某市地铁线广场站隧道出入口的构造设计

...wd...青岛市地铁3号线汇泉广场站—3号隧道出入口的构造设计城市地下轨道交通已成为城市交通的重要模式，城市地铁在城市交通运输中也起到了越来越重要的作用。自1863年伦敦建成世界上第一条地下铁道,迄今地铁建设已积累了130余年的经历与理论成果，在地铁隧道设计与施工方面的技术水平越来越成熟。我国地铁建设事业起步较晚。改革开放以来,随着国民经济的不断开展,我国的城市化进程也在逐步加快。经济的开展,人们生活水平的提高,城市规模的扩大,城市人口的急剧增加,城市交通面临着严峻的局势，就在这时，地铁建设才越来越多的进入到人们的视野里。本设计为青岛市地铁3号线汇泉广场站3号出入口构造设计，运用荷载-构造法进展隧道衬砌构造力学计算，利用标准规定、工程类比、理论推导等多种方法结合进展构造设计，如对于隧道断面形状尺寸的设计采用工程类比法借鉴青岛市其他地铁隧道工程经历，利用标准规定方法进展材料系数选取、隧道深浅埋判断荷载计算、衬砌构造配筋等，利用理论推导及数值近似方法进展隧道衬砌内力、弹性抗力计算。关键词：隧道出入口构造构造-荷载法新奥法初期支护目录摘要前言 1第一章绪论41.1本课题的研究目的和意义 41.2本课题的主要研究内容71.3设计标准及设计标准12第二章工程概况142.1工程地理位置及设计范围142.2工程地质概况14第三章隧道总体设计203.1隧道线路选址203.2隧道的几何设计21第四章隧道衬砌内力计算224.1概述224.2隧道衬砌荷载类型及组合244.3隧道衬砌内力计算32第五章隧道衬砌验算及配筋605.1隧道衬砌的截面强度验算605.2隧道二次衬砌配筋计算61第六章隧道施工组织设计666.1隧道施工总体说明666.2施工组织机构及施工队伍安排696.3隧道施工方法和工序706.4施工组织本卷须知74专题设计76附录1英文原文100第一章绪论1.1本课题的研究目的和意义本设计为地铁出入口隧道构造设计，为城市地下轨道交通辅助隧道，采用的构造断面形式为直墙拱式，通过此次对地铁隧道出入口工程设计施工全过程的毕业设计，目的是使自己能够熟练运用隧道工程有关设计计算的方法和施工标准，并能系统地掌握隧道工程的荷载计算基本理论和隧道衬砌支护构造设计方法，熟悉隧道设计的全过程，掌握隧道设计的基本原则，基本方法，基本程序和基本技术，积累隧道设计和施工组织的根基经历。培养综合运用理论知识和专业知识的基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，为毕业后尽快适应工作奠定根基。此次设计通过自己独立自主的完成一项隧道工程工程的毕业设计，将有利于使自己各方面的知识系统化，在设计工作的实践中，锻炼了我们自主进展调查研究、收集资料、查阅资料及阅读文献的能力，也培养了自己的独立操作能力，以及与组内成员的协作意识。设计过程中，伴随着不断地发现问题、查找资料、解决问题，使得自己独立解决问题的能力得到大大提高，对于自己以后的工作和学习生活具有很大帮助，自己的学习能力得到了很大的提高。设计过程中还包括了工程制图的相关内容，有助于我们日后进入工作岗位，快速适应工作内容，并进展更深一步的学习。在今天一线城市加紧进展的地铁建设步伐的背景下，我们地下空间工程本科毕业生进展隧道的相关设计，将有助于我们提高自己的专业技术知识，提前培养自己的专业素养，迅速成长为城市地下交通隧道以及各种公路铁路隧道建设者中的中坚力量。在这次城市地铁隧道设计的过程中，除了利用已经学习的新奥法施工理念，还丰富了自己的隧道设计理念，当隧道为城市地下空间隧道构造时，我们不仅应考虑隧道安全性、经济性，还应考虑到隧道对地下环境的破坏，特别是对地下水的影响，因为城市地下水位的下降可能直接造成城市道路的沉降量过大，严重的造成地面裂缝，行人、车辆无法通行，因此，对于城市地下隧道的设计尤其注意地下水不能随意排放，而应采取对地下水影响较小的全封闭式隧道衬砌构造，提高防水设计等级而不做过多隧道外排水措施，减少大量排水对地面造成的沉降危害，并对隧道衬砌的裂缝严格控制，这样做可以显著减小对城市地下水环境的破坏，同时也符合现代建筑工程对环境保护的要求。这些是我从本次设计中对设计理念的深刻学习。1.2本课题的主要研究内容本毕业设计工程为青岛地铁3号线汇泉广场车站出入口构造，构造形式为直墙拱式，支护类型为初期支护锚喷网加永久支护二次衬砌，从设计及施工方面概括来说有以下几个方面的内容：1.2.1隧道线路设计影响隧道位置选择的因素较多，如地质条件、水文地质条件、地形和地貌条件、投资条件、工期要求甚至于当地环境控制要求等。在众多因素中，基本性的因素是地质条件和地形条件。隧道位置的选择与公路线路相互位置存在辩证关系。隧道工程有大小之分，对于一般的中、短隧道，原则上应依从于线路的位置，并根据具体的地质、地形条件做些小幅度的调整，以利于隧道施工。而对于长大隧道是线路的重点控制工程，其工程规模大、投资高、工期长，能否顺利施工是整条线路的重中之重，因此，在线路方案必选时，线路就得依从于隧道最优方案。城市地铁线路的选择尤其要注意地表以上建筑物和构筑物的根基，地铁施工尽量减少对地面正常交通的影响。1.2.2隧道横断面设计隧道横断面包括隧道建筑限界、通风以及其他所需的断面积，断面的形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。本设计隧道需满足其功能性要求即作为出入口构造供应其他隧道通风的作用，因此其隧道断面设计为上半局部作为人行通道，下半局部作为送出入口，并根据此来进展隧道建筑限界、隧道断面的形状尺寸设计。本隧道横断面设计通过工程类比，比照青岛市其他地铁隧道的断面设计形式，确定最终方案。1.2.3隧道支护构造设计隧道初期支护的设计采用理论计算方法和工程经历类比法结合进展设计，通过计算围岩塑性区半径并参考标准规定，确定初期支护锚杆的间距、长度，确定喷射混凝土厚度和钢筋网钢筋间距，初次衬砌仅起到保护开挖面，使其没有危石掉落，提高隧道施工的安全性。二次衬砌及其配筋由计算得到的衬砌内力通过《混凝土构造设计标准》中的概率极限法确定。1.2.4隧道防排水设计、通风防尘设计、隧道爆破设计隧道防排水设计可以从两方面考虑，其一是通过改变围岩的渗透系数，降低地下水向隧道内的涌人量，这是限制排放的基本；其二是通过设置防水层和增强衬砌混凝土的抗渗抗裂性能，以到达阻隔地下水的目的，这是构造防水的最后保障。但事实上真正起到限制排放作用的主要在于降低围岩的渗透系数。隧道限制排水的技术措施有：超前预注浆、回填注浆、径向注浆。隧道通风设计选择时主要考虑隧道长度和交通条件，同时还要考虑气象、环境、地形、以及地质等条件。在充分考虑各种因素后，选择既有效又经济的通风方式。隧道工程通风方式包括全横向式通风、半横向式通风、纵向式通风。横向式通风以车道下面作为送出入口，上部作为排出入口，气流从下往上横向流动。半横向式通风为了对于除圆形断面之外的其他断面形式的隧道换风便利，尽量减少通风管道断面的方式做了改良。全横向和半横向通风方式，由于需要隔离较大的隧道断面空间作为出入口，同时需要大功率的轴流风机通过斜〔竖〕井排出洞内废气，因此需要花费较大的工程费用和营运费用。而纵向式通风的竖井式纵向隧道通风，大大提高了隧道断面利用率，缩短了隧道独头通风的距离，在长大隧道的施工过程中被普遍采用。隧道防尘设计：目前，在隧道施工中采取的防尘措施是综合性的，即湿式凿岩，机械通风，喷雾洒水和个人防护相结合，综合防尘。隧道爆破设计：隧道开挖前应做好爆破设计，这也是隧道施工进度方案、工期、材料等的依据。隧道爆破设计应做到“有图、有表、有计算、有说明〞。随着隧道施工理念新奥法的不断推广，对隧道光面爆破技术提出了更高的要求，光面爆破技术要求隧道爆破施工尽可能减少对围岩的扰动，保护围岩的完整性，充分发挥隧道围岩的自承能力。1.2.5监控量测设计地下水控隧道工程现场监控量测中最主要的成果就是反映围岩和支护构造的力学信息，根据信息类型的不同，隧道工程的监测内容可分为下述三类：①目测观测。对围岩的破碎发育情况、隧道周边变形、支护构造开裂破坏等现象直接肉眼根据经历进展观察，以此判断围岩稳定性。②位移监测。通过专门量测设备为获取隧道周边位移、拱顶下沉、围岩内部位移和地表下沉等信息而进展的现场监控量测。位移监测设备简单、易于操作。③受力监测。指通过专门量测设备为获取围岩与支护构造间的接触应力、围岩及支护构造内部应力状态、锚杆轴力等信息而进展的现场监控量测。1.2.5专题设计局部矿山法隧道：①矿山法的国内外开展概况；②矿山法的分类、盾构法施工的适用条件、施工流程；③矿山法施工中常见的工程问题；1.3设计标准及设计标准1.3.1主要标准标准本设计主要采用的设计标准主要有以下：①JTGD70-2004《公路隧道设计标准》②TB10003-2005《铁路隧道设计标准》③GB50086-2001《锚杆喷射混凝土支护技术标准》④SL377-2007《水利水电工程锚喷支护技术标准》⑤TB10108-2002《铁路隧道喷锚构筑法技术标准》⑥GB50157-2003《地铁设计标准》⑦GB50010-2010《混凝土构造设计标准》⑧GB50009-2012《建筑构造荷载标准》⑨TB10204-2002《铁路隧道施工标准》⑩GB50108-2008《地下工程防水技术标准》1.3.2设计标准〔1〕地铁工程地下构造中，除应急疏散构造平台构造设计使用年限为50年外，其余构造设计使用年限均为100年，设计按此要求进展耐久性设计。临时构造〔矿山法隧道复合式衬砌的初期支护〕可不考虑其耐久性要求，但需满足施工期间的使用要求。〔2〕地铁构造中永久性构件荷载应按荷载效应基本组合进展试用阶段的承载能力计算时，取γ0=1.1，进展施工阶段的承载能力计算时，取γ0=1.0，在按荷载效应的偶然组合进展承载能力计算时，取γ0=1.0。作为临时构造构件设计的γ0=0.9。〔3〕青岛市为6度抗震设防区，设计基本地震加速度值为0.05g。地下构造按抗震设计，抗震等级为三级，应采取相应的抗震构造措施，提高构造的整体抗震能力。非承重构件亦应采取抗震措施。(4)本工程地下构造所处环境类别有一般环境、氯化物环境〔地下水中氯离子浓度>100mg/L〕和化学腐蚀环境〔地下水中硫酸根离子浓度>200mg/L或地下水中侵蚀性二氧化碳浓度>15mg/L〕。对于主体构造迎土面构件，一般环境下其环境作用等级按Ⅰ-C级，化学腐蚀环境或氯化物环境条件下其环境作用等级应根据水中离子浓度按照《混凝土构造耐久性设计标准》确定。对于构造内部构件，按枯燥环境考虑，环境作用等级按Ⅰ-A级。〔5〕钢筋混凝土构件〔不含临时构件〕正截面的裂缝控制等级一般为三级，即允许出现裂缝。在荷载作用下钢筋混凝土构件的外表裂缝计算宽度限制：构造内部混凝土构件〔柱、楼板、楼板梁、站台板、楼梯等〕不大于0.4mm，主体结构迎土面构件〔板、墙、衬砌等〕的迎土面裂缝宽度不大于0.2mm，背土面不大于0.3mm。当保护层设计厚度超过30mm时，可取30mm计算裂缝最大宽度。〔6〕地下水位下的地下构造设计按最不利情况进展抗浮稳定性验算。在不计地层侧壁摩阻力时，抗浮安全系数Kf≥1.05；当计及地层侧壁摩阻力并采用标准值〔极限值〕时，抗浮安全系数Kf≥1.15。〔7〕出入口支护构造的布置，需满足辅助隧道施工的需要和建筑限界要求，并考虑构造受力后的变形和施工误差等因素。〔8〕出入口支护构造采用荷载—构造模式，计算分析对象为纵向长1m的出入口构造和地层，并选择最不利位置〔内力最大处〕进展衬砌计算。〔9〕地下构造须具有战时防护功能并做好平战转换功能。在规定的设防部位，构造设计按6级人防的抗力标准进展验算，并设置相应的防护设施。地铁隧道与既有通道联通时，应保证设防标准不降低。〔10〕地下构造主要构件的耐火等级为一级。第二章工程概况2.1工程地理位置及设计范围汇泉广场站位于文登路与延安路交汇路口东侧，文登路正下方。车站有效站台中心里程为K2+816.059。本站设3座风道，3个出入口，1个疏散通道。本次设计为2号风道和3号出入口构造设计，2号风道和3号出入口位于汇泉车站主体西南侧，周边较空旷，2号风道西侧为已建成的“人民会堂站~汇泉广场站区间2号竖井及其横通道〞，距2号风道约10m，埋深15m左右。本风道埋深9.5m，采用明挖法施工，为尽量减小风道对横通道的影响，风道围护构造采用围护桩—钢支撑体系。主体构造为单层单跨箱型构造，3号出入口出地面段为U型槽构造。2号风道构造长度约为42.4米，宽度为12.8m，构造顶板厚度为500mm，构造底板厚度为500mm，构造侧墙厚度为500mm〔300mm〕，覆土深度为2.95m，底板位于强风化中亚带。3号出入口构造长度约为32.4米，宽度为5.6~7.5m，构造顶板厚度为500mm，构造底板厚度为500mm〔300mm、700mm〕，构造侧墙厚度为500mm〔300mm、700mm〕，覆土深度为0~4.55m，底板位于强风化带。围护构造型式：本基坑分两期施工，一期施工2号风道基坑，采用围护桩+内支撑体系；二期施工3号出入口基坑，采用桩锚体系且需待2号风道主体构造完工前方可施工；坑设旋喷桩止水帷幕，具体见设计图纸。本出入口为非防倒塌出入口，楼梯的设计不考虑人防荷载。2.2工程地质概况本次勘本节摘自《青岛市地铁一期工程〔3号线〕地质勘察一标段汇泉广场站详细勘察阶段岩土工程勘察报告》2.2.1工程地质根据青岛市建委推广的《青岛市区第四系层序划分》标准地层层序编号，依据野外钻探资料，本区间共提醒了6个标准层，划分了13个亚层，地层由新到老、自上而下分述如下：第四系〔Q〕第四系〔Q〕主要由全新统人工填土、全新统冲洪积层、上更新统冲洪积层组成，描述如下：〔1〕第四系全新统人工填土层第①层杂填土：杂色，松散，揭露层厚：0.50-2.50m，平均：1.48m。第①1层素填土：褐色、黄褐色，松散，厚度0.50-2.90m，平均厚度1.46m。〔2〕第四系上更新统冲洪积层第⑪层粉质粘土：黄褐—褐黄色，可塑-硬塑状，层厚：1.50-4.10m，平均：2.79m。第⑫层含砂粘性土：黄褐色，硬塑状为主，层厚：0.40-4.60m，平均：2.19m。基岩基岩主要为燕山晚期侵入花岗岩为主，局部燕山晚期侵入脉岩，岩性主要为花岗斑岩，呈脉状穿插其间，于不同岩性接触带见有糜棱岩、碎裂岩，描述如下：〔1〕燕山晚期花岗岩按风化程度划分为强风化岩带、中风化岩带和微风化岩带，各带〔亚带〕的工程特征详细描述如下：第⑯上层强风化花岗岩上亚带：浅肉红色--黄褐色，构造构造已大部破坏，揭露层厚：1.40-2.70m。该层岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为V级。第⑯中层强风化花岗岩中亚带：浅肉红色，构造构造已大部破坏，层厚度为：2.20-9.80m，平均厚度5.73m。该层岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为V级。第⑯下层强风化花岗岩下亚带：浅肉红-肉红色，构造构造已破坏，层厚度为：1.00-7.20m，平均层厚3.68m。该层岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为V级。第⑰层花岗岩微风化带：肉红色，粗粒构造，块状构造，节理裂隙发育，以构造、风化裂隙为主，层厚度为：0.70-14.0m，平均层厚6.20m。该层岩石坚硬程度为软岩，岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为IV级。第⑱层花岗岩微风化带：肉红色，粗粒构造，块状构造，节理不发育，岩芯较完整，坚硬，该层在场地内分布广泛，未揭穿，最大揭露厚度20.30m。该层岩石坚硬程度为坚硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级III级。〔2〕 燕山晚期侵入岩脉第⑯2层强风化带花岗斑岩：原岩风化强烈，构造构造大局部已破坏，揭露层厚度为7.5m。该层岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为V级。第⑰2层中风化带花岗斑岩;肉红色，斑状构造，块状构造，节理、裂隙较发育，层厚度为：1.00--5.50m，平均层厚3.22m。该层岩石坚硬程度为软岩，岩体完整程度为较破碎，岩体基本质量等级为V级。第⑱2层：微风化带花岗斑岩：肉红色，斑状构造，块状构造，局部节理裂隙发育，以构造、风化裂隙为主，揭露层厚度为：0.80-20.30m，平均层厚8.94m。该层岩石坚硬程度为坚硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级III级。〔3〕构造岩第⑯4层砂土状碎裂岩：褐黄-灰绿色，构造构造大局部已被破坏，节理裂隙极发育，层厚度为：15.60m。该层岩石坚硬程度为极软岩，岩体完整程度为极破碎，岩体基本质量等级为V级。第⑰4层块状碎裂岩：褐黄色，原岩为花岗岩，节理裂隙发育，地层厚度为：8.10-24.10m。该层岩石坚硬程度为软岩，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级为V级。地铁隧道出入口构造设计截面3-3处地层物理力学参数见表2.1地层物理力学参数表2.1岩土分层岩土名称重度γ(kN/m3)快剪岩层或土层基床系数K静止侧压力系数K0泊松比μ天然状态下单轴极限抗压强度标准值fc土石工程分级隧道围岩分级粘聚力C(kPa)内摩擦角〔°〕水平(MPa/m)竖直(MPa/m)=1\*GB3①、=1\*GB3①1杂填土、素填土17.501586///IVI⑪粉质粘土18.9281128200.440.31/IIVI⑫含砂粘性土19.2302040350.420.30/IIIV⑯下强风化花岗岩23.5/452502000.390.28/IVIV⑰中风化花岗岩24.5/555505000.350.2630VIII⑱2微风化花岗岩24.5/6510009000.300.23110VIII2.2.2水文地质本次勘察工作区内的地下水类型按赋存方式主要为：第四系松散土层孔隙水，基岩裂隙水。本车站所处场地地貌类型为剥蚀斜坡，第⑪层粉质粘土、第⑫层含砂粘性土富水性一般，透水性较差，场地地下水位埋深4.80-13.60m。根据场地工程地质、水文地质条件，结合拟建车站构造特征及青岛市的地区经历，建议抗浮设防水位绝对标高按7.0m取值。2.2.3工程地质条件评价本场地地貌形态为剥蚀斜坡，地势较平坦，场地地面标高为14.40-16.61m。本暗挖车站经过的岩层主要为强-微风化花岗岩、花岗斑岩，局部地段经过青岛山派生断裂，断裂带内主要为砂土状碎裂岩、块状碎裂岩，其隧道围岩分级为VI级，其余段的强-微风化隧道围岩分级为III-V级。受砂土状碎裂岩、块状碎裂岩影响隧道围岩分级为VI级，强风化上、中亚带及强风化花岗斑岩隧道围岩分级为V级，该层岩土开挖时，拱部无支护时，可产生较大坍塌，侧壁有时会失去稳定，因此，应优先采用复合式衬砌，施工时应注意局部岩石软硬不均匀对施工的影响。本次场地地下水类型主要为基岩裂隙水，主要含水层为强、中风化岩带的基岩裂隙水。基坑涌水量376.62m3/d，属富水性较差地层。综合评价本场地范围水文地质条件属简单类型。综合评价本暗挖车站岩土工程条件属中等复杂类型，暗挖范围内的岩土工程条件中等。本车站施工时应注意隧道顶围岩级别为VI级和V级地段，围岩较易坍塌，处理不当会出现大坍塌。本场地不存在可液化土层，可不考虑地震液化问题。本场地为可进展建筑的一般场地。本场地属于场地基本稳定区，适合地铁站建设。第三章隧道总体设计隧道总体设计通常包括隧道选址、隧道几何设计、衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定，本设计研究对象为地铁车站出入口构造，因此隧道选址上需依附于地铁车站的选址，本章将着重介绍隧道几何尺寸、内轮廓线确实定。3.1隧道线路选址建设部影响隧道位置选择的因素较多，如地质条件、水文地质条件、地形和地貌条件、投资条件、工期要求甚至于当地环境控制要求等。在众多因素中，基本性的因素是地质条件和地形条件。隧道位置的选择与公路线路相互位置存在辩证关系。隧道工程有大小之分，对于一般的中、短隧道，原则上应依从于线路的位置，并根据具体的地质、地形条件做些小幅度的调整，以利于隧道施工。而对于长大隧道是线路的重点控制工程，其工程规模大、投资高、工期长，能否顺利施工是整条线路的重中之重，因此，在线路方案必选时，线路就得依从于隧道最优方案。在确定线路时，通常在多个线路方案中，根据地形图和各种调查资料，进展经济技术比较之后，最后确定一条线路。一般线路比较的要点是：线形适当〔平面顺势，纵坡均衡、横面合理〕，顺应地形，路线延长对邻近地区的影响；安全性、用地、建设投资、养护费、行驶性能，施工难易，与当地环境和景观相协调等。采用该隧道方案时，尤其是长大隧道通风、照明及养护管理费用较大，应当综合考虑。3.2隧道的几何设计水隧道净空指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间，包括隧道建筑限界、通风以及其他所需的断面积，断面的形状和尺寸应根据围岩压力求得最经济值。隧道建筑限界是为了保证隧道内各种交通的正常运行与安全，而规定在一定宽度和高度范围内不得有任何障碍物的空间限界。设计时，应满足《公路工程技术标准》〔JTGB01－2003)中规定值，设计公路隧道建筑限界横断面。隧道净空除应在符合隧道建筑限界的规定外，还应考虑洞内排水、通风、照明、防火、监控、营运管理等附属设施所需的空间，并考虑施工时必要的变形预留量，使确定的断面形式及尺寸到达安全、经济、合理。再确定隧道净空断面时，应尽力选择净断面利用率高、构造受力合理的衬砌形式。横断面设计时考虑通风对断面的影响。本设计采用全横向通风方式，需要隔离较大的隧道断面空间作为出入口，因此其横断面设计为隧道竖向中间位置设置中板，隧道下半局部作为地铁车站主体通风用送出入口，上部构造可作为人行通道或地铁车站进站通道。设计衬砌断面还需解决衬砌构造形式、内轮廓线、轴线、和厚度问题。内轮廓线原则上应尽可能的接近建筑限界，力求开挖和衬砌的数量最小。衬砌断面的轴线也尽可能与断面压力曲线重合，使各截面主要承受压应力，根据围岩等级、受力状态、防水要求等选择内衬的截面形式，可以根据作图法确定道路隧道衬砌内轮廓线。当主要承受竖向压力或同时承受不大的水平侧压力时，可采用三心圆拱加直墙式衬砌，本隧道围岩等级较高，围岩完整性较好，隧道侧压力较小，因此采用直墙拱式隧道衬砌构造形式。本设计隧道衬砌构造详细尺寸见毕业设计图纸3.1隧道衬砌构造详细尺寸3.1第四章隧道衬砌内力计算4.1概述隧道构造工程特性、设计原则和方法与地面构造完全不同，隧道构造是由周边围岩和支护构造两者组成共同的并相互作用的构造体系。各种围岩都是具有不同程度自稳能力的介质，即周边围岩在很大程度上是隧道构造承载的主体，其承载能力必须加以充分利用。隧道衬砌的设计计算必须结合围岩自承能力进展，隧道衬砌除必须保证有足够的净空外，还要求有足够的强度，以保证在使用寿限内构造物有可靠的安全度。显然，对不同形式的衬砌构造物应该用不同的方法进展强度计算。19世纪末，混凝土已经是广泛使用的建筑材料，它具有整体性好，可在现场根据需要进展模注等特点。在应用初期，地下构造的建造和计算的理论根基为线弹性构造力学即地下弹性连续拱形框架构造阶段，此种计算方法将隧道拱形衬砌看作一种超静定弹性构造，作用在构造上的荷载为地层压力，这种方法无视了地层对构造变形所产生的弹性抗力。所谓弹性抗力是指支护构造发生向围岩方向的变形引起的围岩对支护构造的约束反力，其作用是限制衬砌变形改善衬砌受力状态提高衬砌构造承载力，衬砌在受力过程中的变形，一局部有离开围岩形成脱离区的趋势，另一局部压紧围岩形成抗力区，如以以以下图所示:因此，选择合理的弹性抗力系数有助于优化支护方案设计，减小支护成本。在本设计中，隧道出入口构造采用直墙拱形形式，除考虑主动荷载外，还应考虑拱圈和边墙处弹性抗力作用。隧道衬砌构造内力计算通常可分为构造力学法和弹性力学法，其中弹性力学法建设在连续介质力学的根基上，认为在变形过程中，衬砌和地层是一个整体，两者相互之间依靠连续条件联系。但是，由于数学上的困难，此种方法只有少量简单的洞室模型才能求得解析解，而绝大局部不得不依靠数值解法来实现。本设计借助ANSYS有限元分析软件进展数值模拟分析用来校核构造力学方法计算得到的结果，校核支护构造设计的安全性。隧道构造计算中的荷载构造法属于构造力学法，在这里构造是指衬砌构造，荷载主要是指开挖硐室后由松动岩土自重所产生的地层压力。在构造力学法分析过程中，首先确定地层压力，然后计算衬砌构造在地层压力及其他荷载作用下的内力分布，最后根据内力分布再进展衬砌构造的断面验算。可以看到，荷载构造法和计算地面构造时所采用的构造力学方法基本一样，主要差异是衬砌构造在变形过程中受到周围介质的限制。本设计直墙拱式隧道衬砌的主要受力构件是拱圈和边墙，他们整体相连，而墙底支撑在基岩上。设计计算过程采用荷载构造法，将拱圈和边墙分开考虑，认为拱圈是一个拱脚弹性固定的无铰拱，拱圈弹性抗力假设为二次抛物线分布。边墙视为弹性地基梁，全部抗力由温克尔假定确定。墙顶和拱脚弹性固结，墙脚与基岩有较大摩擦力，无水平位移发生，它在基岩上的作用，视为刚性体。4.2隧道衬砌荷载类型及组合4.2.1隧道荷载类型一般来依靠力学计算设计衬砌构造的厚度、钢筋布置用量等，取决于隧道所受荷载的大小。荷载构造法计算的基本思路就是由荷载计算内力，再由内力设计衬砌构造。隧道构造主要承受的荷载包括：①永久荷载。永久荷载又称静荷载，指长期作用在构造上且大小、方向和作用点不变的荷载，如构造自重、岩土体压力和地下水压力。根据铁路隧道设计标准出入口荷载计算可按浅埋隧道松散围岩压力考虑，采用标准所给出的公式计算。②可变荷载。可变荷载又称活荷载，是指在构造物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化。比方公路隧道中的车辆荷载、人群荷载、施工荷载、地面堆载、材料堆载。本设计中，施工荷载按10kPa计算，构造设计中应考虑各种施工荷载可能发生的组合，地面超载一般按20kPa计算。③偶然荷载。偶然荷载又称动荷载。指瞬时作用的荷载。如车辆爆炸荷载、车辆撞击荷载以及在抗震区进展地下构造设计时，需计算地震波作用下的动荷载作用。青岛市为6度抗震设防区，设计基本地震加速度值为0.05g。④其他荷载。指使构造产生内力和变形的各种其他因素，例如：混凝土材料收缩、温度变化、构造不均匀沉降等因素引起构造产生内力。在本设计中地铁构造中永久构件在按荷载效应基本组合进展使用阶段的承载能力计算时，取γ0＝1.1，进展施工阶段的承载能力计算时，取γ0＝1.0，在按荷载效应的偶然组合进展承载能力计算时，取γ0＝1.0。作为临时构件设计的构造，在按荷载效应的基本组合进展承载能力计算时，取γ0＝0.9。围岩压力与构造自重是隧道构造计算的基本荷载。《铁路隧道设计标准》TB10003-2005中在对隧道构造进展计算时，列出了荷载类型，只考虑本设计需计算的荷载种类，如下表4.1所示表4.1作用〔荷载〕分类荷载类型荷载名称荷载计算及取值永久荷载构造自重按实际考虑围岩压力竖向压力按《铁路隧道设计标准》判断深埋和浅埋水平压力按标准侧压力系数计算水压力按《水工隧道设计标准》采用静水压力折减的方法可变荷载基本可变荷载人群荷载按4KN/m2考虑施工荷载、地面堆载、材料堆载按10KN/m2考虑偶然荷载地震作用按设防烈度6度考虑4.2.2荷载组合采用概率极限法设计隧道构造时，构造的作用设计值按式4-1计算(4-1)其中，作用分项系数作用标准值本设计考虑按施工阶段、使用阶段和特殊荷载作用的不同工况进展荷载组合，选择最不利荷载组合作用下进展内力计算，对构件进展强度计算时荷载采用设计值进展计算。(1)施工期间的基本组合：永久荷载+可变荷载，不考虑水压力影响；(2)使用阶段：基本组合：永久荷载+可变荷载，考虑水压力影响；偶然组合：永久荷载+可变荷载+地震荷载；(3)进展正常使用极限状态下的衬砌裂缝宽度验算时，荷载组合采用标准组合值进展计算。荷载组合如表4.2：表4.2荷载组合表组合荷载种类永久荷载可变荷载地震荷载基本组合1：永久荷载+基本可变荷载1.351.4/标准荷载2：永久荷载+基本可变荷载1.01.0/偶然荷载3：永久荷载+地震荷载1.21.01.3由表格得出，考虑按照荷载最不利原则，选取使用阶段荷载基本组合为设计计算组合。4.2.3隧道衬砌荷载计算一、隧道围岩压力的计算本设计计算断面为青岛地铁3号线2号出入口构造3-3断面，其断面构造详图见本设计图3.1隧道衬砌断面详图。根据断面设计图，确定其计算参数为：〔1〕隧道净高：H=内轮廓线高度+衬砌厚度=4.2+1.6=5.8m隧道净跨：B=内轮廓线宽度+衬砌厚度=6+1.7=7.7m〔2〕隧道深浅埋的判断：①本设计隧道构造埋深为12.6m，根据《公路隧道设计标准》中附录E.0.1，浅埋和深埋隧道的分界，按荷载等效高度值，并结合地质条件、施工方法等因素综合判定。按荷载等效高度的判定公式为：〔4-2〕式中：浅埋隧道分界深度荷载等效高度值，按计算，其中q为按算出的深埋隧道垂直均布压力，其中s为隧道围岩等级，对于本设计围岩等级为III级围岩，B为隧道净跨，B>5m时，i取0.1。对于三级围岩，取;对于本设计的隧道地质及尺寸参数，计算得，，，对于三级围岩，取;对于本设计的隧道地质及尺寸参数，计算得，，，所以判断隧道构造为深埋隧道。综合标准方法和理论研究计算方法，本设计作为深埋隧道计算是没有问题的。因此，本设计隧道构造围岩压力根据《铁路隧道设计标准》4.3.3，计算深埋隧道，围岩压力按松散压力考虑，其垂直均布压力可由：水平均布围岩压力可按《铁路隧道设计标准》中表4.3围岩水平均布压力表4.3围岩水平均布压力围岩级别I~IIIIIIVVI水平均布压力e0<0.15q(0.15~0.30)q(0.30~0.50)q三级围岩取水平围岩压力系数为0.14，则有：二、水压力计算本设计为市政地铁车站出入口构造隧道设计，由于在城市内修建隧道，因此对于地下水的控制应特别注意，隧道的设计亦不宜采用透水垫层、盲沟、排水管等方式，对地下水进展大量排放，地下水位下降过大时，在城市内尤其容易发生地表不均匀沉降的问题，因此，从防止城市地面沉降以及保护地下环境等问题出发，本设计采用全封堵防水衬砌，即尽量少做或者不做隧道外的排水措施，而仅利用隧道衬砌的防水，阻止地下水进入隧道内部。本设计中，地下水位抗浮设防水位绝对标高取7m深，衬砌所受水压力F可看作是作用在衬砌外缘的法向外表力，计算时，取水压力均匀分布，水头高度取隧道高度一半处，根据SL_279-2002__《水工隧洞设计标准》，作用在钢筋混凝土衬砌构造上的外水压力，可按式4-3估算：(4-3)

式中——作用在衬砌构造外外表的地下水压力，kN/m3;——外水压力折减系数；

——水的重度，kN/m3,一般采用9.81kN/m3;——地下水位线至隧洞中心的作用水头,m;其中，外水压力折减系数可有标准中表6.2.5取值，根据本设计勘察的水文地质条件，地下水类型为基岩裂隙水，属富水性较差地层，地下水位埋深距离隧道中心的作用水头，由图3.1隧道衬砌断面详图可得，查表取值，所以有，衬砌所受水压力：

三、构造自重荷载对于隧道拱圈构造，计算其竖向荷载还应考虑拱圈自身重力影响，考虑其每延米范围内隧道长度的拱圈自重荷载为：其中，钢筋混凝土重度=25kN/m3，隧道衬砌构造厚度四、地震荷载根据《铁路工程抗震设计标准》GB50111-2006(2009年版)8.1节隧道抗震强度和稳定性验算公式8.1.3，可得隧道衬砌上任意质点的水平地震力，应按下式计算：其中，为计算质点的水平地震力；水平地震力作用修正系数，岩石地基取0.20；地震动峰值加速度，m/s2，青岛市为6度抗震设防区，设计地震加速度值为0.05g；计算质点的构筑物质量，此处取单位面积上衬砌厚度方向的质量；将以上围岩压力、水压力、构造自重根据之前讨论的荷载最不利组合进展组合，地震荷载作为偶然荷载，计算得在使用阶段的荷载基本组合作用下，对构造是最不利的，其荷载大小为：隧道竖向均布荷载：隧道侧向均布荷载：隧道中板构造计算时考虑自重荷载以及施工荷载和行人荷载等活荷载，按荷载组合的基本组合分项系数计算得：其中，，分别为恒荷载组合值分项系数，活荷载组合值分项系数；为钢筋混凝土重度，为中板厚度；为行人荷载，取4，为施工荷载，取10隧道拱圈和边墙上由于产生朝向围岩的位移使围岩产生对隧道衬砌的受力有利的约束力弹性抗力的计算将在下一节里同隧道衬砌内力一同计算。以以以下图4.1为主动荷载作用下隧道衬砌以及中板所受荷载的受力简图：4.3隧道衬砌内力计算4.3.1衬砌计算构造的选取青岛市地铁3号线3号出入口构造采复合式衬砌，分初期支护和二次支护，初期支护采用喷锚网联合支护，二次衬砌采用现浇模筑钢筋混凝土支护。拱形直墙式隧道衬砌的主要受力构件是拱圈和边墙，他们整体连接，而墙底支撑在基岩上。另外，由于拱圈与边墙紧贴岩壁，因此围岩对其具有弹性抗力作用。所以，再进展衬砌构造的计算分析时，除考虑主动荷载外，还应计算拱圈和边墙处弹性抗力的作用。在分析拱形直墙式隧道构造时，要进展简化和假定。直墙拱形构造计算的基本假定有：①直墙拱形构造是一个空间构造，但其纵向长度远大于其跨度，可按平面应变问题处理；②将拱圈和边墙分开考虑，认为拱圈是一个拱脚弹性固定的无铰拱，拱圈弹性抗力假设为二次抛物线分布；③边墙视为弹性地基梁，全部抗力由温克尔假定确定，即本设计采用局部变形法计算弹性抗力与衬砌内力。④墙顶和拱脚弹性固结，墙脚与基岩有较大摩擦力，无水平位移发生，它在基岩上的作用，视为刚性体。⑤本工程中，为尽快封闭衬砌以保证防水到达施工条件。拱圈弹性抗力一般假定为二次抛物线式分布，拱圈任意截面的弹性抗力按照下式计算：(4-4)其中,为弹性抗力最大处，弹性抗力与隧道中轴线的夹角；为弹性抗力抛物线上零点，假定大小为45°左右；为拱脚处有弹性抗力最大值；先来计算隧道拱圈内力，为了方便计算，利用辛普生近似法计算各类位移，隧道为对称构造，取隧道左半边拱圈作为研究对象，因此将半边拱圈构造等分为5块，各分块上的外力近似地认为作用在各分块截面的中点上，据此得出拱圈内力计算图示如图4.3所示。4.3.2拱圈几何要素〔1〕衬砌几何尺寸。隧道拱圈由三心圆方法绘制，隧道衬砌内轮廓线半径为r1=4200mm，r2=1800mm，内径r1、r2所画圆曲线的终点截面与竖轴的夹角为φ1=30°、φ2=60°，本出入口构造初次衬砌的厚度为0.25m，二次衬砌的厚度为0.55m，取初次和二次衬砌的中轴线为计算轴线。拱的矢跨比f/l=3250/8900=0.365>0.25，因此，本设计不考虑材料的轴向变形对内力的影响。〔2〕半边拱圈圆弧长度S及分段圆弧长度ΔSO1圆弧弧长O2圆弧弧长半拱圆弧长度，将半拱轴线等分为6段，每段轴长为：〔3〕各分块截面中心几何要素①与竖直轴夹角角度闭合差②拱部各截面中心垂直坐标4.3.3主动荷载作用下的衬砌内力计算在本设计中，考虑了中板和仰拱对隧道边墙的轴力作用，并认为中板、仰拱对隧道边墙的集中力不会影响到隧道拱圈的内力计算，根据拱顶截面相对变位为零的条件，列出立法方程如下：(4-5)由叠加原理，墙顶转角位移(4-6)其中，墙顶位移(4-7)其中，代入立法方程式得：〔〕其中，——基本构造的单位位移和主动荷载位移；——墙顶单位转角；——基本构造墙顶的荷载转角；——衬砌矢高，=2.972m。由辛普森法，得到各系数近似计算公式如下：;(4-9);(4-10)求出未知力后，根据构造力学的方法，采用以下公式求解各截面内力：(4-11)(4-12)内力的计算，取计算图示如以以以下图，由构造力学方法求出内力计算公式如下：(4-13)(4-14)其中，Q、E为各分块上作用的垂直压力、侧压力；分别为相应垂直荷载和水平荷载对截面i中心点的力臂；4.3.3位移计算〔1〕单位位移δ11、δ12=δ21、δ22计算围岩类别为III级，容重取，围岩的弹性抗力系数，衬砌材料为C45混凝土，弹性模量，截面惯性矩,取每延米计算,容重取。由辛普生法近似计算，计算过程见附表5.11单位位移计算表，计算单位位移：〔2〕载位移计算——主动荷载在基本构造中引起的位移每一楔块上的作用力竖向力：(4-15)式中，为衬砌外缘相邻两截面之间的水平投影长度，由图4.4衬砌构造计算图示直接量得；水平力：(4-16)式中，为衬砌外缘相邻两截面之间的竖直投影长度，由图4.4衬砌构造计算图示直接量得；外荷载对隧道衬砌构造产生的内力、均由本节式4-13和式4-14求解计算结果见附表5.12载位移计算表，由图4.4衬砌构造计算图示直接量得，构造在荷载作用下的在X1、X2方向上产生的位移Δ1p、Δ2p同样由辛普生近似法计算，计算结果如下：〔3〕由弹性抗力引起的位移计算Δ1σ、Δ2σ假定拱圈构造所受弹性抗力分布形式为抛物线零点位于拱部外缘与垂直轴约呈45°的第四截面上，最大抗力值在墙顶截面即6号截面αh=90°，其值大小为σh,其余各截面抗力值大小按照本节公式4-4计算。第四截面上，抗力大小σ4=0；第五截面上，抗力大小第六截面，各楔块弹.。性抗力的合力可按以下所示公式4-17进展估算：(4-17)其中，ΔS外是指相邻截面外轮廓长度，通过量测截面夹角，用弧长公式进展计算；所以有，利用弧长公式：=为简化计算，忽略弹性抗力引起的摩擦力。Ri的方向垂直于衬砌外缘，并通过楔块上的抗力图形的形心。将Ri的方向线延长，使之交于竖向对称轴，量取夹角Ψk，将Ri分解为水平与竖直的两个分力：由图4.4衬砌构造计算图示量得夹角Ψk4=61.08°、Ψk5=79.75°弹性抗力计算过程如下表:弹性抗力作用下，基本构造的内力为：弯矩内力：〔4-18〕轴力内力：.〔4-19〕其中，——力至接缝中心点的力臂，由图4.4衬砌构造计算图示量得计算过程见5.13弹性抗力位移计算表计算Δ1σ、Δ2σ〔注：上表中，括号内标注σh意为所得数值是σh的倍数〕以上局部为拱圈内力计算，弹性抗力在下一局部计算边墙时求出。(4)墙顶位移计算边墙计算参数：钢筋混凝土弹性模量E=33.5GPa，,弹性抗力系数K=0.5*106kN/m3,边墙衬砌厚度d=0.85m，侧墙的弹性特征值，边墙换算长度,判断边墙为弹性地短梁A=72.3528=1\*GB3①墙顶单位位移：)=2.707=2\*GB3②墙顶弯矩M0Z、水平力H0Z、垂直力V0Z边墙自重=3\*GB3③计算墙顶位移βz，uz=4\*GB3④求解力法方程将本章式4-8力法方程表示为下式4-22形式(4-22)首先计算力法方程的各项系数：=-〔18931.1909+11.3517由4-22可解得X1、X2有：=75.093式中，X1P=75.093X1σ=式中，X2P=,X2σ==5\*GB3⑤最大抗力值σh计算墙顶截面总水平位移：最大抗力值：=故有：==6\*GB3⑥拱部各截面的弯矩、轴力计算计算拱圈各截面弯矩、轴力、剪力，按下式4-24计算(4-24)见附表拱圈内力M计算表、拱圈内力N计算表、拱圈内力Q计算表。=7\*GB3⑦根据强度条件进展校核：闭合差：闭合差=8\*GB3⑧边墙内力和弹性抗力的计算〔1〕计算作用在墙顶截面的弯矩、水平力、竖直力见下式〔4-25〕其中，墙顶在荷载及弹性抗力作用下的弯矩M0Z、水平力H0Z、垂直力V0Z所以作用于墙顶截面的弯矩、水平力、竖向力有，=634.28kN系数计算-77.3758/2a=120.4383K=70.44-K=按照弹性地基梁公式计算边墙的弯矩轴力抗力值将边墙平分为四段，每段H/4=M编号如图计算见表。4.4隧道衬砌内力图及弹性抗力分布图4.4.1位移计算计算表格汇总单位位移计算表5.11载位移计算表5.12弹性抗力计算表5.13拱部内力计算表5.14边墙内力计算表5.15第五章隧道衬砌验算及配筋根据上一章计算得到的隧道衬砌内力需要对隧道衬砌进展截面强度校核、衬砌配筋计算以及配筋后的衬砌裂缝宽度验算，最后，隧道整体衬砌方案确定后，由于隧道修建于地下水位以下，因此需对隧道进展抗浮稳定性验算。5.1隧道衬砌的截面强度验算对于隧道衬砌的几处控制截面进展截面强度验算，分别选取校核截面为：=1\*GB3①拱顶作用有最大正弯矩：M=60.8847kNm，N=454.1106kN，偏心距=2\*GB3②墙底处作用有最大轴力：M=524.2079kNm，N=695.2691kN，偏心距=3\*GB3③拱脚处：M=152.3679017kNm，N=684.2815794kN，偏心距根据《铁路隧道设计标准》破损阶段法计算隧道衬砌强度的方法，对于混凝土矩形截面构件，当轴向力对截面重心的偏心距时，系抗压强度控制承载能力，此时，混凝土矩形截面偏心受压构件抗压强度承载力应按下式5-1计算：(5-1)其中，K安全系数，在考虑混凝土到达抗拉强度极限时，K取3.0N隧道衬砌轴力设计值构件的纵向弯曲系数，对于隧道衬砌取1.0轴向力的偏心影响系数，根据e0/h的大小查表得到混凝土的抗压极限强度，对C45混凝土取33MPab、h为衬砌计算宽度和衬砌厚度，分别取1m和0.55m对于轴向力对截面重心的偏心距且的情况，应从抗裂要求出发，混凝土矩形截面偏心受压构件的抗拉强度应按下式5-2计算：(5-2)其中，混凝土的抗拉极限强度，对于C45混凝土，取；其余符号含义均同前；〔1〕拱顶对于隧道拱顶，，e0/h=0.244，查表得偏心影响系数，应从抗裂要求出发，因此有，显然满足；〔2〕拱脚对于隧道衬砌拱脚，轴向力对截面重心的偏心距，e0/h=0.007，查表得偏心影响系数系抗压强度控制承载能力，所以有，显然满足；〔3〕墙底对于隧道边墙墙底，轴向力对截面重心的偏心距，e0/h=0.0972，查表得偏心影响系数，应按照式5-1进展衬砌强度计算，所以有，显然满足；5.2隧道二次衬砌配筋计算根据上一章计算得到的衬砌内力，进展隧道衬砌配筋，由弯矩图可知，隧道衬砌受到的最大正弯矩和最大负弯矩接近，数值相差不大，因此，对隧道配筋计算时按照对称配筋计算，选择计算得到的钢筋面积中的较大值对隧道衬砌通长配置。〔1〕计算参数隧道衬砌混凝土选用C45，轴心抗压强度设计值，轴心抗拉强度设计值，中板选用C40混凝土，；钢筋选用HRB335带肋钢筋，抗拉、抗压强度设计值为；受弯截面高度，混凝土最小保护层厚度,截面内下部和上部受力钢筋的合力作用点距截面较近边沿的距离分别为，取，则截面有效高度〔2〕计算截面的选取=1\*GB3①拱圈最大正弯矩〔拱顶〕：M=60.8847kNm，N=454.1106kN，Q=0kN，轴力对重心的偏心距=2\*GB3②拱圈最大负弯矩：M=315.6365867kNm，N=698.174kN，，轴力对重心的偏心距=3\*GB3③最大轴力处〔墙底〕：M=524.2078533kNm，N=695.2691N，轴力对重心的偏心距=4\*GB3④最大剪力处〔拱脚〕：M=-152.3679kNm，N=684.2816kN，轴力对重心的偏心距=5\*GB3⑤边墙最大弯矩处：M=524.2078533kNm，N=695.2691kN，轴力对重心的偏心距〔3〕计算初始偏心距并判断偏压类型初始偏心距：〔5-3〕其中，为附加偏心距，取偏心方向截面尺寸的1/30和20mm中的较大者，在本设计截面中，均取所以有，由《铁路隧道设计标准》10.2.3条规定，对于隧道衬砌构造，可不考虑挠度对偏心距的影响，因此不必乘偏心距增大系数〔4〕初步判断偏压类型当时，初步判断偏心受压构件偏压类型为大偏心受压；〔5〕轴向力至受拉钢筋合力作用点的距离e〔5-5〕所以有，〔6〕受力钢筋面积计算对称配筋时，截面两侧的钢筋数量和级别均一样，即，。由力的平衡条件，可得基本计算公式如下式5-6：=1\*GB3①对于隧道拱顶，所以，隧道拱顶按照构造最小配筋率配置受力钢筋。最小配筋率取0.2%和0.45ft/fy中的较大值，，根据《混凝土构造设计标准》受压、受拉钢筋总配筋率不能小于0.6%，由于本设计采用对称配筋，所以取每侧最小配筋率0.3%；隧道拱顶受力钢筋面积：选取4Φ25,As=As'=1964mm2=2\*GB3②对于隧道拱圈最大负弯矩处，所以，隧道拱圈最大负弯矩按照构造最小配筋率配置受力钢筋。构造配筋量应与隧道拱顶一样，选取4Φ25,As=As'=1964mm2=3\*GB3③对于隧道边墙墙底处，所以，隧道边墙墙底按照构造最小配筋率配置受力钢筋。构造配筋量应与隧道拱顶一样，选取4Φ25,As=As'=1964mm2=4\*GB3④对于边墙拱脚处，所以，隧道边墙拱脚按照构造最小配筋率配置受力钢筋。构造配筋量应与隧道拱顶一样，选取4Φ25,As=As'=1964mm2=5\*GB3⑤对于隧道边墙最大弯矩处，所以，隧道边墙最大弯矩处按照构造最小配筋率配置受力钢筋。构造配筋量应与隧道拱顶一样，选取4Φ25,As=As'=1964mm2〔7〕箍筋计算=1\*GB3①选取计算截面及设计参数选用HPB300箍筋，强度设计值，箍筋直径选用Ф10，单根箍筋面积，选用四肢箍，n=4。=2\*GB3②判断是否需要计算配置箍筋对于隧道衬砌，混凝土自身所能抵抗的剪力值为：因此，隧道中板和隧道边墙可以仅按照构造要求最小配箍率进展配置箍筋，选取箍筋间距S=150mm验算最小配箍率，按照最小配箍率配置，为施工方便，取箍筋间距与隧道拱圈一样s=150mm将各截面钢筋配筋量进展汇总，见下表5-2表5-2衬砌配筋汇总表截面位置内力值受力钢筋面积及配筋率箍筋配置及配筋率M/KNmN/KN拱圈最大正弯矩60.8847454.11064Φ25,As=As'=1964mm2，0.36%4Ф10@150，ρ=0.216%拱圈最大负弯矩-315.6366698.1744Φ25,As=As'=1964mm2，0.36%4Ф10@150，ρ=0.16%拱底内力-152.368684.28164Φ25,As=As'=1964mm2，0.36%4Ф10@150，ρ=0.16%边墙底部内力524.2079695.26914Φ25,As=As'=1964mm2，0.36%4Ф10@150，ρ=0.16%边墙最大负弯矩-152.3677634.28164Φ25,As=As'=1964mm2，0.36%4Ф10@150，ρ=0.16%隧道衬砌配筋详图见施工图纸第6章隧道施工组织设计6.1隧道施工总体说明6.1.1工程概况6.1.2设计依据一、依据的相关文件1.《青岛市城市总体规划〔2006-2020〕》2.《青岛市城市综合交通规划〔2008-2020〕》3.《青岛市轨道交通线网规划修编报告》〔2008.09〕4.《青岛市城市快速轨道交通建设规划〔2009-2016〕》5.《城市轨道交通工程工程建设标准》〔建标104-2008〕6.《青岛市地铁一期工程〔3号线〕总体设计》及专家审查意见7.《青岛市地铁一期工程〔3号线〕初步设计》及专家审查意见8.《青岛市地铁一期工程〔3号线〕施工设计文件技术要求》9.青岛市地铁一期工程〔3号线〕《文件编制统一规定》10.青岛市地铁一期工程〔3号线〕《文件组成与内容》11.《青岛市地铁一期工程〔3号线〕地质勘察一标段中山公园站详细勘察阶段岩土工程勘察报告》二、工程建设标准强制性条文公路工程局部执行情况本设计严格按照交通部公布的行业标准和相关的国家标准执行，中华人民共和国《工程建设标准强制性条文》公路工程局部有关隧道的强制性条文执行情况如下：〔1〕隧道规划和设计应遵循能充分发挥隧道功能、安全且经济地建设隧道的基本原则。隧道设计应有完整的勘测、调查资料，综合考虑地形、地质、水文、气象、地震和交通量及其构成，以及营运和施工条件，进展多方案的技术、经济、环保比较，使隧道设计符合安全实用、质量可靠、经济合理、技术先进的要求。〔2〕本隧道能充分发挥隧道功能、安全且经济地建设隧道的基本原则，并作出充分的资料调查、收集，进展多方面综合比较使隧道设计符合安全实用、质量可靠、经济合理、技术先进的要求。〔3〕隧道主体构造必须按照永久性建筑设计，具有规定的强度、稳定性和耐久性；建成的隧道应能适应长期营运的需要，方便作业。〔4〕本隧道按新奥法进展设计，衬砌构造采用复合式衬砌，通过构造计算和工程类比，到达规定的强度、稳定性和耐久性。〔5〕应加强隧道支护衬砌、防排水、路面等主体构造设计与通风、照明、供配电、消防、交通监控等营运设施设计之间的协调，形成合理的综合设计。必要时应对有关的技术问题开展专项设计和研究。〔6〕本隧道设计过程中加强了隧道支护衬砌、防排水、路面等主体构造设计与通风、照明、供配电、消防、交通监控等营运设施设计之间的协调，防止出现干扰及不匹配问题。〔7〕隧道土建设计应表达动态设计与信息化施工的思想，制定地质观察和监控量测的总体方案；地质条件复杂的隧道，应制定地质预测方案，以及时评判设计的合理性，调整支护参数和施工方案。通过动态设计使支护构造适应于围岩实际情况，更加安全、经济。隧道土建设计中已作出专门的动态设计，施工中可根据此进展合理地调整。〔8〕应根据隧道不同设计阶段的任务、目的和要求，针对公路等级、隧道的特点和规模，确定搜集、调查资料的内容和范围，并认真进展调查、测绘和试验。调查的资料应齐全、准确，满足设计要求。〔9〕本隧道在初步设计阶段、施工图阶段均按照标准要求进展物探、钻探、地质调查、调绘、水文调查来满足设计要求。〔10〕应根据隧道所通过地区的地形、地质条件，并综合考虑调查的阶段、方法、范围等，编制相应得调查方案。在调查过程中，如发现实际地质情况与预计的情况不符，应及时修正调查方案。〔11〕本隧道在初设、施设阶段均进展相应得调查并编写出详尽的调查方案，在调查过程中未发现实际地质情况与预计情况不符。〔12〕隧道应遵循“早进洞、晚出洞〞的原则，不得大挖大刷，确保边坡及仰坡的稳定。本隧道进、出口洞口边仰坡开挖高度控制在20m以内。〔13〕隧道衬砌设计应综合考虑地质条件、断面形状、支护构造、施工条件等，并应充分利用围岩的自承能力。衬砌应有足够的强度和稳定性，保证隧道长期安全使用。本隧道综合考虑地质条件、断面形状、支护构造、施工条件，在充分考虑围岩的自承能力前提下进展了衬砌的强度和稳定性验算。〔14〕隧道防排水应遵循“防、排、截、堵结合，因地制宜，综合治理〞的原则，保证隧道构造和营运设备的正常使用和形成安全。隧道防排水设计应对地表水、地下水妥善处理，洞内形成一个完整畅通的防排水系统。〔15〕本隧道设计结合衬砌，在二次衬砌与初期支护之间敷设防水层防水，保证洞内行车安全，洞口通过设置洞外截水沟、洞顶排水沟、路基边沟等排水设施，保证洞口不受雨水冲刷破坏。〔16〕隧道路基应稳定、密实、匀质，为路面提供均匀的支承。本隧道路基严格按照路基设计标准进展，在图纸中对路基的压实度提出明确要求。6.2施工组织机构及施工队伍安排一、施工组织机构为了加强建设工程管理、全面履行合同、控制建设投资，确保全面实现工期、质量、安全、保护生态环境，全面实现建设目标，我公司按照工程法施工组建工程经理部，承当本工程的施工任务。工程经理部由领导层和职能部门组成，设工程经理1人、书记1人、工程副经理1人、总工程师1人。六个职能部门，即工程技术科、安全质量科、方案合同科、财务科、物资设备科、综合办公室。二、管理职责1工程经理〔1〕全面负责本工程的施工组织指挥和管理，对工程质量、环境、职业安康安全、工期负总责；组织实施综合管理方针，确保质量、环境、职业安康安全目标的制定和实施；〔2〕组织筹划、建设、实施和保持工程部综合管理体系，确保综合管理体系的符合性、适宜性和实施的有效性。2工程副经理〔1〕协助工程经理抓好现场管理，对管理体系文件的贯彻实施情况进展检查和监视;〔2〕组织协调产品实现过程中影响质量、环境、职业安康安全目标实现的相关因素；〔3〕有效组织施工生产，确保实现工程部质量、环境和职业安康安全目标，实现优质服务。3总工程师〔1〕对本标段施工技术、计量测试和工程质量负技术责任，对管理体系文件的贯彻实施情况进展检查和监视；〔2〕组织贯彻技术标准、施工标准、质量标准，跟踪有关科技信息，推进科技创新与开发；〔3〕审批施工组织设计，解决施工中重大技术难题；〔4〕参加工程质量事故的处理工作，审批处理方案。6.3隧道施工方法和工序6.3.1施工总体方案施工总体方案安排原则：1、根据本隧道段主要工程工程及其数量，充分运用网络方案技术，统筹兼顾，合理地投入资源(机械设备、劳动力、材料、资金等)。2、掘机械设备潜力，发挥企业综合优势，确保优质、高效地完成施工任务。3、以组织均衡法施工为基本方法，本地区冬季时间相对较长，隧道施工直承受冬季影响，因此必须抓住施工的黄金季节，在队伍进场后，迅速组织施工，充分投入资源，确保总工期的实现。4、优化施工方案，采用先进技术和工艺，攻克难点，快速施工。6.3.2B型车站主体开挖施工步序1.开挖上部台阶，及时施做初期支护；2.纵向错开上台阶，开挖中台阶，及时施做初期支护； 3.纵向错开中台阶，开挖下台阶，施做初期支护； 4.设仰拱防水层，施做仰拱及矮边墙；5.铺设防水层，施做其余二衬。6.3.3洞外施工在进展洞口段开挖施工前，作好洞顶截水沟，洞口排水沟的施工，防止地表水渗入开挖面影响明洞边坡和成洞面及仰坡的稳定；在进展开挖的过程中，边仰坡防护与边仰坡开挖同时进展，进口边仰坡按设计打锚杆、挂金属扩张网、喷射混凝土防护；出口仰坡采用注浆小导管进展成洞面加固。开挖到洞面附近时，洞口段超前支护施工完成后再开挖进洞。洞口地质较差，雨季施工时，加强防护，并随时检测检查山坡稳定情况。6.3.4洞内施工隧道明洞开挖和边仰坡施工一起进展，通过测量放样确定明洞地表的开挖范围界限，自地表逐步向下开挖刷坡，逐步进展口开挖到位后，检查和去除松石，进展边坡锚喷防护。同时应埋设泻水管、洞底拉槽等排水系统。明洞硅浇注完成后及时采用浆砌片石在洞身和边坡间回填密实。隧道暗洞施工前需做好进出口长管棚施工，在管棚和超前小导管等超前支护的保护下进展掘进开挖，开挖拱部采用光面爆破以最大限度地保护周边岩体的完整性，使拱部围岩只受一次扰动就能炸出光滑、平顺、规则的岩面，有效减少超挖量，提高围岩的自稳和初期支护的承载能力;边墙和仰拱局部采用预裂爆破施工，目的也在于通过周边炮眼的预裂，减轻爆炸过程爆轰波对围岩的屡次扰动，以到达隧道洞内施工的简易性和安全性。6.3.5钻爆设计原则钻爆设计原则：满足施工安全、工程质量、施工工期，按照工程的具体情况，合理选择爆破参数，并且在施工中不断总结，使爆破参数到达最优化，以不断提高工程质量为原则。6.3.6施工单位的出渣运输作业应符合以下要求〔1〕装渣设备能在隧道开挖断面内发挥高效率，其装渣能力应与每次开挖土石方量及运输车辆的容量相适应。〔2〕机械装渣作业应严格按操作规程进展，不得损坏已有的支护及临时设备。在台阶或棚架上向下扒渣时，应保证渣堆稳定，防止滑坍伤人。〔3〕卸渣作业应根据弃渣场地形条件、弃渣利用情况、车辆类型，妥善布置卸渣线，卸渣应在布置的卸渣线上依次进展。〔4〕卸渣场地应修筑永久排水设施和其他防护工程，确保地表径流不致冲蚀弃渣堆。〔5〕因隧道长度较长，开挖中应采用有轨运输，减少机械的烟雾排放量。6.4施工组织本卷须知6.4.1隧道施工通风与防尘〔1〕隧道施工单一洞口通风采用自然通风。〔2〕防尘采用湿式钻孔，爆破后采用喷洒水幕降尘法可以到达充分降尘的口的。6.4.2质量、安全、环保、工期保证措施一、隧道工程质量保证措施〔1〕建设健全工程质量保证体系和创优体系;〔2〕提高全员质量意识;〔3〕狠抓工序质量，确保隧道整体质量;〔4〕严格执行各种技术管理制度。二、隧道施工现场安全措施〔1〕施工过程中，制定工程经理负责的安全管理体系，把隧道施工安全作为工程建设的首要目标，并具有合同责任，做到“安全第一、预防为主〞。〔2〕建设健全安全生产管理体系，成立施工安全领导小组，专职检查隧道施工安全，由工程经理担任组长，定期或不定期地召开现场安全生产会议，研究项口安全生产情况，发现问题及时解决处理。〔3〕从事隧道施工人员必须经过专业培训、持证上岗，机械操作人员必须熟练掌握设备的性能和操作规程，严格按标准作业，标准施工。所有工作人员必须严格佩戴劳动防护用品，必须严格遵守劳动纪律，严禁酒后上岗，严禁在工作岗位打闹，工作人员必须熟知消防和设备报警信号。〔4〕洞内爆破作业要严格按照《隧道爆破安全操作规程》和有关规章制度作〔5〕加强围岩监控量测。严格按技术标准做好围岩监控量测，注意围岩变形，及时反响围岩变形信息，做好变形预报，指导施工。三、隧道施工工期保证措施〔1〕调遣精兵强将，强化隧道施工管理。上场后，迅速成立各种专业施工队，投入足够的劳力和技术骨干，建设各种管理领导体系，并迅速驻进施工现场，保证工程尽早开工。〔2〕进展科学组织和精心施工。加强施工方案的科学性，做到点段明确，轻重清楚，施工方案切实可靠，资源配制得当，确保工程按方案完成。〔3〕应用先进高效的生产设备及采用先进合理的施工工艺。〔4〕做好协调，减少施工干扰。成立专门协调小组，下大力气加强和有关部门联系协作，主动配合，力争在每个工序开场前把干扰减少到最低限度，使隧道施工顺利进展，只有做到这些才能确保工期要求。〔5〕抓住时机掀起施工高潮。隧道施工当中要适时开展劳动竞赛活动，发扬前无险阻和特别能打攻坚战的好传统，适时掀起施工高潮，振奋精神，加快施工进度。6.4.3文明施工推行文明施工标准化作业，施工时严格按工艺操作规程执行。把工程质量建设在科学可靠的根基_卜，施工现场作到管理有序，工地布置合理，材料堆放整齐，场地平整，道路畅通，排水流畅，机械状况良好，施工安全紧张有序。施工时要认真执行局制定的“现场施工技术管理实施细则〞和“工序作业细则〞，做到每个工序有标准、有检查、有验收、有结论、按质论价，确保一次成优。尊重当地民风、民俗，尊重当地的宗教习惯和地方乡规民约。6.4.4环保措施〔1〕施工中应尽量保护好竖井周围的树木、花草绿地，不得不迁移的树木花草，工程竣工后必须予以还建，一保持原有环境。〔2〕施工弃土临时堆砌坡脚宜设支挡物，并尽快运到指定排放场，防止乱取乱弃，破坏自然环境；运输弃土车辆不宜装得过满，应加盖篷布。进出场车辆必须把车轮冲洗干净，并不得超载。〔3〕施工期间，施工中产生的废水需沉淀后才能排放至市政雨、污水管道。〔4〕施工噪声应满足《建筑施工场界噪声限值》〔GB12525-90〕的要求，合理安排施工时间，尽量避开居民休息时间进展强噪声操作。〔5〕选用的施工注浆浆液必须对地下水无污染。专题设计矿山法隧道国内外开展状况改革开放以来，随着国民经济的迅速开展，公路交通建设规模口益扩大，技术进步到达新的水平，公路隧道建设不仅在山区和丘陵地区公路建设中，而且在东部江河桥隧跨越方案比选中，日益引起人们重视，并得到很大开展。据统计，1979年我国公路隧道通车里程仅为52km／374座，而2002年底，我国公路隧道通车里程已达704km／1700多座，比1979年增K厂13倍多，比1993年增长了5倍多。日前已建和在建的1．5km以上3车道隧道5座，3kin以I：的特长隧道26座，在建6tan以上隧道5座。可以毫不夸大的说，目前我国公路隧道开展已进入全盛时期。

特别是近十年来，我国修建了不少特长隧道、长隧道以及隧道群，隧道占公路里程比重不断增大，同时隧道建设技术得到了日新月异的提高和开展。例如1995年建成的成渝高速公路上的中梁山隧道长3．165km，解决了我国K大公路隧道的通风问题，在我国的现代化隧道建设中具有重要意义；1999年9月全线通车的四川广安地区华蓥山公路隧道长4．795km，地质情况复杂，集溶洞、涌泥、突水、岩爆、高瓦斯和石油天然气于—·身，是有名的“烂洞子〞，经过科研人员和施工技术人员的联合攻关，都得到了成功地解决；1999年底实现双洞通车的全长2x4．116km的浙江省甬台高速公路大溪岭一湖雾岭隧道，设置了照明、通风、防火监控等完善的运营机电设施，它是我同自行设计施上及采用国产材料设备为主的现代化大型隧道；2003年9月通车的山西省雁门关隧道长5．2kan，运用TSP203地质超前预报技术、现场地质分析技术、徕卡TCRAll01全站仪非接触围岩净空位移量测技术等措施，对围岩的稳定性进展综合评价，采用了先进的隧道运营管理机电系统，是日前我国已通车的最长的公路隧道。同时，我国还修建了不少大跨度隧道、连拱隧道和小间距隧道。沈大高速公路改建工程中的金州隧道，单向四车道行车，单洞开挖宽度23m，是亚洲最宽的公路隧道。京珠高速公路五龙岭隧道为双连拱构造，总开挖宽度达32．52m。在地质条件不利的条件下，采用三导坑分部开挖，挂网锚喷加刚拱架联合支护，成功地将我国隧道修建技术向前推进了一步。近代隧道兴起于运河时代，从十七世纪起，欧洲陆续修建了许多运河隧道。其中法国葵达克〔Languedoc〕运河隧道，建于年，长，它可能是最早用火药开凿的公路隧道。1830年前后，铁路成为新的运输手段。随着铁路运输事业的开展，隧道也越来越多。年已出现了长穿越阿尔卑斯山的最大铁路隧道。目前最长的铁路隧道已达。较为完善的水底道路隧道建于1927年，位于纽约哈德逊河底〔Holland隧道〕。现在世界上的长大道路隧道〔以上〕和长大水底隧道〔〕将近百条，最长的为位于瑞士中部芦塞恩湖南侧的圣哥达〔St.Gotthard〕汽车专用隧道，全长。隧道施工与地面建筑物施工不同，其空间有限，工作面狭小、光线暗，劳动条件差，给施工增加了难度。隧道工程的施工条件是极其恶劣的，体力劳动强度和施工难度都相当大。为了减轻劳动强度，人们曾经做过不懈的努力。古代一直使用“火焚法〞和铁锤刚钎等原始工具进展开挖，直到19世纪才开场采用钻爆作业，至今大约有一百多年的历史。在此期间创造了凿岩机，经过将近一个世纪的努力，开展成为今天的高效率大型多头摇臂钻机，工人们已经从繁重的体力劳动中解放出来了。和钻爆开挖法完全不同的还有两种机械开挖法。一种是用于软土地层的盾构机，创造于1818年，经过一个半世纪的不断改良，已经从手工开挖式盾构开展到机械化乃至全机械化盾构，能广泛用于各种复杂的软土地层的掘进。另一种是用于中等坚硬岩石地层的岩石隧道掘进机。目前，已经开展成大断面的带有激光导向和随机支护装置的先进的掘进机，机械化程度大大提高，加上辅助的通风除尘装置，使工作环境得到很大改善。目前应用高压水的射流破岩技术已经过关，它能以很快的速度在花岗岩中打出炮眼，再在隧道周边用高压水切槽，然后爆破破岩。优点是减少超挖，可以开凿任意断面形状的隧道，保护围岩，降低支护成本，并能增加自由面以降低炸药消耗和炮眼数量。但消耗功率较大，设备成本较高，技术上还未到达十分成熟的程度。地层压力的研究开场于14世纪。此后随着采矿和隧道工程的开展，地层压力理论也相应开展着。这种研究基本上沿着两个方向进展，一是把地层视为松散构造的散粒体理论，另一个是把地层视为连续弹性体塑性理论。近百年来，从理论上和工程实践中对地层压力进展了极广泛的研究，获得了不少成果，但仍未得到系统、圆满、严格的理论，直到今天仍在不断的进展着新的探索。20世纪初，普氏以均质松散体为根基，提出了地层压力的计算方法，但他把岩石假定为松散体，并把复杂的岩体之间的联系用一个似摩擦系数描述，这样做法显然过于粗糙，在工程中也常常出现失败的情况。不过，因为这个方法比较简单，所以现在普氏理论还在应用着。即使对不熟悉地质或不了解现场地质条件的人，也能利用普氏系数来进展设计。我国著名学者陈宗基教授，在1958年首次把岩石力学作为一门边缘科学来开展。过去基本上是把岩石当作材料进展研究的。他强调必须用力学的观点，