地下工程課程設(shè)計(jì)地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道建筑限界的確定與橫斷面

1、地下工程課程設(shè)計(jì) 目錄一、 目的 2二、 設(shè)計(jì)資料 2三、 隧道設(shè)計(jì) 2四、 管片襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7五、 軌道設(shè)計(jì) 12六、 參考文獻(xiàn) 13 地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道建筑限界的確定與橫斷面設(shè)計(jì)一. 目的: 通過(guò)課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握地鐵區(qū)間隧道車輛輪廓線、車輛限界、設(shè)備 限界和建筑限界的計(jì)算過(guò)程與影響因素，車輛類型，支護(hù)結(jié)構(gòu)類型，軌道類 型，受電弓知識(shí)，直線與曲線隧道計(jì)算超高的辦法及其對(duì)隧道建筑限界的影 響等知識(shí)，使學(xué)生能夠在任一速度和曲線半徑下，選擇車型和軌道設(shè)計(jì)，進(jìn) 行隧道襯砌選擇和襯砌管片的選擇，并且設(shè)計(jì)出管片的厚度和二次襯砌的厚 度（若需要），繪出給定條件下的隧道建筑限界圖（車輛輪廓線圖、車輛限界

2、圖、設(shè)備限界圖和建筑限界圖），并給出具體控制點(diǎn)的坐標(biāo)值，繪出單（復(fù)） 線隧道直線和曲線條件下的襯砌內(nèi)輪廓圖，繪出襯砌設(shè)計(jì)圖，繪出管片設(shè)計(jì) 圖等。二設(shè)計(jì)資料：取之于“廣州地鐵某線某區(qū)間盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)”。 圓形盾構(gòu)地鐵區(qū)間隧道，底層參數(shù)為： 粉粘土，上覆地層高 12.0m，容重 18.0kn/m3，地面超載 20.0kn/m3，側(cè)壓力系數(shù) 0.5，地基抗力系數(shù) 30.0mpa/m。設(shè)計(jì)要求： 1 直線隧道，時(shí)速 80km/h 2 曲線段隧道，時(shí)速 70 km/h，半徑 750m，車型 b1減震軌枕。三隧道設(shè)計(jì)：本隧道設(shè)計(jì)選擇 b1 車型中的下部受流型車型，其車輛主要參數(shù)如下：1. 車輛長(zhǎng)度： 190

3、00mm2. 車輛寬度： 2800mm3. 車輛高度： 3800mm4. 車體重量： 1 空車： 24000kg（鋼車） 2）重車： 42600kg（鋼車） 車輛輪廓線b1 型計(jì)算車輛輪廓線坐標(biāo)值（mm）如下表：點(diǎn)號(hào) 0 1 2 3 4 5 6 27 28 x 0 840 950 1129 1229 1299 1318 1332 1387 y 3800 3800 3750 3636 3538 3406 3315 3077 3063點(diǎn)號(hào) 29 30 7 8 9 10d 11d 12d x 1413 1358 1400 1400 1400 1255 1255 1255 y 2621 2605 18

4、60 1100 600 600 355 160點(diǎn)號(hào) 13d 14d 15d 16d 17d 20d 21 22 23 x 1440 1441 1230 1065 1065 818 818 717.5 717.5 y 160 120 85 85 165 165 0 0 -25點(diǎn)號(hào) 24 25 26 12e 13e 14e x 676.5 676.5 0 -1255 -1428 -1428 y -25 80 80 222 222 190 注：表中第 09、10d 點(diǎn)是車體上的控制點(diǎn)；第 11d 點(diǎn)是車軸上軸箱的控制點(diǎn)；第 12d15d點(diǎn)是轉(zhuǎn)向架構(gòu)架下受流器的控制點(diǎn)；第 16d20d 點(diǎn)為下部受流轉(zhuǎn)

5、向架構(gòu)架上的控制點(diǎn)；第21、22 點(diǎn)為車輪踏面上的控制點(diǎn)；第 23、24 點(diǎn)為輪緣上的控制點(diǎn)；第 25、26 為連接在車軸上的齒輪箱最低點(diǎn)；第 2730 點(diǎn)為信號(hào)燈預(yù)留位置。 車輛限界車輛限界坐標(biāo)值（隧道內(nèi)直線）（mm如下表：點(diǎn)號(hào) 0 1 2 3 4 5 6 27 28 29 x 0 911 1073 1250 1348 1416 1433 1433 1498 1516 y 3859 3867 3790 3672 3572 3439 3347 3109 3094 2501點(diǎn)號(hào) 7 8 9 10d 1 1 d 1 2 d 13d 14d 15d 16d x 1540 1480 1475 1294

6、.5 1294.5 1308 1494 1494 1285 1120 y 1740 980 481 483 303 160 160 120 21 24點(diǎn)號(hào) 17d 20d 21 22 23 24 25 26 x 1104.5 852 852 717.5 717.5 647 647 0 y 113 113 -18 -18 -51 -51 42 42 點(diǎn) 號(hào) 12e 13e 14e x -1307 -1486 -1481 y 252 256 122 設(shè)備限界 設(shè)備限界坐標(biāo)值（隧道內(nèi)直線）（mm）如下表：點(diǎn)號(hào) 0 1 2 3 4 5 6 27 28 x 0 925 1104 1289 1398 14

7、92 1533 1538 1592 y 3919 3927 3841 3718 3607 3465 3347 3109 3094點(diǎn)號(hào) 29 7 8 9d 10d 14d 20 21 22 x 1597 1604 1527 1565 1650 1650 867 867 733 y 2501 1740 980 545 545 15 15 -18 -18點(diǎn)號(hào) 23 24 25 26 9e 10e 14e x 733 632 632 0 -1550 -1625 -1625 y -66 -66 15 15 545 545 15 隧道的建筑限界 本隧道為 b1 型車型盾構(gòu)隧道，按規(guī)范建筑限界取直徑為 51

8、00mm。如下圖所示： b1 型隧道內(nèi)曲線地段（r1000m）設(shè)備限界（未按超高旋轉(zhuǎn)）軌道曲線超高計(jì)算： 11.8vc2 h 75.52mm r式中：h超高值（mm）； vc列車通過(guò)速度（km/h）； r曲線半徑（m）。曲線段超高引起的設(shè)備限界加寬和加高量的計(jì)算： 1） 車體橫向加寬量：曲線內(nèi)側(cè)： hac x qi mb gch 1 s 1500曲線外側(cè)： hdc x qa mb gch 1 s 1500 1500 hdc aq g v / 3.6 2 hac aq g r 1500 2） 車體豎向加高量、降低量：有超高引起： hac h h h hyqi mb gx sc cp sc cs

9、1 s hac 1500 k p k s本隧道超高由單獨(dú)提高外軌實(shí)現(xiàn)，此時(shí) hac hac /2 式中： x qi 超高引起的設(shè)備限界曲線內(nèi)側(cè)加寬量（mm） x qa 欠超高引起的設(shè)備限界曲線外側(cè)加寬量（mm） hac 軌道超高值（mm） mb 含載客車體重（kg） s 重力傾角附加系數(shù) hdc 欠超高值（mm） aq 未平衡離心加速度（ m / s 2 ） yqi 超高引起的設(shè)備限界加高或降低量（mm） x 計(jì)算點(diǎn)的橫坐標(biāo)（mm） hsc 車體重心距軌面高（mm） hcp 轉(zhuǎn)向架一系彈簧上支承面距軌面高度（mm） k p 整車一系彈簧測(cè)滾剛度（ n mm / rad ） hac 軌道超高設(shè)置

10、方法系數(shù)（mm） （未按超高旋轉(zhuǎn)） mm）由以上公式計(jì)算 b1 型隧道內(nèi)曲線設(shè)備限界值，如下表： （ 點(diǎn)號(hào) 01 11 21 31 41 51 61 71 81 x 0 1016 1196 1397 1537 1629 1668 1724 1641 y 3919 3943 3860 3730 3583 3439 3321 1712 954 點(diǎn)號(hào) 271 281 291 x 1668 1722 1722 y 3127 3113 2473四管片襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1砌管片的選擇隧道外徑隧為 r1 6.0m ，隧道內(nèi)半徑為 r2 2.55m ；管片的寬度為 1.2m，厚度為 h 0.25m ，分塊數(shù)目 6

11、塊；封頂塊管片（k）圓心角為 150 ，標(biāo)準(zhǔn)塊管片 3 塊（分別為 b1 、b2 、b3 ）圓心角均為 720 ，鄰接塊管片左右各 1 塊（分別為 a1 、a2 ）圓心角均為 64.50 ，如下圖所示，縱向接頭為 10 處，按 360 等角度布置，每?jī)森h(huán)為一組，第一環(huán)的封頂塊管片（k）從正上方偏 180 ，第二環(huán)的封頂管片（k）從正上方右偏 180 。 k a2 a1 b3 b1 b22荷載計(jì)算：1）荷載-結(jié)構(gòu)模式 盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)分析中荷載的計(jì)算采用荷載-結(jié)構(gòu)模式，如圖所示2）參數(shù)取值粉粘土，上覆地層高 12.0m，容重 18.0kn/m3，地面超載 20.0kn/m3，側(cè)壓力系數(shù)0

12、.5，地基抗力系數(shù) 30.0mpa/m。 根據(jù)采用的彎螺栓接頭的受力情況，參照國(guó)內(nèi)外有關(guān)試驗(yàn)研究結(jié)果，全部環(huán)向接頭的抗彎剛度，在隧道內(nèi)側(cè)受拉時(shí)取為 5 104 kn m / rad ，隧道外側(cè)受拉時(shí)取為 3 104 kn m / rad 。 另外，在本計(jì)算中，縱向接頭的徑向抗彎剛度 kr 和切向抗剪剛度 kt 均取為無(wú)窮大，即認(rèn)為各環(huán)管片在縱向接頭處不產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)。3）荷載計(jì)算土壓力圓環(huán)頂部以上的豎向土壓力： w1 h 1.2 18 12 259.2 kn m拱背土平均土壓力： rh w1 2 rh 0.43 rh 0.43 1.2 18 6 / 2 2 83.59 kn 2 2 2 4 m所以，

13、豎向荷載為： w1 w1 w1 259.2 83.59 342.79 kn m地面超載： p0 1.2 20 24 kn m地層水平荷載即地層側(cè)向主動(dòng)土壓力，由均勻主動(dòng)土壓力 q1 和三角形土壓力 q2 組成，則： q1 w1 p0 tan 2 450 2c tan450 2 2 0 24 240 0.5 342.79 24 tan 45 2 0 2 30 tan45 0 2 2 52.04 kn m 24q2 2 r h tan 2 450 q1 2 0.5 18 6 / 2 tan 2 450 52.04 74.81 kn 2 2 m襯砌自重線荷載 wg c 25 0.55 13.75 k

14、n m底部均布豎向反力 w2 p0 w1 g 0.2164 rh 24 342.79 g 0.2164 18 6 / 2 411.8 kn m 荷載的計(jì)算結(jié)果： 荷載 p0 w1 w2 wg q1 q2 單位 kn kn kn kn kn kn m m m m m m 數(shù)值 24 342.79 411.8 13.75 52.04 74.814）均質(zhì)圓環(huán)模型計(jì)算結(jié)果 本設(shè)計(jì)采用均質(zhì)圓模型計(jì)算，其計(jì)算公式見(jiàn)地下工程（關(guān)寶樹(shù) 主編）表 3-3-4。 計(jì)算過(guò)程中，鋼筋混凝土管片接頭剛度折減系數(shù) 取為 0.7，而彎矩增大系數(shù) 取 0.3。由于均質(zhì)圓環(huán)所受的荷載在豎直方向上是對(duì)稱的，所以只計(jì)算了豎向的半個(gè)

15、圓環(huán)，即 1800 ，此半圓環(huán)管片襯砌的內(nèi)力計(jì)算如附表 1 所示，其內(nèi)力計(jì)算結(jié)果整理如下： 最大正彎 最大正彎 最大負(fù)彎 最大正彎矩 計(jì)算 矩對(duì)應(yīng)的 拼裝方案 矩 矩 對(duì)應(yīng)的軸力 編號(hào) 軸力 n m kn m m min kn m n（kn） （kn） 二環(huán)一組 238.67 604.92 -218.9 1142.78 錯(cuò)縫拼裝 第一環(huán) 偏轉(zhuǎn)角為 180 為第一 發(fā)生在 b2 塊 發(fā)生在 b3 塊 環(huán)結(jié)果5管片的配筋計(jì)算 管片的鋼筋采用 hrb335 級(jí)鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f y 300 n ，管片混凝土采用 mm 2c50，軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為 f c 23.1 n ，外側(cè)受拉的彎矩設(shè)計(jì)值為 mm

16、 2m 1 238.67 106 1.3 310.27 106 n 保護(hù)層厚度為 as1 40mm ；內(nèi)側(cè)受拉 mm 2的彎矩設(shè)計(jì)值為 m 2 218.9 106 1.3 284.57 106 n ，保護(hù)層厚度為 mm 2as 2 30mm ，則：外側(cè)受拉鋼筋計(jì)算先假定受拉鋼筋為一層，并且為單筋截面，則：h01 h c1 250 40 210mm最大彎矩設(shè)計(jì)值為：m max 0.3841 f c bh0 2 0.384 1.0 23.11200 2102 469.42 106 n mm m 1 310.27 106 n mm可知設(shè)計(jì)成單筋單層截面滿足要求。 m1 310.6 106s 0.25

17、4 1 f c bh01 1.0 23.11200 2102 2 1 1 2 s 1 1 2 0.254s 0.851 2 2計(jì)算受拉鋼筋的截面面積為： m1 310.27 106as 5787.3mm 2 f y s h01 300 0.851 210所以，管片的受拉鋼筋選用 10 28， as 6158mm 2 5787.3mm 2 （滿足要求），鋼筋間的間距為 d 125mm 。內(nèi)側(cè)受拉鋼筋的計(jì)算同上，求得手拉鋼筋截面面積為 4905.2 mm2 ，則選用受拉鋼筋為 8 28，as 4926mm 2 4905.2mm 2 （滿足要求），鋼筋間的間距為 d 160mm 。 箍筋的選擇:選用

18、 10200 的鋼筋做分布筋。6）襯砌結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算混凝土結(jié)構(gòu)裂縫驗(yàn)算（ wlim 0.2mm ）ftk 2.64 n es 2.0 105 n h01 210mm mm 2 mm 2as 6158 4926 11084mm 2 as 11084te 0.0739 0.01 0.5bh 0.5 1200 250 m1 310.27 106 sk 170.5 n 0.87h01 as 0.87 200 11084 mm 2 0.65 f tk 0.65 2.64 1.1 1.1 0.964 te sk 0.0739 170.5d eq n d i i 2 10 282 8 282 28mm n di i i 10 28 8 28由于保護(hù)層的厚度 c 40mm 30mm ，取 c 30mm 進(jìn)行計(jì)算，則： sk d eqwmax 2.1 1.9c 0.08 es te 170.5 28 2.1 0.964 1.9 30 0.08 0.19mm wlim 0.2mm 0.75 2.0 10 5 0.0739（滿足要求）混凝土結(jié)構(gòu)變形驗(yàn)算（直徑變形 lin 0.2 d ）ec 3.45 104 n mm 2 es 2.0 105e 5.8 ec 3.45 104 as 11084 0.043 bh01 1200 210 2 m 1 2 310.27 106m