某城市过街明挖隧道结构与施工组织设计指导书

某都市过街明挖隧道构造与施工组织

课程设计指导书

武夷学院

土木工程与建筑学院

二零一四年一月

目录

1隧道构造设计........................................

1.1衬砌构造断面确定............................

1.2荷载计算....................................

竖向荷载计算...............................

水平荷载计算...............................

1.3内力计算.....................................

1.4截面验算，确定截面尺寸与钢筋配置...........

正截面抗弯承载力验算.......................

斜截面抗剪承载力验算.......................

正截面抗压承载力验算.......................

2基坑支挡构造设计...................................

1.2板桩入土深度计算.............................

1.2顶撑计算与选择...............................

1.2板桩厚度计算.................................

3施工方案确定........................................

4施工过程............................................

4.1施工准备.....................................

4.2施工场地布置................................

4.3土体开挖....................................

4.4隧道基础处理................................

4.5隧道构筑施工................................

4.6隧道防水及基坑回填.........................

4.7恢复交通....................................

4.8隧道内装饰施工..............................

5隧道辅助施工......................................

5.1定位测量，供水，供电，施工场地布置图.......

5.2施工组织与管理..............................

5.3施工重要工序及循环.........................

5.4重要工种与劳动力组织.......................

5.5施工进度安排................................

5.6其他施工措施及阐明.........................

1隧道构造设计

1.1衬砌构造断面确定

取3=t=400mm,ci=c?=50mm,ho=3500mm,lo=51OOmm。则

l=5500mm,h=3900mm,L=5900mm,H=4300mm。

衬砌采用钢筋混凝土构造。混凝土用C30级，自重y0=25KN/m3,

立方体抗压强度设计值fc=14.3N/mm2,抗拉强度设计值

ft=1.43N/mm2o受力钢筋采用HRB400级，抗拉强度设计值

2

fy=360N/mm,抗压强度设计值fj=360N/W,构造筋采用HPB300

级。

1.2荷载计算

1.2.1竖向荷载计算

地面超载取

%=20KPa

垂直土压力

%="也=17.5x1.5+18.5x2+20.5x2.1=106.3KPa

顶板自重

%=%3=25x0.4=10KPa

顶板压力

q,=%+%+%=136.3KPa

底板压力

*425x(0.4x3.5x2+0.4x5.9+4x1/2x0.05x0.05)

/5.5

KPa

1.2.2水平荷载计算

根据朗肯土压力公式计算水平荷载，

顶板处水平压力

2

esl=(<7()+^1)tan(45°/2)-2ctan(45°-(p/2)=(20+106.3)

xtan2(45。-32。/2)-2x45xtan(45°-32°/2)=-11.08KPa

底板处水平压力

esl=(%)+%+%)tan之(45°-。/2)-2ctan(45°-^/2)=(20+106.3+20.5x4.3)

xtan2(45°-32o/2)-2x45xtan(45o-320/2)=l6.0KPa

1.3内力计算

衬砌构造采用对称配筋，使顶板与底板配筋对称，左右墙配筋对

称。

用构造力学求解器进行内力计算，计算简图如图2所示。

计算程序如下：

结点」,0,0

结点,2,275,0

结点,3,-2.75,3.9

结点,4,(),3.9

单元,1,2』」」,1,1,1

单元23,1,11,1,1』

单元,3,4,1,1,1,1,1』

结点支承,4,5,90,0,0

结点支承,1,6,90,0,0,0

单元荷载,l,3,L598e5,0,l,90

单元荷载,3,3,L363e5,0,1,90

单元荷载25』.6e4,0,0,0.6,90

单元材料性质」,3,-1,-1,0Q-1

136300

a

16000WWtfWWtt,1

159800

图2衬砌构造计算简图

弯矩图、剪力图、轴力图分别见图3、4、5。

图3衬砌构造弯矩图

图4衬砌构造剪力图

图5衬砌构造轴力图

1.4截面验算，确定截面尺寸与钢筋配置

1.4.1正截面抗弯承载力验算

顶板与底板跨中设计弯矩为309.46KN•m,支座处设计弯矩为:

-205.93+9.61x0.2=204KN•mo

侧墙设计弯矩为-204KN-mo

混凝土保护层厚度取4=50mm,则%=350mm。查表得，%=1.0,

基=0.518。最小配筋率

1.43•=max{0.2%,0.18%}=0.2%

pinin=maxj().2%0.45,>=max|0.2%,0.45x

360

h

pmin—=0.2%x4)0/350=0.23%

%

正截面抗弯设计计算见表lo

表1正截面抗弯设计计算表

位置顶板跨中顶板支座侧墙外侧

设计弯矩M(KN-m)309.46204204

4=M/(a/她;)0.1770.1160.116

八=(1+，1-24)/20.9020.9380.938

4=1-0.196<0.5180.124<0.5180.124<0.518

计算配筋面积

272317261726

A、.=M(mm2)

实配钢筋电5@16()啦5@250⑪25@250

实配钢筋面积(mn?)294519641964

配筋率p=AJ(bh°)0.84%>0.23%0.56%>0.23%0.56%>0.23%

侧墙内侧竖向受力钢筋及水平分布钢筋按构造规定配，选用4)14

钢筋。根据混凝土构造设计规范(GB50010—2023)9.4.4条规定，墙

水平和竖向分布钢筋配筋率不适宜不大于0.20%,则：

竖向分布筋间距

.＜153.9/(0.2%x400)=192mm,取％=190mmo

水平分布钢筋间距

.-153.9/(0.2%x400)=192mm,取工=190mm。

板纵向分布钢筋根据构造配，选用＜M4钢筋。根据混凝土构造

设计规范(GB50010-2023)9.1.6条规定，单位宽度内配筋面积不适

宜不大于受力方向跨中板底钢筋截面面积H勺1/3,则板纵向分布钢筋

间距

sv153.9x3xl60/490.9=150.4mm,取s=150mm。

1.4.2斜截面抗剪承载力验算

根据剪力图，板的剪力设计值为342.8KN。

根据混凝土构造设计规范(GB50010—2023)6.3.3条规定，

z\1/4

A,=—=1.0(〃。＜800,取%=800),

I%)

0hf,bh°=0.7x1.0x1.43xlx350=350.4KN>V=342.8KN,

故抗剪承载力满足规定。

1.4.3正截面抗压承载力验算

从轴力图上可以看出，顶板与底板轴力非常小，故仅对侧墙进行

抗压验算即可。侧墙所受轴力设计值为374.8KN。

/=M/N=204；374.8=0.544m=544mm

ea=20mm

q=%+ea=564mm

.=0.2+2.7eJ耳=0.2+2.7x564/350=4.6>1,取.=1

/0//?=3.9/0.4=9.75<15,取么=1.0

xlxl=1.04

为350

e=吟+h/2-ax=1.04x564+400/2-50=737mm

Ne-八A；(%一a；)374800x0.737-270x810x(0.35-0.05)八,”

a,=-----------；-----=---------------------------；----------=0.120

$aj,b后1.0xl4.3xlx3502

J=l-Jl-2a”l-Jl-2x().12()=().128V4=0.518(满足规定)

x==0.128x350=45mm<2<=100mm

x=(N+fyAs-/；A；)/(a,4Z?)=(374800+360x1964-270x810)/(1.0x14.3x1000)

=60.4mm<2a：=100mm

故不考虑墙内侧钢筋的受压承载力进行验算。

a=Ne=374800x0.737二。®

她;1.0x14.3x1x350-

^=l-71-2«v=1-71-2x0.157=0.172<^=0.518(满足规定)

x=(N+£4)/(因/力)=(374800+360x1964)/(1.0x14.3x1000)=75.7mm

<^/?0=0.518x350=181mm(满足规定)

故抗压承载力满足规定。

综上所述，截面配筋满足规定，衬砌构造配筋图见附图。

2基坑支挡构造设计

基坑采用钢板桩支护。

1.2板桩入土深度计算

根据验算，取板桩入土深度为3m。

基坑支护计算简图见图6

2

e-al=20xtan(45°-42°/2)-2x10xtan(45°-42°/2)=-4.94KPa

2o

ea2k=(20+17.5xl.5)xtan(45-42°/2)-2xl0xtan(45°-42°/2)

=0.26KPa

G下=<20+17.5x1.5)xtan2(45°-35°/2)-2x30xtan(45°-35°/2)

=-18.7KPa

e“3卜=(20+17.5x1.5+18.5x2)xtan2(45°-35°/2)-2x30xtan(45°-350/2)

=-8.67KPa

6/下=(20+17.5xl.5+I8.5x2)xian2(45o-320/2)-2x45xtan(45°-32°/2)

=-24.3KPa

G上=(2()+17.5x1.5+18.5x2+20.5x6.7)xtan2(45°-32°/2)-2x45xtan(45°-32°/2)

=17.89KPa

基坑开挖面如下不考虑土日勺粘聚力，昨为安全储备。

《川下=(20+17.5x1.5+18.5x2+20.5x6.7)xtan2(45°-32°/2)=67.78KPa

2

ea5=(20+17.5x1.5+18.5x2+20.5x9.7.)xtan(45°-32°/2)=86.68KPa

ep4=oKPa

金5=(20.5x3)xtan2(45°+32°/2)=200.16KPa

取每延米支护构造进行计算。

邑~=231.69KN,Edc2=25.4KN,E。”300.24KN,=9.7m,hd=3m,

hp=1m,h}=1.44,h2—3.95m

,220.6xtan2(45°-32°/2)一今

h------------；-------------------；--------------=1.12m

20.5x[tan2(45°+32°/2)-tan2(45°-32°/2)]

%=^-^-^=3-1-1.12=0.88m

%=hd—/?1—hc=3—1.44—1.12=0.44m

ha2=h2-h,-h.=3.95-1.44-0.44=2.07m

E*+%E比2-〃川E“ci_0.88x300.24+2.07x25.4-0.44x231.69

ki

-hT+hci-9.7+1.12

=19.86KN

EfH.+几(/+4)一1.2九(/7,Eacl+h2Eac2)=1x300.24+19.86x(9.7+3)

-1.2x1.0x(1.44x231.69+3.95x25.4)

=31.7KN•m>0

满足规定，故钢板桩入土深度取3m。

1.2顶撑计算与选择

根据1.2.1的计算可知，每延米作用在顶撑上的轴力为19.86KNo

顶撑选择为9mm厚。50()的钢管，间距取5m。

则顶撑的正应力为

19.86x5x10002

CT==14.2N/mm

3.14x(2502-245.52)

远远不大于钢材的屈服应力，故顶撑满足规定。

1.2板桩厚度计算

由板桩弯矩图可以看出，最大正弯矩出目前七普口勺作用点，则支

护构造所受最大弯矩为

MThh

c=kAT^d-/?2)=19.86x(9.7+3-3.95)=173.78KN•m

板桩设计弯矩

M=1.25/0M(.=1.25x1.0x173.78=217.23KN•m

钢板桩选择400X125日勺热轧U型钢板桩，钢材牌号为Q235级,

强度设计值为215N/mnA每延米板面抗弯刚度为1340cm3。则

M/W=217.23x1000/1340=162N/mm2<215N/mm2

故钢板桩强度满足规定。

3施工方案确定

采用明挖法施工，将整个隧道分为两部分进行先后施工，以减少

对交通的阻碍。

基坑围护构造采用400X125的U型热轧型钢，实行小锁口打入。

打桩时采用机械打入，施工完毕钢板桩进行回收。

施工工艺流程：根据施工图及高程放设沉桩定位线一按定位线控

设沉桩导向槽一整修平整施工机械行走线f沉设围护钢板桩一将围

护钢板桩送至指定标高一挖土一浇筑水泥砂浆垫层一铺防水层一主

体构造施工一填土一拔除钢板桩一路面恢复

4施工过程

4.1施工准备

对施工场地进行围挡，设置警告标志、交通导向标志。设计施工

期间临时交通路线。

对施工场地进行清理，管线移位，场地内的树木、绿化带、建筑

物、构筑物进行清理、拆除或搬迁，在施T完毕后来按规定恢复介

查找施工场地附近可用日勺水源、电源、通信网络等，实现通水、

通电、通信。

组织施工设备、人员、材料进入施工场地，为施工做好准备。

4.2施工场地布置

施工场地布置充足考虑施工作业的空间规定，材料堆放规定，材

料加工车间的空间需要，以及临时生产、生活设施H勺需要。施工场地

布置见施工场地布置图。

4.3土体开挖

基坑支护构造施工之后方可进行土体开挖。在基坑的一端进行放

坡，以利于施工机械出入。用反铲式挖掘机挖土、装土，渣土车运土

至弃渣场。运土过程应注意对环境的保护。

土体开挖到一定高度设置顶撑。

4.4隧道基础处理