《区间隧道设计21000字（论文）》

区间隧道设计摘要我国大城市经济和人口数量都飞速增长，重庆交通无法满足人口增多带来的压力，已经成为阻碍城市更进一步的拦路虎，而地铁已成为近年来世界各国重要的出行选择。地铁的发展日新月异，重庆地区地铁隧道设计和施工成为举足轻重的研究方向。挖隧道的方法包含明挖法和暗挖法、盾构法等多种方法，对不同地区可以选择合适的方法进行隧道施工。本毕业设计为区间隧道设计，在各种规范和文件规定下进行隧道的平面、断面等的设计。此次设计的隧道区间采用盾构法来完成隧道的施工工作，盾构方法在施工产生的音量小方面略胜一筹，作业过程对周围环境造成的影响没有很大。本设计中需进行的计算工作有围岩压力、衬砌结构的内力，包含弯矩、轴力等，还有衬砌管片的配筋计算、强度验算、裂缝检算及抗浮验算、盾构竖井的设计方案等。关键词：区间隧道设计；盾构法；内力计算；检算；验算目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 7一、研究背景 7二、国内外发展状况 7三、地铁的优势 72工程概况 82.1工程设计范围 82.2工程设计规模 82.3设计思路及原则 82.3.1设计思路 82.3.2设计原则 92.4设计标准 92.5设计依据及用到的规范和规程 92.5.1依据 92.5.2用到的规范和规程 102.6工程地质 112.6.1地形地貌 112.6.2场址地层岩性 112.7地质构造 122.8水文地质条件 132.9岩土参数表 132.10不良地质现象 142.11地震与地震效应评价 143区间隧道设计 143.1隧道平面 143.2隧道纵断面 143.3隧道横断面 144隧道施工方法及衬砌结构设计 154.1隧道施工方法 154.2隧道内径及衬砌类型选择 164.2.1隧道内径 164.2.2衬砌类型 164.2.3衬砌形式 174.3管片参数 174.3.1管片厚度 174.3.2管片宽度 174.3.3衬砌环分块 184.3.4管片拼装方式 184.3.5管片连接 185隧道衬砌结构内力计算 185.1围岩压力计算 185.1.1最小埋深断面压力计算 185.1.2选取最大埋深断面计算 225.1.3选取天梨路站附近埋深断面计算 235.2修正惯用法进行管片内力计算 255.2.1选取最小埋深断面计算 265.2.2选取最大埋深断面处计算 315.2.3选取天梨路站附近断面计算 356衬砌管片配筋计算与验算 396.1最小埋深截面 396.1.1正截面配筋计算 396.1.2斜截面配筋计算 436.1.3截面复合及强度验算 446.1.4裂缝宽度验算 466.1.5环向螺栓连接检算 486.2最大埋深截面 486.2.1正截面配筋计算 486.2.2斜截面配筋计算 526.2.3截面复合及强度验算 536.2.4裂缝宽度验算 546.2.5环向螺栓连接检算 566.3天梨路站附近截面 566.2.1正截面配筋计算 576.2.2斜截面配筋计算 606.2.3截面复合及强度验算 616.2.4裂缝宽度验算 636.2.5环向螺栓连接检算 646.6抗浮验算 657盾构竖井设计 658辅助设计 668.1泵房及通道设计 668.1.1通道开挖设计 678.1.2支护方式 678.2隧道防水 688.2.1防水原则 688.2.2防水标准 688.2.3技术要求 688.2.4防水措施 688.2.5衬砌接缝安装过程中需注意的问题 698.3洞门防水 70参考文献 71

1绪论研究背景我国城市中建筑群增多和经济腾飞，城里人的数量在快速地增加，传统的汽车公交等出行方式已经无法满足日常生活的快节奏，各大城市的人们正在被交通堵塞、各种噪音、空气污染等问题折磨得痛苦不堪，交通事故在生活中已经是司空见惯，亟待解决。重庆市由于是多山的环境，对于公路建设来说条件是比较严苛的，重庆的主要交通干道也多数呈上坡下坡较多交错纵横的状况，出行方式无可奈何借助于轻轨和索道等交通工具，建设地铁能够缓解交通方式较为单调的尴尬，也能提升人们出行的便利性。因此，发展地下铁道是近年来解决重庆交通拥堵和交通事故问题的有效途径。国内外发展状况地铁的建造的步伐无法停下。今天，地球村里有超过40个国家和地区，建成地铁和轻轨总长已经达到了恐怖的8000kM，在一百多个城市建成蜘蛛网般的地下铁网络。每年乘坐地铁来来往往的人次已经有200亿以上，地铁已经是人们出行方式中的中流砥柱，有这无与伦比的潜力！目前我国大部分城市都实现了地铁出行，如北京、上海、广州这样的大城市地铁数量更是已超过15条，其他各地的地铁也正在如火如荼建设中。改革开放带来经济发展和近年来一带一路等战略需要，发展地铁势在必行，是国家重点关注的方向，地铁的发展也呈蓬勃之势，虽然目前已放缓前进的脚步，但是，在我国，我们计划到2050年在全国范围内铺设超过4500公里的城市铁路线。地铁的优势城市地铁具有节省土地、保护环境、运量大、效率高、减少噪音、减少交通干扰等优点。地铁相比于其他的公交、出租等交通工具来说，在中长途出行中具有极大优势，费用较少而且速度很快，在当今快节奏生活方式中扮演重要角色。2工程概况2.1工程设计范围此隧道工程的设计为高滩岩到天梨路站的一个区间，属于重庆地铁九号线建造工程的开始位置。隧道位于梨高路旁建筑群下方，隧道穿过的地方上部建筑包括龙寰世纪小区、升伟新天地等建筑群。2.2工程设计规模本毕业设计隧道全长1140.758m，圆形隧道最大直径6100mm，最小直径5500mm。隧道的左右两条线相距16m，采用单洞隧道的形式，路线隧道底下路板标高介于755.45m~852.50m之间，隧道顶板最大埋深处是24.8m。盾构隧道的纵坡使隧道总体如一个碗呈站位高，区间低的形状。2.3设计思路及原则2.3.1设计思路根据《铁路隧道设计规范》、《地铁工程设计与施工》、《地下铁道设计与施工》等书进行隧道平面设计，包括完成线路选择、线路绘制等工作；然后进行隧道断面设计，包括纵断面形状、建筑界限等；而后进行围岩压力的计算和衬砌内力的计算；最终对盾构竖井设计，完成防排水设计。如有必要还需进行通风照明，通电设计。2.3.2设计原则①依据国家技术标准要求，需要实现安全牢靠的结构设计，而且既要保证省钱，又要让施工可以稳定进行。②隧道设计尽量减少施工时对地上和地下建筑物、管线、周围环境及城市规划所造成的影响，并采取环境保护措施。③衬砌应根据隧道覆土厚度，地质状况的差异，合理选用与其特点类似的标准和方法来分段计算，这样既经济又安全。④结构的尺寸必须符合隧道施工的限制以及其他用途或其他工作的要求，并兼顾到施工误差，结构变形和结构沉降的影响。⑤结构设计时应用极限状态设计法，进行结构强度、刚度计算，稳定性验算，并根据抗震等要求进行验算。⑥隧道结构设计满足自身强度标准和刚度标准之后，还需满足防排水、防腐蚀以及设备预埋件的设置等要求。2.4设计标准地铁隧道结构设计应该使用年限为100年；本工程安全等级为一级；地下抗震设防类别乙类，地震设防烈度为6度，结构按7度取用抗震设防，抗震等级为三级；隧道按6级人防荷载来验算，设置相应防护措施；Ⅰ-C类环境中，钢筋混凝土管片裂缝宽度不超过0.2mm，其他环境为0.3mm,迎水面与背水面不相同；防水等级为二级，防水混凝土等级采用P12；地下水位以下的抗浮稳定性验算按最不利情况条件。2.5设计依据及用到的规范和规程2.5.1依据《重庆市城乡总体规划（2007～2020年）》（2011年修订）《重庆市城市综合交通规划》《重庆市城市快速轨道交通线网规划》《重庆市城市快速轨道交通第二轮建设规划（2012～2020）》及国家发改委批复意见《重庆市城市快速轨道交通线网九号线控制性详细规划》重庆市规划局提供的市政路网、用地红线等规划资料《重庆轨道交通九号线一期工程（高滩岩—回兴）可行性研究报告》（2015年7月）及专家评审意见重庆市轨道交通（集团）有限公司技术委员会对《重庆轨道交通九号线一期（高滩岩—回兴）工程初步设计（送审稿）》（2016年1月）专家评审意见设计审查单位北京城建设计发展集团对《重庆轨道交通九号线一期工程（高滩岩—回兴）初步设计（送审稿）》的审查意见重庆轨道交通九号线一期工程总体组下发的《重庆轨道交通九号线一期工程初步设计技术要求》重庆轨道交通九号线一期工程总体组下发的《重庆轨道交通九号线一期工程初步设计文件组成与内容》重庆轨道交通九号线一期工程总体组下发的《重庆轨道交通九号线一期工程初步设计文件编制统一规定》重庆市轨道交通（集团）有限公司下发的相关要求《重庆轨道交通九号线一期工程(CK0+000.000~CK28+191.098)初步勘察报告》（2014.4）《重庆轨道交通九号线一期(高滩岩~回兴)工程场地地震安全性评价报告》《重庆轨道交通九号线一期工程(高滩岩~回兴)环境影响报告书》（2016.5）轨道交通九号线一期工程初设修编线路平、纵断面图（第二版）提资20170510》(CQ9I-CMI-CS-XL-HT-2017-015起点至天梨路段地质补充勘察资料；2.5.2用到的规范和规程《地铁设计规范》（GB50157-2013）《城市轨道交通技术规范》（GB50490-2009）《城市轨道交通工程项目建设标准》（建标104-2008）《铁路工程结构可靠度设计统一标准》(GB50216-94)《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068－2001）《建筑工程抗震设防分类标准》（GB50223－2008）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）《铁路混凝土结构耐久性规范》（TB10005-2010）重庆市《建筑地基基础设计规范》（DBJ50-047-2016）《轨道交通工程人民防空设计规范》（REJ02－2009）《人民防空工程设计规范》（GB50225-2005）《钢筋机械连接通用技术规程》（JGJ107-2016）《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CCJ49-92）《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB50909-2014)2.6工程地质2.6.1地形地貌隧道区间区域原始地貌为构造剥蚀丘陵区，原始地形起伏总体较小，经人工改造为城区，目前地势总体较平缓，海拔高程282～297m，相对高差约15米，地形坡角一般3~10°。2.6.2场址地层岩性通过对场地的地面地质调绘，结合工程地质钻探并综合分析已有区域地质成果，沿线出露的地层主要有第四系全新统人工填土层(Q4ml)、残坡积层(Q4el+dl)、冲积土、为侏罗系中统沙溪庙组(J2s)、新田沟组(J2x)岩层。各地层岩性特征依新老顺序简述如下：1）第四系覆盖层⑴第四系全新统人工填土(Q4ml)拟建线路主要沿城市主干道行进，人工填土基本上以素填土为主，少量杂填土主要集中在居民区和厂区之中，分布范围较小。素填土多为紫褐色，以粘性土夹砂岩、泥岩碎（块）石为主，块石含量25～45％，粒径200～1000mm，碎石含量10～30％，粒径20～200mm，结构一般稍密～中密，稍湿；杂填土多呈杂色，以生活垃圾和建筑垃圾为主，结构一般呈稍密状，稍湿，厚度0.5~8m。⑵第四系全新统残坡积粉质粘土(Q4el+dl)紫色～黄褐色，一般呈可塑～硬塑状。无摇振反应，干强度中等，韧性中等～高，主要分布于原始地貌中为沟谷的地段，厚度0.8~1.7m，未发现流塑~软塑状粘土，线路经过处，未发现鱼塘分布，未见淤泥。2）侏罗系中、下统⑴侏罗系中统沙溪庙组(J2s)：为一套强氧化环境下的河湖相碎屑岩建造，由砂岩——泥岩不等厚的正向沉积韵律层组成。砂岩：灰色～紫灰色，细～中粒结构，厚层状构造；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，局部为泥质胶结，岩质硬，岩体完整性好，岩体基本质量等级为III~IV级。砂质泥岩：以紫红色为主，主要矿物成分为粘土矿物，粉砂泥质结构，中厚层状构造，中等风化岩体裂隙不发育，岩体较完整，岩质较硬。岩体基本质量等级为IV~V级。沿线基岩强风化带厚度一般1.2～2.0m。基岩强风化带岩体破碎，风化裂隙发育，岩质软，岩体基本质量等级为V级。2.7地质构造隧道区域位于川东南孤形地带，华蓥山帚状褶皱束东南部；构造骨架形成于燕山期晚期褶皱运动。本段地质构造上位于龙王洞背斜西翼，隧道洞轴走向与构造线走向小角度斜交，岩层倾角平缓。2.8水文地质条件隧道区域位于构造剥蚀丘陵地貌上，第四系覆盖层一般厚度较小，沟谷地段覆盖层厚度较大；基岩为砂岩和泥岩互层的陆相碎屑岩，含水微弱。地下水的富水性受地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制，主要为大气降水、地面池塘水体渗漏及城市地下排水管线渗漏补给。根据沿线地下水的赋存条件、水理性质及水力特征，沿线地下水可划分为第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水。2.9岩土参数表表2-1设计参数建议值表岩土参数填土粉质粘土砂质泥岩砂岩岩、土界面重度(kN/m3)20~21*20*2524内聚力(kPa)综合28900~12001500~200020内摩擦角(°)324210地基承载力基本值σ0(kPa)500～10002000～2500抗压强度(MPa)天然11.9834.2饱和7.224.8抗拉强度(kPa)132576变形模量(MPa)10543656弹性模量(MPa)13744356泊松比0.36~0.410.11~0.14砂浆与岩石的粘结强度(MPa)0.200.35基底摩擦系数0.400.55弹性抗力系数(MPa/m)200~500500～10002.10不良地质现象隧道区间原始地貌为构造剥蚀浅丘地貌，被人工改造成为城市主干道，地形较平坦，土层种类较单一，岩层受构造应力作用轻微，构造裂隙不发育，基岩完整性较好，无不良地质作用，未见断层通过，也未发现滑坡、危岩、崩塌、泥石流等不良地质现象。2.11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)及《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001），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。3区间隧道设计3.1隧道平面地铁隧道从高滩岩站出发到龙寰世纪小区，经升伟新天地，最终到天梨路站。隧道区间全长1140.758m，左右隧道间距16m。3.2隧道纵断面依照《地铁设计规范》，车站位置在线路纵断面最小埋深处，这样设计能够保证坡度使列车在进站时能够降低速度，增加其刹车的使用年限，减少列车的能量损耗，节约更多的能源。我国地铁最大坡度小于30‰，艰难路段也最多为35‰。最小坡度要大于3‰，如果考虑排水则可小于3‰，坡的长度不得小于50m。3.3隧道横断面①获取一些资料，例如调查后的地形，地质条件，气候，社会，人类和环境条件。在此基础上，我们将综合一些条件，并根据隧道表面的各个轴向，水平和垂直线为该项目提出总体规划。②出现地质状况非常差的路段，极长隧道的位置应根据不良地质路段位置来控制总体线路的走向，避免对施工造成影响以及经济损失；长隧道的位置也应该与隧道的走向结合起来考虑，尽可能避开不良地质路段；中、短隧道可不更改线路走向。③隧道建筑界限要根据列车车型和设备类型确定。断面轮廓既要满足隧道使用功用完善和结构良好，又要保证其经济且适合。④在进行通风、照明等设施的设计时，要考虑人口、距离、经济要求，确定设施规模，极长隧道还要进行防火设计。⑥隧道内的防排水、消防系统、辅助通道等的设计，应综合考虑到施工方法、工期、隧道长度等因素的影响，保证其合理性和经济性兼顾。4隧道施工方法及衬砌结构设计4.1隧道施工方法隧道施工用到的办法目前较多的是明挖法，暗挖法和盾构法。明挖法虽然施工简单、快速，但会产生不堪入耳的杂音污染、粉尘及建筑废泥浆等难处理物，对人们的生活和环境都会造成较大消极影响，工期相对长，恶劣天气难以施工。本隧道的位置在有较多居民和商场的附近，且道路交通对比其他地方是复杂的，还有一些较容易受到影响的建筑，因此不宜用明挖法来作为作业方式。矿山法暗挖隧道往往在硬、软岩层中完成隧道的挖掘，特别是中硬岩，矿山法的运用最为广泛，此隧道工程的工期要求短，地下水储藏虽然不够多，但是矿山法防水和支护都对于这种地形来说是一个极大的挑战；隧道穿过地层为粉质黏土和泥质砂岩，矿山法会对围岩形成不可逆的毁坏。加上工期较为冗长，耽误的时间多，因此矿山法施工过于费时费力。盾构法施工方法就想地鼠在家中打洞一般，是跟暗挖比较相像的。盾构机能够完成多种作业一体化，让开挖更简单，管片即为支护和衬砌，隧道建成时也就是衬砌完成时。盾构隧道的建成还得千斤顶来完成，盾构机进行开挖推进，盾构后方使用预制管片拼装，凭借盾构机的速度可较短时间完成组成隧道基本作业循环。盾构法修筑隧道，施工作业完全能够安全地完成地下开挖与衬砌支护任务；地上施工作业少，振动和声音影响小，对周围住宅的人烦扰少；不受气候或者其他恶劣条件影响，适宜建造深埋隧道；施工自动化水平高，总体施工强度较低，施工管控与治理容易。盾构技术目前不适用于上面覆盖土层较浅的地方施工，表层覆土越少，地表沉降控制越困难；曲率半径过于极端路段，越小越发让施工较艰难且进度慢；在含大量水的地层中施工时完成隧道防水要求很重要。综合各种施工方法的优缺点，以及考虑到本区间隧道的具体情况，盾构法施工能够让它的有点完美发挥，做到物尽其用，而且工程的要求也契合，最终确定盾构法作为建筑本隧道区间的首选方法。4.2隧道内径及衬砌类型选择4.2.1隧道内径要修建的圆形隧道建筑界限为∅5200mm，考虑到施工单位及施工人员的施工误差、线路拟合时的误差、测量不精确造成的误差等多种因素，取100mm的隧道轴线偏差，±50mm的不均匀沉降在隧道建设中以及建成后会产生，取隧道内径为5500mm。4.2.2衬砌类型衬砌段的样式和尺寸与屏蔽结构密切相关。管段可分为钢管管段，铸铁管段，钢筋混凝土管段和复合管段。钢筋混凝土截面的强度足以满足耐压性和耐久性的要求，并且易于制造，造价低，在盾构隧道管片中应用广泛，缺点也很明显：不够轻巧，转运、装配施工过程中混凝土角易被破坏；钢管片是高强材料，又能锡焊连接，易加工，损坏后的修缮工作容易，重量轻，减少工力，施工也很少带来不便，但钢管片刚度小、容易锈蚀，增加后续维护难度；尽管铸铁具有高强，不锈，刚性高的优点，却由于价格昂贵和钢管片一样应用较少。复合类型由钢壳制成，并通过将两者紧密结合而注入钢筋混凝土壳中以形成复合结构。它比钢筋混凝土轻，其刚度比钢高，并且钢的使用比钢大得多。是上成的钢管，但外部的耐腐蚀性差，加工过程不够简单且加工时间极其不简短。经过综合上面说到的几种管片来比较，本区间隧道用钢筋混凝士管片。由于土层中的复杂性和不可预见性等因素，地下工程的施工方法要依靠实践检验，不能只依靠理论计算、数值模拟和相似材料模型试验这些手段来进行，因为它们是存在假定的一定基础上开展的，参数选取人为因素影响太大，往往计算结果与非理论结果存在一点点或者沟壑般的差距，甚至可能与实际结果背道而驰，工程实测结果缺更具真实性，更加适合作为参照。4.2.3衬砌形式盾构隧道衬砌方式囊括预制装配、预制装配和模铸钢钢筋混凝土相结合的双层复合式和挤压混凝土整体式。

预制装配式衬砌在盾构尾部把预制混凝土件拼装成衬砌结构。预制装配式衬砌优胜于其他两种衬砌方式的点在于：工厂事先制成，有机会调整，保证了管片的整体质量，施工能够实现自动化，组装完成即可承受荷载，提升衬砌材料的防水性能和施工工艺之后能够实现单层衬砌满足强度、刚度要求。因此预制装配式衬砌被放在这个区间的建造计划中。4.3管片参数4.3.1管片厚度依照围岩状态、管片用料、覆盖层长度、作业方法等条件来决定管片的厚度，一般取（0.05~0.06）D。如果管片衬砌是单层的，5.5%D即为管片厚度。350mm和300mm两种厚度的管片是目前国内区间隧道最常用的。考虑到重庆高滩岩地质条件及隧道埋深条件，选择管片厚度为300mm。4.3.2管片宽度衬砌管片宽度选取对于隧道造价、施工速度等方面的影响都比较大，应该根据拼装方式和盾构机相配合。宽度小不会有搬运、组装施工不便的情况，不足之处就是接缝增多，防水对比大宽度来说困难程度提升；宽度大则会提高建设过程难度，盾构很笨重的特点就会显而易见。目前区间隧道管片的宽度从700~1000mm提高到了1000~1500mm。对比各宽度对运输难易、预制件装配、施工快慢几个方面的影响，本隧道设计采用1200mm的管片宽度。4.3.3衬砌环分块衬砌环从制造管片资金、防止水渗透的能力、管片从到达到拼起来的效率等方面综合来看，此隧道设计非常适合用六块，标准块、相邻块、封顶块数量分别为3、2、1，组合成圆隧道衬砌环。纵向连接螺栓和环向连接螺栓用来完成管片组装。4.3.4管片拼装方式结构的受力受拼装方式的影响，衬砌环拼装方式：错缝拼接、通缝拼接。错缝拼接具备接缝的位置非常匀称，防止拼装时缝变形大、避免衬砌环变形，刚性强，有利于结构防水的设计等优点。设计中采用错缝拼接。4.3.5管片连接使用柔性连接，纵、环向的连接螺栓安装一排，均使用短直螺栓，在管片上挖出螺栓孔之后不能出现应力集中现象，否则会导致管片从螺栓孔处形成裂缝。榫槽是连接管片必不可少的东西，为了定位和牢固等多方面考虑，可布置在侧面上，方便拼装，也能提供一些抗剪能力。5隧道衬砌结构内力计算5.1围岩压力计算5.1.1最小埋深断面压力计算最小埋深断面顶板埋深14.8m，具体参数如下：图5.1埋深最小处隧道所处地层埋深示意图表5-1最小埋深断面地层参数表地层天然重度/kNm-3饱和重度/kNm-3侧压力系数①杂填土2122.500.5②泥质砂岩2525.900.43③粉质粘土2022.100.39④砂岩2424.50.14计算条件：管片外径：D=6100mm管片幅宽：B=1200mm管片厚度：h=300mm覆盖土厚度：H=24800mm1土压力计算：竖向土压力：（5-1）式中—土层中的土体重度，当存在地下水时，按土体的饱和重度进行计算。—每层地层的厚度；—地面附加荷载，取25kPa。地基反力：（5-2）式中—地基竖向反力；—地面上的附加荷载；—由结构自重产生的地基反力，结构为圆形时。式中d—管片衬砌厚度；—衬砌材料的重度。水平侧压力：对于水土分算：（5-3）式中—计算点处的侧压力；—计算点处的侧压力系数；—计算点处地下水位的高度；—水的侧压力系数，一般取为1；—水重度：10kN/m3。式中的为各层土体的重度，没地下水天然重度，侧压力系数，有地下水有效重度，侧压力系数。土体的有效重度为：式中—饱和重度。对粘性土，则采用水土合算的方法。此时（5-4）式中—计算点处的侧压力；—计算点处的侧压力系数；—计算点处地下水位的高度；—水的侧压力系数，一般取为1；—水重度10kN/m3。2弹性反力计算：土壤弹性反力图形分布在水平直径上下各45°范围内，其分布规律如下（5-5）式中—选取截面与竖直轴的夹角，情况下，抗力值最小，情况下，弹性抗力值最大：；—水平直径处在主动和弹性反力作用下的变位，计算公式如下（5-6）其中—圆环刚度有效系数，；—衬砌的计算半径；—混凝土弹性模量；—惯性矩，圆环计算式为；—侧向地层弹性反力系数，；—地层弹性反力系数，表5-2给出个土层的数值，计算中取。表5-2竖向弹性反力系数与土壤类别的关系土体种类粘土砂粘土砂泥岩砂岩粗砂2030~50200~500500~1000110~130水平直径处在主动和弹性反力作用下的位移弹性抗力最大值：图5.2作用在衬砌结构上的围岩压力示意图5.1.2最大埋深断面计算最大埋深断面顶板埋深24.8m，具体参数如下：图5.3埋深最大处隧道所处地层埋深示意图表5-3最大埋深断面地层参数表地层天然重度/kNm-3饱和重度/kNm-3侧压力系数①杂填土2122.500.5②泥质砂岩2525.900.43③粉质粘土2022.100.39②泥质砂岩2525.900.43④砂岩2424.50.14管片外径：D=6100mm管片幅宽：B=1200mm管片厚度：h=300mm覆盖土厚度：H=24800mm1土压力计算：竖向压力：地基反力：水平侧压力：2弹性反力计算：水平直径处在主动和弹性反力作用下的变位弹性抗力最大值：图5.4作用在衬砌结构上的围岩压力示意图5.1.3天梨路站周围埋深断面计算天梨路站附近断面顶板埋深18.5m，地质情况如下：图5.5天梨路站附近隧道地层埋深示意图表5-4天梨路站附近断面地层参数表地层天然重度/kNm-3饱和重度/kNm-3侧压力系数①杂填土2122.500.5②泥质砂岩2525.900.43③粉质粘土2022.100.39②泥质砂岩2525.900.43④砂岩2424.50.14计算条件：管片外径：D=6100mm管片幅宽：B=1200mm管片厚度：h=300mm覆盖土厚度：H=18500mm1土压力计算：竖向压力：地基反力：水平侧压力：2弹性反力计算：水平直径处在主动和弹性反力作用下的变位弹性抗力最大值：图5.6作用在衬砌结构上的围岩压力示意图5.2修正惯用法进行管片内力计算本设计根据修正惯用法求弯矩及轴力计算公式如表5-7，求剪力的计算公式如表5-8。表5-7惯用法计算弯矩和轴力公式荷载截面位置内力M/kN﹒mN/kN1、自重g2上部荷载q3、地基竖向反力4、均布侧压5、侧压6、水平地基抗力（）表5-8弹性方程计算剪力公式荷载截面位置剪力Q/kN1、自重g2、上部荷载q3、均布侧压4、侧压5、水平地基抗力5.2.1选取最小埋深断面计算惯用法求出的弯矩、轴力、剪力分别如下：表5-9用弹性方程计算的弯矩（kN·m）角度CosSing产生Mq产生MPR产生Me1产生M△e产生MPk产生M总M00128.36784.18-137.24-256.22-34.07-0.23384.7950.0870.99628.04783.05-136.11-252.32-33.68-0.22388.74100.1740.98527.07778.74-132.73-240.77-32.52-0.22399.58150.2590.96625.48768.56-127.13-221.89-30.6-0.2414.22200.3420.9423.3748.04-119.34-196.27-27.93-0.19427.61250.4230.90620.56711.17-109.43-164.69-24.55-0.16432.9300.50.86617.31650.82-97.47-128.11-20.49-0.14421.93350.5740.81913.62559.62-83.55-87.63-15.81-0.1386.14400.6430.7669.54431.53-67.78-44.49-10.59-0.07318.14450.7070.7075.17263.95-50.280-4.93-0.03213.87500.7660.6430.5760.47-31.1944.491.060.0175.42550.8190.574-4.15-166.27-10.6487.637.230.06-86.14600.8660.5-8.9-392.7611.2128.1113.420.11-248.82650.9060.423-13.58-584.8734.18164.6919.460.15-379.97700.940.342-18.1-702.0858.11196.2725.150.19-440.45750.9660.259-22.34-706.6982.81221.8930.30.23-393.8800.9850.174-26.2-577.59108.09240.7734.70.26-219.97850.9960.087-29.58-325.7133.77252.3238.170.2869.289010-32.37-4.86159.65256.2240.550.29419.47950.996-0.087-34.49-819.41185.5252.3241.7-374.381000.985-0.174-35.85-813.59210.88240.7741.52-356.281050.966-0.259-36.34-787.75234.86221.8939.94-327.391100.94-0.342-35.91-742.08256.1196.2736.98-288.631150.906-0.423-34.47-676.93272.83164.6932.67-241.211200.866-0.5-31.98-592.79282.96128.1127.13-186.571250.819-0.574-28.38-490.31284.1487.6320.51-126.411300.766-0.643-23.64-370.27273.8344.4913.03-62.551350.707-0.707-17.73-233.58249.4404.933.071400.643-0.766-10.64-81.27208.38-44.49-3.4968.491450.574-0.819-2.3885.48148.2-87.63-11.93131.741500.5-0.8667.03265.4266.66-128.11-20.07190.931550.423-0.90617.57457.17-38.14-164.69-27.59244.321600.342-0.9429.2659.27-167.66-196.27-34.2290.321650.259-0.96641.84870.18-322.9-221.89-39.65327.581700.174-0.98555.421088.31-504.26-240.77-43.7355.011750.087-0.99669.871311.99-711.54-252.32-46.2371.791800-185.081539.51-943.89-256.22-47.04377.44表5-10用弹性方程计算的轴力(kN)角度正弦值余弦值g产生Nq产生NPR产生Ne1产生N△e产生NPk产生N总N001-10.31-101.09107.96372.6836.930.24406.4150.0870.996-10.12-100.65107.55369.8536.790.24403.66100.1740.985-9.53-98.67106.32361.4436.360.24396.16150.2590.966-8.56-93.17104.28347.7235.630.24386.13200.3420.94-7.23-80.91101.45329.0834.60.23377.23250.4230.906-5.54-57.4797.84306.1233.230.22374.4300.50.866-3.53-17.6593.5279.5131.520.21383.56350.5740.819-1.2243.9488.44250.0729.460.2410.88400.6430.7661.36131.7382.7218.727.050.19461.72450.7070.7074.16247.6576.34186.3424.320.17538.99500.7660.6437.16389.1369.4153.9821.320.16641.14550.8190.57410.3547.0461.92122.6118.10.14760.12600.8660.513.55704.3253.9893.1714.780.12879.92650.9060.42316.85836.2145.6366.5611.450.1976.8700.940.34220.15913.3136.9243.68.260.081022.33750.9660.25923.41908.2527.9424.965.360.06990800.9850.17426.57805.7518.7511.242.910.04865.26850.9960.08729.58613.819.412.831.080.02656.73901032.4371.660000404.06950.996-0.08734.97958.88-13.272.83-0.18983.231000.985-0.17437.24956.77-33.9911.240.64971.91050.966-0.25939.18947.37-61.4624.962.54952.591100.94-0.34240.74930.76-94.6443.65.54925.991150.906-0.42341.88907.07-132.1166.569.62893.021200.866-0.542.57876.47-172.1593.1714.72854.781250.819-0.57442.77839.21-212.8122.6120.71812.51300.766-0.64342.48795.56-251.93153.9827.43767.521350.707-0.70741.65745.85-287.28186.3434.67721.241400.643-0.76640.29690.47-316.56218.742.18675.081450.574-0.81938.39629.83-337.54250.0749.7630.451500.5-0.86635.93564.4-348.12279.5156.96588.681550.423-0.90632.93494.67-346.37306.1263.67551.021600.342-0.9429.39421.18-330.65329.0869.58518.581650.259-0.96625.33344.48-299.66347.7274.44492.311700.174-0.98520.78265.16-252.47361.4478.06472.981750.087-0.99615.76183.83-188.58369.8580.29461.151800-110.31101.09-107.96372.6881.05457.17表5-11用弹性方程计算的剪力(kN)角度正弦值余弦值g产生Qq产生Qe1产生Q△e产生QPk产生Q总Q00100000050.0870.996-2.09-82.832.36-6.940.01-59.47100.1740.985-4.14-163.0963.73-13.820.02-117.31150.2590.966-6.11-238.4393.17-20.580.02-171.92200.3420.94-7.94-306.51119.78-27.140.03-221.79250.4230.906-9.61-365.29142.74-33.40.04-265.52300.50.866-11.07-412.96161.38-39.230.04-301.84350.5740.819-12.29-448.09175.1-44.460.05-329.69400.6430.766-13.24-469.61183.51-48.920.06-348.2450.7070.707-13.88-476.85186.34-52.420.06-356.75500.7660.643-14.2-469.61183.51-54.750.19-354.86550.8190.574-14.17-448.09175.1-55.720.19-342.69600.8660.5-13.78-412.96161.38-55.150.19-320.32650.9060.423-13-365.29142.74-52.90.19-288.26700.940.342-11.85-306.51119.78-48.890.17-247.31750.9660.259-10.31-238.4393.17-43.090.14-198.52800.9850.174-8.39-163.0963.73-35.560.1-143.21850.9960.087-6.09-82.832.36-26.430.06-82.929010-3.4400-15.920-19.36950.996-0.087-0.4782.8-32.36-4.3245.661000.985-0.1742.69163.09-63.737.99110.051050.966-0.2595.89238.43-93.1720.58171.731100.94-0.3428.98306.51-119.7832.97228.681150.906-0.42311.81365.29-142.7444.66279.021200.866-0.514.28412.96-161.3855.15321.021250.819-0.57416.27448.09-175.163.96353.221300.766-0.64317.7469.61-183.5170.67374.471350.707-0.70718.51476.85-186.3474.93383.961400.643-0.76618.67469.61-183.5176.5381.261450.574-0.81918.15448.09-175.175.21366.351500.5-0.86616.99412.96-161.3871.06339.641550.423-0.90615.21365.29-142.7464.16301.911600.342-0.9412.88306.51-119.7854.72254.341650.259-0.96610.09238.43-93.1743.09198.441700.174-0.9856.94163.09-63.7329.74136.041750.087-0.9963.5382.8-32.3615.1869.161800-1000005.2.2选取最大埋深断面处计算惯用法求出的弯矩、轴力、剪力分别如下：表5-12用弹性方程计算的弯矩（kN·m）角度正弦值余弦值g产生Mq产生MPR产生Me1产生M△e产生MPk产生M总M00128.361277.12-218.02-429.74-41.09-0.36616.2650.0870.99628.041275.27-216.23-423.21-40.63-0.36622.88100.1740.98527.071268.26-210.86-403.82-39.23-0.35641.08150.2590.96625.481251.67-201.95-372.16-36.91-0.33665.81200.3420.9423.31218.26-189.58-329.2-33.69-0.3688.79250.4230.90620.561158.22-173.83-276.23-29.61-0.26698.84300.50.86617.311059.92-154.84-214.87-24.71-0.22682.6350.5740.81913.62911.41-132.73-146.98-19.07-0.17626.07400.6430.7669.54702.8-107.68-74.62-12.78-0.11517.14450.7070.7075.17429.86-79.880-5.95-0.05349.15500.7660.6430.5798.49-49.5574.621.270.02125.43550.8190.574-4.15-270.8-16.9146.988.720.1-136.05600.8660.5-8.9-639.6617.8214.8716.190.17-399.52650.9060.423-13.58-952.5254.29276.2323.480.24-611.85700.940.342-18.1-1143.4192.31329.230.340.31-709.35750.9660.259-22.34-1150.93131.55372.1636.550.37-632.63800.9850.174-26.2-940.67171.72403.8241.860.42-349.05850.9960.087-29.58-530.43212.51423.2146.050.45122.229010-32.37-7.92253.62429.7448.920.46692.45950.996-0.087-34.49-1334.5294.69423.2150.3-600.781000.985-0.174-35.85-1325.02335.01403.8250.08-571.951050.966-0.259-36.34-1282.93373.11372.1648.18-525.821100.94-0.342-35.91-1208.55406.84329.244.61-463.811150.906-0.423-34.47-1102.45433.42276.2339.41-387.861200.866-0.5-31.98-965.42449.51214.8732.73-300.291250.819-0.574-28.38-798.52451.38146.9824.74-203.81300.766-0.643-23.64-603.02435.0274.6215.72-101.31350.707-0.707-17.73-380.4396.2705.954.091400.643-0.766-10.64-132.36331.04-74.62-4.21109.211450.574-0.819-2.38139.22235.43-146.98-14.39210.891500.5-0.8667.03432.26105.89-214.87-24.21306.111550.423-0.90617.57744.54-60.58-276.23-33.28392.021600.342-0.9429.21073.69-266.35-329.2-41.26466.071650.259-0.96641.841417.19-512.96-372.16-47.82526.071700.174-0.98555.421772.43-801.08-403.82-52.71570.241750.087-0.99669.872136.71-1130.37-423.21-55.73597.271800-185.082507.25-1499.47-429.74-56.75606.37表5-13用弹性方程计算的轴力(kN)角度正弦值余弦值g产生Nq产生NPR产生Ne1产生N△e产生NPk产生N总N001-10.31-164.64171.51625.0844.540.39666.5750.0870.996-10.12-163.92170.85620.3344.370.39661.91100.1740.985-9.53-160.7168.9606.2343.860.39649.15150.2590.966-8.56-151.74165.66583.242.990.38631.92200.3420.94-7.23-131.76161.16551.9641.740.37616.23250.4230.906-5.54-93.59155.44513.4340.090.36610.18300.50.866-3.53-28.74148.53468.8138.020.34623.43350.5740.819-1.2271.56140.49419.4335.530.32666.12400.6430.7661.36214.53131.38366.8132.630.3747.01450.7070.7074.16403.32121.27312.5429.340.28870.91500.7660.6437.16633.74110.24258.2725.710.031035.14550.8190.57410.3890.9198.37205.6421.840.021227.09600.8660.513.551147.0685.75156.2717.820.021420.47650.9060.42316.851361.8572.48111.6413.810.011576.65700.940.34220.151487.4258.6673.129.970.011649.32750.9660.25923.411479.1844.3941.876.470.011595.33800.9850.17426.571312.2529.7818.853.5201390.97850.9960.08729.58999.6514.954.751.301050.23901032.4605.290000637.69950.996-0.08734.971561.64-21.084.75-0.221580.051000.985-0.17437.241558.19-53.9918.850.781561.071050.966-0.25939.181542.89-97.6441.873.061529.361100.94-0.34240.741515.84-150.3573.126.681486.031150.906-0.42341.881477.26-209.87111.6411.611432.511200.866-0.542.571427.43-273.48156.2717.751370.541250.819-0.57442.771366.74-338.06205.6424.981302.071300.766-0.64342.481295.65-400.22258.2733.091229.261350.707-0.70741.651214.7-456.37312.5441.821154.331400.643-0.76640.291124.5-502.89366.8150.881079.591450.574-0.81938.391025.74-536.23419.4359.961007.291500.5-0.86635.93919.18-553.03468.8168.71939.61550.423-0.90632.93805.62-550.25513.4376.81878.541600.342-0.9429.39685.94-525.28551.9683.93825.931650.259-0.96625.33561.03-476.04583.289.79783.311700.174-0.98520.78431.85-401.07606.2394.16751.951750.087-0.99615.76299.38-299.58620.3396.86732.751800-110.31164.64-171.51625.0897.77726.29表5-14用弹性方程计算的剪力(kN)角度正弦值余弦值g产生Qq产生Qe1产生Q△e产生QPk产生Q总Q00100000050.0870.996-2.09-134.8654.27-13.150.01-95.81100.1740.985-4.14-265.61106.89-26.190.02-189.03150.2590.966-6.11-388.3156.27-39.010.04-277.11200.3420.94-7.94-499.19200.9-51.450.05-357.63250.4230.906-9.61-594.91239.42-63.310.06-428.35300.50.866-11.07-672.56270.67-74.350.07-487.24350.5740.819-12.29-729.77293.69-84.270.08-532.55400.6430.766-13.24-764.8307.79-92.730.09-562.89450.7070.707-13.88-776.6312.54-99.360.1-577.2500.7660.643-14.2-764.8307.79-103.770.3-574.69550.8190.574-14.17-729.77293.69-105.60.31-555.54600.8660.5-13.78-672.56270.67-104.520.31-519.88650.9060.423-13-594.91239.42-100.260.3-468.46700.940.342-11.85-499.19200.9-92.660.27-402.54750.9660.259-10.31-388.3156.27-81.680.23-323.79800.9850.174-8.39-265.61106.89-67.410.17-234.35850.9960.087-6.09-134.8654.27-50.10.09-136.699010-3.4400-30.170-33.61950.996-0.087-0.47134.86-54.27-8.1971.931000.985-0.1742.69265.61-106.8915.15176.561050.966-0.2595.89388.3-156.2739.01276.931100.94-0.3428.98499.19-200.962.49369.761150.906-0.42311.81594.91-239.4284.65451.951200.866-0.514.28672.56-270.67104.52520.691250.819-0.57416.27729.77-293.69121.22573.571300.766-0.64317.7764.8-307.79133.94608.661350.707-0.70718.51776.6-312.54142.03624.61400.643-0.76618.67764.8-307.79144.99620.671450.574-0.81918.15729.77-293.69142.56596.781500.5-0.86616.99672.56-270.67134.69553.571550.423-0.90615.21594.91-239.42121.6492.31600.342-0.9412.88499.19-200.9103.71414.891650.259-0.96610.09388.3-156.2781.68323.811700.174-0.9856.94265.61-106.8956.36222.021750.087-0.9963.53134.86-54.2728.77112.881800-1000005.2.3选取天梨路站周围断面计算由惯用法所求出的弯矩、轴力、剪力如下：表5-18用弹性方程计算的弯矩（kN·m）角度正弦值余弦值g产生Mq产生MPR产生Me1产生M△e产生MPk产生M总M00128.36966.43-167.11-320.54-37.58-0.28469.2950.0870.99628.04965.03-165.73-315.67-37.16-0.27474.24100.1740.98527.07959.73-161.62-301.21-35.88-0.26487.84150.2590.96625.48947.18-154.79-277.59-33.75-0.25506.27200.3420.9423.3921.89-145.31-245.55-30.81-0.23523.3250.4230.90620.56876.46-133.24-206.04-27.08-0.2530.46300.50.86617.31802.07-118.68-160.27-22.6-0.17517.67350.5740.81913.62689.69-101.73-109.63-17.44-0.13474.37400.6430.7669.54531.83-82.53-55.66-11.69-0.08391.4450.7070.7075.17325.29-61.230-5.44-0.04263.75500.7660.6430.5774.53-37.9855.661.160.0293.97550.8190.574-4.15-204.92-12.96109.637.970.07-104.35600.8660.5-8.9-484.0513.64160.2714.810.13-304.1650.9060.423-13.58-720.841.62206.0421.470.19-465.07700.940.342-18.1-865.2570.75245.5527.750.24-539.07750.9660.259-22.34-870.94100.83277.5933.430.28-481.14800.9850.174-26.2-711.83131.62301.2138.280.32-266.6850.9960.087-29.58-401.39162.89315.6742.120.3490.049010-32.37-5.99194.39320.5444.740.35521.65950.996-0.087-34.49-1009.85225.87315.6746.01-456.81000.985-0.174-35.85-1002.68256.77301.2145.8-434.741050.966-0.259-36.34-970.83285.98277.5944.07-399.531100.94-0.342-35.91-914.54311.83245.5540.8-352.281150.906-0.423-34.47-834.25332.2206.0436.05-294.441200.866-0.5-31.98-730.56344.54160.2729.93-227.81250.819-0.574-28.38-604.27345.97109.6322.63-154.411300.766-0.643-23.64-456.32333.4355.6614.37-76.51350.707-0.707-17.73-287.86303.7305.443.581400.643-0.766-10.64-100.16253.73-55.66-3.8583.421450.574-0.819-2.38105.35180.45-109.63-13.16160.631500.5-0.8667.03327.181.16-160.27-22.14232.891550.423-0.90617.57563.42-46.44-206.04-30.44298.081600.342-0.9429.2812.49-204.15-245.55-37.74354.251650.259-0.96641.841072.42-393.17-277.59-43.74399.761700.174-0.98555.421341.25-614-301.21-48.21433.251750.087-0.99669.871616.91-866.39-315.67-50.97453.751800-185.081897.31-1149.3-320.54-51.9460.65表5-19用弹性方程计算的轴力(kN)角度正弦值余弦值gNqNPRNe1N△eNPkN总N001-10.31-124.59131.45466.2440.740.39503.9250.0870.996-10.12-124.04130.95462.6940.580.39500.46100.1740.985-9.53-121.6129.46452.1840.110.39491150.2590.966-8.56-114.83126.9843539.310.38478.28200.3420.94-7.23-99.71123.53411.738.170.37466.83250.4230.906-5.54-70.82119.14382.9636.660.36462.75300.50.866-3.53-21.75113.84349.6834.780.34473.36350.5740.819-1.2254.15107.68312.8532.50.32506.28400.6430.7661.36162.34100.7273.629.840.3568.14450.7070.7074.16305.2192.95233.1226.830.28662.55500.7660.6437.16479.5784.5192.6423.520.03787.4550.8190.57410.3674.1875.4153.3919.970.02933.26600.8660.513.55868.0165.73116.5616.30.021080.17650.9060.42316.851030.5555.5683.2712.630.011198.88700.940.34220.151125.5744.9654.549.120.011254.35750.9660.25923.411119.3434.0231.235.920.011213.93800.9850.17426.57993.0222.8314.063.2201059.69850.9960.08729.58756.4711.463.541.190802.23901032.4458.040000490.44950.996-0.08734.971181.74-16.163.54-0.21203.891000.985-0.17437.241179.13-41.3814.060.711189.761050.966-0.25939.181167.55-74.8431.232.81165.921100.94-0.34240.741147.08-115.2454.546.111133.231150.906-0.42341.881117.88-160.8683.2710.611092.781200.866-0.542.571080.18-209.62116.5616.241045.921250.819-0.57442.771034.25-259.12153.3922.85994.141300.766-0.64342.48980.45-306.76192.6430.26939.071350.707-0.70741.65919.19-349.79233.1238.25882.421400.643-0.76640.29850.94-385.45273.646.54825.921450.574-0.81938.39776.21-411312.8554.84771.281500.5-0.86635.93695.57-423.88349.6862.84720.141550.423-0.90632.93609.64-421.75382.9670.25674.031600.342-0.9429.39519.07-402.61411.776.76634.31650.259-0.96625.33424.54-364.8743582.12602.131700.174-0.98520.78326.79-307.41452.1886.12578.461750.087-0.99615.76226.55-229.62462.6988.59563.971800-110.31124.59-131.45466.2489.42559.1表5-20用弹性方程计算的剪力(kN)角度正弦值余弦值g产生Qq产生Qe1产生Q△e产生QPk产生Q总Q00100000050.0870.996-2.09-102.0540.48-9.150.01-72.8100.1740.985-4.14-20179.73-18.230.02-143.62150.2590.966-6.11-293.84116.56-27.160.03-210.51200.3420.94-7.94-377.75149.85-35.820.04-271.63250.4230.906-9.61-450.19178.58-44.070.05-325.24300.50.866-11.07-508.94201.89-51.760.05-369.83350.5740.819-12.29-552.23219.06-58.660.06-404.07400.6430.766-13.24-578.75229.58-64.550.07-426.89450.7070.707-13.88-587.68233.12-69.170.08-437.53500.7660.643-14.2-578.75229.58-72.240.23-435.39550.8190.574-14.17-552.23219.06-73.520.31-420.55600.8660.5-13.78-508.94201.89-72.760.31-393.28650.9060.423-13-450.19178.58-69.80.3-354.11700.940.342-11.85-377.75149.85-64.510.27-303.99750.9660.259-10.31-293.84116.56-56.860.23-244.22800.9850.174-8.39-20179.73-46.930.17-176.41850.9960.087-6.09-102.0540.48-34.880.09-102.459010-3.4400-210-24.44950.996-0.087-0.47102.05-40.48-5.755.41000.985-0.1742.69201-79.7310.55134.511050.966-0.2595.89293.84-116.5627.16210.331100.94-0.3428.98377.75-149.8543.5280.391150.906-0.42311.81450.19-178.5858.93342.351200.866-0.514.28508.94-201.8972.76394.11250.819-0.57416.27552.23-219.0684.39433.841300.766-0.64317.7578.75-229.5893.25460.121350.707-0.70718.51587.68-233.1298.87471.941400.643-0.76618.67578.75-229.58100.93468.771450.574-0.81918.15552.23-219.0699.24450.571500.5-0.86616.99508.94-201.8993.77417.811550.423-0.90615.