《[0D=18.5kN/m3顶拱竖向土压力：e=yh+(h—h>=10.8x17.6+0.125x18.5=192.4kN/m00 1 0 1结构侧向土压力：e=eK=192.4x0.33=63.5kN/me=le+(hhh>K=(192.4+6.03x18.5)x0.33=100.3kN/m2 2 111底拱地基反力由地基弹簧变形提供，结构自重由程序自行考虑。2)二衬荷载标准值：a)水土合算顶拱竖向土压力：e=yhX0.7+y4，—h)x0.7=10.8x19.4x0.7+0.4x20.3x0.7=152.3kN/m00 1 1 0结构侧向土压力：e1=eK1=152.3x0.33=50.3kN/me=Te+G'hh')hX0.7]K=(152.3+5.33x20.3x0.7)x0.33=75.3kN/m1 2 1 1J1

底拱地基反力由地基弹簧变形提供，结构自重由程序自行考虑。b)水土分算顶拱竖向水压力：p=*-h)=(11.2-10.7)xl0=4.7kN/m0 1ww结构侧向水压力：p=P0=4.7kN/mp=*—h)=5.8xlO=58.OkN/m2 2ww底拱水压力：p3=p2=58.0kN/m顶拱竖向土压力：e=y~hx0.7+(y-y)C-hXo.7=10.8xl9.4x0.7+0.4xl0.3x0.7=150.0kN/m00 1w1 0结构侧向土压力：e=eK=150.0x0.33=49.5kN/m11e=e+4-y]x0/7K=(150.0+5.33x10.3x0.7)x0.33=62.2kN/m2 2 1I1wJ1底拱地基反力按计算由地基弹簧变形提供，结构自重由程序自行考虑。2.计算简图初衬计算简图见图2,二衬计算简图见图3（水土合算）、图4（水土分算）。e=192.4kN/me1=63.5kN/mC]=63.5kN/me2=100-3kN/me1=63.5kN/mC]=63.5kN/me2=100-3kN/m壬图2：暗挖隧道马蹄形断面初衬计算简图e=152.3kN/mHMMrrnrne2eHMMrrnrne2e1图3：暗挖隧道马蹄形断面二衬计算简图（水土合算）p=4.7kN/m“山口口口口1e=150.0kN/mp1=4.7kN/mp2e=150.0kN/mp1=4.7kN/mp2=58.0kN/m图4：暗挖隧道马蹄形断面二衬计算简图（水土分算）六、计算结果及配筋计算.初衬计算结果及配筋计算计算参数：初衬混凝土为C20；b=1m，h=0.25m，净保护层厚c=40mm；结构重要性系数取为0.9,按对称配筋计算。初衬内力图见图5〜图7。配筋结果见下表，其中L0为构件计算长度，n为经验系数，Z为相对受压区高度。

表2：暗挖隧道马蹄形断面初衬计算结果表位置M(kN.m)N(kN)L0（m）n=1.0n=0.80Z配筋Z配筋拱顶91-4363.00.1864①250.1483①25拱中部-90-6202.50.2643①250.2093①22边墙底部-101-7281.00.3103①250.2453①20底板侧部68-473-1.00.1983①180.1573①16底板中部-107-512-3.50.2184①250.1743①25注：底板净保护层厚度为外40mm，内20mm，脚部考虑锁脚锚杆及钢域的影响，可减小配筋。初衬结构最大剪力值（承载能力状态）为375kN，需配置间距为200mm的①14抗剪钢筋MIDAS/CivilCR：1MAX:27MIN:41文件：初衬计算单位：kNMIDAS/CivilCR：1MAX:27MIN:41文件：初衬计算单位：kN日期10/29/2004表示方向0.000-1.0000.000图5：暗挖隧道单线马蹄断面初衬弯矩图（单位kN.m）

图6：暗挖隧道单线马蹄断面初衬剪力图（单位kN）图7：暗挖隧道单线马蹄断面初衬轴力图（单位kN）.二衬计算结果及配筋计算计算参数：二衬混凝土为C30；h=0.3m，b=1.0m；净保护层厚c=35mm；按对称配筋计算；裂缝验算按《混凝土结构设计规范（GB50010-2002）》的有关规定执行，其中结构外侧允许裂缝最大宽度为0.2mm，内侧为0.3mm。断面结构承载能力按偏心受力构件，对称配筋计算，承载能力组合状态下内力图见图8〜图13,计算结果见表3〜表6。

1）水土合算计算结果表3：暗挖隧道马蹄形断面二衬配筋计算（水土合算）位置M(kN.m)N(kN)L0(m)z配筋拱顶97-3233.00.0885①18拱中部-80-5372.00.1463①16边墙底部-102-6841.50.1864①16底板边部102-6791.50.1854①16底板中部-146-6102.50.1675①20表4：暗挖隧道马蹄形断面二衬裂缝验算（水土合算）位置M(kN.m)N(kN)配筋W(mm)允许w(mm)拱顶72-2395①180.140.3拱中部-59-3984①160.100.2边墙底部-76-5075①160.110.2底板边部76-5035①160.110.2底板中部-108-4525①200.210.3水土合算时二衬结构最大剪力值（承载能力状态）为198kN，小于构件混凝土的抗剪承载力335kN。因此，仅需按构造配置箍筋。MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMDIAGRAM

轴力-3.16481e+002一.-3.49851e+002一.-3.83221e+002一.-4.16592e+002_.-4.49962e+002—,-4.83332e+002一.-5.16703e+002一.-5.50073e+002一.-5.83443e+002-6.16814e+002■-6.50184e+002-6.83555e+002CB4 MAX:1MIN:22文件：二衬计算（无水~单位：kN 日期：10/29/2004表示方向*X：0.000 TY：-1.000Z：0.000图8：承载能力组合下暗挖隧道单线马蹄断面二衬轴力图（单位kN）

Y：-1.000Z：0.000X:0.000MAX:15 Y：-1.000Z：0.000X:0.000MIN:20文件：二衬计算（无水~单位：kN 日期：10/29/2004~表示方向图9：承载能力组合下暗挖隧道单线马蹄断面二衬剪力图（单位kN）图9：承载能力组合下暗挖隧道单线马蹄断面二衬弯矩图（单位kN.m）2）水土分算计算结果

表5：暗挖隧道马蹄形断面二衬配筋计算（水土分算）位置M(kN.m)N(kN)L0(m)z配筋拱顶80-3453.00.0944①16拱中部-69-5432.00.1482①16边墙底部-110-7141.50.1944①16底板边部110-7311.50.2004①16底板中部-135-6702.50.1835①18表6：暗挖隧道马蹄形断面二衬裂缝验算（水土分算）位置M(kN.m)N(kN)配筋W(mm)允许w(mm)拱顶59-2564①160.190.3拱中部-51-4023①160.120.2边墙底部-81-5295①160.140.2底板边部81-5415①160.140.2底板中部-100-4965①180.210.3水土分算时二衬结构最大剪力值（承载能力状态）为200kN，小于构件混凝土的抗剪承载力335kN。因此，仅需按构造配置箍筋。MIDAS/Civil

TOSTPROCESSORBEAMDIAGRAM轴力-3.38654e+002-3.74294e+002-—4.09934e+002-4.45575e+002-4.81215e+002-5.16855e+002-5.52496e+002-5.88136e+002-6.23776e+002-6.59417e+002■-6.95057e+002-7.30697e+002CB4 MAX:1MIN:14文件：二衬计算(有水〜单位：kN 日期：10/29/2004表示方向丁X:0.000Y:-1.000Z:0.000图10：承载能力组合下暗挖隧道单线马蹄断面二衬轴力图（单位kN）

图11：承载能力组合下暗挖隧道单线马蹄断面二衬剪力图（单位kN）图11：承载能力组合下暗挖隧道单线马蹄断面二衬剪力图（单位kN）图12：承载能力组合下暗挖隧道单线马蹄断面二衬弯矩图（单位kN.m）3）抗浮检算由于此段地下水位较深，因此不做抗浮验算。

4）人防验算人防抗力等级为5级，人防验算时只进行配筋验算，不进行裂缝验算。人防荷载采用理正有限元计算软件（人防）计算得到，作用于拱顶的等效均布静荷载标准值qe1=95.4kN/m2,作用于拱底的等效均布静荷载标准值qe2=72.7kN/m2。作用于侧墙的等效均布静荷载标准值为ee=30kN/m2。由此计算出的结构人防偶然组合（1.2X永久荷载十人防荷载）的内力图见图13〜图15,配筋验算时混凝土强度提高50%,钢筋强度提高35%,验算结果见表7表7：暗挖隧道马蹄形断面人防偶然组合配筋验算位置M(kN.m)N(kN)L0(m)AS(mm2)配筋拱顶135-4273.010665①18拱中部-110-7542.04843①16边墙底部132-8931.56434①16底板中部-195-7872.514685①20由表中数据可以看出，人防偶然组合时的结构配筋略小于基本组合的结构配筋，因此人防偶然组合不控制设计。MIDAS/Civil

POST-PROCESSORBEAMDIAGRAM轴力-4.18951e+002..-4.62076e+002_.-5.05200e+002_.-5.48325e+002_.-5.91449e+002_.-6.34574e+002一.-6.77698e+002_.-7.20823e+002,-7.63947e+002..-8.07072e+002■-8.50196e+002-8.93321e+002CBK MAX:1MIN:22文件：人防单位：kN日期：12/03/2004表示方向X:0.000Y:-1.000Z:0.000图13：人防偶然组合下暗挖隧道单线马蹄断面二衬轴力图（单位kN）

CB4 MAX:15MIN:20/